プレート型改質器

【目的】触媒の上部に隙間ができにくく、触媒の上部及び側部の隙間をガスが素通りせず、触媒を過剰に使用することなく性能を保持できるプレート型改質器を提供する。
【構成】改質室Ｒｅと燃焼室Ｃｏとを仕切る仕切り板２２の内面に一端が固着され、ガスの流れに直交する方向に幅全体にわたって延び、かつ他端が各触媒内まで上下方向に交互に延びた複数の上下突起板３４と、改質室と燃焼室の側壁に一端が固着され、他端が各触媒内まで幅方向内方に延びた複数の側部突起板３５とを備える。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は改質器に係わり、更に詳しくは、溶融炭酸塩型燃料電池におけるプレート型改質器に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率、かつ環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行われている。特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃料電池を用いた発電設備では、図３に示すように天然ガス等の燃料ガス１を水素を含むアノードガス２に改質する改質器１０と、アノードガス２と酸素を含むカソードガス３とから発電する燃料電池１２とを一般的に備えており、改質器１０で作られたアノードガス２は燃料電池１２に供給され、燃料電池内でその大部分（例えば８０％）を消費した後、アノード排ガス４として改質器１０の燃焼室Ｃｏに供給される。燃料ガス１は燃料予熱器１１により予熱されて改質器の改質室Ｒｅに入る。改質器ではアノード排ガス中の可燃成分（水素、一酸化炭素、メタン等）を燃焼室で燃焼し、高温の燃焼ガスにより改質室Ｒｅを加熱し内部を流れる燃料ガスを改質する。改質室を出た燃焼排ガス５は、排ガス循環ライン１３の空気予熱器１４で熱回収され、凝縮器１５と気水分離器１６で水分を除去され、タービン圧縮機（動力回収装置１７）で加圧された空気６が混入し、この混合ガスが空気予熱器１４で加熱されてカソードガス３に合流する。これにより、電池のアノード側で発生した二酸化炭素が、燃焼排ガス５を介して燃料電池用のカソードガス３に入り、燃料電池のカソード反応に必要な二酸化炭素をカソード側Ｃに供給する。カソードガス３は燃料電池内でその一部が反応してカソード排ガス７となり、その一部はカソード入口側に再循環され、一部は改質器１０の燃焼室Ｃｏに供給されてアノード排ガス４を燃焼させ、残りは動力回収装置１７に供給されて圧力回収され、系外に排出される。なお、８は燃料電池の格納容器に供給されるパージガスである。
【０００３】上述した燃料電池発電装置における改質器１０には、改質室Ｒｅと燃焼室Ｃｏが平板状のプレート型改質器が提案され用いられている。このプレート型改質器は、図４に例示するように、改質室Ｒｅと燃焼室Ｃｏをそれぞれ平板状に構成して交互に積層したものであり、この燃焼室Ｃｏには、粒子状の燃焼触媒１８が平板状に充填され、外部マニホールド１９から供給されるアノード排ガス４とカソード排ガス７とが、図に破線で示すように流れ、燃焼触媒１８の作用により反応（燃焼）して発熱し、燃焼排ガス５が反対側の外部マニホールド１９から排出される。一方、改質室Ｒｅには、粒子状の改質触媒２０が同様に平板状に充填され、外部マニホールド２１から供給される燃料ガス１が、図に実線で示すように流れ、改質触媒２０の作用により燃料ガス１を改質し、改質ガス（アノードガス２）が、反対側の外部マニホールド２１から排出されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したプレート型改質器では、充填した触媒の上部や側部に空間ができやすく、この空間を反応すべきガスが素通りして性能が低下する問題点があった。すなわち、■従来のプレート型改質器では、仕切り板２２の間に穴の開いた支持部材２３が挟持されており、この支持部材により仕切り板２２の間隔を保持している。しかし、支持部材２３の剛性が高く、上下方向に弾性がほとんどないため、昇温時の熱膨張係数の違いにより、仕切り板２２と触媒１８、１９の上部との間に隙間ができ、この部分をガスがショートパスして十分な改質率及び燃焼効率が得られない問題点があった。また、■触媒を改質室Ｒｅ及び燃焼室Ｃｏに隙間なく充填するのが一般に困難であり、例えば運搬中の振動等により触媒が一方に片寄って上部や側部に隙間が出来やすく、これにより、改質率が低下してしてプラント効率を悪化させたり、燃焼効率が低下して未燃分が通過しプラントの安全性を悪化させたりする問題点があった。更に、■これらの問題点をできるだけ回避するために、触媒を可能な限り密に隙間なく充填すると、触媒のコストがかさみ、改質器全体が高価になりすぎる問題点があった。
【０００５】本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の第１の目的は、触媒の上部に隙間ができにくいプレート型改質器を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、触媒の上部及び側部の隙間をガスが素通りしにくいプレート型改質器を提供することにある。更に、本発明の第３の目的は、触媒を過剰に使用することなく性能を保持できるプレート型改質器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、複数の改質室と燃焼室とがそれぞれ平板状に構成されかつ交互に積層され、燃焼室に燃焼触媒が充填され、改質室に改質触媒が充填されたプレート型改質器において、改質室と燃焼室とを仕切る仕切り板の間に穴の開いた支持部材が挟持され、該支持部材は、上下方向に弾性を有する断面形状がコの字状の穴開き部材であり、かつ、前記支持部材の下端は下方の仕切り板に接合され上端は上方の仕切り板に付勢され摺動可能に密着している、ことを特徴とするプレート型改質器が提供される。
【０００７】また、改質室と燃焼室とを仕切る仕切り板の内面に一端が固着され、ガスの流れに直交する方向に幅全体にわたって延び、かつ他端が各触媒内まで上下方向に交互に延びた複数の上下突起板と、改質室と燃焼室の側壁に一端が固着され、他端が各触媒内まで幅方向内方に延びた複数の側部突起板と、を備えることを特徴とするプレート型改質器が提供される。
【０００８】また、燃焼室及び改質室には、反応に必要な量の燃焼触媒及び改質触媒が、それぞれガスの流れに直交する方向に、複数の列で充填され、かつ燃焼触媒及び改質触媒とほぼ同寸法のアルミナボールが、前記触媒の列の間及び改質室及び燃焼室の隙間に充填される、ことを特徴とするプレート型改質器が提供される。
【０００９】
【作用】上記、本発明の構成によれば、改質室と燃焼室とを仕切る仕切り板の間に上下方向に弾性を有する断面形状がコの字状の穴開き支持部材が挟持され、この支持部材の下端が下方の仕切り板に接合され上端が上方の仕切り板に付勢されて摺動可能に密着しているので、昇温時の熱膨張係数の違いにより、仕切り板と触媒の上部との間に隙間ができるような場合でも、コの字状の支持部材が弾性により上下方向の伸び、追従して変形するので、触媒の上部に隙間ができず、ガスのショートパスを防止することができる。
【００１０】また、触媒内まで上下方向に交互に延びた複数の上下突起板と、触媒内まで幅方向内方に延びた側部突起板とを備えるので、例えば運搬中の振動等により触媒が一方に片寄り、上部及び側部に隙間ができても、上下突起板及び側部突起板により、この隙間をガスが素通りするのを阻止することができ、これにより、改質率の低下及び燃焼効率の低下を防止することができる。
【００１１】また、燃焼室及び改質室には、反応に必要な量の燃焼触媒及び改質触媒だけが、複数の列で充填されており、アルミナボールがその隙間に充填されるので、高価な触媒を過剰に使用することなく性能を保持することができる。
【００１２】
【実施例】以下に本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付して使用する。図１は、本発明によるプレート型改質器の側面断面図であり、（Ａ）は第１実施例、（Ｂ）は第２実施例、（Ｃ）は第３実施例を示している。また、図２は、図１の平面断面図であり、（Ｂ）は図１（Ｂ）の平面図、（Ｃ）は図１（Ｃ）の平面図を示している。図１及び図２に示すプレート型改質器は、複数の改質室Ｒｅと燃焼室Ｃｏとがそれぞれ平板状に構成されかつ交互に積層され、燃焼室Ｃｏに燃焼触媒１８が充填され、改質室Ｒｅに改質触媒２０が充填されている。かかる構成は、図４に示した従来のプレート型改質器と同様である。
【００１３】図１（Ａ）において、改質室Ｒｅと燃焼室Ｃｏとを仕切る仕切り板２２の間に穴の開いた支持部材３２が挟持されている。この支持部材３２は、上下方向に弾性を有する断面形状がコの字状の穴開き部材である。また支持部材３２の下端は下方の仕切り板２２に接合されており、かつその上端は上方の仕切り板２２に付勢され、摺動可能に密着している。
【００１４】かかる構成により、昇温時の熱膨張係数の違いにより、仕切り板と触媒の上部との間に隙間ができるような場合でも、コの字状の支持部材が弾性により上下方向の伸び、追従して変形するので、触媒の上部に隙間ができず、ガスのショートパスを防止することができる。
【００１５】図１（Ｂ）及び図２（Ｂ）において、本発明によるプレート型改質器は、複数の上下突起板３４（図１（Ｂ）参照）と複数の側部突起板３５（図２（Ｂ）参照）を備えている。上下突起板３４は、改質室Ｒｅと燃焼室Ｃｏとを仕切る仕切り板２２の内面に一端が固着され、ガスの流れに直交する方向に幅全体にわたって延び、かつ他端が各触媒内まで上下方向に交互に延びている。また、側部突起板３５は、改質室と燃焼室の側壁に一端が固着され、他端が各触媒内まで幅方向内方に延びている。
【００１６】かかる構成により、例えば運搬中の振動等により触媒が一方に片寄り、上部及び側部に隙間ができても、上下突起板及び側部突起板により、この隙間をガスが素通りするのを阻止することができ、これにより、改質率の低下及び燃焼効率の低下を防止することができる。
【００１７】図１（Ｃ）及び図２（Ｃ）において、本発明によるプレート型改質器の燃焼室Ｃｏ及び改質室Ｒｅには、反応に必要な量の燃焼触媒１８及び改質触媒２０が、それぞれガスの流れに直交する方向に、複数の列で充填されている。また、燃焼触媒１８及び改質触媒２０とほぼ同寸法のアルミナボール３６が、触媒１８、２０の列の間及び改質室Ｒｅ及び燃焼室Ｃｏの隙間に充填されている。
【００１８】かかる構成により、複数の列の触媒層１８、２０を多段に作用させることができ、高価な触媒を過剰に使用することなく性能を保持することができる。
【００１９】
【発明の効果】上述したように、本発明のプレート型改質器は、触媒の上部に隙間ができにくく、触媒の上部及び側部の隙間をガスが素通りしにくく、触媒を過剰に使用することなく性能を保持できる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプレート型改質器の側面断面図である。
【図２】図１のプレート型改質器の平面断面図である。
【図３】溶融炭酸塩型燃料電池を用いた発電設備の全体構成図である。
【図４】従来のプレート型改質器の模式的平面断面図と側面断面図である。
【符号の説明】
１燃料ガス
２アノードガス
３カソードガス
４アノード排ガス
５燃焼排ガス
６空気
７カソード排ガス
８パージガス
１０改質器
１１燃料予熱器
１２燃料電池
１３排ガス循環ライン
１４空気予熱器
１５凝縮器
１６気水分離器
１７動力回収装置
１８燃焼触媒
１９外部マニホールド
２０改質触媒
２１外部マニホールド
２２仕切り板
３２支持部材
３４上下突起板
３５側部突起板
３６アルミナボール
Ｒｅ改質室
Ｃｏ燃焼室
Ａアノード側
Ｃカソード側

【特許請求の範囲】
【請求項１】複数の改質室と燃焼室とがそれぞれ平板状に構成されかつ交互に積層され、燃焼室に燃焼触媒が充填され、改質室に改質触媒が充填されたプレート型改質器において、改質室と燃焼室とを仕切る仕切り板の間に穴の開いた支持部材が挟持され、該支持部材は、上下方向に弾性を有する断面形状がコの字状の穴開き部材であり、かつ、前記支持部材の下端は下方の仕切り板に接合され上端は上方の仕切り板に付勢され摺動可能に密着している、ことを特徴とするプレート型改質器。
【請求項２】複数の改質室と燃焼室とがそれぞれ平板状に構成されかつ交互に積層され、燃焼室に燃焼触媒が充填され、改質室に改質触媒が充填されたプレート型改質器において、改質室と燃焼室とを仕切る仕切り板の内面に一端が固着され、ガスの流れに直交する方向に幅全体にわたって延び、かつ他端が各触媒内まで上下方向に交互に延びた複数の上下突起板と、改質室と燃焼室の側壁に一端が固着され、他端が各触媒内まで幅方向内方に延びた複数の側部突起板と、を備えることを特徴とするプレート型改質器。
【請求項３】複数の改質室と燃焼室とがそれぞれ平板状に構成されかつ交互に積層され、燃焼室に燃焼触媒が充填され、改質室に改質触媒が充填されたプレート型改質器において、燃焼室及び改質室には、反応に必要な量の燃焼触媒及び改質触媒が、それぞれガスの流れに直交する方向に、複数の列で充填され、かつ燃焼触媒及び改質触媒とほぼ同寸法のアルミナボールが、前記触媒の列の間及び改質室及び燃焼室の隙間に充填される、ことを特徴とするプレート型改質器。

【図３】