JPH06345401A - 燃料改質器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】長期間安定した性能を発揮することが可能で、
しかもより小形な燃料改質器を提供する。 【構成】燃料改質器が備える改質管４０を、中間円筒を
上部を残して除去し、その上端が中間円筒の残された前
記上部に接合され、しかも内筒５の外面に周方向に沿っ
て互いに隣接させて配列される複数の改質触媒収納体３
０を備え、各改質触媒収納体３０は、内筒５の表面に一
方の側端が固着されまたその下端が底板から離されて位
置ししかもその上端が中間円筒の残された前記上部の位
置に達する長さを有する１対の端板３１と、端板３１，
３１の他方の側端にその両端が固着される平面状の側板
３２を備え、内筒５との間に形成された空間３３に粒状
改質触媒１４を充填する構成とし、内筒５の内側を流れ
る熱媒体により加熱される作動時に、熱媒体からの熱を
直接熱伝導により内筒５→端板３１→側板３２と伝達し
て、それらをほぼ均一な温度に加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭化水素系の原燃料を
改質管に通流し、この原燃料を改質触媒により水蒸気改
質して水素に富む改質ガスに改質する燃料電池発電装置
用の燃料ガスの製造等に使用される燃料改質器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】天然ガスやナフサ等の炭化水素系の原燃
料から水蒸気を付加した上で熱媒体により加熱しつつ改
質触媒により水素に富む改質ガスを生成し、この改質ガ
スを一酸化炭素変成器を経て燃料電池に供給する燃料改
質器として、改質反応に必要な熱量の供給方法を改良し
た構成としたものが同じ出願人より出願され特開平３−
９７６０２号公報により公知となっている。

【０００３】図６は、上記のよる燃料改質器にさらに改
質触媒への伝熱性能に改良を加えた従来例の燃料改質器
の側断面図であり、図７は、図６におけるＡ−Ａ矢から
見た改質管部の部分断面図である。図６，図７におい
て、１は、その少なくとも下部を炉容器３で覆われてい
る改質管であり、その内側にバーナ２が配設されてい
る。改質管１は、上下方向に直立した金属製の中間円筒
４と、これを挟んでこの内外にそれぞれ間隔を設けて同
心円状に配設され、上部を中間円筒４と接合するリング
状で金属製の上部板１０および２１で接続され、下部を
中間円筒４の下端から離してリング状で金属製の底板７
で接続されたそれぞれ金属製の内筒５および外筒６とで
形成されている。内筒５の中間円筒４側には、その一端
を内筒５の外面に溶接により固着され、幅方向が中間円
筒４との間に間隙２３ａが形成される寸法であり、かつ
底板７が固着される部位から後記する粒状改質触媒１４
の上面付近の部位にわたる長さ寸法を有する伝熱フィン
２３が、円周状に沿って複数本配列されている。

【０００４】このような構成により改質管１には、下端
部であい通じる内側環状空間８および外側環状空間９の
２重の環状空間が形成される。外側環状空間９の上部に
は原料ガス入口１１が設けられ、また内側環状空間８の
上部には改質ガスマニホールド１２を介して改質ガス出
口１３が設けられる。改質管１の改質ガスマニホールド
１２を除く内側環状空間８には、粒状改質触媒１４が充
填され、この粒状改質触媒１４の上面は、粒状改質触媒
１４の飛散を防止するための金網１４ａで覆われ、また
その下部の外側環状空間９との境界には、粒状改質触媒
１４の流出を防止するための金網１４ｂにより囲われて
いる。改質管１の下方および側部周囲には、改質管１と
間隔を置いて耐火断熱材１５が配置され、改質管１との
間にバーナ２からの熱媒体を導く熱媒体通路１６が形成
されている。この熱媒体通路１６の上部には、熱媒体出
口マニホールド１７を介して熱媒体出口１８が設けられ
ている。また、内筒５の上部内側には、バーナ２で生成
された直後の特に高温の熱媒体から内筒５等を保護する
ために、耐火性断熱材製の断熱層２２が形成される。

【０００５】以上のような構成の燃料改質器において、
バーナ２には燃料入口１９からは燃料（燃料電池運転時
には燃料電池本体からの排出燃料ガス）が導入され、空
気入口２０からの燃焼空気により燃焼し、燃焼ガスとし
ての熱媒体を生成する。熱媒体は改質管１の内側を改質
触媒充填部に沿って下方に流れ、引続いて熱媒体通路１
６を流れ、熱媒体マニホールド１７を通って熱媒体出口
１８から排出される。この間、熱媒体は改質管１の主と
して内筒５の内側から粒状改質触媒１４を加熱するので
あるが、粒状改質触媒１４の加熱は、内筒５に伝達され
た熱媒体からの熱が、内筒５の外側表面と伝熱フィン２
３の両側面から粒状改質触媒１４に伝達されることによ
り主として行われる。一方、原燃料と水蒸気とからなる
原料ガスは原料ガス入口１１から流入し、外側環状空間
９を下方に流れ、この間に粒状改質触媒１４を加熱した
後の熱媒体により加熱されて、粒状改質触媒１４におけ
る改質反応に対する好ましい温度にされ、その後に中間
円筒４の下端部で折返し内側環状空間８に入り、内側環
状空間８に充填された改質触媒１４層中を上向きに流
れ、改質触媒１４の改質作用により水素に富んだ改質ガ
スに改質され、改質ガスマニホールド１２を通って改質
ガス出口１３から燃料改質器の外に出ていく。なお、熱
媒体通路１６の間隙を狭くして熱媒体の流速を上げるこ
とにより、外側環状空間９を流れる原料ガスへの熱伝達
を良好にし、これに伴って熱媒体排出ガスの温度を下げ
ることができる。

【０００６】上述のような構成の燃料改質器において、
天然ガスのような原燃料を水蒸気改質する際には高温の
運転温度で改質反応が行なわれ、改質管１を形成してい
る例えば耐熱鋼の最高表面温度は、運転条件にもよるが
９００〜９５０℃にもなる。また上述の燃料改質器は、
この燃料改質器で水素に富むガスに改質され一酸化炭素
変成器によりさらに一酸化炭素濃度の低いガスにされる
改質ガスを、図示しない燃料電池に燃料として供給す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
る燃料改質器は、粒状改質触媒１４により原燃料を水蒸
気改質を行うことで水素に富む改質ガスに改質するに際
し、燃料改質器を比較的小形にすることができるのであ
るが、その起動、通常運転あるいは停止時に改質管１を
構成している金属板が膨張，収縮を繰り返すことで次記
の問題を生じる。

【０００８】例えば、図６中に示した改質管１の断熱
層２２の下端部２２ａに近い部分Ａと原料ガスの入口に
近い部分Ｂの起動時の昇温曲線は、図８に示すようにバ
ーナ近接部の改質管表面温度Ｓはバーナの点火とともに
急速に上昇するのに対して、原料ガス入口部の改質管表
面温度Ｔはバーナ点火直後は熱媒体の持つ熱量が改質管
１等の加熱に費やされる等の理由のため温度の上昇度が
遅く、このためバーナ点火直後には改質管１に大きい温
度差の温度分布が生じる。特に、中間円筒４は間接的な
加熱を受けることで、内筒５よりも数百℃も低い温度と
なる。また、通常運転時には、改質触媒１４は所定の温
度で動作することが望ましいのであるが、前記した水蒸
気改質の場合には、改質触媒１４は吸熱反応を行うの
で、間接的な加熱を受ける中間円筒４の温度は、主とし
て内筒５から伝達される熱量が吸熱反応を行う改質触媒
１４により奪われてしまうことで、バーナ直後のまだ高
温の熱媒体により直接加熱される内筒５よりも数百℃も
低い温度となる。

【０００９】以上述べた如く、改質管１を構成している
金属板は温度上昇により、その直径および上下方向の長
さの両方が熱膨張を受けることとなるが、その際、前記
の大きい温度差を持つ温度分布によって、改質管１の外
筒６や中間円筒４よりも内筒５の方が大きく熱膨張する
こととなる。これにより、改質触媒１４層は内筒５と中
間円筒４に挟まれて半径方向の加圧力を受け圧壊を生じ
たり、内筒５は内側への異常な変形、また、中間円筒４
のその直径の強制的な拡大等の、燃料改質器の性能を劣
化させる不都合な問題が生じるのである。

【００１０】上記した内筒５と中間円筒４との熱膨張
量の差異に対処するために、伝熱フィン２３と中間円筒
４との間には間隙２３ａが設けられていることで伝熱フ
ィン２３から中間円筒４への熱伝導は期待できないこと
から、改質触媒１４層の加熱は、内筒５の外側表面と伝
熱フィン２３の両側面からの３方向からのみ行われてい
る。このため、改質触媒１４層による改質反応が吸熱反
応であることもあり、中間円筒４に近い改質触媒１４層
ほど低温となり、改質触媒１４層の温度が不均一となっ
ている。改質反応に適した温度条件に維持されていない
部分の改質触媒１４層の活性度が低下することにより、
所望の量の改質ガスをを得るための改質触媒１４の使用
量を増大させている。

【００１１】本発明は、前述の従来技術の問題点に鑑み
なされたものであり、その目的は、頻繁な起動あるいは
停止を行っても、長期間安定した性能を発揮することが
可能で、しかもより小形化することが可能な燃料改質器
を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明では前述の目的
は、 １）改質管と、バーナと、炉容器を備え、前記改質管
は、上下方向に直立した円筒状の中間円筒と、この中間
円筒を挟んでその内外にそれぞれ間隔を設けて同心円状
に配設され上部を前記中間円筒と接合するリング状の上
部板で接続され下部を前記中間円筒の下端から離してリ
ング状の底板で接続された内筒および外筒と、前記中間
円筒と前記内筒との間に形成された空間に充填された改
質触媒を有し、前記バーナは、前記改質管の内側に設置
され、前記改質管を加熱するための熱媒体を供給するも
のであり、前記炉容器は、前記改質管の外側部および下
部を包囲して構成され、前記熱媒体の通路を形成するも
のであり、前記改質触媒により炭化水素系の原燃料を水
蒸気改質を行うことで水素に富む改質ガスに改質するも
のである、燃料改質器において、改質管は、中間円筒を
上部を残して除去し、その上端が前記中間円筒の前記残
された上部に接合されしかも内筒の中間円筒側に周方向
に沿って配列される複数の改質触媒収納体を備え、それ
ぞれの前記改質触媒収納体は、前記内筒の中間円筒側の
表面にその一方の側端が固着されまたその下端が底板か
ら離されて位置ししかもその上端が前記中間円筒の前記
残された上部の位置に達する長さを有する１対の端板
と、それぞれの前記端板の他方の側端にその両端が固着
される側板を備え、前記内筒との間に形成された空間に
改質触媒を充填する構成としたこと、また ２）改質管と、バーナと、炉容器を備え、前記改質管
は、上下方向に直立した円筒状の中間円筒と、この中間
円筒を挟んでその内外にそれぞれ間隔を設けて同心円状
に配設され上部を前記中間円筒と接合するリング状の上
部板で接続され下部を前記中間円筒の下端から離してリ
ング状の底板で接続された内筒および外筒と、前記中間
円筒と前記内筒との間に形成された空間に充填された改
質触媒を有し、前記バーナは、前記改質管の内側に設置
され、前記改質管を加熱するための熱媒体を供給するも
のであり、前記炉容器は、前記改質管の外側部および下
部を包囲して構成され、前記熱媒体の通路を形成するも
のであり、前記改質触媒により炭化水素系の原燃料を水
蒸気改質を行うことで水素に富む改質ガスに改質するも
のである、燃料改質器において、改質管は、内筒を上部
を残して除去し、その上端が前記内筒の前記残された上
部にまたその下端が底板にそれぞれ接合されしかも中間
円筒の内筒側に周方向に沿って配列される複数の改質触
媒収納体を備え、それぞれの前記改質触媒収納体は、前
記中間円筒の内筒側の表面にその一方の側端が固着され
またその下端が底板に接して位置ししかもその上端が前
記内筒の前記残された上部の位置に達する長さを有する
１対の端板と、それぞれの前記端板の他方の側端にその
両端が固着される側板を備え、前記中間円筒との間に形
成された空間に改質触媒を充填する構成としたこと、ま
た ３）前記１項または２項記載の手段において、改質触媒
収納体の備える側板は、平面状のものである構成とした
こと、また ４）前記１項または２項記載の手段において、改質触媒
収納体の備える側板は改質触媒が充填される空間に対し
て反対側に凸である曲面をなしているものである構成と
したこと、さらにまた ５）前記１項または２項記載の手段において、改質管の
備える底板は、その内筒側の端部に改質触媒収納体相互
間の間隙に対応する幅寸法と中間円筒の内面に達する長
さのスリットを前記間隙毎に設けた構成としたこと、に
より達成される。

【００１３】

【作用】本発明においては、 改質管は、中間円筒を上部を残して除去し、その上端
が前記中間円筒の前記残された上部に接合され、しかも
内筒の中間円筒側に周方向に沿って配列されるものであ
り、それぞれが、内筒の中間円筒側の表面にその一方の
側端が固着されまたその下端が底板から離されて位置し
しかもその上端が中間円筒の残された上部の位置に達す
る長さを有する１対の端板と、それぞれの前記端板の他
方の側端にその両端が固着される平面状の側板を備え、
内筒との間に形成された空間に改質触媒を充填するもの
である例えば金属製の改質触媒収納体を複数個備えると
か、 改質管は、内筒を上部を残して除去し、その上端が内
筒の残された上部にまたその下端が底板にそれぞれ接合
されしかも中間円筒の内筒側に周方向に沿って配列され
るものであり、それぞれが、中間円筒の内筒側の表面に
その一方の側端が固着されまたその下端が底板に接して
位置ししかもその上端が内筒の残された上部の位置に達
する長さを有する１対の端板と、それぞれの前記端板の
他方の側端にその両端が固着される平面状の側板を備
え、中間円筒との間に形成された空間に改質触媒を充填
するものである例えば金属製の改質触媒収納体を複数個
備える構成とすることにより、熱媒体から供給される熱
量は、の場合には、内筒→端板→側板の経路により、
またの場合には、側板→端板→中間円筒の経路により
直接に伝導され、いずれの場合も改質触媒層の４周を囲
む内筒と改質触媒収納体、あるいは改質触媒収納体と中
間円筒は、ほぼ同一レベルの温度に加熱される。従っ
て、改質触媒に隣接する部位に配置されることで、高温
度で稼働することを課せられている内筒と改質触媒収納
体、あるいは改質触媒収納体と中間円筒は、ほとんど同
等の熱膨張を行うこととなる。

【００１４】これにより、内筒あるいは改質触媒収納体
の内側への異常な変形、また、中間円筒あるいは改質触
媒収納体の径方向への強制的な拡大の発生が防止され、
また粒状改質触媒に内筒と改質触媒収納体の両側あるい
は改質触媒収納体と中間円筒の両側から加わる加圧力が
解消される。さらに、改質触媒層は、ほぼ同一レベルの
温度に加熱される内筒と改質触媒収納体、あるいは改質
触媒収納体と中間円筒に、その４周から加熱されること
で、触媒層温度分布の均一度が向上する。

【００１５】また、上記において、改質触媒収納体が備
える側板を、改質触媒が充填される空間に対して反対側
に凸である曲面をなす形状に構成とすることにより、側
板に発生する応力を、平面状の場合と比較して下記する
理由で低減することが可能となる。即ち、公知の文献
（材料力学，北畠・片山 共訳，コロナ社，昭和３０年
３月１５日訂正４版発行）によれば、図９に示すような
支持間隔；ｌで両端支持される円弧状梁に、梁の面に対
して垂直な等分布荷重；ｐが作用する場合には、梁の支
持点に張力；Ｓが発生することにより、梁に生ずる最大
モーメント；Ｍｍａｘは（１式）に示す値となり、張力
（Ｓ）が加わらない場合（即ち、平面状梁の場合）の梁
に生ずる最大モーメント（Ｍｍａｘ）＝（ｐｌ² ／８）
に対してｆ（ｕ）倍となる。 Ｍｍａｘ＝（ｐｌ² ／８）×ｆ（ｕ）…………………………………………（１） ここで、ｕ＝（π／２）×（Ｓｌ² ／ＥＩπ² ）^1/2 ………………………（２） ここで、Ｅ；円弧状梁に使用する材料のヤング率 Ｉ；円弧状梁の断面２次モーメント 円弧状梁に等分布荷重（ｐ）と張力（Ｓ）とが同時に加
わった場合には、張力（Ｓ）による作用によりｕ＞０と
なり、ｕとｆ（ｕ）との間には図１０〔上記文献（下
巻）の第３表より引用。〕に示す関係があるので、ｕ＞
０となることによりｆ（ｕ）＜１となる。円弧状梁に
は、この最大モーメント（Ｍｍａｘ）による応力と、張
力（Ｓ）による応力との和が作用するが、最大モーメン
ト（Ｍｍａｘ）の低減による効果の方が大きいため、結
局、平面状梁の場合に対して円弧状梁の場合の方が梁に
働く応力は小さくなるのである。

【００１６】さらにまた、改質管の備える底板に、その
内筒側の端部に改質触媒収納体相互間の間隙に対応する
幅寸法と中間円筒の内面に達する長さのスリットを前記
間隙毎に設けた構成とすることにより、改質触媒収納体
はスリットにより個々に動くことが可能であるために、
熱媒体による底板部の加熱が周方向に不均一になった場
合においても、改質触媒収納体あるいは底板にそれによ
る応力の発生が軽減される。

【００１７】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に
説明する。 実施例１；図１は、本発明の請求項１，３に対応する一
実施例による燃料改質器の改質管部の部分横断面図、図
２は、図１による燃料改質器の改質管部の改質触媒を除
去して示した側断面図である。図１，図２において、図
６，図７に示した従来例による燃料改質器と同一部分に
は同じ符号を付し、その説明を省略する。

【００１８】図１，図２において、４ａは、上部を残し
て除去された中間円筒４の下端であり、断熱層２２の下
端部２２ａよりも上方に設けられることが好ましい。３
０は、その上端が中間円筒４の下端４ａに突合わせ溶接
により接合され、その下端が底板７から上方に離された
位置に保持され、しかも内筒５の中間円筒４側の面に周
方向に沿って複数個が配列される金属製の改質触媒収納
体であり、それぞれの改質触媒収納体３０は、内筒５の
中間円筒４側の表面に垂直に接合してその幅方向の一方
の側端が溶接され、またその下端が従来例の燃料改質器
と同様に底板７から上方に離された位置とされ、しかも
その上端が中間円筒の下端４ａの位置に達する長さを有
し、内側環状空間８の幅寸法とほぼ同等の幅寸法を有す
る１対の矩形状の端板３１と、それぞれの端板３１，３
１の幅方向の他方の側端にその両端で接する幅寸法と、
端板３１の長さと同等の長さを有し、その幅方向の両端
で端板３１の側端に、また長さ方向の上端で中間円筒４
の下端４ａにそれぞれ溶接される平面状の側板３２を備
え、内筒５との間に形成された空間３３に粒状改質触媒
１４を充填するものである。互いに隣接する改質触媒収
納体３０の端板３１の外面の相互間は、直接に固着され
ることはないが、粒状改質触媒１４の充填量を確保する
うえから、極力その間隙は狭くする事が好ましい。

【００１９】なお、改質触媒収納体３０の相互間の間隙
は、その上端部において、溶接等適宜の方法により埋め
られるものとする。４０は、前記改質触媒収納体３０を
備えた改質管である。本発明では前述の構成としたの
で、熱媒体から供給される熱量は、内筒５→端板３１→
側板３２の経路により、直接熱伝導により伝達され、空
間３３に収納された改質触媒１４層の４周を囲む内筒５
と改質触媒収納体３０を、ほぼ同一レベルの温度にしか
もほとんど同時に加熱する。従って、改質触媒１４層に
隣接する部位に配置されることで、高温度で稼働するこ
とを課せられている内筒５と、改質触媒収納体３０と
は、ほぼ同等の寸法の熱膨張を同時に行うこととなり、
これにより例えば、両者間の熱膨張差による応力の発生
が解消され、内筒５の内側への異常な変形、また、改質
触媒収納体３０の径方向への強制的な拡大の発生が防止
される。

【００２０】なお、改質触媒収納体３０は、その上端で
中間円筒４の下端４ａに溶接により接合されるが、この
個所が断熱層２２の下端部２２ａよりも上方に設けられ
ていることから、熱媒体により直接加熱されることはな
く、しかもこの部位は、改質触媒１４層を通過してその
吸熱反応により温度が降下された改質ガスが通流するこ
とで冷却されることにより、中間円筒４と内筒５との間
の温度差は殆ど生じることがないので、熱膨張差による
応力が発生することによる問題は生じない。

【００２１】今までの実施例１における説明では、端板
３１は、内筒５の表面に垂直に溶接されるとしたが、こ
れに限定されるものではなく、例えば、１対の端板３１
が互いに平行な位置関係で溶接されてもよいものであ
る。また今までの実施例１における説明では、改質触媒
収納体３０は、その上端が中間円筒４の下端４ａに突合
わせ溶接により接合されとしたが、これに限定されるも
のではなく、例えば、改質触媒収納体３０の上端部は、
中間円筒４の内側に嵌め込まれ、その下端４ａ位置で、
重合わせ溶接により接合されてもよいものである。

【００２２】実施例２；図３は、本発明の請求項１，４
に対応する一実施例による燃料改質器の改質管部の部分
横断面図である。図３において、図１，図２に示した本
発明の請求項１，３に対応する一実施例による燃料改質
器、図６，図７に示した従来例による燃料改質器と同一
部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図３に
おいて、５０は、その上端が中間円筒４の下端４ａに溶
接により接合され、その下端が底板７から上方に離され
た位置に保持され、しかも内筒５の中間円筒４側の面に
周方向に沿って複数個が配列される金属製の改質触媒収
納体であり、それぞれの改質触媒収納体５０は、１対の
端板３１と、それぞれの端板３１，３１の幅方向の他方
の側端にその幅方向の両端が溶接される側板５１を備
え、内筒５との間に形成された空間５２に粒状改質触媒
１４を充填するものである。改質触媒収納体５０におい
ては、側板４は、空間５２に対して反対側に凸の円弧面
をなした板である。６０は、改質触媒収納体５０を備え
た改質管である。

【００２３】本発明では前述の構成としたので、前述の
実施例１で述べた燃料改質器の構成の作用・効果を備え
るとともに、粒状改質触媒１４が改質管６０を構成する
金属に対して、留意しなければならないほど大きな熱膨
張係数を持つ場合に有効な、次記する別の作用・効果を
有するものである。すなわち、改質管６０、特に内筒５
および改質触媒収納体５０が高温に加熱されると、粒状
改質触媒１４が、内筒５および改質触媒収納体５０を構
成する金属よりも大きく熱膨張を行うので、改質触媒収
納体５０は粒状改質触媒１４からの内圧が加わることと
なる。この内圧は、端板３１相互の間隙は無いかあるい
は極めて狭いために、ほとんどが側板５１の内面に等分
布荷重として加えられて、もしも平面状であるならば過
大な応力が側板５１に発生し、金属疲労やクリープを起
こしかねない事態となるところである。

【００２４】これを、本案による円弧状の側板５１にす
ることにより、前記の作用の項で説明したところによ
り、側板５１に発生する応力を低減することが可能とな
る。今までの実施例２における説明では、側板５１は、
空間５２に対して反対側に凸である円弧面をなしている
としたが、これに限定されるものではなく、例えば、
「く」字状であってもよいものである。

【００２５】実施例３；図４は、本発明の請求項２，
３，５に対応する一実施例による燃料改質器の改質管部
の部分横断面図、図５は、図４による燃料改質器の改質
管部の改質触媒を除去して示した側断面図である。図
４，図５において、図１，図２に示した本発明の請求項
１，３に対応する一実施例による燃料改質器、図６，図
７に示した従来例による燃料改質器と同一部分には同じ
符号を付し、その説明を省略する。

【００２６】図４，図５において、５ａは、上部を残し
て除去された内筒５の下端であり、断熱層２２の下端部
２２ａよりも上方に設けられることが好ましい。７０
は、その上端が内筒５の下端５ａに突合わせ溶接により
接合され、その下端が底板７の上面に接合され、しかも
中間円筒４の内筒５側の面に周方向に沿って複数個が配
列される金属製の改質触媒収納体であり、それぞれの改
質触媒収納体７０は、中間円筒４の内筒５側の表面に垂
直に接合してその幅方向の一方の側端が溶接され、また
その下端が底板７の上面に接し、しかもその上端が内筒
５の下端５ａの位置に達する長さを有し、内側環状空間
８の幅寸法とほぼ同等の幅寸法を有する矩形状の平板で
ある１対の端板７１と、それぞれの端板７１，７１の幅
方向の他方の側端にその両端が接する幅寸法と、端板７
１の長さと同等の長さを有する矩形状で平面状の板であ
り、その幅方向の両端で端板７１，７１と、その上端で
内筒５の下端５ａに接合され、その下端で底板７の上面
に溶接により接合される側板７２を備え、中間円筒４と
の間に形成された空間７３に粒状改質触媒１４を充填す
るものである。互いに隣接する改質触媒収納体７０の端
板７１の外面の相互間は、直接に固着されることはない
が、粒状改質触媒１４の充填量を確保するうえから、極
力その間隙は狭くする事が好ましい。なお、改質触媒収
納体７０の相互間の間隙は、その上端部において、溶接
等適宜の方法により埋められるものとする。

【００２７】中間円筒４の下端は底板７の上面位置まで
延長され、その底板７の近傍に、外側環状空間９とそれ
ぞれの改質触媒収納体７０が備える空間７３とを連通さ
せるための貫通孔４ｂを形成するものとする。８０は、
前記改質触媒収納体７０を備えた改質管である。本発明
では前述の構成としたので、熱媒体から供給される熱量
は、側板７２→端板７１→中間円筒４の経路により直接
熱伝導により伝達され、いずれの場合も改質触媒１４層
の４周を囲む改質触媒収納体７０と中間円筒４は、ほぼ
同一レベルの温度にぼぼ同時に加熱される。従って、粒
状改質触媒１４に隣接する部位に配置されることで、高
温度で稼働することを課せられている改質触媒収納体７
０と中間円筒４は、ほぼ同等の寸法の熱膨張を同時に行
うこととなる。

【００２８】これにより例えば、両者間の熱膨張差によ
る応力の発生が解消され、改質触媒収納体７０の内側へ
の異常な変形、また、中間円筒４の径方向への強制的な
拡大の発生が防止される。なお、改質触媒収納体７０
は、その上端で内筒５の下端５ａに溶接により接合され
るが、この個所が断熱層２２の下端部２２ａよりも上方
に設けられていることから、熱媒体により直接加熱され
ることはなく、しかもこの部位は、改質触媒１４層を通
過してその吸熱反応により温度が降下された改質ガスが
通流することで冷却されることにより、中間円筒４と内
筒５との間の温度差は殆ど生じることがないので、熱膨
張差による応力が発生することによる問題は生じない。

【００２９】なおまた、改質触媒収納体７０は、その下
端で底板７に溶接により接合されるが、この個所が熱媒
体により、改質触媒収納体７０と底板７が同一温度に加
熱されることのより、熱膨張差による応力が発生するこ
とによる問題は生じない。今までの実施例３における説
明では、端板７１は、中間円筒４の表面に垂直に溶接さ
れるとしたが、これに限定されるものではなく、例え
ば、１対の端板７１が互いに平行な位置関係で溶接され
てもよいものである。

【００３０】また今までの実施例３における説明では、
改質触媒収納体７０は、その上端が内筒５の下端５ａに
突合わせ溶接により接合されとしたが、これに限定され
るものではなく、例えば、改質触媒収納体７０の上端部
は、内筒５の外側に嵌め込まれ、その下端５ａ位置で、
重合わせ溶接により接合されてもよいものである。ま
た、今までの実施例３における説明では、側板７２は平
面状であるとしたが、これに限定されるものではなく、
例えば、実施例２で述べたところの、空間７３に対して
反対側に凸である曲面をなしている構成としてもよいも
のである。

【００３１】さらにまた、今までの実施例３における説
明では、底板７はリング状であるとしたが、これに限定
されるものではなく、例えば、その内筒５側の端部に改
質触媒収納体７０相互間の間隙に対応する幅寸法を持
ち、中間円筒４の内面に達する長さを持つスリットを前
記間隙毎に設けるものであってもよいものである。こう
した構成としたことにより、それぞれの改質触媒収納体
７０は、スリットにより個々に動くことが可能であるた
めに、熱媒体による底板７部の加熱が周方向に不均一に
なった場合においても、改質触媒収納体７０あるいは底
板７にそれによる応力の発生が軽減される。

【００３２】

【発明の効果】本発明においては、 改質管は、中間円筒を上部を残して除去し、その上端
が前記中間円筒の前記残された上部に接合され、しかも
内筒の中間円筒側に周方向に沿って配列されるものであ
り、それぞれが、内筒の中間円筒側の表面にその一方の
側端が固着されまたその下端が底板から離されて位置し
しかもその上端が中間円筒の残された上部の位置に達す
る長さを有する１対の端板と、それぞれの前記端板の他
方の側端にその両端が固着される平面状の側板を備え、
内筒との間に形成された空間に改質触媒を充填するもの
である例えば金属製の改質触媒収納体を複数個備えると
か、 改質管は、内筒を上部を残して除去し、その上端が内
筒の残された上部にまたその下端が底板にそれぞれ接合
されしかも中間円筒の内筒側に周方向に沿って配列され
るものであり、それぞれが、中間円筒の内筒側の表面に
その一方の側端が固着されまたその下端が底板に接して
位置ししかもその上端が内筒の残された上部の位置に達
する長さを有する１対の端板と、それぞれの前記端板の
他方の側端にその両端が固着される平面状の側板を備
え、中間円筒との間に形成された空間に改質触媒を充填
するものである例えば金属製の改質触媒収納体を複数個
備える構成とすることにより、熱媒体から供給される熱
量は、の場合には、内筒→端板→側板の経路により、
またの場合には、側板→端板→中間円筒の経路により
直接に伝導され、いずれの場合も改質触媒層の４周を囲
む内筒と改質触媒収納体、あるいは改質触媒収納体と中
間円筒は、ほぼ同一レベルの温度に加熱される。従っ
て、改質触媒に隣接する部位に配置されることで、高温
度で稼働することを課せられている内筒と改質触媒収納
体、あるいは改質触媒収納体と中間円筒は、ほとんど同
等の熱膨張を行うこととなり、両者間に熱応力は殆ど発
生しない。これにより、内筒あるいは改質触媒収納体の
内側への異常な変形、また、中間円筒あるいは改質触媒
収納体の径方向への強制的な拡大の発生が防止され、ま
たこれとともに、粒状改質触媒に内筒と改質触媒収納体
の両側あるいは改質触媒収納体と中間円筒の両側から加
わる加圧力がほとんど生じないので、粒状改質触媒の圧
壊の問題が解消されることにより、燃料改質器の頻繁な
起動あるいは停止を行っても、長期間安定した性能を発
揮することが可能となる。

【００３３】また、前記による、改質触媒層の４周を囲
む内筒と改質触媒収納体、あるいは改質触媒収納体と中
間円筒が、ほぼ同一レベルの温度に加熱されるため、改
質触媒層の温度がその収納場所にかかわらず均一化さ
れ、全ての粒状改質触媒の活性度が一様となり、改質触
媒層総体としての活性度が向上することにより、所望の
量の改質ガスをを得るための改質触媒の使用量を低減す
ることができ、燃料改質器を小形化することが可能とな
る。

【００３４】また、上記において、改質触媒収納体が備
える側板を、改質触媒が充填される空間に対して反対側
に凸である曲面をなす形状に構成とすることにより、側
板に発生する応力を、平面状の場合と比較して低減する
ことが可能となり、粒状改質触の媒熱膨張係数が、改質
管を構成する金属に対して留意しなければならないほど
大きな値である場合においても、改質触媒収納体の側板
に発生する応力が低減することで金属疲労やクリープの
問題が解消され、一層長期間にわたり安定した性能を発
揮することが可能となる。

【００３５】さらにまた、前記の構成とした場合に、
その底板を、その内筒側の端部に改質触媒収納体相互間
の間隙に対応する幅寸法と中間円筒の内面に達する長さ
のスリットを前記間隙毎に設けた構成とすることによ
り、改質触媒収納体はスリットにより個々に動くことが
可能であるために、熱媒体による底板部の加熱が周方向
に不均一になった場合においても、改質触媒収納体ある
いは底板にそれによる応力の発生が軽減されることで、
異常な集中応力が軽減されるために、さらに長期間にわ
たり安定した性能を発揮することが可能となるとの効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１，３に対応する一実施例によ
る燃料改質器の改質管部の部分横断面図

【図２】図１による燃料改質器の改質管部の改質触媒を
除去して示した側断面図

【図３】本発明の請求項１，４に対応する一実施例によ
る燃料改質器の改質管部の部分横断面図

【図４】本発明の請求項２，３，５に対応する一実施例
による燃料改質器の改質管部の部分横断面図

【図５】図４による燃料改質器の改質管部の改質触媒を
除去して示した側断面図

【図６】従来例の燃料改質器の側断面図

【図７】図６におけるＡ−Ａ矢から見た改質管部の部分
断面図

【図８】燃料改質器の起動時の改質管部の昇温特性を示
す説明図

【図９】等分布荷重を受ける曲がり梁についての説明図

【図１０】等分布荷重を受ける曲がり梁におけるｆ
（ｕ）関数を示す図

【符号の説明】

２ バーナ ３ 炉容器 ４ 中間円筒 ５ 内筒 ６ 外筒 ７ 底板 １０ 上部板 １４ 改質触媒 ２１ 上部板 ３０ 改質触媒収納体 ３１ 端板 ３２ 側板 ３３ 空間 ４０ 改質管 ５０ 改質触媒収納体 ５１ 側板 ５２ 空間 ６０ 改質管 ７０ 改質触媒収納体 ７１ 端板 ７２ 側板 ７３ 空間 ８０ 改質管

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】改質管と、バーナと、炉容器を備え、 前記改質管は、上下方向に直立した円筒状の中間円筒
   と、この中間円筒を挟んでその内外にそれぞれ間隔を設
   けて同心円状に配設され上部を前記中間円筒と接合する
   リング状の上部板で接続され下部を前記中間円筒の下端
   から離してリング状の底板で接続された内筒および外筒
   と、前記中間円筒と前記内筒との間に形成された空間に
   充填された改質触媒を有し、 前記バーナは、前記改質管の内側に設置され、前記改質
   管を加熱するための熱媒体を供給するものであり、 前記炉容器は、前記改質管の外側部および下部を包囲し
   て構成され、前記熱媒体の通路を形成するものであり、 前記改質触媒により炭化水素系の原燃料を水蒸気改質を
   行うことで水素に富む改質ガスに改質するものである、 燃料改質器において、 改質管は、中間円筒を上部を残して除去し、その上端が
   前記中間円筒の前記残された上部に接合されしかも内筒
   の前記中間円筒側に周方向に沿って配列される複数の改
   質触媒収納体を備え、 それぞれの前記改質触媒収納体は、前記内筒の前記中間
   円筒側の表面にその一方の側端が固着されまたその下端
   が底板から離されて位置ししかもその上端が前記中間円
   筒の前記残された上部の位置に達する長さを有する１対
   の端板と、それぞれの前記端板の他方の側端にその両端
   が固着される側板を備え、前記内筒との間に形成された
   空間に改質触媒を充填するものである、 ことを特徴とする燃料改質器。
2. 【請求項２】改質管と、バーナと、炉容器を備え、 前記改質管は、上下方向に直立した円筒状の中間円筒
   と、この中間円筒を挟んでその内外にそれぞれ間隔を設
   けて同心円状に配設され上部を前記中間円筒と接合する
   リング状の上部板で接続され下部を前記中間円筒の下端
   から離してリング状の底板で接続された内筒および外筒
   と、前記中間円筒と前記内筒との間に形成された空間に
   充填された改質触媒を有し、 前記バーナは、前記改質管の内側に設置され、前記改質
   管を加熱するための熱媒体を供給するものであり、 前記炉容器は、前記改質管の外側部および下部を包囲し
   て構成され、前記熱媒体の通路を形成するものであり、 前記改質触媒により炭化水素系の原燃料を水蒸気改質を
   行うことで水素に富む改質ガスに改質するものである、 燃料改質器において、 改質管は、内筒を上部を残して除去し、その上端が前記
   内筒の前記残された上部にまたその下端が底板にそれぞ
   れ接合されしかも中間円筒の前記内筒側に周方向に沿っ
   て配列される複数の改質触媒収納体を備え、 それぞれの前記改質触媒収納体は、前記中間円筒の内筒
   側の表面にその一方の側端が固着されまたその下端が底
   板に接して位置ししかもその上端が前記内筒の前記残さ
   れた上部の位置に達する長さを有する１対の端板と、そ
   れぞれの前記端板の他方の側端にその両端が固着される
   側板を備え、前記中間円筒との間に形成された空間に改
   質触媒を充填するものである、 ことを特徴とする燃料改質器。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の燃料改質器におい
   て、 改質触媒収納体の備える側板は、平面状のものである、 ことを特徴とする燃料改質器。
4. 【請求項４】請求項１または２記載の燃料改質器におい
   て、 改質触媒収納体の備える側板は、改質触媒が充填される
   空間に対して反対側に凸である曲面をなしているもので
   ある、 ことを特徴とする燃料改質器。
5. 【請求項５】請求項２ないし４記載の燃料改質器におい
   て、 改質管の備える底板は、その内筒側の端部に改質触媒収
   納体相互間の間隙に対応する幅寸法と中間円筒の内面に
   達する長さのスリットを前記間隙毎に設けた、 ことを特徴とする燃料改質器。