JPS63126539A - 燃料改質器 - Google Patents

燃料改質器

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JPS63126539A
JPS63126539A JP61271956A JP27195686A JPS63126539A JP S63126539 A JPS63126539 A JP S63126539A JP 61271956 A JP61271956 A JP 61271956A JP 27195686 A JP27195686 A JP 27195686A JP S63126539 A JPS63126539 A JP S63126539A
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Narihisa Sugita
杉田　成久
Haruichiro Sakaguchi
坂口　晴一郎
Nobuhiro Seiki
信宏 清木
Akio Hanzawa
半澤　晨夫
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料改質器に係り、特にコンパクトで迅速な負
荷追従性が要求される一燃率す１池ｊじＷ置等に使用す
るに好適な燃料改質器に関する。
〔従来技術〕
従来より化学工業で用いられている燃料改質器と異なり
、コンパクトで迅速な負荷追従性が要求される燃料電池
発電装置に使用する燃料改質器として、例えば、米国特
許第４０９８５８９号（特公昭５７−７５３８号）にお
いては、反応管と燃焼ガス、改質ガス間の伝熱性能を向
上させることにより、反応管をコンパクト化し、その結
果、燃料改質器のコンパクト化及び負荷追従性の向上を
図っている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、燃料改質器の中央部に反応管を設け、
その反応管の周囲に燃焼ガスを流通させ、それらを断熱
層により包囲し、放熱を防止しているが、燃焼ガスと断
熱層が隣接しているため、断熱層が厚くなり、燃料改質
器に占める断熱層の体積が大きいという問題点がある。
また、燃焼ガスが断熱層の内側の広い面積を加熱してお
り、その加熱にかかる燃焼ガスの熱量の損失の点につい
てなんら配慮されていない。
本発明の目的は、燃焼ガスの熱量を有効に利用すると同
時に、コンパクトな燃料改質器を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、断熱層と燃焼ガス路の間に熱交換壁を介し
て燃料ガス供給路を配置して、燃焼ガス路から改質器の
外部へ放出される燃料ガスの熱を燃料ガス供給路を通過
する燃料ガスに与えるような構成とすること、さらに燃
料ガス供給路内に触媒を充填して、燃焼ガスからの熱を
利用し、吸熱を伴う改質反応を促進させるようにするこ
とにより、達成される。
すなわち、本発明の第１発明は、触媒を用いて炭化水素
と水蒸気などを混合した燃料ガスを水素富化ガスに転化
する吸熱反応を生じさせる反応管と、前記反応管を加熱
するための燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガ
スの放熱を防止するための断熱層を有する燃料改質器に
おいて、前記反応管の周囲に前記燃焼ガスの流路である
燃焼ガス路を配置し、該燃焼ガス路の周囲に熱交換壁を
介して前記燃料ガスの流路である燃料ガス供給路を配置
し、該燃料ガス供給路の外周面には前記断熱層を配置し
てなることを特徴とする燃料改質器であり、第２発明は
、第１発明において、さらに燃料ガス供給路内に触媒を
充填する構成を付加した燃料改質器である。
〔作　用〕
本発明の第１発明によれば、断熱層と燃焼ガス路の間に
配置した燃料ガス供給路（以下供給路という）において
、供給路内を流れる燃料ガスにより、燃焼ガス路内を流
れる燃焼ガスから放散される熱が吸収される。それによ
って、供給路を取り囲む断熱層へ伝わる熱量が減少し、
断熱層の厚さが低減される。また、本発明の第２発明に
よれば、供給路内に触媒を配置して燃料ガスが吸熱を伴
う改質反応を生じせしめるようにすることによって、所
望の原燃料の改質率の数十パーセントに当る改質反応を
この供給路内で行わせ、残りの改質反応を従来の反応管
で行わせれば良いので、反応管の長さが従来よりも短縮
されることになる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第１図並びに第２図により説
明する。
第１図において、燃料改質器１の垂直方向の断面を示し
、本実施例の構成を説明する。燃料改質器１の中央部に
は、反応管外管２及び反応管内管３より成る二重管式反
応管４が設けられている。
反応管外管２の一端は流体的に閉じられている。
反応管外管２内に位置する反応管内管３の端には触媒保
持板５が取り付けられており、反応管外管２と反応管内
管３の間隙に改質触媒６が充填されている。なお、触媒
保持板５には孔７が設けられている。反応管外管２の開
口部は支持板８に接合され、支持板８はさらに熱交換壁
９に接合されている。熱交換壁９の終端はフランジ１０
となっており、底板１１に固定されている。熱交換壁９
のいくらか内側の所に燃焼ガス誘導壁１２が設けられ、
その一端のフランジ１３が熱交換壁９のフランジ１０と
共に底板１１に固定されている。そして反応管外管２と
燃焼ガス誘導壁１２との空間及び燃焼ガス誘導壁１２と
熱交換壁９との空間には燃焼ガス路Ｃが形成されている
。燃焼ガス誘導壁１２の内面に接しているフランジ１３
からいくらかの長さの所に断熱部材１４が施工されてお
り、その断熱部材１４に包囲される位置に燃焼器１５が
設置されている。燃焼器１５にはいくつかのノズル１６
が反応管外管２の底部と対面する位置に設けられている
。また燃焼器１５と底板１１の間には断熱を兼ねた支持
部材１７が設けられており、さらに底板１１及び支持部
材１７を貫通した形で空気配管１８及び燃焼用燃料配管
１９が燃焼器１５に接続されている。そして以上の熱交
換壁９を周囲とした構成要素を、さらに包囲する位置に
改質器内壁２０が設けられている。改質器内壁２０は円
筒型をしており、その一端はフランジ２１構造となって
おり、フランジ２１が底板１１と接合されている。
一方、改質器内壁２０の他端は半だ円形の鏡板２２と溶
接されており、鏡板２２は支持板８とある間隔を持って
支持板８を覆う位置に設けられている。そして熱交換壁
９と改質器内壁２０との空間には燃料ガス供給路Ｆが形
成されている。また、鏡板２２の中央部には反応管内管
３が貫通し、互いに溶接されて固定されている。なお、
鏡板２２には反応管内管３が位置する所からいくらか離
れた所に触媒充填口２３ガス設けられている。底板１１
には、燃料ガス供給路Ｆに原燃料２４を供給するための
原燃料配管２５が幾本か設けられ、また燃焼ガス路Ｃよ
り燃焼排ガス２６を燃料改質器１の外部に導く排気管２
７が幾本か設けられている。さらに、底Ｆｉｌｌには燃
料改質器１の本体を支えるための脚２８が数脚設けられ
ている。そうして、底板１１、改質器内壁２０及び鏡板
２２で構成された外面を断熱層２９によって覆うことに
よって、燃料改質器１が構成されている。
なお、第１図に示した燃料改質器ｌのＡ、−Ａ；断面を
第２図に示した。本構成では反応管内管３、反応管外管
２、燃焼ガス誘導壁１２、熱交換壁９及び改質器内壁２
０を同心円状に配置したが、二重管式反応管４を複数設
置してもよい。また、原燃料配管２５と排気管２７を点
対称にそれぞれ８本、４本として設けたが、これも任意
に設けてよい。
次に本実施例の動作を説明する。
まず、二重管式反応管４を所定の温度に昇温させるため
に、燃焼器１５に予熱された空気３０及び燃焼用燃料３
１がそれぞれ空気配管１８及び燃焼用燃料配管１９に導
かれて燃焼器１５において燃焼される。
炎はノズル１６より形成され高温の燃焼ガスを発生する
。燃焼ガスは燃焼ガス誘導壁１２と反応管外管２との間
の燃焼ガス路Ｃを流れ、二重管式反応管４及び改質触媒
６を昇温しながら、さらに熱交換壁９と燃焼ガス誘導壁
１２との間の燃焼ガス路Ｃを流れ、排気管２７より燃焼
排ガス２６として燃料改質器１の外部へ導かれる。この
とき、二重管式反応管４と改質触媒６の均一な昇温及び
昇温時間の短縮を図るため、所定温度に立ち上げるまで
の間、原燃料配管２５より予熱された窒素などの流体を
流し、燃料ガス供給路Ｆを経由させ、二重管式反応管４
に保持された改質触媒６が直接加熱される。
改質触媒６を直接加熱した流体は反応管内管３を経由し
て、燃料改質器１の外部へ出ていく。また上記の過程で
、改質触媒６を直接加熱するための流体は、燃料ガス供
給路Ｆを流れる際に、熱交換壁９と燃焼ガス誘導壁１２
との間の燃焼ガス路Ｃを流れる燃焼ガスより熱交換壁９
を通して熱をもらい加熱される。
すなわち、燃焼ガス誘導壁１２と熱交換壁９と改質器内
壁２０の構成によって、本発明の特徴である熱交換部３
２が形成されるのである。
二重管式反応管４と改質触媒６が所定温度に達した後、
原燃料配管２５に流す流体を例えば予熱されたメタンと
水蒸気の混合した原燃料２４に切り換える。原燃料２４
は燃料改質器１内に入ると燃焼ガスにより加熱され、改
質触媒６の充填層において、下記の反応を起し、水素富
化ガス３３となってＣＩｔ＋ＨｚＯ”””　　ｃｏ＋　
３Ｌ　　　　”−−”””’−川　　（１）Ｇｏ　＋Ｈ
２０−ＣＯｚ＋Ｈｚ　　　−−−−−・・・・−−−（
２）反応管内管３を通り、燃料改質器１の外部へ供給さ
れる。以上が本実施例の動作である。
本実施例によれば、燃料改質器の昇温時に二重管式反応
管の内外より温度レベルの高い加熱ができるので、昇温
時間すなわち立ち上げ時間が短縮されるという効果と、
定常運転時に燃料改質器内で原燃料と燃焼ガスの熱交換
ができるので、外部の原燃料を予熱する予熱器が少なく
とも小さくなるという効果がある。
本発明の他の実施例を第３並びに第４図により説明する
。
第３図において、第１図と異なる箇所を部分的に取り上
げて説明する０本実施例では燃料ガス供給路Ｆ内に底板
１１に垂直に位置して成るよう熱交換壁９に接合した偏
流防止板３４を設けたことを特徴とする。偏流防止板３
４は長手方向の一端が底板１１に接し、他端が支持板８
より鏡板２２側へ突出して設けられている。また、第４
図に示されるように、底板１１に設けられている原燃料
配管２５間の各中央の位置にそれぞれ偏流防止板３４が
設けられている。なお、偏流防止板３４は改質器内壁２
０との間にわずかな隙間を有しており、熱膨張による偏
流防止板３４と改質器内壁２０とのぶつかりを防止して
いる。上記の構成により、原燃料配管２５より燃料改質
器ｌ内へ送入された原燃料２４の各々は、改質器内壁２
０と熱交換壁９と二つの偏流防止板３４とで囲まれた燃
料ガス供給路Ｆにおいて流量が確保されながら、支持板
８と鏡板２２との間の空間に挿入される。その後、原燃
料２４は改質触媒６の充填層を流通し、水素富化ガス３
３となって燃料改質器１の外部へ供給される。
本実施例によれば、偏流防止板に熱伝導性の良い部材を
用いることにより、第１図の実施例における効果に加え
て、偏流防止板が燃焼ガスから原燃料へ熱を伝えるフィ
ンの働きをし、より効果的に原燃料が加熱されるため、
燃料改質器の立ち上げ時間がさらに短縮され、原燃料を
予熱する外部の予熱器もさらに小さくなる効果がある。
本発明の他の実施例を第５図並びに第６図により説明す
る。
第５図において、第１図と異なる箇所を部分的に取り上
げて説明する。本実施例では改質器内壁２０と半だ円形
の鏡板２２とを溶接せずに、それぞれフランジ３５とフ
ランジ３６を設け、フランジ接合とし、燃料ガス供給路
Ｆにおいて底板１１に近い改質器内壁２０に触媒保持板
３７を溶接して張りめぐらせ、触媒保持板３７より鏡板
２２側へ改質触媒３８を充填して構成したことを特徴と
する。なお、触媒保持板３７には孔３９が設けられてお
り、触媒保持板３７と熱交換壁９との間には熱膨張時に
ぶつからないようにわずかな隙間が設けられている。上
記の構成により、原燃料配管２５を通って燃料ガス供給
路Ｆ内に流入した原燃料２４は、熱交換壁９を通して燃
焼ガスから改質触媒３８側に伝わる熱を享受して、改質
触媒３８と接触しつつ前述の！１）、　（２）の反応を
起す。
これらの反応は約８００℃以上に保持することが原燃料
２４の最大の改質率が得られる一つの条件となるが、改
質触媒３８の充填層ではそこまで温度が高まらないので
、未改質の原燃料は二重管式反応管４内の改質触媒６の
充填層にて改質され、所望の水素富化ガス３３となって
、燃料改質器１の外部へ供給される。第６図は、第５図
においてのＡｓＡζ断面を示している。
本実施例によれば、改質触媒の充填１１３Ｂでの吸熱反
応に伴い、改質触媒の接する改質器内壁２０では温度が
低くなるため、改質器内壁２０の温度に対する寿命が向
上するという効果がある。
本発明の他の実施例を第７図並びに第８図により説明す
る。
第７図に′おいて、第５図と異なる箇所を部分的に取り
上げて説明する。本実施例では改質触媒３８を保持した
燃料ガス供給路Ｆ内に、底ｖｉ１１に垂直に位置して成
るよう熱交換壁９に接合した偏流防止板３４を設けたこ
とを特徴とする。偏流防止板３４は長手方向の一端が触
媒保持板３７を貫通し、かつ底板１１に接し、他端が支
持板８より鏡板２２側へ突出して設けられている。第７
図のＡ？　　Ａ’ｌ断面は第８図に示されている。なお
、偏流防止板３４は改質器内壁２０並びに触媒保持板３
７との間にわずかな隙間を有しており、熱膨張時の互い
のぶつかり合いを回避している。上記の構成により、各
原燃料配管２５より燃料ガス供給路Ｆ内の改質触媒３８
の充填層への原燃料２４の流入量が均等に分配され、改
質触媒３８での反応終了後、未反応の原燃料を含むガス
は改質触媒６の充填層を流通し、水素富化ガス３３とな
って燃料改質器１の外部へ供給される。
本実施例によれば、第５図の実施例における効果に加え
て、改質触媒での均一な反応を促進するため、一部の改
質触媒に反応が偏ることがなくなり、全体の改質触媒の
寿命が伸びるという効果がある。
本発明の他の実施例を第９図により説明する。
第９図の実施例は、第５図の実施例において、燃焼ガス
誘導壁１２と熱交換壁９との間隙を無（すと同時に、燃
焼ガス誘導壁１２を設けず、燃焼ガス２６を支持板８を
貫通して設けたベローズ４０を通して燃料改質器１の外
部へ放出させる。このとき、ベローズ４０は、改質器内
壁２０にフランジ接合された上蓋４１とフランジ接合さ
れているので、６５０℃程度の温度で、熱交換壁９や上
蓋４１の熱的伸縮に対して十分追従できる信頼性の高い
ものが使用される。上蓋４１において、燃焼ガス２６を
排出するための排気管４２が上１［４１をベロ〒ズ４０
と挟み、燃焼ガス流路を形成するように設けられている
。また、反応管外管２と熱交換壁９との間の燃焼ガス路
Ｃには、熱交換壁９に粒子保持板４３が溶接されて設け
られており、粒子保持板４３により支持板８側へ伝熱促
進粒子（アルミナ粒子）４４が保持されている。したが
って、゛ベローズ４０は伝熱促進粒子４４の充填口とし
ても用いられる。伝熱促進粒子の介在により燃料ガスの
流速が速められる。上記の構成により、燃焼ガスから改
質触媒６及び３８への伝熱を促進するものである。
本実施例によれば、燃焼ガス誘導壁１２及び燃焼ガス誘
導壁１２と熱交換壁９間の燃焼ガス路Ｃを無くしたので
、燃料改質器が細くなり、設置面積が少なくて済むとい
う効果がある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、断熱層と燃焼ガス路の間に熱交換壁を
介して燃料ガス供給路を配置して、燃焼ガスと燃料ガス
との間で熱交換を行うことにより、熱の有効利用と断熱
層の厚さの低減が可能となる。
さらには燃料ガス供給路内に改質触媒を保持し、改質反
応を二重管式反応管以外に負担させることにより、改質
器内壁の高温化を制限し断熱層の厚みを低減し、反応管
の長さの減少すなわち燃料改質器の高さを低くすること
ができるので、コンパクトな燃料改質器とする効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図、第３図、第５図、第７図及び第９図は本発明の
一実施例の縦断面図、第２図は第１図のＡ、−Ａ’、横
断面図、第４図は第３図のＡ３−Ａ′３横断面図、第６
図は第５図のＡｓ−Ａｓ横断面図、第８図は第７図のＡ
？　　Ａ４横断面図である。 １・・・燃料改質器、４・・・二重管式反応管、６，３
８・・・改質触媒、９・・・熱交換壁、１１・・・底板
、１２・・・燃焼ガス誘導壁、１５・・・燃焼器、２０
・・・改質器内壁、２９・・・断熱層、３４・・・偏流
防止板、４０・・・ベローズ、４４・・・伝熱促進粒子
、Ｃ・・・燃焼ガス路、Ｆ・・・燃料ガス供給路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、触媒を用いて炭化水素と水蒸気などを混合した燃料
    ガスを水素富化ガスに転化する吸熱反応を生じさせる反
    応管と、前記反応管を加熱するための燃焼ガスを発生さ
    せる燃焼器と、前記燃焼ガスの放熱を防止するための断
    熱層を有する燃料改質器において、前記反応管の周囲に
    前記燃焼ガスの流路である燃焼ガス路を配置し、該燃焼
    ガス路の周囲に熱交換壁を介して前記燃料ガスの流路で
    ある燃料ガス供給路を配置し、該燃料ガス供給路の外周
    面には前記断熱層を配置してなることを特徴とする燃料
    改質器。 ２、燃料ガス供給路内に偏流防止板を配置したことを特
    徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料改質器。 ３、触媒を用いて炭化水素と水蒸気などを混合した燃料
    ガスを水素富化ガスに転化する吸熱反応を生じさせる反
    応管と、前記反応管を加熱するための燃焼ガスを発生さ
    せる燃焼器と、前記燃焼ガスの放熱を防止するための断
    熱層を有する燃料改質器において、前記反応管の周囲に
    前記燃焼ガスの流路である燃焼ガス路を配置し、該燃焼
    ガス路の周囲に熱交換壁を介して前記燃料ガスの流路で
    ある燃料ガス供給路を配置し、該燃料ガス供給路の外周
    面には前記断熱層を配置し、かつ前記燃料ガス供給路内
    には触媒を充填してなることを特徴とする燃料改質器。 ４、燃料ガス供給路内に偏流防止板を配置したことを特
    徴とする特許請求の範囲第３項記載の燃料改質器。
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