JP2014530159A - 燃料処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
燃料処理装置1は全体形状が円筒体状であり、その外面を覆う断熱材1aによって断熱されている。燃料処理装置1の中心部には、バーナー2を配置した燃焼筒3とその外周の排気ガス通路4とからなる加熱部5が配設されている。排気ガス通路4の出口4aは外部に開放されている。加熱部5の排気ガス通路4の出口4a側部分の外周に、蒸発器として機能する第1のガス流路6が配設されている。排気ガス通路4の燃焼筒3から高温の排気ガス74が流入する側の部分の外周に、改質触媒7を充填した改質部8が配設されている。改質部8の外周には、改質部8から送出された水素含有ガス73を、第1のガス流路6の外周側に向けて流通させる第2のガス流路9が配設されている。第1のガス流路6の外周の改質部8側の部分には、CO変成触媒10を充填した変成部11が配設され、第1のガス流路6の外周の改質部8から遠い側の部分には、径方向内側の第3のガス流路12を介して径方向外側に、CO除去触媒13を充填したCO除去部14が配設されている。
2CO + O2 → 2CO2
このとき一酸化炭素COを含む水素含有ガス73と、酸素O2を含む空気71は十分に混合されていることが求められる。両者の混合が不十分な場合、上記の化学反応が促進されず、COを十分に除去することができないからである。
図23は特許文献2に記載の燃料処理装置の混合部を表す。
ガス供給領域110ではガス供給口111からの水素含有ガスの噴出しによって渦が発生し、水素含有ガスと空気との混合が促進する。またガス拡散領域120において両者のガスが拡散される領域が設けられており、この領域で混合がさらに促進する。このため効率的に混合を完了させることができる。
(実施の形態1)
図1〜図5は本発明の実施の形態1を示す。
図5(a)は仕切り板200を加熱部5の外周に挿入し、CO除去部14を固定する前の状態を示している。この状態では、仕切り板200の内周当接部208が加熱部5の外周に接触し、仕切り板200の第1当接部206が混合部16の底板21に当接している。
L1≠L2
L1>L2
であって、仕切り板200の第1当接部206と第2当接部207の間に、外周側傾斜部23aが一体に成形されている。また、第2当接部207の内周側には内周側傾斜部23bが形成されているため、外周側傾斜部23aが仮想線位置から実線位置へ弾性変形する。また、内周側傾斜部23bも僅かに弾性変形する。
B−B (L)〜(H) 1.95〜2.04
C−C (L)〜(H) 1.95〜2.04
D−D (L)〜2.85 1.95〜2.04
E−E 1.95〜2.04 1.50〜2.49
F−F 1.86〜2.13 1.86〜2.13
G−G 1.59〜2.49 1.95〜2.04
H−H (L)〜2.76 1.95〜2.04
I−I (L)〜(H) 1.95〜2.04
ここで(H)は3.30以上、(L)は1.50以下である。
解析結果によると、O2/COの値は外周流路201でほぼ収束し、側面孔204を通る時点で1.86〜2.13の範囲に収まっている。つまり、この時点で混合は十分に完了している。その後、内周流路202を進む中でさらに混合が進んでいくが、O2/COの値は1.95〜2.04の範囲に収束しており、ほとんど変化は見られない。したがって、本構成は十分な混合性能を有しており、さらに十分な余裕度を持った高ロバスト性を有していることが確認できた。
圧力損失については、設計当初に側面孔204とガス流出孔205の大きさをより小さく設計しており、圧力損失が大幅に許容値を越えていた。その後、順次側面孔204とガス流出孔205を拡大していったところ、混合性にはほとんど影響が無く、圧力損失が順調に低下していった。最終的に、加工性とのバランスのとれた、現状の大きさとしている。
図6,図7は本発明の実施の形態2を示す。
実施の形態1では混合流路が外周流路201と内周流路202に分割されていた。実施の形態2ではこれがさらに分割数が多い場合(ここでは4分割)について説明する。
図8〜図11と図21は本発明の実施の形態3を示す。
実施の形態2では、混合部16からCO除去部14への流路へ繋がるガス流出孔205が、仕切り板200の一部に形成されていたが、この実施の形態3では、混合部16の天板22にガス流出孔205が形成されている。そして実施の形態3における仕切り板200には、混合部16の底板21と接触する第1当接部206と、混合部16の天板22と接触する第2,第3当接部207a,207bが形成されている。第1当接部206の加熱部5からの距離:L1、第2,第3当接部207a,207bの加熱部5からの距離:L2,L3とした場合(図11(a)参照)に、
L1 ≠ L2 ≠ L3
L2 > L1 > L3
である。さらに、仕切り板200の第2当接部207aと第3当接部207bの間には、底板21の側に窪んだ溝部24が形成されている。溝部24の底面24aの一部に第1当接部206が形成されている。第1当接部206の外周側と底面24aとの接続部に外周側傾斜部23aが形成されている。第1当接部206の内周側と底面24aとの接続部に内周側傾斜部23bが形成されている。
図11(a)は仕切り板200を加熱部5の外周に挿入し、混合部16の天板22を固定する前の状態を示している。この状態では、仕切り板200の第1当接部206が混合部16の底板21に接触している。
図12と図13は本発明の実施の形態4を示す。
実施の形態3とは仕切り板200の形状が異なっている。“L1 ≠ L2 ≠ L3”“L2 > L1 > L3”は同じである。この実施の形態4では、仕切り板200の第2当接部207aと第3当接部207bの間には、底部中央に第1当接部206が形成され、その両側に外周側傾斜部23aと内周側傾斜部23bが形成されたV溝部26が形成されている。
図13(a)は仕切り板200を加熱部5の外周に挿入し、混合部16の天板22を固定する前の状態を示している。この状態では、仕切り板200の第1当接部206が混合部16の底板21に接触している。
(実施の形態5)
図14と図15は本発明の実施の形態5を示す。
図15(a)は仕切り板200を加熱部5の外周に挿入し、混合部16の天板22を固定する前の状態を示している。この状態では、仕切り板200の第1当接部206が混合部16の底板21に接触している。
図16と図17は本発明の実施の形態6を示す。
変成部11が混合部16の上方に配設され、CO除去部14が混合部16の下方に配設されている点は、実施の形態5と同じである。実施の形態5では混合部16の内部が、仕切り板200によって外周流路201と内周流路202に分割されていたが、この実施の形態6では、混合部16の内部が、仕切り板200によって上流路27と下流路28に分割されている。さらに、環状の仕切り板200が、混合部16の内周面に、溶接やロウ付け等29a,29bによって、混合部16の内周面に接合固定されている点が、実施の形態5とは異なっている。
図18と図19は本発明の実施の形態7を示す。
上記の各実施の形態では、混合部16の内部を一つの環状の仕切り板200によって流路を複数に分割したが、この実施の形態7は、混合部16の内部を複数の環状の仕切り板によって流路を複数に分割した点で異なっている。
図18に示すように、混合部16に仕切り板200a,200bを組み込むことによって、外周流路201と第1,第2内周流路202a,202bに分割されている。なお、仕切り板200aは図3の仕切り板200と同じである。
図19(a)は加熱部5の外周に、仕切り板200a,200bを積み重ねて挿入して、混合部16の天板22を固定する前の状態を示している。
“L1 ≠ L2 ≠ L3”
“L2 > L1 > L3”
さらに、第4当接部206bの加熱部5からの距離:L4、第5当接部207cの加熱部5からの距離:L5、第7当接部207dの加熱部5からの距離:L6とした場合に、
“L2 = L5, L3 = L6”
“L5 > L4 > L6”
に形成したため、仕切り板200a,200bの一部が弾性変形して、仕切り板200a,200bの高さと混合部16の内側の高さとの寸法差が無くなって、第1当接部206と底板21との隙間、仕切り板200aの第2,第3当接部207a,207bと仕切り板200bとの隙間、第4当接部206bと仕切り板200aとの隙間、および仕切り板200bと天板22との隙間が、それぞれ小さくなる方向に作用する。
図20は本発明の実施の形態8を示す。
上記の各実施の形態において、仕切り板によって分割された一方の流路から別の流路への混合ガスの流路は、孔であったが、切り欠きでも実施できる。具体的には、実施の形態3の図9,図10では側面孔204が丸形状の孔で構成されていたが、図20に示すように切り欠き34で構成することもできる。
1a 断熱材
2 バーナー
3 燃焼筒
4 排気ガス通路
4a 排気ガス通路4の出口
5 加熱部
6 第1のガス流路
6a ガス流路6の入口部
7 改質触媒
8 改質部
9 第2のガス流路
10 CO変成触媒
11 変成部
12 第3のガス流路
12a 第3のガス流路出口
13 CO除去触媒
14 CO除去部
15 加熱コイル
16 混合部
16a 空気供給部
17 水素含有ガス出口
21 混合部16の底板
22 混合部16の天板
23a 外周側傾斜部
23b 内周側傾斜部
L1 第1当接部206の加熱部5の中心からの距離
L2 第2当接部207の加熱部5の中心からの距離
24 溝部
24a 溝部24の底面
25 傾斜していない壁面
26 V溝部
27 上流路
28 下流路
29a,29b 溶接やロウ付け箇所
30 孔
31 流入孔
70 原料ガス
71 空気
72 改質水
73 水素含有ガス
74 排気ガス
100 混合流路
101 空気流入口
110 ガス供給領域
111 ガス供給口
120 ガス拡散領域
200,200a,200b 仕切り板
201 外周流路
202 内周流路
203 ガス流入孔
204 側面孔
204a 第2の側面孔
204b 第3の側面孔
205 ガス流出孔
206 第1当接部
207 第2当接部
207a,207b 第2,第3当接部
208 内周当接部
209 第1の中間流路
210 第2の中間流路
Claims (10)
- バーナーを備えた加熱部の周りに設けられ、一酸化炭素および水を含む水素含有ガスを生成する改質部と、
前記加熱器の周りに設けられ、前記改質部で生成された前記水素含有ガスの一酸化炭素と水とを反応させて、低濃度の一酸化炭素を含む水素含有ガスを生成する変成部と、
前記加熱器の周りに設けられ、空気供給部から供給され空気と前記変成部で生成された前記水素含有ガスを混合する混合部と、
酸素と前記混合部から運ばれるガス中の一酸化炭素とをCO除去触媒と反応させて、一酸化炭素をほとんど含まない水素含有ガスを生成するCO除去部と
を有し、かつ前記混合部の流路を分割する仕切り板を設け、前記仕切り板はその一部に傾斜部を備える
燃料処理装置。 - 前記混合部は、前記変成部の側の第1隔壁と前記CO除去部の側の第2隔壁との間に形成され、
前記第1,第2隔壁のうちの一方の隔壁と前記仕切り板との第1当接部の前記加熱部からの距離:L1、
前記第1,第2隔壁のうちの他方の隔壁と前記仕切り板との第2当接部の前記加熱部からの距離:L2とした場合に、L1 ≠ L2である
請求項1記載の燃料処理装置。 - 前記仕切り板が、前記傾斜部において弾性変形している
請求項1記載の燃料処理装置。 - 前記混合部の内部が、前記仕切り板によって同心環状の二重以上の流路に分割されていることを特徴とする
請求項1記載の燃料処理装置。 - 前記混合部は、前記変成部の側の第1隔壁と前記CO除去部の側の第2隔壁との間に形成され、
前記仕切り板は、前記第1,第2隔壁のうちの一方の隔壁と他方の隔壁の両方または一方に固定しない当て止め構造である
請求項1記載の燃料処理装置。 - 前記混合部は、前記変成部の側の第1隔壁と前記CO除去部の側の第2隔壁との間に形成され、
前記第1,第2隔壁のうちの一方の隔壁と前記仕切り板との第1,第3当接部の前記加熱部からの距離:L1,L3、
前記第1,第2隔壁のうちの他方の隔壁と前記仕切り板との第2当接部の前記加熱部からの距離:L2とした場合に、
L1 ≠ L2 ≠ L3
である
請求項1記載の燃料処理装置。 - 前記混合部は、前記CO除去部の側の第1隔壁と前記変成部の側の第2隔壁との間に形成され、
前記第1,第2隔壁のうちの一方の隔壁と前記仕切り板との第1当接部の前記加熱部からの距離:L1、前記第1,第2隔壁のうちの他方の隔壁と前記仕切り板との第2当接部の前記加熱部からの距離:L2とした場合に、
L1 ≠ L2
である
請求項1記載の燃料処理装置。 - バーナーを備えた加熱部の周りに設けられ、一酸化炭素および水を含む水素含有ガスを生成する改質部と、
前記加熱器の周りに設けられ、前記改質部で生成された前記水素含有ガスの一酸化炭素と水とを反応させて、低濃度の一酸化炭素を含む水素含有ガスを生成する変成部と、
前記加熱器の周りに設けられ、空気供給部から供給され空気と前記変成部で生成された前記水素含有ガスを混合する混合部と、
酸素と前記混合部から運ばれるガス中の一酸化炭素とをCO除去触媒と反応させて、一酸化炭素をほとんど含まない水素含有ガスを生成するCO除去部と
を有し、かつ前記混合部の流路を少なくとも第1,第2流路に分割する仕切り板を設け、
前記仕切り板には、前記第1流路における混合ガスの流入位置に対して、前記第1流路から前記第2流路への混合ガスの流入口が、前記周方向の180°または略180°の位置に形成されている
燃料処理装置。 - バーナーを備えた加熱部の周りに設けられ、一酸化炭素および水を含む水素含有ガスを生成する改質部と、
前記加熱器の周りに設けられ、前記改質部で生成された前記水素含有ガスの一酸化炭素と水とを反応させて、低濃度の一酸化炭素を含む水素含有ガスを生成する変成部と、
前記加熱器の周りに設けられ、空気供給部から供給され空気と前記変成部で生成された前記水素含有ガスを混合する混合部と、
酸素と前記混合部から運ばれるガス中の一酸化炭素とをCO除去触媒と反応させて、一酸化炭素をほとんど含まない水素含有ガスを生成するCO除去部と、
前記混合部の流路を少なくとも第1,第2流路に分割する仕切り板を有し、前記混合部は、前記変成部の側の第1隔壁と前記CO除去部の側の第2隔壁との間に形成され、
前記仕切り板には、前記加熱器の周りの周方向に伸びる溝部が形成されており、
前記溝部の底面が前記第1,第2隔壁の一方に当接してその一部が前記第1,第2隔壁の他方に突出して弾性変形している
燃料処理装置。 - 前記仕切り板の底面が前記変成部の側の第1隔壁に当接して、前記CO除去部の側の第2隔壁の側に弾性変形して突出している
請求項9記載の燃料処理装置。
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