JPH10287401A

JPH10287401A - 改質装置

Info

Publication number: JPH10287401A
Application number: JP9091022A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Tsuru; 潔都留
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-04-09
Filing date: 1997-04-09
Publication date: 1998-10-27

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、メタンスリップを減少させ、改質
効率を向上させることを目的とするものである。【解決手段】反応容器８内の周辺部を原燃料が通過す
るのを阻止する原燃料遮蔽物２２を反応容器８内に設
け、改質触媒層１０の周辺部の温度が中心部よりも低く
なるのを防止した。

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
等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１６は発明者らが先に提案（特願平８
−５９４９１号）した従来の改質装置の断面図である。
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。

【０００３】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１、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、７は炉体１内に形成された燃焼空間である。

【０００４】８は炉体２１上に設けられている反応容器
（胴管）、９は反応容器８の外周部を覆う断熱材、１０
は反応容器８内に改質触媒が充填されて形成されている
改質触媒層、１１は改質触媒層１０と炉体１との間に形
成されている燃焼ガス排出マニフォールドである。

【０００５】１２は基端部が燃焼空間７に連通し先端部
が改質触媒層１０内に設けられている燃焼ガス往路管、
１３は基端部が改質触媒層１０内に設けられ先端部が燃
焼ガス排出マニフォールド１１内に連通している燃焼ガ
ス復路管、１４は改質触媒層１０内に設けられ、燃焼ガ
ス往路管１２の先端部と燃焼ガス復路管１３の基端部と
を接続している管継手としての１８０度のベンド管であ
り、これらの燃焼ガス往路管１２，燃焼ガス復路管１３
及びベンド管１４は、図では１本ずつを示したが、実際
には複数組設けられている。

【０００６】１５は燃焼ガス排出マニフォールド１１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、
１６は改質触媒層１０の下端部外周に設けられている原
燃料マニフォールド、１７は原燃料マニフォールド１６
内に原燃料を導入するための原燃料導入部、１８は改質
触媒層１０に挿通され、改質触媒層１０を通過した改質
ガスを改質触媒層１０内の原燃料と逆方向へ流す複数本
（図では１本のみを示す）の改質ガス管である。

【０００７】１９は改質触媒層１０と燃焼ガス排出マニ
フォールド１１との間に設けられ、改質ガス管１８を通
過した改質ガスが集められる改質ガスマニフォールド、
２０は改質ガスマニフォールド１９内の改質ガスを装置
外へ排出するための改質ガス排出部である。

【０００８】次に、動作について説明する。原燃料導入
部１７から原燃料マニフォールド１６に導入された原燃
料は、改質触媒層１０の外周の周方向全体に広がり、改
質触媒層１０内に導入される。この後、原燃料は、改質
触媒層１０の水平断面全体に広がり、改質触媒層１０内
を上方へ流れる。このとき、改質触媒により原燃料の改
質反応（ＣＨ₄＋２Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ₂）が進行し、原
燃料は水素リッチな改質ガスとなる。

【０００９】この改質ガスは、改質触媒層１０の上方の
空間で流れ方向を反転し、改質ガス管１８を通って改質
ガスマニフォールド１９内に集められ、改質ガス排出部
２０から装置外に取り出される。このとき、改質ガス管
１８を流れる改質ガスは、改質ガス管１８を介して改質
触媒層１０を加熱する。

【００１０】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。燃料導入部２から燃焼室３ｃに供給
された燃焼ガスは、燃焼管３ａを通り燃焼空間７に吐出
される。そして、空気導入部４から空気室３ｄを通り空
気噴出孔３ｂから噴出される空気と混合され、燃焼空間
７で燃焼する。

【００１１】燃焼空間７に発生した燃焼ガスは、まず燃
焼ガス往路管１２内に導入され、改質触媒層１０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１２を介して改質触媒層１０
が加熱される。燃焼ガス往路管１２を通過した燃焼ガス
は、ベンド管１４でその流れの方向が反転され、燃焼ガ
ス復路管１３に導入される。

【００１２】この後、燃焼ガスは、燃焼ガス復路管１３
内を改質触媒層１０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１０を再度加熱する。燃
焼ガス復路管１３を出た燃焼ガスは、燃焼ガス排出マニ
フォールド１１に集合され、燃焼ガス排出部２０から装
置外へ排出される。

【００１３】また、改質ガス排出部２０から取り出され
る改質ガス中のＣＯ濃度は、７〜１１％程度と高いが、
ＣＯはリン酸形燃料電池のセルの被毒作用となるため、
改質ガス排出部２０の下流にはＣＯ変成器２１が接続さ
れており、ＣＯ濃度が１％未満まで低減されている。こ
のようなＣＯ変成器２１では、ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ
₂という反応が生じるが、供給されるＣＯ濃度が高いた
め、かなり大形のＣＯ変成器２１が必要となる。

【００１４】

【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内の周辺
部に位置する改質触媒が反応容器８の表面からの放熱の
影響を受ける。また、燃焼ガス往路管１２，燃焼ガス復
路管１３及び改質ガス管１８が等ピッチで配列されてい
る場合、改質触媒層１０内の周辺部では、改質触媒層１
０の単位断面積あたりの管１２，１３，１８の周長が短
くなる。これらの理由から、改質触媒層１０内の周辺部
では、中心部と比べて伝熱量が不足する。即ち、改質触
媒層１０の中心部の温度が７５０〜８００℃であって
も、周辺部では６５０〜７００℃と温度が低くなる。従
って、周辺部では十分な改質反応が進まず、メタンスリ
ップが増加してしまい、全体としての改質効率が低下し
てしまう。

【００１５】また、図１７に示すように、燃焼ガス往路
管１２内の燃焼ガスの温度は、燃焼ガス復路管１３内の
燃焼ガスの温度よりも高いため、燃焼ガス復路管１３よ
りも燃焼ガス往路管１２の方が温度が高く、伝熱量も多
くなる。このような両者の温度差が大きくなると、ベン
ド管１４に大きな応力が発生してしまう。

【００１６】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、メタンスリッ
プを減少させ、改質効率を向上させることができる改質
装置を得ることを目的とする。

【００１７】

【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、反応容器内に設けられ、反応容器内の周辺部を原
燃料が通過するのを阻止する原燃料遮蔽物とを備えたも
のである。

【００１８】請求項２の発明に係る改質装置は、原燃料
遮蔽物内に断熱材を充填したものである。

【００１９】請求項３の発明に係る改質装置は、円筒状
の反応容器の内周面に筒状の原燃料遮蔽物を密着して設
け、かつ原燃料遮蔽物の内面の断面を多角形状としたも
のである。

【００２０】請求項４の発明に係る改質装置は、改質触
媒層内の原燃料の流れの方向を反応容器の径方向へ曲げ
るバッフル板を、反応容器内に設けたものである。

【００２１】請求項５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、改質触媒層内の周辺部
で密に、中心部では疎に配置したものである。

【００２２】請求項６の発明に係る改質装置は、改質触
媒層の最外周に位置する燃焼ガス往路管を、それに接続
されている燃焼ガス復路管よりも改質触媒層の径方向外
側に配置したものである。

【００２３】請求項７の発明に係る改質装置は、燃焼ガ
ス復路管内の燃焼ガスと燃焼ガス復路管との伝熱を促進
する伝熱促進体を、燃焼ガス復路管内に設たものであ
る。

【００２４】請求項８の発明に係る改質装置は、改質触
媒層の周辺部で中心部よりも伝熱が大きくなるように改
質ガス管を配置したものである。

【００２５】請求項９の発明に係る改質装置は、改質ガ
ス管の配置密度を、改質触媒層の周辺部で中心部よりも
高くしたものである。

【００２６】請求項１０の発明に係る改質装置は、改質
ガス管内の入口付近に管内改質触媒層を設けたものであ
る。

【００２７】請求項１１の発明に係る改質装置は、改質
触媒層内の周辺部を除いて改質ガス管を配置したもので
ある。

【００２８】請求項１２の発明に係る改質装置は、一酸
化炭素の変成反応を進行させる高温変成触媒層を、改質
ガス管内の出口付近に設けたものである。

【００２９】

【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、図２は図１の改質触媒層における配管
の配列状態を示す平面図である。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３
ｃ及び空気室３ｄを有している。

【００３０】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１、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、７は炉体１内に形成された燃焼空間である。

【００３１】８は炉体２１上に設けられている反応容器
（胴管）、９は反応容器８の外周部を覆う断熱材、１０
は反応容器８内に改質触媒が充填されて形成されている
改質触媒層、１１は改質触媒層１０と炉体１との間に形
成されている燃焼ガス排出マニフォールドである。

【００３２】１２は基端部が燃焼空間７に連通し先端部
が改質触媒層１０内に設けられている燃焼ガス往路管、
１３は基端部が改質触媒層１０内に設けられ先端部が燃
焼ガス排出マニフォールド１１内に連通している燃焼ガ
ス復路管、１４は改質触媒層１０内に設けられ、燃焼ガ
ス往路管１２の先端部と燃焼ガス復路管１３の基端部と
を接続している燃焼ガス反転部としての１８０度のベン
ド管（管継手）であり、これらの燃焼ガス往路管１２，
燃焼ガス復路管１３及びベンド管１４は、図では１本ず
つを示したが、実際には複数組設けられている。

【００３３】１５は燃焼ガス排出マニフォールド１１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、
１６は改質触媒層１０の下端部外周に設けられている原
燃料マニフォールド、１７は原燃料マニフォールド１６
内に原燃料を導入するための原燃料導入部、１８は改質
触媒層１０に挿通され、改質触媒層１０を通過した改質
ガスを改質触媒層１０内の原燃料と逆方向へ流す複数本
（図では１本のみを示す）の改質ガス管である。

【００３４】１９は改質触媒層１０と燃焼ガス排出マニ
フォールド１１との間に設けられ、改質ガス管１８を通
過した改質ガスが集められる改質ガスマニフォールド、
２０は改質ガスマニフォールド１９内の改質ガスを装置
外へ排出するための改質ガス排出部である。

【００３５】２２は改質触媒層１０の外周部を囲むよう
に反応容器８内に設けられ、改質触媒層１０の周辺部へ
の原燃料の流れを阻止する原燃料遮蔽物であり、この原
燃料遮蔽物２２の外周部は、反応容器８との間に隙間が
生じないように反応容器８に密着されている。また、原
燃料遮蔽物２２としては、例えばステンレス鋼などの耐
熱金属又は耐熱性セラミックスなどを使用することがで
きる。

【００３６】次に、動作について説明する。原燃料導入
部１７から原燃料マニフォールド１６に導入された原燃
料は、改質触媒層１０の外周の周方向全体に広がり、改
質触媒層１０内に導入される。この後、原燃料は、改質
触媒層１０の水平断面全体に広がり、改質触媒層１０内
を上方へ流れる。このとき、改質触媒により原燃料の改
質反応（ＣＨ₄＋２Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ₂）が進行し、原
燃料は水素リッチな改質ガスとなる。また、反応容器８
内に原燃料遮蔽物２２が設けられているため、原燃料は
この原燃料遮蔽物２２を避けて流れる。

【００３７】この改質ガスは、改質触媒層１０の上方の
空間で流れ方向を反転し、改質ガス管１８を通って改質
ガスマニフォールド１９内に集められ、改質ガス排出部
２０から装置外に取り出される。このとき、改質ガス管
１８を流れる改質ガスは、改質ガス管１８を介して改質
触媒層１０を加熱する。

【００３８】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。燃料導入部２から燃焼室３ｃに供給
された燃焼ガスは、燃焼管３ａを通り燃焼空間７に吐出
される。そして、空気導入部４から空気室３ｄを通り空
気噴出孔３ｂから噴出される空気と混合され、燃焼空間
７で燃焼する。

【００３９】燃焼空間７に発生した燃焼ガスは、まず燃
焼ガス往路管１２内に導入され、改質触媒層１０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１２を介して改質触媒層１０
が加熱される。燃焼ガス往路管１２を通過した燃焼ガス
は、ベンド管１４でその流れの方向が反転され、燃焼ガ
ス復路管１３に導入される。

【００４０】この後、燃焼ガスは、燃焼ガス復路管１３
内を改質触媒層１０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１０を再度加熱する。燃
焼ガス復路管１３を出た燃焼ガスは、燃焼ガス排出マニ
フォールド１１に集合され、燃焼ガス排出部２０から装
置外へ排出される。

【００４１】このような改質装置では、原燃料遮蔽物２
２に阻まれて原燃料が反応容器８内の周辺部を流れず、
改質触媒層１０の周辺部の温度が中心部よりも低くなる
のが防止されるため、メタンスリップが減少し、改質効
率が向上する。

【００４２】また、原燃料の流れを阻止するだけであれ
ば、多角形の反応容器を用いる方法もあるが、多角形の
反応容器では内圧に対する強度が低く、肉厚を増したり
補強材を別に設けたりする必要があり、コスト面で不利
になってしまう。これに対し、上記の例では、反応容器
８とは別に原燃料遮蔽物２２を設けたので、反応容器８
の強度を維持しつつ、改質効率を向上させることがで
き、コストアップが抑えられる。

【００４３】なお、上記の例では改質触媒層１０を完全
に囲むように原燃料遮蔽物２２を設けたが、反応容器８
内の周辺部の少なくとも一部に原燃料が流れないように
すれば、メタンスリップをある程度減少させることがで
きる。従って、反応容器８内に周辺部に周方向に間隔を
おいて複数の原燃料遮蔽物を配置してもよい。

【００４４】また、上記の例では、燃焼ガス反転部とし
てベンド管１４を示したが、燃焼ガス往路管１２を通過
した燃焼ガスを集めて燃焼ガス復路管１３に導入する反
転用のマニフォールドを設けてもよい。

【００４５】実施の形態２．次に、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、図４は図３の改質
触媒層における配管の配列状態を示す平面図である。図
において、２３は耐熱材料からなる外殻材２４と外殻材
２４内に充填されている断熱材２５とを有する原燃料遮
蔽物である。他の構成は、上記実施の形態１と同様であ
る。

【００４６】このような改質装置では、改質触媒層１０
から反応容器８への放熱を断熱材２５により抑えること
ができる。また、上記実施の形態１のように全体が一様
な材料で構成された原燃料遮蔽物２２では、熱容量が大
きくなり、昇温時に必要な熱量が増大し、昇温時間が長
くなるが、この例では、原燃料遮蔽物２３全体としての
熱容量が小さくなるため、昇温時間を短縮することがで
きる。

【００４７】なお、外殻材２４内に断熱材２５を充填し
ないと、外殻材２４内の空間内で対流が生じ、原燃料遮
蔽物２３内の上下方向の熱伝達が発生するため、好まし
くない。

【００４８】実施の形態３．次に、図５はこの発明の実
施の形態３による改質装置の断面図、図６は図５の第１
のバッフル板の配置状態を示す平面図、図７は図５の第
２のバッフル板の配置状態を示す平面図である。図にお
いて、２６は改質触媒層１０内に設けられ、改質触媒層
１０内の周辺部を流れる原燃料を中心部へ流すリング状
の第１のバッフル板、２７は改質触媒層１０内に設けら
れ、改質触媒層１０内の中心部を流れる原燃料を周辺部
へ流す円板状の第２のバッフル板である。

【００４９】このようなバッフル板２６，２７を設ける
ことにより、改質触媒層１０内の周辺部を流れる原燃料
と中心部を流れる原燃料とがよく混合され、周辺部の温
度低下が防止される。これにより、メタンスリップが減
少し、改質効率が向上する。また、上記実施の形態１で
は、原燃料遮蔽物２２により改質触媒層１０の触媒量が
減少するが、この例では触媒量を十分に確保でき、これ
によりメタンスリップが一層減少する。

【００５０】実施の形態４．次に、図８はこの発明の実
施の形態４による改質装置の断面図、図９は図８の改質
触媒層における配管の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１２及び燃焼ガス復路管１３
が改質触媒層１０内の周辺部で密に、中心部では疎に配
置されている。

【００５１】このような装置では、燃焼ガス往路管１２
及び燃焼ガス復路管１３を改質触媒層１０内の周辺部に
密に配置したため、改質触媒層１０の周辺部での伝熱量
が中心部よりも多くなり、周辺部での温度低下が防止さ
れる。これにより、メタンスリップが減少し、改質効率
が向上する。また、原燃料遮蔽物やバッフル板等を新た
に追加する必要がないため、コストアップが抑えられ
る。

【００５２】実施の形態５．図１０はこの発明の実施の
形態５による改質装置の改質触媒層における配管の配列
状態を示す平面図である。この例では、改質触媒層１０
の少なくとも最外周に位置する燃焼ガス往路管１２がそ
れに接続されている燃焼ガス復路管１３よりも改質触媒
層１０の径方向外側に配置されているものである。な
お、改質触媒層１０の中心部に位置する燃焼ガス往路管
１２及び燃焼ガス復路管１３については、どちらが外側
に位置してもよい。

【００５３】このような装置では、改質触媒層１０内の
周辺部で高温の燃焼ガス往路管１２がそれより低温の燃
焼ガス復路管１３よりも外側に位置しているため、改質
触媒層１０の周辺部での温度低下が防止され、メタンス
リップが減少して、改質効率が向上する。また、原燃料
遮蔽物やバッフル板等の追加によるコストアップが抑え
られ、さらに配置ピッチを変更することによる加工性の
低下が防止される。

【００５４】実施の形態６．図１１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、２
８は燃焼ガス復路管１３内に設けられ、燃焼ガス復路管
１３とその内部の燃焼ガスとの熱伝達率を高める伝熱促
進体であり、この伝熱促進体２８としては、例えばアル
ミナや耐熱性セラミックなどの充填材料や、燃焼ガスの
流速を上げて伝熱促進を図るスリーブなどが使用され
る。

【００５５】このような装置では、燃焼ガス復路管１３
内に伝熱促進体２８を設けたので、燃焼ガス復路管１３
の温度が高くなり、燃焼ガス往路管１２と燃焼ガス復路
管１３との温度差が小さくなる。これにより、ベンド管
１４に発生する熱応力を小さくすることができ、管の長
寿命化及び管材料の低グレード化を図ることができる。
また、燃焼ガス復路管１３から改質触媒層１０への伝熱
量がアップするため、メタンスリップが減少し、改質効
率が向上する。

【００５６】実施の形態７．次に、図１２はこの発明の
実施の形態７による改質装置の改質触媒層における配管
の配列状態を示す平面図である。この例では、改質ガス
管１８が改質触媒層１０内の周辺部で密に、中心部では
疎に配置されている。

【００５７】このような装置では、改質ガス管１８から
改質触媒層１０への伝熱量が中心部よりも周辺部で大き
くなるため、周辺部の温度低下が防止され、メタンスリ
ップが減少し、改質効率が向上する。また、改質ガス管
１８は、燃焼ガス管１２，１３よりも低グレードの材料
で構成できるため、密度を上げるために本数を増加させ
ることによるコストアップ率が低くて済む。さらに、改
質ガス管１８は、燃焼ガス管１２，１３に比べて、溶接
箇所数も少ないため、加工費の面からも増加が少なくて
済む。

【００５８】なお、上記の例では、改質ガス管１８の密
度を高くすることにより、改質触媒層１０の周辺部での
放熱を大きくしたが、例えば周辺部に配置される改質ガ
ス管の径を中心部のものよりも大きくしてもよい。

【００５９】実施の形態８．次に、図１３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、２９は改質ガス管１８内の入口付近に設けられてい
る管内改質触媒層である。

【００６０】次に、動作について説明する。改質触媒層
１０を通過した改質ガスは、改質触媒層１０の上部の空
間に集められた後、複数本の改質ガス管１８に分配され
て導入される。このとき、改質触媒層１０の上部の空間
では、改質触媒層１０の周辺部を通過した改質ガス（メ
タンスリップの多い改質ガス）と、中心部を通過した改
質ガス（メタンスリップの少ない改質ガス）とが混合さ
れる。従って、メタンスリップの多い改質ガスの少なく
とも一部は、中心部に配置された改質ガス管１８に導入
される。そして、中心部の改質ガス管１８は高温である
ため、管内改質触媒層２９での改質反応が進行し、メタ
ンスリップが減少する。

【００６１】また、周辺部の改質ガス管１８内の管内改
質触媒層２９は、温度が高くないため改質反応に殆ど寄
与しないが、中心部の改質ガス管１８と周辺部の改質ガ
ス管１８との流路抵抗を同程度に保つ役割を担う。さら
に、改質ガス管１８内の入口付近に改質触媒を充填する
だけでよいため、容易に実施でき、上記の各実施の形態
との併用も容易である。

【００６２】実施の形態９．なお、上記実施の形態８で
は改質ガス管１８を改質触媒層１０内の全体に配置した
が、改質ガス管１８内に管内改質触媒層２８を設ける場
合、例えば図１４に示すように、改質ガス管１８を改質
触媒層１０の中心部のみに設けてもよく、全ての改質ガ
スを高温の改質ガス管１８に導入し、メタンスリップを
減少させることができる。

【００６３】また、図１４では改質ガス管１８を中心部
に１本のみ設けたが、周辺部を除いて配置すれば何本設
けてもよく、同様の効果が得られる。

【００６４】実施の形態１０．次に、図１５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、２１は改質ガス排出部２０から排出された改質
ガスが導入されるＣＯ変成器であり、このＣＯ変成器２
１は、電池スタックへ供給する改質ガス中のＣＯ濃度を
下げる役割を担っている。３０は改質ガス管１８内の出
口付近に設けられている高温変成触媒層である。

【００６５】次に、動作について説明する。改質触媒層
１０を通過した改質ガスは、７〜１１％程度の一酸化炭
素を含んでいる。この一酸化炭素は、改質ガス管１８に
充填されている高温変成触媒層３０でスチームと反応
し、ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂という反応を生じる。こ
れにより、ＣＯ変成器２１でのＣＯ処理量を減少させる
ことができ、ＣＯ変成器２１をコンパクト化することが
できる。また、ＣＯ変成反応は発熱反応であるため、高
温変成触媒層３０での発熱を改質触媒層１０での改質反
応に供し、熱効率を向上させることができる。

【００６６】

【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、反応容器内の周辺部を原燃料が通過するの
を阻止する原燃料遮蔽物を反応容器内に設けたので、改
質触媒層の周辺部の温度が中心部よりも低くなるのが防
止され、メタンスリップが減少し、改質効率が向上す
る。また、反応容器の強度を維持しつつ、改質効率を向
上させることができ、コストアップが抑えられる。

【００６７】請求項２の発明の改質装置は、原燃料遮蔽
物内に断熱材を充填したので、原燃料遮蔽物全体として
の熱容量が小さくなり、昇温時に必要な熱量を減少さ
せ、昇温時間を短縮することができる。

【００６８】請求項３の発明の改質装置は、円筒状の反
応容器の内周面に筒状の原燃料遮蔽物を密着して設け、
かつ原燃料遮蔽物の内面の断面を多角形状としたので、
反応容器の強度を維持しつつ、改質効率を向上させるこ
とができ、コストアップが抑えられる。

【００６９】請求項４の発明の改質装置は、改質触媒層
内の原燃料の流れの方向を反応容器の径方向へ曲げるバ
ッフル板を、反応容器内に設けたので、改質触媒層内の
周辺部を流れる原燃料と中心部を流れる原燃料とがよく
混合され、周辺部の温度低下が防止される。従って、メ
タンスリップが減少し、改質効率が向上する。

【００７０】請求項５の発明の改質装置は、燃焼ガス往
路管及び燃焼ガス復路管を、改質触媒層内の周辺部で密
に、中心部では疎に配置したので、改質触媒層の周辺部
での伝熱量が中心部よりも多くなり、周辺部での温度低
下が防止される。従って、メタンスリップが減少し、改
質効率が向上する。

【００７１】請求項６の発明の改質装置は、改質触媒層
の最外周に位置する燃焼ガス往路管を、それに接続され
ている燃焼ガス復路管よりも改質触媒層の径方向外側に
配置したので、改質触媒層の周辺部での温度低下が防止
され、メタンスリップが減少して、改質効率が向上す
る。

【００７２】請求項７の発明の改質装置は、燃焼ガス復
路管内の燃焼ガスと燃焼ガス復路管との伝熱を促進する
伝熱促進体を、燃焼ガス復路管内に設けたので、燃焼ガ
ス復路管の温度が高くなり、燃焼ガス往路管と燃焼ガス
復路管との温度差が小さくなる。これにより、管の長寿
命化及び管材料の低グレード化を図ることができる。ま
た、燃焼ガス復路管から改質触媒層への伝熱量がアップ
するため、メタンスリップが減少し、改質効率が向上す
る。

【００７３】請求項８の発明の改質装置は、改質触媒層
の周辺部で中心部よりも伝熱が大きくなるように改質ガ
ス管を配置したので、改質ガス管から改質触媒層への伝
熱量が中心部よりも周辺部で大きくなり、周辺部の温度
低下が防止され、メタンスリップが減少し、改質効率が
向上する。

【００７４】請求項９の発明の改質装置は、改質ガス管
の配置密度を、改質触媒層の周辺部で中心部よりも高く
したので、改質ガス管の種類を増やすことなく、改質触
媒層の周辺部での改質ガス管からの伝熱を増大させるこ
とができる。

【００７５】請求項１０の発明の改質装置は、改質ガス
管内の入口付近に管内改質触媒層を設けたので、管内改
質触媒層でも改質反応を進行させ、メタンスリップを減
少させることができる。

【００７６】請求項１１の発明の改質装置は、改質触媒
層内の周辺部を除いて改質ガス管を配置したので、管内
改質触媒層での改質反応を効果的に進行させることがで
きる。

【００７７】請求項１２の発明の改質装置は、一酸化炭
素の変成反応を進行させる高温変成触媒層を、改質ガス
管内の出口付近に設けたので、改質装置の下流に位置す
るＣＯ変成器でのＣＯ処理量を減少させることができ、
ＣＯ変成器をコンパクト化することができる。また、Ｃ
Ｏ変成反応は発熱反応であるため、高温変成触媒層での
発熱を改質触媒層での改質反応に供し、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の改質触媒層における配管の配列状態を
示す平面図である。

【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】図３の改質触媒層における配管の配列状態を
示す平面図である。

【図５】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６】図５の第１のバッフル板の配置状態を示す平
面図である。

【図７】図５の第２のバッフル板の配置状態を示す平
面図である。

【図８】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９】図８の改質触媒層における配管の配列状態を
示す平面図である。

【図１０】この発明の実施の形態５による改質装置の
改質触媒層における配管の配列状態を示す平面図であ
る。

【図１１】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１２】この発明の実施の形態７による改質装置の
改質触媒層における配管の配列状態を示す平面図であ
る。

【図１３】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１４】この発明の実施の形態９による改質装置の
改質触媒層における配管の配列状態を示す平面図であ
る。

【図１５】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１６】従来の改質装置の一例を示す断面図であ
る。

【図１７】図１６の装置における改質触媒層内の温度
分布を示す関係図である。

【符号の説明】

６燃焼ガス供給手段、８反応容器、１０改質触媒
層、１２燃焼ガス往路管、１３燃焼ガス復路管、１
４ベンド管、１７原燃料導入部、１８改質ガス
管、２０改質ガス排出部、２２原燃料遮蔽物、２３
原燃料遮蔽物、２５断熱材、２６第１のバッフル
板、２７第２のバッフル板、２８伝熱促進体、２９
管内改質触媒層、３０高温変成触媒層。

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、上記反応容器内に設けられ、上記反応容
器内の周辺部を上記原燃料が通過するのを阻止する原燃
料遮蔽物とを備えていることを特徴とする改質装置。
【請求項２】原燃料遮蔽物内に断熱材が充填されてい
ることを特徴とする請求項１記載の改質装置。
【請求項３】円筒状の反応容器の内周面に筒状の原燃
料遮蔽物が密着して設けられており、上記原燃料遮蔽物
の内面の断面が多角形状になっていることを特徴とする
請求項１又は請求項２に記載の改質装置。
【請求項４】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、上記反応容器内に設けられ、上記改質触
媒層内の原燃料の流れの方向を上記反応容器の径方向へ
曲げるバッフル板とを備えていることを特徴とする改質
装置。
【請求項５】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
ガス反転部とを備え、上記燃焼ガス往路管及び上記燃焼
ガス復路管は、上記改質触媒層内の周辺部で密に、中心
部では疎に配置されていることを特徴とする改質装置。
【請求項６】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複数
の管継手とを備え、上記改質触媒層の最外周に位置する
燃焼ガス往路管は、それに接続されている燃焼ガス復路
管よりも上記改質触媒層の径方向外側に配置されている
ことを特徴とする改質装置。
【請求項７】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内に設けられ、上記
燃焼ガス復路管内の燃焼ガスと上記燃焼ガス復路管との
伝熱を促進する伝熱促進体とを備えていることを特徴と
する改質装置。
【請求項８】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、上記改質触媒層内を通るように設け
られ、上記改質触媒層を通過した原燃料を逆方向へ流す
複数の改質ガス管と、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
を備え、上記改質ガス管は、上記改質触媒層の周辺部で
中心部よりも伝熱が大きくなるように配置されているこ
とを特徴とする改質装置。
【請求項９】改質ガス管の配置密度が、改質触媒層の
周辺部で中心部よりも高くなっていることを特徴とする
請求項８記載の改質装置。
【請求項１０】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、上記改質触媒層内を通るように設け
られ、上記改質触媒層を通過した原燃料を逆方向へ流す
改質ガス管と、この改質ガス管内の入口付近に設けられ
ている管内改質触媒層と、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
転部とを備えていることを特徴とする改質装置。
【請求項１１】改質ガス管は、改質触媒層内の周辺部
を除いて配置されていることを特徴とする請求項１０記
載の改質装置。
【請求項１２】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、上記改質触媒層内を通るように設け
られ、上記改質触媒層を通過した原燃料を逆方向へ流す
改質ガス管と、この改質ガス管内の出口付近に設けら
れ、一酸化炭素の変成反応を進行させる高温変成触媒層
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を備えていること
を特徴とする改質装置。