JPH0422827Y2 - - Google Patents

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JPH0422827Y2
JPH0422827Y2 JP1987145404U JP14540487U JPH0422827Y2 JP H0422827 Y2 JPH0422827 Y2 JP H0422827Y2 JP 1987145404 U JP1987145404 U JP 1987145404U JP 14540487 U JP14540487 U JP 14540487U JP H0422827 Y2 JPH0422827 Y2 JP H0422827Y2
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は燃料電池発電システムにおいて燃料電
池のアノード（燃料極）側へ供給する燃料ガスを
製造する如き供給燃料から生成ガスを製造するの
に用いる改質装置のうちのプレート形改質装置に
関するものである。
［従来の技術］ 触媒を反応させて供給燃料を生成ガスに改質す
る、いわゆる触媒反応装置としては、従来、特開
昭53−78983号公報に記載されている如き構成の
ものがあり、燃料を改質し水素ガスとして取り出
すことができるようにしてある。
上記従来の触媒反応装置を説明すると、第６図
及び第７図に示す如く、炉ａ内の下部にプレート
ｂを設け、該プレートｂ上に、多数の筒状壁ｃを
炉軸と平行にして並べて設け、該各筒状壁ｃの内
側に、該筒状壁ｃの内径よりも小さい外径とし且
つ上端を閉じた管状リアクタｄを立てて位置させ
ると共に、該管状リアクタｄの内側に所要の間隔
を設けてセンターチユーブｅを同心状に配し、更
に、該センターチユーブｅの内側に筒状プラグｆ
を同心状に配し、上記管状リアクタｄの外面と筒
状壁ｃの内面との間の隙間を環状バーナガス通路
ｇとすると共に、管状リアクタｄの内面とセンタ
ーチユーブｅの外面との間の隙間を環状反応室ｈ
とし、更に、センターチユーブｅの内面と筒状プ
ラグｆの外面との間の隙間を環状再生室ｉとして
いる。又、上記環状バーナガス通路ｇの下端には
高温ガスの出口導管ｊが、環状反応室ｈの下端に
は水蒸気及び炭化水素燃料の混合物の供給導管ｋ
が、又、環状再生室ｉの下端には反応生成物の出
口導管ｌがそれぞれ接続してあり、環状バーナガ
ス通路ｇにはアルミナ球ｍが充填してあり、環状
反応室ｈには触媒粒子ｎが充填してある。
更に、炉ａの上端部には、バーナ燃焼マニホー
ルドｏと空気マニホールドｐとが区画して形成し
てあり、バーナ燃焼マニホールドｏには炉用燃料
が導管ｑを経て供給されるようにしてあると共
に、空気マニホールドｐには空気が導管ｒを経て
供給されるようにしてあり、バーナキヤビリテイ
ｓで燃料と空気の燃焼が行われ、燃焼させながら
該バーナキヤビリテイｓから環状バーナガス通路
ｇの方へ流すようにしてある。
したがつて、上記従来の触媒反応装置では、導
管ｋより水蒸気及び炭化水素燃料の混合物（CH4
＋H2O）を供給すると、該混合物は環状反応室
ｈ内に入り、ここで環状バーナガス通路ｇ内を下
降している高温の燃焼ガスにより加熱され始め、
触媒粒子ｎの存在下で反応を開始する。反応室ｈ
の上方へ移動した反応生成物は再生室ｉ内を下降
して出口導管ｌより取り出され、上記燃焼ガスは
出口導管ｊから排出される。
［考案が解決しようとする問題点］ ところが、上記従来の触媒反応装置では、空気
と燃料を一緒に入れて燃焼させながら流すので、
燃料が濃いと爆発のおそれがあつて、安全性に問
題があると共に、改質側に受熱されるまでの燃焼
ガスの温度が非常に高く、この燃焼ガス温度を受
熱側の温度に合わせて低くすることは構造上不可
能であり、又、均一発熱に難があつて、温度差を
生じさせており、又、全体として大型化してい
る、等の問題がある。
かかる問題を解決するために、近年、コンパク
トで且つ燃焼室全域での均一な燃焼を可能として
効果的に改質が行えるプレート形改質装置が提案
されている（特開昭62−160136号）。
本考案は、上記近年提案されているプレート形
改質装置を更に一歩進めて熱伝達の効率を上げる
ようにしようとするものである。
［問題点を解決するための手段］ 本考案は、上記目的を達成するために、燃焼用
触媒を充填した燃焼室と改質用触媒を充填した改
質室とを伝熱隔壁を挟んで一体化してユニツトと
して、該ユニツトの燃焼室同士を向い合わせて重
ね合わせ、且つ両燃焼室に別々に燃料を流入させ
るように多数の分散孔を有する燃料分散板を両面
に配した燃料供給室を、上記両燃焼室間に挟み込
んで、上記ユニツトを対称形とし、上記燃料供給
室には燃料供給流路のみを開口させると共に、両
燃焼室に空気供給流路と燃焼ガスの排出流路を開
口させ、更に、上記両改質室に改質ガスの供給側
と排出側の流路を開口させた構成とする。
［作用］ 燃焼室、伝熱隔壁、改質室からなる２つのユニ
ツトは燃料供給室とその両面側の燃料分散板を挟
んで対称となるように重ね合わせてあるため、燃
料供給室に供給された燃料は、それぞれの燃料分
散板の孔を通つて均等に両ユニツトの燃焼室に入
り、該両燃焼室に同時に供給される空気により燃
焼される。この燃焼により伝熱隔壁を介して改質
室が加熱されて改質が行われる。この際、両燃焼
室に燃料が入つて同時に且つ均一に燃焼が行われ
るので、両ユニツトの改質室への伝熱効率を上げ
ることができる。
［実施例］ 以下、図面に基づき本考案の実施例を説明す
る。
第１図及び第２図は本考案の実施例を示すもの
で、改質用触媒２を充填した改質室１と、燃焼用
触媒４を充填した燃焼室３とを伝熱隔壁５を介し
て積層し、これを１ユニツトとして一体化し、
該ユニツトを２組用意して、各ユニツトの燃
焼室３が相対向するように配置し、且つ上記両燃
焼室３同士の間に、燃料供給室６と該燃料供給室
６を挟持するようにその表裏両面に配置する燃料
分散板７ａ，７ｂとからなる燃料供給分散ユニツ
トを挟み込んで、上記ユニツトがユニツト
を挟んで対称的に配置され且つ燃料が燃料分散板
７ａ及び７ｂの各分散孔８を通して両ユニツト
の両燃焼室３に対称的に流入して供給されるよう
にし、全体の上下にホルダー９と１０を配して適
度の締付力で締め付け、全体を一体化させる。
上記ユニツトを構成する改質室１と燃焼室３
は、内部にくり抜き部１２ａと１２ｂを有するデ
イスタンスプレート１１ａと１１ｂを用いて、そ
の内部くり抜き部１２ａと１２ｂに改質用触媒２
と燃焼用触媒４を充填することにより形成し、
又、燃料供給室６は、同じく内部にくり抜き部１
４を有するデイスタンスプレート１３を用いて、
その内部くり抜き部１４に形成するようにする。
更に、上記各ユニツトの改質室形成用のデイス
タンスプレート１１ａは、燃焼室形成用のデイス
タンスプレート１１ｂと、燃料供給室形成用のデ
イスタンスプレート１３と、伝熱隔壁５と、燃料
分散板７ａ及び７ｂの各周辺部には、空気Ａの供
給流路１５と、燃焼ガスＧの排出流路１６と、燃
料Ｆの供給流路１７と、改質原料ガス（CH4＋
H2O）の供給流路１８と、改質ガス（H2、CO2）
の排出流路１９をそれぞれ貫通して設け、上記各
ユニツトの改質室１には、改質原料ガス供給流
路18と改質ガス排出流路１９を開口させると共
に、各ユニツトの燃焼室３には、空気供給流路
１５と燃焼ガス排出流路１６を開口させ、更に、
燃料供給室６には燃料供給流路１７のみを開口さ
せ、燃料供給室６に供給された燃料Ｆが燃料分散
板７ａ，７ｂの各分散孔８を通つて上下の燃焼室
３に分散され、両燃焼室３で空気と接触して燃焼
が行われようにする。なお、上部ホルダー９に
は、改質原料ガス供給流路１８と改質ガス排出流
路１９を、又、下部ホルダー１０には、空気供給
流路１５と、燃焼ガス排出流路１６及び燃料供給
流路１７をそれぞれ設ける。
今、下部ホルダー１０の空気供給流路１５から
空気Ａを供給すると共に燃料供給流路１７から燃
料Ｆを供給し、又、上部ホルダー９の改質原料ガ
ス供給流路１８から改質原料ガス（CH4＋H2O）
を供給すると、CH4＋H2Oは各ユニツトの改質
室１に各々入り、一方、燃料Ｆは燃料供給室６に
入つた後、両側の各燃料分散板７ａと７ｂの多数
の分散孔８通つて第２図に矢印で示す如く各ユニ
ツト１の上下の燃焼室３に別々に且つ同時に分散
されて入る。上下の各燃焼室３内には、燃焼用触
媒４があり、ここに入つた燃料Ｆは、空気供給流
路１５より各燃焼室３に供給された空気Ａによつ
て燃焼させられ、各燃焼室３ごとに燃焼室全域で
均一に燃焼を行わせることができる。
上記上下の各燃焼室３での燃焼により生じた熱
が各々伝熱隔壁５を介して各々の改質室１内に伝
熱され、上下の改質室１内に供給された改質原料
ガス（CH4＋H2O）は各燃焼室３からの熱により
加熱され、改質室１内の改質用触媒２によつて、 CH4＋H2O→CO＋3H2 CO＋H2O→CO2＋H2 の反応が行われ、CH4＋H2OをH2とCO2に改質
することができる。この場合、本考案では、ユニ
ツトを燃料供給室６と燃料分散板７ａ，７ｂと
を挟んで上下に対称形とし、燃料供給室６から燃
料が燃料分散板７ａと７ｂで分散されて上下の燃
焼室３に入るようにして同時に燃焼が行われるよ
うにしてあることから、各燃焼室３から各改質室
１への熱伝達を効率よく行わせることができ、こ
の際、各燃料分散板７ａ，７ｂの分散孔８の孔
径、ピツチを適宜選択することにより受熱側の要
求する燃焼温度に調節することができ、各燃焼室
３で均一に燃焼させて燃焼ガス温度をコントロー
ルすることにより第３図及び第４図に示す如く燃
焼ガス温度を、従来の破線の曲線Ｚで示す高い設
計温度から曲線Ｘで示す低い温度にまで下げるこ
とができると共に任意の温度に設定することがで
きる。曲線Ｙは改質ガス温度である。なお、第３
図は改質側と燃焼側のガスの流れを並行流とした
場合であり、第４図は対向流とした場合である。
上記各改質室１での反応により得られた水素と
炭酸ガス（H2とCO2）は各改質室１から改質ガ
ス排出流路１９を経て取り出され、各燃焼室３の
燃焼ガスＧは各燃焼ガス排出流路１６を経て排出
される。
第５図は本考案の他の実施例として、上下各燃
焼室３の燃焼用触媒４と燃料分散板７ａ及び７ｂ
との間に、圧力損失の少ない多孔質板２０ａ及び
２０ｂを各々挿入し、各燃料分散板７ａ，７ｂを
経て供給される燃料供給量の圧力変動による変動
を少なくするようにしたものである。すなわち、
第１図及び第２図に示す実施例の如く燃料供給室
６に供給された燃料Ｆの上下の燃料分散板７ａ，
７ｂの各分散孔８を通して燃焼室３に同時に流す
ようにしてある場合においては、圧力変動がある
と、燃料分散板７ａ，７ｂの分散孔８を通して供
給される燃料供給量が上記圧力変動により変動を
来たすおそれがあるため、この燃料供給量の変動
を少なくするために上記分散孔８の圧力損失を大
きくとり、これによる局部的な流れの乱れを防止
するために燃焼用触媒４と燃焼分散板７ａ，７ｂ
の間に圧力損失の少ない多孔質板２０ａ，２０ｂ
を置くようにしたものである。
この実施例によれば、第５図に矢印で示す如
く、燃料Ｆは、燃料分散板７ａ，７ｂの分散孔８
を通過した後、多孔質板２０ａ，２０ｂで均一に
分散させられて燃焼室３内の燃焼用触媒４に入
り、空気Ａと接触して燃焼が行われることにな
り、圧力変動に左右されることなく均一な燃焼が
行われることになる。
なお、本考案は上記の実施例のみに限定される
ものではなく、たとえば、空気、燃料等の各供給
流路や、燃焼ガス、改質ガスの各排出流路の位置
は図示以外の位置でもよく、又、積層の段数は２
段以上でもよく、その他本考案の要旨を逸脱しな
い範囲内で種々変更を加え得ることは勿論であ
る。
［考案の効果］ 以上述べた如く、本考案のプレート形改質装置
によれば、伝熱隔壁を挟んで燃焼室と改質室とを
重ね合わせてなるユニツトを、燃焼室が対向する
ような向きで積層させ、両ユニツトの燃焼室同士
の間に、燃料供給室の両側面を多数の分散孔を有
する燃料分散板で挟んなる燃料供給分散ユニツト
を挿入し、燃料が燃料供給室から両燃焼室へ別々
に供給できるようにしてあるので、複数ユニツト
の各燃焼室に別々に供給された燃料を燃焼室で均
一に燃焼させ得られてその熱を改質室へ伝熱させ
るための熱伝熱の効率をあげることができ、両燃
焼室への各燃料分散板の分散孔の孔径、ピツチ等
を変えることにより燃焼室内での燃焼温度を受熱
側の温度に合わせて自由にコントロールすること
ができる、等の優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本考案のプレート形改質装置の一実施
例を示す組立状態の斜視図、第２図は第１図の状
態から一体的に組み立てたときの断面図、第３図
及び第４図は温度プロフイルを示す図、第５図は
燃焼室への燃料の分散についての本考案の他の実
施例を示す断面図、第６図は従来の触媒反応装置
の例を示す切断側面図、第７図は第６図の方向
断面図である。 １……改質室、２……改質用触媒、３……燃焼
室、４……燃焼用触媒、５……伝熱隔壁、６……
燃料供給室、７ａ，７ｂ……燃料分散板、８……
分散孔、１１ａ，１１ｂ，１３……デイスタンス
プレート、１２ａ，１２ｂ，１４……内部くり抜
き部、……ユニツト、……燃料供給分散ユニ
ツト、Ａ……空気、Ｆ……燃料、Ｇ……燃料ガ
ス。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 燃焼用触媒を充填した燃焼室と改質用触媒を充
    填した改質室とを伝熱隔壁を挟んで一体化してユ
    ニツトとし、該ユニツトの燃焼室同士を向い合わ
    せて重ね合わせ、且つ両燃焼室に別々に燃料を流
    入させるように多数の分散孔を有する燃料分散板
    を両面側に配した燃料供給室を、上記両燃焼室間
    に挟み込んで、上記ユニツトを対称形とし、上記
    燃料供給室には燃料供給流路のみを開口させると
    共に、両燃焼室内に空気供給流路と燃焼ガスの排
    出流路を開口させ、更に、上記両改質室に改質ガ
    スの供給と排出の各流路を開口させてなることを
    特徴とするプレート形改質装置。
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