JP2575775B2 - 燃料電池発電プラント用改質装置 - Google Patents
燃料電池発電プラント用改質装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、燃料電池発電プラント用改質装置に係り、
更に詳細には、改質装置ハウジング内への反応チューブ
据付け方法が改善された上に一層正確な温度監視特性を
有する炭化水素ガス改質装置に係る。
更に詳細には、改質装置ハウジング内への反応チューブ
据付け方法が改善された上に一層正確な温度監視特性を
有する炭化水素ガス改質装置に係る。
従来の技術 燃料電池発電プラント組立体に使用される炭化水素燃
料改質装置は、天然ガス又はプロパン或るいはナフサ等
の未処理の炭化水素燃料を取入れて、前記プラント内燃
料電池の陰極燃料として使用されるに好適な水素に富む
気体燃料へと触媒作用により前記未処理の原燃料を転化
させる。一般に原燃料は、改質装置ハウジング内に据付
けられたチューブに収容されている触媒濾床を通して濾
過される。触媒によるこの転化作用は、約427℃乃至約9
27℃の範囲内の高温にて遂行されるので、改質装置ハウ
ジングには前述の高温を維持するに用いられるバーナー
を含む。改質装置の効果約且持続的運転の為には、改質
装置ハウジング内に在る多数の触媒チューブ内に於ける
転化温度を正確に制御し且監視し続けることが極めて重
要である。既に述べた如くハウジングの内部は、一つ若
しくは多数のバーナーにより加熱され、該ハウジング内
の各触媒チューブが適切な運転温度に確実に維持される
よう注意を払われねばならない。もし触媒チューブ内温
度が低過ぎるならば前記転化反応は希望通りに進行せ
ず、また、もし触媒チューブ内温度が高過ぎるならば触
媒及びチューブが時間経過とともに速やかに劣化する。
ハウジング内部の各所の温度を感知すべく改質装置ハウ
ジングに温度感知器を分散配置することが知られてい
る。しかしこの方法は、ハウジング内部のここかしこに
分散配置されている触媒チューブの温度を必ずしも正確
に計測し得るものではない。ハウジング等の内部に置か
れた物体の温度を計測するもう一つの一般的な方策は、
ハウジングの外側に配置されてよい赤外線感知器の使用
であり、温度を計測される前記物体の赤外線スペクトル
変化をハウジングに設けられた一つ若しくは多数の窓を
通して監視し得る。観測されたこの赤外線スペクトル変
化は、電子工学的に温度の読みに変換され得る。以下に
述べられる特徴を有する改質装置の場合には、触媒チュ
ーブ外面を赤外線監視することにより触媒床の正確な温
度を入手し得る。しかしながら従来技術の改質装置に於
ては、大型改質装置内の多数のチューブの高さが皆等し
く、それらの上端面が集合してハウジング内にてほぼ一
つの水平面を形成しており、しかもこれらチューブの上
端には該チューブ上端を隠蔽して赤外線監視を不可能と
するセラミック製保護キャップが嵌込まれているため、
前記の方策は実行不可能である。
料改質装置は、天然ガス又はプロパン或るいはナフサ等
の未処理の炭化水素燃料を取入れて、前記プラント内燃
料電池の陰極燃料として使用されるに好適な水素に富む
気体燃料へと触媒作用により前記未処理の原燃料を転化
させる。一般に原燃料は、改質装置ハウジング内に据付
けられたチューブに収容されている触媒濾床を通して濾
過される。触媒によるこの転化作用は、約427℃乃至約9
27℃の範囲内の高温にて遂行されるので、改質装置ハウ
ジングには前述の高温を維持するに用いられるバーナー
を含む。改質装置の効果約且持続的運転の為には、改質
装置ハウジング内に在る多数の触媒チューブ内に於ける
転化温度を正確に制御し且監視し続けることが極めて重
要である。既に述べた如くハウジングの内部は、一つ若
しくは多数のバーナーにより加熱され、該ハウジング内
の各触媒チューブが適切な運転温度に確実に維持される
よう注意を払われねばならない。もし触媒チューブ内温
度が低過ぎるならば前記転化反応は希望通りに進行せ
ず、また、もし触媒チューブ内温度が高過ぎるならば触
媒及びチューブが時間経過とともに速やかに劣化する。
ハウジング内部の各所の温度を感知すべく改質装置ハウ
ジングに温度感知器を分散配置することが知られてい
る。しかしこの方法は、ハウジング内部のここかしこに
分散配置されている触媒チューブの温度を必ずしも正確
に計測し得るものではない。ハウジング等の内部に置か
れた物体の温度を計測するもう一つの一般的な方策は、
ハウジングの外側に配置されてよい赤外線感知器の使用
であり、温度を計測される前記物体の赤外線スペクトル
変化をハウジングに設けられた一つ若しくは多数の窓を
通して監視し得る。観測されたこの赤外線スペクトル変
化は、電子工学的に温度の読みに変換され得る。以下に
述べられる特徴を有する改質装置の場合には、触媒チュ
ーブ外面を赤外線監視することにより触媒床の正確な温
度を入手し得る。しかしながら従来技術の改質装置に於
ては、大型改質装置内の多数のチューブの高さが皆等し
く、それらの上端面が集合してハウジング内にてほぼ一
つの水平面を形成しており、しかもこれらチューブの上
端には該チューブ上端を隠蔽して赤外線監視を不可能と
するセラミック製保護キャップが嵌込まれているため、
前記の方策は実行不可能である。
以下に述べられる特徴を有する従来技術の改質装置に
存在するもう一つの問題点は、改質装置内部の構成要素
の膨脹と収縮とに係る。先に述べた如く、多数の触媒チ
ューブの各々が原燃料入口マニホールド及び改質済み燃
料出口マニホールドに接続されて集配可能とされねばな
らない。これら構成要素はすべて金属製であるので、改
質装置が周期的に加熱冷却されるに従い、ハウジング内
にて膨脹収縮しようとする。当然、マニホールドと触媒
チューブとは何らかの方法でハウジングに接続されねば
ならないので、この周期的な膨脹収縮は改質装置内部の
据付けに問題点を生じ得る。
存在するもう一つの問題点は、改質装置内部の構成要素
の膨脹と収縮とに係る。先に述べた如く、多数の触媒チ
ューブの各々が原燃料入口マニホールド及び改質済み燃
料出口マニホールドに接続されて集配可能とされねばな
らない。これら構成要素はすべて金属製であるので、改
質装置が周期的に加熱冷却されるに従い、ハウジング内
にて膨脹収縮しようとする。当然、マニホールドと触媒
チューブとは何らかの方法でハウジングに接続されねば
ならないので、この周期的な膨脹収縮は改質装置内部の
据付けに問題点を生じ得る。
［発明の概要］ 本発明の改質装置は、該改質装置ハウジング内の中央
バーナーの周囲に同心円状の幾つかの列をなして配置さ
れた多数の触媒チューブを有する。チューブにより構成
される円の各々は該チューブから水素に富む改質済み気
体燃料を受容する環状マニホールドに各自取付けられて
おり、これら環状マニホールドは各々相互に接続され、
更に改質装置ハウジングから改質済み燃料を送出し得る
一つ若しくは多数の燃料排出路に接続されるのが望まし
い。改良されるべき原燃料は、環状の入口マニホールド
から多くのチューブ列へと配分される。前述の各マニホ
ールドは改質装置ハウジングの下部に配置されており、
排出用マニホールドは柔軟性を有する吊り具ブラケット
によりハウジングの壁から懸架され、また、原燃料入口
マニホールドはもう一つの柔軟な吊り具ブラケットによ
り排出マニホールドから懸架されている。これら構成要
素の熱的膨脹収縮は、この様にして柔軟な据付け具を使
用することにより適応させられる。バーナーは改質チュ
ーブ列の中央に据付けられ、上述のマニホールドに対向
するハウジング端部へと向けてその火炎を放出する。バ
ーナーからの熱ガスはその後横に展開させられ、次い
で、一層均一な加熱が遂行されるよう全てのチューブを
蔽ってあたかも滝のように落下させられる。ハウジング
の軸周囲の環状チューブ列が仮に三列あるならば、一つ
の列の全てのチューブの上端は隣接する列の全てのチュ
ーブの上端より上になるよう高められ、更に続いて、そ
の隣接する列の全てのチューブの上端が最後の列の全て
のチューブの上端より上になるよう高められるようにし
て、チューブの上端部はずらして配列されている。この
方策により、ハウジング内の全てのチューブの頂部が該
ハウジングの上端から直視され得る。このことが、全チ
ューブの温度を継続的に計測するに重要な位置に配置さ
れた赤外線走査装置の使用を可能にする。この様にして
触媒温度の継続的監視と熱配分とが、ハウジング本体内
部の温度を計測する場合に比し、一層正確に遂行され
る。
バーナーの周囲に同心円状の幾つかの列をなして配置さ
れた多数の触媒チューブを有する。チューブにより構成
される円の各々は該チューブから水素に富む改質済み気
体燃料を受容する環状マニホールドに各自取付けられて
おり、これら環状マニホールドは各々相互に接続され、
更に改質装置ハウジングから改質済み燃料を送出し得る
一つ若しくは多数の燃料排出路に接続されるのが望まし
い。改良されるべき原燃料は、環状の入口マニホールド
から多くのチューブ列へと配分される。前述の各マニホ
ールドは改質装置ハウジングの下部に配置されており、
排出用マニホールドは柔軟性を有する吊り具ブラケット
によりハウジングの壁から懸架され、また、原燃料入口
マニホールドはもう一つの柔軟な吊り具ブラケットによ
り排出マニホールドから懸架されている。これら構成要
素の熱的膨脹収縮は、この様にして柔軟な据付け具を使
用することにより適応させられる。バーナーは改質チュ
ーブ列の中央に据付けられ、上述のマニホールドに対向
するハウジング端部へと向けてその火炎を放出する。バ
ーナーからの熱ガスはその後横に展開させられ、次い
で、一層均一な加熱が遂行されるよう全てのチューブを
蔽ってあたかも滝のように落下させられる。ハウジング
の軸周囲の環状チューブ列が仮に三列あるならば、一つ
の列の全てのチューブの上端は隣接する列の全てのチュ
ーブの上端より上になるよう高められ、更に続いて、そ
の隣接する列の全てのチューブの上端が最後の列の全て
のチューブの上端より上になるよう高められるようにし
て、チューブの上端部はずらして配列されている。この
方策により、ハウジング内の全てのチューブの頂部が該
ハウジングの上端から直視され得る。このことが、全チ
ューブの温度を継続的に計測するに重要な位置に配置さ
れた赤外線走査装置の使用を可能にする。この様にして
触媒温度の継続的監視と熱配分とが、ハウジング本体内
部の温度を計測する場合に比し、一層正確に遂行され
る。
従って、燃料電池発電プラントに使用されるための改
良された燃料ガス改質装置を与えることが本発明の一つ
の目的である。
良された燃料ガス改質装置を与えることが本発明の一つ
の目的である。
本発明のもう一つの目的は、一層均一な改良された触
媒加熱制を有する、以下に述べられる特徴を有する改質
装置を与えることである。
媒加熱制を有する、以下に述べられる特徴を有する改質
装置を与えることである。
本発明のもう一つの目的は、触媒の温度が一層正確に
監視され得る、以下に述べられる特徴を有する改質装置
を与えることである。
監視され得る、以下に述べられる特徴を有する改質装置
を与えることである。
本発明の更にもう一つの目的は、改質装置ハウジング
内に収容されている改質装置構成要素の熱による膨脹収
縮によって惹起される運転上の諸問題の影響を受けにく
い、以下に述べられる特徴を有する改質装置を与えるこ
とである。
内に収容されている改質装置構成要素の熱による膨脹収
縮によって惹起される運転上の諸問題の影響を受けにく
い、以下に述べられる特徴を有する改質装置を与えるこ
とである。
本発明のこれらの目的及び他の目的ならびに利点は、
本発明の提示実施例についての以下の詳細な記述が添附
図面とともに検討されるならば、当業者には容易に明白
となるであろう。
本発明の提示実施例についての以下の詳細な記述が添附
図面とともに検討されるならば、当業者には容易に明白
となるであろう。
実施例 さて、図面を参照するに第１図には、数字２にて全体
的に指示されている提示実施例の改質装置が示されてい
る。改質装置２は、円周上に間隔を置いて配された多数
のボルト10により結合させられた上部片６と下部片８と
から成るハウジング４を有する。ハウジング４の内部
は、断熱材12にて内張りされている。複数の脚14は、地
面又は床からハウジング４を持ち上げるためハウジング
４に固着されている。多数の改質チューブ即ち触媒チュ
ーブ16は、ハウジング４の垂直軸の周囲に同心状に配さ
れた環状の階層18、20、22を成してハウジング４内に据
付けられている。各改質チューブ16の頂部には、セラミ
ック製絶縁キャップ24が嵌合されている。最も高く位置
する層18は次位の層20よりも十分に高いので、層20内の
各キャップ24の頂点を通過する第一の仮想的水平面は、
層18内の各キャップ24の底面を通過する第二の仮想的水
平面よりも下へ下げられている。この様な高低差が、層
20と層22との間にも全く同様に適用されている。ハウジ
ング４の頂部には、複数の観測チューブ26が有る。これ
らのチューブ26は、ニュージャージー州ワイコフのMicr
on Corporationの製品等の赤外線温度感知器を収容す
べく設計される。改質チューブ16の、キャップ24の底面
直下に在る部位に赤外線温度感知器の焦点を合わせ得る
ようにして、観測チューブ26の傾斜角が定められてい
る。チューブ16の階層化は、改質チューブ16の温度即ち
取りも直さずチューブ16内の触媒の温度の正確な監視を
可能とするため、該チューブ16の金属部分を温度感知器
に直視させる為である。
的に指示されている提示実施例の改質装置が示されてい
る。改質装置２は、円周上に間隔を置いて配された多数
のボルト10により結合させられた上部片６と下部片８と
から成るハウジング４を有する。ハウジング４の内部
は、断熱材12にて内張りされている。複数の脚14は、地
面又は床からハウジング４を持ち上げるためハウジング
４に固着されている。多数の改質チューブ即ち触媒チュ
ーブ16は、ハウジング４の垂直軸の周囲に同心状に配さ
れた環状の階層18、20、22を成してハウジング４内に据
付けられている。各改質チューブ16の頂部には、セラミ
ック製絶縁キャップ24が嵌合されている。最も高く位置
する層18は次位の層20よりも十分に高いので、層20内の
各キャップ24の頂点を通過する第一の仮想的水平面は、
層18内の各キャップ24の底面を通過する第二の仮想的水
平面よりも下へ下げられている。この様な高低差が、層
20と層22との間にも全く同様に適用されている。ハウジ
ング４の頂部には、複数の観測チューブ26が有る。これ
らのチューブ26は、ニュージャージー州ワイコフのMicr
on Corporationの製品等の赤外線温度感知器を収容す
べく設計される。改質チューブ16の、キャップ24の底面
直下に在る部位に赤外線温度感知器の焦点を合わせ得る
ようにして、観測チューブ26の傾斜角が定められてい
る。チューブ16の階層化は、改質チューブ16の温度即ち
取りも直さずチューブ16内の触媒の温度の正確な監視を
可能とするため、該チューブ16の金属部分を温度感知器
に直視させる為である。
改質チューブ16の各々は、以下に一層詳細に述べられ
る要領にて、燃料入口マニホールド28から原燃料の流れ
を受け入れる。改質チューブ16の内側には、それより細
めの排出チューブ30が、改質チューブ16の全長の大部分
に亙って延在する。排出チューブ30の外側と改質チュー
ブ16の内側との間には、触媒粒の充填された環状空隙32
がある。穴あきスクリーン34は、空隙32内に触媒粒をき
ちんと保持する。触媒で満たされた空隙32の下には環状
マニホールド36が配置されており、マニホールド36は、
極めて詳細に以下に述べられる要領にて燃料入口マニホ
ールド28から原燃料を受け取ることが出来る。原燃料
は、触媒床を通り抜けてキャップ24の内側のチューブ16
の最上部域38に達するまで、上方へと浸透する。その時
までに燃料電池用として好適な水素に富む気体燃料へと
触媒作用により転化させられた前記燃料は、矢印Ａによ
り示される如くに方向を反転し、チューブ30の内側を通
って排出チャンバ40へと流下する。改質チューブ16はす
べて環状排出マニホールドのいずれかに据付けられてお
り、即ち、上段18に居並ぶチューブ16はすべて最も高く
位置する第一の環状排出マニホールド42に据付けられ、
中段20のチューブ16は中段の環状排出マニホールド44に
据付けられ、更に、下段22に属するチューブ16は最も低
い環状排出マニホールド46に据付けられている。改質チ
ューブ16から流れてくる処理済み燃料が排出マニホール
ド42、44、46へと流入するよう各排出チャンバ40は排出
マニホールド42、44、46のうちの対応するいずれか一つ
と連絡しており、その上、排出マニホールド相互間もま
た接続されている。処理済み燃料はその後、中段の排出
マニホールド44に接続されている排出パイプ48により、
マニホールド42、44、46ならびに改質装置２から排出さ
れる。上段の排出マニホールド42は、数字50により全体
的に示されており且以下に極めて詳細に説明される予定
の複数の吊り手組立体により、ハウジング４の内側に結
合されている。原燃料入口マニホールド28は、数字52に
て全体的に示されており且下文にて同様にして極めて詳
細に説明される予定の複数の吊り手組立体により、排出
マニホールド42に連結されている。原燃料は、一対の注
入管54（その一方だけを図示）により入口マニホールド
へと加えられる。
る要領にて、燃料入口マニホールド28から原燃料の流れ
を受け入れる。改質チューブ16の内側には、それより細
めの排出チューブ30が、改質チューブ16の全長の大部分
に亙って延在する。排出チューブ30の外側と改質チュー
ブ16の内側との間には、触媒粒の充填された環状空隙32
がある。穴あきスクリーン34は、空隙32内に触媒粒をき
ちんと保持する。触媒で満たされた空隙32の下には環状
マニホールド36が配置されており、マニホールド36は、
極めて詳細に以下に述べられる要領にて燃料入口マニホ
ールド28から原燃料を受け取ることが出来る。原燃料
は、触媒床を通り抜けてキャップ24の内側のチューブ16
の最上部域38に達するまで、上方へと浸透する。その時
までに燃料電池用として好適な水素に富む気体燃料へと
触媒作用により転化させられた前記燃料は、矢印Ａによ
り示される如くに方向を反転し、チューブ30の内側を通
って排出チャンバ40へと流下する。改質チューブ16はす
べて環状排出マニホールドのいずれかに据付けられてお
り、即ち、上段18に居並ぶチューブ16はすべて最も高く
位置する第一の環状排出マニホールド42に据付けられ、
中段20のチューブ16は中段の環状排出マニホールド44に
据付けられ、更に、下段22に属するチューブ16は最も低
い環状排出マニホールド46に据付けられている。改質チ
ューブ16から流れてくる処理済み燃料が排出マニホール
ド42、44、46へと流入するよう各排出チャンバ40は排出
マニホールド42、44、46のうちの対応するいずれか一つ
と連絡しており、その上、排出マニホールド相互間もま
た接続されている。処理済み燃料はその後、中段の排出
マニホールド44に接続されている排出パイプ48により、
マニホールド42、44、46ならびに改質装置２から排出さ
れる。上段の排出マニホールド42は、数字50により全体
的に示されており且以下に極めて詳細に説明される予定
の複数の吊り手組立体により、ハウジング４の内側に結
合されている。原燃料入口マニホールド28は、数字52に
て全体的に示されており且下文にて同様にして極めて詳
細に説明される予定の複数の吊り手組立体により、排出
マニホールド42に連結されている。原燃料は、一対の注
入管54（その一方だけを図示）により入口マニホールド
へと加えられる。
バーナー56は上向き燃焼バーナーであり、ハウジング
４の中心軸上に配置されている。従ってバーナー56は、
環状に配置された改質チューブの各層18、20、22の中央
に位置する。バーナー56には火炎・熱ガス誘導筒58が据
えられており、ハウジング４の頂部へと向けて上方へ延
在する。必要ならばその長さを変更し得るよう、熱ガス
誘導筒58は小区画60から成るのが好ましい。ここに示さ
れた実施例に於ては、誘導筒58は、内側の層22の改質チ
ューブ16の頂部とほぼ同じ高さを有する。熱ガスがハウ
ジング４の頂部にかなり接近するまでは放射状に拡散せ
ぬよう、バーナー・チューブ58は長めであるのが望まし
い。
４の中心軸上に配置されている。従ってバーナー56は、
環状に配置された改質チューブの各層18、20、22の中央
に位置する。バーナー56には火炎・熱ガス誘導筒58が据
えられており、ハウジング４の頂部へと向けて上方へ延
在する。必要ならばその長さを変更し得るよう、熱ガス
誘導筒58は小区画60から成るのが好ましい。ここに示さ
れた実施例に於ては、誘導筒58は、内側の層22の改質チ
ューブ16の頂部とほぼ同じ高さを有する。熱ガスがハウ
ジング４の頂部にかなり接近するまでは放射状に拡散せ
ぬよう、バーナー・チューブ58は長めであるのが望まし
い。
バーナー・チューブ58内に於けるバーナー燃料の混合
と完全燃料とを確実にし、且また、バーナー・チューブ
58に極めて接近して配置されている下段22に属する触媒
チューブ16へと誘導筒58の内部から熱が横方向へ殆ど移
動しないことを確実にするためにも、このバーナー・チ
ューブ58の長さは十分なものであろう。この様にバーナ
ー・チューブ58は、触媒チューブ16の長さの少なくも過
半に等しいだけの長さを有しているが、更に望ましくは
触媒チューブ16の長さにほぼ等しい長さを有するのがよ
い。ハウジング４頂部の内側には衝突板62が据付けられ
ており、上段18の触媒チューブ16頂部の高さ付近まで延
在している。複数のガス撹乱翼即ちバッフル64が、衝突
板62の内面に、円形を成す一組として取付けられてい
る。衝突板62及び撹乱翼64は、共にセラミック断熱材に
て作られている。誘導筒58の出口から噴出する熱ガス
は、ドーム状の衝突板62に衝突し、360゜の全周に亙っ
て放射状に外方へ、更に撹乱翼64の方へと偏向させられ
る。翼64はガスを撹乱するので、翼64の間を通り抜ける
ガスは外側の列のチューブ16の上へ渦を巻いて下降し、
一方、翼64に衝突するガスは内側の列のチューブ16の上
へと渦を巻きながら滝の如くに密に下降する。こうした
要領にて、バーナー・チューブ58から出た熱ガスは、各
改質チューブの上へ均一に配分される。筒58から噴出す
るバーナー・ガスの温度を計測すべく、複数の熱電対Ｔ
がハウジング４の頂部に据付けられている。熱ガスは、
ハウジング４内を、更にチューブ16の間を流れ下る。チ
ューブ16の各々は、その下部の周囲に取付けられたセラ
ミック製保温スリーブ66を有する。スリーブ66の内側に
は螺旋状の溝が施されており、チューブ16の外側に沿っ
て熱ガスを下方へ導くための通路を形成している。これ
は、熱ガスの加熱能力を向上させると共に、チューブ16
の均等加熱にも寄与する。ハウジング４の底に達した熱
ガスは、排気口68を通してそこから排出されて発電プラ
ントの他の部分へと導かれる。
と完全燃料とを確実にし、且また、バーナー・チューブ
58に極めて接近して配置されている下段22に属する触媒
チューブ16へと誘導筒58の内部から熱が横方向へ殆ど移
動しないことを確実にするためにも、このバーナー・チ
ューブ58の長さは十分なものであろう。この様にバーナ
ー・チューブ58は、触媒チューブ16の長さの少なくも過
半に等しいだけの長さを有しているが、更に望ましくは
触媒チューブ16の長さにほぼ等しい長さを有するのがよ
い。ハウジング４頂部の内側には衝突板62が据付けられ
ており、上段18の触媒チューブ16頂部の高さ付近まで延
在している。複数のガス撹乱翼即ちバッフル64が、衝突
板62の内面に、円形を成す一組として取付けられてい
る。衝突板62及び撹乱翼64は、共にセラミック断熱材に
て作られている。誘導筒58の出口から噴出する熱ガス
は、ドーム状の衝突板62に衝突し、360゜の全周に亙っ
て放射状に外方へ、更に撹乱翼64の方へと偏向させられ
る。翼64はガスを撹乱するので、翼64の間を通り抜ける
ガスは外側の列のチューブ16の上へ渦を巻いて下降し、
一方、翼64に衝突するガスは内側の列のチューブ16の上
へと渦を巻きながら滝の如くに密に下降する。こうした
要領にて、バーナー・チューブ58から出た熱ガスは、各
改質チューブの上へ均一に配分される。筒58から噴出す
るバーナー・ガスの温度を計測すべく、複数の熱電対Ｔ
がハウジング４の頂部に据付けられている。熱ガスは、
ハウジング４内を、更にチューブ16の間を流れ下る。チ
ューブ16の各々は、その下部の周囲に取付けられたセラ
ミック製保温スリーブ66を有する。スリーブ66の内側に
は螺旋状の溝が施されており、チューブ16の外側に沿っ
て熱ガスを下方へ導くための通路を形成している。これ
は、熱ガスの加熱能力を向上させると共に、チューブ16
の均等加熱にも寄与する。ハウジング４の底に達した熱
ガスは、排気口68を通してそこから排出されて発電プラ
ントの他の部分へと導かれる。
さて、第２図乃至第４図を参照するに、改質装置２の
外観上の特徴が幾つか示されている。ハウジング４の上
半部６には四つの観測チューブ26が設けられており、そ
れらは90゜の均等な間隔を置いてハウジング４の中心軸
の周囲に配置されていることが認められよう。整備のた
めのハウジング４の分解を容易にすべく、上半部６の周
囲には複数の吊り手70が配置されている。その上、組立
てたハウジング全体をクレーン等にて移動し得るよう、
ハウジング４の上半部６には三つの強力吊り手72が設け
られている。第４図により、ハウジング４の内側に於け
る撹乱翼64の配置が明らかである。第２図及び第３図
は、ハウジング４の下半部８に於ける排出用若しくは注
入用の多様な開口部48、54、56、68の配置を示す。ハウ
ジング４の下半部８にも、吊り手71が設けられている。
外観上の特徴が幾つか示されている。ハウジング４の上
半部６には四つの観測チューブ26が設けられており、そ
れらは90゜の均等な間隔を置いてハウジング４の中心軸
の周囲に配置されていることが認められよう。整備のた
めのハウジング４の分解を容易にすべく、上半部６の周
囲には複数の吊り手70が配置されている。その上、組立
てたハウジング全体をクレーン等にて移動し得るよう、
ハウジング４の上半部６には三つの強力吊り手72が設け
られている。第４図により、ハウジング４の内側に於け
る撹乱翼64の配置が明らかである。第２図及び第３図
は、ハウジング４の下半部８に於ける排出用若しくは注
入用の多様な開口部48、54、56、68の配置を示す。ハウ
ジング４の下半部８にも、吊り手71が設けられている。
ところで、第５図及び第６図を参照するに、処理済み
ガス排出マニホールド部組立体の形成される要領が一層
明確に示されている。処理済みガスがマニホールド42か
らマニホールド44へと移動し得る通路を与え且強固な接
続を与えるため、マニホールド42とマニホールド44とに
溶接され且均等な間隔を置いて配置されている六個の中
空な導管74により、外側のマニホールド42は中間のマニ
ホールド44に接続されている。同様にして、処理済みガ
スが内側のマニホールド46から中間マニホールド44へと
移動し得る通路を与える類似のスポーク・パイプ76によ
り、内側のマニホールド46は中間のマニホールド44に接
続されている。排出管48が示されている。マニホールド
42、44、46上の円形開口は、改質チューブの位置を示
す。マニホールド42、44、46は、第６図に示されている
如く、互いに溶接された弧状片により形成されているこ
とが認められよう。
ガス排出マニホールド部組立体の形成される要領が一層
明確に示されている。処理済みガスがマニホールド42か
らマニホールド44へと移動し得る通路を与え且強固な接
続を与えるため、マニホールド42とマニホールド44とに
溶接され且均等な間隔を置いて配置されている六個の中
空な導管74により、外側のマニホールド42は中間のマニ
ホールド44に接続されている。同様にして、処理済みガ
スが内側のマニホールド46から中間マニホールド44へと
移動し得る通路を与える類似のスポーク・パイプ76によ
り、内側のマニホールド46は中間のマニホールド44に接
続されている。排出管48が示されている。マニホールド
42、44、46上の円形開口は、改質チューブの位置を示
す。マニホールド42、44、46は、第６図に示されている
如く、互いに溶接された弧状片により形成されているこ
とが認められよう。
第７図及び第８図を参照するに、改質チューブ16上の
多数の原燃料入口マニホールド36へと原燃料入口マニホ
ールド28から原燃料を供給する原燃料供給システムの詳
細が示されている。ハウジング４内の改質チューブ16の
各々に対し１個ずつの割で、マニホールド28の下面に沿
って多数の穴29が設けられている。これらの穴29の各々
には、数字78にて全体的に示されている接続管組立体が
結合されている。接続管組立体78の各々は、その構成要
素たる二本のパイプ80、82及び接続スリーブ84とから成
る。パイプ80はマニホールド28に接続され、パイプ82は
マニホールド36に接続されており、スリーブ84はパイプ
80とパイプ82とを接続している。かくして、マニホール
ド28と改質チューブ・マニホールド36との間に個別の原
燃料流路が与えられる。
多数の原燃料入口マニホールド36へと原燃料入口マニホ
ールド28から原燃料を供給する原燃料供給システムの詳
細が示されている。ハウジング４内の改質チューブ16の
各々に対し１個ずつの割で、マニホールド28の下面に沿
って多数の穴29が設けられている。これらの穴29の各々
には、数字78にて全体的に示されている接続管組立体が
結合されている。接続管組立体78の各々は、その構成要
素たる二本のパイプ80、82及び接続スリーブ84とから成
る。パイプ80はマニホールド28に接続され、パイプ82は
マニホールド36に接続されており、スリーブ84はパイプ
80とパイプ82とを接続している。かくして、マニホール
ド28と改質チューブ・マニホールド36との間に個別の原
燃料流路が与えられる。
第９図乃至第13図を参照するに、マニホールド吊り手
組立体50、52の詳細が示されている。排出側の吊り具組
立体50は、貫通孔90を有する腕部88を含み且マニホール
ド42上に嵌込まれた吊り具部材86を含む。ハウジング４
の下半部８の内面にはＵ字型プレート92が溶接されてお
り、更に、ハウジング４内に突き出ているプレート92の
対向する脚部には一対の板94が溶接されている。板94
は、上方に開口する窪みを有している棚96を有する。第
10図及び第11図に詳細に示されている旋回可能なリンク
98は、吊り具86と板94とを連結する。リンク98は、分岐
した端部100と、その反対側の分岐していない端部102と
を有する。端部102を貫いて貫通孔104が延在し、また、
分岐部100の耳部108の各々を貫いて整列した孔106が延
在する。端部102は、孔104を抜けて延び更に窪みを有す
る棚96の上へと延在する細長いピン110にて、一対の板9
4の間に配置される。吊り具の腕88はリンクの耳108の間
に配置され、ピン112は一直線上に整列させられた複数
の孔90、106を抜けて延在する。
組立体50、52の詳細が示されている。排出側の吊り具組
立体50は、貫通孔90を有する腕部88を含み且マニホール
ド42上に嵌込まれた吊り具部材86を含む。ハウジング４
の下半部８の内面にはＵ字型プレート92が溶接されてお
り、更に、ハウジング４内に突き出ているプレート92の
対向する脚部には一対の板94が溶接されている。板94
は、上方に開口する窪みを有している棚96を有する。第
10図及び第11図に詳細に示されている旋回可能なリンク
98は、吊り具86と板94とを連結する。リンク98は、分岐
した端部100と、その反対側の分岐していない端部102と
を有する。端部102を貫いて貫通孔104が延在し、また、
分岐部100の耳部108の各々を貫いて整列した孔106が延
在する。端部102は、孔104を抜けて延び更に窪みを有す
る棚96の上へと延在する細長いピン110にて、一対の板9
4の間に配置される。吊り具の腕88はリンクの耳108の間
に配置され、ピン112は一直線上に整列させられた複数
の孔90、106を抜けて延在する。
吊り具組立体52は、貫通孔116を有し且吊り具86に溶
接されているプレート114を含む。第二のプレート118
は、貫通孔120を有し且マニホールド28に溶接されてい
る。第12図及び第13図にその詳細が示されているリンク
122は、プレート114とプレート118とを連結する。リン
ク122の両端は、対をなして向き合う耳部124、126を形
成すべく分岐している。耳部124は整列させられた孔128
を有し、耳部126もまた整列させられた孔130を有する。
プレート114は耳部124の間に配置され、ピン132は一直
線上に整列させられた孔116、128を抜けて延在する。プ
レート118は耳部126の間に配置され、ピン134は整列さ
せられた孔120、130を抜けて延在する。ハウジング４の
周囲の所々に多数の吊り具組立体50、52の分散配置され
ていることが認められよう。ハウジング内のマニホール
ドを懸架すべくピンと吊り具とを設けることによって、
改質装置運転中のマニホールドの熱的膨脹収縮は、ピン
を軸としたリンクと吊り具との旋回により調節され得
る。
接されているプレート114を含む。第二のプレート118
は、貫通孔120を有し且マニホールド28に溶接されてい
る。第12図及び第13図にその詳細が示されているリンク
122は、プレート114とプレート118とを連結する。リン
ク122の両端は、対をなして向き合う耳部124、126を形
成すべく分岐している。耳部124は整列させられた孔128
を有し、耳部126もまた整列させられた孔130を有する。
プレート114は耳部124の間に配置され、ピン132は一直
線上に整列させられた孔116、128を抜けて延在する。プ
レート118は耳部126の間に配置され、ピン134は整列さ
せられた孔120、130を抜けて延在する。ハウジング４の
周囲の所々に多数の吊り具組立体50、52の分散配置され
ていることが認められよう。ハウジング内のマニホール
ドを懸架すべくピンと吊り具とを設けることによって、
改質装置運転中のマニホールドの熱的膨脹収縮は、ピン
を軸としたリンクと吊り具との旋回により調節され得
る。
本発明による改質装置の構成は改良された触媒床加熱
を与えるので、分解整備に必要とされる操業停止から次
の操業停止までの運転可能時間が大幅に延びることを容
易に理解されよう。触媒チューブの温度の直接的監視
は、適切な運転条件を保証する。チューブ据付け用マニ
ホールド組立体の円錐形配置は、構造に大きな強度を与
える上に、長さの異なるチューブの使用を必要とするこ
となしにチューブ上端の階段状配列を可能にする。これ
は、生産性の向上と経費節減とに貢献する。マニホール
ドを改質装置ハウジングに取付ける柔軟な接続具は、必
要とされる強度を与えながらも且また、ハウジングに取
付けられたマニホールドを損傷すること無しにハウジン
グ内の温度変化に起因してマニホールドが膨脹収縮する
ことを可能にする。
を与えるので、分解整備に必要とされる操業停止から次
の操業停止までの運転可能時間が大幅に延びることを容
易に理解されよう。触媒チューブの温度の直接的監視
は、適切な運転条件を保証する。チューブ据付け用マニ
ホールド組立体の円錐形配置は、構造に大きな強度を与
える上に、長さの異なるチューブの使用を必要とするこ
となしにチューブ上端の階段状配列を可能にする。これ
は、生産性の向上と経費節減とに貢献する。マニホール
ドを改質装置ハウジングに取付ける柔軟な接続具は、必
要とされる強度を与えながらも且また、ハウジングに取
付けられたマニホールドを損傷すること無しにハウジン
グ内の温度変化に起因してマニホールドが膨脹収縮する
ことを可能にする。
本発明の開示実施例はハウジング底部に取付けられた
改質装置構成要素を示しているけれども、もしも望むな
らばこれら構成要素は上下を逆にされても良く、それで
も尚運動可能である。
改質装置構成要素を示しているけれども、もしも望むな
らばこれら構成要素は上下を逆にされても良く、それで
も尚運動可能である。
本発明の開示実施例は、本発明の概念から離脱するこ
と無しに多くの変更と修正とを加えられ得るものである
から、添付された特許請求の範囲によって請求されると
ころとは異なる制限を本発明に加えようと意図するもの
ではない。
と無しに多くの変更と修正とを加えられ得るものである
から、添付された特許請求の範囲によって請求されると
ころとは異なる制限を本発明に加えようと意図するもの
ではない。
第１図は、本発明に従って作られる改質装置の提示実施
例の軸方向断面図である。 第２図は、第１図の改質装置の外側の、一部破断正面図
である。 第３図は、改質装置底部の平面図である。 第４図は、改質装置上部の平面図である。 第５図は、第１図に示された改質装置の排出マニホール
ド部組立体の平面図である。 第６図は、第５図の６−６線に沿って切断されたマニホ
ールド部組立体の断面図である。 第７図は、原燃料入口マニホールドへの触媒チューブの
接続方法を示す、一部を除去された改質装置底部の局部
的断面図である。 第８図は、燃料接続具の一つの正面図であり、燃料入口
マニホールドは断面にて示されている。 第９図は、マニホールドを改質装置ハウジング内に懸架
する吊り具部組立体を示している、局部的な一部断面正
面図である。 第10図及び第11図は、排出マニホールド用吊り具の立面
図である。 第12図及び第13図は、入口マニホールド用吊り具の立面
図である。 ２……改質装置,4……ハウジング,6……上半部,8……下
半部,10……ボルト,12……断熱材,14……脚,16……改質
チューブ即ち触媒チューブ,18、20、22……環状に配置
されたチューブの層,24……セラミック製絶縁キャップ,
26……観測用チューブ,28……原燃料入口マニホールド,
29……孔,30……排出チューブ,32……環状空隙,34……
穴あきスクリーン,36……環状マニホールド,38……最上
部域,40……排出チャンバ,42……最上段の環状排出マニ
ホールド,44……中断の環状排出マニホールド,46……下
段の環状排出マニホールド,48……排出管,50……排出側
の吊り具組立体,52……吊り具組立体,54……注入管,56
……バーナー,58……火炎・熱ガス誘導筒即ちバーナー
・チューブ,60……小区画,62……衝突板,64……バッフ
ル,66……セラミック製保温スリーブ,68……排気口,7
0、71……吊り手,72……強力吊り手,74、76、80、82…
…パイプ,78……接続管組立体,84……スリーブ,86……
吊り具部材,88……腕部,90、104、116、120……貫通孔,
92……Ｕ字型プレート,94……一対の板,96……窪みを有
する棚,98、122……リンク,100……分岐した端部,102…
…分岐していない端部,106、128、130……整列した孔,1
08、124、126……耳部,110、112、132、134……ピン,11
4、118……プレート
例の軸方向断面図である。 第２図は、第１図の改質装置の外側の、一部破断正面図
である。 第３図は、改質装置底部の平面図である。 第４図は、改質装置上部の平面図である。 第５図は、第１図に示された改質装置の排出マニホール
ド部組立体の平面図である。 第６図は、第５図の６−６線に沿って切断されたマニホ
ールド部組立体の断面図である。 第７図は、原燃料入口マニホールドへの触媒チューブの
接続方法を示す、一部を除去された改質装置底部の局部
的断面図である。 第８図は、燃料接続具の一つの正面図であり、燃料入口
マニホールドは断面にて示されている。 第９図は、マニホールドを改質装置ハウジング内に懸架
する吊り具部組立体を示している、局部的な一部断面正
面図である。 第10図及び第11図は、排出マニホールド用吊り具の立面
図である。 第12図及び第13図は、入口マニホールド用吊り具の立面
図である。 ２……改質装置,4……ハウジング,6……上半部,8……下
半部,10……ボルト,12……断熱材,14……脚,16……改質
チューブ即ち触媒チューブ,18、20、22……環状に配置
されたチューブの層,24……セラミック製絶縁キャップ,
26……観測用チューブ,28……原燃料入口マニホールド,
29……孔,30……排出チューブ,32……環状空隙,34……
穴あきスクリーン,36……環状マニホールド,38……最上
部域,40……排出チャンバ,42……最上段の環状排出マニ
ホールド,44……中断の環状排出マニホールド,46……下
段の環状排出マニホールド,48……排出管,50……排出側
の吊り具組立体,52……吊り具組立体,54……注入管,56
……バーナー,58……火炎・熱ガス誘導筒即ちバーナー
・チューブ,60……小区画,62……衝突板,64……バッフ
ル,66……セラミック製保温スリーブ,68……排気口,7
0、71……吊り手,72……強力吊り手,74、76、80、82…
…パイプ,78……接続管組立体,84……スリーブ,86……
吊り具部材,88……腕部,90、104、116、120……貫通孔,
92……Ｕ字型プレート,94……一対の板,96……窪みを有
する棚,98、122……リンク,100……分岐した端部,102…
…分岐していない端部,106、128、130……整列した孔,1
08、124、126……耳部,110、112、132、134……ピン,11
4、118……プレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オウル・ラムホルト・オルセン アメリカ合衆国コネチカット州、サウ ス・ウインザー、ブリュースター・ロー ド 21 (72)発明者 ジョージ・トーマス・サルジャク アメリカ合衆国コネチカット州、ヴァー ノン、クレア・ロード 34
Claims (2)
- 【請求項１】未処理の炭化水素燃料を水素に富む気体燃
料に転化させるための燃料電池発電プラント用触媒改質
装置において、円筒状側壁とドーム状の第一壁と前記第
一壁に向かい合う第二壁とを有するハウジングと、前記
ハウジングの前記第一壁へと向けて延在する熱ガス・チ
ューブを含み且前記ハウジング内に前記ハウジング側壁
と同軸に配置されたバーナーと、前記ハウジング内にバ
ーナと同心状に複数の円形列をなすように配置された複
数の触媒チューブとを有し、環状の開口縁を有するセラ
ミック製熱絶縁カバーが前記触媒チューブの各々の上端
部を被覆するように取付けられており、内層側の各セラ
ミック・カバー先端部を含む第一の仮想水平面が外層側
の各セラミック・カバーの開口縁を含む第二の仮想水平
面に比しハウジングの前記第二壁に近くなるように前記
外層側の全ての触媒チューブの頂端部が内層側の全ての
触媒チューブの頂端部を越えて延在するように階層をな
して配置され、前記ハウジングに、前記外層側の触媒チ
ューブの温度を監視すべく且前記内層側の触媒チューブ
の前記両仮想面間にある部分に焦点を合わせられている
少なくとも一つの光学的温度感知器手段が配設されてい
る改質装置。 - 【請求項２】前記ハウジング底部壁に近接して前記ハウ
ジング内に設けられ、順次縦方向に偏位されている複数
の気体燃料用環状マニホールドに、内外各層の各触媒チ
ューブの下端部がそれぞれ接続されており、前記気体燃
料用マニホールド相互の位置を確定し且前記気体燃料の
前記気体燃料用マニホールド相互間流通を与えるべく前
記気体燃料用マニホールド相互間を結合している複数の
放射状スポーク・チューブと、前記改質装置組立体の運
転中に熱的に誘発される前記気体燃料用マニホールドの
膨張と収縮とに対し自動的に適応し得るようハウジング
の前記底部壁の上方に前記気体燃料用マニホールドを前
記ハウジング側壁から柔軟性を保ちつつ懸架する吊り具
手段とを有する、請求項１記載の改質装置。
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