JPH0812303A - プレートリフォーマ - Google Patents

プレートリフォーマ

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JPH0812303A
JPH0812303A JP6174877A JP17487794A JPH0812303A JP H0812303 A JPH0812303 A JP H0812303A JP 6174877 A JP6174877 A JP 6174877A JP 17487794 A JP17487794 A JP 17487794A JP H0812303 A JPH0812303 A JP H0812303A
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reforming
combustion
combustion chamber
fuel
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Kouki Hamada
行貴 浜田
Minoru Mizusawa
実 水沢
Minoru Koga
実 古賀
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Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 改質ガスと燃焼ガスの温度分布のピーク位置
を一致させる。 【構成】 改質室２内に仕切壁８を設け、改質用触媒１
を充填した反応部２ａとアルミナボール１０を充填した
熱交換部２ｂを形成する。燃焼室４内に仕切壁９を設
け、燃焼用触媒３を充填した反応部４ａとアルミナボー
ル１０を充填した熱交換部４ｂを形成する。改質室２を
伝熱隔壁５を介し燃焼室４で挟み、仕切壁８，９の位置
をほぼ一致させ、互いの反応部２ａと４ａが逆配置とな
るようにしてガスの流れを対向流とする。燃焼室４に、
反応部４ａへ燃料Ｆを分散供給する燃料供給室７を積層
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池発電システムに
おいて燃料電池のアノード（燃料極）側へ供給する燃料
ガスを製造する場合に用いるプレートリフォーマに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】触媒を反応させて供給燃料を生成ガスに
改質するリフォーマのうち、プレートリフォーマはコン
パクトで且つ燃焼室全域で均一な燃焼を可能として効果
的に改質が行えるものとして従来より採用されている。
図３は従来のプレートリフォーマの一例を示すもので、
改質用触媒１を充填したプレート型の改質室２と、燃焼
用触媒３を充填したプレート型の燃焼室４とを伝熱隔壁
５を挟んで積層させて一体化したものを、燃焼室４同士
が向かい合うように重ね合わせ、且つ上記両燃焼室４内
の触媒充填部に別々に燃料を流入させるように多数の分
散孔を有する燃料分散板６を両面に配したプレート型の
燃料供給室７を、上記両燃焼室４間に挟み込ませた構成
としてあり、燃焼室４に空気（又は酸素を含む支焼ガ
ス）Ａを供給すると共に、燃料供給室７に燃料Ｆを供給
し、又、改質室２に天然ガスの如き改質原料ガスＮＧと
水蒸気Ｓを供給すると、燃料Ｆが燃料分散板６の分散孔
を通って燃焼室４に入り、ここで、空気Ａによって燃焼
させられて燃焼室４全体で燃焼が行われ、更に、燃焼室
４での燃焼により生じた熱は伝熱隔壁５を介して改質室
２側に吸熱され、改質室２では吸熱により改質原料ガス
ＮＧは改質室２内の改質用触媒１によって反応させられ
る。この場合、上記改質原料ガスＮＧが天然ガス（ＣＨ
4 ＋Ｈ2 Ｏ）の場合は、 ＣＨ4 ＋Ｈ2 →ＣＯ＋３Ｈ2 の反応が行われ、改質ガスＲＧとして、一酸化炭素及び
水素が製造されるようにしてある。
【０００３】上記プレートリフォーマにおいては、リフ
ォーマ内部で熱回収を行うために、改質室２での改質ガ
スの流れと燃焼室４での燃焼ガスの流れとが対向流とな
るようにしてあるが、対向流方式のプレートリフォーマ
を考えた場合、改質室２の出口から改質ガスＲＧが出る
ときに、該改質ガスＲＧの温度が下がると、一度改質さ
れたガスが再び元のガス（たとえば、ＣＨ4 ）に戻って
しまうという問題がある。
【０００４】そのため、従来では、図３に示す如く、改
質用触媒１が充填されている改質室２の反応部Ｘの入口
側及び出口側と、燃焼用触媒３が充填されている燃焼室
４の反応部Ｘの入口側及び出口側に、それぞれ触媒を充
填していない熱交換部Ｙ及びＺを設けた構成のプレート
リフォーマが採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、改質室２及
び燃焼室４の各入口側及び出口側に、図３に示す如き熱
交換部Ｙ、Ｚがあると、熱交換部ＹとＺを設けるスペー
ス分だけ大型化し、全体のコンパクト化が図れなくなる
問題がある。又、改質室２の反応部と燃焼室４の反応部
とは平面的にラップする部分が多いため、改質室２と燃
焼室４では、温度分布のピーク位置が互いに大きく異な
ることになり、そのため、高価な触媒を多量に使用しな
いと改質反応を完全に行わせることができない問題があ
る。
【０００６】そこで、本発明は、高価な触媒を多量に使
用することなく改質室と燃焼室との温度分布のピーク位
置を一致させ且つコンパクト化が図れるようにしたプレ
ートリフォーマを提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、改質室の両側に伝熱隔壁を介し燃焼室を
配置して、改質室内のガスの流れと燃焼室内のガスの流
れとが対向流となるようにし、且つ上記改質室内と燃焼
室内を、それぞれ通気性を有する仕切壁によりガスの流
れ方向で入口側と出口側に仕切って、改質室の入口側に
は改質用触媒を、又、燃焼室の入口側には燃焼用触媒を
充填して各々反応部とすると共に改質室の出口側と燃焼
室の出口側には各々アルミナボールを充填して熱交換部
とし、更に、上記燃焼室に、該燃焼室の反応部内に燃料
又は空気を分散供給するよう分散板を介して燃料又は空
気の供給室を積層して改質室、燃焼室及び燃料又は空気
の供給室を１ユニットとし、該ユニットを積層するよう
にし、更に、上記改質室内及び燃焼室内の各仕切壁の位
置を各ガスの流れ方向でほぼ一致させた構成とする。
【０００８】又、燃焼室に燃料又は空気の供給室を積層
して１ユニットとすることに代えて、燃料又は空気を分
散供給する供給管を燃焼室の反応部内に挿入配置して、
改質室とその両側の燃焼室とで１ユニットとした構成と
する。
【０００９】
【作用】改質室の反応部に供給された改質原料ガスは、
燃焼室の熱交換部と接する位置で燃焼ガスの顕熱により
加熱され改質反応が行われ、続いて、改質ガスは改質室
の熱交換部を通って排出されるが、この際、改質室の熱
交換部は燃焼室の反応部と接しているので、改質ガスの
顕熱が燃焼室の反応部へ伝えられる。これにより、改質
ガスと燃焼ガスの温度分布のピーク位置が一致させられ
る。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
【００１１】図１の（イ）（ロ）は本発明の一実施例を
示すもので、プレート型の改質室２の両側を伝熱隔壁５
を介しプレート型の燃焼室４で挟み、更に、該燃焼室４
に、多数の分散孔６ａを有する燃料分散板６を介してプ
レート型の燃料供給室７を積層したものを１ユニットと
し、このユニットを交互に積層するようにし、上記改質
室２内の改質ガスＲＧの流れ方向と燃焼室４内の燃焼ガ
スＣＧの流れ方向が対向流となるようにする。
【００１２】上記改質室２内には、中間部所要位置に通
気性を有する仕切壁８を設けてガス流方向に２つの室部
を形成し、ガス流方向の入口側の室部を、改質用触媒１
を充填した反応部２ａとすると共に、ガス流方向の出口
側の室部を、アルミナボール１０を充填した熱交換部２
ｂとし、且つ上記燃焼室４内には、改質室２の仕切壁８
と位置がほぼ一致するように通気性を有する仕切壁９を
設けてガス流方向に２つの室部を形成し、ガス流方向の
入口側の室部を、燃焼用触媒３を充填した反応部４ａと
すると共に、ガス流方向の出口側の室部を、アルミナボ
ール１０を充填した熱交換部４ｂとし、更に、上記燃料
供給室７に有する燃料分散板６には、燃焼室４の反応部
４ａと対応する位置にのみ多数の分散孔６ａを設けた構
成とする。
【００１３】改質室２に改質原料ガスＮＧと水蒸気Ｓを
供給し、一方、燃焼室４に空気（又は酸素を含む支焼ガ
ス）Ａを供給すると共に、燃料供給室７から燃料分散板
６の各分散孔６ａより燃焼室４の反応部４ａに矢印の如
く燃料Ｆを流入させると、燃焼室４の反応部４ａで全域
で均一に燃焼が行われて、燃焼ガスＣＧが熱交換部４ｂ
を経て排出される。一方、上記改質室２の反応部２ａに
供給された改質原料ガスＮＧは、先ず、燃焼室４の熱交
換部４ｂと接する位置で、燃焼ガスＣＧの顕熱が伝熱隔
壁５を経て改質室２の反応部２ａに伝熱されることによ
り吸熱し、改質用触媒１により改質反応が行われて改質
ガスＲＧに改質される。改質ガスＲＧは、仕切壁８を通
過して、アルミナボール１０のある熱交換部２ｂを通っ
て排出されるが、熱交換部２ｂは燃焼室４の反応部４ａ
と接しているので、熱交換部２ｂに出た改質ガスＲＧ
は、顕熱を燃焼室４の反応部２ａへ伝熱させることによ
り、熱回収ができる。この際、改質ガスＲＧは、改質室
２の出口で温度が下がるが、反応部２ａの出口となる仕
切壁８の付近で最高温度となって完全に改質されるた
め、改質されたガスは再び元のガスに戻ることはない。
【００１４】上記改質反応を行うときの改質室２及び燃
焼室４の温度プロフィルは、図１の（ロ）に示すように
なることが実験により確認された。曲線Ｉは燃焼室４内
のガスの温度を示し、曲線IIは改質室２内のガスの温度
を示す。図１の（ロ）から明らかなように、改質室２内
のガスは改質室２の反応部２ａと熱交換部２ｂとの間の
仕切壁８の付近で最高温度となり、このとき、燃焼室４
内のガスも燃焼室４の反応部４ａと熱交換部４ｂとの間
の仕切壁９の付近で最高温度になり、温度分布のピーク
位置が一致することがわかる。
【００１５】上記において、改質室２と燃焼室４は、反
応部２ａと４ａの位置を互いにずらして、これらの出口
側にだけ熱交換部２ｂと４ｂを形成するようにしてある
ことから、全体をコンパクトにすることができる。又、
上記熱交換部２ｂと４ｂには熱伝達係数の大きいアルミ
ナボール１０がそれぞれ充填してあるので、高価な改質
用触媒１や燃焼用触媒３の使用量を低減することがで
き、特に、燃焼用触媒３は改質室２の熱交換部２ｂから
顕熱を受けるので高温側と低温側との温度差が小さくな
り、このため、作動温度を低くできることにより寿命を
延ばすことができる。
【００１６】次に、図２は本発明の他の実施例を示すも
ので、図１に示す実施例と同様な構成において、燃焼室
４に燃料分散板６を有する燃料供給室７を積層配置する
ことに代えて、上記燃焼室４の反応部４ａ内に、先端を
閉塞し周壁部に多数の分散孔１１ａを穿設してなる適数
本の燃料供給管１１を挿入配置し、燃料供給管１１内に
送り込まれた燃料Ｆを、各分散孔１１ａを通して燃焼室
４の反応部４ａ内へ分散供給させられるようにしたもの
である。
【００１７】図２に示す実施例の場合、燃料供給管１１
は図１に示す実施例における燃料供給室７に相当するも
のであり、したがって、燃料供給管１１を燃焼室４の反
応部４ａ内に挿入配置することによって全体の厚みを更
に薄くできてよりコンパクトな設計とすることができ
る。
【００１８】なお、上記各実施例では、燃焼室４の反応
部４ａに空気Ａを供給し、燃料供給室７や燃料供給管１
１の分散孔を通して上記反応部４ａに燃料Ｆを流入させ
るようにした場合を示したが、燃焼室４の反応部４ａに
燃料Ｆを供給し、且つ空気Ａを分散して反応部４ａに流
入させるように空気供給室又は空気供給管を設けるよう
にしてもよいこと、又、図２の実施例では、燃料供給管
１１は通常の円形断面のものとしてあるが、幅方向に扁
平したボックス形状であってもよいこと、その他本発明
の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得る
ことは勿論である。
【００１９】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明のプレートリフ
ォーマによれば、途中を仕切壁で仕切って改質用触媒を
充填した反応部とアルミナボールを充填した熱交換部と
した改質室と、同じく仕切壁で仕切って燃焼用触媒を充
填した反応部とアルミナボールを充填した熱交換部とし
た燃焼室とを、伝熱隔壁を介して改質室を燃焼室で挟む
ようにし、且つ上記改質室内の仕切壁と燃焼室内の仕切
壁を積層方向にほぼ一致する位置として、改質室内の反
応部と燃焼室内の熱交換部、及び改質室内の熱交換部と
燃焼室内の反応部が互いに重なるようにして、ガスが各
々反応部から熱交換部の方向へ流れるようにし、更に、
燃焼室の反応部に燃料又は空気を分散供給する供給室を
燃焼室に積層させた構成としてあるので、改質室の反応
部に供給された改質原料ガスを燃焼室の熱交換部と接す
る位置で燃焼ガスの顕熱によって加熱することができる
と共に、改質室の熱交換部へ移された改質ガスの顕熱を
燃焼室の反応部へ伝えることができることにより、高価
な触媒を多量に使用することなく改質ガスと燃焼ガスの
温度分布のピーク位置を一致させることができ、且つ全
体をコンパクト化することができ、又、燃料又は空気の
供給室に代えて、燃料又は空気の供給管を燃焼室の反応
部内に挿入配置することにより、全体の厚みを薄くする
ことができて更にコンパクト化を図ることができる、と
いう優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプレートリフォーマの一実施例を示す
もので、（イ）は断面図、（ロ）は温度プロフィル図で
ある。
【図２】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図３】従来のプレートリフォーマの一例を示す断面図
である。
【符号の説明】
１ 改質用触媒 ２ 改質室 ２ａ 反応部 ２ｂ 熱交換部 ３ 燃焼用触媒 ４ 燃焼室 ４ａ 反応部 ４ｂ 熱交換部 ５ 伝熱隔壁 ７ 燃料供給室 ８，９ 仕切壁 １０ アルミナボール １１ 燃料供給管 ＲＧ 改質ガス ＣＧ 燃焼ガス Ｆ 燃料 Ａ 空気 Ｓ 水蒸気
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古賀 実 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 改質室の両側に伝熱隔壁を介し燃焼室を
    配置して、改質室内のガスの流れと燃焼室内のガスの流
    れとが対向流となるようにし、且つ上記改質室内と燃焼
    室内を、それぞれ通気性を有する仕切壁によりガスの流
    れ方向で入口側と出口側に仕切って、改質室の入口側に
    は改質用触媒を、又、燃焼室の入口側には燃焼用触媒を
    充填して各々反応部とすると共に改質室の出口側と燃焼
    室の出口側には各々アルミナボールを充填して熱交換部
    とし、更に、上記燃焼室に、該燃焼室の反応部内に燃料
    又は空気を分散供給するよう分散板を介して燃料又は空
    気の供給室を積層して改質室、燃焼室及び燃料又は空気
    の供給室を１ユニットとし、該ユニットを積層するよう
    にし、更に、上記改質室内及び燃焼室内の各仕切壁の位
    置を各ガスの流れ方向でほぼ一致させた構成を有するこ
    とを特徴とするプレートリフォーマ。
  2. 【請求項２】 燃焼室に燃料又は空気の供給室を積層し
    て１ユニットとすることに代えて、燃料又は空気を分散
    供給する供給管を燃焼室の反応部内に挿入配置して、改
    質室とその両側の燃焼室とで１ユニットとした請求項１
    記載のプレートリフォーマ。
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