JPH01208303A - 燃料改質装置 - Google Patents
燃料改質装置Info
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- JPH01208303A JPH01208303A JP63028752A JP2875288A JPH01208303A JP H01208303 A JPH01208303 A JP H01208303A JP 63028752 A JP63028752 A JP 63028752A JP 2875288 A JP2875288 A JP 2875288A JP H01208303 A JPH01208303 A JP H01208303A
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- 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
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- 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; Reversible storage of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air
- C01B3/34—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
- C01B3/384—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts with external heating of the catalyst
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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。
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）
本発明はアルコール類や炭化水素系燃料を水蒸気改質し
て水素を生成する燃料改質装置で、特に、たとえば、燃
料電池システムあるいは水素製造装置に使用するのに好
適な燃料改質装置に関する。
て水素を生成する燃料改質装置で、特に、たとえば、燃
料電池システムあるいは水素製造装置に使用するのに好
適な燃料改質装置に関する。
（従来技術）
従来、アルコール類や炭化水素系燃料を水蒸気改質して
水素を生成する燃料改質装置が知られている。
水素を生成する燃料改質装置が知られている。
第５図は特開昭６０−２６４３０２号に記載の従来知ら
れている燃料改質装置の一例であり、改質器容器２０の
内側に低温断熱層２１と高温断熱層２２とを配し、高温
断熱層２２で囲まれて形成された燃焼室２３に空気導入
管２４とガス導入管２５とを連通させるとともに、多数
の改質管２６を並設し、改質管２６内には改質触媒２７
を充填し、改質管２６の間には伝熱充填層２８を配設し
たものである。改質管２６は改質触媒２７の加熱を効率
よく行うために、リターンバス２９を内設した二重管構
造となっている。空気導入管２４から導入した空気とガ
ス導入管２５から導入した燃焼ガスを燃焼室２３で燃焼
させると高温の燃焼ガスが得られ、この燃焼ガスを改質
触媒２７に通して加熱する。原料ガス導入管３０から原
料ガスを水蒸気とともに導入すると、改質管２６を通過
する間に加熱され、改質触媒２７で改質され、リターン
パス２９を下降する間に改質触媒２７に熱を与えて温度
が低下し出口管３１から改質ガスとして排出される。
れている燃料改質装置の一例であり、改質器容器２０の
内側に低温断熱層２１と高温断熱層２２とを配し、高温
断熱層２２で囲まれて形成された燃焼室２３に空気導入
管２４とガス導入管２５とを連通させるとともに、多数
の改質管２６を並設し、改質管２６内には改質触媒２７
を充填し、改質管２６の間には伝熱充填層２８を配設し
たものである。改質管２６は改質触媒２７の加熱を効率
よく行うために、リターンバス２９を内設した二重管構
造となっている。空気導入管２４から導入した空気とガ
ス導入管２５から導入した燃焼ガスを燃焼室２３で燃焼
させると高温の燃焼ガスが得られ、この燃焼ガスを改質
触媒２７に通して加熱する。原料ガス導入管３０から原
料ガスを水蒸気とともに導入すると、改質管２６を通過
する間に加熱され、改質触媒２７で改質され、リターン
パス２９を下降する間に改質触媒２７に熱を与えて温度
が低下し出口管３１から改質ガスとして排出される。
このような二重管構造の改質管を用いた燃料改質装置は
、構成が比較的単純であり効率も良いため、コンパクト
化を指向する燃料電池システム等に適用されているが、
燃料電池システム等では。
、構成が比較的単純であり効率も良いため、コンパクト
化を指向する燃料電池システム等に適用されているが、
燃料電池システム等では。
改質効率が高くて設置スペースが小さくてすむコンパク
トな燃料改質装置が要請されている。
トな燃料改質装置が要請されている。
（問題を解決するための手段）
本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、本発明
に係る燃料改質装置の構成は、改質容器内に複数本の改
質管を配設し、改質管の外周を高温の燃焼ガスを流通さ
せる加熱領域とし、改質管内に、原料ガスから水素リッ
チガスを生成するための改質触媒層と、生成した水素リ
ッチガスを取り出すための波路となる内管とを有する二
重管構造の燃料改質装置において、内管の材料として改
質触媒層からの水素の吸蔵反応および内管内部への水素
の放出反応を行いつる水素吸蔵合金を用いたものである
。
に係る燃料改質装置の構成は、改質容器内に複数本の改
質管を配設し、改質管の外周を高温の燃焼ガスを流通さ
せる加熱領域とし、改質管内に、原料ガスから水素リッ
チガスを生成するための改質触媒層と、生成した水素リ
ッチガスを取り出すための波路となる内管とを有する二
重管構造の燃料改質装置において、内管の材料として改
質触媒層からの水素の吸蔵反応および内管内部への水素
の放出反応を行いつる水素吸蔵合金を用いたものである
。
（作 用）
本発明におけるように、二重管構造の改質管の内管の材
料に水素吸蔵合金を使用すると、内管が改質触媒層で発
生する水素を吸蔵して内管内側に放出するとともに、水
素が内管外側に吸蔵される際発生する熱を改質媒体層に
反応熱として与え、水素が内管内側に放出される際の吸
熱により高温のリターンガスから熱回収されるので、熱
の移動と水素の移動の相乗効果が得られる。
料に水素吸蔵合金を使用すると、内管が改質触媒層で発
生する水素を吸蔵して内管内側に放出するとともに、水
素が内管外側に吸蔵される際発生する熱を改質媒体層に
反応熱として与え、水素が内管内側に放出される際の吸
熱により高温のリターンガスから熱回収されるので、熱
の移動と水素の移動の相乗効果が得られる。
水素吸蔵合金は、水素吸蔵反応が発熱反応、水素放出反
応が吸熱反応であるという性質があり、後述する第３図
に示すように、低温で水素吸蔵、高温で水素放出、また
高圧で水素吸蔵、低圧で水素放出を行うものである。
応が吸熱反応であるという性質があり、後述する第３図
に示すように、低温で水素吸蔵、高温で水素放出、また
高圧で水素吸蔵、低圧で水素放出を行うものである。
したがって、内管外側の改質触媒層と改質ガス流路とな
る内管内側とはそれでれ低温高圧と高温低圧設定される
ため、改質触媒層への発熱による熱伝達の促進と内管内
側の吸熱による熱回収とを合せて行うことができ、熱伝
達の促進による伝熱面積の縮減が可能となり、高効率且
つ小型でコンパクトな燃料改質装置を構成することがで
きる。
る内管内側とはそれでれ低温高圧と高温低圧設定される
ため、改質触媒層への発熱による熱伝達の促進と内管内
側の吸熱による熱回収とを合せて行うことができ、熱伝
達の促進による伝熱面積の縮減が可能となり、高効率且
つ小型でコンパクトな燃料改質装置を構成することがで
きる。
（実施例）
以下、本発明を第１図ないし第４図を参照して説明する
。
。
まず、第１図は本発明による燃料改質装置の一実施例の
縦断面図、第２図は従来技術と本発明とを比較する温度
分布図、第３図は水素吸蔵合金の特性図である。
縦断面図、第２図は従来技術と本発明とを比較する温度
分布図、第３図は水素吸蔵合金の特性図である。
第１図において、ｌは改質管を構成する外管、２は原料
ガスから水素リッチガスを生成するための改質触媒、３
は改質の結果得られた水素リッチガスを取り出すための
流路となる内管、４は改質容器を構成する胴、５は胴４
の内側に設けた断熱材、６は胴４の下部に配置した燃焼
装置、７は胴４の上部に設けた原料ガス入口、８は内管
３に連通ずる改質ガス出口、９は燃焼用の燃料を供給す
るための燃料入口、ｌＯは燃焼用の空気を供給するため
の空気入口、１１は胴４に設けた燃焼ガス出口、１２は
伝熱粒子である。
ガスから水素リッチガスを生成するための改質触媒、３
は改質の結果得られた水素リッチガスを取り出すための
流路となる内管、４は改質容器を構成する胴、５は胴４
の内側に設けた断熱材、６は胴４の下部に配置した燃焼
装置、７は胴４の上部に設けた原料ガス入口、８は内管
３に連通ずる改質ガス出口、９は燃焼用の燃料を供給す
るための燃料入口、ｌＯは燃焼用の空気を供給するため
の空気入口、１１は胴４に設けた燃焼ガス出口、１２は
伝熱粒子である。
すなわち１本実施例の燃料改質装置は、複数本の外管ｌ
と内管３とからなる二重管構造の改質管を胴４内に配設
し、外管ｌの外周と胴４の内側に備えた断熱材５との間
には、伝熱促進を図るための耐熱性のアルミナ球を用い
た伝熱粒子１２を充填して伝熱粒子充填層を形成してい
る。この伝熱粒子充填層は改質管の外周に高温の燃焼ガ
スを流通させる加熱領域として機能する。
と内管３とからなる二重管構造の改質管を胴４内に配設
し、外管ｌの外周と胴４の内側に備えた断熱材５との間
には、伝熱促進を図るための耐熱性のアルミナ球を用い
た伝熱粒子１２を充填して伝熱粒子充填層を形成してい
る。この伝熱粒子充填層は改質管の外周に高温の燃焼ガ
スを流通させる加熱領域として機能する。
二重管構造の改質管内には、外管１と内管３との間の環
状部に改質触媒２を充填し改質触媒層を形成している。
状部に改質触媒２を充填し改質触媒層を形成している。
改質触媒２にはたとえばアルミナ球にＮｉ系触媒を担持
させたものが用いられる。
させたものが用いられる。
本実施例における内管３は水素吸蔵合金を焼結するなど
の方法により管状にしたものである。水素吸蔵合金とし
ては１ＭｇＨｔ１ＭｌｌＪｔＩｎなどのマグネシウム系
水素吸蔵合金が用いられ、このマグネシウム系水素吸蔵
合金は使用温度２５０℃以上てその特性を利用できるも
のである。
の方法により管状にしたものである。水素吸蔵合金とし
ては１ＭｇＨｔ１ＭｌｌＪｔＩｎなどのマグネシウム系
水素吸蔵合金が用いられ、このマグネシウム系水素吸蔵
合金は使用温度２５０℃以上てその特性を利用できるも
のである。
燃焼装置６としては一般的にはバーナか用いられるが、
燃焼触媒を用いた触媒燃焼方式としてもよい。
燃焼触媒を用いた触媒燃焼方式としてもよい。
改質される原料ガスとしては、炭化水素やアルコール類
を水蒸気と混合したものが用いられる。
を水蒸気と混合したものが用いられる。
次に本実施例の燃料改質装置の作用を第１図ないし第３
図を参照して説明する。
図を参照して説明する。
第２図は、横軸に従来技術における反応管（改質管）の
軸方向距離の比をとり、縦軸に温度および反応率をとっ
て、従来技術（１点鎖線）と本発明に係る本実施例（実
線）とを比較して示したものである。
軸方向距離の比をとり、縦軸に温度および反応率をとっ
て、従来技術（１点鎖線）と本発明に係る本実施例（実
線）とを比較して示したものである。
また、第３図の水素吸蔵合金の特性図は、横軸に温度、
縦軸に圧力をとって、水素吸蔵反応と水素放出反応の範
囲を実線と矢印によって示したものである。先にも述べ
たように、水素吸蔵反応は発熱反応、水素放出反応は吸
熱反応であり、低温で水素吸蔵、高温で水素放出、また
高圧で水素吸蔵、低圧で水素放出を行うものであるから
、第３図に３いて線Ａから矢印ａ方向が水素吸蔵、線Ｂ
から矢印す方向が水素放出の範囲を示している。
縦軸に圧力をとって、水素吸蔵反応と水素放出反応の範
囲を実線と矢印によって示したものである。先にも述べ
たように、水素吸蔵反応は発熱反応、水素放出反応は吸
熱反応であり、低温で水素吸蔵、高温で水素放出、また
高圧で水素吸蔵、低圧で水素放出を行うものであるから
、第３図に３いて線Ａから矢印ａ方向が水素吸蔵、線Ｂ
から矢印す方向が水素放出の範囲を示している。
原料ガスは原料ガス入ロアから導入され、胴４内の外管
ｌと内管３との間に配設された改質触媒層に供給される
。
ｌと内管３との間に配設された改質触媒層に供給される
。
一方、燃料人口９から導入された燃料と空気入口ｌＯか
ら導入された空気は燃焼装置６内で燃焼して高温の燃焼
ガスを生成するが、その高温燃焼ガスは胴４内の伝熱粒
子充填層を流通し、燃焼ガス出口１１から排出される。
ら導入された空気は燃焼装置６内で燃焼して高温の燃焼
ガスを生成するが、その高温燃焼ガスは胴４内の伝熱粒
子充填層を流通し、燃焼ガス出口１１から排出される。
すなわち、高温燃焼ガスは外管ｌの外周の加熱領域を下
部から上部へ流通する。
部から上部へ流通する。
改質触媒層に入った原料ガスは改質反応を開始し、徐々
に水素リッチガスに改質される。この反応は吸熱反応で
あるため、第２図に示すように。
に水素リッチガスに改質される。この反応は吸熱反応で
あるため、第２図に示すように。
反応開始後急激な温度降下を起こす、低温になった改質
中のガスは、外管１側からの伝熱と、低温になったこと
により発生する水素吸蔵反応による発熱および内管３か
らの伝熱とにより、徐々に温度上昇をともないながら改
質反応を続ける。
中のガスは、外管１側からの伝熱と、低温になったこと
により発生する水素吸蔵反応による発熱および内管３か
らの伝熱とにより、徐々に温度上昇をともないながら改
質反応を続ける。
次に、改質反応の終った改質ガスは、内管３の内部を通
り、改質触媒層への伝熱と、高温であるために発生する
水素放出反応による吸熱とにより温度を徐々に下げ、改
質ガス出口８から導き出される。
り、改質触媒層への伝熱と、高温であるために発生する
水素放出反応による吸熱とにより温度を徐々に下げ、改
質ガス出口８から導き出される。
内管３に使用されている水素吸蔵合金は、改質触媒層に
より改質された水素の吸蔵と、その水素の内管３への放
出を同時に連続的に行うため飽和状態にはならない。
より改質された水素の吸蔵と、その水素の内管３への放
出を同時に連続的に行うため飽和状態にはならない。
第２図には、先にも述べたように、改質管内の温度分布
を従来技術の場合と本実施例の場合とを比較して示して
いる。
を従来技術の場合と本実施例の場合とを比較して示して
いる。
第２図において、１４は本実施例における燃焼ガス温度
分布、１５は従来技術における燃焼ガス温度分布を示し
ており、燃焼ガス温度は従来と本実施例とでは同じ条件
であることを示す。
分布、１５は従来技術における燃焼ガス温度分布を示し
ており、燃焼ガス温度は従来と本実施例とでは同じ条件
であることを示す。
１６は本実施例における改質ガス温度の分布、１７は従
来技術における改質ガス温度の分布、１８は本実施例に
よる改質反応の反応率、１９は従来技術による改質反応
の反応率である。
来技術における改質ガス温度の分布、１８は本実施例に
よる改質反応の反応率、１９は従来技術による改質反応
の反応率である。
本実施例（実線）を示すの線１６と１８は、従来技術の
反応管（改質管）の軸方向長さを１としたときの比を示
し、第２図ではその比が０．９となっている。すなわち
、本実施例では、水素吸蔵反応にともなう発熱による熱
伝達の促進と水素放出反応による熱回収との相乗効果に
よる高効率化により、伝熱面積を縮減することができる
ため。
反応管（改質管）の軸方向長さを１としたときの比を示
し、第２図ではその比が０．９となっている。すなわち
、本実施例では、水素吸蔵反応にともなう発熱による熱
伝達の促進と水素放出反応による熱回収との相乗効果に
よる高効率化により、伝熱面積を縮減することができる
ため。
反応管の長さを第２図に示すように約１０％短縮てきる
ことになる。
ことになる。
このように本実施例によれば、内管に水素吸蔵合金を使
用しているため、必要触媒量に対する伝熱面積を構造を
全く変えることなく減少することができるとともに、熱
回収を効率的に行うことができるので、燃料改質装置の
小形化およびコンパクト化と高効率化を容易に達成する
ことができる。
用しているため、必要触媒量に対する伝熱面積を構造を
全く変えることなく減少することができるとともに、熱
回収を効率的に行うことができるので、燃料改質装置の
小形化およびコンパクト化と高効率化を容易に達成する
ことができる。
次に１本発明の他の実施例を第４図を参照して説明する
。
。
第４図は本発明による燃料改質装置の他の実施例の縦断
面図であり、図中、第１図と同じ符号は先の実施例と同
じ構成部分を示しているためその説明を省略する。
面図であり、図中、第１図と同じ符号は先の実施例と同
じ構成部分を示しているためその説明を省略する。
第４図の実施例が第１図の実施例と異なる点は、外管ｌ
の外周の加熱領域に、高温燃焼ガスの流路な曲折するた
めの複数の折流板１３を胴４内に交互に配設したことで
ある。このように折流板１３を胴４内に交互に配設する
ことによって燃焼装置６から供給される高温の燃焼ガス
は矢印のように折流して流れて外管ｌを外周から加熱す
ることになり、第１図の実施例における伝熱粒子１２の
充填層と同様の機能を果たすことになる。
の外周の加熱領域に、高温燃焼ガスの流路な曲折するた
めの複数の折流板１３を胴４内に交互に配設したことで
ある。このように折流板１３を胴４内に交互に配設する
ことによって燃焼装置６から供給される高温の燃焼ガス
は矢印のように折流して流れて外管ｌを外周から加熱す
ることになり、第１図の実施例における伝熱粒子１２の
充填層と同様の機能を果たすことになる。
内管３の材料に第１図の実施例と同様に水素吸蔵合金を
用いる点は同じであるから、熱効率の点では先の第１図
の実施例と同様の効果が得られる。
用いる点は同じであるから、熱効率の点では先の第１図
の実施例と同様の効果が得られる。
また、ここに図示して説明しないが、第１図あるいは第
４図の燃料改質装置において、内管３の内部に伝熱粒子
を充填するようにしてもよい。
４図の燃料改質装置において、内管３の内部に伝熱粒子
を充填するようにしてもよい。
この場合も、先の各実施例と同様の効果が期待され、よ
り効果的に改質反応を行わしめることができる。
り効果的に改質反応を行わしめることができる。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明においては、二重管構造の
改質器の内管の材料に水素吸蔵合金を用いることにより
、従来の構造を何ら変更することなしに、燃料改質の高
効率化を図ることがてきるため、装置の小形化、コンパ
クト化を図ることができ、燃料電池などに応用したとき
燃料電池の小形化が可能になるなど、応用分野での効果
は太きいものかある。
改質器の内管の材料に水素吸蔵合金を用いることにより
、従来の構造を何ら変更することなしに、燃料改質の高
効率化を図ることがてきるため、装置の小形化、コンパ
クト化を図ることができ、燃料電池などに応用したとき
燃料電池の小形化が可能になるなど、応用分野での効果
は太きいものかある。
第１図は本発明による燃料改質装置の一実施例の縦断面
図、第２図は改質管の温度分布図を従来技術と本発明で
比較して示す図、第３図は水素吸蔵合金の特性図、第４
図は本発明による燃料改質装置の他の実施例の縦断面図
、第５図は従来の燃料改質装置の一例の縦断面図である
。
図、第２図は改質管の温度分布図を従来技術と本発明で
比較して示す図、第３図は水素吸蔵合金の特性図、第４
図は本発明による燃料改質装置の他の実施例の縦断面図
、第５図は従来の燃料改質装置の一例の縦断面図である
。
Claims (4)
- （１）複数本の改質管を改質容器内に配設し、該改質管
の外周に高温燃焼ガスを流通させて改質管の加熱領域と
し、前記改質管内に改質触媒層と、該改質触媒層により
改質されたガスを取り出すための流路となる内管とを設
けた二重管構成の燃料改質装置において、前記内管の材
料に、改質触媒層からの水素の吸蔵および内管内部への
水素の放出を行いうる水素吸蔵合金を用いたことを特徴
とする燃料改質装置。 - （２）改質管の外周の加熱領域には伝熱粒子が充填され
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の燃料
改質装置。 - （３）改質管の外周の加熱領域には、高温燃焼ガスの流
路を曲折するための複数の折流板を配設したことを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の燃料改質装置。 - （４）内管の内部に伝熱粒子を設けたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載の燃料改質装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63028752A JP2572251B2 (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | 燃料改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63028752A JP2572251B2 (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | 燃料改質装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01208303A true JPH01208303A (ja) | 1989-08-22 |
| JP2572251B2 JP2572251B2 (ja) | 1997-01-16 |
Family
ID=12257140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63028752A Expired - Lifetime JP2572251B2 (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | 燃料改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2572251B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0661768A1 (en) * | 1993-12-28 | 1995-07-05 | Chiyoda Corporation | Method of heat transfer in reformer |
| WO2005073126A1 (ja) * | 2004-01-30 | 2005-08-11 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | 改質器 |
| WO2007000243A3 (en) * | 2005-06-28 | 2007-03-08 | Haldor Topsoe As | Compact reforming reactor |
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