JPS63182202A - コンパクトな化学反応容器 - Google Patents
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- JPS63182202A JPS63182202A JP62323647A JP32364787A JPS63182202A JP S63182202 A JPS63182202 A JP S63182202A JP 62323647 A JP62323647 A JP 62323647A JP 32364787 A JP32364787 A JP 32364787A JP S63182202 A JPS63182202 A JP S63182202A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination 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
- H01M8/0625—Combination 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
- H01M8/0631—Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
- B01J8/062—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes being installed in a furnace
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/22—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00477—Controlling the temperature by thermal insulation means
- B01J2208/00495—Controlling the temperature by thermal insulation means using insulating materials or refractories
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
イ、技術分野
本発明は、コンパクトな化学反応容器に関し、更に詳し
くはコンパクトな燃料電池発電装置用の水素の濃い燃料
を作るのに使用するための改！Ｒ器に関する。
くはコンパクトな燃料電池発電装置用の水素の濃い燃料
を作るのに使用するための改！Ｒ器に関する。
口、背景技術
１０ｋＷまでの電力を発生することのできるコンパクト
な燃料電池発電装置は、今日の世界で多くの応用領域を
もつことができる。そのような発１ｉ装置は、パン、ト
レーラのような車両、ボート等のために電力を供給でき
るようにポータプルにすることができる。そのようなコ
ンパクトな発電装置は又、普通の電源が動作しないよう
なときに非常発Ｉｌｌとして使うことができる。更に、
そのようなコンパクト燃料電池発電装置の使用分野には
軍及び辺地での設置がある。
な燃料電池発電装置は、今日の世界で多くの応用領域を
もつことができる。そのような発１ｉ装置は、パン、ト
レーラのような車両、ボート等のために電力を供給でき
るようにポータプルにすることができる。そのようなコ
ンパクトな発電装置は又、普通の電源が動作しないよう
なときに非常発Ｉｌｌとして使うことができる。更に、
そのようなコンパクト燃料電池発電装置の使用分野には
軍及び辺地での設置がある。
上記の性質の小型燃料電池発電装置は、珍しくなく、容
易に貯蔵及び運搬でき、且つ比較的安い原料燃料を使用
するのが最もよいことが分かるだろう。燃料電池に使用
するために水素の濃い燃料ガスに変換できる、そのよう
な燃料の一つはメタノールである。原料メタノールは、
熱を加えて、上記の性質の燃料電池用の水素の濃い燃料
ガスに触媒法で変換することができる。
易に貯蔵及び運搬でき、且つ比較的安い原料燃料を使用
するのが最もよいことが分かるだろう。燃料電池に使用
するために水素の濃い燃料ガスに変換できる、そのよう
な燃料の一つはメタノールである。原料メタノールは、
熱を加えて、上記の性質の燃料電池用の水素の濃い燃料
ガスに触媒法で変換することができる。
ハ０発明の要約
本発明は、メタノール又は他の類似の液体原料燃料を燃
料電池で消費する水素の濃い気体燃料に改質するために
ポータプル燃料電池発電装置の部品として使用できるコ
ンパクト改質器に関する。
料電池で消費する水素の濃い気体燃料に改質するために
ポータプル燃料電池発電装置の部品として使用できるコ
ンパクト改質器に関する。
本発明の改質器は、形及び形態が円筒形で、絶縁された
ハ１クジングを含み、且つ高さ約３０ＣＩ＋１．直径約
１８１はどの小ささに作ることができる。このハウジン
グは、熱の保持のためよく絶縁されているだろうし、こ
のハウジングの一つの端壁を通る軸方向パーツ・孔があ
る。環状触媒ベッドがこのバーナを囲む。この触媒ベッ
ドは、環状保持器の中に包含される。環状耐火シールド
はこのバーナと触媒保持器の間に配置され、この耐火シ
ールドの外側面は改質器ハウジングの内側面と共に結合
して加熱域を形成し、その中に触媒保持器が位置する。
ハ１クジングを含み、且つ高さ約３０ＣＩ＋１．直径約
１８１はどの小ささに作ることができる。このハウジン
グは、熱の保持のためよく絶縁されているだろうし、こ
のハウジングの一つの端壁を通る軸方向パーツ・孔があ
る。環状触媒ベッドがこのバーナを囲む。この触媒ベッ
ドは、環状保持器の中に包含される。環状耐火シールド
はこのバーナと触媒保持器の間に配置され、この耐火シ
ールドの外側面は改質器ハウジングの内側面と共に結合
して加熱域を形成し、その中に触媒保持器が位置する。
複数の熱情がこの改質器ハウジングの軸方向に、触媒ベ
ッドを通って円周方向に離れた位置で延びる。この触媒
は、この加熱域により及びこの加熱域の中に開く熱管に
よって迅速且つ均一に加熱される。原料燃料は、この加
熱域によって加熱され且つ触媒ベッドの下に位置する室
の中へ管を通して送られる。この原料燃料はこの室で気
化し、触媒ベッドを通って上昇し水素の濃いガス状燃料
に変換される。この変換又は改質された燃料は、触媒ベ
ッドの上に集められ、この改質器から回収される。
ッドを通って円周方向に離れた位置で延びる。この触媒
は、この加熱域により及びこの加熱域の中に開く熱管に
よって迅速且つ均一に加熱される。原料燃料は、この加
熱域によって加熱され且つ触媒ベッドの下に位置する室
の中へ管を通して送られる。この原料燃料はこの室で気
化し、触媒ベッドを通って上昇し水素の濃いガス状燃料
に変換される。この変換又は改質された燃料は、触媒ベ
ッドの上に集められ、この改質器から回収される。
従って、本発明の目的は、比較的小さな大きさの燃料電
池発電装置に使用するためのコンパクトな燃料改質器を
提供することにある。
池発電装置に使用するためのコンパクトな燃料改質器を
提供することにある。
本発明の他の目的は、触媒と燃料が迅速且つ均一に動作
温度まで加熱される、上記の性質の改質器を提供するこ
とにある。
温度まで加熱される、上記の性質の改質器を提供するこ
とにある。
本発明の別の目的は、発電装置で使用するために改質さ
れた燃料が効率よく生産され且つ集められる、上記の性
質の改質器を提供することにある。
れた燃料が効率よく生産され且つ集められる、上記の性
質の改質器を提供することにある。
本発明のこれらやその他の目的及び利点は、添付の図面
にＩ！！連して理解するとき以下の好ましい実施例の詳
細な説明からより容易に明白となろう。
にＩ！！連して理解するとき以下の好ましい実施例の詳
細な説明からより容易に明白となろう。
二、実施例
さて、図面を参照すると、第１図に本発明によって作ら
れた、全体を数字２で表す、改質鼎容器の好ましい実施
例が示されている。この容器２は、上部端壁６を備える
円筒形ハウジング４を有し、その端壁６は壁１ｏによっ
て開ざされた中央くぼみ８を有する。バーナ管１２は、
このハウジング４と同心に配置され且つこの壁１０を貫
通する。
れた、全体を数字２で表す、改質鼎容器の好ましい実施
例が示されている。この容器２は、上部端壁６を備える
円筒形ハウジング４を有し、その端壁６は壁１ｏによっ
て開ざされた中央くぼみ８を有する。バーナ管１２は、
このハウジング４と同心に配置され且つこの壁１０を貫
通する。
点火プラグ取付部品１４は、この壁１０にバーナ管１２
と隣接して取付けられている。原料燃料流入管１６は、
加工燃、料流出管１８と同様、この壁６を貫通する。バ
ーナ排気管２０は、ハウジング４を貫通する。
と隣接して取付けられている。原料燃料流入管１６は、
加工燃、料流出管１８と同様、この壁６を貫通する。バ
ーナ排気管２０は、ハウジング４を貫通する。
さて、第２図を参照すると、この容器２の内部構造が示
されている。バーナ管１２は壁１０を貫通し、且つ次の
壁２２も貫通する。この管１２は、この壁２２に取付け
られた環状耐火リング２６の中へ開く火炎ボート２４を
有する。このリング２６から外方に離れているのはスリ
ーブ２８で、それは壁２２を超えて壁１０まで延び、且
つもう一つの長い耐火リング３０を含む。点火プラグ保
持器１４は、壁１０及び２２により並びにバーナ管１２
及びスリーブ２８により囲まれたリング形着火又は点火
室３２の中へ延びる。ガス状バーナ燃料の逆火のために
壁２２に孔３４があり、それによって室３２の中の点火
プラグからの火花が火炎ボート２４から出る燃料に点火
する。バーナの炎は、このようにして耐火リング２６及
び３０の中へ突出する。スリーブ２８と耐火リング３０
は、ハウジング４の下端壁５に）！シないで終り、それ
によって熱ガスがこのリングの端を通って矢印（Ａ）の
ようにハウジング４の側面の方へ外方に流れるのに気付
くだろう。スリーブ２８を囲むのは底３８の閉じた環状
触媒保持器３６である。この保持器３６の内側に上及び
下ベッドリング４０及び４２があり、それぞれこの保持
器３６の中に包含される触媒ベッド４４の上及び下境界
を定める。ベッドリング４０及び４２は共に孔引きで燃
料ガスが貫流できる。この保持器３６の上部は孔のない
上部リング４６でＩＩざされている。この保持器３６の
底３８から離れているのはスペーサリング４８で、それ
も孔明きでガスが貫流できる。
されている。バーナ管１２は壁１０を貫通し、且つ次の
壁２２も貫通する。この管１２は、この壁２２に取付け
られた環状耐火リング２６の中へ開く火炎ボート２４を
有する。このリング２６から外方に離れているのはスリ
ーブ２８で、それは壁２２を超えて壁１０まで延び、且
つもう一つの長い耐火リング３０を含む。点火プラグ保
持器１４は、壁１０及び２２により並びにバーナ管１２
及びスリーブ２８により囲まれたリング形着火又は点火
室３２の中へ延びる。ガス状バーナ燃料の逆火のために
壁２２に孔３４があり、それによって室３２の中の点火
プラグからの火花が火炎ボート２４から出る燃料に点火
する。バーナの炎は、このようにして耐火リング２６及
び３０の中へ突出する。スリーブ２８と耐火リング３０
は、ハウジング４の下端壁５に）！シないで終り、それ
によって熱ガスがこのリングの端を通って矢印（Ａ）の
ようにハウジング４の側面の方へ外方に流れるのに気付
くだろう。スリーブ２８を囲むのは底３８の閉じた環状
触媒保持器３６である。この保持器３６の内側に上及び
下ベッドリング４０及び４２があり、それぞれこの保持
器３６の中に包含される触媒ベッド４４の上及び下境界
を定める。ベッドリング４０及び４２は共に孔引きで燃
料ガスが貫流できる。この保持器３６の上部は孔のない
上部リング４６でＩＩざされている。この保持器３６の
底３８から離れているのはスペーサリング４８で、それ
も孔明きでガスが貫流できる。
この保持１５３６の底にあるリング４８の下に小さな耐
火ペレット５０が複数配置され、それらは、後に詳細に
説明するように、バーナ炎で加熱される。
火ペレット５０が複数配置され、それらは、後に詳細に
説明するように、バーナ炎で加熱される。
原料燃料供給管１６は、上部Ｗ１６、リング４６及び４
０、触媒ベッド４４、並びにリング４２及び４８を貫通
する。この管１６は、このようにして原料燃料の外部供
給源から原料燃料を加熱されたベレット５０上に供給す
るように作用できる。
０、触媒ベッド４４、並びにリング４２及び４８を貫通
する。この管１６は、このようにして原料燃料の外部供
給源から原料燃料を加熱されたベレット５０上に供給す
るように作用できる。
複数の円周方向に離れた加熱管５２が触媒ベッド４４を
貫通する。これらの管５２は、保持器３６の底壁３８か
ら突出する下部開放端を有し、且つ容器２の中心軸の方
に開いた、内方に傾斜した端面５４を有する。これらの
管５２は、リング４８゜４２及び４０を貫通し、リング
４６を通り環状バーす排気マニホルド５６の中へ開く。
貫通する。これらの管５２は、保持器３６の底壁３８か
ら突出する下部開放端を有し、且つ容器２の中心軸の方
に開いた、内方に傾斜した端面５４を有する。これらの
管５２は、リング４８゜４２及び４０を貫通し、リング
４６を通り環状バーす排気マニホルド５６の中へ開く。
このバーナ排気マニホルドは、外側はハウジング４によ
り、内側はスリーブ２８により、底はリング４６により
、そして上はリング５８により作られている。
り、内側はスリーブ２８により、底はリング４６により
、そして上はリング５８により作られている。
複数の円周方向に離れたバイパス管６０が触媒ベッド４
４の上部からリング４６及びリング５８を通り収集マニ
ホルド６２の中へ開ぎ、そのマニホルドは加工燃れ流出
管１８に通じる。第３図及び第４図は、この装置の種々
の管の平面図での相対位置を示す。
４の上部からリング４６及びリング５８を通り収集マニ
ホルド６２の中へ開ぎ、そのマニホルドは加工燃れ流出
管１８に通じる。第３図及び第４図は、この装置の種々
の管の平面図での相対位置を示す。
この装置は次のように作用する。燃料電池用加工燃料の
要求を予想して、メタン等のようなガスをバーナ管１２
に供給し、点火プラグ点火器で着火する。このバーナの
炎は耐火スリーブ３０を通りハウジング４の閏じた端５
の方へ吹き出る。この炎によって生じた熱はハウジング
４の閏じた喘で半径方向に拡がり、スリーブ２８の外側
でハウジング４の入口端の方へ逆行する。加熱管５２の
内側領域が加熱され、それによって触媒ベッド４４を内
側から加熱する。ハウジング４と保持器３６の問、並び
にスリーブ２８と保持鼎３６間の領域も加熱され、触媒
ベッド４４を外側から加熱する。バーナ１２の点火後約
１５分で、約２６０℃の所望の動作温度に達するだろう
。一旦妨作温麿に達すると、メタノールのようなＩＭれ
燃料を管１６を通してベレット５０上に滴下し、そこで
気化する。このメタノール蒸気は触媒ベッド４４を通っ
て上げ戻り、そこで水素の濃い燃料電池用燃料に変換さ
れ、それからリング４０を通って管６０の中へ入る。次
にこの加工燃料はマニホルド６２から排出管１８を通っ
て排出される。
要求を予想して、メタン等のようなガスをバーナ管１２
に供給し、点火プラグ点火器で着火する。このバーナの
炎は耐火スリーブ３０を通りハウジング４の閏じた端５
の方へ吹き出る。この炎によって生じた熱はハウジング
４の閏じた喘で半径方向に拡がり、スリーブ２８の外側
でハウジング４の入口端の方へ逆行する。加熱管５２の
内側領域が加熱され、それによって触媒ベッド４４を内
側から加熱する。ハウジング４と保持器３６の問、並び
にスリーブ２８と保持鼎３６間の領域も加熱され、触媒
ベッド４４を外側から加熱する。バーナ１２の点火後約
１５分で、約２６０℃の所望の動作温度に達するだろう
。一旦妨作温麿に達すると、メタノールのようなＩＭれ
燃料を管１６を通してベレット５０上に滴下し、そこで
気化する。このメタノール蒸気は触媒ベッド４４を通っ
て上げ戻り、そこで水素の濃い燃料電池用燃料に変換さ
れ、それからリング４０を通って管６０の中へ入る。次
にこの加工燃料はマニホルド６２から排出管１８を通っ
て排出される。
本発明の改質装置は、非常にコンパクトで、非常に迅速
に動作するようにし要求次第で燃料電池の陽極燃料を供
給することができることが容易に分かるだろう。この触
媒ベッドは迅速且つ一様に熱くなるだろう。
に動作するようにし要求次第で燃料電池の陽極燃料を供
給することができることが容易に分かるだろう。この触
媒ベッドは迅速且つ一様に熱くなるだろう。
本発明の開示した実施例の多くの変更や変形を本発明の
概念から逸服することなくなすことができるだろうから
、上記の特許請求の範囲によって請求する以外に別の方
法で本発明を限定することは意図しない。
概念から逸服することなくなすことができるだろうから
、上記の特許請求の範囲によって請求する以外に別の方
法で本発明を限定することは意図しない。
第１図は、本発明によって作られたコンパクト型の改質
器反応容器の平面図である。 第２図は、第１図の線２〜２によるこの′ｖｔ置の断面
図である。 第３図は、第２図の＄５１３−３による断面図である。 第４図は、第２図の１１４−４による断面図である。 ２・・・′Ｒ器 ４・・・ハウジング ６・・・壁 １６・・・ダクト ２６．３０・・・熱シールド ４４・・・触媒ベッド ４６・・・第１無孔リング ５２・・・熱管 ５６・・・熱排気装置 ５８・・・無孔リング ６０・・・バイパス管 ６２・・・マニホルド
器反応容器の平面図である。 第２図は、第１図の線２〜２によるこの′ｖｔ置の断面
図である。 第３図は、第２図の＄５１３−３による断面図である。 第４図は、第２図の１１４−４による断面図である。 ２・・・′Ｒ器 ４・・・ハウジング ６・・・壁 １６・・・ダクト ２６．３０・・・熱シールド ４４・・・触媒ベッド ４６・・・第１無孔リング ５２・・・熱管 ５６・・・熱排気装置 ５８・・・無孔リング ６０・・・バイパス管 ６２・・・マニホルド
Claims (6)
- （１）原料炭化水素燃料の接触改質用容器であつて、 ａ）円筒形側壁を有するハウジング（４）、 ｂ）該ハウジング内にその軸上にあり、このハウジング
の内部を加熱するためのバーナ装置であつて、該バーナ
装置によつて中に熱が伝えられる管状耐火性熱シールド
（２６、３０）を含む装置、 ｃ）該ハウジング内に環状触媒ベッド（４４）を形成す
る装置で、該触媒ベッドが該管状熱シールドから半径方
向に外に離れ且つそれを囲み、又該ハウジングの該円筒
形側壁から半径方向に内に離れ且つそれに囲まれる装置
、 ｄ）該触媒ベッドを貫通し、該バーナ装置からの熱風を
該触媒ベッドの内部を通して導き後者を内部から加熱す
るための、複数の円周方向に離れた熱管（５２）、 ｅ）原料炭化水素燃料を該容器内の該触媒ベッドと隣接
したところに入れるための装置で、この原料燃料を気化
し、その後この気化した燃料を該触媒ベッドを通してろ
過し、この原料燃料を水素の濃い燃料ガスに改質する装
置、及び ｆ）改質した燃料ガスを後の使用のため該触媒ベッドか
ら集めるための装置、を含む容器（２）。 - （２）特許請求の範囲第１項記載の容器であつて、更に
、該熱管から、該触媒ベッドと該管状熱シールドの間の
第１加熱域から、及び該触媒ベッドと該ハウジング円筒
形側壁の間の第２加熱域から熱バーナガスを排出するた
めの熱排気装置（５６）を含む容器。 - （３）特許請求の範囲第２項記載の容器であつて、更に
、該触媒ベッドの上に横たわり該触媒ベッドからのガス
の流れを阻止する第１無孔リング（４６）を含み、そこ
で該熱管（５２）が該第１無孔リングを通つて開き、該
熱管からの熱風を該熱排気装置へ流れさせる容器。 - （４）特許請求の範囲第３項記載の容器であつて、更に
、該第１無孔リング（４６）を通つて開くバイパス管（
６０）を含み、該触媒ベッドからの改質された燃料ガス
を、該熱排気装置を通過して、該改質燃料ガスを集める
ための装置へ導く容器。 - （５）特許請求の範囲第４項記載の容器に於いて、該改
質燃料ガスを集めるための装置が、一部該ハウジングの
一つの無孔端壁（６）により及び該第１無孔リング（４
６）に隣接しそれから離れたもう一つの無孔リング（５
８）によつて定められるマニホルド（６２）である容器
。 - （６）特許請求の範囲第１項記載の容器に於いて、該原
料炭化水素燃料を入れるための装置が該ハウジングの壁
（６）を通り且つ該触媒ベッドを通つて該触媒ベッドに
隣接して配置された気化室へ延びる、少なくとも一つの
ダクト（１６）を含む容器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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