JP2007254163A - Fuel treatment device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、都市ガスやLPG等を原料(原燃料)として改質処理を行い、燃料電池へ供給するための水素リッチな改質ガス(燃料ガス)を生成させる燃料処理装置に関するものである。 The present invention relates to a fuel processing apparatus that performs a reforming process using city gas, LPG, or the like as a raw material (raw fuel), and generates a hydrogen-rich reformed gas (fuel gas) to be supplied to a fuel cell.
燃料電池は、燃料を用いた他の発電方法に比して熱効率が高く、又、環境汚染が少ないため、有効な発電装置として期待されている。特に、固体高分子型燃料電池(PEFC)は、100℃以下という低温で発電が行なわれ、出力密度が高いので、他の形式の燃料電池に比して小型化でき、しかも、電池構成材料の劣化が少ないこと、起動が容易であること、等の長所があることから、近年、小規模な業務用あるいは家庭用等の発電装置として使用されるようになってきている。 A fuel cell is expected to be an effective power generation device because it has higher thermal efficiency and less environmental pollution than other power generation methods using fuel. In particular, the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) generates power at a low temperature of 100 ° C. or lower, and has a high output density. Therefore, the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) can be reduced in size as compared with other types of fuel cells. In recent years, it has been used as a power generator for small-scale business use or home use because it has advantages such as little deterioration and easy start-up.
上記固体高分子型燃料電池を用いた発電装置(PEFC発電装置)の一般的な構成は、以下のようにしてある。すなわち、図4に示す如く、電解質としてフッ素系のイオン交換膜が用いられている固体高分子電解質膜の両面をカソード(空気極)2とアノード(燃料極)3の両ガス拡散電極で挟持させてなるセルを、セパレータ(図示せず)を介し積層してスタックとしてなる構成として固体高分子型燃料電池1を形成する。上記固体高分子型燃料電池1におけるアノード3の入口側には、改質器5、低温シフトコンバータ6、CO選択酸化反応器(CO除去器)7を順に備えてなる燃料処理装置4と、加湿器8を設けている。これにより、燃料供給部より供給される都市ガス(天然ガス)やLPG等の原料(原燃料)9を、脱硫器10にて脱硫した後、原料予熱器(原燃料気化器)11にて予熱してから、水蒸発器12より導かれる水蒸気13と共に上記燃料処理装置4へ供給し、該燃料処理装置4の改質器5にておよそ700℃前後に加熱して水蒸気改質を行わせる。得られる改質ガス(燃料ガス)14を、低温シフトコンバータ6に導いておよそ200〜250℃前後まで温度低下させてシフト反応させ、更に、上記CO選択酸化反応器7にておよそ100〜120℃前後まで温度低下させてCO除去処理するようにする。しかる後、上記燃料処理装置4より送出される改質ガス14が、加湿器8にて加湿された後、上記固体高分子型燃料電池1のアノード3へ供給されるようにしてある。一方、上記カソード2の入口側には、酸化ガスとして空気15が、圧縮器(空気ブロワ)16で圧縮された後、上記加湿器8を経てから供給されるようにしてある。
A general configuration of a power generation device (PEFC power generation device) using the polymer electrolyte fuel cell is as follows. That is, as shown in FIG. 4, both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane in which a fluorine ion exchange membrane is used as an electrolyte are sandwiched by both gas diffusion electrodes of a cathode (air electrode) 2 and an anode (fuel electrode) 3. The solid
かかる構成としてあることにより、上記固体高分子型燃料電池1にて、アノード3側に供給される改質ガス14中の水素と、カソード2側に供給される空気15中の酸素とを電気化学反応(燃料電池反応)させて、この際発生する起電力を取り出すようにしてある。
With this configuration, in the polymer
上記固体高分子型燃料電池1による燃料電池反応の後、アノード3の出口より排出されるアノードオフガス17には未反応の水素が残存している。そのために、上記アノードオフガス17は、上記燃料処理装置4の改質器5に付設された図示しないバーナへ導いて燃焼させて、上記改質器5の改質室にて吸熱反応である水蒸気改質反応を進行させるための熱源として利用するようにしてある。
After the fuel cell reaction by the polymer
更に、上記アノードオフガス17の発熱量が小さいことに鑑みて、上記燃料処理装置4のバーナには、燃料供給部より供給される都市ガスやLPG等の原料9の一部を追焚き燃料9aとして供給して燃焼させることにより、上記燃料処理装置4を運転して改質器5にて原料9の水蒸気改質を行わせる際に上記アノードオフガス17の発熱量のみでは不足する熱量を補うようにしてある。
Further, in view of the small calorific value of the anode off-
一方、燃料処理装置4の起動時は、改質器5へ原料9を供給する前に、該改質器5を予め所要温度まで昇温させる必要がある。又、固体高分子型燃料電池1の運転開始前であるため、燃料処理装置4のバーナへのアノードオフガス17の供給は行われない。そのために、上記燃料処理装置4の起動時には、該燃料処理装置4のバーナへ、上記都市ガスやLPG等の追焚き燃料9aのみを燃焼用燃料として供給して燃焼させるようにしてある。18は固体高分子型燃料電池1における冷却部である。
On the other hand, when the
ところで、上記改質器5、シフトコンバータ6及びCO選択酸化反応器7を備えてなる燃料処理装置4としては、図5及び図6に示す如く、改質器5とシフトコンバータ6とCO選択酸化反応器7とを上下方向に直列に配置することにより軸方向の熱伸びを緩和できるようにすると共に、上記改質器5に関連するバーナ19や水蒸発器12、原料予熱器11等を1つのユニットにまとめるようにした形式のものが従来提案されている。
By the way, as shown in FIGS. 5 and 6, the
すなわち、上記ユニット化された燃料処理装置4は、所要の高さ寸法を有し且つ上端を閉塞した容器内筒20aと容器外筒20bとの間に真空断熱層20cを備えた真空断熱容器20の下端部に、ベースプレート21の外周縁部の上側に設けたベース外筒22の上端部が気密に連結してある。上記ベースプレート21の中心部には、上記真空断熱容器20の上下方向中間部付近まで立ち上がるベース内筒23が設けてあり、該ベース内筒23の上端部内側にバーナ(燃焼装置)19が設けてある。
That is, the unitized
上記バーナ19は、たとえば、図6に示す如く、中空円筒状として周壁の周方向所要間隔個所に上下方向多段に空気吹出し孔25を穿設してなるバーナコーン24を上記ベース内筒23の上端部内側に同心状に配置し、上記ベース内筒23とバーナコーン24の上端部同士の間をリング状の閉塞板26により閉塞させると共に、上記バーナコーン24の下端部を底板(閉塞板)27により閉止させてあり、図5に示す空気供給管28よりダクト29を経て上記ベース内筒23の内側へ下端側から供給される空気30を、上記ベース内筒23の内部を通してバーナコーン24の外周側へ導いた後、上記各空気吹出し孔25を通してバーナコーン24の内側へ供給できるようにしてある。
For example, as shown in FIG. 6, the
上記バーナコーン24の中心部には、クラウンタワー31が、底板27と所要の隙間を隔てて中子状に配設してある。更に、上記ベース内筒23の下側に設けて図示しないアノードオフガス配管を接続するようにしてある燃料ガス接続座32に下端が接続してあるアノードオフガス供給管(燃料ガス供給管)33が、上記ベース内筒23の内側に挿通させて配設されていると共に、該アノードオフガス供給管33の上端部が、上記バーナコーン24の底板27の中心部に貫通させて連通接続してある。更に、上記アノードオフガス供給管33の上部寄り位置には、該アノードオフガス供給管33の途中位置の側壁部を貫通させて該アノードオフガス供給管33内に挿入した追焚き燃料供給管34の先端部(上端部)が、同心状に収納させてある。これにより、燃料処理装置の通常運転時には、図示しない燃料電池より上記アノードオフガス配管、燃料ガス接続座32を経た後、上記アノードオフガス供給管33を通して供給されるアノードオフガス17と、上記追焚き燃料供給管34より供給される追焚き燃料9aの混合燃料を、又、燃料処理装置の起動時には、上記追焚き燃料供給管34より供給される追焚き燃料9aのみを、上記クラウンタワー31の下側を通して該クラウンタワー31の外周に形成される環状の保炎スペースへ供給して、上記バーナコーン24の空気吹出し孔25より供給される空気30を用いて燃焼させることができるようにしてある。
At the center of the
35は上記バーナ19の点火用のスパークロッドであり、該スパークロッド35は、上記バーナコーン24の底板27の一側寄り位置に設けた開口部36の下側に取り付けてある短管37の内側に、該短管37の底板37aを下方から貫通させるように取り付けてあり、上端部となる放電部35aのみを、上記底板27の開口部36を通してバーナコーン24の内側へ所要寸法突出させるようにしてある。
35 is a spark rod for igniting the
更に、上記ベース内筒23の上側に、上記真空断熱容器20の容器内筒20aの天井部付近まで上下方向に延びる炉筒38が接続してある。該炉筒38の内側には、上記バーナ19の所要寸法上方位置から炉筒38の上端よりも所要寸法上方へ突出する位置まで上下方向に延びる下端の閉塞された案内筒39が、同心状に挿通させて配設されると共に、該案内筒39の上端部(突出端部)に、上記炉筒38よりも大径の案内板40が取り付けてある。これにより、上記バーナ19におけるアノードオフガス17や追焚き燃料9aの燃焼により発生する高温(約1000〜1200℃)の燃焼ガス41を、上記炉筒38の内周面と案内筒40の外周面との隙間を通して上昇させて炉筒38の上端まで導いた後、上記案内板40に案内させて該燃焼ガス41のガス流れ方向を下向きに反転させて、上記容器内筒20aと、上記炉筒38及びベース内筒23との間に上下方向の円筒状の空間部として形成される燃焼ガス流路42を、上記ベース外筒22の側壁に設けた排気口43へ向けて下向きに流通させることができるようにしてある。
Further, a
上記炉筒38の外周に位置する燃焼ガス流路42の上部領域には、縦長の円筒形状としてある改質器5が、周方向所要間隔で複数基、たとえば、6基配設されていると共に、該各改質器5の下方位置の燃焼ガス流路42内に、上記改質器5へ供給する水蒸気13(図4参照)を発生させるための水蒸発器12が設けてある。更に、上記ベース内筒23の外周に位置する燃焼ガス流路42の下部領域に、上記改質器5の下流側に直列に接続する低温シフトコンバータ6とCO選択酸化反応器7とが上方から順に配設されるようにしてある。44は上記各改質器5が配設してある燃焼ガス流路42の上部領域に設けた螺旋板であり、上記燃焼ガス流路42の上部領域を上端側から下方へ向かう燃焼ガス41を、上記螺旋板44に沿わせて流通させることにより、該燃焼ガス41を上記各改質器5に対して横切る方向へ流すことができるようにして、該各改質器5に対する燃焼ガス41からの伝熱効率を高めることができるようにしてある。45は上記低温シフトコンバータ6の外周に配設した原燃料気化器である。
In the upper region of the combustion
以上の構成としてあることにより、上記バーナ19で発生させた高温の燃焼ガス41が上記炉筒38の内周面と案内筒40の外周面との隙間を通して上昇する際に高温に加熱される上記炉筒38からの輻射(放射伝熱)と、上記炉筒38の上端に達した後、上記燃焼ガス流路42を螺旋板44に沿って下向きに流れる燃焼ガス41からの対流伝熱により、上記各改質器5が700℃程度まで加熱されるようにしてあり、該各改質器5にて、原燃料気化器45にて予熱されてから改質器5へ供給される原料ガス(図示せず)と、上記水蒸発器12より供給される水蒸気(図示せず)とによる水蒸気改質反応を進行させて改質ガスが発生されるようにしてある。更に、上記各改質器5における水蒸気改質反応の熱源として供されて温度が低下された燃焼ガス41は、その残存する熱が、上記水蒸発器12にて上記各改質器5へ供給する水蒸気を発生させるための熱源として利用されるようになる。
With the above configuration, the high-
上記各改質器5にて発生させた改質ガスは、上記低温シフトコンバータ6によるシフト反応と、上記CO選択酸化反応器7によるCO除去処理が順次行われて、燃料電池へ供給するための改質ガスが生成される。この際、上記水蒸発器12にて水蒸気を発生させるための熱源に供した後の燃焼ガス41は200〜250℃程度まで温度低下されるため、上記低温シフトコンバータ6におけるシフト反応を進行させる際に問題となることはない。更に、上記低温シフトコンバータ6の周囲を通過する際には、原燃料気化器45における原料ガスの予熱に供されて燃焼ガス41は更に温度低下されて、100〜120℃となるため、上記CO選択酸化反応器7におけるCO除去処理を進行させる際に問題となることはなく、上記CO選択酸化反応器7の周囲を通過した燃焼ガス41は、ベース外筒22の排気口43より外部へ排気されるようになる(たとえば、特許文献1参照)。
The reformed gas generated in each
ところが、上記特許文献1に示されている燃料処理装置は、改質器5と低温シフトコンバータ6とCO選択酸化反応器7とを一体にまとめた形式の燃料処理装置として優れているが、本発明者等は、上記の如き燃料処理装置を更に発展させて、バーナ19の保守、点検作業をより容易に行うことができるようにするための改良を加えて本発明をなした。
However, the fuel processing apparatus shown in
したがって、本発明の目的とするところは、改質器と低温シフトコンバータとCO選択酸化反応器とを上下方向に直列に配列して備えてなる構成を有すると共に、バーナの保守、点検作業をより容易に行うことが可能な燃料処理装置を提供しようとするものである。 Accordingly, an object of the present invention is to have a configuration in which a reformer, a low temperature shift converter, and a CO selective oxidation reactor are arranged in series in the vertical direction, and moreover, maintenance and inspection work of the burner is further performed. It is an object of the present invention to provide a fuel processing apparatus that can be easily performed.
本発明は、上記課題を解決するために、請求項1に対応して真空断熱容器の底部に設けるベースプレートの中央部にバーナを設け、該バーナの上側に、上記真空断熱容器の天井部付近まで延びるように設けた燃焼ガスダクトと、該燃焼ガスダクトの下部領域の外周に設けた断熱材と、該断熱材の外周に、上下方向に延びるように配設して、容器外部より取り入れる空気を、内部の空気流路に流通させてから上記バーナへ供給できるようにしてある円筒形状の空気流路形成装置と、上記燃焼ガスダクトの上部領域の外周側と空気流路形成装置の外周側に設けて、上記燃焼ガスダクトの上端に達した燃焼ガスを下方へ流通させる燃焼ガス流路と、該燃焼ガス流路の上部領域に設けた原料を水蒸気改質する改質器と、該改質器の下方位置に設けて改質器へ供給する水蒸気を発生させるようにしてある水蒸発器と、上記改質器の下流側に接続し且つ上記空気流路形成装置の外周となる燃焼ガス流路の下部領域に配設した低温シフトコンバータ及びCO選択酸化反応器とを備えてなる構成とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention provides a burner at the center of the base plate provided at the bottom of the vacuum heat insulation container corresponding to claim 1, and up to the vicinity of the ceiling of the vacuum heat insulation container above the burner. Combustion gas duct provided to extend, a heat insulating material provided on the outer periphery of the lower region of the combustion gas duct, and arranged to extend vertically on the outer periphery of the heat insulating material, A cylindrical air flow path forming device that can be supplied to the burner after being circulated through the air flow path, and an outer peripheral side of the upper region of the combustion gas duct and an outer peripheral side of the air flow path forming device, A combustion gas flow path for allowing the combustion gas reaching the upper end of the combustion gas duct to flow downward; a reformer for steam reforming the raw material provided in the upper region of the combustion gas flow path; and a lower position of the reformer Set up A water evaporator configured to generate water vapor to be supplied to the reactor, and a low temperature connected to a downstream side of the reformer and disposed in a lower region of the combustion gas flow path that is an outer periphery of the air flow path forming device A shift converter and a CO selective oxidation reactor are provided.
又、上記構成において、空気流路形成装置は、燃焼ガスダクトの下部領域と対応する高さ寸法を有する外筒部材と、上記外筒部材よりもやや低い高さ寸法の中間筒部材を、径方向に所要の隙間を隔ててベースプレート上に同心状に取り付け、更に、上記ベースプレートの所要寸法上方位置から上記外筒部材と対応する高さ位置まで上下方向に延びる内筒部材を、上記中間筒部材の内側に所要の隙間を隔てて同心状に配置して、該内筒部材の上端部と上記外筒部材の上端部とを、上記中間筒部材よりも上方に配したリング状の閉塞部材を介して連結し、且つベースプレートにおける上記外筒部材と中間筒部材の隙間に対応する所要位置に、容器外部より空気を供給するための空気取入口を設けてなる構成とする。 Further, in the above configuration, the air flow path forming device includes an outer cylinder member having a height corresponding to the lower region of the combustion gas duct, and an intermediate cylinder member having a height slightly lower than the outer cylinder member. Are attached concentrically on the base plate with a required gap therebetween, and further, an inner cylinder member extending in a vertical direction from a position above the required dimension of the base plate to a height position corresponding to the outer cylinder member is formed on the intermediate cylinder member. The inner cylinder member is arranged concentrically with a required gap on the inside, and the upper end portion of the inner cylinder member and the upper end portion of the outer cylinder member are disposed above the intermediate cylinder member via a ring-shaped blocking member. And an air intake port for supplying air from the outside of the container is provided at a required position corresponding to the gap between the outer cylinder member and the intermediate cylinder member in the base plate.
更に、上記各構成における燃焼ガスダクトの上部領域の内側に、外周面部に凹凸を有する伝熱促進部材を挿通させるように配設して、該伝熱促進部材の外周面部と上記燃焼ガスダクトの上部領域の内周面との間に、燃焼ガスの流れを乱しながら上昇させる隙間を形成させるようにした構成とする。具体的には、上記構成における伝熱促進部材を、下端の閉塞された案内筒の外周にワイヤを巻きつけてなる構成とする。 Further, the heat transfer promoting member having irregularities on the outer peripheral surface portion is inserted inside the upper region of the combustion gas duct in each configuration described above, and the outer peripheral surface portion of the heat transfer promoting member and the upper region of the combustion gas duct are arranged. A gap is formed between the inner circumferential surface and the inner circumferential surface so as to rise while disturbing the flow of the combustion gas. Specifically, the heat transfer promoting member in the above configuration is configured by winding a wire around the outer periphery of the guide tube closed at the lower end.
上述の各構成における水蒸発器を、径の異なる複数の螺旋状の伝熱管からなる構成とすると共に、該各螺旋状の伝熱管を、燃焼ガスダクトの外周の円筒状の燃焼ガス流路に同心状に配設してなる構成とする。 The water evaporator in each of the above-described configurations is configured by a plurality of spiral heat transfer tubes having different diameters, and each of the spiral heat transfer tubes is concentric with a cylindrical combustion gas flow path on the outer periphery of the combustion gas duct. It is set as the structure arrange | positioned in the shape.
又、上述の各構成において水蒸発器の上流側に複数の水予熱器を設け、該各水予熱器を、燃焼ガス流路の下部領域にて低温シフトコンバータの内周側と外周側にそれぞれ形成される内周側燃焼ガス流路と外周側燃焼ガス流路に、該内周側燃焼ガス流路を通る燃焼ガスの流量と、外周側燃焼ガス流路を通る燃焼ガスの流量との流量比に応じた数に分配して配設するようにした構成とする。 Further, in each of the above-described configurations, a plurality of water preheaters are provided on the upstream side of the water evaporator, and the water preheaters are respectively provided on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the low temperature shift converter in the lower region of the combustion gas flow path. The flow rate of the flow rate of the combustion gas passing through the inner peripheral combustion gas flow channel and the flow rate of the combustion gas passing through the outer peripheral combustion gas flow channel in the inner peripheral combustion gas flow channel and the outer peripheral combustion gas flow channel formed. The number is distributed according to the ratio.
更に、上述の各構成において、真空断熱容器の外面の所要個所に、該容器外面の昇温を検出するための温度スイッチを設けるようにした構成とする。 Further, in each of the above-described configurations, a temperature switch for detecting a temperature rise on the outer surface of the container is provided at a required portion on the outer surface of the vacuum heat insulating container.
本発明の燃料処理装置によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
(1)真空断熱容器の底部に設けるベースプレートの中央部にバーナを設け、該バーナの上側に、上記真空断熱容器の天井部付近まで延びるように設けた燃焼ガスダクトと、該燃焼ガスダクトの下部領域の外周に設けた断熱材と、該断熱材の外周に、上下方向に延びるように配設して、容器外部より取り入れる空気を、内部の空気流路に流通させてから上記バーナへ供給できるようにしてある円筒形状の空気流路形成装置と、上記燃焼ガスダクトの上部領域の外周側と空気流路形成装置の外周側に設けて、上記燃焼ガスダクトの上端に達した燃焼ガスを下方へ流通させる燃焼ガス流路と、該燃焼ガス流路の上部領域に設けた原料を水蒸気改質する改質器と、該改質器の下方位置に設けて改質器へ供給する水蒸気を発生させるようにしてある水蒸発器と、上記改質器の下流側に接続し且つ上記空気流路形成装置の外周となる燃焼ガス流路の下部領域に配設した低温シフトコンバータ及びCO選択酸化反応器とを備えてなる構成としてあるので、上記バーナへアノードオフガスや追焚き燃料を供給して燃焼させて発生させる高温の燃焼ガスを、燃焼ガスダクトを通して上方へ導いた後、上記燃焼ガス流路を上端部から下方へ向けて流通させることにより、該燃焼ガス流路の上部領域に配されている改質器を所定温度まで加熱して、該改質器にて原料の水蒸気改質を行わせて改質ガスを生成させることができる。更に、上記改質器の加熱に供された後の燃焼ガスは、該改質器の下方に配設してある水蒸発器にて上記改質器へ供給するための水蒸気発生用の熱源として供することができる。一方、上記燃焼ガスダクトの下部領域の外周には、上記断熱材及び上記空気流路形成装置が設けてあることから、上記燃焼ガスダクトの下部領域から外周方向への熱の伝達は、断熱材にて抑えることができると共に、該断熱材を経て外周側へ伝えられる熱は、上記空気流路形成装置の空気流路を流通させる空気により冷却できる。しかも、該空気流路形成装置を流通するときに熱を受け取る空気は、バーナへ燃焼用の空気として供給して消費させることができるため、上記空気流路形成装置の外周側に配されている低温シフトコンバータやCO選択酸化反応器が上記燃焼ガスダクトの下部領域を通る高温の燃焼ガスの熱の影響を受けて、それぞれシフト反応やCO除去反応の至適温度範囲以上に加熱される虞を未然に防止できる。したがって、原料を改質器にて水蒸気改質した後、低温シフトコンバータでシフト反応させ、更に、CO選択酸化反応器にてCO除去処理してなる改質ガスを生成させることができる。
(2)しかも、上記バーナは、真空断熱容器の最下部となるベースプレートの直ぐ上側に配設してあるため、該バーナの保守、点検作業をより容易に行うことが可能となる。
(3)空気流路形成装置は、燃焼ガスダクトの下部領域と対応する高さ寸法を有する外筒部材と、上記外筒部材よりもやや低い高さ寸法の中間筒部材を、所要の隙間を隔ててベースプレート上に同心状に取り付け、上記ベースプレートの所要寸法上方位置から上記外筒部材と対応する高さ位置まで上下方向に延びる内筒部材を、上記中間筒部材の内側に所要の隙間を隔てて同心状に配置して、該内筒部材の上端部と上記外筒部材の上端部とをリング状の閉塞部材を介して連結し、更に、ベースプレートにおける上記外筒部材と中間筒部材の隙間に対応する所要位置に、容器外部より空気を供給するための空気取入口を設けてなる構成とすることにより、周壁面のほぼ全面に亘る空気流路を径方向に2重に設けて、空気取入口より供給される空気を、外周側の空気流路を通して空気流路形成装置の下端部から上端部まで一旦上昇させてから、内周側の空気流路を通して内筒部材の下方となる空気流路形成装置の下端部まで再び下降させることができるようになるため、該空気流路形成装置を、全面に亘り冷却可能な構成とすることができる。
(4)燃焼ガスダクトの上部領域の内側に、外周面部に凹凸を有する伝熱促進部材を挿通させるように配設して、該伝熱促進部材の外周面部と上記燃焼ガスダクトの上部領域の内周面との間に、燃焼ガスの流れを乱しながら上昇させる隙間を形成させるようにした構成とすることにより、燃焼ガスダクトの上部領域を効率よく加熱させて、該燃焼ガスダクトの上部領域からの輻射により、燃焼ガス流路の上部領域に配した改質器をより効率よく加熱させることができる。
(5)伝熱促進部材を、下端の閉塞された案内筒の外周にワイヤを巻きつけてなる構成とすることにより、該伝熱促進部材の外周面部に容易に凹凸を形成することができる。
(6)水蒸発器を、径の異なる複数の螺旋状の伝熱管からなる構成とすると共に、該各螺旋状の伝熱管を、燃焼ガスダクトの外周の円筒状の燃焼ガス流路に同心状に配設してなる構成とすることにより、円筒状の空間部として形成されている燃焼ガス流路内を流れる燃焼ガスとの熱交換をより効率よく行わせることができる。
(7)水蒸発器の上流側に複数の水予熱器を設け、該各水予熱器を、燃焼ガス流路の下部領域にて低温シフトコンバータの内周側と外周側にそれぞれ形成される内周側燃焼ガス流路と外周側燃焼ガス流路に、該内周側燃焼ガス流路を通る燃焼ガスの流量と、外周側燃焼ガス流路を通る燃焼ガスの流量との流量比に応じた数に分配して配設するようにした構成とすることにより、各水予熱部で均等に水を予熱することができる。
(8)真空断熱容器の外面の所要個所に、該容器外面の昇温を検出するための温度スイッチを設けるようにした構成とすることにより、容器外面の温度上昇に基づいて上記真空断熱容器の真空断熱層の真空度の悪化を検出することが可能になるため、該温度スイッチにて、予め設定してある所要の温度を超える場合に、燃料処理装置全体の運転を停止できるようにすれば、上記真空断熱容器の真空断熱層における真空度が何らかの原因で悪化して断熱性能が低下しても、上記真空断熱容器の内部から漏れる熱により外部機器が影響を受ける虞を未然に防止することが可能になる。
According to the fuel processing apparatus of the present invention, the following excellent effects are exhibited.
(1) A burner is provided at the center of the base plate provided at the bottom of the vacuum heat insulating container, a combustion gas duct provided on the upper side of the burner so as to extend to the vicinity of the ceiling of the vacuum heat insulating container, and a lower region of the combustion gas duct A heat insulating material provided on the outer periphery and the outer periphery of the heat insulating material are arranged so as to extend in the vertical direction so that the air taken in from the outside of the container can be supplied to the burner after flowing through the internal air flow path. A cylindrical air flow path forming device, and a combustion that is provided on the outer peripheral side of the upper region of the combustion gas duct and the outer peripheral side of the air flow path forming device, and distributes the combustion gas that has reached the upper end of the combustion gas duct downward A gas flow path, a reformer for steam reforming the raw material provided in the upper region of the combustion gas flow path, and a steam provided at a lower position of the reformer to be supplied to the reformer. Some water A generator, and a low-temperature shift converter and a CO selective oxidation reactor that are connected to the downstream side of the reformer and disposed in the lower region of the combustion gas flow path that is the outer periphery of the air flow path forming device. Since it is configured, high temperature combustion gas generated by supplying anode off gas or additional fuel to the burner and burning it is guided upward through the combustion gas duct, and then the combustion gas flow path is directed downward from the upper end. The reformer disposed in the upper region of the combustion gas flow path is heated to a predetermined temperature and steam reforming of the raw material is performed in the reformer to generate a reformed gas. Can be made. Further, the combustion gas after being used for heating the reformer is used as a heat source for generating steam to be supplied to the reformer by a water evaporator disposed below the reformer. Can be provided. On the other hand, since the heat insulating material and the air flow path forming device are provided on the outer periphery of the lower region of the combustion gas duct, heat transfer from the lower region of the combustion gas duct to the outer peripheral direction is performed by the heat insulating material. While being able to be suppressed, the heat transmitted to the outer peripheral side through the heat insulating material can be cooled by air flowing through the air flow path of the air flow path forming device. Moreover, since the air that receives heat when it flows through the air flow path forming device can be supplied to the burner for consumption and consumed, it is disposed on the outer peripheral side of the air flow path forming device. There is a risk that the low temperature shift converter and the CO selective oxidation reactor will be heated above the optimum temperature range of the shift reaction and the CO removal reaction under the influence of the heat of the high temperature combustion gas passing through the lower region of the combustion gas duct. Can be prevented. Therefore, after the steam reforming of the raw material in the reformer, a shift reaction can be performed by the low-temperature shift converter, and further, a reformed gas formed by CO removal treatment in the CO selective oxidation reactor can be generated.
(2) Moreover, since the burner is disposed immediately above the base plate that is the lowermost part of the vacuum heat insulating container, the burner can be more easily maintained and inspected.
(3) The air flow path forming device includes an outer cylinder member having a height corresponding to the lower region of the combustion gas duct and an intermediate cylinder member having a height slightly lower than the outer cylinder member, with a required gap therebetween. The inner cylinder member is mounted concentrically on the base plate and extends vertically from a position above the required dimension of the base plate to a height position corresponding to the outer cylinder member, with a required gap inside the intermediate cylinder member. It arranges concentrically, connects the upper end part of the inner cylinder member and the upper end part of the outer cylinder member via a ring-shaped closing member, and further, in the gap between the outer cylinder member and the intermediate cylinder member in the base plate By providing an air intake for supplying air from the outside of the container at the corresponding required position, the air flow path over almost the entire surface of the peripheral wall surface is provided twice in the radial direction. Sky supplied from the entrance The lower end portion of the air flow path forming device that is once raised from the lower end portion to the upper end portion of the air flow path forming device through the outer air flow channel and then below the inner cylindrical member through the inner peripheral air flow channel Therefore, the air flow path forming device can be cooled over the entire surface.
(4) A heat transfer promoting member having irregularities on the outer peripheral surface portion is inserted inside the upper region of the combustion gas duct so that the outer peripheral surface portion of the heat transfer promoting member and the inner periphery of the upper region of the combustion gas duct are disposed. By constructing a gap between the upper surface of the combustion gas duct and the surface, the upper region of the combustion gas duct can be efficiently heated to radiate from the upper region of the combustion gas duct. Thus, the reformer disposed in the upper region of the combustion gas flow path can be heated more efficiently.
(5) By forming the heat transfer promoting member by winding a wire around the outer periphery of the guide cylinder closed at the lower end, it is possible to easily form irregularities on the outer peripheral surface portion of the heat transfer promoting member.
(6) The water evaporator is composed of a plurality of spiral heat transfer tubes having different diameters, and each of the spiral heat transfer tubes is concentrically arranged in a cylindrical combustion gas flow path on the outer periphery of the combustion gas duct. By adopting the arrangement, the heat exchange with the combustion gas flowing in the combustion gas flow path formed as a cylindrical space can be performed more efficiently.
(7) A plurality of water preheaters are provided on the upstream side of the water evaporator, and the water preheaters are respectively formed on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the low temperature shift converter in the lower region of the combustion gas flow path. According to the flow rate ratio between the flow rate of the combustion gas passing through the inner peripheral combustion gas flow channel and the flow rate of the combustion gas passing through the outer peripheral combustion gas flow channel in the circumferential combustion gas flow channel and the peripheral combustion gas flow channel By adopting a configuration that is distributed and arranged in numbers, water can be preheated evenly in each water preheater.
(8) By adopting a configuration in which a temperature switch for detecting the temperature rise of the outer surface of the container is provided at a required portion of the outer surface of the vacuum heat insulating container, the vacuum insulating container Since it becomes possible to detect the deterioration of the degree of vacuum of the vacuum heat insulating layer, if the temperature switch exceeds a preset required temperature, the operation of the entire fuel processing device can be stopped. Even if the degree of vacuum in the vacuum heat insulation layer of the vacuum heat insulation container deteriorates for some reason and the heat insulation performance deteriorates, it is possible to prevent the possibility that external equipment may be affected by heat leaking from the inside of the vacuum heat insulation container. Is possible.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1乃至図3は本発明の燃料処理装置の実施の一形態を示すもので、図5に示したと同様の容器内筒20aと容器外筒20bと真空断熱層20cとからなる真空断熱容器20の下端部に、外周寄りの所要個所に排気口47を設けたベースプレート46の外周縁部を、取り外し可能に気密に取り付け、上記真空断熱容器20の最下部となる上記ベースプレート46の中央部上側にバーナ19aを設ける。
FIGS. 1 to 3 show an embodiment of a fuel processing apparatus of the present invention, and a vacuum
上記バーナ19aの上側には、上記容器内筒20aの天井部付近まで上下方向に延びる燃焼ガスダクト48を設ける。該燃焼ガスダクト48は、上部の所要の長さ寸法の領域を、下部領域よりも所要寸法拡径させてなる拡径部48aとしてあり、該拡径部48aの内側に、下端が閉塞された所要長さの案内筒49aと、該案内筒49aの外周に螺旋状に巻きつけたワイヤ49bとからなる伝熱促進部材49を同心状に挿入配置して、上記案内筒49aの下端が上記拡径部48aの下端部に臨むようにする。これにより、上記燃焼ガスダクト48の拡径部48aの内周面と、上記案内筒49aに巻きつけられているワイヤ49bの存在により凹凸形状とされた上記伝熱促進部材49の外周面との間に隙間を形成し、上記バーナ19aの燃焼により発生して燃焼ガスダクト48を通して上方へ導かれる燃焼ガス41を、該燃焼ガス41の流れが層流とならないように乱しながら隙間を通して上向きに流通させることができるようにする。
On the upper side of the
上記伝熱促進部材49の上端部となる案内筒49aの上端部(突出端部)には、上記燃焼ガスダクト48の拡径部48aよりも大径の案内板50を取り付けて、上記拡径部48aを通過して燃焼ガスダクト48の上端に達した燃焼ガス41を、上記案内板50に案内させて、該燃焼ガス41のガス流れ方向を下向きに反転させることができるようにする。
A
上記燃焼ガスダクト48の下部領域の周りには、該燃焼ガスダクト48の下部領域と対応するように上下方向に延びる円筒形状の空気流路形成装置52を同心状に配置して上記ベースプレート46の上面側に取り付ける。該空気流路形成装置52には内部に空気流路53a,53bが形成させてあり、容器外部の空気供給管28より供給される空気30を、上記空気流路53a,53bを流通させた後、空気流路形成装置52の下端部の内側に位置する上記ベースプレート46中央部のバーナ19aへ供給できるようにする。上記燃焼ガスダクト48の下部領域と上記空気流路形成装置52との隙間には、断熱材51を介装する。これにより、上記バーナ19aの燃焼により発生する高温の燃焼ガス41が流通される上記燃焼ガスダクト48の下部領域から外周方向への熱の伝達を、上記断熱材51の断熱作用によって低減させ、更に、該断熱材51を経て外周方向へ伝えられる熱は、上記空気流路形成装置52の空気流路53a,53bを流通させる空気30と熱交換させ、この熱交換により加熱される空気30は、バーナ19aへ燃焼用の空気30として供給して消費させることにより、上記空気流路形成装置52の外周側への熱の伝達を防ぐことができるようにする。
Around the lower region of the
上記容器内筒20aの内周面と、燃焼ガスダクト48の拡径部48aの外周面、及び、上記空気流路形成装置52の外周面との間には、上下方向に連通する円筒状の空間部として燃焼ガス流路54を形成させ、上記燃焼ガスダクト48の拡径部48aの外周に位置する燃焼ガス流路54の上部領域には、図5に示したと同様に、周方向所要間隔で6基の改質器5を配設すると共に、該各改質器5の下方位置に、水蒸発器12を設ける。更に、上記断熱材51及び空気流路形成装置52によって上記燃焼ガスダクト48の下部領域からの熱の伝達が防がれている空気流路形成装置52の外周に位置する燃焼ガス流路54の下部領域に、水蒸発器12と、上記各改質器5の下流側に接続する低温シフトコンバータ6及びCO選択酸化反応器7を、上方から順に配設する構成とする。
A cylindrical space communicating vertically between the inner peripheral surface of the container
詳述すると、上記空気流路形成装置52は、図2に示す如く、ベースプレート46上における排気口47よりも中心寄りで、且つバーナ19a及び燃焼ガスダクト48の下部領域を所要の間隔を隔てて取り囲む径方向の所要位置に、上記燃焼ガスダクト48の下部領域と対応する高さ寸法を有し且つ下端部を所要寸法拡径させた外筒部材52aと、高さ寸法を上記外筒部材52aよりもやや低く設定してある中間筒部材52bを、径方向に所要の隙間を隔てて同心状に配置して、上記ベースプレート46の上面にそれぞれ気密に取り付ける。上記中間筒部材52bの内側には、上記ベースプレート46の所要寸法上方位置から上記外筒部材52aと対応する高さ位置まで上下方向に延びる内筒部材52cを、上記中間筒部材52bと所要の隙間を隔てて同心状に配置し、該内筒部材52cの上端部と、上記外筒部材52aの上端部とを、中間筒部材52bよりも所要寸法上方位置に配したリング状の閉塞部材52dを介して連結する。更に、上記ベースプレート46における上記外筒部材52aの下端部取付個所と、上記中間筒部材52bの下端部取付個所との間となる周方向の所要位置に、空気取入口55を設けて、外部の図示しない空気供給部より供給される空気30を導くための空気供給管28を接続する。これにより、上記外筒部材52aと中間筒部材52bとの間に、下端部の周方向所要個所が上記空気取入口55に連通する円筒状の外周側空気流路53aを形成すると共に、上記中間筒部材52bと内筒部材52cとの間に、上端部が上記中間筒部材52の上方を通して上記外周側空気流路53と連通し且つ下端部が上記内筒部材52cの下方を通して該内筒部材52の内側の空間、すなわち、バーナ19aを設けるベースプレート46の中心側に連通する円筒状の内周側空気流路53bを形成する。これにより、上記空気供給管28より空気取入口55を経て供給される空気30を、上記外周側空気流路53aを通して空気流路形成装置52の下端部から上端部まで一旦上昇させてから、上記内周側空気流路53bを通して空気流路形成装置52の下端部まで再び下降させるようにして、該空気流路形成装置52を全面に亘り冷却できるようにし、しかる後、上記空気流路形成装置52の冷却に供された後の空気30を、バーナ19aへ燃焼用の空気30として供給できるようにしてある。
More specifically, as shown in FIG. 2, the air flow
上記バーナ19aは、上記空気流路形成装置52の内筒部材52cの下端部の内側に、図6に示したと同様に、中空円筒状として周壁の周方向所要間隔個所に上下方向多段に空気吹出し孔25を穿設して下端部を底板(閉塞板)27により閉止させてなるバーナコーン24を同心状に配置して、該バーナコーン24の上端部と上記内筒部材52cの内周面との間をリング状の閉塞板26により閉塞させた構成としてある。これにより、上記空気流路形成装置52の内筒部材52cの下方を通して供給される空気30を、上記内筒部材52cの内側にて上記バーナコーン24の外周側へ導いた後、上記各空気吹出し孔25を通してバーナコーン24の内側へ供給できるようにしてある。
As shown in FIG. 6, the
上記バーナコーン24の中心部には、クラウンタワー31を、底板27と所要の隙間を隔てて中子状に配設する。又、上記バーナコーン24の底板27の中心部には、上記ベースプレート46の中心部に上下方向に貫通させて設けた短管状の燃料供給管56の上端部を連通接続する。上記燃料供給管56におけるベースプレート46よりも下方に突出する下端部の一側位置には、図示しない燃料電池のアノードより排出されるアノードオフガス17を導くアノードオフガス配管57を、ドレンチャンバ58を介して連通接続する。更に、上記燃料供給管56の内側には、該燃料供給管56の底部を貫通させて挿入した追焚き燃料供給管34の先端部を、同心状に収納させる。これにより、燃料処理装置の通常運転時には、上記アノードオフガス配管57より上記ドレンチャンバ58を経てドレンが除去された後に上記燃料供給管56へ供給されるアノードオフガス17と、上記追焚き燃料供給管34より供給される追焚き燃料9aの混合燃料を、又、燃料処理装置の起動時には、上記追焚き燃料供給管34より供給される追焚き燃料9aのみを、上記クラウンタワー31の下側を通して該クラウンタワー31の外周に形成される環状の保炎スペースへ供給して、上記バーナコーン24の空気吹出し孔25より供給される空気30を用いて燃焼させて、高温の燃焼ガス41を発生させることができるようにしてある。
At the center of the
上記バーナ19aの点火用のスパークロッド35は、上記バーナコーン24の底板27の一側寄り位置に設けた開口部36の下側にベースプレート46まで達するように取り付けてある筒状部材59の内側に、ベースプレート46を貫通させて下方から挿入するように設置すると共に、該スパークロッド35の上端部となる放電部35aのみを、上記底板27の開口部36を通してバーナコーン24の内側へ所要寸法突出するよう配置して、上記クラウンタワー31又はバーナコーン24の底板27との間にスパークを発生させることができるようにしてある。
The
上記燃焼ガスダクト48の下端部は、上記バーナコーン24の上端部に連結するようにしてある。これにより、上記燃焼ガスダクト48の外周面と、上記空気流路形成装置52の内筒部材52cの内周面との間に、上記バーナ19aの上端部のリング状の閉塞板26によって下端が閉塞される円筒状の空間を形成して、この円筒状の空間に、上記燃焼ガスダクト48の外周に設ける断熱材51を収納させるようにしてある。
The lower end portion of the
上記水蒸発器12は、上記円筒状の空間部として形成されている燃焼ガス流路54内に設けてある。該燃焼ガス流路54を上方から下方へ向けて流れる燃焼ガス41との熱交換を効率よく行わせることができるようにするという観点からは、図3(イ)(ロ)に示す如く、蒸発器伝熱管を、並列接続された螺旋径が互いに相違する複数の螺旋状伝熱管、たとえば、螺旋径を大径、中間径、小径とした3本の螺旋状伝熱管60a,60b,60cとして、上記円筒状の燃焼ガス流路54内に、上記各伝熱管60a,60b,60cを、同心状に配置してなる構成とすることが好ましい。
The
更に、燃焼ガス流路54における水蒸発器12の設置個所を燃焼ガス51が流通する際の流通抵抗を抑えるという観点からは、上記各螺旋状伝熱管60a,60b,60cの螺旋ピッチをほぼ同等とすると共に、径方向に隣接する各螺旋状伝熱管60a,60b,60c同士の高さ位置を、上下方向にずらした配置とさせることが好ましい。
Furthermore, from the viewpoint of suppressing the flow resistance when the
上記のように、水蒸発器12に複数系列の蒸発器伝熱管を設ける場合には、該各蒸発器伝熱管の上流側位置に個別に水予熱部を設けると共に、該複数の水予熱部を、燃焼ガス流路54の下部領域にて低温シフトコンバータ6の内周側と外周側にそれぞれ分割されて形成される内周側燃焼ガス流路54aと外周側燃焼ガス流路54bに、該内周側燃焼ガス流路54aと外周側燃焼ガス流路54bに分配されて流通させられる燃焼ガス41の流量比に応じた分配数でそれぞれ配設するようにする。
As described above, when a plurality of series of evaporator heat transfer tubes are provided in the
すなわち、たとえば、上述したように水蒸発器12に3系列の螺旋状伝熱管60a,60b,60cを設ける場合には、低温シフトコンバータ6の内周面と上記空気流路形成装置52の外周面との間に形成される内周側燃焼ガス流路54aと、低温シフトコンバータ6の外周面と容器内筒20aの内周面との間に形成される外周側燃焼ガス流路54bの流路面積比が1:2となるように、該低温シフトコンバータ6の内径及び外径を予め設定するようにし、上記水蒸発器12の各螺旋状伝熱管60a,60b,60cの上流側にそれぞれ設ける3系統の水予熱部61のうち、1系統の水予熱部61を上記内周側燃焼ガス流路54aに配設し、残る2系統の水予熱部61を上記外周側燃焼ガス流路54bに配設するようにする。このようにして、燃焼ガス流路54を上方から流れてきて低温シフトコンバータ6の配設位置に達した燃焼ガス41を、上記内周側と外周側の各燃焼ガス流路54aと54bへ、流量比がほぼ1:2となるように分配されて流通させるようにする。これにより、上記内周側燃焼ガス流路54aを流通する燃焼ガス41の有する熱量の総和と、外周側燃焼ガス流路54bを流通する燃焼ガス41の有する熱量の総和との比が、ほぼ1:2となって、内周側燃焼ガス流路54a内に配設してある1系統の水予熱部61で予熱すべき水の量と、外周側燃焼ガス流路54b内に配設してある2系統の水予熱部61で予熱すべき水の量との比に対応するようにし、該各水予熱部61にてほぼ均等に水の予熱を行うことができるようにする。
That is, for example, as described above, when three series of helical
上記CO選択酸化反応器7の出口部となる下端部に接続して改質ガス14を回収するための改質ガス配管62は、ベースプレート46の排気口47を挿通させて該ベースプレート46の下方位置へ引き出すように配置すると共に、上記ベースプレート46の排気口47の下側に、上記排気口47を挿通させてベースプレート46の下方位置へ導いた改質ガス配管62と、上記ベースプレート46の下方位置にて先端部をドレンチャンバ58に接続してあるアノードオフガス配管57とを覆う箱型の排気ダクト63を設ける。更に、該排気ダクト63に接続する最終排気ガス管64の内側に、上記改質ガス配管62とアノードオフガス配管57とを所要の長さ範囲に亘り挿通させるように配設してなる構成とすることにより、上記真空断熱容器20内より排気口47を通して排出される最終排気ガス41aを、上記排気ダクト63、最終排気ガス管64を通して排出させる際に、該最終排気ガス41aに残存する熱により、上記改質ガス配管64を流通する改質ガス14、及び、アノードオフガス配管57を流通するアノードオフガス17を共に保温することができるようにしてある。
A reformed
更に、上記CO選択酸化反応器7と低温シフトコンバータ6は共に発熱反応の反応器であるため、CO選択酸化反応器7に冷却水配管65を装備すると共に、低温シフトコンバータ6に冷却水配管66を装備して、該各冷却水配管65と66を冷却水供給ライン67に直列に接続して、該冷却水供給ライン67より供給される冷却水により上記CO選択酸化反応器7と低温シフトコンバータ6を順に冷却できるようにし、更に、上記各冷却水配管65と66の間にチェック弁68を設けて、該チェック弁68にてCO選択酸化反応器7側の冷却水配管65に流通させる冷却水を加圧することにより、沸点を上昇させて上記CO選択酸化反応器7を至適温度である100〜120℃前後の温度範囲に保持できるようにしてある。
Furthermore, since the CO
上記CO選択酸化反応器7の冷却に供された後の冷却水は、至適温度範囲がおよそ200〜250℃前後とされている低温シフトコンバータ6の冷却に供されて更に加熱されると、水蒸気が発生されるようになる。このために、原料供給ライン70より低温シフトコンバータ6の上側に設けた原料予熱器71を経て供給される原料9と、上記水蒸発器12にて発生させる水蒸気13とを混合してから各改質器5へ分配して供給するための混合ヘッダ69に、上記低温シフトコンバータ6の冷却水配管66の下流側を接続するようにして、上記CO選択酸化反応器7と低温シフトコンバータ6の冷却に供した後に発生する水蒸気を、上記各改質器5における原料9の水蒸気改質に利用できるようにしてある。
When the cooling water after being used for cooling the CO
更に又、真空断熱容器20の容器外筒20bの外面における所要個所に温度スイッチ72を設けて、上記容器外筒20bの表面温度が所要の設定温度、たとえば、60〜100℃程度の温度範囲となるように予め設定してある温度よりも上昇する場合に、燃料処理装置全体の運転を停止できるようにしてもよい。このようにすれば、上記真空断熱容器20の真空断熱層20cにおける真空度が何らかの原因で悪化(低下)した場合に、この真空度の悪化を、真空断熱容器20の断熱性能の低下に伴って生じる上記容器外筒20bの温度上昇として上記温度スイッチ72により検出できるようになるため、上記真空断熱容器20の内部の熱が外部へ漏れて外部機器に影響を及ぼすようになる虞を未然に防止できるようになる。
Furthermore, a
73はアノードオフガス配管57の下流側端部に接続した窒素ガス供給ラインであり、該窒素ガス供給ライン73より上記アノードオフガス配管57内へごく微量の窒素ガス74を常時供給することにより、該アノードオフガス配管57よりバーナ19aへ向かう一定の気流を常に発生させることができるようにして、燃料処理装置の運転開始初期の暖機中、すなわち、燃料電池にてアノードオフガス17が発生せずに、追焚き燃料9aのみでバーナ19aを運転させる際に、上記追焚き燃料9aの拡散によるアノードオフガス配管57側への流入を未然に防止できるようにしてある。
73 is a nitrogen gas supply line connected to the downstream end of the
燃焼ガス流路54における各改質器5を配設してある上部領域には、図5に示した螺旋板44と同様に、該燃焼ガス流路54を上方から下方へ向かう燃焼ガス41の流れを各改質器5を径方向に横切るように流通させるための螺旋板44を、1条又は多重螺旋を描くように複数条、たとえば、二重螺旋を描くように2条配設するようにして、上記各改質器5に対して燃焼ガス41より対流伝熱が行われるときに、各改質器5ごとに付与される熱量をより均等化させることができるようにしてある。
In the upper region of the combustion
75は上記各水予熱器61の上流側に接続した蒸発器給水ライン、76は上記CO選択酸化反応器7へ空気77を供給する空気ラインである。その他、図4、図5び図6に示したものと同一のものには同一符号が付してある。
75 is an evaporator water supply line connected to the upstream side of each
以上の構成としてある燃料処理装置を運転するためにバーナ19aへアノードオフガス17や追焚き燃料9aを供給して燃焼させると、高温の燃焼ガス41が燃焼ガスダクト48を通して上方へ導かれ、該燃焼ガスダクト48の拡径部48aと伝熱促進部材49との隙間を、ワイヤ49bによって形成されている凹凸によって流れを乱されながら通過すると、上記燃焼ガスダクト48の拡径部48aが加熱されて、該拡径部48aからの輻射によりその周りに配置されている各改質器5が加熱される。更に、上記燃焼ガスダクト48の上端まで導かれた後、燃焼ガス流路54の上部領域を下方に向かう燃焼ガス41が、螺旋板44に沿って各改質器5横切るようにして流通されるときに、該燃焼ガス41からの対流伝熱により上記各改質器5の加熱が行われ、これにより、該各加熱器5にて、混合ヘッダ69より供給される原料9と水蒸気13による水蒸気改質反応が行われて改質ガス14が生成される。
When the anode off-
上記各改質器5の加熱に供された後の燃焼ガス41は、上記各改質器5の下方に配設してある水蒸発器12へ導かれて、水蒸気13発生用の熱源として供される。この際、上記水蒸発器12は、螺旋状伝熱管60a,60b,60cを同心状に配置してなる構成としてあるため、水蒸気13を効率よく発生させることができる。
The
上記水蒸発器12における水蒸気13発生用の熱源として供されることにより200〜250℃程度まで温度低下された燃焼ガス41は、低温シフトコンバータ6の上側に設けてある原料予熱器71にて原料9の予熱に供されると共に、上記低温シフトコンバータ6の内周側と外周側に形成される内周側燃焼ガス流路54a及び外周側燃焼ガス流路54bを通過するときに水予熱部61における上記水蒸発器12へ供給する水の予熱用熱源として利用され、しかる後、CO選択酸化反応器7の周囲を通過してベースプレート46に設けてある排気口47より排気ダクト63、最終排気ガス管64を通して排気される。
この際、上記バーナ19aにて発生される高温の燃焼ガス41を流通させる燃焼ガスダクト48の下部領域の外周には、上記断熱材51及び上記空気流路形成装置52を設けているため、上記燃焼ガスダクト48の下部領域から外周方向への熱の伝達は、断熱材51にて断熱されると共に、空気流路形成装置52の空気流路53a,53bを流通させる空気30により冷却できる。そのため、上記空気流路形成装置52の外周側位置となる燃焼ガス流路54の下部領域に配設してある上記低温シフトコンバータ6やCO選択酸化反応器7が上記燃焼ガスダクト54の下部領域を通る高温の燃焼ガス41の熱の影響を受けて、それぞれシフト反応やCO除去反応の至適温度範囲以上に加熱される虞は未然に防止される。
At this time, since the
したがって、本発明の燃料処理装置によれば、原料9を改質器5にて水蒸気改質した後、低温シフトコンバータ6でシフト反応させ、更に、CO選択酸化反応器にてCO除去処理してなる改質ガス14を生成させることができる。
Therefore, according to the fuel processing apparatus of the present invention, after the
しかも、上記改質器5における水蒸気改質を行わせるための熱源となる燃焼ガス41を発生させるバーナ19aを真空断熱容器20の最下部となるベースプレート46の直ぐ上側に設けるようにしてあるため、該バーナ19aの保守、点検作業をより容易に行うことが可能となる。
Moreover, since the
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、燃焼ガス流路54の上部領域に設ける改質器5の数は、該燃焼ガス流路54の断面形状や、上記改質器5の断面積に応じて適宜変更してよい。燃焼ガスダクト48は上部領域に拡径部48aを設けるものとして示したが、燃焼ガスダクト48の上部領域からの輻射により改質器5を加熱できるようにすれば単なる直管状の形状としてもよい。又、該燃焼ガスダクト48の上部領域の内側に挿入して設ける伝熱促進部材49は、該伝熱促進部材49の外周面部に沿って上方へ流れる燃焼ガス41の流れを乱してガス流れが層流となることを防止できるような凹凸を外周面部に有していれば、案内筒49aの外周にワイヤ49bを巻き付けてなる構成以外の構成のものを採用するようにしてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and the number of the
又、水蒸発器12は、図3に示したように、複数の螺旋状伝熱管60a,60b,60cを同心状に配置してなる形式のものとすることが好ましいが、燃焼ガス流路54b内に設けて燃焼ガス41の保有する熱を利用して水蒸気13を発生させることができれば、いかなる形式のものを採用してもよい。又、図1においては、上記水蒸発器12を、燃焼ガス流路54における燃焼ガス41の流通方向と平行流となる方向へ水を流すものとして示してあるが、対向流となる方向へ水を流通させる形式のものとしてもよい。
Further, as shown in FIG. 3, the
更に、CO選択酸化反応器7としては、水蒸気改質反応と逆反応であるメタネーションを行わせるメタネータを用いるようにしてもよい。
Further, as the CO
原料9として灯油等の留点が高い液体原料を使用する場合には、原料予熱器71を、低温シフトコンバータ6の上側に代えて、低温シフトコンバータ6の内周側の内周側燃焼ガス流路54aに設けた水予熱部61の位置に設けるようにしてもよい。
In the case where a liquid raw material having a high boiling point such as kerosene is used as the
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。 Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
5 改質器
6 低温シフトコンバータ
7 CO選択酸化反応器
9 原料
12 水蒸発器
13 水蒸気
19a バーナ
20 真空断熱容器
30 空気
46 ベースプレート
47 排気口
48 燃焼ガスダクト
48a 拡径部(上部領域)
49 伝熱促進部材
49a 案内筒
49b ワイヤ
51 断熱材
52 空気流路形成装置
52a 外筒部材
52b 中間筒部材
52c 内筒部材
52d 閉塞部材
53a,53b 空気流路
54 燃焼ガス流路
54a 内周側燃焼ガス流路
54b 外周側燃焼ガス流路
55 空気取入口
57 アノードオフガス配管
60a,60b,60c 螺旋状伝熱管
61 水予熱器
72 温度スイッチ
5
49 Heat
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