JPH0753706Y2 - ２段触媒燃焼式改質装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は２段触媒燃焼式改質装置に係り、特に伝熱性能
が向上し、かつ伝熱促進粒子を安定に保持することがで
きる２段触媒燃焼式改質装置に関するものである。

〔従来の技術〕

新エネルギー供給設備として注目をあびている燃料電池
発電システムにおいては、燃料である水素を発生するた
めの改質装置が併設されており、このような改質装置と
して一般に２段触媒燃焼式改質装置が用いられている。

第４図は、従来の２段触媒燃焼式改質装置の説明図であ
る。この装置は、燃焼部を形成する本体ケーシングと、
該燃焼部内に設けられた反応管３と、該反応管３に各々
挿入された内管５と、前記反応管３が集合する原料チャ
ンバー２と、該原料チャンバー２に改質原料を供給する
原料ノズル１と、前記内管５が集合するガスチャンバー
６と、該ガスチャンバー６に連結された改質ガスを取出
す改質ガスノズル７と、本体ケーシング上部に設けられ
た、燃料の供給管である第１燃料ノズル８と、該第１燃
料ノズル８に接続された、燃料および空気を分散させる
分散管10と、該分散管10の下部に配置された第１燃焼触
媒層11と、本体ケーシング中段部に設けられた第２燃料
ノズル９と、該第２燃料ノズル９に連通する第２空間部
15と、該第２空間部15の直上部に配置された粒子保持板
14により保持される第１充填粒子層４と、前記第２空間
部15の直下部に配置された第２燃焼触媒層12と、該第２
燃焼触媒層12の下部に充填された第２充填粒子層４′
と、該第２充填粒子層４′の下部に連結された燃焼ガス
出口である燃焼ガスノズル13とから主として構成されて
いる。

このような構成において、原料ノズル１から供給された
燃料、例えば炭化水素は、水蒸気との混合気として原料
チャンバー２から各反応管３と内管５との間の改質部を
上昇し、反応管３の外側の第１および第２充填粒子層４
および４′から供給される熱により改質され、内管５内
を下降してガスチャンバー６に集合されたのち、改質ガ
スノズル７から改質ガスとして装置外に回収される。一
方、第１燃料ノズル８から空気とともに供給された燃料
は、分散管10に入り、該分散管10により分散され、第１
燃焼触媒層11を通過して燃焼する。燃焼ガスは第１充填
粒子層４を下降しながら反応管３に熱を与えて自らは温
度を降下させ、粒子保持板14を経て第２空間部15へ入
る。第２空間部15において、第２燃料ノズル９から新た
に供給される燃料と混合された前記燃焼ガスは、その後
流の第２燃焼触媒層12を通じることにより再度燃焼し、
この燃焼ガスは第２充填粒子層４′を下降しながら同様
にして反応管３に熱を与え、その後燃焼ガスノズル13か
ら装置外に排出される。

〔考案が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、反応管以外の部分、すなわち燃焼ガス
が流通する充填粒子層の断面積が反応管の配置によって
決定されるため、特に反応管の配置数が少ない場合は、
燃焼ガスが分散し、通過流速が遅くなり、伝熱性能が低
くなるという問題があった。また、一体成形された比較
的大きい面積を有する保持板で伝熱粒子を保持している
ために、この保持板が高温に晒されることにより変形、
または焼損し易いという問題もあった。

本考案の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、充填
粒子層の伝熱効率が向上し、かつ充填粒子を安定に保持
することができる２段触媒燃焼式改質装置を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本考案は、空間を隔てて２段の
伝熱粒子充填層を有する２段燃焼式の触媒燃焼部と、該
触媒燃焼部と一体に設けられた複数の反応管からなる改
質部とを有する２段触媒燃焼式改質装置において、前記
反応管をそれぞれ該反応管よりも内径が大きい同心状の
スリーブ内に配置し、該スリーブと前記反応管との間を
燃焼ガスが流通する伝熱粒子充填層とするとともに、該
伝熱粒子層を保持板で支持するようにしたことを特徴と
する。

〔作用〕

反応管の外側に同心状のスリーブを配置し、該反応管と
スリーブとで構成される断面ドーナツ状の空間を充填粒
子層としたことにより、前記反応管の周囲を取り巻くよ
うに比較的断面積の小さい充填粒子層が形成されるの
で、燃焼ガスの流通速度が向上して燃焼ガス層が乱流域
となり、レイノズル数が大きくなり、ひいてはプラント
ル数が大きくなって伝熱性能が向上する。また、充填粒
子の保持板は各々充填粒子層ごとに別個のドーナツ状の
孔あきプレートとなり、その個々の面積は従来のものに
較べ格段に狭くなるので、高温による変形および焼損が
抑制される。

〔実施例〕

次に本考案を実施例によりさらに詳細に説明する。

第１図は、本考案の一実施例を示す２段触媒燃焼式改質
装置の部分縦断面図である。なお従来と同様な構成につ
いては図示省略した。

図において、各反応管21の外側に円筒状スリーブ22が配
置されており、該スリーブ22と前記反応管21の間に伝熱
促進粒子が充填された第１伝熱促進粒子層23および第２
伝熱促進粒子層23′が形成されている。スリーブ22は、
反応管21の外側に取り付けられたサポート25とスリーブ
22の内側に取り付けられたストッパー26により固定され
ている。また充填された伝熱促進粒子は各スリーブ下端
に設けられたドーナツ状の孔あきプレートからなる保持
板24によってガス流による飛散、移動を生じることなく
保持されている。またスリーブ22の外側は第１伝熱促進
粒子層23の出口ガスを全て第２伝熱促進粒子層23′に導
入させるためのガス流路を形成するとともに、熱の放散
を防止するために成形断熱材27が配置されている。

このような構成において、図示省略された原料ノズルお
よび原料チャンバーを経て供給された原料ガスは、水蒸
気との混合気体として反応管21と内管29との間を上昇
し、第１および第２伝熱促進粒子層を流通する燃焼ガス
から熱を受け、改質反応によって改質し、その後内管29
内を下降し、図示省略されたガスチャンバーおよび改質
ガスノズルを経て水素リッチな改質ガスとして装置外に
取り出される。一方、第１触媒燃焼部（図示省略）を経
た燃焼ガスは、反応管21とスリーブ22の間に充填された
第１伝熱促進粒子層23を通り、反応管21に熱を与えなが
ら降下し、自らは温度を低下させて第２空間部28に達
し、ここで第２燃料ノズル（図示省略）から供給された
燃料と混合して第２燃焼触媒層（図示省略）で再び燃焼
されて発熱し、その後、第２伝熱促進粒子層23′を下降
して同様に反応管21に熱を与えた後、燃焼ガスノズル
（図示省略）を経て装置外に排出される。

第２図は、前記本実施例の横断面図である。図におい
て、成形断熱材27が充填された断面円形のケーシング内
に反応管21と、該反応管21とスリーブ22とで形成された
伝熱促進粒子層23と、前記反応管21内の内管29が示され
ている。燃焼ガスは断面ドーナツ状の伝熱促進粒子層23
内を反応管21の長手方向に流通下降し、その間に反応管
21に熱を供給する。一方、反応管21内の原料ガスは受け
た熱により改質され、内管29の内側を通って下降し、水
素リッチな改質ガスとして装置外に回収される。

第３図は、本実施例の伝熱係数と質量速度の関係を従来
技術と比較して示す図である。図において本実施例は従
来の装置に較べ質量速度を大きくとれるので、伝熱係数
が飛躍的に向上することがわかる。

本実施例によれば、燃焼ガスの流路を、反応管を取り巻
く断面ドーナツ状の伝熱促進粒子層としたことにより、
燃焼ガス流が乱流となり伝熱効率が著しく向上する。ま
た伝熱粒子の保持板の絶対面積が小さくなるのでその変
形および焼損を抑制することができる。さらにガスの非
流通部であるスリーブ22の外側には成形断熱材27が配置
されているので、熱の放散が少なく、充填粒子層を流通
する燃焼ガスの熱は効果的に反応管21に供給される。

本実施例において、スリーブ22を第１伝熱促進粒子層23
と第２伝熱促進粒子層23′とで別々のものを用いたが、
一体に形成されたスリーブを用いてもよい。

〔考案の効果〕

本考案によれば、伝熱係数および質量速度が大きくなり
伝熱性能が向上するとともに、伝熱粒子の保持板の変形
および焼損を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の一実施例を示す２段触媒燃焼装置の
縦断面図、第２図はその横断面図、第３図は、本考案の
効果を説明する質量速度と伝熱係数の関係を示す図、第
４図は従来の２段触媒燃焼式改質装置の説明図である。 21…反応管、22…スリーブ、23…第１伝熱促進粒子層、
23′…第２伝熱促進粒子層、24…保持板、25…サポー
ト、26…ストッパー。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】空間を隔てて２段の伝熱粒子充填層を有す
   る２段燃焼式の触媒燃焼部と、該触媒燃焼部と一体に設
   けられた複数の反応管からなる改質部とを有する２段触
   媒燃焼式改質装置において、前記反応管をそれぞれ該反
   応管よりも内径が大きい同心状のスリーブ内に配置し、
   該スリーブと前記反応管との間を燃焼ガスが流通する伝
   熱粒子充填層とするとともに、該伝熱粒子層を保持板で
   支持するようにしたことを特徴とする２段触媒燃焼式改
   質装置。