JP2004075435A - Fuel reforming device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料改質装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
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ェ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。
【0003】
図3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(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)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200〜250℃前後)に温度降下させCOとH2OをCO2とH2に変換する低温シフトコンバータ、6は低温シフトコンバータ5を通過した改質ガスを冷却水で冷却し酸化反応によってCOを除去する選択酸化CO除去器、7は選択酸化CO除去器6を通過した改質ガスを加湿する加湿器、8はカソード8aとアノード8bを有する固体高分子型燃料電池である。
【0004】
図3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トコンバータ5と選択酸化CO除去器6と加湿器7とを介して固体高分子型燃料電池8のアノード8b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のカソード8aへ導かれ、発電が行われるようになっており、又、前記アノード8b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、前記カソード8aから排出される水は、固体高分子型燃料電池8と選択酸化CO除去器6と低温シフトコンバータ5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っている。
【0005】
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CO除去器6は、燃料改質装置として一つのユニットにまとめられており、斯かる燃料改質装置としては、例えば特願2002−140149号明細書で開示したバーナ燃焼タイプの装置が提案されている。
【0006】
而して、斯かる燃料改質装置は図4、図5に示され、図中、図3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。図4、図5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CO除去器6)とからなるユニットに対し、内筒9aと外筒9bとの間に真空の断熱層9cが形成される真空断熱容器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。
【0007】
本図示例の場合、前記真空断熱容器9の内筒9a自体を改質器1の一部として利用するようにし、該内筒9aの内部における中心部に、燃焼器10から噴射される燃焼ガスが流通する炉筒11を配置すると共に、該炉筒11と前記内筒9aとの間に燃焼ガスの流路12を形成し、該流路12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(図5の例では六本)の改質管13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13は、内管13aと外管13bとからなる二重管構造としてあり、原料ガスを内管13aと外管13b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13a内の空間を下降させるようにしてある。
【0008】
前記改質器1の炉筒11は、ベースプレート14から立設されたベース内筒16の上端部に連結配置してあり、ベースプレート14の外周端縁から立上がる長さの短いベース外筒15の上端部に対し、前記真空断熱容器9の下端部を図示していないボルト・ナッ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14とベース内筒16とベース外筒15と真空断熱容器9の内筒9aとで画成され且つ前記燃焼ガスの流路12に連通する筒状の空間17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CO除去器6を配設するようにしてある。
【0009】
前記ベース内筒16の内部には、前記燃焼器10へ空気を供給するための空気流路18を形成すると共に、その軸心部に、前記燃焼器10へアノードオフガス等の燃料ガスを供給するための燃料ガス供給管19を配設し、又、起動時には、燃焼用燃料供給管20から前記燃焼器10へ燃焼用燃料を供給するようにしてある。
【0010】
図4の燃料改質装置においては、真空断熱容器9をユニットに被せるだけで断熱層9cの施工が行われるため、断熱層9c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、真空断熱容器9を開放するだけで済み、迅速に作業を行うことができる。
【0011】
又、容器として内筒9aと外筒9bとの間に真空の断熱層9cが形成される真空断熱容器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9c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。
【0012】
更に、真空断熱容器9の内筒9a内部を改質器1の燃焼ガスの流路12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10から噴射される燃焼ガスが流通する炉筒11と、該炉筒11と真空断熱容器9の内筒9aとの間に形成される燃焼ガスの流路12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13とから構成してあるため、改質管13の多管化と燃焼器10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CO除去器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。
【0013】
なお、通常運転時には、改質器1には原燃料が供給され、燃料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において原燃料と熱交換し、およそ200℃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CO除去器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17内に低温シフトコンバータ5や選択酸化CO除去器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心配はない。
【0014】
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9c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。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、図4、図5に示すバーナ燃焼式の燃焼改質装置は、種々の優れた利点を有する。しかし、燃焼ガスは断面積の大きな炉筒11内を上昇しているため、炉筒11を対流伝熱により十分赤熱させることができず、改質管13へ効率良く放射伝熱を行うことができない。従って、改質管13の表面積(伝熱面積)を大きくする必要があり、改質管13を十分に小型化することができない。
【0016】
又、燃焼ガスの温度は炉筒11の上端に達するまでに十分下降していないため、炉筒11上端で反転して真空断熱容器9の内筒9aと炉筒11との間の流路に導入される燃焼ガスの温度は高く、従って、内筒9aと炉筒11との間の流路に配設された改質管13の上端側は高温に曝されるため、改質管の材料を耐熱合金としなければならず、価格が高価となる。
【0017】
更に、真空断熱容器9の内筒9aと炉筒11との間の流路を下方へ流れる燃焼ガスは、改質管13に沿って真下に流れるため伝熱効率が小さく、しかも偏流が生じるため、改質管13毎の入熱量が不均等となり、改質器1の性能は低くしかも改質管13を十分に小型化することが困難である。
【0018】
本発明は、上述の実情に鑑み、炉筒内を流れる燃焼ガスによる対流伝熱が促進されるようにして炉筒の赤熱を十分に行い得るようにすると共に、改質管を放射伝熱により十分に加熱し得るようにし、以って、改質管の伝熱面積を小さくして改質管の更なる小型化を図り、又、改質管の上端が高温に曝されないようにして改質管として耐熱合金以外の材料を使用し得るようにし、更に真空断熱容器の内筒と炉筒との間の流路を下方へ流れる燃焼ガスに偏流が生じないようにすると共に、改質管毎の入熱量が均等となるようにして、改質器の性能向上及びより一層の小型化を可能とした燃焼改質装置を提供することを目的としてなしたものである。
【0019】
【課題を解決するための手段】
請求項1の燃料改質装置は、容器の内筒内に配置した炉筒と前記内筒との間に形成された流路に改質管が収納され、且つ燃焼器で生成されて前記炉筒内を上昇した燃焼ガスが前記流路を下降して改質器内を流れる原料ガスを改質し得るようにした燃料改質装置であって、前記炉筒と炉筒内に収納された案内筒との間には、燃焼器で生成されて前記流路の上端側へ導入される燃焼ガスが上昇する隙間が形成されたものである。
【0020】
請求項2の燃料改質装置は、容器の内筒内に配置した炉筒と前記内筒との間に形成された流路に改質管が収納され、且つ燃焼器で生成されて前記炉筒内を上昇した燃焼ガスが前記流路を下降して改質器内を流れる原料ガスを改質し得るようにした燃料改質装置であって、前記流路内には螺旋板を設けて前記炉筒上端で反転して前記流路を下降する燃焼ガスが前記改質管を横切るごとく流れるよう構成したものである。
【0021】
請求項3の燃料改質装置は、容器の内筒内に配置した炉筒と前記内筒との間に形成された流路に改質管が収納され、且つ燃焼器で生成されて前記炉筒内を上昇した燃焼ガスが前記流路を下降して改質器内を流れる原料ガスを改質し得るようにした燃料改質装置であって、前記炉筒と炉筒内に収納された案内筒との間には、燃焼器で生成されて前記流路の上端側へ導入される燃焼ガスが上昇する隙間が形成され、前記流路内には螺旋板を設けて前記炉筒上端で反転して前記流路を下降する燃焼ガスが前記改質管を横切るごとく流れるよう構成したものである。
【0022】
本発明においては、燃焼ガスは炉筒と炉筒内に収納された案内筒との間の隙間を通って上昇しつつ炉筒を対流伝熱により加熱させて赤熱させ、炉筒の上端で反転して内筒と炉筒とによる流路内に設けられた螺旋板に案内されつつ下降する。而して、改質管は炉筒の放射伝熱により加熱されると共に、螺旋板に案内されて改質管を横切るよう流れつつ下降する燃焼ガスによる対流伝熱により加熱される。
【0023】
本発明の燃料改質装置によれば、燃焼ガスを、炉筒と案内筒との間の狭い隙間に上方へ向け且つ改質管を流れる原料ガスと並行流となるよう流して炉筒を赤熱させるようにしているため、炉筒から改質管へ効率良く放射伝熱を行うことができる。従って、改質管の表面積(伝熱面積)を削減することができ、改質管の小型化が可能となる。
【0024】
又、改質管は高温に曝されることはないため、改質管の材料を一般のステンレスを使用することができ、コストを安価にすることができる。
【0025】
更に真空断熱容器の内筒と炉筒との間の空間を下方へ流れる燃焼ガスは、螺旋板により案内されて全ての改質管を径方向へ横切るよう流れるため、燃焼ガスの流速は、螺旋板がなくて真下に流れる場合より速くなって約4倍の大きい伝熱効率を得ることができる。このため、対流伝熱が促進され、又、全ての改質管に対し均等なガス流量で伝熱される結果、改質管毎の入熱量が均等となって加熱むらがなくなり、改質器は高い改質性能を得ることができると共に改質管の小型化が可能となる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図1、図2は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図4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。而して本図示例の燃焼改質装置の基本的な構成は図4に示す従来のものと略同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図1に示すごとく、炉筒11内を挿通して炉筒11上端の上方まで延在する案内筒21を炉筒11に対し同心状に設けると共に、真空断熱容器9の内筒9aと炉筒11で形成される流路12に改質管13を包囲するよう螺旋板22を設けた点にある。
【0027】
案内筒21は一般のステンレス製であり、内部は中空状でその下端は閉塞されている。又、案内筒21の上端には炉筒11よりも大径の案内板23が取付けられており、炉筒11と案内筒21との間の隙間を上昇した燃焼ガスは、案内板23により案内されて反転し、内筒9aと炉筒11との間の流路12に導入されるようになっている。
【0028】
図中、15aはベース外筒15の側部に接続した排気口、24は空気供給管、25はアノードオフガスである燃料ガス、26はナフサ等の燃焼用燃料、27は空気、28は燃焼ガス、29は改質されつつある原料ガス、30は排気であり、図示してないがナフサ等の原燃料は原燃料気化器3に導入されるようになっており、水は水蒸発器2に導入されるようになっており、改質ガスは選択酸化CO除去器6を経て図3に示す加湿器7から固体高分子型燃料電池8のアノード8bに導入されるようになっている。
【0029】
次に、上記図示例の作動を図3をも参照しつつ説明する。
図3に示す固体高分子型燃料電池8で発電を行う場合には、原燃料を改質器1で改質する必要がある。このため、図1に示す燃料改質装置においては、水が水蒸発器2で水蒸気とされ、且つナフサ等の原燃料は原燃料気化器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は脱硫器4へ導かれ、該脱硫器4で脱硫された後、原料ガス29は改質器1における改質管13の外管13bと内管13aとの間に導かれて上昇し、改質管13の上端で反転して内管13a内部を下降し、この上昇及び下降の間に以下で詳述するように、燃焼ガス28により加熱されて改質される。
【0030】
一方、燃料ガス25及び燃焼用燃料26並びに空気供給管24から送給された空気は燃焼器10で燃焼して高温(約1200℃)の燃焼ガス28が生成され、燃焼ガス28は、炉筒11と案内筒21との間の狭い隙間を偏流することなく均一且つ高速で上昇する。上昇時の燃焼ガス28の流れは、改質管13を上昇若しくは下降する原料ガス29に対して並行流となる。而して、燃焼ガス28を炉筒11と案内筒21との間の狭い隙間に上方へ向け且つ改質管13を流れる原料ガス29と並行流となるよう流すと、燃焼ガス28による対流伝熱が促進されて炉筒11が赤熱され、炉筒11の放射伝熱により改質管13が加熱される。
【0031】
炉筒11と案内筒21との間の狭い隙間を上端まで上昇した燃焼ガス28は、案内板23により反転させられて内筒9aと炉筒11との間の流路12を螺旋板22に沿って螺旋状に改質管13を径方向へ横切るように流れつつ下降し、改質管13を対流伝熱により加熱し、しかる後、水蒸発器2、脱硫器4、低温シフトコンバータ5、原燃料気化器3、選択酸化CO除去器6が収納されている筒状の空間17を通ってベース外筒15下端部に設けられている燃焼ガス排出口15aから排気30として外部に排出される。
【0032】
改質管13内を上方及び下方に流れる原料ガス29は、燃焼ガス28により加熱された炉筒11の放射伝熱により加熱されると共に、内筒9aと炉筒11との間の流路12を螺旋板22に沿って螺旋状に改質管13を径方向へ横切るように流れつつ下降する燃焼ガス28による対流伝熱により加熱され、改質される。
【0033】
本図示例では、燃焼ガス28を、炉筒11と案内筒21との間の狭い隙間に上方へ向け且つ改質管13を流れる原料ガス29と並行流となるよう流して炉筒11を対流伝熱により赤熱させるようにしているため、炉筒11から改質管13へ効率良く放射伝熱を行うことができる。従って、改質管13の表面積(伝熱面積)を削減することができ、図4に示す燃料改質装置よりも一層改質管13の小型化が可能となる。
【0034】
又、燃焼ガス28は対流伝熱により炉筒11を加熱し、炉筒11は炉筒11下端よりも下方の改質器1の入側付近の、低温で入熱量の大きな領域を放射伝熱により加熱しているため、炉筒11と案内筒21との間の隙間の上端部での燃焼ガス28の温度は下降して燃焼器10の燃焼温度(1200℃)よりも低下し、且つ改質に十分な800℃程度になる。従って、改質管13に高価な耐熱合金を用いる必要がなく、一般のステンレス鋼を使用することができるため、燃料改質装置のコストダウンを図ることができる。
【0035】
真空断熱容器9の内筒9aと炉筒11との間の流路12を下方へ流れる燃焼ガス28は、螺旋板22により案内されて全ての改質管13を径方向へ横切るよう流れるため、燃焼ガス28の流速は、螺旋板22がなくて真下に流れる場合より速くなって約4倍の大きい伝熱効率を得ることができる。このため、対流伝熱が促進され、又、全ての改質管13に対し均等なガス流量で伝熱される結果、改質管13毎の入熱量が均等となって加熱むらがなくなる。その結果、改質器1は高い改質性能を得ることができる。更に、改質管13の伝熱効率が大きいため、この点からも改質管13の小型化が可能となる。
【0036】
改質器1で改質された改質ガスは低温シフトコンバータ5と選択酸化CO除去器6を経てベース外筒15の下端部から燃料改質装置の外部に送給されて図3に示す加湿器7に導入され、加湿器7から固体高分子型燃料電池8のアノード8b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のカソード8aへ導かれ、発電が行われる。
【0037】
なお、本発明の燃料改質装置においては、選択酸化CO除去器の代わりにいわゆるメタネーション反応を利用したメターネータを用いることもできること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【0038】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の請求項1〜3記載の燃料改質装置によれば、下記のごとき種々の優れた効果を奏し得る。
I)燃焼ガスを、炉筒と案内筒との間の狭い隙間に上方へ向け且つ改質管を流れる改質される原料ガスと並行流となるよう流して炉筒を赤熱させるようにしているため、炉筒から改質管へ効率良く放射伝熱を行うことができる。従って、改質管の表面積(伝熱面積)を削減することができ、図4の燃料改質装置よりも一層改質管の小型化が可能となる。
II)改質管は高温に曝されることはないため、改質管の材料を一般のステンレスを使用することができ、コストを安価にすることができる。
III)真空断熱容器の内筒と炉筒との間の流路を下方へ流れる燃焼ガスは、螺旋板により案内されて全ての改質管を径方向へ横切るよう流れるため、燃焼ガスの流速は、螺旋板がなくて真下に流れる場合より速くなって約4倍の大きい伝熱効率を得ることができる。このため、対流伝熱が促進され、又、全ての改質管に対し均等なガス流量で伝熱される結果、改質管毎の入熱量が均等となって加熱むらがなくなり、改質器は高い改質性能を得ることができると共に、更なる改質管の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料改質装置の実施の形態の一例の縦断面図である。
【図2】図1のII−II方向矢視図である。
【図3】改質器が設けられる設備の一例を表わす全体系統図である。
【図4】バーナ燃焼タイプの燃料改質装置の一例の縦断面図である。
【図5】図4のV−V方向矢視図である。
【符号の説明】
1 改質器
9 真空断熱容器(容器)
9a 内筒
10 燃焼器
11 炉筒
13 改質管
21 案内筒
22 螺旋板
28 燃焼ガス
29 原料ガス[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel reformer.
[0002]
[Prior art]
In general, a fuel cell combines hydrogen and oxygen, as opposed to the electrolysis of water, to extract electricity and heat generated at that time. The development of fuel cell cogeneration systems and fuel cell vehicles is being actively pursued.Hydrogen, the fuel for such fuel cells, is reformed from petroleum fuels such as naphtha and kerosene and city gas using a reformer. Manufactured.
[0003]
FIG. 3 shows an entire system of a stationary polymer electrolyte fuel cell (PEFC) as an example of equipment provided with a reformer, where 1 is a reformer and 2 is a reformer. A water evaporator for evaporating water by the heat of the exhaust gas discharged from the reformer 1 to generate water vapor; 3, a raw fuel vaporizer for vaporizing a raw fuel such as naphtha by the heat of the exhaust gas; A desulfurizer 5 for desulfurizing the raw material gas supplied to the reformer 1, and the reformed gas reformed in the reformer 1 is cooled to a required temperature (about 200 to 250 ° C.) with cooling water to reduce CO and H 2 O to CO. 2 is a low-temperature shift converter for converting into H 2 , 6 is a selective oxidized CO remover that cools the reformed gas passing through the low-temperature shift converter 5 with cooling water and removes CO by an oxidation reaction, and 7 is a selective oxidized CO remover. A humidifier for humidifying the reformed gas passing through 6, and 8 is a polymer electrolyte fuel cell having a cathode 8a and an
[0004]
In the equipment shown in FIG. 3, water is converted into steam in a
[0005]
Conventionally, the reformer 1 and its related equipment, a
[0006]
Thus, such a fuel reforming apparatus is shown in FIGS. 4 and 5, in which parts denoted by the same reference numerals as those shown in FIG. 3 represent the same parts. 4 and 5, the reformer 1 and its related equipment (
[0007]
In the case of the illustrated example, the
[0008]
The
[0009]
An
[0010]
In the fuel reformer of FIG. 4, since the construction of the
[0011]
Further, since the vacuum
[0012]
Further, since the inside of the
[0013]
During normal operation, raw fuel is supplied to the reformer 1, and the combustion gas obtained by burning the fuel gas exchanges heat with the raw fuel in the reformer 1, the
[0014]
Thus, the size of the apparatus can be reduced and the thermal efficiency can be improved. Further, the labor for installing the
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the burner combustion type combustion reformer shown in FIGS. 4 and 5 has various excellent advantages. However, since the combustion gas is rising inside the
[0016]
In addition, since the temperature of the combustion gas has not sufficiently decreased before reaching the upper end of the
[0017]
Further, the combustion gas flowing downward in the flow path between the
[0018]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and enables convective heat transfer by combustion gas flowing in a furnace tube to be promoted so that red heat of the furnace tube can be sufficiently performed. The reforming tube is sufficiently heated so that the heat transfer area of the reforming tube is reduced to further reduce the size of the reforming tube, and the upper end of the reforming tube is not exposed to high temperatures. The material other than the heat-resistant alloy can be used as the quality pipe, and further, the combustion gas flowing downward through the flow path between the inner cylinder and the furnace cylinder of the vacuum insulated container is prevented from being deflected, and the reforming pipe is formed. It is an object of the present invention to provide a combustion reformer in which the amount of heat input is made uniform so that the performance of the reformer can be improved and the size of the reformer can be further reduced.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
2. The fuel reforming apparatus according to claim 1, wherein a reforming tube is housed in a flow passage formed between the furnace tube disposed in the inner tube of the container and the inner tube, and the reformer tube is generated by a combustor, and is provided in the furnace. A fuel reformer in which a combustion gas that has risen in a cylinder is capable of reforming a raw material gas flowing in a reformer by descending the flow path, and is contained in the furnace cylinder and the furnace cylinder. A gap is formed between the guide cylinder and the space where the combustion gas generated in the combustor and introduced into the upper end of the flow passage rises.
[0020]
3. The fuel reforming apparatus according to
[0021]
4. The fuel reformer according to claim 3, wherein a reforming tube is housed in a flow passage formed between the furnace tube disposed in the inner tube of the container and the inner tube, and the reformer tube is generated by a combustor and is formed in the furnace. A fuel reformer in which a combustion gas that has risen in a cylinder is capable of reforming a raw material gas flowing in a reformer by descending the flow path, and is contained in the furnace cylinder and the furnace cylinder. A gap is formed between the guide tube and the combustion gas generated in the combustor and introduced into the upper end of the flow passage. The gap is formed in the flow passage. The combustion gas that reverses and descends in the flow path flows so as to cross the reforming pipe.
[0022]
In the present invention, the combustion gas rises through a gap between the furnace tube and the guide tube housed in the furnace tube, and heats the furnace tube by convective heat transfer to cause it to glow red, and is inverted at the upper end of the furnace tube. Then, it descends while being guided by a spiral plate provided in a flow path formed by the inner cylinder and the furnace cylinder. Thus, the reforming tube is heated by the radiant heat transfer of the furnace tube, and is also heated by the convective heat transfer of the combustion gas that is guided by the spiral plate and flows across the reforming tube and descends.
[0023]
According to the fuel reformer of the present invention, the combustion gas flows upward in the narrow gap between the furnace tube and the guide tube so as to be in parallel with the raw material gas flowing through the reforming tube, thereby causing the furnace tube to heat up. Therefore, radiant heat transfer can be efficiently performed from the furnace tube to the reforming tube. Therefore, the surface area (heat transfer area) of the reforming tube can be reduced, and the size of the reforming tube can be reduced.
[0024]
Further, since the reforming tube is not exposed to a high temperature, ordinary stainless steel can be used as the material of the reforming tube, and the cost can be reduced.
[0025]
Further, the combustion gas flowing downward in the space between the inner cylinder and the furnace cylinder of the vacuum insulated container flows through all the reforming tubes in the radial direction by being guided by the spiral plate. It is faster than the case of flowing directly below without a plate, and it is possible to obtain a heat transfer efficiency about four times as large. As a result, convection heat transfer is promoted, and heat is transferred to all reforming tubes at an equal gas flow rate, resulting in uniform heat input to each reforming tube, thereby eliminating uneven heating. It is possible to obtain high reforming performance and to downsize the reforming tube.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 and FIG. 2 show an example of an embodiment of the present invention. In the figure, portions denoted by the same reference numerals as those in FIG. 4 represent the same components. The basic structure of the combustion reforming apparatus of this embodiment is substantially the same as that of the conventional combustion reformer shown in FIG. 4, but the feature of this embodiment is, as shown in FIG. A
[0027]
The
[0028]
In the drawing, 15a is an exhaust port connected to the side of the base
[0029]
Next, the operation of the illustrated example will be described with reference to FIG.
When power is generated by the polymer electrolyte fuel cell 8 shown in FIG. 3, the raw fuel needs to be reformed by the reformer 1. For this reason, in the fuel reforming apparatus shown in FIG. 1, water is converted into steam in a
[0030]
On the other hand, the
[0031]
The
[0032]
The
[0033]
In the illustrated example, the
[0034]
Further, the
[0035]
Since the
[0036]
The reformed gas reformed in the reformer 1 is sent from the lower end of the base
[0037]
In the fuel reformer of the present invention, a methanator utilizing a so-called methanation reaction may be used instead of the selective oxidation CO remover, and other various changes may be made without departing from the gist of the present invention. Obviously you can get it.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the fuel reformer according to claims 1 to 3 of the present invention, various excellent effects as described below can be obtained.
I) The combustion gas is caused to flow red in the narrow gap between the furnace tube and the guide tube so as to flow in parallel with the raw material gas to be reformed flowing through the reforming tube, thereby causing the furnace tube to glow red. Therefore, radiant heat transfer can be efficiently performed from the furnace tube to the reforming tube. Accordingly, the surface area (heat transfer area) of the reforming tube can be reduced, and the size of the reforming tube can be further reduced as compared with the fuel reformer shown in FIG.
II) Since the reforming tube is not exposed to a high temperature, general stainless steel can be used as the material of the reforming tube, and the cost can be reduced.
III) Since the combustion gas flowing downward in the flow path between the inner cylinder and the furnace cylinder of the vacuum insulated vessel flows through all the reforming tubes in the radial direction guided by the spiral plate, the flow rate of the combustion gas is Therefore, the heat transfer efficiency can be increased by about four times, as compared with the case where there is no spiral plate and the air flows directly below. As a result, convection heat transfer is promoted, and heat is transferred to all reforming tubes at an equal gas flow rate. High reforming performance can be obtained, and the size of the reforming tube can be further reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an example of an embodiment of a fuel reformer of the present invention.
FIG. 2 is a view in the direction of arrows II-II in FIG.
FIG. 3 is an overall system diagram illustrating an example of equipment provided with a reformer.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of an example of a burner combustion type fuel reformer.
FIG. 5 is a view in the direction of arrows VV in FIG. 4;
[Explanation of symbols]
1
9a Inner tube 10
Claims (3)
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