JP2567055B2 - 燃料改質装置 - Google Patents

燃料改質装置

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JP2567055B2
JP2567055B2 JP63217609A JP21760988A JP2567055B2 JP 2567055 B2 JP2567055 B2 JP 2567055B2 JP 63217609 A JP63217609 A JP 63217609A JP 21760988 A JP21760988 A JP 21760988A JP 2567055 B2 JP2567055 B2 JP 2567055B2
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    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • H01M8/0631Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は燃料改質装置に係り、特に燃料油、ナフサ、
天然ガス等の炭化水素を水蒸気と混合させるとともに、
この混合流体を改質触媒の存在化で反応させ、水素、一
酸化炭素、二酸化炭素、メタン、水蒸気等からなる混合
気体に改質させる燃料改質装置に関する。
(従来の技術) 第4図は従来の二重管式の燃料改質装置を示してい
る。図において、1は断熱層を備える容器を示し、この
容器1内には反応管2が配置されている。この反応管2
は外管2aと内管2bを同心に配置した二重管であり、これ
ら外管2aと内管2bとの間には環状の反応室3が形成さ
れ、この反応室3には改質触媒5が充填されている。こ
の反応管2の頂部には断熱キャップ6が取付けられ、高
温の燃焼ガスから該反応管2の頭部を保護している。ま
た、外管2aの下端と容器1の内壁とは環状の上支持板7a
で結合される一方、内管2bの下端と容器1の内壁とは環
状の下支持板7bで結合され、これら上支持板7aと下支持
板7bとの間には原料ガス室8が形成されている。この原
料ガス室8は原料ガス供給口9に連通している。上支持
板7aの上方側には燃焼ガス流通室10が形成され、この燃
焼ガス流通室10はその下部において燃焼ガス排出口11に
連通している。また下支持板7bの下方側には生成ガス流
通室12が形成され、この生成ガス流通室12は生成ガス排
出口13に連通している。また、内管2bの内側には上端が
閉じたプラグ管15が同心に配置されこのプラグ管15と内
管2bとの間には環状の再生室16が形成され、この再生室
16は下部において上記生成ガス流通室12に連通してい
る。また、容器1の上端にはバーナ17が取付けられ、こ
のバーナ17には燃料供給口18と空気供給口19とが形成さ
れている。
このように構成された従来の燃料改質装置において、
改質のための原料ガスはガス供給口9から供給される。
この原料ガスは原料ガス室8を経て環状の反応室3内に
入り、ここを上昇し、反応管2内の上端部で反転し、再
生室16内を降下し、そして、生成ガス流通室12を経て、
生成ガス排出口13から送出される。
ところで、反応室3には改質触媒5が充填されている
ので、原料ガスはここを上昇するうちに改質される。こ
の改質反応は、 CH4+H2OCO+3H2−49.27Kcal/gmol であり、これは吸熱反応である。この反応を右に促進さ
せるためには外部から熱を供給しなければならない。
この熱はバーナ17から燃焼ガス(点線で示す)として
供給される。燃料供給口18から燃料が供給され、空気供
給口19から空気が供給され、これらはバーナ17で混合燃
焼される。そして、この燃焼ガスは燃焼ガス流通室10に
入り、ここを降下する。この降下の途中で反応室3内を
上昇する原料ガス(実線で示す)と熱交換したあと、燃
料ガス排出口11から排出される。
(発明が解決しようとする課題) ところで、上述した従来の反応管2には、遠心鋳造に
より製造された高ニッケル高クロム鋼の耐熱合金管が用
いられ、改質触媒5にはアルミナ等からなるセラミック
基材にニッケルを付与した粒子状のものが用いられてい
る。この反応管2の材質は改質触媒5の材質に比較して
線膨脹率が大きく、熱が加えられている間、反応管2は
径方向および軸方向に伸びるのに対して、改質触媒5は
殆ど伸びない。
したがって、加熱の間、反応管2が伸びて反応室3の
体積が広がった分だけ、改質触媒5は該反応室3の下方
領域に沈下する。この状態で、燃料改質装置の作動が停
止された場合、温度の降下とともに、反応管2は収縮動
作に移行し、これによって反応室3内の改質触媒5は径
方向内方に締付けられる。よって、改質触媒5の粒子に
割れ、粉化が発生する。この現象は燃料改質装置の起
動、停止が繰返される度に発生する。
改質触媒5の粒子に割れ、粉化が発生すると、この触
媒の破片や粉が、生成ガス流に乗って生成ガス流通室12
内に入り込み、その室壁に付着したり、装置外に排出さ
れたあと、下流の配管、弁機器等に付着したりして、故
障や異常を引き起こすという問題が生じる。
また、このような場合、上述した改質反応の逆反応で
あるメタネーション反応を引き起こす恐れが生じ、 CO+3H2CH4+H2O+49.27Kcal/gmol この反応が起きると、強度の発熱反応であることから
温度の異常上昇を来たすとともに、水素、一酸化炭素を
消費し、燃料改質装置の改質効率を低下させるという問
題が生じる。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有す
る問題点を解消し、運転中に生じた改質触媒の破片や粉
が、生成ガス流に乗って下流に流出し、生成ガス流出室
内に入り込み、その室壁に付着したり、装置外に排出さ
れたあと、下流の配管、弁機器に付着したりして、故障
や異常を引き起こすことのないようにした燃料改質装置
を提供することにある。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本発明は、容器とこの容
器内に燃焼ガスを供給するバーナと、上記容器内に鉛直
に配設されると共に外管と内管とを同心に配置して二重
管に構成されかつ頂部にキャップを備える反応管と、上
記外管と上記内管との間に形成された反応室と、この反
応室内に充填された改質触媒とを備え、上記容器内に供
給され上記反応室内を上昇する過程で上記燃焼ガスとの
熱交換により改質される原料ガスを、上記反応管内の上
端部にて反転させ、上記内管の内部を降下する間にその
保有する熱を、上記反応室内を上昇する原料ガスへ回収
させるようにした燃料改質装置において、上記内管の内
部に該内管と同心に上端を開口し下端を閉塞するプラグ
管を配設するとともに、上記内管の上端に該内管の半径
方向内方に延在しその中程で開口し該開口縁から上記プ
ラグ管の開口内部に向けて延出する延長部を備えるバッ
フル体を設けたことを特徴とするものである。
(作 用) 本発明によれば、容器内に供給された原料ガスは、反
応室内を上昇し、反応管内の上端部にて反転し、バッフ
ル体の中程の開口から一旦プラグ管の内部に入り、プラ
グ管の奥部に向けて延出する延長部に沿ってプラグ管の
内部を降下し、そののち再び上昇し、バッフル体の延長
部とプラグ管との隙間を通ってプラグ管の外に流出し、
今度はプラグ管と内管との間を通って降下し、装置の外
に排出される。しかして、バッフル体の中程の開口から
プラグ管内に入る原料ガスに、もし改質触媒の破片や粉
が混入されていても、これらはプラグ管内に入った時点
で該プラグ管内の下方領域に落し込まれ、これら破片や
粉が下流に流出することはない。
(実施例) 以下、本発明により燃料改質装置の一実施例を第4図
と同一部分に同一符号を付して示した第1図乃至第3図
を参照して説明する。
第1図において、1は断熱層を備える容器を示し、こ
の容器1内には反応管2が配置されている。この反応管
2は外管2aと内管2bを同心に配置した二重管であり、こ
れら外管2aと内管2bとの間には環状の反応室3が形成さ
れ、この反応室3には改質触媒5が充填されている。こ
の反応管2の頂部には断熱キャップ6が取付けられ、高
温の燃焼ガスから該反応管2の頭部を保護している。ま
た、外管2aの下端と容器1の内壁とは環状の上支持板7a
で結合される一方、内管2bの下端と容器1の内壁とは環
状の下支持板7bで結合され、これら上支持板7aと下支持
板7bとの間には原料ガス室8が形成されている。この原
料ガス室8は原料ガス供給口9に連通している。上支持
板7aの上方側には燃焼ガス流通室10が形成され、この燃
焼ガス流通室10はその下部において燃焼ガス排出口11に
連通している。また、下支持板7bの下方側には生成ガス
流通室12が形成され、この生成ガス流通室12は生成ガス
排出口13に連通している。
以上の構成は従来のものと同じである。しかして、本
実施例によれば、内管2bの内部に該内管2bと同心にプラ
グ管20が配置され、このプラグ管20は上端が開口し下端
が閉塞されている。このプラグ管20と内管2bとの間には
環状の再生室16が形成され、この再生室16は下部におい
て上記生成ガス流通室12に連通している。また、内管2b
の上端にはバッフル体21が取付けられ、このバッフル体
21は内管2bの半径方向内方に延在している。このバッフ
ル体21はその中程で開口21aし、該開口縁には上記プラ
グ管20の開口の内部に向けて延出する延長部22が形成さ
れている。第2図および第3図にそれぞれ上記バッフル
体21の構成例を示している。第2図a、bは中央部が開
口する円板25に筒状の延長部26を固着したバッフル体を
示し、第3図a、bは中央部が開口する円板25に漏斗状
の延長部27を固着したバッフル体を示している。なお、
容器1の上端には上述と同様にバーナ17が取付けられ、
このバーナ17には燃料供給口18と空気供給口19とが形成
されている。
このように構成された燃料改質装置において、改質の
ための原料ガスはガス供給口9から供給される。この原
料ガスは原料ガス室8を経て環状の反応室3内に入り、
ここを上昇し、反応管2内の上端部にて反転し、バッフ
ル体21の開口21aから延長部22に沿って一旦プラグ管20
内に流入する。しかるのち再び上昇し、延長部22とプラ
グ管20との間を抜けて、再生室16内に流入し、今度は再
生室16内を降下し、そして、生成ガス流通室12を経て、
生成ガス排出口13から送出される。
ところで、反応室3には改質触媒5が充填されている
ので、原料ガスはここを上昇するうちに改質される。こ
の改質反応は、 CH4+H2OCO+3H2−49.27Kcal/gmol であり、これは吸熱反応である。この反応を右に促進さ
せるためには外部から熱を供給しなければならない。
この熱はバーナ17から燃焼ガス(点線で示す)として
供給される。燃料供給口18から燃料が供給され、空気供
給口19から空気が供給され、これらはバーナ17で混合燃
焼される。そして、この燃焼ガスは燃焼ガス流通室10に
入り、ここを降下する。この降下の途中で反応室3内を
上昇する原料ガス(実線で示す)と熱交換したあと、燃
焼ガス排出口11から排出される。
しかして、本実施例によれば、内管2bの内部に上端が
開口するプラグ管20を配置し、しかも、内管2bの上端に
上述のように構成されたバッフル体21を取付けたので、
原料ガスは、このバッフル体21の開口21aから一旦プラ
グ管20内に流入することになるので、もし原料ガス中に
改質触媒5の破片や粉が混入されていても、これらは自
重により該プラグ管20内に自然落下して取除かれること
になる。
したがって、再び上昇して再生室16内に流入する原料
ガス中に、改質触媒5の破片や粉が混入することはな
い。よって、改質触媒5の破片や粉が下流に流れ出るこ
とはなく、これらが生成ガス流通室12の室壁に付着した
り、装置外の下流の配管、弁、機器類等に付着したりす
る等の弊害を防止することができる。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、内
管の内部に該内管と同心に上端を開口し下端を閉塞する
プラグ管を配設するとともに、内管の上端に該内管の半
径方向内方に延在しその中程で開口し該開口縁から上記
プラグ管の開口内部に向けて延出する延長部を備えるバ
ッフル体を設けたから、原料ガス中に改質触媒の破片や
粉が混入されていても、これらは自重によりプラグ管内
に自然落下して取除かれ、下流に流出する原料ガス中に
混入することはなく、これらが生成ガス流通室の室壁に
付着したり、装置外の下流の配管、弁、機器類等に付着
したりする等の弊害を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による燃料改質装置の一実施例を示す断
面図、第2図aは同じくバッフル体の一例を示す側面
図、第2図bは第2図aに示すバッフル体の平面図、第
3図aは同じくバッフル体の他の例を示す側面図、第3
図bは第3図aに示すバッフル体の平面図、第4図は従
来の燃料改質装置を示す断面図である。 1……容器、2……反応管、2a……外管、2b……内管、
3……反応室、5……改質触媒、6……断熱キャップ、
21……バッフル体、21a……開口、22……延長部。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】容器と、この容器内に燃焼ガスを供給する
    バーナと、上記容器内に鉛直に配設されると共に外管と
    内管とを同心に配置して二重管に構成されかつ頂部にキ
    ャップを備える反応管と、上記外管と上記内管との間に
    形成された反応室と、この反応室内に充填された改質触
    媒とを備え、上記容器内に供給され上記反応室内を上昇
    する過程で上記燃焼ガスとの熱交換により改質される原
    料ガスを、上記反応管内の上端部にて反転させ、上記内
    管の内部を降下する間にその保有する熱を、上記反応室
    内を上昇する原料ガスへ回収させるようにした燃料改質
    装置において;上記内管の内部に該内管と同心に上端を
    開口し下端を閉塞するプラグ管を配設するとともに、上
    記内管の上端に該内管の半径方向内方に延在しその中程
    で開口し該開口縁から上記プラグ管の開口内部に向けて
    延出する延長部を備えるバッフル体を設けたことを特徴
    とする燃料改質装置。
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KR102215836B1 (ko) * 2020-12-21 2021-02-16 국방과학연구소 잠수함용 메탄올 개질기

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