JP2738988B2 - 燃料改質器 - Google Patents
燃料改質器Info
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
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Description
水素に富むガスに水蒸気改質する燃料改質器、特に燃料
電池と組合わせてなる燃料電池発電システムに使用され
る燃料改質器に関する。
料を水蒸気とともに改質触媒が充填された改質管に通流
し、改質管をバーナからの熱媒体により加熱して原燃料
を水素に富むガスに水蒸気改質する燃料改質器が知られ
ている。この燃料改質器は燃料電池発電システムに組込
まれ、燃料改質器で水蒸気改質した改質ガスを燃料電池
の燃料用として使用している。
な二重管構造の改質管を備えたものが知られている。
の上板3と下板4とを介して内側円筒1を囲む上部外筒
5と下部外筒6とからなる外筒7に接続している。外筒
7と内側円筒1との間には上板3と下板4とから離し、
内側円筒1を囲む外側円筒2が設けられている。なお、
外側円筒2の下端部には内側円筒1から離して孔あき板
2aが取付けられている。改質管11は内側円筒1と外
側円筒2との間の孔あき板2a上の触媒層空間8に改質
触媒9が充填されてなる触媒層10を内蔵して形成され
ている。環状の仕切板12は上部外筒5と下部外筒6と
の間を通って外側円筒2に接合されて設けられ、仕切板
12の下部には原燃料と水蒸気とが混合された改質原料
ガスが触媒層10に流入する入口13を備えた環状の改
質原料ガス入口マニホールド14が、また上部には触媒
層10から送出された改質ガスを排出する出口15を備
えた環状の改質ガス出口マニホールド16が設けられて
いる。なお、上部外筒5及び改質原料ガス入口マニホー
ルド14のそれぞれには熱膨脹を吸収する伸縮継手17
が設けられている。
ガスが触媒層10に流入する改質原料ガス通路18とし
て、また上部外筒5と外側円筒2との間は触媒層10か
ら送出される改質ガス通路19として形成されている。
と、この燃料室20を囲む燃焼空気室21とからなるバ
ーナ22が設けられている。なお23は燃料室20に接
続される燃料入口、24は燃焼空気室21に接続される
燃焼空気入口である。
られる底板26に接続して下部外筒6を囲んで設けら
れ、排ガス用外筒25と下部外筒6との間は燃焼ガス通
路27として形成されている。そして燃焼ガス通路27
に連通して改質原料ガス入口マニホールド14の下に排
ガス口28を備えて環状の排ガス用マニホールド29が
設けられている。
から、また燃焼空気を燃焼空気入口24からバーナ22
に供給して燃料を燃焼させると、燃焼ガスは内側円筒1
の内側を下方に向って流れ、改質管11の下端で折返し
て燃焼ガス通路27を流れる。この燃焼ガスの流れによ
り改質管11の内側円筒1の内側から触媒層10を加熱
し、改質反応を行なわせる運転温度まで昇温して燃料改
質器の起動が行なわれる。この昇温状態で原燃料と水蒸
気とからなる改質原料ガスを入口13から改質原料ガス
入口マニホールド14、改質原料ガス通路18を経て改
質管11の触媒層10に通流させる。この際触媒層10
を通流する改質原料ガスは前述のバーナ22からの燃焼
ガスにより内側円筒1から伝熱して加熱され、所定の運
転温度で水素に富むガスに水蒸気改質される。改質され
た改質ガスは触媒層10から改質ガス通路19を流れ、
改質ガス出口マニホールド16を経て出口15から燃料
電池の方に送出される。
ガス通路27を流れ、排ガスマニホールド29を経て排
ガス口28から外部に放出される。
質する際の運転温度は、原燃料がメタンが主成分のガス
の場合、改質管を形成している耐熱鋼の表面温度は、運
転圧力にもよるが、700〜900℃にもなる。また燃
料電池発電システム全体の起動停止時間は、発電装置で
あるという観点から、より短いことが望まれており、1
〜4時間程度が目標となっている。また最も頻度が高い
場合には、毎日起動停止を繰り返す場合がある。これ
は、従来の化学プラント用に比較して起動時間は約10
〜100分の1、起動停止頻度は約250倍であり、非
常に過酷な条件で運転が行なわれている。
器は、従来の化学プラント用の改質器に比較して、非常
に過酷な条件で頻繁に起動停止が繰り返されるため、起
動停止中の温度変化により、改質管を構成している金属
材料は、膨張収縮を繰り返す。この結果、起動毎に内側
円筒はバーナから直接加熱を受けるので急速加熱を受け
て温度上昇速度が大きく且つ高温となり、外側円筒は触
媒層を通じて加熱されるため、内側円筒よりより遅く、
かつより低い温度にまでしか達しない。このときの温度
差は、一例によれば最大では300°Kに達すると計測
されている。このように大きな温度差が付いた場合に円
筒の一端が固定されていると他端での相対変位はステン
レス鋼の場合で軸方向長さが1mの場合は5mmに、2m
の場合は10mmに達する。
と、内側円筒と外側円筒との間にある触媒層の触媒粒子
は、内側円筒と外側円筒の円周方向の熱膨脹差による触
媒層空間の減少により内側、外側円筒から圧迫されて圧
縮力を受けながら軸方向の相対変位による大きな剪断力
をうける。このような力が頻繁な起動, 停止により繰返
されると触媒粒子の破壊, 粉化が生じるという問題があ
る。
内側円筒と外側円筒との軸方向の熱膨脹差を小さくする
ことにより、剪断力を小さくして改質触媒の破壊, 粉化
を防止できる燃料改質器を提供することである。
に、本発明によれば、内側円筒とこの円筒を囲む外側円
筒からなり、内側円筒と外側円筒との間に改質触媒が充
填されてなる触媒層を内蔵する改質管と、内側円筒の一
方の端部に配されるバーナとを備え、内側円筒の内側に
供給されるバーナからの熱媒体により改質管を加熱して
前記触媒層を通流する炭化水素系の原燃料を水素に富む
ガスに改質する燃料改質器において、前記改質管の軸方
向中央部に前記内側円筒と前記外側円筒とを結合する固
定片を取付け、前記内側円筒には前記固定片の取付位置
を基準点として軸方向の上下方向に熱膨張による伸びを
生じさせるものとする。
は、軸方向の中央部に設けられた固定片によって支持さ
れるので、上端又は下端で支持される改質管の場合と比
較すると、熱膨張による変位は上端側と下端側の両方に
半分づつ分配されて生じることとなる。
と外側円筒との熱膨張による相対変位も、前記固定片を
基準点として上下両方向に分散される。従って、触媒層
の触媒粒子に働く内外円筒の相対変位による剪断力が小
さくなるので、触媒粒子の破壊,粉化を防止出来る。
説明する。図1は本発明の実施例による燃料改質器の断
面図、図2は図1のA−A断面図である。なお、図1、
図2において図3の従来例と同一部品には同じ符号を付
し、その説明を省略する。図1、図2において従来例と
異なるのは、改質管11の軸方向中央部で内側円筒1と
外側円筒2とを結合する固定片30を内側円筒1の周囲
に複数個所(図2参照)取付け、これにより内側円筒1
を支持するようにしたことである。
時に生じる内側円筒1と外側円筒2との軸方向の熱膨張
は固定片30を固定点(基準点)として生じる。この
際、固定片30を改質管11の軸方向中央部に設けてい
るので、内側円筒1と外側円筒2との軸方向の熱膨張
差、即ち相対変位も固定片を基準点として上下方向に分
散されて、従来の相対変位より小さくなる。
筒の軸方向長さが1mの場合、内側円筒1と外側円筒2
との軸方向の熱膨張差(相対変位)は、前述の従来例で
は5mmであったが、本願発明では固定片30を基準点
として上方向に2.5mm、下方向に2.5mm生じる
こととなる。
1と外側円筒2との軸方向の熱膨脹差により相対変位は
小さくなり、このため触媒粒子の破壊, 粉化を防止でき
る。
けられているので、改質原料ガスは固定片30間を流れ
て触媒層10を通流する。
の軸方向中央部に内側円筒と外側円筒とを結合する固定
片を取付け、内側円筒には固定片の取付位置を基準点と
して軸方向の上下方向に熱膨張による伸びを生じさせる
ものとしたことにより、燃料改質器の起動時に生じる内
側円筒と外側円筒との温度差による軸方向の熱膨張差、
即ち相対変位も同様に固定片の取付位置を基準点として
軸方向の上下方向に分散されるので、改質管内の触媒層
の触媒粒子に加わる剪断力も小さくなる。このため、起
動,停止が繰り返される燃料改質器、特にオンサイト型
の燃料改質器において触媒粒子の破壊,粉化を防止出来
る。
Claims (1)
- 【請求項1】内側円筒とこの円筒を囲む外側円筒からな
り、内側円筒と外側円筒との間に改質触媒が充填されて
なる触媒層を内蔵する改質管と、内側円筒の一方の端部
に配されるバーナとを備え、内側円筒の内側に供給され
るバーナからの熱媒体により改質管を加熱して前記触媒
層を通流する炭化水素系の原燃料を水素に富むガスに改
質する燃料改質器において、前記改質管の軸方向中央部
に前記内側円筒と前記外側円筒とを結合する固定片を取
付け、前記内側円筒には前記固定片の取付位置を基準点
として軸方向の上下方向に熱膨張による伸びを生じさせ
ることを特徴とするする燃料改質器。
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JPH04265147A (ja) * | 1991-02-19 | 1992-09-21 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料改質器 |
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1991
- 1991-03-27 JP JP3062227A patent/JP2738988B2/ja not_active Expired - Fee Related
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