JPH04190843A - ガス反応装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、例えば燃料電池発電プラントにおける未処理
の炭化水素燃料を、水素に富む気体燃料に改質するため
等に用いられるガス反応装置に関する。

（従来の技術） 従来より知られているように、燃料電池は陰極燃料に水
素ガスを用いるものであり、発電プラントとして稼動さ
せるためには多量の燃料を必要とする。このため事業用
の発電プラントでは天然ガスあるいはナフサ等の未処理
の炭化水素燃料を、触媒を用いて高温度下で処理し、水
素に富む気体燃料に改質して発電を行っている。また発
電効率か高（、公害等の問題か少ないことなどから発電
プラントは大規模化する方向にあり、これにともない改
質のためのガス反応装置もより大形なものになってきて
いる。

そして、このようなガス反応装置は、例えば「特開昭６
３−２２２００２号公報」に示されている。

以下、従来のガス反応装置の一つについて、第８図及び
第９図を参照して説明する。

第８図は縦断面図であり、第９図は横断面図である。図
において、１は外底部に複数の脚２が固着された円筒状
の圧力容器であって、この圧力容器１の内面には断熱材
３が張られている。圧力容器１内の下部にはマニホール
ド４が、圧力容器１の内壁面に６個の吊り具５によって
結合されて配設されている。マニホールド４は直径がそ
れぞれ異なる環状の第１．第２．第３のマニホールド４
ａ。

４ｂ、　４ｃで構成されており、各マニホールド４ａ、
　４ｂ。

４Ｃは同心状に配置され、互いに複数の連結管６によっ
て連通ずるように結合されている。さらに第２のマニホ
ールド４ｂには圧力容器１の壁面を貫通して設けられた
排出管７０片端部が接続されていて、マニホールド４内
の処理済ガスを圧力容器１の外に排出するように形成さ
れている。なお、圧力容器１内に設けられた図示しない
熱源によって圧力容器１内の温度は昇降温し、この温度
変化により膨張収縮して生じたマニホールド４の熱変形
は、吊り具５が変位することによって吸収される。

また、各マニホールド４ａ、　４ｂ、　４ｃには長さが
数ｍにおよぶ長尺の二重円管構造の複数のガス反応管８
が、内管８ａの下端開口をマニホールド４ａ、　４ｂ。

４Ｃ内に連通させて結合し、上端部を遊端にするように
して植設されている。ガス反応管８には、内管８ａと同
軸に外管８ｂか設けられ、内管８ａと外管８ｂとの間に
内管８ａの上端開口に通じる流通路か形成されている。

そして各ガス反応管８の外管８ｂと内管８ａとの間の流
通路は接続管９を設けることによって互いに連通してい
る。さらに一部の外管８ｂには圧力容器１の壁面を貫通
して設けられた供給管１０の片端部が接続されていて、
外管８ｂと内管８ａとの間の流通路に、圧力容器１の外
から未処理ガスが導入できるようになっている。

なお、ガス反応管８の内管８ａと外管８ｂの間の流通路
には触媒が充填されており、また圧力容器１内の排出管
７及び供給管１０の中間部には、マニホールド４及び反
応管８の位置の変動を吸収する可撓管１１．１２が設け
られている。

このように構成されたものにおいての未処理ガス、すな
わち天然ガスあるいはナフサ等の未処理の炭化水素燃料
の改質は、次のように行われる。

先ず、図示しない熱源によって圧力容器１内を加熱し、
ガス反応管８を高温に保持する。次に、高温のガス反応
管８の外管８ｂと内管８ａとの間の流通路に、供給管１
０を介して圧力容器１の外から未処理ガスを導入すると
、未処理ガスは高温となって流通し、流通路内の触媒に
よる触媒反応よって改質されて処理済ガス、すなわち水
素に富む気体燃料となってマニホールド４に流入する。

マニホールド４に流入した処理済ガスは排出管７を介し
て圧力容器１の外に取出される。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上記の従来技術においては、ガスの改質を
行うために圧力容器１の内部を高温にすることが必須で
あり、マニホールド４を熱膨張に対して拘束しないよう
に支持しなければならず、また空間の占有率を高くして
効率的な改質を行うために、マニホールド４に植設され
たガス反応管８は自ずと多数の長尺のものとなる。この
ため固有振動数は数Ｈｚと低く、同じ数Ｈｚと低い振動
数の地震等に際しては、ガス反応管８は共振して大きく
振動することになる。そして隣接するガス反応管８同志
が衝突したり、圧力容器１の内壁にガス反応管８が衝突
したりして場合によっては装置の破損を招き、またガス
の漏洩を引起こす虞があった。

上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、そ
の目的とするところは地震等に際しても破損やガス洩れ
を引起こすなどの虞がないように、熱的な膨張収縮に対
しては拘束しないよう支持しながら、耐震性を向上させ
、大規模化を可能にしたガス反応装置を提供することに
ある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のガス反応装置は、圧力容器と、この圧力容器内
の下部に配設されたマニホールドと、このマニホールド
に一端部を固着して植設された複数のガス反応管とを備
えて成るものにおいて、ガス反応管は、少なくとも一部
のガス反応管に共通の支持板をこの支持板に形成された
支持孔によって所定の間隙を設けるようにして遊嵌して
おり、かつ支持板によって可動範囲が制限されているこ
とを特徴とするものである。

（作用） 上記のように構成されたガス反応装置は、少なくとも一
部のガス反応管に共通の支持板が遊嵌されていて、個々
のガス反応管は所定の間隙の範囲内では水平方向の変位
については制限を受けないが、さらに大きな変位につい
ては支持板によってガス反応管全体が拘束されて可動範
囲の制限を受ける。このためガス反応管全体が拘束され
た状態では剛性が高くなり、地震等が発生して低い振動
数で加振された場合においても、ガス反応管が共振して
大きく振動することがなくなり、ガス反応管に過大な応
力が生ずることもなく、装置の破損等を引起こすことか
なくなる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図乃至第７図を参照して説
明する。尚、従来と同一部分は同一符号を付して説明を
省略し、従来と異なる本発明の構成について説明する。

先ず、第１の実施例を第１図及び第２図により説明する
。

第１図は縦断面図であり、第２図は横断面図である。図
において、１５は従来例と同様にマニホールド４に植設
された二重円管構造の複数のガス反応管で、これらのガ
ス反応管１５の少なくとも一部のガス反応管１５ａには
外面の中間部に突起部１７が形成されている。１８は直
径が圧力容器１に内張すされた断熱材３の内直径より小
径に形成された円板状の支持板である。この支持板１８
には、マニホールド４に植設されたガス反応管１５の取
着位置と同じ位置間隔で、ガス反応管１５の外径より大
径で、かつ突起部１７の高さを含むガス反応管１５ａの
最大外形寸法より小さい直径を有し、高温時においても
ガス反応管１５との間に所定の間隙を有する支持孔１９
が貫通して形成されている。さらに支持板１８には、支
持板１８の上面側と下面側の圧力容器１内の温度差を小
さくするために、貫通した複数の熱の貫流孔２０が形成
されている。

そして支持板１８はガス反応管１５に支持孔１９を遊嵌
し、ガス反応管１５ａの突起部１７上に載置されること
により略水平に支持されている。これによりガス反応管
１５の上端部に於ける水平方向の個々の動きは支持孔１
９の内径とガス反応管１５の外径との差の範囲内では拘
束されないが、範囲外では拘束されたものとなる。

以上のように形成された本実施例によれば、従来例と同
様に図示しない熱源で圧力容器１内を加熱して昇温し、
改質触媒が充填されたガス反応管１５に未処理ガスを通
流させ、触媒反応によって改質することで水素に富んだ
処理済ガスが得られる。

そしてこの過程でのマニホールド４の膨張収縮による変
形は、従来例と同様に吊り具５が変位することで吸収さ
れる。またガス反応管１５には、支持孔１９がガス反応
管１５の外径よりも大きく、支持板１８がガス反応管１
５ａの突起部１７上に単に載置されているのみで軸方向
の上端側部分を拘束するものではないために、膨張収縮
によって変形しても熱応力が生じるものではない。

さらに、地震等が発生して本装置全体が数Ｈｚの低い振
動数で加振された場合には、ガス反応管１５は、支持板
１８によってガス反応管１５同志の相対変位が拘束され
、複数のガス反応管１５全体とじて圧力容器１との相対
変位は許容されるものの剛性か高くなり、過大な応力が
生ずることもない。すなわち従来例のようにガス反応管
１５が共振して大きく振動することがなくなる。そのた
め隣接するガス反応管１５同志が衝突したり、圧力容器
１の内壁にガス反応管１５が衝突したりして装置の破損
等を引起こすことがない。そしてガス反応管１５を長尺
なものとすることかでき、占有面積に対しより多量のガ
スの改質処理が可能となり、発電プラントの大規模化が
可能となる。

次に、第２の実施例を第３図及び第４図により説明する
。

第３図は横断面図であり、第４図は支持板の部分斜視図
である。図において、２１は直径が圧力容器１に内張す
された断熱材３の内直径より小径に形成された円形の格
子状に組まれた構造の支持板である。この支持板２１は
外周に沿って連続した周壁２２が形成され、周壁２２の
内側に格子状の組み構造２３が形成されている。また支
持板２１は格子状に組まれた構造であるため、格子の方
形孔２４を通じて支持板２１の上面側と下面側とが連通
している。

さらに支持板２１には、マニホールド４に植設されたガ
ス反応管１５の取着位置と同じ位置間隔で、ガス反応管
１５の外径より大径で、かつ突起部１７の高さを含むガ
ス反応管１５ａの最大外形寸法より小さい直径を有し、
高温時においてもガス反応管１５との間に所定の間隙を
有する支持孔２５が貫通して形成されている。

そして上記のように形成された支持板２１は第１の実施
例と同様にガス反応管１５に支持孔２５を遊嵌し、ガス
反応管１５ａの突起部１７上に載置されることにより圧
力容器１内に略水平に支持されている。

これによりガス反応管１５の上端部に於ける水平方向の
個々の動きは支持孔２５の内径とガス反応管１５の外径
との差の範囲内では拘束されないか、範囲外では拘束さ
れたものとなる。

以上のように形成された本実施例によっても、第１の実
施例と同様に未処理ガスを触媒反応によって改質するこ
とで水素に富んだ処理済ガスが得られる。そして改質の
過程及び地震等が発生して数Ｈｚの低い振動数で加振さ
れた場合等においても第１の実施例と同様の作用、効果
が得られる。

さらに本実施例では、支持板２１が格子状の構造を有す
るために軽量に構成できると共に、熱の貫流が円滑に行
われるために支持板２１の上面側と下面側との温度差が
小さなものとすることかできる。

次に、第３の実施例を第５図により説明する。

第５図は横断面図であって、図において、２６は直径か
圧力容器１に内張すされた断熱材３の内直径より小径の
円板を略６等分した形状の扇形の支持板である。この支
持板２６には、マニホールド４に植設された複数のガス
反応管１５の取着位置が同形状に分割されるように６等
分したガス反応管１５の取着位置と、同じ位置間隔とな
るような位置に支持孔２７が貫通して形成されている。

この支持孔２７はガス反応管１５の外径より大径で、か
つ突起部１７の高さを含むガス反応管１５ａの最大外形
寸法より小さい直径を有し、高温時においてもガス反応
管１５との間に所定の間隙を有する。さらに支持板２６
には、支持板２Ｂの上面側と下面側の圧力容器１内の温
度差を小さくするために、貫通した複数の熱の貫流孔２
８が形成されている。

そして６枚の支持板２６はガス反応管１５に支持孔２７
を遊嵌し、ガス反応管１５ａの突起部１７上に載置され
ることにより略水平に支持されている。なお、支持板２
６は、６枚を略円板状に配置してガス反応管１５ａに載
置した状態で、各支持板２Ｂ相互の間に高温時において
も隙間が設けられているように形成されている。これに
よりガス反応管１５の上端部に於ける水平方向の個々の
動きは支持孔２７の内径とガス反応管１５の外径との差
の範囲内では拘束されないが、範囲外では拘束されたも
のとなる。

以上のように形成された本実施例によっても、第１の実
施例と同様に未処理ガスを触媒反応によって改質するこ
とで水素に冨んだ処理済ガスが得られる。そして改質の
過程及び地震等が発生して数Ｈｚの低い振動数で加振さ
れた場合等においても第１の実施例と同様の作用、効果
が得られる。

さらに本実施例では、支持板２６が６分割した形状であ
るため施工性においてより良好であり、大形の装置に対
して有効である。また等形状に形成されたものであるた
め製造性や施工性がさらに良好である。

次に、第４の実施例を第６図及び第７図により説明する
。

第６図は横断面図であり、第７図は要部斜視図である。

図において、２９は従来例と同様にマニホールド４に植
設された二重円管構造の複数のガス反応管で、これらの
ガス反応管２９のうち最外周の第１のマニホールド４ａ
に植設された外側ガス反応管２９ａには中間部の外面全
周に鍔状の突出部３０が形成されている。また第２．第
３のマニホールド４ｂ、　４ｃに植設された第１及び第
２の内側ガス反応管２９ｂ　、　２９ｃには中間部の外
周面に、第１及び第２の内側ガス反応管２９ｂ　、　２
９ｃがそれぞれ配列されて形成する円周に沿った環状板
を、円周方向に略等分した扇形の突出部３１ａ　、　３
１ｂが形成されている。なお、突出部３１ａと突出部３
１ｂとはガス反応管２９の管軸方向における高さは同じ
である。

また、３２は外径が圧力容器１に内張すされた断熱材３
の内直径より小径に形成され、内径が大１の内側ガス反
応管２９ｂの突出部３１ａで形成される円の直径より大
径に形成された環状の支持板である。この支持板３２に
は、第１のマニホールド４ａに植設されたガス反応管２
９ａの取着位置と同じ位置間隔で、ガス反応管２９ａの
管外径より大きく、かつ突出部３０の外径より小さい直
径を有し、高温時においてもガス反応管２９ａとの間に
所定の間隙を有する支持孔３３が貫通して形成されてい
る。さらに支持板３２には、支持板３２の上面側と下面
側の圧力容器１内の温度差を小さくするために、貫通し
た複数の熱の貫流孔３３が形成されている。

そして支持板３２はガス反応管２９ａに支持孔３３を遊
嵌し、突出部３０上に載置されることにより略水平に支
持されている。なお、支持板３２は突出部３１ａに対し
管軸方向における高さが同じに高さになるように支持さ
れている。またガス反応管２９ａの上に載置された支持
板３２及びガス反応管２９ｂ。

２９ｃの突出部３１ａ　、　３１ｂは、各々の相互の間
に高温時においても隙間が設けられているように形成さ
れている。これによりガス反応管２９ａの上端部に於け
る水平方向の個々の動きは支持孔３３の内径とガス反応
管２９ａの外径との差の範囲内では拘束されないが、範
囲外では拘束されたものとなる。

またガス反応管２９ｂ　、　２９ｃ水平方向の個々の動
きは、突出部３１ａ　、　３１ｂの各々の間の隙間の範
囲内では拘束されないが、範囲外では拘束されたものと
なる。

以上のように形成された本実施例によっても、第１の実
施例と同様に未処理ガスを触媒反応によって改質するこ
とで水素に富んだ処理済ガスが得られる。そして改質の
過程及び地震等が発生して数Ｈｚの低い振動数で加振さ
れた場合等においても第１の実施例と同様の作用、効果
が得られる。

尚、上記の各実施例においては支持板をガス反応管の中
間部に設けるようにしているが、上端部に設けるように
してもよく、また形状も上記したものに限定されるもの
ではない等、要旨を逸脱しない範囲内で本発明は適宜変
更して実施し得るものである。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明は、少なくとも
一部のガス反応管に共通の支持板を遊嵌してガス反応管
の可動範囲を制限する構成としたことにより、次のよう
な効果が得られる。即ち、熱的な膨張収縮に対しては拘
束しないよう支持しながら耐震性を向上させ、低い振動
数で加振する地震等に際しても破損やガス洩れを引起こ
すなどの虞かなく、大規模化を可能にする等の効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す縦断面図、第２図
は第１図における■−■矢方同方向断面図、第３図は第
２の実施例を示す横断面図、第４図は第２の実施例にお
ける支持板の部分斜視図、第５図は第３の実施例を示す
横断面図、第６図は第４の実施例を示す横断面図、第７
図は第４の実施例における要部斜視図、第８図は従来例
を示す縦断面図、第９図は第８図におけるＩＸ−ＩＸＸ
力方向横断面図である。 １・・・圧力容器、 ４、４ａ、　４ｂ、　４ｃｍ・・マニホールド、１５、
１５ａ・・・ガス反応管、　１７・・・突起部、１８・
・・支持板、　　　　　　１９・・・支持孔。 代理人　　弁理士　　大　胡　典　夫 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 ２９　　　　　２９ｂ 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧力容器と、この圧力容器内の下部に配設されたマニホ
   ールドと、このマニホールドに一端部を固着して植設さ
   れた複数のガス反応管とを備えて成るものにおいて、前
   記ガス反応管は、少なくとも一部の前記ガス反応管に共
   通の支持板をこの支持板に形成された支持孔によって所
   定の間隙を設けるようにして遊嵌しており、かつ前記支
   持板によって可動範囲が制限されていることを特徴とす
   るガス反応装置。