JPH08301602A - 燃料改質器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】改質管の熱変形に起因する粒状改質触媒の圧壊
の低減を図った燃料改質器を提供する。 【構成】燃料改質器１は、従来例による燃料改質器に対
して、その下面２１ａ側に後記する連結体３１を吊り下
げるフックを有する上部板２１、および、触媒層３を用
いるようにした改質管２を備えている。触媒層３は、貫
通穴が形成された多数の粒状改質触媒３９を、この貫通
穴にステンレス鋼製の柔軟な針金である紐状体３８を貫
通させて数珠状に連結して構成された連結体３１を複数
個用いて構成されている。そうして連結体３１は、内側
環状空間８６の半径方向に対して隣接される連結体３１
群との間に、粒状触媒３９の外径寸法に従う粒状改質触
媒相互の平均間隔寸法に対して、１０〔％〕だけ広い間
隔寸法となるようにして、上部板２１の下面２１ａ側に
紐状体３８によって吊り下げられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、炭化水素系の原燃料
を改質管に通流し、この原燃料を粒状改質触媒により水
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
電装置用等の燃料ガスの製造に使用される燃料改質器に
係わり、改質管の熱変形に起因する粒状改質触媒の圧壊
の低減を図った、さらに改良されたその構造に関する。

【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、水蒸気を添加したうえで熱媒体により加熱され
た粒状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等を経て燃料電池に供給
する燃料改質器として、改質反応に必要な熱量の供給方
法を改良した構成としたものが同じ出願人より出願さ
れ、特開平３−９７６０２号公報により公知となってい
る。

【０００３】図５は、上記による燃料改質器に対して、
さらに粒状改質触媒への伝熱性能等に改良を加えた従来
例の燃料改質器を示すその縦断面図であり、図６は、図
５における改質管部分の図５におけるＡ−Ａ断面図であ
る。また、図７は、図５，図６に示した燃料改質器で使
用されている粒状改質触媒の事例を示し、（ａ）は円柱
状をなした粒状改質触媒の斜視図であり、（ｂ）は球形
状をなした粒状改質触媒の側面図である。図５〜図７に
おいて、９は、改質管８と、改質管８の内側に配設され
たバーナ５と、改質管８の周囲側部と下部とを覆う炉容
器７と、炉容器７の外周部を覆う断熱層７２とを備えた
燃料改質器である。

【０００４】改質管８は、上下方向に直立した金属製で
円筒状をした中間筒体８１と、これを挟んでその内外に
それぞれ間隔を設けて同心円状に配設された，金属製で
ほぼ円筒状をした内側筒体８２および外側筒体８３とを
主体にして形成されている。内側筒体８２および外側筒
体８３は、中間筒体８１と接合されている金属製の上部
板８５等でその上部を接続され、環状形をした金属製の
底板８４によって，中間筒体８１の下端から離されてそ
の下部を互いに接続されている。内側筒体８２の中間筒
体８１に対向する側の側面，すなわちその外周面には、
その一端を内側筒体８２の外周面に溶接等により固着さ
れ、幅方向が中間筒体８１との間に間隙８２１ａ（図６
を参照）が形成される寸法であり、かつ底板８４が接続
される部位から後記する触媒層６の上面付近の部位にわ
たる長さ寸法を有する金属製の伝熱フィン８２１が、円
周面に沿って複数本配列されている。

【０００５】このような構成により改質管８には、下端
部で互いに連通し，しかも，共に円環状をなした，内側
環状空間８６および外側環状空間８７の２重の環状空間
が形成されることになる。外側環状空間８７の上部には
原料ガス９ａの入口８７１が設けられ、内側環状空間８
６の上部には改質ガス９ｂの出口８６１が設けられてい
る。また内側環状空間８６には、粒状改質触媒６１が充
填されて触媒層６が形成されている。

【０００６】粒状改質触媒（以降、単に粒状触媒と略称
することがある。）６１は、例えば、直径が５ｍｍ前後
程度の円柱形，球形などをなしており、原燃料に水蒸気
が添加されたものである原料ガス９ａを、水素に富む改
質ガス９ｂに改質する作用を行う触媒を、極めて細かい
細孔を有しそれぞれ前記の形状をしたセラミック製の担
体に担持させた構造を備えている。原料ガス９ａを水素
に富む改質ガス９ｂに効率良く改質するためには、触媒
反応速度を高くする必要があり、このために、担体の備
える細孔内に形成される細孔容積を極力大きくした担体
を選定して、細孔部を含む担体の表面に担持された触媒
と，原料ガス９ａとが接触し合う面積が、極力増大され
るように配慮されている。そうして，触媒層６の上面
は、粒状触媒６１の飛散を防止するための金網６ａで覆
われており、触媒層６の下部の外側環状空間８７との境
界部位は、粒状触媒６１の流出を防止するための金網６
ｂにより囲われている。

【０００７】改質管８が有する内側環状空間８６への粒
状触媒６１の充填は、中間筒体８１，内側筒体８２が上
部板８５に接続されていない段階で、まだ上部が開口さ
れている内側環状空間８６に、その開口部分から流し込
みによって行われるのが一般である。内側環状空間８６
に充填された粒状触媒６１に対して、その充填密度を均
一化するために、振動やハンマーリング処理が施され
る。かくして、触媒層６においては、粒状触媒６１は高
い均一度とされて充填されることになり、この結果、粒
状触媒６１の充填密度も極めて高いものとなっている。

【０００８】外側筒体８３と炉容器７とで区切られた空
間は、バーナ５が生成する熱媒体５１を通流させる熱媒
体通流路５２として使用される。炉容器７の熱媒体通流
路５２の上部に当たる部位には、熱媒体出口７１が設け
られている。炉容器７の下方および側部周囲には、熱媒
体５１の温度を保持するための耐火断熱材製の断熱層７
２が配置され、また、内側筒体８２の上部内側には、バ
ーナ５で生成された直後の特に高温の熱媒体５１から内
側筒体８２等を保護するために、耐火性断熱材製の断熱
層８８が形成されている。

【０００９】燃料改質器９では、バーナ５においては、
燃料の入口５３から導入された燃料（燃料改質器９によ
って生成された改質ガス９ｂの供給先が、燃料電池発電
装置である場合には、燃料電池発電装置の運転時には燃
料電池本体からの排出燃料ガスもバーナ５用の燃料とな
る。）が、空気入口５４から取り入れられた燃焼用空気
により燃焼し、燃焼ガスとしての高温の熱媒体５１が生
成される。熱媒体５１は、改質管８が備える内側筒体８
２の内周面に沿って下方に流れ、引続いて熱媒体通流路
５２内を通流しつつ、外側筒体８３の外周面に沿って上
方に流れたうえで、熱媒体出口７１から燃料改質器９の
外部に排出される。この間、熱媒体５１は、改質管８の
主として内側筒体８２の内周面側から触媒層６を、ま
た、外側筒体８３の外周面側から外側環状空間８７内を
通流する原料ガス９ａを、それぞれ加熱するのである。

【００１０】その際、触媒層６中の粒状触媒６１は、内
側筒体８２および伝熱フィン８２１を介して熱媒体５１
から熱を供給されて加熱される。これにより、燃料改質
器９では、触媒層６が十分に加熱されるように構成され
ていることになる。一方，原料ガス９ａは、入口８７１
から流入し、まず、外側環状空間８７中を下向きに流
れ、その後中間筒体８１の下端部で折返し、触媒層６に
入り、触媒層６中を上向きに流れる。この間、主として
外側環状空間８７において熱媒体５１によって加熱され
る。熱媒体５１で加熱された原料ガス９ａは、熱媒体５
１により加熱されて所要の温度とされた粒状触媒６１が
持つ触媒の改質作用により、水素に富んだ改質ガス９ｂ
に改質される。このようにして得られた改質ガス９ｂ
は、改質ガス９ｂの出口８６１から燃料改質器９の外部
に供給される。

【００１１】なお、熱媒体５１による原料ガス９ａの加
熱を容易にするために、熱媒体５１，原料ガス９ａが通
流する、熱媒体通流路５２，外側環状空間８７の通流路
の面積を狭くし、熱媒体５１，原料ガス９ａの流速を高
くすることで、それぞれのガス体と外側筒体８３間の熱
伝達係数が向上するように考慮するのが一般である。こ
れにより、熱媒体５１から原料ガス９ａへの熱伝達が向
上され、燃料改質器９から排出される熱媒体排出ガスの
温度を下げることができ、しかも、燃料改質器９の径方
向寸法を短縮することができている。

【００１２】また、炉容器７のバーナ５と対向する部位
には、必要に応じて、耐火断熱材製の円柱状の炉底ガイ
ド体７３が、改質管８の内側部分に入り込ませて配置さ
れ、内側筒体８２の下部付近の熱媒体５１の流速を高く
するように配慮される。これにより、熱媒体５１による
内側筒体８２の下部に対する加熱度を増大することが可
能となる。

【００１３】上述のような構成の燃料改質器９において
は、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、改質ガス９ｂの出
口に近い部分の触媒層６の温度は７００〜７５０〔℃〕
程度であり、改質管８を形成している例えば耐熱鋼の最
高表面温度は、運転条件にもよるが９００〜９５０
〔℃〕にもなるものである。また上述の燃料改質器９に
よって得られた水素に富む改質ガス９ｂを燃料電池発電
装置に使用する場合には、多くの場合に、この改質ガス
９ｂをさらに一酸化炭素変成器に通流させ、一酸化炭素
濃度を低減させた改質ガスとされている。そうして、触
媒層６、および、炉底ガイド体７３の上方の，熱媒体５
１が通流している炉内などの要部の温度は、それぞれ改
質管８に装着された熱電対などの温度検出装置（図５に
おいては、触媒層６用の温度検出装置８９１と、炉内用
の温度検出装置８９２とを例示している。）によって、
常時監視されている。

【００１４】ところで燃料改質器９では、その起動，停
止が繰り返される度に、改質管８を構成している前記の
金属板は膨張，収縮を繰り返すものである。改質管８の
バーナ５に近い部分と原料ガス９ａの入口に近い部分
（図５を参照）における起動時の温度上昇経過の実測
例を図８に示す。ここで図８は、燃料改質器の起動時に
おける改質管の温度上昇経過の実測例を示すグラフであ
る。図８において、横軸は燃料改質器９の運転経過時間
を示し、縦軸は、改質管８の部分と部分それぞれの
温度上昇経過を示している。図８に示したごとく、バー
ナ５に近い部分の改質管表面温度Ｐは、バーナ５の点
火とともに急速に上昇するのに対して、原料ガス９ａの
入口に近い部分の改質管表面温度Ｑは、バーナ点火直
後は熱媒体５１の持つ熱量が改質管８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５の点火
直後には改質管８に大きい温度差の温度分布が生じるこ
とになる。

【００１５】この大きい温度差によって、改質管８で
は、外側筒体８３，中間筒体８１よりも内側筒体８２の
方が急速に熱膨張することとなり、このため内側筒体８
２は外側（触媒層６側である。）に太鼓状に変形する。
伝熱フィン８２１と中間筒体８１との間に間隙８２１ａ
が形成されている理由は、内側筒体８２が太鼓状に変形
した際に、伝熱フィン８２１が中間筒体８１に接触する
のを回避するためである。このように内側筒体８２が太
鼓状に変形することで、粒状触媒６１が充填された触媒
層６は、前述したとおり粒状触媒６１は極めて高い充填
密度で充填されているために、内側筒体８２の変形をそ
のまま受けることになるので、いったん半径方向に加圧
力を受けることになる。この加圧力を受けた粒状触媒６
１は、中間筒体８１に阻止されて半径方向に移動できな
いため半径方向とは直角となる上下方向に移動しようと
し、結果として改質管８の上下方向に平行する加圧力を
受けることとなる。

【００１６】この加圧力により粒状触媒６１が受ける圧
縮応力の一例を図９中に示す。ここで、図９は、粒状触
媒が受ける圧縮応力を、従来例による燃料改質器の場合
（線Ｂで示す。）と、後記するこの発明による燃料改質
器との場合（線Ａで示す。）とを対比して示すグラフで
ある。図９において、横軸は、内側環状空間の幅方向寸
法の変形量（低減量）Δｄ〔ｍｍ〕およびこの変形量に
対応する歪み量ε〔％〕を示し、縦軸は、内側環状空間
の幅方向寸法の変形により粒状触媒が受ける加圧力に対
応する圧縮応力σ〔ｋｇ／ｍｍ² 〕を示している。

【００１７】燃料改質器９においては、前述した理由で
内側環状空間の幅方向寸法の変形（低減）は、ほとんど
そのままの値で粒状触媒６１に与えられることになるの
で、この場合における粒状触媒６１が受ける加圧力は大
きな値にならざるを得ないものである。こうした加圧力
による圧縮応力σによって、多孔質のセラミック製担体
が用いられている粒状触媒６１は、最悪の場合は圧壊を
受けることとなる。図９を用いて説明すると、この粒状
触媒６１の圧壊は、内側環状空間８６の幅方向寸法の変
形による２〔％〕の歪み量に対応する値である約０．０
３〔ｋｇ／ｍｍ ² 〕の圧縮応力σで発生している。粒状
触媒６１が圧壊して粉状になると、触媒層６の原料ガス
９ａ，改質ガス９ｂ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
ることとなるのである。

【００１８】これを回避するために粒状触媒６１に加わ
る加圧力を低減するようにする構造体が、前記の伝熱フ
ィン８２１である。伝熱フィン８２１は前記した構成を
持っているので、内側筒体８２に対する梁としての働き
を行い、内側筒体８２の前記の変形量Δｄを抑制する。
この結果、内側筒体８２の熱膨張に基づく触媒層６に加
わる加圧力が減少し、粒状触媒６１の圧壊が低減される
のである。従って伝熱フィン８２１は、燃料改質器９に
おいて、熱媒体５１から供給される熱量の粒状触媒６１
への伝達を改善すると共に、粒状触媒６１の圧壊を低減
するという役目を果たしていることになる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
る燃料改質器９は、粒状改質触媒６１により、原燃料を
水蒸気改質を行うことで水素に富む改質ガス９ｂに改質
するに際し、粒状触媒６１が所要の温度に加熱されるこ
とで効率良く改質ガス９ｂを生成することができ、しか
も、粒状触媒６１への加圧力を低減することができるの
であるが、なお次記する問題が残存している。すなわ
ち、大容量な燃料改質器を製造するなどの場合には、内
側筒体８２の熱膨張量が増大することになるために、伝
熱フィン８２１による変形量の抑制能力では不十分とな
り、このために、触媒層６中の一部の粒状触媒６１に圧
壊が発生する懸念が出てきている。

【００２０】この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑
みなされたものであり、その目的は、改質管の熱変形に
起因する粒状改質触媒の圧壊の低減を図った燃料改質器
を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この発明では前述の目的
は、 １）改質管と、バーナとを備え、改質管は、上下方向に
ほぼ直立した筒状の中間筒体と、この中間筒体を挟んで
その内外にそれぞれ間隔を設けて同心状に配設され，上
部を中間筒体と接合する上部板で接続され，下部を中間
筒体の下端から離して互いに底板で接続された内側筒体
および外側筒体と、少なくとも中間円筒と内側筒体との
間に形成された環状空間に粒状改質触媒を充填すること
で形成された触媒層とを有し、バーナは、改質管の内側
部分に設置され、触媒層を加熱するための熱媒体を、少
なくとも、内側筒体の内周面側および外側筒体の外周面
側に供給するものであり、炭化水素系の原燃料を，熱媒
体により加熱された触媒層により水蒸気改質を行うこと
で，水素に富む改質ガスに改質するものである、燃料改
質器において、改質管が有する触媒層は、貫通穴が形成
された複数の粒状改質触媒を柔軟な紐状体によって連結
した連結体を複数個用いてなり、これ等の連結体は、少
なくとも改質管の径方向に関しては、粒状改質触媒相互
の平均間隔寸法よりも広い間隔寸法を平均間隔として互
いに隔てられて、紐状体によって上部板の下面側に保持
されてなる構成とすること、により達成される。

【００２２】

【作用】この発明においては、燃料改質器において、改
質管が有する触媒層を、貫通穴が形成された複数の粒状
改質触媒を柔軟な紐状体によって連結した連結体を複数
個用いてなり、これ等の連結体は、少なくとも改質管の
径方向に関しては、粒状改質触媒相互の平均間隔寸法よ
りも広い間隔寸法を平均間隔として互いに隔てられて、
紐状体によって上部板の下面側に保持されてなる構成と
することにより、次記する作用を有している。すなわ
ち、前述した、内側筒体の変形によって粒状改質触媒に
加圧力が加わるのは、触媒層における粒状改質触媒の充
填密度を均一化するために、振動やハンマーリング処理
などが施されることで、粒状改質触媒の充填密度が極め
て高いものとなっていることに一つの原因が有り、この
発明は、この点に着目してなされたものである。粒状改
質触媒を前記したこの発明による構成によって触媒層に
充填することで、内側筒体の変形量が粒状改質触媒を多
数連結してなる連結体の平均保持間隔寸法と，粒状改質
触媒相互の平均間隔寸法との差寸法よりも小さい場合に
は、粒状改質触媒には内側筒体の変形が原因による加圧
力は加わらないこととなる。なお、粒状改質触媒にほと
んど加圧力が加わらない構成であるにもかかわらず、連
結体の平均保持間隔寸法を触媒層の全体においてほぼ同
一にすることによって、粒状触媒の充填密度を均一化す
ることが可能である。

【００２３】

【実施例】以下この発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。 実施例１；図１は、この発明の一実施例による燃料改質
器を示すその縦断面図であり、図２は、図１中に示した
触媒層を改質管の要部と共に示す部分詳細図で、（ａ）
はその側面方向を示す図であり、（ｂ）は図２（ａ）に
おけるＲ矢から見た図である。また、図３は、図１，図
２に示した燃料改質器で使用されている粒状改質触媒の
事例を示し、（ａ）は円柱状をなした粒状改質触媒の斜
視図であり、（ｂ）は球形状をなした粒状改質触媒の側
面図である。図１，図２において、図５，図６に示した
従来例による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。なお、図１，図２中には、図
５，図６で付した符号については、代表的な符号のみを
記した。

【００２４】図１〜図３において、１は、図５〜図７に
示した従来例による燃料改質器９に対して、改質管８が
有する上部板８５および触媒層６に替えて、上部板２１
および触媒層３を用いるようにした改質管２を備える燃
料改質器である。触媒層３に充填される粒状改質触媒
（以降、単に粒状触媒と略称することがある。）３９
は、従来例による燃料改質器９で用いられている粒状触
媒６１に対して、図３中に示したように貫通穴３９ａが
形成されていることのみが異なっている。貫通穴３９ａ
の径寸法は、後記する紐状体３８を貫通させることが可
能であるならば、極力小さな値であることが粒状触媒３
９の改質機能を維持するうえで好ましいものである。

【００２５】この粒状触媒３９は、その貫通穴３９ａ
に、例えば、ステンレス鋼製の柔軟な針金である紐状体
３８を貫通させることによって、多数の粒状触媒３９が
数珠状に連結されて装着された連結体３１として構成さ
れる。この連結体３１は、上部板２１の下面２１ａ側に
備えられた公知のフック等の図示しない適宜の保持手段
などによって、紐状体３８によって吊り下げられて、上
部板２１の下面２１ａ側に保持される。そうして、図
１，図２中に示したように、この連結体３１の保持手段
に取り付けられる部位付近には、粒状触媒３９は装着さ
れない。また、この実施例の場合には、連結体３１は図
２（ｂ）に示したように、紐状体３８の長さ方向の中央
の部位で保持手段によって保持されるように構成されて
おり、そうして粒状触媒３９は、紐状体３８の保持され
る部位の両側にそれぞれ装着されている。

【００２６】前述の構成を有する連結体３１は、内側環
状空間８６の周方向に対しては、図２（ｂ）に示したよ
うに、隣接される連結体３１が持つ粒状触媒３９の外周
面を互いにほぼ接触させるようにしてそれぞれ配列され
ている。しかしながら、連結体３１は、内側環状空間８
６の半径方向に対しては、図２（ａ）に示したように、
互いに隣接される連結体３１群との間に、間隔寸法Ｌの
間隔を持たせて配列されている。この間隔寸法Ｌは、粒
状触媒３９の外径寸法Ｄに従う粒状改質触媒相互の平均
間隔寸法Ｌ_S に対して、この実施例の場合には、１０
〔％〕だけ広い間隔寸法となっている。粒状触媒３９相
互の平均間隔寸法Ｌ_S は、粒状触媒３９の外形形状によ
って異なるものであり、例えば、図３（ｂ）による球形
状の場合と、図３（ａ）による円柱状の場合とでは異な
った値となるものである。すなわち、外径寸法Ｄを持つ
球形状の場合は、互いに隣接される連結体３１群の間で
は、粒状触媒３９は、図２（ａ）に示したように、内側
環状空間８６の高さ方向の配列位置をハーフピッチずら
すと共に、内側環状空間８６の周方向の配列位置もハー
フピッチずらして、互いに密着させて配列されるとした
寸法である。また、外径寸法Ｄを持つ円柱状の場合は、
互いに隣接される連結体３１群の間では、粒状触媒３９
は、内側環状空間８６の周方向の配列位置だけをハーフ
ピッチずらして、互いに密着させて配列されるとした寸
法である。

【００２７】図１〜図３に示す実施例では前述の構成と
したので、連結体３１の内側環状空間８６の半径方向に
対する配列数をＮとした場合に、内側筒体８２の変形量
Δｄと配列数Ｎとの比（換言すれば、配列数Ｎ当たりの
内側筒体８２の変形量Δｄ）が、触媒層３を構成する連
結体３１の前記した間隔寸法Ｌと，粒状触媒３９相互の
平均間隔寸法Ｌ_S との差寸法、すなわち、粒状触媒３９
相互間の間隙寸法よりも小さい場合には、粒状触媒３９
には内側筒体８２の変形が原因による加圧力は加わらな
いこととなる。この結果、内側環状空間８６の幅方向寸
法の変形により粒状触媒３９が受ける圧縮応力σを、図
９中に線Ａで示したように零とすることができ、粒状触
媒が圧壊するという問題を解消することが可能になるの
である。

【００２８】ところで、粒状触媒の原料ガス９ａを改質
ガス９ｂに改質する機能には寿命が有るので、粒状触媒
３９は、適当な使用時間の後に交換を行う必要が有るも
のである。従来例の燃料改質器９の場合には、粒状触媒
６１の交換に際しては、まず改質管８を切断し、その
後、真空掃除機などを用いて交換対象の粒状触媒６１を
改質管８から取り出すという面倒な作業によって行われ
ている。ところが、この発明による燃料改質器１の場合
には、粒状触媒３９は紐状体３８によって上部板２１に
保持されているので、改質管８の切断後上部板２１を含
む部分を持ち上げることで、全ての粒状触媒３９を同時
に取り出すことが可能である。すなわち燃料改質器１
は、従来例の燃料改質器９の場合と比較して、粒状触媒
３９の交換作業の工数を低減することが可能となるので
ある。

【００２９】実施例２；図４は、この発明の異なる実施
例による燃料改質器が備える触媒層を改質管の要部と共
に示す部分詳細図で、（ａ）はその側面方向を示す図で
あり、（ｂ）は図４（ａ）におけるＳ矢から見た図であ
る。図４において、図１〜図３に示したこの発明の一実
施例による燃料改質器１と同一部分には同じ符号を付
し、その説明を省略する。

【００３０】図４において、３Ａは、図１，図２に示し
たこの発明による燃料改質器１が備える触媒層３に対し
て、上部板２１に備えられた図示しない保持手段のそれ
ぞれに、２個の連結体３１を取り付けるようにして構成
した触媒層である。従って、触媒層３Ａは、触媒層３と
同一の作用・効果を持ちながら、保持手段の使用個数を
半減することが可能になるのである。

【００３１】触媒層３Ａでは、実施例１による触媒層３
の場合とは異なり、同一の保持手段に取り付けられる連
結体３１の相互間では、内側環状空間８６の半径方向に
関しても粒状触媒３９の外周面を互いにほぼ接触させる
ようにして配列されることになる。このために、触媒層
３Ａにおいては、連結体３１相互間の内側環状空間８６
の半径方向に対する設置間隔を２Ｌ（Ｌの値について
は、実施例１による触媒層３の場合と同一の定義であ
る。）とすることで、粒状触媒３９相互の平均間隔寸法
Ｌ_S の２倍値に対して、実施例２の場合は、１０〔％〕
だけ広い間隔寸法に設定されている。これにより、触媒
層３Ａにおける内側筒体８２が変形した場合の連結体３
１の挙動は、使用している紐状体３８が柔軟性を備えて
いることで、触媒層３Ａ全体を平均化して見れば、実施
例１による触媒層３における内側筒体８２が変形した場
合の連結体３１の挙動と同等にすることができるのであ
る。

【００３２】実施例１，２における今までの説明では、
連結体に用いる紐状体は、ステンレス鋼製の柔軟な針金
であるとしてきたが、これに限定されるものではなく、
例えば、他の耐熱性金属製の柔軟な針金であるとか、セ
ラミックスなどの耐熱性繊維を用いた柔軟な糸または紐
であってもよいものである。また、実施例１，２におけ
る今までの説明では、連結体は、保持手段に紐状体３８
の中央部位で吊り下げられるとしてきたが、これに限定
されるものではなく、例えば、連結体は、紐状体３８の
端部で保持手段に吊り下げられてもよいものである。

【００３３】また、実施例１，２における今までの説明
では、連結体３１は、内側環状空間８６の半径方向に対
して、一定の間隔寸法（実施例１の場合にはＬであり、
実施例２の場合には２Ｌである。）によって上部板２１
の下面２１ａ側に保持されるとしてきたが、これに限定
されるものではなく、間隔寸法Ｌ，２Ｌにばらつきが有
ったとしても紐状体３８が柔軟性を備えていることで、
触媒層全体として見た場合に内側筒体８２の変形量Δｄ
に対応する間隙を有していれば、すなわち、間隔寸法
Ｌ，２Ｌは、触媒層全体として見た場合の平均間隔値で
あれば、粒状触媒３９の圧壊を防止可能である。

【００３４】さらにまた、実施例１，２における今まで
の説明では、内側環状空間８６の半径方向に対する連結
体３１の相互間の設置間隔値、または、平均設置間隔値
は、粒状触媒３９相互の平均間隔寸法Ｌ_S に対して１０
〔％〕だけ広い値を持つとしてきたが、これに限定され
るものではなく、内側筒体８２の変形量Δｄに対応させ
て適宜の値を選定できることは勿論のことである。

【００３５】

【発明の効果】この発明においては、前記の課題を解決
するための手段の項で述べた構成とすることにより、次
記する効果を奏する。 触媒層の全体を平均化して見れば、少なくとも改質管
の径方向に隣接する連結体がそれぞれに有する粒状改質
触媒の相互間に間隙が存在することになるので、改質管
が有する内側筒体が中間筒体よりも多く外側に変形した
としても、ある範囲の変形量までは粒状改質触媒同志が
互いに接触するということは発生しない。これにより、
内側筒体の熱膨張量が増大される燃料改質器の過酷な使
用条件であっても、内側環状空間の半径方向に関する連
結体の相互間の平均的な設置間隔値に対応して、粒状改
質触媒に加えられる圧縮応力を零または極めて小さい値
に低減にすることができることで、粒状改質触媒の圧壊
の発生を皆無にすることが可能となり、長期信頼性の高
い燃料改質器を提供することが可能となる。また、 粒状改質触媒は、紐状体によって改質管が有する上部
板に保持されており、その交換時の粒状改質触媒の除去
作業が簡単になるので、粒状改質触媒の交換作業の工数
を低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による燃料改質器を示すそ
の縦断面図

【図２】図１中に示した触媒層を改質管の要部と共に示
す部分詳細図で、（ａ）はその側面方向を示す図、
（ｂ）は図２（ａ）におけるＲ矢から見た図

【図３】図１，図２に示した燃料改質器で使用されてい
る粒状改質触媒の事例を示し、（ａ）は円柱状をなした
粒状改質触媒の斜視図、（ｂ）は球形状をなした粒状改
質触媒の側面図

【図４】この発明の異なる実施例による燃料改質器が備
える触媒層を改質管の要部と共に示す部分詳細図で、
（ａ）はその側面方向を示す図、（ｂ）は図４（ａ）に
おけるＳ矢から見た図

【図５】従来例の燃料改質器を示すその縦断面図

【図６】図５における改質管部分の図５におけるＡ−Ａ
断面図

【図７】図５，図６に示した燃料改質器で使用されてい
る粒状改質触媒の事例を示し、（ａ）は円柱状をなした
粒状改質触媒の斜視図、（ｂ）は球形状をなした粒状改
質触媒の側面図

【図８】燃料改質器の起動時における改質管の温度上昇
経過の実測例を示すグラフ

【図９】粒状触媒が受ける圧縮応力を、従来例による燃
料改質器の場合とこの発明による燃料改質器との場合と
を対比して示すグラフ

【符号の説明】

１ 燃料改質器 ２ 改質管 ２１ 上部板 ２１ａ 下面 ３ 触媒層 ３１ 連結体 ３８ 紐状体 ３９ 粒状改質触媒 ８６ 内側環状空間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】改質管と、バーナとを備え、 改質管は、上下方向にほぼ直立した筒状の中間筒体と、
   この中間筒体を挟んでその内外にそれぞれ間隔を設けて
   同心状に配設され，上部を中間筒体と接合する上部板な
   どで接続され，下部を中間筒体の下端から離して互いに
   底板で接続された内側筒体および外側筒体と、少なくと
   も中間円筒と内側筒体との間に形成された環状空間に粒
   状改質触媒を充填することで形成された触媒層とを有
   し、 バーナは、改質管の内側部分に設置され、触媒層を加熱
   するための熱媒体を、少なくとも、内側筒体の内周面側
   および外側筒体の外周面側に供給するものであり、 炭化水素系の原燃料を，熱媒体により加熱された触媒層
   により水蒸気改質を行うことで，水素に富む改質ガスに
   改質するものである、燃料改質器において、 改質管が有する触媒層は、貫通穴が形成された複数の粒
   状改質触媒を柔軟な紐状体によって連結した連結体を複
   数個用いてなり、これ等の連結体は、少なくとも改質管
   の径方向に関しては、粒状改質触媒相互の平均間隔寸法
   よりも広い間隔寸法を平均間隔として互いに隔てられ
   て、紐状体によって上部板の下面側に保持されてなるこ
   とを特徴とする燃料改質器。