JP2667615B2 - 燃料電池改質器 - Google Patents

燃料電池改質器

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温で反応する燃料電
池改質器に係り、特に、高温で反応する燃料電池改質器
の下部のサポート構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭化水素燃料を原料とする改質器は燃料
電池発電プラントに使用されている。これらの改質器
は、天然ガス、プロパンあるいはナフサ等の炭化水素原
燃料を触媒反応により、アノード燃料に適した、水素リ
ッチの改質ガスに転換する。原燃料は、改質器容器内改
質管の触媒層に導入され通過する。
【０００３】触媒反応は８００゜Ｆ〜１７００゜Ｆの温
度範囲で行なわれる。改質器容器内バーナの燃焼により
高温反応条件を得る。
【０００４】改質管は外管と内管からなる二重管構造と
なっており、外管と内管の間の触媒層では上向きに原燃
料ガスが流れ、内管の内側では下向きに改質ガスが流
れ、向流タイプの熱回収が行なわれる。バーナの燃焼ガ
スは外管を介して原燃料ガスと熱交換する。スリーブと
シールプレートを接続した構造とし、バーナ燃焼ガスが
熱交換を行なう個所に強制的に流れるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の改質器では、バ
ーナ燃焼ガスの流路は容器側面から支持されており、支
持力を低圧容器に持たせるためには構造体を追加する必
要があった。
【０００６】さらに改質ガス出口配管の容器貫通部は、
運転中の熱膨張差を吸収する機能を持たせるために高価
であった。
【０００７】本発明は、上記の課題を解決するために考
案されたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】下部にサポートを取付け
る改質器の容器は、底板、胴管及び鏡板から構成され
る。複数の改質管は容器内に環状に配置される。各改質
管の内管内側には改質ガスが下向きに流れ、また外管と
内管の間の環状部には原燃料ガスが上向きに流れる。
【０００９】改質ガス出口ヘッダは改質管の下方に位置
し、全ての改質管と接続している。各改質管の内管は下
方に延長され改質ガス出口ヘッダと接続しており、改質
管が改質ガス出口ヘッダに支持される構造である。少な
くとも３本の出口ガスヘッダサポート部材が、改質ガス
出口ヘッダから底板に向かって延長され底板を貫通して
いる。それらのうち少なくとも１本は改質ガス出口ライ
ンである。
【００１０】出口ガスヘッダサポート部材からは出口ガ
スヘッダサポート延長部材が、下方へ基礎台まで延長さ
れている。それらのうち、少なくとも１本は改質ガス出
口ラインに接続されている。
【００１１】バーナは容器中央にあり、底板の中心部で
支持されている。出口ガスヘッダサポート脚と出口ガス
ヘッダサポート脚延長部材のうち少なくとも１本はバー
ナ排気ラインである。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１、図２及び図３
を参照して説明する。
【００１３】図１において、改質器１０は底板１４、胴
管１６及び鏡板１８から成るガス不透過性の容器１２を
含んでいる。これらは互いに溶接あるいはボルトで接続
されており、バーナ２０の燃焼ガスは容器内に閉じ込め
られる。
【００１４】バーナにはバーナ燃料入口２２及びバーナ
空気入口２４が有り、底板１４の中心に取付けられてい
る。バーナ燃焼ガスはライナー２６を通り、矢印２８で
示したようにバーナ管の頂部から外側に向かって流れ
る。
【００１５】複数の改質管３０は容器内に取付けられ、
図２に示すように環状に配置するのが最適である。各改
質器には内管３２が有り、改質ガスの下降流３４が通
る。外管３６と内管３２の間には環状のすきま３８が有
り、原燃料ガスが上向きに流れる。プレート３７は触媒
を支える。
【００１６】改質ガスは改質ガス出口配管４０を通って
全ての改質管３０の下方に取付けた改質ガス出口ヘッダ
４２に送られる。改質ガス出口配管４０は改質ガス出口
ヘッダ４２に直接取付けられ、改質管を支持している。
【００１７】各改質管の下部にはスリーブ４４が取付け
られ、バーナ燃焼ガスが環状のすきまあるいはガス流路
４６を通るようにしてある。この流路にはらせん状に棒
が取付けられ、燃焼ガスが混合しやすいように、また熱
交換率を向上させている。スリーブ４４は、流路４６と
平行に取付けられたシール板４８とともに、バーナ燃焼
ガスを上部ガス室５８から出口ガス室６０へ流路４６を
経由して通し、改質管と熱交換させている。
【００１８】図３に詳細を示すように、各改質管のサポ
ートレグ６２がシール板水平部６４を支持している。さ
らにシール板水平部６４はスリーブ４６と、保温充填材
６６を支えている。
【００１９】底板１４は、保温材層６８により、出口ガ
ス室６０内の７７０゜Ｆのガスから保護されている。胴
管１６及び鏡管１８も、保温材層７０，７２により容器
内の高温ガスから保護されている。
【００２０】３個の出口ガスヘッダサポート脚７４，７
６，７８は、改質ガス出口ヘッダ４２を支持し、熱スリ
ーブ８０を介して底板１４に溶接されている。これらの
熱スリーブは出口ガスヘッダサポート脚と底板の間の局
部的な熱膨張差を吸収し、ゆるやかな温度差を作ってい
る。サポート脚は底板に対して水平方向に移動可能であ
る。しかし垂直方向には移動せず、改質器重量を伝達し
ている。出口ガスヘッダサポート延長脚８２，８４，８
６は、上記サポート脚から下方に延長され基礎板８８に
接続されている。
【００２１】改質ガス出口ヘッダからの改質ガスが流れ
る出口ガスヘッダサポート脚７８及びその出口ガスヘッ
ダサポート延長脚８６は、容器の底板を貫通するだけで
は無く、容器内の機器を支え、同時に容器自体を基礎か
ら支えている。
【００２２】２番目の出口ガスヘッダサポート脚７６に
はバーナ燃焼ガスが流れ、出口ガスヘッダサポート延長
脚８４が接続している。
【００２３】３番目の出口ガスヘッダサポート脚７４に
はガスが流れず、出口ガスヘッダサポート延長脚８２が
接続している。
【００２４】改質ガス出口ヘッダ４２は出口ガスヘッダ
サポート脚７６及び７４とはスライド可能なように乗っ
ているだけであり、出口ガスヘッダサポート脚７８とは
直接配管として接続していてる。
【００２５】サポートと底板の接続は改質管３０を含め
た容器内部の機器が、容器１２に対して上下に移動可能
である。膨張による水平方向の移動は、容器内や改質ガ
ス出口ヘッダの温度の関数では無く、底板１４と基礎と
の間の温度差によるものである。この水平方向の膨張に
よる移動は、熱スリーブ８０により容易に吸収可能であ
る。
【００２６】
【発明の効果】以上述べたように、出口ガスラインとサ
ポートを兼ねた構造は、構造を簡素化している。サポー
トの数を３以上とする事が可能であるが、特に過渡状態
における温度差発生の可能性のため、３本のサポートの
方が望ましい。サポート数を３とすることにより応力配
分の予測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る改質器の全体構成を示す断面図。
【図２】改質器の平面断面図。
【図３】改質器下部の詳細を示す断面図。
【符号の説明】
１０ 改質器 １４ 底板 １６ 胴管 １８ 鏡板 ２０ バーナ ２２ バーナ燃料入口 ２４ バーナ空気入口 ２６ ライナ ２８ 矢印 ３０ 改質管 ３２ 内管 ３４ 下向流 ３６ 外管 ３７ プレート ３８ 環状のすきま ４０ 改質ガス出口配管 ４２ 改質ガス出口ヘッダ ４４ スリーブ ４６ ガス流路 ４８ シール板 ５８ 上部ガス室 ６０ 出口ガス室 ６２ サポートレグ ６４ シール板水平部 ６６ 保温充填材 ６８ 保温材層 ７０ 保温材層 ７２ 保温材層 ７４ 出口ガスヘッダサポート脚 ７６ 出口ガスヘッダサポート脚 ７８ 出口ガスヘッダサポート脚 ８０ 熱スリーブ ８２ 出口ガスヘッダサポート延長脚 ８４ 出口ガスヘッダサポート延長脚 ８６ 出口ガスヘッダサポート延長脚 ８８ 基礎板

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】底部が支持された燃料電池改質器であっ
    て：底板；胴管；鏡板；前記底板、前記胴管及び前記鏡
    板は不透過性の容器を形成するように接続されており；
    複数の改質管であって、各々の改質管は改質ガスの下降
    流が通るための内管と改質ガスの上向流が通るための環
    状部を形成する外管とを有するとともに前記不透過性の
    容器内に配置されている複数の改質管；すべての前記改
    質管の下を通り前記容器内に位置する改質ガス出口ヘッ
    ダ；前記改質管の支持部材として前記出口ヘッダに直接
    的に接続された各々の前記内管の出力管延長部材；前記
    出口ヘッダを支持するとともに前記底板に向かって直接
    的に下向し、前記底板に固定された少なくとも３本の出
    口ガスヘッダサポート部材；を備え、 少なくとも１本の前記出口ガスヘッダサポート部材は前
    記改質ガス出口ヘッダからの改質ガス出口ラインを有す
    ることを特徴とする燃料電池改質器。
  2. 【請求項２】前記出口ガスヘッダサポート部材から基底
    位置へ下方へ直接的に延長された少なくとも３本の出口
    ガスヘッダサポート延長部材をさらに備え、 少なくとも１本の前記出口ガスヘッダサポート延長部材
    は少なくとも部分的には、前記改質ガス出口ヘッダから
    の改質ガス出口ラインを有することを特徴とする請求項
    １に記載の燃料電池改質器。
  3. 【請求項３】前記容器内にある原燃料ガス入口ヘッダ；
    前記入口ヘッダ及び前記改質管の環状部に流体的に接続
    された複数の柔軟性のある接続管；をさらに備えること
    を特徴とする請求項２に記載の燃料電池改質器。
  4. 【請求項４】前記ガス不透過性容器の上部へ燃焼生成物
    を排出するように配置され燃料を燃焼して燃焼生成物を
    生成するバーナ；前記改質管と熱交換して前記燃焼生成
    物を通す流路；前記容器の内部の底部に位置する燃焼ガ
    ス出力ガス室；を備え、 前記出口ガスヘッダサポート部材の１つは、前記出口ガ
    ス室からの燃焼生成物を受けとるバーナ排出部を有する
    ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池改質器。
  5. 【請求項５】前記バーナは、前記改質器の実質的な垂直
    中心線上に位置して前記底板から支持され燃料を燃焼し
    て燃焼生成物を生成するための中心バーナを有すること
    を特徴とする請求項４に記載の燃料電池改質器。
  6. 【請求項６】前記出口ガスヘッダサポート部材のうち、
    一本に改質ガスが流れ、一本にバーナ燃焼ガスが流れ、
    一本には、ガスが流れないことを特徴とする請求項４に
    記載の燃料電池改質器。
  7. 【請求項７】前記出口ガスヘッダサポート延長部材のう
    ち、一本に改質ガスが流れ、一本にバーナ燃焼ガスが流
    れ、一本にはガスが流れないことを特徴とする請求項３
    に記載の燃料電池改質器。
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