JPH0595641U - リフォーマ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 リフォーマに係り、伝熱効率、反応効率、耐
圧性、保守性の向上等を図る。 【構成】 隔離板を連結する波形状フィンによって区画
される小流路に触媒を充填してなる反応流路と、隔離板
の外面に配設される伝熱フィンとを具備する複数のリフ
ォーマパネルを高温流路の内部に並列状態に配設してな
り、リフォーマパネル毎に保守を実施する。また、反応
部の前段に予熱部を設けることにより、触媒と反応する
反応流体を十分に加熱して反応効率を向上する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、リフォーマに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、水素ガス等の燃料を生成するリフォーマとして、図４に示す構造のもの が一般に知られている。このリフォーマ１は、耐火材よりなる本体容器２と、該 本体容器２の下部に取り付けられ本体容器２内の温度を上昇させるバーナ３と、 該バーナ３の周囲に配置される反応管４とを具備しており、全体としてシェルア ンドチューブ方式となっている。

【０００３】 このようなリフォーマ１に使用される反応管４としては、二重管状に形成され た外筒４ａと内筒４ｂとの間の筒状空間に触媒を充填して反応流路５を形成した ものが知られている。そして、該反応管４に高圧状態のメタンガスと水蒸気との 混合気体を送り込み（図４に示す実線の矢印）、該混合気体を反応流路５に挿通 させる間に、バーナ３によって加熱することにより、触媒による反応を活発化さ せて、水素ガスを生成するもの（図４に示す破線の矢印）であり、その構造上、 耐圧性に優れるという利点を有している。

【０００４】

【考案が解決しようとする問題点】

しかしながら、このような反応管４であると、その構造上の制限から、伝熱面 積を大きくとることができないという欠点がある。したがって、所望の伝熱性能 を得るために、その反応管４を使用したリフォーマ１自体もその寸法を大きくせ ざるを得ず、省スペースの要求を満たすことができないという問題点があった。 この問題点を解決するリフォーマとして、プレート式のものが提案されているが 、耐圧性の点において劣っており、省スペースおよび耐圧性を両立させたリフォ ーマの開発が望まれている。

【０００５】 本考案は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、伝熱面積の拡大、耐 圧性の向上、反応効率の向上等を図るとともに、保守性を向上したリフォーマを 提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案は、次の３つの手段を提案している。 第１の手段は、高温流体を挿通させる高温流路に反応流体を挿通させるリフォ ーマパネルを複数並列に配設してなり、該リフォーマパネルは、平行間隔を空け て配される隔離板と該隔離板を連結する波形状フィンとによって区画状態に形成 される複数の小流路に触媒を充填してなる反応流路を有するとともに、隔離板の 外面に伝熱フィンを配設してなるリフォーマを提案している。 第２の手段は、反応流路が触媒を充填してなる反応部と該反応部の前段に直列 状態に配される予熱部とを具備しているリフォーマを提案している。 第３の手段は、触媒が粒状に形成され、予熱部には、触媒の粒径より小さい間 隔を空けた伝熱フィンが配設されているリフォーマを提案している。

【０００７】

【作用】

第１の手段に係るリフォーマによれば、高温流路内に配されるリフォーマパネ ルが、隔離板を波形状フィンで連結されることにより高耐圧性を有するとともに 、該隔離板の内外面に配される波形状フィンおよび伝熱フィンによって伝熱面積 を拡大されている。該リフォーマパネルに形成された反応流路に原料となる反応 流体を挿通させ、かつ、高温流路に高温流体を挿通させることにより、高温流体 の熱が効率よく反応流路内の反応流体に伝熱され、該反応流体と触媒との反応が 活性化させられることになる。また、高温流路に配されるリフォーマパネルは並 列状態に接続されているので、交換等の保守作業は該リフォーマパネル毎に実施 されることになる。 第２の手段に係るリフォーマによれば、反応流路の反応部の前段に設けられた 予熱部において加熱され温度上昇させられた後の反応流体が、反応部に充填され た触媒の周囲に挿通させられることになる。すなわち、反応流体が触媒との反応 を活性化される温度に上昇させられる前の反応流路における触媒を取り除くこと ができ、触媒の節約が図られることになる。 第３の手段に係るリフォーマによれば、予熱部に配される伝熱フィンが触媒の 粒径より小さい間隔を空けて配設されていることにより、予熱部への触媒の侵入 が防止されるとともに、予熱部において大きな伝熱面積を確保することができる ことになる。

【０００８】

【実施例】

以下、本考案に係るリフォーマの一実施例について、図１ないし図３を参照し て説明する。これら各図において、符号１０はリフォーマ、１１はリフォーマパ ネル、１２は隔離板、１３Ａは波形状フィン、１３Ｂ・１３Ｃは波形状フィン（ 伝熱フィン）、１４はサイドバー、１５は反応流路、１５ａは小流路、１５Ａは 予熱部、１５Ｂは反応部、１６は高温流路、１７ａはパネル入口ヘッダ、１７ｂ はパネル出口ヘッダ、１８は集合ヘッダ、１９は触媒、２０は触媒入出口である 。

【０００９】 本実施例のリフォーマ１０は、高温流路１６内に、複数のリフォーマパネル１ １を並列状態に配設して構成されている。

【００１０】 前記リフォーマパネル１１は、平行間隔を空けて配される２枚の隔離板１２と 、該隔離板の間に配され両隔離板を連結状態に保持する波形状フィン１３Ａ・１ ３Ｂと、該波形状フィン１３Ａ・１３Ｂの両側部を閉塞しかつ強度部材となるサ イドバー１４とを具備し、直方体状に区画され並列状態に配される複数の小流路 １５ａからなる反応流路１５を形成している。反応流路１５の外部となる隔離板 の外面には、波形状フィン１３Ｃが取り付けられており、該波形状フィン１３Ｃ の周囲を挿通させられる高温流体の熱を受け取って反応流路１５に伝熱するよう になっている。

【００１１】 前記リフォーマパネル１１の両端には、該反応流路１５に流入する反応流体を 小流路１５ａに分配するパネル入口ヘッダ１７ａおよび反応流路を挿通させられ た反応流体を合流させるパネル出口ヘッダ１７ｂがそれぞれ取り付けられている 。該パネル入口ヘッダ１７ａおよびパネル出口ヘッダ１７ｂは、それぞれが一端 を閉塞された管状に形成され、その壁面を切り欠いて前記リフォーマパネル１１ を密閉状態に取り付けるとともに、他端をそれぞれ集合ヘッダ１８に接続するこ とにより、他のリフォーマパネル１１と相互に並列状態に取り付けられている。 そして、パネル入口ヘッダ１７ａを下方に配し、パネル出口ヘッダ１７ｂを上方 に配することにより、リフォーマパネル１１を直立状態に配設し、反応流体を下 方から上方に向かって流通させるようになっている。

【００１２】 前記反応流路１５は、原料となる反応流体（例えば、メタンガスと水蒸気の混 合気体）を挿通させて燃料となる水素を生成する流路であって、前記隔離板１２ の内部において、図１に示すように、予熱部１５Ａおよび反応部１５Ｂに上下に 分割されている。反応流路１５の下部に位置する予熱部１５Ａは、図２に示すよ うに波形状フィン１３Ａを有しており、反応流路１５の上部に位置する反応部１ ５Ｂは、図３に示すように波形状フィン１３Ｂを有している。

【００１３】 前記予熱部１５Ａは、その波形状フィン１３Ａが後述する触媒の粒径より小さ いピッチ（例えば２ｍｍ）に形成されており、該予熱部１５Ａ内に触媒が入らな いようになっている。

【００１４】 前記反応部１５Ｂは、前記予熱部１５Ａと直列状態に配される波形状フィン１ ３Ｂを有している。該波形状フィン１３Ｂは、触媒の外形寸法に対して十分に大 きなピッチを有しており、該波形状フィン１３Ｂによって区画される小流路１５ ａに該触媒を充填することにより反応部１５Ｂを構成している。

【００１５】 前記触媒１９は、例えばニッケルの粉末をセラミックで粒状に固めて平均粒径 が約３ｍｍとなるように成形されたものである。

【００１６】 一方、高温流路１６は、前記リフォーマパネル１１の外部に高温流体を挿通さ せる流路であって、図１に実線の矢印で示すように、高温流体をリフォーマパネ ル１１の上方から該リフォーマパネル１１の外面に設けられた波形状フィン１３ Ｃの周囲を挿通させて下方に流通させるようになっている。したがって、該高温 流路１６を挿通させられる高温流体と反応流路１５を挿通させられる反応流体と は、流通方向が互いに逆行する方向になっており、挿通の間に加熱させられる反 応流体と、挿通の間に冷却させられる高温流体との温度差を均一化して、リフォ ーマパネル１１各部における伝熱特性の均一化が図られている。

【００１７】 前記触媒入出口２０は、リフォーマパネル１１の上部に配されるパネル入口ヘ ッダ１７ａの上部に配される開口部であって、反応流路１５の内部に充填される 触媒１９を該触媒入出口２０を通じて出し入れすることにより交換するようにな っている。また、該触媒入出口２０は、リフォーマの使用時には、閉塞板（図示 略）等を溶接することによって密閉状態とされるようになっている。

【００１８】 このように構成されたリフォーマ１０を使用して水素ガスを生成するには、高 温流路１６に高温流体（例えば７００℃から８００℃）を挿通させると同時に、 パネル入口ヘッダ１７ａから反応流体を流入させて反応流路１５内部を挿通させ ることにより、高温流体によって反応流体を加熱して触媒１９との反応を促進さ せる。

【００１９】 ここで、パネル入口ヘッダ１７ａに流入した反応流体は、該パネル入口ヘッダ １７ａに並列状態に接続された反応流路１５の予熱部１５Ａに流入させられる。 該予熱部１５Ａには、ピッチの小さい波形状フィン１３Ａが配設されているので 、高温流体の熱を反応流体に伝える伝熱面積が大きく、反応流体はその挿通の間 に十分に加熱されることになる。

【００２０】 次いで、該予熱部１５Ａを挿通させられた反応流体は、該予熱部１５Ａに直列 状態に配される反応部１５Ｂに流入させられる。該反応部１５Ｂには、触媒１９ に対してピッチの大きな波形状フィン１３Ｂが配設されており、該波形状フィン １３Ｂによって区画される小流路１５ａに粒状の触媒１９が充填されているので 、前記反応流体を触媒１９の周囲に挿通させることによって、反応流体が触媒１ ９と反応して水素に改質されることになる。

【００２１】 このとき、反応部１５Ｂに流入させられる反応流体は、該反応部１５Ｂの前段 に配される予熱部１５Ａにおいて、触媒１９との間の反応が活性化される温度ま で加熱させられており、触媒１９に接触すると同時に反応が開始され、その結果 、反応に必要な反応流路長を最小限に抑えることができ、反応効率を向上させる ことができるという利点がある。また、反応流体の温度が低く反応が活発に行わ れない予熱部１５Ａに触媒１９を配置しないので、不要な触媒１９を節約するこ とができる。

【００２２】 また、このように複数のリフォーマパネル１１を並列状態とする構成を採用す ることにより、リフォーマ１０の補修等の保守作業をリフォーマパネル１１毎に 実施することができ、作業効率を向上することができるものである。

【００２３】 〈他の実施態様〉 なお、本考案に係るリフォーマ１０にあっては、次の技術を採用することがで きる。 予熱部の伝熱フィンとして触媒１９の外形寸法より小さいピッチの波形状 フィンを配設したが、これに代えて、ハニカム等の他の種類の伝熱フィンを配設 すること。 隔離板の外面に配する波形状フィンに代えて他の種類の伝熱フィンを配設 すること。 任意の高温流体および反応流体を使用すること。 任意の粒径の触媒を使用すること。

【００２４】

【考案の効果】 以上、説明したように、本考案に係る第１の手段によるリフォーマは、隔離板 を連結する波形状フィンによって区画される小流路に触媒を充填してなる反応流 路と、隔離板の外面に配設される伝熱フィンとを具備する複数のリフォーマパネ ルを高温流路の内部に並列状態に配設してなる構成であるので、以下の効果を奏 する。 （１） 隔離板を波形状フィンで連結するプレートフィン方式とすることによっ て各流路を挿通する流体の圧力に対する耐圧性を向上し、かつ、波形状フィンに よって大きな伝熱面積を確保することにより伝熱効率を向上してコンパクトなリ フォーマを構成することができる。 （２） リフォーマパネルを並列状態に配設する構成であるので、該リフォーマ パネル毎に保守作業を行うことができ、その結果、保守性を向上することができ る。 本考案に係る第２の手段によるリフォーマは、反応部の前段に予熱部を設けて なる構成であるので、以下の効果を奏する。 （１） 触媒の周囲に挿通させられる反応流体が予熱部において十分に加熱させ られるので、該反応流体と触媒との反応を効率よく実施することができる。 （２） 予熱部を設けることにより、反応流体が触媒と反応するために必要な温 度に加熱させられるまでの間の触媒が不要となり、消耗品の量を減らして経済性 を向上することができる。 本考案に係る第３の手段によるリフォーマは、予熱部が触媒の粒径より小さい 間隔を空けて伝熱フィンを配設してなる構成であるので、予熱部に触媒が侵入す ることを防止するとともに、予熱部において大きな伝熱面積が確保されることに なり、予熱部の流路長を短縮することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係るリフォーマの一実施例を示す斜視
図である。

【図２】図１のリフォーマを鎖線Ａで断面した反応部を
示す断面図である。

【図３】図１のリフォーマを鎖線Ｂで断面した予熱部を
示す断面図である。

【図４】従来のリフォーマを示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ リフォーマ ２ 容器本体 ３ バーナ ４ 反応管 ４ａ 外筒 ４ｂ 内筒 ５ 反応流路 １０ リフォーマ １１ リフォーマパネル １２ 隔離板 １３Ａ 波形状フィン １３Ｂ・１３Ｃ 波形状フィン（伝熱フィン） １４ サイドバー １５ 反応流路 １５Ａ 予熱部 １５Ｂ 反応部 １５ａ 小流路 １６ 高温流路 １７ａ パネル入口ヘッダ １７ｂ パネル出口ヘッダ １８ 集合ヘッダ １９ 触媒 ２０ 触媒入出口 Ａ 反応部の切断面 Ｂ 予熱部の切断面

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温流体を挿通させる高温流路に反応流
   体を挿通させるリフォーマパネルを複数並列に配設して
   なり、該リフォーマパネルは、平行間隔を空けて配され
   る隔離板と該隔離板を連結する波形状フィンとによって
   区画状態に形成される複数の小流路に触媒を充填してな
   る反応流路を有するとともに、隔離板の外面に伝熱フィ
   ンを配設してなることを特徴とするリフォーマ。
2. 【請求項２】 反応流路が触媒を充填してなる反応部と
   該反応部の前段に直列状態に配される予熱部とを具備し
   ていることを特徴とする請求項１記載のリフォーマ。
3. 【請求項３】 触媒が粒状に形成され、予熱部には、触
   媒の粒径より小さい間隔を空けた伝熱フィンが配設され
   ていることを特徴とする請求項２記載のリフォーマ。