JP2003183003A - 多管式反応器 - Google Patents
多管式反応器Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 多管式反応器において、長期間の熱サイクル
により各反応管の触媒が粉化して充填量が減少しても、
各反応管の体積減少分を補えるようにする。 【解決手段】 多管式反応器を改質器に適用する場合、
反応器１内に触媒５を充填した複数の反応管２を円周方
向に沿って等間隔で立設し、各反応管２の下端部を原燃
料室３に連結し、上端部を反応器１の上部に設けられた
空間層４（空間室）に連結して連通させる。空間層４内
に触媒５と同一の触媒又は触媒５とほぼ同大の充填補助
物６を適宜の高さで充填する。長時間運転で各反応管２
内の触媒５が粉化して充填量が減少すると、充填補助物
６が反応管２内に落ち込んで触媒５の体積減少分を補填
する。
により各反応管の触媒が粉化して充填量が減少しても、
各反応管の体積減少分を補えるようにする。 【解決手段】 多管式反応器を改質器に適用する場合、
反応器１内に触媒５を充填した複数の反応管２を円周方
向に沿って等間隔で立設し、各反応管２の下端部を原燃
料室３に連結し、上端部を反応器１の上部に設けられた
空間層４（空間室）に連結して連通させる。空間層４内
に触媒５と同一の触媒又は触媒５とほぼ同大の充填補助
物６を適宜の高さで充填する。長時間運転で各反応管２
内の触媒５が粉化して充填量が減少すると、充填補助物
６が反応管２内に落ち込んで触媒５の体積減少分を補填
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
の改質器等に用いられる多管式反応器に関する。
の改質器等に用いられる多管式反応器に関する。
【０００２】
【従来の技術】多管式反応器は、例えば燃料電池システ
ムにおける燃料改質装置の改質器として使用されてい
る。この改質器としての多管式反応器は、従来例えば図
５に示すように改質用触媒Ａを充填した複数の反応管
（改質管）Ｂと、触媒Ａに反応熱を与える燃焼器Ｃと、
この燃焼器Ｃの高温燃焼ガスを導く燃焼筒Ｄとを備えて
いる（特開平７−３３４０２）。
ムにおける燃料改質装置の改質器として使用されてい
る。この改質器としての多管式反応器は、従来例えば図
５に示すように改質用触媒Ａを充填した複数の反応管
（改質管）Ｂと、触媒Ａに反応熱を与える燃焼器Ｃと、
この燃焼器Ｃの高温燃焼ガスを導く燃焼筒Ｄとを備えて
いる（特開平７−３３４０２）。
【０００３】この場合、燃焼筒Ｄ内に設けたガイドフィ
ンＥによって高熱燃焼ガスをスパイラル流にして上昇さ
せ、容器内の上部に設けた整流板Ｆで高熱燃焼ガスを半
径方向に均一に分散させて複数の反応管Ｂの頂部よりダ
ウンフローさせる。これにより、各反応管Ｂを加熱して
触媒Ａに反応熱を付与する。改質すべき炭化水素系燃料
は、入口ノズルＧから各反応管Ｂに導入されると共に、
反応管Ｂの触媒Ａ中を上昇しながら通過し、触媒Ａの作
用によって水素を主体とした燃料ガスに改質される。改
質された燃料ガスは反応管Ｂの内部に設けられたガス管
Ｈ内を通って下降し、出口ノズルＩから取り出される。
燃焼ガスは、排出口Ｊから排出される。
ンＥによって高熱燃焼ガスをスパイラル流にして上昇さ
せ、容器内の上部に設けた整流板Ｆで高熱燃焼ガスを半
径方向に均一に分散させて複数の反応管Ｂの頂部よりダ
ウンフローさせる。これにより、各反応管Ｂを加熱して
触媒Ａに反応熱を付与する。改質すべき炭化水素系燃料
は、入口ノズルＧから各反応管Ｂに導入されると共に、
反応管Ｂの触媒Ａ中を上昇しながら通過し、触媒Ａの作
用によって水素を主体とした燃料ガスに改質される。改
質された燃料ガスは反応管Ｂの内部に設けられたガス管
Ｈ内を通って下降し、出口ノズルＩから取り出される。
燃焼ガスは、排出口Ｊから排出される。
【０００４】取り出された燃料ガスは、通常ＣＯ変成器
及びＣＯ除去器を経て燃料ガス中の一酸化炭素が所定濃
度となるように変成され、燃料電池のアノード（燃料
極）に供給される。一方、燃料電池のカソード（空気
極）には空気が供給され、電解質を介して電気化学反応
が生じることにより電気と水とが生成される。
及びＣＯ除去器を経て燃料ガス中の一酸化炭素が所定濃
度となるように変成され、燃料電池のアノード（燃料
極）に供給される。一方、燃料電池のカソード（空気
極）には空気が供給され、電解質を介して電気化学反応
が生じることにより電気と水とが生成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の多管式
反応器によると、複数の反応管Ｂをそれぞれ周囲均一に
加熱することができるので熱応力の差による反応管Ｂの
変形を防止し、且つ反応管内の触媒Ａに均等に反応熱を
付与できるので触媒利用率の向上が図れる。しかしなが
ら、この多管式反応器では、各反応管の最上部に触媒充
填部がなく空隙となっている。この場合、反応器の運転
に伴う繰り返しの熱サイクルにより反応管Ｂが熱膨張、
収縮を起こす。この時、内部に充填されている触媒Ａが
圧壊等により粉化し、各反応管Ｂの触媒充填体積が減少
し触媒充填量に差が生じる。このため、各反応管Ｂで触
媒層に圧力差が発生し、各反応管Ｂへのガス分配が不均
一になる。又、各反応管Ｂでの触媒層に温度差が生じ、
反応器の性能低下や寿命の低下が発生するという問題が
あった。
反応器によると、複数の反応管Ｂをそれぞれ周囲均一に
加熱することができるので熱応力の差による反応管Ｂの
変形を防止し、且つ反応管内の触媒Ａに均等に反応熱を
付与できるので触媒利用率の向上が図れる。しかしなが
ら、この多管式反応器では、各反応管の最上部に触媒充
填部がなく空隙となっている。この場合、反応器の運転
に伴う繰り返しの熱サイクルにより反応管Ｂが熱膨張、
収縮を起こす。この時、内部に充填されている触媒Ａが
圧壊等により粉化し、各反応管Ｂの触媒充填体積が減少
し触媒充填量に差が生じる。このため、各反応管Ｂで触
媒層に圧力差が発生し、各反応管Ｂへのガス分配が不均
一になる。又、各反応管Ｂでの触媒層に温度差が生じ、
反応器の性能低下や寿命の低下が発生するという問題が
あった。
【０００６】そこで、本発明はこのような問題を解消す
るためになされ、熱サイクルにより各反応管の触媒充填
体積が減少し、充填量が減少しても各反応管の体積減少
分を補えるようにした多管式反応器を提供することを目
的とする。
るためになされ、熱サイクルにより各反応管の触媒充填
体積が減少し、充填量が減少しても各反応管の体積減少
分を補えるようにした多管式反応器を提供することを目
的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の手段として、本発明は、請求項１のように、触媒を充
填した複数の反応管が立設状態で内蔵された多管式反応
器において、この反応器の上部に空間層を設け、この空
間層と各反応管の上部を連通させると共に、空間層に充
填補助物を充填したことを特徴とする多管式反応器を要
旨する。又、請求項２のように、前記充填補助物は反応
管に充填した触媒と同じ触媒であること、請求項３のよ
うに、前記充填補助物は反応管に充填した触媒とほぼ同
大の粒状物であること、請求項４のように、前記充填補
助物は反応管に充填した触媒が粉化等により体積減少し
た場合に、反応管に落ち込んで体積減少分を補うこと、
を特徴とするものである。
の手段として、本発明は、請求項１のように、触媒を充
填した複数の反応管が立設状態で内蔵された多管式反応
器において、この反応器の上部に空間層を設け、この空
間層と各反応管の上部を連通させると共に、空間層に充
填補助物を充填したことを特徴とする多管式反応器を要
旨する。又、請求項２のように、前記充填補助物は反応
管に充填した触媒と同じ触媒であること、請求項３のよ
うに、前記充填補助物は反応管に充填した触媒とほぼ同
大の粒状物であること、請求項４のように、前記充填補
助物は反応管に充填した触媒が粉化等により体積減少し
た場合に、反応管に落ち込んで体積減少分を補うこと、
を特徴とするものである。
【０００８】本発明では、多管式反応器の上部に各反応
管の上部に連通する空間層を設け、この空間層に触媒と
同一の触媒又は触媒とほぼ同大の粒状物等の充填補助物
を充填したので、熱サイクルにより各反応管の触媒充填
体積が減少し、充填量が減少しても充填補助物によって
各反応管の体積減少分を補うことができる。このため、
各反応管での充填体積に変化が生じることがなく、ガス
分配を均一に行うことができる。
管の上部に連通する空間層を設け、この空間層に触媒と
同一の触媒又は触媒とほぼ同大の粒状物等の充填補助物
を充填したので、熱サイクルにより各反応管の触媒充填
体積が減少し、充填量が減少しても充填補助物によって
各反応管の体積減少分を補うことができる。このため、
各反応管での充填体積に変化が生じることがなく、ガス
分配を均一に行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に、本発明に係る多管式反応器
の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、本
発明に係る多管式反応器を改質器に適用した実施形態を
示すもので、（ａ）は概略縦断面図、（ｂ）はそのＸ−
Ｘ線断面図である。
の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、本
発明に係る多管式反応器を改質器に適用した実施形態を
示すもので、（ａ）は概略縦断面図、（ｂ）はそのＸ−
Ｘ線断面図である。
【００１０】図１（ａ）、（ｂ）において、１は円筒状
の反応器（改質器）であり、その内部に複数の反応管２
が円周方向に一定の間隔をあけて立設され、各反応管２
の下端部は原燃料室３に連結され、上端部は上部に設け
られた空間層４（空間室）に連結されて連通している。
の反応器（改質器）であり、その内部に複数の反応管２
が円周方向に一定の間隔をあけて立設され、各反応管２
の下端部は原燃料室３に連結され、上端部は上部に設け
られた空間層４（空間室）に連結されて連通している。
【００１１】各反応管２の内部には改質用の触媒５が充
填され、その粒状の触媒５を保持するために各反応管２
の下端部には金網２ａが取り付けられている。触媒５は
各反応管２の上端まで充填されている。
填され、その粒状の触媒５を保持するために各反応管２
の下端部には金網２ａが取り付けられている。触媒５は
各反応管２の上端まで充填されている。
【００１２】前記空間層４の内部には、充填補助物６が
各反応管２の触媒５から連続して充填されている。この
充填補助物６は、触媒５と同一の触媒又は触媒５とほぼ
同じ大きさの粒状物であることが好ましい。粒状物とし
ては、例えばアルミナボールを用いることができ、その
他ジルコニアやＳＵＳ等で形成したものを使用できる。
各反応管２の触媒５から連続して充填されている。この
充填補助物６は、触媒５と同一の触媒又は触媒５とほぼ
同じ大きさの粒状物であることが好ましい。粒状物とし
ては、例えばアルミナボールを用いることができ、その
他ジルコニアやＳＵＳ等で形成したものを使用できる。
【００１３】反応器１の下部にはバーナ７が設置され、
このバーナ７で燃焼された高熱燃焼ガスは前記原燃料室
３の中央部に設けられた燃焼ガス通路８を通って反応器
１内に入り、上昇しながら複数の反応管２を加熱すると
共に、反応器１の側壁上部に取り付けられた排出口１ａ
から排出する。
このバーナ７で燃焼された高熱燃焼ガスは前記原燃料室
３の中央部に設けられた燃焼ガス通路８を通って反応器
１内に入り、上昇しながら複数の反応管２を加熱すると
共に、反応器１の側壁上部に取り付けられた排出口１ａ
から排出する。
【００１４】又、反応器１の側壁下部には、原燃料室３
に通じる燃料ガス導入口１ｂが取り付けられ、側壁上端
部には空間層４に通じる燃料ガス取出口１ｃが取り付け
られている。
に通じる燃料ガス導入口１ｂが取り付けられ、側壁上端
部には空間層４に通じる燃料ガス取出口１ｃが取り付け
られている。
【００１５】このように構成された多管式反応器（改質
器）において、原燃料ガス（都市ガス等）がバーナ７に
供給されて燃焼し、その高熱燃焼ガスは前記のように原
燃料室３中央部の燃焼ガス通路８を通った後各反応管２
の周囲に流入し、複数の反応管２を加熱する。これによ
り、各反応管２の触媒５が反応温度（通常６５０℃〜７
００℃）まで昇温される。
器）において、原燃料ガス（都市ガス等）がバーナ７に
供給されて燃焼し、その高熱燃焼ガスは前記のように原
燃料室３中央部の燃焼ガス通路８を通った後各反応管２
の周囲に流入し、複数の反応管２を加熱する。これによ
り、各反応管２の触媒５が反応温度（通常６５０℃〜７
００℃）まで昇温される。
【００１６】改質すべき原燃料ガスは蒸気が混入され
て、前記燃料ガス導入口１ｂから原燃料室３に供給さ
れ、この原燃料室３から各反応管２に分配される。各反
応管２に流入した原燃料ガスは、触媒５層を通過しなが
ら上昇し、その際触媒５の作用によって水蒸気改質（Ｃ
Ｈ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２）される。
て、前記燃料ガス導入口１ｂから原燃料室３に供給さ
れ、この原燃料室３から各反応管２に分配される。各反
応管２に流入した原燃料ガスは、触媒５層を通過しなが
ら上昇し、その際触媒５の作用によって水蒸気改質（Ｃ
Ｈ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２）される。
【００１７】これにより、原燃料ガスは水素主体の燃料
ガスに改質され、各反応管２の上端から前記充填補助物
６を通過して空間層４に流入し、燃料ガス取出口１ｃか
ら取り出される。
ガスに改質され、各反応管２の上端から前記充填補助物
６を通過して空間層４に流入し、燃料ガス取出口１ｃか
ら取り出される。
【００１８】反応器１の運転中は、繰り返しの熱サイク
ルにより反応管２が熱膨張、収縮を起こす。この時、内
部に充填されている触媒５が圧壊等により粉化し、各反
応管２の触媒充填体積が減少し触媒充填量に差が生じ
る。
ルにより反応管２が熱膨張、収縮を起こす。この時、内
部に充填されている触媒５が圧壊等により粉化し、各反
応管２の触媒充填体積が減少し触媒充填量に差が生じ
る。
【００１９】反応管２内の触媒５の体積が減少すると、
前記充填補助物６が反応管２内に落ち込んでその減少分
を補填する。これにより、各反応管２の触媒充填量に差
が生じることがなく、原燃料室３からの各反応管２への
ガス分配が均一になる。又、各反応管２での触媒５に温
度差が生じることなく、反応器１の性能低下や寿命の低
下を防ぐことができる。充填補助物６が触媒５と同一の
触媒である場合には、各反応管２内の触媒レベルを常時
一定に保持することができる。粉化した触媒はやがて原
燃料室３に落下するので、反応管２が目詰まりすること
はない。
前記充填補助物６が反応管２内に落ち込んでその減少分
を補填する。これにより、各反応管２の触媒充填量に差
が生じることがなく、原燃料室３からの各反応管２への
ガス分配が均一になる。又、各反応管２での触媒５に温
度差が生じることなく、反応器１の性能低下や寿命の低
下を防ぐことができる。充填補助物６が触媒５と同一の
触媒である場合には、各反応管２内の触媒レベルを常時
一定に保持することができる。粉化した触媒はやがて原
燃料室３に落下するので、反応管２が目詰まりすること
はない。
【００２０】空間層４内の充填補助物６の高さは、反応
管２の全長の５％以上であることが好ましい。５％未満
であると、長時間運転した場合に充填補助物６が不足
し、各反応管２の充填体積に変化が現れる。その結果、
各反応管２へのガス分配に差が生じ、触媒層に温度分布
のむらができる。本実施形態では、充填補助物６の高さ
を反応管２の全長の１０％とした。
管２の全長の５％以上であることが好ましい。５％未満
であると、長時間運転した場合に充填補助物６が不足
し、各反応管２の充填体積に変化が現れる。その結果、
各反応管２へのガス分配に差が生じ、触媒層に温度分布
のむらができる。本実施形態では、充填補助物６の高さ
を反応管２の全長の１０％とした。
【００２１】運転時間３０００時間（３９０サイクル）
後には、各反応管２の触媒体積は粉化等により減少し、
触媒量は減少するものの、空間層４に存在する充填補助
物６が自然に落ち込むことで空隙部を生じさせない。こ
のため、各反応管２の差圧が小さく、各反応管２へガス
流量を長期間に亘って均一に流すことが可能となった。
後には、各反応管２の触媒体積は粉化等により減少し、
触媒量は減少するものの、空間層４に存在する充填補助
物６が自然に落ち込むことで空隙部を生じさせない。こ
のため、各反応管２の差圧が小さく、各反応管２へガス
流量を長期間に亘って均一に流すことが可能となった。
【００２２】図２は、各反応管２の触媒層温度分布を測
定したグラフであり、この場合は５本の反応管に番号
〜を付けて区別してある。反応管〜反応管の触媒
層温度はほぼ６８０℃〜７１０℃の範囲内に収まり、各
反応管２の触媒層温度差は約３０℃に改善された。ちな
みに、従来例では各反応管の触媒層温度はほぼ６２０℃
〜６８０℃の範囲内であり、約６０℃の温度差が生じて
いた。従来例に比して触媒層温度のばらつきが極めて小
さいことが判明した。
定したグラフであり、この場合は５本の反応管に番号
〜を付けて区別してある。反応管〜反応管の触媒
層温度はほぼ６８０℃〜７１０℃の範囲内に収まり、各
反応管２の触媒層温度差は約３０℃に改善された。ちな
みに、従来例では各反応管の触媒層温度はほぼ６２０℃
〜６８０℃の範囲内であり、約６０℃の温度差が生じて
いた。従来例に比して触媒層温度のばらつきが極めて小
さいことが判明した。
【００２３】図３は、本発明に係る多管式反応器をＣＯ
除去器に適用した実施形態を示すもので、（ａ）は概略
縦断面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図である。前記反
応器１（改質器）で改質された燃料ガス中には、ＣＯが
１０数％含まれており、この燃料ガスをそのまま燃料電
池（図略）に供給すると、電極触媒を被毒して電池性能
が低下する。このため、反応器１からの燃料ガスをＣＯ
変成器（図略）に送り込んで、ＣＯをＣＯ２に変成する
（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２）。これにより、燃料ガ
ス中のＣＯ濃度を１％以下に低下するが、更にこの燃料
ガスをＣＯ除去器に送り込んでＣＯを選択的に酸化し、
ＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下に低減してから燃料電池に供
給することが行われている。
除去器に適用した実施形態を示すもので、（ａ）は概略
縦断面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図である。前記反
応器１（改質器）で改質された燃料ガス中には、ＣＯが
１０数％含まれており、この燃料ガスをそのまま燃料電
池（図略）に供給すると、電極触媒を被毒して電池性能
が低下する。このため、反応器１からの燃料ガスをＣＯ
変成器（図略）に送り込んで、ＣＯをＣＯ２に変成する
（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２）。これにより、燃料ガ
ス中のＣＯ濃度を１％以下に低下するが、更にこの燃料
ガスをＣＯ除去器に送り込んでＣＯを選択的に酸化し、
ＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下に低減してから燃料電池に供
給することが行われている。
【００２４】図３（ａ）、（ｂ）において、１１は円筒
状の反応器（ＣＯ除去器）であり、その内部に複数の反
応管１２が円周方向に一定の間隔をあけて立設され、各
反応管１２の下端部はリング状の燃料室１３に連結さ
れ、上端部は空間層１４（空間室）に連結されて連通し
ている。
状の反応器（ＣＯ除去器）であり、その内部に複数の反
応管１２が円周方向に一定の間隔をあけて立設され、各
反応管１２の下端部はリング状の燃料室１３に連結さ
れ、上端部は空間層１４（空間室）に連結されて連通し
ている。
【００２５】各反応管１２の内部には選択酸化用の触媒
１５が充填され、その粒状の触媒１５を保持するために
各反応管１２の下端部には金網１２ａが取り付けられて
いる。触媒１５は各反応管１２の上端まで充填されてい
る。
１５が充填され、その粒状の触媒１５を保持するために
各反応管１２の下端部には金網１２ａが取り付けられて
いる。触媒１５は各反応管１２の上端まで充填されてい
る。
【００２６】前記空間層１４の内部には、各反応管１２
と同一の触媒１６が各反応管１２の触媒１５から連続し
て充填され、反応管１２の全長とほぼ同等の高さとし
た。
と同一の触媒１６が各反応管１２の触媒１５から連続し
て充填され、反応管１２の全長とほぼ同等の高さとし
た。
【００２７】燃料室１３の側壁下部には燃料ガス導入口
１３ａが取り付けられ、反応器１１の側壁を貫通して外
部に突出しており、又空間層１４の側壁上部には燃料ガ
ス取出口１４ａが取り付けられ、この燃料ガス取出口１
４ａも反応器１１の側壁を貫通して外部に突出してい
る。
１３ａが取り付けられ、反応器１１の側壁を貫通して外
部に突出しており、又空間層１４の側壁上部には燃料ガ
ス取出口１４ａが取り付けられ、この燃料ガス取出口１
４ａも反応器１１の側壁を貫通して外部に突出してい
る。
【００２８】燃料室１３及び空間層１４の外壁と、反応
器１１の内壁との間は隙間があって通気路１７になって
おり、反応器１１の下部に設けられた入口１１ａから供
給される冷却空気が、通気路１７及び燃料室１３の中央
部に設けられた冷気通路１８を通って反応器１１の上部
に設けられた出口１１ｂから排出される。ここでの触媒
反応は、改質器とは異なって発熱反応であるため、反応
温度以上に昇温しないように各反応管１２を冷却する必
要がある。
器１１の内壁との間は隙間があって通気路１７になって
おり、反応器１１の下部に設けられた入口１１ａから供
給される冷却空気が、通気路１７及び燃料室１３の中央
部に設けられた冷気通路１８を通って反応器１１の上部
に設けられた出口１１ｂから排出される。ここでの触媒
反応は、改質器とは異なって発熱反応であるため、反応
温度以上に昇温しないように各反応管１２を冷却する必
要がある。
【００２９】選択酸化すべき燃料ガスは空気が混入され
て、前記燃料ガス導入口１３ａから燃料室１３に供給さ
れ、この燃料室１３から各反応管１２に分配される。各
反応管１２に流入した燃料ガスは、触媒１５層を通過し
ながら上昇し、その際触媒１５の作用によって選択酸化
される（ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２）。
て、前記燃料ガス導入口１３ａから燃料室１３に供給さ
れ、この燃料室１３から各反応管１２に分配される。各
反応管１２に流入した燃料ガスは、触媒１５層を通過し
ながら上昇し、その際触媒１５の作用によって選択酸化
される（ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２）。
【００３０】これにより、燃料ガス中のＣＯは所定濃度
に低減され、各反応管１２の上端から前記充填補助物１
６を通過して空間層１４に流入し、燃料ガス取出口１４
ａから取り出される。取り出された燃料ガスは、燃料電
池に供給される。
に低減され、各反応管１２の上端から前記充填補助物１
６を通過して空間層１４に流入し、燃料ガス取出口１４
ａから取り出される。取り出された燃料ガスは、燃料電
池に供給される。
【００３１】本実施形態において、運転時間５０００時
間（４８０サイクル）後には、各反応管１２の触媒体積
は粉化等により減少し、触媒量は減少するが前記充填補
助物１６が反応管１２内に落ち込んでその減少分を補え
る。これにより、各反応管１２の触媒充填量に差が生じ
ることがなく、燃料室１３からの各反応管１２へのガス
分配が均一になる。又、各反応管１２での触媒１５に温
度差が生じることなく、反応器１１の性能低下や寿命の
低下を防ぐことができる。充填補助物１６は触媒１５と
同一の触媒であるから、各反応管１２内の触媒レベルを
常時一定に保持することができる。
間（４８０サイクル）後には、各反応管１２の触媒体積
は粉化等により減少し、触媒量は減少するが前記充填補
助物１６が反応管１２内に落ち込んでその減少分を補え
る。これにより、各反応管１２の触媒充填量に差が生じ
ることがなく、燃料室１３からの各反応管１２へのガス
分配が均一になる。又、各反応管１２での触媒１５に温
度差が生じることなく、反応器１１の性能低下や寿命の
低下を防ぐことができる。充填補助物１６は触媒１５と
同一の触媒であるから、各反応管１２内の触媒レベルを
常時一定に保持することができる。
【００３２】図４は、各反応管１２の触媒層温度分布を
測定したグラフであり、この場合は４本の反応管に番号
〜を付けて区別してある。反応管〜反応管の触
媒層温度は、ほぼ１４５℃〜１６０℃の範囲内に収ま
り、各反応管１２の触媒層温度差は約１５℃に改善され
た。従来例では各反応管の触媒層温度はほぼ１２０℃〜
１８０℃の範囲内であり、約６０℃の温度差が生じてい
た。従来例に比して触媒層温度のばらつきが極めて小さ
いことが判明した。
測定したグラフであり、この場合は４本の反応管に番号
〜を付けて区別してある。反応管〜反応管の触
媒層温度は、ほぼ１４５℃〜１６０℃の範囲内に収ま
り、各反応管１２の触媒層温度差は約１５℃に改善され
た。従来例では各反応管の触媒層温度はほぼ１２０℃〜
１８０℃の範囲内であり、約６０℃の温度差が生じてい
た。従来例に比して触媒層温度のばらつきが極めて小さ
いことが判明した。
【００３３】反応器出口でのＣＯ濃度は、従来は２０ｐ
ｐｍまで上昇するが、本実施形態では１０ｐｐｍ以下と
低濃度を維持している。又、本発明をＣＯ除去器に適用
した場合、ＣＯ選択酸化で発生する発熱部（特に上流部
で発熱が大きい）を多管式にすることにより伝熱面積が
増加し、空冷でも効率良く冷却を行うことが可能にな
り、システムのシンプル化が図れる。
ｐｍまで上昇するが、本実施形態では１０ｐｐｍ以下と
低濃度を維持している。又、本発明をＣＯ除去器に適用
した場合、ＣＯ選択酸化で発生する発熱部（特に上流部
で発熱が大きい）を多管式にすることにより伝熱面積が
増加し、空冷でも効率良く冷却を行うことが可能にな
り、システムのシンプル化が図れる。
【００３４】尚、上記実施形態では改質器又はＣＯ除去
器に適用した例で説明したが、本発明の反応器は、触媒
作用により燃料ガス中のＣＯを変成するＣＯ変成器にも
充分適用することが可能である。
器に適用した例で説明したが、本発明の反応器は、触媒
作用により燃料ガス中のＣＯを変成するＣＯ変成器にも
充分適用することが可能である。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、複数の
反応管に触媒を充填した多管式反応器において、運転に
伴う熱サイクルにより触媒が圧壊して粉化し、各反応管
の触媒充填体積が減少し、充填量が減少しても各反応管
の上部に連通する空間層に収納した充填補助物により各
反応管の体積減少分を補うことができる。これにより、
各反応管４の触媒充填量に差が生じることがなく、各反
応管４へのガス分配が長期間に亘って均一になり、又各
反応管４での触媒７に温度差が生じることなく、反応器
の性能低下や寿命の低下を防ぐことができる等の優れた
効果が得られる。
反応管に触媒を充填した多管式反応器において、運転に
伴う熱サイクルにより触媒が圧壊して粉化し、各反応管
の触媒充填体積が減少し、充填量が減少しても各反応管
の上部に連通する空間層に収納した充填補助物により各
反応管の体積減少分を補うことができる。これにより、
各反応管４の触媒充填量に差が生じることがなく、各反
応管４へのガス分配が長期間に亘って均一になり、又各
反応管４での触媒７に温度差が生じることなく、反応器
の性能低下や寿命の低下を防ぐことができる等の優れた
効果が得られる。
【図１】本発明に係る多管式反応器を改質器に適用した
実施形態を示すもので、（ａ）は概略縦断面図、（ｂ）
はそのＸ−Ｘ線断面図である。
実施形態を示すもので、（ａ）は概略縦断面図、（ｂ）
はそのＸ−Ｘ線断面図である。
【図２】各反応管の触媒層温度分布を測定したグラフ図
【図３】本発明に係る多管式反応器をＣＯ除去器に適用
した実施形態を示すもので、（ａ）は概略縦断面図、
（ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図である。
した実施形態を示すもので、（ａ）は概略縦断面図、
（ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図である。
【図４】各反応管の触媒層温度分布を測定したグラフ図
【図５】従来の多管式反応器の一例を示す説明図
１…反応器（改質器）
２…反応管
３…原燃料室
４…空間層（空間室）
５…触媒
６…充填補助物
７…バーナ
８…燃焼ガス通路
１１…反応器（ＣＯ除去器）
１２…反応管
１３…燃料室
１４…空間層（空間室）
１５…触媒
１６…充填補助物
１７…通気路
１８…冷気通路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 門脇 正天
大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三
洋電機株式会社内
(72)発明者 秋山 幸徳
大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三
洋電機株式会社内
Ｆターム(参考） 4G040 EA03 EA06 EB14 EB23
4G070 AA01 AB04 BB03 CA01 CA07
DA15
5H027 AA02 BA01 BA16 BA17
Claims (4)
- 【請求項１】触媒を充填した複数の反応管が立設状態で
内蔵された多管式反応器において、この反応器の上部に
空間層を設け、この空間層と各反応管の上部を連通させ
ると共に、空間層に充填補助物を充填したことを特徴と
する多管式反応器。 - 【請求項２】前記充填補助物は、反応管に充填した触媒
と同じ触媒である請求項１記載の多管式反応器。 - 【請求項３】前記充填補助物は、反応管に充填した触媒
とほぼ同大の粒状物である請求項１記載の多管式反応
器。 - 【請求項４】前記充填補助物は、反応管に充填した触媒
が粉化等により体積減少した場合に、反応管に落ち込ん
で体積減少分を補う請求項１〜請求項３いずれか１項記
載の多管式反応器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001379876A JP2003183003A (ja) | 2001-12-13 | 2001-12-13 | 多管式反応器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001379876A JP2003183003A (ja) | 2001-12-13 | 2001-12-13 | 多管式反応器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003183003A true JP2003183003A (ja) | 2003-07-03 |
Family
ID=27591205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001379876A Pending JP2003183003A (ja) | 2001-12-13 | 2001-12-13 | 多管式反応器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003183003A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006142299A (ja) * | 2005-12-16 | 2006-06-08 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 固定床多管式反応器 |
| JP2007112667A (ja) * | 2005-10-20 | 2007-05-10 | Tokyo Gas Co Ltd | 水蒸気改質器 |
| US7322405B2 (en) | 2004-12-22 | 2008-01-29 | Honda Motor Co., Ltd. | Multi-pipe heat exchanger apparatus and method of producing the same |
| KR101050263B1 (ko) * | 2009-08-20 | 2011-07-19 | 주식회사 효성 | 연료전지용 프록스반응기 |
| US10118148B2 (en) | 2015-06-08 | 2018-11-06 | Ihi Corporation | Reactor |
-
2001
- 2001-12-13 JP JP2001379876A patent/JP2003183003A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7322405B2 (en) | 2004-12-22 | 2008-01-29 | Honda Motor Co., Ltd. | Multi-pipe heat exchanger apparatus and method of producing the same |
| JP2007112667A (ja) * | 2005-10-20 | 2007-05-10 | Tokyo Gas Co Ltd | 水蒸気改質器 |
| JP2006142299A (ja) * | 2005-12-16 | 2006-06-08 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 固定床多管式反応器 |
| KR101050263B1 (ko) * | 2009-08-20 | 2011-07-19 | 주식회사 효성 | 연료전지용 프록스반응기 |
| US10118148B2 (en) | 2015-06-08 | 2018-11-06 | Ihi Corporation | Reactor |
| KR20200011620A (ko) | 2015-06-08 | 2020-02-03 | 가부시키가이샤 아이에이치아이 | 리액터 |
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| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070228 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070306 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070507 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070605 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20071016 |