JPH0660001B2 - 吸熱反応装置 - Google Patents

吸熱反応装置

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JPH0660001B2
JPH0660001B2 JP59130011A JP13001184A JPH0660001B2 JP H0660001 B2 JPH0660001 B2 JP H0660001B2 JP 59130011 A JP59130011 A JP 59130011A JP 13001184 A JP13001184 A JP 13001184A JP H0660001 B2 JPH0660001 B2 JP H0660001B2
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • H01M8/0631Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は吸熱反応装置に係り、特に複数本の二重管再生
型の反応管を備えた吸熱反応装置の改良に関するもので
ある。
[発明の技術的背景とその問題点] 既知のように二重管再生型の反応管は、一端が閉塞され
ている反応管外管と両端ともに開かれている反応管内管
とから構成されており、反応管外管と反応管内管とによ
って囲まれてなる円環状断面の管路は反応室を構成して
おり、かつこの反応室には必要応じて触媒が充填されて
いる。原料ガスは、反応管外管の開口部より導入されて
反応室を通過した後、反応端外管の閉塞部に至り反応管
内管の一端側へ導かれる。反応管内管の内側は再生室と
なっており、反応生成ガスは再生室を通って反応管内管
の他端側より排出される。一方、吸熱反応のために必要
な反応熱および原料ガスを望ましい反応温度まで上昇さ
せるために必要な顕熱は、主として反応管外管を外側か
ら燃焼ガスあるいはその他の高温ガスにより加熱するこ
とによって反応室に供給されるが、一部は反応生成ガス
が上記再生室を通って排出される際、反応管内管を加熱
することによっても反応室に供給される。
ところで、上述した二重管再生型の反応管はガスの出入
口が反応管の一端側のみにあるため、他端側すなわち反
応管外管の閉塞部を全く固定する必要がなく、従って反
応管の熱膨脹に対する対応が容易であること、また前述
のごとく反応生成ガスの有する顕熱の一部が再生室にお
いて回収されるため、装置の熱効率が向上すると共に、
反応生成ガスの排出温度が下がることにより生成ガスの
後処理設備が安価になるという優れた特徴を有してい
る。このため、特に高温で吸熱反応を行なう必要のある
スチームリフォーミング装置等に好適に使用され得るも
のである。
しかしながら、このような二重管再生型の反応管を多数
本使用し、特にこれらの反応管を稠密に配列して装置を
コンパクトに設計しようとする場合には、従来の方法で
はいくつかの問題が生じる。つまり、この二重管再生型
の反応管を稠密に配列してこれらに原料ガスを分配供給
し、また生成ガスを集合するための方法として、従来は
ピグテールによる方法と二重管板による方法とがある。
まずピグテールによる方法は、原料ガス集合管あるいは
生成ガス集合管と夫々の反応管とを、細い連結管(ピグ
テール)によって連通する方法である。しかし、この方
法を稠密に配列された二重管再生型の反応管に用いた場
合には、ピグテールが反応管の一端側に集中するため構
造が非常に複雑になるという問題が生じる。さらに、反
応管内の触媒を取り替える場合には、全てのピグテール
を切り離すことが必要となり装置の保守上大きな問題を
生ずることになる。
一方二重管板による方法は、反応管外管用の管板と反応
管内管用の管板との2枚の管板を平行に隔置して設け、
これら2枚の管板によって挾まれた空間を原料ガスマニ
ホールドとし、かつ反応管内管用の管板の外側の空間を
生成ガスマニホルドとして使用する方法である。この方
法によれば、構造が簡単になり、また触媒の取替えも比
較的容易となる。しかし、反応装置を加圧して用いる場
合には、厚肉の管板が必要となるため高コストになる上
に管板の温度不均一によって反応管が傾く等の熱変形を
生じ易いという欠点を有する。このため、特に反応管の
外部の高温ガス側に伝熱性の充填材を充填して伝熱を促
進するような応用には、この方法を用いることが困難と
なっている。
[発明の目的] 本発明は上記のような問題を解決するために成されたも
ので、その目的は複数本の二重管再生型の反応管を用い
つつコンパクで安価な構成とし、かつ反応管中の触媒の
取替えを容易とししかも高温で使用しても反応管の熱変
形による不均一な傾きが生じることを防止することが可
能な吸熱反応装置を提供することにある。
[発明の概要] 上記目的を達成するために本発明では、前述した反応管
外管を、平行でかつ隔置された下部管板および上部管板
を貫通して取り付け、上記下部管板上部管板および反応
管外管によって囲まれて成る空間を生成ガスマニホルド
とし、反応生成ガスは反応管内管の内側に設けられた再
生室を通過させた後、上記反応管外管を貫通して上記再
生室と上記生成ガスマニホルドとを連結すべく設けられ
た内管連結管を通し、上記生成ガスマニホルドに導くよ
うにしたことを特徴とする。
[発明の実施例] 以下、図面の参照して本発明の一実施例について詳細に
説明する。図は、本発明による吸熱反応の装置の構成例
を断面図にて示したものである。図において、反応器容
器1の内部には、反応管外管2と反応管内管3とから成
る二重管再生型の複数本の反応管が稠密に配列されてい
る。上記反応管外管2と反応管内管3との間の円環状断
面の管路は反応室4を構成しており、ここには吸熱反応
を促進するための触媒5が充填されている。また上記反
応管外管2は、平行でかつ隔置された下部管板6a およ
び上部管板6b の2枚の管板を貫通して、これらの管板
6a ,6b に気密に取付けられている。一方、上記反応
管内管内管3の内部に形成された再生室7の上端部には
内管連結管8の一端が接続されており、この内管連結管
8の他端は反応管外管2を貫通して、上記2枚の管板6
a ,6b と反応管外管2とによって囲まれてなる生成ガ
スマニホルド9に通じている。さらに、互いに隣り合っ
た反応管外管2はその上端部付近で、外管連結管10に
よって全ての反応管に原料ガスが供給可能となるように
互いに連通されている。
また、11は上記反応器容器1を外部より貫通して設け
られ、反応管外管2内にその上端部より原料ガスを供給
するための原料ガス入口ノズル、12は上記生成ガスマ
ニホールド9より反応器容器1を外部へ貫通して設けら
れ、外部に生成ガスを排出するための生成ガスノズルで
ある。さらに、13は上記反応器容器1内部の下方部に
空間部として形成された燃焼室で、この燃焼室13内に
は燃料入口ノズル14および空気入口ノズル15を介し
て供給される燃料ガスおよび酸化剤としての燃焼用空気
を燃焼させるバーナノズル16が設けられている。さら
にまた、17は反応管外管2の外側に形成され、上記燃
焼室13で発生した高温のガスである燃焼ガスが通過す
る燃焼ガス通路、18はこの燃焼ガス通路17より反応
器容器1を外部へ貫通して設けられ、外部に燃焼ガスを
排出するための燃焼ガス出口ノズル、19は上記反応管
外管2の上端部を閉塞するための反応管端板である。
なお上記で、燃焼ガス通路17には伝熱を促進するため
の充填伝熱材を充填するようにしてもよい。この充填伝
熱材としては、たとえばアルミナボール等の耐熱材料が
好適に使用し得る。また、燃料ガスとして希薄燃料ガス
を用いる場合、あるいは燃焼用空気として低濃度酸素空
気を用いる場合には、燃焼反応を促進する目的で燃焼室
13内に酸化触媒を充填するようにしてもよい。
かかる吸熱反応装置において、原料ガスは原料ガス入口
ノズル11を通って、一本あるいは数本の反応管外管2
に導入される。この原料ガスは、上記外管連結管10に
よって各反応管へと配分供給される。そして、各反応管
に供給された原料ガスは反応室4を通り、この際触媒5
の作用と反応管外管2および反応管3からの加熱によっ
て吸熱反応を起こし、生成ガスとなって反応室4の下端
部より再生室7へ流入する。この生成ガスは再生室7を
通り、さらに内管連結管8を通って生成ガスマニホルド
9に集められる。そして、生成ガスは再生室7を通る際
に、その顕熱を反応管内管3に供給し、その後生成ガス
マニホルド9に設けられた生成ガス出口ノズル12から
排出される。一方、反応器容器1下方部の空間となって
いる燃焼室13には、燃焼入口ノズル14から導入され
た燃料ガスと空気入口ノズル15から導入された燃焼用
空気とが流入し、バーナーノズル16により燃焼室13
内でこれらが燃焼する。そして、これにより燃焼室13
で発生した高温の燃焼ガスは燃焼ガス通路17に導か
れ、反応管外管2を加熱した後に燃焼ガス出口ノズル1
8から排出される。
上述したように、本構成の吸熱反応装置においては、反
応管は2枚の管板6a ,6b によって連結されており、
前述したピグテールによる方法に比べて構成が簡単とな
る。また、2枚の管板6a ,6b は反応管外管2によっ
て互いに結合されているので、反応室4側が加圧されて
いるような場合にも、管板6a ,6b に加わる剪断応力
や曲げモーメントによる応力は、二重管板による従来の
方法に比べて著しく軽減されることとなり、したがって
管板の厚さは極く薄いもので十分である。また、2枚の
管板6a ,6b はその上下に接するガスが互いに同一の
ものであるので、温度も実質的に同一となり、このこと
は板厚が薄いことと相まって熱膨脹に起因する変形を防
止することとなる。したがって、この管板6a ,6b に
取付けられた反応管も管板の変形によって傾きが生ずる
ようなことがなく、このことは燃焼ガス通路17部分に
伝熱促進のための充填材料を充填することを容易にする
ものである。さらに本構成においては、反応管外管2の
端板19部分を切断するかあるいはフランジ構造とする
ことにより、容易に反応室4内の触媒の取替えを行なう
ことができる。
尚、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、その
要旨を変更しない範囲で種々に変形して実施することが
可能であることは言うまでもない。例えば、上記実施例
において反応管はガス出入口管が上になるように配置さ
れているが、これを上下逆にするようにしてもよい。ま
た、前記外管連結管10は2枚の管板6a ,6b の間に
設けるようにしてもよいものである。
また、上記実施例では反応器容器内部の燃焼室で燃焼ガ
スおよび燃焼用空気を燃焼させて得られる燃焼ガスを高
温のガスとして用いたが、これに限らずその他の工事用
ガス等の高温ガスを用いるようにしてもよいものであ
る。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、複数本の二重管再
生型の反応管を用いつつコンパクトで安価な構成とし、
かつ反応管中の触媒の取替えを容易とししかも高温で使
用しても反応管の熱変形による不均一な傾きが生じるこ
とを防止することが可能な吸熱反応装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の一実施例を示す断面構成図である。 1……反応器容器、2……反応管外管、3……反応管内
管、4……反応室、5……触媒、6a ……下部管板、6
b ……上部管板、7……再生室、8……内管連結管、9
……生成ガスマニホルド、10……外管連結管、11…
…原料ガス入口ノズル、12……生成ガス出口ノズル、
13……燃焼室、14……燃料入口ノズル、15……空
気入口ノズル、16……バーナーノズル、17……燃焼
ガス通路、18……燃焼ガス出口ノズル、19……反応
管端板、。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】反応器容器と、この反応器容器の内部に配
    置され、かつ反応管外管と反応管内管とを有すると共に
    これら反応管外管と反応管内管とにより包囲して反応室
    が形成されてなる複数本の反応管とを備え、高温のガス
    を前記反応管外管の一端部よりその外側を通して前記反
    応室を加熱して他端部より反応器容器外部へ排出させ、
    かつ原料ガスを前記反応管外管の他端部より流入させ反
    応室を通して生成ガスとしさらにその一端部より前記反
    応管内管の内側を通して他端部より流出させる如く構成
    された吸熱反応装置において、前記反応管外管を、互い
    に平行でかつ隔置された下部および上部の各管板を貫通
    して取付け、前記反応管外管と前記下部および上部の各
    管板とにより包囲してなる外部に通じる空間部を生成ガ
    スマニホルドとして形成し、かつ前記反応管内管の生成
    ガス流出側と前記生成ガスマニホルドとを前記反応管外
    管を貫通して設けられた内管連結管により連通するよう
    に構成したことを特徴とする吸熱反応装置。
  2. 【請求項2】反応器容器と、この反応器容器の内部に配
    置され、かつ反応管外管と反応管内管とを有すると共に
    これら反応管外管と反応管内管とにより包囲して反応室
    が形成されてなる複数本の反応管とを備え、高温のガス
    を前記反応管外管の一端部よりその外側を通して前記反
    応室を加熱して他端部より反応器容器外部へ排出させ、
    かつ原料ガスを前記反応管外管の他端部より流入させ反
    応室を通して生成ガスとしさらにその一端部より前記反
    応管内管の内側を通して他端部より流出させる如く構成
    された吸熱反応装置において、前記反応管外管を、互い
    に平行でかつ隔置された下部および上部の各管板を貫通
    して取付け、前記反応管外管と前記下部および上部の各
    管板とにより包囲してなる外部に通じる空間部を生成ガ
    スマニホルドとして形成し、前記反応管内管の生成ガス
    流出側と前記生成ガスマニホルドとを前記反応管外管を
    貫通して設けられた内管連結管により連通し、かつ互い
    に隣り合った前記各反応管外管の原料ガス流入側を外管
    連結管により連通するように構成したことを特徴とする
    吸熱反応装置。
JP59130011A 1984-06-26 1984-06-26 吸熱反応装置 Expired - Lifetime JPH0660001B2 (ja)

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JPS6111135A JPS6111135A (ja) 1986-01-18
JPH0660001B2 true JPH0660001B2 (ja) 1994-08-10

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