JPS61286204A - 水素製造用改質器 - Google Patents

水素製造用改質器

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JPS61286204A
JPS61286204A JP60125924A JP12592485A JPS61286204A JP S61286204 A JPS61286204 A JP S61286204A JP 60125924 A JP60125924 A JP 60125924A JP 12592485 A JP12592485 A JP 12592485A JP S61286204 A JPS61286204 A JP S61286204A
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case
reformer
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Naoyuki Kawamata
直之 川真田
Hiroshi Tsuji
辻 博
Shigenori Kataoka
片岡 重則
Yukio Kubo
幸雄 久保
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    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination 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
    • H01M8/0625Combination 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
    • H01M8/0631Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
    • YGENERAL 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
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、炭化水素、アルコール 素系物質を改質して水素を製造する改質器、詳しくは改
質反応を効率よく促進させ、コンバクFでかつ量産可能
な水素製造用改質器に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、炭化水素、アルコ−pなどを原料として水素を製
造する場合、反応が吸熱反応であるため、触媒の存在下
で原料を熱媒体により間接加熱して水素を含有するガス
に改質する方法が一般的である。熱媒体としては、焼却
炉などのバーナで燃焼した加熱ガスによるもの、熱媒油
によるもの、還元ガスと酸素とを混合して供給し、燃焼
触媒によシ発熱反応を起こさせるものなどが用いられる
上記のような水素製造に用いられる改質器として、従来
、(1)特開昭58−124530号公報および特開昭
57−192489号公報に示されるようなシェルアン
ドチューブ型熱交換器の如き多管式改質器、(2)特開
昭58−28168号公報に示されるような二重管型改
質器、(3)特開昭58−74504号公報に示される
ような、金属製ケース内に触媒を含浸させた多孔金属体
を充填した原料通路と、伝熱フィンを充填した高温ガス
通路とを積層した改質器が知られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記の(1)および(2)の改質器は構
造が複雑で高価であり、量産可能なものとは言い難い。
また(3)の改質器は、原料通路は金属製ケースが用い
られ、高温ガス通路は伝熱フィンを板で挾み込むように
したもので、原料通路と高温ガス通路との形状が異なっ
ているので、その分だけ部品数が増えてコストが嵩み、
量産に適さないという問題点がある。
本発明は上記の問題点を解決するためになされタモので
、熱効率がよく、コンパクトで、しかも低コストでかつ
量産可能な水素製造用改質器の提供を目的とするもので
ある。
〔問題点を解決するための手段および作用3本出願の第
1の発明の水素製造用改質器は、図面を参照して説明す
れば、炭化水素、ア々コ?ルなどの炭化水素系物質を改
質して水素を製造する改質器において、金属製ケースl
内に改質触媒を充填する改質触媒収納ケース8と、この
改質触媒収納ケー78と同一形状の金属製ケースlを用
いた熱媒体ケー710とを隔壁板12を介して交互に積
層し、各ケースと隔壁板とを一体化したことを特徴とし
ている。
また本出願の第2の発明の水素製造用改質器は、図面を
参照して説明すれば、炭化水素、アルコールなどの炭化
水素系物質を改質して水素を製造する改質器において、
金属製ケース1内の上部および下部に傘状の仕切板2.
3を仕切板の頂部がケース内壁と接するように設け、仕
切板の一方の斜面にガス出入用の開口4.5を該開口が
対角線方向に位置するように設け、各仕切板の内側にガ
ス分散用の多孔板6.7を設けて改質触媒収納ケース8
および熱媒体ケース10を形成し、これらのケースを交
互に反転して積層してケース端部にガスヘッダーを形成
し、各ケースの間にガスヘッダーに連通する開口11を
四隅に有する隔壁板12を配設し、各ケースと隔壁板と
を一体化したことを特徴としている。
本発明において、原料としてメタン、エタン、プロパン
、ブタンなどの炭化水素、ア/L/:I−)vすどの炭
化水素系物質が用いられる。原料は触媒の存在下で加熱
されて水素を含有するガスに改質される。この場合、さ
らに原料とともにスチームを吹き込む、いわゆるスチー
ムリフオーミングを行えば、より水素リッチなガスが生
成されるので好ましい。
本発明の改質器は、一方の面に改質触媒層を、他方の面
に熱媒体層を隔壁板を挾んで形成したエレメントを積層
した構造を持つものである。熱媒体としては、燃焼部な
どのバーナで燃焼した加熱ガスによるもの、熱媒油によ
るもの、還元ガスと酸素とを混合して供給し燃焼触媒に
より発熱反応を起こさせるものなどのいずれを用いても
よい。
改質器の構成は、改質触媒収納ケース、熱媒体ケースお
よびこれらのケースを仕切る隔壁板を1単位とし、能力
に応じて数単位から数100単位まで組み付ける。この
場合、ろう材を組み込み、炉中ろう付により一体化すれ
ば、組付工程が簡略化できるので好ましい。
上記の2種類の金属製ケースは同一形状のシンプルなも
ので、たとえば角形ケースの4隅にガスヘッダーを形成
するための仕切板を設け、その仕切板の相対する組の一
方に、ケース内部にガスが流入するよう開口が設けられ
ている。入口ガスフィンヘッダーからこの開口を通った
ガスは、入口側多孔板で均一に分散されケース内を通過
し熱交換した後、ガス出口側に設けられた内口側と同一
形状の多孔板を通り、さらに仕切板の開口を通って出口
ガスラインヘッダーに通じる。これらの2種類のケース
を表裏に交互に反転して積層することにより、熱媒体の
人出ヘッダー、改質ガスの人出ヘッダーが形成される。
上記のように、各ケースを量産可能なように同一寸法と
した上で、反応に必要なSv値および伝熱面積を確保す
るために、隔壁板はその中央部分を凹状に加工されてい
る。またろう材は、シートをくシ抜いて成形したもので
もよいが、開口部が多く不経済であるので、テープ状の
ものを用いるのが好ましい。
金属製ケースとしては、反応温度により、鋳鉄、鋳鋼、
鋼板曲げ加工品、アルミニウム合金板物などが用いられ
る。また隔壁板としては、ケースの材質に応じ、鋼板ま
たはアルミニウム合金板が用いられ、ろう材としては、
ケースの材質に応じ、銅ろう、銀ろう、ニッケμろう、
マンガンろう、アルシミニウム合余ろうなどが用いられ
る。
ろう材を用いる場合、組み付けられた改質器を加熱炉内
に投入し、加熱することによシろう材を溶かして一体化
接合する。ここで用いられるろう併用加熱炉としては、
一般に用いられている真空炉や還元性雰囲気炉が使用で
きる。
また本発明の改質器において、熱媒体ケース内に、海綿
状金属に触媒を担持させた、いわゆる発泡金属触媒を予
め充填しておけば、組付時にこの発泡金属触媒をケース
内に収納した状態で炉中ろう付を行うことができ、触媒
充填作業が省略されることにより、−よシ経済的であ、
るとともに、触媒と隔壁板が固定した状態で接触し伝熱
性のよい改質器を得ることができる。さらにこの場合、
発泡金属触媒を挾むろう材として、全面シート状のもの
を用いれば、触媒と隔壁板がろう接され、より伝熱特性
のよい改質器が得られる。なお海綿状金属の代りに、ワ
イヤウールなどの多孔金属体を用いることも可能である
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。本例は燃料電池発電システム用のメタノール改質器に
関するもので、触媒存在下でメタノールとスチームとを
接触反応させて水素を発生させる改質器であり、改質反
応を効率よく促進させ、コンパクトでかつ量産可能な改
質器を製作することができた。
なお従来の燃料電池発電システムにおけるメタノール改
質器は、燃焼炉などのバーナで燃焼した加熱ガスを熱源
として用いる熱交換型改質器がよく知られている。また
この従来型改質器の構造は、いわゆるシェルアンドチュ
ーブ型熱交換器に似たチューブラ−型であり量産タイプ
とは言い難いものである。
第1図〜第4図に示すように、金属製ケース1内の上部
および下部に傘状の仕切板2.3が、仕切板の頂部がケ
ース内壁と接するように設けられる。仕切板2.3の一
方の斜面にガス串入用の開口4.5が該開口が対角線方
向に位置するように設けられ、さらに各仕切板2.3の
内側にガス分散用の多孔板6.7が設けられて改質触媒
収納ケース8および熱媒体ケース10が形成される。こ
れらのケース8.10を交互に上下を逆にして積層して
ケース端部の四隅にガスヘッダーを形成し、各ケース8
.10の間に、第3図に示すような、ガスヘッダーに連
通する開口11を四隅に有する隔壁板12を配設し、各
ケース8.10と隔壁板12とを炉中ろう付によシ一体
化して改質器を形成する。なお第1図は、内部構造の説
明をし易くするために、金属製ケース1の前面板および
隔壁板を省略した状態を示している。
仕切板の開口4.5を通ったガスは、ガス入口側の多孔
板で分散され、多孔板間に充填された触媒中を通過し反
応に寄与した後、ガス出口側に設けられた入口側と同一
形状の多孔板を通り、さらに仕切板の開口を通って出口
ガスラインに通じる。
隔壁板12は金属製ケースを同一寸法とした上で、各触
媒の反応に必要なSV値および伝熱面積を確保するため
に中央部分を凹状に加工している。またろう付するだめ
のろう材は、シートをくシ抜き成形したものでもよいが
、開口部が多く不経済であるので、テープ状のものを使
用した。
本例の改質器を組み付ける場合は、第4図に示すように
、燃焼触媒18(触媒を担持させた発泡金属)を収納し
た熱媒体ケース10、ろう材14、隔壁板12、ろう材
14、改質触媒収納ケース8、ろう材14、隔壁板12
、ろう材14、燃焼触媒13を収納した熱媒体ケースl
Oの順に能力に応じ積層させ、両側端面にガスの出入ノ
ズルを備えだエンドプレート15.16をろう材14を
挾んで組み付け、一般に知られている炉中ろう付法(た
とえば真空ろう付法)にてろう接する。この結果、第2
図に示すような、一体結合されたメタノール改質器が製
作された。ろう付後の改質器の改質触媒収納ケース8の
側面に取り付けられたプラグ17を外し、これより触媒
ベレットを投入しケースに充填した。これは吸熱反応触
媒の寿命が燃焼触媒の寿命に比較して短いため、定期的
に改質触媒を交換するこ浜が必要となること、および改
質触媒がろう付温度に対し劣化するからである。
18は熱媒体入口、20は熱媒体出口、21は改質ガス
入口、22は改質ガス出口である。
上記のように構成されたメタノール改質器において、矢
印Cで示す方向に燃料電池オフガスなどのH2リッチガ
スを供給すると、燃焼触媒担持面で、H2+1/202
→H2oの発熱反応が起こシ、第5図に示すように矢印
Gの方向に熱移動する。熱媒体は矢印りで示す方向に排
出される。23は燃焼触媒層、24は改質触媒層である
。一方、矢印Eの方向にメタノールとスチームとの混合
ガスが供給され、改質触媒層24で、CH30H+H2
O−+C○2+3H2の吸熱反応が起こり、少量のC0
1H20を含むH2、C○2ガヌは矢印Fの方向に排出
される。
つぎに改質器の温度分布を比較する。第6図は本実施例
の改質器の温度分布を示し、第7図は従来の改質器の温
度分布を示している。第6図および第7図から、従来の
改質器では、輻射・対流支配の熱伝達によるため熱効率
が悪いが、本実施例の改質器では、燃焼触媒(発泡金属
)と隔壁板12とが固定した状態で接触しているため、
伝導伝熱支配となり、従って熱効率がよくなることがわ
かる。
〔発明の効果〕
本発明の水素製造用改質器は上記のように構成されるの
で、つぎのような効果を奏する。
(1)従来の水素製造用改質器は管型改質器であり、量
産タイプとは言い難いが、本発明の改質器は熱媒体側、
改質触媒側とも同一形状のシンプルな金属製ケースを用
いるので、部品数が少なくて済み、コストが低減できて
量産に適している。また炉中ろう付を容易に行うことが
できる。
(2)本発明の改質器は、金属製ケースの形状がシンプ
ルであるので、鋳造法、板金法のいずれでも容易に製作
でき、材質として鉄系、アルミニウム合金系のいずれで
も使用することができる。
(3)  熱媒体側に触媒を担持した発泡金属を用い、
燃焼触媒として使用する場合は、触媒充填作業が省略で
きるとともに、触媒と隔壁板とが固定した状Bまたはろ
う接された状態で接触し、伝熱性がよくなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の水素製造用改質器の要部の一例を示す
斜視図、第2図は本発明の改質器の一例を示す斜視図、
第3図は隔壁板の一例を示す正面図、第4図は組付方法
の一例を示す説明図、第5図は実施例の改質器における
熱移動方向を示す説明図、第6図は実施例の改質器の温
度分布を示す説明図、第7図は従来の改質器の温度分布
を示す説明図である。 1・・・金属製ケース、2.3・・・仕切板、4.5・
・・開口、6.7・・・多孔板、8−改質触媒収納ケー
ス、。 ]0・・・熱媒体ケース、11・・・開口、12・・・
隔壁板、13・・・燃焼触媒、14・・・ろう材、15
.16・・・エンドプレート、17・・・プラグ、18
・・・熱媒体入口、20・・・熱媒体出口、21・・・
改質ガス入口、22・・・改質ガス出口、23・・・燃
焼触媒層、24・・・改質触媒層 出 願 人  川崎重工業株式会社 第2図 第5図 第4図 第5図 第す図 改’1ffia蒼ゲ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 炭化水素、アルコールなどの炭化水素系物質を改質
    して水素を製造する改質器において、金属製ケース内に
    改質触媒を充填する改質触媒収納ケースと、この改質触
    媒収納ケースと同一形状の金属製ケースを用いた熱媒体
    ケースとを隔壁板を介して交互に積層し、各ケースと隔
    壁板とを一体化したことを特徴とする水素製造用改質器
    。 2 炭化水素、アルコールなどの炭化水素系物質を改質
    して水素を製造する改質器において、金属製ケース内の
    上部および下部に傘状の仕切板を仕切板の頂部がケース
    内壁と接するように設け、仕切板の一方の斜面にガス出
    入用の開口を該開口が対角線方向に位置するように設け
    、各仕切板の内側にガス分散用の多孔板を設けて改質触
    媒収納ケースおよび熱媒体ケースを形成し、これらのケ
    ースを交互に反転して積層してケース端部にガスヘッダ
    ーを形成し、各ケースの間にガスヘッダーに連通する開
    口を四隅に有する隔壁板を配設し、各ケースと隔壁板と
    を一体化したことを特徴とする水素製造用改質器。 3 金属製ケースが、鋳鉄、鋳鋼、鋼板曲げ加工品また
    はアルミニウム合金鋳物からなる特許請求の範囲第1項
    または第2項記載の水素製造用改質器。 4 熱媒体ケース内に、海綿状金属に触媒を担持させた
    発泡金属触媒を予め充填した特許請求の範囲第1項また
    は第2項記載の水素製造用改質器。 5 各ケースと隔壁板とを炉中ろう付により一体化した
    特許請求の範囲第1項または第2項記載の水素製造用改
    質器。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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