JP4183448B2 - 改質装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周縁部が固定された伝熱板の一側面側に、改質触媒が装入された改質室が設けられ、前記伝熱板の他側面側に、加熱用流体が通流して前記改質室を前記伝熱板を介して加熱する加熱室が設けられた改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる改質装置は、バーナの燃焼ガス等の加熱用流体を加熱室に通流させて、伝熱板を介して改質室内の改質触媒を加熱する状態で、改質室に、改質処理用の水蒸気を混合させた炭化水素系又はアルコール系の原燃料を供給して、原燃料を改質処理することにより、水素含有ガスを得るものであり、例えば、燃料電池にて発電反応用として用いられる燃料ガスを生成するために用いられる。通常、改質触媒は粒状に構成され、多数の粒状の改質触媒が改質室内に装入されることになる。
【０００３】
従来の改質装置は、図９に示すように、単に、平板状の伝熱板４０を周縁部を固定して、改質室３と加熱室４とを仕切るように設けて構成していた。
ちなみに、図９に示す従来の改質装置では、改質室３は、皿状の室形成部材４１の周縁部を伝熱板４０の一側面側に溶接接続して構成し、加熱室４は、皿状の室形成部材４１の周縁部を伝熱板４０の他側面側に溶接接続して構成し、加熱室４内に、その加熱室４内にてガス燃料を燃焼させるガスバーナ４ｂを設けて、そのガスバーナ４ｂの燃焼ガスを加熱用流体として加熱室４内に通流させるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、かかる改質装置においては、改質触媒を伝熱板を介して効率良く加熱するようにするのが好ましいことから、通常、改質装置は、伝熱板が縦向きとなる姿勢（以下、立ち姿勢と略記する場合がある）や、伝熱板が改質室の底部となる姿勢（以下、伝熱板底部姿勢と略記する場合がある）にて設けて、改質触媒を伝熱板に接触させるようにする。ちなみに、改質装置を立ち姿勢で設ける場合には、改質室内においては横断面方向に改質触媒が充満した状態となっているので、改質触媒を上下方向に通過するように原燃料を流して、供給される原燃料をもれなく改質触媒中を通過させるようにして、原燃料を改質処理する改質処理率を高くするようにしている。
そして、改質装置を上述のように立ち姿勢や伝熱板底部姿勢で配置した場合には、伝熱板は、その周縁部が固定され且つ改質触媒により加熱室側に向く荷重が印加される状態で、加熱されることになる。
【０００５】
しかしながら、従来の改質装置では、立ち姿勢や伝熱板底部姿勢で配置した場合には、運転中は、伝熱板４０が加熱されて熱膨張すると、伝熱板４０は、改質触媒３ｃによって加熱室側に向けて印加される荷重により、伝熱板４０は、加熱室側に膨出するように変形し易く、又、運転が停止されて伝熱板４０が冷却されても、伝熱板４０には、改質触媒３ｃにより加熱室側に向けて荷重が印加されていることから、伝熱板４０は元の形状に戻り難いことから、伝熱板４０は、加熱室側に膨出するように変形したままになり易く、運転経過と共に、伝熱板４０の加熱室側への膨出変形量が大きくなる。ちなみに、図９にて、改質装置を立ち姿勢で設置した場合において、伝熱板４０が加熱室側に膨出変形した状態を二点鎖線にて示す。
【０００６】
そして、伝熱板が加熱室側に膨出するように変形すると、改質室の容積が増大することから、改質室内における改質触媒の装入状態が変化するため、原燃料を所望通りに改質処理し難くなる。例えば、改質装置を立ち姿勢で設けて、改質触媒を上下方向に通過するように原燃料を流す場合は、伝熱板が加熱室側に膨出するように変形すると、改質触媒が沈んで、改質触媒の装入高さが低くなることから、原燃料が改質触媒を通過する距離が短くなり、原燃料を所望通りに改質処理し難くなる。
従って、従来の改質装置では、耐久性が短いという問題があった。
【０００７】
ちなみに、伝熱板を加熱室側に膨出変形し難くするために、伝熱板の厚さを厚くして伝熱板の強度を強くすることが考えられる。しかしながら、伝熱板の厚さを厚くすると、材料費が高くなると共に、溶接等の加工費が高くなることから、改質装置の価格が高くなり、又、伝熱板の熱容量が大きくなることから、起動時間が長くなるという不具合が生じる。
【０００８】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低廉化及び起動時間の短縮化を図りながらも、耐久性を向上し得る改質装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１記載の発明〕
請求項１に記載の改質装置は、周縁部が固定された平板状の伝熱板の一側面側に、改質触媒が装入された改質室が設けられ、前記伝熱板の他側面側に、加熱用流体が通流して前記改質室を前記伝熱板を介して加熱する加熱室が設けられた改質装置であって、
前記伝熱板が前記加熱室側に膨出するように変形するのを引張りにて防止する伝熱板変形防止体が設けられ、
前記改質室が、皿状の改質室形成部材の周縁部を前記伝熱板に固着して構成され、
前記加熱室が、皿状の加熱室形成部材の周縁部を前記伝熱板に固着して構成され、
前記伝熱板変形防止体が、前記改質室形成部材における前記伝熱板に対向する部分を支えにして、引張りにて前記伝熱板の変形を防止するように前記改質室内に設けられ、
前記伝熱板が縦向きに設けられ、
前記改質室及び前記加熱室が、前記伝熱板の厚さ方向に薄い偏平状に構成され、
複数の前記伝熱板変形防止体が、縦向きの前記伝熱板における下方側に偏った位置に、分散状に設けられている点を特徴とする。
即ち、伝熱板が加熱されて、加熱室側に膨出するように変形しようとしても、伝熱板変形防止体による引っ張りにより、伝熱板の加熱室側への膨出変形が防止される。
そこで、改質装置を立ち姿勢にて配置することにより、改質触媒により伝熱板に対して加熱室側に向けて加重が印加される状態となって、伝熱板が加熱室側に膨出変形し易い状態となっても、伝熱板変形防止体による引張りにより、伝熱板の加熱室側への膨出変形を防止することができることから、伝熱板の厚さを薄くすることが可能となる。
つまり、伝熱板の厚さを薄くしながらも、伝熱板の加熱室側への膨出変形を防止することが可能となるのである。
そして、伝熱板の厚さを薄くすることが可能となることにより、材料費の低廉化及び溶接等の加工費の低廉化を図ることができることから、改質装置の低廉化を図ることができ、又、伝熱板の熱容量を小さくすることできることから、起動時間の短縮化を図ることができる。
又、伝熱板の加熱室側への膨出変形を防止することができることから、改質室内における改質触媒の装入状態を初期の状態から変化し難くして、原燃料を所期通りに改質処理することが可能となり、改質装置の耐久性の向上を図ることができる。
要するに、低廉化及び起動時間の短縮化を図りながらも、耐久性を向上し得る改質装置を提供することができるようになった。
又、伝熱板が加熱されて、加熱室側に膨出するように変形しようとしても、改質室形成部材における伝熱板に対向する部分を支えにした伝熱板変形防止体の引張りにより、伝熱板の加熱室側への膨出変形が防止される。
そして、改質室形成部材における伝熱板に対向する部分を支えにした引張りにより、伝熱板の加熱室側への膨出変形を防止するように、伝熱板変形防止体を設けるにしても、改質室が皿状の改質室形成部材の周縁部を伝熱板に固着して構成されて、伝熱板にて改質室の一側面部を形成するようにしてあることから、伝熱板変形防止体を簡素な構造にて設けることが可能となり、もって、伝熱板変形防止体を設けるためのコストを低減することができて、改質装置の低廉化を一層図ることができる。
又、伝熱板変形防止体が改質室に設けられていることから、伝熱板変形防止体を改質触媒中に埋没する状態で設けることが可能となる。そして、そのように伝熱板変形防止体を改質触媒中に埋没する状態で設けることにより、伝熱板変形防止体を通じて、伝熱板から改質触媒へ熱を伝導させることができるので、改質触媒の加熱温度分布を小さくすることが可能となり、もって、適切に改質処理できるようにしながら、改質触媒を加熱するのにかかわるエネルギー消費量を少なくすることができて、ランニングコストの低廉化が可能となる。
従って、改質装置の低廉化を更に図りながら、ランニングコストの低廉化をも図ること ができるようになった。
さらに、改質室及び加熱室が、伝熱板の厚さ方向に薄い偏平状に構成されていることから、単位量の改質触媒に対する伝熱面積を大きくすることができて、改質触媒を効率良く加熱することができると共に、改質触媒の加熱温度分布を小さくすることが可能となる。つまり、適切に改質処理できるようにしながら、改質触媒を加熱するのにかかわるエネルギー消費量を少なくすることができて、ランニングコストの低廉化が可能となる。
縦姿勢の伝熱板に対して、伝熱板の下方側ほど大きくなる状態で改質触媒により加熱室側に向けて加重が印加されるものの、複数の伝熱板変形防止体が、縦向きの伝熱板における下方側に偏った位置に、分散状に設けられているので、伝熱板の加熱室側への膨出変形を適切に防止することができる。つまり、伝熱板の加熱室側への膨出変形を適切に防止することできるようにしながら、伝熱板変形防止体の設置個数を少なくすることが可能となり、伝熱板変形防止体を設けるためのコストを低減することができて、改質装置の低廉化を一層図ることができる。
従って、ランニングコストの低廉化を可能としながら、改質装置の低廉化を更に図ることができるようになった。
【００１０】
〔請求項２記載の発明〕
請求項２に記載の改質装置は、周縁部が固定された平板状の伝熱板の一側面側に、改質触媒が装入された改質室が設けられ、前記伝熱板の他側面側に、加熱用流体が通流して前記改質室を前記伝熱板を介して加熱する加熱室が設けられた改質装置であって、
前記伝熱板が前記加熱室側に膨出するように変形するのを突っ張りにて防止する伝熱板変形防止体が設けられ、
前記改質室が、皿状の改質室形成部材の周縁部を前記伝熱板に固着して構成され、
前記加熱室が、皿状の加熱室形成部材の周縁部を前記伝熱板に固着して構成され、
前記伝熱板変形防止体が、前記加熱室形成部材における前記伝熱板に対向する部分を支えにして、突っ張りにて前記伝熱板の変形を防止するように前記加熱室内に設けられ、
前記伝熱板が縦向きに設けられ、
前記改質室及び前記加熱室が、前記伝熱板の厚さ方向に薄い偏平状に構成され、
複数の前記伝熱板変形防止体が、縦向きの前記伝熱板における下方側に偏った位置に、分散状に設けられている点を特徴とする。
即ち、伝熱板が加熱されて、加熱室側に膨出するように変形しようとしても、伝熱板変形防止体による突っ張りにより、伝熱板の加熱室側への膨出変形が防止される。
そこで、改質装置を立ち姿勢にて配置することにより、改質触媒により伝熱板に対して加熱室側に向けて加重が印加される状態となって、伝熱板が加熱室側に膨出変形し易い状態となっても、伝熱板変形防止体による突っ張りにより、伝熱板の加熱室側への膨出変形を防止することができることから、伝熱板の厚さを薄くすることが可能となる。
つまり、伝熱板の厚さを薄くしながらも、伝熱板の加熱室側への膨出変形を防止することが可能となるのである。
そして、伝熱板の厚さを薄くすることが可能となることにより、材料費の低廉化及び溶接等の加工費の低廉化を図ることができることから、改質装置の低廉化を図ることができ、又、伝熱板の熱容量を小さくすることできることから、起動時間の短縮化を図ることができる。
又、伝熱板の加熱室側への膨出変形を防止することができることから、改質室内における改質触媒の装入状態を初期の状態から変化し難くして、原燃料を所期通りに改質処理することが可能となり、改質装置の耐久性の向上を図ることができる。
要するに、低廉化及び起動時間の短縮化を図りながらも、耐久性を向上し得る改質装置を提供することができるようになった。
又、伝熱板が加熱されて、加熱室側に膨出するように変形しようとしても、加熱室形成部材における伝熱板に対向する部分を支えにした伝熱板変形防止体の突っ張りにより、伝熱板の加熱室側への膨出変形が防止される。
そして、加熱室形成部材における伝熱板に対向する部分を支えにした突っ張りにより、伝熱板の加熱室側への膨出変形を防止するように、伝熱板変形防止体を設けるにしても、加熱室が皿状の加熱室形成部材の周縁部を伝熱板に固着して構成されて、伝熱板にて加熱室の一側面部を形成するようにしてあることから、伝熱板変形防止体を簡素な構造にて設けることが可能となり、もって、伝熱板変形防止体を設けるためのコストを低減することができて、低廉化を一層図ることができる。
しかも、伝熱板変形防止体の突っ張りにより、伝熱板の加熱室側への膨出変形を防止するようにすることにより、伝熱板変形防止体を設けるにしても、伝熱板変形防止体は、溶接等により伝熱板に固着することなく、単に、伝熱板が加熱室側に膨出変形するのを接当により受け止めるように設けることが可能となるので、伝熱板変形防止体を設けるためのコストを一段と低減することができて、低廉化を更に図ることができる。
従って、改質装置の低廉化を更に図る上で好ましい具体構成を提供することができる。
さらに、改質室及び加熱室が、伝熱板の厚さ方向に薄い偏平状に構成されていることから、単位量の改質触媒に対する伝熱面積を大きくすることができて、改質触媒を効率良く加熱することができると共に、改質触媒の加熱温度分布を小さくすることが可能となる。 つまり、適切に改質処理できるようにしながら、改質触媒を加熱するのにかかわるエネルギー消費量を少なくすることができて、ランニングコストの低廉化が可能となる。
縦姿勢の伝熱板に対して、伝熱板の下方側ほど大きくなる状態で改質触媒により加熱室側に向けて加重が印加されるものの、複数の伝熱板変形防止体が、縦向きの伝熱板における下方側に偏った位置に、分散状に設けられているので、伝熱板の加熱室側への膨出変形を適切に防止することができる。つまり、伝熱板の加熱室側への膨出変形を適切に防止することできるようにしながら、伝熱板変形防止体の設置個数を少なくすることが可能となり、伝熱板変形防止体を設けるためのコストを低減することができて、改質装置の低廉化を一層図ることができる。
従って、ランニングコストの低廉化を可能としながら、改質装置の低廉化を更に図ることができるようになった。
【００１２】
〔請求項３記載の発明〕
請求項３に記載の改質装置は、請求項１又は２のいずれかにおいて、前記伝熱板変形防止体が、棒状に構成され、
耐熱性を有する筒状体が、棒状の前記伝熱板変形防止体を被覆するように設けられている点を特徴とする。
即ち、耐熱性を有する筒状体が棒状の伝熱板変形防止体を被覆するように設けられているので、棒状の伝熱板変形防止体が熱により劣化するのを抑制することができる。
つまり、耐熱性を有する筒状体を、棒状の伝熱板変形防止体を被覆するように設けるようにすることにより、耐熱性を有する筒状体の材料としては、例えば、耐熱性に優れたセラミックを用い、一方、棒状の伝熱板変形防止体の材料としては、例えば、金属等、セラミックよりも耐熱性は低くなるものの、材料費が安価で、しかも、溶接等の加工がし易くて加工費の低廉化を図り易いものを用いることが可能となり、伝熱板変形防止体を設けるためのコストを低減することができて、改質装置の低廉化を一層図ることができる。
従って、改質装置の低廉化を更に図る上で好ましい具体構成を提供することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明の第１実施形態を説明する。
図１ないし図３に示すように、改質装置Ｒは、縁部が固定された伝熱板４０の一側面側に、粒状の改質触媒３ｃを装入した改質室３を設け、伝熱板４０の他側面側に、ガスバーナ４ｂを内装してそのガスバーナ４ｂの燃焼ガスを加熱用流体として通流させて、改質室４を伝熱板４０を介して加熱する加熱室としての燃焼室４を設けて構成して、燃焼室４にて伝熱板４０を介して改質室３内の改質触媒３ｃを加熱する状態で、改質室３に改質処理用の水蒸気を混合させた天然ガス等の原燃料ガスを供給して、その原燃料ガスを水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスに改質処理するように構成してある。
【００１５】
そして、伝熱板４０が燃焼室４側に膨出するように変形するのを引張りにて防止する伝熱板変形防止体としての丸棒状の伝熱板変形防止棒状体４２を設けてある。
【００１６】
説明を加えると、改質装置Ｒは、矩形の伝熱板４０にて仕切られた二つの矩形板状の偏平な室を備えるように形成した矩形板状の偏平な双室具備容器Ｂｄを用いて構成し、二室のうちの一方を改質室３として用い、他方を燃焼室４として用いている
双室具備容器Ｂｄは、矩形平板状の伝熱板４０の両側に一対の皿状容器形成部材４１を振分け配置した状態で、周縁部をシーム溶接にて接続して、内部に二つの偏平な室を区画形成するように形成してある。
そして、双室具備容器Ｂｄを用いて構成した改質装置Ｒは、伝熱板４０が縦向きとなる縦姿勢で設けてある。
【００１７】
つまり、改質室３を、皿状の改質室形成部材としての皿状容器形成部材４１の周縁部を伝熱板４０に固着して構成し、燃焼室４を、皿状の加熱室形成部材としての皿状容器形成部材４１の周縁部を伝熱板４０に固着して構成してある。
又、伝熱板４０を縦向きに設け、改質室３及び燃焼室４を、伝熱板４０の厚さ方向に薄い偏平状に構成してある。
【００１８】
尚、伝熱板４０は、ステンレス等の耐熱金属を用いて形成し、皿状容器形成部材４１は、周縁部を接続代として中央部が膨出する皿状に、ステンレス等の耐熱金属製の板材をプレス成形して形成してある。改質触媒３ｃは、ルテニウム、ニッケル、白金等の触媒をセラミック製の多孔質粒状体に保持させて、粒状に形成し、その粒状の改質触媒３ｃの多数を、通気可能な状態で改質室３に装入してある。
【００１９】
改質室３を形成する皿状容器形成部材４１の上部には、改質処理対象の原燃料ガスを供給するノズル４４を室内に連通する状態で接続し、下部には、改質処理ガスを排出するノズル４４を室内に連通する状態で接続して、粒状改質触媒群を上下方向に通過するように原燃料ガスを流して、改質処理するようにしてある。
【００２０】
燃焼室４内には、断熱材４６を、燃焼室４における伝熱板４０の側に燃焼用空間を形成するように、燃焼室４を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分に当て付けた状態で設けてある。その断熱材４６における伝熱板４０に対向する部分は、下方側が上方側より低くなる段差状に形成してある。そして、断熱材４６の下方側と伝熱板４０との間に形成される下方側燃焼室部分の底部に、長尺状のガスバーナ４ｂを配設し、断熱材４６の上方側と伝熱板４０との間に形成されて、前記下方側燃焼室部分よりも幅狭な上方側燃焼室部分に、白金、パラジウム等から成る燃焼触媒４ｃを設けてある。ガスバーナ４ｂは、多数のガス噴出孔を長手方向に沿って備えたガス噴出管ｔｇと、多数の空気噴出孔を長手方向に沿って備えた空気噴出管ｔａとを、ガス噴出孔から噴出されるガス燃料と空気噴出孔から噴出される燃焼用空気とを衝突させるように並べて構成してある。
ガスバーナ４ｂのガス噴出管ｔｇには燃料供給路２４を、空気噴出管ｔａには燃焼用空気路２９をそれぞれ、燃焼室４を形成する皿状容器形成部材４１を貫通させて接続し、更に、燃焼室４を形成する皿状容器形成部材４１の上部には、ガスバーナ４ｂの燃焼ガスを排出するノズル４４を室内に連通する状態で接続してある。
そして、燃料供給路２４を通じて供給されるガス燃料をガスバーナ４ｂにて燃焼させると共に、未燃焼のガス燃料を燃焼触媒ｃの触媒作用にて燃焼させ、燃焼ガスをノズル４４にて排出するように構成してある。
【００２１】
次に、図２及び図３に基づいて、伝熱板変形防止棒状体４２について説明を加える。
第１実施形態においては、複数の伝熱板変形防止棒状体４２を、燃焼室４を形成する皿状容器形成部材４１（皿状の加熱室形成部材に相当する）における伝熱板４０に対向する部分を支えにして、突っ張りにて伝熱板４０の変形を防止するように燃焼室４内に設けてあり、それら複数の伝熱板変形防止棒状体４２は、縦向きの伝熱板４０における下方側に偏った位置に、分散状に設けてある。
【００２２】
具体的には、伝熱板変形防止棒状体４２を、その長手方向を伝熱板４０に略直交させる姿勢で、その長手方向の一端を皿状容器形成部材４１の伝熱板４０に対向する部分に溶接にて固着して設けてある。
第１実施形態では、更に、耐熱性を有する円筒状の筒状体４３を、伝熱板変形防止棒状体４２を被覆するように設けてある。伝熱板変形防止棒状体４２及び筒状体４３の長さは、ガスバーナ４ｂの加熱により熱膨張した状態で、それぞれの伝熱板４０側の端部が伝熱板４０に接当するように、皿状容器形成部材４１の伝熱板４０に対向する部分と伝熱板４０との間隔よりも多少短く設定してある。
ちなみに、伝熱板変形防止棒状体４２は、皿状容器形成部材４１を伝熱板４０に溶接する前に、予め、皿状容器形成部材４１に溶接して取り付けておいて、そのように伝熱板変形防止棒状体４２を取り付けた皿状容器形成部材４１を伝熱板４０に溶接することになる。
【００２３】
複数の伝熱板変形防止棒状体４２の分散配置形態としては、複数の伝熱板変形防止棒状体４２が千鳥状に並ぶように、複数の伝熱板変形防止棒状体４２が横方向に並ぶ伝熱板変形防止棒状体４２の列を上下方向に複数列（本実施形態では３列）に並べた配置形態としてある。
伝熱板変形防止棒状体４２は、ステンレス（例えばＳＵＳ３０１Ｓ））等の耐熱金属を用いて形成し、筒状体４３は、伝熱板変形防止棒状体４２よりも更に耐熱性に優れた材料、例えば、セラミック（例えば、再結晶アルミナ）を用いて形成してある。
【００２４】
つまり、ガスバーナ４ｂが燃焼すると、伝熱板変形防止棒状体４２及び筒状体４３が熱膨張して、それぞれの伝熱板４０側の端部が伝熱板４０に接当する状態となり、伝熱板変形防止棒状体４２及び筒状体４３により、燃焼室４を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにした突っ張りにて、伝熱板４０の燃焼室４の側への膨出変形が防止されることとなる。
【００２５】
次に、上述の改質装置Ｒを用いた水素含有ガス生成装置について説明する。
図８に示すように、水素含有ガス生成装置は、改質装置Ｒに加えて、その改質装置Ｒにて改質処理する天然ガス等の炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫部１と、改質装置Ｒにおける改質処理用の水蒸気を生成する水蒸気生成部Ｓと、改質装置Ｒから供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成させることにより変成処理する変成部５と、その変成部５から供給される変成処理ガス中の一酸化炭素ガスを選択酸化することにより選択酸化処理する選択酸化部６とを備えて、一酸化炭素ガス濃度の低い（例えば１０ｐｐｍ以下）水素リッチな燃料ガスを生成するように構成してある。
【００２６】
水蒸気生成部Ｓは、改質装置Ｒの燃焼室４から排出された燃焼ガスを通流させる水蒸気生成用加熱通流部１１と、供給される原料水を水蒸気生成用加熱通流部１１による加熱にて蒸発させる蒸発処理部２とから構成してある。
【００２７】
更に、水素含有ガス生成装置には、改質室３から排出された高温の改質処理ガスを通流させて、改質室３を保温する保温用通流部７と、脱硫部１からの脱硫原燃料ガスと改質室３からの高温の改質処理ガスとを熱交換させて、改質室３に供給される脱硫原燃料ガスを予熱する脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐと、改質室３からの高温の改質処理ガスと脱硫部１に供給される原燃料ガスとを熱交換させて原燃料ガスを予熱する原燃料ガス用熱交換器Ｅａと、変成部５を冷却するために冷却用流体を通流させる変成部冷却用通流部８と、同じく、変成部６を冷却するために冷却用流体を通流させる変成部冷却用通流部９と、変成部５及び選択酸化部６を冷却する冷却用ファン１０とを設けてある。
【００２８】
脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐは、保温用通流部７から排出された改質処理ガスを通流させる上流側改質処理ガス通流部１２と、改質室３に供給する脱硫原燃料ガスを通流させる脱硫原燃料ガス通流部１３とを熱交換自在に設けて構成し、原燃料ガス用熱交換器Ｅａは、上流側改質処理ガス通流部１２から排出された改質処理ガスを通流させる下流側改質処理ガス通流部１５と、脱硫部１に供給する原燃料ガスを通流させる原燃料ガス通流部１６とを熱交換自在に設けて構成してある。
【００２９】
水素含有ガス生成装置は、矩形板状の偏平な容器Ｂの複数を板状形状の厚さ方向に並べて設けて、各容器Ｂを用いて、改質装置Ｒ、水蒸気生成部Ｓ、脱硫部１、変成部５、選択酸化部６、各通流部等をそれぞれ構成してある。
複数の容器Ｂのうちの一部は、一つの室を備えるように形成した単室具備容器Ｂｍにて構成し、残りは、上述した改質装置Ｒを構成するのと同様の双室具備容器Ｂｄにて構成してある。
各双室具備容器Ｂｄや単室具備容器Ｂｍには、必要に応じて、流体供給用や流体排出用のノズル４４を内部の室と連通する状態で取り付けてある。
【００３０】
本実施形態においては、９個の双室具備容器Ｂｄと、１個の単室具備容器Ｂｍを、側面視において左端から３個目に単室具備容器Ｂｍを位置させた状態で、横方向に厚さ方向に並べて設けて、コンパクトに形成してある。尚、９個の双室具備容器Ｂｄと１個の単室具備容器Ｂｍとを並べるに当たっては、伝熱させる必要のあるもの同士は密着させた状態で、且つ、伝熱量を調節する必要のあるもの同士の間には伝熱量調節用の断熱材１９を介在させた状態で並べてある。
９個の双室具備容器Ｂｄの区別が明確になるように、便宜上、双室具備容器を示す符号Ｂｄの後に、左からの並び順を示す符号１，２，３……………９を付す。
【００３１】
左端の双室具備容器Ｂｄ１の左側の室を備えた部分を用いて、水蒸気生成用加熱通流部１１を構成し、右側の室を備えた部分を用いて蒸発処理部２を構成してある。つまり、左端の双室具備容器Ｂｄ１にて水蒸気生成部Ｓを構成してある。左から２個目の双室具備容器Ｂｄ２を用いて、上述のように改質装置Ｒを構成してある。
単室具備容器Ｂｍを用いて、保温用通流部７を構成してある。
左から３個目の双室具備容器Ｂｄ３の左側の室を備えた部分を用いて、上流側改質処理ガス通流部１２を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、脱硫原燃料ガス通流部１３を構成してある。つまり、左から３個目の双室具備容器Ｂｄ３を用いて、脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐを構成してある。
【００３２】
左から４個目の双室具備容器Ｂｄ４を用いて、脱硫部１を構成し、左から５個目の双室具備容器Ｂｄ５の左側の室を備えた部分を用いて、脱硫部１を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、原燃料ガス通流部１６を構成してある。
左から６個目の双室具備容器Ｂｄ６の左側の室を備えた部分を用いて、下流側改質処理ガス通流部１５を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、変成部５を構成してある。つまり、左から５個目の双室具備容器Ｂｄ５の右側の室を備えた部分と、左から６個目の双室具備容器Ｂｄ６の左側の室を備えた部分とを用いて、原燃料ガス用熱交換器Ｅａを構成してある。
左から７個目の双室具備容器Ｂｄ７の左側の室を備えた部分を用いて、変成部５を構成し、右側の室を備えた部分を用いて変成部冷却用通流部８を構成してある。
左から８個目の双室具備容器Ｂｄ８を用いて、変成部５を構成し、左から９個目（右端）の双室具備容器Ｂｄ９の左側の室を備えた部分を用いて、変成部冷却用通流部９を構成し、右側の室を備えた部分を用いて選択酸化部６を構成してある。
【００３３】
脱硫部１を構成する双室具備容器Ｂｄの室内には、脱硫触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で装入し、変成部５を構成する双室具備容器Ｂｄの室内には、酸化鉄又は銅亜鉛の変成反応用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で装入し、選択酸化部６を構成する双室具備容器Ｂｄの室内には、ルテニウムの選択酸化用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で装入してある。
【００３４】
つまり、改質装置Ｒを構成する双室具備容器Ｂｄ２の一方側に、その双室具備容器Ｂｄ２の側から、保温用通流部７を構成する単室具備容器Ｂｍ、断熱材１９、脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐを構成する双室具備容器Ｂｄ３、断熱材１９、脱硫部１を構成する双室具備容器Ｂｄ４、脱硫部１及び原燃料ガス通流部１６を構成する双室具備容器Ｂｄ５、下流側改質処理ガス通流部１５及び変成部５を構成する双室具備容器Ｂｄ６、変成部５及び変成部冷却用通流部８を構成する双室具備容器Ｂｄ７、変成部５を構成する双室具備容器Ｂｄ８、変成部冷却用通流部９及び選択酸化部６を構成する双室具備容器Ｂｄ９を記載順に並ぶように互いに密接配置して設け、双室具備容器Ｂｄ２の他方側に、その双室具備容器Ｂｄ２の側から、断熱材１９、水蒸気生成部Ｓを構成する双室具備容器Ｂｄ１を記載順に並ぶように密接配置して設けてある。
【００３５】
図８において、白抜き矢印にて示すように、原燃料ガス供給路２１を原燃料ガス用熱交換器Ｅａの原燃料ガス通流部１６に接続し、並びに、原燃料ガス通流部１６、脱硫部１、脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐの脱硫原燃料ガス通流部１３、改質室３、保温用通流部７、脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐの上流側改質処理ガス通流部１２、原燃料ガス用熱交換器Ｅａの下流側改質処理ガス通流部１５、変成部５、選択酸化部６の順に流れるガス処理経路を形成するように、それらをガス処理用流路２２にて接続してある。
【００３６】
選択酸化部６から排出された選択酸化処理ガスを燃料ガスとして燃料電池Ｇに供給するように、選択酸化部６と燃料電池Ｇとを燃料ガス路２３にて接続し、燃料電池Ｇから排出された排燃料ガスをガス燃料として改質装置Ｒのガスバーナ４ｂに供給すべく、燃料電池Ｇとガスバーナ４ｂのガス噴出管ｔｇとを燃料供給路２４にて接続してある。
【００３７】
図８において、実線矢印にて示すように、原料水ポンプ１４から水蒸気生成用の原料水が送られる原料水供給路２５を水蒸気生成部Ｓの蒸発処理部２に接続し、蒸発処理部２にて生成された水蒸気を送出する水蒸気路２６を、脱硫部１と被改質ガス通流部１３とを接続するガス処理用流路２２に接続して、ガス処理用流路２２を通流する脱硫原燃料ガスに改質用の水蒸気を混合させるように構成してある。
【００３８】
図８において、破線矢印にて示すように、燃焼室４から排出された燃焼ガスを、水蒸気生成用加熱通流部１１、変成部冷却用通流部８の順に流すように、それら燃焼室４、水蒸気生成用加熱通流部１１、変成部冷却用通流部８を燃焼ガス路２７にて接続して、水蒸気生成用加熱通流部１１においては、燃焼ガスによって蒸発処理部２を加熱し、変成部冷却用通流部８においては、燃焼ガスによって、発熱反応である変成反応が行われる変成部５を冷却するように構成してある。
【００３９】
図８において、一点鎖線矢印にて示すように、ブロア２８からの空気を燃焼用空気として、ガスバーナ４ｂに供給するように、ブロア２８とガスバーナ４ｂの空気噴出管ｔａとを燃焼用空気路２９にて接続してある。尚、図示は省略するが、ブロア２８からの空気を変成部冷却用通流部９を通流させてからガスバーナ４ｂに供給する変成部冷却用空気路も設けてあり、変成部５の冷却能力が不足するとき、例えば、夏期の高気温時には、その変成部冷却用空気路を通じて、燃焼用空気をガスバーナ４ｂに供給するように切り換え可能なように構成してある。
【００４０】
又、最後段の変成部５と選択酸化部６とを接続するガス処理用流路２２には、原料水供給路２５を流れる原料水を変成処理ガスにて予熱する原料水予熱用熱交換器１７を設けると共に、変成処理ガスから凝縮水を除去するドレントラップ３０を、その原料水予熱用熱交換器１７よりも下流側の箇所に設けて、変成処理ガスと原料水とを熱交換させて、原料水を予熱すると共に、変成処理ガスを冷却するようにしてある。
更に、変成部冷却用通流部８から燃焼ガス路２７を通じて排出された燃焼ガスと、燃焼用空気路２９を通じて燃焼室４に供給する燃焼用空気及び燃料供給路２４を通じてガスバーナ４ｂに供給するオフガスとを熱交換させて、燃焼用空気及びオフガスを予熱する排熱回収用熱交換器３１を設けてある。
【００４１】
以下、本発明の第２ないし第５の各実施形態を説明するが、各実施形態においては、伝熱板変形防止棒状体４２により伝熱板４０の変形を防止する構造、伝熱板変形防止棒状体４２の配置形態、又は、支持構造等の伝熱板変形防止棒状体４２に関連する構成が異なる以外は、第１実施形態と同様に構成してあるので、第１実施形態と同じ構成要素や同じ作用を有する構成要素については、重複説明を避けるために、同じ符号を付すことにより説明を省略し、主として、伝熱板変形防止棒状体４２に関連する構成について説明する。
又、第２ないし第５の各実施形態による改質装置Ｒは、第１実施形態による改質装置Ｒと同様に、図８に示す水素含有ガス生成装置に用いることができるが、第２ないし第５の各実施形態による改質装置Ｒを用いた水素含有ガス生成装置説明は省略する。
【００４２】
〔第２実施形態〕
以下、図４に基づいて、第２実施形態を説明する。
第２実施形態においては、伝熱板変形防止棒状体４２により伝熱板４０の変形を防止する構造、伝熱板変形防止棒状体４２の配置形態は第１実施形態と同様であるが、伝熱板変形防止棒状体４２の支持構造が第１実施形態と異なり、又、耐熱性を有する筒状体４３を設けていない点が第１実施形態と異なる。
【００４３】
伝熱板変形防止棒状体４２により伝熱板４０の変形を防止する構造としては、第１実施形態と同様に、燃焼室４を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにして、突っ張りにて伝熱板４０の変形を防止する構造である。つまり、複数の伝熱板変形防止棒状体４２を、燃焼室４を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにして、突っ張りにて伝熱板４０の変形を防止ように燃焼室４内に設けてある。
伝熱板変形防止棒状体４２の配置形態としては、第１実施形態と同様に、複数の伝熱板変形防止棒状体４２を、縦向きの伝熱板４０における下方側に偏った位置に、分散状に設けてある。又、複数の伝熱板変形防止棒状体４２の分散配置形態も第１実施形態と同様である。
【００４４】
伝熱板変形防止棒状体４２の支持構造について説明を加えると、伝熱板変形防止棒状体４２は、その長手方向を伝熱板４０に略直交させる姿勢で、その長手方向の一端を伝熱板４０に溶接して固着し、他端を燃焼室４を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分に溶接にて固着して設けてある。ちなみに、予め、伝熱板変形防止棒状体４２を皿状容器形成部材４１に溶接して取り付けておき、そのように伝熱板変形防止棒状体４２を取り付けた皿状容器形成部材４１を伝熱板４０に溶接するときに、伝熱板変形防止棒状体４２の端部を伝熱板４０に圧接して溶接することになる。
【００４５】
〔第３実施形態〕
以下、図５に基づいて、第３実施形態を説明する。
第３実施形態においては、伝熱板変形防止棒状体４２の配置形態は第１実施形態と同様であるが、伝熱板変形防止棒状体４２により伝熱板４０の変形を防止する構造、及び、伝熱板変形防止棒状体４２の支持構造が第１実施形態と異なり、又、耐熱性を有する筒状体４３を設けていない点が第１実施形態と異なる。
【００４６】
つまり、伝熱板変形防止棒状体４２の配置形態としては、第１実施形態と同様に、複数の伝熱板変形防止棒状体４２を、縦向きの伝熱板４０における下方側に偏った位置に、分散状に設けてある。又、複数の伝熱板変形防止棒状体４２の分散配置形態も第１実施形態と同様である。
【００４７】
伝熱板変形防止棒状体４２により伝熱板４０の変形を防止する構造としては、改質室３を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにして、引張りにて伝熱板４０の変形を防止する構造である。つまり、複数の伝熱板変形防止棒状体４２を、改質室３を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにして引張りにて伝熱板４０の変形を防止するように改質室３内に設けてある。
【００４８】
伝熱板変形防止棒状体４２の支持構造について説明を加えると、伝熱板変形防止棒状体４２は、その長手方向を伝熱板４０に略直交させる姿勢で、その長手方向の一端を伝熱板４０に溶接して固着し、他端を改質室３を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分に溶接にて固着して設けてある。ちなみに、予め、伝熱板変形防止棒状体４２を皿状容器形成部材４１に溶接して取り付けておき、そのように伝熱板変形防止棒状体４２を取り付けた皿状容器形成部材４１を伝熱板４０に溶接するときに、伝熱板変形防止棒状体４２の端部を伝熱板４０に圧接して溶接することになる。
【００４９】
つまり、第３実施形態の改質装置Ｒでは、伝熱板変形防止棒状体４２により、改質室３を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにした引張りにて、伝熱板４０の燃焼室４の側への膨出変形が防止されることとなる。
又、伝熱板変形防止棒状体４２は、改質触媒３ｃ中に埋没する状態となっているので、伝熱板変形防止棒状体４２を通じて、伝熱板４０から改質触媒３ｃへ熱を伝導させることができるので、改質触媒３ｃの加熱温度分布を小さくすることが可能となる。
【００５０】
〔第４実施形態〕
以下、図６に基づいて、第４実施形態を説明する。
第４実施形態においては、伝熱板変形防止棒状体４２の配置形態は第１実施形態と同様であるが、伝熱板変形防止棒状体４２により伝熱板４０の変形を防止する構造、及び、伝熱板変形防止棒状体４２の支持構造が第１実施形態と異なり、又、耐熱性を有する筒状体４３を設けていない点が第１実施形態と異なる。
【００５１】
つまり、伝熱板変形防止棒状体４２の配置形態としては、第１実施形態と同様に、複数の伝熱板変形防止棒状体４２を、縦向きの伝熱板４０における下方側に偏った位置に、分散状に設けてある。又、複数の伝熱板変形防止棒状体４２の分散配置形態も第１実施形態と同様である。
【００５２】
伝熱板変形防止棒状体４２により伝熱板４０の変形を防止する構造としては、改質室３を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにして、引張りにて伝熱板４０の変形を防止する構造である。つまり、複数の伝熱板変形防止棒状体４２を、改質室３を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにして引張りにて伝熱板４０の変形を防止するように改質室３内に設けてある。
【００５３】
伝熱板変形防止棒状体４２の支持構造について説明を加えると、伝熱板変形防止棒状体４２は、その長手方向の伝熱板４０の側の端部に周方向外方に張り出す鍔部４２ｆを備え、その伝熱板変形防止棒状体４２を、長手方向を伝熱板４０に略直交させる姿勢で、その長手方向の一端の鍔部４２ｆを、伝熱板４０に溶接により固着した係止部材４５に係止した状態で、他端を改質室３を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分に溶接にて固着して設けてある。伝熱板変形防止棒状体４２の鍔部４２ｆと係止部材４５とは、互いの接当により、伝熱板４０が燃焼室４の側に膨出変形するのを阻止すべく係止するようにしてある。
ちなみに、予め、伝熱板変形防止棒状体４２を皿状容器形成部材４１に溶接して取り付けておき、そのように伝熱板変形防止棒状体４２を取り付けた皿状容器形成部材４１を、伝熱板変形防止棒状体４２の鍔部４２ｆが係止部材４５に係止するように配置して、皿状容器形成部材４１を伝熱板４０に溶接することになる。
【００５４】
〔第５実施形態〕
以下、図７に基づいて、第５実施形態を説明する。
第５実施形態においては、伝熱板変形防止棒状体４２の配置形態は第１実施形態と同様であるが、伝熱板変形防止棒状体４２により伝熱板４０の変形を防止する構造、及び、伝熱板変形防止棒状体４２の支持構造の一部が第１実施形態と異なり、又、耐熱性を有する筒状体４３を設けていない点が第１実施形態と異なる。
【００５５】
つまり、伝熱板変形防止棒状体４２の配置形態としては、第１実施形態と同様に、複数の伝熱板変形防止棒状体４２を、縦向きの伝熱板４０における下方側に偏った位置に、分散状に設けてある。又、複数の伝熱板変形防止棒状体４２の分散配置形態も第１実施形態と同様である。
【００５６】
伝熱板変形防止棒状体４２により伝熱板４０の変形を防止する構造としては、改質室３を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにした引張りと、燃焼室４を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにした突っ張りとの両方により、伝熱板４０の変形を防止する構造である。つまり、複数の伝熱板変形防止棒状体４２を、改質室３を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにして引張りにて伝熱板４０の変形を防止するように改質室３内に設け、又、複数の伝熱板変形防止棒状体４２を、燃焼室４を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにして、突っ張りにて伝熱板４０の変形を防止ように燃焼室４内に設けてある。
【００５７】
燃焼室４内に設ける伝熱板変形防止棒状体４２の支持構造は、第１実施形態と同様であり、改質室３内に設ける伝熱板変形防止棒状体４２の支持構造は第４実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５８】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
伝熱板変形防止体４２の具体構成として、上記の各実施形態において例示した丸棒状の伝熱板変形防止棒状体４２に限定されるものではない。例えば角棒状や楕円棒状の棒状体、又は、波板状体にて構成することができる。又、伝熱板変形防止体４２を、改質室形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにして、引張りにて伝熱板４０の変形を防止するように改質室３内に設ける場合は、伝熱板変形防止体４２は、チェーン等の索状体にて構成することができる。
【００５９】
上記の第１実施形態において、筒状体４３を省略することができる。又、上記の第２ないし第５の各実施形態において、耐熱性を有する円筒状の筒状体４３を、伝熱板変形防止棒状体４２を被覆するように設けても良い。
【００６１】
伝熱板変形防止体４２を複数設ける場合、その個数は、伝熱板４０の大きさ等に応じて、適宜に変更することができる。
【００６２】
上記の各実施形態においては、加熱室４としての燃焼室４の内部にガスバーナ４ｂを設けて、そのガスバーナ４ｂの燃焼ガスを加熱用流体として通流させるように構成する場合について例示したが、ガスバーナの燃焼ガスや、各種燃焼式原動機の燃焼排ガスを加熱用流体として、加熱室４の外部から加熱室内に供給するように構成しても良い。
【００６４】
改質室３及び加熱室４の形状は、伝熱板４０の厚さ方向に薄い偏平状に構成する場合、上記の各実施形態において例示したように矩形板状に限定されるものではなく、例えば、円板状でも良い。
【００６６】
ガスバーナ４ｂの具体構成は、上記の実施形態において例示した構成に限定されるものではなく、種々の構成が可能であり、例えば、ガス燃料と燃焼用空気との予混合ガスを噴出して燃焼させる構成でも良い。
【００６７】
本発明による改質装置Ｒは、上記の各実施形態の如き水素含有ガス生成装置に組み込んで用いる場合に限定されるものではなく、単独で用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態にかかる改質装置の斜視図
【図２】第１実施形態にかかる改質装置の分解斜視図
【図３】第１実施形態にかかる改質装置の縦断側面図
【図４】第２実施形態にかかる改質装置の縦断側面図
【図５】第３実施形態にかかる改質装置の縦断側面図
【図６】第４実施形態にかかる改質装置の縦断側面図
【図７】第５実施形態にかかる改質装置の縦断側面図
【図８】第１実施形態にかかる改質装置を用いた水素含有ガス生成装置の縦断側面図
【図９】従来の改質装置の縦断側面図
【符号の説明】
３ 改質室
３ｃ 改質触媒
４ 加熱室
４０ 伝熱板
４１ 改質室形成部材、加熱室形成部材
４２ 伝熱板変形防止体
４３ 筒状体
【発明の属する技術分野】
本発明は、周縁部が固定された伝熱板の一側面側に、改質触媒が装入された改質室が設けられ、前記伝熱板の他側面側に、加熱用流体が通流して前記改質室を前記伝熱板を介して加熱する加熱室が設けられた改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる改質装置は、バーナの燃焼ガス等の加熱用流体を加熱室に通流させて、伝熱板を介して改質室内の改質触媒を加熱する状態で、改質室に、改質処理用の水蒸気を混合させた炭化水素系又はアルコール系の原燃料を供給して、原燃料を改質処理することにより、水素含有ガスを得るものであり、例えば、燃料電池にて発電反応用として用いられる燃料ガスを生成するために用いられる。通常、改質触媒は粒状に構成され、多数の粒状の改質触媒が改質室内に装入されることになる。
【０００３】
従来の改質装置は、図９に示すように、単に、平板状の伝熱板４０を周縁部を固定して、改質室３と加熱室４とを仕切るように設けて構成していた。
ちなみに、図９に示す従来の改質装置では、改質室３は、皿状の室形成部材４１の周縁部を伝熱板４０の一側面側に溶接接続して構成し、加熱室４は、皿状の室形成部材４１の周縁部を伝熱板４０の他側面側に溶接接続して構成し、加熱室４内に、その加熱室４内にてガス燃料を燃焼させるガスバーナ４ｂを設けて、そのガスバーナ４ｂの燃焼ガスを加熱用流体として加熱室４内に通流させるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、かかる改質装置においては、改質触媒を伝熱板を介して効率良く加熱するようにするのが好ましいことから、通常、改質装置は、伝熱板が縦向きとなる姿勢（以下、立ち姿勢と略記する場合がある）や、伝熱板が改質室の底部となる姿勢（以下、伝熱板底部姿勢と略記する場合がある）にて設けて、改質触媒を伝熱板に接触させるようにする。ちなみに、改質装置を立ち姿勢で設ける場合には、改質室内においては横断面方向に改質触媒が充満した状態となっているので、改質触媒を上下方向に通過するように原燃料を流して、供給される原燃料をもれなく改質触媒中を通過させるようにして、原燃料を改質処理する改質処理率を高くするようにしている。
そして、改質装置を上述のように立ち姿勢や伝熱板底部姿勢で配置した場合には、伝熱板は、その周縁部が固定され且つ改質触媒により加熱室側に向く荷重が印加される状態で、加熱されることになる。
【０００５】
しかしながら、従来の改質装置では、立ち姿勢や伝熱板底部姿勢で配置した場合には、運転中は、伝熱板４０が加熱されて熱膨張すると、伝熱板４０は、改質触媒３ｃによって加熱室側に向けて印加される荷重により、伝熱板４０は、加熱室側に膨出するように変形し易く、又、運転が停止されて伝熱板４０が冷却されても、伝熱板４０には、改質触媒３ｃにより加熱室側に向けて荷重が印加されていることから、伝熱板４０は元の形状に戻り難いことから、伝熱板４０は、加熱室側に膨出するように変形したままになり易く、運転経過と共に、伝熱板４０の加熱室側への膨出変形量が大きくなる。ちなみに、図９にて、改質装置を立ち姿勢で設置した場合において、伝熱板４０が加熱室側に膨出変形した状態を二点鎖線にて示す。
【０００６】
そして、伝熱板が加熱室側に膨出するように変形すると、改質室の容積が増大することから、改質室内における改質触媒の装入状態が変化するため、原燃料を所望通りに改質処理し難くなる。例えば、改質装置を立ち姿勢で設けて、改質触媒を上下方向に通過するように原燃料を流す場合は、伝熱板が加熱室側に膨出するように変形すると、改質触媒が沈んで、改質触媒の装入高さが低くなることから、原燃料が改質触媒を通過する距離が短くなり、原燃料を所望通りに改質処理し難くなる。
従って、従来の改質装置では、耐久性が短いという問題があった。
【０００７】
ちなみに、伝熱板を加熱室側に膨出変形し難くするために、伝熱板の厚さを厚くして伝熱板の強度を強くすることが考えられる。しかしながら、伝熱板の厚さを厚くすると、材料費が高くなると共に、溶接等の加工費が高くなることから、改質装置の価格が高くなり、又、伝熱板の熱容量が大きくなることから、起動時間が長くなるという不具合が生じる。
【０００８】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低廉化及び起動時間の短縮化を図りながらも、耐久性を向上し得る改質装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１記載の発明〕
請求項１に記載の改質装置は、周縁部が固定された平板状の伝熱板の一側面側に、改質触媒が装入された改質室が設けられ、前記伝熱板の他側面側に、加熱用流体が通流して前記改質室を前記伝熱板を介して加熱する加熱室が設けられた改質装置であって、
前記伝熱板が前記加熱室側に膨出するように変形するのを引張りにて防止する伝熱板変形防止体が設けられ、
前記改質室が、皿状の改質室形成部材の周縁部を前記伝熱板に固着して構成され、
前記加熱室が、皿状の加熱室形成部材の周縁部を前記伝熱板に固着して構成され、
前記伝熱板変形防止体が、前記改質室形成部材における前記伝熱板に対向する部分を支えにして、引張りにて前記伝熱板の変形を防止するように前記改質室内に設けられ、
前記伝熱板が縦向きに設けられ、
前記改質室及び前記加熱室が、前記伝熱板の厚さ方向に薄い偏平状に構成され、
複数の前記伝熱板変形防止体が、縦向きの前記伝熱板における下方側に偏った位置に、分散状に設けられている点を特徴とする。
即ち、伝熱板が加熱されて、加熱室側に膨出するように変形しようとしても、伝熱板変形防止体による引っ張りにより、伝熱板の加熱室側への膨出変形が防止される。
そこで、改質装置を立ち姿勢にて配置することにより、改質触媒により伝熱板に対して加熱室側に向けて加重が印加される状態となって、伝熱板が加熱室側に膨出変形し易い状態となっても、伝熱板変形防止体による引張りにより、伝熱板の加熱室側への膨出変形を防止することができることから、伝熱板の厚さを薄くすることが可能となる。
つまり、伝熱板の厚さを薄くしながらも、伝熱板の加熱室側への膨出変形を防止することが可能となるのである。
そして、伝熱板の厚さを薄くすることが可能となることにより、材料費の低廉化及び溶接等の加工費の低廉化を図ることができることから、改質装置の低廉化を図ることができ、又、伝熱板の熱容量を小さくすることできることから、起動時間の短縮化を図ることができる。
又、伝熱板の加熱室側への膨出変形を防止することができることから、改質室内における改質触媒の装入状態を初期の状態から変化し難くして、原燃料を所期通りに改質処理することが可能となり、改質装置の耐久性の向上を図ることができる。
要するに、低廉化及び起動時間の短縮化を図りながらも、耐久性を向上し得る改質装置を提供することができるようになった。
又、伝熱板が加熱されて、加熱室側に膨出するように変形しようとしても、改質室形成部材における伝熱板に対向する部分を支えにした伝熱板変形防止体の引張りにより、伝熱板の加熱室側への膨出変形が防止される。
そして、改質室形成部材における伝熱板に対向する部分を支えにした引張りにより、伝熱板の加熱室側への膨出変形を防止するように、伝熱板変形防止体を設けるにしても、改質室が皿状の改質室形成部材の周縁部を伝熱板に固着して構成されて、伝熱板にて改質室の一側面部を形成するようにしてあることから、伝熱板変形防止体を簡素な構造にて設けることが可能となり、もって、伝熱板変形防止体を設けるためのコストを低減することができて、改質装置の低廉化を一層図ることができる。
又、伝熱板変形防止体が改質室に設けられていることから、伝熱板変形防止体を改質触媒中に埋没する状態で設けることが可能となる。そして、そのように伝熱板変形防止体を改質触媒中に埋没する状態で設けることにより、伝熱板変形防止体を通じて、伝熱板から改質触媒へ熱を伝導させることができるので、改質触媒の加熱温度分布を小さくすることが可能となり、もって、適切に改質処理できるようにしながら、改質触媒を加熱するのにかかわるエネルギー消費量を少なくすることができて、ランニングコストの低廉化が可能となる。
従って、改質装置の低廉化を更に図りながら、ランニングコストの低廉化をも図ること ができるようになった。
さらに、改質室及び加熱室が、伝熱板の厚さ方向に薄い偏平状に構成されていることから、単位量の改質触媒に対する伝熱面積を大きくすることができて、改質触媒を効率良く加熱することができると共に、改質触媒の加熱温度分布を小さくすることが可能となる。つまり、適切に改質処理できるようにしながら、改質触媒を加熱するのにかかわるエネルギー消費量を少なくすることができて、ランニングコストの低廉化が可能となる。
縦姿勢の伝熱板に対して、伝熱板の下方側ほど大きくなる状態で改質触媒により加熱室側に向けて加重が印加されるものの、複数の伝熱板変形防止体が、縦向きの伝熱板における下方側に偏った位置に、分散状に設けられているので、伝熱板の加熱室側への膨出変形を適切に防止することができる。つまり、伝熱板の加熱室側への膨出変形を適切に防止することできるようにしながら、伝熱板変形防止体の設置個数を少なくすることが可能となり、伝熱板変形防止体を設けるためのコストを低減することができて、改質装置の低廉化を一層図ることができる。
従って、ランニングコストの低廉化を可能としながら、改質装置の低廉化を更に図ることができるようになった。
【００１０】
〔請求項２記載の発明〕
請求項２に記載の改質装置は、周縁部が固定された平板状の伝熱板の一側面側に、改質触媒が装入された改質室が設けられ、前記伝熱板の他側面側に、加熱用流体が通流して前記改質室を前記伝熱板を介して加熱する加熱室が設けられた改質装置であって、
前記伝熱板が前記加熱室側に膨出するように変形するのを突っ張りにて防止する伝熱板変形防止体が設けられ、
前記改質室が、皿状の改質室形成部材の周縁部を前記伝熱板に固着して構成され、
前記加熱室が、皿状の加熱室形成部材の周縁部を前記伝熱板に固着して構成され、
前記伝熱板変形防止体が、前記加熱室形成部材における前記伝熱板に対向する部分を支えにして、突っ張りにて前記伝熱板の変形を防止するように前記加熱室内に設けられ、
前記伝熱板が縦向きに設けられ、
前記改質室及び前記加熱室が、前記伝熱板の厚さ方向に薄い偏平状に構成され、
複数の前記伝熱板変形防止体が、縦向きの前記伝熱板における下方側に偏った位置に、分散状に設けられている点を特徴とする。
即ち、伝熱板が加熱されて、加熱室側に膨出するように変形しようとしても、伝熱板変形防止体による突っ張りにより、伝熱板の加熱室側への膨出変形が防止される。
そこで、改質装置を立ち姿勢にて配置することにより、改質触媒により伝熱板に対して加熱室側に向けて加重が印加される状態となって、伝熱板が加熱室側に膨出変形し易い状態となっても、伝熱板変形防止体による突っ張りにより、伝熱板の加熱室側への膨出変形を防止することができることから、伝熱板の厚さを薄くすることが可能となる。
つまり、伝熱板の厚さを薄くしながらも、伝熱板の加熱室側への膨出変形を防止することが可能となるのである。
そして、伝熱板の厚さを薄くすることが可能となることにより、材料費の低廉化及び溶接等の加工費の低廉化を図ることができることから、改質装置の低廉化を図ることができ、又、伝熱板の熱容量を小さくすることできることから、起動時間の短縮化を図ることができる。
又、伝熱板の加熱室側への膨出変形を防止することができることから、改質室内における改質触媒の装入状態を初期の状態から変化し難くして、原燃料を所期通りに改質処理することが可能となり、改質装置の耐久性の向上を図ることができる。
要するに、低廉化及び起動時間の短縮化を図りながらも、耐久性を向上し得る改質装置を提供することができるようになった。
又、伝熱板が加熱されて、加熱室側に膨出するように変形しようとしても、加熱室形成部材における伝熱板に対向する部分を支えにした伝熱板変形防止体の突っ張りにより、伝熱板の加熱室側への膨出変形が防止される。
そして、加熱室形成部材における伝熱板に対向する部分を支えにした突っ張りにより、伝熱板の加熱室側への膨出変形を防止するように、伝熱板変形防止体を設けるにしても、加熱室が皿状の加熱室形成部材の周縁部を伝熱板に固着して構成されて、伝熱板にて加熱室の一側面部を形成するようにしてあることから、伝熱板変形防止体を簡素な構造にて設けることが可能となり、もって、伝熱板変形防止体を設けるためのコストを低減することができて、低廉化を一層図ることができる。
しかも、伝熱板変形防止体の突っ張りにより、伝熱板の加熱室側への膨出変形を防止するようにすることにより、伝熱板変形防止体を設けるにしても、伝熱板変形防止体は、溶接等により伝熱板に固着することなく、単に、伝熱板が加熱室側に膨出変形するのを接当により受け止めるように設けることが可能となるので、伝熱板変形防止体を設けるためのコストを一段と低減することができて、低廉化を更に図ることができる。
従って、改質装置の低廉化を更に図る上で好ましい具体構成を提供することができる。
さらに、改質室及び加熱室が、伝熱板の厚さ方向に薄い偏平状に構成されていることから、単位量の改質触媒に対する伝熱面積を大きくすることができて、改質触媒を効率良く加熱することができると共に、改質触媒の加熱温度分布を小さくすることが可能となる。 つまり、適切に改質処理できるようにしながら、改質触媒を加熱するのにかかわるエネルギー消費量を少なくすることができて、ランニングコストの低廉化が可能となる。
縦姿勢の伝熱板に対して、伝熱板の下方側ほど大きくなる状態で改質触媒により加熱室側に向けて加重が印加されるものの、複数の伝熱板変形防止体が、縦向きの伝熱板における下方側に偏った位置に、分散状に設けられているので、伝熱板の加熱室側への膨出変形を適切に防止することができる。つまり、伝熱板の加熱室側への膨出変形を適切に防止することできるようにしながら、伝熱板変形防止体の設置個数を少なくすることが可能となり、伝熱板変形防止体を設けるためのコストを低減することができて、改質装置の低廉化を一層図ることができる。
従って、ランニングコストの低廉化を可能としながら、改質装置の低廉化を更に図ることができるようになった。
【００１２】
〔請求項３記載の発明〕
請求項３に記載の改質装置は、請求項１又は２のいずれかにおいて、前記伝熱板変形防止体が、棒状に構成され、
耐熱性を有する筒状体が、棒状の前記伝熱板変形防止体を被覆するように設けられている点を特徴とする。
即ち、耐熱性を有する筒状体が棒状の伝熱板変形防止体を被覆するように設けられているので、棒状の伝熱板変形防止体が熱により劣化するのを抑制することができる。
つまり、耐熱性を有する筒状体を、棒状の伝熱板変形防止体を被覆するように設けるようにすることにより、耐熱性を有する筒状体の材料としては、例えば、耐熱性に優れたセラミックを用い、一方、棒状の伝熱板変形防止体の材料としては、例えば、金属等、セラミックよりも耐熱性は低くなるものの、材料費が安価で、しかも、溶接等の加工がし易くて加工費の低廉化を図り易いものを用いることが可能となり、伝熱板変形防止体を設けるためのコストを低減することができて、改質装置の低廉化を一層図ることができる。
従って、改質装置の低廉化を更に図る上で好ましい具体構成を提供することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明の第１実施形態を説明する。
図１ないし図３に示すように、改質装置Ｒは、縁部が固定された伝熱板４０の一側面側に、粒状の改質触媒３ｃを装入した改質室３を設け、伝熱板４０の他側面側に、ガスバーナ４ｂを内装してそのガスバーナ４ｂの燃焼ガスを加熱用流体として通流させて、改質室４を伝熱板４０を介して加熱する加熱室としての燃焼室４を設けて構成して、燃焼室４にて伝熱板４０を介して改質室３内の改質触媒３ｃを加熱する状態で、改質室３に改質処理用の水蒸気を混合させた天然ガス等の原燃料ガスを供給して、その原燃料ガスを水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスに改質処理するように構成してある。
【００１５】
そして、伝熱板４０が燃焼室４側に膨出するように変形するのを引張りにて防止する伝熱板変形防止体としての丸棒状の伝熱板変形防止棒状体４２を設けてある。
【００１６】
説明を加えると、改質装置Ｒは、矩形の伝熱板４０にて仕切られた二つの矩形板状の偏平な室を備えるように形成した矩形板状の偏平な双室具備容器Ｂｄを用いて構成し、二室のうちの一方を改質室３として用い、他方を燃焼室４として用いている
双室具備容器Ｂｄは、矩形平板状の伝熱板４０の両側に一対の皿状容器形成部材４１を振分け配置した状態で、周縁部をシーム溶接にて接続して、内部に二つの偏平な室を区画形成するように形成してある。
そして、双室具備容器Ｂｄを用いて構成した改質装置Ｒは、伝熱板４０が縦向きとなる縦姿勢で設けてある。
【００１７】
つまり、改質室３を、皿状の改質室形成部材としての皿状容器形成部材４１の周縁部を伝熱板４０に固着して構成し、燃焼室４を、皿状の加熱室形成部材としての皿状容器形成部材４１の周縁部を伝熱板４０に固着して構成してある。
又、伝熱板４０を縦向きに設け、改質室３及び燃焼室４を、伝熱板４０の厚さ方向に薄い偏平状に構成してある。
【００１８】
尚、伝熱板４０は、ステンレス等の耐熱金属を用いて形成し、皿状容器形成部材４１は、周縁部を接続代として中央部が膨出する皿状に、ステンレス等の耐熱金属製の板材をプレス成形して形成してある。改質触媒３ｃは、ルテニウム、ニッケル、白金等の触媒をセラミック製の多孔質粒状体に保持させて、粒状に形成し、その粒状の改質触媒３ｃの多数を、通気可能な状態で改質室３に装入してある。
【００１９】
改質室３を形成する皿状容器形成部材４１の上部には、改質処理対象の原燃料ガスを供給するノズル４４を室内に連通する状態で接続し、下部には、改質処理ガスを排出するノズル４４を室内に連通する状態で接続して、粒状改質触媒群を上下方向に通過するように原燃料ガスを流して、改質処理するようにしてある。
【００２０】
燃焼室４内には、断熱材４６を、燃焼室４における伝熱板４０の側に燃焼用空間を形成するように、燃焼室４を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分に当て付けた状態で設けてある。その断熱材４６における伝熱板４０に対向する部分は、下方側が上方側より低くなる段差状に形成してある。そして、断熱材４６の下方側と伝熱板４０との間に形成される下方側燃焼室部分の底部に、長尺状のガスバーナ４ｂを配設し、断熱材４６の上方側と伝熱板４０との間に形成されて、前記下方側燃焼室部分よりも幅狭な上方側燃焼室部分に、白金、パラジウム等から成る燃焼触媒４ｃを設けてある。ガスバーナ４ｂは、多数のガス噴出孔を長手方向に沿って備えたガス噴出管ｔｇと、多数の空気噴出孔を長手方向に沿って備えた空気噴出管ｔａとを、ガス噴出孔から噴出されるガス燃料と空気噴出孔から噴出される燃焼用空気とを衝突させるように並べて構成してある。
ガスバーナ４ｂのガス噴出管ｔｇには燃料供給路２４を、空気噴出管ｔａには燃焼用空気路２９をそれぞれ、燃焼室４を形成する皿状容器形成部材４１を貫通させて接続し、更に、燃焼室４を形成する皿状容器形成部材４１の上部には、ガスバーナ４ｂの燃焼ガスを排出するノズル４４を室内に連通する状態で接続してある。
そして、燃料供給路２４を通じて供給されるガス燃料をガスバーナ４ｂにて燃焼させると共に、未燃焼のガス燃料を燃焼触媒ｃの触媒作用にて燃焼させ、燃焼ガスをノズル４４にて排出するように構成してある。
【００２１】
次に、図２及び図３に基づいて、伝熱板変形防止棒状体４２について説明を加える。
第１実施形態においては、複数の伝熱板変形防止棒状体４２を、燃焼室４を形成する皿状容器形成部材４１（皿状の加熱室形成部材に相当する）における伝熱板４０に対向する部分を支えにして、突っ張りにて伝熱板４０の変形を防止するように燃焼室４内に設けてあり、それら複数の伝熱板変形防止棒状体４２は、縦向きの伝熱板４０における下方側に偏った位置に、分散状に設けてある。
【００２２】
具体的には、伝熱板変形防止棒状体４２を、その長手方向を伝熱板４０に略直交させる姿勢で、その長手方向の一端を皿状容器形成部材４１の伝熱板４０に対向する部分に溶接にて固着して設けてある。
第１実施形態では、更に、耐熱性を有する円筒状の筒状体４３を、伝熱板変形防止棒状体４２を被覆するように設けてある。伝熱板変形防止棒状体４２及び筒状体４３の長さは、ガスバーナ４ｂの加熱により熱膨張した状態で、それぞれの伝熱板４０側の端部が伝熱板４０に接当するように、皿状容器形成部材４１の伝熱板４０に対向する部分と伝熱板４０との間隔よりも多少短く設定してある。
ちなみに、伝熱板変形防止棒状体４２は、皿状容器形成部材４１を伝熱板４０に溶接する前に、予め、皿状容器形成部材４１に溶接して取り付けておいて、そのように伝熱板変形防止棒状体４２を取り付けた皿状容器形成部材４１を伝熱板４０に溶接することになる。
【００２３】
複数の伝熱板変形防止棒状体４２の分散配置形態としては、複数の伝熱板変形防止棒状体４２が千鳥状に並ぶように、複数の伝熱板変形防止棒状体４２が横方向に並ぶ伝熱板変形防止棒状体４２の列を上下方向に複数列（本実施形態では３列）に並べた配置形態としてある。
伝熱板変形防止棒状体４２は、ステンレス（例えばＳＵＳ３０１Ｓ））等の耐熱金属を用いて形成し、筒状体４３は、伝熱板変形防止棒状体４２よりも更に耐熱性に優れた材料、例えば、セラミック（例えば、再結晶アルミナ）を用いて形成してある。
【００２４】
つまり、ガスバーナ４ｂが燃焼すると、伝熱板変形防止棒状体４２及び筒状体４３が熱膨張して、それぞれの伝熱板４０側の端部が伝熱板４０に接当する状態となり、伝熱板変形防止棒状体４２及び筒状体４３により、燃焼室４を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにした突っ張りにて、伝熱板４０の燃焼室４の側への膨出変形が防止されることとなる。
【００２５】
次に、上述の改質装置Ｒを用いた水素含有ガス生成装置について説明する。
図８に示すように、水素含有ガス生成装置は、改質装置Ｒに加えて、その改質装置Ｒにて改質処理する天然ガス等の炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫部１と、改質装置Ｒにおける改質処理用の水蒸気を生成する水蒸気生成部Ｓと、改質装置Ｒから供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成させることにより変成処理する変成部５と、その変成部５から供給される変成処理ガス中の一酸化炭素ガスを選択酸化することにより選択酸化処理する選択酸化部６とを備えて、一酸化炭素ガス濃度の低い（例えば１０ｐｐｍ以下）水素リッチな燃料ガスを生成するように構成してある。
【００２６】
水蒸気生成部Ｓは、改質装置Ｒの燃焼室４から排出された燃焼ガスを通流させる水蒸気生成用加熱通流部１１と、供給される原料水を水蒸気生成用加熱通流部１１による加熱にて蒸発させる蒸発処理部２とから構成してある。
【００２７】
更に、水素含有ガス生成装置には、改質室３から排出された高温の改質処理ガスを通流させて、改質室３を保温する保温用通流部７と、脱硫部１からの脱硫原燃料ガスと改質室３からの高温の改質処理ガスとを熱交換させて、改質室３に供給される脱硫原燃料ガスを予熱する脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐと、改質室３からの高温の改質処理ガスと脱硫部１に供給される原燃料ガスとを熱交換させて原燃料ガスを予熱する原燃料ガス用熱交換器Ｅａと、変成部５を冷却するために冷却用流体を通流させる変成部冷却用通流部８と、同じく、変成部６を冷却するために冷却用流体を通流させる変成部冷却用通流部９と、変成部５及び選択酸化部６を冷却する冷却用ファン１０とを設けてある。
【００２８】
脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐは、保温用通流部７から排出された改質処理ガスを通流させる上流側改質処理ガス通流部１２と、改質室３に供給する脱硫原燃料ガスを通流させる脱硫原燃料ガス通流部１３とを熱交換自在に設けて構成し、原燃料ガス用熱交換器Ｅａは、上流側改質処理ガス通流部１２から排出された改質処理ガスを通流させる下流側改質処理ガス通流部１５と、脱硫部１に供給する原燃料ガスを通流させる原燃料ガス通流部１６とを熱交換自在に設けて構成してある。
【００２９】
水素含有ガス生成装置は、矩形板状の偏平な容器Ｂの複数を板状形状の厚さ方向に並べて設けて、各容器Ｂを用いて、改質装置Ｒ、水蒸気生成部Ｓ、脱硫部１、変成部５、選択酸化部６、各通流部等をそれぞれ構成してある。
複数の容器Ｂのうちの一部は、一つの室を備えるように形成した単室具備容器Ｂｍにて構成し、残りは、上述した改質装置Ｒを構成するのと同様の双室具備容器Ｂｄにて構成してある。
各双室具備容器Ｂｄや単室具備容器Ｂｍには、必要に応じて、流体供給用や流体排出用のノズル４４を内部の室と連通する状態で取り付けてある。
【００３０】
本実施形態においては、９個の双室具備容器Ｂｄと、１個の単室具備容器Ｂｍを、側面視において左端から３個目に単室具備容器Ｂｍを位置させた状態で、横方向に厚さ方向に並べて設けて、コンパクトに形成してある。尚、９個の双室具備容器Ｂｄと１個の単室具備容器Ｂｍとを並べるに当たっては、伝熱させる必要のあるもの同士は密着させた状態で、且つ、伝熱量を調節する必要のあるもの同士の間には伝熱量調節用の断熱材１９を介在させた状態で並べてある。
９個の双室具備容器Ｂｄの区別が明確になるように、便宜上、双室具備容器を示す符号Ｂｄの後に、左からの並び順を示す符号１，２，３……………９を付す。
【００３１】
左端の双室具備容器Ｂｄ１の左側の室を備えた部分を用いて、水蒸気生成用加熱通流部１１を構成し、右側の室を備えた部分を用いて蒸発処理部２を構成してある。つまり、左端の双室具備容器Ｂｄ１にて水蒸気生成部Ｓを構成してある。左から２個目の双室具備容器Ｂｄ２を用いて、上述のように改質装置Ｒを構成してある。
単室具備容器Ｂｍを用いて、保温用通流部７を構成してある。
左から３個目の双室具備容器Ｂｄ３の左側の室を備えた部分を用いて、上流側改質処理ガス通流部１２を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、脱硫原燃料ガス通流部１３を構成してある。つまり、左から３個目の双室具備容器Ｂｄ３を用いて、脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐを構成してある。
【００３２】
左から４個目の双室具備容器Ｂｄ４を用いて、脱硫部１を構成し、左から５個目の双室具備容器Ｂｄ５の左側の室を備えた部分を用いて、脱硫部１を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、原燃料ガス通流部１６を構成してある。
左から６個目の双室具備容器Ｂｄ６の左側の室を備えた部分を用いて、下流側改質処理ガス通流部１５を構成し、右側の室を備えた部分を用いて、変成部５を構成してある。つまり、左から５個目の双室具備容器Ｂｄ５の右側の室を備えた部分と、左から６個目の双室具備容器Ｂｄ６の左側の室を備えた部分とを用いて、原燃料ガス用熱交換器Ｅａを構成してある。
左から７個目の双室具備容器Ｂｄ７の左側の室を備えた部分を用いて、変成部５を構成し、右側の室を備えた部分を用いて変成部冷却用通流部８を構成してある。
左から８個目の双室具備容器Ｂｄ８を用いて、変成部５を構成し、左から９個目（右端）の双室具備容器Ｂｄ９の左側の室を備えた部分を用いて、変成部冷却用通流部９を構成し、右側の室を備えた部分を用いて選択酸化部６を構成してある。
【００３３】
脱硫部１を構成する双室具備容器Ｂｄの室内には、脱硫触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で装入し、変成部５を構成する双室具備容器Ｂｄの室内には、酸化鉄又は銅亜鉛の変成反応用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で装入し、選択酸化部６を構成する双室具備容器Ｂｄの室内には、ルテニウムの選択酸化用触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で装入してある。
【００３４】
つまり、改質装置Ｒを構成する双室具備容器Ｂｄ２の一方側に、その双室具備容器Ｂｄ２の側から、保温用通流部７を構成する単室具備容器Ｂｍ、断熱材１９、脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐを構成する双室具備容器Ｂｄ３、断熱材１９、脱硫部１を構成する双室具備容器Ｂｄ４、脱硫部１及び原燃料ガス通流部１６を構成する双室具備容器Ｂｄ５、下流側改質処理ガス通流部１５及び変成部５を構成する双室具備容器Ｂｄ６、変成部５及び変成部冷却用通流部８を構成する双室具備容器Ｂｄ７、変成部５を構成する双室具備容器Ｂｄ８、変成部冷却用通流部９及び選択酸化部６を構成する双室具備容器Ｂｄ９を記載順に並ぶように互いに密接配置して設け、双室具備容器Ｂｄ２の他方側に、その双室具備容器Ｂｄ２の側から、断熱材１９、水蒸気生成部Ｓを構成する双室具備容器Ｂｄ１を記載順に並ぶように密接配置して設けてある。
【００３５】
図８において、白抜き矢印にて示すように、原燃料ガス供給路２１を原燃料ガス用熱交換器Ｅａの原燃料ガス通流部１６に接続し、並びに、原燃料ガス通流部１６、脱硫部１、脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐの脱硫原燃料ガス通流部１３、改質室３、保温用通流部７、脱硫原燃料ガス用熱交換器Ｅｐの上流側改質処理ガス通流部１２、原燃料ガス用熱交換器Ｅａの下流側改質処理ガス通流部１５、変成部５、選択酸化部６の順に流れるガス処理経路を形成するように、それらをガス処理用流路２２にて接続してある。
【００３６】
選択酸化部６から排出された選択酸化処理ガスを燃料ガスとして燃料電池Ｇに供給するように、選択酸化部６と燃料電池Ｇとを燃料ガス路２３にて接続し、燃料電池Ｇから排出された排燃料ガスをガス燃料として改質装置Ｒのガスバーナ４ｂに供給すべく、燃料電池Ｇとガスバーナ４ｂのガス噴出管ｔｇとを燃料供給路２４にて接続してある。
【００３７】
図８において、実線矢印にて示すように、原料水ポンプ１４から水蒸気生成用の原料水が送られる原料水供給路２５を水蒸気生成部Ｓの蒸発処理部２に接続し、蒸発処理部２にて生成された水蒸気を送出する水蒸気路２６を、脱硫部１と被改質ガス通流部１３とを接続するガス処理用流路２２に接続して、ガス処理用流路２２を通流する脱硫原燃料ガスに改質用の水蒸気を混合させるように構成してある。
【００３８】
図８において、破線矢印にて示すように、燃焼室４から排出された燃焼ガスを、水蒸気生成用加熱通流部１１、変成部冷却用通流部８の順に流すように、それら燃焼室４、水蒸気生成用加熱通流部１１、変成部冷却用通流部８を燃焼ガス路２７にて接続して、水蒸気生成用加熱通流部１１においては、燃焼ガスによって蒸発処理部２を加熱し、変成部冷却用通流部８においては、燃焼ガスによって、発熱反応である変成反応が行われる変成部５を冷却するように構成してある。
【００３９】
図８において、一点鎖線矢印にて示すように、ブロア２８からの空気を燃焼用空気として、ガスバーナ４ｂに供給するように、ブロア２８とガスバーナ４ｂの空気噴出管ｔａとを燃焼用空気路２９にて接続してある。尚、図示は省略するが、ブロア２８からの空気を変成部冷却用通流部９を通流させてからガスバーナ４ｂに供給する変成部冷却用空気路も設けてあり、変成部５の冷却能力が不足するとき、例えば、夏期の高気温時には、その変成部冷却用空気路を通じて、燃焼用空気をガスバーナ４ｂに供給するように切り換え可能なように構成してある。
【００４０】
又、最後段の変成部５と選択酸化部６とを接続するガス処理用流路２２には、原料水供給路２５を流れる原料水を変成処理ガスにて予熱する原料水予熱用熱交換器１７を設けると共に、変成処理ガスから凝縮水を除去するドレントラップ３０を、その原料水予熱用熱交換器１７よりも下流側の箇所に設けて、変成処理ガスと原料水とを熱交換させて、原料水を予熱すると共に、変成処理ガスを冷却するようにしてある。
更に、変成部冷却用通流部８から燃焼ガス路２７を通じて排出された燃焼ガスと、燃焼用空気路２９を通じて燃焼室４に供給する燃焼用空気及び燃料供給路２４を通じてガスバーナ４ｂに供給するオフガスとを熱交換させて、燃焼用空気及びオフガスを予熱する排熱回収用熱交換器３１を設けてある。
【００４１】
以下、本発明の第２ないし第５の各実施形態を説明するが、各実施形態においては、伝熱板変形防止棒状体４２により伝熱板４０の変形を防止する構造、伝熱板変形防止棒状体４２の配置形態、又は、支持構造等の伝熱板変形防止棒状体４２に関連する構成が異なる以外は、第１実施形態と同様に構成してあるので、第１実施形態と同じ構成要素や同じ作用を有する構成要素については、重複説明を避けるために、同じ符号を付すことにより説明を省略し、主として、伝熱板変形防止棒状体４２に関連する構成について説明する。
又、第２ないし第５の各実施形態による改質装置Ｒは、第１実施形態による改質装置Ｒと同様に、図８に示す水素含有ガス生成装置に用いることができるが、第２ないし第５の各実施形態による改質装置Ｒを用いた水素含有ガス生成装置説明は省略する。
【００４２】
〔第２実施形態〕
以下、図４に基づいて、第２実施形態を説明する。
第２実施形態においては、伝熱板変形防止棒状体４２により伝熱板４０の変形を防止する構造、伝熱板変形防止棒状体４２の配置形態は第１実施形態と同様であるが、伝熱板変形防止棒状体４２の支持構造が第１実施形態と異なり、又、耐熱性を有する筒状体４３を設けていない点が第１実施形態と異なる。
【００４３】
伝熱板変形防止棒状体４２により伝熱板４０の変形を防止する構造としては、第１実施形態と同様に、燃焼室４を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにして、突っ張りにて伝熱板４０の変形を防止する構造である。つまり、複数の伝熱板変形防止棒状体４２を、燃焼室４を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにして、突っ張りにて伝熱板４０の変形を防止ように燃焼室４内に設けてある。
伝熱板変形防止棒状体４２の配置形態としては、第１実施形態と同様に、複数の伝熱板変形防止棒状体４２を、縦向きの伝熱板４０における下方側に偏った位置に、分散状に設けてある。又、複数の伝熱板変形防止棒状体４２の分散配置形態も第１実施形態と同様である。
【００４４】
伝熱板変形防止棒状体４２の支持構造について説明を加えると、伝熱板変形防止棒状体４２は、その長手方向を伝熱板４０に略直交させる姿勢で、その長手方向の一端を伝熱板４０に溶接して固着し、他端を燃焼室４を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分に溶接にて固着して設けてある。ちなみに、予め、伝熱板変形防止棒状体４２を皿状容器形成部材４１に溶接して取り付けておき、そのように伝熱板変形防止棒状体４２を取り付けた皿状容器形成部材４１を伝熱板４０に溶接するときに、伝熱板変形防止棒状体４２の端部を伝熱板４０に圧接して溶接することになる。
【００４５】
〔第３実施形態〕
以下、図５に基づいて、第３実施形態を説明する。
第３実施形態においては、伝熱板変形防止棒状体４２の配置形態は第１実施形態と同様であるが、伝熱板変形防止棒状体４２により伝熱板４０の変形を防止する構造、及び、伝熱板変形防止棒状体４２の支持構造が第１実施形態と異なり、又、耐熱性を有する筒状体４３を設けていない点が第１実施形態と異なる。
【００４６】
つまり、伝熱板変形防止棒状体４２の配置形態としては、第１実施形態と同様に、複数の伝熱板変形防止棒状体４２を、縦向きの伝熱板４０における下方側に偏った位置に、分散状に設けてある。又、複数の伝熱板変形防止棒状体４２の分散配置形態も第１実施形態と同様である。
【００４７】
伝熱板変形防止棒状体４２により伝熱板４０の変形を防止する構造としては、改質室３を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにして、引張りにて伝熱板４０の変形を防止する構造である。つまり、複数の伝熱板変形防止棒状体４２を、改質室３を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにして引張りにて伝熱板４０の変形を防止するように改質室３内に設けてある。
【００４８】
伝熱板変形防止棒状体４２の支持構造について説明を加えると、伝熱板変形防止棒状体４２は、その長手方向を伝熱板４０に略直交させる姿勢で、その長手方向の一端を伝熱板４０に溶接して固着し、他端を改質室３を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分に溶接にて固着して設けてある。ちなみに、予め、伝熱板変形防止棒状体４２を皿状容器形成部材４１に溶接して取り付けておき、そのように伝熱板変形防止棒状体４２を取り付けた皿状容器形成部材４１を伝熱板４０に溶接するときに、伝熱板変形防止棒状体４２の端部を伝熱板４０に圧接して溶接することになる。
【００４９】
つまり、第３実施形態の改質装置Ｒでは、伝熱板変形防止棒状体４２により、改質室３を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにした引張りにて、伝熱板４０の燃焼室４の側への膨出変形が防止されることとなる。
又、伝熱板変形防止棒状体４２は、改質触媒３ｃ中に埋没する状態となっているので、伝熱板変形防止棒状体４２を通じて、伝熱板４０から改質触媒３ｃへ熱を伝導させることができるので、改質触媒３ｃの加熱温度分布を小さくすることが可能となる。
【００５０】
〔第４実施形態〕
以下、図６に基づいて、第４実施形態を説明する。
第４実施形態においては、伝熱板変形防止棒状体４２の配置形態は第１実施形態と同様であるが、伝熱板変形防止棒状体４２により伝熱板４０の変形を防止する構造、及び、伝熱板変形防止棒状体４２の支持構造が第１実施形態と異なり、又、耐熱性を有する筒状体４３を設けていない点が第１実施形態と異なる。
【００５１】
つまり、伝熱板変形防止棒状体４２の配置形態としては、第１実施形態と同様に、複数の伝熱板変形防止棒状体４２を、縦向きの伝熱板４０における下方側に偏った位置に、分散状に設けてある。又、複数の伝熱板変形防止棒状体４２の分散配置形態も第１実施形態と同様である。
【００５２】
伝熱板変形防止棒状体４２により伝熱板４０の変形を防止する構造としては、改質室３を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにして、引張りにて伝熱板４０の変形を防止する構造である。つまり、複数の伝熱板変形防止棒状体４２を、改質室３を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにして引張りにて伝熱板４０の変形を防止するように改質室３内に設けてある。
【００５３】
伝熱板変形防止棒状体４２の支持構造について説明を加えると、伝熱板変形防止棒状体４２は、その長手方向の伝熱板４０の側の端部に周方向外方に張り出す鍔部４２ｆを備え、その伝熱板変形防止棒状体４２を、長手方向を伝熱板４０に略直交させる姿勢で、その長手方向の一端の鍔部４２ｆを、伝熱板４０に溶接により固着した係止部材４５に係止した状態で、他端を改質室３を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分に溶接にて固着して設けてある。伝熱板変形防止棒状体４２の鍔部４２ｆと係止部材４５とは、互いの接当により、伝熱板４０が燃焼室４の側に膨出変形するのを阻止すべく係止するようにしてある。
ちなみに、予め、伝熱板変形防止棒状体４２を皿状容器形成部材４１に溶接して取り付けておき、そのように伝熱板変形防止棒状体４２を取り付けた皿状容器形成部材４１を、伝熱板変形防止棒状体４２の鍔部４２ｆが係止部材４５に係止するように配置して、皿状容器形成部材４１を伝熱板４０に溶接することになる。
【００５４】
〔第５実施形態〕
以下、図７に基づいて、第５実施形態を説明する。
第５実施形態においては、伝熱板変形防止棒状体４２の配置形態は第１実施形態と同様であるが、伝熱板変形防止棒状体４２により伝熱板４０の変形を防止する構造、及び、伝熱板変形防止棒状体４２の支持構造の一部が第１実施形態と異なり、又、耐熱性を有する筒状体４３を設けていない点が第１実施形態と異なる。
【００５５】
つまり、伝熱板変形防止棒状体４２の配置形態としては、第１実施形態と同様に、複数の伝熱板変形防止棒状体４２を、縦向きの伝熱板４０における下方側に偏った位置に、分散状に設けてある。又、複数の伝熱板変形防止棒状体４２の分散配置形態も第１実施形態と同様である。
【００５６】
伝熱板変形防止棒状体４２により伝熱板４０の変形を防止する構造としては、改質室３を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにした引張りと、燃焼室４を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにした突っ張りとの両方により、伝熱板４０の変形を防止する構造である。つまり、複数の伝熱板変形防止棒状体４２を、改質室３を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにして引張りにて伝熱板４０の変形を防止するように改質室３内に設け、又、複数の伝熱板変形防止棒状体４２を、燃焼室４を形成する皿状容器形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにして、突っ張りにて伝熱板４０の変形を防止ように燃焼室４内に設けてある。
【００５７】
燃焼室４内に設ける伝熱板変形防止棒状体４２の支持構造は、第１実施形態と同様であり、改質室３内に設ける伝熱板変形防止棒状体４２の支持構造は第４実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５８】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
伝熱板変形防止体４２の具体構成として、上記の各実施形態において例示した丸棒状の伝熱板変形防止棒状体４２に限定されるものではない。例えば角棒状や楕円棒状の棒状体、又は、波板状体にて構成することができる。又、伝熱板変形防止体４２を、改質室形成部材４１における伝熱板４０に対向する部分を支えにして、引張りにて伝熱板４０の変形を防止するように改質室３内に設ける場合は、伝熱板変形防止体４２は、チェーン等の索状体にて構成することができる。
【００５９】
上記の第１実施形態において、筒状体４３を省略することができる。又、上記の第２ないし第５の各実施形態において、耐熱性を有する円筒状の筒状体４３を、伝熱板変形防止棒状体４２を被覆するように設けても良い。
【００６１】
伝熱板変形防止体４２を複数設ける場合、その個数は、伝熱板４０の大きさ等に応じて、適宜に変更することができる。
【００６２】
上記の各実施形態においては、加熱室４としての燃焼室４の内部にガスバーナ４ｂを設けて、そのガスバーナ４ｂの燃焼ガスを加熱用流体として通流させるように構成する場合について例示したが、ガスバーナの燃焼ガスや、各種燃焼式原動機の燃焼排ガスを加熱用流体として、加熱室４の外部から加熱室内に供給するように構成しても良い。
【００６４】
改質室３及び加熱室４の形状は、伝熱板４０の厚さ方向に薄い偏平状に構成する場合、上記の各実施形態において例示したように矩形板状に限定されるものではなく、例えば、円板状でも良い。
【００６６】
ガスバーナ４ｂの具体構成は、上記の実施形態において例示した構成に限定されるものではなく、種々の構成が可能であり、例えば、ガス燃料と燃焼用空気との予混合ガスを噴出して燃焼させる構成でも良い。
【００６７】
本発明による改質装置Ｒは、上記の各実施形態の如き水素含有ガス生成装置に組み込んで用いる場合に限定されるものではなく、単独で用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態にかかる改質装置の斜視図
【図２】第１実施形態にかかる改質装置の分解斜視図
【図３】第１実施形態にかかる改質装置の縦断側面図
【図４】第２実施形態にかかる改質装置の縦断側面図
【図５】第３実施形態にかかる改質装置の縦断側面図
【図６】第４実施形態にかかる改質装置の縦断側面図
【図７】第５実施形態にかかる改質装置の縦断側面図
【図８】第１実施形態にかかる改質装置を用いた水素含有ガス生成装置の縦断側面図
【図９】従来の改質装置の縦断側面図
【符号の説明】
３ 改質室
３ｃ 改質触媒
４ 加熱室
４０ 伝熱板
４１ 改質室形成部材、加熱室形成部材
４２ 伝熱板変形防止体
４３ 筒状体
Claims (3)
- 周縁部が固定された平板状の伝熱板の一側面側に、改質触媒が装入された改質室が設けられ、前記伝熱板の他側面側に、加熱用流体が通流して前記改質室を前記伝熱板を介して加熱する加熱室が設けられた改質装置であって、
前記伝熱板が前記加熱室側に膨出するように変形するのを引張りにて防止する伝熱板変形防止体が設けられ、
前記改質室が、皿状の改質室形成部材の周縁部を前記伝熱板に固着して構成され、
前記加熱室が、皿状の加熱室形成部材の周縁部を前記伝熱板に固着して構成され、
前記伝熱板変形防止体が、前記改質室形成部材における前記伝熱板に対向する部分を支えにして、引張りにて前記伝熱板の変形を防止するように前記改質室内に設けられ、
前記伝熱板が縦向きに設けられ、
前記改質室及び前記加熱室が、前記伝熱板の厚さ方向に薄い偏平状に構成され、
複数の前記伝熱板変形防止体が、縦向きの前記伝熱板における下方側に偏った位置に、分散状に設けられている改質装置。 - 周縁部が固定された平板状の伝熱板の一側面側に、改質触媒が装入された改質室が設けられ、前記伝熱板の他側面側に、加熱用流体が通流して前記改質室を前記伝熱板を介して加熱する加熱室が設けられた改質装置であって、
前記伝熱板が前記加熱室側に膨出するように変形するのを突っ張りにて防止する伝熱板変形防止体が設けられ、
前記改質室が、皿状の改質室形成部材の周縁部を前記伝熱板に固着して構成され、
前記加熱室が、皿状の加熱室形成部材の周縁部を前記伝熱板に固着して構成され、
前記伝熱板変形防止体が、前記加熱室形成部材における前記伝熱板に対向する部分を支えにして、突っ張りにて前記伝熱板の変形を防止するように前記加熱室内に設けられ、
前記伝熱板が縦向きに設けられ、
前記改質室及び前記加熱室が、前記伝熱板の厚さ方向に薄い偏平状に構成され、
複数の前記伝熱板変形防止体が、縦向きの前記伝熱板における下方側に偏った位置に、分散状に設けられている改質装置。 - 前記伝熱板変形防止体が、棒状に構成され、
耐熱性を有する筒状体が、棒状の前記伝熱板変形防止体を被覆するように設けられている請求項１又は２のいずれか１項に記載の改質装置。
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