JP3306430B2 - 改質器 - Google Patents
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- reforming
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- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、炭化水素系燃料、例え
ば天然ガスを水蒸気と混合し、改質用触媒の作用により
それを水素富化ガスに改質して、燃料電池等に供給する
改質器に関する。
ば天然ガスを水蒸気と混合し、改質用触媒の作用により
それを水素富化ガスに改質して、燃料電池等に供給する
改質器に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭化水素系燃料と水蒸気を混合し、改質
用触媒を用いて水素富化ガスを生成する改質器は、燃料
電池の燃料源用等に種々のものが開発され、実用化され
ている。
用触媒を用いて水素富化ガスを生成する改質器は、燃料
電池の燃料源用等に種々のものが開発され、実用化され
ている。
【０００３】一般に、改質器は改質用触媒を内蔵させた
反応管が単一の単管式と、複数個設けた多管式とがあ
る。多管式は、単位時間当たりのガス生成量、すなわち
容量が大きいものに適しており、本発明も多管式改質器
に関する。
反応管が単一の単管式と、複数個設けた多管式とがあ
る。多管式は、単位時間当たりのガス生成量、すなわち
容量が大きいものに適しており、本発明も多管式改質器
に関する。
【０００４】多管式改質器は、改質管が改質槽内に多数
設けられ、その中央に反応熱を与える燃焼筒が設置され
ている。改質器の大容量化のために改質管本数をさらに
増加させる場合には、後述するように正六角形の形に改
質管を並列に設置し、中心に燃焼筒を配置する。正六角
形の各辺に対応して１本ずつ改質管を配置するのは、周
知のように、この配置方法が全体の空間利用率を高く
し、体積を最小化するためである。
設けられ、その中央に反応熱を与える燃焼筒が設置され
ている。改質器の大容量化のために改質管本数をさらに
増加させる場合には、後述するように正六角形の形に改
質管を並列に設置し、中心に燃焼筒を配置する。正六角
形の各辺に対応して１本ずつ改質管を配置するのは、周
知のように、この配置方法が全体の空間利用率を高く
し、体積を最小化するためである。
【０００５】改質用触媒の作用により水素富化ガスを生
成する反応は、吸熱反応であるので、燃焼器により反応
熱を供給し、改質反応を行わせる必要がある。その際、
多管式改質器では、燃焼器より供給する反応熱を多数の
改質管に均等に供給することが必要であり、不均一にな
ると改質管の温度に差が生じ、温度の低い部分では反応
率が低下し、高温部では反応が著しく進行し、改質用触
媒の劣化が低温部とアンバランスとなり、あるいは改質
管温度が許容値を逸脱する可能性がある。
成する反応は、吸熱反応であるので、燃焼器により反応
熱を供給し、改質反応を行わせる必要がある。その際、
多管式改質器では、燃焼器より供給する反応熱を多数の
改質管に均等に供給することが必要であり、不均一にな
ると改質管の温度に差が生じ、温度の低い部分では反応
率が低下し、高温部では反応が著しく進行し、改質用触
媒の劣化が低温部とアンバランスとなり、あるいは改質
管温度が許容値を逸脱する可能性がある。
【０００６】この種改質器の反応熱を均一化する従来技
術としては、例えば特開昭６１−９１００１号公報，同
６１−９１００２号公報，同６３−１１５０１号公報に
記載の技術がある。
術としては、例えば特開昭６１−９１００１号公報，同
６１−９１００２号公報，同６３−１１５０１号公報に
記載の技術がある。
【０００７】前掲特開昭６１−９１００１号公報に記載
の従来技術では、図１０に示すように、改質器容器１
と、主バーナ４と、補助バーナ７と、複数本の改質管９
と、各改質管９の周りに形成された高温燃焼ガス用の導
管１０と、各改質管９と導管１０間に設けられたセラミ
ック球１１と、排ガス管１２と、原料ガスと水蒸気の混
合ガスの導管１３と、各改質管９の内部に設けられた改
質触媒層１４と、改質ガスの導管１５，１６と、耐熱性
材料により円板状に形成されかつ多数の孔１８を有する
隔壁１７と、この隔壁１７によって区画されかつ主バー
ナ４側に形成された燃焼室８ａと、同隔壁１７によって
区画されかつ改質管９の列側に形成された加温室８ｂ
と、前記孔１８よりも大径に形成されかつ支柱２０を介
して隔壁１７の燃焼室８ａ側に配置され，前記孔１８に
対応する位置に設けられた蓋体１９と、前記孔１８より
も大径のコーン型に形成され，かつ支柱２２を介して隔
壁１７の加温室８ｂ側に配置され，前記孔１８に対応す
る位置に設けられた排ガス拡散器２１とを備えている。
前記主バーナ４には、燃料の導管２と、空気の導管３と
が接続されている。前記補助バーナ７にも、燃料の導管
５と、空気の導管６とが接続されている。
の従来技術では、図１０に示すように、改質器容器１
と、主バーナ４と、補助バーナ７と、複数本の改質管９
と、各改質管９の周りに形成された高温燃焼ガス用の導
管１０と、各改質管９と導管１０間に設けられたセラミ
ック球１１と、排ガス管１２と、原料ガスと水蒸気の混
合ガスの導管１３と、各改質管９の内部に設けられた改
質触媒層１４と、改質ガスの導管１５，１６と、耐熱性
材料により円板状に形成されかつ多数の孔１８を有する
隔壁１７と、この隔壁１７によって区画されかつ主バー
ナ４側に形成された燃焼室８ａと、同隔壁１７によって
区画されかつ改質管９の列側に形成された加温室８ｂ
と、前記孔１８よりも大径に形成されかつ支柱２０を介
して隔壁１７の燃焼室８ａ側に配置され，前記孔１８に
対応する位置に設けられた蓋体１９と、前記孔１８より
も大径のコーン型に形成され，かつ支柱２２を介して隔
壁１７の加温室８ｂ側に配置され，前記孔１８に対応す
る位置に設けられた排ガス拡散器２１とを備えている。
前記主バーナ４には、燃料の導管２と、空気の導管３と
が接続されている。前記補助バーナ７にも、燃料の導管
５と、空気の導管６とが接続されている。
【０００８】そして、この従来技術では、導管２から導
入した燃料と、導管３から導入した空気とを混合し、補
助バーナ７で点火し、主バーナ４で燃焼させ、高温燃焼
ガスを生成する。この高温燃焼ガスを蓋体１９、支柱２
０、孔１８、支柱２２および排ガス拡散器２１を介して
平面的に温度分布を均一化させ、改質管９の間を加温し
ながら流下させ、導管１０内のセラミック球１１を介し
て改質管９を加熱し、この改質管９内の炭化水素系原料
ガスと水蒸気との混合ガスを改質するようにしている。
入した燃料と、導管３から導入した空気とを混合し、補
助バーナ７で点火し、主バーナ４で燃焼させ、高温燃焼
ガスを生成する。この高温燃焼ガスを蓋体１９、支柱２
０、孔１８、支柱２２および排ガス拡散器２１を介して
平面的に温度分布を均一化させ、改質管９の間を加温し
ながら流下させ、導管１０内のセラミック球１１を介し
て改質管９を加熱し、この改質管９内の炭化水素系原料
ガスと水蒸気との混合ガスを改質するようにしている。
【０００９】前掲特開昭６１−９１００２号公報に記載
の従来技術では、前記孔１８を有する隔壁１７と、支柱
２０により支持された蓋体１９と、支柱２２により支持
された排ガス拡散器２１に代えて、多数の孔を有する上
段隔壁と、多数の孔を有する下段隔壁とを、上下方向に
所定の間隔をおいて、かつ互いに孔の位相をずらして取
り付け、改質器の内部を燃焼室と加温室とに区画してい
る。
の従来技術では、前記孔１８を有する隔壁１７と、支柱
２０により支持された蓋体１９と、支柱２２により支持
された排ガス拡散器２１に代えて、多数の孔を有する上
段隔壁と、多数の孔を有する下段隔壁とを、上下方向に
所定の間隔をおいて、かつ互いに孔の位相をずらして取
り付け、改質器の内部を燃焼室と加温室とに区画してい
る。
【００１０】而して、この従来技術では相対的に位相を
ずらして配置された上段隔壁の孔と、下段隔壁の孔との
作用により、加温室内の高温燃焼ガスの平面的な温度分
布を均一化させ、加温室内の複数本の改質管を平面的に
均一に加熱するようにしている。
ずらして配置された上段隔壁の孔と、下段隔壁の孔との
作用により、加温室内の高温燃焼ガスの平面的な温度分
布を均一化させ、加温室内の複数本の改質管を平面的に
均一に加熱するようにしている。
【００１１】前掲特開昭６３−１１５０１号公報に記載
の従来技術では、頂部にバーナを配備しかつ有底の外筒
とを備えた炉体と、この炉体の内部にバーナの周域を包
囲するように設けられた内筒と、この内筒により画成さ
れたバーナ燃焼室と、前記外筒と内筒間に形成されかつ
バーナ燃焼室に連通させて設けられた燃焼ガス上昇通路
と、この燃焼ガス上昇通路内に設置された改質反応器
と、炉内底部の中央に配置されたガイドベーンとを有し
ている。
の従来技術では、頂部にバーナを配備しかつ有底の外筒
とを備えた炉体と、この炉体の内部にバーナの周域を包
囲するように設けられた内筒と、この内筒により画成さ
れたバーナ燃焼室と、前記外筒と内筒間に形成されかつ
バーナ燃焼室に連通させて設けられた燃焼ガス上昇通路
と、この燃焼ガス上昇通路内に設置された改質反応器
と、炉内底部の中央に配置されたガイドベーンとを有し
ている。
【００１２】そして、この従来技術では、バーナで燃焼
した燃焼ガスは燃焼室を通過したのち、その底部付近か
ら方向を反転して燃焼ガス上昇通路へ移行する。その過
程で、燃焼ガスにはガイドベーンにより旋回流が与えら
れ、ガイドベーンを通過した下流側では、燃焼ガスは旋
回流となって内筒と外筒との間の燃焼ガス上昇通路内を
周方向に旋回しながら上昇し、かつ通風過程で改質反応
器の周面を旋回して熱交換を行うようになっている。
した燃焼ガスは燃焼室を通過したのち、その底部付近か
ら方向を反転して燃焼ガス上昇通路へ移行する。その過
程で、燃焼ガスにはガイドベーンにより旋回流が与えら
れ、ガイドベーンを通過した下流側では、燃焼ガスは旋
回流となって内筒と外筒との間の燃焼ガス上昇通路内を
周方向に旋回しながら上昇し、かつ通風過程で改質反応
器の周面を旋回して熱交換を行うようになっている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前掲特開昭６
１−９１００１号公報，同６１−９１００２号公報に記
載の従来技術では、改質器容器内を多数の孔を有する板
状の隔壁により燃焼室と加温室とに区画しているので、
構造が複雑で高価になるという問題があり、保守性が悪
く、また内部の圧力損失が大きくなるという問題もあ
る。
１−９１００１号公報，同６１−９１００２号公報に記
載の従来技術では、改質器容器内を多数の孔を有する板
状の隔壁により燃焼室と加温室とに区画しているので、
構造が複雑で高価になるという問題があり、保守性が悪
く、また内部の圧力損失が大きくなるという問題もあ
る。
【００１４】また、前掲特開昭６３−１１５０１号公報
に記載の従来技術は、改質管が１本の単管式改質器に対
して適用できるが、多管式改質器の場合には次のような
問題がある。
に記載の従来技術は、改質管が１本の単管式改質器に対
して適用できるが、多管式改質器の場合には次のような
問題がある。
【００１５】すなわち、高温燃焼ガスに旋回流を付与し
て多数の改質管と熱交換させると、改質管は最初にガス
が吹き付けられた面の温度が高く、反対の面では部分的
に改質管との熱交換をしたのちのガスが流れて来ること
になるため、直接ガスが当たる面よりは温度が低く、１
本の改質管の半径方向に温度分布を生ずるようになる。
て多数の改質管と熱交換させると、改質管は最初にガス
が吹き付けられた面の温度が高く、反対の面では部分的
に改質管との熱交換をしたのちのガスが流れて来ること
になるため、直接ガスが当たる面よりは温度が低く、１
本の改質管の半径方向に温度分布を生ずるようになる。
【００１６】このため、当該改質管に熱応力の差による
曲がりが生じるとともに、改質管の触媒利用率にも差が
生じ、種々の不具合が発生する。
曲がりが生じるとともに、改質管の触媒利用率にも差が
生じ、種々の不具合が発生する。
【００１７】特に、改質器を大型化する場合には改質管
の本数が増え、大型化，長尺化するので、この従来技術
では前述の１本の改質管における半径方向の温度分布に
差が生じる問題が顕著になる。逆に、反応熱を均一化す
ることは、触媒層全体の有効活用に効果があり、全体の
コスト低減および小型化に寄与することになる。
の本数が増え、大型化，長尺化するので、この従来技術
では前述の１本の改質管における半径方向の温度分布に
差が生じる問題が顕著になる。逆に、反応熱を均一化す
ることは、触媒層全体の有効活用に効果があり、全体の
コスト低減および小型化に寄与することになる。
【００１８】また、内部の圧力損失が大きくなると、燃
料や空気用の所要動力を大きくする必要があるので、そ
の分効率が低下する。
料や空気用の所要動力を大きくする必要があるので、そ
の分効率が低下する。
【００１９】本発明の目的は、複数の改質管を有する多
管式改質器において、構造が簡単で安価に製作でき、か
つ反応熱を各改質管に均一に与えることができ、特に大
型化に適する改質器を提供することにある。
管式改質器において、構造が簡単で安価に製作でき、か
つ反応熱を各改質管に均一に与えることができ、特に大
型化に適する改質器を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】前記目的は、高温燃焼ガ
スにスパイラル流を発生させる手段を備え、かつ高温燃
焼ガスの燃焼筒出口点には高温燃焼ガスを改質器の半径
方向に均一に分散させるための整流手段を併設したこと
により、達成される。
スにスパイラル流を発生させる手段を備え、かつ高温燃
焼ガスの燃焼筒出口点には高温燃焼ガスを改質器の半径
方向に均一に分散させるための整流手段を併設したこと
により、達成される。
【００２１】また、前記目的はスパイラル流を発生させ
る手段として、燃焼筒にスパイラル溝とガイドフィンの
いずれかを設けること、または燃焼器の燃料導入路にス
パイラル溝とガイドフィンのいずれかを設けること、あ
るいは燃焼器を燃焼筒の軸中心に対して一定量だけ変位
させ、かつ直軸に対して一定角度曲げて設置すること、
さらには燃焼器の出口部に、首振り型のファンを設置す
ることの技術を単独または選択的に組み合わせて用いる
ことにより、達成される。
る手段として、燃焼筒にスパイラル溝とガイドフィンの
いずれかを設けること、または燃焼器の燃料導入路にス
パイラル溝とガイドフィンのいずれかを設けること、あ
るいは燃焼器を燃焼筒の軸中心に対して一定量だけ変位
させ、かつ直軸に対して一定角度曲げて設置すること、
さらには燃焼器の出口部に、首振り型のファンを設置す
ることの技術を単独または選択的に組み合わせて用いる
ことにより、達成される。
【００２２】さらに、前記目的は高温燃焼ガスの整流手
段を、半径方向に放射状に設けた凸部と、同心円状に設
けた凸部とにより構成したことによって、達成される。
段を、半径方向に放射状に設けた凸部と、同心円状に設
けた凸部とにより構成したことによって、達成される。
【００２３】
【作用】本発明では、複数の改質管を有する多管式改質
器において、高温燃焼ガスにスパイラル流を発生させる
手段により、高温燃焼ガスを十分混合し、燃焼器の燃焼
反応の局部的なむらによる温度分布をなくす。
器において、高温燃焼ガスにスパイラル流を発生させる
手段により、高温燃焼ガスを十分混合し、燃焼器の燃焼
反応の局部的なむらによる温度分布をなくす。
【００２４】ついで、燃焼筒出口点で高温燃焼ガスの整
流手段により、高温燃焼ガスを整流し、高温燃焼ガスの
流れの不均一性をなくし、高温燃焼ガスを改質器の半径
方向に均一に分散させ、その高温燃焼ガスにより各改質
管を加熱する。
流手段により、高温燃焼ガスを整流し、高温燃焼ガスの
流れの不均一性をなくし、高温燃焼ガスを改質器の半径
方向に均一に分散させ、その高温燃焼ガスにより各改質
管を加熱する。
【００２５】その結果、前記高温燃焼ガスにスパイラル
流を発生させる手段と、高温燃焼ガスを改質器の半径方
向に均一に分散させる整流手段との相乗作用により、複
数の改質管をそれぞれ均一に加熱することが可能とな
る。
流を発生させる手段と、高温燃焼ガスを改質器の半径方
向に均一に分散させる整流手段との相乗作用により、複
数の改質管をそれぞれ均一に加熱することが可能とな
る。
【００２６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。
る。
【００２７】図１〜図３は本発明の第１の実施例を示す
もので、図１は縦断面図、図２は整流手段である整流板
を下側から見た図、図３は整流板の凸部と改質管の配置
関係を示す平面図である。
もので、図１は縦断面図、図２は整流手段である整流板
を下側から見た図、図３は整流板の凸部と改質管の配置
関係を示す平面図である。
【００２８】これらの図に示す第１の実施例では、改質
器容器３０と、これの底部に設置された燃焼器３１と、
改質器容器３０の内部中心に設置されかつ内部にガイド
フィン３３を有する燃焼筒３２と、改質器容器３０の上
部に装着されかつ内面側に整流用の凸部３５を有する整
流板３４と、改質器容器３０に配置された複数の改質管
３７と、各改質管３７の内部に同心状に設けられた改質
ガス管３８とを備えて構成されている。
器容器３０と、これの底部に設置された燃焼器３１と、
改質器容器３０の内部中心に設置されかつ内部にガイド
フィン３３を有する燃焼筒３２と、改質器容器３０の上
部に装着されかつ内面側に整流用の凸部３５を有する整
流板３４と、改質器容器３０に配置された複数の改質管
３７と、各改質管３７の内部に同心状に設けられた改質
ガス管３８とを備えて構成されている。
【００２９】前記改質器容器３０の内部には、底壁との
間に所定の間隔をおいて、仕切り板３６が取り付けられ
ている。
間に所定の間隔をおいて、仕切り板３６が取り付けられ
ている。
【００３０】前記燃焼器３１と燃焼筒３２とは、改質器
容器３０の中心線上に配置されている。
容器３０の中心線上に配置されている。
【００３１】前記ガイドフィン３３は、燃焼筒３２の内
部にスパイラル状に取り付けられていて、燃焼器３１で
生成された高温燃焼ガス４９にスパイラル流を発生させ
る手段を構成している。
部にスパイラル状に取り付けられていて、燃焼器３１で
生成された高温燃焼ガス４９にスパイラル流を発生させ
る手段を構成している。
【００３２】前記整流板３４の凸部３５は、整流板３４
の内面側の中心から放射方向に設けられ、かつ円周方向
に等間隔をおいて設けられている。そして、この凸部３
５は燃焼筒３２から送り出された高温燃焼ガス４９を改
質器容器３０の半径方向に均一に分散させるための整流
手段を構成している。
の内面側の中心から放射方向に設けられ、かつ円周方向
に等間隔をおいて設けられている。そして、この凸部３
５は燃焼筒３２から送り出された高温燃焼ガス４９を改
質器容器３０の半径方向に均一に分散させるための整流
手段を構成している。
【００３３】前記複数の改質管３７は、改質器容器３０
の内部において、燃焼筒３２の外周との間、および隣接
する改質管３７同士の間、ならびに改質器容器３０の内
壁との間にそれぞれ所定の空隙をおいて配置され、かつ
図３に示すように、隣接する凸部３５，３５間の区域に
同じ数、分布するように配置されている。各改質管３７
とその内部に設けられた改質ガス管３８との間には、原
料ガス流路４１が形成されている。各原料ガス流路４１
は、改質器容器３０の底部に設けられた原料ガス通路４
０を通じて原料ガス供給ノズル３９に連通している。ま
た、各原料ガス流路４１内には改質用触媒４４が充填さ
れている。一方、各改質ガス管３８の内部には前記原料
ガス流路４１に連通する改質ガス戻り流路４２が形成さ
れている。
の内部において、燃焼筒３２の外周との間、および隣接
する改質管３７同士の間、ならびに改質器容器３０の内
壁との間にそれぞれ所定の空隙をおいて配置され、かつ
図３に示すように、隣接する凸部３５，３５間の区域に
同じ数、分布するように配置されている。各改質管３７
とその内部に設けられた改質ガス管３８との間には、原
料ガス流路４１が形成されている。各原料ガス流路４１
は、改質器容器３０の底部に設けられた原料ガス通路４
０を通じて原料ガス供給ノズル３９に連通している。ま
た、各原料ガス流路４１内には改質用触媒４４が充填さ
れている。一方、各改質ガス管３８の内部には前記原料
ガス流路４１に連通する改質ガス戻り流路４２が形成さ
れている。
【００３４】各改質ガス戻り流路４２は、改質器容器３
０の底部に設けられた改質ガス出口ノズル４３に連通し
ている。
０の底部に設けられた改質ガス出口ノズル４３に連通し
ている。
【００３５】前記燃焼筒３２の外周との間、および隣接
する改質管３７同士の間、ならびに改質器容器３０の内
壁との間に設けられた空隙は、燃焼排ガス通路４５とし
て利用されている。各燃焼排ガス通路４５は、改質器容
器３０における仕切り板３６の直上に設けられた燃焼排
ガス出口ノズル４６に連通している。
する改質管３７同士の間、ならびに改質器容器３０の内
壁との間に設けられた空隙は、燃焼排ガス通路４５とし
て利用されている。各燃焼排ガス通路４５は、改質器容
器３０における仕切り板３６の直上に設けられた燃焼排
ガス出口ノズル４６に連通している。
【００３６】前記構成の第１の実施例の改質器は、次の
ように運転され、作用する。
ように運転され、作用する。
【００３７】ところで、水蒸気改質反応は吸熱反応であ
るため、燃焼器３１により改質用反応熱源として、高温
燃焼ガス４９を生成し、燃焼筒３２に対して送り出す。
るため、燃焼器３１により改質用反応熱源として、高温
燃焼ガス４９を生成し、燃焼筒３２に対して送り出す。
【００３８】前記燃焼筒３２では、燃焼器３１から送り
込まれた高温燃焼ガス４９に、スパイラル状に設けられ
たガイドフィン３３によりスパイラル流を発生させ、高
温燃焼ガス４９を十分混合し、燃焼器３１の燃焼反応の
局部的なむらによる温度分布の差を解消し、燃焼筒３２
の出口から吐出する。
込まれた高温燃焼ガス４９に、スパイラル状に設けられ
たガイドフィン３３によりスパイラル流を発生させ、高
温燃焼ガス４９を十分混合し、燃焼器３１の燃焼反応の
局部的なむらによる温度分布の差を解消し、燃焼筒３２
の出口から吐出する。
【００３９】その後、燃焼筒３２の出口点で、整流板３
４の内面側に中心部より放射方向に設けられ、かつ円周
方向に等間隔をおいて設けられた凸部３５により、高温
燃焼ガス４９を改質器容器３０の半径方向に均一な流れ
に分散させたうえで、複数の改質管３７の頂部よりダウ
ンフローさせる。これにより、均一な温度分布の高温燃
焼ガス４９が各改質管３７の周りに確保された燃焼排ガ
ス通路４５を下降し、ついで燃焼排ガス出口ノズル４６
に流出する。
４の内面側に中心部より放射方向に設けられ、かつ円周
方向に等間隔をおいて設けられた凸部３５により、高温
燃焼ガス４９を改質器容器３０の半径方向に均一な流れ
に分散させたうえで、複数の改質管３７の頂部よりダウ
ンフローさせる。これにより、均一な温度分布の高温燃
焼ガス４９が各改質管３７の周りに確保された燃焼排ガ
ス通路４５を下降し、ついで燃焼排ガス出口ノズル４６
に流出する。
【００４０】ここで、各改質管３７と改質ガス管３８と
の間に充填された改質用触媒４４が前記改質管３７の周
りを流れる高温燃焼ガス４９から反応熱が与えられ、反
応する。
の間に充填された改質用触媒４４が前記改質管３７の周
りを流れる高温燃焼ガス４９から反応熱が与えられ、反
応する。
【００４１】一方、前記改質用触媒４４が充填されてい
る原料ガス流路４１に原料ガス供給ノズル３９および原
料ガス通路４０を通じて、改質すべき炭化水素系燃料で
ある原料ガス４７が供給され、その原料ガス４７は原料
ガス流路４１を上昇して行き、高温燃焼ガス４９から反
応熱を受けて反応している改質用触媒４４の中を通過
し、改質用触媒４４の作用により水素富化ガスに改質さ
れる。その改質ガス４８は、改質ガス管３８の内部に形
成された改質ガス戻り流路４２に沿って下降し、ついで
改質ガス出口ノズル４３を通じて取り出され、燃料電池
等に供される。
る原料ガス流路４１に原料ガス供給ノズル３９および原
料ガス通路４０を通じて、改質すべき炭化水素系燃料で
ある原料ガス４７が供給され、その原料ガス４７は原料
ガス流路４１を上昇して行き、高温燃焼ガス４９から反
応熱を受けて反応している改質用触媒４４の中を通過
し、改質用触媒４４の作用により水素富化ガスに改質さ
れる。その改質ガス４８は、改質ガス管３８の内部に形
成された改質ガス戻り流路４２に沿って下降し、ついで
改質ガス出口ノズル４３を通じて取り出され、燃料電池
等に供される。
【００４２】以上の説明からも分かるように、この第１
の実施例では燃焼筒３２の内部にスパイラル状に設けら
れたガイドフィン３３と、整流板３４の内面側にその中
心部から放射方向に設けられ、かつ円周方向に等間隔を
おいて設けられた凸部３５との相乗作用により、複数の
改質管３７をそれぞれ周囲均一に加熱することができる
ので、熱応力の差による改質管３７の変形を防止できる
し、改質管３７内の改質用触媒４４に均等に反応熱を与
えることができるので、触媒利用率の向上を図ることが
できる。
の実施例では燃焼筒３２の内部にスパイラル状に設けら
れたガイドフィン３３と、整流板３４の内面側にその中
心部から放射方向に設けられ、かつ円周方向に等間隔を
おいて設けられた凸部３５との相乗作用により、複数の
改質管３７をそれぞれ周囲均一に加熱することができる
ので、熱応力の差による改質管３７の変形を防止できる
し、改質管３７内の改質用触媒４４に均等に反応熱を与
えることができるので、触媒利用率の向上を図ることが
できる。
【００４３】また、この第１の実施例では高温燃焼ガス
４９を整流板３４から直接改質管３７の列にダウンフロ
ーするようにしているので、高温燃焼ガスを隔壁に設け
られた孔を通過させることによる圧力損失を回避でき、
その分効率を高めることができるし、構造の簡略化およ
び保守の作業性の向上を図ることができる。
４９を整流板３４から直接改質管３７の列にダウンフロ
ーするようにしているので、高温燃焼ガスを隔壁に設け
られた孔を通過させることによる圧力損失を回避でき、
その分効率を高めることができるし、構造の簡略化およ
び保守の作業性の向上を図ることができる。
【００４４】次に、図４は本発明の第２の実施例を示す
もので、大型化に対応した整流板の凸部と改質管の配置
関係を示す平面図である。
もので、大型化に対応した整流板の凸部と改質管の配置
関係を示す平面図である。
【００４５】この第２の実施例では、前記第１の実施例
に比較して、改質器容器（図示せず），燃焼器３１，ガ
イドフィン３３を有する燃焼筒３２，および凸部３５を
有する整流板３４が相対的に大きく形成されている。
に比較して、改質器容器（図示せず），燃焼器３１，ガ
イドフィン３３を有する燃焼筒３２，および凸部３５を
有する整流板３４が相対的に大きく形成されている。
【００４６】そして、改質器容器の内部には５４本の改
質管３７が所定の配列ピッチで配置されている。また、
これら５４本の改質管３７には、整流板３４の内面側に
設けられた凸部３５により整流された高温燃焼ガスが改
質器の半径方向に均一に分散され、供給されるようにな
っている。
質管３７が所定の配列ピッチで配置されている。また、
これら５４本の改質管３７には、整流板３４の内面側に
設けられた凸部３５により整流された高温燃焼ガスが改
質器の半径方向に均一に分散され、供給されるようにな
っている。
【００４７】前述のごとく、本発明では高温燃焼ガスに
スパイラル流を発生させる手段と、高温燃焼ガスを改質
器の半径方向に均一に分散させる整流手段との相乗作用
により、複数の改質管３７に均一に高温燃焼ガスを供給
し、加熱できるため、設計の自由度が増し、この第２の
実施例からも分かるように、容易に大型化を図ることが
可能となる。
スパイラル流を発生させる手段と、高温燃焼ガスを改質
器の半径方向に均一に分散させる整流手段との相乗作用
により、複数の改質管３７に均一に高温燃焼ガスを供給
し、加熱できるため、設計の自由度が増し、この第２の
実施例からも分かるように、容易に大型化を図ることが
可能となる。
【００４８】ついで、図５は本発明の第３の実施例を示
すもので、整流板を下側から見た図である。
すもので、整流板を下側から見た図である。
【００４９】この第３の実施例では、整流板５０の内面
側に、２系列の凸部５１，５２が設けられている。一方
の凸部５１は、整流板５０の中心部から放射方向に設け
られかつ円周方向に等間隔をおいて複数本設けられてい
る。他方の凸部５２は、整流板５０の半径方向に所定の
間隔をおいて同心円状に複数本設けられている。
側に、２系列の凸部５１，５２が設けられている。一方
の凸部５１は、整流板５０の中心部から放射方向に設け
られかつ円周方向に等間隔をおいて複数本設けられてい
る。他方の凸部５２は、整流板５０の半径方向に所定の
間隔をおいて同心円状に複数本設けられている。
【００５０】この第３の実施例では、放射方向の凸部５
１と、同心円状の凸部５２とを組み合わせて設けている
ので、燃焼筒から出た高温燃焼ガスをより一層均一に整
流し、改質管の列に供給することができる。
１と、同心円状の凸部５２とを組み合わせて設けている
ので、燃焼筒から出た高温燃焼ガスをより一層均一に整
流し、改質管の列に供給することができる。
【００５１】続いて、図６は本発明の第４の実施例を示
す縦断面図である。
す縦断面図である。
【００５２】この第４の実施例では、燃焼筒３２の内部
に、スパイラル状に凹溝５３が形成されている。この凹
溝５３は、燃焼器３１で生成された高温燃焼ガス４９に
スパイラル流を発生させ、整流板３４方向に送り出すよ
うになっている。
に、スパイラル状に凹溝５３が形成されている。この凹
溝５３は、燃焼器３１で生成された高温燃焼ガス４９に
スパイラル流を発生させ、整流板３４方向に送り出すよ
うになっている。
【００５３】この第４の実施例の他の構成，作用につい
ては、前記第１の実施例と同様である。
ては、前記第１の実施例と同様である。
【００５４】進んで、図７は本発明の第５の実施例を示
す縦断面図である。
す縦断面図である。
【００５５】この第５の実施例では、燃焼器５４が燃焼
筒３２の軸中心に対して一定量だけ変位させ、かつ直軸
に対して一定角度曲げて設置されている。燃焼器５４を
このように傾斜させて設置することにより、燃焼筒３２
内で高温燃焼ガス４９にスパイラル流を発生させること
ができる。
筒３２の軸中心に対して一定量だけ変位させ、かつ直軸
に対して一定角度曲げて設置されている。燃焼器５４を
このように傾斜させて設置することにより、燃焼筒３２
内で高温燃焼ガス４９にスパイラル流を発生させること
ができる。
【００５６】この第５の実施例の他の構成，作用につい
ては、前記第１の実施例と同様である。
ては、前記第１の実施例と同様である。
【００５７】さらに、図８は本発明の第６の実施例を示
す縦断面図である。
す縦断面図である。
【００５８】この第６の実施例では、燃焼器５５の内部
にスパイラル状のガイドフィン５６が設けられている。
このスパイラル状のガイドフィン５６の作用により、燃
焼筒３２内で高温燃焼ガス４９にスパイラル流を発生さ
せ、整流板３４方向に送り出すことができる。
にスパイラル状のガイドフィン５６が設けられている。
このスパイラル状のガイドフィン５６の作用により、燃
焼筒３２内で高温燃焼ガス４９にスパイラル流を発生さ
せ、整流板３４方向に送り出すことができる。
【００５９】この第６の実施例の他の構成，作用につい
ては、前記第１の実施例と同様である。
ては、前記第１の実施例と同様である。
【００６０】そして、図９は本発明の第７の実施例を示
す縦断面図である。
す縦断面図である。
【００６１】この第７の実施例では、燃焼器３１の出口
部に首振り型のファン５７が取り付けられている。この
首振り型のファン５７によっても、燃焼筒３２内で高温
燃焼ガス４９にスパイラル流を発生させることができ
る。
部に首振り型のファン５７が取り付けられている。この
首振り型のファン５７によっても、燃焼筒３２内で高温
燃焼ガス４９にスパイラル流を発生させることができ
る。
【００６２】この第７の実施例の他の構成，作用につい
ては、前記第１の実施例と同様である。
ては、前記第１の実施例と同様である。
【００６３】なお、本発明では高温燃焼ガス４９にスパ
イラル流を発生させる手段は、前記第１，第４，第５，
第６，第７の実施例に示す技術を選択的に組み合わせて
用いてもよい。
イラル流を発生させる手段は、前記第１，第４，第５，
第６，第７の実施例に示す技術を選択的に組み合わせて
用いてもよい。
【００６４】
【発明の効果】以上説明した本発明によれば、高温燃焼
ガスにスパイラル流を発生させる手段と、高温燃焼ガス
を改質器の半径方向に均一に分散させる整流手段との相
乗作用により、複数の改質管をそれぞれ周囲均一に加熱
することができるので、熱応力の差による改質管の変形
を防止し得る効果があり、改質管内の改質用触媒に均等
に反応熱を与えることができるので、触媒利用率の向上
を図り得る効果がある。
ガスにスパイラル流を発生させる手段と、高温燃焼ガス
を改質器の半径方向に均一に分散させる整流手段との相
乗作用により、複数の改質管をそれぞれ周囲均一に加熱
することができるので、熱応力の差による改質管の変形
を防止し得る効果があり、改質管内の改質用触媒に均等
に反応熱を与えることができるので、触媒利用率の向上
を図り得る効果がある。
【００６５】また、本発明によれば高温燃焼ガスを整流
板から直接改質管の列に流すようにしているので、高温
燃焼ガスを隔壁に設けられた孔を通過させることによる
圧力損失を回避でき、その分効率を高め得る効果があ
り、構造の簡略化を図り、安価に製作し得る効果があ
り、保守の作業性の向上を図り得る効果もある。
板から直接改質管の列に流すようにしているので、高温
燃焼ガスを隔壁に設けられた孔を通過させることによる
圧力損失を回避でき、その分効率を高め得る効果があ
り、構造の簡略化を図り、安価に製作し得る効果があ
り、保守の作業性の向上を図り得る効果もある。
【００６６】さらに、本発明によれば構造上、複数の改
質管の周囲に高温燃焼ガスを均等に供給できるので、設
計の自由度が大きく、改質器全体の大型化に容易に対応
し得る効果もある。
質管の周囲に高温燃焼ガスを均等に供給できるので、設
計の自由度が大きく、改質器全体の大型化に容易に対応
し得る効果もある。
【図１】本発明の第１の実施例を示す縦断面図である。
【図２】同第１の実施例において、整流板を下側から見
た図である。
た図である。
【図３】同第１の実施例において、整流板の凸部と改質
管の配置関係を示す平面図である。
管の配置関係を示す平面図である。
【図４】本発明の第２の実施例を示すもので、大型化に
対応した整流板の凸部と改質管の配置関係を示す平面図
である。
対応した整流板の凸部と改質管の配置関係を示す平面図
である。
【図５】本発明の第３の実施例を示す縦断面図である。
【図６】本発明の第４の実施例を示す縦断面図である。
【図７】本発明の第５の実施例を示す縦断面図である。
【図８】本発明の第６の実施例を示す縦断面図である。
【図９】本発明の第７の実施例を示す縦断面図である。
【図１０】従来技術を示す縦断面図である。
３０…改質器容器、３１…燃焼器、３２…燃焼筒、３３
…スパイラル状のガイドフィン、３４…整流板、３５…
整流板の内面側に設けられた凸部、３７…改質管、３８
…改質ガス管、４１…原料ガス流路、４２…改質ガス戻
り流路、４４…改質用触媒、４５…燃焼排ガス通路、４
７…原料ガス、４８…改質ガス、４９…高温燃焼ガス、
５０…整流板、５１…放射方向の凸部、５２…同心円状
の凸部、５３…スパイラル状の凹溝、５４…傾斜状の燃
焼器、５５…燃焼器、５６…スパイラル状のガイドフィ
ン、５７…首振り型のファン。
…スパイラル状のガイドフィン、３４…整流板、３５…
整流板の内面側に設けられた凸部、３７…改質管、３８
…改質ガス管、４１…原料ガス流路、４２…改質ガス戻
り流路、４４…改質用触媒、４５…燃焼排ガス通路、４
７…原料ガス、４８…改質ガス、４９…高温燃焼ガス、
５０…整流板、５１…放射方向の凸部、５２…同心円状
の凸部、５３…スパイラル状の凹溝、５４…傾斜状の燃
焼器、５５…燃焼器、５６…スパイラル状のガイドフィ
ン、５７…首振り型のファン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀内 進 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 昭61−106401（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−138307（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−11501（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−187502（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C01B 3/38 B01J 8/06 F28F 9/00 331 H01M 8/06
Claims (7)
- 【請求項１】 改質用触媒を内蔵する複数の改質管と、
前記改質用触媒に反応熱を与える燃焼器と、この燃焼器
の高温燃焼ガスを導く燃焼筒とを備えた改質器におい
て、前記高温燃焼ガスにスパイラル流を発生させる手段
を備え、かつ高温燃焼ガスの燃焼筒出口点には高温燃焼
ガスを改質器の半径方向に均一に分散させるための整流
手段を併設したことを特徴とする改質器。 - 【請求項２】 請求項１において、前記スパイラル流を
発生させる手段は、燃焼筒にスパイラル溝とガイドフィ
ンのいずれかを設けてなることを特徴とする改質器。 - 【請求項３】 請求項１において、前記スパイラル流を
発生させる手段は、燃焼器の燃料導入路にスパイラル溝
とガイドフィンのいずれかを設けてなることを特徴とす
る改質器。 - 【請求項４】 請求項１において、前記スパイラル流を
発生させる手段は、燃焼器を燃焼筒の軸中心に対して一
定量だけ変位させ、かつ直軸に対して一定角度曲げて設
置してなることを特徴とする改質器。 - 【請求項５】 請求項１において、前記スパイラル流を
発生させる手段は、燃焼器の出口部に首振り型のファン
を取り付けてなることを特徴とする改質器。 - 【請求項６】 請求項１において、スパイラル流を発生
させる手段は、請求項２ないし５の技術を選択的に組み
合わせてなることを特徴とする改質器。 - 【請求項７】 請求項１において、前記高温燃焼ガスの
整流手段は、半径方向に放射状に設けた凸部と、同心円
状に設けた凸部とからなることを特徴とする改質器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18496293A JP3306430B2 (ja) | 1993-07-27 | 1993-07-27 | 改質器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18496293A JP3306430B2 (ja) | 1993-07-27 | 1993-07-27 | 改質器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0733402A JPH0733402A (ja) | 1995-02-03 |
| JP3306430B2 true JP3306430B2 (ja) | 2002-07-24 |
Family
ID=16162401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18496293A Expired - Fee Related JP3306430B2 (ja) | 1993-07-27 | 1993-07-27 | 改質器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3306430B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005056468A1 (ja) * | 2003-12-09 | 2005-06-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 水素生成装置 |
| JP2007091584A (ja) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | Samsung Sdi Co Ltd | 燃料改質装置 |
| JP2007322019A (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Nippon Chem Plant Consultant:Kk | 燃焼器 |
| JP4981378B2 (ja) * | 2006-07-28 | 2012-07-18 | 大阪瓦斯株式会社 | 改質炉 |
| JP4990045B2 (ja) * | 2007-06-28 | 2012-08-01 | Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 | 水素製造装置及び燃料電池システム |
-
1993
- 1993-07-27 JP JP18496293A patent/JP3306430B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0733402A (ja) | 1995-02-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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