JPH09142805A - 蒸気改質器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 汎用性を備え得ると共に、炉を停止せずにメ
ンテナンスを行い得るようにする。 【解決手段】 メンテナンスしようとする一例として、
標準蒸気改質器２４の入側の開閉弁２８を閉にし、残り
の開閉弁２９〜３１，３３〜３５を開にし、冷却器３６
の入側とバイパス流路３７に設けられた流量調整弁３
８，３９を所定の開度で開くことにより、炉の熱を移送
する熱媒体を媒体流路４８を介して開閉弁２９〜３１，
３３〜３５が開いている標準蒸気改質器２５〜２７へ流
入させて、水蒸気の改質を行わせ、標準蒸気改質器２４
のメンテナンスを行わせられるようにする。そして、標
準蒸気改質器２４で除熱すべき分の二次媒体を、冷却器
３６とバイパス流路３７へ分配させ、冷却器３６で当該
標準蒸気改質器２４の分の除熱を代替させて、炉に必要
な除熱能力を確保させるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気改質器に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】原子炉の一種として高温ガス炉（ＨＴＧ
Ｒ）が知られているが、高温ガス炉の開発の一環とし
て、高温ガス炉の核熱を利用した水蒸気改質器の開発が
進められている。

【０００３】現在開発中の高温ガス炉の炉設備として、
図３に示すようなものが検討されている。即ち、高温ガ
ス炉などの炉１で発生した熱を一次媒体２を介して中間
熱交換器３へ送り、中間熱交換器３で二次媒体４と熱交
換させて一次媒体２を冷却し、その後、一次媒体２を炉
１へ循環させる。そして、中間熱交換器３で熱交換によ
って熱を得た二次媒体４を水蒸気改質器５へ送り、水蒸
気改質器５で、二次媒体４の熱を利用して水蒸気６とメ
タンなどの炭化水素７を反応させ水素８を得るようにす
る。水蒸気改質器５で熱を奪われた二次媒体４は、その
後、中間熱交換器３へ循環される。

【０００４】上記水蒸気改質器５は、例えば、図４に示
すように、密閉筒状をした改質器本体９の上部を二枚の
管板１０，１１で三つに仕切って上から順に生成ガス室
１２と原料ガス室１３と二次媒体室１４とを形成し、生
成ガス室１２に生成ガス出口１５を形成すると共に、原
料ガス室１３に原料ガス入口１６を形成し、更に、二次
媒体室１４の上端と下端にそれぞれ二次媒体出口１７
と、二次媒体入口１８を形成し、二次媒体室１４内に、
上端を原料ガス室１３に接続されて下端が閉口された外
管１９と、上端を二次媒体室１４に接続されて下端が開
口された内管２０と、外管１９と内管２０の間に充填さ
れた触媒２１とから成る二重式触媒管２２を多数挿入配
置した構成を有している。

【０００５】尚、２３は二次媒体室１４の二重式触媒管
２２外方に挿入配置されたオリフィスバッフルである。

【０００６】上記構成によれば、中間熱交換器３から送
られてきた二次媒体４は、二次媒体入口１８から改質器
本体９の二次媒体室１４へ送られ、二次媒体室１４を下
端側から上端側へと通された後、二次媒体出口１７から
取出され、中間熱交換器３へと戻される。

【０００７】そして、この時、水蒸気６とメタンなどの
炭化水素７を混合した原料ガスを原料ガス入口１６から
原料ガス室１３へ送ると、原料ガスは、外管１９と内管
２０の間を通り、両者間に充填された触媒２１と接触す
ることにより、触媒２１と二次媒体４の熱の作用によっ
て以下の反応が引き起こされる。

【数１】ＣＨ₄＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ₂

【数２】ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂

【０００８】そして、上記二つの反応を合せると、

【数３】ＣＨ₄＋２Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋４Ｈ₂ となり、結果として二酸化炭素と水素８が生成される。

【０００９】こうしてできた二酸化炭素と水素８は、内
管２０を通って生成ガス室１２へ入り、生成ガス出口１
５から外部へと取出される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の蒸気改質器には、以下のような問題があった。

【００１１】即ち、高温ガス炉などの炉１に水蒸気改質
器５を付設する場合、通常、高温ガス炉などの炉１の要
求仕様容量を満たす大型のものを１基分製作することと
なるであろうことから、炉１に対応した一品製作的なも
のとなって、汎用性がなくなり、コストが高くなると共
に、設計・製作期間も長期化するおそれがある。

【００１２】更に、高温ガス炉などの炉１の要求仕様容
量を満たす大型のものを１基分製作するようにした場
合、水蒸気改質器５をメンテナンスする場合に、炉１の
運転をいちいち停止しなければならないことになる。

【００１３】本発明は、上述の実情に鑑み、汎用性を備
え得ると共に、炉を停止せずにメンテナンスを行い得る
ようにした蒸気改質器を提供することを目的とするもの
である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、容量や構造な
どが標準化された小型の標準蒸気改質器を設け、該標準
蒸気改質器を、付設させようとする炉の要求仕様容量を
満たす基数分だけ用意して炉からの熱を移送する熱媒体
流路に並列に接続すると共に、各標準蒸気改質器の入側
に開閉弁を設け、更に、標準蒸気改質器に対し冷却器と
バイパス流路をそれぞれ並列に接続し、冷却器の入側と
バイパス流路にそれぞれ流量調整弁を設けたことを特徴
とする蒸気改質器にかかるものである。

【００１５】この場合において、各標準蒸気改質器の入
側に設けられた開閉弁のうち閉じているものがあるかど
うかを調べて、閉じている開閉弁がある場合に、冷却器
の入側とバイパス流路に設けられた流量調整弁へ、予め
決められた所要の開度で開かせるための開度調整信号を
送る制御装置を設けるようにしても良い。

【００１６】上記手段によれば、以下のような作用が得
られる。

【００１７】炉の通常運転時には、各標準蒸気改質器の
入側に設けられた開閉弁を開にして、冷却器の入側とバ
イパス流路に設けられた流量調整弁を閉にする。

【００１８】このようにすることにより、炉の要求仕様
容量を満たす基数分だけ用意された各標準蒸気改質器に
炉の熱を移送する熱媒体が流入するので、熱媒体の熱に
よって支障なく水蒸気の改質（水蒸気とメタンなどの炭
化水素とを反応させて水素と二酸化炭素を得る反応）を
行わせると共に、炉の除熱を行わせることができる。

【００１９】又、容量や構造などを標準化された小型の
標準蒸気改質器を必要基数分組合せるようにしたことに
より、汎用性が生じ、コストを押さえることができるよ
うになると共に、設計・製作期間も短期化することが可
能となる。

【００２０】そして、例えば、複数あるうちの一基の標
準蒸気改質器をメンテナンスする場合、メンテナンスし
ようとする標準蒸気改質器の入側の開閉弁を閉にし、残
りの開閉弁を開にする。又、冷却器の入側とバイパス流
路に設けられた流量調整弁を所定の開度に開く。

【００２１】この状態にすると、炉の熱を移送する熱媒
体が熱媒体流路を介して開閉弁が開かれている標準蒸気
改質器へ流入されるので、これらの標準蒸気改質器によ
り、水蒸気の改質を行わせることができると共に、メン
テナンスを行わせようとする標準蒸気改質器への熱媒体
の流入が停止されるので、対象とする標準蒸気改質器の
メンテナンスを行わせることができる。

【００２２】しかも、メンテナンスのために稼働を停止
している標準蒸気改質器で除熱すべき分の二次媒体は、
冷却器とバイパス流路へ分配されて、冷却器で当該標準
蒸気改質器の分の除熱を代替されるので、炉に必要な除
熱能力も確保される。

【００２３】尚、冷却器で除熱する必要のない余剰の二
次媒体はバイパス流路へバイパスさせるようにする。

【００２４】又、上記流量調整弁の開度は、二次媒体の
配分に応じて予め決められるため、手動調整としても良
いが、制御装置によって自動調整させることもできる。

【００２５】即ち、各標準蒸気改質器の入側に設けられ
た開閉弁の開閉状態を知らせる信号を入力して、制御装
置が、閉じている開閉弁があるかどうかを求め、閉じて
いるものがある場合に、冷却器の入側とバイパス流路に
設けられた流量調整弁へ開度調整信号を出力して、流量
調整弁の開度を、予め決められ所要の開度に自動調整さ
せるようにする。

【００２６】この際、各標準蒸気改質器の入側に設けら
れた開閉弁の開閉状態を知らせる信号は、各開閉弁から
直接取るようにすることも、或いは、各開閉弁を遠隔操
作によって開閉させるための集中制御装置などから取る
ようにすることもできる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示例と共に説明する。

【００２８】図１・図２は、本発明の実施の形態の一例
である。

【００２９】高温ガス炉の炉設備や水蒸気改質器の原理
或いは内部構造については、図３・図４と同様であるた
め、必要に応じてこれらの図を参照する。

【００３０】先ず、容量や構造などが標準化された小型
の標準蒸気改質器２４〜２７を設ける。そして、該標準
蒸気改質器２４〜２７を、付設させようとする炉の要求
仕様容量を満たす基数分だけ用意して互いに並列に接続
する（図では４基設けられている）と共に、各標準蒸気
改質器２４〜２７の入側及び出側に開閉弁２８〜３５を
設ける。

【００３１】又、上記標準蒸気改質器２４〜２７に対
し、冷却器３６とバイパス流路３７をそれぞれ並列に接
続し、冷却器３６の入側とバイパス流路３７に流量調整
弁３８，３９を設ける。

【００３２】更に、各標準蒸気改質器２４〜２７の入側
に設けられた開閉弁２８〜３１の開閉状態を知らせる信
号４０〜４３を入力して、閉じている開閉弁２８〜３１
があるかどうかを求め、閉じている開閉弁２８〜３１が
ある場合に、閉じている開閉弁２８〜３１の個数に応じ
て冷却器３６の入側とバイパス流路３７に設けられた流
量調整弁３８，３９へ開度を調整させるための開度調整
信号４４，４５を出力する制御装置４６を設ける。

【００３３】この際、各標準蒸気改質器２４〜２７の入
側に設けられた開閉弁２８〜３１の開閉状態を知らせる
信号４０〜４３は、各開閉弁２８〜３１から直接取るよ
うにしても良いし、或いは、各開閉弁２８〜３１を遠隔
操作によって開閉させるための図示しない集中制御装置
などから取るようにしても良い。

【００３４】尚、４７は冷却器３６の出側に設けられた
弁、４８は図示しない中間熱交換器と各標準蒸気改質器
２４〜２７などとの間を接続する二次媒体循環流路など
の熱媒体流路である。

【００３５】次に、本実施の形態の作動について説明す
る。

【００３６】高温ガス炉の炉設備や水蒸気改質器の作動
については図３・図４と同様なので説明を省略する。

【００３７】本実施の形態では、高温ガス炉などの炉の
運転時には、入側の開閉弁２８〜３１及び出側の開閉弁
３２〜３５を開にして、冷却器３６の入側とバイパス流
路３７に設けられた流量調整弁３８，３９を閉にする。

【００３８】このようにすることにより、二次媒体循環
流路４８を介して図示しない中間熱交換器からの二次媒
体（熱媒体）が各標準蒸気改質器２４〜２７へ流入され
るので、炉の要求仕様容量を満たす基数分だけ用意され
た各標準蒸気改質器２４〜２７により、支障なく水蒸気
の改質（水蒸気とメタンなどの炭化水素とを反応させて
水素と二酸化炭素を得る反応）を行わせると共に、炉の
除熱を行わせることができる。

【００３９】又、容量や構造などを標準化された小型の
標準蒸気改質器２４〜２７を必要基数分組合せるように
したことにより、汎用性が生じ、コストを押さえること
ができるようになると共に、設計・製作期間も短期化す
ることが可能となる。

【００４０】そして、高温ガス炉などの炉は、定格運転
か停止かのいずれかを行い、中間出力運転は温度が低い
ため水素製造を行わないので、単に標準蒸気改質器２４
〜２７を並列に接続しただけでは、標準蒸気改質器２４
〜２７をメンテナンスする場合に、炉の運転を停止しな
ければならないこととなるが、本実施の形態では、標準
蒸気改質器２４〜２７の他に冷却器３６とバイパス流路
３７とを備えているので、以下のようにして、炉の運転
を継続させつつ標準蒸気改質器２４〜２７のメンテナン
スを行わせることができる。

【００４１】即ち、例えば、標準蒸気改質器２４をメン
テナンスする場合、開閉弁２８，３２を閉にし、他の開
閉弁を開にする。又、冷却器３６の出側に設けられた弁
４７を開にし、冷却器３６の入側とバイパス流路３７に
設けられた流量調整弁３８，３９を開いて、後述する開
度に調整する。

【００４２】この状態にすると、二次媒体循環流路４８
を介して図示しない中間熱交換器からの二次媒体が標準
蒸気改質器２５〜２７へ流入されるので、標準蒸気改質
器２４〜２７により、水蒸気の改質（水蒸気とメタンな
どの炭化水素とを反応させて水素と二酸化炭素を得る反
応）を行わせることができると共に、標準蒸気改質器２
４への二次媒体の流入が停止されるので、標準蒸気改質
器２４のメンテナンスを行わせることができる。

【００４３】しかも、標準蒸気改質器２４で除熱すべき
分の二次媒体は、冷却器３６とバイパス流路３７へ分配
されて、冷却器３６で標準蒸気改質器２４の分の除熱を
代替されるので、炉に必要な除熱能力も確保される。

【００４４】この際、各標準蒸気改質器２４〜２７は、
ほぼ９００度の二次媒体をほぼ６００度まで除熱するも
のであるため、冷却器３６はその差３００度分に相当す
る熱を除熱できる容量があれば良く、除熱しなくて良い
残りの二次媒体はバイパス流路３７へバイパスさせるよ
うにする。従って、流量調整弁３８，３９は、上記二次
媒体の配分に応じて予め決められる開度に調整するよう
にする。

【００４５】尚、冷却器３６は、最低で標準蒸気改質器
２４〜２７の一基分に相当する容量があれば良いが、一
度にメンテナンスすべき標準蒸気改質器２４〜２７が複
数基である場合には、上記基数に応じた容量とすれば良
い。

【００４６】又、上記流量調整弁３８，３９の開度は、
上記したように二次媒体の配分に応じて予め決められる
ため、手動調整としても良いが、制御装置４６によって
自動調整させることもできる。

【００４７】即ち、各標準蒸気改質器２４〜２７の入側
に設けられた開閉弁２８〜３１の開閉状態を知らせる信
号４０〜４３を入力して、制御装置４６が、閉じている
開閉弁２８〜３５があるかどうかを求め、閉じているも
のがある場合に、冷却器３６の入側とバイパス流路３７
に設けられた流量調整弁３８，３９へ開度調整信号４
４，４５を出力して、流量調整弁３８，３９の開度を、
予め決められた所要の開度に自動調整させるようにす
る。

【００４８】尚、一度に複数の標準蒸気改質器２４〜２
７をメンテナンスする場合には、各標準蒸気改質器２４
〜２７の入側に設けられた開閉弁２８〜３１の開閉状態
を知らせる信号４０〜４３を入力して、制御装置４６
が、閉じている開閉弁２８〜３１があるかどうか及びあ
る場合にはその個数を求め、閉じているものがある場合
に、閉じているものの個数に応じて冷却器３６の入側と
バイパス流路３７に設けられた流量調整弁３８，３９へ
開度調整信号４４，４５を出力して、流量調整弁３８，
３９の開度を、前記個数に応じて予め決められた所要の
開度に自動調整させるようにする。

【００４９】この際、各標準蒸気改質器２４〜２７の入
側に設けられた開閉弁２８〜３１の開閉状態を知らせる
信号４０〜４３は、各開閉弁２８〜３１から直接取るよ
うにすることも、或いは、各開閉弁２８〜３１を遠隔操
作によって開閉させるための図示しない集中制御装置な
どから取るようにすることもできる。

【００５０】尚、本発明は、上述の実施の形態にのみ限
定されるものではなく、高温ガス炉に限らず定格運転の
みを行う炉に対して水蒸気改質器を設ける場合一般に適
用し得ること、図３の高温ガス炉の炉設備では中間熱交
換器が一段設けられているが中間熱交換器が二段以上あ
る炉設備や中間熱交換器がない炉設備に対して設置して
も良いこと、標準蒸気改質器は四基に限らないこと、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。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の蒸気改質
器によれば、汎用性を備えさせることができると共に、
炉を停止せずにメンテナンスを行わせることができると
いう優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例の概略系統図であ
る。

【図２】図１の制御系統図である。

【図３】開発中の高温ガス炉の炉設備の概略系統図であ
る。

【図４】開発中の蒸気改質器の原理図である。

【符号の説明】

２４〜２７ 標準蒸気改質器 ２８〜３５ 開閉弁 ３６ 冷却器 ３７ バイパス流路 ３８，３９ 流量調整弁 ４４，４５ 開度調整信号 ４６ 制御装置 ４８ 二次媒体循環流路（熱媒体流路）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容量や構造などを標準化された小型の標
   準蒸気改質器を設け、該標準蒸気改質器を、付設させよ
   うとする炉の要求仕様容量を満たす基数分だけ用意して
   炉からの熱を移送する熱媒体流路に並列に接続すると共
   に、各標準蒸気改質器の入側に開閉弁を設け、更に、標
   準蒸気改質器に対し冷却器とバイパス流路をそれぞれ並
   列に接続し、冷却器の入側とバイパス流路にそれぞれ流
   量調整弁を設けたことを特徴とする蒸気改質器。
2. 【請求項２】 各標準蒸気改質器の入側に設けられた開
   閉弁のうち閉じているものがあるかどうかを調べて、閉
   じている開閉弁がある場合に、冷却器の入側とバイパス
   流路に設けられた流量調整弁へ、予め決められた所要の
   開度で開かせるための開度調整信号を送る制御装置を設
   けた請求項１記載の蒸気改質器。