JPH03170301A - プレート型改質器 - Google Patents

プレート型改質器

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JPH03170301A
JPH03170301A JP1304766A JP30476689A JPH03170301A JP H03170301 A JPH03170301 A JP H03170301A JP 1304766 A JP1304766 A JP 1304766A JP 30476689 A JP30476689 A JP 30476689A JP H03170301 A JPH03170301 A JP H03170301A
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combustion chamber
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森嶋　敏
Sakae Chijiiwa
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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、メタンなどの炭化水素を水蒸気の存在下で改
質する改質器に係り、特にプレートを積層して形成する
プレート型改質器に関するものである。
［従来の技術］ 近年、水素と酸素を燃料電池のアノードとカソードに供
給して発電する燃料電池システムが開発されてきている
．この燃料電池に水素を供給する際、メタンなどの炭化
水素系ガスを水蒸気の存在下で、改質触媒により下弐の
反応を行ってアノード原料ガスに改質することがなされ
ている。
ＣＨ４　＋Ｈ２　０＋ＣＯ＋３Ｈ２ ＣＯ＋Ｈ２０→ＣＯ２　＋Ｈ２ この改質反応は吸熱反応であり、改質反応温度を維持す
るには、改質反応部を加熱する必要がある。
従来のプレート型改質器は、改質触媒が充填された改質
室プレートと燃焼触媒が充填された燃焼室プレートとを
交互に多段に積層し、各段の燃焼室プレートに燃料と空
気とを同時に供給し、そこで燃焼させて、上下の改質室
プレートを加熱して改質室プレートを通る原料ガスの改
質温度を維持するようにしている。しかしながら、燃焼
室プレートに燃料と空気とを同時に供給すると、燃焼が
全て入口付近で行われるため燃焼ガス温度が火炎温度に
達し、入口と出口に大きな温度差を生じやすい。
このため実願昭６２−１４５４０４号に提案したように
、燃焼部を、燃焼室プレートと分散プレートで形成し、
燃焼室プレートに空気を供給し、他方分散プレートに燃
料を供給し、その分散プレートに導入された燃料を、燃
焼室プレートの面全体に均一に供給して燃焼させて燃焼
温度の低下と温度分布の均一化を図るプレート型改質器
が提案されている。
［発明が解決しようとする課題］ ところで、このプレート型改質器にあっては、各種ガス
の給排のための通路がプレートに貫通するように形成さ
れ、各プレートを積層する際、その各プレート間のシー
ルを考慮して積層する必要があり、その積層構造が複雑
になる問題がある。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、シールが
簡単なプレート型改質器を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段」 本発明は、上記の目的を達成するために、プレート部材
の周囲にマスク枠を一体に取り付けて燃料導入プレート
と燃焼触媒が充填される燃焼室プレートと改質触媒が充
填される改質室プレートとをそれぞれ形成し、その燃料
導入グレートのマスク枠に燃料供給口を形成し、上記燃
焼室プレートのプレート部材に多数の分散孔を形成する
と共にそのマスク枠に空気供給口及び排ガス排出口を形
成し、さらに改質室プレートのマスク枠に原料ガスの供
給口及びその排出口を形成し、これらプレートを順次積
層すると共に各段のプレート間の周囲を溶接接合して積
層体を形成し、その積層体の側面で整列した各プレート
の供給及び排出口に、それぞれマニホールドを取り付け
たものである。
［作用コ 上記の構成によれば、各プレートを、そのプレート部材
の周囲に一体にマスク枠を設けて形成し、そのマスク枠
に各種ガスの給排用口を形成することで、プレート間の
周囲を溶接すれば、プレート間のシールは良好となり、
しかもその積層体にマニホールドを取り付けることで各
種ガスの給排も容易にできる． ［実斃例］ 以下、本発明の好適実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
先ず第１図は本発明のプレート型改質器の部分破断斜視
図を示す。
このプレート型改質器は、基本的には燃料導入プレート
１１と燃焼室プレート１２と改質室プレート１３とを多
段に積層した積層体１０がら構成される。
各プレート１１，１２．１３の詳細を第２図５ （ａ）〜（ｃ）により説明すると、各プレート１１，１
２．１３は、それぞれ同じ大きさのプレート部材１４の
周囲にマスク枠１５を一体に溶接して形成され、第２図
（ｃ）に示すように燃料導入プレート１１のマスク枠１
５には、燃料供給口１６が予め切り欠かれて形成され、
第２図（ｂ）に示すように燃焼室プレート１２のマスク
枠１５には、空気供給口１７及び排ガス排出口１８が予
め切り欠かれて形成されると共にそのプレート部材１４
に多数の分散孔１９が穿設されて形成され、第２図（ａ
）に示すように改質室プレート１３のマスク枠１５には
、！ＩＸ料ガスの供給口２０及びその排出口２１が予め
切り欠かれて形威される。この各プレート部材１４上に
対向して上部面が多数凹凸が連続した仕切部材２２．２
３が一体に取り付けられる。この仕切り部材２２．２３
により、改質室プレート１３には仕切部材２２．２３間
に改質触媒が充填される改質室２４が形成され、また燃
焼室プレート１２には仕切部材２２．２３間に燃焼触媒
が充填される燃焼室２５が形戒され、６ また燃料導入プレート１１には仕切部材２２．２３間に
燃料導入室３１が形戒され、さらに各プレート１１．１
２．１３の仕切部材２２．２３の左右に入口室２６及び
出口室２７が形成される。
各種ガスの給排口１６，１７．１８，２０．２１は、そ
れぞれこの入口室２６及び出口室２７に連通ずるように
設けられる。また各プレート部材１４上には、マスク枠
１５の高さと同じ高さの小円柱状のスペーサ部材２８が
多数プレート部材１４と一体に配設される。
改質室プレート１３の原料ガスの供給口２０は、入口室
２６と連通ずるようにマスク枠１５に設けられるが、マ
スク枠１５には、その供給口２０と連続して改質室２４
に改質触媒を充填するための触媒充填口２９が形成され
、同じく燃焼室プレート１２のマスク枠１５には空気供
給口１７と連続して燃焼室２５に燃焼触媒を充填するた
めの触媒充填口３０が形成される。燃焼室プレート１２
のプレート部材１４に多数穿設される分散孔１９は、第
２図（ｂ）に示すように仕切部材２２．２３間で仕切ら
れた燃焼室２５に位置するプレート部材１４に穿設し、
かつ出口室２７近くには所定幅ｄ分穿設せずにしておく
。
以上において、先ずそれぞれマスク枠１５，仕切部材２
２．２３を配した燃料導入プレート１１の上に燃焼室プ
レート１２を重合し、さらにその燃焼室プレート１２の
上に改質室プレート１３を重合し、この改質室プレート
１３上に再度燃料導入プレート１１を重合し以後各プレ
ート１１，１２．１３を順に重合すると共に各プレート
間をＴ　Ｉ　Ｇ＋Ｍ　Ｉ　Ｇ溶接を行って第３図に示し
た積層体１０を形或する。この場合積層体１０の最上層
の改質室プレート１３上には、第１図に示すように、そ
の改質室２４及び出入口室２６．２７を覆う隔離プレー
ト３２を重合すると共にその上部に上部支持枠板３３を
重合し、さらに上部板３４を重合し、また最下層の燃料
導入プレート１１の下部には下部支持枠板３５を重合す
ると共にその下部に下部板３６を重合して積層体１０と
する。
このように積層体１０を形成すると各段の給排口１６．
１７．１８．２０．２１は、積層体１０の側面で上下に
整列した状態となる。上下に整列した各給排口１６，１
７．１８，２０．２１には給排用のマニホールド３７，
３８，３９，４０，４１をそれぞれ溶接して取り付ける
。すなわち燃料導入プレート１１の燃料供給口１６には
燃料供給用マニホールド３７を取り付け、燃焼室プレー
ト１２の空気供給口１７には空気供給マニホールド３８
を、その排ガス排出口１８には排気用マニホールド３９
をそれぞれ取り付け、さらに改質室プレートｌ３の原料
ガス供給口２０には原料ガス供給マニホールド４０を、
またその排出口２１には改質ガス排出用マニホールド４
１を取り付ける．これらマニホールド３７，３８，３９
，４０，４１は、接続筒部３７ａ〜４１ａと７ランジ部
３７ｂ〜４ｌｂからなり、接続筒部３７ａ〜４１ａは積
層体１０の側面で上下に整列する各給排ロー６．１７．
１８，２０．２１を覆うように形成される。この場合空
気供給マニホールド３８と原料ガス供給マニホールド４
０の接続簡部９ ３８ａ，４０ａは、その空気供給口１７及び原料ガス供
給口２０とそれぞれ連続する燃焼触媒充填口３０及び改
質触媒充填口２９をも同時に覆う口径に形成される。こ
の触媒充填口３０．２９には、第４〜６図に示すように
、その各段の触媒充填口３０．２９に対応してスリット
ロ３０ａ，２９ａが形成されたスリット板４２．４３が
積層体１０に溶接接合され、空気供給マニホールド３８
と原料ガス供給マニホールド４０の接続筒部３８ａ，４
０ａは、そのスリット板４２．４３をも覆うような口径
にされる。このスリット板４２．４３には、そのスリッ
ト板４２．４３のスリットロ３０ａ，２９ａを塞ぐシー
ル板４４．４５がネジ止めにより着脱自在に設けられる
。
以上のようにして本発明のプレート型改質器を組み立て
た後、先ず空気供給マニホールド３８と原料ガス供給マ
ニホールド４０内のスリット板４２．４３のスリットロ
３０ａ，２９ａより、各段の燃焼室２５及び改質室２４
にそれぞれ球状に形成した燃焼用触媒（例えば、パラジ
ウム系触媒）１０ ４６及び改質触媒（例えば、ニッケル系触媒）４７を、
第１図に示すよう充填した後、そのスリット板４２．４
３にシール板４４．４５をネジ止めしてスリットロ３０
ａ，２９ａを塞ぐ。
改質運転に於いては、燃料供給マニホールド３７に燃料
ガス、例えば燃料電池のアノードから排出されるオフガ
スを供給し、また空気供給マニホールド３８より空気を
供給する，＠方原料ガス供給マニホールド４０よりメタ
ンと水蒸気からなる原料ガスを供給する。これら各ガス
は、マニホールド３７，３８．４０より各プレート１１
，１２．１３に形成された供給口１６．１７．２０を介
して各プレー｝１１，１２．１３の入口室２６に流入し
、仕切部材２２の凹部を通って各プレートの室に流入す
る。先ず燃料ガスは、その供給口１６より入口室２６を
介して燃料導入プレート１１内の導入室３１に流入する
と、その導入室３１から上部の燃焼室プレート１２の分
散孔１９を介して燃焼室２５の全面に全て均一に流入す
る。
他方燃焼室プレート１２の空気供給口１７より入１１ 口室２６を介し仕切部材２２の四部を通って燃焼室２５
に空気が供給され、分散孔１９を介して燃焼室２５に流
入した燃料ガスと空気とが混合し燃焼用触媒にて燃焼が
行われ、その排ガスが出口側の仕切部材２３を介して出
口室２７に流れ、さらに排出口１８より排気マニホール
ド３９を介して排気される。この燃焼室２５での発生熱
は、改質室グレート１３を介して改質室２４に伝熱され
る。
改質室２４には、供給口２０より入口室２６を介してメ
タンと水蒸気が供給され、改質触媒により上述した改質
反応にてＨ２とＣＯガスとに改質され、改質後のガスが
出口室２７より排出口２１を介しさらに改質ガス排出マ
ニホールド４ｌを介して例えば燃料電池のアノードに供
給される。また長期に運転中に燃焼用及び改質触媒４６
．４７が劣化したならば、シール板４４．４５を外し、
スリット板４２．４３のスリットロ３０ａ，２９ａから
触媒４６．４７を取り出して再度新たな触媒を充填すれ
ばよい。
以上において、各プレート１１，１２．１３は、１２ その周囲が溶接接合されており、かつその給排日１６．
１７，１８，２０．２１は、積層体１０の側面に開口し
た状態となり、この各給排口１６，１７，１８，２０．
２１には給排用のマニホールド３７．３８．３９，４０
．４１を、それぞれ溶接して取り付けることで、各グレ
ート１１．１２．１３間のシールの必要がなく、各種ガ
スのシール性が格段に向上する。
尚上述の実施例においては、積層体１０の各プレート１
１，１２．１３の出入口室２６．２７の配置を同じ位置
にしたが、適宜出入口室の位置を変更してもよい。また
燃料と空気の供給先を交換することも可能である。さら
に各プレート１１，１２．１３のプレート部材１４には
、熱膨張を吸収できるよう仕切部材２２．２３間で、か
つその仕切部材２２．２３の近傍のプレート部材１４の
断面を波状に形成して熱膨張を吸収できる構造にしても
よい， 上述の実肢例においては、燃焼用触媒を球状に形成し、
触媒の交換を容易にする例で説明したが、１３ 触媒形状は必ずしも球状に限定されるものでなく任意の
形状のものが使用できることは勿論である． ［発明の効果］ 以上説明したことから明らかなように本発明によれば次
のごとき優れた効果を発揮する，（１）燃料導入プレー
トと燃焼室プレートと改質室プレートとを多段に重合す
ると共にその間を溶接しかつその積層体の側面に位置し
て給排用口を形成すると共にその給排日にマニホールド
を接続することで、ガスの給排にシール材を用いる必要
がなく、そのシール製が格段に向上する。
（２）各プレートを重合すると共に溶接しマニホールド
を溶接するだけですみ、製作が容易にできる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示す部分破断斜視図、第２
図は本発明における各プレートの詳細図、第３図は本発
明において積層体にマニー１４ ルドを取り付ける状態の斜視図、第４図は背面図、第５
図は平面図、第６図は正面図、第７図は側面図である。 図中、１０は積層体、１１は燃料導入プレート、１２は
燃焼室プレート、１３は改質室プレート、ｌ４はプレー
ト部材、１５はマスク枠、１６．１７，１８，２０．２
１は給排口、１９は分散孔、３７，３８．３９，４０．
４１は給排用のマニホールド、４６は燃焼触媒、４７は
改質触媒である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １、プレート部材の周囲にマスク枠を一体に取り付けて
    燃料導入プレートと燃焼触媒が充填される燃焼室プレー
    トと改質触媒が充填される改質室プレートとをそれぞれ
    形成し、その燃料導入プレートのマスク枠に燃料供給口
    を形成し、上記燃焼室プレートのプレート部材に多数の
    分散孔を形成すると共にそのマスク枠に空気供給口及び
    排ガス排出口を形成し、さらに改質室プレートのマスク
    枠に原料ガスの供給口及びその排出口を形成し、これら
    プレートを順次積層すると共に各段のプレート間の周囲
    を溶接接合して積層体を形成し、その積層体の側面で整
    列した各プレートの供給及び排出口に、それぞれマニホ
    ールドを取り付けたことを特徴とするプレート型改質器
    。
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