JPH0459241B2 - - Google Patents
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- JPH0459241B2 JPH0459241B2 JP60074251A JP7425185A JPH0459241B2 JP H0459241 B2 JPH0459241 B2 JP H0459241B2 JP 60074251 A JP60074251 A JP 60074251A JP 7425185 A JP7425185 A JP 7425185A JP H0459241 B2 JPH0459241 B2 JP H0459241B2
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- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
- C01B3/384—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
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- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
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- C01B2203/1241—Natural gas or methane
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は天然ガスと水蒸気とを加熱下で触媒の
作用により反応（水蒸気改質反応）させて、水素
含有ガスを製造する燃料電池システム用の水蒸気
改質装置に係り、特に加熱装置の改良に関する。
作用により反応（水蒸気改質反応）させて、水素
含有ガスを製造する燃料電池システム用の水蒸気
改質装置に係り、特に加熱装置の改良に関する。
従来の水蒸気改質装置については、例えば富士
時報第55巻第９号の「水蒸気改質装置」と題する
文献に記載されている。この水蒸気改質装置を第
４図ないし第６図を参照して説明する。第４図に
おいて、１は改質炉胴体、２は胴体１内に配設さ
れた複数の反応管、３は反応管２内に保持された
触媒、４は天然ガスと水蒸気との混合ガス（原料
ガス）を胴体１内に導入する原料ガス入口、５は
改質ガス（水素含有ガス）を取り出す改質ガス出
口、６は胴体１の下部に設置されて、反応管２を
加熱する加熱装置、７は加熱装置６に燃料を供給
する燃料供給管、８は加熱装置６に燃焼用空気を
供給する空気供給管、９は反応管２を加熱した後
の燃焼排ガスを送出する燃焼排ガス出口である。
第５図および第６図は加熱装置６の詳細を示した
もので、６Ａは加熱装置の本体、１０は本体６Ａ
内において円周上に配置された複数個の燃料ノズ
ル、１１は各燃料ノズル１０部分に配置された空
気ノズルで、この空気ノズル１１と燃料ノズル１
０とで燃焼バーナを形成している。１２は燃料供
給管７から供給される燃料を各燃料ノズル１０に
分配する燃料ヘツダ、１３は空気供給管８から供
給される空気を各空気ノズル１１に分配する空気
ヘツダ、１４は燃料供給管７の燃料流量を調節す
る燃料流量調節弁、１５は空気供給管８の空気流
量を調節する空気流量調節弁、１６は燃焼バーナ
に点火し、燃焼を持続させるパイロツトバーナ、
１７はパイロツトバーナ１６を点火するための点
火ロツド、１８は点火ロツド１７に火花を発生さ
せる点火装置、１９はパイロツトバーナ１６への
燃料を遮断するためのパイロツトガス電磁弁であ
る。
時報第55巻第９号の「水蒸気改質装置」と題する
文献に記載されている。この水蒸気改質装置を第
４図ないし第６図を参照して説明する。第４図に
おいて、１は改質炉胴体、２は胴体１内に配設さ
れた複数の反応管、３は反応管２内に保持された
触媒、４は天然ガスと水蒸気との混合ガス（原料
ガス）を胴体１内に導入する原料ガス入口、５は
改質ガス（水素含有ガス）を取り出す改質ガス出
口、６は胴体１の下部に設置されて、反応管２を
加熱する加熱装置、７は加熱装置６に燃料を供給
する燃料供給管、８は加熱装置６に燃焼用空気を
供給する空気供給管、９は反応管２を加熱した後
の燃焼排ガスを送出する燃焼排ガス出口である。
第５図および第６図は加熱装置６の詳細を示した
もので、６Ａは加熱装置の本体、１０は本体６Ａ
内において円周上に配置された複数個の燃料ノズ
ル、１１は各燃料ノズル１０部分に配置された空
気ノズルで、この空気ノズル１１と燃料ノズル１
０とで燃焼バーナを形成している。１２は燃料供
給管７から供給される燃料を各燃料ノズル１０に
分配する燃料ヘツダ、１３は空気供給管８から供
給される空気を各空気ノズル１１に分配する空気
ヘツダ、１４は燃料供給管７の燃料流量を調節す
る燃料流量調節弁、１５は空気供給管８の空気流
量を調節する空気流量調節弁、１６は燃焼バーナ
に点火し、燃焼を持続させるパイロツトバーナ、
１７はパイロツトバーナ１６を点火するための点
火ロツド、１８は点火ロツド１７に火花を発生さ
せる点火装置、１９はパイロツトバーナ１６への
燃料を遮断するためのパイロツトガス電磁弁であ
る。
前述の水蒸気改質装置において、加熱装置６の
燃焼バーナにより反応管２を加熱した状態で原料
ガス入口４から原料ガスを胴体１内に送り込む
と、その原料ガスの天然ガスと水蒸気とが反応管
２内の触媒３の作用により反応して改質ガスが得
られる。この改質ガスは反応管２内の内管２０を
経て改質ガス出口５より取り出される。尚、第４
図において、２１は胴体１内に取付けた断熱材を
示す。
燃焼バーナにより反応管２を加熱した状態で原料
ガス入口４から原料ガスを胴体１内に送り込む
と、その原料ガスの天然ガスと水蒸気とが反応管
２内の触媒３の作用により反応して改質ガスが得
られる。この改質ガスは反応管２内の内管２０を
経て改質ガス出口５より取り出される。尚、第４
図において、２１は胴体１内に取付けた断熱材を
示す。
しかし、従来の水蒸気改質装置は、その加熱装
置６の加熱部を燃焼バーナのみで形成しているの
で、例えば燃料電池システムのように負荷変動の
激しいシステムに使用した場合、次のような不具
合が生じる。
置６の加熱部を燃焼バーナのみで形成しているの
で、例えば燃料電池システムのように負荷変動の
激しいシステムに使用した場合、次のような不具
合が生じる。
(1) 負荷の急変により、燃料あるいは空気の供給
圧力が変動し、不安定燃焼、失火現象を起し易
い。特に部分負荷で運転する場合、燃料ノズル
１０へ送られる燃料供給量や空気ノズル１１へ
送られる空気供給量が減少するため、これらの
流速が減少して設計点からずれ、不安定燃焼や
失火現象を招き易い。
圧力が変動し、不安定燃焼、失火現象を起し易
い。特に部分負荷で運転する場合、燃料ノズル
１０へ送られる燃料供給量や空気ノズル１１へ
送られる空気供給量が減少するため、これらの
流速が減少して設計点からずれ、不安定燃焼や
失火現象を招き易い。
(2) 点火やパイロツトのための部品が付属するの
で、安全上、これらの信頼性を高くしておかな
ければならない。
で、安全上、これらの信頼性を高くしておかな
ければならない。
本発明の目的は、従来技術の不具合を解消し、
燃料電池システムの負荷変動、部分負荷運転に対
しても安定した燃焼が得られる燃料電池システム
用の水蒸気改質装置を得ることにある。
燃料電池システムの負荷変動、部分負荷運転に対
しても安定した燃焼が得られる燃料電池システム
用の水蒸気改質装置を得ることにある。
上記目的を達成するために本発明は、改質炉胴
体内に配設される反応管と、その反応管内に保持
される触媒と、改質炉胴体の下部に設置されて反
応管を加熱する加熱装置とを備え、天然ガスと水
蒸気とを加熱されている反応管内へ送り、触媒の
作用により天然ガスと水蒸気とを反応させて水素
含有ガスを製造する燃料電池システム用の水蒸気
改質装置において、加熱装置の加熱部を、燃料ノ
ズルと空気ノズルとを組合せた複数のバーナを有
するバーナ燃焼部と、このバーナ燃焼部のほぼ中
央に近接して設けられ燃料と酸素を含む混合ガス
を燃料触媒の作用により燃焼させる触媒燃焼部
と、触媒燃焼部とバーナ燃焼部のそれぞれに接続
する燃料供給通路及び空気供給通路とにより形成
した構成である。
体内に配設される反応管と、その反応管内に保持
される触媒と、改質炉胴体の下部に設置されて反
応管を加熱する加熱装置とを備え、天然ガスと水
蒸気とを加熱されている反応管内へ送り、触媒の
作用により天然ガスと水蒸気とを反応させて水素
含有ガスを製造する燃料電池システム用の水蒸気
改質装置において、加熱装置の加熱部を、燃料ノ
ズルと空気ノズルとを組合せた複数のバーナを有
するバーナ燃焼部と、このバーナ燃焼部のほぼ中
央に近接して設けられ燃料と酸素を含む混合ガス
を燃料触媒の作用により燃焼させる触媒燃焼部
と、触媒燃焼部とバーナ燃焼部のそれぞれに接続
する燃料供給通路及び空気供給通路とにより形成
した構成である。
上記のように本発明によれば、加熱装置は燃料
や空気の供給流量、圧力の変動にあまり影響され
ない触媒燃焼による触媒燃焼部を有するため、燃
料電池のように負荷変動の激しいシステムであつ
ても、その急激な負荷変動、部分負荷運転に対し
燃料や空気の流量、圧力が急激に変動しても触媒
燃焼部は安定した燃焼を続け、この結果この触媒
燃焼部に近接して設けられているバーナ燃焼部も
触媒燃焼部の熱により常に着火状態を維持される
から、不安定燃焼や失火現象を生じることなく常
に安定に燃焼を継続する。
や空気の供給流量、圧力の変動にあまり影響され
ない触媒燃焼による触媒燃焼部を有するため、燃
料電池のように負荷変動の激しいシステムであつ
ても、その急激な負荷変動、部分負荷運転に対し
燃料や空気の流量、圧力が急激に変動しても触媒
燃焼部は安定した燃焼を続け、この結果この触媒
燃焼部に近接して設けられているバーナ燃焼部も
触媒燃焼部の熱により常に着火状態を維持される
から、不安定燃焼や失火現象を生じることなく常
に安定に燃焼を継続する。
以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図
により説明する。第１図は本発明の水蒸気改質装
置における加熱装置の断面図、第２図は第１図の
Ａ−Ａ断面図、第３図は第１図のイ部の詳細断面
図を示している。図において、第５図、第６図と
同一符号のものは同じもの、もしくは相当するも
のを示している。この加熱装置は、燃料ノズル１
０と空気ノズル１１とで形成される燃焼バーナの
内側中央部に触媒燃焼部２２を形成している。こ
の触媒燃焼部２２は、燃焼触媒２３に燃料と空気
（または酸素）の混合ガスを通過させ、燃焼触媒
２３の作用により燃焼を行うものである。前記燃
焼触媒２３は耐火材の筒２４内においてハニカム
２５Ａで保持されている。また燃焼触媒２３の上
面には、該触媒の上昇を抑え、かつ燃焼ガスの流
れを均一にするハニカム２５Ｂが設けられてい
る。前記筒２４は加熱装置の本体６Ａに嵌め込ま
れている。また本体６Ａには、燃料供給通路２５
および空気供給通路２６と、両通路から供給され
る燃料、空気を混合してその混合ガスを燃焼触媒
２３へ送る混合ガス供給通路２７とが設けられて
いる。燃料供給通路２５は燃料供給管７から分岐
する枝管２８に接続され、また空気供給通路２６
は空気供給管８から分岐する枝管２９に接続され
ている。前記枝管２８には燃料を遮断する遮断弁
３０が設けられ、また枝管２９には始動時に空気
を予熱するヒータ３１および空気流量を調節する
オリフイス３２が設けられている。
により説明する。第１図は本発明の水蒸気改質装
置における加熱装置の断面図、第２図は第１図の
Ａ−Ａ断面図、第３図は第１図のイ部の詳細断面
図を示している。図において、第５図、第６図と
同一符号のものは同じもの、もしくは相当するも
のを示している。この加熱装置は、燃料ノズル１
０と空気ノズル１１とで形成される燃焼バーナの
内側中央部に触媒燃焼部２２を形成している。こ
の触媒燃焼部２２は、燃焼触媒２３に燃料と空気
（または酸素）の混合ガスを通過させ、燃焼触媒
２３の作用により燃焼を行うものである。前記燃
焼触媒２３は耐火材の筒２４内においてハニカム
２５Ａで保持されている。また燃焼触媒２３の上
面には、該触媒の上昇を抑え、かつ燃焼ガスの流
れを均一にするハニカム２５Ｂが設けられてい
る。前記筒２４は加熱装置の本体６Ａに嵌め込ま
れている。また本体６Ａには、燃料供給通路２５
および空気供給通路２６と、両通路から供給され
る燃料、空気を混合してその混合ガスを燃焼触媒
２３へ送る混合ガス供給通路２７とが設けられて
いる。燃料供給通路２５は燃料供給管７から分岐
する枝管２８に接続され、また空気供給通路２６
は空気供給管８から分岐する枝管２９に接続され
ている。前記枝管２８には燃料を遮断する遮断弁
３０が設けられ、また枝管２９には始動時に空気
を予熱するヒータ３１および空気流量を調節する
オリフイス３２が設けられている。
本発明による水蒸気改質装置は、その加熱装置
６の加熱部を、バーナ燃焼による加熱部と、可燃
限界（燃料と空気との混合割合のうち燃焼可能な
範囲）が広く、かつ吹き消え限界（吹き消えを起
すガス流速）が高い触媒燃焼による加熱部とで構
成してから、負荷変動により燃料や空気の流量、
圧力が変動しても、また部分負荷運転においても
中央部の触媒燃焼部２２で安定した燃焼が得ら
れ、これにより不安定燃焼を起し易い周囲のバー
ナ燃焼部分が安定化する。
６の加熱部を、バーナ燃焼による加熱部と、可燃
限界（燃料と空気との混合割合のうち燃焼可能な
範囲）が広く、かつ吹き消え限界（吹き消えを起
すガス流速）が高い触媒燃焼による加熱部とで構
成してから、負荷変動により燃料や空気の流量、
圧力が変動しても、また部分負荷運転においても
中央部の触媒燃焼部２２で安定した燃焼が得ら
れ、これにより不安定燃焼を起し易い周囲のバー
ナ燃焼部分が安定化する。
従つて、負荷変動、部分負荷運転に起因する不
安定燃焼、失火現象を防止することができる。ま
た、触媒燃焼部２２によりバーナ燃焼部の点火を
行えるので、火花放電による点火装置が不要とな
り、点火失敗による爆発等の危険性もなくせる。
安定燃焼、失火現象を防止することができる。ま
た、触媒燃焼部２２によりバーナ燃焼部の点火を
行えるので、火花放電による点火装置が不要とな
り、点火失敗による爆発等の危険性もなくせる。
〔発明の効果〕
以上の如く、本発明によれば、燃料電池システ
ムの急激な負荷変動や部分負荷運転により、燃焼
装置への燃料や空気の流量、圧力が急激に変動し
ても、常に安定燃焼を維持できる触媒燃焼部の熱
によつてバーナ燃焼部の燃焼状態を常に安定に維
持することができ、この結果、触媒燃焼部及びバ
ーナ燃焼部から構成されている加熱装置の燃焼状
態を常に安定に維持できるから、燃焼電池システ
ムの急激な負荷変動などに対しても天然ガスと水
蒸気との改質反応を常に安定に行うことができる
水蒸気改質装置が得られるという効果がある。
ムの急激な負荷変動や部分負荷運転により、燃焼
装置への燃料や空気の流量、圧力が急激に変動し
ても、常に安定燃焼を維持できる触媒燃焼部の熱
によつてバーナ燃焼部の燃焼状態を常に安定に維
持することができ、この結果、触媒燃焼部及びバ
ーナ燃焼部から構成されている加熱装置の燃焼状
態を常に安定に維持できるから、燃焼電池システ
ムの急激な負荷変動などに対しても天然ガスと水
蒸気との改質反応を常に安定に行うことができる
水蒸気改質装置が得られるという効果がある。
第１図ないし第３図は本発明の一実施例を示
し、第１図は本発明の水蒸気改質装置における加
熱装置の断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面
図、第３図は第１図のイ部の詳細断面図、第４図
は従来の水蒸気改質装置の断面図、第５図は第４
図における加熱装置の断面図、第６図は第５図の
Ｂ−Ｂ断面図である。 １……改質炉胴体、２……反応管、３……触
媒、６……加熱装置、１０……燃料ノズル、１１
……空気ノズル、２２……触媒燃焼部、２３……
燃焼触媒、２５……燃料供給通路、２６……空気
供給通路、２７……混合ガス供給通路。
し、第１図は本発明の水蒸気改質装置における加
熱装置の断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面
図、第３図は第１図のイ部の詳細断面図、第４図
は従来の水蒸気改質装置の断面図、第５図は第４
図における加熱装置の断面図、第６図は第５図の
Ｂ−Ｂ断面図である。 １……改質炉胴体、２……反応管、３……触
媒、６……加熱装置、１０……燃料ノズル、１１
……空気ノズル、２２……触媒燃焼部、２３……
燃焼触媒、２５……燃料供給通路、２６……空気
供給通路、２７……混合ガス供給通路。
Claims (1)
- １ 改質炉胴体内に配設される反応管と、その反
応管内に保持される触媒と、前記改質炉胴体の下
部に設置されて前記反応管を加熱する加熱装置と
を備え、天然ガスと水蒸気とを加熱されている前
記反応管内へ送り、前記触媒の作用により天然ガ
スと水蒸気とを反応させて水素含有ガスを製造す
る燃料電池システム用の水蒸気改質装置におい
て、前記加熱装置の加熱部を、燃料ノズルと空気
ノズルとを組合せた複数のバーナを有するバーナ
燃焼部と、このバーナ燃焼部のほぼ中央に近接し
て設けられ燃料と酸素を含む混合ガスを燃料触媒
の作用により燃焼させる触媒燃焼部と、該触媒燃
焼部と前記バーナ燃焼部のそれぞれに接続する燃
料供給通路及び空気供給通路とにより形成したこ
とを特徴とする燃料電池システム用の水蒸気改質
装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60074251A JPS61236601A (ja) | 1985-04-10 | 1985-04-10 | 燃料電池システム用の水蒸気改質装置 |
| US07/120,688 US4838897A (en) | 1985-04-10 | 1987-11-09 | Reformer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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