JPH08189380A - 燃料改質装置及びその燃料改質装置を備えた発電システム - Google Patents

燃料改質装置及びその燃料改質装置を備えた発電システム

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JPH08189380A
JPH08189380A JP7001019A JP101995A JPH08189380A JP H08189380 A JPH08189380 A JP H08189380A JP 7001019 A JP7001019 A JP 7001019A JP 101995 A JP101995 A JP 101995A JP H08189380 A JPH08189380 A JP H08189380A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ガスタービン発電システムに適用できる信頼性
の高い燃料改質装置及びその燃料改質装置を備えた信頼
性の高い発電システムの提供。 【構成】断熱層１６で覆われた円筒状の燃料改質装置
は、その中心軸方向に円筒状郭壁２で郭定された燃料流
路１が形成され、その途中には、燃料流路１の上流側か
ら流れてきた被改質ガスを所定の改質ガスに改質する改
質触媒層３が備えられている。改質触媒層３の上流側に
は、燃料流路１を取り囲むように冷却用ジャケット１０
が配設され、円筒状郭壁２を冷却するための水蒸気１１
が供給されるようになっている。また、改質触媒層３の
上流側の円筒状郭壁２には、冷却用ジャケット１０に導
入された水蒸気１１が燃料流路１に排出されるよう冷却
用ジャケット１０と燃料流路１とを連通する噴射口１５
が複数設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料改質装置及びその燃
料改質装置を備えた発電システムに係り、特にガスター
ビン発電システムに好適な直接熱交換式燃料改質装置と
その改質装置を備えた発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より炭化水素等の原燃料を水素富化
ガスに改質する燃料改質装置として、間接熱交換式燃料
改質装置，直接熱交換式燃料改質装置等が知られてい
る。
【０００３】このうち、間接熱交換式燃料改質装置は、
改質触媒をしてなる反応管と、この反応管に熱を与える
バーナとを備え、バーナからの燃焼ガスにより反応管を
加熱しながら、反応管の一端側から内部に流入した原燃
料をその内部に充填されている改質触媒により水素富化
ガスに改質するというものである。
【０００４】一方、直接熱交換式燃料改質装置は、改質
触媒を内部に備える燃料流路を備え、燃料流路内におい
て原燃料の一部を空気で部分酸化（燃焼）し、得られた
高温の被改質ガスを改質触媒層により水素富化ガスに改
質するというものである。尚、直接熱交換式燃料改質装
置は、化学工業用に用いられている。
【０００５】尚、燃料改質装置を備えたガスタービン発
電システムとして、例えば、特開平2−286835 号，特開
平5−332166 号，特開平5−332167 号等に記載されたも
のがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前述した間接熱交換式
燃料改質装置は、反応管を加熱するバーナを備えている
ことから装置が大型になる。しかも、ガスタービンの排
ガスを熱源とすると、改質反応に必要な７００℃程度の
改質温度を得ることが難しい。つまり、ガスタービンの
排ガス温度は、効率の面から、通常高い場合でも６００
℃程度、一般的には約５００℃前後に設定されている。
従って、改質反応に必要な７００℃程度の改質温度を得
ることが難しい。
【０００７】この点、直接熱交換式燃料改質装置は、原
燃料の一部を空気で部分酸化(燃焼)するので小型にでき
るとともに、改質反応に必要な改質温度が十分に得られ
る点で間接熱交換式燃料改質装置より優れている。
【０００８】従って、本願発明者は、直接熱交換式燃料
改質装置をガスタービン発電システムに適用しようと考
えたが、次の点が判明した。即ち、直接熱交換式燃料改
質装置は、部分酸化（燃焼）が行われる燃料流路が耐火
レンガによって形成されており、長時間一定の運転条件
で使用される化学工業用では、耐火レンガにかかる熱負
荷の変動が小さく、耐火レンガの割れ等も発生しにくい
が、負荷変動の大きいガスタービン発電システムでは、
耐火レンガにかかる熱負荷の変動が大きく、耐火レンガ
の割れ等が発生し易い。このため、従来の直接熱交換式
燃料改質装置をこのままガスタービン発電システム適用
したのでは、耐火レンガの破損が生ずる恐れがある。ま
た、破損した耐火レンガの破片により二次的な不具合が
発生する恐れもある。尚、前述した公知のものは間接熱
交換式燃料改質装置である。
【０００９】本発明は、上記の点に鑑みなされたもので
あって、その目的とするところは、負荷変動の大きいガ
スタービン発電システムにも適用できる信頼性の高い燃
料改質装置を提供するにある。また、これと同時に、前
記燃料改質装置を備えた信頼性の高い発電システムを提
供することも目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する燃料
改質装置を得るために、本発明においては、以下のよう
に燃料改質装置を構成した。
【００１１】内部に改質触媒層を備える第１の部屋と、
該第１の部屋に隣接して配置され前記第１の部屋に冷却
媒体を導入する第２の部屋とを有してなる。
【００１２】また、原燃料を部分酸化させ被改質ガスを
得ると共に、内部に備えた改質触媒層により前記被改質
ガスを改質し改質ガスを得る第１の部屋と、該第１の部
屋に隣接して配置され前記第１の部屋に冷却媒体を導入
する第２の部屋とを有してなる。
【００１３】また、原燃料を部分酸化させ被改質ガスを
得ると共に、内部に備えた改質触媒層により前記被改質
ガスを改質し改質ガスを得る燃料流路と、前記改質触媒
層よりも上流側の前記燃料流路に隣接して配置され前記
燃料流路に冷却媒体を前記燃料流路に対し複数個所で導
入する冷却ジャケットとを有してなる。
【００１４】また、原燃料を部分酸化させ被改質ガスを
得ると共に、内部に備えた改質触媒層により前記被改質
ガスを改質し改質ガスを得る燃料流路と、前記改質触媒
層よりも上流側の前記燃料流路に隣接して配置され前記
燃料流路に冷却媒体を前記燃料流路に対し複数個所で導
入する冷却ジャケットと、前記改質触媒層の上流側に備
えた整流器とを有してなる。
【００１５】また、前記整流器は、燃焼触媒を担持して
いる。
【００１６】また、原燃料を部分酸化させ被改質ガスを
得ると共に、内部に備えた改質触媒層により前記被改質
ガスを改質し改質ガスを得る燃料流路と、前記改質触媒
層よりも上流側の前記燃料流路に隣接して配置され前記
燃料流路に冷却媒体を前記燃料流路に対し複数個所で導
入する冷却ジャケットとを有すると共に、前記燃料流路
は直径の異なる複数の燃料流路からなる。
【００１７】また、原燃料を部分酸化させ被改質ガスを
得ると共に、内部に備えた改質触媒層により前記被改質
ガスを改質し改質ガスを得る第１の部屋と、該第１の部
屋に隣接して配置され前記第１の部屋を冷却する第１の
媒体を導入する第２の部屋と、前記改質触媒層の上流側
に設けられ前記第１の部屋に供給された第２の媒体に旋
回を与える旋回手段とを有してなる。
【００１８】上記目的を達成する発電システムを得るた
めに、本発明においては、以下のように発電システムを
構成した。
【００１９】燃料を燃焼して燃焼ガスを得る燃焼器と、
該燃焼器で得られた燃焼ガスを駆動源とするタービン
と、該タービンから排出された排ガスにより水蒸気を発
生させる排熱回収ボイラとを有する発電システムにおい
て、前記排熱回収ボイラで得られた水蒸気により冷却さ
れると共に、前記燃焼器に供給する前記燃料を得る燃料
改質装置を具備した。
【００２０】また、燃料を燃焼して燃焼ガスを得る燃焼
器と、該燃焼器で得られた燃焼ガスを駆動源とするター
ビンと、該タービンから排出された排ガスにより水蒸気
を発生させる排熱回収ボイラとを有する発電システムに
おいて、前記排熱回収ボイラで得られた水蒸気により冷
却されると共に、冷却した前記水蒸気により改質される
被改質ガスの温度を調整し、前記燃焼器に供給する前記
燃料を得る燃料改質装置を具備した。
【００２１】また、圧縮空気と燃料とを燃焼して燃焼ガ
スを得る燃焼器と、該燃焼器で得られた燃焼ガスを駆動
源とするタービンと、該タービンから排出された排ガス
により水蒸気を発生させる排熱回収ボイラとを有する発
電システムにおいて、前記圧縮空気により冷却されると
共に、前記排熱回収ボイラで得られた水蒸気により冷却
され、冷却した前記水蒸気により改質される被改質ガス
の温度を調整し、前記燃焼器に供給する前記燃料を得る
燃料改質装置を具備した。
【００２２】
【作用】前述した本発明の燃料改質装置によれば、第１
の部屋、即ち燃料流路に隣接して配置された第２の部
屋、即ち冷却ジャケットに冷却媒体である水蒸気が導入
され燃料流路を外側から冷却する。これにより、高温の
被改質ガスにさらされている燃料流路は、高温の被改質
ガスから保護される。
【００２３】冷却後の水蒸気は、冷却ジャケットの複数
の個所から燃料流路に噴射される。これにより、改質触
媒層に流入する被改質ガスは、その温度が改質触媒層で
改質されるのに適した温度に調節される。
【００２４】また、本発明の燃料改質装置によれば、改
質触媒層の上流側に備えた整流器を介して被改質ガスを
改質触媒層に流入させる。これにより、被改質ガスに形
成されている流速分布領域，温度分布領域或いは燃料濃
度分布領域がガスの流れ方向に対して均等化される。ま
た、整流器に燃焼触媒を担持させているので、被改質ガ
スに微量に含まれている空気中の酸素が完全に燃焼され
る。
【００２５】また、本発明の燃料改質装置によれば、燃
料流路が直径の異なる複数の燃料流路から構成されてい
るので、燃料流路に作用する熱応力による伸縮差を許容
できる。
【００２６】また、本発明の燃料改質装置によれば、冷
却ジャケットに冷却媒体である空気が導入され燃料流路
を外側から冷却する。また、旋回手段を介して燃料流路
に水蒸気が供給される。供給された水蒸気は、燃料流路
内に大きく拡がり、燃料流路を内側から冷却する。これ
により、高温の被改質ガスにさらされている燃料流路
は、高温の被改質ガスから保護される。また、水蒸気
は、被改質ガスに混合される。これにより、改質触媒層
に流入する被改質ガスは、その温度が改質触媒層で改質
されるのに適した温度に調節される。
【００２７】前述した発電システムによれば、排熱回収
ボイラで発生した水蒸気或いは圧縮空気により燃料改質
装置が冷却される。これにより、ガスタービンの負荷変
動により熱負荷の変動があっても、その熱から燃料改質
装置は保護されながら、燃焼器へ供給する燃料ガスが得
られる。
【００２８】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【００２９】図１は本発明の第１の実施例である燃料改
質装置の軸線を含む平面での断面図である。
【００３０】断熱層１６で覆われた円筒状の燃料改質装
置は、その中心軸方向に円筒状郭壁２で郭定された燃料
流路１が形成され、その途中には、燃料流路１の上流側
から流れてきた被改質ガスを所定の改質ガスに改質する
改質触媒層３が備えられている。尚、前記断熱層１６
は、燃料改質装置から放出される熱を遮断する役目をし
ているものであって、具体的には、熱伝導率の小さいグ
ラスウールやセラミックウール等の保温材を用いてい
る。また、改質触媒層３としては、炭化水素に対する改
質性能がよく、低コストであるニッケル系の金属を用い
ている。
【００３１】ここで、郭定とは、物体の輪郭ないしは形
状を決定するという意味で、郭壁とは、その意味を含ん
だ壁を意味する。
【００３２】改質触媒層３の上流側には、燃料流路１を
取り囲むように冷却用ジャケット１０が配設され、円筒
状郭壁２を冷却するための水蒸気１１が供給されるよう
になっている。また、改質触媒層３の上流側の円筒状郭
壁２には、冷却用ジャケット１０に導入された水蒸気１
１が燃料流路１に排出されるよう冷却用ジャケット１０
と燃料流路１とを連通する噴射口１５が複数設けられて
いる。
【００３３】燃料改質装置の上流側端面４のほぼ中心部
には、炭化水素等の燃料と水蒸気とを所定の割合で混合
し得られた混合ガス５を外部から燃料流路１内に供給す
る燃料供給管６が接続され、かつこの燃料供給管６の内
部には、空気７を外部から燃料流路１内に供給する空気
供給管８が燃料供給管６のほぼ中心軸上に配設されてい
る。また、上流側端面４には、水蒸気１１を外部から冷
却用ジャケット１０内に供給する複数の冷却媒体供給管
１２が冷却用ジャケット１０に沿って、燃料改質装置の
周方向に接続されている。尚、９は燃料流路１内に供給
されたガスに点火する点火栓である。
【００３４】燃料改質装置の下流側端面１７のほぼ中心
部には、改質触媒層３によって改質され得られた水素富
化ガス１３を外部装置に排出する燃料排出管１４が接続
されている。
【００３５】このように本実施例の燃料改質装置は構成
されており、以下のように動作する。
【００３６】燃料供給管６を介して燃料流路１内に炭化
水素等の燃料（本実施例ではメタンを採用）と水蒸気と
を所定の割合で混合した混合ガス５が供給され、空気供
給管８を介して燃料流路１内に空気７が供給される。燃
料流路１内に供給された混合ガス５と空気７は、点火栓
９により点火され拡散燃焼する。この時、空気供給管８
を介して燃料流路１内に供給された空気７は、その流量
が燃料供給管６を介して燃料流路１内に供給された混合
ガス５（燃料であるメタン）の２０％程度を燃焼させる
流量であるので、混合ガス５は部分酸化（部分燃焼）さ
れ、未燃ガスを含む高温の被改質ガスが得られる。
【００３７】尚、燃料供給管６を介して燃料流路１内に
供給される混合ガス５は、予め炭化水素等の燃料と水蒸
気とを所定の割合で混合し得られるものであるが、この
混合のタイミングとしては、燃料供給管６に供給する前
であってもよいし、炭化水素等の燃料と水蒸気とを夫々
燃料供給管６に供給してからでもよい。
【００３８】一方、冷却媒体供給管１２を介して冷却用
ジャケット１０内に水蒸気１１が供給される。冷却用ジ
ャケット１０内に供給された水蒸気１１は、前記燃焼に
より得られた高温の被改質ガスにさらされる円筒状郭壁
２を外側から冷却する。
【００３９】円筒状郭壁２の冷却後、冷却用ジャケット
１０内に供給された水蒸気１１は、冷却用ジャケット１
０と燃料流路１とを連通する複数の噴射口１５から燃料
流路１内に噴射され、前記燃焼により得られた高温の被
改質ガスと混合される。これにより、高温の被改質ガス
は、改質触媒層３に流入するのに適した温度、即ち改質
されるのに適した温度に調節され、改質触媒層３に流入
する。
【００４０】改質触媒層３では、以下の数式で表される
反応が行われ、被改質ガスは水素富化ガス１３に改質さ
れる。尚、この改質反応は、メタンのスチームリフォー
ミング反応と呼ばれ、メタンとスチームの混合ガスが水
素リッチなガスに変わる吸熱反応である。
【００４１】
【数１】 ＣＨ4＋ｓＨ2Ｏ → ｈＨ2＋ｃ1ＣＯ＋ｃ2ＣＯ2−ΔＱ …（１） ここで、ｓ，ｈ，ｃ1 ，ｃ2 は係数、ΔＱは反応熱であ
る。
【００４２】このようにして得られた水素富化ガス１３
は、燃料排出管１４より外部装置に供給される。
【００４３】以上本実施例によれば、円筒状郭壁２によ
り形成された燃料流路１を取り囲むように冷却用ジャケ
ット１０を配置し、この冷却用ジャケット１０内に円筒
状郭壁２を冷却するための水蒸気１１を供給するように
したので、円筒状郭壁２は水蒸気１１により外側から冷
却される。従って、高温の被改質ガスによって高温に熱
せられる円筒状郭壁２は、前記冷却により保護される。
これにより、高熱に対する燃料改質装置の信頼性が向上
する。具体的には、前記部分酸化（燃焼）で得られる被
改質ガスに直接さらされる円筒状郭壁２は、１１００℃
程度まで上昇する。これに対して、冷却用ジャケット１
０には、３５０℃〜４５０℃程度の水蒸気が供給され
る。これにより、この高温の被改質ガスに直接さらされ
る円筒状郭壁２の温度を７００℃程度に抑えることがで
きる。従って、円筒状郭壁２には、７００℃程度の温度
に耐える材質の材料を使用すればよい。
【００４４】また、本実施例によれば、冷却用ジャケッ
ト１０と燃料流路１とを連通する噴射口１５を円筒状郭
壁２に複数設け、円筒状郭壁２を冷却した水蒸気１１が
複数の噴射口１５介して燃料流路１に噴射されるように
したので、被改質ガスの温度は、混合ガス５を部分酸化
（部分燃焼）させる空気７と、円筒状郭壁２を冷却した
水蒸気１１とにより調整する自由度を有する。これによ
り、改質触媒の活性変化（例えば活性劣化）がおきて
も、被改質ガスの温度を空気７と水蒸気１１とにより調
整し、改質触媒層３における改質率を一定に維持する。
従って、燃料改質装置の燃料改質装置の制御性と性能が
向上する。
【００４５】また、円筒状郭壁２を冷却した水蒸気１１
が被改質ガスに混合されると、改質触媒層３において行
われる改質反応、即ち前述した数式で示される反応にお
けるスチームカーボン比ｓ（Ｈ2Ｏ／ＣＨ4のモル比）を
４.０ 程度にすることができるので、前述した式（１）
で示される反応を促進させることができる。従って、改
質触媒層３での改質効率が向上する。
【００４６】また、本実施例によれば、燃焼方式として
拡散燃焼を採用したので、燃料供給管６から供給される
混合ガス５と空気供給管８から供給される空気７は、確
実に着火される。つまり、混合ガス５（燃料）と空気と
を別々に供給すると、燃料の濃度分布は０％（空気１０
０％）〜１００％（空気０％）の全範囲にわたる。一
方、燃料は、夫々固有の燃焼範囲、即ち燃焼が持続する
ための燃料の濃度範囲をもっている（例えば、本実施例
における燃料であるメタンの空気中（常温常圧）におけ
る燃焼範囲は、体積濃度で５.０％〜１５.０％）。従っ
て、拡散燃焼を採用することにより、確実に燃料の燃焼
範囲を含み、確実に着火できる。また、この着火による
燃焼熱により燃料流路１内での燃焼を持続させる。従っ
て、燃料流路１内での燃焼に対する燃料改質装置の信頼
性が向上する。
【００４７】図２は本発明の第２の実施例である燃料改
質装置の軸線を含む平面での断面図であって、前述した
図１の変形例である。従って、以下の説明においては、
図１との相違点のみ説明する。
【００４８】本実施例においては、冷却用ジャケット１
０に導入される冷却媒体として炭化水素等の燃料と水蒸
気とを所定の割合で混合した混合ガス５、即ち、燃料供
給管６を介して燃料流路１内に供給される混合ガス５と
同様の組成ガスを用いている。
【００４９】このため、本実施例の燃料改質装置では、
その上流側端面４に接続されている燃料供給管６及び複
数の冷却媒体供給管１２が、その上流側において、燃料
母管１８に接続されている。尚、他の部分については図
１と同様であるのでその説明を省略する。
【００５０】このように構成すると、燃料母管１８，燃
料供給管６を介して燃料流路１内に炭化水素等の燃料
（本実施例ではメタンを採用）と水蒸気とを所定の割合
で混合した混合ガス５が供給される。また、空気供給管
８を介して燃料流路１内に空気７が供給される。燃料流
路１内に供給された混合ガス５と空気７は、点火栓９に
より点火され拡散燃焼する。この時、空気供給管８を介
して燃料流路１内に供給された空気７は、その流量が燃
料供給管６を介して燃料流路１内に供給された混合ガス
５（燃料であるメタン）の２０％程度を燃焼させる流量
であるので、混合ガス５は部分酸化（部分燃焼）され、
未燃ガスを含む高温の被改質ガスが得られる。
【００５１】一方、燃料母管１８，冷却媒体供給管１２
を介して冷却用ジャケット１０内に混合ガス５が供給さ
れる。冷却用ジャケット１０内に供給された混合ガス５
は、前記燃焼により得られた高温の被改質ガスにさらさ
れる円筒状郭壁２を外側から冷却する。
【００５２】尚、燃料母管１８，燃料供給管６を介して
燃料流路１内に供給される混合ガス５及び燃料母管１
８，冷却媒体供給管１２を介して冷却用ジャケット１０
内に供給される混合ガス５は、予め炭化水素等の燃料と
水蒸気とを所定の割合で混合し得られるものであるが、
この混合のタイミングとしては、燃料母管１８に供給す
る前であってもよいし、炭化水素等の燃料と水蒸気とを
夫々燃料母管１８に供給してからでもよい。
【００５３】円筒状郭壁２の冷却後、冷却用ジャケット
１０内に供給された混合ガス５は、冷却用ジャケット１
０と燃料流路１とを連通する複数の噴射口１５から燃料
流路１内に噴射され、前記燃焼により得られた高温の被
改質ガスと混合される。これにより、高温の被改質ガス
は、改質触媒層３に流入するのに適した温度、即ち改質
されるのに適した温度に調節され、改質触媒層３に流入
し、前述した式（１）の反応により改質される。
【００５４】以上本実施例によれば、燃料供給管６及び
冷却媒体供給管１２を、その上流側において、共通の燃
料母管１８に接続し、冷却用ジャケット１０内に、混合
ガス５を供給するようにしたので、円筒状郭壁２は冷却
用ジャケット１０内に供給された混合ガス５により外側
から冷却される。従って、混合ガス５と空気７とを燃焼
して得られる高温の被改質ガスによって高温に熱せられ
る円筒状郭壁２は、前記冷却により保護される。これに
より、高熱に対する燃料改質装置の信頼性が向上する。
【００５５】また、冷却用ジャケット１０内に、混合ガ
ス５を供給するようにしたので、燃料供給管６を介して
燃料流路１に導かれる混合ガス５の燃料濃度が、前例の
燃料供給管６を介して燃料流路１に導かれる混合ガス５
に混合されている燃料濃度よりも薄くなる。つまり、前
例の燃料改質装置と本実施例の燃料改質装置に導かれる
燃料量と水蒸気量が同じ流量で決まっているとすると、
前例の燃料改質装置では、燃料供給管６から供給される
燃料が燃料改質装置に導かれる燃料全量が導かれること
になる。換言すれば、冷却用ジャケット１０には燃料が
導かれない。一方、本実施例の燃料改質装置では、冷却
用ジャケット１０にも所定の燃料が導かれるので、燃料
供給管６を介して燃料流路１内に導入される燃料が少な
く(薄く)なる。
【００５６】従って、燃料流路１内に形成される未燃ガ
スを含む高温の被改質ガスには、局所的な高温部が形成
されにくくなり、円筒状郭壁２は、高温の被改質ガスか
ら保護される。これにより、高熱に対する燃料改質装置
の信頼性がさらに向上する。また、本実施例によれば、
冷却用ジャケット１０と燃料流路１とを連通する噴射口
１５を複数円筒状郭壁２に設け、冷却用ジャケット１０
に供給された混合ガス５が複数の噴射口１５を介して燃
料流路１に噴射されるようにしたので、被改質ガスと混
合ガス５が混合される。従って、改質触媒層３に流入す
る被改質ガスにおける燃料と水蒸気の混合性が良くな
り、改質触媒層３において均一な反応を行わせることが
できる。これにより、燃料改質装置の性能が向上する。
【００５７】図３は本発明の第３の実施例である燃料改
質装置の軸線を含む平面での断面図であって、前述した
図１の変形例である。従って、以下の説明においては、
図１との相違点のみ説明する。
【００５８】本実施例では、燃料流路１の内部に備えら
れてた改質触媒層３の上流側に、複数の整流板によって
ハニカム状に形成された整流器１９を備えている。燃料
流路１内において、混合ガス５と空気７との部分酸化
（部分燃焼）により得られた未燃ガスを含む高温の被改
質ガスには、流速分布領域と温度分布領域或いは燃料濃
度分布領域が夫々形成される。このため、このような状
態で下流側の改質触媒層３に流入すると、均質な改質反
応が得られず、改質触媒層３に温度分布や反応のムラが
生じてしまう。本実施例では、これを防止するために、
前述した整流器１９を改質触媒層３の上流側に備えたも
のである。
【００５９】このように構成すると、燃焼により得られ
た未燃ガスを含む高温の被改質ガスは、複数の噴射口１
５より噴射された冷却媒体である水蒸気１１（燃料供給
管６を介して燃料流路１内に供給される混合ガス５でも
よい）により改質触媒層３に流入するのに適した温度
（改質されるのに適した温度）に調節され、下流側に進
む。この際、被改質ガスは、整流器１９を通過するの
で、被改質ガスに形成された流速分布領域と温度分布領
域或いは燃料濃度分布領域がガスの流れ方向に対して均
等化され、改質触媒層３に流入する。
【００６０】以上本実施例によれば、燃料流路１の内部
に備えられてた改質触媒層３の上流側に、複数の整流板
によってハニカム状に形成された整流器１９を備え、燃
焼により得られた被改質ガスが改質触媒層３に流入する
前に前記整流器１９を通過させるようにしたので、被改
質ガスに形成された流速分布領域と温度分布領域或いは
燃料濃度分布領域がガスの流れ方向に対して均等化され
る。従って、改質触媒層３の単位体積当りにおける反応
による熱負荷が均等化され、改質触媒層３の寿命を伸ば
すことができる。これにより、燃料改質装置の信頼性が
向上する。
【００６１】さらに、本実施例においては、以下の改良
を加えている。
【００６２】即ち、前述した整流器１９に燃焼触媒２０
を担持させている。具体的には、パラジウムまたは白金
等の活性成分を有するものを燃焼触媒２０として整流器
１９に担持させている。この場合、前記整流器１９は、
セラミック系のランタン，ベータ，アルミナ等の高耐熱
性材料で造られていることが好ましい。
【００６３】部分酸化において得られた未燃ガスを含む
高温の被改質ガスには、空気中の酸素が微量に残留して
いる。この状態で、改質触媒層３に流入すると、残留し
ている空気中の酸素により改質触媒が酸化され、改質反
応が充分に行われなくなる。本実施例では、これを防止
するために、前述した整流器１９にパラジウムまたは白
金等の活性成分を有するものを燃焼触媒２０を担持させ
たものである。
【００６４】また、燃焼触媒２０による燃焼温度に整流
器１９が耐えられるように、整流器１９をセラミック系
のランタン・ベータ・アルミナ等の高耐熱性材料で造っ
たものである。
【００６５】このように構成すると、燃焼により得られ
た未燃ガスを含む高温の被改質ガスは、複数の噴射口１
５より噴射された冷却媒体１１である水蒸気（燃料供給
管６を介して燃料流路１内に供給される混合ガス５でも
よい）により改質触媒層３に流入するのに適した温度
（改質されるのに適した温度）に調節され、下流側に進
む。この際、被改質ガスは、燃焼触媒２０を担持した整
流器１９を通過するので、燃焼触媒２０により被改質ガ
ス中に前記部分酸化において微量に残留する空気中の酸
素が完全に燃焼され、改質触媒層３に流入する。
【００６６】以上本実施例によれば、改質触媒層３の上
流に備えられた整流器１９にパラジウムまたは白金等の
活性成分を有する燃焼触媒２０を担持させ、被改質ガス
を改質触媒層３に流入する前に前記整流器１９を通過さ
せるようにしたので、被改質ガス中に前記部分酸化にお
いて微量に残留する空気中の酸素が完全に燃焼される。
これにより、被改質ガスに微量に残留する空気中の酸素
による改質触媒層３の酸化を防止でき、充分な改質反応
を行わせることができる。
【００６７】また、燃焼触媒２０による燃焼温度に整流
器１９が耐えられるように、整流器１９をセラミック系
のランタン・ベータ・アルミナ等の高耐熱性材料で造っ
たものであるので、高温による変形等を防止できる。従
って、燃料改質装置の性能と信頼性が向上する。
【００６８】図４は本発明の第４の実施例である燃料改
質装置の軸線を含む平面での断面図であって、前述した
図１の変形例である。従って、以下の説明においては、
図１との相違点のみ説明する。
【００６９】本実施例では、燃料流路１を大きさが夫々
異なる第１の円筒状郭壁２ａと第２の円筒状郭壁２ｂと
から形成されている。具体的には、第１の円筒状郭壁２
ａの直径Ｒａが第２の円筒状郭壁２ｂの直径Ｒｂよりも
小さくなっており、これら直径の異なる円筒状郭壁がそ
の端部において重ね合わされている。直径の異なる円筒
状郭壁を重ね合わせた部分には、間隙部が形成されるの
で、そこには断面がＳ字状に形成された環状のフラシー
ル２１が直径の異なる二つの円筒状郭壁を弾性的に支持
するように設けられている。
【００７０】尚、上記直径の寸法として例えば、前記Ｒ
ａを３５０mm，Ｒｂを３７０mm程度とし、前記間隙部を
１０mm前後程度のようにする。
【００７１】フラシール２１は、一般にスプリングシー
ルと呼ばれるもので、周方向の線接触により、直径の異
なる円筒状郭壁２を重ね合わせ場合に形成される間隙部
から流体が漏れるのを防止（シール）している。また、
弾性をもたせるためフラシール２１には、軸方向にスリ
ット状の切り込みが設けられている。
【００７２】円筒状郭壁２は、冷却用ジャケット１０に
供給された水蒸気１１（燃料供給管６を介して燃料流路
１内に供給される混合ガス５でもよい）により外側から
冷却され、高温の被改質ガスにより内側から熱せられる
ので、伸びと縮みの両応力が作用する。この伸縮の差が
大きすぎると、図１乃至図３で説明した燃料改質装置で
は、円筒状郭壁２に許容がないため、機器を構成する他
の部材に悪影響を及ぼしたり、それ自身の強度が低下し
破損したりする。本実施例では、これを防止するため
に、大きさが夫々異なる第１の円筒状郭壁２ａと、第２
の円筒状郭壁２ｂとから燃料流路１を形成し、前記伸縮
差に対する許容をもたせたものである。
【００７３】以上本実施例によれば、大きさが夫々異な
る第１の円筒状郭壁２ａと、第２の円筒状郭壁２ｂとか
ら燃料流路１を形成したので、円筒状郭壁２に作用する
熱応力による伸縮差を許容できる。これにより、機器を
構成する他の部材に悪影響を及ぼさず、かつそれ自身の
強度低下を極力抑え、機器の寿命を向上させることがで
きる。従って、熱に対する燃料改質装置の信頼性が向上
する。
【００７４】図５は本発明の第５の実施例である燃料改
質装置の軸線を含む平面での断面図である。
【００７５】断熱層１６で覆われた円筒状の燃料改質装
置は、その中心軸方向に円筒状郭壁２で郭定された燃料
流路１が形成され、その途中には、燃料流路１の上流側
から流れてきた被改質ガスを所定の改質ガスに改質する
改質触媒層３が備えられている。燃料流路１の周囲には
燃料流路１を取り囲むように冷却用ジャケット１０が配
設され、円筒状郭壁２を冷却するための空気２３が導入
されるようになっている。
【００７６】尚、前記断熱層１６は、燃料改質装置から
放出される熱を遮断する役目をしているものであって、
具体的には、熱伝導率の小さいグラスウールやセラミッ
クウール等の保温材を用いている。また、改質触媒層３
としては、炭化水素に対する改質性能がよく、低コスト
であるニッケル系の金属を用いている。
【００７７】燃料改質装置の上流側端面４のほぼ中心部
には、炭化水素等の燃料と水蒸気とを所定の割合で混合
し得られた混合ガス５を外部から燃料流路１内に供給す
る燃料供給管６が接続され、かつこの燃料供給管６の内
部には、空気７を外部から燃料流路１内に供給する空気
供給管８が燃料供給管６のほぼ中心軸上に配設されてい
る。また、上流側端面４には、燃料供給管６の周囲に配
置され水蒸気１１を外部から燃料流路１内に供給する複
数の水蒸気供給管２４と、冷却用ジャケット１０に沿っ
て燃料改質装置の周方向に配置され空気２３を外部から
冷却用ジャケット１０内に供給する複数の冷却媒体供給
管１２とが接続されている。尚、９は燃料流路１内に導
入されたガスに点火する点火栓である。
【００７８】燃料改質装置の下流側端面１７のほぼ中心
部には、改質触媒層３によって改質され得られた水素富
化ガス１３を外部装置に供給する燃料排出管１４が接続
されている。また、下流側端面１７には、冷却用ジャケ
ット１０に沿って燃料改質装置の周方向に配置され冷却
用ジャケット１０内に導入された空気２３を外部へ供給
する冷却媒体導出管２５が接続されている。
【００７９】また、複数の水蒸気供給管２４を介して燃
料流路１内に供給される水蒸気１１に旋回を与えるため
に、改質触媒層３の上流側、即ち燃料流路１の端部（上
流側端面４）には、燃料供給管６を環状に取り囲むよう
に配置された旋回器２２が設けられている。
【００８０】このように本実施例の燃料改質装置は構成
されており、以下のように動作する。
【００８１】燃料供給管６を介して燃料流路１内に炭化
水素等の燃料（本実施例ではメタンを採用）と水蒸気と
を所定の割合で混合した混合ガス５が供給され、空気供
給管８を介して燃料流路１内に空気７が供給される。燃
料流路１内に供給された混合ガス５と空気７は、点火栓
９により点火され拡散燃焼する。この時、空気供給管８
を介して燃料流路１内に供給された空気７は、その流量
が燃料供給管６を介して燃料流路１内に供給された混合
ガス５（燃料であるメタン）の２０％程度を燃焼させる
流量であるので、混合ガス５は部分酸化（部分燃焼）さ
れ、未燃ガスを含む高温の被改質ガスが得られる。尚、
本実施例においては燃焼方式として安定燃焼範囲が広い
拡散燃焼を採用している。
【００８２】尚、燃料供給管６を介して燃料流路１内に
供給される混合ガス５は、予め炭化水素等の燃料と水蒸
気とを所定の割合で混合し得られるものであるが、この
混合のタイミングとしては、燃料供給管６に供給する前
であってもよいし、炭化水素等の燃料と水蒸気とを夫々
燃料供給管６に供給してからでもよい。
【００８３】また、燃料流路１内には、水蒸気供給管２
４を介して水蒸気２３が供給される。この時、水蒸気２
３は改質触媒層３の上流側、即ち燃料流路１の端部（上
流側端面４）に設けられた旋回器２２により旋回が加え
られ、燃料流路１内に大きく拡がる。燃料流路１内に大
きく拡がった水蒸気２３は、高温の被改質ガスにさらさ
れる円筒状郭壁２を内側から冷却すると共に、前記燃焼
で得られた未燃ガスを含む高温の被改質ガスと混合し、
未燃ガスを含む高温の被改質ガスの温度を改質触媒層３
に流入するのに適した温度、即ち改質されるのに適した
温度に調節される。
【００８４】一方、冷却媒体供給管１２を介して冷却用
ジャケット１０内に空気２３が供給される。冷却用ジャ
ケット１０内に供給された空気２３は、前記燃焼により
得られた高温の被改質ガスにさらされる円筒状郭壁２を
外側から冷却する。冷却後、冷却用ジャケット１０内に
供給された空気２３は、冷却媒体導出管２５を介して外
部へ供給される。
【００８５】改質触媒層３に流入するのに適した温度、
即ち改質されるのに適した温度に調節された被改質ガス
は、改質触媒層３により改質され水素富化ガス１３にさ
れ、燃料排出管１４を介して外部装置に供給される。
尚、改質触媒層３における改質反応は、前述した式
（１）と同様である。
【００８６】以上本実施例によれば、燃料流路１を取り
囲むように冷却用ジャケット１０を配置し、この冷却用
ジャケット１０内に空気２３を供給するようにしたの
で、円筒状郭壁２は冷却用ジャケット１０内に供給され
た空気２３により外側から冷却される。
【００８７】また、改質触媒層３の上流側、即ち燃料流
路１の端部（上流側端面４）に旋回器２２を設け、水蒸
気供給管２４を介して燃料流路１内に供給される水蒸気
１１に旋回を与え、水蒸気１１が燃料流路１内に大きく
拡がるようにしたので、円筒状郭壁２は水蒸気１１によ
り内側から冷却される。これにより、前記燃焼により得
られる高温の被改質ガスにさらされる円筒状郭壁２は、
その内側と外側の両側から前記冷却により保護される。
従って、高熱に対する燃料改質装置の信頼性がさらに向
上する。
【００８８】次に、前述した燃料改質装置を備えた発電
システムの実施例について説明する。
【００８９】図６は本発明の第６の実施例であり、前述
した図１の燃料改質装置を備えた発電システムを示す系
統図である。本実施例の発電システムは、大別するとガ
スタービン系統と排熱回収ボイラ系統と燃料改質系統と
からなっている。
【００９０】このうちガスタービン系統は、空気圧縮機
３１により圧縮された燃焼用空気３０と燃料とを燃焼し
高温の燃焼ガス３３を得る燃焼器３２と、燃焼器３２で
得られた高温の燃焼ガス３３によって駆動されると共
に、直結されている発電機３５を駆動するガスタービン
３４とを備えてなる。
【００９１】排熱回収ボイラ系統は、ガスタービン３４
より排出された排ガス３６と給水とを熱交換し水蒸気を
得る排熱回収ボイラ３７を備えてなっており、排熱回収
ボイラ３７には、排ガス３６の高圧側（排ガス３６の流
入側）から、混合ガス加熱器３８，水蒸気加熱器３９，
蒸発器４０（ドラム４１），節炭器４２の順に配設され
ている。
【００９２】燃料改質系統は、燃料供給管６を介して供
給された混合ガス５と空気供給装置４５（例えば、圧縮
機）から空気供給管８を介して供給された空気７とを燃
焼して被改質ガスを得ると共に、被改質ガスを改質触媒
層３により改質し燃料ガス４６を得る燃料改質装置Ｒ１
を備えてなっている。尚、１２は冷却用ジャケット１０
に水蒸気１１を供給する冷却媒体供給管、１４は燃焼器
３２に燃料改質装置Ｒ１で得られた燃料ガス４６を供給
する燃料排出管１４である。
【００９３】このように本実施例の発電システムは前記
各系統から構成されており、以下のように動作する。
【００９４】起動時、燃料改質装置Ｒ１の燃料流路１内
には、燃料供給管６を介して原燃料４４が供給されると
共に、空気供給管８を介して空気供給装置４５で得られ
た空気７が供給される。供給された原燃料４４及び空気
７は、点火栓（図示せず）により点火されて燃焼し数百
度の未燃ガス４７となる。このようにして得られた未燃
ガス４７は、燃料流路１内を下流側に向かって流れ、燃
料排出管１４を介して燃焼器３２に供給される。この
際、未燃ガス４７は、燃料流路１内に備えられている改
質触媒層３を昇温する。
【００９５】燃焼器３２に供給された未燃ガス４７は、
空気圧縮機３１から供給された燃焼用空気３０と混合さ
れ燃焼される。この燃焼により高温の燃焼ガス３３が得
られ、得られた燃焼ガス３３は、ガスタービン３４を駆
動し、駆動後排ガス３６となってガスタービン３４より
排出される。また、ガスタービン３４の駆動により、ガ
スタービン３４に直結されている発電機３５が駆動され
る。
【００９６】ガスタービン３４より排出された排ガス３
６は、排熱回収ボイラ３７に供給され給水４３と熱交換
される。給水４３は、ポンプにより節炭器４２に供給さ
れ低圧の排ガス３６により予熱される。予熱された給水
は、蒸発器４０(ドラム４１)に供給され、高圧の排ガス
３６により加熱されて水蒸気１１となる。水蒸気１１
は、冷却媒体供給管１２を介して燃料改質装置Ｒ１の冷
却用ジャケット１０に供給され、燃料流路１を外側から
冷却する。
【００９７】また、水蒸気１１は冷却媒体供給管１２よ
り分岐され、水蒸気加熱器３９に供給され、さらに高圧
の排ガス３６により加熱される。加熱された水蒸気１１
は、原燃料４４（本実施例ではメタンを採用）と混合し
混合ガス加熱器３８に供給され、最も高圧の排ガス３６
により加熱される。このようにして得られた混合ガス５
は、燃料供給管６を介して燃料改質装置Ｒ１の燃料流路
１内に供給される。
【００９８】燃料流路１内に供給された混合ガス５は、
空気供給管８を介して燃料流路１内に供給された空気７
と共に拡散燃焼（部分酸化）される。拡散燃焼により得
られた高温の被改質ガスは、冷却用ジャケット１０内に
供給され燃料流路１を冷却した水蒸気１１と混合され、
改質触媒層３に流入するのに適した温度、即ち改質され
るのに適した温度に調節され、改質触媒層３に流入す
る。被改質ガスは、改質触媒層３により改質され水素富
化ガス１３となる。このようにして得られた水素富化ガ
ス１３は、燃料排出管１４を介して燃焼器３２に供給さ
れる。これ以後、燃焼器３２には燃料ガスとして水素富
化ガス１３が供給される。
【００９９】以上本実施例によれば、排熱回収ボイラ３
７で得られた水蒸気１１を冷却媒体供給管１２を介して
燃料改質装置Ｒ１の冷却用ジャケット１０に供給するよ
うにしたので、高温のガスにさらされる燃料改質装置Ｒ
１の燃料流路１は、前記水蒸気１１により外側から冷却
される。これにより、ガスタービン３４の負荷変動によ
り熱負荷が変動しても燃料改質装置Ｒ１は、高温の熱よ
り保護される。従って、発電システムの信頼性が向上す
る。
【０１００】また、本実施例によれば、排熱回収ボイラ
３７に混合ガス加熱器３８と水蒸気加熱器３９とを設
け、燃料改質装置Ｒ１に供給される混合ガス５とガスタ
ービン３４から排出された排ガス３６とを熱交換するよ
うにしたので、排ガス３６の熱を有効に回収できる。従
って、発電システムの熱効率が向上する。
【０１０１】また、本実施例によれば、燃料改質装置Ｒ
１に空気７を供給する空気供給装置４５を備えているの
で、燃焼器３２と燃料改質装置Ｒ１に供給される空気
は、それぞれ別々の空気供給装置により供給される。こ
れにより、個別に空気流量を制御することができ、各空
気供給量を広範囲に変化させることができる。従って、
発電システムの制御性が向上する。
【０１０２】また、本実施例によれば、原燃料４４に水
蒸気１１を含ませた混合ガス５を燃料改質装置Ｒ１に供
給し、さらに、冷却用ジャケット１０に供給された水蒸
気１１を燃焼し得られた被改質ガスに混合するというよ
うに、大量の水蒸気を燃料改質装置Ｒ１に供給するよう
にしているので、燃料改質装置Ｒ１から燃焼器３２に供
給される燃焼ガス４６には水蒸気が含まれている。これ
により、燃焼器３２では燃焼ガス４６に含まれている水
蒸気により燃焼温度が抑制され、ＮＯｘの発生量が低減
される、即ち低ＮＯｘ化が図れる。従って、発電システ
ムの信頼性が向上する。
【０１０３】また、低ＮＯｘ化により、脱硝装置等の装
置が不要となり、脱硝に必要なアンモニア水等のランニ
ングコストが削減されると共に、発電システムの構成が
シンプルになる。従って、発電システムのコストが削減
される。
【０１０４】また、本実施例によれば、燃料改質装置Ｒ
１は、原燃料を水素が含有する燃焼ガス４６に改質する
ようにしたので、その燃焼ガス４６が供給される燃焼器
３２では、燃焼性（燃焼速度，燃焼範囲）が増す。これ
により、燃焼器３２にさらに水蒸気を投入することがで
きるので、発電システムの出力または効率が向上すると
共に、発電システムの熱電比（熱と電気出力の比）の調
整幅を拡大できる。従って、発電システムの使い勝手が
向上する。
【０１０５】図７は本発明の第７の実施例であり、前述
した図２の燃料改質装置を備えた発電システムの系統図
であって、前述した図６の変形例である。以下の説明に
おいては、図６との相違点のみ説明する。
【０１０６】本実施例においては、燃料改質装置Ｒ２の
冷却用ジャケット１０にも混合ガス５が供給される。こ
のため、冷却用ジャケット１０に冷却媒体を供給する冷
却媒体供給管１２と燃料流路１内に燃料を供給する燃料
供給管６は、その上流側において、共通の燃料母管１８
の一端側に接続され、燃料母管１８の他端側は、混合ガ
ス加熱器３８に接続されている。
【０１０７】このように構成すると、起動時、燃料改質
装置Ｒ２の燃料流路１内には、燃料母管１８，燃料供給
管６を介して原燃料４４が供給されると共に、空気供給
管８を介して空気７が供給され燃焼される。燃焼により
得られた数百度の未燃ガス４７は、燃料流路１内の改質
触媒層３を昇温した後、燃焼器３２に供給される。燃焼
器３２に供給された未燃ガス４７は、空気圧縮機３１か
ら供給された燃焼用空気３０と混合し燃焼する。前例の
ように、燃焼により得られた燃焼ガス３３は、ガスター
ビン３４を駆動し、排ガス３６として排熱回収ボイラ３
７に供給され給水４３と熱交換される。給水４３は、蒸
発器４０（ドラム４１）で水蒸気１１となり、水蒸気加
熱器３９により加熱された後、原燃料４４（本実施例で
はメタンを採用）と混合される。
【０１０８】水蒸気１１と原燃料４４との混合で得られ
た混合ガス５は、混合ガス加熱器３８により加熱され、
燃料母管１８，燃料供給管６を介して燃料流路１内に供
給されると共に、燃料母管１８，冷却媒体供給管１２を
介して冷却用ジャケット１０に供給される。
【０１０９】燃料流路１内に供給された混合ガス５は、
空気供給管８を介して燃料流路１内に供給された空気７
と共に拡散燃焼（部分酸化）される。拡散燃焼により得
られた高温の被改質ガスは、冷却用ジャケット１０内に
供給され燃料流路１を冷却した混合ガス５と混合され、
改質触媒層３に流入するのに適した温度、即ち改質され
るのに適した温度に調節され、改質触媒層３に流入す
る。被改質ガスは、改質触媒層３により改質され水素富
化ガス１３となる。このようにして得られた水素富化ガ
ス１３は、燃料排出管１４を介して燃焼器３２に供給さ
れる。これ以後、燃焼器３２には燃料ガスとして水素富
化ガス１３が供給される。
【０１１０】以上本実施例によれば、燃料母管１８を分
岐して燃料流路１に供給される混合ガス５を冷却媒体供
給管１２をを介して燃料改質装置Ｒ２の冷却用ジャケッ
ト１０に供給するようにしたので、高温のガスにさらさ
れる燃料改質装置Ｒ２の燃料流路１は、前記混合ガス５
により外側から冷却される。これにより、ガスタービン
３４の負荷変動により熱負荷が変動しても燃料改質装置
Ｒ２は、高温の熱より保護される。従って、前例同様に
発電システムの信頼性が向上する。
【０１１１】また、本実施例によれば、燃料供給管６及
び空気供給管８をその上流側において、共通の燃料母管
１８の一端側に接続し、燃料母管１８の他端側を混合ガ
ス加熱器３８に接続するようにしたので、燃料流路１及
び冷却用ジャケット１０には、混合ガス５が供給され
る。これにより、排熱回収ボイラ３７から冷却用ジャケ
ット１０内に水蒸気を供給する供給管を備える必要がな
く、発電システムの構成をシンプルにできる。従って、
発電システムのコストが削減される。尚、このような構
成は、敷地面積の狭い、例えば工場等に設置されるコジ
ェネレーションシステムに有効な発電システムである。
また、コンバインドプラント等に適用されてもよい。
【０１１２】また、本実施例によれば、原燃料４４に混
合される水蒸気１１の量が、前例で原燃料４４に混合さ
れる蒸気量と冷却用ジャケット１０に供給され被改質ガ
スに混合される蒸気量とを合わせた量に等しので、燃焼
器３２に供給される水蒸気の量も前例と同様である。従
って、前例同様に低ＮＯｘ化を図ることができる。
【０１１３】図８は本発明の第８の実施例であり、前述
した図１の燃料改質装置を備える発電システムを示す系
統図であって、前述した図６の変形例である。従って、
以下の説明においては、図６との相違点のみ説明する。
【０１１４】本実施例においては、燃料改質装置Ｒ１に
空気を供給する供給源が、燃焼器３２へ燃焼用空気３０
を供給する空気圧縮機３１となっている。このため、空
気圧縮機３１で圧縮した燃焼用空気３０を燃焼器３２へ
供給する配管に空気供給管１８の一端側が接続されてい
る。尚、この場合、空気圧縮機３１から燃焼器３２へ流
れる燃焼用空気３０の圧力損失が、抽気され空気供給管
１８，燃料改質装置Ｒ１を介して燃焼器３２へ供給され
る空気７の通る全圧力損失と同じになるように両者の流
路抵抗を設定する。
【０１１５】このように構成すると、起動時、燃料改質
装置Ｒ１の燃料流路１内には、原燃料４４が燃料供給管
６を介して供給されると共に、空気圧縮機３１で圧縮さ
れた燃焼用空気３０の一部が抽気され空気供給管８を介
して空気７が供給されるようになる。これ以降の動作
は、前述した図６と同じであるので省略する。
【０１１６】以上本実施例によれば、空気圧縮機３１で
圧縮した燃焼用空気３０を燃焼器３２へ供給する配管に
空気供給管１８の一端側を接続するようにしたので、空
気圧縮機３１で圧縮された燃焼用空気３０の一部は、抽
気され空気供給管１８を介して燃料改質装置Ｒ１の燃料
流路１内に供給される。これにより、別個に設けていた
空気供給装置を備える必要がなく、発電システムの構成
をシンプルにできる。従って、発電システムのコストが
削減される。尚、このような構成は、敷地面積の狭い、
例えば工場等に設置されるコジェネレーションシステム
に有効な発電システムである。また、コンバインドプラ
ント等に適用されてもよい。
【０１１７】さらに、本実施例によれば、以下の変形を
加えることができる。
【０１１８】即ち、図７に示したように、燃料改質装置
Ｒ２の冷却用ジャケット１０に混合ガス５を供給させる
ようにし、冷却用ジャケット１０に冷却媒体を供給する
冷却媒体供給管１２と燃料流路１内に燃料を供給する燃
料供給管６を、その上流側において、共通の燃料母管１
８の一端側に接続し、燃料母管１８の他端側を、混合ガ
ス加熱器３８に接続させる。
【０１１９】このように構成すると、起動時、燃料母管
１８，燃料供給管６を介して燃料流路１内に原燃料４４
が供給される。また、蒸気発生時、燃料母管１８，燃料
供給管６を介して燃料流路１内に混合ガス５が供給され
ると共に、燃料母管１８，冷却媒体供給管１２を介して
冷却用ジャケット１０内に混合ガス５が供給される。以
上本実施例によれば、燃料供給管６及び空気供給管８を
その上流側において、共通の燃料母管１８の一端側に接
続し、燃料母管１８の他端側を混合ガス加熱器３８に接
続するようにしたので、燃料流路１及び冷却用ジャケッ
ト１０には、混合ガス５が供給される。これにより、排
熱回収ボイラ３７から冷却用ジャケット１０内に水蒸気
を供給する供給管を備える必要がなく、さらに発電シス
テムの構成をシンプルにできる。従って、発電システム
のコストがさらに削減される。また、本実施例によれ
ば、前例同様に低ＮＯｘ化を図ることができるので、発
電システムの信頼性が向上する。
【０１２０】図９は本発明の第９の実施例であり、前述
した図５の燃料改質装置を備えた発電システムを示す系
統図である。本実施例の発電システムは、大別するとガ
スタービン系統と排熱回収ボイラ系統と燃料改質系統と
からなっている。
【０１２１】このうちガスタービン系統は、空気圧縮機
３１により圧縮され、後述する燃料改質系統を介して供
給された燃焼用空気３０と燃料とを燃焼し高温の燃焼ガ
ス３３を得る燃焼器３２と、燃焼器３２で得られた高温
の燃焼ガス３３によって駆動されると共に、直結されて
いる発電機３５を駆動するガスタービン３４とを備えて
なっている。
【０１２２】排熱回収ボイラ系統は、ガスタービン３４
より排出された排ガス３６と給水とを熱交換し水蒸気を
得る排熱回収ボイラ３７を備えてなっており、排熱回収
ボイラ３７には、排ガス３６の高圧側（排ガス３６の流
入側）から、混合ガス加熱器３８，水蒸気加熱器３９，
蒸発器４０（ドラム４１），節炭器４２の順に配設され
ている。
【０１２３】燃料改質系統は、燃料供給管６を介して供
給された混合ガス５と空気圧縮機３１から空気母管４
８，空気供給管８を介して供給された空気７とを燃焼し
て被改質ガスを得ると共に、被改質ガスを改質触媒層３
により改質し燃料ガス４６を得る燃料改質装置Ｒ５を備
えてなっている。尚、１２は空気母管４８にその一端が
接続され冷却用ジャケット１０に空気７を供給する冷却
媒体供給管、２４は燃料流路１内に水蒸気１１を供給す
る水蒸気供給管、１４は燃焼器３２に燃料改質装置Ｒ１
で得られた燃料ガス４６を供給する燃料排出管、２５は
燃焼器３２に冷却用ジャケット１０内に供給された空気
７を供給する冷却媒体排出管である。
【０１２４】このように本実施例の発電システムは前記
各系統から構成されており、以下のように動作する。
【０１２５】起動時、燃料改質装置Ｒ５の燃料流路１内
には、燃料供給管６を介して原燃料４４が供給される。
これと同時に、燃料流路１内には、空気母管４８，空気
供給管８を介して空気圧縮機３１で圧縮された空気７が
供給されると共に、冷却用ジャケット１０内に、空気母
管４８，冷却媒体供給管１２を介して空気７が供給され
る。燃料流路１内に供給された原燃料４４及び空気７
は、点火栓（図示せず）により点火されて燃焼し数百度
の未燃ガス４７となる。このようにして得られた未燃ガ
ス４７は、燃料流路１内を下流側に向かって流れ、燃料
排出管１４を介して燃焼器３２に供給される。この際、
未燃ガス４７は、燃料流路１内に備えられている改質触
媒層３を昇温する。また、冷却用ジャケット１０内に供
給された空気７は、燃料流路１を外側から冷却し、冷却
媒体排出管２５を介して燃焼器３２に供給される。
【０１２６】燃焼器３２に供給された未燃ガス４７と空
気７は、混合され燃焼される。この燃焼により高温の燃
焼ガス３３が得られ、得られた燃焼ガス３３は、ガスタ
ービン３４を駆動し、駆動後排ガス３６となってガスタ
ービン３４より排出される。また、ガスタービン３４の
駆動により、ガスタービン３４に直結されている発電機
３５が駆動される。
【０１２７】ガスタービン３４より排出された排ガス３
６は、排熱回収ボイラ３７に供給され給水４３と熱交換
される。給水４３は、ポンプにより節炭器４２に供給さ
れ低圧の排ガス３６により予熱される。予熱された給水
は、蒸発器４０(ドラム４１)に供給され、高圧の排ガス
３６により加熱されて水蒸気１１となる。水蒸気１１
は、水蒸気供給管２４，旋回器２２を介して燃料流路１
に供給される。
【０１２８】また、水蒸気１１は水蒸気供給管２４より
分岐され、水蒸気加熱器３９に供給され、さらに高圧の
排ガス３６により加熱される。加熱された水蒸気１１
は、原燃料４４（本実施例ではメタンを採用）と混合し
混合ガス加熱器３８に供給され、最も高圧の排ガス３６
により加熱される。このようにして得られた混合ガス５
は、燃料供給管６を介して燃料改質装置Ｒ５の燃料流路
１内に供給される。
【０１２９】燃料流路１内に供給された混合ガス５は、
空気供給管８を介して燃料流路１内に供給された空気７
と共に拡散燃焼（部分酸化）される。拡散燃焼により得
られた高温の被改質ガスは、旋回器２２を介して燃料流
路１内に供給された水蒸気１１と混合され、改質触媒層
３に流入するのに適した温度、即ち改質されるのに適し
た温度に調節され、改質触媒層３に流入する。被改質ガ
スは、改質触媒層３により改質され水素富化ガス１３と
なる。このようにして得られた水素富化ガス１３は、燃
料排出管１４を介して燃焼器３２に供給される。これ以
後、燃焼器３２には燃料ガスとして水素富化ガス１３が
供給される。
【０１３０】以上本実施例によれば、空気圧縮機３１で
圧縮された空気７を空気母管４８，冷却媒体供給管１２
を介して燃料改質装置Ｒ５の冷却用ジャケット１０に供
給するようにしたので、高温のガスにさらされる燃料改
質装置Ｒ６の燃料流路１は、前記水蒸気１１により外側
から冷却される。また、排熱回収ボイラ３７で得られた
水蒸気１１を水蒸気供給管２４，旋回器２２を介して燃
料流路１に供給したので、高温のガスにさらされる燃料
流路１は内側から冷却される。これにより、ガスタービ
ン３４の負荷変動により熱負荷が変動しても燃料改質装
置Ｒ５は、高温の熱より保護される。従って、発電シス
テムの信頼性がさらに向上する。
【０１３１】また、本実施例によれば、空気圧縮機３１
から燃焼器３２に供給される空気は、燃料改質装置Ｒ６
の冷却用ジャケット１０を介して供給されるので、燃料
改質装置Ｒ５を冷却してから供給される。これにより、
燃料改質装置Ｒ５は、システムの起動時においても冷却
されることになる。従って、発電システムの信頼性がさ
らに向上する。
【０１３２】また、本実施例によれば、排熱回収ボイラ
３７に混合ガス加熱器３８と水蒸気加熱器３９とを設
け、燃料改質装置Ｒ５に供給される混合ガス５とガスタ
ービン３４から排出された排ガス３６とを熱交換するよ
うにしたので、排ガス３６の熱を有効に回収できる。従
って、発電システムの熱効率が向上する。
【０１３３】また、本実施例によれば、空気圧縮機３１
で圧縮した空気７を改質系統に供給する空気母管４８を
設け、この空気母管４８に空気供給管８及び冷却媒体供
給管１２を接続するようにしたので、空気圧縮機３１で
圧縮した空気７は、空気母管４８，空気供給管８を介し
て燃料流路１内に供給されると共に、空気母管４８，冷
却媒体供給管１２を介して冷却用ジャケット１０内に供
給される。また、冷却媒体排出管２５を燃焼器３２に接
続したので、冷却用ジャケット１０内に供給された空気
７は、冷却媒体排出管２５を介して燃焼器３２に供給さ
れる。これにより、燃料改質装置Ｒ５に空気を供給する
別置の空気供給装置が不要となる。また、燃料改質装置
Ｒ５と燃焼器３２とが直列接続となり、燃料改質装置Ｒ
５と燃焼器３２を一体の機器で構成できるので、発電シ
ステムの構成をシンプルにできる。従って、発電システ
ムのコストが削減される。尚、このような構成は、敷地
面積の狭い、例えば工場等に設置されるコジェネレーシ
ョンシステムに有効な発電システムである。また、コン
バインドプラント等に適用されてもよい。
【０１３４】また、本実施例によれば、原燃料４４に水
蒸気１１を含ませた混合ガス５を燃料改質装置Ｒ５に供
給し、さらに、燃料流路１内に水蒸気１１を供給し被改
質ガスに混合するというように、大量の水蒸気を燃料改
質装置Ｒ５に供給するようにしているので、燃料改質装
置Ｒ５から燃焼器３２に供給される燃焼ガス４６には水
蒸気が含まれている。これにより、燃焼器３２では燃焼
ガス４６に含まれている水蒸気により燃焼温度が抑制さ
れ、ＮＯｘの発生量が低減される、即ち低NOx化が図れ
る。従って、発電システムの信頼性が向上する。
【０１３５】また、低ＮＯｘ化により、脱硝装置等の装
置が不要となり、脱硝に必要なアンモニア水等のランニ
ングコストが削減されると共に、発電システムの構成が
シンプルになる。従って、発電システムのコストがさら
に削減される。
【０１３６】また、本実施例によれば、燃料改質装置Ｒ
５は、原燃料を水素が含有する燃焼ガス４６に改質する
ようにしたので、その燃焼ガス４６が供給される燃焼器
３２では、燃焼性（燃焼速度，燃焼範囲）が増す。これ
により、燃焼器３２にさらに水蒸気を投入することがで
きるので、発電システムの出力または効率が向上すると
共に、発電システムの熱電比（熱と電気出力の比）の調
整幅を拡大できる。従って、発電システムの使い勝手が
向上する。
【０１３７】
【発明の効果】本発明によれば、燃料流路に隣接して冷
却ジャケットを配置し、この冷却ジャケットに燃料流路
を冷却する冷却媒体を導入するようにし、冷却流路を冷
却するようにしたので、ガスタービンの負荷変動により
熱負荷が変動しても燃料改質装置は、高温の熱より保護
される。
【０１３８】従って、ガスタービン発電システムに適用
できる信頼性の高い燃料改質装置を提供できる。また、
前記燃料改質装置を備えた信頼性の高い発電システムを
提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である燃料改質装置の軸
線を含む平面での断面図。
【図２】本発明の第２の実施例である燃料改質装置の軸
線を含む平面での断面図。
【図３】本発明の第３の実施例である燃料改質装置の軸
線を含む平面での断面図。
【図４】本発明の第４の実施例である燃料改質装置の軸
線を含む平面での断面図。
【図５】本発明の第５の実施例である燃料改質装置の軸
線を含む平面での断面図。
【図６】本発明の第６の実施例であって、図１の燃料改
質装置を備えた発電プラントを示す系統図。
【図７】本発明の第７の実施例であって、図２の燃料改
質装置を備えた発電プラントを示す系統図。
【図８】本発明の第８の実施例であって、図１の燃料改
質装置を備えた発電プラントを示す系統図。
【図９】本発明の第９の実施例であって、図５の燃料改
質装置を備えた発電プラントを示す系統図。
【符号の説明】
１…燃料流路、３…改質触媒層、１０…冷却用ジャケッ
ト、１５…噴射口、１９…整流器、２０…燃焼触媒、２
２…旋回器、３２…燃焼器、３４……ガスタービン、３
６…排ガス、３７…排熱回収ボイラ。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年２月３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５５】また、冷却用ジャケット１０内に、混合ガ
ス５を供給するようにしたので、燃料供給管６を介して
燃料流路１に導かれる混合ガス５の燃料濃度が、前例の
燃料供給管６を介して燃料流路１に導かれる混合ガス５
に混合されている燃料濃度よりも薄くなる。つまり、前
例の燃料改質装置と本実施例の燃料改質装置に導かれる
燃料量と水蒸気量が同じ流量で決まっているとすると、
前例の燃料改質装置では、燃料供給管６から燃料流路１
内に供給される燃料は燃料改質装置に導かれる燃料の全
量に相当する。換言すれば、冷却用ジャケット１０には
燃料が導かれない。一方、本実施例の燃料改質装置で
は、冷却用ジャケット１０にも所定の燃料が導かれるの
で、燃料供給管６を介して燃料流路１内に導入される燃
料が少なく（薄く）なる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６２】即ち、前述した整流器１９に燃焼触媒２０
を担持させている。具体的には、パラジウムまたは白金
等の活性成分を有するものを燃焼触媒２０として整流器
１９に担持させている。この場合、前記整流器１９は、
セラミック系のランタン・ベータ・アルミナ等の高耐熱
性材料で造られていることが好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１１１】また、本実施例によれば、燃料供給管６及
び空気供給管８をその上流側において、共通の燃料母管
１８の一端側に接続し、燃料母管１８の他端側を混合ガ
ス加熱器３８に接続するようにしたので、燃料流路１及
び冷却用ジャケット１０には、混合ガス５が供給され
る。これにより、排熱回収ボイラ３７から冷却用ジャケ
ット１０内に水蒸気を供給する供給管を備える必要がな
く、発電システムの構成をシンプルにできる。従って、
発電システムのコストが削減される。尚、このような構
成は、敷地面積の狭い、例えば工場等に設置されるコー
ジェネレーションシステムに有効な発電システムであ
る。また、コンバインドプラント等に適用されてもよ
い。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１１６】以上本実施例によれば、空気圧縮機３１で
圧縮した燃焼用空気３０を燃焼器３２へ供給する配管に
空気供給管１８の一端側を接続するようにしたので、空
気圧縮機３１で圧縮された燃焼用空気３０の一部は、抽
気され空気供給管１８を介して燃料改質装置Ｒ１の燃料
流路１内に供給される。これにより、別個に設けていた
空気供給装置を備える必要がなく、発電システムの構成
をシンプルにできる。従って、発電システムのコストが
削減される。尚、このような構成は、敷地面積の狭い、
例えば工場等に設置されるコージェネレーションシステ
ムに有効な発電システムである。また、コンバインドプ
ラント等に適用されてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３３
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１３３】また、本実施例によれば、空気圧縮機３１
で圧縮した空気７を改質系統に供給する空気母管４８を
設け、この空気母管４８に空気供給管８及び冷却媒体供
給管１２を接続するようにしたので、空気圧縮機３１で
圧縮した空気７は、空気母管４８，空気供給管８を介し
て燃料流路１内に供給されると共に、空気母管４８，冷
却媒体供給管１２を介して冷却用ジャケット１０内に供
給される。また、冷却媒体排出管２５を燃焼器３２に接
続したので、冷却用ジャケット１０内に供給された空気
７は、冷却媒体排出管２５を介して燃焼器３２に供給さ
れる。これにより、燃料改質装置Ｒ５に空気を供給する
別置の空気供給装置が不要となる。また、燃料改質装置
Ｒ５と燃焼器３２とが直列接続となり、燃料改質装置Ｒ
５と燃焼器３２を一体の機器で構成できるので、発電シ
ステムの構成をシンプルにできる。従って、発電システ
ムのコストが削減される。尚、このような構成は、敷地
面積の狭い、例えば工場等に設置されるコージェネレー
ションシステムに有効な発電システムである。また、コ
ンバインドプラント等に適用されてもよい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧野 祐治 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 権田 和裕 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内部に改質触媒層を備える第１の部屋と、
    該第１の部屋に隣接して配置され前記第１の部屋に冷却
    媒体を導入する第２の部屋とを有してなる燃料改質装
    置。
  2. 【請求項２】原燃料を部分酸化させ被改質ガスを得ると
    共に、内部に備えた改質触媒層により前記被改質ガスを
    改質し改質ガスを得る第１の部屋と、該第１の部屋に隣
    接して配置され前記第１の部屋に冷却媒体を導入する第
    ２の部屋とを有してなる燃料改質装置。
  3. 【請求項３】原燃料を部分酸化させ被改質ガスを得ると
    共に、内部に備えた改質触媒層により前記被改質ガスを
    改質し改質ガスを得る燃料流路と、前記改質触媒層より
    も上流側の前記燃料流路に隣接して配置され前記燃料流
    路に冷却媒体を前記燃料流路に対し複数個所で導入する
    冷却ジャケットとを有してなる燃料改質装置。
  4. 【請求項４】原燃料を部分酸化させ被改質ガスを得ると
    共に、内部に備えた改質触媒層により前記被改質ガスを
    改質し改質ガスを得る燃料流路と、前記改質触媒層より
    も上流側の前記燃料流路に隣接して配置され前記燃料流
    路に冷却媒体を前記燃料流路に対し複数個所で導入する
    冷却ジャケットと、前記質触媒層の上流側に備えた整流
    器とを有してなる燃料改質装置。
  5. 【請求項５】前記整流器は、燃焼触媒を担持しているこ
    とを特徴とする請求項４記載の燃料改質装置。
  6. 【請求項６】原燃料を部分酸化させ被改質ガスを得ると
    共に、内部に備えた改質触媒層により前記被改質ガスを
    改質し改質ガスを得る燃料流路と、前記改質触媒層より
    も上流側の前記燃料流路に隣接して配置され前記燃料流
    路に冷却媒体を前記燃料流路に対し複数個所で導入する
    冷却ジャケットとを有すると共に、前記燃料流路は直径
    の異なる複数の燃料流路からなる燃料改質装置。
  7. 【請求項７】原燃料を部分酸化させ被改質ガスを得ると
    共に、内部に備えた改質触媒層により前記被改質ガスを
    改質し改質ガスを得る第１の部屋と、該第１の部屋に隣
    接して配置され前記第１の部屋を冷却する第１の媒体を
    導入する第２の部屋と、前記改質触媒層の上流側に設け
    られ前記第１の部屋に供給された第２の媒体に旋回を与
    える旋回手段とを有してなる燃料改質装置。
  8. 【請求項８】燃料を燃焼して燃焼ガスを得る燃焼器と、
    該燃焼器で得られた燃焼ガスを駆動源とするタービン
    と、該タービンから排出された排ガスにより水蒸気を発
    生させる排熱回収ボイラとを有する発電システムにおい
    て、 前記排熱回収ボイラで得られた水蒸気により冷却される
    と共に、前記燃焼器に供給する前記燃料を得る燃料改質
    装置を具備したことを特徴とする発電システム。
  9. 【請求項９】燃料を燃焼して燃焼ガスを得る燃焼器と、
    該燃焼器で得られた燃焼ガスを駆動源とするタービン
    と、該タービンから排出された排ガスにより水蒸気を発
    生させる排熱回収ボイラとを有する発電システムにおい
    て、 前記排熱回収ボイラで得られた水蒸気により冷却される
    と共に、冷却した前記水蒸気により改質される被改質ガ
    スの温度を調整し、前記燃焼器に供給する前記燃料を得
    る燃料改質装置を具備したことを特徴とする発電システ
    ム。
  10. 【請求項１０】圧縮空気と燃料とを燃焼して燃焼ガスを
    得る燃焼器と、該燃焼器で得られた燃焼ガスを駆動源と
    するタービンと、該タービンから排出された排ガスによ
    り水蒸気を発生させる排熱回収ボイラとを有する発電シ
    ステムにおいて、 前記圧縮空気により冷却されると共に、前記排熱回収ボ
    イラで得られた水蒸気により冷却され、冷却した前記水
    蒸気により改質される被改質ガスの温度を調整し、前記
    燃焼器に供給する前記燃料を得る燃料改質装置を具備し
    たことを特徴とする発電システム。
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