JPH0231831A - 燃料改質装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば燃料電池に供給する燃料ガスを製造
するために用いられ、被改質ガスを触媒存在下で加熱し
て改質する燃料改質装置に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、例えば天然ガスや都市ガスなどの原料ガスから
、燃料電池などに供給される水素に富んだ燃料ガスを製
造する作業は、燃料改質装置で行われる。この燃料改質
装置では、触媒が充填された改質反応管を改質炉内で所
定の温度に加熱するとともに、この加熱された改質反応
管内に被改質ガスとして原料ガスと水蒸気（Ｈ２Ｏ）と
を導入することによって、原料ガスが改質される。

通常、このときの加熱は、燃料電池からの排気（オフガ
ス）を燃焼させることによって、効率良く経済的に行っ
ている。また、起動時には、燃料電池からのオフガスが
ないので、都市ガスなどの燃料を用いて加熱している。

第５図は従来の燃料改質装置の一例を示す要部構成図で
あり、図において（１）は内部（図の下方）に改質反応
管（図示せず）を有する改質炉、（２）は改質Ｆ（１）
の上部に隣接して設けられ燃焼用空気が供給される空気
室、（３）は空気室（２）に隣接して設けられ燃焼用燃
料ガスが供給される燃料室である。

（４）は一端部が燃料室（３）内に開口しているととも
に他端部が改質炉（１）内に突出して開口している複数
本の燃料ノズル、（５）は空気室（２）と改質炉（１）
内とを連通ずる複数本の空気ノズル、（６）は燃料ノズ
ル（４）、空気ノズル（５）及びこれらの取付部からな
るバーナ、（７）は改質炉（１）内に設けられバーナ（
６）から噴出される燃焼用燃料ガスと燃焼用空気との混
合気に着火するためのパイロットバーナであり、このパ
イロットバーナ（７）はイグナイタ（８）及び火炎検知
電極（９）を有している。

上記のように構成された従来の燃料改質装置においては
、まず送風機（図示せず）などの空気源から燃焼用空気
を空気室（２）に供給する。次に、イグナイタ（８）に
放電スパークを飛ばしながらパイロットバーナ（７）に
都市ガス等を供給して、パイロットバーナ（７）を着火
する。そして、火炎検知電！！（９）によりパイロット
バーナ（７）の着火が確認されたら、燃料室（３）に燃
焼用燃料ガスを供給する。この予熱時には、まだ燃料電
池が発電を開始しておらず、当然燃料電池からのオフガ
スの排出もないので、燃焼用燃料ガスとして都市ガスな
どを用いる。これにより、バーナ（６）からは燃焼用燃
料ガスと燃焼用空気との混き気が噴出され、噴出された
混合気はパイロットバーナく７）の火炎により着火され
る。このバーナ（６）からの火炎により、高温の燃焼ガ
スが改質炉（１）内に生じ、図の矢印方向へ進む。これ
によって、改質反応管が加熱されていく。

改質反応管が所定の温度まで加熱されたら、被改質ガス
である原料ガスと水蒸気とを改質反応管内に導入すれば
、原料ガスが改質される。改質された原料ガスは、ＣＯ
転化器（図示せず）に送られ燃料ガスとして燃料電池に
供給される。

また、燃料電池が発電を開始したら、燃料室（３）への
予熱用の都市ガスの供給を止め、代わりに燃料電池から
のオフガスを燃焼用燃料ガスとして燃料室（３）へ供給
すればよい。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように構成された従来の燃料改質装置においては
、かなりの高温に達している改質炉（１）の内部からの
輻射熱をバーナ（６）が受は易いので、バーナ（６）を
特殊な耐熱合金などで構成したり、熱応力による変形を
避けるため肉厚を厚くしたりする必要があり、コスト高
になってしまうという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、特殊な耐熱材料で構成したり、熱変形防止
のため肉厚を厚くしたりすることなく、バーナの熱的劣
ｒヒを防止でき、これにより低コスト化することができ
る燃料改質装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る燃料改質装置は、改質炉の内壁に凹部を
設けるとともに、この凹部にバーナを設けたものである
。

［作用］ この発明においては、凹部にバーナを設けることにより
、改質炉の内部からバーナが受ける輻射熱が低減する。

［実施例コ 以下、この発明の実施例を図について説明する。

第１図はこの発明の一実施例による燃料改質装置を示す
要部構成図であり、第５図と同−又は相当部分には同一
符号を付し、その説明を省略する。

図において、（１１）は改質炉（１）の上部内壁に設け
られた円筒状の凹部であり、この凹部（１１）は天井部
にパイロットバーナ（７）が取り付けられている。（１
２）は凹部（１１）の外周部に隣接して設けられ燃焼用
空気が供給される空気室、＜１３）は空気室＜１２）に
隣接して設けられ燃焼用燃料ガスが供給される燃料室で
ある。

（１４）は一端部が燃料室（１３）内に開口していると
ともに他端部が凹部（１１）内に側面から突出して開口
している複数本の燃料ノズル、（１５）は空気室（１２
）と凹部（１１）内とを連通ずる複数本の空気ノズル、
（１６）は凹部（１１）の側面部に凹部（１１）内へ向
けて設けられ燃料ノズル（］、４）。

空気ノズル（１５）及びこれらの取付部からなるバーナ
である。

上記のように構成された燃料改質装置においては、従来
例のものと同様に動作して、改質炉（１）内を加熱し、
原料ガスを改質する。

ここで、第２図は従来の燃料改質装置におけるバーナ（
６）の熱平衡を表す説明図である。図において、Ｑｌは
バーナ（６）が改質炉（１）の内部から受ける輻射熱、
Ｑ２は燃焼用空気及び燃焼用燃料ガスによりバーナ（６
）が奪われる冷却熱と示しており、それぞれ次式により
求められる。

Ｑ　＋　＝　Ａσ（ＴＦ４−Ｔｌ１４）Ｑ　２　＝　Ｋ
　（Ｔ　−Ｔ　ｃ　） 但し、Ａはバーナ（６）の改質炉（１）内へ向いた部分
の面積、σはステファン・ボルツマン定数、■くはバー
ナ（６）から燃焼用空気及び燃焼用燃料ガスへの熱コン
ダクタンス、Ｔ２は改質炉（１）内の温度、Ｔ、はバー
ナ（６）の温度、Ｔｏは燃焼用空気及び燃焼用燃料ガス
の温度である。

尚、バーナ（６）の輻射率は１とする。

そして、Ａ＝４０ＣＩＩ１２、Ｋ　＝　１　ｋｃａｌ／
　ｈ　”Ｃ１Ｔ、＝１２００℃＝１４７３に、Ｔ、＝４
５０℃＝７２３にとすると、熱平衡時にはＱ、＝Ｑ２が
成り立つので、これに上記の数値を代入して解くと、Ｔ
　、　＝　９４０℃となり、バーナ（６）の温度はかな
り高くなることがわかる。

一方、第３図は第１図の燃料改質装置におけるバーナ（
１６）の熱平衡を表す説明図である。図において、Ｑ、
、Ｑ２は第２図と同様に定義され、Ｑ、はバーナ（１６
）が凹部（１１）の天井部から受ける輻射熱を示してい
る。そして、それぞれ次式により求められる。

Ｑ　Ｉ＝ＡσＦ　（Ｔ、’−ＴＢ’） Ｑ　２＝　Ｋ　（Ｔ−−Ｔ　０） Ｑ３＝ＡσＦ　（’ｒ＊’−Ｔ＠’） 但し、Ｆは凹部（１１）の形態係数、Ｔ１１は凹部（１
１）の天井部の温度、他は第２図と同様である。

また、熱平衡時にはＱ　＋　＋　Ｑ　３　＝　Ｑ　２が
成り立つので、この熱平衡式と上記３式を連立させてバ
ーナ（１６）の温度Ｔ８を求めればよい。

ところが、天井部温度Ｔ、ｌが不明であるため、このＴ
ｌｌを横軸にとって、Ｔ、どの関係を第４図に示した。

但し、Ａ、に、ＴＦ及びＴ。には、それぞれ従来のとき
と同じ数値を代入し、凹部（１１）は直径と深さとが等
しい円筒と考えてＦ＝０．３１を代入した。

図中、実線で示した曲線が上記実施例におけるバーナ（
１６）の温度、破線が従来例でのバーナ（６）の温度（
９４０℃）である。図から明らかなように、天井部温度
Ｔ８がかなり高温であっても、バーナ（１６）の温度Ｔ
ｌｌは従来より低くなっている。

例えば、燃焼用空気と燃焼用燃料ガスとによって、天井
部がバーナ（１６）と同程度の冷却を受け゛ると考え、
Ｔ、１＝Ｔ、とじた場合には、バーナ（１６）の温度Ｔ
、は約６８０℃となる。この場合、Ｔａは従来例に比べ
て２６０℃も低くなっている。

このため、例えば、Ｓ　Ｕ　Ｓ　３０４ステンレス鋼な
ど、従来では用いることのできなかった通常の金属を用
いることができる。また、バーナ（１６）を構成する部
材の肉厚等も、同材質のものであれば、従来より薄くす
ることができる。

また、上記実施例ではバーナ（１６）を凹部（１１）の
側面部に設け、パイロットバーナ（９）を凹部（１１）
の天井部に設けたので、バーナ（１６）が互いに向かい
合っており、パイロットバーナ（９）の火炎が短くても
火移りが良好であり、従来例のものに比べてパイロット
バーナ（９）の火炎を短くすることができるとともに、
バーナ（１６）の着火がより確実になる。

なお、上記実施例ではバーナ（１６）を凹部（１１）の
側面部に設けたものを示したが、バーナは凹部の天井部
に設けてもよい。この場き、パイロットバーナ（９）も
天井部に設ければよい。

また、上記実施例では円筒状の凹部（１１）を示したが
、凹部は例えば多角形筒状など、他の形状であってもよ
い。

さらに、上記実施例では改質炉（１）の上部に凹部（１
１）を設けたが、例えば下部など、他の部分に設けても
よい、また、複数個の凹部を設けてもよい。

さらにまた、バーナの形状は上記実施例のものに限定さ
れるものではなく、例えば空気室（１２）と燃料室（１
３）とが逆に配置されて燃料ノズル（１４）と空気ノズ
ル（１５）とが逆になっているものなどでもよい。

また、上記実施例では燃料改質装置として燃料電池用の
ものを示したが、他に使われる燃料を改質するためのも
のであってもよく、被改質ガスも上記実施例に限定され
ない。

［発明の効果コ 以上説明したように、この発明の燃料改質装置は、改質
炉の内壁に凹部を設けるとと６に、この凹部にバーナを
設けたので、改質炉の内部からバーナが受ける輻射熱が
低減し、バーナを特殊な耐熱材料で構成したり、バーナ
を構成する部材の肉厚を厚くしたりすることなく、バー
ナの熱的劣化を防止でき、これにより低コスト化するこ
とができるという効果がある。また、バーナの信頼性も
向上し、寿命も延ばすことができるなどの効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による燃料改質装置を示す
要部構成図、第２図は従来の燃料改質装置におけるバー
ナの熱平衡を表す説明図、第３図は第１図の燃料改質装
置におけるバーナの熱平衡を表す説明図、第４図は第１
図の燃料改質装置の熱平衡時における凹部天井部温度と
バーナ温度との関係を示す関係図、第５図は従来燃料改
質装置の一例を示す要部構成図である。 図において、（１）は改質炉、（１１）は四部、（１６
）はバーナである。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 罵１図 馬２図 篤３図 昂４図 ６゛バーナ 天井部式ＴＲ’Ｃ ％５０ １．事件の表示 昭和６３年特許願第１８１６００号 ２、発明の名称 燃料改質装置 ３゜ 補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
名　称　　（６０１）三菱電機株式会社代表者志岐守哉 ４゜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内壁に凹部を有する改質炉と、前記凹部に設けられ、前
   記凹部内へ向けて火炎を噴射するバーナと、前記改質炉
   内に設けられ、内部に触媒が充填される改質反応管とを
   備え、前記改質反応管を前記バーナの熱により加熱する
   とともに、前記改質反応管内に被改質ガスを導入するこ
   とによって、前記被改質ガスを改質する燃料改質装置。