JP2010138037A - 燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1円筒体と第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、第2円筒体と第3円筒体により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、第3円筒体と第4円筒体との間にCO変成触媒層及びCO除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、CO変成触媒層の下面を第2円筒体側から第4円筒体側に向けて下方へ傾斜させてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。
【選択図】図1
Description
なお、CO変成触媒を機能させる温度は、その有効作動温度のことであるが、本明細書では適宜「適温」との用語で説明している。
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体、第3円筒体の上部に当該第3円筒体の径より大きい径の第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO変成触媒層及びCO除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層の下面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて下方へ傾斜させてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器である。
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体、第3円筒体の上部に当該第3円筒体の径より大きい径の第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
(d)前記第3円筒体と前記第4円筒体との間にCO変成触媒層及びCO除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層の上面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて上方へ傾斜させてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器である。
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体、第3円筒体の上部に当該第3円筒体の径より大きい径の第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO変成触媒層及びCO除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層の下面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて下方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて上方へ傾斜させてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器である。
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体、第3円筒体の上部に当該第3円筒体の径より大きい径の第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO変成触媒層及びCO除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層の下面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて下方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて上方へ傾斜させ、且つ、
(f)前記CO変成触媒層が位置する前記第2円筒体の外周のうち中央部に邪魔板を配置してなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器である。
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体、第3円筒体の上部に当該第3円筒体の径より大きい径の第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO変成触媒層及びCO除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層の下面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて下方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて下方へ傾斜させてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器である。
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体、第3円筒体の上部に当該第3円筒体の径より大きい径の第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO変成触媒層及びCO除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層の下面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて上方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて上方へ傾斜させてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器である。
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体、第3円筒体の上部に当該第3円筒体の径より大きい径の第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO変成触媒層及びCO除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層の下面を、前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて、その断面をヘ字状に構成してなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器である。
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体、第3円筒体の上部に当該第3円筒体の径より大きい径の第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO変成触媒層及びCO除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層の下面を、前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて、その断面ヘ字状に構成するとともに、その上面を、前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて、その断面ヘ字状に構成してなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器である。
(a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体、第3円筒体の上部に当該第3円筒体の径より大きい径の第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
(d)前記第4円筒体について、その上部の径を下部の径より大きくし、その間に下部から上部に向けて傾斜をもつように構成し、
(e)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO変成触媒層及びCO除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(f)前記CO変成触媒層を、前記第2円筒体と前記第4円筒体との間に介在させた仕切多孔板により、高温CO変成触媒層と低温CO変成触媒層との二層に分け、
(g)両CO変成触媒層のうち、高温CO変成触媒層について、その下面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて断面\状からこれに続く横線―状に構成し、高温CO変成触媒層と低温CO変成触媒層の境界面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて横線―状からこれに続く断面\状に構成し、且つ、低温CO変成触媒層の上面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて横線―状からこれに続く断面\状に構成してなることを特徴とする燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器である。
本発明(1)は、下記(a)〜(e)の構成を備えてなる燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器である。図1は本発明(1)の態様を説明する図で、下記構成(a)〜(e)において各部材や構成に付している符号は図1中の符号である。
(b)前記第1円筒体1と前記第2円筒体1により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層14とするとともに、下部の隙間に改質触媒層16を備え、
(c)前記第2円筒体2と前記第3円筒体3により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体2の下端で反転させた改質ガス流路20を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体2と前記第4円筒体4との間にCO変成触媒層24及びCO除去触媒層32を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層24の下面を前記第2円筒体2側から前記第4円筒体側4に向けて下方へ傾斜させてなること。
多孔板221の傾斜の程度は、そのように改質ガスの流れ方向を変え、CO変成触媒層24の周方向の温度分布をより均一化させる作用効果を奏し得る範囲で適宜設定することができる。
図1に示す構造の多重円筒型水蒸気改質器において、図2に示すように、CO変成触媒層24は、当該CO変成触媒層24のうち、その下部を高温CO変成触媒層24(X)とし、その上部を低温CO変成触媒層24(Y)とすることができる。図2中、符号Wはその境界を示している。低温CO変成触媒の例としてはCu/Zn系などがあり、高温CO変成触媒の例としてはPt系やFe/Cr系、Fe/Al系などがあるが、これらに限定されない。高温CO変成触媒は少なくとも350℃以上で連続して使用できる。
また、図1に示す構造の多重円筒型水蒸気改質器において、図3に示すように、第1円筒体1の内側に隙間を置いて輻射筒6を配置し、第1円筒体1と当該輻射筒6との間の隙間をバーナ7からの燃焼ガスの流路とすることができる。輻射筒6は上蓋兼バーナ取付台8に取付けられ、その下端は底板9との間に間隔を置いて配置する。輻射筒6を配置した態様では、バーナ7での燃焼ガスは、輻射筒6の下端で折り返して、輻射筒6と第1円筒体1との間を上方へ流通し、燃焼排ガス管41から排出される。第1円筒体の内側に輻射筒を配置する態様は、本発明(2)〜(9)の多重円筒型水蒸気改質器についても同様である。
また、図1〜3に示す構造の多重円筒型水蒸気改質器は、上下逆置きに配置することができる。図4は、その態様例として図1に示す構造の多重円筒型水蒸気改質器を例に、これを逆にした場合を示す図である。図4のとおり、多重円筒型水蒸気改質器の各部材がすべて逆となり、図2のようにCO変成触媒層24を高温CO変成触媒層24(X)と低温CO変成触媒層24(Y)とする場合には、高温CO変成触媒層24(X)が上部に、低温CO変成触媒層24(Y)が下部になる。
本発明(2)は、下記(a)〜(e)の構成を備えてなる燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器である。図5は本発明(2)の態様を説明する図で、下記構成(a)〜(e)において各部材や構成に付している符号は図5中の符号である。
(b)前記第1円筒体1と前記第2円筒体2により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層14とするとともに、下部の隙間に改質触媒層16を備え、
(c)前記第2円筒体2と前記第3円筒体3により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体2の下端で反転させた改質ガス流路20を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体2と前記第4円筒体4との間にCO変成触媒層24及びCO除去触媒層32を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層24の上面を前記第2円筒体2側から前記第4円筒体4側に向けて上方へ傾斜させてなること。
本発明(3)は、下記(a)〜(e)の構成を備えてなる燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器である。図6は本発明(3)の態様を説明する図で、下記構成(a)〜(e)において各部材や構成に付している符号は図6中の符号である。
(b)前記第1円筒体1と前記第2円筒体2により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層14とするとともに、下部の隙間に改質触媒層16を備え、
(c)前記第2円筒体2と前記第3円筒体3により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体2の下端で反転させた改質ガス流路20を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体2と前記第4円筒体4との間にCO変成触媒層24及びCO除去触媒層32を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層24の下面を前記第2円筒体2側から前記第4円筒体4側に向けて下方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第2円筒体2側から前記第4円筒体4側に向けて上方へ傾斜させてなること。
本発明(4)は、下記(a)〜(f)の構成を備えてなる燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器である。図7は本発明(4)の態様を説明する図で、下記構成(a)〜(f)において各部材や構成に付している符号は図7中の符号である。
(b)前記第1円筒体1と前記第2円筒体2により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層14とするとともに、下部の隙間に改質触媒層16を備え、
(c)前記第2円筒体2と前記第3円筒体3により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体2の下端で反転させた改質ガス流路20を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体2と前記第4円筒体4との間にCO変成触媒層24及びCO除去触媒層32を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層24の下面を前記第2円筒体2側から前記第4円筒体4側に向けて下方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第2円筒体2側から前記第4円筒体4側に向けて上方へ傾斜させ、且つ、
(f)前記CO変成触媒層24が位置する前記第2円筒体2の外周のうち中央部に邪魔板50を配置してなること。
本発明(5)は、下記(a)〜(e)の構成を備えてなる燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器である。図9は本発明(5)の態様を説明する図で、下記構成(a)〜(e)において各部材や構成に付している符号は図9中の符号である。
(b)前記第1円筒体1と前記第2円筒体2により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層14とするとともに、下部の隙間に改質触媒層16を備え、
(c)前記第2円筒体2と前記第3円筒体3により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体2の下端で反転させた改質ガス流路20を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体2と前記第4円筒体4との間にCO変成触媒層24及びCO除去触媒層32を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層24の下面を前記第2円筒体2側から前記第4円筒体4側に向けて下方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第2円筒体2側から前記第4円筒体4側に向けて下方へ傾斜させてなること。
本発明(6)は、下記(a)〜(e)の構成を備えてなる燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器である。図10は本発明(6)の態様を説明する図で、下記構成(a)〜(e)において各部材や構成に付している符号は図10中の符号である。
(b)前記第1円筒体1と前記第2円筒体2により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層14とするとともに、下部の隙間に改質触媒層16を備え、
(c)前記第2円筒体2と前記第3円筒体3により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体2の下端で反転させた改質ガス流路20を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体2と前記第4円筒体4との間にCO変成触媒層24及びCO除去触媒層32を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層24の下面を前記第2円筒体2側から前記第4円筒体4側に向けて上方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第2円筒体2側から前記第4円筒体4側に向けて上方へ傾斜させてなること。
本発明(7)は、下記(a)〜(e)の構成を備えてなる燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器である。図11は本発明(7)の態様を説明する図で、下記構成(a)〜(e)において各部材や構成に付している符号は図11中の符号である。
(b)前記第1円筒体1と前記第2円筒体2により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層14とするとともに、下部の隙間に改質触媒層16を備え、
(c)前記第2円筒体2と前記第3円筒体3により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体2の下端で反転させた改質ガス流路20を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体2と前記第4円筒体4との間にCO変成触媒層24及びCO除去触媒層32を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層24の下面を、前記第2円筒体2側から前記第4円筒体4側に向けて、その断面をヘ字状に構成してなること。
本発明(8)は、下記(a)〜(e)の構成を備えてなる燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器である。図12は本発明(8)の態様を説明する図で、下記構成(a)〜(e)において各部材や構成に付している符号は図12中の符号である。
(b)前記第1円筒体1と前記第2円筒体2により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層14とするとともに、下部の隙間に改質触媒層16を備え、
(c)前記第2円筒体2と前記第3円筒体3により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体2の下端で反転させた改質ガス流路20を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体2と前記第4円筒体4との間にCO変成触媒層24及びCO除去触媒層32を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層24の下面を、前記第2円筒体2側から前記第4円筒体4側に向けて、その断面ヘ字状に構成するとともに、その上面を、前記第2円筒体2側から前記第4円筒体4側に向けて、その断面ヘ字状に構成してなること。
本発明(9)は、下記(a)〜(g)の構成を備えてなる燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器である。図13〜15は本発明(9)の態様を説明する図で、そのうち図14は、図13中その一部を拡大して示した図である。下記構成(a)〜(g)において各部材や構成に付している符号は図13〜15中の符号である。
(b)前記第1円筒体1と前記第2円筒体2により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層14とするとともに、下部の隙間に改質触媒層16を備え、
(c)前記第2円筒体2と前記第3円筒体3により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体2の下端で反転させた改質ガス流路20を構成し、且つ、
(d)前記第4円筒体4について、その上部の径を下部の径より大きくし、その間に下部から上部に向けて傾斜Zをもつように構成し、
(e)前記第2円筒体2と前記第4円筒体4との間にCO変成触媒層24及びCO除去触媒層32を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(f)前記CO変成触媒層を、前記第2円筒体2と前記第4円筒体4との間に介在させた仕切多孔板60により、高温CO変成触媒層241と低温CO変成触媒層242との二層に分け、
(g)両CO変成触媒層のうち、高温CO変成触媒層241について、その下面を前記第2円筒体2側から第4円筒体4側に向けて断面\状からこれに続く横線―状に構成し、高温CO変成触媒層241と低温CO変成触媒層242の境界面を前記第2円筒体2側から前記第4円筒体4側に向けて横線―状からこれに続く断面\状に構成し、且つ、低温CO変成触媒層242の上面を前記第2円筒体2側から前記第4円筒体4側に向けて横線―状からこれに続く断面\状に構成してなること。
本発明(9)においても、本発明(1)〜(8)の多重円筒型水蒸気改質器と同様、図15に示すように、第1円筒体1の内側に隙間を置いて輻射筒6を配置し、第1円筒体1と当該輻射筒6との間の隙間をバーナ7からの燃焼ガスの流路とすることができる。この場合には、バーナ7での燃焼ガスは、輻射筒6の下端で折り返して、輻射筒6と第1円筒体1との間を上方へ流通し、燃焼排ガス排出管41から排出される。
実験例1〜5は、図18(従来構造)の多重円筒型水蒸気改質器、図8〔本発明(4)の構造〕の多重円筒型水蒸気改質器、図15〔本発明(9)の構造〕の多重円筒型水蒸気改質器について、各部位における温度分布に係る実験を行った。
表3は、本発明の多重円筒型水蒸気改質器である図8の構造〔本発明(4)〕の多重円筒型水蒸気改質器についての実験条件、実験結果である。
表4〜5は、図15の構造〔本発明(9)〕の多重円筒型水蒸気改質器についての実験条件、実験結果であり、表4と表5は原燃料流量、純水流量を変えて実施したもので、それぞれ本発明(9)の構造(その1)、本発明(9)の構造(その2)としている。
表1のとおり、従来構造(その1)では、CO変成触媒層入口部のうち、内側で315.7℃、中央部で323.8℃、外側で284.8℃であり、CO変成触媒の適温220〜330℃の範囲内である。しかし、CO変成触媒層中間部の内側で174.7℃、外側で212.9℃であり、また、CO変成触媒層出口部では内側、中央部、外側共にCO変成触媒の適温の下限220℃を下回っている。CO変成触媒の適温220〜330℃の範囲内にあるのは、CO変成触媒層入口部とCO変成触媒層中間部の中央部の4箇所だけである。
表2のとおり、従来構造(その2)では、CO変成触媒の適温220〜330℃の範囲内にあるのは、CO変成触媒層入口部の外側と、CO変成触媒層中間部の中央部及び外側との3箇所だけである。CO変成触媒層入口部では内側、中央部共にCO変成触媒の適温の上限330℃を上回り、CO変成触媒層出口部では内側、中央部、外側共にCO変成触媒の適温の下限220℃を下回っている。
表3のとおり、本発明(4)の構造では、CO変成触媒層入口部のうち、内側で296.7℃、中央部で329.7℃、外側で305.9℃であり、CO変成触媒の適温220〜330℃の上限330℃を下回り、CO変成触媒の適温の範囲内にある。また、CO変成触媒層中間部1とCO変成触媒層中間部2の6箇所のうち、CO変成触媒層中間部2の内側の1箇所を除きCO変成触媒の適温の範囲内にある。CO変成触媒層出口部では内側、中央部、外側共にCO変成触媒の適温の下限220℃を下回っている。
本発明(4)の構造での結果を従来構造(その1)〜(その2)での結果と比べると、本発明(4)の構造では、従来構造に比べて適温域が広く、内側の側へも広がっている。前述のとおり、第2円筒体2の側は予熱層14を流れる水によって局所的に冷やされるが、本発明(4)の構造では、第2円筒体2の外周(CO変成触媒層のうち内側)に位置するCO変成触媒を含む広い範囲で適温になり、無駄になるCO変成触媒域がより少なくなったことを示している。
表4のとおり、本発明(9)の構造においては、高温CO変成触媒層入口部では内側、中央部、外側共に、高温CO変成触媒の作動温度(適温)290〜450℃の範囲内にある。また、低温CO変成触媒層入口部、低温CO変成触媒層中間部の内側、中央部は共に低温CO変成触媒の適温220〜330℃の範囲内であり、低温CO変成触媒層入口部の外側、低温CO変成触媒中間部の外側については、それぞれ219.2℃、194.4℃とその適温に近い温度である。
6 輻射筒
7 バーナ
8 上蓋兼バーナ取付台
9 第2円筒体2の底板
10 燃焼ガスの流路
14 原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層
15 螺旋状棒材
16 改質触媒層
19 第3円筒体3の底板
20 改質ガス流路
24 CO変成触媒層
32 CO除去触媒層
41 燃焼排ガス排出管
42 水及び/又は水蒸気導入管
43 原燃料導入管
44 空気供給管
45 改質ガス導出管
50 邪魔板
60 仕切多孔板
24(X)、241 高温CO変成触媒層
24(Y)、242 低温CO変成触媒層
W 高温CO変成触媒層24(X)と低温CO変成触媒層24(Y)との境界
221、225 CO変成触媒層の下面の傾斜多孔板
251、255 CO変成触媒層の上面の傾斜多孔板
229 CO変成触媒層の下面の断面ヘ字状の多孔板
259 CO変成触媒層の上面の断面ヘ字状の多孔板
230 高温CO変成触媒層241の下面の多孔板
260 低温CO変成触媒層242の上面の多孔板
Z 第4円筒体4の傾斜
Claims (12)
- (a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体、第3円筒体の上部に当該第3円筒体の径より大きい径の第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO変成触媒層及びCO除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層の下面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて下方へ傾斜させてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。 - (a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体、第3円筒体の上部に当該第3円筒体の径より大きい径の第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO変成触媒層及びCO除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層の上面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて上方へ傾斜させてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。 - (a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体、第3円筒体の上部に当該第3円筒体の径より大きい径の第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO変成触媒層及びCO除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層の下面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて下方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて上方へ傾斜させてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。 - (a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体、第3円筒体の上部に当該第3円筒体の径より大きい径の第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO変成触媒層及びCO除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層の下面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて下方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて上方へ傾斜させ、且つ、
(f)前記CO変成触媒層が位置する前記第2円筒体の外周のうち中央部に邪魔板を配置してなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。 - (a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体、第3円筒体の上部に当該第3円筒体の径より大きい径の第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO変成触媒層及びCO除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層の下面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて下方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて下方へ傾斜させてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。 - (a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体、第3円筒体の上部に当該第3円筒体の径より大きい径の第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO変成触媒層及びCO除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層の下面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて上方へ傾斜させるとともに、その上面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて上方へ傾斜させてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。 - (a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体、第3円筒体の上部に当該第3円筒体の径より大きい径の第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO変成触媒層及びCO除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層の下面を、前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて、その断面をヘ字状に構成してなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。 - (a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体、第3円筒体の上部に当該第3円筒体の径より大きい径の第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
(d)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO変成触媒層及びCO除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(e)前記CO変成触媒層の下面を、前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて、その断面ヘ字状に構成するとともに、その上面を、前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて、その断面ヘ字状に構成してなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。 - 請求項1〜8のいずれか1項において、前記CO変成触媒層が、当該CO変成触媒層のうち、その下部が高温CO変成触媒層であり、その上部が低温CO変成触媒層であることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。
- (a)同心状に間隔を置いて配置した順次径の大きい第1円筒体、第2円筒体、第3円筒体、第3円筒体の上部に当該第3円筒体の径より大きい径の第4円筒体からなる複数の円筒体と、前記第1円筒体の周方向中心部に上端から配置されたバーナとを備え、
(b)前記第1円筒体と前記第2円筒体により周方向に区画された隙間のうち、上部の隙間を原燃料と水及び/又は水蒸気との混合流の予熱層とするとともに、下部の隙間に改質触媒層を備え、
(c)前記第2円筒体と前記第3円筒体により周方向に区画された隙間に当該第2円筒体の下端で反転させた改質ガス流路を構成し、且つ、
(d)前記第4円筒体について、その上部の径を下部の径より大きくし、その間に下部から上部に向けて傾斜をもつように構成し、
(e)前記第2円筒体と前記第4円筒体との間にCO変成触媒層及びCO除去触媒層を配置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器において、
(f)前記CO変成触媒層を、前記第2円筒体と前記第4円筒体との間に介在させた仕切多孔板により、高温CO変成触媒層と低温CO変成触媒層との二層に分け、
(g)両CO変成触媒層のうち、高温CO変成触媒層について、その下面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて断面\状からこれに続く横線―状に構成し、高温CO変成触媒層と低温CO変成触媒層の境界面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて横線―状からこれに続く断面\状に構成し、且つ、低温CO変成触媒層の上面を前記第2円筒体側から前記第4円筒体側に向けて横線―状からこれに続く断面\状に構成してなることを特徴とする燃料電池用多重円筒型水蒸気改質器。 - 請求項1〜10のいずれか1項において、前記第1円筒体の内側に隙間を置いて輻射筒を配置し、前記第1円筒体と当該輻射筒との間の隙間をバーナからの燃焼ガスの流路としてなることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の燃料電池用円筒型水蒸気改質器おいて、各燃料電池用円筒型水蒸気改質器が上下逆置きに設置してなる燃料電池用円筒型水蒸気改質器であることを特徴とする燃料電池用円筒型水蒸気改質器。
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