改質器
【課題】 小型化してもエネルギー効率を向上させることができ、さらに、改質器の構造を単純化することができる改質器の提供を目的とする。
【解決手段】 改質ガス燃料から改質ガスを生成する改質器１であって、内側筒状体２１及び外側筒状体２２を有する改質容器２、この改質容器２に充填された改質触媒２０と、改質容器２と接続され、改質容器２内の改質触媒２０に改質ガス燃料を供給する、所定の長さを有する複数の燃料供給管３と、燃料供給管３に貫通した状態で、改質容器２内に装入され、改質容器２内で生成された改質ガスを排出する複数の改質ガス排出管４と、改質触媒２０および改質容器２に供給される改質ガス燃料を加熱するためのバーナー５とを具備した構成としてある。
【解決手段】 改質ガス燃料から改質ガスを生成する改質器１であって、内側筒状体２１及び外側筒状体２２を有する改質容器２、この改質容器２に充填された改質触媒２０と、改質容器２と接続され、改質容器２内の改質触媒２０に改質ガス燃料を供給する、所定の長さを有する複数の燃料供給管３と、燃料供給管３に貫通した状態で、改質容器２内に装入され、改質容器２内で生成された改質ガスを排出する複数の改質ガス排出管４と、改質触媒２０および改質容器２に供給される改質ガス燃料を加熱するためのバーナー５とを具備した構成としてある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の燃料改質装置に使用される改質器に関し、特に、内側に加熱用の燃焼バーナーを備えた中空筒状の改質容器と、この改質容器と接続され、改質ガス燃料を供給する、所定の長さを有する複数の燃料供給管と、この燃料供給管に貫通した状態で、改質容器内に装入され、改質容器内で生成された改質ガスを排出する複数の改質ガス排出管とを備え、改質器のエネルギー効率を向上させることができる改質器に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、炭化水素原料から生成した水素ガスと酸素を化学反応させて、この化学反応の際に発生する電気と熱（温水）を利用する電池である。
上記燃料電池は、炭化水素原料として、ナフサ、灯油等の石油系燃料や都市ガス等を用い、この炭化水素原料と水蒸気とを混合してガス状の改質ガス燃料とし、この改質ガス燃料を改質触媒中で加熱することにより、水素リッチな改質ガスを生成する。
このため、燃料電池は、炭化水素原料から改質ガスをいかに効率よく生成するかが重要課題であり、改質ガスを生成する燃料改質装置及び改質器に関して、様々な技術が開示されている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、改質器とその関連機器とを一つのユニットとしてまとめた燃料改質装置であって、真空断熱容器を備え、この真空断熱容器の内側空間を改質器の排ガスの流路とし、排ガスの流路に並設されかつ内部に改質触媒が装填され原料ガス（改質ガス燃料）を流通させてその改質を行うための複数の改質管を有する燃料改質装置の技術が開示されている。
この技術によれば、セラミックファイバ等の断熱材を使用しなくても、真空断熱容器によって断熱することができるので、燃料改質装置の小型化及び熱効率の向上を図ることができる。
【特許文献１】特開２００３−３２７４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された燃料改質装置は、真空断熱容器により熱効率を向上させることができるものの、たとえば、発電量が１ＫＷ程度の小型の燃料電池を想定した場合、エネルギー効率が低下するといった問題があった。
一般的に、燃料改質装置を小型化するとエネルギー効率が低下するが、小型化してもエネルギー効率が低下しない、好ましくは、エネルギー効率をより向上させることの可能な改質器が要望されていた。
また、一般家庭を販売ターゲットとする小型の燃料電池においては、エネルギー効率をより向上させるとともに、改質器の構造を単純化することも強く要望されていた。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決すべく、小型化してもエネルギー効率を向上させることができ、さらに、改質器の構造を単純化することができる改質器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の改質器は、炭化水素原料を含む改質ガス燃料を、改質触媒中で加熱することにより、改質ガスを生成する改質器であって、内側筒状体および外側筒状体を有する中空筒状の改質容器と、この改質容器に充填された改質触媒と、前記改質容器と接続され、前記改質容器内の改質触媒に前記改質ガス燃料を供給する、所定の長さを有する複数の燃料供給管と、前記改質容器及び燃料供給管に貫装され、前記改質容器内で生成された前記改質ガスを排出する複数の改質ガス排出管と、を具備した構成としてある。
このようにすると、所定の長さを有する燃料供給管とこの燃料供給管に貫通した改質ガス排出管の一部とが二重管を構成し、燃料供給管と改質ガス排出管との間を流れる低温の改質ガス燃料と、改質ガス排出管内を流れる高温の改質ガスとの間で熱交換が行なわれ、改質器のエネルギー効率を向上させることができる。また、燃料供給管及び改質ガス排出管を、互いに独立した状態で改質容器と接続させる場合と比べると、燃料供給管どうしの間隔をより密にし、改質ガス燃料をより均一に改質触媒に供給できるので、改質触媒の利用率を向上させることができる。
【０００７】
また、本発明の改質器は、前記燃料供給管の下端が改質ガス燃料供給室と接続され、前記改質ガス排出管の下端が改質ガス排出室と接続され、さらに、前記改質ガス燃料供給室と改質ガス排出室を一体的に設けた構成としてある。
このようにすると、改質ガス燃料供給室を流れる低温の改質ガス燃料と、改質ガス排出室を流れる高温の改質ガスとの間で熱交換が行なわれ、改質器のエネルギー効率をさらに向上させることができる。
【０００８】
また、本発明の改質器は、前記燃料供給管の本数を、３本以上３２本以下とした構成としてある。
このようにすると、燃料供給管と改質ガス排出管との間を流れる低温の改質ガス燃料と、改質ガス排出管内を流れる高温の改質ガスとの間で行なわれる熱交換の熱伝達率を維持するとともに、改質触媒層内における改質ガス燃料の偏流を抑制し、さらに、改質器を製造する際の生産効率を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明の改質器は、前記改質ガス燃料供給室に、水平方向に突出部を設け、前記突出部に、改質ガス燃料供給孔を設けた構成としてある。
このようにすると、下部に改質ガス排出室が連結された改質ガス燃料供給室に、容易に改質ガス燃料を供給することができ、改質器の構造を単純化することができる。
【００１０】
また、本発明の改質器は、前記燃料供給管における改質ガス燃料の流路断面積に対する、前記改質ガス排出管における改質ガスの流路断面積の比を、０．０５以上５以下とした構成としてある。
このようにすると、燃料供給管と改質ガス排出管からなる二重管の伝熱効率を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明の改質器は、環状の前記改質ガス燃料供給室を流れる改質ガス燃料の流路断面積に対する、前記燃料供給管と改質ガス排出管との間を流れる改質ガス燃料の総流路断面積の比を、０．００５以上０．２以下とした構成としてある。
このようにすると、各燃料供給管にほぼ同量の改質ガス燃料を供給することができ、改質ガス燃料をより均一に改質触媒に供給できるので、改質触媒の利用率を向上させることができるとともに、改質ガス燃料の改質触媒層内における偏流を抑制する。
【００１２】
また、本発明の改質器は、環状の前記改質ガス排出室を流れる改質ガスの流路断面積に対する、前記改質ガス排出管を流れる改質ガスの総流路断面積の比を、０．００５以上０．２以下とした構成としてある。
このようにすると、改質ガス燃料の改質触媒層内における偏流をさらに抑制でき、改質触媒の利用率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明における改質器によれば、小型化してもエネルギー効率を向上させることができ、さらに、改質器の構造を単純化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態にかかる改質器の概略上面方向断面図を示している。
また、図２は、図１の概略Ａ−Ａ断面図を示している。
図１，２において、改質器１は、中心部から外周方向に向かって、バーナー５，内側輻射筒５１，改質容器２，改質容器２の下部に接続された燃料供給管３，改質容器２内に装入された改質ガス排出管４及び外殻筒５２を設け（図１参照）、さらに、改質容器２の下方に、燃料供給管３，改質ガス排出管４，改質ガス燃料供給室３０及び改質ガス排出室４０を設けた（図２参照）構成としてある。
本実施形態の改質器１は、図示してないが、燃料電池の燃料改質装置に組み込まれた改質器としてあり、改質ガス排出室４０の下方に、燃料改質装置に必要な関連機器、たとえば、水蒸発器，炭化水素原料気化器等が設けてある。
なお、本発明の改質器１は、燃料改質装置としてユニット化される場合に限定されるものではなく、たとえば、水蒸発器等から独立した状態で燃料電池に使用されてもよい。
【００１５】
改質容器２は、内側筒状体２１，外側筒状体２２，下板２３及び上板２４を備えた中空筒状の密閉容器であり、内部に改質触媒２０が充填されている。
この改質容器２は、内側筒状体２１と外側筒状体２２を円筒とし、これら円筒に円環状の下板２３及び上板２４を溶接した二重円筒としてある。
なお、改質容器２の内側筒状体２１と外側筒状体２２は、円筒形状に限定されるものではなく、たとえば、伝熱面積を増加させるために凹凸を設けた筒状体としてもよい。このようにすると、排ガスに対する伝熱面積が増加するので、エネルギー効率をさらに向上させることができる。
【００１６】
また、改質容器２は、所定の長さを有する１６本の燃料供給管３が、周方向に等間隔で下板２３に連結されており、この燃料供給管３を経由して、炭化水素原料を含む改質ガス燃料が改質容器２に供給される。このように、燃料供給管３を周方向に等間隔で配設することにより、改質ガス燃料を周方向にほぼ均一な状態で改質容器２に供給することができ、改質容器２内の改質触媒２０が周方向にほぼ同じ状態で反応する。したがって、改質触媒２０の利用率が向上する。
改質容器２に供給された改質ガス燃料は、改質容器２内部を上昇しながら改質触媒２０によって水素リッチな改質ガスに改質される。
なお、図示してないが、本実施形態では、燃料供給管３の上部に金網等のフィルターを設けて、改質触媒２０が燃料供給管３内に落下しない構造としてある。また、上記フィルターは、燃料供給管３の上部に設ける場合に限定されるものではなく、たとえば、下板２３の上部に隙間をあけて円環状のフィルターを設ける構成としてもよく、このようにすると、改質容器２内における改質ガス燃料の偏流が、より効果的に抑制される。
【００１７】
また、燃料供給管３は、上記１６本に限定されるものではなく、たとえば、８本や２４本等でもよい。
ここで、好ましくは、燃料供給管３の本数を、３本以上３２本以下とするとよい。このようにすると、燃料供給管３と改質ガス排出管４との間を流れる低温の改質ガス燃料と、改質ガス排出管４内を流れる高温の改質ガスとの間で行なわれる熱交換の熱伝達率を効果的に維持するとともに、改質触媒２０（層内）における改質ガス燃料の偏流を抑制することができ、さらに、改質器１を製造する際の生産効率を向上させることができる。この理由は、燃料供給管３の本数が２本以下となると、上記熱交換の熱伝達率が大幅に低下するからであり、また、改質触媒２０（層内）における改質ガス燃料の偏流が発生し、改質触媒２０の利用率が低下するからである。一方、燃料供給管３の本数が３３本以上となると、燃料供給管３の本数が増えることにより、改質器１を製造するための作業が増え、改質器１の生産性が低下するからである。
【００１８】
改質容器２は、容器上部に空隙２６が形成されるように、改質触媒２０が充填されており、容器上部の空隙２６に生成された改質ガスを回収する改質ガス流路として、１６本の改質ガス排出管４を配設してある。１６本の各改質ガス排出管４は、下部が上記燃料供給管３を貫通し、かつ、先端部が充填された改質触媒２０の上面から突出するように取り付けられており、空隙２６に溜まった改質ガスを改質容器２の下方に排出する。
すなわち、所定の長さを有する燃料供給管３とこの燃料供給管３に貫通した改質ガス排出管４の下部とが二重管を構成し、燃料供給管３と改質ガス排出管４との間を流れる低温の改質ガス燃料と、改質ガス排出管４内を流れる高温の改質ガスとの間で熱交換が行なわれ、改質器１のエネルギー効率を向上させる。また、図示してないが、燃料供給管３及び改質ガス排出管４を、互いに独立した状態で改質容器２と接続させる場合と比べると、燃料供給管３どうしの間隔をより密にし、改質ガス燃料をより均一に改質触媒２０に供給できるので、改質触媒２０の利用率が向上する。
【００１９】
また、好ましくは、燃料供給管３における改質ガス燃料の流路断面積に対する、改質ガス排出管４における改質ガスの流路断面積の比を、すなわち、燃料供給管３の内径と改質ガス排出管４の外径によって囲まれる円環の面積（＝Ｂ）に対する、改質ガス排出管４の内径によって囲まれる円の面積（＝Ｃ）の比（＝Ｃ／Ｂ）を、０．０５以上５以下とするとよい。このようにすると、燃料供給管３と改質ガス排出管４からなる二重管の伝熱効率が向上する。この理由は、改質ガス燃料及び改質ガスの流速が速くなりすぎると圧力損失が大きくなることから、各流速が速くなりすぎないようにする必要があり、また、上記流速を遅くするために、流路断面積を大きくすると、燃料供給管３及び改質ガス排出管４が大型化するので、適度な流路断面積を設定する必要がある。これらの条件下において、上記面積比が０．０５より小さくなると、燃料供給管３と改質ガス排出管４の間を流れる改質ガス燃料の流速が遅くなりすぎ、両ガス間の熱伝達率が低下するからである。一方、上記面積比が５を超えると、改質ガス排出管４を流れる改質ガスの流速が遅くなりすぎ、両ガス間の熱伝達率が低下するからである。
【００２０】
また、各改質ガス排出管４を各燃料供給管３内に設けることにより、燃料供給管３から供給された改質ガス燃料が、ほぼ上方に流れ偏流が発生するといった不具合を防止でき、改質触媒２０の反応速度を周方向においてほぼ均一にすることができる。したがって、改質触媒２０の寿命が尽きるまで、安定した状態で改質ガスを生成することができる。
また、改質ガス排出管４を改質容器２の内部に（改質触媒２０に対して直接接触した状態で）設けることにより、生成された高温の改質ガスが改質ガス排出管４を流れる際、周囲の改質触媒２０及び改質ガス燃料を加熱するので、エネルギー効率を向上させることができる。
【００２１】
また、本実施形態では、燃料供給管３の下端が改質ガス燃料供給室３０と接続され、改質ガス排出管４の下端が改質ガス排出室４０と接続されている。さらに、上方の改質ガス燃料供給室３０と下方の改質ガス排出室４０を一体的に（連結した状態で）設けてある。このようにすると、改質ガス燃料供給室３０を流れる低温の改質ガス燃料と、改質ガス排出室を４０流れる高温の改質ガスとの間でも熱交換が行なわれ、改質器１のエネルギー効率がさらに向上する。
【００２２】
また、改質ガス燃料供給室３０と改質ガス排出室４０が、プレス成形体であり、さらに、改質容器２の下板２３の形状にあわせて円環状としてある。すなわち、改質ガス排出室４０は、図３に示すように、（径方向において）矩形断面となる円環状であり、プレス成形により一体成形された内側壁４０１，底板４０２及び外側壁４０３と、上板として改質ガス燃料供給室３０と共用化された、改質ガス燃料供給室３０の底板３０２とからなっている。底板４０２には、改質ガス排出管４の内径より大きい内径を有する改質ガス排出管４ａが一本接続されている。また、改質ガス燃料供給室３０は、（径方向において）矩形断面となる円環状であり、プレス成形により一体成形された内側壁３０１，底板３０２及び外側壁３０３と、上板３０４とからなっている。底板３０２には、各改質ガス排出管４が接続され、各改質ガス排出管４が、改質容器２の空隙２６と改質ガス排出室４０を連通する。上板３０４には、各燃料供給管３が接続され、各燃料供給管３が、改質ガス燃料供給室３０と改質容器２を連通する。このようにすると、構造が単純化され、製造原価のコストダウンを図れる。
【００２３】
また、改質ガス燃料供給室３０は、図１，２に示すように、水平方向における対向する二箇所に、外周方向にほぼ半円状の突出部３０５が設けられており、一方の突出部３０５の底部には、燃料供給管３の内径より大きい内径を有する燃料供給管３ａが接続されており、改質ガス燃料供給孔３０５ａを介して、改質ガス燃料が供給される。また、他方の突出部３０５の底部には、安全弁（図示せず）と連通する配管（図示せず）が接続されている。このようにすると、下部に改質ガス排出室４０が連結された改質ガス燃料供給室３０に、容易に燃料供給管３ａを接続することができ、製造原価のコストダウンを図ることができる。
【００２４】
ここで、好ましくは、環状の改質ガス燃料供給室３０を流れる改質ガス燃料の流路断面積（図３におけるｗ×ｈ）に対する、燃料供給管３と改質ガス排出管４との間を流れる改質ガス燃料の総流路断面積の比（＝総流路断面積／流路断面積）を、０．００５以上０．２以下とするとよい。このようにすると、各燃料供給管３にほぼ同量の改質ガス燃料を供給することができ、改質ガス燃料をより均一に改質触媒２０に供給できるので、改質触媒２０の利用率を向上させることができるとともに、改質ガス燃料の改質触媒２０（層内）における偏流を抑制することができる。この理由は、上記総流路断面積の比が、０．００５より小さいと、改質ガス燃料供給室３０が大型化しすぎるからであり、０．２より大きいと、各燃料供給管３を通過する改質ガス燃料の量が、燃料供給管３ａとの距離に応じて大幅にばらつくからである。つまり、０．２より大きいと、燃料供給管３ａに近い位置の燃料供給管３を通過する改質ガス燃料の流量が多くなり、燃料供給管３ａから離れた位置の燃料供給管３を通過する改質ガス燃料の流量が小さくなり、燃料供給管３の各々の流量が均一でなくなるからである。
【００２５】
また、さらに好ましくは、環状の改質ガス排出室４０を流れる改質ガスの流路断面積（図３におけるＷ×Ｈ）に対する、改質ガス排出管４を流れる改質ガスの総流路断面積の比（＝総流路断面積／流路断面積）を、０．００５以上０．２以下とするとよい。このようにすると、改質ガス燃料の改質触媒２０（層内）における偏流を抑制でき、改質触媒２０の利用率を向上させることができる。この理由は、上記総流路断面積の比が、０．００５より小さいと、改質ガス排出室４０が大型化しすぎるからであり、０．２より大きいと、各改質ガス排出管４を通過する改質ガスの量が、改質ガス排出管４ａとの距離に応じて大幅にばらつき、このばらつきに起因して、改質触媒２０の均一な反応が損なわれるからである。つまり、０．２より大きいと、改質ガス排出管４ａに近い位置の改質ガス排出管４を通過する改質ガスの流量が多くなり、改質ガス排出管４ａから離れた位置の改質ガス排出管４を通過する改質ガスの流量が小さくなり、改質ガス排出管４の各々の流量が均一でなくなるからである。
【００２６】
なお、上述したように、改質ガス燃料供給室３０を流れる改質ガス燃料の流路断面積に対する、燃料供給管３と改質ガス排出管４との間を流れる改質ガス燃料の総流路断面積の比を、０．００５以上０．２以下とする、又は、改質ガス排出室４０を流れる改質ガスの流路断面積に対する、改質ガス排出管４を流れる改質ガスの総流路断面積の比を、０．００５以上０．２以下とするのいずれか一方を実施することにより、改質ガス燃料の改質触媒２０（層内）における偏流を抑制することができる。また、両方を実施することにより、さらに効果的に偏流を抑制することができる。
【００２７】
改質器１は、改質容器２の下方中心部に、バーナー５が設けてあり、このバーナー５と改質容器２の間に、バーナー５からの炎５０が改質容器２に直接当たらないように、改質容器２とほぼ同じ高さを有する内側輻射筒５１が設けてある。この内側輻射筒５１と改質容器２との間には、排ガス内側流路５１１が形成され、バーナー５によって上方に吹き上げられた排ガスの一部は、この排ガス内側流路５１１を通って下方向に流れ、この際、改質容器２の内側筒状体２１と接触して、改質容器２を加熱する。
【００２８】
また、外殻筒５２と改質容器２の外側筒状体２２との間には、排ガス外側流路５２１が形成され、バーナー５によって上方に吹き上げられた排ガスの残りは、この排ガス外側流路５２１を通って下方向に流れる。この際、排ガスが改質容器２の外側筒状体２２と接触して改質容器２を加熱する。
なお、図示してないが、外殻筒５２の内側に、断熱手段として、真空断熱容器や断熱材を使用してもよい。
【００２９】
ここで、好ましくは、改質容器２，排ガス内側流路５１１及び排ガス外側流路５２１をバーナー５に対して同心状に設けるとよく、このようにすると、改質容器２に充填された改質触媒２０を、周方向にほぼ均一に加熱することができ、改質触媒２０を有効に利用することができる。また、周方向に対して反応条件をほぼ同じにすることができるので、生成される改質ガスの濃度が、周方向によって異なるといった不具合を防止することができる。
なお、バーナー５は、一本の炎５０が噴き出す構成としてあるが、このタイプのバーナーに限定されるものではなく、たとえば、円環状に炎が噴き出すバーナーを使用してもよい。
【００３０】
次に、上記構成の改質器１の定常運転動作について説明する。
まず、改質器１は、バーナー５が点火され、内側輻射筒５１を通って上昇した排ガスが排ガス内側流路５１１及び排ガス外側流路５２１を流れ、改質容器２の内側筒状体２１及び外側筒状体２２の両側面から改質容器２を加熱する。そして、改質容器２等が所定の温度まで加熱すると、定常運転動作に入る。
【００３１】
定常運転動作において、改質器１は、ボイラー（図示せず）が改質ガス燃料を約２００℃に昇温し、昇温された改質ガス燃料が、燃料供給管３ａを経由して改質ガス燃料供給室３０に供給される。この改質ガス燃料供給室３０に供給された改質ガス燃料は、改質ガス燃料供給室３０を通過する際、改質ガス排出室４０を通過する改質ガス及び改質ガス燃料供給室３０の周囲を流れる排ガスとの間で、熱交換が行われ昇温する。
【００３２】
次に、改質器１は、改質ガス燃料供給室３０を流れる改質ガス燃料が、燃料供給管３に流入し、燃料供給管３内（燃料供給管３と改質ガス排出管４との間の円筒状の通路）を上方に移動する。この際、改質ガス燃料は、改質ガス排出管４内を下方に流れる高温の改質ガス及び燃料供給管３の外部を下方に流れる高温の排ガスとの間で、熱交換が行なわれ昇温し、約５００℃に昇温された状態で、燃料供給管３から改質容器２に供給される。すなわち、本実施形態によれば、高温の改質ガス及び排ガスを有効に利用して、エネルギー効率を向上させることができ、さらに、燃料供給管３，改質ガス排出管４，改質ガス燃料供給室３０及び改質ガス排出室４０の構造を単純化することができる。
【００３３】
次に、改質器１は、改質容器２に供給された改質ガス燃料が、改質容器２内を上昇しながら加熱され、改質触媒２０によって化学反応を起こし、改質容器２の上部（空隙２６）に到達するころには水素リッチな改質ガスに改質されるとともに、約７００℃に昇温される。
【００３４】
次に、改質器１は、上記のように生成された改質ガスが、改質ガス排出管４及び改質ガス排出室４０を介して改質容器２の下方に排出される。この際、改質ガス排出管４の上部において、約７００℃の高温改質ガスは、改質容器２内における流路を通過するとき、改質触媒２０及び改質ガス燃料を加熱する。また、改質ガスは、燃料供給管３内における流路を通過するとき、燃料供給管３内の改質ガス燃料を加熱し、さらに、改質ガス排出室４０における流路を通過するとき、改質ガス燃料供給室３０内の改質ガス燃料を加熱する。
【００３５】
このように、本実施形態の改質器１によれば、改質器１が小型化した場合であっても、エネルギー効率を向上させることができ、さらに、改質器１の構造を単純化することができる。
【００３６】
以上、本発明の改質器について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明に係る改質器は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、改質器１は、燃料供給管３の周囲に比較的大きな空きスペースを設けているが、この構造に限定されるものではなく、たとえば、他の熱交換手等を設けてもよい。このように、空きスペースを有効活用することにより、改質器１の小型化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の改質器は、触媒として改質触媒を用い、反応ガスとして改質ガス燃料を用いる場合に限定されるものではなく、たとえば、所定の温度で触媒を用いて化学反応を行なう反応装置としても、本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる改質器の概略上面方向断面図を示している。
【図２】図１の概略Ａ−Ａ断面図を示している。
【図３】図２の要部の概略拡大断面図を示している。
【符号の説明】
【００３９】
１ 改質器
２ 改質容器
３，３ａ 燃料供給管
４，４ａ 改質ガス排出管
５ バーナー
２０ 改質触媒
２１ 内側筒状体
２２ 外側筒状体
２３ 下板
２４ 上板
２６ 空隙
３０ 改質ガス燃料供給室
４０ 改質ガス排出室
５０ 炎
５１ 内側輻射筒
５２ 外殻筒
３０１ 内側壁
３０２ 底板
３０３ 外側壁
３０４ 上板
３０５ 突出部
３０５ａ 改質ガス燃料供給孔
４０１ 内側壁
４０２ 底板
４０３ 外側壁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の燃料改質装置に使用される改質器に関し、特に、内側に加熱用の燃焼バーナーを備えた中空筒状の改質容器と、この改質容器と接続され、改質ガス燃料を供給する、所定の長さを有する複数の燃料供給管と、この燃料供給管に貫通した状態で、改質容器内に装入され、改質容器内で生成された改質ガスを排出する複数の改質ガス排出管とを備え、改質器のエネルギー効率を向上させることができる改質器に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、炭化水素原料から生成した水素ガスと酸素を化学反応させて、この化学反応の際に発生する電気と熱（温水）を利用する電池である。
上記燃料電池は、炭化水素原料として、ナフサ、灯油等の石油系燃料や都市ガス等を用い、この炭化水素原料と水蒸気とを混合してガス状の改質ガス燃料とし、この改質ガス燃料を改質触媒中で加熱することにより、水素リッチな改質ガスを生成する。
このため、燃料電池は、炭化水素原料から改質ガスをいかに効率よく生成するかが重要課題であり、改質ガスを生成する燃料改質装置及び改質器に関して、様々な技術が開示されている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、改質器とその関連機器とを一つのユニットとしてまとめた燃料改質装置であって、真空断熱容器を備え、この真空断熱容器の内側空間を改質器の排ガスの流路とし、排ガスの流路に並設されかつ内部に改質触媒が装填され原料ガス（改質ガス燃料）を流通させてその改質を行うための複数の改質管を有する燃料改質装置の技術が開示されている。
この技術によれば、セラミックファイバ等の断熱材を使用しなくても、真空断熱容器によって断熱することができるので、燃料改質装置の小型化及び熱効率の向上を図ることができる。
【特許文献１】特開２００３−３２７４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された燃料改質装置は、真空断熱容器により熱効率を向上させることができるものの、たとえば、発電量が１ＫＷ程度の小型の燃料電池を想定した場合、エネルギー効率が低下するといった問題があった。
一般的に、燃料改質装置を小型化するとエネルギー効率が低下するが、小型化してもエネルギー効率が低下しない、好ましくは、エネルギー効率をより向上させることの可能な改質器が要望されていた。
また、一般家庭を販売ターゲットとする小型の燃料電池においては、エネルギー効率をより向上させるとともに、改質器の構造を単純化することも強く要望されていた。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決すべく、小型化してもエネルギー効率を向上させることができ、さらに、改質器の構造を単純化することができる改質器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の改質器は、炭化水素原料を含む改質ガス燃料を、改質触媒中で加熱することにより、改質ガスを生成する改質器であって、内側筒状体および外側筒状体を有する中空筒状の改質容器と、この改質容器に充填された改質触媒と、前記改質容器と接続され、前記改質容器内の改質触媒に前記改質ガス燃料を供給する、所定の長さを有する複数の燃料供給管と、前記改質容器及び燃料供給管に貫装され、前記改質容器内で生成された前記改質ガスを排出する複数の改質ガス排出管と、を具備した構成としてある。
このようにすると、所定の長さを有する燃料供給管とこの燃料供給管に貫通した改質ガス排出管の一部とが二重管を構成し、燃料供給管と改質ガス排出管との間を流れる低温の改質ガス燃料と、改質ガス排出管内を流れる高温の改質ガスとの間で熱交換が行なわれ、改質器のエネルギー効率を向上させることができる。また、燃料供給管及び改質ガス排出管を、互いに独立した状態で改質容器と接続させる場合と比べると、燃料供給管どうしの間隔をより密にし、改質ガス燃料をより均一に改質触媒に供給できるので、改質触媒の利用率を向上させることができる。
【０００７】
また、本発明の改質器は、前記燃料供給管の下端が改質ガス燃料供給室と接続され、前記改質ガス排出管の下端が改質ガス排出室と接続され、さらに、前記改質ガス燃料供給室と改質ガス排出室を一体的に設けた構成としてある。
このようにすると、改質ガス燃料供給室を流れる低温の改質ガス燃料と、改質ガス排出室を流れる高温の改質ガスとの間で熱交換が行なわれ、改質器のエネルギー効率をさらに向上させることができる。
【０００８】
また、本発明の改質器は、前記燃料供給管の本数を、３本以上３２本以下とした構成としてある。
このようにすると、燃料供給管と改質ガス排出管との間を流れる低温の改質ガス燃料と、改質ガス排出管内を流れる高温の改質ガスとの間で行なわれる熱交換の熱伝達率を維持するとともに、改質触媒層内における改質ガス燃料の偏流を抑制し、さらに、改質器を製造する際の生産効率を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明の改質器は、前記改質ガス燃料供給室に、水平方向に突出部を設け、前記突出部に、改質ガス燃料供給孔を設けた構成としてある。
このようにすると、下部に改質ガス排出室が連結された改質ガス燃料供給室に、容易に改質ガス燃料を供給することができ、改質器の構造を単純化することができる。
【００１０】
また、本発明の改質器は、前記燃料供給管における改質ガス燃料の流路断面積に対する、前記改質ガス排出管における改質ガスの流路断面積の比を、０．０５以上５以下とした構成としてある。
このようにすると、燃料供給管と改質ガス排出管からなる二重管の伝熱効率を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明の改質器は、環状の前記改質ガス燃料供給室を流れる改質ガス燃料の流路断面積に対する、前記燃料供給管と改質ガス排出管との間を流れる改質ガス燃料の総流路断面積の比を、０．００５以上０．２以下とした構成としてある。
このようにすると、各燃料供給管にほぼ同量の改質ガス燃料を供給することができ、改質ガス燃料をより均一に改質触媒に供給できるので、改質触媒の利用率を向上させることができるとともに、改質ガス燃料の改質触媒層内における偏流を抑制する。
【００１２】
また、本発明の改質器は、環状の前記改質ガス排出室を流れる改質ガスの流路断面積に対する、前記改質ガス排出管を流れる改質ガスの総流路断面積の比を、０．００５以上０．２以下とした構成としてある。
このようにすると、改質ガス燃料の改質触媒層内における偏流をさらに抑制でき、改質触媒の利用率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明における改質器によれば、小型化してもエネルギー効率を向上させることができ、さらに、改質器の構造を単純化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態にかかる改質器の概略上面方向断面図を示している。
また、図２は、図１の概略Ａ−Ａ断面図を示している。
図１，２において、改質器１は、中心部から外周方向に向かって、バーナー５，内側輻射筒５１，改質容器２，改質容器２の下部に接続された燃料供給管３，改質容器２内に装入された改質ガス排出管４及び外殻筒５２を設け（図１参照）、さらに、改質容器２の下方に、燃料供給管３，改質ガス排出管４，改質ガス燃料供給室３０及び改質ガス排出室４０を設けた（図２参照）構成としてある。
本実施形態の改質器１は、図示してないが、燃料電池の燃料改質装置に組み込まれた改質器としてあり、改質ガス排出室４０の下方に、燃料改質装置に必要な関連機器、たとえば、水蒸発器，炭化水素原料気化器等が設けてある。
なお、本発明の改質器１は、燃料改質装置としてユニット化される場合に限定されるものではなく、たとえば、水蒸発器等から独立した状態で燃料電池に使用されてもよい。
【００１５】
改質容器２は、内側筒状体２１，外側筒状体２２，下板２３及び上板２４を備えた中空筒状の密閉容器であり、内部に改質触媒２０が充填されている。
この改質容器２は、内側筒状体２１と外側筒状体２２を円筒とし、これら円筒に円環状の下板２３及び上板２４を溶接した二重円筒としてある。
なお、改質容器２の内側筒状体２１と外側筒状体２２は、円筒形状に限定されるものではなく、たとえば、伝熱面積を増加させるために凹凸を設けた筒状体としてもよい。このようにすると、排ガスに対する伝熱面積が増加するので、エネルギー効率をさらに向上させることができる。
【００１６】
また、改質容器２は、所定の長さを有する１６本の燃料供給管３が、周方向に等間隔で下板２３に連結されており、この燃料供給管３を経由して、炭化水素原料を含む改質ガス燃料が改質容器２に供給される。このように、燃料供給管３を周方向に等間隔で配設することにより、改質ガス燃料を周方向にほぼ均一な状態で改質容器２に供給することができ、改質容器２内の改質触媒２０が周方向にほぼ同じ状態で反応する。したがって、改質触媒２０の利用率が向上する。
改質容器２に供給された改質ガス燃料は、改質容器２内部を上昇しながら改質触媒２０によって水素リッチな改質ガスに改質される。
なお、図示してないが、本実施形態では、燃料供給管３の上部に金網等のフィルターを設けて、改質触媒２０が燃料供給管３内に落下しない構造としてある。また、上記フィルターは、燃料供給管３の上部に設ける場合に限定されるものではなく、たとえば、下板２３の上部に隙間をあけて円環状のフィルターを設ける構成としてもよく、このようにすると、改質容器２内における改質ガス燃料の偏流が、より効果的に抑制される。
【００１７】
また、燃料供給管３は、上記１６本に限定されるものではなく、たとえば、８本や２４本等でもよい。
ここで、好ましくは、燃料供給管３の本数を、３本以上３２本以下とするとよい。このようにすると、燃料供給管３と改質ガス排出管４との間を流れる低温の改質ガス燃料と、改質ガス排出管４内を流れる高温の改質ガスとの間で行なわれる熱交換の熱伝達率を効果的に維持するとともに、改質触媒２０（層内）における改質ガス燃料の偏流を抑制することができ、さらに、改質器１を製造する際の生産効率を向上させることができる。この理由は、燃料供給管３の本数が２本以下となると、上記熱交換の熱伝達率が大幅に低下するからであり、また、改質触媒２０（層内）における改質ガス燃料の偏流が発生し、改質触媒２０の利用率が低下するからである。一方、燃料供給管３の本数が３３本以上となると、燃料供給管３の本数が増えることにより、改質器１を製造するための作業が増え、改質器１の生産性が低下するからである。
【００１８】
改質容器２は、容器上部に空隙２６が形成されるように、改質触媒２０が充填されており、容器上部の空隙２６に生成された改質ガスを回収する改質ガス流路として、１６本の改質ガス排出管４を配設してある。１６本の各改質ガス排出管４は、下部が上記燃料供給管３を貫通し、かつ、先端部が充填された改質触媒２０の上面から突出するように取り付けられており、空隙２６に溜まった改質ガスを改質容器２の下方に排出する。
すなわち、所定の長さを有する燃料供給管３とこの燃料供給管３に貫通した改質ガス排出管４の下部とが二重管を構成し、燃料供給管３と改質ガス排出管４との間を流れる低温の改質ガス燃料と、改質ガス排出管４内を流れる高温の改質ガスとの間で熱交換が行なわれ、改質器１のエネルギー効率を向上させる。また、図示してないが、燃料供給管３及び改質ガス排出管４を、互いに独立した状態で改質容器２と接続させる場合と比べると、燃料供給管３どうしの間隔をより密にし、改質ガス燃料をより均一に改質触媒２０に供給できるので、改質触媒２０の利用率が向上する。
【００１９】
また、好ましくは、燃料供給管３における改質ガス燃料の流路断面積に対する、改質ガス排出管４における改質ガスの流路断面積の比を、すなわち、燃料供給管３の内径と改質ガス排出管４の外径によって囲まれる円環の面積（＝Ｂ）に対する、改質ガス排出管４の内径によって囲まれる円の面積（＝Ｃ）の比（＝Ｃ／Ｂ）を、０．０５以上５以下とするとよい。このようにすると、燃料供給管３と改質ガス排出管４からなる二重管の伝熱効率が向上する。この理由は、改質ガス燃料及び改質ガスの流速が速くなりすぎると圧力損失が大きくなることから、各流速が速くなりすぎないようにする必要があり、また、上記流速を遅くするために、流路断面積を大きくすると、燃料供給管３及び改質ガス排出管４が大型化するので、適度な流路断面積を設定する必要がある。これらの条件下において、上記面積比が０．０５より小さくなると、燃料供給管３と改質ガス排出管４の間を流れる改質ガス燃料の流速が遅くなりすぎ、両ガス間の熱伝達率が低下するからである。一方、上記面積比が５を超えると、改質ガス排出管４を流れる改質ガスの流速が遅くなりすぎ、両ガス間の熱伝達率が低下するからである。
【００２０】
また、各改質ガス排出管４を各燃料供給管３内に設けることにより、燃料供給管３から供給された改質ガス燃料が、ほぼ上方に流れ偏流が発生するといった不具合を防止でき、改質触媒２０の反応速度を周方向においてほぼ均一にすることができる。したがって、改質触媒２０の寿命が尽きるまで、安定した状態で改質ガスを生成することができる。
また、改質ガス排出管４を改質容器２の内部に（改質触媒２０に対して直接接触した状態で）設けることにより、生成された高温の改質ガスが改質ガス排出管４を流れる際、周囲の改質触媒２０及び改質ガス燃料を加熱するので、エネルギー効率を向上させることができる。
【００２１】
また、本実施形態では、燃料供給管３の下端が改質ガス燃料供給室３０と接続され、改質ガス排出管４の下端が改質ガス排出室４０と接続されている。さらに、上方の改質ガス燃料供給室３０と下方の改質ガス排出室４０を一体的に（連結した状態で）設けてある。このようにすると、改質ガス燃料供給室３０を流れる低温の改質ガス燃料と、改質ガス排出室を４０流れる高温の改質ガスとの間でも熱交換が行なわれ、改質器１のエネルギー効率がさらに向上する。
【００２２】
また、改質ガス燃料供給室３０と改質ガス排出室４０が、プレス成形体であり、さらに、改質容器２の下板２３の形状にあわせて円環状としてある。すなわち、改質ガス排出室４０は、図３に示すように、（径方向において）矩形断面となる円環状であり、プレス成形により一体成形された内側壁４０１，底板４０２及び外側壁４０３と、上板として改質ガス燃料供給室３０と共用化された、改質ガス燃料供給室３０の底板３０２とからなっている。底板４０２には、改質ガス排出管４の内径より大きい内径を有する改質ガス排出管４ａが一本接続されている。また、改質ガス燃料供給室３０は、（径方向において）矩形断面となる円環状であり、プレス成形により一体成形された内側壁３０１，底板３０２及び外側壁３０３と、上板３０４とからなっている。底板３０２には、各改質ガス排出管４が接続され、各改質ガス排出管４が、改質容器２の空隙２６と改質ガス排出室４０を連通する。上板３０４には、各燃料供給管３が接続され、各燃料供給管３が、改質ガス燃料供給室３０と改質容器２を連通する。このようにすると、構造が単純化され、製造原価のコストダウンを図れる。
【００２３】
また、改質ガス燃料供給室３０は、図１，２に示すように、水平方向における対向する二箇所に、外周方向にほぼ半円状の突出部３０５が設けられており、一方の突出部３０５の底部には、燃料供給管３の内径より大きい内径を有する燃料供給管３ａが接続されており、改質ガス燃料供給孔３０５ａを介して、改質ガス燃料が供給される。また、他方の突出部３０５の底部には、安全弁（図示せず）と連通する配管（図示せず）が接続されている。このようにすると、下部に改質ガス排出室４０が連結された改質ガス燃料供給室３０に、容易に燃料供給管３ａを接続することができ、製造原価のコストダウンを図ることができる。
【００２４】
ここで、好ましくは、環状の改質ガス燃料供給室３０を流れる改質ガス燃料の流路断面積（図３におけるｗ×ｈ）に対する、燃料供給管３と改質ガス排出管４との間を流れる改質ガス燃料の総流路断面積の比（＝総流路断面積／流路断面積）を、０．００５以上０．２以下とするとよい。このようにすると、各燃料供給管３にほぼ同量の改質ガス燃料を供給することができ、改質ガス燃料をより均一に改質触媒２０に供給できるので、改質触媒２０の利用率を向上させることができるとともに、改質ガス燃料の改質触媒２０（層内）における偏流を抑制することができる。この理由は、上記総流路断面積の比が、０．００５より小さいと、改質ガス燃料供給室３０が大型化しすぎるからであり、０．２より大きいと、各燃料供給管３を通過する改質ガス燃料の量が、燃料供給管３ａとの距離に応じて大幅にばらつくからである。つまり、０．２より大きいと、燃料供給管３ａに近い位置の燃料供給管３を通過する改質ガス燃料の流量が多くなり、燃料供給管３ａから離れた位置の燃料供給管３を通過する改質ガス燃料の流量が小さくなり、燃料供給管３の各々の流量が均一でなくなるからである。
【００２５】
また、さらに好ましくは、環状の改質ガス排出室４０を流れる改質ガスの流路断面積（図３におけるＷ×Ｈ）に対する、改質ガス排出管４を流れる改質ガスの総流路断面積の比（＝総流路断面積／流路断面積）を、０．００５以上０．２以下とするとよい。このようにすると、改質ガス燃料の改質触媒２０（層内）における偏流を抑制でき、改質触媒２０の利用率を向上させることができる。この理由は、上記総流路断面積の比が、０．００５より小さいと、改質ガス排出室４０が大型化しすぎるからであり、０．２より大きいと、各改質ガス排出管４を通過する改質ガスの量が、改質ガス排出管４ａとの距離に応じて大幅にばらつき、このばらつきに起因して、改質触媒２０の均一な反応が損なわれるからである。つまり、０．２より大きいと、改質ガス排出管４ａに近い位置の改質ガス排出管４を通過する改質ガスの流量が多くなり、改質ガス排出管４ａから離れた位置の改質ガス排出管４を通過する改質ガスの流量が小さくなり、改質ガス排出管４の各々の流量が均一でなくなるからである。
【００２６】
なお、上述したように、改質ガス燃料供給室３０を流れる改質ガス燃料の流路断面積に対する、燃料供給管３と改質ガス排出管４との間を流れる改質ガス燃料の総流路断面積の比を、０．００５以上０．２以下とする、又は、改質ガス排出室４０を流れる改質ガスの流路断面積に対する、改質ガス排出管４を流れる改質ガスの総流路断面積の比を、０．００５以上０．２以下とするのいずれか一方を実施することにより、改質ガス燃料の改質触媒２０（層内）における偏流を抑制することができる。また、両方を実施することにより、さらに効果的に偏流を抑制することができる。
【００２７】
改質器１は、改質容器２の下方中心部に、バーナー５が設けてあり、このバーナー５と改質容器２の間に、バーナー５からの炎５０が改質容器２に直接当たらないように、改質容器２とほぼ同じ高さを有する内側輻射筒５１が設けてある。この内側輻射筒５１と改質容器２との間には、排ガス内側流路５１１が形成され、バーナー５によって上方に吹き上げられた排ガスの一部は、この排ガス内側流路５１１を通って下方向に流れ、この際、改質容器２の内側筒状体２１と接触して、改質容器２を加熱する。
【００２８】
また、外殻筒５２と改質容器２の外側筒状体２２との間には、排ガス外側流路５２１が形成され、バーナー５によって上方に吹き上げられた排ガスの残りは、この排ガス外側流路５２１を通って下方向に流れる。この際、排ガスが改質容器２の外側筒状体２２と接触して改質容器２を加熱する。
なお、図示してないが、外殻筒５２の内側に、断熱手段として、真空断熱容器や断熱材を使用してもよい。
【００２９】
ここで、好ましくは、改質容器２，排ガス内側流路５１１及び排ガス外側流路５２１をバーナー５に対して同心状に設けるとよく、このようにすると、改質容器２に充填された改質触媒２０を、周方向にほぼ均一に加熱することができ、改質触媒２０を有効に利用することができる。また、周方向に対して反応条件をほぼ同じにすることができるので、生成される改質ガスの濃度が、周方向によって異なるといった不具合を防止することができる。
なお、バーナー５は、一本の炎５０が噴き出す構成としてあるが、このタイプのバーナーに限定されるものではなく、たとえば、円環状に炎が噴き出すバーナーを使用してもよい。
【００３０】
次に、上記構成の改質器１の定常運転動作について説明する。
まず、改質器１は、バーナー５が点火され、内側輻射筒５１を通って上昇した排ガスが排ガス内側流路５１１及び排ガス外側流路５２１を流れ、改質容器２の内側筒状体２１及び外側筒状体２２の両側面から改質容器２を加熱する。そして、改質容器２等が所定の温度まで加熱すると、定常運転動作に入る。
【００３１】
定常運転動作において、改質器１は、ボイラー（図示せず）が改質ガス燃料を約２００℃に昇温し、昇温された改質ガス燃料が、燃料供給管３ａを経由して改質ガス燃料供給室３０に供給される。この改質ガス燃料供給室３０に供給された改質ガス燃料は、改質ガス燃料供給室３０を通過する際、改質ガス排出室４０を通過する改質ガス及び改質ガス燃料供給室３０の周囲を流れる排ガスとの間で、熱交換が行われ昇温する。
【００３２】
次に、改質器１は、改質ガス燃料供給室３０を流れる改質ガス燃料が、燃料供給管３に流入し、燃料供給管３内（燃料供給管３と改質ガス排出管４との間の円筒状の通路）を上方に移動する。この際、改質ガス燃料は、改質ガス排出管４内を下方に流れる高温の改質ガス及び燃料供給管３の外部を下方に流れる高温の排ガスとの間で、熱交換が行なわれ昇温し、約５００℃に昇温された状態で、燃料供給管３から改質容器２に供給される。すなわち、本実施形態によれば、高温の改質ガス及び排ガスを有効に利用して、エネルギー効率を向上させることができ、さらに、燃料供給管３，改質ガス排出管４，改質ガス燃料供給室３０及び改質ガス排出室４０の構造を単純化することができる。
【００３３】
次に、改質器１は、改質容器２に供給された改質ガス燃料が、改質容器２内を上昇しながら加熱され、改質触媒２０によって化学反応を起こし、改質容器２の上部（空隙２６）に到達するころには水素リッチな改質ガスに改質されるとともに、約７００℃に昇温される。
【００３４】
次に、改質器１は、上記のように生成された改質ガスが、改質ガス排出管４及び改質ガス排出室４０を介して改質容器２の下方に排出される。この際、改質ガス排出管４の上部において、約７００℃の高温改質ガスは、改質容器２内における流路を通過するとき、改質触媒２０及び改質ガス燃料を加熱する。また、改質ガスは、燃料供給管３内における流路を通過するとき、燃料供給管３内の改質ガス燃料を加熱し、さらに、改質ガス排出室４０における流路を通過するとき、改質ガス燃料供給室３０内の改質ガス燃料を加熱する。
【００３５】
このように、本実施形態の改質器１によれば、改質器１が小型化した場合であっても、エネルギー効率を向上させることができ、さらに、改質器１の構造を単純化することができる。
【００３６】
以上、本発明の改質器について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明に係る改質器は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、改質器１は、燃料供給管３の周囲に比較的大きな空きスペースを設けているが、この構造に限定されるものではなく、たとえば、他の熱交換手等を設けてもよい。このように、空きスペースを有効活用することにより、改質器１の小型化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の改質器は、触媒として改質触媒を用い、反応ガスとして改質ガス燃料を用いる場合に限定されるものではなく、たとえば、所定の温度で触媒を用いて化学反応を行なう反応装置としても、本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる改質器の概略上面方向断面図を示している。
【図２】図１の概略Ａ−Ａ断面図を示している。
【図３】図２の要部の概略拡大断面図を示している。
【符号の説明】
【００３９】
１ 改質器
２ 改質容器
３，３ａ 燃料供給管
４，４ａ 改質ガス排出管
５ バーナー
２０ 改質触媒
２１ 内側筒状体
２２ 外側筒状体
２３ 下板
２４ 上板
２６ 空隙
３０ 改質ガス燃料供給室
４０ 改質ガス排出室
５０ 炎
５１ 内側輻射筒
５２ 外殻筒
３０１ 内側壁
３０２ 底板
３０３ 外側壁
３０４ 上板
３０５ 突出部
３０５ａ 改質ガス燃料供給孔
４０１ 内側壁
４０２ 底板
４０３ 外側壁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素原料を含む改質ガス燃料を、改質触媒中で加熱することにより、改質ガスを生成する改質器であって、
内側筒状体および外側筒状体を有する中空筒状の改質容器と、
この改質容器に充填された改質触媒と、
前記改質容器と接続され、前記改質容器内の改質触媒に前記改質ガス燃料を供給する、所定の長さを有する複数の燃料供給管と、
前記改質容器及び燃料供給管に貫装され、前記改質容器内で生成された前記改質ガスを排出する複数の改質ガス排出管と、
を具備したことを特徴とする改質器。
【請求項２】
前記燃料供給管の下端が改質ガス燃料供給室と接続され、前記改質ガス排出管の下端が改質ガス排出室と接続され、さらに、前記改質ガス燃料供給室と改質ガス排出室を一体的に設けたことを特徴とする請求項１記載の改質器。
【請求項３】
前記燃料供給管の本数を、３本以上３２本以下としたことを特徴とする請求項１又は２記載の改質器。
【請求項４】
前記改質ガス燃料供給室に、水平方向に突出部を設け、前記突出部に、改質ガス燃料供給孔を設けたことを特徴とする請求項２又は３記載の改質器。
【請求項５】
前記燃料供給管における改質ガス燃料の流路断面積に対する、前記改質ガス排出管における改質ガスの流路断面積の比を、０．０５以上５以下としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の改質器。
【請求項６】
環状の前記改質ガス燃料供給室を流れる改質ガス燃料の流路断面積に対する、前記燃料供給管と改質ガス排出管との間を流れる改質ガス燃料の総流路断面積の比を、０．００５以上０．２以下としたことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の改質器。
【請求項７】
環状の前記改質ガス排出室を流れる改質ガスの流路断面積に対する、前記改質ガス排出管を流れる改質ガスの総流路断面積の比を、０．００５以上０．２以下としたことを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の改質器。
【請求項１】
炭化水素原料を含む改質ガス燃料を、改質触媒中で加熱することにより、改質ガスを生成する改質器であって、
内側筒状体および外側筒状体を有する中空筒状の改質容器と、
この改質容器に充填された改質触媒と、
前記改質容器と接続され、前記改質容器内の改質触媒に前記改質ガス燃料を供給する、所定の長さを有する複数の燃料供給管と、
前記改質容器及び燃料供給管に貫装され、前記改質容器内で生成された前記改質ガスを排出する複数の改質ガス排出管と、
を具備したことを特徴とする改質器。
【請求項２】
前記燃料供給管の下端が改質ガス燃料供給室と接続され、前記改質ガス排出管の下端が改質ガス排出室と接続され、さらに、前記改質ガス燃料供給室と改質ガス排出室を一体的に設けたことを特徴とする請求項１記載の改質器。
【請求項３】
前記燃料供給管の本数を、３本以上３２本以下としたことを特徴とする請求項１又は２記載の改質器。
【請求項４】
前記改質ガス燃料供給室に、水平方向に突出部を設け、前記突出部に、改質ガス燃料供給孔を設けたことを特徴とする請求項２又は３記載の改質器。
【請求項５】
前記燃料供給管における改質ガス燃料の流路断面積に対する、前記改質ガス排出管における改質ガスの流路断面積の比を、０．０５以上５以下としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の改質器。
【請求項６】
環状の前記改質ガス燃料供給室を流れる改質ガス燃料の流路断面積に対する、前記燃料供給管と改質ガス排出管との間を流れる改質ガス燃料の総流路断面積の比を、０．００５以上０．２以下としたことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の改質器。
【請求項７】
環状の前記改質ガス排出室を流れる改質ガスの流路断面積に対する、前記改質ガス排出管を流れる改質ガスの総流路断面積の比を、０．００５以上０．２以下としたことを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の改質器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−３１２４９（Ｐ２００７−３１２４９Ａ）
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２２０８９１（Ｐ２００５−２２０８９１）
【出願日】平成１７年７月２９日（２００５．７．２９）
【出願人】（０００１８３６４６）出光興産株式会社 (2,069)
【出願人】（００００００５３８）株式会社コロナ (753)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２９日（２００５．７．２９）
【出願人】（０００１８３６４６）出光興産株式会社 (2,069)
【出願人】（００００００５３８）株式会社コロナ (753)
【Ｆターム（参考）】
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