WO2005077821A1 - 選択酸化反応装置 - Google Patents

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Sakae Chijiiwa
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Definitions

  • the structure of the entire apparatus becomes simple, leading to cost reduction.
  • the CO is reduced to a few ppm and is introduced from the humidifier 7 to the anode 8b of the polymer electrolyte fuel cell 8 (see FIG. 1).
  • a cooling medium such as cooling water is supplied to the coolers 2la and 26a to perform cooling, and the temperature of the reformed gases 22a and 22b undergoes an oxidation reaction.
  • the flow rate of the oxidizing air 23 is large, so that the reformed gas 22a and the oxidizing air 23 can be easily mixed without a gas mixer.
  • the inside of the reactor main body 32 is partitioned by upper and lower two-stage perforated plates 37, 38 formed by punching metal or the like provided with a large number of holes, and the perforated plates 37, 3 in the reactor main body 31 are formed.
  • a selective oxidation catalyst containing Ru or the like as an active component is loaded in the chamber 39 formed between the eight.
  • a communication tube is not required for the reactor main bodies 31 and 32 of the selective oxidation reactor 6, and the reformed gas reacted with the second-stage reactor main body 32 and the oxidation gas are not required.
  • a separate gas mixer is not required to mix the working air, so the equipment can be downsized, and the reactor bodies 31 and 32 are compactly stored in a narrow cylindrical space 17. As a result, the space of the apparatus can be saved.
  • the double cylinder has a partially cut-out structure, the center of the double cylinder and the cut-out part are not part of the other components of the fuel reformer, such as the combustion shown in Fig. 2.

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Abstract

選択酸化反応器（６）は、周方向の一部が切り欠かれた二重円筒状に形成されると共に、仕切り板（３３）により仕切られた複数の反応器本体（３１），（３２）を備え、反応器本体（３１），（３２）は、酸化用空気が混合された改質ガスが流通し得るようにした上下の多孔板（３４），（３５）、（３７），（３８）により仕切られて選択酸化触媒が填装された室（３６），（３９）を備え、室（３６）の上部に形成した室（４７）内には、室（３６）からの改質ガスが流入する改質ガス導入孔（４９ａ）を外周に穿設されると共に、先端側から酸化用空気（４８）が導入されて改質ガスと酸化用空気（４８）を混合し、且つ酸化用空気（４８）が混合された改質ガスを反応器本体（３２）の室（３９）上部に形成された室（５１）に供給し得るようにしたガス混合管（４９）を備える。従って、選択酸化反応器を小型化して狭い筒状の空間内にコンパクトに収納することができる。

Description

明 細 書 選択酸化反応装置 技術分野
本発明は燃料改質装置に適用される選択酸化反応装置に関する。 背景技術
一般に、 燃料電池は、 水の電気分解とは逆に水素と酸素を結合させて、 その時に発生する電気と熱を取り出すものであり、 その発電効率の高さや 環境への適合性から、 家庭用燃料電池コージエネレーションシステムや燃 料電池自動車としての開発が盛んに行われているが、 そうした燃料電池の 燃料となる水素は、 ナフサ、 灯油等の石油系燃料や都市ガス等を改質器で 改質して製造される。
第 1図は改質器が設けられる設備の一例として、 定置式の固体高分子型 燃料電池 （P E F C : P o l yme r E l e c t r o l y t e F u e 1 C e l l ) の全体系統を表わすものであって、 1は改質器、 2は改質 器 1から排出される排ガスの熱により水を蒸発させて水蒸気を発生させる 水蒸発器、 3は前記排ガスの熱によりナフサ等の原燃料を気化させる原燃 料気化器、 4は改質器 1へ供給する原料ガスの脱硫を行う脱硫器、 5は改 質器 1で改質した改質ガスを冷却水で所要温度 （およそ 2 0 0〜 2 5 0 °C 前後） に温度降下させ、 COと H20を 〇2と112に変換する低温シフト コンバ一夕、 6は低温シフトコンバ一夕 5を通過した改質ガスを冷却水で 冷却し、 式 （ I ) により示される酸化反応によって COを除去する選択酸 化反応器、 7は選択酸化反応器 6を通過した改質ガスを加湿する加湿器、 8は力ソード 8 aとアノード 8 bを有する固体高分子型燃料電池、 6 0は 力ソード 8 aからの出口ガスが導かれると共に出口ガスから水分を回収し、 残余のガスを排気し得るようにしたドレンセパレー夕である。
Figure imgf000004_0001
第 1図に示される設備においては、 水が水蒸発器 2で水蒸気とされ、 且 つナフサ等の原燃料が原燃料気化器 3で気化されて原料ガスとされ、 前記 水蒸気を混合した原料ガスが脱硫器 4へ導かれ、 該脱硫器 4で脱硫された 原料ガスが改質器 1へ導かれ、 該改質器 1で改質された改質ガスが低温シ フ 卜コンバータ 5と選択酸化反応器 6と加湿器 7とを介して固体高分子型 燃料電池 8のァノード 8 bへ導かれると共に、 空気が加湿器 7を介して固 体高分子型燃料電池 8の力ソード 8 aへ導かれ、 発電が行われるようにな つている。
又、 前記アノード 8 bから排出されるアノードオフガスは、 改質器 1に おける燃料ガスとして再利用される一方、 前記力ソード 8 aから出口ガス と共に排出された水は、 ドレンセパレー夕 6 0において出口ガスから分離 され、 固体高分子型燃料電池 8と選択酸化反応器 6と低温シフトコンバー 夕 5のそれぞれの冷却水、 並びに原料ガスに混合される水蒸気の一部とし て用いられるようになつている。
従来、 前記改質器 1 と、 その関連機器としての水蒸発器 2、 原燃料気化 器 3、 脱硫器 4、 低温シフトコンバータ 5、 及び選択酸化反応器 6は、 燃 料改質装置として一つのュニッ 卜にまとめられており、 斯かる燃料改質装 置としては、 例えば特開 2 0 0 3— 3 2 7 4 0 5号公報で開示したパーナ 燃焼タイプの装置が提案されている。
特開 2 0 0 3— 3 2 7 4 0 5号公報で開示した燃料改質装置は第 2図、 第 3図に示され、 図中、 第 1図に示すものと同一の符号を付した部分は同 一のものを表わしている。 第 2図、 第 3図中に示す燃料改質装置では、 改 質器 1 とその関連機器 （水蒸発器 2、 原燃料気化器 3、 脱硫器 4、 低温シ フ トコンバータ 5、 及び選択酸化反応器 6 ) とからなるユニッ トに対し、 内筒 9 aと外筒 9 bとの間に断熱層 9 cが形成される断熱容器 9を被せて 覆うことにより、 燃料改質装置を構成するようにしている。
この燃焼改質装置の場合、 前記断熱容器 9の内筒 9 a自体を改質器 1の 一部として利用するようにし、 該内筒 9 aの内部における中心部に、 燃焼 器 1 0から噴射される燃焼ガスが流通する炉筒 1 1 を配置すると共に、 該 炉筒 1 1 と前記内筒 9 aとの間に燃焼ガスの流路 1 2を形成し、 該流路 1 2内に、 内部に改質触媒 （図示せず） が装填され原料ガスを流通させてそ の改質を行うための複数 （第 2図、 第 3図の例では 6本） の改質管 1 3を 並設し、 改質器 1を構成するようにしてある。 なお、 前記改質管 1 3は、 内管 1 3 aと外管 1 3 bとからなる二重管構造としてあり、 原料ガスを内 管 1 3 aと外管 1 3 bとの間に形成される空間内を上昇させて前記燃焼ガ スと熱交換させた後、 その上端で折り返して内管 1 3 a内の空間を下降さ せるようにしてある。
前記改質器 1の炉筒 1 1は、 ベースプレート 1 4から立設されたベース 内筒 1 6の上端部に連結配置してあり、 ベースプレート 1 4の外周端縁か ら立上がる長さの短いベース外筒 1 5の上端部に対し、 前記断熱容器 9の 下端部を図示していないポルト · ナツ ト等の締結手段により着脱自在とな るよう気密に接続し、 前記ベースプレート 1 4とベース内筒 1 6とベース 外筒 1 5と断熱容器 9の内筒 9 aとで画成され且つ前記燃焼ガスの流路 1 2に連通する筒状の空間 1 7内に、 前記改質器 1の関連機器としての水蒸 発器 2、 原燃料気化器 3、 脱硫器 4、 低温シフトコンバータ 5、 及び選択 酸化反応器 6を配設するようにしてある。 前記ベース内筒 1 6の内部には、 前記燃焼器 1 0へ空気を供給するため の空気流路 1 8を形成すると共に、 その軸心部に、 前記燃焼器 1 0へ燃料 ガスとしてアノードオフガスを供給するためのアノードオフガス供給管 1 9を配設し、 又、 起動時或は定常の燃焼時には、 燃焼用燃料供給管 2 0か ら前記燃焼器 1 0へ燃焼用燃料を供給するようにしてある。 而して、 起動 時には燃料として燃焼用燃料が用いられ、 定常の燃焼時には、 アノードォ フガス及び燃焼用燃料が混合されて用いられるようになつている。
第 2図、 第 3図の燃料改質装置においては、 断熱容器 9をユニッ トに被 せるだけで断熱層 9 cの施工が行われるため、 断熱層 9 cの施工の手間が 大幅に軽減され、 しかも、 改質器 1内の触媒交換や点検等のメンテナンス の際には、 断熱容器 9を開放するだけで済み、 迅速に作業を行うことがで さる。
又、 容器として内筒 9 aと外筒 9 bとの間に断熱層 9 cが形成される断 熱容器 9を採用しているため、 断熱性能が極めて高くなり、 断熱層 9 じの 容積が低減され、 装置を小型化することが可能となる一方、 放散熱量が抑 えられ、 熱効率の向上にも役立つこととなる。 なお、 高性能断熱容器の一 形態として真空断熱が考えられる。
更に、 断熱容器 9の内筒 9 a内部を改質器 1の燃焼ガスの流路 1 2とし ているため、 装置全体の構造が単純となり、 コストダウンにつながり、 更 に、 前記改質器 1を、 燃焼器 1 0から噴射される燃焼ガスが流通する炉筒 1 1 と、 該炉筒 1 1 と断熱容器 9の内筒 9 aとの間に形成される燃焼ガス の流路 1 2に並設され且つ内部に改質触媒が装填され原料ガスを流通させ てその改質を行うための複数の改質管 1 3とから構成してあるため、 改質 管 1 3の多重管化と燃焼器 1 0での高温燃焼による放射伝熱利用により改 質器 1の全長を短くすることが可能となり、 これに伴って、 水蒸発器 2、 原燃料気化器 3、 脱硫器 4、 低温シフトコンバータ 5、 選択酸化反応器 6 等の関連機器を改質器 1の下側に配置でき、 燃料改質装置の高さを低くす ることができる。
なお、 通常運転時には、 改質器 1には原燃料から生成した原料ガスが供 給され、 燃料ガスであるアノードオフガスを燃焼させた燃焼ガスは、 改質 器 1 と、 水蒸発器 2並びに原燃料気化器 3において原料ガスと熱交換し、 およそ 2 0 0 °C程度に温度が下がり、 低温シフ トコンバータ 5や選択酸化 反応器 6における反応の温度レベルになるため、 前記燃焼ガスの流路とな る筒状の空間 1 7内に低温シフトコンバ一夕 5や選択酸化反応器 6等の反 応器を剥き出しで配置しても不要な熱交換が起こる虞はない。
こうして、 装置の小型化並びに熱効率向上を図ることができ、 更に、 断 熱層 9 cの施工の手間を大幅に低減し得、 メンテナンスも容易に行うこと ができる。
上述のように、第 2図、第 3図に示すパーナ燃焼式の燃料改質装置は種々 の優れた利点を有する。 一方、 上述の選択酸化反応器 6では、 導入された 改質ガス中の種々の成分から選択的に濃度が数千 P p mの C Oを酸化反応 により数 P p m以下の濃度に低減しなければならない。 而して、 この濃度 の低減のためには反応温度を一定にする必要がある。 従って多くの場合、 選択酸化反応器 6としては 2〜 3段の多段反応器を用いるようにしている。 なお、 選択酸化反応器 6に導入される改質ガスは、 H 2が約 5 9 %、 C O が約 0 . 5 %、 C 0 2が約 1 9 %、 H 2〇が約 2 1 . 5 %である。
第 4図には、 燃料改質装置に適用される一般的な選択酸化反応器におい て反応器本体が 2組の場合の装置フローの概要を図示している。 図中、 2 1は低温シフ トコンバータ 5 (第 1図、 第 2図参照） から送給されて酸化 用空気 2 3が混合された改質ガス 2 2 aが導入される上流側の反応器本体、 2 4は反応器本体 2 1からの改質ガス 2 2 aに酸化用空気 2 5を混合する ためのガス混合器、 2 6は酸化用空気 2 5が混合されてガス混合器 2 4か ら送給された改質ガス 2 2 bが導入される下流側の反応器本体であり、 反 応器本体 2 1， 2 6は冷却器 2 1 a， 2 6 aを備えていると共に、 内部に R u等を活性成分とする選択酸化触媒が装填されている。
第 4図の装置フローに示す選択酸化反応器では、 低温シフトコンバ一夕 5からの数千 p p mの C Oを含む改質ガスに酸化用空気 2 3が加えられて 混合され、 酸化用空気 2 3が混合された改質ガス 2 2 aは反応器本体 2 1 へ導入され、 触媒の作用により式 （ I ) で示す酸化反応が行われて C Oが 減少し、 反応器本体 2 1からガス混合器 2 4へ送給されて酸化用空気 2 5 と混合される。 ガス混合器 2 4で生成された酸化用空気 2 5を混合された 改質ガス 2 2 bは反応器本体 2 6へ導入され、 反応器本体 2 1におけるの と同様にして酸化反応が行われ、 C Oが数 p p mに減少して、 加湿器 7か ら固体高分子型燃料電池 8のアノード 8 bへ導入される （第 1図参照）。 反応器本体 2 1 , 2 6では冷却器 2 l a , 2 6 aに冷却水等の冷却媒体 が供給されて冷却が行われ、 改質ガス 2 2 a , 2 2 bの温度は酸化反応が 行われ易い 1 2 0 t：〜 2 0 0 °C、 好ましくは 1 5 0 °Cに制御される。 又、 反応器本体 2 1の入口側では、 酸化用空気 2 3の流量も多いため特にガス 混合器を設けなくても改質ガス 2 2 aと酸化用空気 2 3は容易に混合でき るが、反応器本体 2 6の入口側では、酸化用空気 2 5の流量は少ないため、 改質ガス 2 2 aと酸化用空気 2 5との混合は難しく、 このため改質ガス 2 2 aと酸化用空気 2 5が十分に混合し得るよう、 ガス混合器 2 4が必要と なる。 .
第 4図に示す選択酸化反応器において、 複数の反応器本体 2 1 , 2 6を 設けると、 通常は反応器本体 2 1 , 2 6を繋ぐため連絡管が必要となる。 又、 反応器本体 2 1， 2 6が一般的な円筒形状の場合には、 複数並設した 場合には、反応器本体 2 1， 2 6間に空隙が形成され、 この空隙が狭いと、 空隙を他の機器の配置に有効利用することができず、 空隙はデッ ドスべ一 スになる。 又、 上述のように反応器本体 2 1 , 2 6の間にガス混合器 2 4 を設けなければならない。 従って、 選択酸化反応器を全体的に小型化する ことができない。
更に、 第 4図に示す選択酸化反応器を第 2図に示す燃料改質装置に適用 する場合には、 装置構成上、 選択酸化反応器は、 円筒形のベース内筒 1 6 とベース内筒 1 6の外側に同心状に配置された断熱容器 9の内筒 9 aと、 ベース外筒 1 5とにより形成される空間 1 7内に収納しなければならなレ しかるに、 選択酸化反応器は小型にしなければ上記空間 1 7に収納する ことはできず、 従って選択酸化反応器の構造に工夫が必要となる。
本発明は上述の実情に鑑み、 改質器の関連機器としての選択酸化反応装 置を小型にして燃料改質装置の筒状の狭い空間内にコンパク 卜に収納させ、 装置の省スペース化を図り得るようにすることを目的としてなしたもので ある。 発明の開示
本発明の選択酸化反応装置は、 燃料改質装置の筒状の空間内に、 改質器 の関連機器として配置された選択酸化反応装置であって、
前記選択酸化反応装置は、 周方向の一部が切り欠かれた二重円筒状に形 成されると共に、 周方向へ仕切られた複数列の反応器本体を備え、
各反応器本体は、 酸化用ガスが混合された改質ガスが流通し得るように した多孔板により仕切られてそれぞれ三つの室を備えると共に中央の室に は選択酸化触媒が装填され、 改質ガスは、 各反応器本体における選択酸化触媒が装填された室を上方 向又は下方向に送給されて選択酸化触媒の作用により酸化用ガスと反応し て C Oを除去し得るよう構成され、
改質ガスが所定の列の反応器本体から次の列の反応器本体に送給される 際には、 改質ガスは、 当該列の反応器本体における選択酸化触媒が装填さ れた室から上方又は下方の多孔板を流通して当該列の反応器本体における 選択酸化触媒が装填されていない室に配置されたガス混合管内にその外周 に設けた改質ガス導入孔から導入されるよう構成され、
前記ガス混合管内では、 改質ガスは改質ガス導入孔とは異なる部分から 導入された酸化用ガスと混合され、 酸化用ガスの混合された改質ガスはガ ス混合管から次の列の反応器本体の選択酸化触媒が装填されていない、 前 記ガス混合管の配置された室に連設された室に送給し得るよう構成され、 最終列の反応器本体からは、 選択酸化触媒が装填された室を通過した改 質ガスが取り出されるよう構成したものである。
又、 本発明の選択酸化反応装置は、 燃料改質装置の筒状の空間内に、 改 質器の関連機器として配置された選択酸化反応装置であって、
前記選択酸化反応装置は、 周方向の一部が切り欠かれた二重円筒状に形 成されると共に、 周方向へ仕切られた複数列の反応器本体を備え、
各反応器本体は、 酸化用ガスが混合された改質ガスが流通し得るように した上下の多孔板により仕切られて上下の多孔板間に選択酸化触媒が装填 された室を備え、
前記反応器本体のうち改質ガス流れ方向奇数列の反応器本体においては、 下部の多孔板と底板との間の室から、 前記選択酸化触媒が装填された室 に酸化用ガスが混合された改質ガスが送給されるように構成されると共に、 上部の多孔板と天井板との間の室には、 一端側から送給された酸化用ガ スと、 前記選択酸化触媒が装填された室から送給されて外周に設けた複数 の改質ガス導入孔から導入された改質ガスとを混合させ、 酸化用ガスが混 合された改質ガスを次の偶数列の反応器本体における上部の多孔板と天井 板との間の室に送給し得るようにしたガス混合管が設けられ、
前記反応器本体のうち改質ガス流れ方向偶数列の反応器本体においては、 上部の多孔板と天井板との間の室から、 前記選択酸化触媒が装填された 室に酸化用ガスが混合された改質ガスが送給されるように構成されると共 下部の多孔板と底板との間の室には、 一端側から送給された酸化用ガス と、 前記選択酸化触媒が装填された室から送給されて外周に設けた複数の 改質ガス導入孔から導入された改質ガスとを混合させ、 酸化用ガスが混合 された改質ガスを次の奇数列の反応器本体における下部の多孔板と底板と の間の室に送給し得るようにしたガス混合管が設けられ、
最終列の反応器本体からは、 選択酸化触媒が装填された室を通過した改 質ガスを取り出し得るよう構成したものである。
更に本発明の選択酸化反応装置は、 燃料改質装置の筒状の空間内に、 改 質器の関連機器として配置された選択酸化反応装置であって、
前記選択酸化反応装置は、 周方向の一部が切り欠かれた二重円筒状に形 成されると共に、 周方向へ仕切られた複数列の反応器本体を備え、
各反応器本体は、 酸化用ガスが混合された改質ガスが流通し得るように した上下の多孔板により仕切られて上下の多孔板間に選択酸化触媒が装填 された室を備え、
前記反応器本体のうち改質ガス流れ方向奇数列の反応器本体においては、 上部の多孔板と天井板との間の室から、 前記選択酸化触媒が装填された 室に酸化用ガスが混合された改質ガスが送給されるように構成されると共 に、
下部の多孔板と底板との間の室には、 一端側から送給された酸化用ガス と、 前記選択酸化触媒が装填された室から送給されて外周に設けた複数の 改質ガス導入孔から導入された改質ガスとを混合させ、 酸化用ガスが混合 された改質ガスを次の偶数列の反応器本体における下部の多孔板と底板と の間の室に送給し得るようにしたガス混合管が設けられ、
前記反応器本体のうち改質ガス流れ方向偶数列の反応器本体においては、 下部の多孔板と底板との間の室から、 前記選択酸化触媒が装填された室 に酸化用ガスが混合された改質ガスが送給されるように構成されると共に、 上部の多孔板と天井板との間の室には、 一端側から送給された酸化用ガ スと、 前記選択酸化触媒が装填された室から送給されて外周に設けた複数 の改質ガス導入孔から導入された改質ガスとを混合させ、 酸化用ガスが混 合された改質ガスを次の奇数列の反応器本体における上部の多孔板と天井 板との間の室に送給し得るようにしたガス混合管が設けられ、
最終列の反応器本体からは、 選択酸化触媒が装填された室を通過した改 質ガスを取り出し得るよう構成したものである。
本発明の選択酸化反応装置は、 反応器本体内の酸化用ガスの混合した改 質ガスを冷却する手段を設けたものである。
本発明によれば、 下流側の反応器本体で反応させるための改質ガスと酸 化用ガスを混合するために別置きのガス混合器が不要となるため、 装置の 小型化が可能となり且つ狭い筒状の室内にコンパク トに収納できる結果、 装置の省スペース化が可能となる。
又、 反応器本体は、 二重円筒の一部を切り欠いた構造であるため、 二重 円筒部の中心部や切り欠いた部分は、 燃料改質装置の他の構成機器をまと まった状態で通すスペースとすることができ、 スペースの有効活用が可能 でデッドスペースが生じることがない。
更に、 上流側の反応器本体で C〇の除去された改質ガスに混合される酸 化用ガスは、 ガス混合管で十分効率的に混合されるため、 下流側の反応器 本体で C Oを良好に除去することができる。 図面の簡単な説明
第 1図は改質器が設けられる設備の一例を示す全体系統図、 第 2図は燃 料改質装置の一例を示す縦断正面図、 第 3図は第 2図の I I I 一 I I I方 向矢視図、 第 4図は燃料改質装置に適用される一般的な選択酸化反応器に おいて反応器本体が 2組の場合の装置フローの概要図である。
第 5図は本発明の燃料改質装置の選択酸化反応装置の実施例の平面図で、 第 2図の V— V方向矢視図、 第 6図は第 5図に示す選択酸化反応装置を展 開して示す正面図で、 第 7図の V I — V I方向矢視図、 第 7図は第 6図の V I I - V I I方向矢視図、 第 8図は第 6図の V I I I 一 V I I I方向矢 視図、 第 9図は第 6図の I X方向矢視図、 第 1 0図は第 6図の X方向矢視 図、 第 1 1図は第 6図の X I方向矢視図、 第 1 2図は第 5図に示す選択酸 化反応装置の概略斜視図、 第 1 3図は第 1 2図に示す選択酸化反応装置に おける第一列目の反応器本体の上部の室に収納したガス混合管を示す斜視 図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第 5図〜第 1 3図は本発明の実施例であって、 図中、 第 2図と同一の符 号を付した部分は同一物を表わす。
而して、 本実施例においては、 燃料改質装置に適用される選択酸化反応 器 6の平面形状は、第 2図の V— V方向断面図である第 5図に示すごとく、 円周方向の一部を切り欠いた二重円筒形状で、 ベースプレート 1 4とべ一 ス内筒 1 6とベース外筒 1 5と断熱容器 9の内筒 9 aとで画成され且つ燃 焼ガスの流路 1 2に連通する筒状の空間 1 7内に配置されている。
選択酸化反応器 6は、 第 6図〜第 1 3図に詳細に示すように、 二重円筒 形状の第一列目の反応器本体 3 1 と、 該反応器本体 3 1の円周方向側面に 仕切り板 3 3を介して接続された二重円筒形状の第二列目の反応器本体 3 2とを備えて、 円周方向を仕切られた複数列に形成されており、 円周方向 の一部は繋がらず切り欠かれた形状となっている。 而して、 反応器本体 3 1 , 3 2の内径 D 1は、 ベース内筒 1 6の外径よりも僅かに大きく、 反応 器本体 3 1， 3 2を空間 1 7に収納した際には、 反応器本体 3 1， 3 2の 内周はべ一ス内筒 1 6の外周にぴったりと合致するようになっている。 反応器本体 3 1は、 大径円弧状の外周板 3 1 aと小径円弧状の内周板 3 1 bと、 外周板 3 1 a及び内周板 3 1 bの上端を接続するよう配置された 天井板 3 1 c と、 外周板 3 1 a及び内周板 3 1 bの下端を接続するよう配 置された底板 3 1 dと、 反応器本体 3 2から離反した側部を覆う側板 3 1 e と、 前記仕切り板 3 3とにより、 密閉された二重円弧容器状に形成され ている。
反応器本体 3 1内は、 多数の孔が設けられたパンチングメタル等により 形成された上下二段の多孔板 3 4 , 3 5により仕切られ、 反応器本体 3 1 内の多孔板 3 4 , 3 5間に形成された室 3 6には、 R u等を活性成分とす る選択酸化触媒が装填されている。
反応器本体 3 2は、 大径円弧状の外周板 3 2 aと小径円弧状の内周板 3 2 bと、 外周板 3 2 a及び内周板 3 2 bの上端を接続するよう配置された 天井板 3 2 c と、 外周板 3 2 a及び内周板 3 2 bの下端を接続するよう配 置された底板 3 2 dと、 反応器本体 3 1から離反した側部を覆う側板 3 2 eと、 前記仕切り板 3 3とにより、 密閉された二重円弧容器状に形成され ている。
従って、 反応器本体 3 1， 3 2は反応器本体 3 1， 3 2それぞれの一部 を形成する仕切り板 3 3を間において接合されて全体として円周方向の一 部を切り欠いた略二重円筒容器状に形成されており、 反応器本体 3 1， 3 2を繋ぐための連絡管は必要のない構成になっている。
反応器本体 3 2内は、 多数の孔が設けられたパンチングメタル等により 形成された上下二段の多孔板 3 7， 3 8により仕切られ、 反応器本体 3 1 内の多孔板 3 7， 3 8間に形成された室 3 9には、 R u等を活性成分とす る選択酸化触媒が装填されている。
反応器本体 3 1内における多孔板 3 5と底板 3 1 dとの間の室 4 0に改 質ガス 4 1 aを供給し得るよう、 側板 3 1 eには改質ガス供給管 4 2が接 続されている。すなわち、改質ガス供給管 4 2は、室 4 0と連通するよう、 側板 3 1 e下端部に直接接続される水平部 4 2 aと、 水平部 4 2 aに接続 されて反応器本体 3 1の上端部近傍まで延在する垂直部 4 2 bと、 垂直部 4 2 bの上端近傍に接続された水平部 4 2 c とを備え、 垂直部 4 2 b内に はォリイフィス 4 3が設けられている。 而して、 改質ガス 4 1 aは、 改質 ガス供給管 4 2の水平部に接続された垂直管路下端から改質ガス供給管 4 2へ送給し得るようになっている。
改質ガス供給管 4 2の垂直部 4 2 b内における上流側のオリィフィス 4 3よりも上方位置には、 第一段目の反応器本体 3 1における酸化反応に供 する酸化用空気 4 4を垂直部 4 2 b内の上方側のオリィフィス 4 3よりも 上流側に導入し得るよう、 酸化用空気供給管 4 5が挿入されている。 酸化 用空気供給管 4 5は、 改質ガス供給管 4 2の垂直部 4 2 b外で水平に曲折 し、 水平端部には、 下方から酸化用空気 4 4を送給し得るようになつてい る。
反応器本体 3 1内における多孔板 3 4と天井板 3 1 c との間の室 4 7に は、 平面形状が円弧状で反応器本体 3 2における酸化反応に供する酸化用 空気 4 8を送給し得るようにしたガス混合管 4 9が挿通されている。 ガス 混合管 4 9は反応器本体 3 1から外部へ延在し、 外部先端には、 酸化用空 気 4 8を下方から導入し得るようになつている。
ガス混合管 4 9の先端は、 仕切り板 3 3に外周を溶接等で完全にシール されるよう接続されて、 反応器本体 3 2における多孔板 3 7と天井板 3 2 c との間の室 5 1側に開口していると共に、 外周部には多数の改質ガス導 入孔 4 9 aが穿設されており、 反応器本体 3 1において室 3 6を上昇して 来て多孔板 3 4を通り室 4 7に導入された改質ガスは、 改質ガス導入孔 4 9 aからガス混合管 4 9内に導入されるようになっている。
而して、 改質ガスと酸化用空気 4 8はガス混合管 4 9内で良好に混合さ れて反応器本体 3 2の室 5 1に導入されるようになっている。
反応器本体 3 2の側板 3 2 eには、 多孔板 3 8と底板 3 2 dとの間の室 5 2に連通するよう、 改質ガス取り出し管 5 3が接続されており、 改質ガ ス取り出し管 5 3の先端からは、 改質ガス 4 1 bを下方へ送給し得るよう になっている。
反応器本体 3 2における底板 3 2 dの仕切り板 3 3近傍下面からは、 冷 却流体 5 4を送給するための冷却流体送給管 5 5が室 5 2を通って室 3 9 内に敷設され、 室 3 9内をジグザグ状に上部へ敷設されている。 室 3 9の 上部では、 冷却流体送給管 5 5は、 仕切り板 3 3を貫通して反応器本体 3 1の室 3 6内へ延在し、 室 3 6内をジグザグ状に下部へ敷設されており、 室 4 0を通って外部へ導出されている。 なお、 冷却流体送給管 5 5の仕切 り板 3 3貫通部は密に保持されている。
反応器本体 3 1， 3 2は略二重円筒状で、 円周方向両端は一部を切り欠 いた形状となっているため、 第 7図、 第 8図に示すごとく、 側板 3 1 e， 3 2 eは平面的に見て近接した形状となっている。
次に、 上記した実施例の作動を説明する。
第 1図の低温シフ トコンバータ 5から送給された改質ガス 4 1 aは、 改 質ガス供給管 4 2の水平部 4 2 cから垂直部 4 2 bへ導入される。 又、 酸 化用空気 4 4は酸化用空気供給管 4 5から改質ガス供給管 4 2の垂直部 4 2 bへ導入される。 而して、 改質ガス 4 1 aと酸化用空気 4 4は垂直部 4 2 b内のオリィフィス 4 3を通過する際に混合され、 室 4 0から多孔板 3 5を通って室 3 6内へ導入される。
室 3 6内には R u等を活性成分とする選択酸化触媒が収納ざれているた め、改質ガス 4 1 aに含まれている数千 p p mの C Oは、室 3 6において、 選択酸化触媒の作用により酸化用空気 4 4中の酸素と式 （ I ) に示すよう に反応を行い C O 2となり、 従って、 改質ガス 4 1 a中の C Oは除去され る。
ある程度 C Oが除去された改質ガス 4 1 aは、 室 3 6から多孔板 3 4を 通過して室 4 7に送給され、 室 4 7から改質ガス導入孔 4 9 aを経てガス 混合管 4 9内に導入される。
又、 酸化用空気 4 8はガス混合管 4 9の外端部からガス混合管 4 9内に 供給され、 改質ガス導入孔 4 9 aから導入された改質ガスに混合され、 酸 化用空気 4 8の混合された改質ガスは、 反応器本体 3 2の室 5 1へ送給さ れる。 ガス混合管 4 9内における酸化用空気 4 8の流量は改質ガス 4 1 a に比べて少量であり且つ改質ガス 4 1 aは改質ガス導入孔 4 9 aからガス 混合管 4 9内へ高流速で導入され、 しかも、 流れ方向を変えるため、 酸化 用空気 4 8はガス混合管 4 9内において改質ガス 4 1 aと良好に撹拌、 混 合し、 反応器本体 3 2の室 5 1に送給される。
室 5 1に送給された酸化用空気 4 8の混合した改質ガスは、 多孔板 3 7 を通過して室 3 9内に流下する。 室 3 9内には R u等を活性成分とする選 択酸化触媒が収納されているため、 改質ガスに含まれている C Oは、 室 3 9において、 選択酸化触媒の作用により酸化用空気 4 8中の酸素と式（ I ) に示すように反応を行い C〇2となり、 従って、 改質ガス中の C Oは数 p p m程度まで除去される。
而して、 所望の状態に C Oの除去された改質ガス 4 1 bは、 室 3 9から 室 5 2を通過して改質ガス導出管 5 3へ送給され、 改質ガス導出管 5 3か ら導出されて加湿器 7から固体高分子型燃料電池 8のアノード 8 bへ送給 される。
冷却流体 5 4は、 冷却流体送給管 5 5を通り、 室 3 9内のガス及び室 3 6内の改質ガスを所定の温度に冷却する。 改質ガスの温度は、 第 4図に示 した場合と同様、 酸化反応が行われ易い 1 2 0 T：〜 2 0 0 °C、 好ましくは 1 5 0 °Cに制御される。
上記実施例によれば、 選択酸化反応器 6の反応器本体 3 1 , 3 2には連 絡管が不要となるうえ、 第二段目の反応器本体 3 2で反応させる改質ガス と酸化用空気を混合するために別置きのガス混合器が不要となり、従って、 装置の小型化が可能となり且つ、 反応器本体 3 1， 3 2を狭い筒状の空間 1 7内にコンパク トに収納できる結果、装置の省スペース化が可能となる。 又、 二重円筒の一部を切り欠いた構造であるため、 二重円筒部の中心部 や切り欠いた部分は、 燃料改質装置の他の構成機器、 例えば、 第 2図に示 す燃焼器 1 0に燃焼用空気を送給するための円筒状のベース内筒 1 6、 ァ ノードオフガス供給管 1 9、 燃焼用燃料供給管 2 0等をまとまった状態で 通すスペースとすることができ、 スペースの有効活用が可能でデッ ドスべ —スが生じることがない。
更に、反応器本体 3 1で C Oの除去された改質ガスと酸化用空気 4 8は、 ガス混合管 4 9において十分効率的に混合されるため、 第二段目の反応器 本体 3 2においても C Oを良好に除去することができる。
なお、 本発明の燃料改質装置の選択酸化反応装置は、 本発明の要旨を逸 脱しない範囲内で種々の変更を加えることもできる。 例えば、 本発明の実 施例では、 反応器本体を円周方向へ二組設ける場合について説明したが、 複数組なら何組としても実施可能である。
又、 反応容器本体を三組以上設ける場合には、 改質ガスと酸化用空気を 混合する混合管は、 以下に述べるように配置する必要がある。 すなわち、 ガス流れ方向上流側から下流側に向けて奇数段目の反応器本体において、 上部の多孔板と天井板の間の室にガス混合管を配置した場合は、 偶数段目 の反応容器本体においては、 下部の多孔板と底板との間の室にガス混合管 を配置する必要があり、 奇数段目の反応器本体において、 下部の多孔板と 底板の間の室にガス混合管を配置した場合には、 偶数段目の反応容器本体 においては、 上部の多孔板と天井板との間の室にガス混合管を配置する必 要がある。
更に、 C Oを酸化させるガスは空気に限らず酸素を含むガスなら使用す ることができる。 産業上の利用可能性
以上のように、 本発明の選択酸化反応装置は燃料電池に供給されるメタ ノール、 都市ガス、 ナフサ、 灯油等の原燃料を改質するための燃料改質装 置の選択酸化反応装置として有用であり、 特に装置の小型化が可能となり 且つ狭い筒状の室内にコンパク 卜に収納できて省スペース化が可能な選択 酸化反応装置として有用であり、 又、 スペースの有効活用が可能でデッ ド スペースが生じることがなく、 しかも下流側の反応器本体で C〇を良好に 除去することができる選択酸化反応装置として有用である。

Claims

請 求 の 範 囲 燃料改質装置の筒状の空間内に、 改質器の関連機器として配置され た選択酸化反応装置であって、
前記選択酸化反応装置は、 周方向の一部が切り欠かれた二重円筒状 に形成されると共に、 周方向へ仕切られた複数列の反応器本体を備え、 各反応器本体は、 酸化用ガスが混合された改質ガスが流通し得るよ うにした上下の多孔板により仕切られてそれぞれ三つの室を備える と共に中央の室には選択酸化触媒が装填され、
改質ガスは、 各反応器本体における選択酸化触媒が装填された室を 上方向又は下方向に送給されて選択酸化触媒の作用により酸化用ガ スと反応して C Oを除去し得るよう構成され、
改質ガスが所定の列の反応器本体から次の列の反応器本体に送給 される際には、 改質ガスは、 当該列の反応器本体における選択酸化触 媒が装填された室から上方又は下方の多孔板を流通して当該列の反 応器本体における選択酸化触媒が装填されていない室に配置された ガス混合管内にその外周に設けた改質ガス導入孔から導入されるよ う構成され、
前記ガス混合管内では、 改質ガスは改質ガス導入孔とは異なる部分 から導入された酸化用ガスと混合され、 酸化用ガスの混合された改質 ガスはガス混合管から次の列の反応器本体の選択酸化触媒が装填さ れていない、 前記ガス混合管の配置された室に連設された室に送給し 得るよう構成され、
最終列の反応器本体からは、 選択酸化触媒が装填された室を通過し た改質ガスが取り出されるよう構成したことを特徴とする選択酸化 反応装置。
燃料改質装置の筒状の空間内に、 改質器の関連機器として配置され た選択酸化反応装置であって、
前記選択酸化反応装置は、 周方向の一部が切り欠かれた二重円筒状 に形成されると共に、 周方向へ仕切られた複数列の反応器本体を備え、 各反応器本体は、 酸化用ガスが混合された改質ガスが流通し得るよ うにした上下の多孔板により仕切られて上下の多孔板間に選択酸化 触媒が装填された室を備え、
前記反応器本体のうち改質ガス流れ方向奇数列の反応器本体にお いては、
下部の多孔板と底板との間の室から、 前記選択酸化触媒が装填され た室に酸化用ガスが混合された改質ガスが送給されるように構成さ れると共に、
上部の多孔板と天井板との間の室には、 一端側から送給された酸化 用ガスと、 前記選択酸化触媒が装填された室から送給されて外周に設 けた複数の改質ガス導入孔から導入された改質ガスとを混合させ、 酸 化用ガスが混合された改質ガスを次の偶数列の反応器本体における 上部の多孔板と天井板との間の室に送給し得るようにしたガス混合 管が設けられ、
前記反応器本体のうち改質ガス流れ方向偶数列の反応器本体にお いては、
上部の多孔板と天井板との間の室から、 前記選択酸化触媒が装填さ れた室に酸化用ガスが混合された改質ガスが送給されるように構成 されると共に、
下部の多孔板と底板との間の室には、 一端側から送給された酸化用 ガスと、 前記選択酸化触媒が装填された室から送給されて外周に設け た複数の改質ガス導入孔から導入された改質ガスとを混合させ、 酸化 用ガスが混合された改質ガスを次の奇数列の反応器本体における下 部の多孔板と底板との間の室に送給し得るようにしたガス混合管が 設けられ、
最終列の反応器本体からは、 選択酸化触媒が装填された室を通過し た改質ガスを取り出し得るよう構成したことを特徴とする選択酸化 反応装置。
燃料改質装置の筒状の空間内に、 改質器の関連機器として配置され た選択酸化反応装置であって、
前記選択酸化反応装置は、 周方向の一部が切り欠かれた二重円筒状 に形成されると共に、 周方向へ仕切られた複数列の反応器本体を備え、 各反応器本体は、 酸化用ガスが混合された改質ガスが流通し得るよ うにした上下の多孔板により仕切られて上下の多孔板間に選択酸化 触媒が装填された室を備え、
前記反応器本体のうち改質ガス流れ方向奇数列の反応器本体にお いては、
上部の多孔板と天井板との間の室から、 前記選択酸化触媒が装填さ れた室に酸化用ガスが混合された改質ガスが送給されるように構成 されると共に、
下部の多孔板と底板との間の室には、 一端側から送給された酸化用 ガスと、 前記選択酸化触媒が装填された室から送給されて外周に設け た複数の改質ガス導入孔から導入された改質ガスとを混合させ、 酸化 用ガスが混合された改質ガスを次の偶数列の反応器本体における下 部の多孔板と底板との間の室に送給し得るようにしたガス混合管が 設けられ、
前記反応器本体のうち改質ガス流れ方向偶数列の反応器本体にお いては、
下部の多孔板と底板との間の室から、 前記選択酸化触媒が装填され た室に酸化用ガスが混合された改質ガスが送給されるように構成さ れると共に、
上部の多孔板と天井板との間の室には、 一端側から送給された酸化 用ガスと、 前記選択酸化触媒が装填された室から送給されて外周に設 けた複数の改質ガス導入孔から導入された改質ガスとを混合させ、 酸 化用ガスが混合された改質ガスを次の奇数列の反応器本体における 上部の多孔板と天井板との間の室に送給し得るようにしたガス混合 管が設けられ、
最終列の反応器本体からは、 選択酸化触媒が装填された室を通過し た改質ガスを取り出し得るよう構成したことを特徴とする選択酸化 反応装置。
反応器本体内の酸化用ガスの混合された改質ガスを冷却する手段を 設けた請求の範囲第 1項、 第 2項又は第 3項に記載の選択酸化反応装 置。
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