JP2005087784A - Reactor - Google Patents
Reactor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005087784A JP2005087784A JP2003321239A JP2003321239A JP2005087784A JP 2005087784 A JP2005087784 A JP 2005087784A JP 2003321239 A JP2003321239 A JP 2003321239A JP 2003321239 A JP2003321239 A JP 2003321239A JP 2005087784 A JP2005087784 A JP 2005087784A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plate
- reaction
- gas
- plates
- catalyst
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 130
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 121
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 61
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000005219 brazing Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 138
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 36
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 34
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N Dimethyl ether Chemical compound COC LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003541 multi-stage reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
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
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
【課題】ガスケットを用いることなく、ガス洩れを防止することが可能な反応器の構造とする。
【解決手段】触媒が充填されて触媒とガスとの反応が行われる反応室2aが周囲との離隔状態で形成されると共に、反応室2aにガスを供給するガス供給路2b及び反応室2aからガスを排出するガス排出路2cが形成された金属製の複数の反応プレート2と、ガス流路4bが形成され、反応室2aを板厚方向から覆うように反応プレート2の間に重ね合わせ状態に配置されて隣接する反応プレート2を分離する分離プレート4と、ガス流路が形成され、反応プレート2と分離プレート4との重ね合わせ状態を両側から挟み込むカバープレート5,6とを備える。反応プレート2、分離プレート3及びカバープレート5,6における重ね合わせ面が拡散接合またはろう付けによって接合されている。
【選択図】図1[PROBLEMS] To provide a reactor structure capable of preventing gas leakage without using a gasket.
A reaction chamber 2a in which a reaction between a catalyst and a gas is performed by being filled with a catalyst is formed in a separated state from the surroundings, and a gas supply path 2b for supplying gas to the reaction chamber 2a and a reaction chamber 2a A plurality of metal reaction plates 2 in which gas discharge passages 2c for discharging gas are formed, and gas flow paths 4b are formed and overlapped between the reaction plates 2 so as to cover the reaction chamber 2a from the plate thickness direction. And a separation plate 4 for separating adjacent reaction plates 2, and gas plates are formed, and cover plates 5 and 6 sandwiching the overlapping state of the reaction plate 2 and the separation plate 4 from both sides are provided. The overlapping surfaces of the reaction plate 2, the separation plate 3, and the cover plates 5 and 6 are joined by diffusion joining or brazing.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、一般家庭電源用の燃料電池、自動車搭載用の燃料電池などに接続されて用いられる反応器に関し、特にガスが供給されることにより化学反応を行う反応器に関する。 The present invention relates to a reactor used by being connected to a fuel cell for general household power supply, a fuel cell for automobile mounting, and the like, and more particularly to a reactor for performing a chemical reaction by supplying a gas.
燃料電池は、供給された水素ガスを燃料極で水素イオンにした後、水素イオンと供給された酸素とを空気極で反応させて水とすることにより電気を取り出すものであり、燃料極及び空気極は電解質を挟んだセルの集合体が基本構造となっている。水素ガスはメタノール、メタン、ジメチルエーテル等を水蒸気(水)と反応させることにより改質して水素リッチの状態として供給されるものであり、このための改質器が燃料電池に接続される。また、水蒸気改質においては、シフト反応によって一酸化炭素(CO)が発生し、燃料極の性能を低下させるため、CO除去器が燃料電池に接続されている。 A fuel cell is one in which electricity is extracted by converting hydrogen gas supplied to hydrogen ions at a fuel electrode and then reacting the hydrogen ions with supplied oxygen at the air electrode to form water. The electrode has a basic structure of an assembly of cells sandwiching the electrolyte. Hydrogen gas is reformed by reacting methanol, methane, dimethyl ether or the like with water vapor (water) and supplied in a hydrogen-rich state, and a reformer for this purpose is connected to the fuel cell. In the steam reforming, carbon monoxide (CO) is generated by the shift reaction, and the CO remover is connected to the fuel cell in order to reduce the performance of the fuel electrode.
特開2000−154001号公報には、これらの反応を行う反応部を積層状態で組み付けた構造が開示されている。この構造は、反応を行わせるための触媒をガスが流通可能なシート状とし、このシート状触媒を平板で挟み込むと共に、平板の外側にセパレータ板を重ね合わせて一単位の反応部とし、これを複数単位を重ね合わせることにより全体が積層状態となるものである。一単位の反応部に対し、原料ガスは、平板に形成したマニホールドを介して供給される一方、反応後のガスは同様に平板に形成したマニホールドから排出される。また、平板には、シート状触媒を配置して反応を行うための反応空間が中央部分に形成されている。このような構造において、例えば、改質部においては、燃焼側として燃焼用空気の供給用マニホールド、オフガスの供給用マニホールド、燃焼ガスの排出用マニホールドが形成されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-154001 discloses a structure in which reaction parts for performing these reactions are assembled in a stacked state. In this structure, the catalyst for carrying out the reaction is formed into a sheet shape through which gas can flow, the sheet catalyst is sandwiched between flat plates, and a separator plate is overlapped on the outside of the flat plate to form a unit of reaction unit. The entire unit is laminated by overlapping a plurality of units. The raw material gas is supplied to a reaction unit of one unit through a manifold formed on a flat plate, while the gas after the reaction is discharged from a manifold formed on the flat plate in the same manner. The flat plate is formed with a reaction space in the central portion for carrying out the reaction by placing a sheet-like catalyst. In such a structure, for example, in the reforming section, a combustion air supply manifold, an off gas supply manifold, and a combustion gas discharge manifold are formed on the combustion side.
このような反応器では、ガスの洩れを防止する必要があり、このため、平板及びシート状触媒の重ね合わせ部分の周囲及びセパレータ板の周囲には、ガスケットが配置されている。ガスケットはマニホールド形成部分及びシート状触媒配置部分を除く部分を塞ぐ形状にカットされ、このカット状態で平板の間に挟み込まれて圧縮されることによりガス洩れを防止する。ガスケットを圧縮するため、シート状触媒及び平板からなる複数の反応部を積層した状態を上下の押え板によって挟み、反応部及び上下の押え板にタイロッドを貫通させ、タイロッドにナットを螺合させて締め付けを行っている。
従来の積層構造の反応器では、ガス洩れを防止するためにガスケットを用いているため、多くのガスケットを必要とし、その組み付けが面倒であるばかりでなく、ガスケットの厚み分、大型化している。 In the conventional reactor having a laminated structure, gaskets are used to prevent gas leakage, so that many gaskets are required, and the assembly thereof is not only troublesome, but also the size of the gasket is increased.
また、ガスケットは、ゴム、樹脂等の弾性材料によって形成されるため、高温に対する耐久性が小さく、高温環境下では早期に劣化してガス洩れを発生する。このため、使用限界温度が限定され、広範囲の温度での使用に適さない問題も有している。 Further, since the gasket is formed of an elastic material such as rubber or resin, it has low durability against high temperatures, and deteriorates at an early stage under a high temperature environment to cause gas leakage. For this reason, the use limit temperature is limited, and there is a problem that it is not suitable for use in a wide range of temperatures.
さらに、積層状態の全体に対してタイロッドを貫通させてナットで締め付ける構造であるため、全てのガスケットに対して圧縮力を均一に作用させることが難しいばかりでなく、均一に圧縮させることができない場合には、その部分のガスケットからガス洩れが発生する問題を有している。 Furthermore, because the structure is such that the tie rods are passed through the entire laminated state and tightened with nuts, it is difficult not only to apply a compressive force uniformly to all gaskets, but also to compress uniformly. However, there is a problem that gas leaks from the gasket in that portion.
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、ガスケットを使用しないでも、ガス洩れを確実に防止することができ、これにより、組み付けが容易で、小型化でき、高温環境下での使用を行うことが可能な反応器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such conventional problems, and can reliably prevent gas leakage without using a gasket, which makes it easy to assemble and downsize, An object of the present invention is to provide a reactor that can be used in a high temperature environment.
上記目的を達成するため、請求項1の発明の反応器は、触媒が充填されて触媒とガスとの反応が行われる反応室が周囲との離隔状態で形成されると共に、反応室にガスを供給するガス供給路及び反応室からガスを排出するガス排出路が形成された金属製の複数の反応プレートと、ガス流路が形成され、前記反応室を板厚方向から覆うように反応プレートの間に重ね合わせ状態に配置されて隣接する反応プレートを分離する分離プレートと、ガス流路が形成され、反応プレートと分離プレートとの重ね合わせ状態を両側から挟み込むカバープレートとを備え、前記反応プレート、分離プレート及びカバープレートにおける重ね合わせ面が拡散接合またはろう付けによって接合されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the reactor according to the first aspect of the present invention is such that a reaction chamber in which a catalyst is charged and a reaction between the catalyst and the gas is performed is formed in a separated state from the surroundings, and a gas is supplied to the reaction chamber. A plurality of metal reaction plates formed with a gas supply path for supplying gas and a gas discharge path for discharging gas from the reaction chamber, and a gas flow path is formed, and the reaction plate is formed so as to cover the reaction chamber from the thickness direction. A separation plate that is arranged in an overlapped state and separates adjacent reaction plates; and a cover plate that is formed with a gas flow path and sandwiches the overlapped state of the reaction plate and the separation plate from both sides. The overlapping surfaces of the separation plate and the cover plate are bonded by diffusion bonding or brazing.
請求項1の発明では、反応プレート及び分離プレートを重ね合わせることにより、一単位の反応部が形成され、反応部を複数単位積層した状態に対しカバープレートを重ね合わせることにより反応器が形成される。そして、カバープレート側からガスを供給することにより、ガスは分離プレートから反応プレートの反応室内に入り込んで反応を行い、その後、反応プレートのガス排出路から排出される。 According to the first aspect of the present invention, a reaction unit of one unit is formed by superimposing the reaction plate and the separation plate, and a reactor is formed by superimposing a cover plate on a state where a plurality of reaction units are stacked. . Then, by supplying the gas from the cover plate side, the gas enters the reaction chamber of the reaction plate from the separation plate to perform the reaction, and is then discharged from the gas discharge path of the reaction plate.
この発明では、反応プレート、分離プレート及びカバープレートが金属からなり、その重ね合わせ面が拡散接合またはろう付けによって接合されている。拡散接合やろう付けは金属を直接に接合するものであり、しかも、金属板を密着した状態で接合することができる。このため、金属板の間からのガス洩れが発生しないばかりでなく、金属板の間にガスケットを配置する必要がなくなる。このようにガスケットが不要となった分、厚みを薄くでき、小型化が可能となる。また、金属板が直接に接合されているため、耐熱性が高く、高温環境下での使用が可能となる。 In the present invention, the reaction plate, the separation plate, and the cover plate are made of metal, and their overlapping surfaces are joined by diffusion bonding or brazing. Diffusion bonding and brazing directly bond metals, and can be bonded with the metal plates in close contact. For this reason, not only gas leakage from between the metal plates does not occur, but there is no need to arrange a gasket between the metal plates. Thus, since the gasket is no longer necessary, the thickness can be reduced and the size can be reduced. In addition, since the metal plates are directly joined, the heat resistance is high, and use in a high temperature environment is possible.
請求項2の発明は、請求項1記載の反応器であって、反応プレート、分離プレート及びカバープレートにおける重ね合わせ面の全体が接合されていることを特徴とする。 A second aspect of the present invention is the reactor according to the first aspect, wherein the entire overlapping surfaces of the reaction plate, the separation plate, and the cover plate are joined.
請求項2の発明のように、重ね合わせ面の全体を拡散接合やろう付けによって接合することにより、接合の信頼性が向上する。このため、ガス洩れをさらに有効に防止することができる。 As in the second aspect of the invention, joining reliability is improved by joining the entire overlapping surface by diffusion joining or brazing. For this reason, gas leakage can be prevented more effectively.
請求項3の発明は、請求項1または2記載の反応器であって、前記反応プレートは、吸熱反応を行うプレートと発熱反応を行うプレートとを有しており、これらのプレートが分離プレートを介して重ね合わせられていることを特徴とする。
Invention of
請求項3の発明では、吸熱反応用のプレートと発熱反応用のプレートとが分離プレートを介して重ね合わせられることにより、分離プレートを介して反応プレート相互間での熱の授受が行われる。このため、それぞれのプレートにおける反応を促進させることができ、反応効率が向上する。
In the invention of
請求項4の発明は、請求項1または2記載の反応器であって、前記分離プレートに、温度モニタが挿入可能なモニタ孔が形成されていることを特徴とする。 A fourth aspect of the present invention is the reactor according to the first or second aspect, characterized in that a monitor hole into which a temperature monitor can be inserted is formed in the separation plate.
請求項4の発明では、分離プレートに温度モニタを配置することができるため、反応プレートでの反応を正確に把握できると共に、反応の制御を行うことができる。
In the invention of
本発明によれば、反応プレート、分離プレート及びカバープレートの全てを金属板として、その重ね合わせ面を拡散接合またはろう付けによって接合するため、これらの金属板の間からのガス洩れが発生しないばかりでなく、金属板の間にガスケットを配置する必要がなくなる。これにより、厚みを薄くした小型化ができ、しかも、耐熱性が高いため、高温環境下での使用が可能となる。 According to the present invention, since the reaction plate, the separation plate, and the cover plate are all made of metal plates and their overlapping surfaces are joined by diffusion bonding or brazing, not only gas leakage between these metal plates does not occur. This eliminates the need to place a gasket between the metal plates. Thereby, the thickness can be reduced by reducing the thickness, and the heat resistance is high, so that it can be used in a high temperature environment.
図1〜図9は、本発明の一実施の形態における反応器であり、燃料電池に接続される改質器に適用した形態を示す。 FIGS. 1-9 is the reactor in one embodiment of this invention, and shows the form applied to the reformer connected to a fuel cell.
反応器としての改質器1は、図1及び図2に示すように、反応プレートとしての改質触媒プレート2と、同様に反応プレートとしての燃焼触媒プレート3と、分離プレート4とが板厚方向に重ね合わせられることにより構成されている。これらの重ね合わせは、反応プレート2,3の間に分離プレート4が挿入されることにより行われるものであり、この実施の形態では、改質触媒プレート2、分離プレート4、燃焼触媒プレート3、分離プレート3、改質触媒プレート2、……の順で重ね合わせられている。また、これらのプレートの重ね合わせ状態に対し、カバープレート5、6が両側に重ね合わせられることにより、これらの重ね合わせ状態を挟み込んでいる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the reformer 1 as a reactor is composed of a reforming
反応プレートとしての改質触媒プレート2及び燃焼触媒プレート3は、触媒とガスとの反応を行うものであり、触媒(図示省略)が充填されて反応を行うための反応室2a、3aが内方部分に形成されている。また、各プレート2,3には、それぞれの反応室2a、3aに対して、ガスを供給するためのガス供給路2b、2c及び反応後のガスを排出するガス排出路2c、3cがそれぞれ形成されている。
The reforming
ガス供給路2b、2cは、各プレート2,3に対し板厚方向に小孔を貫通することにより形成されるものである。これらの小孔は鍵孔形状に成形されることにより、下端部分が開放状態となっており、開放された下端部分が対応した反応室2a、3aと連通している。これにより、ガス供給路2b、3bに供給されたガスが反応室2a、3a内に流入することが可能となっている。
The
ガス排出路2c、3cは、各プレート2,3を切り欠くことにより形成されている。改質触媒プレート2におけるガス排出路2cは、図2に示すように、同プレート2の下端部分を部分的に切り欠くことにより形成されており、これにより、ガスは改質触媒プレート2の下端部分から外部に排出される。燃焼触媒プレート3におけるガス排出路3cは、図4に示すように、同プレート3の一側面部分(右側面部分)の下部を切り欠くことにより形成されており、これにより、ガスは燃焼触媒プレート3の側面部分から外部に排出される。
The
改質触媒プレート2における反応室2aは、メタン、メタノールなどの水素化合物を水蒸気と反応させることにより、水素リッチなガスを生成するものである。この原料ガスは図2の矢印Aで示す方向から供給される。一方、触媒としては、銅、亜鉛を主成分とした粒状、粉状等の固体状態で充填される。改質触媒プレート2では、吸熱反応によって水素が生成される。反応室2aはガス供給路2b及びガス排出路2cを除き、他の部分が周囲と離隔した状態となっており、反応したガスが改質触媒プレート2の周囲に拡散しないようになっている。
The
燃焼触媒プレート3における反応室3aは、燃料電池で使用された残りの水素を含有したオフガスを燃焼させるものであり、そのための触媒が粒状、粉状等の固体の状態で充填される。オフガスは図2の矢印B方向から供給されて発熱反応によってオフガスが燃焼する。反応室3aはガス供給路3b及びガス排出路3cを除き、他の部分が周囲と離隔した状態となっており、反応したガスが燃焼触媒プレート3の周囲に拡散しないようになっている。
The
なお、改質触媒プレート2及び燃焼触媒プレート3には、閉鎖断面のスルーホール2d、3dがそれぞれ板厚方向に貫通している。スルーホール2d、3dは対応したプレート2,3と無関係のガスを通過させるために形成するものであり、改質触媒プレート2のスルーホール2dにはオフガスが通過し、燃焼触媒プレート3のスルーホール3dには、改質の原料ガスが通過する。
The reforming
以上の改質触媒プレート2及び燃焼触媒プレート3の間には、図5に示す分離プレート4が挟み込まれる。分離プレート4は改質触媒プレート2及び燃焼触媒プレート3の間に挟み込まれることにより、これらを分離するものである。また、分離プレート4には、改質触媒プレート2及び燃焼触媒プレート3のガス供給路2b、3b及びガス排出路2c、3cと連通する閉鎖断面の孔からなるガス流路4a、4bが形成されている。ガス流路4aは図1に示すように、改質触媒プレート2のガス供給路2b及び燃焼触媒プレート3のスルーホール3dに連通するように配置されており、改質の原料ガスが通過する。ガス流路4bは改質触媒プレート2のスルーホール2d及び燃焼触媒プレート3のガス供給路3bに連通するように配置されており、オフガスが通過する。
A
以上の分離プレート4は、ガス流路4a、4bを除く部分の全てが閉鎖した状態となっており、改質触媒プレート2及び燃焼触媒プレート3の間に挟み込まれることにより、これらの反応室2a、3aを覆ってこれらを遮断している。従って、改質触媒プレート2の触媒及び燃焼触媒プレート3の触媒が混合することがないと共に、これらに供給されたガスや反応したガスが混じり合うことがなくなる。
The above-described
この実施の形態における分離プレート4には、モニタ孔8が形成されている。モニタ孔8は、図5に示すように、分離プレート4の幅方向に沿って所定間隔で形成されており、それぞれのモニタ孔8内に温度計などの温度モニタ(図示省略)が挿入されることにより、反応温度を検出するようになっている。すなわち、分離プレート4は発熱反応を行う燃焼触媒プレート3からの熱が伝達されると共に、この熱を吸熱反応を行う改質触媒プレート2に伝達するものであり、伝達される温度をモニタすることにより、反応を効率的に制御することが可能となっている。
A
また、このように分離プレート4が吸熱反応を行う改質触媒プレート2と発熱反応を行う燃焼触媒プレート3との間に配置されることにより、分離プレート4を介して改質触媒プレート2及び燃焼触媒プレート3の間で熱の授受を行うことができる。これにより、それぞれのプレート2,3における反応を促進させることができ、反応効率を向上させることができる。
Further, the
図9は、分離プレート4の別の形態を示し、モニタ孔8用のスリット4fが適宜間隔で形成された金属板からなる芯板4gの両側に、金属板からなる挟み板4hを重ね合わせて接合した構造となっている。このような構造とすることにより、モニタ孔8の大きさ及び分離プレート4の厚さを任意に調整することができ、汎用性のあるものとすることができる。この場合、芯板4gと挟み板4hとの接合は、後述する拡散接合またはろう付けにより行われるものである。
FIG. 9 shows another form of the
なお、この実施の形態において、燃焼触媒プレート3の板厚方向の外側(図1における左側)には、さらに別の分離プレート4xが配置されている。この分離プレート4xは燃焼触媒プレート3の外側部分を覆うものであり、この分離プレート4xにも、ガス流路4a、4bと同様なガス流路が形成されている。
In this embodiment, another
図2は、以上の改質触媒プレート2、分離プレート4、燃焼触媒プレート3及び分離プレート4xを一単位とし、この複数単位を板厚方向に積層した状態を示す。カバープレート5,6はこれらが積層された状態に対し両側から重ね合わせられることによりこれらを挟み込むように作用する。
FIG. 2 shows a state in which the reforming
カバープレート5,6は、図1及び図6に示すように、板厚方向に貫通すると共にパイプ状となって板厚方向の外側に突出するガス流路5a、5b、6a、6bを備えている。ガス流路5a、6aは改質触媒プレート2のガス供給路2b及び燃焼触媒プレート3のスルーホール3dと連通し、ガス流路5b、6bは改質触媒プレート2のスルーホール2d及び燃焼触媒プレート3のガス供給路3dと連通する位置に配置されている。従って、ガス流路5a及び6aからのガスは、分離プレート4、4x及び燃焼触媒プレート3を通過して改質触媒プレート2に達し、そのガス供給路2bから反応室2aに流入する。一方、ガス流路5b、6bからのガスは、改質触媒プレート2、分離プレート4、4xを通過して燃焼触媒プレート3に達し、そのガス供給路3bから反応室3aに流入する。これらの流入により上述した反応が行われる。
As shown in FIGS. 1 and 6, the
以上の改質触媒プレート2、燃焼触媒プレート3、分離プレート4、4x、カバープレート5、6は、重ね合わせ状態でその重ね合わせ面が拡散接合またはろう付けによって接合されるものである。この場合、改質触媒プレート2、燃焼触媒プレート3、分離プレート4、4x、カバープレート5、6は、同一サイズ及び同一外形(矩形)の金属板によって成形されており、板厚方向に整合された状態で重ね合わせられて接合される。金属板としては、接合が可能であれば、ステンレス、炭素鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、その他の金属を用いることができる。
The above-described reforming
拡散接合は、以上のプレート2、3、4、4x……5、6を密着させた状態で電極等により金属材料の融点以下の温度に加熱して原子の拡散を生じさせることにより接合する手法である。ろう付けは、プレートの重ね合わせ面に半田等のロウ材を形成し、ロウ材を溶融することによりプレート間を接合する手法である。ロウ材は、箔の形態で接着しても良く、メッキや塗布等により付着させても良い。
Diffusion bonding is a technique in which atoms are diffused by heating to a temperature below the melting point of the metal material with an electrode or the like with the
このような拡散接合またはろう付けによる接合では、隣接しているプレートが直接に接合され、且つ隙間のない相互に密着した状態で接合される。従って、接合されたプレートの間からガスが洩れることがなくなる。しかも、金属板からなるプレートが直接に接合されるため、大きな耐熱性を有し、低温環境下及び高温環境下での使用が可能となり、広範な温度環境に適用することができる。 In such diffusion bonding or bonding by brazing, adjacent plates are directly bonded and bonded in close contact with each other without a gap. Therefore, no gas leaks from between the joined plates. And since the plate which consists of a metal plate is joined directly, it has big heat resistance, the use in a low temperature environment and a high temperature environment is attained, and it can apply to a wide temperature environment.
また、プレート間からのガス洩れが発生しないため、ガスケット等のシール材を挟み込む必要がなくなる。このため、プレートの重ね合わせ方向の厚みを薄くすることができ、反応器1全体を小型化することができる。さらに、全てのプレートを組み付け状態とし、且つガスケットを圧縮するためのタイロッドを用いる必要がなくなり、組み立てを簡単に行うことができる。 Further, since gas leakage between the plates does not occur, it is not necessary to sandwich a sealing material such as a gasket. For this reason, the thickness of the overlapping direction of the plates can be reduced, and the reactor 1 as a whole can be downsized. Furthermore, it is not necessary to use all the plates in the assembled state and to use a tie rod for compressing the gasket, and assembling can be performed easily.
さらに、接合状態では、改質触媒プレート2のガス排出路2c及び燃焼触媒プレート3のガス排出路3cが開口した状態となっているため、これらのガス排出路2c、3cから反応室2a、3aに触媒を充填したり、反応室2a、3aから触媒を排出することができる。このため、触媒の交換を簡単に行うことができるメリットがある。
Further, in the joined state, the
図2において、符号11は底板、符号12は側板である。
底板11は、上述したプレート積層状態の反応器1の底面側を覆うように取り付けられるものであり、図7に示すように、そのためのボルト孔11aが周囲の複数箇所に形成されている。また、底板11には、改質触媒プレート2のガス排出路2cに臨むザグリ部11bが長さ方向に形成されており、このザグリ部11bに排出管11cが連通するように取り付けられている。このような底板11を設けることにより改質触媒プレート2内で改質された水素リッチのガスを取り出すことができる。
In FIG. 2,
The
側板12は、プレートの積層状態の一側面を覆うように取り付けられる。側板12は、燃焼触媒プレート3のガス排出路3cが開口している側面に取り付けられるものであり、図8に示すようにガス排出路3cに臨むザグリ部12bが形成されていると共に、ザグリ部12bに連通する排出管12cを備えている。この側板12を設けることにより、燃焼触媒プレート3からのガスを外部に取り出すことができる。なお、側板12を反応器1に取り付けるためのボルト孔12aが周囲の複数箇所に形成されている。また、底板11及び側板12は、金属であっても良く、樹脂であっても良い。
The
なお、改質触媒プレート2の反応室2a及び燃焼触媒プレート3の反応室3a内からの触媒の漏出を防止する必要がある場合には、後述する図11及び図15に示すように、底板11及び側板12のザグリ部11b、12bにメッシュ状のマットを嵌め込むことにより、その漏出を簡単に防止することができるものである。
If it is necessary to prevent the catalyst from leaking out of the
図10〜図15は、本発明の別の実施の形態における反応器21を示す。この反応器21は、シフト反応等によって発生したCOを除去するCO除去器に適用したものであり、燃料電池に接続されて使用される。
10 to 15 show a
反応器としてのCO除去器21は、図10及び図11に示すように反応プレートとしての触媒プレート22と、分離プレート23と、熱媒プレート24とが板厚方向に順に重ね合わせられることにより1単位となり、この複数単位が板厚方向に積層されることにより構成されている。そして、カバープレート26、27が積層状態の両側から重ね合わせられることにより、複数単位を挟み込むようになっている。
As shown in FIG. 10 and FIG. 11, the
触媒プレート22は、COを酸化して低減するものであり、図12に示すように、そのための触媒が充填される反応室22aが形成されている。反応室22aは、矩形状空間となって触媒プレート22の内方部分に形成されるものである。触媒としては、白金・ルテニウムを主成分として活性化処理された粒状又は粉状のものが使用される。また、触媒プレート22には、反応室22aにCOを供給するガス供給路22b及びCOが除去されたガスを排出するガス排出路22cが形成されている。
The
ガス供給路22bは鍵孔形状となっており、板厚方向に貫通するように反応室22aの上部に形成されている。このガス供給路22bその下端部分が反応室22aに連通している。一方、ガス排出路22cは、触媒プレート22の下端部を開放することにより形成されるものである。
The
熱媒プレート24は、触媒プレート22を冷却するものであり、分離プレート23を介して触媒プレート22に重ね合わせられる。冷却を行うため、熱媒プレート24には、図10及び図13に示すように、複数の溝状の熱媒流路24aが形成されている。熱媒流路24aは、触媒プレート22と反対側の面に、横方向に平行となるように形成されており、それぞれが冷却源(図示省略)に接続されている。また、熱媒プレート24には、触媒プレート22のガス供給路22bと連通する閉鎖断面のガス流路24bが板厚方向に貫通している。なお、この実施の形態の熱媒プレート24には、触媒プレート22の反応室22aに対応した部分に開口部24cが形成されるものである。
The
符号25は、熱媒プレート24における熱媒流路24a形成面に重ね合わせられるサブプレートであり、サブプレート25の重ね合わせによってモニタ孔28の開放面が封鎖されるようになっている。このサブプレート25にも、触媒プレート22のガス供給路22bと連通する閉鎖断面のガス流路25bが形成されている。
分離プレート23は、触媒プレート22と熱媒プレート24との間に重ね合わせ状に配置されることにより、触媒プレート22と熱媒プレート24とを分離する。また、分離プレート23には、触媒プレート22のガス供給路22b及び熱媒プレート24のガス流路24bと連通する閉鎖断面のガス流路23bが形成されている。
The
分離プレート23は、図14に示すように、ガス流路23bを除く部分の全てが閉鎖した状態となっており、触媒プレート22及び熱媒プレート24の間に挟み込まれることにより、触媒プレート22の反応室22aを覆っている。このように触媒プレート22及び熱媒プレート24の間に挟み込まれることにより、触媒プレート22の熱を熱媒プレート24に伝達するように作用する。これにより、触媒プレート22を効率的に冷却することができ、同プレート22での発熱反応を促進させることができる。
As shown in FIG. 14, the
さらに、分離プレート23には、温度計などの温度モニタ(図示省略)が挿入可能な矩形溝状の複数のモニタ孔28が形成されており、これにより、触媒プレート22の温度をモニタするようになっている。符号29は、分離プレート23におけるモニタ孔28の形成面には重ね合わせられたサブプレートであり、サブプレート29の重ね合わせによってモニタ孔28の開放面が封鎖されるようになっている。
Further, the
なお、熱媒プレート24側のサブプレート25及び分離プレート23側のサブプレート29には、触媒プレート22のガス供給路22bと連通する閉鎖断面のガス流路29a(図示省略)及び25aが板厚方向に貫通するものである。
The
カバープレート26,27は、図10に示すように、板厚方向に貫通すると共にパイプ状となって板厚方向の外側に突出するガス流路26a、27aを備えている。これらのガス流路26a、27aは触媒プレート22のガス供給路22bと連通するように形成されるものであり、COを含んだガスはそれぞれのガス流路26a、27aから触媒プレート22に供給される。
As shown in FIG. 10, the
図11において、符号30は以上のプレート積層状態の反応器21の底面側を覆うように取り付けられる底板である。この底板30には、図11及び図15に示すように、触媒プレート22のガス排出路22cに臨むザグリ部30bが長さ方向に形成されており、このザグリ部30bに排出管31が連通するように取り付けられている。このような底板30を設けることにより触媒プレート22からのガスを取り出すことができる。なお、底板30には、積層状態の反応器21への取り付けを行うためのボルト孔30aが周囲部分に形成されている。
In FIG. 11,
底板30のザグリ部30bには、金属線をネット状に絡ませたマット33が着脱自在に嵌め込まれるようになっている。マット33は、ガスが流通可能で、且つ触媒プレート22内の触媒の漏出を防止するような網目状となっている。このマット33としては、発泡金属等を用いることができる。
A
この実施の形態においても、触媒プレート22、分離プレート23、熱媒プレート24、カバープレート26,27がアルミニウムやその合金等の接合可能な金属によって同一サイズ及び同一外形(矩形)に成形されており、板厚方向に整合された状態で重ね合わせられ、この重ね合わせ状態で拡散接合またはろう付けによって接合される。従って、隣接しているプレートを直接に接合することができ、且つ隙間のない相互に密着した状態となるため、接合されたプレートの間からガスが洩れることがないと共に、大きな耐熱性を有し、広範な温度環境に適用することができる。また、プレート間からのガス洩れが発生しないため、ガスケット等のシール材を挟み込む必要がなく、プレートの重ね合わせ方向の厚みを薄くすることができ、反応器の全体を小型化することができる。
Also in this embodiment, the
図16は、本発明のさらに別の実施の形態を示す。この実施の形態においては、2つの反応プレート41、42が分離プレート43を介して重ね合わせられた構造となっている。それぞれの反応プレート41、42は、矩形の閉鎖断面となった反応室41a、42aを有すると共に、これらの反応室41a、42aにガスを供給するガス供給路41b、42b及び反応室41a、42aからガスを排出するガス排出路41c、42cを有している。それぞれの反応室41a、42aには、ガスの反応を行う触媒が充填されるものである。
FIG. 16 shows still another embodiment of the present invention. In this embodiment, two
反応プレート41におけるガス供給路41bは、反応室41aの上面部分に形成され、ガス排出路41cは反応室41aの側面部分に形成されている。一方、反応プレート42におけるガス供給路42bは、反応プレート41のガス排出路41cに対応するように反応室42aの側面部分に形成されている。また、分離プレート43には、ガス流路43bが板厚方向に貫通しているが、このガス流路43bは反応プレート41のガス排出路41c及び反応プレート42のガス供給路42bを連通するようにこれらとの対応位置に形成されている。
The
このような構造では、反応プレート41のガス供給路41bから反応室41aに供給されたガスは、側面部分のガス排出路41cから分離プレート43のガス流路43bを通って反応プレート42の側面部分のガス供給路42bに達し、このガス供給路42bから反応室42aに供給され、ガス排出路42cから外部に排出される。
In such a structure, the gas supplied to the
このような実施の形態では、ガスを複数の反応プレートの間を通過させることができる。このため、ガスに対する段階的な反応を行うことが可能となる。 In such an embodiment, gas can be passed between the plurality of reaction plates. For this reason, it becomes possible to perform the stepwise reaction with respect to gas.
本発明は、以上のような実施の形態に限定されることなく、種々変形が可能である。例えば、本発明は、燃料電池に接続される改質器やCO除去器以外の反応器に同様に適用することが可能である。 The present invention is not limited to the embodiment as described above, and various modifications can be made. For example, the present invention can be similarly applied to a reactor other than a reformer or a CO remover connected to a fuel cell.
1、21 反応器
2 改質触媒プレート
3 燃焼触媒プレート
2a、3a 反応室
2b、3b ガス供給路
2c、3c ガス排出路
4、4x 分離プレート
4a、4b ガス流路
5、6 カバープレート
5a、5b、6a、6b ガス流路
22 触媒プレート
23 分離プレート
26、27 カバープレート
1, 21
Claims (4)
ガス流路が形成され、前記反応室を板厚方向から覆うように反応プレートの間に重ね合わせ状態に配置されて隣接する反応プレートを分離する分離プレートと、
ガス流路が形成され、反応プレートと分離プレートとの重ね合わせ状態を両側から挟み込むカバープレートとを備え、
前記反応プレート、分離プレート及びカバープレートにおける重ね合わせ面が拡散接合またはろう付けによって接合されていることを特徴とする反応器。 A reaction chamber in which the catalyst is charged and the reaction between the catalyst and the gas is performed is formed in a separated state from the surroundings, and a gas supply path for supplying gas to the reaction chamber and a gas discharge path for discharging gas from the reaction chamber are provided. A plurality of formed metal reaction plates;
A separation plate for separating adjacent reaction plates, wherein a gas flow path is formed and arranged between the reaction plates so as to cover the reaction chamber from the plate thickness direction;
A gas flow path is formed, and a cover plate that sandwiches the overlapping state of the reaction plate and the separation plate from both sides,
A reactor characterized in that the overlapping surfaces of the reaction plate, separation plate and cover plate are joined by diffusion joining or brazing.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003321239A JP2005087784A (en) | 2003-09-12 | 2003-09-12 | Reactor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003321239A JP2005087784A (en) | 2003-09-12 | 2003-09-12 | Reactor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005087784A true JP2005087784A (en) | 2005-04-07 |
Family
ID=34452980
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003321239A Withdrawn JP2005087784A (en) | 2003-09-12 | 2003-09-12 | Reactor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005087784A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012240035A (en) * | 2011-05-24 | 2012-12-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Gas decomposing element, catalyst, and method of producing the catalyst |
JP2015063459A (en) * | 2007-06-16 | 2015-04-09 | メギット・(ユーケイ)・リミテッドMeggitt (UK) Limited | Reforming apparatus and reforming method |
JP2016108042A (en) * | 2014-12-10 | 2016-06-20 | 有限会社和氣製作所 | Method for manufacturing box-shaped member |
US9617152B2 (en) | 2002-01-04 | 2017-04-11 | Meggitt (Uk) Limited | Reforming apparatus and method |
-
2003
- 2003-09-12 JP JP2003321239A patent/JP2005087784A/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9617152B2 (en) | 2002-01-04 | 2017-04-11 | Meggitt (Uk) Limited | Reforming apparatus and method |
JP2015063459A (en) * | 2007-06-16 | 2015-04-09 | メギット・(ユーケイ)・リミテッドMeggitt (UK) Limited | Reforming apparatus and reforming method |
JP2012240035A (en) * | 2011-05-24 | 2012-12-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Gas decomposing element, catalyst, and method of producing the catalyst |
JP2016108042A (en) * | 2014-12-10 | 2016-06-20 | 有限会社和氣製作所 | Method for manufacturing box-shaped member |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2005287286B2 (en) | Hydrogen purification devices, components, and fuel processing systems containing the same | |
EP1909349B1 (en) | Fuel cell module | |
US7527661B2 (en) | Compact devices for generating pure hydrogen | |
KR101095124B1 (en) | Hydroprocessing Assemblies and Hydrogen Generating Systems and Fuel Cell Systems Including Them | |
JP4476463B2 (en) | Fuel cell separator and fuel cell | |
CA2649638A1 (en) | Heat exchanger system comprising fluid circulation zones which are selectively coated with a chemical reaction catalyst | |
KR100985836B1 (en) | Fuel cell | |
JP3930271B2 (en) | Logic plate | |
JP2007292373A (en) | Heat exchanger and heat exchange type reformer | |
JPH084008B2 (en) | Separator for fuel cell | |
JP2005087784A (en) | Reactor | |
KR100668647B1 (en) | Hydrogen Purification Module | |
JP4598514B2 (en) | Fuel cell and fuel cell stack | |
JP2008059817A (en) | Cell structure of fuel cell, and fuel cell stack | |
US7601450B2 (en) | Hybrid interconnect for a solid-oxide fuel cell stack | |
JP2007207454A (en) | Fuel cell stack | |
JP2009277521A (en) | Fuel cell stack | |
JP2011228171A (en) | Fuel cell | |
JP2008004427A (en) | Fuel cell | |
JP2697461B2 (en) | Internal reforming molten carbonate fuel cell | |
JP4476160B2 (en) | Logic plate | |
JP2007292371A (en) | Heat exchanger and heat exchange type reformer | |
JP2005327716A (en) | Logic plate | |
JP2006294624A (en) | Reformer for fuel cell system | |
JP2001006696A (en) | Separator of fuel cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060206 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20070426 |