JP3899261B2 - 改質装置用蒸発器 - Google Patents
改質装置用蒸発器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3899261B2 JP3899261B2 JP2001387121A JP2001387121A JP3899261B2 JP 3899261 B2 JP3899261 B2 JP 3899261B2 JP 2001387121 A JP2001387121 A JP 2001387121A JP 2001387121 A JP2001387121 A JP 2001387121A JP 3899261 B2 JP3899261 B2 JP 3899261B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- evaporator
- reformer
- bumping
- heat exchanger
- inlet manifold
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- JSQJTXSZRADIKX-CJNXLEEOSA-N C/C=N\C/C=C/C=C Chemical compound C/C=N\C/C=C/C=C JSQJTXSZRADIKX-CJNXLEEOSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01B—BOILING; BOILING APPARATUS ; EVAPORATION; EVAPORATION APPARATUS
- B01B1/00—Boiling; Boiling apparatus for physical or chemical purposes ; Evaporation in general
- B01B1/005—Evaporation for physical or chemical purposes; Evaporation apparatus therefor, e.g. evaporation of liquids for gas phase reactions
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、水蒸気を熱交換器を介して改質部に供給する改質装置用蒸発器に関する。
【0002】
【従来の技術】
様々な分野において蒸気を発生させるための従来の蒸発器の内部における突沸が問題となるケースは多い。燃料電池システムにおいては改質装置で純水から蒸気を取り出す際に突沸が発生すると、改質装置の温度低下や、改質ガス中に水蒸気が多量に入り込む問題があった。
【0003】
そこで従来における蒸発器の内部における突沸に対する対策として、後述する従来技術に見られる様に突沸により吹き飛ばされた水を分離する方法(特開平5−288484、特開2001−46801)や、液体(水)が飛ばされない様、ブロックするバッフルを取り付ける(特開平7−702)方法が提案されている。
【0004】
すなわち従来の分離型熱交換器の蒸発部ユニットの気液分離構造(特開平5−288484)は、図7に示されるように二重管構造の伝熱管DTを配設し、上部ヘッダー管の外管との接続箇所に内管の内径より狭い開口部Oを有する気液分離構造Sによって、突沸が発生した時の気液分離を行うものであった。
【0005】
また従来の蒸留再生器(特開2001−46801)は、図8に示されるように蒸発槽Vの下部に配設された電熱ヒータHの上部を液状溶剤の液面より上に突出させ、蒸発槽の内壁に近接するようにコイル径を大きくして泡消し部Aを構成して、突沸が発生しても泡を泡消し部Aに接触させ、気液分離を行い、泡を消滅させるものであった。
【0006】
従来の蒸発装置の突沸防止機構(特開平7−702)は、図9に示されるように伝熱壁を介して液を加熱、沸騰させる蒸発装置において、伝熱壁Wの液側に、液の上昇流の抵抗となる複数の小孔または先端ジグザグ形状のバッフルBを取り付けることにより、突沸を防止するものであった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の突沸防止装置は、いずれも装置全体が複雑となり、改質装置への適用は、コスト面や装置の大きさの制約上困難であるという問題があった。
【0008】
そこで本発明者は、蒸発器から供給された水蒸気を熱交換器を介して改質部に供給する改質装置において、熱交換用ガスにより通過する水を蒸発させ水蒸気を生成する熱交換部を備えた蒸発熱交換器より成る前記蒸発器の前記熱交換部の少なくとも上流側の入口部に突沸防止部材を配設して、前記蒸発器内に発生した突沸を防止するという本発明の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた結果、装置全体が複雑になることを防止し、コスト面や装置の大きさの制約を解消し、改質装置への適用上の問題を解消するという目的を達成する本発明に到達した。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明(請求項1に記載の第1発明)の改質装置用蒸発器は、蒸発器から供給された水蒸気を熱交換器を介して改質部に供給する改質装置において、
前記熱交換器は前記改質器からCOシフト部に供給される改質ガスと前記蒸発器から供給された水蒸気と熱交換するものであり、
前記蒸発器が、熱交換用ガスにより通過する水を蒸発させ水蒸気を生成する熱交換部を備えた蒸発熱交換器より成り、該熱交換部の少なくとも上流側の入口部に突沸防止部材が配設されているものである。
【0010】
本発明(請求項2に記載の第2発明)の改質装置用蒸発器は、
前記第1発明において、
前記蒸発熱交換器が、燃焼バーナーから排出された排気ガスによって加熱された複数の配管内において供給された水を蒸発させる
ものである。
【0011】
本発明(請求項3に記載の第3発明)の改質装置用蒸発器は、
前記第2発明において、
前記複数の配管は、入口マニホールドおよび出口マニホールドに開口しており、前記突沸防止部材が、前記入口マニホールド内に配設されている
ものである。
【0012】
本発明(請求項4に記載の第4発明)の改質装置用蒸発器は、
前記第1〜第3発明のいずれかにおいて、
前記突沸防止部材が、繊維状の部材によって構成されている
ものである。
【0013】
本発明(請求項5に記載の第5発明)の改質装置用蒸発器は、
前記第4発明において、
前記繊維状の部材が、ステンレスウールによって構成されている
ものである。
【0014】
【発明の作用および効果】
上記構成より成る第1発明の改質装置用蒸発器は、蒸発器から供給された水蒸気を熱交換器を介して改質部に供給する改質装置において、前記熱交換器は前記改質器からCOシフト部に供給される改質ガスと前記蒸発器から供給された水蒸気と熱交換するものであり、前記蒸発器が、熱交換用ガスにより通過する水を蒸発させ水蒸気を生成する熱交換部を備えた蒸発熱交換器より成り、該熱交換部の少なくとも上流側の入口部に突沸防止部材が配設されているので、前記蒸発器内に発生した突沸を防止するという効果を奏するとともに、装置全体が複雑になることを防止し、コスト面や装置の大きさの制約を解消し、改質装置への適用上の問題を解消するという効果を奏する。
【0015】
上記構成より成る第2発明の改質装置用蒸発器は、前記第1発明において、前記蒸発熱交換器が、燃焼バーナーから排出された排気ガスによって加熱された複数の配管内において供給された水を蒸発させるので、前記燃焼バーナーからの排気ガスの加熱による前記蒸発器内に発生する突沸を防止するという効果を奏する。
【0016】
上記構成より成る第3発明の改質装置用蒸発器は、前記第2発明において、前記複数の配管が開口している前記入口マニホールド内に配設された前記突沸防止部材が、前記入口マニホールド内において前記蒸発器内に発生した突沸を防止するという効果を奏するとともに、前記入口マニホールド内に前記突沸防止部材を配設するものであるため、装置全体が複雑になることを防止し、コスト面や装置の大きさの制約を解消し、改質装置への適用上の問題を解消するという効果を奏する。
【0017】
上記構成より成る第4発明の改質装置用蒸発器は、前記第1〜第3発明のいずれかにおいて、前記入口マニホールド内に配設された前記突沸防止部材を構成する前記繊維状の部材によって、前記入口マニホールド内において前記蒸発器内に発生した突沸を防止するという効果を奏するとともに、前記入口マニホールド内に前記突沸防止部材を配設するものであるため、装置全体が複雑になることを防止し、コスト面や装置の大きさの制約を解消し、改質装置への適用上の問題を解消するという効果を奏する。
【0018】
上記構成より成る第5発明の改質装置用蒸発器は、前記第4発明において、前記繊維状の部材を構成する前記ステンレスウールによって、ステンレスウールの表面上において沸騰を促進するとともに、突沸発生時の水の流入を阻止することにより、前記入口マニホールド内において前記蒸発器内に発生した突沸を防止するという効果を奏する。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【0020】
(実施形態)
本実施形態の改質装置用蒸発器は、図1ないし図4に示されるように蒸発器1から供給された水蒸気を熱交換器2を介して改質器3に供給する改質装置において、前記蒸発器1が、熱交換用ガスにより通過する水を蒸発させ水蒸気を生成する熱交換部を備えた蒸発熱交換器10より成り、該熱交換部10の少なくとも上流側の入口部に繊維状の突沸防止部材4が配設されているものである。
【0021】
本実施形態における改質装置は、燃料改質装置の概略を示す図4に示されるように天然ガスを利用するもので、火炎が形成される燃焼バーナ5と、ルテニウム触媒より成り前記排出口より前記熱交換器2の高温側に直接的に改質ガスを供給する断熱材31によって包囲された改質部としての改質器3と、改質原料としての都市ガスを前記熱交換器2を介して改質器3に供給する昇圧ポンプ25と、燃焼排気ガスによって水を蒸発させ水蒸気を前記熱交換器2に供給する蒸発部1と、前記改質器3からの改質ガスを熱交換器2により原料ガスおよび水蒸気と熱交換する前記熱交換器2と、熱交換した前記改質ガスが供給される銅・亜鉛系触媒より成るCOシフト部6と、酸化剤が供給される選択酸化部7と、オフガスを排出するアノード極を備えた燃料電池スタック8とから成る。
【0022】
前記蒸発熱交換器10は、図1ないし図3に示されるようにそれぞれ平行に配設された複数の配管11と、該複数の配管11の上流端および下流端に入口マニホールド12および出口マニホールド13が形成され、前記複数の配管11の両端が入口マニホールド12および出口マニホールド13に開口している。
【0023】
上記蒸発熱交換器10は、シェルアンドチューブ型の蒸発熱交換器であり、燃焼バーナー5から排出された排気ガスの熱によって加熱された複数の配管11内において供給された水を蒸発させるように構成されている。
【0024】
前記突沸防止部材は、繊維状の部材によって構成され、すなわちステンレス製のウール材(ステンレスウール)によって構成され、複数の配管11の上流端が開口している前記入口マニホールド12内に充填配設されている。
【0025】
本実施形態においては、図2に示される天然ガスを原料とする改質装置において、水蒸気を生成するための蒸発器1は、燃焼バーナ5から排出される排気ガスの熱により、純水を蒸発させる役割を持つものである。
【0026】
図1に示される前記蒸発器1内において、純水を沸騰させる場合、純水はその特性上突沸を生じ易い。特に入口マニホールド12内で突沸が発生すると、蒸発器1の内部にある水が急激に前記改質器3の内部へ入り込み、改質部の温度を低下させると同時に水素濃度を低下させる問題があった。上記突沸は、沸点以上に加熱された水が外乱等をきっかけとして一気に気化する現象を言う。
【0027】
本実施形態においては、過熱時におけるウール表面上での沸騰促進および突沸発生時の図5に示される従来の圧力変動(図5中太線で示す)に伴う急激な水の前記改質器3への流入を防止するために、純水入口側マニホールド12にステンレス製ウールを充填して、圧力変動が抑制(図5中細線で示す)される。
【0028】
充填したステンレスウールの性状は、材質はSUS304であり、線径は12μmであり、密度は300kg/m3 である。
【0029】
本実施形態を実施した結果、図6に示されるように突沸による圧力変動(図6(A)中太線)および改質部温度の低下(図6(A)中細線)、水素濃度の低下を、それぞれ図6(B)の太線および細線で示されるように防止出来ることを確認することが出来た。
【0030】
本実施形態の改質装置用蒸発器は、前記蒸発器1内において、前記複数の配管11が開口している前記入口マニホールド12内に配設された前記ウール状の突沸防止部材4が、前記入口マニホールド12内において前記蒸発器1内に発生した突沸を防止するという効果を奏するとともに、前記入口マニホールド12内に前記ウール状の突沸防止部材4を配設するものであるため、装置全体が複雑になることを防止し、コスト面や装置の大きさの制約を解消し、改質装置への適用上の問題を解消するという効果を奏する。
【0031】
また本実施形態の改質装置用蒸発器は、前記ウール状の部材を構成する前記ステンレスウールによって、ステンレスウールの表面上において沸騰を促進するとともに、突発発生時の水の流入を阻止することにより、前記入口マニホールド12内において前記蒸発器1内に発生した突沸を防止するという効果を奏する。
【0032】
上述の実施形態は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【0033】
上記実施形態においては、蒸発器の構成の一例としてシェルアンドチューブ型について説明したが、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、入口マニホールドを持つその他の形式のものを採用することが出来る。
【0034】
上記実施形態においては、突沸防止部材の一例としてステンレスウールについて説明したが、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、グラスウール、石英ウール、炭素繊維、炭化珪素繊維などの繊維状部材、発泡材(金属、非金属)、焼結部材などの多孔質状の部材、その他アルミナ、ガラスビーズなどの球状物を詰め込んだ部材等を採用することが出来る。
【0035】
本発明の改質装置用蒸発器は、前記突沸防止部材として、多孔質状の部材または焼結部材によって構成することが可能である。なお、ここでいう焼結部材とは、セラミックス(アルミナ、窒化アルミ等)や金属を多孔質となるように焼結したものである。
【0036】
上記構成より成る本発明の改質装置用蒸発器は、前記入口マニホールド内に配設された前記突沸防止部材を構成する前記多孔質状の部材または焼結部材によって、前記入口マニホールド内において前記蒸発器内に発生した突沸を防止するという効果を奏するとともに、前記入口マニホールド内に前記突沸防止部材を配設するものであるため、装置全体が複雑になることを防止し、コスト面や装置の大きさの制約を解消し、改質装置への適用上の問題を解消するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の改質装置用蒸発器を示す縦断面図である。
【図2】本実施形態の改質装置用蒸発器を示す外観斜視図である。
【図3】本実施形態の改質装置用蒸発器内に配設される複数の配管の配設態様を示す斜視図である。
【図4】本実施形態の蒸発器を適用する改質装置全体の概要を示す全体断面図である。
【図5】突沸発生時における従来および本実施形態の圧力変動を示す線図である。
【図6】本実施形態および従来における突沸による改質部温度の低下および水素濃度の低下の防止効果を確認した結果をそれそれ示す線図である。
【図7】従来の分離型熱交換器の蒸発部ユニットの気液分離構造を示す断面図である。
【図8】従来の蒸留再生器を示す断面図である。
【図9】従来の蒸発装置の突沸防止機構を示す断面図である。
【符号の説明】
1 蒸発器
2 熱交換器
3 改質器
4 突沸防止部材
10 蒸発熱交換器
Claims (5)
- 蒸発器から供給された水蒸気を熱交換器を介して改質器に供給する改質装置において、
前記熱交換器は前記改質器からCOシフト部に供給される改質ガスと前記蒸発器から供給された水蒸気と熱交換するものであり、
前記蒸発器が、熱交換用ガスにより通過する水を蒸発させ水蒸気を生成する熱交換部を備えた蒸発熱交換器より成り、該熱交換部の少なくとも上流側の入口部に突沸防止部材が配設されている
ことを特徴とする改質装置用蒸発器。 - 請求項1において、
前記蒸発熱交換器が、燃焼バーナーから排出された排気ガスによって加熱された複数の配管内において供給された水を蒸発させる
ことを特徴とする改質装置用蒸発器。 - 請求項2において、
前記複数の配管は、入口マニホールドおよび出口マニホールドに開口しており、前記突沸防止部材が、前記入口マニホールド内に配設されている
ことを特徴とする改質装置用蒸発器。 - 請求項1〜3のいずれかにおいて、
前記突沸防止部材が、繊維状の部材によって構成されている
ことを特徴とする改質装置用蒸発器。 - 請求項4において、
前記繊維状の部材が、ステンレスウールによって構成されている
ことを特徴とする改質装置用蒸発器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001387121A JP3899261B2 (ja) | 2001-12-20 | 2001-12-20 | 改質装置用蒸発器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001387121A JP3899261B2 (ja) | 2001-12-20 | 2001-12-20 | 改質装置用蒸発器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003192304A JP2003192304A (ja) | 2003-07-09 |
JP3899261B2 true JP3899261B2 (ja) | 2007-03-28 |
Family
ID=27596044
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001387121A Expired - Fee Related JP3899261B2 (ja) | 2001-12-20 | 2001-12-20 | 改質装置用蒸発器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3899261B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100933017B1 (ko) | 2005-03-18 | 2009-12-21 | 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 | 연료 개질 장치 |
DE102007050799B3 (de) * | 2007-10-24 | 2008-10-23 | Cfc Solutions Gmbh | Einrichtung zur Befeuchtung und Erhitzung eines zu reformierenden Brenngases für eine Brennstoffzellenanlage |
JP2011136865A (ja) * | 2009-12-28 | 2011-07-14 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 改質装置、改質ユニットおよび燃料電池システム |
JP6175010B2 (ja) * | 2014-02-13 | 2017-08-02 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池モジュール |
JP7212977B1 (ja) | 2022-06-27 | 2023-01-26 | アクア化学株式会社 | 蒸留装置 |
-
2001
- 2001-12-20 JP JP2001387121A patent/JP3899261B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003192304A (ja) | 2003-07-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8636828B2 (en) | Hydrogen purification membranes, components and fuel processing systems containing the same | |
JP4189212B2 (ja) | 水素生成装置とそれを備える燃料電池システム | |
JP3961443B2 (ja) | 蒸発器 | |
JP2004149402A (ja) | 水素生成器とそれを備える燃料電池システム | |
TWI289184B (en) | Miniature vaporizers for use with chemical converters and energy devices | |
JP2010238446A (ja) | 燃料電池システム | |
JP3899261B2 (ja) | 改質装置用蒸発器 | |
JP5461756B2 (ja) | 蒸発器 | |
JPS62260701A (ja) | 原料改質装置 | |
JP5809365B2 (ja) | 燃料電池用加湿熱交換器 | |
JP3603274B2 (ja) | 燃料蒸発器 | |
JP6596856B2 (ja) | 改質水蒸発器及び発電装置 | |
JP2005263603A (ja) | 改質器および燃料電池システム | |
TW201145663A (en) | Reforming unit and fuel cell system | |
JP2001010804A (ja) | 燃料改質器及びこれを具えた燃料電池システム | |
JP4069621B2 (ja) | 改質装置 | |
JP4417022B2 (ja) | 燃料電池用灯油燃料気化器及び気化方法 | |
AU2006338580B2 (en) | Vaporizer and methods relating to same | |
JP3011590B2 (ja) | 燃料改質装置用気化器 | |
US7219628B1 (en) | Vaporizer and methods relating to same | |
JP3889328B2 (ja) | 蒸発器 | |
JP4169315B2 (ja) | 水蒸気改質装置 | |
KR101352260B1 (ko) | 연료전지용 가습 열교환기 | |
KR101352255B1 (ko) | 연료전지용 가습 열교환기 | |
JP2001135335A (ja) | 燃料蒸発器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040922 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060615 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060621 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060810 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060912 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20061219 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20061225 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100105 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110105 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120105 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130105 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130105 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140105 Year of fee payment: 7 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |