JP2508252B2 - 反応装置 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は反応管内において原料である例えば炭化水
素等の改質反応を行う反応装置に関するものである。
素等の改質反応を行う反応装置に関するものである。
従来装置として例えば特願昭63−100483号に示された
ものがあり、その概略を第４図に示す。第４図におい
て、（９）は原料ガス、（10）は改質ガス、（31）は内
管、（32）は内管（31）の外周側で同心状に配設された
外管、（32）は内管（31）と外管（32）との間に同心状
に配設された中間管、（34）は内管（31）と中間管（3
3）との間に形成され原料ガス（９）が導入される第１
の環状部、（35）は第１の環状部（34）に触媒（36）が
充填されて形成された触媒層、（37）は中間管（33）と
外管（32）との間に形成され原料ガス（９）が触媒層
（35）を流通することにより改質反応が行われて生成さ
れた改質ガス（10）が流通する第２の環状部、（38）は
内管（31）、外管（32）のそれぞれの他端に配設された
環状エンドキヤツプであり、第１の環状部（34）と第２
の環状部（37）とを連通し、触媒層（35）から流出する
改質ガス（10）を反転させて第２の環状部（37）に流入
させ、第２の環状部（37）内を原料ガス（９）の流通方
向と逆方向に流通させる。（39）は触媒（36）を保持す
る受け皿であり、複数のガス流通孔（図示せず）が形成
されており、これら（31）〜（39）により環状の反応管
（200）が構成されている。（40）は環状エンドキヤツ
プ（38）を囲繞して配設された環状のエンドキヤツプ断
熱材、（41）は加熱源である高温の燃焼ガス、（42）は
燃焼ガス（41）の流通路であり、内管（31）内に設けら
れている。（43）は内管（31）内に充填された例えばセ
ラミツク系材料や金属材料から成る充填粒子であり、少
なくとも燃焼ガス（41）の流通路（42）の出口側に充填
されている。（44）はガス輻射部、（45）は固体輻射部
である。
ものがあり、その概略を第４図に示す。第４図におい
て、（９）は原料ガス、（10）は改質ガス、（31）は内
管、（32）は内管（31）の外周側で同心状に配設された
外管、（32）は内管（31）と外管（32）との間に同心状
に配設された中間管、（34）は内管（31）と中間管（3
3）との間に形成され原料ガス（９）が導入される第１
の環状部、（35）は第１の環状部（34）に触媒（36）が
充填されて形成された触媒層、（37）は中間管（33）と
外管（32）との間に形成され原料ガス（９）が触媒層
（35）を流通することにより改質反応が行われて生成さ
れた改質ガス（10）が流通する第２の環状部、（38）は
内管（31）、外管（32）のそれぞれの他端に配設された
環状エンドキヤツプであり、第１の環状部（34）と第２
の環状部（37）とを連通し、触媒層（35）から流出する
改質ガス（10）を反転させて第２の環状部（37）に流入
させ、第２の環状部（37）内を原料ガス（９）の流通方
向と逆方向に流通させる。（39）は触媒（36）を保持す
る受け皿であり、複数のガス流通孔（図示せず）が形成
されており、これら（31）〜（39）により環状の反応管
（200）が構成されている。（40）は環状エンドキヤツ
プ（38）を囲繞して配設された環状のエンドキヤツプ断
熱材、（41）は加熱源である高温の燃焼ガス、（42）は
燃焼ガス（41）の流通路であり、内管（31）内に設けら
れている。（43）は内管（31）内に充填された例えばセ
ラミツク系材料や金属材料から成る充填粒子であり、少
なくとも燃焼ガス（41）の流通路（42）の出口側に充填
されている。（44）はガス輻射部、（45）は固体輻射部
である。
又、第５図は反応管（200）が複数加熱炉内に組込ま
れた状態を示し、第５図において、（９），（10），
（31）〜（38），（40）〜（43）は第４図の構成と同様
である。（201）は加熱炉であり、反応管（200）が複数
配設されている。（211）は加熱炉（201）に設けられた
バーナ、（221）は原料ガス（９）の導入マニホール
ド、（231）は改質ガス（10）の排出マニホールド、（2
41）は燃焼ガス（41）の排出マニホールド、（251）は
炉壁断熱材、（46）は反応管（200）の外周側、即ち、
外管（32）の外周側に配設された断熱材であり、図は一
例として外管（32）と外管（32）との間及び外管（32）
と炉壁断熱材（251）との間に配設されている。従つて
燃焼ガス（41）は内管（31）内の流通路（42）のみを流
通することになる。尚、バーナ（211）の燃料、燃焼用
空気等のバーナ（211）に必要なガスの供給ラインは省
略している。
れた状態を示し、第５図において、（９），（10），
（31）〜（38），（40）〜（43）は第４図の構成と同様
である。（201）は加熱炉であり、反応管（200）が複数
配設されている。（211）は加熱炉（201）に設けられた
バーナ、（221）は原料ガス（９）の導入マニホール
ド、（231）は改質ガス（10）の排出マニホールド、（2
41）は燃焼ガス（41）の排出マニホールド、（251）は
炉壁断熱材、（46）は反応管（200）の外周側、即ち、
外管（32）の外周側に配設された断熱材であり、図は一
例として外管（32）と外管（32）との間及び外管（32）
と炉壁断熱材（251）との間に配設されている。従つて
燃焼ガス（41）は内管（31）内の流通路（42）のみを流
通することになる。尚、バーナ（211）の燃料、燃焼用
空気等のバーナ（211）に必要なガスの供給ラインは省
略している。
次に動作について説明する。原料ガス（９）である炭
化水素とスチームは、例えば450℃程度に予熱された
後、導入マニホールド（221）から導入され、各反応管
（200）の内管（31）と中間管（33）との間の第１環状
部（34）内に導入され、その第１の環状部（34）に形成
された触媒層（35）内を流通し触媒（36）と接触する。
ここで、原料ガス（９）は水蒸気改質反応を生じ、H2,C
O,CO2等の混合ガス（改質ガス）となる。反応の終了し
た高温（例えば約800℃程度）の改質ガス（10）は受け
皿（39）のガス流通孔（図示せず）を通過して環状エン
ドキヤツプ（38）内に流出し、流れを反転して中間管
（33）と外管（32）との間の第２の環状部（37）内に流
入して、その第２の環状部（37）内を原料ガス（９）の
流通方向とは逆方向に流通する。第２の環状部（37）を
流通する過程で、改質ガス（10）と中間管（33）との熱
伝達が促進され、改質ガス顕熱が中間管（33）の管壁を
経て触媒層（35）に回収された後、改質ガス（10）は排
出マニホールド（231）から系外に排出される。加熱源
である燃焼ガス（41）は加熱炉（201）に設置されたバ
ーナ（211）より供給され、その燃焼ガス（41）は反応
管（200）の内部、即ち、内管（31）の内部の流通路（4
2）を内管（31）の内壁部に沿つて流れ、ガス輻射部（4
4）にて内管（31）の管壁は加熱される。ガス輻射部（4
4）を経た燃焼ガス（41）は充填粒子（43）が充填され
た固体輻射部（45）を流通し充填粒子（43）を加熱す
る。充填粒子（43）はある熱容量を持つているので、例
えば燃料流量が減少しても熱容量と放出容量との相関で
決まる温度レベルでの固体輻射熱を放出し、ガス輻射部
（44）での内管（31）の管壁及び固体輻射部（45）での
内管（31）の管壁を加熱する。これら加熱熱量は触媒層
（35）を流通する原料ガス（９）、改質ガス（10）をそ
れぞれ加熱する。原料ガス（９）の加熱は触媒反応の出
発条件を決めるものであり、改質ガス（10）の加熱は触
媒反応の進行度合を決めるものであり、これらにより燃
料流量の変動特に低下時にも反応条件の安定化が図れ
る。尚、エンドキヤツプ断熱材（40）は燃焼ガス（41）
により加熱が不要な所、即ち、触媒（36）が充填されて
いない環状エンドキヤツプ（38）内の加熱を防止するも
のである。
化水素とスチームは、例えば450℃程度に予熱された
後、導入マニホールド（221）から導入され、各反応管
（200）の内管（31）と中間管（33）との間の第１環状
部（34）内に導入され、その第１の環状部（34）に形成
された触媒層（35）内を流通し触媒（36）と接触する。
ここで、原料ガス（９）は水蒸気改質反応を生じ、H2,C
O,CO2等の混合ガス（改質ガス）となる。反応の終了し
た高温（例えば約800℃程度）の改質ガス（10）は受け
皿（39）のガス流通孔（図示せず）を通過して環状エン
ドキヤツプ（38）内に流出し、流れを反転して中間管
（33）と外管（32）との間の第２の環状部（37）内に流
入して、その第２の環状部（37）内を原料ガス（９）の
流通方向とは逆方向に流通する。第２の環状部（37）を
流通する過程で、改質ガス（10）と中間管（33）との熱
伝達が促進され、改質ガス顕熱が中間管（33）の管壁を
経て触媒層（35）に回収された後、改質ガス（10）は排
出マニホールド（231）から系外に排出される。加熱源
である燃焼ガス（41）は加熱炉（201）に設置されたバ
ーナ（211）より供給され、その燃焼ガス（41）は反応
管（200）の内部、即ち、内管（31）の内部の流通路（4
2）を内管（31）の内壁部に沿つて流れ、ガス輻射部（4
4）にて内管（31）の管壁は加熱される。ガス輻射部（4
4）を経た燃焼ガス（41）は充填粒子（43）が充填され
た固体輻射部（45）を流通し充填粒子（43）を加熱す
る。充填粒子（43）はある熱容量を持つているので、例
えば燃料流量が減少しても熱容量と放出容量との相関で
決まる温度レベルでの固体輻射熱を放出し、ガス輻射部
（44）での内管（31）の管壁及び固体輻射部（45）での
内管（31）の管壁を加熱する。これら加熱熱量は触媒層
（35）を流通する原料ガス（９）、改質ガス（10）をそ
れぞれ加熱する。原料ガス（９）の加熱は触媒反応の出
発条件を決めるものであり、改質ガス（10）の加熱は触
媒反応の進行度合を決めるものであり、これらにより燃
料流量の変動特に低下時にも反応条件の安定化が図れ
る。尚、エンドキヤツプ断熱材（40）は燃焼ガス（41）
により加熱が不要な所、即ち、触媒（36）が充填されて
いない環状エンドキヤツプ（38）内の加熱を防止するも
のである。
以上のように燃焼ガス（41）は内管（31）の内部のみ
を流通するので、その燃焼ガス（41）のガス輻射及び充
填粒子（43）の固体輻射によつて内管（31）の管壁は均
一に加熱され、内管（31）の管壁を通して触媒層（35）
内を均一に加熱することができ、均一な改質反応が得ら
れる。又、バーナ（211）より供給された燃焼ガス（4
1）は内管（31）の内部を流通させればよいので、燃焼
ガス（41）が充満する加熱炉（201）内の空間（燃焼空
間）はバーナ火炎長分で済む。
を流通するので、その燃焼ガス（41）のガス輻射及び充
填粒子（43）の固体輻射によつて内管（31）の管壁は均
一に加熱され、内管（31）の管壁を通して触媒層（35）
内を均一に加熱することができ、均一な改質反応が得ら
れる。又、バーナ（211）より供給された燃焼ガス（4
1）は内管（31）の内部を流通させればよいので、燃焼
ガス（41）が充満する加熱炉（201）内の空間（燃焼空
間）はバーナ火炎長分で済む。
ところで、反応管（200）の管壁温度の最高点は、燃
焼ガス（41）流れの最も上流側でかつエンドキヤツプ断
熱材（40）の覆われていない内管（31）の管壁部であ
る。この点は炉壁とは直接相対していないので、炉壁よ
りの固体輻射加熱は無視でき、内管（31）内に充満した
燃焼ガス（41）からのガス輻射が支配的となりその燃焼
ガス（41）により均一加熱が行える。又、各反応管（20
0）毎の内管（31）の管壁温度の均一性は燃焼ガス（4
1）の各反応管（200）への供給量を均一化することによ
り均一加熱が行える。
焼ガス（41）流れの最も上流側でかつエンドキヤツプ断
熱材（40）の覆われていない内管（31）の管壁部であ
る。この点は炉壁とは直接相対していないので、炉壁よ
りの固体輻射加熱は無視でき、内管（31）内に充満した
燃焼ガス（41）からのガス輻射が支配的となりその燃焼
ガス（41）により均一加熱が行える。又、各反応管（20
0）毎の内管（31）の管壁温度の均一性は燃焼ガス（4
1）の各反応管（200）への供給量を均一化することによ
り均一加熱が行える。
しかしながら上述した従来装置では、内管（31）内に
形成された燃焼ガス（41）の流通路（42）内に充填され
た充填粒子（43）は加熱源である高温の燃焼ガス（41）
により加熱された熱膨脹による容積増加を起こす。この
容積増加による熱応力が内管（31）に作用して内管（3
1）の内壁を変形させ、最悪の場合は内管（31）の破損
を招いたり、充填粒子（43）が破壊するなどの課題があ
つた。
形成された燃焼ガス（41）の流通路（42）内に充填され
た充填粒子（43）は加熱源である高温の燃焼ガス（41）
により加熱された熱膨脹による容積増加を起こす。この
容積増加による熱応力が内管（31）に作用して内管（3
1）の内壁を変形させ、最悪の場合は内管（31）の破損
を招いたり、充填粒子（43）が破壊するなどの課題があ
つた。
この発明は上記のような課題に鑑みてなされたもので
あり、信頼性の高い反応装置を提供することを目的とす
る。
あり、信頼性の高い反応装置を提供することを目的とす
る。
この発明に係る反応装置は、高温ガスが内部を流通す
る内管とその内管の外周側で同心状に配設された外管と
の間に同心状に中間管を配設し、内管と中間管との間に
第１の環状部、中間管と外管との間に第２の環状部をそ
れぞれ形成し、第１の環状部に触媒を充填して触媒層を
形成し、内管と外管のそれぞれの他端に第１の環状部と
第２の環状部とを連通し触媒層から流出するガスを第２
の環状部に流入される環状エンドキヤツプを配設し、内
管内に芯体を配設し、内管と芯体との間に高温ガスが流
通する第３の環状部を形成し、第３の環状部に充填部材
を充填して充填部材層を設けたものである。
る内管とその内管の外周側で同心状に配設された外管と
の間に同心状に中間管を配設し、内管と中間管との間に
第１の環状部、中間管と外管との間に第２の環状部をそ
れぞれ形成し、第１の環状部に触媒を充填して触媒層を
形成し、内管と外管のそれぞれの他端に第１の環状部と
第２の環状部とを連通し触媒層から流出するガスを第２
の環状部に流入される環状エンドキヤツプを配設し、内
管内に芯体を配設し、内管と芯体との間に高温ガスが流
通する第３の環状部を形成し、第３の環状部に充填部材
を充填して充填部材層を設けたものである。
この発明における反応装置は、内管と芯体との間に形
成された第３の環状部を加熱源である高温ガスが流通
し、その高温ガスと第３の環状部内に充填した充填部材
により内管が加熱され、内管の管壁を通して第１の環状
部に形成された触媒層内が加熱され、原料が触媒層を流
通して生成されたガスは環状エンドキヤツプ内に流出し
第２の環状部を流通する。
成された第３の環状部を加熱源である高温ガスが流通
し、その高温ガスと第３の環状部内に充填した充填部材
により内管が加熱され、内管の管壁を通して第１の環状
部に形成された触媒層内が加熱され、原料が触媒層を流
通して生成されたガスは環状エンドキヤツプ内に流出し
第２の環状部を流通する。
以下、この発明の一実施例を第１図に基づいて説明す
る。第１図において、（９），（10），（31）〜（4
2），（44），（200）は上述した従来装置の構成と同様
である。（47）は内管（31）内に同心状に配設された芯
体であり、図は一例として薄肉金属材料からなる円筒体
により構成された場合を示している。（48）は内管（3
1）と芯体（47）との間に形成された第３の環状部であ
り、加熱源である高温の燃焼ガス（41）が流通する。
（49）は第３の環状部（48）に充填部材として例えばセ
ラミツク系材料や金属材料からなる充填粒子（50）を充
填して形成した充填部材層（以下、充填粒子層と称
す）、（51）は固体輻射部である。
る。第１図において、（９），（10），（31）〜（4
2），（44），（200）は上述した従来装置の構成と同様
である。（47）は内管（31）内に同心状に配設された芯
体であり、図は一例として薄肉金属材料からなる円筒体
により構成された場合を示している。（48）は内管（3
1）と芯体（47）との間に形成された第３の環状部であ
り、加熱源である高温の燃焼ガス（41）が流通する。
（49）は第３の環状部（48）に充填部材として例えばセ
ラミツク系材料や金属材料からなる充填粒子（50）を充
填して形成した充填部材層（以下、充填粒子層と称
す）、（51）は固体輻射部である。
次に動作について説明する。原料ガス（９）である炭
化水素とスチームは、例えば450℃程度に予熱された
後、導入マニホールド（221）から導入され、各反応管
（200）の内管（31）と中間管（33）との間の第１環状
部（34）内に導入され、その第１の環状部（34）に形成
された触媒層（35）内を流通し触媒（36）と接触する。
ここで、原料ガス（９）は水蒸気改質反応を生じ、H2,C
O,CO2等の混合ガス（改質ガス）となる。反応の終了し
た高温（例えば約800℃程度）の改質ガス（10）は受け
皿（39）のガス流通孔（図示せず）を通過して環状エン
ドキヤツプ（38）内に流出し、流れを反転して中間管
（33）と外管（32）との間の第２の環状部（37）内に流
入し、その第２の環状部（37）内を原料ガス（９）の流
通方向とは逆方向に流通する。第２の環状部（37）を流
通する過程で、改質ガス（10）と中間管（33）との熱伝
達が促進され、改質ガス顕熱が中間管（33）の管壁を経
て触媒層（35）に回収された後、改質ガス（10）は排出
マニホールド（231）から系外に排出される。加熱源で
ある燃焼ガス（41）は加熱炉（201）に設置されたバー
ナ（211）より供給され、その燃焼ガス（41）は反応管
（200）の内部、即ち、内管（31）の内部の流通路（4
2）を内管（31）の内壁部に沿つて流れ、ガス輻射部（4
4）にて内管（31）の管壁は加熱される。ガス輻射部（4
4）を経た燃焼ガス（41）は第３の環状部（48）に流入
する。第３の環状部（48）には充填粒子（50）を充填し
て充填部材層（49）を形成して固体輻射部（51）を構成
している。第３の環状部（48）に流入した燃焼ガス（4
1）は固体輻射部（51）を流通し充填粒子（50）を加熱
する。充填粒子（50）はある熱容量を持つているので、
例えば燃料流量が減少しても熱容量と放出容量との相関
で決まる温度レベルでの固体輻射熱を放出し、ガス輻射
部（44）での内管（31）の管壁及び固体輻射部（51）で
の内管（31）の管壁を加熱する。これら加熱熱量は触媒
層（35）を流通する原料ガス（９）、改質ガス（10）を
それぞれ加熱する。
化水素とスチームは、例えば450℃程度に予熱された
後、導入マニホールド（221）から導入され、各反応管
（200）の内管（31）と中間管（33）との間の第１環状
部（34）内に導入され、その第１の環状部（34）に形成
された触媒層（35）内を流通し触媒（36）と接触する。
ここで、原料ガス（９）は水蒸気改質反応を生じ、H2,C
O,CO2等の混合ガス（改質ガス）となる。反応の終了し
た高温（例えば約800℃程度）の改質ガス（10）は受け
皿（39）のガス流通孔（図示せず）を通過して環状エン
ドキヤツプ（38）内に流出し、流れを反転して中間管
（33）と外管（32）との間の第２の環状部（37）内に流
入し、その第２の環状部（37）内を原料ガス（９）の流
通方向とは逆方向に流通する。第２の環状部（37）を流
通する過程で、改質ガス（10）と中間管（33）との熱伝
達が促進され、改質ガス顕熱が中間管（33）の管壁を経
て触媒層（35）に回収された後、改質ガス（10）は排出
マニホールド（231）から系外に排出される。加熱源で
ある燃焼ガス（41）は加熱炉（201）に設置されたバー
ナ（211）より供給され、その燃焼ガス（41）は反応管
（200）の内部、即ち、内管（31）の内部の流通路（4
2）を内管（31）の内壁部に沿つて流れ、ガス輻射部（4
4）にて内管（31）の管壁は加熱される。ガス輻射部（4
4）を経た燃焼ガス（41）は第３の環状部（48）に流入
する。第３の環状部（48）には充填粒子（50）を充填し
て充填部材層（49）を形成して固体輻射部（51）を構成
している。第３の環状部（48）に流入した燃焼ガス（4
1）は固体輻射部（51）を流通し充填粒子（50）を加熱
する。充填粒子（50）はある熱容量を持つているので、
例えば燃料流量が減少しても熱容量と放出容量との相関
で決まる温度レベルでの固体輻射熱を放出し、ガス輻射
部（44）での内管（31）の管壁及び固体輻射部（51）で
の内管（31）の管壁を加熱する。これら加熱熱量は触媒
層（35）を流通する原料ガス（９）、改質ガス（10）を
それぞれ加熱する。
以上のように燃焼ガス（41）は内管（31）の流通路
（42）、第３の環状部（48）を流通するので、その燃焼
ガス（41）のガス輻射及び充填粒子（50）の固体輻射に
よつて内管（31）の管壁は均一に加熱され、内管（31）
の管壁を通して触媒層（35）内を均一に加熱することが
でき、均一な改質反応が得られる。
（42）、第３の環状部（48）を流通するので、その燃焼
ガス（41）のガス輻射及び充填粒子（50）の固体輻射に
よつて内管（31）の管壁は均一に加熱され、内管（31）
の管壁を通して触媒層（35）内を均一に加熱することが
でき、均一な改質反応が得られる。
ところで、芯体（47）は薄肉金属材料からなる円筒体
で構成されており、燃焼ガス（41）の加熱によつて熱膨
脹する充填粒子（50）の熱応力を吸収し、内管（31）の
管壁の変形或いは破損を防止すると共に充填粒子（50）
の破壊を防止する。
で構成されており、燃焼ガス（41）の加熱によつて熱膨
脹する充填粒子（50）の熱応力を吸収し、内管（31）の
管壁の変形或いは破損を防止すると共に充填粒子（50）
の破壊を防止する。
尚、上記実施例では芯体（47）を金属材料からなる円
筒体で構成した場合について述べたが、芯体（47）を非
金属材料からなる円筒体で構成してもよく、円筒体以外
で芯体（47）を構成するようにしてもよい。
筒体で構成した場合について述べたが、芯体（47）を非
金属材料からなる円筒体で構成してもよく、円筒体以外
で芯体（47）を構成するようにしてもよい。
又、第２図に示す他の実施例のように、内管（31）内
に同心状に中空状芯体（52）を配設し、その中空状芯体
（52）と内管（31）との間に第３の環状部（48）を形成
し、その第３の環状部（48）に充填粒子（50）を充填し
て充填粒子層（49）を形成し、中空状芯体（52）の内部
に例えばセラミツクフアイバー系材料から成る断熱材
（53）を装填した構成としてもよい。この場合、中空状
芯体（52）は構造材としては最も弱い部分である。も
し、運転中に中空状芯体（52）が破壊されると充填粒子
（50）が中空状芯体（52）の内部に流入して充填粒子層
（49）の高さが減少し、燃焼ガス（41）の圧損が低下す
る。このため、反応管（200）が複数本設置されている
場合は、各反応管（200）への燃焼ガス（41）の流量の
分配が不均一となり、内管（31）の管壁への均一加熱、
均一改質反応が崩れる。しかし、中空状芯体（52）の内
部に装填した断熱材（53）は、中空状芯体（52）の強度
を補強し、クツシヨン材として作用するものであり、中
空状芯体（52）が破壊もしくは部分的に破壊されても充
填粒子層（49）の高さが変化するのを防止する。従つ
て、内管（31）の管壁への均一加熱、均一改質反応を維
持することができる。又、断熱材（53）はセラミツクフ
アイバー系材料に限定されるものではなく、他の材料で
もよい。又、一種類とは限らず、断熱材（53）の高さ方
向に、即ち、中空状芯体（52）の温度の変化に対応して
数種類の物を積み重ねてもよい。
に同心状に中空状芯体（52）を配設し、その中空状芯体
（52）と内管（31）との間に第３の環状部（48）を形成
し、その第３の環状部（48）に充填粒子（50）を充填し
て充填粒子層（49）を形成し、中空状芯体（52）の内部
に例えばセラミツクフアイバー系材料から成る断熱材
（53）を装填した構成としてもよい。この場合、中空状
芯体（52）は構造材としては最も弱い部分である。も
し、運転中に中空状芯体（52）が破壊されると充填粒子
（50）が中空状芯体（52）の内部に流入して充填粒子層
（49）の高さが減少し、燃焼ガス（41）の圧損が低下す
る。このため、反応管（200）が複数本設置されている
場合は、各反応管（200）への燃焼ガス（41）の流量の
分配が不均一となり、内管（31）の管壁への均一加熱、
均一改質反応が崩れる。しかし、中空状芯体（52）の内
部に装填した断熱材（53）は、中空状芯体（52）の強度
を補強し、クツシヨン材として作用するものであり、中
空状芯体（52）が破壊もしくは部分的に破壊されても充
填粒子層（49）の高さが変化するのを防止する。従つ
て、内管（31）の管壁への均一加熱、均一改質反応を維
持することができる。又、断熱材（53）はセラミツクフ
アイバー系材料に限定されるものではなく、他の材料で
もよい。又、一種類とは限らず、断熱材（53）の高さ方
向に、即ち、中空状芯体（52）の温度の変化に対応して
数種類の物を積み重ねてもよい。
又、第３図に示す他の実施例のように、内管（31）内
に同心状に中空状芯体（52）を配設し、その中空状芯体
（52）と内管（31）との間に第３の環状部（48）を形成
し、その第３の環状部（48）に充填粒子（50）を充填粒
子層（49）を形成し、中空状芯体（52）の内部に例えば
中空状の補助芯体（54）を同心状に配設し、中空状芯体
（52）と補助芯体（54）との間でいわゆる二重管構造と
したものでもよい。この場合、中空状芯体（52）は構造
材として最も弱い部分である。もし、運転中に中空状芯
体（52）が破壊されると充填粒子（50）が中空状芯体
（52）の内部に流入して充填粒子層（49）の高さが減少
し、燃焼ガス（41）の圧損が低下する。このため、反応
管（200）が複数本設置されている場合は、各反応管（2
00）への燃焼ガス（41）の流量の分配が不均一となり、
内管（31）の管壁への均一加熱、均一改質反応が崩れ
る。しかし、中空状芯体（52）の内部に配設した補助芯
体（54）は、中空状芯体（52）が破壊もしくは部分的に
破壊されても充填粒子層（49）の高さが変化するのを防
止し、燃焼ガス（41）の圧損変化を最少限に抑えるバツ
クアツプ機能を有するものである。即ち、補助芯体（5
4）は中空状芯体（52）が充填粒子（50）の熱応力を吸
収して変形し破損した場合にその充填粒子（50）を保持
する役目を果す。従つて、内管（31）の管壁への均一加
熱、均一改質反応を維持することができる。尚、燃焼ガ
ス（41）からの補助芯体（54）への輻射熱は、中空状芯
体（52）が輻射シールドとなつて阻げられる。それ故、
補助芯体（54）は必ず中空状芯体（52）より温度が低
く、充填粒子（50）の熱応力を受けるため、長寿命であ
り、中空状芯体（52）のバツクアツプの役割を果す。ま
た、芯体を二重管構造では三重管以上の構成としてもよ
く、あるいは補助芯体（54）を中実体としてもよい。ま
た、補助芯体（54）を中空とした場合は、その中空部に
断熱材を装填してもよい。
に同心状に中空状芯体（52）を配設し、その中空状芯体
（52）と内管（31）との間に第３の環状部（48）を形成
し、その第３の環状部（48）に充填粒子（50）を充填粒
子層（49）を形成し、中空状芯体（52）の内部に例えば
中空状の補助芯体（54）を同心状に配設し、中空状芯体
（52）と補助芯体（54）との間でいわゆる二重管構造と
したものでもよい。この場合、中空状芯体（52）は構造
材として最も弱い部分である。もし、運転中に中空状芯
体（52）が破壊されると充填粒子（50）が中空状芯体
（52）の内部に流入して充填粒子層（49）の高さが減少
し、燃焼ガス（41）の圧損が低下する。このため、反応
管（200）が複数本設置されている場合は、各反応管（2
00）への燃焼ガス（41）の流量の分配が不均一となり、
内管（31）の管壁への均一加熱、均一改質反応が崩れ
る。しかし、中空状芯体（52）の内部に配設した補助芯
体（54）は、中空状芯体（52）が破壊もしくは部分的に
破壊されても充填粒子層（49）の高さが変化するのを防
止し、燃焼ガス（41）の圧損変化を最少限に抑えるバツ
クアツプ機能を有するものである。即ち、補助芯体（5
4）は中空状芯体（52）が充填粒子（50）の熱応力を吸
収して変形し破損した場合にその充填粒子（50）を保持
する役目を果す。従つて、内管（31）の管壁への均一加
熱、均一改質反応を維持することができる。尚、燃焼ガ
ス（41）からの補助芯体（54）への輻射熱は、中空状芯
体（52）が輻射シールドとなつて阻げられる。それ故、
補助芯体（54）は必ず中空状芯体（52）より温度が低
く、充填粒子（50）の熱応力を受けるため、長寿命であ
り、中空状芯体（52）のバツクアツプの役割を果す。ま
た、芯体を二重管構造では三重管以上の構成としてもよ
く、あるいは補助芯体（54）を中実体としてもよい。ま
た、補助芯体（54）を中空とした場合は、その中空部に
断熱材を装填してもよい。
尚、上記実施例では充填部材層（49）が充填粒子（5
0）を充填して形成した場合について述べたが、充填部
材層（49）をセラミツク系材料や金属材料から成る網状
絡合体を充填して形成してもよく、あるいは充填粒子と
網状絡合体と混在した充填部材層としてもよく、上記実
施例と同様の効果を奏する。
0）を充填して形成した場合について述べたが、充填部
材層（49）をセラミツク系材料や金属材料から成る網状
絡合体を充填して形成してもよく、あるいは充填粒子と
網状絡合体と混在した充填部材層としてもよく、上記実
施例と同様の効果を奏する。
又、上記実施例では各反応管（200）の外周側に断熱
材（46）を設けて燃焼ガス（41）が第２の環状部（37）
を流通する改質ガス（10）に輻射熱を与えないための断
熱効果を得るようにしたが、断熱材（46）は必ずしも設
ける必要はなく上記実施例と同様の効果を奏する。
材（46）を設けて燃焼ガス（41）が第２の環状部（37）
を流通する改質ガス（10）に輻射熱を与えないための断
熱効果を得るようにしたが、断熱材（46）は必ずしも設
ける必要はなく上記実施例と同様の効果を奏する。
又、上記実施例では反応管を吊り下げの形にし燃焼ガ
スの流れを下から上としたが、上下逆にしてもよい。
スの流れを下から上としたが、上下逆にしてもよい。
又、上記実施例では第２の環状部は改質ガス流路とし
て機能する場合について述べたが、第２の環状部に細線
や邪魔板等を入れて伝熱促進を図つてもよい。
て機能する場合について述べたが、第２の環状部に細線
や邪魔板等を入れて伝熱促進を図つてもよい。
ところで、上記説明では水蒸気改質反応装置の場合に
ついて述べたが、一般的な吸熱もしくは発熱反応装置に
もこの発明を適用し得ることは勿論のことである。
ついて述べたが、一般的な吸熱もしくは発熱反応装置に
もこの発明を適用し得ることは勿論のことである。
この発明は以上説明した通り、高温ガスが内部を流通
する内管とその内管の外周側で同心状に配設された外管
との間に同心状に中間管を配設し、内管と中間管との間
に第１の環状部、中間管と外管との間に第２の環状部を
それぞれ形成し、第１の環状部に触媒を充填して触媒層
を形成し、内管と外管のそれぞれの他端に第１の環状部
と第２の環状部とを連通し触媒層から流出するガスを第
２の環状部に流入される環状エンドキヤツプを配設し、
内管内に中空状芯体を配設して内管と中空状芯体との間
に第３の環状部を形成し、第３の環状部に充填部材を充
填して充填部材層を形成することにより、内管内を流通
する高温ガス及び充填部材によつて内管が加熱されるの
で、内管の管壁温度の均一化が図れると共に、充填部材
の熱膨脹による容積増加に伴う熱応力を中空状芯体に吸
収するようにしたので、内管の変形或るいは破損を防止
でき、高信頼性の反応装置を得ることができる。
する内管とその内管の外周側で同心状に配設された外管
との間に同心状に中間管を配設し、内管と中間管との間
に第１の環状部、中間管と外管との間に第２の環状部を
それぞれ形成し、第１の環状部に触媒を充填して触媒層
を形成し、内管と外管のそれぞれの他端に第１の環状部
と第２の環状部とを連通し触媒層から流出するガスを第
２の環状部に流入される環状エンドキヤツプを配設し、
内管内に中空状芯体を配設して内管と中空状芯体との間
に第３の環状部を形成し、第３の環状部に充填部材を充
填して充填部材層を形成することにより、内管内を流通
する高温ガス及び充填部材によつて内管が加熱されるの
で、内管の管壁温度の均一化が図れると共に、充填部材
の熱膨脹による容積増加に伴う熱応力を中空状芯体に吸
収するようにしたので、内管の変形或るいは破損を防止
でき、高信頼性の反応装置を得ることができる。
第１図はこの発明の一実施例による反応装置を示す断面
図、第２図及び第３図はこの発明の他の実施例の断面
図、第４図は従来の反応装置を示す断面図、第５図は従
来の反応装置を加熱炉に組込んだ状態を示す断面図であ
る。 図において、（９）は原料ガス、（10）は改質ガス、
（31）は内管、（32）は外管、（33）は中間管、（34）
は第１の環状部、（35）は触媒層、（36）は触媒、（3
7）は第２の環状部、（38）は環状エンドキヤツプ、（4
8）は第３の環状部、（49）は充填粒子層、（50）は充
填粒子、（52）は中空状芯体、（53）は断熱材、（54）
は補助芯体である。 尚、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
図、第２図及び第３図はこの発明の他の実施例の断面
図、第４図は従来の反応装置を示す断面図、第５図は従
来の反応装置を加熱炉に組込んだ状態を示す断面図であ
る。 図において、（９）は原料ガス、（10）は改質ガス、
（31）は内管、（32）は外管、（33）は中間管、（34）
は第１の環状部、（35）は触媒層、（36）は触媒、（3
7）は第２の環状部、（38）は環状エンドキヤツプ、（4
8）は第３の環状部、（49）は充填粒子層、（50）は充
填粒子、（52）は中空状芯体、（53）は断熱材、（54）
は補助芯体である。 尚、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
フロントページの続き (72)発明者 伊藤 信之 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番 ２号 三菱電機株式会社神戸製作所内 (72)発明者 都留 潔 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番 ２号 三菱電機株式会社神戸製作所内 (56)参考文献 特開 平２−31832（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−266843（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】高温ガスが内部を流通する内管と、上記内
管の外周側で同心状に配設された外管と、上記内管と上
記外管との間に同心状に配設された中間管と、上記内管
と上記中間管との間に形成され原料が導入される第１の
環状部と、上記第１の環状部に触媒が充填されて形成さ
れた触媒層と、上記中間管と上記外管との間に形成され
上記原料が上記触媒層を流通することにより生成される
ガスが流通する第２の環状部と、上記内管と上記外管の
それぞれの他端に配設され、上記第１の環状部と上記第
２の環状部とを連通し、上記触媒層から流出する上記ガ
スを上記第２の環状部に流入させる環状のエンドキヤツ
プと、上記内管内に配設された芯体と、上記内管と上記
芯体との間に形成され上記高温ガスが流通する第３の環
状部と、上記第３の環状部に充填部材が充填されて形成
された充填部材層とを備えたことを特徴とする反応装
置。 - 【請求項２】高温ガスが内部を流通する内管と、上記内
管の外周側で同心状に配設された外管と、上記内管と上
記外管との間に同心状に配設された中間管と、上記内管
と上記中間管との間に形成され原料が導入される第１の
環状部と、上記第１の環状部に触媒が充填されて形成さ
れた触媒層と、上記中間管と上記外管との間に形成され
上記原料が上記触媒層を流通することにより生成される
ガスが流通する第２の環状部と、上記内管と上記外管の
それぞれの他端に配設され、上記第１の環状部と上記第
２の環状部とを連通し、上記触媒層から流出する上記ガ
スを上記第２の環状部に流入させる環状のエンドキヤツ
プと、上記内管内に配設された中空状芯体と、上記内管
と上記中空状芯体との間に形成され上記高温ガスが流通
する第３の環状部と、上記第３の環状部に充填部材が充
填されて形成された充填部材層と、上記中空状芯体の内
部に装着された断熱材とを備えたことを特徴とする反応
装置。 - 【請求項３】高温ガスが内部を流通する内管と、上記内
管の外周側で同心状に配設された外管と、上記内管と上
記外管との間に同心状に配設された中間管と、上記内管
と上記中間管との間に形成され原料が導入される第１の
環状部と、上記第１の環状部に触媒が充填されて形成さ
れた触媒層と、上記中間管と上記外管との間に形成され
上記原料が上記触媒層を流通することにより生成される
ガスが流通する第２の環状部と、上記内管と上記外管の
それぞれの他端に配設され、上記第１の環状部と上記第
２の環状部とを連通し、上記触媒層から流出する上記ガ
スを上記第２の環状部に流入させる環状のエンドキヤツ
プと、上記内管内に配設された中空状芯体と、上記内管
と上記中空状芯体との間に形成され上記高温ガスが流通
する第３の環状部と、上記第３の環状部に充填部材が充
填されて形成された充填部材層と、上記中空状芯体の内
部に配設された補助芯体とを備えたことを特徴とする反
応装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7260289A JP2508252B2 (ja) | 1988-06-14 | 1989-03-24 | 反応装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14770888 | 1988-06-14 | ||
| JP63-147708 | 1988-06-14 | ||
| JP7260289A JP2508252B2 (ja) | 1988-06-14 | 1989-03-24 | 反応装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0286833A JPH0286833A (ja) | 1990-03-27 |
| JP2508252B2 true JP2508252B2 (ja) | 1996-06-19 |
Family
ID=26413732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7260289A Expired - Lifetime JP2508252B2 (ja) | 1988-06-14 | 1989-03-24 | 反応装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2508252B2 (ja) |
-
1989
- 1989-03-24 JP JP7260289A patent/JP2508252B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0286833A (ja) | 1990-03-27 |
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