JPH09306532A

JPH09306532A - 燃料電池用反応器

Info

Publication number: JPH09306532A
Application number: JP8125968A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Sakamoto; 滋坂本; Katsuya Oda; 勝也小田; Ryuji Hatayama; 龍次畑山; Takamasa Matsubayashi; 孝昌松林; Yasuo Miyake; 泰夫三宅
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-05-21
Filing date: 1996-05-21
Publication date: 1997-11-28
Anticipated expiration: 2016-05-21
Also published as: JP3369846B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高温体の周りに設けられた二重筒管構造の燃
料電池用反応器において、触媒層に分配されるガスの温
度を均一化することによって、触媒反応を良好に行うこ
とのできるものを提供する。【解決手段】ＣＯ変成器４は、バッファ槽３９のまわ
りに予熱槽４０が設けられ、バッファ槽３９と予熱槽４
０との間は熱伝導性の仕切板３８仕切られている。仕切
板３８には、ガス入口４２から環状空間内を略半周離隔
した部位に、予熱槽４０からバッファ槽３９へのガス連
絡口３８ａが設けられている。ガスが予熱槽４０を流れ
るとき、バッファ槽３９から加を受けて昇温する。一
方、ガスがバッファ槽３９を流れるとき、高温の改質器
３から熱が伝わるが、予熱槽４０に熱が吸収されるの
で、触媒層３５に分配されるガスの温度は均一化され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、改質器，ＣＯ変成
器や脱硫器等の燃料電池用反応器に関し、特に高温体の
周りに設けられた二重筒管構造の燃料電池用反応器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、一般的に、電極を配したセ
ルに、水素リッチなガスと空気とを供給し、電気化学的
に反応させて発電を行う。水素リッチなガスとしては、
天然ガス，メタノ−ル，ナフサ等の原料を水蒸気と混合
し改質用の触媒で反応させて生成した改質ガスが広く用
いられている。ここでの改質反応は、下記化１に示され
るような反応式で表され、主に７００〜８００℃程度の
高温下でなされる。

【０００３】

【化１】ここで生成される改質ガスにはある程度（十数％）の一
酸化炭素が含まれているが、一酸化炭素は電極の触媒能
を低下させる原因となるので、これを防ぐため、転化用
触媒を備えたＣＯ変成器を通して、改質ガス中の一酸化
炭素を下記化２の反応で二酸化炭素に転化反応してから
燃料電池に供給するようにしている改質システムが多
い。ＣＯ変成器は改質器より低温（１８０〜３００℃程
度）で運転されるが、これは、化２の反応が平衡状態に
達すると、低温度である方が一酸化炭素濃度が低濃度と
なるように平衡がずれるからである。

【０００４】

【化２】このような改質システムには、図８に示されるような、
外観円柱状の改質器のまわりに、二重円筒管内に転化用
触媒が充填されたＣＯ変成器が設けられたものも開発さ
れており、改質器の熱がＣＯ変成器の加熱に利用でき、
熱ロスが低減される点で優れている（例えば特開平６−
１４００６８号公報）。

【０００５】ところで、この二重円筒管構造のＣＯ変成
器は、触媒層の１３５の入口側に沿って環状のバッファ
槽１３９が設けられており、ガス入口１４２からバッフ
ァ槽１３９に導入された改質ガスは２つに分岐され、バ
ッファ槽１３９内を約半周旋回しながら触媒層１３５に
分配され、更に、触媒層１３５内を管軸方向に流通しな
がら転化されるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このＣＯ変成器１０４
では、バッファ槽１３９内を流通する改質ガスは、高温
の改質器１０３から熱を受けるので、ガス入口１４２か
ら離隔するほど温度は上昇し、ガス入口１４２と反対側
の部位で最もガス温度が高くなる。即ち、触媒層１３５
に分配される改質ガスの温度が不均一になる。

【０００７】触媒層１３５に入る改質ガスの温度が不均
一であると、部分的にガス温度が低くなって転化反応が
不十分となったり、部分的にガス温度が高くなって一酸
化炭素の濃度が十分に低減されないという状態が生じや
すい。なお、このような課題は、ＣＯ変成器だけに限ら
れず、例えば、高温の流体が流れる管の外周に設けられ
た二重筒管構造で、内部に脱硫用の触媒を備えた構造の
脱硫器においても、同様に触媒層に入るガス温度が不均
一となり、脱硫反応にとって好ましくない状態が生じ得
る。

【０００８】本発明は、このような課題に鑑み、高温体
の周りに設けられた二重筒管構造の燃料電池用反応器に
おいて、触媒層に分配されるガスの温度を均一化するこ
とによって、触媒反応を良好に行うことのできるものを
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、このような二重筒管構造の燃料電池用反
応器において、高温体からバッファ槽に伝わる熱を吸収
する予熱槽をバッファ槽に隣接して設け、予熱槽のガス
入口から環状空間内を略半周離隔した部位に、予熱槽か
らバッファ槽へのガス連絡口を設けた。

【００１０】このような構成の燃料電池用反応器におい
ては、ガス入口から流入したガスは予熱層内で分岐し
て、予熱槽内をガス連絡口に向かって約半周旋回し、合
流してガス連絡口からバッファ槽に流れる。そして、バ
ッファ槽内で分岐し、バッファ槽内をガス入口に向かっ
て約半周旋回しながら触媒層に分配される。ガスが予熱
槽内を流れるときには、高温体からバッファ槽に伝わる
熱を吸収しながら温度上昇する。一方、ガスがバッファ
層内を流れるときには、高温体から熱を受け温度上昇し
ようとするが、予熱槽のガスによって熱が吸収される。

【００１１】従って、ガスが予熱槽内を流れるときには
温度を上昇させ、バッファ槽内を流れるときには、高温
体から受ける熱と予熱槽に吸収される熱とのバランスを
とって、温度の上昇を抑制することができるので、触媒
槽に分配されるガスの温度分布を均一化することができ
る。ここで、予熱槽とバッファ槽とを、熱伝導性部材か
らなる第一の仕切板で仕切り、ガス連絡口を第一の仕切
板に開設した構成とすることができる。この場合、ＣＯ
変成器の構造を比較的簡単にすることができる。

【００１２】また、予熱槽をバッファ槽と外管との間に
介挿させた構造とすることができ、この場合、バッファ
槽は、高温体により内側から加熱されると共に、予熱槽
により外側から冷却される。従って、ガスがバッファ槽
を流れるときの加熱と冷却のバランスを調整しやすい。
また、第一の仕切板を平板状とし、その板面を管軸と略
垂直方向に設けることもできる。この場合、予熱槽は高
温体からも熱を受けるので、ガスが予熱槽を流れるとき
の昇温作用が大きい。また、第一の仕切板は平板状なの
で製造が簡単であって、空間内における第一の仕切板の
位置も容易に調整することができる。

【００１３】また、第一の仕切板として熱伝導性の管を
用い、これをバッファ槽の中に設けた構成とすることも
でき、この場合、比較的容易に予熱槽及びバッファ槽を
設けることができる。また、予熱槽を内周板とバッファ
槽との間に介挿させた構造とすることもでき、この場
合、高温体からバッファ槽への伝熱は予熱層で遮断さ
れ、予熱槽を流れるガスはこの熱を吸収するので、ガス
が予熱槽を流れるときの昇温作用は大きい。

【００１４】また、バッファ槽と触媒層との間に複数の
ガス分配孔が開設された第二の仕切板を挿設することも
でき、この場合、触媒層に分配されるガスは、第二の仕
切板によって整流され、より均一的にガスが触媒層に分
配される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明を行う。（実施の形態１）（改質システムの全体構成の説明）図１は、本発明の一
実施形態にかかる二重円筒管構造のＣＯ変成器を備えた
燃料ガス改質システムの概略構成図である。

【００１６】この燃料ガス改質システムは、燃料ガス原
料（天然ガスや都市ガス等）から硫黄成分を除去する脱
硫器１と、燃料ガスを水蒸気改質して水素リッチな改質
ガスを生成する円柱形の改質器３と、改質器３の外周に
設けられた二重円筒管構造で改質ガス中の一酸化炭素を
二酸化炭素に転化するＣＯ変成器４と、ＣＯ変成器４を
冷却する水配管５と、水蒸気中の水を分離して除く気水
分離器６と、改質器３からの改質ガスの熱で水蒸気を加
熱する熱交換器７と、燃料ガスに水蒸気を混合するエゼ
クタ８等から構成されている。

【００１７】また、エゼクタ８から改質器３に燃料ガス
を送る配管Ａ、改質器３から熱交換器７を経由してＣＯ
変成器４に改質ガスを送り込む配管Ｂ、気水分離器６か
ら熱交換器７を経由してエゼクタ８に水蒸気を送り込む
配管Ｃ等の配管系も配設されている。脱硫器１は、円筒
容器の中に脱硫用の触媒が充填されており、その周囲に
は脱硫器１を運転温度（２００〜３００℃）に保つため
のヒ−タ２が配設されている。

【００１８】図２は、図１に示す燃料ガス改質システム
の改質器及びＣＯ変成器の断面図であり、図３はＣＯ変
成器の斜視図である。改質器３は、円柱状の外容器１１
と、外容器１１の下面１１ｂ側から中央部に挿設された
円筒状の燃焼筒１２と、燃焼筒１２の下側に取り付けら
れたバーナ１３と、外容器１１の上面１１ａ側から挿設
された反応槽２０とから構成されている。

【００１９】バーナ１３は、燃料ガス原料や燃料電池１
４からの未反応ガスを、外部のファン（不図示）から供
給される空気と混合し、燃焼筒１２内で燃焼させて、高
温の燃焼ガスを燃焼筒１２から排出させる。反応槽２０
は、円筒状の内周板２１及び外周板２２と，円形の外天
板２３及び内天板２４と、円環状の下板２５によって囲
まれてなる二重円筒管状の容器の中に円筒状の触媒層２
６が設けられて構成されている。内周板２１と外周板２
２の間隙は、円筒状の仕切板２７によって内側と外側の
間隙に仕切られており、上記の触媒層２６は、内周板管
２１と仕切り板２７の間の内側間隙に改質用触媒が充填
されて形成されている。

【００２０】外天板２３の中央部にガス入口２８ａ，外
周板２２の上端部にガス出口２８ｂ，が設けられてお
り、ガス入口２８ａから送り込まれ水蒸気を含む燃料ガ
スは、触媒層２７内を下降しながら触媒反応によって水
素リッチな改質ガスに改質され、外周板２２と仕切り板
２７との外側間隙を上り、ガス出口２８ｂから配管Ｂに
流れ込むようになっている。

【００２１】反応槽２０の下面側には、内管２１及び内
天板２４によって囲まれた凹状空間が形成されている
が、上記燃焼筒１２は、この凹状空間に挿設されてい
る。燃焼筒１２の上端から排出される高温の燃焼ガス
は、図２中実線矢印Ｇで示されるように、燃焼筒１２と
内管２１との間隙を下降した後、外周板２２と外容器１
１との間隙を上昇して、外容器１１側面の上端近くに取
付けられた燃焼ガス排出口２９から排出されるが、この
燃焼ガスによって、触媒層２６が反応に適した温度（７
００〜８００℃）に加熱されるようになっている。

【００２２】ＣＯ変成器４は、円筒状の内周板３１と外
周板３２、及び円環状の上板３３と下板３４からなる二
重円筒管状の容器３０の中に、円筒状の触媒層３５が設
けられて構成されている。ＣＯ変成器４は、改質器３の
外周に、断熱材９を介して周設されて一体となってお
り、その全体が断熱材１０によって覆われている。この
ような構造によって、装置がコンパクトになると共に、
改質器３から放出される熱が、ＣＯ変成器４の加熱に利
用され、外部に放出される熱も低減される。なお、ＣＯ
変成器４の詳しい構成については後述する。

【００２３】（改質システムの運転動作についての説
明）図１を参照しながら、改質システムの運転動作につ
いて説明する。ヒ−タ２で加熱された脱硫器１に燃料ガ
ス原料が供給され脱硫される。そして、エゼクタ８で気
水分離器６からの水蒸気と混合され、配管Ａを経由し、
バーナ１３により７５０℃程度に加熱された改質器３に
供給される。

【００２４】改質器３では、上記化１，化２の反応によ
り燃料ガスが水蒸気改質され、水素リッチな改質ガスが
生成されるが、これには一酸化炭素が十数％含まれてい
る。改質器３から配管Ｂに排出される改質ガスは高温
（４００℃程度）であるが、熱交換器７を通過するとき
に、気水分離器６から配管Ｃを通ってエゼクタ８に供給
される水蒸気を加熱するため、２００℃程度にまで冷却
されてＣＯ変成器４に送り込まれる。

【００２５】ＣＯ変成器４は、改質器３からの熱で加熱
されながら水配管５で冷却されて、１８０〜３００℃程
度に保たれる。ＣＯ変成器４では、改質器３からの改質
ガス中に含まれている一酸化炭素が上記化２の反応によ
り二酸化炭素に転化され、燃料電池には一酸化炭素濃度
の低い改質ガスが供給される。水配管５はＣＯ変成器４
からの熱で水蒸気を生成する。気水分離器６は、外部の
ボイラ（不図示）及び水配管５から供給される水蒸気の
気水分離を行う。

【００２６】（ＣＯ変成器４の構成及び効果についての
説明）図２，３を参照しながらＣＯ変成器４の詳しい構
成について説明する。容器３０内の下部には、円環状の
整流板３６が取り付けられており、容器３０内の空間
は、整流板３６によって上下に仕切られている。上述し
た触媒層３５は、整流板３６上に載置された触媒支持網
板３７の上に一酸化炭素転化反応用の触媒が充填されて
形成されている。

【００２７】また、整流板３６の下側の円環状の空間
は、円筒状の仕切板３８によって内側空間（バッファ槽
３９）及び外側空間（予熱槽４０）に仕切られている。
整流板３６には、バッファ槽３９から触媒層３５に改質
ガスを送り込む複数の分配孔５１（図２，３では不図
示、図４参照）が、ほぼ等間隔で円周状に開設されてい
る。仕切板３８は、金属等の熱伝導性の材質で形成さ
れ、予熱槽４０とバッファ槽３９との間で熱交換がなさ
れるようになっている。

【００２８】容器３０内において、触媒層３５の上側に
は円環状の空間４１が形成され、転化反応後の改質ガス
がこの空間４１で集合するようになっている。外周板３
２には、予熱槽４０に改質ガスを導入するガス入口４２
と、空間４１から改質ガスを排出するガス出口４３が設
けられている。また仕切板３８には、ガス入口４２と１
８０°反対側の位置に窓３８ａが開設され、予熱槽４０
からバッファ層３９にはこの窓３８ａを通って改質ガス
が送り込まれるようになっている。

【００２９】上述した水配管５は、ＣＯ変成器４の外周
板３２に沿って螺旋状に巻き付けられている。なお、水
配管５は、触媒層３５の下部は比較的高温（３００℃程
度）に、触媒層３５の上部は比較的低温（２００℃程
度）にコントロールできるように配設されている。これ
は、改質ガスが触媒層３５内を流れるとき、まず化２の
反応を平衡状態まで進め、次に一酸化炭素を低下させる
方向に平衡を移動させるよう反応をコントロールするた
めである。

【００３０】触媒層３５の厚みＷは、燃料ガスの処理量
に応じて必要な触媒量に基づいて設定されるが、厚みＷ
が大きくなるに伴って触媒層３５の内側と外側との温度
差が大きくなるので、あまり大きくならないよう設定す
ることが望ましい。図４（ａ），（ｂ）は、ＣＯ変成器
４の垂直方向及び水平方向の概略断面図である。図４を
参照しながら、ＣＯ変成器４の機能及び効果について説
明する。

【００３１】改質ガスの流れは図中に太線矢印で示され
ている。ガス入口４２から送り込まれた改質ガスは、予
熱槽４０内で分岐して窓３８ａに向かって各々約１８０
℃旋回した後、合流して窓３８ａを通ってバッファ層３
９に送り込まれる。そして、バッファ層３９内で分岐し
て、ガス入口４２に向かって約１８０℃旋回しながら分
配孔５１を通って触媒層３５に分配される。分配された
改質ガスは、触媒層３５内を上昇しながら転化反応が施
され、空間４１で集合してガス出口４３から燃料電池に
送り込まれる。

【００３２】改質ガスに対する熱の流れは図中に白抜矢
印で示されている。予熱槽４０を流通する改質ガスは、
バッファ槽３９を流通する改質ガスから仕切板３８を介
して熱を受ける。一方、バッファ槽３９を流通する改質
ガスは、改質器３から熱を受けるが、予熱槽４０を流通
する改質ガスに仕切板３８を介して熱が吸収される。従
って、改質ガスが予熱槽４０を流通するときに温度を上
昇させ、バッファ層３９を流通するときには、熱の授受
のバランスをとって温度の変化を小さくすることができ
る。

【００３３】これにより、分配孔５１を通って触媒槽３
５に分配される改質ガスの温度は均一化されるので、燃
料電池に送り込む改質ガスの一酸化炭素の濃度を低くす
るのに適した環境を形成することができる。（実施の形態２）本実施形態の改質システムは、実施の
形態１と同様であるが、ＣＯ変成器４の代わりに、ＣＯ
変成器７０が用いられている。

【００３４】図５（ａ），（ｂ）は、ＣＯ変成器７０の
垂直方向及び水平方向の概略断面図である。ＣＯ変成器
７０は、実施の形態１のＣＯ変成器４と同様の構成であ
るが、ＣＯ変成器４では整流板３６の下の円環状の空間
が、円筒状の仕切板３８で仕切られていたのに対して、
ＣＯ変成器７０では、この空間が平板状の円環形の仕切
板７１で上下に仕切られて（仕切板７１の板面が管軸方
向と垂直）、バッファ槽７２と予熱槽７３とが形成され
ている点が異なっている。

【００３５】なお、仕切板７１は、実施の形態１の仕切
板３８と同様、熱伝導性の材料が用いられ、ガス入口４
２と１８０°反対側の位置に窓７１ａが開設されてい
る。図５を参照しながら、ＣＯ変成器７０の機能及び効
果について説明する。改質ガスの流れは、図中に太線矢
印で示される。ガス入口４２から送り込まれた改質ガス
は、実施の形態１と同様、予熱槽７３内で分岐して窓７
１ａに向かって各々約１８０℃旋回した後、合流して窓
７１ａを通ってバッファ層７２に送り込まれる。そし
て、バッファ層７２内で分岐して、ガス入口４２に向か
って約１８０℃旋回しながら分配孔５１を通って触媒層
３５に分配される。

【００３６】改質ガスに対する熱の流れは、図中白抜矢
印で示される。予熱槽７３を流通する改質ガスは、バッ
ファ槽７２を流通する改質ガスから仕切板７１を介して
熱を受ける点は実施の形態１と同様であり、それと共に
改質器３からも内周板３１を介して熱を受ける。一方、
バッファ槽７２を流通する改質ガスは、実施の形態１と
同様、改質器３から熱を受けるが予熱槽７３を流通する
改質ガスに仕切板７１を介して熱が吸収される。

【００３７】従って、実施の形態１と同様、改質ガスが
予熱槽７３を流通するときに温度を上昇させ、バッファ
槽７２を流通するときには、熱の授受のバランスをとっ
て温度の変化を小さくすることができる。また、実施の
形態１と比べて、予熱槽７３を流通する改質ガスを昇温
する作用が大きい。（実施の形態３）本実施形態の改質システムは、実施の
形態１と同様であるが、ＣＯ変成器４の代わりに、ＣＯ
変成器８０が用いられている。

【００３８】図６（ａ），（ｂ）は、ＣＯ変成器８０の
垂直方向及び水平方向の概略断面図である。本実施形態
のＣＯ変成器８０は、実施の形態１のＣＯ変成器４と同
様の構成であるが、ＣＯ変成器４では仕切板３８の内側
がバッファ槽３９，外側が予熱槽４０であったのに対し
て、ＣＯ変成器８０では、整流板３６の下の円環状の空
間を円筒状の仕切板８１で仕切った外側空間がバッファ
槽８２，外側空間が予熱槽８３となっている。

【００３９】なお、実施の形態１の仕切板３８は熱伝導
性の材料であったが、仕切板８１の材料は熱伝導性でな
くてもよい。また、実施の形態１の仕切板３８と同様、
仕切板８１には、ガス入口４２と１８０°反対側の位置
に、窓８１ａが開設されている。ガス入口４２は、外周
板３２からバッファ槽８２を貫通して予熱槽８３に連結
されている。

【００４０】図６を参照しながら、ＣＯ変成器８０の機
能及び効果について説明する。改質ガスの流れは図中太
線矢印で示されている。ガス入口４２から送り込まれた
改質ガスは、実施の形態１と同様、予熱槽８３内で分岐
して窓８１ａに向かって各々約１８０℃旋回した後、合
流して窓８１ａを通ってバッファ槽８２に送り込まれ
る。そして、バッファ槽８２内で分岐して、ガス入口４
２に向かって約１８０℃旋回しながら分配孔５１を通っ
て触媒層３５に分配される。

【００４１】改質ガスに対する熱の流れは、図中白抜矢
印で示されている。予熱槽８３を流通する改質ガスは、
改質器３から内周板３１を介して熱を受ける。一方、改
質器３とバッファ槽８２との間に予熱槽８３が介挿され
ているので、バッファ槽８２を流通する改質ガスは、改
質器３から熱をあまり受けない。従って、改質ガスが予
熱槽８３を流通するときに温度を上昇させ、バッファ槽
８２を流通するときには、温度の変化を小さくすること
ができる。

【００４２】（実施の形態４）本実施形態の改質システ
ムは、実施の形態１と同様であるが、ＣＯ変成器４の代
わりに、ＣＯ変成器９０が用いられている。図７
（ａ），（ｂ）は、ＣＯ変成器９０の垂直方向及び水平
方向の概略断面図である。

【００４３】ＣＯ変成器９０は、実施の形態１のＣＯ変
成器４と同様の構成であるが、整流板３６の下の円環状
の空間内に、熱伝導性の管を円形に巻いてなるリング管
９１が設置され、リング管９１の外側空間がバッファ槽
９２，内側空間が予熱槽９３となっている。なお、実施
の形態１の仕切板３８と同様、リング管９１には、ガス
入口４２と１８０°反対側の位置に窓９１ａが開設され
ている。

【００４４】ガス入口４２は、外周板３２からバッファ
槽９２を貫通して予熱槽９３に連結されている。図中に
改質ガスの流れは太線矢印，改質ガスに対する熱の流れ
は白抜矢印で示されている。改質ガスの流れ及び改質ガ
スに対する熱の流れは、実施の形態１と同様であって、
従って、バッファ槽９２から分配孔５１を通って触媒槽
３５に分配されるガスの温度は均一化される。

【００４５】

【実施例】

（実施例）本実施例の改質システムは、上記実施の形態
１に基づいている。改質器３は、３ｋＷ級であって、外
径約１５０ｍｍ、高さ約５００ｍｍである。

【００４６】ＣＯ変成器４は、高さが約４００ｍｍ、内
周板３１の径は改質器３の外径１５０ｍｍに断熱材９の
厚み分が加わって約２００ｍｍ、外周板３２の径は約３
００ｍｍ、触媒層３５の高さは約３００ｍｍ、触媒層３
５の厚みＷは約５０ｍｍに設定されている。ＣＯ変成器
４の内周板３１，外周板３２，上板３３，下板３４，整
流板３６，仕切板３８は、すべてステンレス板が用いら
れている。

【００４７】（従来例）本従来例の改質システムは、上
記実施例と同様であるが、予熱槽が設けられていないＣ
Ｏ変成器１０４が用いられている点が異なっている。図
８（ａ），（ｂ）は、ＣＯ変成器１０４の垂直方向及び
水平方向の概略断面図である。

【００４８】ＣＯ変成器１０４は、実施例１のＣＯ変成
器４と同様の構成であるが、仕切板３８が設けられてお
らず、整流板３６の下の円環状の空間全体がバッファ槽
１３９となっている。このＣＯ変成器１０４では、図中
太線矢印で示されるように、ガス入口４２から送り込ま
れた改質ガスは、バッファ槽１３９内で分岐して、約１
８０℃旋回しながら分配孔５１を通って触媒層３５に分
配される。

【００４９】図中白抜矢印で示されるように、バッファ
槽１３９を流通する改質ガスは、改質器３から熱を受け
るが、ＣＯ変成器４の場合のように予熱槽に熱を吸収さ
せることができないので、温度が上昇する。従って、触
媒槽３５に分配されるガスの温度が不均一となる。（実験）上記実施例及び比較例の改質システムを用いて
運転を行い、定常運転時において、各ＣＯ変成器４及び
１０４の触媒層内の温度分布を測定した。

【００５０】温度の測定は、図４（ａ），図８（ａ）に
示すように、触媒層３５の入口位置Ｅ，下部位置Ｌ，中
央位置Ｍ，上部位置Ｈの各上下方向位置において、図４
（ｂ），図８（ｂ）に示すように、ガス入口の位置から
ＣＯ変成器の円周に沿って、０゜（位置α），９０゜
（位置β），１８０゜（位置γ），２７０゜（位置δ）
旋回した水平方向位置について測定した。

【００５１】図９（ａ），（ｂ）は、実施例のＣＯ変成
器４及び比較例のＣＯ変成器１０４についての測定結果
を示すものであって、いずれも、各上下方向位置Ｅ，
Ｌ，Ｍ，Ｈについて、水平方向位置α，β，γ，δと温
度との関係を示す特性図である。（ａ），（ｂ）のいず
れにおいても、位置Ｅよりも位置Ｌで温度が上昇し、位
置Ｍで温度が下降し，位置Ｌでは２００℃程度まで下降
している点は共通である。

【００５２】しかし、位置Ｅのグラフを比較すると、水
平方向位置α，β，γ，δ間の温度のばらつきが、
（ｂ）では大きいのに対して、（ａ）では少ない。即
ち、比較例のＣＯ変成器１０４では、ガス入口に近い位
置αで２５０℃程度、位置β，γでは２９０℃程度、位
置δでは３２０℃程度であって、ガスがバッファ層を流
れるときにかなり昇温していることを示している。

【００５３】これに対して、実施例のＣＯ変成器４で
は、位置α，β，γ，δのいずれも２８０℃程度を示し
ている。これは、ガスの昇温は予熱層でなされ、ガスが
バッファ層を流れるときにほとんど昇温していないこと
を示している。このように、実施例のＣＯ変成器４で
は、比較例のＣＯ変成器１０４と比べて、触媒層に入る
改質ガスの温度が均一化されていることがわかる。

【００５４】（その他の事項）なお、上記実施の形態に
おいては、改質ガスがＣＯ変成器の触媒層内を下から上
に流れる構造を示したが、逆に上から下に流れる構造の
ＣＯ変成器においても同様に実施することができる。ま
た、上記実施の形態においては、ＣＯ変成器の触媒層に
下に整流板が用いられている例を示したが、整流板を設
けなくても実施することができる。

【００５５】また、上記実施の形態においては、二重円
筒管構造のＣＯ変成器の例を示したが、二重円筒管に限
らず、楕円形や多角形の二重筒管構造のＣＯ変成器にお
いて同様に実施することができる。また、上記実施の形
態においては、改質器の周りにＣＯ変成器を設けた改質
システムの例を示したが、本発明は、同様の二重筒管構
造の燃料電池用反応器において適用することができる。
例えば、高温の流体が流れる管の外周に設けられ脱硫用
の触媒を備えた二重筒管構造の脱硫器においても、同様
に実施することができ、触媒層に入るガス温度を均一化
し、脱硫反応に適した環境を形成することができると考
えられる。

【００５６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、高温体
の周りに設けられた二重筒管構造の燃料電池用反応器に
おいて、バッファ槽に隣接して高温体からバッファ槽に
伝わる熱を吸収する予熱槽を設け、予熱槽のガス入口か
ら環状空間内を略半周離隔した部位に、予熱槽からバッ
ファ槽へのガス連絡口を設けた構成とすることにより、
触媒層に分配されるガスの温度を均一化することがで
き、それによって、触媒反応を良好に行うことができ
る。

【００５７】また、このような燃料電池用反応器は、仕
切板を用いることによって、比較的簡単に構成すること
ができる。特に本発明は、燃料電池用のＣＯ変成器に適
用することによって、触媒反応を良好に行い改質ガス中
の一酸化炭素を低減するのに寄与できる点で実用的効果
が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１にかかる二重円筒管構造のＣＯ変
成器を備えた燃料ガス改質システムの概略構成図であ
る。

【図２】図１に示す燃料ガス改質システムの改質器及び
ＣＯ変成器の断面図である。

【図３】図１に示すＣＯ変成器の斜視図である。

【図４】図１に示すＣＯ変成器の垂直方向及び水平方向
の概略断面図である。

【図５】実施の形態２にかかるＣＯ変成器の垂直方向及
び水平方向の概略断面図である。

【図６】実施の形態３にかかるＣＯ変成器の垂直方向及
び水平方向の概略断面図である。

【図７】本実施形態４にかかるＣＯ変成器の垂直方向及
び水平方向の概略断面図である。

【図８】従来例のＣＯ変成器の垂直方向及び水平方向の
概略断面図である。

【図９】実施例のＣＯ変成器及び比較例のＣＯ変成器に
ついての実験の結果を示す特性図である。

【符号の説明】

３改質器４ＣＯ変成器１２燃焼筒１３バーナ１４燃料電池３１内周板３２外周板３５触媒槽３６整流板３８仕切板３８ａ窓３９バッファ槽４０予熱槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松林孝昌大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者三宅泰夫大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高温体の周りに設けられた二重筒管構造
で、内管と外管の間の環状空間内に触媒層及び該触媒層
に供給するガスを一時的に貯蔵するバッファ槽が管軸方
向に層をなすように配設され、ガスがバッファ槽を流通
しながら触媒層に分配され該触媒層内を管軸方向に流通
する燃料電池用反応器において、前記環状空間内には、前記高温体から前記バッファ槽に伝わる熱を吸収する予
熱槽が前記バッファ槽に隣接して設けられており、前記予熱槽のガス入口から環状空間内を略半周離隔した
部位に、該予熱槽からバッファ槽へのガス連絡口が設け
られていることを特徴とする燃料電池用反応器。
【請求項２】前記予熱槽と前記バッファ槽とは、熱伝
導性部材からなる第一の仕切板で仕切られ、前記ガス連絡口は、第一の仕切板に開設されていること
を特徴とする請求項１記載の燃料電池用反応器。
【請求項３】前記予熱槽は、前記バッファ槽と前記外管との間に介挿されていること
を特徴とする請求項２記載の燃料電池用反応器。
【請求項４】前記第一の仕切板は、平板状であって、その板面が管軸方向と略垂直に設けら
れていることを特徴とする請求項２記載の燃料電池用反
応器。
【請求項５】前記第一の仕切板は、前記バッファ槽の中に設けられた管からなることを特徴
とする請求項２記載の燃料電池用反応器。
【請求項６】前記予熱槽は、前記内管と前記バッファ槽との間に介挿されていること
を特徴とする請求項１の燃料電池用反応器。
【請求項７】前記触媒層と前記バッファ槽との間に、複数のガス分配孔が開設された第二の仕切板が挿設され
ていることを特徴とする請求項１〜６記載の燃料電池用
反応器。