JPH05186201A

JPH05186201A - 燃料改質器

Info

Publication number: JPH05186201A
Application number: JP180092A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kaneko; 浩一金子
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1992-01-09
Filing date: 1992-01-09
Publication date: 1993-07-27

Abstract

(57)【要約】【目的】仕切円筒に伸縮手段を備えて、改質管内の粒状
改質触媒が燃料改質器の起動，停止時の昇温，降温時に
圧壊することを防止する。【構成】仕切円筒３１を、上部仕切円筒３２とその内面
に柔軟な充填層３６を介して嵌合される下部仕切円筒３
３で構成する。下部仕切円筒３３は、軸方向に形成され
たスリット３７ａとスリット３７ａを跨いで円筒部を相
互に接続するＵ字状体３７ｂとでなる伸縮手段３７と、
複数の貫通孔３４をその下端部に備え、外筒６の下部内
面に装着された複数の支持体３５が貫通孔３４に貫通
し、その径を伸縮可能に支持される。伸縮手段３７内の
隙間には柔軟な充填材３７ｃが詰められる。燃料改質器
の起動時に、内筒５が熱膨張することで内側環状空間８
中に充填された改質触媒が下部仕切円筒３３を押した際
に、Ｕ字状体３７ｂが幅方向に広がり、下部仕切円筒３
３の径が拡大することで、改質触媒に加わる応力を低減
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭化水素系の原燃料を
改質管に通流し、この原燃料を改質触媒により水蒸気改
質して水素に富む改質ガスに改質する燃料電池発電装置
用の燃料改質器に関する。

【０００２】

【従来の技術】天然ガスやナフサ等の炭化水素系の原燃
料から水蒸気を付加した上で熱媒体により加熱しつつ改
質触媒により水素に富む改質ガスを生成し、この改質ガ
スを一酸化炭素変成器を経て燃料電池に供給する燃料改
質器として図１１，図１２および図１３に示すものが特
願平２−４００３８として同じ出願人より既に提案され
ている。図１１〜図１３において１はその少なくとも下
部を炉容器３で覆われている改質管であり、その内側に
バーナ２が配設されている。改質管１は直立した仕切円
筒４と、これを挟んでこの内外に同心円状に配設され、
上部を仕切円筒４と接合するリング状の上部板１０およ
び２１で接続され、下部を仕切円筒４の下端から離して
リング状の底板７で接続された内筒５と外筒６とで形成
されている。このような構成により改質管１には下端部
で通じる内側環状空間８および外側環状空間９の２重環
状空間が形成される。外側環状空間９の上部には原料ガ
ス入口１１が設けられ、また内側環状空間８の上部には
改質ガスマニホールド１２を介して改質ガス出口１３が
設けられる。改質管１には改質ガスマニホールド１２を
除く内側環状空間８の全部に粒状改質触媒１４が充填さ
れる。改質管１の下方および周囲には改質管と間隔を置
いて耐火断熱材１５が配置され、改質管１との間にバー
ナ２からの熱媒体を導く熱媒体通路１６が形成されてい
る。この熱媒体通路１６の上部には熱媒体出口マニホー
ルド１７を介して熱媒体出口１８が設けられている。

【０００３】以上のような構成の燃料改質器において、
バーナ２には燃料入口１９からは燃料（燃料電池運転時
には燃料電池本体からの排出燃料ガス）が導入され、空
気入口２０からの燃焼空気により燃焼し、燃焼ガスとし
ての熱媒体を生成する。熱媒体は改質管１の内側を改質
触媒充填部に沿って下方に流れ、引続いて熱媒体通路１
６を流れ、熱媒体マニホールド１７を通って熱媒体出口
１８から排出される。一方、原燃料と水蒸気とからなる
原料ガスは原料ガス入口１１から流入し、外側環状空間
９を下方に流れ仕切円筒４の下端部で折返し内側環状空
間８に入り、内側環状空間８に充填された改質触媒層中
を上向きに流れ水素に富んだ改質ガスに改質され、改質
ガスマニホールド１２を通って改質ガス出口１３から出
ていく。なお、熱媒体通路１６の間隙を狭くして熱媒体
の流速を上げることにより、外側環状空間９を流れる原
料ガスへの熱伝達を良好にし、これに伴って熱媒体排出
ガスの温度を下げることができる。

【０００４】上述のような燃料改質器において、天然ガ
スのような原燃料を水蒸気改質する際には高温の運転温
度で改質反応が行なわれ、改質管１を形成している耐熱
鋼の表面温度は、運転条件にもよるが７００〜９００℃
にもなる。また上述の燃料改質器は、この燃料改質器で
水素に富むガスに改質され一酸化炭素変成器によりさら
に一酸化炭素濃度の低いガスにされる改質ガスを燃料電
池の燃料として供給して燃料電池により発電する燃料電
池発電装置に組込まれる。このような燃料電池発電装置
全体の起動ならびに停止時間は、発電装置であるという
必要性から、より短いことが望まれており、１〜２時間
程度とすることが目標となっている。また最も頻度が高
い場合には毎日起動，停止を繰り返す場合がある。これ
らは、化学プラント用に用いられている燃料改質器と比
較して起動時間は約１０〜１００分の１、起動，停止頻
度は約２５０倍であり、極めて過酷な条件下で起動，停
止が行なわれることを意味する。

【０００５】図１４は、図１１〜１３に示した燃料改質
器とは改質管の構成が一部異なる構成を持つ従来例の燃
料改質器の、改質管部のみの構成を示す部分断面図であ
る。図１１〜図１３の燃料改質器と同一部分には同じ符
号を付し、その説明を省略する。図１４において、１ａ
は改質管であり、１０ａは内筒５および外筒６のそれぞ
れの上部と接合するリング状の上部板である。２２は外
筒６の内面に上部板１０ａの下方から間隔を隔てて装着
されたリング状の中間板であり、仕切円筒４はその上端
をこの中間板２２に接合されている。このような構成に
より改質管１ａにも、改質管１と同様に、下端部で通じ
る内側環状空間８および外側環状空間９の２重環状空間
が形成される。なお、外側環状空間９の上部には、中間
板２２の下方に原料ガス入口１１が設けられ、また内側
環状空間８の上部には、改質ガスマニホールド１２を介
して、上部板１０ａと中間板２２との間に改質ガス出口
１３が設けられる。この図１４に示す構成を持つ従来例
の燃料改質器は、図１１〜図１３に示した構成を持つ従
来例の燃料改質器に対して、内筒５および外筒６を幅の
広い上部板１０ａにより一体に取り付けることで、改質
管の組立構成を簡単化している。

【０００６】図１５は、図１１〜図１３および図１４に
示した燃料改質器とは改質管の構成が一部異なる構成を
持つ従来例の燃料改質器の、改質管部のみの構成を示す
部分断面図である。図１１〜図１４に示した燃料改質器
と同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
図１５において、１ｂは、円筒部の上部を丸みを持たせ
て直角に折り曲げて外側方に延長し、外筒６の内面と同
一径に形成した仕切円筒４ａを備える改質管であり、仕
切円筒４ａは、その折曲部の外縁で外筒６の内面に上部
板１０ａの下面から間隔を隔てて装着される。このよう
な構成により改質管１ｂにも、改質管１，１ａと同様
に、下端部で通じる内側環状空間８および外側環状空間
９の２重環状空間が形成される。なお、外側環状空間９
の上部には、仕切円筒４ａの折曲部の下方に原料ガス入
口１１が設けられ、また内側環状空間８の上部には、改
質ガスマニホールド１２を介して、上部板１０ａと仕切
円筒４ａの折曲部との間に改質ガス出口１３が設けられ
る。この図１５に示す構成を持つ従来例の燃料改質器
は、図１４に示した構成を持つ従来例の燃料改質器に対
して、仕切円筒４ａの折曲部に丸みを持たせているの
で、原料ガスの通流時の圧損を低減することができる。

【０００７】また、図１４，図１５に示した構成の燃料
改質器においても、図１１〜図１３に示した構成の燃料
改質器と同様に、原料ガスから水素に富んだ改質ガスを
生成し、燃料電池の燃料として供給するとともに、極め
て過酷な条件下で起動，停止が行なわれる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記した従来技術によ
る燃料電池発電装置用の燃料改質器は、化学プラント用
の改質器と比較して極めて過酷な温度変化条件下で頻繁
な起動，停止が繰り返され、これに伴い改質管を構成し
ている金属板は膨張，収縮を繰り返す。特に図１１に示
す改質管のバーナ２に近い部分Ａと原料ガスの入口に近
い部分Ｂの起動時の昇温曲線は、図１６に示すようにバ
ーナ近接部の改質管表面温度Ｓはバーナの点火とともに
急速に上昇するのに対して、原料ガス入口部の改質管表
面温度Ｔはバーナ点火直後は熱媒体の持つ熱量が改質管
等の加熱に費やされるため温度の上昇度が遅く、このた
めバーナ点火直後には改質管に大きい温度差の温度分布
が生じる。この大きい温度差の温度分布によって、改質
管の外筒や仕切円筒よりも内筒の方が急速に熱膨張する
こととなり、改質触媒層は内筒の半径方向の膨張による
加圧力を受ける。こうした加圧力によって粒状改質触媒
は最悪の場合は圧壊を受けることとなり、粒状改質触媒
が圧壊して粉状になると改質触媒層の流体に対する圧力
損失が大きくなり、最悪の場合燃料電池発電装置の運転
の継続を不可能にすることとなる。

【０００９】これを回避する対策として、粒状改質触媒
に所要の圧壊強度を持たせることが必要となり、触媒自
体の圧壊強度を増大させるには触媒の担体であるアルミ
ナの強度を増加させることが必要となる。このためには
担体製作時の焼成温度を上昇させるか焼成時間を長くす
るかのいずれかの方法によって、γアルミナをαアルミ
ナに変成して結晶度を上げるようにする。しかしながら
結晶度を上げる結果、担体内部の細孔容積が減少してし
まうことになる。ところで担体内部の細孔は触媒反応速
度に直接寄与し、細孔容積が大きいほど触媒反応速度が
上昇し、触媒活性が向上する関係にあるため、細孔容積
の減少は触媒活性を低下させることになっていた。

【００１０】このように触媒の圧壊強度と活性の関係は
相反する関係にあり、このために燃料電池発電装置用燃
料改質器の改質触媒は、圧壊強度と触媒活性とを適度に
バランスさせて製作しており、この結果改質触媒容積を
減少させることができず、例えばオンサイト用の燃料電
池発電装置のような場合には、燃料改質器のサイズをあ
る程度以下にすることができないという問題があった。

【００１１】本発明の目的は、仕切円筒に伸縮手段を備
えることで、改質管内の改質触媒層の粒状改質触媒が燃
料改質器の起動，停止動作時の昇温，降温時において圧
壊することのない燃料改質器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】本発明では前述の目的
は、

【００１２】１）改質触媒が充填されている２重円筒構
造の改質管と、この改質管の内側に設置され前記改質管
を加熱するための熱媒体を供給するバーナと、この熱媒
体の経路を形成し少なくとも前記改質管の下部を包囲す
るよう構成された炉容器を備え、改質管は直立した仕切
円筒と、これを挟んでこの仕切円筒の内外に同心円状に
配設され上部を前記仕切円筒と接合するリング状の上部
板で接続され下部を前記仕切円筒の下端から離してリン
グ状の底板で接続された内筒と外筒で形成されており、
炭化水素系の原燃料を改質管に通流し、この原燃料を改
質触媒により水蒸気改質して水素に富む改質ガスに改質
する燃料改質器において、仕切円筒を上部板の下面に接
合された上部仕切円筒と、この上部仕切円筒の内面にそ
の外面が嵌め合わされる下部仕切円筒に分離して構成
し、この下部仕切円筒はその周方向に伸縮する伸縮手段
を備えた構成としたこと、また

【００１３】２）改質触媒が充填されている２重円筒構
造の改質管と、この改質管の内側に設置され前記改質管
を加熱するための熱媒体を供給するバーナと、この熱媒
体の経路を形成し少なくとも前記改質管の下部を包囲す
るよう構成された炉容器を備え、改質管は直立した仕切
円筒と、これを挟んでこの仕切円筒の内外に同心円状に
配設され上部をリング状の上部板で接続され下部を前記
仕切円筒の下端から離してリング状の底板で接続された
内筒と外筒で形成され、前記仕切円筒はその上端部で前
記内筒の内面に接合されており、炭化水素系の原燃料を
改質管に通流し、この原燃料を改質触媒により水蒸気改
質して水素に富む改質ガスに改質する燃料改質器におい
て、仕切円筒を外筒の内面に接合された上部仕切円筒
と、この上部仕切円筒の内面にその外面が嵌め合わされ
る下部仕切円筒に分離して構成し、この下部仕切円筒は
その周方向に伸縮する伸縮手段を備えた構成としたこ
と、また

【００１４】３）前記１項または２項記載の手段におい
て、伸縮手段は下部仕切円筒の上端から下端にわたり形
成されたスリットと、このスリットにより分離された円
筒部を相互に接続するＵ字状体で構成したこと、また

【００１５】４）前記１項または２項記載の手段におい
て、伸縮手段は下部仕切円筒の周方向に沿って設けられ
た複数のＵ字状屈曲部とした構成したこと、また

【００１６】５）前記１項または２項記載の手段におい
て、伸縮手段は下部仕切円筒の周方向に沿って設けられ
た複数の波状屈曲部である構成としたこと、さらにまた

【００１７】６）前記１項または２項記載の手段におい
て、伸縮手段は、下部仕切円筒を形成する部材をその周
上の１点で軸方向に沿って分断して得られた１対の分断
部を備え、一方のこの分断部に円筒の外面側から凹ませ
て形成した外面段付部と、他方の分断部に円筒の内面側
から凹ませて形成した内面段付部を有し、前記１対の分
断部はこれら両段付部の凹み側を重ね合わせて前記分断
部以外の部材の厚さとほぼ等しい厚さに構成したこと、
で達成される。

【００１８】

【作用】本発明においては前述の構成としたので、粒状
改質触媒からなる改質触媒層を有する燃料改質器の起
動, 停止動作時に生じる温度差の大きい温度分布により
改質管の特に内筒に熱膨張が生じ、これが原因で改質触
媒層に圧縮応力が加わるが、下部仕切円筒に備えた周方
向に伸縮する伸縮手段が、下部仕切円筒に加えられる引
張応力に応じてその周方向寸法を延伸し、これにより下
部仕切円筒の径を増大させることで、改質触媒に加わる
圧縮応力を低減する。なお燃料改質器が定常運転に入
り、改質管に生じる温度差が減少し、改質触媒層に加わ
る圧縮応力が減少した場合には、伸縮手段はほぼ元の寸
法に戻り、これに伴い改質触媒層もほぼ元の形状に復す
る。

【００１９】

【実施例】

実施例１；図１は本発明の請求項１，３に対応した一実
施例による燃料改質器の改質管部の構成を示す断面斜視
図、図２は図１の上面断面図、図３は図１のＰ部詳細図
である。図１１〜図１３の従来例の燃料改質器と同一部
分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図１〜３
において従来例と異なるのは、その仕切円筒の構成であ
り、改質管３０の仕切円筒３１は、上部板１０の下面に
接合された上部仕切円筒３２と、上部仕切円筒３２の内
面にその外面が嵌め合わされる下部仕切円筒３３に分離
して構成される。さらに、下部仕切円筒３３は、その上
端から下端にわたり形成されたスリット３７ａと、この
スリット３７ａにより分離された円筒部を相互に接続す
るＵ字状体３７ｂで構成された伸縮手段３７および、そ
の下端部に複数の貫通孔３４を備えている。伸縮手段３
７のＵ字状体３７ｂと下部仕切円筒３３の円筒部に囲ま
れた隙間には、例えば無機質繊維の編組品等の耐熱材製
の柔軟な充填材３７ｃが詰められて、この部位から原料
ガスがバイパスするのを防止している。３５は、外筒６
の下部内面に前記下部仕切円筒３３の貫通孔３４に向け
て突出させて装着された複数の支持体であり、この支持
体３５は貫通孔３４に差し込まれ、下部仕切円筒３３を
その径が自由に伸縮可能なように支持する。３６は、上
部仕切円筒３２と下部仕切円筒３３との嵌合部に挿入さ
れた例えば無機質繊維の編組品等の耐熱材製の柔軟な充
填層で、この嵌合部を原料ガスや改質ガスが通過するの
を阻止するためのものである。なお必要に応じ、上部仕
切円筒３２の下端の角部は外面から、また下部仕切円筒
３３の上端の角部は内面から、それぞれ面取処理を施さ
れて、原料ガスおよび改質ガスがスムースに通流される
ようにする。

【００２０】図４は、本発明の請求項２，３に対応した
一実施例による燃料改質器の改質管部の構成を示す部分
断面図である。図１４の従来例の燃料改質器および図１
〜３の本発明の請求項１，３に対応した一実施例の燃料
改質器と、同一部分には同じ符号を付し、その説明を省
略する。図４において、本発明の請求項１，３に対応し
た一実施例と異なるのは、仕切円筒に関する構成であ
り、改質管３０ａに備えられた仕切円筒３１ａの構成
は、上部仕切円筒３２ａが中間板２２の下面に接合され
ること以外は、支持体３５を有することも含めて、本発
明の請求項１，３に対応した一実施例と同一である。

【００２１】図５は、本発明の請求項２，３に対応した
異なる実施例による燃料改質器の改質管部の構成を示す
部分断面図である。図１５の従来例の燃料改質器および
図１〜３の本発明の請求項１，３に対応した一実施例の
燃料改質器と、同一部分には同じ符号を付し、その説明
を省略する。図５おいて本発明の請求項１，３に対応し
た一実施例と異なるのは、仕切円筒に関する構成であ
り、改質管３０ｂに備えられた仕切円筒３１ｂの構成
は、上部仕切円筒３２ｂが、直立円筒部の上部を丸みを
持たせて直角に折り曲げて外側方に延長し外筒６の内面
と同一径に形成したものであり、その折曲部の外縁で外
筒６の内面に上部板１０ａの下面から間隔を隔てて装着
されること以外は、支持体３５を有することも含めて、
本発明の請求項１，３に対応した一実施例と同一であ
る。

【００２２】本発明の実施例１では前述の構成とするこ
とにより、燃料改質器の起動，停止動作時に生じる温度
差の大きい温度分布により改質管３０，３０ａ，３０ｂ
に熱変形が生じ、特にその内筒５が仕切円筒３１，３１
ａ，３１ｂよりも急速に熱膨張したとしても、内筒５の
熱膨張を受けた粒状改質触媒１４が仕切円筒３１〜３１
ｂを押した際に、仕切円筒３１〜３１ｂが周方向に引張
力を受けて、その伸縮手段３７のＵ字状体３７ｂが幅方
向に広げられ、スリット３７ａの隙間が図６に示すよう
に、ｂ寸法からｂ’寸法に拡大し、それにつれ下部仕切
円筒３３の径が拡大する。これにより、粒状改質触媒層
の径方向寸法は、内筒５が熱膨張しておらず従って伸縮
手段３７が拡幅する前の寸法ａに対して、内筒５が熱膨
張しても伸縮手段３７が拡幅することでａ寸法とほとん
ど同一のａ’寸法を保持することができ、内筒５が熱膨
張しても、粒状改質触媒１４の受ける圧縮応力は大幅に
低減される。なお、上部仕切円筒３２，３２ａ，３２ｂ
と下部仕切円筒３３との嵌合部においても、この部位に
は柔軟な耐熱材製の充填層３６が挿入されているので、
他の部位同様に下部仕切円筒３３はその径を伸縮するこ
とができる。

【００２３】実施例２；図７は本発明の請求項１，２，
４に対応した一実施例による燃料改質器の下部仕切円筒
の構成を示す部分上面図である。本発明の実施例２によ
る燃料改質器の構成は、前述した実施例１の場合の図１
〜図５に示した燃料改質器に対して、下部仕切円筒のみ
が異なるものである。図７において、４０は下部仕切円
筒であり、その円筒を形成する部材４１の周方向に沿っ
てその突端４２ａをこの下部仕切円筒の内側に向けて設
けた複数のＵ字状屈曲部４２が形成されている。また図
中に明示しないが、下部仕切円筒４０は、前述した実施
例１の場合の図１に示した複数の貫通孔３４を、その下
端部に備えている。

【００２４】図８は本発明の請求項１，２，４に対応し
た異なる実施例による燃料改質器の下部仕切円筒の構成
を示す部分上面図である。本異なる実施例による燃料改
質器の構成は、前述した実施例１の場合の図１〜図５に
示した燃料改質器に対して、下部仕切円筒のみが異なる
ものである。図８において、４３は下部仕切円筒であ
り、円弧部４４ａと、この円弧部４４ａの両端から円弧
の中心に向けてほぼ直角に折り曲げられた折曲部４４
ｂ，４４ｃを持つ複数の筒部材４４を、その円弧部４４
ａを連ねて円筒状に形成したものである。相互に隣接す
る筒部材４４は、それらの折曲部４４ｂ，４４ｃのそれ
ぞれの端末部４４ｄ，４４ｅで、例えば溶接などの方法
により接合され、Ｕ字状屈曲部をなしている。また図中
に明示しないが、下部仕切円筒４３は、前述した実施例
１の場合の図１に示した複数の貫通孔３４を、その下端
部に備えている。

【００２５】本発明の実施例２では前述の構成とするこ
とにより、この下部仕切円筒４０，４３が、前述した実
施例１の場合の図１に示した燃料改質器において、下部
仕切円筒３３に置き換えて使用された場合に、燃料改質
器の起動，停止動作時に生じる温度差の大きい温度分布
により内筒５が下部仕切円筒４０，４３よりも急速に熱
膨張したとしても、内筒５の熱膨張を受けた粒状改質触
媒１４が下部仕切円筒４０，４３を押した際に、下部仕
切円筒４０，４３が周方向に引張力を受けて、複数のＵ
字状屈曲部４２あるいは複数の折曲部４４ｂ，４４ｃが
下部仕切円筒４０，４３の周方向に広げられ、下部仕切
円筒４０，４３の径が、前述した実施例１の場合の図６
に示したことと同様に拡大する。これにより、粒状改質
触媒層の径方向寸法は、内筒５が膨張する前の寸法に対
して、内筒５の膨張後であってもほとんど同一の寸法を
保持することができ、内筒５が熱膨張しても、粒状改質
触媒１４の受ける圧縮応力は大幅に低減される。

【００２６】実施例３；図９は本発明の請求項１，２，
５に対応した一実施例による燃料改質器の下部仕切円筒
の構成を示す部分上面図である。本発明の実施例３によ
る燃料改質器の構成は、前述した実施例１の場合の図１
〜図５に示した燃料改質器に対して、下部仕切円筒のみ
が異なるものである。図９において、４５は下部仕切円
筒であり、その円筒を形成する部材の周方向に沿って、
その円筒の半径方向に向かい凹凸する波状屈曲部４５ａ
を連続して形成したものである。また図中に明示しない
が、下部仕切円筒４５は、前述した実施例１の場合の図
１に示した複数の貫通孔３４を、その下端部に備えてい
る。

【００２７】本発明の実施例３では前述の構成とするこ
とにより、この下部仕切円筒４５が、前述した実施例１
の場合の図１に示した燃料改質器において、下部仕切円
筒３３に置き換えて使用された場合に、燃料改質器の起
動，停止動作時に生じる温度差の大きい温度分布により
内筒５が下部仕切円筒４５よりも急速に熱膨張したとし
ても、内筒５の熱膨張を受けた粒状改質触媒１４が下部
仕切円筒４５を押した際に、下部仕切円筒４５は周方向
に引張力を受けて、複数の波状屈曲部４５ａが広げられ
ることで周方向に伸ばされ、下部仕切円筒４５の径が、
前述した実施例１の場合の図６に示したことと同様に拡
大する。これにより、粒状改質触媒層の径方向寸法は、
内筒５が膨張する前の寸法に対して、内筒５の膨張後で
あってもほとんど同一の寸法を保持することができ、内
筒５が熱膨張しても、粒状改質触媒１４の受ける圧縮応
力は大幅に低減される。

【００２８】実施例４；図１０は本発明の請求項１，
２，６に対応した一実施例による燃料改質器の下部仕切
円筒の構成を示す、（ａ）は上面図、（ｂ）は図１０ａ
のＱ部詳細図である。本発明の実施例４による燃料改質
器の構成は、前述した実施例１の場合の図１〜図５に示
した燃料改質器に対して、下部仕切円筒のみが異なるも
のである。図１０において、４６は下部仕切円筒であ
り、その円筒を形成する部材をその周上の１点で軸方向
に沿って分断し、その結果得られた１対の分断部４６
ａ，４６ｂの、一方の分断部４６ａに円筒の外面側から
凹ませた外面段付部４６ｃを形成し、他方の分断部４６
ｂに円筒の内面側から凹ませた内面段付部４６ｄを形成
し、これら両段付部４６ｃ，４６ｄを図示の如くその凹
み側を重ね合わせて、分断部４６ａ，４６ｂ以外の部位
の厚さとほぼ等しい厚さとし、これにより、いずれの部
位もほぼ等しい厚さを持つ円筒状に形成したものであ
る。また図中に明示しないが、下部仕切円筒４６は、前
述した実施例１の場合の図１に示した複数の貫通孔３４
を、その下端部に備えている。

【００２９】本発明の実施例４では前述の構成とするこ
とにより、この下部仕切円筒４６が、前述した実施例１
の場合の図１に示した燃料改質器において、下部仕切円
筒３３に置き換えて使用された場合に、燃料改質器の起
動，停止動作時に生じる温度差の大きい温度分布により
内筒５が下部仕切円筒４６よりも急速に熱膨張したとし
ても、内筒５の熱膨張を受けた粒状改質触媒１４が下部
仕切円筒４６を押した際に、下部仕切円筒４６は周方向
に引張力を受けて、両分断部４６ａ，４６ｂが互いに離
間するよう周方向に広げられ、下部仕切円筒４６の径
が、前述した実施例１の場合の図６に示したことと同様
に拡大する。これにより、粒状改質触媒層の径方向寸法
は、内筒５が膨張する前の寸法に対して、内筒５の膨張
後であってもほとんど同一の寸法を保持することがで
き、内筒５が熱膨張しても、粒状改質触媒１４の受ける
圧縮応力は大幅に低減される。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、仕切円筒を上部板の下
面に接合された上部仕切円筒と、この上部仕切円筒の内
面にその外面が嵌め合わされる下部仕切円筒に分離する
とともに、この下部仕切円筒にその周方向に伸縮する伸
縮手段を備えた構成としたので、燃料改質器の起動，停
止動作時の改質管に生じる大きい温度差の温度分布によ
る熱変形によって改質触媒層に生じる応力を、前記伸縮
手段が周方向に伸縮して下部仕切円筒の径が増減するこ
とで吸収することができ、改質触媒に加わる圧縮応力を
大幅に低減できる。このことにより、粒状改質触媒とし
て有孔容積が大きくしたがって圧壊強度は低いが反応速
度の大きい触媒を使用することが可能となり、改質触媒
層の容積を小さくでき、これにより燃料改質器をコンパ
クトにすることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１による燃料改質器の改質管部
の構成を示す断面斜視図

【図２】図１の上面断面図

【図３】図１のＰ部詳細図

【図４】本発明の実施例１による異なる燃料改質器の改
質管部の構成を示す部分断面図

【図５】本発明の実施例１によるさらに異なる燃料改質
器の改質管部の構成を示す部分断面図

【図６】図１による燃料改質器の伸縮手段の動作を説明
する図で、（ａ）は伸縮手段が拡幅前の状態、（ｂ）は
伸縮手段の拡幅後の状態を示す。

【図７】本発明の実施例２による燃料改質器の下部仕切
円筒の構成を示す部分上面図

【図８】本発明の実施例２による異なる燃料改質器の下
部仕切円筒の構成を示す部分上面図

【図９】本発明の実施例３による燃料改質器の下部仕切
円筒の構成を示す部分上面図

【図１０】本発明の実施例４による燃料改質器の下部仕
切円筒の構成を示す、（ａ）は上面図、（ｂ）は図１０
ａのＱ部詳細図

【図１１】従来例の燃料改質器の断面図

【図１２】図１１による燃料改質器の改質管部の構成を
示す断面斜視図

【図１３】図１２のＲ部詳細図

【図１４】従来例の異なる燃料改質器の改質管部の構成
を示す部分断面図

【図１５】従来例のさらに異なる燃料改質器の改質管部
の構成を示す部分断面図

【図１６】燃料改質器の起動時の改質管の昇温特性を示
す図

【符号の説明】

２バーナ３炉容器５内筒６外筒７底板８内部環状空間１０上部板１０ａ上部板１４改質触媒３０改質管３０ａ改質管３０ｂ改質管３１仕切円筒３１ａ仕切円筒３１ｂ仕切円筒３２上部仕切円筒３２ａ上部仕切円筒３２ｂ上部仕切円筒３３下部仕切円筒３４貫通孔３５支持体３６充填層３７伸縮手段３７ａスリット３７ｂＵ字状体４０下部仕切円筒４２Ｕ字状屈曲部４３下部仕切円筒４５下部仕切円筒４５ａ波状屈曲部４６下部仕切円筒４６ａ分断部４６ｂ分断部４６ｃ外面段付部４６ｄ内面段付部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】改質触媒が充填されている２重円筒構造の
改質管と、この改質管の内側に設置され前記改質管を加
熱するための熱媒体を供給するバーナと、この熱媒体の
経路を形成し少なくとも前記改質管の下部を包囲するよ
う構成された炉容器を備え、前記改質管は直立した仕切
円筒と、これを挟んでこの仕切円筒の内外に同心円状に
配設され上部を前記仕切円筒と接合するリング状の上部
板で接続され下部を前記仕切円筒の下端から離してリン
グ状の底板で接続された内筒と外筒で形成されており、
炭化水素系の原燃料を改質管に通流し、この原燃料を改
質触媒により水蒸気改質して水素に富む改質ガスに改質
する燃料改質器において、仕切円筒を上部板の下面に接
合された上部仕切円筒と、この上部仕切円筒の内面にそ
の外面が嵌め合わされる下部仕切円筒に分離して構成
し、この下部仕切円筒はその周方向に伸縮する伸縮手段
を備えたことを特徴とする燃料改質器。
【請求項２】改質触媒が充填されている２重円筒構造の
改質管と、この改質管の内側に設置され前記改質管を加
熱するための熱媒体を供給するバーナと、この熱媒体の
経路を形成し少なくとも前記改質管の下部を包囲するよ
う構成された炉容器を備え、改質管は直立した仕切円筒
と、これを挟んでこの仕切円筒の内外に同心円状に配設
され上部をリング状の上部板で接続され下部を前記仕切
円筒の下端から離してリング状の底板で接続された内筒
と外筒で形成され、前記仕切円筒はその上端部で前記内
筒の内面に接合されており、炭化水素系の原燃料を改質
管に通流し、この原燃料を改質触媒により水蒸気改質し
て水素に富む改質ガスに改質する燃料改質器において、
仕切円筒を外筒の内面に接合された上部仕切円筒と、こ
の上部仕切円筒の内面にその外面が嵌め合わされる下部
仕切円筒に分離して構成し、この下部仕切円筒はその周
方向に伸縮する伸縮手段を備えたことを特徴とする燃料
改質器。
【請求項３】請求項１または請求項２記載の燃料改質器
において、伸縮手段は下部仕切円筒の上端から下端にわ
たり形成されたスリットと、このスリットにより分離さ
れた円筒部を相互に接続するＵ字状体で構成したことを
特徴とする燃料改質器。
【請求項４】請求項１または請求項２記載の燃料改質器
において、伸縮手段は下部仕切円筒の周方向に沿って設
けられた複数のＵ字状屈曲部であることを特徴とした燃
料改質器。
【請求項５】請求項１または請求項２記載の燃料改質器
において、伸縮手段は下部仕切円筒の周方向に沿って設
けられた複数の波状屈曲部であることを特徴とした燃料
改質器。
【請求項６】請求項１または請求項２記載の燃料改質器
において、伸縮手段は、下部仕切円筒を形成する部材を
その周上の１点で軸方向に沿って分断して得られた１対
の分断部を備え、一方のこの分断部に円筒の外面側から
凹ませて形成した外面段付部と、他方の分断部に円筒の
内面側から凹ませて形成した内面段付部を有し、前記１
対の分断部はこれら両段付部の凹み側を重ね合わせて前
記分断部以外の部材の厚さとほぼ等しい厚さに構成され
たことを特徴とした燃料改質器。