JPS62106834A - リフオ−マの反応管 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、リフオーマの反応管に係り、特に、偶発熱性
能、反応率の向上によるリフオーマの小形化と、触媒を
封入した反応における蝶媒の破壊防止に好適なリフオー
マの反応管に関係するものである。

〔発明の背景〕

従来のスチーム・リフオーマ（水蒸気改質装置以下単に
リフオーマという）については、例えば「富士時報」第
５５巻第９号における「水蒸気改質装置」と題するレポ
ート（ｐ２２〜Ｐ２６）に記載されている。

リフオーマは、天然ガスと水蒸気を加熱下で触媒を用い
て反応（水蒸気改質反応）させ、水素リッチ（富化）ガ
スを製造するための装置である。

従来のリフオーマを第３図および第４図を参照して説明
する。

ここに第３図は、従来のリフオーマの概略構成を示す縦
断面図、第４図は、その反応部の部分斜視図である。

９５３図において、１は改質用の触媒で、一般にＮｉ系
触媒が用いられる。２は外筒、３は内筒でこれら外筒２
．内筒３は同心状に配設され１両者で円環状の反応管４
′を構成している。なお、一般的に反応管は、耐熱合金
管よりなっている。

５は、触媒保持手段として機能する触媒目皿であり、こ
の触媒５皿５は前記外筒２、内筒３の下部に設けられて
いる。

このようにして、内筒３の外周面と内周面とで形成され
る。

反応管部では、天然ガスと水蒸気との混合ガスよりなる
被反応ガス（原料ガス）を加熱し、改質用の触媒１の作
用で下式の水蒸気改質反応を起させる。

天然ガスが炭化水素を主とするメタンとすればＣ，Ｈ４
＋　Ｈｚ　Ｏ→ＣＯ＋　３　Ｈｚ・・・・・・・・・・
・・・・・（１）Ｇ　Ｏ＋　Ｈｘ　Ｏ→Ｃ○２＋Ｈ２・
・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）となる。

ここで（１）の反応は吸熱反応であるが、この反応に必
要な熱は加熱装置８から供給される。

６は、これらの反応管４′を収容する改質炉胴体７は、
改質炉胴体６の内壁に設けた断熱材である。

９は、被反応ガスに係る天然ガスと水蒸気との混合ガス
を導入するための原料ガス入口管、１０は反応したガス
、すなわち改質ガスを送出するための改質ガス出口管、
１１は、加熱装置８に必要な燃料を供給するための燃料
ガス入口管、１２は燃焼用空気入口管、１３は改質炉内
を示し、１４は、この改質炉内で反応管４′を加熱した
後の燃焼排ガスを送出するための燃焼ガス出口管である
。

このようなリフオーマにおいて、被反応ガスである原料
ガスは、原料ガス入口管９から反応管４′に導入され、
触媒１を通過し、加熱装置８による加熱下で反応して水
素リッチの改質ガスとなり、内筒３を経て改質ガス出口
管１０から外部へ導出される。

リフオーマの代表的な用途の一つに、例えば燃料電池シ
ステムがあり、中でも、ホテル、病院等に設置されるオ
ンサイト形燃料電池システムの場合、システム全体の小
形化に対する要求は極めて強いものがある。

リフオーマは、燃料電池システムの中で大きな割合を占
めるため、リフオーマの小形化は特に重要な課題となっ
ている。

また、触媒を封入した反応管が、熱膨張、熱収縮を繰り
返すうちに触媒が破壊されていく、いわゆるメタンピン
グ現象も大きな問題となっている。

第４図は、従来のリフオーマの反応管４′の基本的な形
状を示すものであるが、この形状では、上記の問題を解
決することができなかった。

〔発明の目的〕

本発明は、前述の従来技術の問題点を解決するためにな
されたもので、反応管の伝熱性、反応率を高めてリフオ
ーマを小形化するとともに、触媒の破壊を防止しうるリ
フオーマの反応管の提供をその目的としている。

〔発明の概要〕

本発明に係るリフオーマの反応の構成は、同心状に配設
された内筒、外筒からなる反応管の、前記内筒の外周面
と前記外筒の内周面とで形成される空間領域に触媒封入
部を備え、被反応ガスを触媒を通過させるように導入さ
せ、触媒を通過させた反応ガスを前記内筒を介して外部
へ導出するように構成したリフオーマノ反応管において
、前記内筒の外周面と前記外筒の内周面とで形成される
空間領域に、らせん板を介在させたものである。

なお付記すると、本発明は、リフオーマ反応管の内筒外
筒との間にらせん状の板を設けることにより、伝熱効果
と反応率を高めて反応管を短くし、さらにらせん状の板
により触媒の破壊を防止しようとするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例・を第１図および第２図により
説明する。

ここに第１図は、本発明の一実施例に係るリフオーマの
反応管の部分斜視図、第２図は第１図の反応管に触媒を
充填したときの部分被断斜視図である。なお１本実施例
におけるリフオーマの１反応管以外の全体構成は、先の
第３図と同等のものである。

第１図に示すように、本実施例の反応ＩＹ？４は、同心
状に配設された外筒２と内筒３との間、すなわち、内筒
３の外周面と外筒２の内周面とで形成される空間領域に
単数または複数のらせん板１５を介在させた構成である
。

らせん板１５は、本実施例では内筒３の外周面に溶接な
どの方法で固着されているが、外筒２の内周面に固着し
てもよい。

第２図は、外筒２．内筒３およびらせん板１５により形
成されるらせん状の空間領域に、改質用の触媒１を充填
した状態を示している。ここで触媒１−は上部から供給
されるが触媒１はらせん板１５に沿って容易に下方へ落
下して所定の触媒封入部に充填されるものである。

本実施例のリフオーマの反応管の作用、効果を第１，２
図に合わせて先の第３図を参照して説明する。

被反応ガスである原料ガスは原料ガス入口管９から反応
管４に導入される。原料ガスはらせん板１５に沿って触
媒１を通過する。一方、加熱装置８で、燃料ガス入口管
１１から供給される燃料ガスは燃焼用空気入口管１２が
ら空気の供給を受けつつ燃焼し、改質炉内１３の反応管
４部を加熱して、その排ガス燃焼排ガス出口管１４から
排出される。

そこで、原料ガスである天然ガスと水蒸気との混合ガス
は触媒１を通過しつつ吸熱反応によって水素リッチの改
質ガスとなり内筒３を経て改質ガス出口管１０から外部
の需要先へ送出される。

本実施例のようにらせん板１５を介在させた反応管４に
よれば、下記の効果がある。

ｌ）らせん板１５がフィンの役目をなし、外筒２または
内筒３のみかけの伝熱面積を増加させるため、外筒２ま
たは内筒３からの伝熱量を増加させることができる。ま
た、外筒２と内筒３との中間部分は熱が伝わりにくい部
分であるが、らせん板１５を介在させることにより、こ
の中間部分にも熱を補給することができる。

このことは、らせん板１５を介在させることにより、反
応管４の長さを短くできることを意味する。２）Ｍ料ガ
ス反応管４内をらせん板１５に沿って流れるため、従来
のように、原料ガスが単に反応管４′に沿って流れる場
合にくらべ流速を早くすることができる。

このことは、外ｆ！６２および内筒３から原料ガスへの
熱伝達が大きくなり、反応管４の長さを短かくできるこ
とを意味する。

３）原料ガスが触媒１中をらせん状に流れるため、従来
のように直線的に流れる場合にくらべ、原料ガスが触媒
１中を通過する距離が長くなる。

このことは、原料ガス触媒１と接する確率が高く、反応
率が高くなることであり、それにより反応管４の長さを
短かくできることほかならない。

４）らせん板１５を介在させることにより、らせん板１
５が触媒１の自重を一部支えることができるため触媒ｌ
の破壊を防止することができる。

従来、反応管の中に充填された触媒が１反応管の熱膨張
熱収縮の繰り返しにより徐々に圧縮され破壊してゆく現
象（メタンピング現象）が問題とされているが、らせん
板１５の効果により、この現象による破壊を軽減するこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上述たように、本発明によ九ば、反応管の伝熱性、反
応率を高めてリフオーマを小形化するとともに、触媒の
破壊を防止しうるリフオーマの反応管を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るリフオーマの反応管
の部分斜視図、第２図は、第１図の反応管に触媒を充填
したときの部分破断斜視図、第３図は、従来のリフオー
マの概略構成を示す縦断面図、第４図は、その反応管部
分斜視図である。 １・・・！！４甑媒、２・・・外筒、３・・・内筒、４
・・・反応管、６・・・改質炉胴体、８・・・加熱装置
、９・・・原料ガス入口管、１０・・・改質ガス出口管
、１５・・・らせん板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、同心状に配設された内筒、外筒からなる反応管の、
   前記内筒の外周面と前記外筒の内周面とで形成される空
   間領域に触媒封入部を備え、被反応ガスを触媒を通過さ
   せるように導入させ、触媒を通過させた反応ガスを前記
   内筒を介して外部へ導出するように構成したリフォーマ
   の反応管において、前記内筒の外周面と前記外筒の内周
   面とで形成される空間領域に、らせん板を介在させたこ
   とを特徴とするリフォーマの反応管。