JPH0397602A - 吸熱反応装置 - Google Patents
吸熱反応装置Info
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- JPH0397602A JPH0397602A JP2040038A JP4003890A JPH0397602A JP H0397602 A JPH0397602 A JP H0397602A JP 2040038 A JP2040038 A JP 2040038A JP 4003890 A JP4003890 A JP 4003890A JP H0397602 A JPH0397602 A JP H0397602A
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- 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
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、吸熱反応によって原料ガスから反応生戒ガス
を得るための吸熱反応装置、特に吸熱反応である改質反
応により水素に富むガスを生成する燃料電池発電装置の
燃料改質装置に関する．〔従来の技術〕 実用化段階を迎えている燃料電池発電装置は、その特徴
を生かして小型（発電出力が数十ｋ一から数百ｋｌ１）
のオンサイト用としての利用が考えられている．このよ
うな燃料電池発電装置の主要Ｉｌ威部である燃料改質装
置に用いられる吸熱反応装置では、小型，軽量．低価格
，高効率といった性能が要求される．これらに応えるた
めに、本出願人は先に第２図に示すような二重円筒状反
応管を用いた吸熱反応装置を提案している．図において
炉ケーシング２３の内部に反応管２が収納され、反応管
２の内側にバーナ３が配設されている。反応管２は直立
した仕切円筒４と、これを挟んでこの内外に同心に配設
され、下端部を仕切円筒４の下端から離して半トーラス
状の部材７で接続された内管６と外管５とで形威されて
いる．このような構造により反応管２には下端部で通じ
る外側環状空間８及び内側環状空間９の二重環状空間が
形威されている． 外側環状空間８の上部には原料ガスマニホルド１０を介
して原料ガス人口１ｌが形威され、また内側環状空間９
の上部には反応ガスマニホルド１２を介して反応ガス出
口ｌ３が形威されている．反応管２の下方及び周囲には
間隔を置いて耐火断熱材層１４．１５が配置され、反応
管２との間にバーナ３の燃料ガスを導く燃焼ガス通路１
６が形成されている．この燃焼ガス通路ｌ６の上部には
燃焼ガス出口ｌ７が形威されている． バーナ３は、反応管２の上下の中央よりやや下がった所
に位置している．そして、反応管２には、原料ガスマニ
ホルド１０部分を除く外側環状空間８の全部と、内側環
状空間９の内、バーナ３の熱を受ける部分（ａ）に改質
触媒としての反応触媒ｌ８が充填されている．また、内
側環状空間９におけるバーナ３の熱を受けなくなる部分
から上の部分い）に伝熱粒子１９が充填されている．さ
らに、燃焼ガス通路１６の上方部には、燃焼ガスから反
応触媒への対流伝熱を促進するための伝熱粒子２０が充
填されている． 以上のような吸熱反応装置において、バーナ３には燃料
人口２１から燃料（燃料電池の運転時は燃料電池本体か
らの排ガス）が送入され、空気人口２２からの燃焼空気
により燃焼する．バーナ３からの燃焼ガスは、反応管２
の内側から外側に、反応触媒充填部に沿って燃焼ガス通
路１６を流れ、燃焼ガス出口１７から排出される． 一方、原料ガスは原料ガス人口１１から入り、外側環状
空間８の触媒層を下方へと流れる．そして仕切円筒４の
下方で反転して、内倒環状空間９を上方へと流れる． バーナ３の燃焼ガスは、高温の間はふく射熱で、また温
度が下がってくると対流伝熱で反応管２の触媒充填部を
加熱し、触媒層内の原料ガスに熱を与えて、原料ガスを
水素に富むガスに改質して改質ガスを生威する．なおバ
ーナ３からの熱を受けなくなる伝熱粒子１９の充填部で
は、反応生或ガスである改質ガスはその熱を伝熱粒子１
９を介して外側環状空間８を流れる原料ガスに与えなが
ら温度を下げ、反応ガス出口１３から出ていく．〔発明
が解決しようとする課題〕 上記の吸熱反応装置では、二重円筒反応管の内外両環状
空間に反応触媒を充填しており、熱効率を上げる目的で
、二重円筒反応管外側の燃焼ガス通路に、アルミナボー
ル等の伝熱粒子を充填し対流伝熱を促進させていた．こ
のため改質反応に必要な熱の供給は、対流伝熱が主とな
り、熱流束を高くとることが困難なため、伝熱面積を大
きくする、すなわち反応管径を大きくする、或いは反応
管長さを長くする必要があった．このため反応触媒量も
増え、ひいては装置全体が大きくなるという問題がある
． 本発明の目的は、改質反応に必要な熱の供給を輻射伝熱
を主として熱流束を高くすることにより、小型で軽量，
低価格．高効率の吸熱反応装置を提供することにある． 〔課題を解決するための手段〕 上記課題を解決するために、本発明によれば、反応管２
と、バーナ３と、炉容器１とを有し、反応管は仕切り円
筒を介して同心的な内外二重の環状空間を備え、この際
内外の環状空間は前記仕切り円筒の下端部で相通じ、外
側の前記環状空間の上端部に原料ガス入口を備え、内側
の前記環状空間には反応触媒が充填されるとともに上端
部に反応性ガス出口を備えるものであり、バーナは反応
管の内側の上端部に配置されるものであり、 炉容器は反応管を囲み、バーナからの燃焼ガスを反応管
の外側に沿わせて導くものである、とすることにまり達
威される． 〔作用〕 反応管の内外二重の環状空間のうち内側環状空間にのみ
反応触媒が充填され、この反応触媒には反応管内側の上
端部に配設されたバーナでの燃焼による幅射熱が主に供
給されるので、熱流束を大きくとれ、吸熱反応を促進す
ることができる．なお、外側環状空間は原料ガスの通路
となり、炉容器と反応器外側との間の燃焼ガス通路を流
れる燃焼ガスにより外側環状空間を通流して反応触媒が
充填された内側環状空間に流入する原料ガスを昇温する
． 〔実施例〕 以下図画に基づいて本発明の実施例について説明する．
第１図は本発明の実施例に係る吸熱反応装置の要部破断
図である．なお、第１図において第２図に示す装置と同
一部品には同じ符号を付し、その説明を省略する．第１
図において第２図と異なるのは反応管２の内側環状空間
９のみに反応触媒１８を充填し、外側環状空間８は原料
ガスの通路とし、反応管２の内側の上端部にバーナ３を
配設したことである．このような構戒においてバーナ３
での燃焼による燃焼ガスの流れは第１図のものと同じで
ある． 一方、原料ガスは原料ガス人口ｌ１から入り、外側環状
空間８を下方へと流れ、仕切円筒４の下で反転し、内側
環状空間９の反応触媒１８内を上方へと流れる．このよ
うな原料ガスの流れにより、反応触媒１８が内側環状空
間９にのみ充填されるため、改質反応に必要な熱の供給
は、バーナ３で燃焼した燃焼ガスからの輻射伝熱が主体
となる，これにより熱流束を高くとることが可能となり
伝熱面積を小さくして、小型，軽量化できる． つぎに本発明による吸熱反応装置である燃料改質装置と
第２図に示す燃料改質装直とにおける体積，触媒量１熱
流束等について比較した結果を第３図に示す．第３図に
示すように本発明による熱流束が第２図に示すものの約
３倍となっているため、触媒量で１／４、体積で１７２
の小型化を可能にしている． なお、燃焼ガス通路ｌ６の間隙を狭くして燃焼ガスの流
速を上げることにより、外側環状空間８を流れる原料ガ
スへの熱伝達を良好にし、これに伴って燃焼排ガスの温
度を下げることができるので、熱効率の低下を起こさな
い． 〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなように内外二重の環状空間から
なる反応管の内側環状空間にのみ反応触媒を充填し、バ
ーナを反応管の内側の上端部に設けることにより、内側
環状空間内の反応触媒層にはバーナでの燃焼による燃焼
ガスからの輻射伝熱が主体となって熱が与えられるので
、外側環状空間を上方から下方に向かって流れて燃焼ガ
スにより昇温された原料ガスの内側環状空間の反応触媒
層における吸熱反応に必要な熱流束を燃焼ガスの輻射伝
熱により高くとれ、このため反応触媒量を少なく、伝熱
面積も小さくすることができ、したがって小型で軽量、
低価格で効率の高い吸熱反応装置を得ることができる．
を得るための吸熱反応装置、特に吸熱反応である改質反
応により水素に富むガスを生成する燃料電池発電装置の
燃料改質装置に関する．〔従来の技術〕 実用化段階を迎えている燃料電池発電装置は、その特徴
を生かして小型（発電出力が数十ｋ一から数百ｋｌ１）
のオンサイト用としての利用が考えられている．このよ
うな燃料電池発電装置の主要Ｉｌ威部である燃料改質装
置に用いられる吸熱反応装置では、小型，軽量．低価格
，高効率といった性能が要求される．これらに応えるた
めに、本出願人は先に第２図に示すような二重円筒状反
応管を用いた吸熱反応装置を提案している．図において
炉ケーシング２３の内部に反応管２が収納され、反応管
２の内側にバーナ３が配設されている。反応管２は直立
した仕切円筒４と、これを挟んでこの内外に同心に配設
され、下端部を仕切円筒４の下端から離して半トーラス
状の部材７で接続された内管６と外管５とで形威されて
いる．このような構造により反応管２には下端部で通じ
る外側環状空間８及び内側環状空間９の二重環状空間が
形威されている． 外側環状空間８の上部には原料ガスマニホルド１０を介
して原料ガス人口１ｌが形威され、また内側環状空間９
の上部には反応ガスマニホルド１２を介して反応ガス出
口ｌ３が形威されている．反応管２の下方及び周囲には
間隔を置いて耐火断熱材層１４．１５が配置され、反応
管２との間にバーナ３の燃料ガスを導く燃焼ガス通路１
６が形成されている．この燃焼ガス通路ｌ６の上部には
燃焼ガス出口ｌ７が形威されている． バーナ３は、反応管２の上下の中央よりやや下がった所
に位置している．そして、反応管２には、原料ガスマニ
ホルド１０部分を除く外側環状空間８の全部と、内側環
状空間９の内、バーナ３の熱を受ける部分（ａ）に改質
触媒としての反応触媒ｌ８が充填されている．また、内
側環状空間９におけるバーナ３の熱を受けなくなる部分
から上の部分い）に伝熱粒子１９が充填されている．さ
らに、燃焼ガス通路１６の上方部には、燃焼ガスから反
応触媒への対流伝熱を促進するための伝熱粒子２０が充
填されている． 以上のような吸熱反応装置において、バーナ３には燃料
人口２１から燃料（燃料電池の運転時は燃料電池本体か
らの排ガス）が送入され、空気人口２２からの燃焼空気
により燃焼する．バーナ３からの燃焼ガスは、反応管２
の内側から外側に、反応触媒充填部に沿って燃焼ガス通
路１６を流れ、燃焼ガス出口１７から排出される． 一方、原料ガスは原料ガス人口１１から入り、外側環状
空間８の触媒層を下方へと流れる．そして仕切円筒４の
下方で反転して、内倒環状空間９を上方へと流れる． バーナ３の燃焼ガスは、高温の間はふく射熱で、また温
度が下がってくると対流伝熱で反応管２の触媒充填部を
加熱し、触媒層内の原料ガスに熱を与えて、原料ガスを
水素に富むガスに改質して改質ガスを生威する．なおバ
ーナ３からの熱を受けなくなる伝熱粒子１９の充填部で
は、反応生或ガスである改質ガスはその熱を伝熱粒子１
９を介して外側環状空間８を流れる原料ガスに与えなが
ら温度を下げ、反応ガス出口１３から出ていく．〔発明
が解決しようとする課題〕 上記の吸熱反応装置では、二重円筒反応管の内外両環状
空間に反応触媒を充填しており、熱効率を上げる目的で
、二重円筒反応管外側の燃焼ガス通路に、アルミナボー
ル等の伝熱粒子を充填し対流伝熱を促進させていた．こ
のため改質反応に必要な熱の供給は、対流伝熱が主とな
り、熱流束を高くとることが困難なため、伝熱面積を大
きくする、すなわち反応管径を大きくする、或いは反応
管長さを長くする必要があった．このため反応触媒量も
増え、ひいては装置全体が大きくなるという問題がある
． 本発明の目的は、改質反応に必要な熱の供給を輻射伝熱
を主として熱流束を高くすることにより、小型で軽量，
低価格．高効率の吸熱反応装置を提供することにある． 〔課題を解決するための手段〕 上記課題を解決するために、本発明によれば、反応管２
と、バーナ３と、炉容器１とを有し、反応管は仕切り円
筒を介して同心的な内外二重の環状空間を備え、この際
内外の環状空間は前記仕切り円筒の下端部で相通じ、外
側の前記環状空間の上端部に原料ガス入口を備え、内側
の前記環状空間には反応触媒が充填されるとともに上端
部に反応性ガス出口を備えるものであり、バーナは反応
管の内側の上端部に配置されるものであり、 炉容器は反応管を囲み、バーナからの燃焼ガスを反応管
の外側に沿わせて導くものである、とすることにまり達
威される． 〔作用〕 反応管の内外二重の環状空間のうち内側環状空間にのみ
反応触媒が充填され、この反応触媒には反応管内側の上
端部に配設されたバーナでの燃焼による幅射熱が主に供
給されるので、熱流束を大きくとれ、吸熱反応を促進す
ることができる．なお、外側環状空間は原料ガスの通路
となり、炉容器と反応器外側との間の燃焼ガス通路を流
れる燃焼ガスにより外側環状空間を通流して反応触媒が
充填された内側環状空間に流入する原料ガスを昇温する
． 〔実施例〕 以下図画に基づいて本発明の実施例について説明する．
第１図は本発明の実施例に係る吸熱反応装置の要部破断
図である．なお、第１図において第２図に示す装置と同
一部品には同じ符号を付し、その説明を省略する．第１
図において第２図と異なるのは反応管２の内側環状空間
９のみに反応触媒１８を充填し、外側環状空間８は原料
ガスの通路とし、反応管２の内側の上端部にバーナ３を
配設したことである．このような構戒においてバーナ３
での燃焼による燃焼ガスの流れは第１図のものと同じで
ある． 一方、原料ガスは原料ガス人口ｌ１から入り、外側環状
空間８を下方へと流れ、仕切円筒４の下で反転し、内側
環状空間９の反応触媒１８内を上方へと流れる．このよ
うな原料ガスの流れにより、反応触媒１８が内側環状空
間９にのみ充填されるため、改質反応に必要な熱の供給
は、バーナ３で燃焼した燃焼ガスからの輻射伝熱が主体
となる，これにより熱流束を高くとることが可能となり
伝熱面積を小さくして、小型，軽量化できる． つぎに本発明による吸熱反応装置である燃料改質装置と
第２図に示す燃料改質装直とにおける体積，触媒量１熱
流束等について比較した結果を第３図に示す．第３図に
示すように本発明による熱流束が第２図に示すものの約
３倍となっているため、触媒量で１／４、体積で１７２
の小型化を可能にしている． なお、燃焼ガス通路ｌ６の間隙を狭くして燃焼ガスの流
速を上げることにより、外側環状空間８を流れる原料ガ
スへの熱伝達を良好にし、これに伴って燃焼排ガスの温
度を下げることができるので、熱効率の低下を起こさな
い． 〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなように内外二重の環状空間から
なる反応管の内側環状空間にのみ反応触媒を充填し、バ
ーナを反応管の内側の上端部に設けることにより、内側
環状空間内の反応触媒層にはバーナでの燃焼による燃焼
ガスからの輻射伝熱が主体となって熱が与えられるので
、外側環状空間を上方から下方に向かって流れて燃焼ガ
スにより昇温された原料ガスの内側環状空間の反応触媒
層における吸熱反応に必要な熱流束を燃焼ガスの輻射伝
熱により高くとれ、このため反応触媒量を少なく、伝熱
面積も小さくすることができ、したがって小型で軽量、
低価格で効率の高い吸熱反応装置を得ることができる．
第１図は本発明の実施例による吸熱反応装置の要部破断
図、第２図は先に出願した吸熱反応装直の要部破断図、
第３図は従来装置と本発明装置の諸元を比較した図であ
る． １；炉容器、２：反応管、３：バーナ、４：仕切円筒、
５：外管、６；内管、８：外側環状空間、９：内側環状
空間、１１：原料ガス入口、ｌ３：反応ガス出口、ｌ６
：燃焼ガス通路、ｌ７：燃焼ガス出口、系 １ 龜
図、第２図は先に出願した吸熱反応装直の要部破断図、
第３図は従来装置と本発明装置の諸元を比較した図であ
る． １；炉容器、２：反応管、３：バーナ、４：仕切円筒、
５：外管、６；内管、８：外側環状空間、９：内側環状
空間、１１：原料ガス入口、ｌ３：反応ガス出口、ｌ６
：燃焼ガス通路、ｌ７：燃焼ガス出口、系 １ 龜
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）反応管と、バーナと、炉容器とを有し、反応管は仕
切り円筒を介して同心的な内外二重の環状空間を備え、
この際内外の環状空間は前記仕切り円筒の下端部で相通
じ、外側の前記環状空間の上端部に原料ガス入口を備え
、内側の前記環状空間には反応触媒が充填されるととも
に上端部に反応性ガス出口を備えるものであり、 バーナは反応管の内側の上端部に配置されるものであり
、 炉容器は反応管を囲み、バーナからの燃焼ガスを反応管
の外側に沿わせて導くものであることを特徴とする吸熱
反応装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2040038A JP2600950B2 (ja) | 1989-06-16 | 1990-02-21 | 吸熱反応装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15368789 | 1989-06-16 | ||
| JP1-153687 | 1989-06-16 | ||
| JP2040038A JP2600950B2 (ja) | 1989-06-16 | 1990-02-21 | 吸熱反応装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0397602A true JPH0397602A (ja) | 1991-04-23 |
| JP2600950B2 JP2600950B2 (ja) | 1997-04-16 |
Family
ID=26379463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2040038A Expired - Fee Related JP2600950B2 (ja) | 1989-06-16 | 1990-02-21 | 吸熱反応装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2600950B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010100494A (ja) * | 2008-10-24 | 2010-05-06 | Renaissance Energy Research:Kk | 水素製造装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0283028A (ja) * | 1988-09-19 | 1990-03-23 | Kobe Steel Ltd | 炭化水素の改質装置 |
| JPH02129001A (ja) * | 1988-11-08 | 1990-05-17 | Tokyo Gas Co Ltd | 燃料電池用改質器 |
-
1990
- 1990-02-21 JP JP2040038A patent/JP2600950B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0283028A (ja) * | 1988-09-19 | 1990-03-23 | Kobe Steel Ltd | 炭化水素の改質装置 |
| JPH02129001A (ja) * | 1988-11-08 | 1990-05-17 | Tokyo Gas Co Ltd | 燃料電池用改質器 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010100494A (ja) * | 2008-10-24 | 2010-05-06 | Renaissance Energy Research:Kk | 水素製造装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2600950B2 (ja) | 1997-04-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |