JP4163657B2 - Fuel reformer - Google Patents
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Description
本発明は燃料改質装置、特に、燃料電池に燃料を供給すべく、メタノール、炭化水素等の原料ガスから水素を含む改質ガスを製造する装置の改良に関する。 The present invention relates to a fuel reforming apparatus, and more particularly to an improvement of an apparatus for producing a reformed gas containing hydrogen from a raw material gas such as methanol or hydrocarbon in order to supply fuel to a fuel cell.
原料ガスの改質反応において、改質ガスの生成効率を向上させるためには反応温度を高めることが得策である。そこで、改質器に対する断熱構造を確固としたものにすることが必要となる。本出願人は、先に、内側ケースを外側ケースにより覆って、両ケース間に断熱用空間を形成した改質器を開発した(特許文献1参照)。
反応温度を高めると、それに伴い放熱量も大となる。反応温度を、経済的に高く維持するためには放熱量を低く抑えることを要求されるが、前記断熱的空間の場合はその断熱効果に自ずと限界があるため前記要求に十分に応ずることができず、この点改良が望まれていた。 When the reaction temperature is increased, the amount of heat release increases accordingly. In order to keep the reaction temperature economically high, it is required to keep the heat dissipation low, but in the case of the adiabatic space, the heat insulation effect is naturally limited, so that the above requirement can be sufficiently met. However, this point improvement was desired.
本発明は、反応温度を高めた場合において、その反応温度を、経済的に高く維持して高い水素生成効率を得ることができ、また小型化を図ることが可能な前記燃料改質装置を提供することを目的とする。 The present invention provides the fuel reformer that can maintain a high reaction temperature economically to obtain a high hydrogen generation efficiency when the reaction temperature is increased, and can be downsized. The purpose is to do.
前記目的を達成するため、請求項1の発明は、原料ガスから水素を含む改質ガスを生成する改質器と、その改質器の入口側に連設され原料ガスを拡散させて該改質器に導くガス導入部材と、前記改質器の出口側に連設され、且つ高温の前記改質ガスにより前記原料ガスを加熱する熱交換器と、その熱交換器で加熱された前記原料ガスを前記改質器周りおよび前記ガス導入部材周りを流した後そのガス導入部材の少なくとも1つのガス導入口に導くガス通路を形成すべく、前記改質器および前記ガス導入部材を囲むガス通路形成部材とを有してなる燃料改質装置であって、前記ガス通路形成部材が、前記熱交換器のハウジング周りに前記ガス通路の入口側を形成すべく、そのハウジングの一部をもその全周に亘り囲んでおり、前記熱交換器のハウジングの一部には、その全周に亘り配置されて前記ガス通路の入口側に連通する複数の原料ガス用出口が存することを特徴とし、また請求項2の発明は、原料ガスから水素を含む改質ガスを生成する改質器と、その改質器の入口側に連設され原料ガスを拡散させて該改質器に導くガス導入部材と、前記改質器の出口側に連設され、且つ高温の前記改質ガスにより前記原料ガスを加熱する熱交換器と、その熱交換器で加熱された前記原料ガスを前記改質器周りおよび前記ガス導入部材周りを流した後そのガス導入部材の少なくとも1つのガス導入口に導くガス通路を形成すべく、前記改質器および前記ガス導入部材を囲むガス通路形成部材とを有してなる燃料改質装置であって、前記熱交換器が、筒形のハウジングと、そのハウジングの内周面にそれぞれ固定されて相互間に熱交換室を形成する一対の保持板と、その熱交換室内を複数の小部屋に区画してジグザグ状通路を形成する隔壁板と、それら保持板、小部屋及び隔壁板を貫通して相互に間隔をおいて並ぶ複数のガスパイプとを備え、その各ガスパイプは、一端が前記改質器の出口に連通すると共にその他端が前記ハウジングの改質ガス用出口に連通し、前記ハウジングには、前記複数の小部屋よりなる前記ジグザグ状通路の上流部に連通する原料ガス用入口と、該ジグザグ状通路の下流部を前記ガス通路の入口側に連通させる原料ガス用出口とが設けられることを特徴とする。
To achieve the above object, the invention of
請求項1,2の発明の各特徴によれば、高温の改質ガスにより加熱された原料ガスを改質器周りに流すようにすると、改質器から原料ガスへの熱伝達が十分に抑制されるので、改質器の放熱量が大幅に減少する。これにより改質反応の反応温度を高めた場合において、その反応温度を、経済的に高く維持することができる。つまり、反応温度維持のための燃焼用ガス量を放熱量の減少に伴い低減し、また原料ガスの加熱に高温改質ガスの廃熱を有効に利用する、といったコスト低減策が講じられているのである。よって、改質反応を、反応率の高い高温にて行って水素生成効率を大いに高めることが可能である。 According to the features of the first and second aspects of the invention, when the raw material gas heated by the high-temperature reformed gas is caused to flow around the reformer, heat transfer from the reformer to the raw material gas is sufficiently suppressed. As a result, the heat dissipation of the reformer is greatly reduced. Thereby, when the reaction temperature of the reforming reaction is increased, the reaction temperature can be maintained economically high. In other words, cost reduction measures have been taken, such as reducing the amount of combustion gas for maintaining the reaction temperature as the amount of heat released decreases, and effectively utilizing the waste heat of the high-temperature reformed gas for heating the raw material gas. It is. Therefore, it is possible to perform the reforming reaction at a high temperature with a high reaction rate to greatly increase the hydrogen generation efficiency.
また改質器の放熱量を抑制すると、改質器内部の温度がその全体に亘り均一になるため、ガス温度および触媒温度の制御が容易であると共に一部の触媒が過熱されて劣化する、といった不具合を防止して触媒の耐久性を向上させることができる。さらに改質器の入口側および出口側にそれぞれガス導入部材および熱交換器を連設すると、改質器と、ガス導入部材及び熱交換器との各間の接続管を不要にして装置の小型化を図り、また接続管からの放熱といった不具合を回避することが可能である。 In addition, when the heat release amount of the reformer is suppressed, the temperature inside the reformer becomes uniform throughout the whole, so that it is easy to control the gas temperature and the catalyst temperature, and some catalysts are overheated and deteriorated. Thus, the durability of the catalyst can be improved. Further, when a gas introduction member and a heat exchanger are connected to the inlet side and the outlet side of the reformer, respectively, a connecting pipe between the reformer, the gas introduction member and the heat exchanger is not required, and the apparatus can be made compact. In addition, it is possible to avoid problems such as heat dissipation from the connecting pipe.
また特に請求項1の発明の特徴によれば、ガス通路形成部材が、熱交換器のハウジング周りにガス通路の入口側を形成すべく、そのハウジングの一部をもその全周に亘り囲んでおり、熱交換器のハウジングの一部には、その全周に亘り配置されてガス通路の入口側に連通する複数の原料ガス用出口が存することを特徴とし、このように構成すると、作用効果に加えて、原料ガスを熱交換器よりガス通路の入口側にその全体に亘り均一に送り出して、ガス通路内に原料ガスの均一な流れを形成することが可能であり、これにより改質器の放熱をその全体に亘り均等に抑制することができる。In particular, according to the feature of the invention of
また請求項3の発明は、請求項1又は2の前記特徴に加えて、前記ガス通路に、該ガス通路を通過する原料ガスを拡散させる少なくとも1つの散気部材が備えられていることを特徴とし、このように構成すると、前記作用効果に加えて、加熱された原料ガスをガス導入部材に、そのガス導入口から均等に導入して、ガス導入部材による原料ガスの散気作用をスムーズに、且つ確実に行わせることが可能である。 According to a third aspect of the present invention, in addition to the feature of the first or second aspect, the gas passage is provided with at least one aeration member for diffusing the raw material gas passing through the gas passage. With this configuration, in addition to the above-described effects, the heated source gas is uniformly introduced into the gas introduction member from the gas introduction port so that the source gas is diffused smoothly by the gas introduction member. And it is possible to perform it reliably.
また請求項4の発明は、請求項1〜3の何れかの前記特徴に加えて、前記ガス導入部材、前記改質器、前記熱交換器および前記ガス通路形成部材がそれぞれ円筒形をなし、それら四部材が同軸上に配置されていることを特徴とし、このように構成すると、前記作用効果に加えて、装置の小型化を一層推進することが可能である。
In addition to the above-described features of any of
また請求項5の発明は、請求項1〜4の何れかの前記特徴に加えて、前記熱交換器、前記改質器及び前記ガス導入部材が下からこの順で上下に配列されて相互に一体構造となっていることを特徴とし、このように構成すると、前記作用効果に加えて、装置の小型化を図りつつ装置を縦長形態として設置面積を極力低減でき、しかも原料ガスの入口側や改質ガスの出口側を極力低位置に配備できてガス配管を上方に取り回す必要がなく、配管が容易となる。
In addition to the above feature of any one of
また請求項6の発明は、請求項1〜5の何れかの前記特徴に加えて、前記ガス通路形成部材の全外面が断熱部材により覆われていることを特徴とし、このように構成すると、改質器の放熱量を一層低減することが可能である。
Further, the invention of
また請求項7の発明は、請求項1〜6の何れかの前記特徴に加えて、前記ガス導入部材が、ディフューザであることを特徴とし、このように構成すると、改質器の入口側に連設したディフューザ自体の原料ガスに対する絞り・膨張作用により、改質器に向かう原料ガスを効果的に拡散させ、改質器に略均等に導くことができる。
The invention of
また請求項8の発明は、請求項1〜7の何れかの前記特徴に加えて、前記ガス導入部材には、該ガス導入部材内に導かれた原料ガスが通過する多数の小孔を有して同原料ガスを拡散させる散気部材、同原料ガスを旋回させるスクリュ形ガイド部材、同原料ガスを膨張させつつ下流側に略均等に案内するコーン形吹出し部材のうちの少なくとも1つが設けられることを特徴とし、このように構成すると、ガス導入部材内において、上記散気部材・スクリュ形ガイド部材・コーン形吹出し部材の少なくとも1つにより、改質器に向かう原料ガスをガス導入部材内で一層効果的に拡散させ、改質器に略均等に導くことができる。 According to an eighth aspect of the present invention, in addition to the above feature of any of the first to seventh aspects, the gas introduction member has a large number of small holes through which the source gas introduced into the gas introduction member passes. And at least one of a diffuser member for diffusing the raw material gas, a screw-type guide member for rotating the raw material gas, and a cone-shaped blowing member for substantially uniformly guiding the raw material gas to the downstream side while expanding the raw material gas. With this configuration, in the gas introduction member, the raw material gas directed to the reformer is fed into the gas introduction member by at least one of the diffuser member, screw-type guide member, and cone-type blowing member. It can be diffused more effectively and led to the reformer substantially evenly.
本発明によれば、高温の改質ガスにより加熱された原料ガスを改質器周りに流すようにしたので、反応温度を高めた場合において、その反応温度を、経済的に高く維持して高い水素生成効率を得ることができ、また改質器の入口側および出口側にそれぞれガス導入部材および熱交換器を連設したので、改質器と、ガス導入部材・熱交換器との各間の接続管を不要にして装置の小型化を図ることができる。 According to the present invention, since the raw material gas heated by the high-temperature reformed gas is allowed to flow around the reformer, when the reaction temperature is increased, the reaction temperature is economically maintained high and high. Hydrogen generation efficiency can be obtained, and since the gas introduction member and the heat exchanger are connected to the inlet side and the outlet side of the reformer, respectively, between the reformer and the gas introduction member / heat exchanger. that Ki de be made to reduce the size of the apparatus eliminates the need for connection pipes.
また特に請求項1の発明によれば、原料ガスを熱交換器よりガス通路の入口側にその全体に亘り均一に送り出して、ガス通路内に原料ガスの均一な流れを形成することが可能であり、これにより改質器の放熱をその全体に亘り均等に抑制することができる。In particular, according to the first aspect of the present invention, it is possible to uniformly feed the raw material gas from the heat exchanger to the inlet side of the gas passage throughout the gas passage, thereby forming a uniform flow of the raw material gas in the gas passage. With this, the heat radiation of the reformer can be evenly suppressed over the whole.
また特に請求項3の発明によれば、加熱された原料ガスをガス導入部材に、そのガス導入口から均等に導入し得るので、ガス導入部材による原料ガスの散気作用をスムーズに、且つ確実に行わせることが可能である。
In particular, according to the invention of
また特に請求項4の発明によれば、ガス導入部材、改質器、熱交換器およびガス通路形成部材がそれぞれ円筒形をなし、それら四部材が同軸上に配置されるので、装置の小型化を一層推進することが可能である。
In particular, according to the invention of
また特に請求項5の発明によれば、熱交換器、改質器及びガス導入部材が下からこの順で上下に配列されて相互に一体構造とされるので、装置の小型化を図りつつ装置を縦長形態として設置面積を極力低減でき、しかも原料ガスの入口側や改質ガスの出口側を極力低位置に配備できてガス配管を上方に取り回す必要がなく、配管が容易となる。
In particular, according to the invention of
また特に請求項6の発明によれば、ガス通路形成部材の全外面が断熱部材により覆われるので、改質器の放熱量を一層低減することが可能である。
In particular, according to the invention of
また特に請求項7の発明によれば、改質器の入口側に連設したディフューザ自体の原料ガスに対する絞り・膨張作用により、改質器に向かう原料ガスを効果的に拡散させ、改質器に略均等に導くことができる。
In particular, according to the invention of
また特に請求項8の発明によれば、ガス導入部材内において、散気部材・スクリュ形ガイド部材・コーン形吹出し部材の少なくとも1つにより、改質器に向かう原料ガスをガス導入部材内で一層効果的に拡散させ、改質器に略均等に導くことができる。
In particular, according to the invention of
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に例示した本発明の実施例に基づいて以下に具体的に説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below based on examples of the present invention illustrated in the accompanying drawings.
〔第1実施例〕
図1〜3に示した燃料改質装置1は、水素製造方式として部分酸化法を適用し得るように構成されている。その燃料改質装置1は、原料ガスから水素を含む改質ガスを生成する円筒形改質器2と、その改質器2の入口3側、つまり上側に連設されて原料ガスを改質器2に導くガス導入部材としての原料ガス用円筒形ディフューザ4と、改質器2の出口5側、つまり下側に連設され、且つ高温の改質ガスにより原料ガスを加熱する円筒形熱交換器6と、加熱された原料ガスを改質器2周りおよびディフューザ4周りを流した後そのディフューザ4の上端に存するガス導入口7に導くガス通路8を形成すべく、改質器2およびディフューザ4を囲む円筒形ガス通路形成部材9とを有する。それら四部材2,4,6,9は同軸上に配置されていて、装置1の小型化を図る上に有効である。また特に熱交換器6、改質器2及びディフューザ4(ガス導入部材)が下からこの順で上下に配列されて相互に一体構造とされるため、装置1の小型化を図りつつ装置1を縦長形態として設置面積を極力低減でき、しかも装置1における原料ガスの入口側や改質ガスの出口側を極力低位置に配備できてガス配管を上方に取り回す必要がなく、配管が容易となる。
[First embodiment]
The
改質器2は、上側に環状端面により囲まれた入口3を、下側に環状端面により囲まれた出口5をそれぞれ有する円筒形外筒体10と、それら入、出口3,5間において外筒体10内に固定された内筒体11とを有する。内筒体11内には、原料ガス、例えばメタノール、メタン等の炭化水素を含むガスと酸素(空気)とを用いて部分酸化法を行うべく、Pt系、CuZn系、Pd系等の触媒16が充填されており、内筒体11の上側および下側の両端壁12,13にはぞれぞれ複数の流入孔14および流出孔15が形成されている。触媒16は、必要に応じて、耐熱性金属材料またはセラミック材料よりなるハニカム状担体に保持される。
The
ディフューザ4は、1つのガス導入口7を有する首部17と、その首部17の下側に連なる肩部18と、その肩部18に連なり、下端を改質器2の外筒体10に突合せてそれに取付けられた胴部19とを有する。
The
熱交換器6は、上側に環状端面により囲まれた入口20を、下側に環状端面により囲まれた出口21をそれぞれ有する円筒形ハウジング22と、それら入、出口20,21近傍において、ハウジング22の内周面にそれぞれ固定されて熱交換室23を形成する2つの円形保持板24,25と、両保持板24,25に、それらの全体に均等に分散し、且つそれらを貫通するように固定された複数のガスパイプ26とを有する。下側の保持板25近傍においてハウジング22に、熱交換室23に連通するように原料ガス用入口27を有する接続パイプ28が設けられている。
The
熱交換室23内には、その内部を、上下方向に並んで互に連通する4つの小部屋29〜32に区画する3つの隔壁板33〜35が配設されており、それら隔壁板33〜35を複数のガスパイプ26の一部が貫通している。図3に明示するように、各隔壁板33〜35は円形板の一部を三ケ月形に切除された形状を有し、その円弧状外周部36はハウジング22内周面に固着され、その弦状部37とハウジング22内周面の一部とによって形成された通路38〜40により、上、下2つの小部屋29,30;30,31;31,32間が連通してジグザグ状通路を形成するようになっている。
In the
熱交換を効率良く行うべく、下側の通路40は原料ガス用入口27から最も遠い位置に在り、また中間の通路39は原料ガス用入口27の上方に在り、さらに上側の通路38は下側の通路40の上方に在る。
In order to perform heat exchange efficiently, the
原料ガス用入口27は、前記小部屋29〜32よりなる前記ジグザグ状通路の上流部に連通している。また、原料ガス用出口41は、前記小部屋29〜32よりなる前記ジグザグ状通路の下流部に連通するものであって、上側の通路38から最も遠い位置、つまり原料ガス用入口27の上方においてハウジング22に形成されている。円筒形ガス通路形成部材9の下部は、熱交換器6のハウジング22の一部、つまり上部をその全周に亘って囲んでおり、その部材9の下端部は出口41よりも下方においてハウジング22外周面に固着されている。これにより出口41はガス通路8の入口側に連通する。尚、原料ガス用出口41を、ハウジング22の外周に周方向に間隔をおいて複数個設けてもよい。
The raw
ガス通路形成部材9内周面と、ディフューザ4の胴部19外周面および改質器2の外筒体10外周面との間にそれぞれ環状散気部材42,43が挟着されている。それら散気部材42,43は周方向に分散する複数の小孔44を有する。散気部材42,43は、パンチングメタル、焼結金属体、発泡金属体等から選択される一種または二種以上を組合せたものよりなる。
次に、燃料改質装置1の作動について説明する。
Next, the operation of the
先ず、メタノールと空気との燃焼ガスを熱交換器6の熱交換室23、ガス通路8、ディフューザ4、改質器2および熱交換器6の各ガスパイプ26を通じて流すことにより触媒16の温度ならびにディフューザ4および熱交換器6の温度を上昇させる。触媒16の温度がメタノールと空気とよりなる原料ガスを部分酸化反応させるに十分な温度、例えば350℃に上昇したとき、燃焼ガスの流通を止め、次いで原料ガスを熱交換室23、ガス通路8およびディフューザ4を流して改質器2に導入する。改質器2では触媒の存在下で原料ガスの一部が酸化反応により燃焼し、その燃焼熱により原料ガスの改質反応が惹起されて水素を含む改質ガスが生成される。300〜350℃程度の改質ガスは改質器2から熱交換器6の各ガスパイプ26内を流れた後外部に導出される。
First, the temperature of the
熱交換器6の入口27から熱交換室23に導入された原料ガスは4つの小部屋32,31,30,29を順次流通する間に各ガスパイプ26を介して高温の改質ガスにより加熱され、その加熱された原料ガスは改質器2周りに流される。これにより改質器2から原料ガスへの熱伝達が十分に抑制されて、改質器2の放熱量が大幅に減少するので、改質反応の反応温度を高めた場合において、その反応温度を、経済的に高く維持することができる。つまり、反応温度維持のための燃焼用ガス量を放熱量の減少に伴い低減し、また原料ガスの加熱に高温改質ガスの廃熱を有効に利用する、といったコスト低減策が講じられているのである。よって、改質反応を、反応率の高い高温にて行って水素生成効率を大いに高めることが可能である。
The raw material gas introduced into the
また改質器2の放熱量を抑制すると、改質器2内部の温度がその全体に亘り均一になるため、ガス温度および触媒温度の制御が容易であると共に一部の触媒16が過熱されて劣化する、といった不具合を防止することができる。
Further, if the heat release amount of the
さらに改質器2の入口3側および出口5側にそれぞれディフューザ4および熱交換器6をそれぞれ連設すると、改質器2と、ディフューザ4および熱交換器6との間の接続管を不要にして装置の小型化を図り、また接続管からの放熱といった不具合を回避することが可能である。
Further, if the
またガス通路8に少なくとも1つ、実施例では2つの散気部材42,43を備えると、加熱された原料ガスをディフューザ4に、そのガス導入口7から均等に導入して、ディフューザ4による原料ガスの散気作用をスムーズに、且つ確実に行わせることができる。
Further, when at least one, in the embodiment, two
〔第2実施例〕
図4に示した燃料改質装置1は、ディフューザ4の胴部19内に、改質器2の入口3に対向するように、パンチングメタル等よりなる円板形散気部材45を配設したものである。他の構成は第1実施例(図2参照)と同じである。
[Second Embodiment]
In the
このように構成すると、散気部材45の多数の小孔46により原料ガスを改質器2の入口3に、その全体に亘りほぼ均等に分散して流入させ、触媒16のほぼ全体を有効に利用して水素の生成効率を向上させることができる。
With such a configuration, the raw material gas is made to flow almost uniformly throughout the
〔第3実施例〕
図5に示した燃料改質装置1は、ディフューザ4の首部17内に、原料ガスを旋回させるスクリュ形ガイド部材47を配設したものである。その他の構成は第2実施例(図4参照)と同じである。
[Third embodiment]
In the
このように構成すると、スクリュ形ガイド部材47により原料ガスを旋回させながら胴部19内に分散させ、その後、円板形散気部材45にほぼ均等に流入させることが可能となり、これにより第2実施例の効果をさらに向上させることができる。
If comprised in this way, it will become possible to disperse | distribute the raw material gas in the trunk | drum 19 while turning with the screw-shaped
〔第4実施例〕
図6に示した燃料改質装置1は、ディフューザ4の首部17内に内、外二重の通路48,49を有するコーン形吹出し部材50を配設し、またその部材50の外周にも通路51を形成したものである。その他の構成は第2実施例(図4参照)と同じである。
[Fourth embodiment]
In the
このように構成すると、原料ガスをコーン形吹出し部材50の外周の通路51およびその内部の両通路48,49を通じて胴部19内に分散させ、その後、円板形散気部材45にほぼ均等に流入させることが可能となり、これにより第2実施例の効果をさらに向上させることができる。
If comprised in this way, source gas will be disperse | distributed in the trunk | drum 19 through the channel |
〔第5実施例〕
図7に示した燃料改質装置1は、ディフューザ4の首部17を第2実施例(図4参照)よりも細くして、そのガス導入口を蓋52により閉鎖し、また首部17および肩部18にそれぞれ複数の小径のガス導入口7を形成したものである。その他の構成は第2実施例(図4参照)と同じである。
[Fifth embodiment]
In the
このように構成すると、原料ガスを複数の小径ガス導入口7を通じて胴部19内に分散させて導入し、次いで、円板形散気部材45にほぼ均等に流入させることが可能となり、これにより第2実施例の効果をさらに向上させることができる。
If comprised in this way, it will become possible to disperse | distribute and introduce raw material gas in the trunk | drum 19 through the some small
〔第6実施例〕
図8に示した燃料改質装置1は、図5の第3実施例におけるガス通路形成部材9の全外面を断熱部材53により覆ったものである。図示例では、断熱部材53はガス通路形成部材11との間に密閉空間54を形成する外殻体55を有し、その密閉空間54を真空状態にしたものである。密閉空間54には空気よりも小さな熱伝導度を有する気体、例えばアルゴンガス等を封じ込めてもよい。その他の構成は第2実施例(図4参照)と同じである。
[Sixth embodiment]
The
このように構成すると、改質器2の放熱を一層低減することが可能である。
If comprised in this way, it is possible to further reduce the heat dissipation of the
〔第7実施例〕
図9,10に示した燃料改質装置1は、そのガス通路形成部材9が、前記第1実施例等と同様に、熱交換器6のハウジング22周りにガス通路8の入口側を形成すべく、そのハウジング22の一部、つまり上部をその全周に亘り囲んでおり、また熱交換器6のハウジング22の一部には、その全周に亘り略等間隔に配置されてガス通路8の入口側に連通する複数の原料ガス用出口41が存するようになっている。その他の構成は第1実施例と同じである。
[Seventh embodiment]
In the
このように構成すると、原料ガスを熱交換器6よりガス通路8の入口側にその全体に亘り均一に送り出して、ガス通路8内に原料ガスの均一な流れを形成し、これにより改質器2の放熱をその全体に亘り均等に抑制することができる。
If comprised in this way, source gas will be uniformly sent over the whole to the inlet side of the
〔第8実施例〕
図11に示した燃料改質装置1は、水素製造方式として水蒸気改質法を適用し得るように構成されていて、触媒16を加熱するための加熱パイプ56を備えている。その加熱パイプ56は外側パイプ57と内側パイプ58とよりなり、その外側パイプ57は、ガス通路形成部材9の天井壁59外面近傍で折曲がってその天井壁59、ディフューザ4のガス導入口7からその内部および改質器2の内筒体11を貫通して底壁60を改質器2の出口5に位置させている。一方、内側パイプ58は外側パイプ57の折曲がり部を貫通してその内部に伸びており、出口61は底壁60内面近傍に位置する。その他の構成は、第7実施例(図9参照)と同じである。
[Eighth embodiment]
The
この場合、原料ガスは、例えばメタノールと水蒸気とよりなり、また触媒16は、例えばPt系触媒、CuZn系触媒、Pd系触媒等よりなる。排ガス、燃焼ガス等の高温ガスが加熱パイプ56の内側パイプ58に供給され、そのガスは内側パイプ58内、その出口61、内側パイプ58外周面および外側パイプ57内周面間ならびに外側パイプ57内を順次流れて外部に排出される。
In this case, the source gas is made of, for example, methanol and water vapor, and the
なお、出力が十数kWの燃料電池に燃料を供給する燃料改質装置1においては、改質器2周りにおけるガス通路8の半径方向幅は10mm以下に設定されている。これは、ガス通路形成部材9および外殻体55間の間隔についても同じである。
In the
〔第9実施例〕
図12に示した燃料改質装置1は、ガス導入部材として第1実施例(図2参照)に示したディフューザ4に代えて、横断面が各部一様で両端開放の円筒状ガイド筒4′が使用される。そして、このガイド筒4′の開放下端が改質器2の入口3側、つまり上側に一体的に結合され、またそのガイド筒4′の開放上端がガス導入口7を形成している。さらにガイド筒4′の内面には、改質器2の入口3に対向するように、パンチングメタル等よりなる少なくとも1つ(図示例では上下に間隔をおいて一対)の円板形散気部材45が配設、固定される。またこの第1〜第8実施例では、ガス通路形成部材9内周面と、ディフューザ4の胴部19外周面および改質器2の外筒体10外周面との各間にそれぞれ環状散気部材42,43が挟着されていたが、このような環状散気部材は、第9実施例では省略されている。その他の構成は、第1実施例(図2参照)と同じである。
[Ninth embodiment]
In the
而してこの第9実施例では、ガス導入部材がディフューザではなく円筒状ガイド筒4′より構成されるが、そのガイド筒4′内に導入された原料ガスは、散気部材45の多数の小孔46による散気作用によって、改質器2の入口3にその全体に亘りほぼ均等に分散して流入し、触媒16の略全体を有効に利用して水素の生成効率を向上させることができる。またこの第9実施例では、ガス導入部材がディフューザではなく単純形状の円筒状ガイド筒4′より構成されるため、構成が簡単で製造が容易であり、コスト節減が図られる。その上、この第9実施例では、上記環状散気部材42,43を省略したことにより、構成が一層簡単で製造がより容易となる。
Thus, in this ninth embodiment, the gas introducing member is not a diffuser but is constituted by a
ところで以上の各実施例では、熱交換器6において保持板24,25、隔壁板33〜35を貫通する複数のガスパイプ26の外径が比較的小さい(即ちガスパイプ26の配列ピッチと同等かそれより小さい)ものが使用されているが、本発明では、図13に例示したように、ガスパイプ26の外径が比較的大きい(即ちガスパイプ26の配列ピッチより大きい)ものを使用してもよい。この場合、図13(a)のように各列のガスパイプ26の配列ピッチが揃う正方配列の場合よりも、(b)のように隣り合う二列のガスパイプ26の配列ピッチが半ピッチずれた千鳥配列の場合の方が、単位面積当たりのパイプ本数を増やして伝熱面積を大きくとることができ、これにより、熱交換器6の小型化が可能となり、各ガスパイプ26の短縮を図る上で有利となる。
In each of the above embodiments, the outer diameters of the plurality of
1…………燃料改質装置
2…………改質器
3…………入口
4…………ガス導入部材としてのディフューザ
4′………ガス導入部材としての円筒状ガイド筒
5…………出口
6…………熱交換器
7…………ガス導入口
8…………ガス通路
9…………ガス通路形成部材
21………改質ガス用出口
22………ハウジング
23………熱交換室
24,25……保持板
26………ガスパイプ
27………原料ガス用入口
29〜32……小部屋
33〜35……隔壁板
41………原料ガス用出口
42………散気部材
43………散気部材
45………散気部材
46………小孔
47………スクリュ形ガイド部材
50………コーン形吹出し部材
DESCRIPTION OF
21 ....
23 ……… Heat Exchange Room
24, 25 ... Holding plate
26 ... Gas pipe
27 ……… Inlet for raw material gas
29-32 ... Small room
33-35 ... Partition plate
41 .........
Claims (8)
前記ガス通路形成部材(9)は、前記熱交換器(6)のハウジング(22)周りに前記ガス通路(8)の入口側を形成すべく、そのハウジング(22)の一部をもその全周に亘り囲んでおり、前記熱交換器(6)のハウジング(22)の一部には、その全周に亘り配置されて前記ガス通路(8)の入口側に連通する複数の原料ガス用出口(41)が存することを特徴とする燃料改質装置。 Reformer for generating a reformed gas containing hydrogen from a raw material gas (2) and its reformer (2) of the inlet (3) by diffusing consecutively by raw material gas side reformer (2 ) And a heat exchanger (4) connected to the outlet (5) side of the reformer (2) and heating the raw material gas with the high-temperature reformed gas ( 6), and after the raw material gas heated by the heat exchanger (6) flows around the reformer (2) and the gas introduction member (4, 4 '), the gas introduction member (4, 4) 4 ') gas passage forming member (8) surrounding the reformer (2) and the gas introduction member (4, 4') to form a gas passage (8) leading to at least one gas inlet (7). 9) and a Yes to the fuel reformer device in which a,
The gas passage forming member (9) has a part of the housing (22) partially formed so as to form an inlet side of the gas passage (8) around the housing (22) of the heat exchanger (6). For a plurality of source gases that surround the circumference and are arranged over the entire circumference of a part of the housing (22) of the heat exchanger (6) and communicate with the inlet side of the gas passage (8). A fuel reformer having an outlet (41) .
前記熱交換器(6)は、筒形のハウジング(22)と、そのハウジング(22)の内周面にそれぞれ固定されて相互間に熱交換室(23)を形成する一対の保持板(24,25)と、その熱交換室(23)内を複数の小部屋(29〜32)に区画してジグザグ状通路を形成する隔壁板(33〜35)と、それら保持板(24,25)、小部屋(29〜32)及び隔壁板(33〜35)を貫通して相互に間隔をおいて並ぶ複数のガスパイプ(26)とを備え、
その各ガスパイプ(26)は、一端が前記改質器(2)の出口(5)に連通すると共にその他端が前記ハウジング(22)の改質ガス用出口(21)に連通し、
前記ハウジング(22)には、前記複数の小部屋(29〜32)よりなる前記ジグザグ状通路の上流部に連通する原料ガス用入口(27)と、該ジグザグ状通路の下流部を前記ガス通路(8)の入口側に連通させる原料ガス用出口(41)とが設けられることを特徴とする燃料改質装置。 A reformer (2) for generating a reformed gas containing hydrogen from the source gas, and the reformer (2) connected to the inlet (3) side of the reformer (2) to diffuse the source gas And a heat exchanger (6) connected to the outlet (5) side of the reformer (2) and heating the raw material gas with the high-temperature reformed gas. ) And the raw material gas heated by the heat exchanger (6) flow around the reformer (2) and the gas introduction member (4, 4 '), and then the gas introduction member (4, 4). A gas passage forming member (9) surrounding the reformer (2) and the gas introduction member (4, 4 ') to form a gas passage (8) leading to at least one gas inlet (7) of') And a fuel reformer comprising:
The heat exchanger (6) includes a cylindrical housing (22) and a pair of holding plates (24) fixed to the inner peripheral surface of the housing (22) to form a heat exchange chamber (23) therebetween. , 25), partition plates (33-35) that divide the inside of the heat exchange chamber (23) into a plurality of small chambers (29-32) to form a zigzag passage, and the holding plates (24, 25) A plurality of gas pipes (26) penetrating through the small chambers (29-32) and the partition plates (33-35) and arranged at intervals from each other,
Each gas pipe (26) has one end communicating with the outlet (5) of the reformer (2) and the other end communicating with the reformed gas outlet (21) of the housing (22).
The housing (22) includes a raw material gas inlet (27) communicating with an upstream portion of the zigzag passage composed of the plurality of small chambers (29 to 32), and a downstream portion of the zigzag passage through the gas passage. fuel reforming apparatus characterized by the raw material gas outlet (41) for communicating is provided on the inlet side (8).
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