JPH08217402A - 改質装置 - Google Patents

改質装置

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JPH08217402A
JPH08217402A JP7024051A JP2405195A JPH08217402A JP H08217402 A JPH08217402 A JP H08217402A JP 7024051 A JP7024051 A JP 7024051A JP 2405195 A JP2405195 A JP 2405195A JP H08217402 A JPH08217402 A JP H08217402A
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JP
Japan
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pipe
annular portion
gas
inner pipe
catalyst layer
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JP7024051A
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Susumu Takeshige
晋 竹重
Kiyoshi Tsuru
潔 都留
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • H01M8/0631—Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 改質反応管の最高温度を低く保ちながら高品
位の改質ガスが得られる長寿命の改質装置を得る。 【構成】 高温の燃焼ガスを発生する燃焼装置７と、燃
焼ガス空間８を形成するための改質炉１と、燃焼ガスを
流通させる内管３ａ、内管３ａの外側に同心状に配設さ
れた外管３ｂ、内管３ａと外管３ｂとの間に同心状に配
設された中間管３ｃ、内管３ａと中間管３ｃとの間に形
成される第１の環状部４、この環状部４に触媒を有して
なる触媒層５、中間管３ｃと外管３ｂとの間に形成され
る第２の環状部６、両環状部とを連通し改質ガスを流通
させるためのエンドキャップ３ｄとからなる改質反応管
３とを備えた改質装置において、第１の環状部４または
第２の環状部６に内管３ａと中間管３ｃまたは中間管３
ｃと外管３ｂとの間隔を一定に保持するスペーサ２１，
２３を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、炭水素系原料を水蒸
気改質法等により水素リッチガスに改質する改質装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１１は例えば特願平５−３４７５９７
号公報に示された従来の改質装置の全体構成断面（Ａ）
および（Ａ）における線Ｂ−Ｂに沿った断面（Ｂ）を示
す断面図である。図において、１は改質炉、２は改質炉
の外回りに設けられた放熱防止用の断熱材、３は環状の
改質反応管で、内管３ａ，中間管３ｂおよび外管３ｃの
３重管と、内管３ａと外管３ｃの端部に配設された環状
のエンドキャップ３ｄよりなる。４は内管３ａと中間管
３ｂとの間に形成された原料ガスが導入される第１の環
状部、５は第１の環状部に触媒が充填されて形成された
触媒層、６は中間管３ｂと外管３ｃとの間に形成された
改質ガスが流通する第２の環状部、７は燃焼装置で燃料
管７ａ，空気噴出出口７ｂでなり、７ｃは燃焼時の火炎
である。８は燃焼空間、９は燃焼ガスの流路で内管３ａ
の内側の充填材、１０は充填材を保持するための金網、
１１は燃焼装置７で燃焼し、内管３ａの中を通過して排
出される燃焼ガスマニフォールドである。１２は外管３
ｃが燃焼ガスによって外側より加熱されることを防ぐ断
熱材、１３は燃料導入口、１４は空気導入口、１５は原
料ガス導入口、１６は改質ガス排出口、１７は燃焼ガス
排出口、１８は改質装置の原料を改質反応管３に分配す
るための原料ガスマニフォールド、１９は改質反応管で
製造した改質ガスを排出する改質ガスマニフォールド、
２０は燃焼装置７で発生した燃焼ガスを流通させるため
の燃焼管である。なお、３ｘは外管３ｃにおいて燃焼管
２０に面している部分である。
【０００３】次に動作について説明する。改質装置の原
料ガスである燃料とスチームの混合ガスが原料ガス導入
口１５より改質炉１に導入され、改質ガスマニフォール
ド１８により分配され改質反応管３に送られる。原料ガ
スは内管３ａと中間管３ｂの第１の環状部４に触媒が充
填された触媒層５中を通過する際に改質反応が進み、水
素リッチな改質ガスとなる。触媒層５を流れる原料ガス
がなんらかの原因で触媒層５の周方向に流量のばらつき
を生じていると改質反応は、吸熱反応であるため、触媒
層５の周方向に吸熱の大小が生じるため、反応管の周方
向の温度ばらつきが発生する。原因としては、製作時の
内管３ａと中間管３ｂの偏心や触媒層５の充填状態のば
らつきなどが考えられる。改質ガスはエンドキャップ３
ｄ内で流れ方向を反転し、中間管３ｂと外管３ｃの間の
第２の環状部６を通り改質ガスマニフォールド１９で集
合し改質炉１外に取り出される。この際に、中間管３ｂ
を通して改質ガスの顕熱は触媒層５に伝えられ熱回収さ
れる。このとき、第２の環状部６を流れる改質ガスが第
２の環状部６の周方向に流量のばらつきを生じていると
改質ガスから触媒層５への熱回収量が周方向に大小を生
じるため、改質反応管３の周方向の温度ばらつきが発生
する。
【０００４】また、吸熱反応である改質反応を継続させ
るためには改質反応管３に熱を供給することが必要であ
り、そのため改質炉１内に燃焼装置７を設け、その燃焼
ガスから熱を供給する。燃料導入口１３から供給された
燃料は、燃料管７ａを通り燃焼空間８にでる。そこで空
気導入口１４から空気噴出口７ｂより噴出される燃焼空
気と混合されて燃焼空間８で燃焼する。燃焼装置７で燃
焼した高温の燃焼ガスは環状の改質反応管３の中央部を
通り上部の燃焼ガスマニフォールド１１で集合し改質炉
１外に取り出される。このとき、高温の燃焼ガスが内管
３ａおよび充填材９を加熱する。燃料ガスから改質反応
管３への熱の供給が周方向でばらついた場合は、改質反
応管３の周方向の温度ばらつきが生じる。充填材９は燃
焼ガスから内管３ａへの伝熱を促進する役割を果たす。
断熱材１２は燃焼ガスから外管３ｃへの伝熱量を小さく
抑えると共に外管から炉体表面への放熱量を小さく抑え
る働きをする。断熱材１２を介して燃焼管２０から熱を
受けるのは外管３ｃの全周の内、燃焼管２０に面してい
る外管の一部３ｘだけであるため、改質反応管３は、周
方向に温度ばらつきを生じる。改質反応管３の周方向の
温度ばらつきを生じる要因は、先に示したように様々で
ある。改質器反応管３の周方向に温度ばらつきが生じた
場合、改質反応管３の周方向に管の熱伸びのばらつきを
生じ、改質反応管３の断面は楕円に変形する。管の楕円
変形は、触媒層５の周方向における幅のばらつきを生じ
るため、触媒層５を流れる原料ガスの周方向における流
量のばらつきにつながり、これが触媒層５における吸熱
量の差となり、改質反応管３の周方向の温度ばらつきを
さらに拡大する傾向を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の改質装置は以上
のように構成されていたため、次のような問題点があっ
た。燃焼管２０から外管３ｃへの加熱は、外管の一部３
ｘに対する偏った伝熱であるために改質反応管３の周方
向温度ばらつきが生じる。この温度ばらつきが発生した
場合、改質反応管３の楕円変形を介して温度ばらつきが
拡大される傾向にある。このような改質反応管３の周方
向温度ばらつきが大きい従来の改質装置においては、同
程度の水素濃度の改質ガスを得るためには、改質反応管
３の周方向の温度ばらつきが小さい場合より改質反応管
３の最高温度が高くなり、改質反応管３のクリープが進
み、寿命が短くなるという問題点があった。また、何ら
かの原因で複数本の反応管で反応管毎に温度ばらつきが
生じた場合も改質反応管３の最高温度が高くなり、改質
反応管３のクリープが進み、寿命が短くなる問題点もあ
った。
【０００６】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、改質反応管の周方向の温度差お
よび複数改質反応管の反応管間の温度差を低減すること
により、改質反応管の最高温度を低く保ちながら、水素
濃度の高い改質ガスが得られる長寿命の改質装置を得る
ことを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
わる改質装置は、高温の燃焼ガスを発生する燃焼装置
と、燃焼ガスの燃焼ガス空間を形成するための改質炉
と、燃焼ガスを流通させる内管、この内管の外側に同心
状に配設された外管、この外管と内管との間に同心状に
配設された中間管、この中間管と内管との間に形成され
原料ガスが導入される第１の環状部、この環状部に触媒
が充填されて形成された触媒層、中間管と外管との間に
形成され原料ガスが触媒層を通過することにより生成さ
れる改質ガスが流通する第２の環状部、内管と外管の原
料ガス導入側と反対側の一端に配設され第１の環状部と
第２の環状部を連通し触媒層から流出する改質ガスを第
２の環状部に流入させるためのエンドキャップとからな
る改質反応管とを備えた改質装置において、第１の環状
部または第２の環状部に内管と中間管または中間管と外
管との間隔を一定に保持するスペーサを配置したもので
ある。
【０００８】また、この発明の請求項２に係わる改質装
置は、改質反応管の第２の環状部で中間管の外側または
外管の内側に改質ガスを旋回させるためのワイヤガイド
を螺旋状に設けたものである。
【０００９】また、この発明の請求項３に係わる改質装
置は、改質反応管の第１の環状部の触媒層に原料ガスを
螺旋状に旋回させるための旋回装置を設けたものであ
る。
【００１０】また、この発明の請求項４に係わる改質装
置は、改質反応管の第１の環状部の触媒層のガス出口部
に改質ガスを螺旋状に旋回させるためのガイドを設けた
ものである。
【００１１】また、この発明の請求項５に係わる改質装
置は、改質反応管の内管の内側に同心状に配設された芯
体と、この芯体と内管との間に形成され燃焼ガスが流通
する第３の環状部と、この第３の環状部を周方向で複数
に分割する仕切板と、第３の環状部の分割域毎に入れら
れた粒径の異なる伝熱促進粒子とを設けたものである。
【００１２】また、この発明の請求項６に係わる改質装
置は、改質反応管のエンドキャップ付近で高温部を選択
し、集中して空気冷却することで周方向の温度差を少な
くできる冷却手段を設けたものである。
【００１３】また、この発明の請求項７に係わる改質装
置は、複数の改質反応管に対して高温のものを選択しエ
ンドキャップ付近を個別に空気冷却することのできる冷
却手段を設けたものである。
【００１４】また、この発明の請求項８に係わる改質装
置は、燃焼管に複数の改質反応管の外管を外側から囲む
形状をした伝熱リングを連結したガイドを設けたもので
ある。
【００１５】
【作用】この発明の請求項１における改質装置は、第１
の環状部または第２の環状部に配置されたスペーサによ
って内管または外管の変形に沿って中管間を変形させ、
内管と中管間または中管間と外管との間隔を一定に保つ
ことで、原料ガスの周方向における流量のばらつきを低
減でき、改質反応管の周方向の温度差を低く抑える。
【００１６】また、請求項２における改質装置は、中間
管外側または外管内側に螺旋状のガイドを取り付けるこ
とにより、第２の環状部を通過する改質ガスを旋回させ
ることにより改質ガスの温度を周方向で均一にする。そ
れにより、周方向の熱回収が均一になるので、改質反応
管の周方向の温度差を低く抑えることができる。
【００１７】また、請求項３における改質装置は、触媒
層内に原料ガスを旋回させる旋回装置を挿入すること
で、触媒層内の改質ガス温度を均一化でき、改質反応管
の周方向の温度差を低く抑えることができる。
【００１８】また、請求項４における改質装置は、触媒
層ガス出口部の第１の環状部に改質ガスを螺旋状に旋回
させるためのガイドを取り付けることにより、何らかの
原因で触媒層内の改質ガスに周方向の温度ばらつきが生
じた際でも、触媒層の出口で改質ガスを旋回させること
で改質ガスの温度を均一にし、第２の環状部における改
質ガスから触媒層への熱回収を改質反応管の周方向で均
一にすることができ、改質反応管の周方向の温度差を低
く抑えることができる。
【００１９】また、請求項５における改質装置は、改質
反応管の周方向で周りよりも温度の高い部分に面する仕
切板で分断された第３の環状部に粒子径の小さい伝熱促
進粒子を充填することで、流路抵抗を増し、燃焼ガス流
量を減少させることにより燃焼ガスからの供給熱量を小
さくして、温度を下げることで、改質反応管の周方向の
温度差を低く抑えることができる。
【００２０】また、請求項６における改質装置は、改質
反応管の温度の高い部分に集中して常温の冷却空気を供
給し温度を下げることで改質反応管の周方向の温度差を
低く抑えることができる。
【００２１】また、請求項７における改質装置は、複数
本の改質反応管に対してその中で他よりも高温の改質反
応管に対して、エンドキャップ付近に常温の冷却空気を
供給することにより温度を下げ、複数の反応管の温度差
を低く抑えることができる。
【００２２】また、請求項８における改質装置は、燃焼
管に外管を囲む形状したリングを連結したガイドを配設
することで燃焼管からの熱を外管に均一に伝えることが
でき、改質反応管の周方向の温度差を低く抑えることが
できる。
【００２３】
【実施例】
実施例１．以下、この発明の実施例１を図について説明
する。図１はこの発明の実施例１における改質装置の構
成を示す断面図である。図において、１〜２０は図７に
示した従来の改質装置と同一または相当部分について同
一符号を付して示したもので、ここではその説明を省略
する。２１は中間管３ｂに穴をあけ外側から触媒層５に
挿入し、中間管３ｂの外側から溶接したスペーサで周方
向に複数個配置してある。またスペーサ２１は内管３ａ
の外側に溶接し取り付けてもよい。また粒子状のものを
触媒層に充填しても良い。２２はスペーサ２１と内管３
ａもしくは中間管３ｂとの接面でこの場合微小ギャップ
（図示せず）を有している。
【００２４】次に動作について説明する。改質装置の原
料ガスである燃料とスチームの混合ガスが原料ガス導入
口１６より改質炉１に導入され、原料ガスマニフォール
ド１８により分配され改質反応管３に送られる。原料ガ
スは内管３ａと中間管３ｂの第１の環状部４に触媒が充
填された触媒層５中を通過する際に改質反応を生じ、水
素リッチな改質ガスとなる。改質ガスはエンドキャップ
３ｄ内で流れ方向を反転し、中間管３ｂと外管３ｃの間
の第２の環状部６を通り、改質ガスマニフォールド１９
で集合して改質炉１外に取り出される。先の改質反応は
激しい吸熱反応であるため、反応を継続させるために
は、改質反応管３に熱を供給することが必要であり、そ
のため改質炉１内に燃焼装置７を設け、その燃焼ガスか
ら熱を供給する。燃料導入口１３から供給された燃料
は、燃料管７ａを通り燃焼空間に出る。そこで空気導入
口１４から供給され空気噴射孔７ｂより噴出される燃焼
空気と混合されて、燃焼空間８で燃焼する。燃焼装置７
で燃焼した高温の燃焼ガスは、燃焼管２０の内側を通り
下部の炉空間で流れ方向を１８０度変えて各改質反応管
の内管の内側を流れる。燃焼ガスは、その後燃焼ガスマ
ニフォールド１１で集合し、燃焼ガス排出口１７より改
質炉１外に取り出される。このとき、高温の燃焼ガスが
内管３ａおよび充填材９を加熱する。断熱材１２は、燃
焼ガスが外管を加熱することを防止する。以上は従来と
同様である。
【００２５】スペーサ２１は周方向に複数設けられてい
て内管と中管の偏心を抑制し、触媒層５の幅を周方向に
均一に保つ働きをする。内管３ａは中間管３ｂより温度
が高くなり、内管３ａは中間管３ｂより半径方向の熱伸
びが大きい。この熱伸び差は接面のギャップ２２で吸収
する。何らかの原因で改質反応管３に周方向の温度差が
生じ、周方向の熱伸び差により改質反応管が楕円になっ
ても、内管３ａより脆弱な中間管３ｂはスペーサ２１に
よって内管３ａの変形に沿って変形することで、触媒層
５の周方向の幅を均一に保つことができる。よって触媒
層５内を流れる原料ガスの流量ばらつきをほとんど生じ
ない。原料ガス流量が周方向で均一ならば、改質反応管
の周方向の温度差を低く抑えることができる。このとき
改質反応管３の最高温度部の温度をより低く保ったまま
で、水素濃度高い改質ガスを得ることができる。よって
改質反応管３の最高温度を低く保つことができる。
【００２６】実施例２．次に、この発明の実施例２を図
２に基づいて説明する。図において、１〜２０は図１と
同様である。２３は中間管３ｂの外側に溶接し取り付け
たスペーサで周方向に複数が配置される。また、スペー
サ２３は外管３ｃに穴をあけ外側から第２の環状部６に
挿入し、外管３ｃの外側から溶接するようにしてもよ
い。２４はスペーサ２３と中間管３ｂもしくは外管３ｃ
との接面でこの場合微小ギャップ（図示せず）を有して
いる。
【００２７】次に動作について説明する。スペーサ２３
は、第２の環状部の幅を周方向に均一に保つ働きをす
る。中間管３ｂは、外管３ｃよりも低温のため、接面の
ギャップ２４は必ずしも必要ではないが、製作の容易さ
よりギャップ２４を設けている。何らかの原因で改質反
応管３に周方向の温度差が生じ、周方向の熱伸び差によ
り改質反応管が楕円になっても、外管３ｃより脆弱な中
間管３ｂはスペーサ２３によって外管３ｃの変形に沿っ
て変形することで、第２の環状部６の周方向の幅を均一
に保つことができる。内管３ａと外管３ｃはエンドキャ
ップ３ｄで連結されているので、楕円変形時、内管３ａ
と外管３ｃの距離はほぼ均一に保たれたまま変形するた
め、スペーサ２３によって第２の環状部６の幅を周方向
で均一すれば、触媒層５の周方向の幅を均一にできるの
で、第１の発明と同様の効果が得られる。また実施例１
のように触媒層５にスペーサ２１を入れた場合、スペー
サ２１の体積分だけ触媒層５における触媒の充填量が減
るが、スペーサ２３の場合は、その問題がない。
【００２８】実施例３．次に、この発明の実施例３を図
３に基づいて説明する。図において、１〜２０は、図１
と同一である。２５は改質ガスを旋回させるために中間
管３ｂの外周側に取り付けた螺旋状ワイヤガイドであ
る。螺旋状ワイヤガイドは、外管３ｃの内周側に取り付
けても良い。改質ガスからの熱回収を促進するため、第
２の環状部６の幅は、５〜１０ｍｍ程度と小さいため、
この例では、ガイドにワイヤを用いているが、薄板等を
ラセンに巻いても良い。
【００２９】次に動作について説明する。２５の改質ガ
ス螺旋ガイドは第２の環状部６で改質ガスを旋回させ改
質ガスの温度分布を均一にすることで改質ガスからの熱
回収を周方向で均一にし、改質反応管３の周方向の温度
ばらつきの助長を抑えることができる。従って、改質反
応管３の最高温度を低く保ちながら、より水素濃度の高
い改質ガスを得ることができる。また、改質ガス螺旋ガ
イド２５により第２の環状部６を通過する改質ガスの流
速を上げることにより、改質ガスからの熱回収率を上げ
ることができるし、第２の発明のスペーサとしての役割
を兼ねることもできる。
【００３０】実施例４．次に、この発明の実施例４を図
４の全体構成断面図（Ａ）および要部詳細斜視図（Ｂ）
に基づいて説明する。図において、１〜２０は図１と同
様である。２６は触媒層５に挿入する旋回装置であり、
２６ａは支え板、２６ｂは、旋回フィンである。
【００３１】次に動作について説明する。この構成であ
れば、触媒層の旋回装置２６により、何らかの原因で生
じた触媒層５内の改質ガスの周方向の温度ばらつきを旋
回させることにより改質ガスの周方向の温度を均一化で
き改質反応管の周方向の温度ばらつきを抑えることがで
きる。従って、改質反応管３の最高温度を低く保ちなが
ら、より水素濃度の高い改質ガスを得ることができる。
旋回装置２６は、触媒層５内に設置するため、触媒充填
作業の途中に挿入することで内管や中間管に溶接する必
要がないという利点がある。
【００３２】実施例５．次に、この発明の実施例５を図
５に基づいて説明する。図において、１〜２０は図１と
同様である。２７は触媒層５のガス出口部の第１の環状
部４に改質ガスを螺旋状に旋回させるためのガイドであ
る。ガイド２７は、内管３ａまたは中間管３ｂに溶接さ
れる。
【００３３】次に動作について説明する。この構成であ
れば、何らかの原因で生じた触媒層における改質ガスの
周方向の温度ばらつきをガイド２７によって改質ガスの
温度を均一化することで第２の環状部６を改質ガスが通
過する際に周方向で均一な熱回収ができるので、改質反
応管３の周方向温度ばらつきを助長することを抑えるこ
とができる。従って、改質反応管３の最高温度を低く保
ちながら、より水素濃度の高い改質ガスを得ることがで
きる。効果は、実施例４と同じであるが、触媒層５内に
旋回装置を入れないため、触媒層５内の触媒の容積が減
少することが防げる。
【００３４】実施例６．次にこの発明の実施例６を図６
の全体構成断面図および図７の要部詳細断面図に基づい
て説明する。図において、１〜８、１０〜２０は図１と
同様である。２８は内管３ａの内側に同心状に配設され
た芯体、２９は芯体２８と内管３ａとで形成された第３
の環状部２８ａに部分的に例えばセラミックボールでな
る小粒径の伝熱促進粒子３０および大粒径の伝熱促進粒
子３１を充填するための仕切板でこれら２８〜３１で充
填層３２を形成している。
【００３５】次に動作について説明する。本発明の構成
であれば、仕切板２９で区分された各領域毎に種々の粒
径の伝熱促進粒子を充填することで、流路抵抗の異なる
並列の流路となり、燃焼ガスはそれぞれの流路抵抗に相
当した流量に分配される。従って仕切板２９によって区
分された領域に充填する伝熱促進粒子の粒径によって、
区分領域を通過する燃焼ガス流量を変えることができ、
その領域に面している改質反応管３への伝熱量を変える
ことができる。従って、改質反応管３の温度の高い部分
に面している仕切板２９で区分された領域に粒径に小さ
い伝熱促進粒子３０を充填することで、流路抵抗を大き
くし燃焼ガスの流量を減少させ、燃焼ガスからの伝熱量
を抑えることで改質反応管３の温度の高い部分の温度を
低くすることができる。逆に改質反応管３の温度の低い
部分に面している仕切板２９で区分された領域に大粒径
の伝熱促進粒子３１を充填することで、反応管の温度の
低い部分を高くすることができる。よって、何らかの原
因で改質反応管３の周方向に温度ばらつきが生じても、
仕切板２９で区分した領域に任意の粒径の伝熱促進粒子
を充填することで、改質反応管３の周方向の温度ばらつ
きを抑えることができる。従って、改質反応管３の周方
向温度ばらつきが大きい場合と比較して、同じ水素濃度
の改質ガスを得るとき、改質反応管３の最高温度を低く
保つことができる。
【００３６】実施例７．次に、この発明の実施例７を図
８に基づいて説明する。図において、１〜２０は図１と
同様である。３３はエンドギャップ３ｄ付近に常温の空
気を供給でき、噴出方位の可変な冷却ノズルである。３
４は冷却流量を調節することができるバルブであり、３
５は流量調節用の流量計であり、３６は各反応管に冷却
空気を供給する配管でこれら３３〜３６で冷却手段３７
を形成している。
【００３７】次に動作について説明する。この構成であ
れば、何らかの原因で改質反応管３の周方向に温度ばら
つきが生じた場合、冷却ノズル３４の方位を調整し、改
質反応管３の温度の高い部分に冷却空気を噴射すること
により、その部分の温度を下げ、改質反応管３の周方向
の温度ばらつきを低く抑えることができる。冷却空気の
流量は、流量計３５を見てバルブ３４を用いて調節す
る。冷却ノズル３３の方位を容易に変更できる冷却手段
３７の構造とすれば、改質運転をしながら、改質反応管
３の周方向温度ばらつきが低減できる。従って同じ水素
濃度の改質ガスを得るとき、改質反応管３の最高温度を
低く保つことができる。
【００３８】実施例８．次に、この発明の実施例８を図
９に基づいて説明する。図において、１〜２０、３４〜
３６は図７と同様である。３８は、エンドギャップ３ｄ
付近に常温の空気を供給することのできる冷却ノズル
で、３４〜３８で冷却手段３９を形成している。
【００３９】次に動作について説明する。改質反応管３
が複数本で構成されている改質装置の場合、それぞれの
改質反応管３に供給される原料流量などのばらつきによ
り各改質反応管３の温度には高低を生じる場合が多い。
本発明の構成であれば、複数の改質反応管３で構成され
ている改質装置において、何らかの原因で改質反応管３
の間で温度のばらつきが生じた場合、冷却手段３９を作
動させ冷却ノズル３８から噴出する冷却空気流量を流量
計３５を見てバルブ３４で調整し、温度の高い改質反応
管３に冷却空気を多く噴射することにより、各改質反応
管３の温度ばらつきを低く抑えることができる。これ
は、改質運転中に容易に実施できるので、装置の運転を
停止せずに改質反応管３の温度の調整が容易にできる。
従って、改質反応管３の周方向温度ばらつきが大きい場
合と比較して、同じ水素濃度の改質ガスを得るとき、改
質反応管３の最高温度を低く保つことができる。
【００４０】実施例９．次に、この発明の実施例９を図
１０の全体構成断面図（Ａ）および（Ａ）における線Ｂ
−Ｂに沿った断面図（Ｂ）に基づいて説明する。図にお
いて、１〜２０は図１と同様である。４０は外管３ｃの
外側から燃焼からの伝熱を均一にするための伝熱リング
であり、外管３を外側から囲む形状をし燃焼管２０と連
結させたものである。
【００４１】次に動作について説明する。？の構成であ
れば、燃焼管２０から外管３ｃへ供給される熱量をリン
グ４０の熱伝導により外管３ｃの周方向に均一に分配し
て伝えることで燃焼管２０に面している外管の一部分３
に偏った伝熱とならないようにし、改質反応管３の周方
向の温度ばらつきを低減する。従って、改質反応管３の
周方向温度ばらつきが大きい場合と比較して、同じ水素
濃度の改質ガスを得るとき、改質反応管３の最高温度を
低く保つことができる。伝熱リング４０は、十分に熱を
全周に回せるように熱伝導性の高い材料を用い、肉厚が
大きくする必要がある。
【００４２】
【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１によ
れば、高温の燃焼ガスを発生する燃焼装置と、燃焼ガス
の燃焼ガス空間を形成するための改質炉と、燃焼ガスを
流通させる内管、この内管の外側に同心状に配設された
外管、この外管と内管との間に同心状に配設された中間
管、この中間管と内管との間に形成され原料ガスが導入
される第１の環状部、この環状部に触媒が充填されて形
成された触媒層、中間管と外管との間に形成され原料ガ
スが触媒層を通過することにより生成される改質ガスが
流通する第２の環状部、内管と外管の原料ガス導入側と
反対側の一端に配設され第１の環状部と第２の環状部を
連通し触媒層から流出する改質ガスを第２の環状部に流
入させるためのエンドキャップとからなる改質反応管と
を備えた改質装置において、第１の環状部または第２の
環状部に内管と中間管または中間管と外管との間隔を一
定に保持するスペーサを配置したので、内管または外管
の変形に沿って中間管を変形させ、原料ガスの周方向に
おける流量のばらつきを低減し、改質反応管の最高温度
を下げることができ、改質反応管の最高温度を下げるこ
とで長寿命の改質装置が得られる効果がある。
【００４３】また、この発明の請求項２によれば、改質
反応管の第２の環状部で中間管の外側または外管の内側
に改質ガスを旋回させるためのワイヤガイドを螺旋状に
設けたので、第２の環状部を通過する改質ガスが旋回し
周方向の熱回収が均一になるので、改質反応管の周方向
における温度ばらつきを低減することができる。従っ
て、改質反応管の最高温度を下げることができ、改質反
応管のクリープ強度の高い範囲で使用することで、装置
の長寿命化が図れる。
【００４４】また、この発明の請求項３によれば、改質
反応管の第１の環状部の触媒層に原料ガスを螺旋状に旋
回させるための旋回装置を設けたので、触媒層内の周方
向で改質ガスの温度ばらつきを低減することで、改質反
応管の最高温度を下げることができ、改質反応管のクリ
ープの強度の高い範囲で使用され、装置の長寿命化が図
れる。
【００４５】また、この発明の請求項４によれば、改質
反応管の第１の環状部の触媒層のガス出口部に改質ガス
を螺旋状に旋回させるためのガイドを設けたので、触媒
層の出口で改質の温度を均一にし、改質反応管の周方向
で改質ガスから均一に熱回収することで、改質反応管の
周方向の温度ばらつきが低減でき改質反応管の最高温度
を下げることができ、装置の長寿命化が図れる。
【００４６】また、この発明の請求項５によれば、改質
反応管の内管の内側に同心状に配設された芯体と、この
芯体と内管との間に形成され燃焼ガスが流通する第３の
環状部と、この第３の環状部を周方向で複数に分割する
仕切板と、第３の環状部の分割域毎に入れられた粒径の
異なる伝熱促進粒子とを設けたので、改質反応管の周方
向で改質ガスから均一に熱回収することができ、改質反
応管の周方向の温度ばらつきが低減され、改質反応管の
最高温度を下げることができ装置の長寿命化が図れる。
【００４７】また、この発明の請求項６によれば、改質
反応管のエンドキャップ付近で高温部を選択し、集中し
て空気冷却することで周方向の温度差を少なくできる冷
却手段を設けたので、改質反応管の周方向の温度ばらつ
きが低減され、改質反応管の最高温度を下げることがで
き装置の長寿命化が図れる。
【００４８】また、この発明の請求項７によれば、複数
の改質反応管に対して高温のものを選択しエンドキャッ
プ付近を個別に空気冷却することのできる冷却手段を設
けたので、複数の改質反応管の温度を平均化し、最も高
温を示す改質反応管の温度を下げることができ装置の長
寿命化が図れる。
【００４９】また、この発明の請求項８によれば、燃焼
管に複数の改質反応管の外管を外側から囲む形状をした
伝熱リングを連結したガイドを設けたので、燃焼管から
の熱を外管に均一に伝えることができ、改質反応管の周
方向の温度差を低くし改質反応管の最高温度を下げるこ
とができ装置の長寿命化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施例１における改質装置の構成
を示す断面図である。
【図２】 この発明の実施例２における改質装置の構成
を示す断面図である。
【図３】 この発明の実施例３における改質装置の構成
を示す断面図である。
【図４】 この発明の実施例４における改質装置の構成
を示す断面図である。
【図５】 この発明の実施例５における改質装置の構成
を示す断面図である。
【図６】 この発明の実施例６における改質装置の構成
を示す断面図である。
【図７】 図６における要部詳細を示す断面図で、Ａに
その側面断面図をＢはＡにおける線Ｂ−Ｂに沿った断面
図である。
【図８】 この発明の実施例７における改質装置の構成
を示す断面図である。
【図９】 この発明の実施例８における改質装置の構成
を示す断面図である。
【図１０】 この発明の実施例９における改質装置の構
成を示す断面図である。
【図１１】 従来の改質装置の構成を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
１ 改質炉、３ 改質反応管、３ａ 内管、３ｂ 中間
管、３ｃ 外管、３ｄ エンドキャップ、４ 第１の環
状部、５ 触媒層、６ 第２の環状部、７ 燃焼装置、
８ 燃焼空間、２１，２３ スペーサ、２５ 螺旋ワイ
ヤガイド、２６ 螺旋装置、２７ 螺旋ワイヤガイド、
２８ 芯体、２８ａ 第３の環状部、２９ 仕切板、３
０ 小粒径の伝熱促進粒子、３１ 大粒径の伝熱促進粒
子、３２ 充填層、３３ 噴出方位の可変な冷却ノズ
ル、３４ バルブ、３５ 流量計、３７ 冷却手段、３
８ 冷却ノズル、３９ 冷却手段、４０ 伝熱リング。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高温の燃焼ガスを発生する燃焼装置と、
    上記燃焼ガスの燃焼ガス空間を形成するための改質炉
    と、上記燃焼ガスを流通させる内管、この内管の外側に
    同心状に配設された外管、この外管と上記内管との間に
    同心状に配設された中間管、この中間管と上記内管との
    間に形成され原料ガスが導入される第１の環状部、この
    環状部に触媒が充填されて形成された触媒層、上記中間
    管と上記外管との間に形成され上記原料ガスが上記触媒
    層を通過することにより生成される改質ガスが流通する
    第２の環状部、上記内管と上記外管の上記原料ガス導入
    側と反対側の一端に配設され上記第１の環状部と上記第
    ２の環状部を連通し上記触媒層から流出する上記改質ガ
    スを上記第２の環状部に流入させるためのエンドキャッ
    プとからなる改質反応管とを備えた改質装置において、 上記第１の環状部または上記第２の環状部に上記内管と
    上記中間管または上記中間管と上記外管との間隔を一定
    に保持するスペーサを配置したことを特徴とする改質装
    置。
  2. 【請求項２】 高温の燃焼ガスを発生する燃焼装置と、
    上記燃焼ガスの燃焼ガス空間を形成するための改質炉
    と、上記燃焼ガスを流通させる内管、この内管の外側に
    同心状に配設された外管、この外管と上記内管との間に
    同心状に配設された中間管、この中間管と上記内管との
    間に形成され原料ガスが導入される第１の環状部、この
    環状部に触媒が充填されて形成された触媒層、上記中間
    管と上記外管との間に形成され上記原料ガスが上記触媒
    層を通過することにより生成される改質ガスが流通する
    第２の環状部、上記内管と上記外管の上記原料ガス導入
    側と反対側の一端に配設され上記第１の環状部と上記第
    ２の環状部を連通し上記触媒層から流出する上記改質ガ
    スを上記第２の環状部に流入させるためのエンドキャッ
    プとからなる改質反応管とを備えた改質装置において、 上記第２の環状部で上記中間管の外側または上記外管の
    内側に上記改質ガスを旋回させるためのワイヤガイドを
    螺旋状に設けたことを特徴とする改質装置。
  3. 【請求項３】 高温の燃焼ガスを発生する燃焼装置と、
    上記燃焼ガスの燃焼ガス空間を形成するための改質炉
    と、上記燃焼ガスを流通させる内管、この内管の外側に
    同心状に配設された外管、この外管と上記内管との間に
    同心状に配設された中間管、この中間管と上記内管との
    間に形成され原料ガスが導入される第１の環状部、この
    環状部に触媒が充填されて形成された触媒層、上記中間
    管と上記外管との間に形成され上記原料ガスが上記触媒
    層を通過することにより生成される改質ガスが流通する
    第２の環状部、上記内管と上記外管の上記原料ガス導入
    側と反対側の一端に配設され上記第１の環状部と上記第
    ２の環状部を連通し上記触媒層から流出する上記改質ガ
    スを上記第２の環状部に流入させるためのエンドキャッ
    プとからなる改質反応管とを備えた改質装置において、 上記触媒層に上記原料ガスを螺旋状に旋回させるための
    旋回装置を設けたことを特徴とする改質装置。
  4. 【請求項４】 高温の燃焼ガスを発生する燃焼装置と、
    上記燃焼ガスの燃焼ガス空間を形成するための改質炉
    と、上記燃焼ガスを流通させる内管、この内管の外側に
    同心状に配設された外管、この外管と上記内管との間に
    同心状に配設された中間管、この中間管と上記内管との
    間に形成され原料ガスが導入される第１の環状部、この
    環状部に触媒が充填されて形成された触媒層、上記中間
    管と上記外管との間に形成され上記原料ガスが上記触媒
    層を通過することにより生成される改質ガスが流通する
    第２の環状部、上記内管と上記外管の上記原料ガス導入
    側と反対側の一端に配設され上記第１の環状部と上記第
    ２の環状部を連通し上記触媒層から流出する上記改質ガ
    スを上記第２の環状部に流入させるためのエンドキャッ
    プとからなる改質反応管とを備えた改質装置において、 上記第１の環状部の上記触媒層のガス出口部に上記改質
    ガスを螺旋状に旋回させるためのガイドを設けたことを
    特徴とする改質装置。
  5. 【請求項５】 高温の燃焼ガスを発生する燃焼装置と、
    上記燃焼ガスの燃焼ガス空間を形成するための改質炉
    と、上記燃焼ガスを流通させる内管、この内管の外側に
    同心状に配設された外管、この外管と上記内管との間に
    同心状に配設された中間管、この中間管と上記内管との
    間に形成され原料ガスが導入される第１の環状部、この
    環状部に触媒が充填されて形成された触媒層、上記中間
    管と上記外管との間に形成され上記原料ガスが上記触媒
    層を通過することにより生成される改質ガスが流通する
    第２の環状部、上記内管と上記外管の上記原料ガス導入
    側と反対側の一端に配設され上記第１の環状部と上記第
    ２の環状部を連通し上記触媒層から流出する上記改質ガ
    スを上記第２の環状部に流入させるためのエンドキャッ
    プとからなる改質反応管とを備えた改質装置において、 上記内管の内側に同心状に配設された芯体と、この芯体
    と上記内管との間に形成され上記燃焼ガスが流通する第
    ３の環状部と、この第３の環状部を周方向で複数に分割
    する仕切板と、上記第３の環状部の上記分割域毎に入れ
    られた粒径の異なる伝熱促進粒子とを備え、上記改質反
    応管の周方向の温度ばらつきを低減できることを特徴と
    する改質装置。
  6. 【請求項６】 高温の燃焼ガスを発生する燃焼装置と、
    上記燃焼ガスの燃焼ガス空間を形成するための改質炉
    と、上記燃焼ガスを流通させる内管、この内管の外側に
    同心状に配設された外管、この外管と上記内管との間に
    同心状に配設された中間管、この中間管と上記内管との
    間に形成され原料ガスが導入される第１の環状部、この
    環状部に触媒が充填されて形成された触媒層、上記中間
    管と上記外管との間に形成され上記原料ガスが上記触媒
    層を通過することにより生成される改質ガスが流通する
    第２の環状部、上記内管と上記外管の上記原料ガス導入
    側と反対側の一端に配設され上記第１の環状部と上記第
    ２の環状部を連通し上記触媒層から流出する上記改質ガ
    スを上記第２の環状部に流入させるためのエンドキャッ
    プとからなる改質反応管とを備えた改質装置において、 上記改質反応管の上記エンドキャップ付近で高温部を選
    択し、集中して空気冷却することで周方向の温度差を少
    なくできる冷却手段を備えていることを特徴とする改質
    装置。
  7. 【請求項７】 高温の燃焼ガスを発生する燃焼装置と、
    上記燃焼ガスの燃焼ガス空間を形成するための改質炉
    と、上記燃焼ガスを流通させる内管、この内管の外側に
    同心状に配設された外管、この外管と上記内管との間に
    同心状に配設された中間管、この中間管と上記内管との
    間に形成され原料ガスが導入される第１の環状部、この
    環状部に触媒が充填されて形成された触媒層、上記中間
    管と上記外管との間に形成され上記原料ガスが上記触媒
    層を通過することにより生成される改質ガスが流通する
    第２の環状部、上記内管と上記外管の上記原料ガス導入
    側と反対側の一端に配設され上記第１の環状部と上記第
    ２の環状部を連通し上記触媒層から流出する上記改質ガ
    スを上記第２の環状部に流入させるためのエンドキャッ
    プとからなる改質反応管とを備えた改質装置において、 複数の上記改質反応管に対して高温のものを選択し上記
    エンドキャップ付近を個別に空気冷却することのできる
    冷却手段を備えていることを特徴とする改質装置。
  8. 【請求項８】 高温の燃焼ガスを発生する燃焼装置と、
    上記燃焼ガスの燃焼ガス空間を形成するための改質炉
    と、上記燃焼ガスを流通させる内管、この内管の外側に
    同心状に配設された外管、この外管と上記内管との間に
    同心状に配設された中間管、この中間管と上記内管との
    間に形成され原料ガスが導入される第１の環状部、この
    環状部に触媒が充填されて形成された触媒層、上記中間
    管と上記外管との間に形成され上記原料ガスが上記触媒
    層を通過することにより生成される改質ガスが流通する
    第２の環状部、上記内管と上記外管の上記原料ガス導入
    側と反対側の一端に配設され上記第１の環状部と上記第
    ２の環状部を連通し上記触媒層から流出する上記改質ガ
    スを上記第２の環状部に流入させるためのエンドキャッ
    プとからなる改質反応管とを備えた改質装置において、 上記燃焼管に複数の上記改質反応管の上記外管を外側か
    ら囲む形状をした伝熱リングを連結したガイドを備えて
    いることを特徴とする改質装置。
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