JPH09249402A

JPH09249402A - 改質装置

Info

Publication number: JPH09249402A
Application number: JP8059491A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Tsuru; 潔都留; Masashi Fujitsuka; 正史藤塚; Susumu Takeshige; 晋竹重
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 1997-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、改質反応に十分な温度を確保しつ
つ、反応管が高温になるのを防止し、信頼性を向上させ
ることを目的とするものである。【解決手段】改質触媒層２４内に燃焼ガス往路管２８
及び燃焼ガス復路管２９を通し、改質触媒層２４内にお
ける原燃料の流れと同方向及び逆方向に燃焼ガスを流す
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば燃料電池
に供給する燃料ガスを水素リッチな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２５は例えば特開昭６３−１４７７１
１号公報に示された従来の改質装置を示す断面図であ
る。図において、１は断熱材からなる炉体、２は炉体１
の底部に設けられ炉体１内に燃料ガスを導入するための
燃料導入部、３は炉体１内に設けられ燃料ガスを燃焼さ
せる燃焼装置であり、この燃焼装置３は、燃料管３ａ、
空気噴出孔３ｂ、燃料室３ｃ及び空気室３ｄを有してい
る。４は空気室３ｄに空気を導入するための空気導入
部、５は燃焼装置３を着火するパイロットバーナ、６は
燃料導入部２、燃焼装置３、空気導入部４及びパイロッ
トバーナ５を有する燃焼ガス供給手段である。

【０００３】７は炉体１の上部に設けられ炉体１内に原
燃料（原燃料）を導入するための原燃料導入部、８は炉
体１内の燃焼装置３の上方に設けられている改質反応管
であり、この改質反応管８は、内管８ａ、中間管８ｂ及
び外管８ｃの３重管と、内管８ａ及び外管８ｃの端部に
配設された環状のエンドキャップ８ｄとを有している。
９は内管８ａと中間管８ｂとの間に形成された第１の環
状部、１０は第１の環状部９に改質触媒が充填されて形
成された改質触媒層、１１は中間管８ｂと外管８ｃとの
間に形成された第２の環状部、１２は外管８ｃの外周部
に燃焼ガスが接するのを阻止して外管８ｃの加熱を防止
する断熱材である。

【０００４】１３は内管８ａ内に充填されている充填
材、１４は内管８ａの下端部に設けられ充填材１３を保
持する金網、１５は炉体１内に設けられているとともに
各内管８ａの上端部が接続されている燃焼ガスマニホー
ルド、１６は燃焼ガスマニホールド１５内の燃焼ガスを
炉体１外へ排出するための燃焼ガス排出部、１７は炉体
１内に設けられているとともに各第２の環状部９に連通
している改質ガスマニホールド、１８は改質ガスマニホ
ールド１７内の改質ガスを炉体１外へ排出するための改
質ガス排出部、１９は炉体１内の燃焼装置３と改質反応
管８との間に形成されている燃焼空間、２０は炉体１内
の改質反応管８上に形成され原燃料を各改質反応管８に
分配するための原燃料マニホールドである。

【０００５】次に、動作について説明する。原燃料は、
原燃料導入部７から装置内に導入され、原燃料マニホー
ルド１９で分配されて改質反応管８の第１の環状部９に
送られる。第１の環状部９に送られた原燃料は、改質触
媒層１０を通過する際に、主にＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋３
Ｈ₂という改質反応を生じ水素リッチな改質ガスとな
る。なお、副反応については省略する。改質ガスは、エ
ンドキャップ８ｄ内でその方向が反転され、第２の環状
部１１を通って改質ガスマニホールド２０に集合された
後、改質ガス排出部１６から装置外に取り出される。

【０００６】また、上記の改質反応は吸熱反応であるた
め、反応を継続させるためには、熱を供給することが必
要であり、そのため燃焼ガス供給手段６により燃焼ガス
を発生させ、その燃焼ガスから反応熱を供給している。
燃料導入部２から燃焼室３ｃに供給された燃料は、燃料
管３ａを通り燃焼空間１９に吐出される。このとき、燃
料は、空気導入部４から空気室３ｄを通り空気噴出孔３
ｂより噴出される空気と混合されて燃焼空間１９で燃焼
する。

【０００７】燃焼ガスは、改質反応管８の中央部を通
り、内管８ａ及び充填材１３を加熱して燃焼ガスマニホ
ールド１５に集合され、燃焼ガス排出部１６から吐出さ
れる。このとき、充填材１３は、燃焼ガスから内管８ａ
への伝熱を促進する役割を果たす。また、断熱材１２
は、燃焼ガスによる外管８ｃの加熱を防止する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た従来の改質装置においては、改質触媒層１０を流れる
原燃料ガスと改質触媒層１０を加熱する燃焼ガスとが逆
向きに流れる（対向流）構造となっている。このような
改質装置の軸方向の温度分布の一例を図２６に示す。図
において、横軸は改質触媒層１０の軸方向長さを１とし
たときの相対長さを、縦軸は温度をそれぞれ示してい
る。このように、原燃料及び燃焼ガスの流れる方向が逆
向きであり、加熱する側の燃焼ガスの最高温度位置と受
熱側である改質触媒層１０の最高温度位置とが一致する
ため、燃焼ガスと改質触媒層１０の隔壁である内管８ａ
は上記の最高温度位置に相当する部分の温度が高くな
る。改質反応は、温度が高いほど良く進行し、水素の収
率が上がるため、改質触媒層１０の出口部の温度を７５
０〜８００℃程度まで上げる必要がある。この場合、内
管８ａの最高温度は８５０〜９５０℃の高温となり、高
温クリープ割れが生じる恐れがあり、そのために高温ク
リープ強度の高い高価な材料を内管８ａに使用する必要
があるという問題点があった。

【０００９】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題としてなされたものであり、改質反応に十
分な温度を確保しつつ、反応管が高温になるのを防止
し、信頼性を向上することができる改質装置を得ること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る改
質装置は、反応容器と、この反応容器内に設けられ、原
燃料を改質ガスに改質する改質触媒からなる改質触媒層
と、この改質触媒層に原燃料を導入するための原燃料導
入部と、改質触媒層から改質ガスを排出するための改質
ガス排出部と、燃焼ガスを発生させる燃焼ガス供給手段
と、改質触媒層内を通るように設けられ、燃焼ガス供給
手段で発生した燃焼ガスを改質触媒層内の原燃料の流れ
と同方向へ流す複数の燃焼ガス往路管と、改質触媒層内
を通るように設けられ、燃焼ガス往路管を通過した燃焼
ガスを改質触媒層内の原燃料の流れと逆方向へ流す複数
の燃焼ガス復路管と、燃焼ガス往路管を通過した燃焼ガ
スを反転させて燃焼ガス復路管に導入する燃焼ガス反転
部と、燃焼ガス復路管を通過した燃焼ガスを外部へ排出
する燃焼ガス排出部とを備えたものである。

【００１１】請求項２の発明に係る改質装置は、燃焼ガ
ス反転部として、各燃焼ガス往路管を流れた燃焼ガスを
集めて燃焼ガス復路管へ導入する燃焼ガス中間マニホー
ルドを用いたものである。

【００１２】請求項３の発明に係る改質装置は、仕切り
壁を反応容器内に固定することにより反応容器内に燃焼
ガス中間マニホールドを形成し、かつ仕切り壁の固定部
よりも改質触媒層側の反応容器の壁部の一部をベローズ
部により構成したものである。

【００１３】請求項４の発明に係る改質装置は、燃焼ガ
ス中間マニホールドが、伸縮可能な支持部材を介して反
応容器内に取り付けられているものである。

【００１４】請求項５の発明に係る改質装置は、燃焼ガ
ス反転部として、各燃焼ガス往路管と各燃焼ガス復路管
とを個々に接続する複数の管継手を用いたものである。

【００１５】請求項６の発明に係る改質装置は、管継手
として、改質触媒層内に設けられているＵ字状のベンド
管を用いたものである。

【００１６】請求項７の発明に係る改質装置は、改質触
媒層を開放するための蓋を、反応容器に着脱可能に設け
たものである。

【００１７】請求項８の発明に係る改質装置は、燃焼ガ
ス往路管及び燃焼ガス復路管を挿通させる複数の孔が設
けられており、燃焼ガス往路管及び燃焼ガス復路管の間
隔変化を防止するスペーサが反応容器内に設けられてい
るものである。

【００１８】請求項９の発明に係る改質装置は、改質触
媒層を収容し、原燃料の下流端が開放している内部容器
と、この内部容器の外側に設けられている外部容器とを
有する反応容器を用い、改質触媒層から排出された改質
ガスが、内部容器の外周部に沿って改質触媒層内の原燃
料とは逆方向に流れてから改質ガス排出部へ流れるよう
になっているものである。

【００１９】請求項１０の発明に係る改質装置は、改質
触媒層を収容し、原燃料の下流端が開放している内部容
器と、この内部容器を囲繞する第１の管状壁部と、この
第１の管状壁部を囲繞する第２の管状壁部と、この第２
の管状壁部を囲繞する第３の管状壁部とを有する反応容
器を用い、原燃料導入部から導入された原燃料が、第２
の管状壁部と第３の管状壁部との間を流れてから改質触
媒層に導入されるようになっているとともに、改質触媒
層から排出された改質ガスが、内部容器と第１の管状壁
部との間を改質触媒層内の原燃料とは逆方向に流れた
後、第１の管状壁部と第２の管状壁部との間を改質触媒
層内の原燃料と同方向に流れてから、改質ガス排出部へ
流れるようになっているものである。

【００２０】請求項１１の発明に係る改質装置は、改質
触媒層の下流端の延長上に改質ガス排出部が配置されて
おり、第１の管状壁部と第２の管状壁部との間を流れた
改質ガスが、改質触媒層の下流端の延長上に集められた
後、改質ガス排出部から排出されるようになっているも
のである。

【００２１】請求項１２の発明に係る改質装置は、第２
の管状壁部と第３の管状壁部との間の少なくとも一部
に、改質触媒が充填されているものである。

【００２２】請求項１３の発明に係る改質装置は、第１
の管状壁部と第２の管状壁部との間の少なくとも一部
に、ＣＯ変成触媒が充填されているものである。

【００２３】請求項１４の発明に係る改質装置は、改質
触媒層を通過した改質ガスを改質触媒層内の原燃料と逆
方向へ流す複数の改質ガス管が、改質触媒層内を通るよ
うに設けられており、改質ガス管を通過した改質ガスが
改質ガス排出部に導入されるようになっているものであ
る。

【００２４】請求項１５の発明に係る改質装置は、改質
ガス管を通過した改質ガスは、改質ガスマニホールドに
集められてから改質ガス排出部に導入されるものであ
る。

【００２５】請求項１６の発明に係る改質装置は、パイ
プ状の改質ガスマニホールドを用いたものである。

【００２６】請求項１７の発明に係る改質装置は、燃焼
ガス往路管、燃焼ガス復路管及び改質ガス管は、三角千
鳥配列で改質触媒層内に配列されているものである。

【００２７】請求項１８の発明に係る改質装置は、燃焼
ガス往路管、燃焼ガス復路管及び改質ガス管の本数の比
を１：１：１としたものである。

【００２８】請求項１９の発明に係る改質装置は、燃焼
ガス往路管及び燃焼ガス復路管の少なくともいずれか一
方にベローズ部が設けられているものである。

【００２９】請求項２０の発明に係る改質装置は、ベロ
ーズ部がベローズカバーにより覆われているものであ
る。

【００３０】請求項２１の発明に係る改質装置は、燃焼
ガス復路管を通過した燃焼ガスを集めて燃焼ガス排出部
に導く燃焼ガス排出マニホールドが設けられており、燃
焼ガス往路管の燃焼ガス排出マニホールド内を通過する
部分に断熱材が設けられているものである。

【００３１】請求項２２の発明に係る改質装置は、燃焼
ガス往路管の改質ガスマニホールドを通過する部分に断
熱材が設けられているものである。

【００３２】請求項２３の発明に係る改質装置は、改質
触媒層内の燃焼ガス往路管の燃焼ガス上流側に断熱材が
設けられているものである。

【００３３】請求項２４の発明に係る改質装置は、燃焼
ガス往路管の径よりも燃焼ガス復路管の径の方が大きく
なっているものである。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による改
質装置の断面図である。図において、２１は炉体、２は
炉体１の底部に設けられ炉体２１内に燃料ガスを導入す
るための燃料導入部、３は炉体２１内に設けられ燃料ガ
スを燃焼させる燃焼装置であり、この燃焼装置３は、燃
料管３ａ、空気噴出孔３ｂ、燃料室３ｃ及び空気室３ｄ
を有している。４は空気室３ｄに空気を導入するための
空気導入部、５は燃焼装置３を着火するパイロットバー
ナ、６は炉体２１、燃料導入部２、燃焼装置３、空気導
入部４及びパイロットバーナ５を有する燃焼ガス供給手
段、１９は炉体２１内に形成された燃焼空間である。

【００３５】２２は炉体２１上に設けられている反応容
器（胴管）で、例えば耐熱性に優れたステンレス鋼や耐
熱合金からなっている。２３は反応容器２２の外周部を
覆う断熱材で、例えばアルミナファイバが使用されてい
る。２４は反応容器２２内に改質触媒が充填されて形成
されている改質触媒層、２５は反応容器２２内の改質触
媒層２４の上方に間隔をおいて固定されている仕切り壁
であり、この仕切り壁２５により反応容器２２内に燃焼
ガス反転部としての燃焼ガス中間マニホールド２６が形
成されている。

【００３６】２７は改質触媒層２４と炉体２１との間に
形成されている燃焼ガス排出マニホールド、２８は改質
触媒層２４内を通るように設けられ、燃焼空間１９と燃
焼ガス中間マニホールド２６とを連通する燃焼ガス往路
管、２９は改質触媒層２４内を通るように設けられ、燃
焼ガス中間マニホールド２６と燃焼ガス排出マニホール
ド２７とを連通する燃焼ガス復路管であり、これらの往
路管２８及び復路管２９は、図では１本ずつ示したが、
改質触媒層２４内にそれぞれ複数本ずつ通っている。ま
た、往路管２８及び復路管２９は、例えば耐熱性に優れ
たステンレス鋼やニッケル・クロム・鉄合金管からなっ
ている。３０は燃焼ガス排出マニホールド２７内の燃焼
ガスを装置外へ排出するための燃焼ガス排出部である。

【００３７】３１は改質触媒層２４の下端部外周に設け
られている原燃料マニホールド、３２は原燃料マニホー
ルド３１に原燃料を導入するための原燃料導入部、３３
は改質触媒層２４と仕切り壁２５との間の空間の改質ガ
スを装置外へ排出するための改質ガス排出部である。

【００３８】次に、動作について説明する。原燃料導入
部３２から原燃料マニホールド３１に導入された原燃料
は、改質触媒層２４の外周の周方向全体に広がり、改質
触媒層２４内に導入される。この後、原燃料は、改質触
媒層２４の水平断面全体に広がり、改質触媒層２４内を
図の上方へ流れる。このとき、原燃料は改質触媒により
改質反応を生じ、水素リッチな改質ガスとなる。この改
質ガスは、改質ガス排出部３３を通して装置外に取り出
される。

【００３９】また、上記の改質反応のための熱は、燃焼
装置３で発生した燃焼ガスにより供給される。従来例と
同様にして燃焼空間１９に発生した燃焼ガスは、まず燃
焼ガス往路管２８内に導入され、改質触媒層２４内の原
燃料と同方向、即ち図の上方へ流れる。このとき、燃焼
ガスにより燃焼ガス往路管２８を介して改質触媒層２４
が加熱される。燃焼ガス往路管２８を通過した燃焼ガス
は、燃焼ガス中間マニホールド２６に集合され、その流
れの方向が反転され、燃焼ガス復路管２９に導入され
る。

【００４０】この後、燃焼ガスは、燃焼ガス復路管２９
内を改質触媒層２４内の原燃料とは逆方向、即ち図の下
方へ流れ、この間に改質触媒層２４を再度加熱する。燃
焼ガス復路管２９を出た燃焼ガスは、燃焼ガス排出マニ
ホールド２７に集合され、燃焼ガス排出部３０から装置
外へ吐出される。

【００４１】このような改質装置によれば、燃焼ガス往
路管２８及び燃焼ガス復路管２９の両方によって改質触
媒層２４が加熱される。この実施の形態１の場合の軸方
向の温度分布を図２に示す。図において、横軸は改質触
媒層２４の軸方向長さを１としたときの相対長さを、縦
軸は温度をそれぞれ示している。図２６と異なり、燃焼
ガスが最も高温である改質触媒層２４の下部の部分は、
改質触媒層の最も温度の低い部分となっており、この部
分の燃焼ガス往路管２８の温度はそれほど高温にならな
い。

【００４２】また、改質触媒層２４が最も高い温度を示
す改質触媒層２４の上部では、燃焼ガスがその位置に至
るまでに改質触媒層２４を加熱し、比較的低い温度に下
がっているため、燃焼ガス往路管２８の温度はやはりそ
れほど高温にならない。このため、燃焼ガス往路管２８
の温度は９００℃を越えることはない。また、燃焼ガス
復路管２９は、燃焼ガス往路管２８よりもさらに温度が
低い。

【００４３】これらにより、同程度の改質ガス組成を得
るときの往路管２８及び復路管２９の温度、即ち反応管
温度を従来例に比べてかなり低減することができる。従
って、改質反応に十分な温度を確保しつつ、反応管が高
温になるのが防止され、信頼性が向上するとともに、装
置が安価になる。

【００４４】なお、上記の例では燃焼ガス供給手段６の
上方に改質触媒層２４を配置したが、これらの配置関係
はこれに限定されるものではなく、例えば上下逆にする
ことも可能である。また、上記の例では燃焼ガス往路管
２８と燃焼ガス復路管２９とを同材料で構成したが、往
路管２８よりも復路管２９の方が温度が低いため、復路
管２９の材料として耐熱性のやや低いものを使用するこ
とも可能である。

【００４５】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形
態２による改質装置の断面図である。図において、３４
は仕切り壁２５の固定部よりも改質触媒層２４側の反応
容器２２の壁部の一部を構成するベローズ部であり、こ
のベローズ部３４は、反応容器２２の他の部分と同様の
材料からなっており、溶接等により一体化されている。
他の構成は、上記実施の形態１と同様である。

【００４６】次に、動作について説明する。反応容器２
２は、その内側が改質触媒層２４と接し、外側が断熱材
で覆われているため、その温度はほぼ改質触媒層２４の
温度と等しい。また、燃焼ガス往路管２８及び燃焼ガス
復路管２９は、外側が改質触媒層２４と接し、内側に改
質触媒層２４よりも高温の燃焼ガスが流れているため、
その温度は改質触媒層２４よりも高くなる。そのため、
燃焼ガス往路管２８及び燃焼ガス復路管２９は、反応容
器２２に比べて温度が高く、反応容器２２よりも熱伸び
量が大きい。

【００４７】これに対して、この例では、反応容器２２
にベローズ部３４が設けられているので、反応容器２２
と燃焼ガス往路管２８及び燃焼ガス復路管２９との熱伸
び差がベローズ部３４の伸びにより吸収され、反応容器
２２に過大な応力が生じるのが防止される。なお、断熱
材２３は例えばアルミナファイバ等からなっているの
で、ベローズ部３４の伸びの妨げとはならない。

【００４８】実施の形態３．図４はこの発明の実施の形
態３による改質装置の断面図である。図において、３５
は反応容器２２内の改質触媒層２４上に設けられ、燃焼
ガス往路管２８及び燃焼ガス復路管２９が接続されてい
る燃焼ガス反転部としての燃焼ガス中間マニホールドで
あり、この燃焼ガス中間マニホールド３５は、例えばベ
ローズやばねなどの伸縮可能な支持部材３６を介して反
応容器２２内に固定されている。他の構成は、上記実施
の形態１と同様である。

【００４９】次に、動作について説明する。上記実施の
形態２で説明したように、燃焼ガス往路管２８及び燃焼
ガス復路管２９は反応容器２２に比べて温度が高いた
め、反応容器２２よりも熱伸び量が大きい。これに対し
て、この例では、伸縮可能な支持部材３６を介して燃焼
ガス中間マニホールド３５を反応容器２２内に取り付け
るようにしたので、上記の熱伸び差は支持部材３６によ
り吸収され、反応容器２２に大きな応力が生じるのが防
止される。

【００５０】実施の形態４．図５はこの発明の実施の形
態４による改質装置の断面図である。図において、３７
は各燃焼ガス往路管２８の下流端と各燃焼ガス復路管２
９の上流端とをそれぞれ接続する管継手としての１８０
度のベンド管であり、このベンド管３７は、燃焼ガス往
路管２８や燃焼ガス復路管２９と同様の材料で構成さ
れ、改質触媒層２４内に埋設されている。

【００５１】この例では、燃焼ガス反転部としてベンド
管３７を用いているので、燃焼ガス往路管２８及び燃焼
ガス復路管２９と反応容器２２との熱伸び差による応力
が反応容器２２に生じることはない。また、ベンド管３
７は改質触媒層２４に埋設されているので、ベンド管３
７内を通過する際にも燃焼ガスが吸熱され、反応管の温
度上昇が抑えられる。

【００５２】実施の形態５．次に、図６はこの発明の実
施の形態５による改質装置の断面図である。図におい
て、３８は改質触媒層２４を収容し上部が開口している
容器本体３９とこの容器本体３９の上部開口部を開閉す
る蓋４０とを有する反応容器であり、蓋４０はボルト・
ナット４１により容器本体３９に着脱可能に取り付けら
れている。４２は蓋４０の裏側に断熱材２３を保持する
ための断熱材保持部材である。他の構成は、上記実施の
形態４と同様である。

【００５３】一般に、改質触媒層２４の改質触媒は、高
温での使用により活性や強度が経時的に低下するため、
２〜５年に一度交換が必要である。このような交換作業
を行う場合、図２５に示した従来例の装置では、原燃料
マニホールド２０の壁部又はエンドキャップ８ｄを切断
する必要があり、触媒交換作業に大きな労力が必要であ
る。これに対して、この実施の形態５の改質装置では、
触媒交換時にボルト・ナット４１を分解することで蓋４
０を簡単に取り外せるため、触媒の交換が容易に行え
る。また、蓋４０の裏側の断熱材２３は、放熱抑制のた
め、及び温度上昇によるボルト・ナット４１の焼き付き
を防止するために設けられているものであり、容易に取
り外すこともできる。

【００５４】実施の形態６．次に、図７はこの発明の実
施の形態６による改質装置の断面図である。図におい
て、４３は改質触媒層２４内に設けられている金属板製
のスペーサであり、このスペーサ４３には、図８に示す
ように、燃焼ガス往路管２８及び燃焼ガス復路管２９が
貫通する複数の第１の孔４３ａと、原料ガス及び改質ガ
スが通過する多数の第２の孔４３ｂとが設けられてい
る。他の構成は、上記実施の形態４と同様である。

【００５５】通常、燃焼ガス往路管２８と燃焼ガス復路
管２９とでは、管内を流れる燃焼ガスの温度が異なるた
め、図２に示したように管自体の温度も異なっている。
その結果、２つの反応管２８，２９に熱伸び差が生じ、
この熱伸び差を解消する方向に管が曲がることになる。
通常、燃焼ガス往路管２８及び燃焼ガス復路管２９は等
ピッチで配置されているが、上記のような曲がりが生じ
ると、ピッチがばらばらになり、触媒層断面に温度の不
均一を生じることになる。

【００５６】これに対して、この実施の形態６では、水
平位置固定用のスペーサ４３が設けられているので、燃
焼ガス往路管２８及び燃焼ガス復路管２９の水平方向へ
の移動が防止され、管の曲がりも抑えられる。従って、
触媒層断面の温度を均一にすることができる。なお、ス
ペーサ４３は、水平方向へ移動は規制するが、垂直方向
への移動は許容する。

【００５７】実施の形態７．図９はこの発明の実施の形
態７による改質装置の断面図である。図において、４４
は改質触媒層２４を収容し、原燃料の下流端（図の上端
部）が開放している内部容器、４５は内部容器４４の外
側に設けられている外部容器、４６は内部容器４４と外
部容器４５とを有する反応容器であり、内部容器４４の
外周面と外部容器４５との間には、改質ガス流路４７が
形成されている。また、改質ガス流路４７の下流端（図
の下端部）には、改質ガスを集めて改質ガス排出部３３
へ導く改質ガスマニホールド４８が設けられている。他
の構成は、上記実施の形態４と同様である。

【００５８】このような装置では、改質触媒層２４を出
た改質ガスが、その方向を反転させ、改質ガス流路４７
を流れる。このとき、改質ガスは、隣り合う改質触媒層
２４よりも高温であるため、改質ガスの顕熱が改質触媒
層２４に伝えられ、改質反応に利用される。従って、改
質反応が一層促進され、改質触媒層２４を小さくするこ
とができ、全体の小形化を図ることができる。

【００５９】実施の形態８．次に、図１０はこの発明の
実施の形態８による改質装置の断面図である。図におい
て、５１は改質触媒層２４を収容し、原燃料の下流端
（図の上端部）が開放している内部容器、５２は内部容
器５１を囲繞する第１の管状壁部、５３は第１の管状壁
部５２を囲繞する第２の管状壁部、５４は第２の管状壁
部５３を囲繞する第３の管状壁部、５５は内部容器５１
と第１ないし第３の管状壁部５１〜５３とを有する反応
容器であり、内部容器５１及び各管状壁部５１〜５３は
同心に配置されている。

【００６０】５６は内部容器５１と第１の管状壁部５２
との間に形成されている円筒状の第１の改質ガス流路、
５７は第１の管状壁部５２と第２の管状壁部５３との間
に形成されている円筒状の第２の改質ガス流路、５８は
第２の管状壁部５３と第３の管状壁部５４との間に形成
されている円筒状の原燃料流路、５９は改質ガスマニホ
ールド、６０は原燃料マニホールドである。他の構成
は、上記実施の形態４と同様である。

【００６１】上記のように構成された改質装置において
は、改質触媒層２４を出た改質ガスが、第１の改質ガス
流路５６を改質触媒層２４内の原燃料と逆方向に流れ、
その後、流れの方向を反転して、第２の改質ガス流路５
７を改質触媒層２４内の原燃料と同方向に流れる。この
後、改質ガスは、改質ガスマニホールド５９で集められ
て改質ガス排出部３３から装置外に取り出される。一
方、原燃料導入部３２から導入された原燃料は、原燃料
流路５８を第２の改質ガス流路５８内の改質ガスと逆方
向に流れた後、改質触媒層２４に導入される。

【００６２】このような装置によれば、第１の改質ガス
流路５６を流れる改質ガスから改質触媒層２４に熱が供
給され、改質反応が促進される。また、第２の改質ガス
流路５７を流れる改質ガスにより、原燃料流路５８を流
れる原燃料が加熱されることで、改質触媒層２４に入る
前の原燃料の予熱が行われる。従って、改質触媒層２４
を出た改質ガスは、充分な熱回収が行われた後に改質装
置から排出されることになり、この結果、改質触媒層２
４を小形化して全体の小形化を図ることができる。

【００６３】実施の形態９．図１１はこの発明の実施の
形態９による改質装置の断面図である。この例の反応容
器６１は、改質ガスマニホールド６２が改質触媒層２４
の上方に設けられている点で上記実施の形態８と異なっ
ている。これに伴って、改質ガス排出部３３も装置上部
に設けられている。他の構成は、実施の形態８と同様で
ある。

【００６４】このような構造とすることにより、改質装
置の上部からの放熱を削減することができる。即ち、改
質触媒層２４を出たばかりの改質ガスは、改質反応に必
要な温度７５０〜８００℃と高温であるが、第２の改質
ガス流路５７を通過した改質ガスは、熱回収後のガスで
あるため、５００〜５５０℃と温度が低い。従って、装
置上部に改質ガスマニホールド６２を配置して、５００
〜５５０℃の改質ガスを集めることで、装置上部からの
放熱が削減される。

【００６５】実施の形態１０．図１２はこの発明の実施
の形態１０による改質装置の断面図である。図におい
て、６２は原燃料流路５８内に改質触媒が充填されて形
成されている円筒状の改質触媒層である。他の構成は、
上記実施の形態８と同様である。

【００６６】このような装置では、装置外から供給され
た原燃料が原燃料流路５８に導入され、そこで改質反応
が行われる。改質反応は吸熱反応であり、反応を継続す
るためには、外部から熱の供給が必要であるが、この熱
は第２の改質ガス流路５７を流れる改質ガスから供給さ
れる。但し、ここで供給される熱は十分でないため、円
筒状の改質触媒層６２で改質されるのは原燃料の一部で
ある。しかし、この改質触媒層６２での吸熱により、改
質ガスの熱回収率が上がり、熱効率が上昇する。また、
改質触媒層２４での反応、伝熱の負担が軽減されるた
め、装置全体としてはコンパクトに設計できることにな
る。

【００６７】実施の形態１１．図１３はこの発明の実施
の形態１１による改質装置の断面図である。図におい
て、６３は第２の改質ガス流路５７に充填された円筒状
のＣＯ変成触媒層である。他の構成は、上記実施の形態
１０と同様である。

【００６８】次に、動作について説明する。改質触媒層
２４を出た改質ガスは、第１の改質ガス流路５６内を改
質触媒層２４内の原燃料とは逆方向に流れ、その後、流
れの方向を反転し、第２の改質ガス流路５７のＣＯ変成
触媒層６３に導入される。このＣＯ変成触媒層６３で
は、ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂というＣＯ変成反応が進
行する。この反応は発熱反応であり、その反応熱は、改
質ガスの顕熱と同じく、原燃料流路５８を流れる原燃料
に供給される。

【００６９】従って、円筒状の改質触媒層６２への供給
熱が増加し、改質触媒層２４での反応、伝熱の負担が実
施の形態１０よりさらに軽減される。このため、装置全
体をより一層コンパクトに設計することができる。ま
た、ＣＯ変成反応により、改質ガス中のＣＯ濃度が下が
るため、改質装置の下流にＣＯ濃度削減のために設置さ
れるＣＯ変成器の負荷が低減され、装置外部のＣＯ変成
器のコンパクト化も可能となる。

【００７０】実施の形態１２．図１４はこの発明の実施
の形態１２による改質装置の断面図である。図におい
て、６４は改質触媒層２４内に挿通され、改質触媒層２
４を通過した改質ガスを改質触媒層内の原燃料と逆方向
へ流す複数（図では１本のみ示す）の改質ガス管、６５
は改質触媒層２４と燃焼ガス排出マニホールド２７との
間に設けられ、改質ガス管６４を通過した改質ガスが集
められる改質ガスマニホールドであり、この改質ガスマ
ニホールド６５に改質ガス排出部３３が接続されてい
る。他の構成は、上記実施の形態４と同様である。

【００７１】このような装置では、改質触媒層２４を出
た改質ガスの流れが反転されて、改質ガス管６４内に導
入される。改質ガス管６４内では、改質触媒層２４を流
れる原燃料と逆方向に改質ガスが流れる。このとき、改
質ガスは、改質触媒層２４よりも高温であるため、改質
ガスの顕熱が改質触媒層２４に伝えられ、改質反応に用
いられる。この結果、改質触媒層２４での改質効率が向
上し、改質触媒層２４を小さくして全体のコンパクト化
を図ることができる。

【００７２】実施の形態１３．図１５はこの発明の実施
の形態１３による改質装置の断面図、図１６は図１５の
要部平面図である。図において、６６は改質触媒層２４
内に設けられ、各改質ガス管６４の下流端（図の下端
部）が接続されているパイプ状の複数本の改質ガスマニ
ホールドであり、この改質ガスマニホールド６６には、
改質ガスを装置外に取り出すための改質ガス排出部３３
が接続されている。他の構成は、上記実施の形態１２と
同様である。

【００７３】このように、パイプ状のマニホールドを改
質触媒層２４内に設けることにより、上記実施の形態１
２のよう箱形のマニホールドを使用する場合に比べて、
溶接箇所の削減及び改質装置全高の削減を可能とするこ
とができる。

【００７４】実施の形態１４．図１７はこの発明の実施
の形態１４による改質触媒層内の配管配列状態を示す平
面図である。この例では、燃焼ガス往路管２８、燃焼ガ
ス復路管２９及び改質ガス管６４の３種類の管が三角千
鳥配列で配置されている。また、これら３種類の管２
８，２９，６４は、周辺部を除いて１：１：１の比率で
配置されている。なお、改質装置全体の構成は、例えば
図１４と同様である。

【００７５】燃焼ガス往路管２８及び燃焼ガス復路管２
９から改質触媒層に供給される熱量が同程度となるよう
に燃焼ガスからの伝熱を配分すると、改質ガスの熱回収
を５００〜５５０℃程度まで実施する場合に改質ガス管
６４から改質触媒層へ伝熱される熱量と近い値となる。
このように３本の管２８，２９，６４からの供給熱量を
同程度としたときに、３種類の管２８，２９，６４を三
角千鳥配列で配置すれば、改質触媒層を均一に加熱する
ことができる。この結果、均一な反応、温度分布が得ら
れるため、改質効率が上がるとともに、装置全体のコン
パクト化を可能とすることができる。

【００７６】実施の形態１５．図１８はこの発明の実施
の形態１５による改質装置の断面図である。この例で
は、燃焼ガス往路管２８の途中にベローズ部６７が設け
られている。このベローズ部６７は、燃焼ガス往路管２
８の他の部分と同様の材料からなっている。他の構成
は、上記実施の形態１２と同様である。

【００７７】上述したように、燃焼ガス往路管２８と燃
焼ガス復路管２９とでは、管内を流れる燃焼ガスの温度
が異なるため、管の温度も異なり、その結果、熱伸び差
が生じる。しかし、この例では、上記の熱伸び差が燃焼
ガス往路管２８に設けたベローズ部６７により吸収され
る。これにより、管の曲がりや管の損傷を防止すること
ができる。

【００７８】なお、上記の例では、ベローズ部６７を燃
焼ガス往路管２８に設けたが、燃焼ガス復路管２９に設
けても同様の効果が得られる。

【００７９】実施の形態１６．図１９はこの発明の実施
の形態１６による改質装置の断面図である。この例で
は、燃焼ガス往路管２８に設けられたベローズ部６７が
保護用のベローズカバー６８により覆われている。言い
換えれば、改質触媒層２４内に埋設されたベローズカバ
ー６８内の空間に、ベローズ部６７が収容されている。
他の構成は、上記実施の形態１５と同様である。

【００８０】ベローズ部６７は、燃焼ガス往路管２８と
燃焼ガス復路管２９との熱伸び差を吸収するが、ベロー
ズ部６７が改質触媒層２４内に設けられた場合、ベロー
ズ部６７の谷部に改質触媒が挟まれてしまい、その状態
でベローズ部６７が伸縮すれば、触媒が破砕するか、ベ
ローズ部６７が破損する恐れがある。これに対して、こ
の例では、ベローズカバー６８を設けたので、ベローズ
部６７の谷部に改質触媒が入らなくなり、改質触媒の粉
砕やベローズ部６７の破損が防止される。

【００８１】実施の形態１７．図２０はこの発明の実施
の形態１７による改質装置の断面図である。この例で
は、燃焼ガス往路管２８の燃焼ガス排出マニホールド２
７内を通過する部分の内側に円筒状の断熱材６９が設け
られている。他の構成は、上記実施の形態１２と同様で
ある。

【００８２】このような構成により、燃焼ガス往路管２
８内を流れる高温の燃焼ガスと、それよりも低温の燃焼
ガス排出マニホールド２７内の燃焼ガスとの熱交換を小
さく抑えることができ、熱効率の低下を避けることがで
きる。即ち、燃焼ガス排出マニホールド２７内の燃焼ガ
スは、改質装置外に取り出す直前のガスであり、このガ
スに熱を与えることは損失でしかありえないが、上記の
ような断熱材６９を設けることで、その損失が防止され
る。

【００８３】実施の形態１８．図２１はこの発明の実施
の形態１８による改質装置の断面図である。この例で
は、燃焼ガス往路管２８の改質ガスマニホールド６５内
を通過する部分の内側に円筒状の断熱材７０が設けられ
ている。他の構成は、上記実施の形態１２と同様であ
る。

【００８４】このような構成により、燃焼ガス往路管２
８内を流れる高温の燃焼ガスと、改質ガスマニホールド
６５内の改質ガスとの熱交換を小さく抑えることがで
き、熱効率の低下を避けることができる。即ち、改質ガ
スマニホールド６５内の改質ガスは、改質装置外に取り
出す直前のガスであり、このガスに熱を与えることは、
損失でしかありえないが、上記のような断熱材７０を設
けることで、その損失が防止される。

【００８５】実施の形態１９．図２２はこの発明の実施
の形態１９による改質装置の断面図である。この例で
は、改質触媒層２４内の燃焼ガス往路管２８の燃焼ガス
上流側に、円筒状の断熱材７１が設けられている。他の
構成は、上記実施の形態１２と同様である。

【００８６】上記のような断熱材７１を設けることによ
り、その部分における高温の燃焼ガスと改質触媒層２４
との熱交換が小さく抑えられる。このように熱交換を小
さく抑える理由について、以下に説明する。

【００８７】通常、燃焼ガスの温度は、燃焼ガス復路管
２９内よりも燃焼ガス往路管２８内の方が高いため、燃
焼ガス往路管２８から改質触媒層２４に供給する熱の方
が燃焼ガス復路管２９から供給する熱よりも大きくな
る。しかし、この差が大きくなると、改質触媒層２４の
出口側で改質ガスの温度が低くなり、必要な改質反応が
得られなくなったり、熱効率が悪くなったりする。

【００８８】簡単のため、最も極端な例として燃焼ガス
復路管側からの伝熱がゼロの場合（完全な並行流伝熱）
の軸方向の温度分布を図２３に示す。この場合、触媒層
出口部において、燃焼ガスと触媒層温度とがほぼ同じ温
度（約７００℃）となっており、燃焼ガス往路管２８の
伝熱面積を増やしてもこれ以上の熱交換は起こり得な
い。また、図２に示したように理想的に並行流と対向流
とが併存する場合に比べて、触媒層出口温度は１００℃
程度低く、必要な改質ガス組成が得られないことがわか
る。さらに、燃焼ガスの排出温度も図２に比べてやはり
１００℃程度高いことより、熱効率が悪いことがわか
る。

【００８９】つまり、燃焼ガス復路管２９から改質触媒
層２４への伝熱量と同程度となるように、燃焼ガス往路
管２８から改質触媒層２４への伝熱を抑制することで、
熱効率を向上させることができる。このような伝熱抑制
の手段として、この実施の形態１９では燃焼ガス往路管
２８内に断熱材７１が設けられている。

【００９０】なお、伝熱抑制を改質触媒層２４の上部で
実施すると、燃焼ガス復路管２９から改質触媒層２４へ
の伝熱を小さくしてしまい、不適当であるため、伝熱抑
制は改質触媒層２４の下部で行うのが良い。

【００９１】実施の形態２０．図２４はこの発明の実施
の形態２０による改質装置の断面図である。この例で
は、燃焼ガス往路管２８よりも大径の燃焼ガス復路管７
２が用いられている。他の構成は、上記実施の形態１２
と同様である。

【００９２】上記実施の形態１９では、往復の反応管か
ら改質触媒層２４への伝熱のバランスを取るため、燃焼
ガス往路管２８側の伝熱を減少させる方法を示したが、
この実施の形態２０では、このために燃焼ガス復路管７
２の口径を燃焼ガス往路管２８よりも大きくし、相対的
に伝熱面積を増加することで、燃焼ガス復路管７２の伝
熱量を増加させ、燃焼ガス往路管２８の伝熱量に近づけ
ている。これにより、改質装置の効率が向上する。

【００９３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明の
改質装置は、改質触媒層内に燃焼ガス往路管及び燃焼ガ
ス復路管を設け、原燃料の流れと同方向及び逆方向に燃
焼ガスを流すようにしたので、改質反応に十分な温度を
確保しつつ、反応管が高温になるのを防止し、信頼性を
向上させることができる。

【００９４】また、請求項２によれば、燃焼ガス反転部
として燃焼ガス中間マニホールドを用いたので、簡単な
構成で燃焼ガスがスムーズに反転される。

【００９５】さらに、請求項３の発明によれば、反応容
器内に仕切り壁を固定して燃焼ガス中間マニホールドを
形成する場合において、仕切り壁の固定部よりも改質触
媒層側の反応容器の壁部の一部をベローズ部で構成した
ので、燃焼ガス往路管及び燃焼ガス復路管と反応容器と
の高温時の熱伸び差がベローズ部により吸収され、信頼
性が向上する。

【００９６】さらにまた、請求項４の発明によれば、伸
縮可能な支持部材を介して燃焼ガス中間マニホールドを
反応容器内に取り付けたので、燃焼ガス往路管及び燃焼
ガス復路管と反応容器との高温時の熱伸び差が支持部材
の伸縮により吸収され、信頼性が向上する。

【００９７】また、請求項５の発明によれば、各燃焼ガ
ス往路管と各燃焼ガス復路管とを複数の管継手により個
々に接続したので、運転時に燃焼ガス往路管及び燃焼ガ
ス復路管に熱伸びが生じても反応容器に過大な応力が生
じず、信頼性が向上する。

【００９８】さらに、請求項６の発明によれば、Ｕ字状
のベンド管を用いて燃焼ガス往路管と燃焼ガス復路管と
を接続したので、燃焼ガス往路管を通過した燃焼ガスを
より確実かつスムーズに燃焼ガス復路管に導入すること
ができる。また、ベンド管は改質触媒層内に設けられて
いるので、燃焼ガス管の温度上昇が抑えられる。

【００９９】さらにまた、請求項７の発明によれば、改
質触媒層を開放するための蓋を、反応容器に着脱可能に
設けたので、触媒の交換費用の削減及び交換期間の短縮
を図ることができる。

【０１００】また、請求項８の発明によれば、燃焼ガス
往路管及び燃焼ガス復路管の配置の乱れがスペーサによ
り防止され、改質効率が向上する。

【０１０１】さらに、請求項９の発明によれば、改質触
媒層から排出された改質ガスが、改質触媒層の外側を改
質触媒層内の原燃料とは逆方向に流れるので、改質ガス
の顕熱を改質触媒層で回収することができ、効率の向上
及び改質装置のコンパクト化を図ることができる。

【０１０２】さらにまた、請求項１０の発明によれば、
改質ガスの顕熱を改質触媒層で回収することができると
ともに、さらに改質ガスの顕熱を改質触媒層に導入する
前の原燃料の予熱ができ、効率の向上及び改質装置のコ
ンパクト化を図ることができる。

【０１０３】また、請求項１１の発明によれば、改質ガ
スが改質触媒層の下流端の延長上に集められた後に改質
ガス排出部から排出されるようになっているので、改質
触媒層の下流端の延長上からの放熱を抑えることがで
き、効率を向上させることができる。

【０１０４】さらに、請求項１２の発明によれば、燃焼
ガス管が通った改質触媒層に導入される前の原燃料の流
路に別の改質触媒層を設け、そこでの改質反応に改質ガ
スの顕熱を利用するようにしたので、効率の向上及び改
質装置のコンパクト化を図ることができる。

【０１０５】さらにまた、請求項１３の発明によれば、
ＣＯ変成触媒により改質ガスにＣＯ変成反応をさせるよ
うにしたので、効率の向上を図ることができる。また、
装置外に別にＣＯ変成器がある場合は、そのＣＯ変成器
のコンパクト化を図ることができる。

【０１０６】また、請求項１４の発明によれば、改質触
媒層を通過した改質ガスを改質触媒層内の原燃料と逆方
向へ流す複数の改質ガス管を、改質触媒層内に設けたの
で、改質ガスの顕熱が改質触媒層に伝えられ、改質触媒
層での改質効率が向上し、改質触媒層を小さくして全体
のコンパクト化を図ることができる。

【０１０７】さらに、請求項１５の発明によれば、改質
ガス管を通過した改質ガスが、改質ガスマニホールドに
集められてから改質ガス排出部に導入されるため、構造
が簡単である。

【０１０８】さらにまた、請求項１６の発明によれば、
改質ガスマニホールドがパイプ状であるため、加工コス
トを低減できるとともに全体のコンパクト化を図ること
ができる。

【０１０９】また、請求項１７の発明によれば、燃焼ガ
ス往路管、燃焼ガス復路管及び改質ガス管を、三角千鳥
配列で改質触媒層内に配列したので、効率の向上及び全
体のコンパクト化を図ることができる。

【０１１０】さらに、請求項１８の発明によれば、燃焼
ガス往路管、燃焼ガス復路管及び改質ガス管が三角千鳥
配列で配列され、かつ本数の比が１：１：１であるた
め、効率を一層向上させ、全体のコンパクト化を図るこ
とができる。

【０１１１】さらにまた、請求項１９の発明によれば、
燃焼ガス往路管及び燃焼ガス復路管の少なくともいずれ
か一方にベローズ部が設けられているので、信頼性が向
上する。

【０１１２】また、請求項２０の発明によれば、ベロー
ズ部がベローズカバーにより覆われているので、ベロー
ズ部及び改質触媒の破損を防止することができる。

【０１１３】さらに、請求項２１の発明によれば、燃焼
ガス往路管の燃焼ガス排出マニホールド内を通過する部
分に断熱材を設けたので、燃焼ガス往路管内の燃焼ガス
から燃焼ガス排出マニホールド内の燃焼ガスへの伝熱が
抑制され、熱効率の低下を避けることができる。

【０１１４】さらにまた、請求項２２の発明によれば、
燃焼ガス往路管の改質ガスマニホールドを通過する部分
に断熱材が設けられているので、燃焼ガス往路管内を流
れる高温の燃焼ガスと、改質ガスマニホールド内の改質
ガスとの熱交換を小さく抑えることができ、熱効率の低
下を避けることができる。

【０１１５】また、請求項２３の発明によれば、改質触
媒層内の燃焼ガス往路管の燃焼ガス上流側に断熱材が設
けられているので、燃焼ガス往路管から改質触媒層への
伝熱が適度に抑制され、熱効率を向上させることができ
る。

【０１１６】さらに、請求項２４の発明によれば、燃焼
ガス往路管の径よりも燃焼ガス復路管の径の方が大きく
なっているので、燃焼ガス復路管の伝熱量が増加し、燃
焼ガス往路管の伝熱量に近づけることができ、熱効率を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１による改質装置の断
面図である。

【図２】図１の改質装置の軸方向の温度分布の一例を
示す相対長さと温度との関係図である。

【図３】この発明の実施の形態２による改質装置の断
面図である。

【図４】この発明の実施の形態３による改質装置の断
面図である。

【図５】この発明の実施の形態４による改質装置の断
面図である。

【図６】この発明の実施の形態５による改質装置の断
面図である。

【図７】この発明の実施の形態６による改質装置の断
面図である。

【図８】図７のスペーサを示す平面図である。

【図９】この発明の実施の形態７による改質装置の断
面図である。

【図１０】この発明の実施の形態８による改質装置の
断面図である。

【図１１】この発明の実施の形態９による改質装置の
断面図である。

【図１２】この発明の実施の形態１０による改質装置
の断面図である。

【図１３】この発明の実施の形態１１による改質装置
の断面図である。

【図１４】この発明の実施の形態１２による改質装置
の断面図である。

【図１５】この発明の実施の形態１３による改質装置
の断面図である。

【図１６】図１５の要部平面図である。

【図１７】この発明の実施の形態１４による改質触媒
層内の配管配列状態を示す平面図である。

【図１８】この発明の実施の形態１５による改質装置
の断面図である。

【図１９】この発明の実施の形態１６による改質装置
の断面図である。

【図２０】この発明の実施の形態１７による改質装置
の断面図である。

【図２１】この発明の実施の形態１８による改質装置
の断面図である。

【図２２】この発明の実施の形態１９による改質装置
の断面図である。

【図２３】単純平行流の場合の軸方向の温度分布の一
例を示す相対長さと温度との関係図である。

【図２４】この発明の実施の形態２０による改質装置
の断面図である。

【図２５】従来の改質装置の一例の断面図である。

【図２６】図２５の改質装置の軸方向の温度分布の一
例を示す相対長さと温度との関係図である。

【符号の説明】

６燃焼ガス供給手段、２２，３８，４６，５５，６１
反応容器、２４，６２改質触媒層、２５仕切り
壁、２６，３５燃焼ガス中間マニホールド（燃焼ガス
反転部）、２７燃焼ガス排出マニホールド、２８燃
焼ガス往路管、２９，７２燃焼ガス復路管、３０燃
焼ガス排出部、３２原燃料導入部、３３改質ガス排出
部、３４，６７ベローズ部、３６支持部材、３７
ベンド管（管継手）、４０蓋、４３スペーサ、４
４，５１内部容器、４５外部容器、５２第１の管
状壁部、５３第２の管状壁部、５４第３の管状壁
部、６３ＣＯ変成触媒層、６４改質ガス管、６５，
６６改質ガスマニホールド、６８ベローズカバー、
６９，７０，７１断熱材。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応容器と、この反応容器内に設けられ、原燃料を改質ガスに改質す
る改質触媒からなる改質触媒層と、この改質触媒層に上記原燃料を導入するための原燃料導
入部と、上記改質触媒層から上記改質ガスを排出するための改質
ガス排出部と、燃焼ガスを発生させる燃焼ガス供給手段と、上記改質触媒層内を通るように設けられ、上記燃焼ガス
供給手段で発生した燃焼ガスを上記改質触媒層内の上記
原燃料の流れと同方向へ流す複数の燃焼ガス往路管と、上記改質触媒層内を通るように設けられ、上記燃焼ガス
往路管を通過した燃焼ガスを上記改質触媒層内の上記原
燃料の流れと逆方向へ流す複数の燃焼ガス復路管と、上記燃焼ガス往路管を通過した燃焼ガスを反転させて上
記燃焼ガス復路管に導入する燃焼ガス反転部と、上記燃焼ガス復路管を通過した燃焼ガスを外部へ排出す
る燃焼ガス排出部とを備えていることを特徴とする改質
装置。
【請求項２】燃焼ガス反転部は、各燃焼ガス往路管を
流れた燃焼ガスを集めて燃焼ガス復路管へ導入する燃焼
ガス中間マニホールドであることを特徴とする請求項１
記載の改質装置。
【請求項３】燃焼ガス中間マニホールドは、仕切り壁
を反応容器内に固定することにより上記反応容器内に形
成されており、かつ上記仕切り壁の固定部よりも改質触
媒層側の上記反応容器の壁部の一部がベローズ部により
構成されていることを特徴とする請求項２記載の改質装
置。
【請求項４】燃焼ガス中間マニホールドは、伸縮可能
な支持部材を介して反応容器内に取り付けられているこ
とを特徴とする請求項２記載の改質装置。
【請求項５】燃焼ガス反転部は、各燃焼ガス往路管と
各燃焼ガス復路管とを個々に接続する複数の管継手であ
ることを特徴とする請求項１記載の改質装置。
【請求項６】管継手は、改質触媒層内に設けられてい
るＵ字状のベンド管であることを特徴とする請求項５記
載の改質装置。
【請求項７】改質触媒層を開放するための蓋が、反応
容器に着脱可能に設けられていることを特徴とする請求
項５又は請求項６記載の改質装置。
【請求項８】燃焼ガス往路管及び燃焼ガス復路管を挿
通させる複数の孔が設けられており、上記燃焼ガス往路
管及び上記燃焼ガス復路管の間隔変化を防止するスペー
サが反応容器内に設けられていることを特徴とする請求
項５ないし請求項７のいずれかに記載の改質装置。
【請求項９】反応容器は、改質触媒層を収容し、原燃
料の下流端が開放している内部容器と、この内部容器の
外側に設けられている外部容器とを有しており、上記改
質触媒層から排出された改質ガスが、上記内部容器の外
周部に沿って上記改質触媒層内の上記原燃料とは逆方向
に流れてから改質ガス排出部へ流れるようになっている
ことを特徴とする請求項５ないし請求項８のいずれかに
記載の改質装置。
【請求項１０】反応容器は、改質触媒層を収容し、原
燃料の下流端が開放している内部容器と、この内部容器
を囲繞する第１の管状壁部と、この第１の管状壁部を囲
繞する第２の管状壁部と、この第２の管状壁部を囲繞す
る第３の管状壁部とを有しており、原燃料導入部から導
入された原燃料が、上記第２の管状壁部と上記第３の管
状壁部との間を流れてから上記改質触媒層に導入される
ようになっているとともに、上記改質触媒層から排出さ
れた改質ガスが、上記内部容器と第１の管状壁部との間
を上記改質触媒層内の上記原燃料とは逆方向に流れた
後、上記第１の管状壁部と上記第２の管状壁部との間を
上記改質触媒層内の上記原燃料と同方向に流れてから、
改質ガス排出部へ流れるようになっていることを特徴と
する請求項５ないし請求項８のいずれかに記載の改質装
置。
【請求項１１】改質触媒層の下流端の延長上に改質ガ
ス排出部が配置されており、第１の管状壁部と第２の管
状壁部との間を流れた改質ガスが、上記改質触媒層の下
流端の延長上に集められた後、上記改質ガス排出部から
排出されるようになっていることを特徴とする請求項１
０記載の改質装置。
【請求項１２】第２の管状壁部と第３の管状壁部との
間の少なくとも一部に、改質触媒が充填されていること
を特徴とする請求項１０又は請求項１１記載の改質装
置。
【請求項１３】第１の管状壁部と第２の管状壁部との
間の少なくとも一部に、ＣＯ変成触媒が充填されている
ことを特徴とする請求項１０ないし請求項１２のいずれ
かに記載の改質装置。
【請求項１４】改質触媒層を通過した改質ガスを上記
改質触媒層内の原燃料と逆方向へ流す複数の改質ガス管
が、上記改質触媒層内を通るように設けられており、上
記改質ガス管を通過した改質ガスが改質ガス排出部に導
入されるようになっていることを特徴とする請求項１な
いし請求項８のいずれかに記載の改質装置。
【請求項１５】改質ガス管を通過した改質ガスは、改
質ガスマニホールドに集められてから改質ガス排出部に
導入されることを特徴とする請求項１４記載の改質装
置。
【請求項１６】改質ガスマニホールドがパイプ状であ
ることを特徴とする請求項１５記載の改質装置。
【請求項１７】燃焼ガス往路管、燃焼ガス復路管及び
改質ガス管は、三角千鳥配列で改質触媒層内に配列され
ていることを特徴とする請求項１４ないし請求項１６の
いずれかに記載の改質装置。
【請求項１８】燃焼ガス往路管、燃焼ガス復路管及び
改質ガス管の本数の比が１：１：１であることを特徴と
する請求項１７記載の改質装置。
【請求項１９】燃焼ガス往路管及び燃焼ガス復路管の
少なくともいずれか一方にベローズ部が設けられている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項１８のいずれか
に記載の改質装置。
【請求項２０】ベローズ部は、ベローズカバーにより
覆われていることを特徴とする請求項１９記載の改質装
置。
【請求項２１】燃焼ガス復路管を通過した燃焼ガスを
集めて燃焼ガス排出部に導く燃焼ガス排出マニホールド
が設けられており、燃焼ガス往路管の上記燃焼ガス排出
マニホールド内を通過する部分に断熱材が設けられてい
ることを特徴とする請求項１ないし請求項２０のいずれ
かに記載の改質装置。
【請求項２２】燃焼ガス往路管の改質ガスマニホール
ドを通過する部分に断熱材が設けられていることを特徴
とする請求項１５記載の改質装置。
【請求項２３】改質触媒層内の燃焼ガス往路管の燃焼
ガス上流側に断熱材が設けられていることを特徴とする
請求項１ないし請求項２２のいずれかに記載の改質装
置。
【請求項２４】燃焼ガス往路管の径よりも燃焼ガス復
路管の径の方が大きくなっていることを特徴とする請求
項１ないし請求項２３のいずれかに記載の改質装置。