JP2718876B2 - 燃料改質装置 - Google Patents
燃料改質装置Info
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- JP2718876B2 JP2718876B2 JP5074380A JP7438093A JP2718876B2 JP 2718876 B2 JP2718876 B2 JP 2718876B2 JP 5074380 A JP5074380 A JP 5074380A JP 7438093 A JP7438093 A JP 7438093A JP 2718876 B2 JP2718876 B2 JP 2718876B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水素製造のための燃料
改質装置に関するもので、特に燃料改質器の構造に関す
るものである。
改質装置に関するもので、特に燃料改質器の構造に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】火力発電や原子力発電等は化石燃料の化
学エネルギーを熱エネルギーや核エネルギーに変えてか
ら電気エネルギーを得るのに対し、燃料電池は化学エネ
ルギーから直接電気エネルギーを得る。この燃料電池
は、反応物が外部から連続的に供給される化学電池であ
り、燃料電池本体、燃料改質装置、電力変換装置が主な
構成要素であって、これらの構成要素に制御装置、排熱
回収装置等が加わり燃料電池システムを構成する。
学エネルギーを熱エネルギーや核エネルギーに変えてか
ら電気エネルギーを得るのに対し、燃料電池は化学エネ
ルギーから直接電気エネルギーを得る。この燃料電池
は、反応物が外部から連続的に供給される化学電池であ
り、燃料電池本体、燃料改質装置、電力変換装置が主な
構成要素であって、これらの構成要素に制御装置、排熱
回収装置等が加わり燃料電池システムを構成する。
【０００３】このうち燃料改質装置は、メタン等の燃料
ガスと水蒸気とを主成分とする原料ガスを水素リッチの
改質ガスへ改質する装置であり、原料ガスを水素と炭酸
ガスと一酸化炭素にする改質器と、改質ガス中の一酸化
炭素を許容濃度以下にするＣＯ変成器とから構成され
る。改質器の触媒としては、ペレット状触媒、ハニカム
状触媒等が知られている。
ガスと水蒸気とを主成分とする原料ガスを水素リッチの
改質ガスへ改質する装置であり、原料ガスを水素と炭酸
ガスと一酸化炭素にする改質器と、改質ガス中の一酸化
炭素を許容濃度以下にするＣＯ変成器とから構成され
る。改質器の触媒としては、ペレット状触媒、ハニカム
状触媒等が知られている。
【０００４】改質器では、反応管内に充たされた触媒層
を原料ガスが通過するとき、原料ガスが改質され、ＣＯ
変成器に供給される。このとき、水蒸気改質法であるか
ら、加熱器で加熱されることにより反応管内での改質反
応が促進され、原料ガスが水素と炭酸ガスと一酸化炭素
を含む改質ガスに変換される。
を原料ガスが通過するとき、原料ガスが改質され、ＣＯ
変成器に供給される。このとき、水蒸気改質法であるか
ら、加熱器で加熱されることにより反応管内での改質反
応が促進され、原料ガスが水素と炭酸ガスと一酸化炭素
を含む改質ガスに変換される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、改質反
応は吸熱反応であるため、従来の燃料改質装置は反応進
行中触媒内に大きな温度低下が起こり、それに伴い反応
性も低下する。この現象は、一般に円周部から中心方向
への熱伝導性が悪いといわれるハニカム状触媒において
特に重要な問題となり、反応管外壁面より熱の十分な供
給が行われず、原料ガスの供給量によっては、触媒中心
部で反応に必要な温度を達成できなくなるという問題が
ある。一方、熱伝導性がハニカム状触媒よりも良いペレ
ット状触媒では、圧力損失の低下が期待できないという
問題がある。
応は吸熱反応であるため、従来の燃料改質装置は反応進
行中触媒内に大きな温度低下が起こり、それに伴い反応
性も低下する。この現象は、一般に円周部から中心方向
への熱伝導性が悪いといわれるハニカム状触媒において
特に重要な問題となり、反応管外壁面より熱の十分な供
給が行われず、原料ガスの供給量によっては、触媒中心
部で反応に必要な温度を達成できなくなるという問題が
ある。一方、熱伝導性がハニカム状触媒よりも良いペレ
ット状触媒では、圧力損失の低下が期待できないという
問題がある。
【０００６】また、ハニカム状触媒の反応管近傍に入っ
た原料ガスと中心部に入った原料ガスが反応管出口まで
入れ替わることがないため、温度の低い中心部分を通る
原料ガスが目標の反応率に達せず、全体の効率を落とす
ことになるという問題がある。本発明は、このような問
題点を解決するためになされたもので、ハニカム状触媒
をもつ改質器において、圧力損失が低いという利点を生
かしながら、触媒内部への熱の供給方法を改良すること
により、触媒内の温度低下を抑え、反応性を向上させる
とともに、同じスペースで多量の改質ガスを製造する燃
料改質装置を提供することを目的とする。
た原料ガスと中心部に入った原料ガスが反応管出口まで
入れ替わることがないため、温度の低い中心部分を通る
原料ガスが目標の反応率に達せず、全体の効率を落とす
ことになるという問題がある。本発明は、このような問
題点を解決するためになされたもので、ハニカム状触媒
をもつ改質器において、圧力損失が低いという利点を生
かしながら、触媒内部への熱の供給方法を改良すること
により、触媒内の温度低下を抑え、反応性を向上させる
とともに、同じスペースで多量の改質ガスを製造する燃
料改質装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そのために、本発明の燃
料改質装置では、原料ガスを流通させる反応管と、この
反応管内に収容され、外周部から中心部への熱伝達距離
の短い偏平状のハニカム状触媒と、前記反応管を外部か
ら熱する加熱器とを備え、前記反応管と前記加熱器とを
交互に積層したことを特徴とする。
料改質装置では、原料ガスを流通させる反応管と、この
反応管内に収容され、外周部から中心部への熱伝達距離
の短い偏平状のハニカム状触媒と、前記反応管を外部か
ら熱する加熱器とを備え、前記反応管と前記加熱器とを
交互に積層したことを特徴とする。
【０００８】前記燃料改質装置の構成では、ハニカム状
触媒の横断面横縦比ｂ／ａは３以上が望ましい。
触媒の横断面横縦比ｂ／ａは３以上が望ましい。
【０００９】
【作用】本発明の燃料改質装置によると、ハニカム状触
媒が偏平であるため熱伝導性が良く、加熱器が反応管を
熱することにより吸熱反応による触媒内の温度低下が緩
和される。さらに、ハニカム状触媒が偏平であるため反
応管も偏平になり、同じスペースに多くの反応管を設置
できる。
媒が偏平であるため熱伝導性が良く、加熱器が反応管を
熱することにより吸熱反応による触媒内の温度低下が緩
和される。さらに、ハニカム状触媒が偏平であるため反
応管も偏平になり、同じスペースに多くの反応管を設置
できる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説
明する。本発明の実施例１を図１、図２および図３に示
す。燃料改質装置１０は、主に原料ガス中の燃料ガスと
水蒸気とを改質するものである。この燃料改質装置１０
を構成する四角筒状の反応管２０内には、ハニカム状触
媒１１が充填され、加熱器３０は反応管２０の外周面の
全部を包むように密接している。
明する。本発明の実施例１を図１、図２および図３に示
す。燃料改質装置１０は、主に原料ガス中の燃料ガスと
水蒸気とを改質するものである。この燃料改質装置１０
を構成する四角筒状の反応管２０内には、ハニカム状触
媒１１が充填され、加熱器３０は反応管２０の外周面の
全部を包むように密接している。
【００１１】ハニカム状触媒１１は、図２に示すように
横断面横縦比ｂ／ａが３で、図３に示すように、ハニカ
ム孔１２を形成するコーディエライトのハニカム状触媒
坦体１５の内壁面１５ａにアルミナ層１３を被膜し、さ
らにその上に含浸法によりニッケル層１４を担持してい
る。反応管２０は四角筒状のステンレス鋼で形成され
る。
横断面横縦比ｂ／ａが３で、図３に示すように、ハニカ
ム孔１２を形成するコーディエライトのハニカム状触媒
坦体１５の内壁面１５ａにアルミナ層１３を被膜し、さ
らにその上に含浸法によりニッケル層１４を担持してい
る。反応管２０は四角筒状のステンレス鋼で形成され
る。
【００１２】加熱器３０は、内表面燃焼型バーナであ
る。原料ガスは主成分がメタンと水蒸気であり、吸入管
２１から反応管２０に導入される。加熱器３０は、表１
の条件下で、反応管２０の外壁温度を１１００±５０℃
に加熱する。原料ガスはハニカム状触媒１１に形成され
るハニムカ孔１２を通過する間に、次式（１）に示す化
学反応を起こす。この化学反応は吸熱反応であるため、
ハニカム状触媒１１の温度が下がる。
る。原料ガスは主成分がメタンと水蒸気であり、吸入管
２１から反応管２０に導入される。加熱器３０は、表１
の条件下で、反応管２０の外壁温度を１１００±５０℃
に加熱する。原料ガスはハニカム状触媒１１に形成され
るハニムカ孔１２を通過する間に、次式（１）に示す化
学反応を起こす。この化学反応は吸熱反応であるため、
ハニカム状触媒１１の温度が下がる。
【００１３】ＣＨ4 ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 （吸熱反
応）・・・（１）
応）・・・（１）
【００１４】
【表１】
【００１５】ハニカム状触媒１１は図２に示すように偏
平であるため、ハニカム状触媒１１の熱伝導面が増加
し、断面縦方向への熱伝達距離が短くなるので、加熱器
３０が反応管２０を加熱すると、ハニカム状触媒１１の
中心部に迅速に熱が伝わり、ハニカム状触媒１１内の温
度低下が緩和される。このため、式（１）に示される原
料ガスの燃料改質反応が良好に進む。改質ガスは排出管
２２から図示しないＣＯ変成器に送出される。
平であるため、ハニカム状触媒１１の熱伝導面が増加
し、断面縦方向への熱伝達距離が短くなるので、加熱器
３０が反応管２０を加熱すると、ハニカム状触媒１１の
中心部に迅速に熱が伝わり、ハニカム状触媒１１内の温
度低下が緩和される。このため、式（１）に示される原
料ガスの燃料改質反応が良好に進む。改質ガスは排出管
２２から図示しないＣＯ変成器に送出される。
【００１６】表２に示すハニカム状触媒の横断面形状や
横断面横縦比ｂ／ａ変えた場合の燃料改質反応の反応率
の測定において反応率の評価基準を統一するため、ハニ
カム状触媒担体に担持させる触媒占有体積を一定の５×
１０-3ｍ3 とした。伝熱面面積は、ハニカム状触媒の外
周の側面積を表し、ハニカム状触媒の横断面の形状や横
断面横縦比ｂ／ａにより変化する。
横断面横縦比ｂ／ａ変えた場合の燃料改質反応の反応率
の測定において反応率の評価基準を統一するため、ハニ
カム状触媒担体に担持させる触媒占有体積を一定の５×
１０-3ｍ3 とした。伝熱面面積は、ハニカム状触媒の外
周の側面積を表し、ハニカム状触媒の横断面の形状や横
断面横縦比ｂ／ａにより変化する。
【００１７】
【表２】
【００１８】表２に示すように、従来の円柱状のハニカ
ム状触媒を使用した比較例１、ハニカム状触媒の横断面
横縦比ｂ／ａが３未満の比較例２および比較例３に比
べ、実施例１の燃料改質反応の反応率は際立って高くな
っている。また、ハニカム状触媒１１が偏平であるため
改質器１０全体が偏平となり、従来設置できなかった空
間に改質器１０を設置することも可能である。また、図
４、図５および図６に示すように、実施例１のハニカム
状触媒１１のハニカム孔１２の形状、配置をハニカム孔
１２ａ、１２ｂ、１２ｃのように変えることも可能であ
る。
ム状触媒を使用した比較例１、ハニカム状触媒の横断面
横縦比ｂ／ａが３未満の比較例２および比較例３に比
べ、実施例１の燃料改質反応の反応率は際立って高くな
っている。また、ハニカム状触媒１１が偏平であるため
改質器１０全体が偏平となり、従来設置できなかった空
間に改質器１０を設置することも可能である。また、図
４、図５および図６に示すように、実施例１のハニカム
状触媒１１のハニカム孔１２の形状、配置をハニカム孔
１２ａ、１２ｂ、１２ｃのように変えることも可能であ
る。
【００１９】本発明の実施例２および実施例３は、表２
に示すように、実施例１のハニカム状触媒１１の横断面
横縦比ｂ／ａを実施例２では４、実施例３では５にした
ものであり、その他の構成、作動は実施例１と同じであ
る。横断面横縦比ｂ／ａが大きくなるにつれ、燃料改質
反応の反応率も高くなっている。本発明の実施例４を図
７に示す。
に示すように、実施例１のハニカム状触媒１１の横断面
横縦比ｂ／ａを実施例２では４、実施例３では５にした
ものであり、その他の構成、作動は実施例１と同じであ
る。横断面横縦比ｂ／ａが大きくなるにつれ、燃料改質
反応の反応率も高くなっている。本発明の実施例４を図
７に示す。
【００２０】実施例４は、３個の反応管２０と４個の加
熱器４０が交互に層状に積み重なっている。断熱容器５
０は、反応管２０と加熱器４０の全面を覆っている。加
熱器４０は、外表面燃焼型バーナである。原料ガスは、
吸入管２１から分配管２３により３個の各反応管２０に
導入される。改質された原料ガスは、集合管２４から、
図示しないＣＯ変成器に送出される。
熱器４０が交互に層状に積み重なっている。断熱容器５
０は、反応管２０と加熱器４０の全面を覆っている。加
熱器４０は、外表面燃焼型バーナである。原料ガスは、
吸入管２１から分配管２３により３個の各反応管２０に
導入される。改質された原料ガスは、集合管２４から、
図示しないＣＯ変成器に送出される。
【００２１】実施例４は、３個の反応管２０と４個の加
熱器４０が交互に層状に積み重なる積層構造であるが、
ハニカム状触媒１１が偏平であるため反応管２０が偏平
になり、積み重ねが容易で、しかもスペースを取らずに
積層構造を構成できる。また、実施例 1、実施例２およ
び実施例３よりも燃料改質装置当たりの反応管の数が多
いため、原料ガスの流入量を増やすことにより多量の改
質ガスを製造することができる。なお、反応管２０、加
熱器４０の個数は、実施例４で実現した個数に限らな
い。
熱器４０が交互に層状に積み重なる積層構造であるが、
ハニカム状触媒１１が偏平であるため反応管２０が偏平
になり、積み重ねが容易で、しかもスペースを取らずに
積層構造を構成できる。また、実施例 1、実施例２およ
び実施例３よりも燃料改質装置当たりの反応管の数が多
いため、原料ガスの流入量を増やすことにより多量の改
質ガスを製造することができる。なお、反応管２０、加
熱器４０の個数は、実施例４で実現した個数に限らな
い。
【００２２】本発明の実施例５を図８に示す。実施例５
は、実施例１のように反応管２０を加熱する加熱器３０
がなく、反応管２０が燃料電池６０に当接している。本
実施例では、加熱器に代わる燃料電池６０が原料ガスの
改質に必要な熱を反応管２０に供給する。図８に示すＡ
方向から反応管２０に導入された原料ガスは、燃料電池
６０から発生する熱により加熱、改質され改質ガスとな
る。改質ガスは、ＣＯ変成器５０により一酸化炭素を許
容濃度以下にされ、燃料電池６０に送出される。燃料電
池６０は、発電した直流電流を、図示しない電流変換装
置に送出する。
は、実施例１のように反応管２０を加熱する加熱器３０
がなく、反応管２０が燃料電池６０に当接している。本
実施例では、加熱器に代わる燃料電池６０が原料ガスの
改質に必要な熱を反応管２０に供給する。図８に示すＡ
方向から反応管２０に導入された原料ガスは、燃料電池
６０から発生する熱により加熱、改質され改質ガスとな
る。改質ガスは、ＣＯ変成器５０により一酸化炭素を許
容濃度以下にされ、燃料電池６０に送出される。燃料電
池６０は、発電した直流電流を、図示しない電流変換装
置に送出する。
【００２３】実施例５では、反応管２０を加熱する手段
として、実施例１の加熱器３０の代わりに燃料電池６０
を利用するため、加熱器のスペースが不要になり、加熱
器の廃止によりシステムの小型化を促進できる。加熱す
る手段としては、必要な熱を反応管２０に供給できるの
であれば、燃料電池６０の代わりにシステム内の他の発
熱部でもよい。
として、実施例１の加熱器３０の代わりに燃料電池６０
を利用するため、加熱器のスペースが不要になり、加熱
器の廃止によりシステムの小型化を促進できる。加熱す
る手段としては、必要な熱を反応管２０に供給できるの
であれば、燃料電池６０の代わりにシステム内の他の発
熱部でもよい。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃料改質
装置によれば、ハニカム状触媒を偏平にしてハニカム状
触媒の熱伝導性を向上させることにより、触媒層内の温
度低下を抑え、原料ガスの温度分布を均一にし、原料ガ
スを改質する反応性を向上できるという効果がある。さ
らに、偏平状の反応管と加熱器とを積層することによ
り、スペースをとらずに多くの反応管を設置できる。し
たがって、同じスペースで多量の改質ガスを製造でき
る。
装置によれば、ハニカム状触媒を偏平にしてハニカム状
触媒の熱伝導性を向上させることにより、触媒層内の温
度低下を抑え、原料ガスの温度分布を均一にし、原料ガ
スを改質する反応性を向上できるという効果がある。さ
らに、偏平状の反応管と加熱器とを積層することによ
り、スペースをとらずに多くの反応管を設置できる。し
たがって、同じスペースで多量の改質ガスを製造でき
る。
【図１】本発明の実施例１による燃料改質装置の模式縦
断面図である。
断面図である。
【図２】図１のII-II 線断面図である。
【図３】図２の点線III 部分の拡大図である。
【図４】実施例１のハニカム孔の形状、配置を変えたハ
ニカム状触媒の断面図である。
ニカム状触媒の断面図である。
【図５】実施例１のハニカム孔の形状、配置を変えたハ
ニカム状触媒の断面図である。
ニカム状触媒の断面図である。
【図６】実施例１のハニカム孔の形状、配置を変えたハ
ニカム状触媒の断面図である。
ニカム状触媒の断面図である。
【図７】本発明の実施例４による燃料改質装置の模式縦
断面図である。
断面図である。
【図８】本発明の実施例５による燃料改質装置と燃料電
池の略式模式図である。
池の略式模式図である。
１０ 燃料改質装置 １１ ハニカム状触媒 １２ ハニカム孔 ２０ 反応管 ３０ 加熱器 ４０ 加熱器 ５０ ＣＯ変成器 ６０ 燃料電池 ７０ 燃料システム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三澤 英延 愛知県豊明市栄町西大根１番地の50 (72)発明者 長坂 行修 愛知県岡崎市戸崎町上り場東16番地の５ (56)参考文献 特開 平３−169348（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−182333（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−105522（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−150015（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−20935（ＪＰ，Ｕ)
Claims (2)
- 【請求項１】 原料ガスを流通させる反応管と、 この反応管内に収容され、外周部から中心部への熱伝達
距離の短い偏平状のハニカム状触媒と、 前記反応管を外部から熱する加熱器とを備え、前記反応管と前記加熱器とを交互に積層した ことを特徴
とする燃料改質装置。 - 【請求項２】 前記ハニカム状触媒の横断面横縦比ｂ／
ａが３以上である請求項１記載の燃料改質装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5074380A JP2718876B2 (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 燃料改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5074380A JP2718876B2 (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 燃料改質装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06287002A JPH06287002A (ja) | 1994-10-11 |
| JP2718876B2 true JP2718876B2 (ja) | 1998-02-25 |
Family
ID=13545508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5074380A Expired - Lifetime JP2718876B2 (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 燃料改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2718876B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002080203A (ja) * | 2000-07-07 | 2002-03-19 | Nippon Soken Inc | 改質器 |
| CN103011077B (zh) * | 2011-09-27 | 2016-04-06 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种催化重整制氢方法与催化装置 |
| KR102510471B1 (ko) * | 2020-12-07 | 2023-03-16 | 주식회사 에너지 앤 퓨얼 | 자열 개질 장치 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH077534Y2 (ja) * | 1987-03-23 | 1995-02-22 | 臼井国際産業株式会社 | 金属製ハニカム構造体 |
| JPH0220935U (ja) * | 1988-07-25 | 1990-02-13 | ||
| JPH02182333A (ja) * | 1988-12-30 | 1990-07-17 | Aichi Steel Works Ltd | 金属製構造体およびその製造方法 |
| JPH02105522U (ja) * | 1989-02-09 | 1990-08-22 | ||
| JP2834236B2 (ja) * | 1989-11-29 | 1998-12-09 | カルソニック株式会社 | 触媒コンバータの金属触媒担体およびその製造方法 |
-
1993
- 1993-03-31 JP JP5074380A patent/JP2718876B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06287002A (ja) | 1994-10-11 |
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