JPH0455689A - 燃料改質装置 - 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） 本発明は容器に付属するバーナの燃焼ガスを利用して加
熱、反応等を促進するプロセス機器の容器内部監視窓を
改良した燃料電池発電システムに用いられる燃料改質装
置に関する。

（従来の技術） 燃料電池発電システムは一般に燃料電池本体と上記燃料
改質装置と電力変換装置、制御装置および多くの熱交換
器等のプロセス機器によって構成されている。この燃料
電池発電システムレこ用いられる従来の燃料改質装置し
こついての一例を第３図、第４図および第５図に示す。

第３図において、容器（１）の内面には適切な厚さの断
熱材■が施され、内部には反応管（３）が収容されてい
る。バーナ（イ）は容器■の一端に設けられ、容器１の
他端には燃焼排ガス出口■とプロセスガス入口■および
プロセスガス出口■が備えられている。さらに容器■の
側壁にはバーナの火炎（９）や反応管■の表面状態が直
接に監視できる位置に監視窓（ハ）が断熱材■を貫通し
て設けられている。

次に第４図および第５図を用いて従来の監視窓■の詳細
構造を説明する。第４図は冷却ガス方式の監視窓（ハ）
であり、監視窓管（１０）の外端には透明な監視ガラス
（１１）が例えばフランジ等で固定されている。また監
視窓管（１０）の側壁には冷却ガス入口（１２）が設け
られ、この入口から冷却ガス（空気、窒素等ｙａ）が監
視窓（８）内に流入する。

第５図は二重着方式の監視窓（８）であり、監視窓管（
］Ｏ）の外為には上記冷却ガス方式と同様の監視ガラス
（１］）が設けら才すでおり、また他端には耐熱性の高
い遮断ガラス（１３）がセラミック等の耐熱材で作られ
た支持管（１４）で支持されている。

以上の構成の従来の燃料改質装置の機能を次に述ｌ＼る
。第３図において、バーナ４）で燃焼した高温の燃焼ガ
スｙ、は反応管（３）の壁を通して内部のプロセスガス
ｙ２と熱交換として徐々に温度降下しながら下方に流下
し、低温ガスとなって燃焼排ガス出口■から器外に流出
し、図示しない他のプロセス機器に導びかれる。

一方、炭化水素系原料と水蒸気を混合したガス（以下プ
ロセスガス）は、プロセスガス入口（へ）から反応管（
３）に流入する。そして反応管内を流動する間に上記燃
焼ガスｙ、との熱交換によって熱せられて化学反応によ
って水素を主成分とするガスに変化し、再びプロセスガ
ス出口■より１ト出され、図示しない種々のプロセス機
器を経たのち燃料電池本体に導ひかれる。

監視窓（８）は上述したように、燃料改質装置において
最も重要な構成要素であるバーナー（イ）と反応管（３
）双方の運転状態を監視する重要な役目を持っでいる。

つまり、バーナの点火、火炎の状態の確認する手段とし
ては、例えば紫外線火炎探知器を用いた方法があるが、
直接目視による方法が最も確実であることは明白である
。特に失火時等、運転員が素早く、適切にそして安全に
次の行動に移る必要がある時には、監視窓はプラントの
運転の信頼性に寄与するところ大である。

また反応管（３）は特殊な耐熱合金で作られているが、
運転時の温度は上端部において約１０００℃という金属
材料にとって非常に過酷な状態にさらされているため、
その外表面の直接監視はプラントの運転の安全性を促進
するものである。尚、これらの監視は、監視窓（８）に
テレビカメラを取付け、プラントの中央操作室のモニタ
ーテレビによるのが普通である。

（発明が解決しようとする課題） 以上の構成は、機能を有する燃料改質装置において、バ
ーナの燃焼ガスｙ工は一般に１２００〜１３００℃の高
温であり、監視窓を構成する通常の炭素鋼やステンレス
鋼は高温ガスに耐えることができない。したがって高温
の燃焼ガスｙ工から監視窓（８）を保護するために、前
述した冷却ガス方式では低温の空気や窒素を流して高温
ガスを希釈するとともに監視窓管（１０）を連続的に冷
却する手段が用いられている。

また、この冷却ガスｙ３の副次的な役目として、監視ガ
ラス（１］）の内表面にガスの流れを作り出すことが挙
げられる。このガスの流れが、ガラスの内面に水滴や燃
焼ガス中の煤の付着するのを防止し、監視窓（８）を長
期間にわたって清浄な状態に保つ効果がある。さらに監
視ガラス（１１）の点検、清掃のためにはプラントを完
全に停止する必要があることから、冷却ガスｙ３による
ガラスの清浄効果は絶大のメリットである。

ところが、この冷却ガス方式には大きな欠点がある。つ
まり、バーナの高温燃焼ガスｙ１の中に冷たい冷却ガス
ｙ３が混入するために燃焼ガスｙ１の温度が低下し、改
質反応の熱源としての高温ガスの機能が損われることで
ある。さらに、この種のプラントで普通に行なわれてい
る燃焼ガスの酸素濃度や排ガスの成分等のモニタリング
によるバーナの燃焼状態を正しい把握に悪影響を与える
ことである。

特に、監視窓（８）の冷却効果と清浄効果と有効に引き
出すためには多量の冷却ガスｙ、を導入する必要があり
、上記の悪影響を減じるために監視窓を小さくすると容
器■内部の監視範囲が挟まり、監視窓（８）本体の機能
も縮小されてしまう。

一方、二重ガラス方式は、監視窓管（１０）内に燃焼ガ
スｙ□が流れ込むのを遮断ガラス（１３）によって防ぐ
とともに、冷却ガスｙ、を必要としないので、上記の冷
却ガス方式の欠点を除くのには有効な方法である。しか
し、前述したように監視ガラス（１１）の内表面に水滴
が付着しやすい他、しゃ断ガラス（１３）の表面も燃焼
ガスによって汚れやすく、短期間でガラスの透明度が低
下して監視ができなくなる欠点がある。したがって頻繁
にプラントを停止して監視ガラスの点検、清掃を実施す
る必要がある。

本発明の目的は、十分に視野を有する大きさを保持しつ
つ冷却ガスの量を最大限に減じて燃焼ガスに与える悪影
響を除去するとともに、監視ガラスを長期間にわたって
清浄に保ち、もって高信頼性の燃料改質装置を提供する
ことにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の燃料改質装置は、中空の容器と、この容器内に
燃焼ガスを供給するバーナおよび反応管と、中空容器を
貫通して設けた１つ以上の容器内部監視窓とを有し、か
つ当該監視窓を構成する監視窓管に冷却ガス入口を備え
る燃料改質装置において、前記監視窓管内に内管を挿入
して筒状の冷却ガス通路を形成するとともにその内管の
両端部に複数のガス噴出口を設け、さらに前記監視窓管
外に外管を挿入して筒状の冷却水通路を形成して三重管
構造としたことを特徴とするものである。

（作用） 本発明においては、筒状の冷却ガス通路内を冷却ガスが
流れることによって従来の約１／４の冷却ガス量で監視
窓管を十分に冷却することができる。次に、内管の外端
のガス噴出口から冷却ガスが高速で噴出して監視ガラス
内表面に流れを作り出すため、ガラスの内面に水滴や煤
の付着がない。また、内管の内端側に設けられたガス噴
出口から高速で噴出した冷却ガスは、近傍に冷却ガスカ
ーテンを形成して監視窓管内に高温の冷却ガスが流れ込
むのを弱め、希釈する作用がある。

また筒状の冷却水通路内を冷却水を流すことによって、
監視窓管の冷却効果はより確実になるから内管の冷却ガ
ス流量をさらに減少させることができ、上記の作用が補
強される。

（実施例） 以下、本発明を第１図および第２図に示す実施例を用い
て説明する。第１図および第２図において、第３図、第
４図および第５図と同一の符号で示している部分は、そ
の構成が従来と同様であるから説明は省略する。

本発明の燃料改質装置は監視窓（８）の改良構成に特徴
を有する。すなわち、第１図および第２図において、監
視窓（８）の従来と同等以上の大きさを有する監視窓管
（１０）内の全長にわたって内管（１５）を挿入して二
重管構造とし、該内管（１５）と監視窓管（１０）との
間に決められたすきまの筒状の冷却ガス通路（１６）を
設ける。さらにこの内管（１５）の両端には決められた
大きさと数のガス噴出口（１７）が設けられ、その外端
側の噴出口（１７）は監視ガラス（１１）に、内端側の
噴出口（１７）は燃焼ガスにそれぞれ向けて開口されて
いる。

さらに監視窓管（１０）外の全長にわたって外管（１８
）を挿入して三重管構造とし、該外管（１８）と監視窓
管（１０）との間に、決められた筒状の冷却水通路（１
９）が形成されている。この外管（１８）の片端には冷
却水入口（２０）、他端には冷却水出口（２１）が設け
られている。

次に以上のように構成された本発明の燃料改質装置の監
視窓（８）の作用について、流体の流れに沿って説明す
る。尚、従来と同様の作用を有する部分は、その説明を
省略する。

バーナに）の火炎および反応管（３）の上端が十分に視
野に入る大きさの監視窓（８）の監視窓管（１０）に取
付けられた冷却ガス入口（１２）から低温の冷却ガスｙ
ｌ　（空気または窒素等）が流入し、冷却ガス通路（１
６）に流れ込む。冷却ガス通路（１６）に入った冷却ガ
スｙ３は、その軸方向に沿って一方は監視ガラス（１１
）側に、他方は容器■側に分流する。

監視ガラス（１１）側に流れた冷却ガスｙ３は、内管（
１５）壁を通して監視窓管（１０）内の燃焼ガスｙ１と
熱交換してやや温度上昇し、噴出口（１７）から監視ガ
ラス（１１）内面に高速で噴出する。この噴出によって
ガラス内表面にガスの流れを作られるため、燃焼ガスｙ
□中に含まれる水蒸気がガラス面に凝結して水滴として
付着したり、同様に燃焼ガス中に含まれる煤や異物が付
着するのを防止される。

他方、冷却ガス通路（１６）に流入して容器（１）側に
分流した冷却ガスｙ３は、内管（１５）の壁を通して監
視窓管（１０）内の燃焼ガスｙ、と熱交換し、やや温度
上昇して内管（１５）端部の噴出口ωから高速で噴出す
る。ここで、噴出した冷却ガスｙ、は内管（１５）端近
値に冷却ガスカーテンを形成して監視窓管（１０）内に
高温の冷却ガスｙｉが流入するのを弱めるとともに、冷
却ガスカーテンを通過して監視窓管（１０）内に燃焼ガ
スｙ１が流入しても、それを希釈し温度を降下させる作
用がある。

次に外管（］８）と監視窓管（１０）で筒状に構成され
た冷却水通路（１９）内１．こ流入した冷却水ｙ、は、
その軸方向および周方向に流動し、その際監視窓管（］
０）壁を通して冷却ガスｙ３と熱交換し、やや温度上昇
して冷却水出口（２１）より流出する。この冷却水ｙ、
によって監視窓管（１０）は低温に保たれ、かつ監視窓
管（１０）を通して冷却ガスもわずかな温度上昇しこ抑
制されるため、監視窓（８）の全ての構成要素は全てが
安全に運転される。

上記の作用によって冷却ガスの量は従来の約１／４に減
らすことができ、したがって冷却ガスが燃焼ガスに与え
る温度低下や成分分析に与える悪影響を最大限に除くこ
とが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、従来と同等以上
に十分な視野を有する大きさを保持したまま冷却ガスの
量を約１／４に減じて燃焼ガスに与える冷却ガスの悪影
響を除去し、監視ガラスを長期間にわたって清浄に保つ
とともに、監視窓の構成部材が燃焼ガスにさらされるこ
となく常に低温に保持されるため、信頼性の高い燃料改
質装置を提供するのに優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料改質装置の一実施例を示す断面図
、第２図は本発明の監視窓部分を拡大して示す断面図、
第３図は従来の燃料改質装置を示す断面図、第４図およ
び第５図に従来の監視窓部分を示す断面図である。 １・・・容器　　　　　　　３・・・反応管４・・バー
ナ　　　　　　８・・・監視窓ｌＯ・・監視窓管　　　
　　１２・・冷却ガス入口１９・・ ｙ４゛ 内管 ・ガス噴出口 冷却水通路 プロセスガス 冷却水 １６・・冷却ガス通路 １８・外管 ｙ□・燃焼ガス ｙ、・冷却ガス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）中空の容器と、この容器内に燃焼ガスを供給する
   バーナおよび反応管と、中空容器を貫通して設けた１つ
   以上の容器内部監視窓とを有し、かつ当該監視窓を構成
   する監視窓管に冷却ガス入口を備える燃料改質装置にお
   いて、前記監視窓管内に内管を挿入して環状の冷却ガス
   通路を形成したことを特徴とする燃料改質装置。
2. （２）前記監視窓管外に外管を被せて環状の冷却水通路
   を形成して三重管構造としたことを特徴とする請求項１
   記載の燃料改質装置。