JPH04149003A - 燃料電池用二段触媒燃焼型改質器 - Google Patents
燃料電池用二段触媒燃焼型改質器Info
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- JPH04149003A JPH04149003A JP2271701A JP27170190A JPH04149003A JP H04149003 A JPH04149003 A JP H04149003A JP 2271701 A JP2271701 A JP 2271701A JP 27170190 A JP27170190 A JP 27170190A JP H04149003 A JPH04149003 A JP H04149003A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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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〕
本発明は燃料電池用二段触媒燃焼型改質器に係り、簡潔
な構造で二段目燃料の均一分散を確保するのに好適な改
質器に関する。
な構造で二段目燃料の均一分散を確保するのに好適な改
質器に関する。
従来技術による二段触媒燃焼型改質器の構造を第１３Ａ
図、第１．３ Ｂ図に示す。
図、第１．３ Ｂ図に示す。
この改質器において、原料の炭化水素は原料入口ノズル
１から改質器内に入り、まず改質器一端部を占める原料
ヘッダー２を通り、原料ヘッダ２を仕切る管板から林立
し、外管３と内管４との二重管からなる反応管の外管３
と内管４の間の改質触媒層５を通過し、改質反応により
水素リッチの改質ガスを発生する。発生した改質ガスは
外管３先端から流れ方向を反転し内管４内を自己熱回収
しながら通過して、改質器一端に設けられた出口ノズル
７から改質器外へ取り出される。
１から改質器内に入り、まず改質器一端部を占める原料
ヘッダー２を通り、原料ヘッダ２を仕切る管板から林立
し、外管３と内管４との二重管からなる反応管の外管３
と内管４の間の改質触媒層５を通過し、改質反応により
水素リッチの改質ガスを発生する。発生した改質ガスは
外管３先端から流れ方向を反転し内管４内を自己熱回収
しながら通過して、改質器一端に設けられた出口ノズル
７から改質器外へ取り出される。
改質反応に必要な熱は１次に示す二段の触媒燃焼により
与えられる。すなわち、燃料は一段目と二段目の燃料に
二重され、−段目燃料は燃焼用空気と混合されて、改質
器他端に設けられた入口ノズル８より改質器内に入り、
入口ノズル８の上流側に設けられた一段目燃焼触媒層１
０で燃焼する。
与えられる。すなわち、燃料は一段目と二段目の燃料に
二重され、−段目燃料は燃焼用空気と混合されて、改質
器他端に設けられた入口ノズル８より改質器内に入り、
入口ノズル８の上流側に設けられた一段目燃焼触媒層１
０で燃焼する。
そこで燃焼した一段目燃焼ガスは、外管３のＲ囲に充填
された伝熱粒子層１１を介して反応管に熱を与えた後、
外管３の中間部で外管３の周囲の空間からなる二段目予
混合ゾーン１２に入る。
された伝熱粒子層１１を介して反応管に熱を与えた後、
外管３の中間部で外管３の周囲の空間からなる二段目予
混合ゾーン１２に入る。
一方、二段目燃料は一段目燃料の入口ノズル８とは反対
側である改質器一端の入口ノズル１３から連絡管１４を
通って、外管３相互の間に並行して設けられた燃料供給
管１５を通り、燃料供給管１５の先端の二段目燃料ノズ
ル１６がら予混合ゾーン１２に噴出する。二段目燃料は
前述の予混合ゾーン１２から改質器の一端方向に流れ、
外管３回り二段目燃焼触媒層１７で燃焼し、さらに外管
３の回りに形成された二段目伝熱粒子層１８を一段目燃
焼ガスと一緒に通過しながら反応管に熱を与え、それか
ら改質器一端部に設けられた燃焼ガス出口ノズル１９か
ら改質器の外部に出る。
側である改質器一端の入口ノズル１３から連絡管１４を
通って、外管３相互の間に並行して設けられた燃料供給
管１５を通り、燃料供給管１５の先端の二段目燃料ノズ
ル１６がら予混合ゾーン１２に噴出する。二段目燃料は
前述の予混合ゾーン１２から改質器の一端方向に流れ、
外管３回り二段目燃焼触媒層１７で燃焼し、さらに外管
３の回りに形成された二段目伝熱粒子層１８を一段目燃
焼ガスと一緒に通過しながら反応管に熱を与え、それか
ら改質器一端部に設けられた燃焼ガス出口ノズル１９か
ら改質器の外部に出る。
上記の従来技術による二段触媒燃焼型改質器は装置構造
の簡素化、及び二段目燃料の予混合ゾーンにおける分散
の点について充分に配慮されていなかった。
の簡素化、及び二段目燃料の予混合ゾーンにおける分散
の点について充分に配慮されていなかった。
すなわち、第１３Ｂ図の反応管・燃料供給管の平面配置
図に示す通り、燃料供給管１５の数は千鳥に配列された
反応管３の間に１本づつ存在する。
図に示す通り、燃料供給管１５の数は千鳥に配列された
反応管３の間に１本づつ存在する。
このため燃料供給管１５は反応管３の員数以上必要とな
り部品点数が増加し装置構造が複雑化するという問題が
あった。
り部品点数が増加し装置構造が複雑化するという問題が
あった。
本発明の目的は燃料電池用二段触媒燃焼型改質器の構造
を簡素化すると共に、−段目途焼ガス流れに対する二段
目燃料の良好な混合性、分散性を確保することにある。
を簡素化すると共に、−段目途焼ガス流れに対する二段
目燃料の良好な混合性、分散性を確保することにある。
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池用二段触
媒燃焼型改質器は、燃料電池に供給する水素を液化天然
ガス等の炭化水素の水蒸気改質反応により生成する改質
器であって、容器の一端側から供給される一段目燃料を
燃焼させる一段目触媒燃焼部と、該一段目触媒燃焼部と
空間部を隔てて設けられた二段目触媒燃焼部と、該二段
目触媒燃焼部を貫通し前記二段目触媒燃焼部内に達して
林立し改質触媒を内蔵する二重管型の反応管と、該反応
管と平行に設けられ前記空間部に二段目燃料を軸直角方
向に噴出する燃料供給管とを備え。
媒燃焼型改質器は、燃料電池に供給する水素を液化天然
ガス等の炭化水素の水蒸気改質反応により生成する改質
器であって、容器の一端側から供給される一段目燃料を
燃焼させる一段目触媒燃焼部と、該一段目触媒燃焼部と
空間部を隔てて設けられた二段目触媒燃焼部と、該二段
目触媒燃焼部を貫通し前記二段目触媒燃焼部内に達して
林立し改質触媒を内蔵する二重管型の反応管と、該反応
管と平行に設けられ前記空間部に二段目燃料を軸直角方
向に噴出する燃料供給管とを備え。
前記反応管には炭化水素を供給し、前記一段目及び二段
目燃料として前記燃料電池の排ガスを供給し、かつ前記
反応管を構成する二重管の外管内を流れる炭化水素は前
記一段目及び二段目触媒燃焼部の燃焼ガスとは反対方向
に流れる燃料電池用二段触媒燃焼型改質器において、前
記反応管及び燃料供給管の配列として、反応管を千鳥配
列に配置し、該反応管と同一管径の燃料供給管を反応管
の回りに角度６０度ピッチで配置し、かつ隣り合う反応
管と燃料供給管との距離及び最も近接して隣り合う反応
管同士の距離を等しくしたことを特徴としている。
目燃料として前記燃料電池の排ガスを供給し、かつ前記
反応管を構成する二重管の外管内を流れる炭化水素は前
記一段目及び二段目触媒燃焼部の燃焼ガスとは反対方向
に流れる燃料電池用二段触媒燃焼型改質器において、前
記反応管及び燃料供給管の配列として、反応管を千鳥配
列に配置し、該反応管と同一管径の燃料供給管を反応管
の回りに角度６０度ピッチで配置し、かつ隣り合う反応
管と燃料供給管との距離及び最も近接して隣り合う反応
管同士の距離を等しくしたことを特徴としている。
反応管及び燃料供給管の配列としては、燃料供給管を正
六角形格子の中心に配置し反応管を正六角形格子の各角
点に配置する、または燃料供給管を正六角形の中心に配
置し反応管を正六角形の各角点に配置した骨組体の複数
を千鳥配列する。または反応管中心に配置した正三角形
の各角点に燃料供給管を配置し該燃料供給管を中心にし
て回りに正六角形に反応管を配置するのがよい。
六角形格子の中心に配置し反応管を正六角形格子の各角
点に配置する、または燃料供給管を正六角形の中心に配
置し反応管を正六角形の各角点に配置した骨組体の複数
を千鳥配列する。または反応管中心に配置した正三角形
の各角点に燃料供給管を配置し該燃料供給管を中心にし
て回りに正六角形に反応管を配置するのがよい。
または、反応管及び燃料管の配列として、燃料供給管を
正六角形格子の中心に配置し反応管を正六角形格子の各
角点に配置した格子配列の外側に、燃料供給管を正六角
形の中心に配置し反応管を正六角形の各角点に配置した
骨組体を配置し、格子配列中の反応管と管組体中の反応
管を一部重複させた配列としてもよいし、または中心に
燃料管を各角点に反応管を配置する正六角形格子配列で
外側の反応管を除いた配列としてもよい。
正六角形格子の中心に配置し反応管を正六角形格子の各
角点に配置した格子配列の外側に、燃料供給管を正六角
形の中心に配置し反応管を正六角形の各角点に配置した
骨組体を配置し、格子配列中の反応管と管組体中の反応
管を一部重複させた配列としてもよいし、または中心に
燃料管を各角点に反応管を配置する正六角形格子配列で
外側の反応管を除いた配列としてもよい。
さらに前記配列で、最も近接して隣り合う反応管の距離
を反応管外径の１．１〜１．３倍とし、しかも二段目燃
料の噴出速度を空間部に流れる一段目燃焼ガス流速の３
０倍以上とするのが、熱効率的に好ましい。
を反応管外径の１．１〜１．３倍とし、しかも二段目燃
料の噴出速度を空間部に流れる一段目燃焼ガス流速の３
０倍以上とするのが、熱効率的に好ましい。
管径を同一とする反応管及び燃料供給管の配列として、
燃料供給管の回りに角度６０度ピッチで等距離に反応管
を配置した場合、すなわち正六角形格子の中心に燃料供
給管を配置し各角点に反応管を配置する格子配列、また
は正六角形の中心に燃料供給管を配置し各角点に反応管
を配置した骨組体を千鳥配列した場合、高密度で均一な
配列が可能になる。
燃料供給管の回りに角度６０度ピッチで等距離に反応管
を配置した場合、すなわち正六角形格子の中心に燃料供
給管を配置し各角点に反応管を配置する格子配列、また
は正六角形の中心に燃料供給管を配置し各角点に反応管
を配置した骨組体を千鳥配列した場合、高密度で均一な
配列が可能になる。
また上記の各配列で、二段目供給燃料の噴出速度を空間
部での一段目燃料ガスの流速の３０倍以上にすることに
より、二段目燃料は燃料供給管から最も近接する反応管
までの距離の２倍程度の位置まで到達する。
部での一段目燃料ガスの流速の３０倍以上にすることに
より、二段目燃料は燃料供給管から最も近接する反応管
までの距離の２倍程度の位置まで到達する。
以下、本発明による実施例の燃料電池用二段燃料型改質
器を図面により説明する。第１図は実施例の全体構造図
である。
器を図面により説明する。第１図は実施例の全体構造図
である。
第１図において、原料の炭化水素は円筒形の容器の下部
に設けられた原料入口ノズル１から容器下端部を占める
原料ヘッダー２を通り、原料ヘッダー２を仕切る管板か
ら上方へ並列して延び外管３と内管４との二重管からな
る複数の反応管の外管３と内管４の間に充填された改質
触媒層５を通過し、改質反応により水素リッチの改質ガ
スを発生する。発生した改質ガスは外管３上端の閉塞部
から流れ方向を反転し内管４内を自己熱回収しながら降
下して、内管４に接続する連絡管２０から改質ガスヘッ
ダー６を介して容器下端に設けられた改質ガス出口ノズ
ル７から容器外へ取り出される。
に設けられた原料入口ノズル１から容器下端部を占める
原料ヘッダー２を通り、原料ヘッダー２を仕切る管板か
ら上方へ並列して延び外管３と内管４との二重管からな
る複数の反応管の外管３と内管４の間に充填された改質
触媒層５を通過し、改質反応により水素リッチの改質ガ
スを発生する。発生した改質ガスは外管３上端の閉塞部
から流れ方向を反転し内管４内を自己熱回収しながら降
下して、内管４に接続する連絡管２０から改質ガスヘッ
ダー６を介して容器下端に設けられた改質ガス出口ノズ
ル７から容器外へ取り出される。
改質反応に必要な熱は、二段で起こす触媒燃焼により与
えられる。触媒燃焼させる燃料としては、この燃料電池
用二段触媒燃焼型改質器が水素を供給する燃料電池（図
示なし）からの排ガスが用いられる。この排ガスの燃料
は一段目と二段目の燃料に二重され、−段目燃料は燃焼
用空気と共に容器の上部に設けられた一段目燃料／空気
人［コノズル８より容器内に入り、その入口ノズル８の
下流側に設けられた予混合器９で混合され、次に一段目
燃焼触媒層１０に入って燃焼する。そこで燃焼した一段
目燃焼ガスは下方に流れ、外管３の上部で外管３の周囲
に充填された一段目伝熱粒子層１１を介して反応管に熱
を与えた後、外管３の中間部で外管３の周囲の空間から
なる二段目予混合ゾーン１２に入る。ここで、−段目燃
焼触媒層１０と一段目伝熱粒子層１１とで一段目触媒燃
焼部を構成する。
えられる。触媒燃焼させる燃料としては、この燃料電池
用二段触媒燃焼型改質器が水素を供給する燃料電池（図
示なし）からの排ガスが用いられる。この排ガスの燃料
は一段目と二段目の燃料に二重され、−段目燃料は燃焼
用空気と共に容器の上部に設けられた一段目燃料／空気
人［コノズル８より容器内に入り、その入口ノズル８の
下流側に設けられた予混合器９で混合され、次に一段目
燃焼触媒層１０に入って燃焼する。そこで燃焼した一段
目燃焼ガスは下方に流れ、外管３の上部で外管３の周囲
に充填された一段目伝熱粒子層１１を介して反応管に熱
を与えた後、外管３の中間部で外管３の周囲の空間から
なる二段目予混合ゾーン１２に入る。ここで、−段目燃
焼触媒層１０と一段目伝熱粒子層１１とで一段目触媒燃
焼部を構成する。
一方、二段目燃料は容器下部に設けられた二段目燃料入
口ノズル１３から連絡管１４を通って外管３相互の間に
並行して上方に延びる二段目燃料供給管］５の通り、二
段目燃料供給管１５の先端に設けられ二段目予混合ゾー
ン１２に位置する二段目燃料ノズル１６から予混合ゾー
ン１２に水平方向に噴出し、−段目燃焼ガスと混合、拡
散する。
口ノズル１３から連絡管１４を通って外管３相互の間に
並行して上方に延びる二段目燃料供給管］５の通り、二
段目燃料供給管１５の先端に設けられ二段目予混合ゾー
ン１２に位置する二段目燃料ノズル１６から予混合ゾー
ン１２に水平方向に噴出し、−段目燃焼ガスと混合、拡
散する。
この二段目燃料と一段目燃焼ガスとの混合ガスは、予混
合ゾーン１２の直下に形成された二段目燃焼触媒層１７
で燃焼して二段目燃焼ガスとなり、その二段目燃焼ガス
はさらに外管３下部でその外管３の回りに形成された二
段目伝熱粒子層１８を降下しながら反応管に熱を与え、
それから容器下部に設けられた燃焼ガス出口ノズル１９
から呂る。
合ゾーン１２の直下に形成された二段目燃焼触媒層１７
で燃焼して二段目燃焼ガスとなり、その二段目燃焼ガス
はさらに外管３下部でその外管３の回りに形成された二
段目伝熱粒子層１８を降下しながら反応管に熱を与え、
それから容器下部に設けられた燃焼ガス出口ノズル１９
から呂る。
ここで、二段目燃焼触媒層１７と二段目伝熱粒子層１８
とで二段目触媒燃焼部を構成する。なお、二段目燃料供
給管１５は、外管と内管の二重管構造をとり、外管と内
管の間には例えばセラミックファイバの断熱材が充填さ
れている。
とで二段目触媒燃焼部を構成する。なお、二段目燃料供
給管１５は、外管と内管の二重管構造をとり、外管と内
管の間には例えばセラミックファイバの断熱材が充填さ
れている。
まず１本実施例の方式の二段触媒燃焼型改質器において
、−段目燃焼ガス及び二段目燃焼ガスは反応管内に形成
された改質触媒層のプロセスガスの流れと対向して流れ
る。
、−段目燃焼ガス及び二段目燃焼ガスは反応管内に形成
された改質触媒層のプロセスガスの流れと対向して流れ
る。
次に反応管３と燃料供給管１５の最適配置について説明
する。
する。
まず本方式の二段触媒燃焼型改質器において、−段目燃
焼ガス及び二段目燃焼ガスは反応管内プロセスガスの流
れと対向して流れる。従って燃焼ガス流速を上げ伝熱を
向上するための反応管配列としては正三角形の格子状の
千鳥配列が最も適している。
焼ガス及び二段目燃焼ガスは反応管内プロセスガスの流
れと対向して流れる。従って燃焼ガス流速を上げ伝熱を
向上するための反応管配列としては正三角形の格子状の
千鳥配列が最も適している。
一方、二段目燃料は供給ノズル１６より燃焼ガス流と直
角方向に供給される。
角方向に供給される。
二段目燃料を均一に混合、分散させるための燃料供給管
１５の配置方法としては、自由噴流の理論式及びこの理
論に基づいて行なった流動試験の結果によれば、第３Ａ
〜３Ｃ図に示す３種類の基本パターンを組み合わせた第
４〜１１図に示す各種の配列が最適であることが分った
。
１５の配置方法としては、自由噴流の理論式及びこの理
論に基づいて行なった流動試験の結果によれば、第３Ａ
〜３Ｃ図に示す３種類の基本パターンを組み合わせた第
４〜１１図に示す各種の配列が最適であることが分った
。
第３Ａ図に示す基本パターンＡは中央に燃料供給管２２
を置きその周囲に６０°ピツチで等距離に６本の反応管
２１を並行して配置する方式でこれが全ての配置方法の
基本となる。
を置きその周囲に６０°ピツチで等距離に６本の反応管
２１を並行して配置する方式でこれが全ての配置方法の
基本となる。
第３Ｂ図に示す基本パターンＢは中央に反応管２１．１
本を置き、その周囲に１２０°ピツチで等距離に３本の
燃料供給管２２を平行配置する方式である。
本を置き、その周囲に１２０°ピツチで等距離に３本の
燃料供給管２２を平行配置する方式である。
第３Ｃ図に示す基本パターンＣは順次４本、３本、２本
、１本と１０本の管を並行して正三角形に配置し、正三
角形の頂点に位置する３本を燃料供給管２２とし、残り
７本を反応管２１とする方式である。
、１本と１０本の管を並行して正三角形に配置し、正三
角形の頂点に位置する３本を燃料供給管２２とし、残り
７本を反応管２１とする方式である。
反応管の配置方法、管員数の増加方法としては中央にパ
ターンＡ、Ｂ、Ｃのいずれかを定め、その周囲にパター
ンＡの配列を拡張する方式で行なう。
ターンＡ、Ｂ、Ｃのいずれかを定め、その周囲にパター
ンＡの配列を拡張する方式で行なう。
一方、燃料電池用改質器は改質反応が行われる反応部、
反応部に熱を与える燃焼部ともに加圧された状態で運転
されることも多く、円筒型の圧力容器に対応させるため
には、反応管、燃料供給管をなるべく円に近づける形で
配置する必要がある。
反応部に熱を与える燃焼部ともに加圧された状態で運転
されることも多く、円筒型の圧力容器に対応させるため
には、反応管、燃料供給管をなるべく円に近づける形で
配置する必要がある。
また、改質器構造を簡素化し、部品点数を低減するため
には基本パターンＡの単独使用又は第４〜１１図に示す
配列１〜８のいずれかの配列が最適である。
には基本パターンＡの単独使用又は第４〜１１図に示す
配列１〜８のいずれかの配列が最適である。
第４図に示す配列１は基本パターンＢの周囲に基本パタ
ーンＡを３ヶ部分的に重ね合わせて配置したものである
。
ーンＡを３ヶ部分的に重ね合わせて配置したものである
。
第５，６図にそれぞれ示す配列２，３は基本パターンＡ
の周囲に基本パターンＡを６ケ部分的に重ね合わせて配
置したものである。
の周囲に基本パターンＡを６ケ部分的に重ね合わせて配
置したものである。
第７図に示す配列４は配列１の周囲に基本パターンＡを
９ヶ部分的に重ね合わせて配置したものである。
９ヶ部分的に重ね合わせて配置したものである。
第８図に示す配列５は基本パターンＡ３個を独立して並
べて配置したものである。
べて配置したものである。
第９図に示す配列６は基本パターンＡの周囲に基本パタ
ーン６ケを独立して配置したものである。
ーン６ケを独立して配置したものである。
第１０図に示す配列７は基本パターン八３ケを部分的に
重ね合わせて並べ、その周囲に基本パターン八６ケを独
立的に配置したものである。
重ね合わせて並べ、その周囲に基本パターン八６ケを独
立的に配置したものである。
第１１図に示す配列８は基本パターンＣの周囲に基本パ
ターンＡを３ケ配置したものである。
ターンＡを３ケ配置したものである。
配列にあたっては、第４〜７図それぞれに示す配列１〜
４の様に管の中心線を重ねて配置する方法と、第８〜１
０図に示す配列５〜７の様に管の中心線を重ねずにパタ
ーンを独立的に配置する方法の２通りがある。
４の様に管の中心線を重ねて配置する方法と、第８〜１
０図に示す配列５〜７の様に管の中心線を重ねずにパタ
ーンを独立的に配置する方法の２通りがある。
配列１〜４では１本の反応管に対し、３方向から加熱さ
れることができ、配列５〜７と比較して反応管をより均
一に加熱することができる。
れることができ、配列５〜７と比較して反応管をより均
一に加熱することができる。
しかし、一方配列１〜４では、配列５〜７と比較して反
応管員数に比べて燃料供給管の員数が増加し、ヘッダ一
部の構造が複雑化する。
応管員数に比べて燃料供給管の員数が増加し、ヘッダ一
部の構造が複雑化する。
配列５〜７では配列上反応管２本をおいて燃料供給管を
配置するため一本の反応管を均等に加熱することはでき
ない。しかし流動試験結果や自由噴流の理論式では二段
目燃料の均一分散による燃焼温度は充分均一であるうえ
、二段目燃料ヘッダの構造を簡素化できること、単位断
面積光りに反応管を多く配置できる利点をもつ。
配置するため一本の反応管を均等に加熱することはでき
ない。しかし流動試験結果や自由噴流の理論式では二段
目燃料の均一分散による燃焼温度は充分均一であるうえ
、二段目燃料ヘッダの構造を簡素化できること、単位断
面積光りに反応管を多く配置できる利点をもつ。
自由噴流の理論式において、−段目の燃焼ガスに直角に
供給された二段目燃料が完全に混合するために必要な距
離Ｘは（１）式で示される。
供給された二段目燃料が完全に混合するために必要な距
離Ｘは（１）式で示される。
ここで。
Ｗ□ ：
Ｗ２ ：
ｒｌ ：
ｒ２ ：
Ｖエ ：
ｖ２ ：
ｄ０ニ
一段目燃焼ガス流量
二段目燃料量
一段目燃焼ガス密度
二段目燃料密度
一段目燃焼ガス流速
二段目燃料流速
ノズル口径
である。
また二段目燃料がＸ進む間に一段目燃焼ガスによって流
される距離Ｙは（２）式で示される。
される距離Ｙは（２）式で示される。
燃焼部に分子量３０〜３５、発熱量４００〜６００ ｋ
ｃａｌ／ ｍ３Ｎ （Ｌ ＨＶ ）を用いる燃料電池用
改質器において、Ｙの距離をできるだけ短くとるために
は、二段目燃料の噴出速度を一段目燃焼ガス流速の３０
倍以上とる必要がある。またこの条件で二段目燃料を均
一に混合、分散するためには、二段目燃料ノズル間隔は
反応管ピッチの２倍以下にする必要がある。
ｃａｌ／ ｍ３Ｎ （Ｌ ＨＶ ）を用いる燃料電池用
改質器において、Ｙの距離をできるだけ短くとるために
は、二段目燃料の噴出速度を一段目燃焼ガス流速の３０
倍以上とる必要がある。またこの条件で二段目燃料を均
一に混合、分散するためには、二段目燃料ノズル間隔は
反応管ピッチの２倍以下にする必要がある。
上記の運転条件に基づいた流動試験における二段目燃焼
部の推定燃焼温度分布を第２Ａ、２Ｂ図に示す。
部の推定燃焼温度分布を第２Ａ、２Ｂ図に示す。
二段目の燃料供給管を反応管ピッチの約２倍に配置して
行なった流動試験結果によると、二段目の推定燃焼温度
は平均温度に近く均一になった。
行なった流動試験結果によると、二段目の推定燃焼温度
は平均温度に近く均一になった。
（第２Ｂ図参照）。
これに対し、燃料供給管の間隔を反応管ピッチの４倍と
した場合、推定燃焼温度は平均温度に対し均一に保持で
きなかった。（第２Ａ図参照）。
した場合、推定燃焼温度は平均温度に対し均一に保持で
きなかった。（第２Ａ図参照）。
また、改質器の各負荷に対する二段目燃料と一段目燃焼
ガスの流速設定値の一例を第１２図に示す。
ガスの流速設定値の一例を第１２図に示す。
反応管、燃料供給管の配置は第３Ａ〜３Ｃ図〜第１１図
に示す通りであるが、改質器容量を更に拡張する必要が
ある場合、第４図〜第１１図に示す配列３，４，５，６
．７の外周に第３Ａ図に示すパターンＡを配列する方法
で対応する。
に示す通りであるが、改質器容量を更に拡張する必要が
ある場合、第４図〜第１１図に示す配列３，４，５，６
．７の外周に第３Ａ図に示すパターンＡを配列する方法
で対応する。
本発明によれば、燃料用二段触媒燃焼型改質器において
、管径を同一とする反応管及び燃料供給管の配列として
、正六角格子の中心に燃料供給ヤを配置し各角点に反応
管を配置する格子配列を月いるか、または六角形の中心
に燃料供給管を配？し各角点に反応管を配置した骨組体
の千鳥配列巻周いるか、または正六角形格子の配列と骨
組体巻合わせた配列を用い、隣り合う燃料供給管と反が
管の中心距離及び隣り合う反応管同志の中心距劇を反応
管の管径の１．１〜１．３倍とし、さらに二段目供給燃
料の噴出速度を空間部での一段目妨焼ガスの流速の３０
倍以上にすることにより、段目燃料は燃料供給管から最
も近接する反応管までの距離の２倍程度の位置まで到達
するので、９下に記載する効果を奏する。
、管径を同一とする反応管及び燃料供給管の配列として
、正六角格子の中心に燃料供給ヤを配置し各角点に反応
管を配置する格子配列を月いるか、または六角形の中心
に燃料供給管を配？し各角点に反応管を配置した骨組体
の千鳥配列巻周いるか、または正六角形格子の配列と骨
組体巻合わせた配列を用い、隣り合う燃料供給管と反が
管の中心距離及び隣り合う反応管同志の中心距劇を反応
管の管径の１．１〜１．３倍とし、さらに二段目供給燃
料の噴出速度を空間部での一段目妨焼ガスの流速の３０
倍以上にすることにより、段目燃料は燃料供給管から最
も近接する反応管までの距離の２倍程度の位置まで到達
するので、９下に記載する効果を奏する。
（１）燃料供給管からの二段目燃料を各反応管回りに均
一に分散させることができ、−段目燃焼カスとの混合性
を向上させることができる。
一に分散させることができ、−段目燃焼カスとの混合性
を向上させることができる。
（２）二段目触媒燃焼部の燃料供給管と反応管との構成
を簡素化できる。
を簡素化できる。
（３）供給管と反応管の数を増加することによる燃料電
池用二段触媒燃焼型改質器のスケールアップへの適応性
を向上させることができる６
池用二段触媒燃焼型改質器のスケールアップへの適応性
を向上させることができる６
第１図は本発明による実施例の燃料電池用二段触媒燃焼
型改質器の全体構造図、第２Ａ図、第２Ｂ図はガス流動
試験による二段目燃料の混合性を示す図、第３Ａ図〜３
６図はそれぞれ反応管・燃料供給管配置の基本パターン
を示す図、第４図〜第１１図はそれぞれ反応管・燃料供
給管の配列】〜８を示す図、第１２図は二段触媒燃焼型
改質器の負荷に対する一段目燃焼ガスの流速及び二段目
燃料の噴出流速の一例を示す図、第１３Ａ図は従来の二
段触媒燃焼型改質器の全体構造図、第１３Ｂ図は第１３
Ａ図に示す反応管・燃料供給管の配置図である。 １・・・原料入口ノズル、２・・・原料へラダー、３・
・・外管（反応管）、４・・・内管（反応管）、５・・
・改質触媒層、６・・・改質ガスへラダー、７・・・改
質ガス出口ノズル、８・・・−段目燃料／空気入口ノズ
ル。 ９・・・予混合器、１０・・・−段目燃焼触媒層、１１
・・・−段目伝熱粒子層、〕、２・・・二段目予混合ゾ
ーン、１３・・二段目燃料入口ノズル、１４・・・連絡
管、１５・・二段目燃料供給管、１６・・二段目燃料供
給ノズル、１７ ・二段目燃焼触媒層、］８・二段目伝
熱粒子層、１９・・・燃焼ガス出口ノズル、２０・・連
絡管。
型改質器の全体構造図、第２Ａ図、第２Ｂ図はガス流動
試験による二段目燃料の混合性を示す図、第３Ａ図〜３
６図はそれぞれ反応管・燃料供給管配置の基本パターン
を示す図、第４図〜第１１図はそれぞれ反応管・燃料供
給管の配列】〜８を示す図、第１２図は二段触媒燃焼型
改質器の負荷に対する一段目燃焼ガスの流速及び二段目
燃料の噴出流速の一例を示す図、第１３Ａ図は従来の二
段触媒燃焼型改質器の全体構造図、第１３Ｂ図は第１３
Ａ図に示す反応管・燃料供給管の配置図である。 １・・・原料入口ノズル、２・・・原料へラダー、３・
・・外管（反応管）、４・・・内管（反応管）、５・・
・改質触媒層、６・・・改質ガスへラダー、７・・・改
質ガス出口ノズル、８・・・−段目燃料／空気入口ノズ
ル。 ９・・・予混合器、１０・・・−段目燃焼触媒層、１１
・・・−段目伝熱粒子層、〕、２・・・二段目予混合ゾ
ーン、１３・・二段目燃料入口ノズル、１４・・・連絡
管、１５・・二段目燃料供給管、１６・・二段目燃料供
給ノズル、１７ ・二段目燃焼触媒層、］８・二段目伝
熱粒子層、１９・・・燃焼ガス出口ノズル、２０・・連
絡管。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、燃料電池に供給する水素を液化天然ガス等の炭化水
素の水蒸気改質反応により生成する改質器であって、容
器の一端側から供給される一段目燃料を燃焼させる一段
目触媒燃焼部と、該一段目触媒燃焼部と空間部を隔てて
設けられた二段目触媒燃焼部と、該二段目触媒燃焼部を
貫通し前記二段目触媒燃焼部内に達して林立し改質触媒
を内蔵する二重管型の反応管と、該反応管と平行に設け
られ前記空間部に二段目燃料を軸直角方向に噴出する燃
料供給管とを備え、前記反応管には炭化水素を供給し、
前記一段目及び二段目燃料として前記燃料電池の排ガス
を供給し、かつ前記反応管を構成する二重管の外管内を
流れる炭化水素は前記一段目及び二段目触媒燃焼部の燃
焼ガスとは反対方向に流れる燃料電池用二段触媒燃焼型
改質器において、前記反応管及び燃料供給管の配列とし
て、反応管を千鳥配列に配置し、該反応管と同一管径の
燃料供給管を反応管の回りに角度６０度ピッチで配置し
、かつ隣り合う反応管と燃料供給管との距離及び最も近
接して隣り合う反応管同士の距離を等しくしたことを特
徴とする燃料電池用二段触媒燃焼型改質器。 ２、前記反応管及び燃料供給管の配列として、燃料供給
管を正六角形格子の中心に配置し、反応管を正六角形格
子の各角点に配置したことを特徴とする請求項１記載の
燃料電池用二段触媒燃焼型改質器。 ３、前記反応管及び燃料供給管の配列として、燃料供給
管を正六角形の中心に配置し反応管を正六角形の各角点
に配置した管組体の複数を千鳥配列したことを特徴とす
る請求項１記載の燃料電池用二段触媒燃焼型改質器。 ４、前記反応管及び燃料供給管の配列として、反応管中
心に配置した正三角形の各角点に燃料供給管を配置し、
該燃料供給管を中心にして回りに正六角形に反応管を配
置したことを特徴とする請求項１記載の燃料電池用二段
触媒燃焼型改質器。 ５、前記反応管及び燃料供給管の配列として、燃料供給
管を正六角形格子の中心に配置し反応管を正六角形格子
の各角点に配置した格子配列の外側に、燃料供給管を正
六角形の中心に配置し反応管を正六角形の各角点に配置
した管組体を配置し、格子配列中の反応管と管組体中の
反応管を一部重複させたことを特徴とする請求項１記載
の燃料電池用二段触媒燃焼型改質器。 ６、前記反応管及び燃料供給管の配列として、配列の外
側の反応管を除いたことを特徴とする請求項２記載の燃
料電池用二段触媒燃焼型改質器。 ７、前記反応管及び燃料供給管の配列として、最も近接
して隣り合う反応管の距離を反応管外径の１．１〜１．
３倍としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか記
載の燃料電池用二段触媒燃焼型改質器。 ８、前記二段目燃料の噴出速度を前記空間部を流れる一
段目燃焼ガス流速の３０倍以上としたことを特徴とする
請求項７記載の燃料電池用二段触媒燃焼型改質器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2271701A JP3069743B2 (ja) | 1990-10-09 | 1990-10-09 | 燃料電池用二段触媒燃焼型改質器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2271701A JP3069743B2 (ja) | 1990-10-09 | 1990-10-09 | 燃料電池用二段触媒燃焼型改質器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04149003A true JPH04149003A (ja) | 1992-05-22 |
| JP3069743B2 JP3069743B2 (ja) | 2000-07-24 |
Family
ID=17503644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2271701A Expired - Fee Related JP3069743B2 (ja) | 1990-10-09 | 1990-10-09 | 燃料電池用二段触媒燃焼型改質器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3069743B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001114502A (ja) * | 1999-10-13 | 2001-04-24 | Hitachi Ltd | 燃料改質器及び燃料電池システム |
| WO2007114110A1 (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-11 | Nippon Oil Corporation | 固体酸化物形燃料電池および改質器 |
| JP2011132115A (ja) * | 2009-12-24 | 2011-07-07 | Samsung Sdi Co Ltd | 耐久性を強化させた改質器 |
| JP2011132114A (ja) * | 2009-12-24 | 2011-07-07 | Samsung Sdi Co Ltd | 耐久性を強化させた改質器 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101929012B1 (ko) | 2017-08-30 | 2018-12-13 | 고등기술연구원 연구조합 | 모듈형 개질 반응기 |
-
1990
- 1990-10-09 JP JP2271701A patent/JP3069743B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001114502A (ja) * | 1999-10-13 | 2001-04-24 | Hitachi Ltd | 燃料改質器及び燃料電池システム |
| WO2007114110A1 (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-11 | Nippon Oil Corporation | 固体酸化物形燃料電池および改質器 |
| JP2011132115A (ja) * | 2009-12-24 | 2011-07-07 | Samsung Sdi Co Ltd | 耐久性を強化させた改質器 |
| JP2011132114A (ja) * | 2009-12-24 | 2011-07-07 | Samsung Sdi Co Ltd | 耐久性を強化させた改質器 |
| US8617267B2 (en) | 2009-12-24 | 2013-12-31 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Reformer with high durability |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3069743B2 (ja) | 2000-07-24 |
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