JPS6191002A - 改質器装置 - Google Patents

改質器装置

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JPS6191002A
JPS6191002A JP59210906A JP21090684A JPS6191002A JP S6191002 A JPS6191002 A JP S6191002A JP 59210906 A JP59210906 A JP 59210906A JP 21090684 A JP21090684 A JP 21090684A JP S6191002 A JPS6191002 A JP S6191002A
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JP
Japan
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gas
heat
reforming
modifying
pipes
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JP59210906A
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English (en)
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Isamu Kitamura
北村 勇
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS6191002A publication Critical patent/JPS6191002A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Feeding And Controlling Fuel (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

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】 、し発明の技術分野] 本発明は改質器内の平面的温度分布を均一として、炭化
水素系の原料ガスの改質反応を効率よく促進させ得るよ
うにした改質器装置に関する。
[発明の技術的背景] 近年、その開発、実用化の研究に期待と関心が寄せられ
てきている燃F1電池は、燃料の有する化学エネルギー
を電気化学プロセスで酸化させることにより、酸化反応
に伴って放出されるエネルギーを直接電気エネルギーに
変換する装置である。
この燃料電池を用いた発電プラントは、比較的小さな規
模でも発電の゛熱効率が40〜50%にも達し、17r
鋭火力発電をはるかにしのぐと期待されている。また、
近年大きな社会問題になっている公害要因であるいおう
酸化物、窒素酸化物の排出が極めて少ない。さらに、発
電装置内に燃焼サイクルを含まないことから、大量の冷
却水を必要としない、振動音が小さいなど、原理的に高
いエネルギー変換効率が期待できると共に、騒音・排ガ
ス等の環境問題が少なく、さらには負荷変動に対して応
答性が良い等の特長がある。そして、この様な燃料電池
を用いた発電プラントにおいては、天然ガス等炭化水素
系の原料ガスに水蒸気を混合して改質器内で加温変成し
て得られた水素ガスと、他系統のターボ・コンプレッサ
ーよりの空気とを夫々燃料電池に供給して酸化反応させ
、電力を得るようにしているものが多い。
第2図は、この種の燃料電池発電プラントに設けられる
改質器の一例をm断面図にて示したもの、第3図は第2
図のI−I線部分の矢視平面図を示したものである。図
において、改質器容器1の内部には、図示しない燃料タ
ンクに連結した導管2よりの燃料と、図示しない空気供
給機に連結した導管3よりの空気を夫々導入混合して燃
焼する土バーナー4が配設されており、また導管5より
燃料および導管6より空気が夫々導入され、かつ先端に
電気点火装置を有した主バーナ−4を点火させるための
補助バーナー7が設けられている。上記主バーナ−4の
高温燃焼排ガスは、加温室8を流通しこれより断面環状
の改質管9の外周空間を通り、下層部にあるセラミック
球11を保持した導管10を通過し、さらにこれと連通
した排ガス管12を通して改質器容器1の外部へ排出さ
れ、図示しないターボ・コンプレッサーへ導かれて運転
に寄与する。一方、天然ガス等炭化水素系の原料ガスと
水蒸気との混合ガスは、導管13より導入され、改質管
9内の改質触ts層(以下、単に触媒層と称する)14
を保持した管路を通過する。
そして、この通過中に加温と触媒作用により改質反応が
行なわれて水素リッチなガスに改質される。
この改質ガスは、改質管9内の導管15を介しさらにこ
れと連通した導管16を介して改質器容器1の外部へ導
かれ、これより改質ガス中に含有する一61化炭素を二
酸化炭素にする図示しない変成器を介し、図示しない燃
料電池へ供給されて発電に寄与することになる。
[背景技(6の問題点] ところで、上述したような改質器において、改質管9人
口側の原料ガスと水蒸気との混合ガスの温度は、427
℃以上510’C以下に制御する必要がある。その理由
は、温度が427℃以下になると触媒層14にポリプロ
ピレンが沈着して触媒の性能が劣化し、また5101X
上になると混合ガスが分解を起こしてカーボンを生成し
、これが触媒M14の組織内に入りこんで触媒を破壊し
、粉化させて改質管9内の差圧を増大させるからである
。そして実際には、改質器容器1内の改質管9に下部か
ら導入された原料ガスと水蒸気との混合ガスは、改質管
9内の触!x114を上昇するに従がい、温度が上昇し
て760℃以上で水素ガスに改質する反応を起こし、改
質管9の上部での温度が982℃と最高になるように、
改質器容器1の主バーナ−4により改質管9を加熱制御
している。また、これにより改質された水素リッチなガ
スは、改質管9頂部より内側の導管15を流降下しつつ
触媒層14へ伝熱して、改質管9の出口側では約593
℃に!II IIするようにしている。
以上の説明から、原料ガスと水蒸気との混合ガスが改質
管9内に充填された触媒w414で水素リッチなガスに
改質゛するには、加温室8より改質管9への加熱を効率
良く平面的で均一に行なわなければならないことがわか
る。
しかし乍ら従来の改質器では、主バーナ−4にての燃焼
詩は、バーナーノズルよりの火炎が円錐形となるため、
改質器容器1実際には加温室8内の平面的温度分布は不
均一となり、多数本設けられている改質管9の平面的受
熱温度に高低差が生じる。そのため、改質管9に平面上
で不均一な温度を与えるために触[層14は不均一な温
度となることから、改質反応効率が悪くなるばかりでな
く、局部的に高温部となる改′iI管9の頂部が損1期
するというような問題がある。
[発明の目的] 本発明は上記のような問題を解決するために成されたも
ので、その目的は加塩室内の?ダ数本の改質管を平面的
に均一な加温状態とし改質反応効率を高めると共に改質
管の局部的な損傷を防止することが可能な改Ha装置を
提供することにある。
「発明の1!要〕 上記目的を達成するために本発明の改質器装置は、改質
器容器内における改質管頂部とバーナとの間に、多数の
孔を有したi!i1熱性部材からなる隔壁を上段と下段
に所定間隔を保って2段に設けて燃焼室と加温室に隔離
するようにし、かつ上記上段隔をの孔と下段隔壁の孔と
を同一垂直線上に位置しないようにずらして設けて、複
数本の改質管を平面的に均一なる加温状態に保つように
したことを特長とする。
[発明の実施例] 以下、本発明の一実施例について図面を参照して具体的
に説明する。第1図は、本発明による改質器装置の構成
例を断面図にて示したもので、第2図、第3図と同一部
分には同一符号を付して示している。
M1図において、改質器容器1の頂部には、主バーナ−
4が設けられ、その燃焼口は改質器容器1の内側部にあ
るように設置されている。また、燃焼ノズルに電気点火
装置を有した補助バーナー7が、上記主バーナ−4を点
火出来るように配設されている。
さらに、上記主バーナ−4の下部には、中心部より外周
部にかけて孔径を順次大きくした多数の孔19および2
oが夫々形成された円板状の上段および下段の2段の隔
壁]7および18を一定間隔を保つて設けている。一方
、上記下段隔壁18の下方には、断面環状の改N管9を
複数本等間隔に配列している。また、改質器容器1の上
段隔壁17の燃焼室8aにおいて、主バーナ−4で燃焼
した高温燃焼排ガスは、下段隔壁17に設けられた孔1
9を通り、次に下段隔壁18に設けられた孔20を通過
し、複数本ある改質管9の間隙を改M管9を加温しなが
ら流下し、改質管9の下方外周部にセラミック球11を
充填した導管10を通過して、これに連通している導管
12より改質器容器1外へ排出し、排ガス熱利用の図示
しないターボ・コンプレッサーの運転に寄与して排ガス
放出するようにしている。一方、炭化水素系の原料ガス
と水蒸気との混合ガスは導管13より導入し、改質管9
の内部に充填された触媒層14を通り、改質管9の頂部
内側で導管15に入り、これに連通している導管16よ
り水素リッチな改質ガスを改質器容器外へ導き、図示し
ない変成器を介して燃料電池へ燃料として供給するよう
にしている。
なお、上記で下段隔壁17および下段隔壁18は例えば
耐熱セラミック等の耐熱性部材から成り、また夫々の孔
19および20は同一垂直線上に位置しないようにずら
して設けている。
かかる様に構成した改質器装置においては、上段隔壁1
7により形成された燃焼室8a内で主バーナ−4により
原料ガスと水蒸気との混合ガスが燃焼され、その高温燃
焼排ガスは混合されながら上!2隅壁17の孔19を通
過し、この孔19と垂直線上で位置ずれのある下段隔壁
18の孔2oとの間でさらに混流されるため、平面上で
の温度分布が均一となって下段隔壁18が均一な温度と
なると共に、孔20より均一な温度となった燃焼排ガス
が流出して加温室8bに入る。そして、下段隔壁18よ
りの輻射熱にて改質管9を均一に加熱すると共に、孔2
oより流出した平面上で均一になった燃焼排気ガスは、
加温i8bにおいて?!数本の改1管9に平面上で均一
に加温しながら流下し、導管10に保持されたセラミッ
ク球11に熟を与えることにより、改質管9下部を均一
に熱効率良く加温することが可能となる。一方、?!数
本の改質管9内部に導入された原料ガスと水蒸気との混
合ガスは、改質管9内壁側に保持された触媒層14に導
入され、この導入部で先に述べたセラミック球11によ
り伝熱された改質管9の下部において加温され、更にこ
れより上方へ流れることにより水素リッチになる改質反
応を行なうiM温となるように加温される。そして、こ
の改質反応を行なって触1814を通った水素リッチな
改質ガスは、改質管9の頂部で約360℃曲がって触媒
層14保持商仮の内側に沿って下降流し、この触媒1!
114に伝熱しつつ導管16を介して改質器容器1外へ
導かれるj[になっているため、触媒層14において改
質に必要な適温に制御される。これにより、改質反応の
効率が向上するとともに、加温至8b内の温度分布を均
一として局部的に高温となることにより改質管9の損傷
を防止することが可能となる。
上述したように本構成の改質器装置によれば、改質器容
器1内に設けられた複数本の改質管9に対して平面的に
均一に加温することが出来るため、改質管9内の触媒層
14にて炭化水素系の原料ガスを水素リッチなガスとす
る改質反応を効率よく行なうことが可能となる。また、
改質管9を均一な加温状態に保つことが出来るため、改
質管9が局部的に高温となって損傷するようなことを防
止することが可能である。
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、次
のようにしても同様に実施することができるものである
(a)  上記では、各隔壁17.18に設ける孔19
.20の径を中心部より外面部にかけて順次大きくした
が、これらを全て均一な径とするようにしてもよい。
(b) 上記では、隔壁17.18として耐熱性セラミ
ックからなるものを用いたが、これに限らず耐熱m等そ
の他の耐熱性部材からなるものを用いるようにしてもよ
い。
(C)  上記では、改質管9をその上部に設けた主バ
ーナ−4により加熱したが、改質管9を@置して改質器
容器1の上部で支持し、主バーナ−4を下部に設けて改
質管9を下方側から加熱するようにしてもよい。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、加濡至内の複数本
の改質管を平面的に均一な加温状態とし    ・改質
反応効率を高めると共に改質管の局部的な損傷を防止す
ることが可能な改質器装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の改質器装置の一実施例を示す縦断面図
、第2図は従来の改質器を示す縦断面図、第3図は第2
図のI−II線部分の矢視平面口を示すものである。 1・・・改質器容器、4・・・主バーナ−,7・・・補
助バーナー、8a・・・燃焼至、8b・・・加温至、9
・・・改質管、11・・・セラミック球、14・・・触
媒層、17・・・上段I?J菫、18・・・下段隔壁、
19.20・・・孔。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一端部が密閉されると共に内部に改質触媒層が設
    けられた断面環状の複数本の改質管を改質器容器の内部
    に配設し、燃焼用ガスおよび燃焼用空気をバーナにより
    燃焼させて得られる高温燃焼排ガスを前記改質管の一端
    部よりその外側を通して他端部より外部へ流出させると
    共に、原料ガスおよび水蒸気の混合ガスを前記改質管の
    他端部より流入させ改質触媒層を通して改質ガスに改質
    しさらにその一端部より内側管を通して他端部より流出
    させる如く構成された改質器において、前記改質管の一
    端部と前記バーナとの間に、多数の孔を有した耐熱性部
    材からなる隔壁を上段および下段に所定間隔を保って設
    け、かつ前記上段隔壁の孔と下段隔壁の孔とを同一垂直
    線上に位置しないようにずらして設けるようにしたこと
    を特徴とする改質器装置。
  2. (2)上段および下段の各隔壁の孔は、隔壁の中心部か
    ら外周部にかけて孔径を順次大きくしたことを特徴とす
    る特許請求の範囲第(1)項記載の改質器装置。
  3. (3)耐熱性部材として耐熱セニミックまたは耐熱鋼を
    用いるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第(
    1)項記載の改質器装置。
JP59210906A 1984-10-08 1984-10-08 改質器装置 Pending JPS6191002A (ja)

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JPS6191002A true JPS6191002A (ja) 1986-05-09

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02150613A (ja) * 1988-11-30 1990-06-08 Toshiba Corp 触媒燃焼改質装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02150613A (ja) * 1988-11-30 1990-06-08 Toshiba Corp 触媒燃焼改質装置

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