(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃焼室と改質室が交互に伝熱隔壁を隔てて積層され、各燃焼室は、単一の分散室とこれを挟んで位置する一対の燃焼触媒室とからなり、各改質室は、単一の予熱室とこれを挟んで位置する一対の改質触媒室とからなる矩形平板状のプレート型改質器であって、
矩形面の全体が、４辺のうちの１辺に接する矩形領域Ａと、この辺に対向する１辺に接する矩形領域Ｂと、領域Ａ，Ｂ間に位置しそれぞれ別の辺に接する矩形領域Ｃ，Ｄに区分され、更に、領域Ｂは、領域Ｃに接する矩形領域Ｂ１  と、領域Ｄに接する矩形領域Ｂ２  に区分され、領域Ｄは、領域Ａに接する矩形領域Ｄ１  、領域Ｂに接する矩形領域Ｄ３  、及び領域Ｄ１  とＤ３  の間の矩形領域Ｄ２  に区分され、
領域Ａの対向する外面には、領域Ｄ側に原料ガスマニホールド、領域Ｂ側に改質ガスマニホールドがそれぞれ外壁を貫通する開口を介して連通して設けられ、領域Ｄ１  の外面には空気マニホールド、領域Ｃの領域Ｄ１  に対向する外面には排ガスマニホールドがそれぞれ外壁を貫通する開口を介して連通して設けられ、
更に、領域Ｄ２  ，Ｄ３  ，Ｂ２  の共通する外面には、燃料予熱チャンバーが領域Ｄ２  の外壁を貫通する開口を介して連通して設けられ、この燃料予熱チャンバーには燃料ガスマニホールドが連通しており、
領域Ｃ，Ｄ間には全体に共通隔壁が設けられ、
各分散室は、領域Ａ，Ｃ間及び領域Ｄ１  ，Ｄ２  間に気密仕切板が設けられ、かつ領域Ｄ２  の燃焼触媒室との隔壁に複数の燃料噴射穴が設けられ、
各燃焼触媒室は、領域Ａ，Ｃ間及び領域Ａ，Ｄ１  間に気密仕切板、領域Ｄ１  ，Ｄ２  間に貫通穴を有する連通仕切板が設けられ、かつ領域Ｂ，Ｃ，Ｄ２  ，Ｄ３  には燃焼触媒が充填されており、
各予熱室は、領域Ａ，Ｄ１  間及び領域Ｂ１  ，Ｂ２  間に気密仕切板が設けられ、かつ領域Ｂ１  の改質触媒室との隔壁に複数の原料ガス噴射穴が設けられ、
各改質触媒室は、領域Ａ，Ｃ間及び領域Ｃ，Ｂ１  間に気密仕切板が設けられ、領域Ｄ１  ，Ｄ２  間及び領域Ｄ３  ，Ｂ２  間に連通仕切板が設けられ、かつ領域Ｄ２  及びＤ３  には改質触媒が充填されている、ことを特徴とする予熱機能付きプレート型改質器。
【請求項２】
領域Ｃの領域Ｄ１  に対向する分散室と燃焼触媒室間の隔壁に、前記燃料噴射穴よりも小さい燃料排出穴が設けられ、該燃料排出穴を通して少量の燃料ガスを隣接する燃焼触媒室に導く、ことを特徴とする請求項１に記載の予熱機能付きプレート型改質器。
【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予熱機能付き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４に模式的に示す天然ガス等の原料ガスを水素を含むガスに改質するために改質器が用いられる。改質器は、隔壁で分離された燃焼室Ｃｏと改質室Ｒｅからなり、燃焼室Ｃｏで燃料ガス１（例えば燃料電池からのアノード排ガス）を燃焼させ、その熱で改質室Ｒｅを加熱し、その内部に充填された改質触媒３により改質室を流れる原料ガス２を水素を含むガス４（以下、改質ガスという）に改質するようになっている。
【０００３】
燃料電池発電装置における改質器には、上述した改質室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５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５が平板状に充填され、外部マニホールド６ａ，６ｂから供給される燃料ガス１と燃焼用空気７とが、図に破線で示すように流れ、燃焼触媒５の作用により反応（燃焼）して発熱し、燃焼排ガス８が反対側の外部マニホールド６ｃから排出される。一方、改質室Ｒｅには、粒子状の改質触媒３が同様に平板状に充填され、外部マニホールド６ｄから供給される原料ガス２が、図に実線で示すように流れ、改質触媒３の作用により原料ガス２を改質し、改質ガス４が、反対側の外部マニホールド６ｅ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】
改質反応が効率的に行われる温度は一般に高く、改質ガス４は、通常７００℃以上の高温となる。一方、原料ガス２は、例えば都市ガスと水蒸気の混合ガスであり、通常２００℃以下の低温である。そのため、図４に例示するように、燃料電池発電設備では、高温の改質ガス４で低温の原料ガス２を予熱する燃料予熱器９が改質器と共に用いられる。
【０００５】
しかし、上述した従来のプレート型改質器では、▲１▼改質器と燃料予熱器が別々のために設置面積が大きく、かつ▲２▼改質器の側壁が大気に接しているため、放熱により側壁と中央部に大きな温度差が生じやすく改質率が低下する、等の問題点があった。
【０００６】
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、本発明の目的は、燃料予熱器の機能を合わせ持ち、かつ改質器の側壁からの放熱を低減して低温域を縮小し、全体として高い改質率を維持できるプレート型改質器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、複数の燃焼室と改質室が交互に伝熱隔壁を隔てて積層され、各燃焼室は、単一の分散室とこれを挟んで位置する一対の燃焼触媒室とからなり、各改質室は、単一の予熱室とこれを挟んで位置する一対の改質触媒室とからなる矩形平板状のプレート型改質器であって、矩形面の全体が、４辺のうちの１辺に接する矩形領域Ａと、この辺に対向する１辺に接する矩形領域Ｂと、領域Ａ，Ｂ間に位置しそれぞれ別の辺に接する矩形領域Ｃ，Ｄに区分され、更に、領域Ｂは、領域Ｃに接する矩形領域Ｂ１  と領域Ｄに接する矩形領域Ｂ２  に区分され、領域Ｄは、領域Ａに接する矩形領域Ｄ１  、領域Ｂに接する矩形領域Ｄ３  、及び領域Ｄ１  とＤ３  の間の矩形領域Ｄ２  に区分され、領域Ａの対向する外面には、領域Ｄ側に原料ガスマニホールド、領域Ｂ側に改質ガスマニホールドがそれぞれ外壁を貫通する開口を介して連通して設けられ、領域Ｄ１  の外面には空気マニホールド、領域Ｃの領域Ｄ１  に対向する外面には排ガスマニホールドがそれぞれ外壁を貫通する開口を介して連通して設けられ、更に、領域Ｄ２  ，Ｄ３  ，Ｂ２  の共通する外面には、燃料予熱チャンバーが領域Ｄ２  の外壁を貫通する開口を介して連通して設けられ、この燃料予熱チャンバーには燃料ガスマニホールドが連通しており、領域Ｃ，Ｄ間には全体に共通隔壁が設けられ、各分散室は、領域Ａ，Ｃ間及び領域Ｄ１  ，Ｄ２  間に気密仕切板が設けられ、かつ領域Ｄ２  の燃焼触媒室との隔壁に複数の燃料噴射穴が設けられ、各燃焼触媒室は、領域Ａ，Ｃ間及び領域Ａ，Ｄ１  間に気密仕切板、領域Ｄ１  ，Ｄ２  間に貫通穴を有する連通仕切板が設けられ、かつ領域Ｂ，Ｃ，Ｄ２  ，Ｄ３  には燃焼触媒が充填されており、各予熱室は、領域Ａ，Ｄ１  間及び領域Ｂ１  ，Ｂ２  間に気密仕切板が設けられ、かつ領域Ｂ１  の改質触媒室との隔壁に複数の原料ガス噴射穴が設けられ、各改質触媒室は、領域Ａ，Ｃ間及び領域Ｃ，Ｂ１  間に気密仕切板が設けられ、領域Ｄ１  ，Ｄ２  間及び領域Ｄ３  ，Ｂ２  間に連通仕切板が設けられ、かつ領域Ｄ２  及びＤ３  には改質触媒が充填されている、ことを特徴とする予熱機能付きプレート型改質器が提供される。
【０００８】
本発明の好ましい実施例によれば、領域Ｃの領域Ｄ１  に対向する分散室と燃焼触媒室間の隔壁に、前記燃料噴射穴よりも小さい燃料排出穴が設けられ、該燃料排出穴を通して少量の燃料ガスを隣接する燃焼触媒室に導くようになっている。
【０００９】
【作用】
上述した本発明の構成によれば、原料ガスは、予熱室の領域Ａ，Ｃ，Ｂ１  を通って改質触媒室の領域Ｂ１  に入り、領域Ｂ２  ，Ｄ３  ，Ｄ２  ，Ｄ１  ，Ａを通って外部に供給され、これにより、改質触媒の充填された領域Ｄ３  ，Ｄ２  で改質された改質ガスと原料ガスが領域Ａで熱交換され、改質ガスにより原料ガスを予熱することができる。更に、原料ガスは領域Ｃ，Ｂ１  ，Ｂ２  でも、燃焼室から加熱される。従って、従来の予熱器以上に原料ガスを改質前に予熱することができる。
【００１０】
更に、改質触媒は領域Ｄ２  ，Ｄ３  に充填されており、この領域は領域Ｃと燃料予熱チャンバーの間に挟まれているので、改質領域の側壁が大気に接しておらず、側壁からの放熱を低減して低温域を縮小し、高い改質率を維持することができる。
【００１１】
【実施例】
以下、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、本発明による予熱機能付きプレート型改質器の平面図（Ａ）とそのＡ−Ａ線における側面断面図（Ｂ）である。この図に示すように、本発明の予熱機能付きプレート型改質器１０は、複数の燃焼室Ｃｏと改質室Ｒｅが交互に伝熱隔壁１３を隔てて積層された矩形平板状のプレート型改質器であり、各燃焼室Ｃｏは、単一の分散室１４とこれを挟んで位置する一対の燃焼触媒室１５とからなる。また、改質室Ｒｅは、単一の予熱室１１とこれを挟んで位置する一対の改質触媒室１２とからなる。
【００１２】
また、図１に示すように、本発明の予熱機能付きプレート型改質器１０は、矩形面の全体が、４辺のうちの１辺に接する矩形領域Ａと、この辺に対向する１辺に接する矩形領域Ｂと、領域Ａ，Ｂ間に位置しそれぞれ別の辺に接する矩形領域Ｃ，Ｄに区分され、更に、領域Ｂは、領域Ｃに接する矩形領域Ｂ１  と、領域Ｄに接する矩形領域Ｂ２  に区分され、領域Ｄは、領域Ａに接する矩形領域Ｄ１  、領域Ｂに接する矩形領域Ｄ３  、及び領域Ｄ１  とＤ３  の間の矩形領域Ｄ２  に区分される。
【００１３】
領域Ａの対向する外面には、領域Ｄ側に原料ガスマニホールド１６ａ、領域Ｃ側に改質ガスマニホールド１６ｅがそれぞれ外壁を貫通する開口１９を介して連通して設けられ、領域Ｄ１  の外面には空気マニホールド１６ｃ、領域Ｃの領域Ｄ１  に対向する外面には排ガスマニホールド１６ｂがそれぞれ外壁を貫通する開口を介して連通して設けられている。
【００１４】
更に、領域Ｄ２  ，Ｄ３  ，Ｂ２  の共通する外面には、燃料予熱チャンバー２０が領域Ｄ２  の外壁を貫通する開口を介して連通して設けられ、この燃料予熱チャンバー２０には燃料ガスマニホールド１６ｄが連通している。また、領域Ｃ，Ｄ間には全体に共通隔壁２１が設けられ、この間のガスの流通を防止している。
【００１５】
図２（Ａ）は、燃焼室Ｃｏを構成する分散室１４の平面図である。この図に示すように、各分散室１４は、領域Ａ，Ｃ間及び領域Ｄ１  ，Ｄ２  間に気密仕切板１４ｂ，１４ａが設けられ、かつ領域Ｄ２  の燃焼触媒室１５との隔壁１７に複数の燃料噴射穴１７ａが設けられている。かかる構成により、燃料ガスマニホールド１６ｄから燃料予熱チャンバー２０を介して分散室１４の領域Ｄに入った燃料ガスを、燃料噴射穴１７ａを通して燃焼触媒室１５の領域Ｄ２  に噴射することができる。
【００１６】
また、図２（Ａ）に示すように、領域Ｃの分散室１４と燃焼触媒室１５の間の隔壁１７の領域Ｄ１  に対向する部分に、燃料噴射穴１７ａよりも小さい燃料排出穴１７ｂが設けられている。この構成により、燃料排出穴１７ｂを通して少量の燃料ガスを隣接する燃焼触媒室１５に導くことができ、運転中の燃料ガスの滞留と、プラント停止時のガスパージ時間を短縮することができる。
【００１７】
図２（Ｂ）は、燃焼室Ｃｏを構成する燃焼触媒室１５の平面図である。この図に示すように、各燃焼触媒室１５には、領域Ａ，Ｃ間及び領域Ａ，Ｄ１  間に気密仕切板１５ａ，１５ｂ、領域Ｄ１  ，Ｄ２  間に貫通穴を有する連通仕切板１５ｃが設けられ、かつ領域Ｂ，Ｃ，Ｄ２  ，Ｄ３  には燃焼触媒５が充填されている。かかる構成により、空気マニホールド１６ｃから領域Ｄ１  に入った空気を領域Ｄ，Ｂ，Ｃの順で流し、排ガスマニホールド１６ｂから排気することができる。また、前述のように領域Ｄ２  には、燃料噴射穴１７ａを通して分散室１４から燃料ガスが流入して空気と混合し、燃焼触媒５の作用で領域Ｄ，Ｂ，Ｃで燃料ガスが燃焼し、その熱を隣接する改質室Ｒｅに伝熱することができる。
【００１８】
図３（Ａ）は改質室Ｒｅを構成する予熱室１１の平面図である。この図に示すように、各予熱室１１は、領域Ａ，Ｄ１  間及び領域Ｂ１  ，Ｂ２  間に気密仕切板１１ａ，１１ｂが設けられ、かつ領域Ｂ１  の改質触媒室１２との隔壁１８に複数の原料ガス噴射穴１８ａが設けられている。かかる構成により、原料ガスマニホールド１６ａから領域Ａに入った原料ガスを、領域Ａ，Ｃ，Ｂ１  の順で流し、原料ガス噴射穴１８ａを通して隣接する改質触媒室１２に噴射させることができる。また、
図３（Ｂ）は、改質室Ｒｅを構成する改質触媒室１２の平面図である。この図に示すように、各改質触媒室１２は、領域Ａ，Ｃ間及び領域Ｃ，Ｂ１  間に気密仕切板１２ａ，１２ｂが設けられ、かつ領域Ｄ１  ，Ｄ２  間及び領域Ｄ３  ，Ｂ２  間に連通仕切板１２ｃ，１２ｄが設けられている。また、領域Ｄ２  及びＤ３  には改質触媒３が充填されている。かかる構成により、原料ガス噴射穴１８ａを通して領域Ｂ１  に流入した原料ガスを、領域Ｂ１  ，Ｂ２  ，Ｄ，Ａの順に流し、改質ガスマニホールド１６ｅを介して外部に供給することができる。原料ガスは、領域Ｄ２  及びＤ３  に充填された改質触媒３の作用で改質されて改質ガスとなる。
【００１９】
上述した本発明の構成によれば、原料ガス２は、予熱室１１の領域Ａ，Ｃ，Ｂ１  を通って改質触媒室１２の領域Ｂ１  に入り、領域Ｂ２  ，Ｄ３  ，Ｄ２  ，Ｄ１  ，Ａを通って外部に供給され、これにより、改質触媒３の充填された領域Ｄ３  ，Ｄ２  で改質された改質ガス４と原料ガス２が領域Ａで熱交換され、改質ガス４により原料ガス２を予熱することができる。更に、原料ガス２は領域Ｃ，Ｂ１  ，Ｂ２  でも、燃焼室Ｃｏから加熱される。従って、従来の予熱器以上に原料ガスを改質前に予熱することができる。
【００２０】
更に、改質触媒３は領域Ｄ２  ，Ｄ３  に充填されており、この領域は領域Ｃと燃料予熱チャンバー２０の間に挟まれているので、改質領域の側壁が大気に接しておらず、側壁からの放熱を低減して、低温域を縮小することができる。
なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できることは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】
上述したように、本発明の構成によれば、領域Ｄ３  ，Ｄ２  で改質された改質ガスにより、原料ガスを領域Ａで予熱することができ、かつ領域Ｃ，Ｂ１  ，Ｂ２  でも、燃焼室Ｃｏからの伝熱で加熱できる。また、改質触媒は領域Ｄ２  ，Ｄ３  に充填されており、この領域は領域Ｃと燃料予熱チャンバーの間に挟まれているので、改質領域の側壁が大気に接しておらず、側壁からの放熱を低減して、低温域を縮小することができる。
【００２２】
従って、本発明の予熱機能付きプレート型改質器は、燃料予熱器の機能を合わせ持ち、かつ改質器の側壁からの放熱を低減して、低温域を縮小し、全体として高い改質率を維持できる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による予熱機能付きプレート型改質器の平面図（Ａ）とそのＡ−Ａ線における側面断面図（Ｂ）である。
【図２】分散室と燃焼触媒室の平面図である。
【図３】予熱室と改質触媒室の平面図である。
【図４】改質器の模式図である。
【図５】従来のプレート型改質器の模式的構成図である。
【符号の説明】
１  燃料ガス
２  原料ガス
３  改質触媒
４  改質ガス
５  燃焼触媒
６ａ〜６ｅ  外部マニホールド
７  燃焼用空気
８  燃焼排ガス
９  燃料予熱器
１０  プレート型改質器
１１  予熱室
１１ａ，１１ｂ  気密仕切板
１２  改質触媒室
１２ａ，１２ｂ  気密仕切板
１２ｃ，１２ｄ  連通仕切板
１３  伝熱隔壁
１４  分散室
１４ａ，１４ｂ  気密仕切板
１５  燃焼触媒室
１５ａ，１５ｂ  気密仕切板
１５ｃ  連通仕切板
１６ａ〜１６ｅ  マニホールド
１７ａ，１７ｂ  穴
１８ａ，１８ｂ  穴
１９  開口
２０  燃料予熱チャンバー
２１  共通隔壁
Ｒｅ  改質室
Ｃｏ  燃焼室
【図１】
0003555704.tif 000002
【図２】
0003555704.tif 000003
【図３】
0003555704.tif 000004
【図４】
0003555704.tif 000005
【図５】
0003555704.tif 000006