JPH0271834A - 水蒸気改質装置 - 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】 ［発明の目的］ ［産業上の利用分野］ 本発明は炭化水素やメタノールに代表されるアルコール
等を水蒸気改質する装置に関する。詳しくは出来るだけ
小容積の燃焼ガス生成空間中で発生した燃焼熱が燃焼ガ
スからの輻射熱を主とはしない伝熱によって反応器（又
は改質管又は改質器）の壁を貫通して反応器内に与えら
れる水蒸気改質用反応器に関する。

［従来の技術］ 燃焼炉に於て燃焼ガスの発する熱を殆どガスからの輻射
伝熱によって改質器の反応管に与える従来の装置では１
反応管に面する燃焼ガス層の厚さを大きくすることが必
要であり、水蒸気改質に用いる反応器１通常は即ち改質
管反応管自体の占める容積は小でも装置全体としては大
型とならざるをえなかった。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記従来の技術の有する課題の解決を図るもの
で、上記従来の技術では大型となってしまうこの種の装
置を出来るだけ小形化して利用に便ならしめる提案であ
る。更に本発明では上記従来の装置に附随する次の問題
をも解決するものである。即ち従来の装置では燃料が供
給されて燃焼させられる部分が通常１カ所に設けられる
ので＝１、　改質管に、より均一に熱を供給する為に燃
焼カスは改質管の長手方向に流される為、改質管の長手
方向にわたる温度制御が容易でない。

中しこの部分の温度が特に高くなるのでこの部分に高価
な耐熱材料を用いねばならない。

３、　多段でない燃焼触媒床を用いる場合には。

触媒担体の耐熱性の上限から空気過剰率を大にせざるを
えず、炉の効率が低下する。

［発明の構成］ ［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記課題を解決すべ〈発明者が鋭意検討を行
って漸く得られた。

本発明では気相の燃料又は微細に霧化して供給される液
体燃料が空気、酸素富化空気等の含酸素気体と共に、装
置に設けられたパラジウム、白金。

ニッケル、マンガン、＠等に代表される有効成分の少く
とも１種を含む燃焼触媒床に供給され燃焼させられて、
水蒸気改質にとり所要量の燃焼熱が燃焼触媒床即ち燃焼
域内での温度分布の精密な制御下に発生させられつる。

即ち本発明は： ［同軸的に相乗なった多数の円筒状壁を持ち。

最内部の円筒状壁が囲む円柱状空間と、同軸的に相乗な
った多数の環状空間とからなる多数の同軸の空間を持ち
。

該多数の環状空間の夫々は、隣り合う２個の円筒状壁か
なす多数対の夫々に挾まれ、隣り合う任意の２個の該環
状空間に挾まれた該円筒状壁の１つは１該２個の環状空
間の夫々を挾む２対の環状壁の双方の対により共有され
。

水蒸気改質反応がなされる空間即ち反応空間は該多数の
環状空間の１つであり。

反応空間は該円筒状壁の多数対の１つである１対の円筒
状壁に挾まれ。

水蒸気改質用触媒床が反応空間に充填され。

水蒸気改質用原料の供給経路手段が反応空間の一端側即
ち原料供給端側に反応空間に連通して設けられており。

反応空間はその他端側即ち反転端側で熱回収空間に連通
し。

熱回収空間は反応空間を挾む該１対の円筒状壁の一方即
ち熱回収壁を含んでなる（を少なくともその一部とする
）壁で区画された該同軸の空間の１つであり。

熱回収空間にはその反転端と異る一端に連通して改質器
ガス取出し手段が設けられており。

反応空間を挾む該１対の円筒状壁の他方即ち燃焼熱通過
壁を含んでなる壁で区画された１該多数の同軸の空間の
１つである熱供給空間内に、熱供給手段が、該燃焼熱通
過壁の、少くとも反応空間の水蒸気改質用触媒床が充填
された部分に対応する１部分に接して、設けられ。

該反応空間の水蒸気改質用触媒床が充填された部分とこ
の部分に対応する熱回収空間と熱供給手段とを少くとも
内包する空間を、外部空間と隔てる隔壁手段を有し。

熱供給空間には、これに連通して、この空間の長手方向
く又は装置の軸方向又は縦方向）に関する一端側である
酸素供給端側に含酸素カス供給口手段、他端側である燃
焼済ガス排出ｆ４Ａ側に燃焼済ガス排出口手段か設けら
れており。

熱供給手段は、燃料供給手段の一部を内部に持つ燃料供
給室手段と燃焼触媒床手段との組からなる熱発生手段を
、熱供給空間の長手方向（又は装置の軸方向又は縦方向
）にわたり多段に持ち１個々の組に於て燃料供給室手段
は酸素供給端側にあり； それにより、各燃料供給手段から供給される燃料は含酸
素ガス供給口手段から供給される含酸素ガスと共に熱供
給手段中を、上記酸素供給端側から燃焼済ガス排出端側
に向って流されつつ各燃焼触媒床手段内で燃焼させられ
て熱を発生し燃焼済ガスとなり燃焼ガス排出口手段から
排出され、−方上記水蒸気改質用原料の供給経路手段か
ら供給された水蒸気改質用原料は、−緒に供給される水
蒸気と共に上記反応空間の反転端側に向って改質触媒床
を通過しつつ熱供給手段で発生した熱を供給されて水蒸
気改質され改質済ガスとなり、上記熱回収空間を経て上
記改質済ガス取出し手段がら取り出されること； を特徴とする。水蒸気改質装置」である。

本発明の実施態様には５反応空間を挾む１対の円筒状壁
として同軸の二重管を用い、その外管を燃焼熱通過壁と
しその内管を熱回収壁とする２反応空間が外側から加熱
される外熱型がある。

改質原料と水蒸気とは環状の反応空間内を流過し外管の
周囲に配設された熱供給空間からの熱を燃焼熱通過壁で
ある外管経由与えられ、改質触媒床内で改質済みガスに
変り１反転端から１代表的には内管内の円柱状空間であ
る。同軸空間の１つである熱回収空間内を向流的に流れ
て、余熱を熱回収壁である内管経由反応空間内の気体に
与えてから排出される。

また他の態様として１反応空間を挾む１対の円筒状壁の
うち、その内側のもの即ち内壁を燃焼熱通過壁とし外側
のもの即ち外壁を熱回収壁とする反応空間が内側から加
熱される内熱型がある。

改質原料と水蒸気とは環状の反応空間内を流過し内壁の
内面に接して配設された熱供給空間からの熱を燃焼熱通
過壁である内壁経由与えられ、改質触媒床内で改質済み
ガスに変り９反転端から外壁と外壁にその外側で隣り合
う円筒状壁との間の環状空間である熱回収空間内を向流
的に流れて余熱を熱回収壁である外壁経由反応空間内の
気体に与えてから排出される。

本発明では、１つの反応空間が２つの熱供給空間に挾ま
れ、内熱、外熱併用型にしたものもあり得るが１装置の
複雑化を避はコンパクト化を期するという点から通常採
用されない、この場合の熱回収空間は１反応空間を内外
２層に分がっ環状空間であってよく、またその代りに１
反応空間を内外２層に分かつ円筒面上に配列された熱回
収管群の列であってもよい。

また本発明では１反応空間が多層に配置され。

これらが内熱型及び／又は外熱型方式で熱される構成も
あり得るが、同様の理由で通常採用されない３ 本発明に於て、燃焼触媒床は触媒自体や担体が必ずしも
安価でないこと；一般に熱伝導性が必ずしも高くないの
で所要の熱を、外管又は内壁である。燃焼熱通過壁に与
えるには燃焼温度を上げざるを得す、燃焼触媒担体自体
や本発明装置を構成する他の材料、あるいは燃焼触媒床
の寿命等に悪影響を与えがちであること：かさ高な材料
が燃焼触媒床の担体となるので圧力損失が増すことも多
いこと１等の少くとも１つを解決する方法として燃焼触
媒床を小さくする為に、熱発生手段はその燃焼済ガス排
出端側に伝熱手段を備えることができる６ 伝熱手段としては、各種充填物と、燃焼熱通過壁に単な
る接触による接続によらず一体的に接合された伝熱体と
がある。

充填物には、リング状、サドル状１球形等の粒子状等の
粒状材料と網状、綿状、コイル状等の繊維状ないし線条
状材料等とがある。これらの少くとも１種、又は２種以
上の組み合わせが用いられる。なお本発明では打ち抜き
金網状やエクスパンドメタル状の構造も１種の網状とみ
なす。

充填物は燃焼触媒床を出たガスから速やかに受熱してこ
れを輻射により最終的に燃焼熱通過壁経由改質触媒床に
与える機能が主となるゆえ、耐熱性が同等ならば熱伝導
性のよいものが好適である。

燃焼熱通過壁に接合された伝熱手段としては。

谷部が燃焼熱通過壁に接合された。波板又は折板状の、
又は水平断面上で半径方向成分を持つ方向に燃焼熱通過
壁から突出する放射状配列の平板状ないし波板又は折板
状のもの、又は燃焼熱通過壁に接する部位で燃焼熱通過
壁に接合されたハニカム状の等のもの、即ち、平面状又
は曲面状の板。

又はこれらの組合わせから構成される板状伝熱体が好ま
しい。

かかる伝熱手段が、直線状９曲線状、蛇行状。

又はジグザグ状、あるいはこれらの２以上の組合わせ等
、何れら巨視的には燃焼熱通過壁の軸に平行な方向に気
体を導く流路を与える。これらの材質は、一般に耐熱性
の金属製又は熱伝導性のよいセラミック製が好ましい 板状伝熱体に適当な突起、フィン、スリット等を与えて
表面積を増すのも良い方法である。

勿論これらの伝熱体は燃焼熱通過壁への伝熱が良いよう
に溶接、ろう付け、又は圧接による等して燃焼熱通過壁
と一体的に連続した構造で燃焼熱通過壁に接合されるべ
きである。

板状伝熱体に金属を用いる場合、金属は耐熱性によって
選択されればよく、ステンレス鋼やニッケルを基とした
耐熱金属等が耐熱性の必要に応じて用いられる。セラミ
ック類を用いる際はこれらは一般に耐熱性はよいので熱
伝導性によって選択される なお燃焼熱通過壁以外の壁面等への板状伝熱体の接合は
一般に該壁面等への伝熱を目的とせず伝熱体の支持の為
等に必要に応じてなされるので。

伝熱体中のガスの流通を妨げないようにすれば任意の接
合方法か取られてよい。

例えば、波板状の伝熱体を前記外管である燃焼熱通過壁
に巻き付は又は前記内壁である燃焼熱通過壁に内側から
巻き当て（又は内張り様にあてがい）１波板の波の谷部
を溶接、ろう付け、又は圧接で一体的に燃焼熱通過壁に
接合する。

更に外管では波板の外周を板状又は帯状金属で巻き締め
ることができ、また内壁では波板の内周を好ましくは拡
張性の板状又は帯状金属で押し止めることができるが、
かかる場合巻き締め又は押し止め用金属と波板の山部と
は巻き締め又は押し止めにより単に接触していればよい 第６図ａは巻き締めの場合を模式的に示す部分横断面（
水平断面）略図で、外管１４の外面に波板状の伝熱体で
ある伝熱部２８の谷部が溶接され。

巻き締め部材２６がこれを巻き締めている。１６は内管
である。内壁６４に対する押し止めの場合は第６図すに
示した。２６１は押し止め部材、６６は外壁である。

これらの例で与えられたガスの流路の長手方向は外管の
軸と平行である。

第６図などでの伝熱体は一層の波板であるが。

必要に応じて半径方向上で複数の層から成ってもよい、
この場合、隣り合う波板層の間には円筒状の伝熱体を介
在させ、これと燃焼熱通過壁側波板の山部、他の波板の
谷部とがいずれも溶接等で接合されるのが一般的である
５ 伝熱体は外熱型に於る外管を内側のプレートとする円筒
状のプレートフィン型とすることもでき。

外管側でないプレートとなる円筒状壁を例えば空気の予
熱等に利用する必要のある場合に利用できる。

しかし通常は含酸素ガスの予熱よりも反応空間への与熱
め方が優先されるので、この様な熱供給空間からの直接
の伝熱による含酸素ガスの予熱は。

反応空間への与熱に余裕のある場合、余裕はなくとも利
用し切れない熱がある場合（例えば後記第２図の例、）
等に限られ１通常は必要なら含酸素ガスは別途の手段で
予熱される。

内熱型に於る伝熱体も、内壁を外側の円筒状プレートと
する円筒状のプレートフィン型とすることもでき、内壁
側でないプレートとなる円筒状壁を例えば燃料ガスの予
熱等に利用する必要のある場合に利用できる。しかし後
記第７図ないし１０図の例を参照すると理解される様に
余り一般的でない。

より少ない圧力損失とより高い伝熱性の点がらは、伝熱
手段には上記のうち板状伝熱体が最も好ましく４次いで
充填物か好ましい、充填物では繊維状ないし線条状伝熱
手段が好ましい。

本発明では、特に燃焼や改質反応が加圧下になされる場
合、隔壁手段が耐圧隔壁である上記装置か適している。

またこのような場合、及び製作の容易さから外熱型での
二重管又は内熱型での内外壁と隔壁とは好ま１．＜は同
心の円筒状であるのか好ましい、本発明では、熱の外部
流出防止及１ノ隔壁の門からの保護の為に隔壁の内側に
耐熱性ないし耐火性の断熱材料手段を設置した上記装置
か好ましい場合らある。隔壁の保護を格別要しない場合
は、隔壁の外側に断熱材を施すのか実際的である５本発
明での燃焼触媒床手段は燃焼触媒を担持［７た例えば球
状、ベレット状等の各種形状の粒子か反応空間に対応す
る外管に接してその外側の熱供給空間の一部ら又は内壁
に接してその内側の熱供給空間の一部らに充填されて構
成されるのか通例だが、この空間の一部らの形状をした
成形体又は組み合わされて該空間の該一部らの形状をな
すブロック状成形体か装入されてもよい この空間は燃焼熱通過壁か外管ならその外壁面と隔壁手
段内面との間に形成され、更に前記断熱材料手段が利用
されているならば外管外壁面と断熱材料手段の内面の間
に形成される。

燃焼触媒床手段として球形等の燃焼触媒担持粒子を充填
した場合には一般に空気等の流体がこの充填空間を通過
する際の圧力損失が大きくなるので、供給される空気等
の圧力を充分高める必要があり、従って隔壁即ち外殻と
なる本体行（圧容器が用いられることになって、その場
合常圧用ないし低圧用の外殻容器を用いたい場合、更に
は供給される空気等の圧力を充分に高めることか有利で
ない場合には不適となる。また供給される空気等の圧力
を高める為の相応な動力を必要とする。

この様な場合には、燃焼触媒担体として上記の触媒か充
填された熱供給空間の一部らの形状をした成形体又は組
み合わされてこの空間の形状をなすブロック状成形体を
利用するとよい、かかる成形体は勿論、自体又は組上げ
られての利用時に気体か通過することのできる空間を有
し、何れもカスの流通か粒子状におけるよりも改善され
た通気性の成形体である。

即ち、一般にセラミック等の耐熱性素材からなり１気体
流通方向に平行な方向成分を持つ多数の孔を有するハニ
カム状の成形体や線条様、網様等の他の通気性のよい各
種固体に燃焼触媒を担持させたものを当該空間に装入又
は充填する。

本発明では燃料を燃焼させる為の含酸素カスの実質的に
全てが含酸素ガス供給手段から供給されるー・方、小規
模な実験的装置以外では、燃料は個々の燃焼触媒床手段
に対応して夫々の上流端即ち燃料供給端側端に分割供給
される。燃料は反応空間の長手方向にわたり反応空間内
を流れる流体と通常向流的、必要に応じ並流的に流され
て分割的に燃焼させられ１発生する燃焼熱を、同方向に
わたり望ましい分布で反応空間内の流体に与える。

分割供給された個々の燃料は対応する燃焼触媒手段内で
燃焼触媒の作用により実質的に無炎で穏やかに燃焼し１
発生した所望量の熱は２後述の伝熱手段併用の場合のほ
かは、燃焼ガスからの輻射によるよりは主として触媒担
体からの伝導及び輻射、及び該担体の作用で乱流となっ
て反応器の燃焼熱通過壁面に接する燃焼ガスから対流伝
熱により反応器の燃焼熱通過壁を経由して反応空間内に
もたらされる。担体同志の間では伝導と輻射で熱か移動
し、最終的には受熱面である燃焼熱通過壁面に与えられ
る。

伝熱手段を併用すると、燃焼触媒床を出たカスか持つ熱
が、前記の様に燃焼熱通過壁に一体的に接合されたＶＸ
熱体又は各種充填物である伝熱手段から燃焼熱通過壁経
由反応空間にもたらされる。

伝熱手段が充填物ならば、燃焼触媒床を出たカスは充填
物が与える三次元網状空間を充填物の作用で乱流となっ
て通過する。ガスの持つ熱はこのガスからの輻射による
よりは主としてこの熱を受は取−）な充填物からの輻射
及び接触伝導、及び乱流となって反応器燃焼熱通過壁面
に接する燃焼カスから対流伝熱により１反応器燃焼熱通
過壁を経由して反応空間内にもたらされる。充填物同志
の間では伝導と輻射で熱が移動し、最終的には受熱面で
ある外管壁外面に与えられる。

板状伝熱体を利用する場合は、燃焼触媒床からの燃焼熱
通過壁への伝熱後のガスが持つ熱か、伝熱がよりよく、
ガスの流通抵抗が少なく１表面積の大な伝熱体に与えら
れ、それが伝導により外管又は内壁である燃焼熱通過壁
にもたらされる。

伝熱手段を利用すると、場合によっては、外管と燃焼触
媒床との間に断熱壁を設ける等して、燃焼触媒床からの
外管への伝熱は減らし、専ら伝熱体からの伝熱を主とな
す構成もあり得る。

また燃料供給室手段でも燃料を燃焼させる場合燃焼熱通
過壁が該供給室手段の壁の一部であればこれを通して改
質触媒床に若干の熱を与えうるが。

本発明では通常燃焼触媒床、及び場合により更に伝熱手
段からの伝熱を主とする。

本発明の装置の燃焼触媒床では燃料供給端側に近いほど
含酸素ガスが過剰の即ち燃料が稀薄な状態で燃焼がなさ
れるけれども、燃焼触媒の採用によりかかる状態での燃
焼も順調に行われる。

個々の熱発生手段の又は燃焼触媒床手段の下流端部即ち
燃焼済カス排出端側端部には触媒を含有しない通気性の
担体又は通気性固体を配して、対応する燃焼触媒床手段
内に於る燃焼済ガスの背圧を制御することによる燃焼済
ガスの均一な分配によって、このガスの円滑な流れを助
長することができる。

個々の燃焼触媒床手段の玉流端部にも触媒を含有しない
又は含有量のより少い担体を配して、燃料と含酸素ガス
との又は更により上流のく又は酸素供給端により近い）
燃焼触媒床手段からの燃焼済ガスとからなる流れを混合
１分散、均−化して当該燃焼触媒床の上流（￥Ｉｌｌ端
で部分的な過熱か起こらぬようにすることができる 個々の熱供給手段の大きさ、長さや構成、またこれを構
成する個々の燃料供給室手段及び燃焼触媒床手段、又は
更に伝熱手段の大きさ１長さ、構成等は必要に応じ互い
に異ならせて、それか配される部位からの反応器への給
熱に最適のものとできる。

また特に１個々の燃焼触媒床手段の大きさ特に長さ、及
び個々の燃焼触媒床手段内での燃焼触媒の種類や分布、
触媒を含有しない担体の種類や分布、燃焼触媒層の気体
流通方向（反応空間の軸方向）に直交する断面に於る気
体通過面積（気体の流通のしやすさ）の分布等は１個々
の燃焼触媒床手段間で必ずしも同一である必要はなく、
必要に応じ互いに異なっていてよい。

また、各熱発生手段に上記のように設けられることもあ
る伝熱手段即ち熱伝導手段についても。

採用される種類、それらの組合わせ、それらの配置、配
列、配置や配列の密度等は個々の伝熱手段間で夫々の部
位に応じた最適のものが選択されるとよい。

上述のような熱供給手段の採用により、燃焼熱の発生を
局部的に集中させることがないので１反応器特に燃焼ｆ
ｉ通過壁、燃焼触媒担体、断熱材等を従来よりも穏やか
な条件に耐えるもので済ませることができる。

上述のような熱発生手段とその配置の採用により１反応
室間の長手方向にわたり所望の熱量を所望の分布で供給
することが可能になった。

個々の熱発生手段にその上流側即ち酸素供給端側端部で
燃料を供給する為に、外熱型では隔壁を貫通する燃料供
給管とこれに連通する燃料噴出手段からなる燃料供給手
段を持つ燃料供給室手段が。

各燃焼触媒床手段の上流側に設けられる。各燃料供給管
は、その隔壁の外の一端に燃料供給口を持つ。

一方内熱型では各燃料供給室の壁のうち、燃焼熱通過壁
の一部ではない、内側、下側、又は上側の壁を貫く燃料
供給管とこれに連通ずる燃料噴出手段からなる燃料供給
手段を持つ燃料供給室手段が、各燃焼触媒床手段の上流
側に設けられる。燃料供給管は、燃料移送管経由燃料供
給口に連通ずる。

燃料供給室手段内では必ずしも燃料の燃焼がなされなく
てもよいが、少くとも本発明装置の起動時に於て、運転
開始時から燃焼触媒床での燃焼が定常化するまでの間は
、ここでも燃焼をさせるのか燃焼触媒の接触作用開始の
為の加熱ないし与熱１段を要しないので一般に好ましい
、この場合通常は燃料供給室内に点火手段と好ましくは
火炎検知手段が用意される。

なお特に最上流の燃料供給室り段に燃料を燃焼させる手
段を配して、運転開始当初燃料の量と含酸素気体の量と
の比を加減し、てここで燃料の燃焼を開始させ、各燃焼
触媒床が接触開始温度に達するに充分の時間この燃焼を
続けてから上記の比を定常値に変えることにより１個々
の燃焼触媒床で定常運転の燃焼を開始させてから、改質
用触媒床に初めて原料を流して本発明装置を起動させる
ことができる。

なお被改質原料を流す前に、水蒸気や不活性カス等を改
質管内に流して、熱供給手段から受熱させ、熱供給手段
特にその燃焼触媒床の過昇温を防ぐこともできる。

上記に代えて１個々の燃焼触媒床にこれを接触温度まで
昇温するし−タを設けてもよい。

また、最−Ｆ流の燃焼触媒床又は個々の触媒床に於て、
上流側により低温で接触燃焼を開始［、また継続Ｖる触
媒、下流側により高温で同様に機能する触媒を配するこ
とも接触燃焼のたやすい開始と維持に有益である。

各燃焼触媒床の昇温にはまた。窒素に代表さね。

る不活性ガスで可燃性ガスをまず充分パージしてから、
当初充分加熱した含酸素気体、より具体的には例えば空
気を熱供給手段内に流通させてもよい、この場合は各燃
焼触媒床の充分な与熱後各燃料供給手段から燃料ガスを
供給し始める。

燃料供給室手段内で燃焼をさせない場合は。

殻に燃焼触媒の接触作用を開始させる為の加熱１段が少
くとも最上流力燃焼触媒床手段の為に用意される、 燃料供給室手段は通常燃焼触媒床手段の占める空間の長
手方向の延長を占める環状空間の少くとら一部を含む又
は含まぬ環状空間、又は酸素端側供給端部の場合は環状
でなく中央部も連続していてもよい空間、とされ、この
空間の周方向にわたり均一に燃料を供給する為に燃料供
給手段は、これらの空間の周方向に沿い環状に配置され
た噴出口を有する燃料噴出手段を持つ。

噴出口は管状体等の中空体である噴出手段に設けられた
１幾つかの孔又はスリットであってもよく中空体の壁の
少くとも一部をなす多孔体の有する多数の孔であっても
よい。

環状の又は全体として環状をなす数個のセグメントから
なる管状体に穿設された多数の孔を有するものが最も簡
単かつ代表的な噴出手段である。

各噴出手段の噴出口は、対応する燃焼触媒床手段に燃料
と下流からの含酸素ガスを含む流体とが混合されてから
供給されるように配置されることが好ましい、この点で
、噴出口からガスが噴出される方向は任意の方向であり
うるが、該流体の流れと逆又は角度を持つ方向であるの
が一般に好ましい。

噴出の周方向の均一性を達成し燃焼触媒床手段内での熱
発生の分布を均一とする為に、燃料噴出手段に連通ずる
上記燃料供給管は周方向又は半径方向上に複数個設ける
ことができ、また噴出口の配置や開口の程度を周方向又
は半径方向にわたり調整することができる５ 燃料供給手段は触媒を担持し又はしない担体の充填又は
装入、取替えがたやすいように配置される、 外熱型では、熱供給手段を取囲んで、これらと隔壁手段
の間に通気性のない断熱材料か通気性のない構成で設置
され、熱の外部への流出を防ぐのが実際的である１通気
性をなくすことにより、燃焼カスの流れにバイパスが起
きて燃焼ガスか隔壁側に流れ、隔壁にホラトスボッ（へ
等の障害か発生するのを防止する。このことはまた、隔
壁を介せず直接高温カスに面する断熱材料には一般的で
ある。

この為の断熱材料としては１例えば緻密な構造のセラミ
・ｙり材料が用いられる。

断熱材料は一体構成であってもよくブロック化された数
個が適宜組合せられて構成されてもよい。

また・−様な構成でなく内外又は上下方向にわたり異な
る構成であってもよい。

なお必要ならばブロック間の間隙等は適当な材料でシー
ルされる。即ちバイパスの発生を防ぐ為に、適当なパツ
キン性があるフェルト状等の断熱材料を必要な箇所に配
することができる。

内熱型では、最外層の環状空間が熱回収空間でありその
外側環状壁をなす最外層の円筒状壁が隔壁手段となる場
合、この隔壁手段がいわゆるホットウォールをなすので
、その外面を適当な断熱材で覆い、要すれば適宜の外装
を施すのが実際的である。隔壁手段の内面に断熱材料手
段を施してもよいが構成が複雑化すると共に上記外熱型
隔壁手段の場合と同様の断熱材の通気性に関する配慮を
要する。

内熱型ではまた。熱回収空間の外側環状壁の外側に隔壁
手段となる１層の円筒状壁を配置し１両壁の間の最外層
の環状空間を含酸素ガスの導入路ないし予熱空間とすれ
ば、隔壁手段はいわゆるコールドウオールにできる。

この際熱回収空間内の改質済みガスから反応空間への伝
熱を優先し導入路内の含酸素ガスへの伝熱を制御する為
に、熱回収空間の外側円筒状壁の外面、又は内面に適宜
の断熱材を施し、又はこの壁の伝熱性に配慮してこの壁
の材料を選ぶことができる。

一方、熱回収壁である熱回収空間の内側円筒状壁の熱回
収空間側の面に、フィン等の伝熱促進部材を設けて反応
空間への伝熱の方が多くなる様に構成することもできる
。勿論これらと熱回収空間の外側円筒状壁に対する上記
の様な断熱材の利用の併用も可能である。

白熱型では、燃焼熱通過壁である内壁をその壁の一部と
する。同軸の空間の１つが熱供給空間となる。この空間
内に、燃焼熱通過壁に接して、熱供給手段らか配列され
る。熱供給手段らよりも内側又はこの手段らの中に、燃
料供給手段らか配置される。

この同軸の空間は通常は中央の円柱状空間である。しか
し本発明では、この空間を環状空間とし。

その内側に別途円柱状空間又は更に他の環状空間を１各
種カスの予熱や各種計測手段等の配置等の目的で持つ構
成もあり得るが１本発明装置の占める空間をより小さく
する目的とのバランスに配慮して採用されるべきである
。

内熱型では、熱供給空間は通常それよりも内側に燃料ガ
スの流路を持つので、熱供給空間が持つ燃料供給室及び
燃焼触媒床、または加えて伝熱手段等の中を流れる気体
の、燃料ガスの燃焼由来の熱は、この空間の内側壁であ
る円筒扶壁経由燃料ガス流ａ側へも流れようとする。従
ってこの熱移動を、上記した外熱型に於る含酸素ガス予
熱空間ど熱回収空間の場合と同様に、この内側壁の材料
のその断熱性による選択、断熱材料の応用、及び／又は
熱供給空間の外側壁即ち燃焼熱通過壁（反応空間の内側
壁）の、熱供給空間側面へのフィン等の伝熱促進部材の
設置等で制御することが、板状伝熱体が利用される部位
以外でも一般に好ましい。

熱発生手段に燃料供給室と燃焼触媒床に加えて伝熱手段
が採用された場合でも１伝熱手段以外の部位、特に燃焼
触媒床が与えられる空間に伝熱促進部材を与えて、上記
熱移動の制御の一部とすることができる。

外熱型に於て１粒状でなく成形体等を利用した燃焼触媒
床手段を用いる場合、外殻容器内に該手段を環状に装入
配置する為に、触媒床の上部に対応する外殻胴部ち隔壁
手段の部分に、胴フランジを設けて外殻側を分離可能す
るとよい。

燃焼触媒床手段又は断熱材、又は更に伝熱体を支承する
為に、外熱型では隔壁手段である外殻側の内側又は反応
器外管の外側に、内熱型では反応器内壁の熱供給空間側
又は燃料ガスの流路を内部に持つ円筒状壁の外面に、受
は棚又は受は腕等の支承手段を設けるとよい、これらの
支承手段は必要に応じ通気可能とする。

支承手段はこれに支えられる断熱材や伝熱手段に共通の
ものでも個々に対するものでもよい、また、燃焼触媒床
手段と支承手段の間には例えばセラミック製の通気性多
孔質体等を介在させて、支承手段を燃焼触媒床手段によ
る燃焼熱から保護することができる。

外熱型ではまた。燃焼触媒、伝熱体や断熱材の支承はま
た。燃焼触媒、伝熱体は二重管外管外面への、断熱材は
外殻胴内面への、更にＩｉ熱材は燃１）供給室外周又は
燃焼触媒床外面又は伝熱体外周への、燃焼触媒床は断熱
材内面への、貼イ・ｊｃ′ｊや巻き付けによってもよい これらの場Ｎ、二重管は二重管のままなら燃焼触媒床又
は更に伝熱体が囲む空間に、燃焼触媒床を貼付は又は取
付けした又は更に伝熱体が貼付は又は取付は又は接合さ
れた二重管は断熱材が囲む空間に、燃焼触媒床又は更に
伝熱体の外側に更に断熱材を貼付は又は取付ζ→した二
重管は外殻胴が囲む又は外殻胴内面に取り付は又は貼付
げした断熱材か囲む空間に、外殻胴上部に設けた開口か
ら挿入して設置してもよい 白熱型の場合ら勿論、貼付は又は巻き（＝Ｈ−Ｊによる
Ｔ法は１それが適切である部位や材料等に対し適用され
てよい。

本発明では、各燃焼熱発生手段への上流からのカスの流
入状態を勘案し、燃焼触媒床と燃料供給手段、その燃料
噴出［コ等の間の相対位置を調整シ、。

必要に応じ邪魔板等を利用して、ガスの片流れや滞留か
起きぬ様ＡＭするとよい。

鉄鋼材料の様な隔壁を構成する材料とセラミックスの様
な断熱材料の熱膨張率が異なる場合には。

断熱材料同志又は断熱材料と隔壁材料の間の接合部には
目地材として耐熱性繊維材料からなるフェルト状材料等
を介在させてシールすることが好ましい。

通常一般的な断熱材料を用いる装置の場合、隔壁保護の
為にこの材料や目地材等が構成する断熱壁は装置の信頼
性にとりポ要である。

なお本発明ては、既に一部触れたが１必要に応じ１外熱
型では二重管内管の内面又は外面、又は外管の内面（反
応空間側の面）の適当な部位；又は白熱型では反応器を
構成する外壁の外面又は内面、又は内壁の外面〈反応空
間側の而）の適当な部位にもフィン等を設けて製品気体
から改質触媒床への、又は熱供給手段から改質触媒床へ
の熱移動を促進してもよい。

〔作用］ 本発明では従来より小さな空間でより穏やかに燃焼熱を
発生させこれを効率よくかつ適正温度で適性１反応器に
もたらして水蒸気改質反応を行なわせる。

［図面による例の説明］ 以下の各図及び既に触れた第６図では特記なければ同じ
符号、記号、数字等は同じ対象を示し。

また矢印は特記なければガスの流れる方向を示す第１図
は外熱型の本発明の装置の１例を示す。

装置の中心軸を含む縦の面による縦断面略図である。原
料と水蒸気が混合された原料カスは水蒸気改質用原料の
供給経路手段９かもつ原料供給口１０から二重管である
改質ｇ１２の同軸の外管１４（燃焼熱通過壁となる）と
内管１６（熱回収壁となる）との間の環状空間１８内を
下方に送られこの間に改質触媒床２０で改質され外管の
下端即ち反転端１つで反転して内管内の熱回収空間１１
を自流的に上昇する。

上記の通り環状空間１８内の改質反応かなされる反応空
間には水蒸気改質用触媒２０か充填される。内管内を上
昇するカスは反応空間１８内を下降するカスに余熱を与
える。改質触媒床２０が充填された反応空間では反応熱
を与え、それよりも原料供給端側の反応空間では改質前
のガスの予熱をしてから改質済ガス取出手段２１のもっ
収出口２２から排出される。

なお供給経路手段９は図のように外管１４の側方に突出
ぜず上方に突き出してもよい、また取出手段２】は図の
ように外管１４の上方でなく側方に突出してもよい。

外管１４と本体４０との各円筒状壁の間の環状の空間即
ち熱供給空間内に改質管１２の反応空間を取囲んで燃焼
触媒床３０が改質管の長手方向にわたり多段に設けられ
る。

燃焼触媒床３０及びその下端側の延長上の空間を取囲ん
で断熱材壁３２が設けられる。

改質管１２の反応空間を取囲んで１図示しない噴出口を
持つ環状の管である燃料噴出手段３８を内在させる燃料
供給室３つとその１隣に位置する燃焼触媒床３０とから
なる熱供給手段か二重管の長手方向にわたり多段に配置
される。燃料噴出手段３８には燃料供給管３６が接続さ
れて両者が燃料供給手段３４をなす、供給管３６は本体
外に突き出して燃料供給口３５を持つ、 燃料供給室３つ、燃料供給管３６．燃料噴出手段３８．
燃焼触媒床３０が熱供給手段３００をなす。

これらが通常耐圧隔壁をなす本体又は外殻胴部ち隔壁手
段４０内に収められる。改質器１２の上＠側は本体４０
から突き出している 多段の燃焼触媒床手段３０は通常各段間に間隔を持つよ
う配列され１各段間の、及び最下段の手段３０の下端に
隣接する空間か通常燃料供給室３つとなる。但し燃料供
給手段の一部又は全部か粒状、綿状等の燃焼触媒床担体
の中に埋め込まれた構成の場合は必ずしも独立した空間
として燃料供給室が設けられなくてもよい、これらのこ
とは本発明の全ての例に共通する。

燃料供給手段３４は燃料供給管３６と噴出手段としての
環状管３８からなる。環状管３８にはその下面に噴出口
が多数穿設されている。

本体４０の下端に含酸素ガス供給口手段４１のもつ酸素
人口４２かあり、多孔の分散板４４が外部空間と本体内
空間を隔てている１本体４０の下部、断熱材壁３２の下
端部、触媒床３０の最下段のものの下端部、外管１４の
下端部とが囲む空間内の、ａ下段の燃料供給手段３４の
下側には２例えばアルミナボールである耐熱性の気体分
散材料４６が装入されている。

材料４６は本発明の他の例でも利用されることが多いが
、不活性、不燃性であり通気性の材料でよく、無機の粒
状物や繊維状物、Ｍｊ４状物、多孔体状物等が適する。

燃焼触媒床手段３０がこの例では外管１４と断熱材壁３
２の間の環状空間の形状をした成形体でない場合には１
粒状、繊維状、網状等の触媒を担持し又はしない担体が
この空間に充填される。

空気、酸素富化空気等の含酸素ガスは酸素人口４２から
送り込まれ１分散板４４．気体分散材料４６をへて均一
に分散されてがら外管１４と断熱材壁３２の間の環状空
間を上昇する。この間含酸素ガスは、最下段の環状管３
８の有する噴出口から噴出する燃料ガスと互いに混合し
てから最下段の燃焼触媒床に流入し、燃料を燃焼触媒の
助けにより殆ど完全に燃焼させな後再び同様に次段の燃
料と混合してからこれを燃焼させ、これを燃焼触媒床の
段数分繰り返してから１本体４ｏ内上部空間４７を経て
燃焼済ガス排出口手段４つの持つ燃焼ガス排出口４８か
ら排出される。

本発明では、各燃焼触媒床で発生した燃焼熱は反応管内
にもたらされて改質反応を進行させる。

互いに必ずしも同一の長さや燃焼触媒の分布を有しなく
てもよい多段の触媒床配置により、改質管内の改質反応
の進行に応じ必要とされる量の熱を。

過度に高温になる部分を生ずることなく適正に与えるこ
とができる。

この例では外管１４と断熱材壁３２の間の、燃焼触媒床
と燃料供給室とが収容される環状空間の。

水平断面上半径方向の厚さは１反応管への伝熱の為には
小さい方がいいが、燃料ガス噴出手段を設ける為に通常
２０關以上とするとよい。

第２図は第１図の例を更にもう１個の外装耐圧隔壁５０
に収容し、より高圧下での改質反応及びより効果的な熱
回収を可能とした例である。この例の外装隔壁は下部の
本体と上部の鏡板５９０とで構成される。

本体４０は外装隔壁５０内で夫々外装隔壁に固定された
支脚５２．及び必要に応じステイ５４により支えられる
。°第１図の例の様に上部構造が簡単な本体であれば、
支脚によらず必要に応じて側部ステイをも利用し外装隔
壁内に吊す構造も可能である。

外装隔壁の上部に含酸素ガス取入れ口手段である含酸素
気体人口５４２が設けられ、ここがら外装隔壁５０と本
体４０の間の予熱空間内に入った含酸素ガスは本体４０
の外壁がらの、燃料ガスの燃焼熱由来の熱で予熱されつ
つ下方に流れ１本体下部の酸素人口４２から本体内に流
入する。

本体４０内の上部空間４７の内面は断熱材４７２により
ライニングされる。

この図では、熱供給空間で発生ずる熱の大部分を反応空
間に与え、熱供給空間から本体４０経山予熱空間に流れ
出る熱を極力少なくする為に１本体４０にはその円筒状
壁や上部壁に断熱材３２や４７２を与えているが、予熱
空間内への熱供給を増す場合は、これらの断熱材を減ら
し、より薄くし又は無くしてもよい、無くした場合は外
装隔壁に断熱性を与えることか通常好ましい。

上部空間４７に至った燃焼済ガスは導管４７４からシェ
ル／チューブ熱交換器４８０のシェル側を通り、チュー
ブ側を通る原石ガスを予熱してから排出管４９０を経て
排出口５４８に至り排出される。

この様な熱交換器としては、シェル／チューブ熱交換器
のほか例えばプレー１〜フイン熱交換器等の公知の各種
熱交換器が利用できる。

上記シェル／チューブ熱交換器のシェル／チュブ関係を
反対にすればこの熱交換器の中央を貫く内管１，６内を
上昇する改質済カスも、この熱交換器を通り抜ける際に
シェル側を通る原料カスを予熱しうるが構造が若干複雑
になる。

原石ガスは供給口５１０から導管５１４をへてシェル／
チューブ熱交換器４８０のチューブ側を通り上記した様
に予熱されてから反応空間に入り。

改質されてから導管５１６を経て改質済ガス取出し口５
２２から回収される。

導管４７４，４９０，５１４，５１６及び燃料供給管３
６は夫、Ｔ本体隔壁４０と外装隔壁５０とに固定される
が、これらの両隅壁間の一部分にはフランジ等により接
続されるフレキシブル管６００を介在させて１両隔壁の
熱膨張差等による変位を吸収させるとよい、導管４７・
１はこの例では全体がフレキシブル管である０本体４０
の下部の材料４６用排出管７０の様にベローズ７７によ
りフレキシブル千者造とする、二ともできる。

本発明装置では内外の耐圧隔壁や内側面（圧隔壁４０か
らの反応管外管の突出部等には必要に応じマンポールや
点検口、触媒等の装入口、排出口等が適宜設けられる。

第３図、第４図は第１図の常圧ないし低加圧用改質装置
の燃焼触媒床を粒状でない成形体等にした場合の例であ
る。

第３図の例では成形ブロック又は成形ブロックの組合せ
で構成される燃焼触媒床３０の段数に応じて胴フランジ
５５が設けられる。

燃焼触媒床３０の各段及び対応する断熱材壁３２、燃料
供給手段３４等の組は、１ず最も下側の外殻網の部分に
組付けられ９次いで次段の組が。

この外殻網の部分の上に取付けられた次段の外殻網の部
分に組付けられ、最上段の組が同様に組付けられてから
、外殻胴最上部、二重管１２等が設置される。

第４図の例では胴フランジ５５は外殻網である隔壁手段
４０の上部だけに一組設けられ、ｆＬ上部が取付けられ
ていない外殻網に断熱材３２．耐熱性の補助断熱材３１
．燃料供給手段３４等を組付けてから、成形体である燃
焼触媒床３０を貼りつけた二重管１２．外殻胴最上部等
が設置される。

粒状でなくハニカム状等の通気性固体に担持された燃焼
触媒を利用するこれらの例では、燃焼ガスの流通に伴う
圧力損失が小さくて済む為、改質装置全体としてエネル
ギの有効利用ができかつ装置の小型化、軽量化が可能で
ある。

第５図は伝熱体をも用いる本発明の装置の１例を示す縦
断面略図である。原料と水蒸気が混合された原料ガス及
び得られる改質後のガスの流れ方は第１図の例と同様で
ある。内管内を上昇するガスは環状空間内を自流するガ
スに余熱を与えることも第１図の例と同様である。

なお供給経路手段９や取出手段２１の取り付けられ方が
この図と異なってもよいのも第１図の例と同様である。

改質管１２の反応空間１８を取囲んで１国外の噴出口を
持つ環状の管である燃料噴出手段３８を内在させる燃料
供給室３つとその上側に隣接して位置する燃焼触媒床３
０とその上部に設けられる外管に溶接又はろう付けされ
た波板状フィンである伝熱部２８とからなる熱供給手段
が二重管の長手方向にわたり多段に配置される。燃料噴
出手段３８には燃料供給管３６が接続されて両者が燃料
供給手段３４をなす。

熱供給手段ら及びその上端側の延長上の空間を取囲んで
断熱材壁３２が設けられる。

これらが通常耐圧隔壁をなす本体即ち外殻胴４０内に収
められる 改質器１２の上端部は本体４０の上端を閉じる天板４３
から突出している。天板４３の下側にも断熱材３２が取
り付けられている。これらの点は第１図の例と異なる。

本体４０の下端部の構成は略第１図の例と同様である。

含酸素ガス、燃料ガス、及び燃焼済ガスの流れ方は第１
図の例と同様だが、この第５図の例では最下部のもの以
外の燃料供給室の形状か若干異なる。なお３３は非通気
性の触媒床支持部材である。

この例では、Ｍ下段以外の燃料供給室３つを断熱材壁３
２に食い込ませた配置とし１噴出手段３８等が水平断面
上で断熱材壁の最内側面よりも熱供給空間側には突出し
ない構造としたので、燃焼触媒床３０．伝熱部２８と天
板４３とが装着された改質管１２を１本体４０に組み付
けられた断熱材壁３２が囲む空間に挿入して１本発明装
置を組み立てることができる。

第７図は内熱型の本発明装置の１例を示す縦断面略図で
ある 原料と水蒸気が混合された原料ガスは水蒸気改質用原料
の供給経路手段９がもつ原料供給口】０から１反応器の
同軸の内壁６４（燃焼熱通過壁となる）と外壁６６（熱
回収壁となる）との間の環状空間１８内を下方に送られ
、この間に下記する燃料ガスの燃焼熱由来の熱で改質触
媒床２０で改質され反応空間１８の下端即ち反転端１９
で反転して熱回収壁である円筒状の外壁６６と円筒状の
本体壁４０の間の熱回収空間６１中を自流的に上昇する
。

上記の通り環状空間１８内の改質反応がなされる反応空
間には水蒸気改質用触媒２０か充填される。熱回収空間
６１内を上昇するガスは反応空間１８内を下降するカス
に余熱を与える。改質触媒床２０には反応熱を与え、そ
れよりも上流部の空間１８内には改質前のガスを予熱す
る熱を与えてから改質器ガス取出手段２１のもつ取出口
２２から排出される。

なお供給経路手段９は図のように原料供給口１０を側方
に突出させず上方に突出させてもよい。

また取出手Ｖ１２１も図のように側方に突出させる代り
に上方に突出させてもよい 内壁６４に囲まれる柱状空間９０即ちこの例では熱供給
空間内に内壁６４の内面に接して、燃料供給室３９．燃
料噴出手段３８．燃料供給管３６゜燃焼触媒床３０を含
んで成る熱供給手段３００が。

軸（上下）方向に亙り多段に設けられる、この例では熱
供給手段は上中下の３段あるが必要に応じ２段であって
もよく、勿論４段以上であってもよい。

上段の供給管３６は、上段燃料分配室３７Ｔがらこれに
連通して燃料供給室３９内にスポーク状に半径的に突出
し、多孔の環状管である噴出手段３８に連通ずる。また
分配室３７Ｔはその底部がら燃料ガス人口３５Ｔに連通
ずる１両者の間は。

中間に熱による膨張収縮を吸収するなめのベローズを持
っていてもよい、上部燃料移送管”６Ｔで繋がれる。こ
れらのうち供給室３９以外が上段燃料供給手段３４Ｔを
なす。

中段の供給管３６は、中段燃料分配室３７Ｍからこれに
連通して燃料供給室３９内に突出し、多孔の環状管であ
る噴出手段３８に連通ずる。また中段分配室３７Ｍは、
その底部から、燃料ガス入口３５Ｍに連通ずる３両者の
間は中段燃料移送管３６Ｍで繋がれる。これらのうち供
給室３９以外が中段燃料供給手段３４Ｍをなす。

下段の供給管３６は、下段燃料分配室３７Ｂからこれに
連通して燃料供給室３９内に突出し、多孔の環状管であ
る噴出手段３８に連通ずる。また分配室３７Ｂは、下段
燃料移送管でもあるその円筒状壁３６Ｂの下端部に、燃
料ガス入口３５Ｂを持つ、これらのうち供給室３９以外
が下段燃料供給手段３４Ｂをなす。

移送管３６Ｔ、３６Ｍ、３６Ｂは図の様に同軸の二重管
をなす。

各燃料人口３５Ｔ、３５Ｍ、３５Ｂからの燃料カスは夫
々分配室３７Ｔ、３７Ｍ、３７Ｂ、次いで夫々に対応す
る供給管３６ら経由環状管３８らの下側に多数穿設され
た開口から各供給室に噴出する。

噴出した燃料カスは後述の様に下方からもたらされる故
酸素気体と供給室内で混合してから燃焼触媒床３０に流
入し触媒燃焼させられ燃焼熱を発生する４この熱か原料
カスの水蒸気改質反応に利用されるのは既述の外熱型の
場合と同様である。

本体４０の下端から下方に、柱状空間９０を囲む壁の下
端部が、即ち内壁６４の下端部と下に凸の曲面である底
部９０Ｂとか１突出する。

底部９０Ｂをその壁の一部として、前室４１Ｒかある。

前室＝１１Ｈの上部の壁は多孔の分散板４４である。前
室はその底壁に酸素人口４２を持つこれらを含んで含酸
素ガス供給口手段４１がなる。

前室４．１Ｒの底壁から上記三重管の外管である移送管
３６Ｂが突出する 管３６Ｂの閉じた下端から上記三重管の中層管である移
送管３６Ｍが突出し、この管の閉じた下端から上記三重
管の内管である移送管３６′Ｆが突出する４ 燃料供給室３つのうち最下のものは円筒状壁３６Ｂに中
央を貫かれる環状の室で、その内部の格下半分に気体分
散材料４６を与えられている一Ｌ段の分配室３７Ｔの円
筒状壁と中段の燃焼触媒床３０の間、及び中段の分配室
３７Ｍと１層段の燃焼触媒床の間には断熱材３２１が与
えられて燃焼触媒床らから分配室らへの熱の伝わりを遮
る中段の燃焼触媒床は下段のそれよりら厚く、また中段
の断熱材３２１は下段のそれよりも薄い。

最上部の燃焼触媒床３０か囲む円柱状空間にも断熱材３
２１．か与えられる１両者の間を、この例では室３７Ｔ
の円筒状壁の延長が隔てる。この断熱材か柱状空間９０
の上部４７と上段燃料分配室３７Ｔとを隔てる。

室３７Ｔとこの断熱材の間は室３７Ｔの天井が気密に遮
る。従って上記円筒状壁の延長は必ずしもなくてもよい
。

かかる構成で、燃焼触媒床は下段から上段へとその厚さ
か増す、これにより、多段の燃焼により次第に体積が増
す燃料ガスと含酸素ガス由来の気体の流通が、各触媒床
間で触媒床の物理的又は機械的な構造を同じとしても１
円滑に実現される６室３７Ｔ、３７Ｍの円筒状壁、移送
管３６Ｂは。

上記円筒状壁３７Ｔの上部延長と共に１本の円筒を用い
て作られている。

燃料噴出手段３０が内壁６４に内側から接する各燃焼触
媒床３０を収容した環状空間の形状をした成形体でない
場合には１粒状、繊維状、網状等の触媒を担持し又はし
ない担体がこの空間に充填される。

含酸素カスは酸素人口４２から送り込まれ、前室４１Ｒ
１分散板４４．気体分散材料４６をへて均一に分散され
てから内壁６４と断熱材３２１の間の環状空間を上昇す
る。この間含酸素ガスは。

各燃料供給室で燃料噴出手段３８から噴出する燃料カス
と互いに混合してから各段の燃焼触媒床に流入し、燃料
を燃焼触媒の助けにより殆ど完全に燃焼させて含酸素カ
ス自身の量を減らすことを触媒床の段数分繰り返してか
ら、内壁６４内上部空間４７を経て燃焼済ガス排出口手
段４９の持つ燃焼ガス排出口４８から排出される。

本体４０の外面を覆って、断熱材壁３２か施され外部空
間への熱の放散を防ぐ。

第８図は、第７図での本体壁４０を含酸素ガス予熱壁５
９とし、その外周にもう１層の円筒状壁を設けてこれを
外殻となる本体４０の壁の一部とし、予熱壁５９と本体
４０の間の環状空間を含酸素ガス予熱空間５７として、
いわゆるコールドウオール型の装置とした例である。

熱回収壁である外壁６６の熱回収空間６１側には、装置
の縦軸方向に伸びる。水平断面上で外壁６６から放射状
に突出する多数のフィン６６Ｆが与えられ、熱回収空間
からの熱が含酸素ガス予熱空間へよりも反応空間１８へ
より多く伝わるようにされる。

原料ガスと水蒸気とから成る原料供給カスが原料供給口
１０から構成される装置内で改質済ガスとなり取出し口
２２から取り出されるのは第７図の例と同じであるが、
熱回収空間６１内を流れる改質済みカスの熱は、専らフ
ィン６６Ｆ、外壁６６経由反応空間に与えられ、残りの
若干が予熱壁５９経由空間５７内を通過する含酸素ガス
に与えられる、 含酸素ガスは１本体４０上部の含酸素カス取入れ口手段
５６から導入され、空間５７内を下降しつつ上記の様に
予熱され、含酸素ガス供給口手段４１に開けられた酸素
人口４２から前室４１Ｒ内に入る。以後の流れは第７図
と同様であるまた燃料ガスの流れら第７図と同様である
。

本例では、各燃焼触媒床３０の厚さが１第７図とは異な
り、同一とされる。各燃焼触媒床を通過する気体の体積
は次第に増すがら、各段の触媒床の物理的構造か同じな
ら、若干の圧力損失があるか、より後段の（酸素供給端
４５からより遠い）触媒床の中ではと、気体の流通速度
は大きくなり対流伝熱が向上する。

第９図の例は第８図の例と基本的に同じ構成であるが、
各熱供給手段が、第５図で説明したような伝熱部２８を
持つ点で最も異なるほか、上段燃料分配室３７Ｔ内にガ
イドバッフル３２４を設けて、この室内の燃料ガスの流
速を上げている。また外殻４０が上部に平らな天板４３
を持ち、外殻４０と含酸素ガス予熱壁５９の間にステイ
５４を持つ。

第１０図の例は、伝熱部２８を与えたほかは基本的に第
７図の例と同じらのである。また燃料移送管がこれまで
の例に於る多重管でなく、各段燃料ガス供給口３５から
これらに対応する各段のスポーク状燃料供給管３６らへ
連通する。互いに独立の移送管ら３６Ｂ、３６Ｍ、３６
Ｔとされる。

第７図の例に於る。燃焼触媒床の内側に配した断熱材３
２１は１本例では最上部のもの以外は省略されている。

移送管らを収容する空間９２は円筒状壁９４により区画
される。

この円筒状壁の内面には１例えば各燃焼触媒床３０、各
伝熱部２８等に対応する部位で、必要に応じ断熱材を施
してもよい、またその代りに、最上部の断熱材３２１が
占める空間も含め、空間９２内に適当な粒状、繊維状等
の断熱材を充填することもできる。

上記に於て環状の反応空間内の改質されつつある流体と
燃焼触媒床内の燃焼カスとは互いに自流的に流されてお
りこれが一般的であるが、必要に応じ並流的でもよい、
また上記では簡単のため反応器の長手方向（本発明装置
の軸方向）を鉛直とし原料が上部から供給され改質済ガ
スか同じく上部から回収される最も一般的な例で説明し
たが本発明はかかる方向や位置をこれらに限定せず実施
できるのは云うまでもない。

また１本発明では内外型なった同軸の多数の円筒状壁と
、これらの間又は内部の多数の同軸の空間又は室がある
が、水平断面上でより内（■にある空間や、それを囲む
、上記円筒状壁をその一部とする。壁は、それらの全て
が、より外側にあるそれらの内部に必ずしも位置する必
要はなく、より内側にあるそれらの一部が、上端又は下
端部で。

より外側にあるそれらから外方に突出していてもよい： 即ち例えば第１図の例では１本発明装置の下端では外殻
である本体４０の下端が最外層の壁となっていて二重管
等の突出はないが、上部では二重管１２の上端部が本体
４０から突出している；−力筒７図の例では、断熱材３
２に覆われた本体４０の上部からは、原料の供給経路手
段９を持ちこれに連通する。外壁６６が囲む空間の上端
部蓋状壁部が突出し、また本体４０の下部からは、内壁
６４が囲む柱状空間９０の、前室４１Ｒを内包する。下
端部底蓋扶壁が突出し、この底蓋状壁がらは更に、管３
６Ｔ、３６Ｍ、３６Ｂからなる三重管の外層管である円
筒状壁３６Ｂが突出している［発明の効果］ 本発明の装置により以下の主要な効果が得られる １−改質管の長手方向にわたり多段に燃料を分割して燃
焼させしかも触媒燃焼させることがら局部過熱をなくす
ことが出来かつ燃焼温度を従来より下げうるる、耐熱温
度以上での燃焼か起こるゆえに空気過剰率を適正比以上
としなければ従来使用困難だった燃焼触媒担体の利用が
、適正な空気対燃料比で可能となる。

２−　同様の理由でまた１反応管の器壁材料等本発明装
置を構成する材料も高価な耐熱材料を用いる必要を減ら
すことができる。

３−　改質管の長手有向にわたり多段に燃料を勺割して
触媒燃焼させるので、改質管に与える熱の量及び温度分
布をこの方向」−で所望の値に設定できる ４−低い空気過剰率で運転できるので燃焼排ガスの址を
減らすことができ、結墨と１−７て装置外に廃棄しなけ
ればならない熱エネルぎを少くし熱効率、炉効率が向上
する。

５−　燃焼触媒床が改質管の周囲にかつ直接接触して設
けられるので、燃焼空間を減じながら、カスからの輻射
でなくより密度の高い触媒担体からの伝導及び／又は輻
射による伝熱、及び触媒担体か例えば粒状、線条状、綿
状、網状、三次元網状等である場合、触媒担体により乱
流となった燃焼ガスからの効率高い対流伝熱かなされて
効率よく反応器に燃焼熱を与えうる。

６−　燃焼触媒床の下流側に触媒担体等の一部に代えて
伝熱体を併用する場合には、伝熱の向上。

ｄｉ通抵抗の軽減等、又は装置のコノ、１〜の節約かで
きることも、ある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第・・１図、第５しｉ′１：
第７図７第８図、第９図、第１０図は何れも４発明ゾＡ
装万の具体例を説明すぞ）（４念図て′ある　第１〜パ
）図は外熱式、第７〜ｌＯ図μ内熱式である、第Ｃ１０
は燃焼熱通過壁である外管又は内壁の熱供給空間側の面
に与えた伝熱手段の１例を示す横断面部分図である。 ９　原料の供給経路手段、】１　外熱型に於る熱回収空
間、１２　反応器、１４　　燃焼熱通過壁である外管、
１６　熱回収壁で夕、る内管、１８　環状反応空間、２
０　水蒸気改質用触媒床又はそれが充填された反応空間
、２１　改質済ガス取出し手段、２８　伝熱部、３０　
燃料供給手段、３４　燃料供給手段、４０　隔壁手段、
３９　燃料供給室、４１　含酸素ガス供給口手段、４つ
　燃焼済ガス排出口手段、６１　内熱型に於る熱回収空
間、６４　燃焼熱通過壁である内壁、６６ｆｉ回収壁で
ある外壁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）同軸的に相重なった多数の円筒状壁を持ち、 最内部の円筒状壁が囲む円柱状空間と、同軸的に相重な
   った多数の環状空間とからなる多数の同軸の空間を持ち
   、 該多数の環状空間の夫々は、隣り合う２個の円筒状壁が
   なす多数対の夫々に挾まれ、 水蒸気改質反応がなされる空間即ち反応空間は該多数の
   環状空間の１つであり、 反応空間は該円筒状壁の多数対の１つである１対の円筒
   状壁に挾まれ、 水蒸気改質用触媒床が反応空間に充填され、水蒸気改質
   用原料の供給経路手段が反応空間の一端面即ち原料供給
   端側に反応空間に連通して設けられており、 反応空間はその他端側即ち反転端側で熱回収空間に連通
   し、 熱回収空間は反応空間を挾む該１対の円筒状壁の一方即
   ち熱回収壁を含んでなる壁で区画された該同軸の空間の
   １つであり、 熱回収空間にはその反転端と異る一端に連通して改質済
   ガス取出し手段が設けられており、反応空間を挾む該１
   対の円筒状壁の他方即ち燃焼熱通過壁を含んでなる壁で
   区画された、該多数の同軸の空間の１つである熱供給空
   間内に、熱供給手段が、該燃焼熱通過壁の、少くとも反
   応空間の水蒸気改質用触媒床が充填された部分に対応す
   る、部分に接して、設けられ、 該反応空間の水蒸気改質用触媒床が充填された部分とこ
   の部分に対応する熱回収空間と熱供給手段とを少くとも
   内包する空間を、外部空間と隔てる隔壁手段を有し、 熱供給空間には、これに連通して、この空間の長手方向
   に関する一端側である酸素供給端側に含酸素ガス供給口
   手段、他端側である燃焼済ガス排出端側に燃焼済ガス排
   出口手段が設けられており、熱供給手段は、燃料供給手
   段の一部を内部に持つ燃料供給室手段と燃焼触媒床手段
   との組からなる熱発生手段を、熱供給空間の長手方向に
   わたり多段に持ち、個々の組に於て燃料供給室手段は酸
   素供給端側にあり； それにより、各燃料供給手段から供給される燃料は含酸
   素ガス供給口手段から供給される含酸素ガスと共に熱供
   給手段中を、上記酸素供給端側から燃焼済ガス排出端側
   に向って流されつつ各燃焼触媒床手段内で燃焼させられ
   て熱を発生し燃焼済ガスとなり燃焼ガス排出口手段から
   排出され、一方上記水蒸気改質用原料の供給経路手段か
   ら供給された水蒸気改質用原料は、一緒に供給される水
   蒸気と共に上記反応空間の反転端側に向って改質触媒床
   を通過しつつ熱供給手段で発生した熱を供給されて水蒸
   気改質され改質済ガスとなり、上記熱回収空間を経て上
   記改質済ガス取出し手段から取り出されること； を特徴とする、水蒸気改質装置。 ２）熱供給手段をなす燃料供給室手段と燃焼触媒床手段
   との組の少くとも１つが、燃焼済ガス排出端側に伝熱手
   段を持つ請求項１の装置。 ３）燃料を燃料供給室の少くとも１つ内でも燃焼させる
   請求項１又は２の装置。 ４）隔壁手段が耐圧隔壁である、請求項１０２又は３の
   装置。 ５）隔壁手段を内包する外部隔壁がある、請求項１、２
   、３又は４の装置。 ６）燃焼済ガスの熱を原料に与える熱交換器をもつ、請
   求項１、２、３、４又は５の装置。 ７）該反応空間を挾む該１対の円筒状壁の外側のもの即
   ち外管が該燃焼熱通過壁であり、内側のもの即ち内管が
   該熱回収壁であり、熱回収壁を反応空間と共に挾む該同
   軸の空間の１つが該熱回収空間である、請求項１、２、
   ３、４、５又は６の装置。 ８）該反応空間を挾む１対の該円筒状壁の内側のもの即
   ち内壁が該燃焼熱通過壁であり、外側のもの即ち外壁が
   該熱回収壁であり、熱回収壁を内側の壁とする該環状空
   間の１つが該熱回収空間である、請求項１、２、３、４
   、５、又は６の装置。 ９）外壁と１対をなし且つ該熱回収空間の外側の円筒状
   壁をなす該円筒状壁の１つが含酸素ガス予熱壁とされ、
   これを一方の該円筒状壁とし且つ該熱回収空間とは異な
   る該環状空間の１つが含酸素ガス予熱空間とされ、この
   空間が、自体の、該熱供給空間の酸素供給端側の一端で
   、該含酸素ガス供給口手段と連通し、他端側にこの空間
   と連通して含酸素ガス取入れ口手段が設けられ；それに
   より含酸素ガスは含酸素ガス取入れ口手段から予熱空間
   経由含酸素ガス供給口手段にもたらされ、含酸素ガスは
   予熱空間内で、熱回収空間内の改質済ガスから予熱壁経
   由もたらされる熱で予熱される、請求項８の装置。 １０）外管と１対をなし且つ該熱供給空間の外側の円筒
   状壁をなす該円筒状壁の１つが含酸素ガス予熱壁とされ
   、これを一方の該円筒状壁とし且つ該熱供給空間とは異
   なる該環状空間の１つが含酸素ガス予熱空間とされ、こ
   の空間が、自体の該熱供給空間の酸素供給端側の一端で
   、該含酸素ガス供給口手段と連通し、他端側にこの空間
   と連通して含酸素ガス取入れ口手段が設けられ； それにより含酸素ガスは含酸素ガス取入れ口手段から予
   熱空間経由含酸素ガス供給口手段にもたらされ、含酸素
   ガスは予熱空間内で、予熱壁経由もたらされる、熱供給
   空間内で発生した熱で予熱される、請求項７の装置。 １１）伝熱体が燃焼熱通過壁に一体的に接合された板状
   体と充填材料との群から選ばれる少なくとも一つである
   、請求項２、３、４、５、６、７、８、９又は１０の装
   置。