JP3555703B2 - 中空円筒形プレート型改質器 - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は改質器に係わり、更に詳しくは、溶融炭酸塩型燃料電池におけるプレート型改質器に関する。
【0002】
【従来の技術】
溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率、かつ環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行われている。特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃料電池を用いた発電設備では、図5に模式的に示す天然ガス等の原料ガスを水素を含むガスに改質するために改質器が用いられる。改質器は、隔壁で分離された燃焼室Coと改質室Reからなり、燃焼室Coで燃料ガス1(例えば燃料電池からのアノード排ガス)を燃焼させ、その熱で改質室Reを加熱し、その内部に充填された改質触媒3により改質室を流れる原料ガス2を水素を含むガス4(以下、改質ガスという)に改質するようになっている。
【0003】
燃料電池発電装置における改質器には、上述した改質室Reと燃焼室Coが平板状のプレート型改質器が提案され用いられている。このプレート型改質器は、図6に例示するように、改質室Reと燃焼室Coをそれぞれ平板状に構成して交互に積層したものであり、この燃焼室Coには、粒子状の燃焼触媒5が平板状に充填され、外部マニホールド6a,6bから供給される燃料ガス1と燃焼用空気7とが、図に破線で示すように流れ、燃焼触媒5の作用により反応(燃焼)して発熱し、燃焼排ガス8が反対側の外部マニホールド6cから排出される。一方、改質室Reには、粒子状の改質触媒3が同様に平板状に充填され、外部マニホールド6dから供給される原料ガス2が、図に実線で示すように流れ、改質触媒3の作用により原料ガス2を改質し、改質ガス4が、反対側の外部マニホールド6eから排出されるようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来のプレート型改質器では、▲1▼全体が矩形であり、溶接等で連結されたコーナー部が多く、昇温時にこのコーナー部に高い熱応力が発生して、亀裂や漏れの原因となる問題点があった。また、▲2▼改質ガス4の出口と、低温の燃焼ガス1及び燃焼用空気7の入口とが、隔壁を隔てて上下に隣接しているので、改質されて高温(例えば約700℃)になった改質ガス4が改質触媒3を出た部分で低温の燃焼ガス1及び燃焼用空気7と熱交換し、外部マニホールド5eを出る改質ガスの温度が低くなり過ぎる(例えば約680℃)問題点があった。
【0005】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、コーナー部が少なく過大な熱応力の発生部分が少なく、かつ改質ガスを高温のまま供給することができるプレート型改質器を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、内管と外管の間にドーナツ状の複数の燃焼室と改質室が交互に伝熱隔壁を隔てて積層され、各燃焼室は、単一の分散室とその軸方向両側に配置された一対の燃焼触媒室とから構成される中空円筒形のプレート型改質器であって、全体が周方向にA,B,C,D,E,F,Gの順で7つの領域に区分され、領域A,B,C,D,Eの外管の外側には、外管を貫通する開口を介して連通した原料ガスマニホールド、排ガスマニホールド、空気マニホールド、燃料ガスマニホールド、及び改質ガスマニホールドがそれぞれ設けられ、各分散室は、領域A,B間及び領域C,D間に気密仕切板が設けられ、かつ領域E及びFの燃焼触媒室との隔壁に複数の燃料噴射穴が設けられ、各燃焼触媒室は、領域B,C間に気密仕切板、領域A,B間及び領域C,D間に貫通穴を有する連通仕切板がそれぞれ設けられ、かつ領域D,E,F,G,Aには燃焼触媒が充填されており、各改質室は、領域A,B間及び領域D,E間に気密仕切板、領域A,G間、領域E,F間、及び領域F,G間には連通仕切板がそれぞれ設けられ、かつ領域Fには耐熱粒子、領域Gには改質触媒が充填されている、ことを特徴とする中空円筒形プレート型改質器が提供される。
【0007】
本発明の好ましい実施例によれば、領域Aの分散室と燃焼触媒室間の隔壁に、前記燃料噴射穴よりも小さい燃料排出穴が設けられ、該燃料排出穴を通して少量の燃料ガスを隣接する燃焼触媒室に導く。また、前記改質室の半径方向内面幅は、前記燃焼触媒室の半径方向内面幅より狭くかつ燃焼触媒室の半径方向中央部に位置し、これにより燃焼触媒室の半径方向中央部から主として改質室に伝熱する。更に、前記燃焼触媒室は、前記燃料噴射穴を有する部分が軸方向に狭く構成されており、これにより燃料噴射穴に面する燃焼触媒室内の空気の周方向の流速を部分的に増大させる、ことが好ましい。
【0008】
【作用】
上述した本発明の構成によれば、プレート型改質器が、内管と外管の間にドーナツ状の複数の燃焼室と改質室が交互に伝熱隔壁を隔てて積層され、かつ各燃焼室が単一の分散室と一対の燃焼触媒室とから構成された中空円筒形をしているので、全体が中空円筒形であり溶接等で連結されたコーナー部をほとんどなくすことができ、発生する熱応力を大幅に緩和することができる。
【0009】
また、改質室の改質触媒が充填された領域Gで改質された改質ガスは、耐熱粒子(例えばアルミナボール)が充填された領域Fと領域Eを通って改質ガスマニホールドに導かれるので、改質室の両側に位置する燃焼触媒室の燃焼触媒が充填された領域Fと領域Eからの伝熱により、改質後の改質ガスを更に加熱することができる。従って、改質されて高温(例えば約700℃)になった改質ガスを更に高温に加熱(例えば約780℃まで)することができ、改質ガスを高温のまま供給することができる。
【0010】
【実施例】
以下に本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付して使用する。
図1は、本発明による中空円筒形プレート型改質器の一例を示す平面図(A)とそのA−A線における側面断面図(B)である。この図に示すように、本発明の中空円筒形プレート型改質器10は、内管11と外管12の間にドーナツ状の複数の燃焼室Coと改質室Reが交互に伝熱隔壁13を隔てて積層されている。また各燃焼室Coは、単一の分散室14とその軸方向両側に配置された一対の燃焼触媒室15とからなる。
【0011】
また、図1に示すように、本発明の中空円筒形プレート型改質器10は、全体が周方向にA,B,C,D,E,F,Gの順で7つの領域に区分され、領域A,B,C,D,Eの外管12の外側には、外管12を貫通する開口12aを介して連通した原料ガスマニホールド16a、排ガスマニホールド16b、空気マニホールド16c、燃料ガスマニホールド16d、及び改質ガスマニホールド16eがそれぞれ設けられている。この図において、領域A〜Gは平面図で時計周りに順に配置されているが、本発明はこれに限定されず、反時計周りに配置してもよい。また、図1では、中空円筒形の軸線を上下方向に向けて全体を配置しているが、軸線を水平に配置してもよく、或いは斜めに配置してもよい。なお、以下、図1の配置に基づいて説明する。
【0012】
図2(A)は、分散室14の平面図である。この図に示すように、各分散室14は、領域A,B間及び領域C,D間に気密仕切板14a、14bが設けられ、かつ領域E及びFの燃焼触媒室との隔壁17に複数の燃料噴射穴17aが設けられている。かかる構成により、燃料ガスマニホールド16dから分散室14の領域Dに入った燃料ガスを、燃料噴射穴17aを通して燃焼触媒室15の領域E及びFに噴射することができる。
【0013】
また、図2(A)に示すように、領域Aの分散室14と燃焼触媒室15の間の隔壁17に、燃料噴射穴17aよりも小さい燃料排出穴17bが設けられている。この構成により、燃料排出穴17bを通して少量の燃料ガスを隣接する燃焼触媒室15に導くことができ、運転中の燃料ガスの滞留と、プラント停止時のガスパージ時間を短縮することができる。
【0014】
図2(B)は燃焼触媒室15の平面図である。この図に示すように、各燃焼触媒室15には、領域B,C間に気密仕切板15a、領域A,B間及び領域C,D間に貫通穴を有する連通仕切板15b,15cがそれぞれ設けられている。また、燃焼触媒室15の領域E,F,G,Aには燃焼触媒5が充填されている。かかる構成により、空気マニホールド16cから領域Cに入った空気を領域D,E,F,G,A,Bの順で周方向に流し、排ガスマニホールド16bから排気することができる。また、前述のように領域E及びFには、燃料噴射穴17aを通して分散室14から燃料ガスが流入して空気と混合し、燃焼触媒5の作用で領域E,F,G,Aで燃料ガスが燃焼し、その熱を隣接する改質室Reに伝熱することができる。
【0015】
図2(C)は、改質室Reの平面図である。この図に示すように、各改質室Reは、領域A,B間及び領域D,E間に気密仕切板18a,18b、領域A,G間、領域E,F間、及び領域Fの中間には連通仕切板18c,18d,18fがそれぞれ設けられている。また領域Fの領域E側には耐熱粒子19(例えばアルミナボール)、領域G及び領域Fの一部には改質触媒3が充填されている。かかる構成により、原料ガスマニホールド16aから領域Aに入った原料ガスを、領域G,F,Eの順で周方向に流し、改質ガスマニホールド16eを介して外部に供給することができる。原料ガスは、領域G及びFに充填された改質触媒3の作用で改質されて改質ガスとなり、更に、改質反応が完了した改質ガスを隣接する燃焼触媒室の領域Fと領域Eからの伝熱により、更に加熱することができる。従って、改質されて高温(例えば約700℃)になった改質ガスを更に高温に加熱(例えば約780℃まで)することができ、改質ガスを高温のまま供給することができる。
【0016】
図3(A)は、図1(B)の部分拡大図であり、図3(B)は、その改質室における半径方向の温度分布である。この図に示すように、改質室Reの半径方向内面幅は、燃焼触媒室15の半径方向内面幅より狭く構成されており、また、改質室Reは、燃焼触媒室15の半径方向中央部に位置している。かかる構成により、図3(B)に示すように内管11及び外管12からの放熱により温度が低下する部分からの改質室Reへの伝熱を少なくし、燃焼触媒室15の半径方向中央部から主として改質室Reに伝熱することができ、改質室の壁面近くの改質率を向上させることができる。
【0017】
図4(A)は、領域Dの分散室14及び燃焼触媒室15の周方向部分断面図である。この図に示すように、燃焼触媒室15は、燃料噴射穴17aを有する部分が軸方向に狭く構成されており、これにより燃料噴射穴17aに面する燃焼触媒室15内の空気の周方向の流速を部分的に増大させ、その部分の静圧を下げ、燃料ガスの分散室14から燃焼触媒室15への吸い込みを図りその逆流を防止するようになっている。
【0018】
なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できることは勿論である。
【0019】
【発明の効果】
上述したように、本発明の構成によれば、プレート型改質器が、内管と外管の間にドーナツ状の複数の燃焼室と改質室が交互に伝熱隔壁を隔てて積層され、かつ各燃焼室が単一の分散室と一対の燃焼触媒室とから構成された中空円筒形をしているので、全体が中空円筒形であり溶接等で連結されたコーナー部をほとんどなくすことができ、発生する熱応力を大幅に緩和することができる。
【0020】
また、改質室の改質触媒が充填された領域Gで改質された改質ガスは、耐熱粒子(例えばアルミナボール)が充填された領域Fと領域Eを通って改質ガスマニホールドに導かれるので、改質室の両側に位置する燃焼触媒室の燃焼触媒が充填された領域Fと領域Eからの伝熱により、改質後の改質ガスを更に加熱することができる。従って、改質されて高温(例えば約700℃)になった改質ガスを更に高温に加熱(例えば約780℃まで)することができ、改質ガスを高温のまま供給することができる。
【0021】
従って、本発明の中空円筒形プレート型改質器は、コーナー部が少なく過大な熱応力の発生部分が少なく、かつ改質ガスを高温のまま供給することができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による中空円筒形プレート型改質器の一例を示す平面図(A)とそのA−A線における側面断面図(B)である。
【図2】分散室、燃焼触媒室、改質室の平面図である。
【図3】図1(B)の部分拡大図と改質室における半径方向の温度分布である。
【図4】領域Dの分散室及び燃焼触媒室の周方向部分断面図である。
【図5】改質器の模式図である。
【図6】従来のプレート型改質器の構成図である。
【符号の説明】
1 燃料ガス
2 原料ガス
3 改質触媒
4 改質ガス
5 燃焼触媒
6a〜6e 外部マニホールド
7 燃焼用空気
8 燃焼排ガス
10 中空円筒形プレート型改質器
11 内管
12 外管
12a 開口
13 伝熱隔壁
14 分散室
14a,14b 気密仕切板
15 燃焼触媒室
15a 気密仕切板
15b,15c 連通仕切板
16a〜16e マニホールド
17a,17b 穴
18a,18b 気密仕切板
18c〜18f 連通仕切板
19 耐熱粒子(アルミナボール)
Re 改質室
Co 燃焼室
【産業上の利用分野】
本発明は改質器に係わり、更に詳しくは、溶融炭酸塩型燃料電池におけるプレート型改質器に関する。
【0002】
【従来の技術】
溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率、かつ環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行われている。特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃料電池を用いた発電設備では、図5に模式的に示す天然ガス等の原料ガスを水素を含むガスに改質するために改質器が用いられる。改質器は、隔壁で分離された燃焼室Coと改質室Reからなり、燃焼室Coで燃料ガス1(例えば燃料電池からのアノード排ガス)を燃焼させ、その熱で改質室Reを加熱し、その内部に充填された改質触媒3により改質室を流れる原料ガス2を水素を含むガス4(以下、改質ガスという)に改質するようになっている。
【0003】
燃料電池発電装置における改質器には、上述した改質室Reと燃焼室Coが平板状のプレート型改質器が提案され用いられている。このプレート型改質器は、図6に例示するように、改質室Reと燃焼室Coをそれぞれ平板状に構成して交互に積層したものであり、この燃焼室Coには、粒子状の燃焼触媒5が平板状に充填され、外部マニホールド6a,6bから供給される燃料ガス1と燃焼用空気7とが、図に破線で示すように流れ、燃焼触媒5の作用により反応(燃焼)して発熱し、燃焼排ガス8が反対側の外部マニホールド6cから排出される。一方、改質室Reには、粒子状の改質触媒3が同様に平板状に充填され、外部マニホールド6dから供給される原料ガス2が、図に実線で示すように流れ、改質触媒3の作用により原料ガス2を改質し、改質ガス4が、反対側の外部マニホールド6eから排出されるようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来のプレート型改質器では、▲1▼全体が矩形であり、溶接等で連結されたコーナー部が多く、昇温時にこのコーナー部に高い熱応力が発生して、亀裂や漏れの原因となる問題点があった。また、▲2▼改質ガス4の出口と、低温の燃焼ガス1及び燃焼用空気7の入口とが、隔壁を隔てて上下に隣接しているので、改質されて高温(例えば約700℃)になった改質ガス4が改質触媒3を出た部分で低温の燃焼ガス1及び燃焼用空気7と熱交換し、外部マニホールド5eを出る改質ガスの温度が低くなり過ぎる(例えば約680℃)問題点があった。
【0005】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、コーナー部が少なく過大な熱応力の発生部分が少なく、かつ改質ガスを高温のまま供給することができるプレート型改質器を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、内管と外管の間にドーナツ状の複数の燃焼室と改質室が交互に伝熱隔壁を隔てて積層され、各燃焼室は、単一の分散室とその軸方向両側に配置された一対の燃焼触媒室とから構成される中空円筒形のプレート型改質器であって、全体が周方向にA,B,C,D,E,F,Gの順で7つの領域に区分され、領域A,B,C,D,Eの外管の外側には、外管を貫通する開口を介して連通した原料ガスマニホールド、排ガスマニホールド、空気マニホールド、燃料ガスマニホールド、及び改質ガスマニホールドがそれぞれ設けられ、各分散室は、領域A,B間及び領域C,D間に気密仕切板が設けられ、かつ領域E及びFの燃焼触媒室との隔壁に複数の燃料噴射穴が設けられ、各燃焼触媒室は、領域B,C間に気密仕切板、領域A,B間及び領域C,D間に貫通穴を有する連通仕切板がそれぞれ設けられ、かつ領域D,E,F,G,Aには燃焼触媒が充填されており、各改質室は、領域A,B間及び領域D,E間に気密仕切板、領域A,G間、領域E,F間、及び領域F,G間には連通仕切板がそれぞれ設けられ、かつ領域Fには耐熱粒子、領域Gには改質触媒が充填されている、ことを特徴とする中空円筒形プレート型改質器が提供される。
【0007】
本発明の好ましい実施例によれば、領域Aの分散室と燃焼触媒室間の隔壁に、前記燃料噴射穴よりも小さい燃料排出穴が設けられ、該燃料排出穴を通して少量の燃料ガスを隣接する燃焼触媒室に導く。また、前記改質室の半径方向内面幅は、前記燃焼触媒室の半径方向内面幅より狭くかつ燃焼触媒室の半径方向中央部に位置し、これにより燃焼触媒室の半径方向中央部から主として改質室に伝熱する。更に、前記燃焼触媒室は、前記燃料噴射穴を有する部分が軸方向に狭く構成されており、これにより燃料噴射穴に面する燃焼触媒室内の空気の周方向の流速を部分的に増大させる、ことが好ましい。
【0008】
【作用】
上述した本発明の構成によれば、プレート型改質器が、内管と外管の間にドーナツ状の複数の燃焼室と改質室が交互に伝熱隔壁を隔てて積層され、かつ各燃焼室が単一の分散室と一対の燃焼触媒室とから構成された中空円筒形をしているので、全体が中空円筒形であり溶接等で連結されたコーナー部をほとんどなくすことができ、発生する熱応力を大幅に緩和することができる。
【0009】
また、改質室の改質触媒が充填された領域Gで改質された改質ガスは、耐熱粒子(例えばアルミナボール)が充填された領域Fと領域Eを通って改質ガスマニホールドに導かれるので、改質室の両側に位置する燃焼触媒室の燃焼触媒が充填された領域Fと領域Eからの伝熱により、改質後の改質ガスを更に加熱することができる。従って、改質されて高温(例えば約700℃)になった改質ガスを更に高温に加熱(例えば約780℃まで)することができ、改質ガスを高温のまま供給することができる。
【0010】
【実施例】
以下に本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付して使用する。
図1は、本発明による中空円筒形プレート型改質器の一例を示す平面図(A)とそのA−A線における側面断面図(B)である。この図に示すように、本発明の中空円筒形プレート型改質器10は、内管11と外管12の間にドーナツ状の複数の燃焼室Coと改質室Reが交互に伝熱隔壁13を隔てて積層されている。また各燃焼室Coは、単一の分散室14とその軸方向両側に配置された一対の燃焼触媒室15とからなる。
【0011】
また、図1に示すように、本発明の中空円筒形プレート型改質器10は、全体が周方向にA,B,C,D,E,F,Gの順で7つの領域に区分され、領域A,B,C,D,Eの外管12の外側には、外管12を貫通する開口12aを介して連通した原料ガスマニホールド16a、排ガスマニホールド16b、空気マニホールド16c、燃料ガスマニホールド16d、及び改質ガスマニホールド16eがそれぞれ設けられている。この図において、領域A〜Gは平面図で時計周りに順に配置されているが、本発明はこれに限定されず、反時計周りに配置してもよい。また、図1では、中空円筒形の軸線を上下方向に向けて全体を配置しているが、軸線を水平に配置してもよく、或いは斜めに配置してもよい。なお、以下、図1の配置に基づいて説明する。
【0012】
図2(A)は、分散室14の平面図である。この図に示すように、各分散室14は、領域A,B間及び領域C,D間に気密仕切板14a、14bが設けられ、かつ領域E及びFの燃焼触媒室との隔壁17に複数の燃料噴射穴17aが設けられている。かかる構成により、燃料ガスマニホールド16dから分散室14の領域Dに入った燃料ガスを、燃料噴射穴17aを通して燃焼触媒室15の領域E及びFに噴射することができる。
【0013】
また、図2(A)に示すように、領域Aの分散室14と燃焼触媒室15の間の隔壁17に、燃料噴射穴17aよりも小さい燃料排出穴17bが設けられている。この構成により、燃料排出穴17bを通して少量の燃料ガスを隣接する燃焼触媒室15に導くことができ、運転中の燃料ガスの滞留と、プラント停止時のガスパージ時間を短縮することができる。
【0014】
図2(B)は燃焼触媒室15の平面図である。この図に示すように、各燃焼触媒室15には、領域B,C間に気密仕切板15a、領域A,B間及び領域C,D間に貫通穴を有する連通仕切板15b,15cがそれぞれ設けられている。また、燃焼触媒室15の領域E,F,G,Aには燃焼触媒5が充填されている。かかる構成により、空気マニホールド16cから領域Cに入った空気を領域D,E,F,G,A,Bの順で周方向に流し、排ガスマニホールド16bから排気することができる。また、前述のように領域E及びFには、燃料噴射穴17aを通して分散室14から燃料ガスが流入して空気と混合し、燃焼触媒5の作用で領域E,F,G,Aで燃料ガスが燃焼し、その熱を隣接する改質室Reに伝熱することができる。
【0015】
図2(C)は、改質室Reの平面図である。この図に示すように、各改質室Reは、領域A,B間及び領域D,E間に気密仕切板18a,18b、領域A,G間、領域E,F間、及び領域Fの中間には連通仕切板18c,18d,18fがそれぞれ設けられている。また領域Fの領域E側には耐熱粒子19(例えばアルミナボール)、領域G及び領域Fの一部には改質触媒3が充填されている。かかる構成により、原料ガスマニホールド16aから領域Aに入った原料ガスを、領域G,F,Eの順で周方向に流し、改質ガスマニホールド16eを介して外部に供給することができる。原料ガスは、領域G及びFに充填された改質触媒3の作用で改質されて改質ガスとなり、更に、改質反応が完了した改質ガスを隣接する燃焼触媒室の領域Fと領域Eからの伝熱により、更に加熱することができる。従って、改質されて高温(例えば約700℃)になった改質ガスを更に高温に加熱(例えば約780℃まで)することができ、改質ガスを高温のまま供給することができる。
【0016】
図3(A)は、図1(B)の部分拡大図であり、図3(B)は、その改質室における半径方向の温度分布である。この図に示すように、改質室Reの半径方向内面幅は、燃焼触媒室15の半径方向内面幅より狭く構成されており、また、改質室Reは、燃焼触媒室15の半径方向中央部に位置している。かかる構成により、図3(B)に示すように内管11及び外管12からの放熱により温度が低下する部分からの改質室Reへの伝熱を少なくし、燃焼触媒室15の半径方向中央部から主として改質室Reに伝熱することができ、改質室の壁面近くの改質率を向上させることができる。
【0017】
図4(A)は、領域Dの分散室14及び燃焼触媒室15の周方向部分断面図である。この図に示すように、燃焼触媒室15は、燃料噴射穴17aを有する部分が軸方向に狭く構成されており、これにより燃料噴射穴17aに面する燃焼触媒室15内の空気の周方向の流速を部分的に増大させ、その部分の静圧を下げ、燃料ガスの分散室14から燃焼触媒室15への吸い込みを図りその逆流を防止するようになっている。
【0018】
なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できることは勿論である。
【0019】
【発明の効果】
上述したように、本発明の構成によれば、プレート型改質器が、内管と外管の間にドーナツ状の複数の燃焼室と改質室が交互に伝熱隔壁を隔てて積層され、かつ各燃焼室が単一の分散室と一対の燃焼触媒室とから構成された中空円筒形をしているので、全体が中空円筒形であり溶接等で連結されたコーナー部をほとんどなくすことができ、発生する熱応力を大幅に緩和することができる。
【0020】
また、改質室の改質触媒が充填された領域Gで改質された改質ガスは、耐熱粒子(例えばアルミナボール)が充填された領域Fと領域Eを通って改質ガスマニホールドに導かれるので、改質室の両側に位置する燃焼触媒室の燃焼触媒が充填された領域Fと領域Eからの伝熱により、改質後の改質ガスを更に加熱することができる。従って、改質されて高温(例えば約700℃)になった改質ガスを更に高温に加熱(例えば約780℃まで)することができ、改質ガスを高温のまま供給することができる。
【0021】
従って、本発明の中空円筒形プレート型改質器は、コーナー部が少なく過大な熱応力の発生部分が少なく、かつ改質ガスを高温のまま供給することができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による中空円筒形プレート型改質器の一例を示す平面図(A)とそのA−A線における側面断面図(B)である。
【図2】分散室、燃焼触媒室、改質室の平面図である。
【図3】図1(B)の部分拡大図と改質室における半径方向の温度分布である。
【図4】領域Dの分散室及び燃焼触媒室の周方向部分断面図である。
【図5】改質器の模式図である。
【図6】従来のプレート型改質器の構成図である。
【符号の説明】
1 燃料ガス
2 原料ガス
3 改質触媒
4 改質ガス
5 燃焼触媒
6a〜6e 外部マニホールド
7 燃焼用空気
8 燃焼排ガス
10 中空円筒形プレート型改質器
11 内管
12 外管
12a 開口
13 伝熱隔壁
14 分散室
14a,14b 気密仕切板
15 燃焼触媒室
15a 気密仕切板
15b,15c 連通仕切板
16a〜16e マニホールド
17a,17b 穴
18a,18b 気密仕切板
18c〜18f 連通仕切板
19 耐熱粒子(アルミナボール)
Re 改質室
Co 燃焼室
Claims (4)
- 内管と外管の間にドーナツ状の複数の燃焼室と改質室が交互に伝熱隔壁を隔てて積層され、各燃焼室は、単一の分散室とその軸方向両側に配置された一対の燃焼触媒室とから構成される中空円筒形のプレート型改質器であって、
全体が周方向にA,B,C,D,E,F,Gの順で7つの領域に区分され、領域A,B,C,D,Eの外管の外側には、外管を貫通する開口を介して連通した原料ガスマニホールド、排ガスマニホールド、空気マニホールド、燃料ガスマニホールド、及び改質ガスマニホールドがそれぞれ設けられ、
各分散室は、領域A,B間及び領域C,D間に気密仕切板が設けられ、かつ領域E及びFの燃焼触媒室との隔壁に複数の燃料噴射穴が設けられ、
各燃焼触媒室は、領域B,C間に気密仕切板、領域A,B間及び領域C,D間に貫通穴を有する連通仕切板がそれぞれ設けられ、かつ領域D,E,F,G,Aには燃焼触媒が充填されており、
各改質室は、領域A,B間及び領域D,E間に気密仕切板、領域A,G間、領域E,F間、及び領域F,G間には連通仕切板がそれぞれ設けられ、かつ領域Fには耐熱粒子、領域Gには改質触媒が充填されている、ことを特徴とする中空円筒形プレート型改質器。 - 領域Aの分散室と燃焼触媒室間の隔壁に、前記燃料噴射穴よりも小さい燃料排出穴が設けられ、該燃料排出穴を通して少量の燃料ガスを隣接する燃焼触媒室に導く、ことを特徴とする請求項1に記載の中空円筒形プレート型改質器。
- 前記改質室の半径方向内面幅は、前記燃焼触媒室の半径方向内面幅より狭くかつ燃焼触媒室の半径方向中央部に位置し、これにより燃焼触媒室の半径方向中央部から主として改質室に伝熱する、ことを特徴とする請求項1に記載の中空円筒形プレート型改質器。
- 前記燃焼触媒室は、前記燃料噴射穴を有する部分が軸方向に狭く構成されており、これにより燃料噴射穴に面する燃焼触媒室内の空気の周方向の流速を部分的に増大させる、ことを特徴とする請求項1に記載の中空円筒形プレート型改質器。
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