JPH0740746U - プレート形改質装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 伝熱性の向上とガスもれを防止する。 【構成】 改質室１と燃焼室３を仕切る隔壁５を金属薄
膜とすることにより、燃焼用触媒４との接触面積を広
げ、且つ、ディスタンスプレート６ａ，６ｂとの密着性
を高めるようにする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は炭化水素燃料から水素を製造する如き供給燃料から生成ガスを製造す るのに用いるプレート形改質装置に関するものである。

【０００２】

【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 ある。

【０００３】 今、上記公知の触媒反応装置について説明すると、図４及び図５に示す如く、 炉２１内の下部にプレート２２を設け、該プレート２２上に、多数の筒状壁２３ を炉軸と平行にして並べて設け、該各筒状壁２３の内側に、該筒状壁２３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２４を立てて位置させると 共に、該管状リアクタ２４の内側に所要の間隔を設けたセンタチューブ２５を配 し、更に該センタチューブ２５の内側に筒状プラグ２６を同心状に配し、上記管 状リアクタ２４の外面と筒状壁２３の内面との間の隙間を環状燃焼ガス通路２７ とし、管状リアクタ２４の内面とセンタチューブ２５の外面との間の隙間を環状 反応室２８とし、センタチューブ２５の内面と筒状プラグ２６の外面との間の隙 間を環状再生室２９としている。又、上記環状燃焼ガス通路２７の下端には高温 ガスの出口導管２９が、環状反応室２８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３１が、又、環状再生室２９の下端には反応生成物の出口導管３ ２がそれぞれ接続してあり、環状バーナガス通路２７にはアルミナ球３３が充填 してあり、環状反応室２８には触媒粒子３４が充填してある。

【０００４】 更に、炉２１の上端部には、燃焼マニホールド３５と空気マニホールド３６と が区画して形成してあり、燃焼マニホールド３５には炉用燃料が導管３７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３６には空気が導管３８を 経て供給されるようにしてあり、キャビリティ３９で燃料と空気の燃焼が行われ 、ここで生じた高温ガスが環状燃焼ガス通路２７を通るようにしてある。

【０００５】 従って、上記従来の触媒反応装置では、導管３１より水蒸気及び炭化水素燃料 の混合物を供給すると、該混合物は環状反応室２８内に入り、ここで環状燃焼ガ ス通路２７内を下降している高温ガスにより加熱され始め、触媒粒子３４の存在 下で反応を開始する。反応室２８の上方へ移動した反応生成物は再生室２９を通 って下降する。

【０００６】 ところが、上記従来の触媒反応装置では、 管状リアクタ２４の上部が位置しているキャビリティ３９で燃焼が行われる が、輻射伝熱による燃焼温度の低下により低発熱燃料の使用が困難である、 アルミナ球３３の熱容量が大きいため、炉があたたまるまでに時間がかかり 、短時間での起動が困難である、 触媒粒子３４の流動化が生じる、 全体として大型化している、 等の問題がある。

【０００７】 そこで、近年伝熱面積を大きくして小型化が図れ、起動時間も短縮されるよう にしようとするために、剛性を有する複数の隔壁をディスタンスプレートを介し て積層して改質室と燃焼室を隔層毎に形成し、上記改質室には改質用触媒を充填 すると共に、上記燃焼室には球状に形成された燃焼ガスの加熱要素を入れ、且つ 上記改質室には水蒸気と炭化水素燃料の供給用の流路と排出用の流路を、又、上 記燃焼室には燃焼ガスの供給側の流路と排出側の流路をそれぞれ連通させたプレ ート形改質装置が提案されている。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記従来のプレート形改質装置では隔壁が剛性を有しているた めに、燃焼室に充填した球状の加熱要素は隔壁に対して点接触になり、従って該 加熱要素は燃焼室から改質室への伝熱に有効に作用しなかった。

【０００９】 又、隔壁が剛性を有しているためにディスタントプレートとの間の密着性が悪 くガスもれが起っていた。

【００１０】 本考案は上述の実情に鑑み、隔壁に金属性の薄膜を用いることにより、加熱要 素と隔壁との接触面積を増大させて伝熱性を高め且つディスタントプレートと隔 壁との密着性を高めてガスもれを防止し得るようにしたプレート形改質装置を提 供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

本考案は、複数の隔壁をディスタンスプレートを介し積層して改質室と燃焼室 を隔層毎に形成し、上記改質室には改質用触媒を充填すると共に、上記燃焼室に は燃焼用触媒を入れ、且つ上記改質室には水蒸気と炭化水素燃料の供給用の流路 と排出用の流路を、又、上記燃焼室には燃焼ガスの供給側の流路と排出側の流路 をそれぞれ連通させたプレート形改質装置において、前記隔壁を箔状の金属薄膜 で形成したものである。

【００１２】

【作用】

従って本考案では、金属製薄膜の隔壁で形成された燃焼室内に充填された燃焼 用触媒は、隔壁に対して広い面積で接触するので伝熱性が高まり、更に隔壁とデ ィスタンスプレートとの密着性が高いのでガスもれは生じない。

【００１３】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面を参照して説明する。

【００１４】 図１〜図３は本考案の一実施例である。

【００１５】 反応部Ｉを挾んで、上側に熱回収用として燃焼ガス熱交換部ＩＩを、又、下側 に熱回収用として燃料熱交換部ＩＩＩをそれぞれ仕切壁ＩＶとＶを介在させて配 置し、積層とする。

【００１６】 上記反応部Ｉは、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をステンレス製の箔状金属膜で形成した隔壁５により交互に積層して なり、各室１，３は、その周辺部に内部くり抜き部７を有するディスタンスプレ ート６ａ，６ｂを配置し、隔壁５とディスタンスプレート６の内部くり抜き部７ とで囲まれる空間に形成されるようにする。上記各ディスタンスプレート６ａ， ６ｂには、その周辺部の一側に、水蒸気又は炭化水素燃料の流路となる孔ａと、 可燃ガスの流路となる孔ｂを、図２の如く交互に設けると共に、周辺部の他側に 、改質で得られた水素ガス、炭酸ガスの流路となる孔ｃと、排ガスの流路となる 孔ｄを交互に設け、且つ改質室１のディスタンスプレート６ａに設けた上記孔ａ とｃは、改質室１に連通するように扇形の切欠部８を設け、上記燃料が孔ａから 改質室１内に入り、水素ガス、炭酸ガスに改質されて改質室１から孔ｃに導かれ るようにする。同様に燃焼室３のディスタンスプレート６ｂに設けた上記孔ｂと ｄは、燃焼室３に連通するように扇形の切欠部９を設け、上記可燃ガスが孔ｂか ら燃焼室３内に入り排ガスが孔ｄへ導かれるようにしてある。

【００１７】 又、前記燃焼ガス熱交換部ＩＩは、内部くり抜き部を有するディスタンスプレ ート１０をフラットなプレート１１を挾んで交互に積層して、周辺部に前記孔ａ ，ｂ、ｃ，ｄに対応する位置にガスの流れる孔ｅ，ｆ、ｇ，ｈをそれぞれ交互に 形成し、プレート１１の片面（上面或いは下面）のディスタンスプレート１０の 孔ｅとｈは、内部くり抜き部を介して互に連通するように扇形の切欠部で開放し 、又、プレート１１の反対面に位置するディスタンスプレート１１の孔ｆとｇは 、内部くり抜き部を介して互に連通するように扇形の切欠部で開放させ、可燃ガ スの供給側と戻り側とが異なる通路を通るようにする。又、燃料熱交換部ＩＩＩ も同様に内部くり抜き部を有するディスタンスプレート１２をフラットなプレー ト１３を挾んで交互に積層させ、且つ周辺部に燃料の供給側の流路となる孔ｉと ｊ、及び燃料の排出側の流路となる孔ｋとｌをそれぞれ交互に設け、燃料の供給 側と戻り側とが異なる通路を通るようにする。

【００１８】 更に、燃焼ガス熱交換部ＩＩの上側には、可燃ガスＣの流路となる孔ｅに連通 する可燃ガスの入口１４を有し且つ排ガスＤの流路となる孔ｅに連通する排ガス 出口１５を有する上部ホルダ１６があり、又、燃料熱交換部ＩＩＩの下側には、 水蒸気及び炭化水素燃料Ａの流路となる孔ｉに連通する水蒸気及び炭化水素入口 １７を有し且つ水素ガス、炭酸ガスＢの流路となる孔ｅに連通する水素ガス、炭 酸ガス出口１８を有する下部ホルダ１９があり、該上下のホルダ１６と１９を締 め付けることによって一体化させる。

【００１９】 なお、仕切壁ＩＶとＶにも周辺部に孔が設けてあるが、仕切壁ＩＶには可燃ガ ス用の孔ｆ，ｈに対応する孔ｍ，ｎのみとし、仕切壁Ｖには燃料用の孔ｊ，ｋに 対応する孔ｏ，ｐのみとする。

【００２０】 下部ホルダ１９の入口１７から水蒸気及び炭化水素燃料Ａ（たとえば、水蒸気 とメタンガス）を入れると、この燃料は孔ｉから燃料熱交換部ＩＩＩの各段の燃 料の供給側の通路を通って孔ｊへ導かれ、該孔ｊを上昇して反応部Ｉに入り、該 反応部Ｉで孔ａから改質室１に入る。

【００２１】 一方、上部ホルダ１６の入口１４から供給された可燃ガスＣは、孔ｅから燃焼 ガス熱交換部ＩＩの各段の供給側の通路を通って孔ｆに導かれ、該孔ｆを下降し て反応部Ｉに入り、該反応部Ｉで孔ｂから燃焼室３に入る。

【００２２】 このとき、隔壁５にかかる燃料Ａと可燃ガスＣの圧力差は０.１ｋｇ/ｃｍ²と 小さいため隔壁が破れることはなく、又該差圧により隔壁５は燃焼用触媒４の表 面に沿って広く密着し接触面積を増大している。

【００２３】 上記燃焼室３では、燃焼用触媒４がここに入った可燃ガスを、酸化作用させ、 そのとき発生した熱を燃焼用触媒４表面に広い面積で密着した隔壁５から改質室 １に効率良く伝達し、該改質室１内の水蒸気及びメタンガスは加熱され、該改質 室１内の改質用触媒２によって、

【００２４】 ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ₂

【００２５】 ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂ の反応が行われ、メタンガスをＨ₂とＣＯ₂に改質する。

【００２６】 上記反応で得られた水素、炭酸ガスＢは、改質室１より孔ｃに入って下降し、 燃料熱交換部ＩＩＩにおける戻り側の通路を通って孔ｅに入り、出口１８より取 り出される。

【００２７】 燃焼室３内で燃料の加熱に供された燃焼ガスは、燃焼室３から孔ｄに入って上 昇し、燃焼ガス熱交換部ＩＩの戻り側の通路を通り、孔ｅを経て出口１５より排 ガスとして排出される。

【００２８】 上記燃焼ガス及び燃料の流れにおいて、燃焼ガスは、熱交換部ＩＩで供給側と 戻り側のガスの間で熱交換が行われ、排ガスのもつ熱が燃焼室３へ供給されるガ スの予熱に利用されて熱回収が容易に行われる。一方、燃料は、熱交換部ＩＩＩ で供給側の燃料と戻り側の燃料との間で熱交換が行われ、改質室１へ入る燃料は 加熱され熱回収が容易に行われる。

【００２９】 以上におけるガス及び燃料の流れをわかり易く示したのが図３である。

【００３０】 又、上記隔壁５は薄膜のため温度分布が不均一になっても自由に変形して熱応 力を逃がすことができる。更に隔壁５は薄膜のためディスタンスプレート６ａ， ６ｂとの密着性が良くガスもれは生じない。

【００３１】 なお、本考案は上記実施例のみに限定されるものではなく、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等は勿論である。

【００３２】

【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、次の如き優れた効果を 奏し得る。

【００３３】 （ｉ）隔壁が薄膜であるため燃焼室に充填した加熱要素との接触面積が大きく なり、熱伝達性が大幅に向上する。

【００３４】 （ｉｉ）隔壁が薄膜であるためディスタンスプレートとの密着性が良く、ガス もれは生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の装置の実施例を示す切断正面図であ
る。

【図２】図１に示す各部を分解して示した説明図であ
る。

【図３】ガス及び燃料の流れを示す概略図である。

【図４】従来の触媒反応装置の例を示す切断側面図であ
る。

【図５】図４のＸ方向断面図である。

【符号の説明】

Ｉ 反応部 ＩＩ 燃焼ガス熱交換部 ＩＩＩ 燃料熱交換部 ＩＶ，Ｖ 仕切壁 １ 改質室 ２ 改質用触媒 ３ 燃焼室 ４ 燃焼用触媒 ５ 隔壁 ６ａ，６ｂ，１０，１２ ディスタンスプレ
ート

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の隔壁をディスタンスプレートを介
   し積層して改質室と燃焼室を隔層毎に形成し、上記改質
   室には改質用触媒を充填すると共に、上記燃焼室には燃
   焼用触媒を入れ、且つ上記改質室には水蒸気と炭化水素
   燃料の供給用の流路と排出用の流路を、又、上記燃焼室
   には燃焼ガスの供給側の流路と排出側の流路をそれぞれ
   連通させたプレート形改質装置において、前記隔壁を箔
   状の金属薄膜で形成したことを特徴とするプレート形改
   質装置。