(57)【要約】【課題】反応器の触媒充填空間、あるいは触媒充填用管路が複雑な形状を持っていた場合でも、触媒の充填が容易に実施でき、触媒の充填のための作業時間を大幅に短縮し作業能率を向上させる反応器内への触媒の充填方法およびその装置を提供する。【解決手段】反応器の触媒充填空間へ連通する少なくとも２以上の触媒充填／吸引口のうち、１つを吸引装置に接続し、他の１つを触媒導入管に接続し、かつ前記吸引装置及び前記触媒導入管の何れにも接続されない他の触媒充填／吸引口がある場合はこれを閉塞した後、前記吸引装置を始動して前記触媒導入管より吸入した触媒を前記触媒充填空間に充填する。【選択図】  図１
2004231496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に充填された触媒に原燃料を接触させて改質を行う反応器への触媒充填方法において、前記反応器の触媒充填空間へ連通する少なくとも２以上の触媒充填／吸引口のうち、１つを吸引装置に接続し、他の１つを触媒導入管に接続し、かつ前記吸引装置及び前記触媒導入管の何れにも接続されない他の触媒充填／吸引口がある場合はこれを閉塞した後、前記吸引装置を始動して前記触媒導入管より吸入した触媒を前記触媒充填空間に充填することを特徴とする触媒充填方法。
【請求項２】
前記触媒充填／吸引口又は触媒導入管が吸入した触媒により閉塞した場合に、前記吸引装置と前記触媒充填／吸引口との間の経路を遮断し、前記吸引装置と前記触媒導入管とをトラップを介して接続すると共に、触媒充填／吸引口の少なくとも１つを大気に開口させて、前記閉塞をせしめた触媒を触媒充填時と逆方向に吸引してトラップ内に排出することを特徴とする請求項１に記載の触媒充填方法。
【請求項３】
内部に充填された触媒に原燃料を接触させて改質を行う反応器への触媒充填装置において、
前記反応器の触媒充填空間へ連通する少なくとも２以上の触媒充填／吸引口のうちの１つに第１の吸引管を介して接続される吸引装置と、
前記触媒充填／吸引口の他の１つに接続される触媒導入管と、
前記触媒充填空間に充填される触媒を内蔵する触媒容器とを備え、
前記吸引装置の吸引力により前記触媒容器内の触媒を触媒導入管より吸入して前記触媒充填空間へ充填することを特徴とする触媒充填装置。
【請求項４】
触媒充填装置が、トラップと、
前記触媒導入管上に設けられた第１の三方弁と、
前記トラップと前記第１の三方弁の一方に接続する第２の吸引管と、
前記第１の吸引管上に設けられた第２の三方弁と、前記第２の三方弁よりも第１の吸引管の吸引装置側に設けられた第３の三方弁と、
前記第２の三方弁の一方に接続される大気開放管と、
前記第３の三方弁の一方と前記トラップとを接続する第３の吸引管とを備え、
前記第１の三方弁と前記触媒充填／吸引口との間の触媒導入管もしくは前記触媒充填／吸引口において、吸入した触媒により閉塞が生じた場合に、前記第１の三方弁の経路を切替えて触媒導入管の反応器側を第２の吸引管を介してトラップに連通させると共に、第２の三方弁の経路を切替えて反応容器内の触媒充填空間を前記大気開放管を介して大気に開放し、かつ、前記第３の三方弁の経路を切替えて前記第３の吸引管を介して前記トラップと前記吸引装置とを接続することにより、前記閉塞をせしめた触媒を触媒充填時と逆方向に吸引してトラップ内に排出することを特徴とする請求項３に記載の触媒充填装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば燃料電池発電装置に設置される燃料改質装置や水素製造装置の反応容器内部への触媒を充填する方法およびそのための装置に関する。
【従来の技術】
例えば水素製造装置や、燃料電池発電装置に設けられる燃料改質装置など、触媒が充填された反応容器内に、都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ、メタンガス等の炭化水素系燃料やアルコール燃料を原燃料として通流させ、前記原燃料を水素リッチな改質ガスへ変える反応装置が知られている。
図２には、燃料電池発電装置に設けられる改質系反応装置の概略図を示す。改質系反応装置として、改質器３、一酸化炭素変成器４及び一酸化炭素除去器５が設けられており、原燃料としてメタンガスを用いた場合には、前記各反応器ではそれぞれ下記（１）〜（３）の反応が進行することにより、メタンガスから水素純度の高い改質ガスを得ている。
ＣＨ４  ＋Ｈ２  Ｏ  →３Ｈ２  ＋ＣＯ  （＋２０６．１４  ＫＪ／ｍｏｌ：吸熱反応）    （１）
ＣＯ  ＋Ｈ２  Ｏ  →Ｈ２  ＋ＣＯ２  （−４１．１７  ＫＪ／ｍｏｌ：発熱反応）        （２）
ＣＯ  ＋１／２Ｏ２  →ＣＯ２  （−２５７．２  ＫＪ／ｍｏｌ：発熱反応）            （３）
図２の改質器としては、例えば図３に示す構造のものが特許文献１に記載されている。図に示す改質器は、同心円状に配した内側筒体１１、中間筒体１２、外側筒体１３により環状の内槽と外槽を形成し、内槽に触媒層５を充填した改質管１を、内部に組み込んだバーナー２で生成した熱媒体で加熱し、改質管１に供給する原料ガスを改質するものにおいて、内側筒体１１とバーナー２の間に、燃焼筒体８を配して、バーナー２より下端へと達し、折り返して燃焼筒体８  と内側筒体１１  との間の環状空間を流れる熱媒体により触媒層５  を加熱することとし、原料ガスは、まず触媒層５  を充填した改質管１  の内槽へと供給して改質し、そののち外槽を通流させて内槽の加熱に用いたのち外部へ取り出すように構成したものである。また近年、特許文献２，３，４及び５に記載されているような、改質器、一酸化炭素変成器及び一酸化炭素除去器を一体に設けた改質系反応装置も出願されている。
ところで、これらの反応器中に触媒が密に充填されていない場合には、触媒が存在しないことにより原燃料自体が熱で分解して炭素の析出が発生し、触媒活性の低下や触媒粒子間の閉塞を招き、その結果、原燃料の改質ガスへの転化率の低下、反応器内の圧力損失の増大、偏流を生じ、さらには反応器内壁にホットスポットによる熱応力で反応器の内壁が破断する等の問題が発生する。
従って、このような問題を回避するため、反応器中に触媒を密に充填する必要があるが、従来は、反応器内の触媒充填空間の上方に触媒充填用管路を接続し、漏斗状の器具を用いて触媒充填用管路を通して触媒を流し込み、自重により触媒充填空間に落下させて充填させる方法により触媒の充填作業を行っていた。
【特許文献１】
特開平１１−２２８１０４号公報  （図１）
【特許文献２】
特開２０００−３４１０３号公報  （図１〜３）
【特許文献３】
特開２００２−１８７７０５号公報  （図１等）
【特許文献４】
ＷＯ００／６３１１４号公報  （図３等）
【特許文献５】
特開２００２−２９３５０９号公報  （図１）
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の触媒充填方法では充填用管路に触媒が詰まりやすく、常に振動を与えながら慎重に作業を行う必要があり、また特に、上述のごとく近年開発されている複数の反応器を一体に構成した改質系反応装置の場合など、反応器や各反応器への触媒の充填用管路が屈曲部の多い複雑な形状を有する場合には、触媒が充填空間まで容易には到達せず、充填作業が困難であった。
本発明は、このような従来の触媒の充填方法の問題点を改善すべく成されたものであり、反応器あるいは反応器内への触媒充填用管路が複雑な形状を有する場合であっても、触媒の充填が容易に実施でき、触媒の充填のための作業時間を大幅に短縮し作業能率を向上させる反応器内への触媒の充填方法およびその装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するために、本発明では、内部に充填された触媒に原燃料を接触させて改質を行う反応器への触媒充填方法において、
前記反応器の触媒充填空間へ連通する少なくとも２以上の触媒充填／吸引口のうち、１つを吸引装置に接続し、他の１つを触媒導入管に接続し、かつ前記吸引装置及び前記触媒導入管の何れにも接続されない他の触媒充填／吸引口がある場合はこれを閉塞した後、前記吸引装置を始動して前記触媒導入管より吸入した触媒を前記触媒充填空間に充填することとした。（請求項１の発明）
ここで、触媒充填／吸引口は、そのうちの１つを吸引装置へ専用に接続する吸引口とし、残りを触媒導入管専用に接続する触媒充填口として用いるものであっても良いし、複数の触媒充填／吸引口を触媒充填口及び吸引口の区別なく反応装置に設けて夫々任意に触媒充填口又は吸引口とし利用するものであっても良い。
また、前記触媒充填／吸引口は反応器壁面に設けられる孔であっても、反応器にノズル状の管路を設けたものであっても良く、また、特別にこれらを設けることなく、触媒充填／吸引口は、例えば図３の原燃料ガス入口および改質ガス出口を利用することも可能である。
また上記の触媒充填方法において、前記触媒充填／吸引口又は触媒導入管が吸入した触媒により閉塞した場合に、前記吸引装置と前記触媒充填／吸引口との間の経路を遮断し、前記吸引装置と前記触媒導入管とをトラップを介して接続すると共に、触媒充填／吸引口の少なくとも１つを大気に開口させて、前記閉塞をせしめた触媒を触媒充填時と逆方向に吸引してトラップ内に排出することする。（請求項２の発明）
さらに、本発明は、内部に充填された触媒に原燃料を接触させて改質を行う反応器への触媒充填装置において、前記反応器の触媒充填空間へ連通する少なくとも２以上の触媒充填／吸引口のうちの１つに第１の吸引管を介して接続される吸引装置と、前記触媒充填／吸引口の他の１つに接続される触媒導入管と、前記触媒充填空間に充填される触媒を内蔵する触媒容器とを備え、前記吸引装置の吸引力により前記触媒容器内の触媒を触媒導入管より吸入して前記触媒充填空間へ充填する構成とした。（請求項３の発明）
また上記構成において、触媒充填装置が、トラップと、前記触媒導入管上に設けられた第１の三方弁と、前記トラップと前記第１の三方弁の一方に接続する第２の吸引管と、前記第１の吸引管上に設けられた第２の三方弁と、前記第２の三方弁よりも第１の吸引管の吸引装置側に設けられた第３の三方弁と、前記第２の三方弁の一方に接続される大気開放管と、前記第３の三方弁の一方と前記トラップとを接続する第３の吸引管とを備え、前記第１の三方弁と前記触媒充填／吸引口との間の触媒導入管もしくは前記触媒充填／吸引口において吸入した触媒により閉塞が生じた場合に、前記第１の三方弁の経路を切替えて触媒導入管の反応器側を第２の吸引管を介してトラップに連通させると共に、第２の三方弁の経路を切替えて反応容器内の触媒充填空間を前記大気開放管を介して大気に開放し、かつ、前記第３の三方弁の経路を切替えて前記第３の吸引管を介して前記トラップと前記吸引装置とを接続することにより、前記閉塞をせしめた触媒を触媒充填時と逆方向に吸引してトラップ内に排出するように構成した。（請求項４の発明）
本発明は、上述のごとく請求項２の方法及び請求項４の装置の構成とすることにより、触媒導入管または前記触媒充填／吸引口が屈曲部の多い複雑な形状の管路から成る場合等において、触媒の充填作業中にこれらの箇所に吸入した触媒が詰まって前記管路を閉塞した場合であっても、速やかに閉塞を生じた触媒を逆方向に吸引してトラップ内に排出、除去することを可能にするものである。
なお、上記の本発明が適用可能な前記反応器としては、例えば燃料電池発電装置に設けられる改質系反応装置の改質器、一酸化炭素変成器及び一酸化炭素除去器などが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
【発明の実施の形態】
本発明による実施例を図１を用いて説明する。図１は、請求項１に記した触媒充填方法を用いた請求項２に記述の触媒充填装置の実施形態の説明図である。
触媒充填装置３０は、吸引装置３２およびトラップ３４を内蔵する。まず、触媒を充填すべき反応器５０内の触媒充填空間５２を、触媒充填空間５２に接続された管路５４（吸引口）及び触媒充填用管路５６（触媒充填口）以外の管路は、粘着テープ等により一時的に閉鎖し、触媒充填空間５２は管路５４、触媒充填用管路５６（触媒充填口）を除いて閉塞した状態に置く。この状態で、管路５４（吸引口）は、吸引管路２３、２９を通じて吸引装置３２に接続される。触媒充填用管路５６（触媒充填口）は、先端に触媒吸入口３６を備えた触媒導入管２１に接続される。
この状態で、吸引装置３０によって管路５４（吸引口）及び吸引管路２３、２９、三方弁２６、２７を通じて触媒充填空間５２を吸引することで、触媒容器３６内の触媒４０は作業者が手に持つ触媒吸入口３５から吸入され触媒導入管２１及び触媒充填用管路５６（触媒充填口）内を通じて反応器５０内の触媒充填空間５２へに充填される。
この時、万が一、触媒充填用管路５６（触媒充填口）が触媒４０により目詰まりした場合は、三方弁２５での経路切替により触媒充填用管路５６（触媒充填口）を吸引管路２２を通じてトラップ３４に接続する。同時に、三方弁２６での経路切替により管路５４（吸引口）は吸引管路２３及び大気開放管路２４に接続される、また、吸引装置３２は三方弁２７での経路切替により経路を吸引管路２９、２８を通じトラップ３４に接続される。この状態で、吸引装置３２によりトラップ３４を吸引することで、触媒充填用管路５６（触媒充填口）に目詰まりした触媒４０は吸引・除去され、吸引管路２２を通じてトラップ３４内に排出される。
【発明の効果】
以上のように本願の請求項１の触媒充填方法または請求項３の触媒充填装置により、触媒充填空間、あるいは触媒充填口としての触媒充填用管路が複雑な形状を持っていた場合でも、管路を閉塞させることなく触媒充填空間内に充填することが可能になった。また、充填作業を行う作業者は、手に持った触媒吸引口を触媒上で適宜移動させるだけで触媒を吸入・充填できるため、作業性を飛躍的に向上させることが可能となる。
さらにまた、本願の請求項２又は４の発明により、万が一、触媒が目詰まりを起こし触媒充填用管路が閉塞した場合であっても、触媒管路を逆方向に吸引してやることで目詰まりした触媒を取り除くことにより容易に閉塞を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施形態の説明図
【図２】従来の公知の燃料電池発電装置の改質系概略図
【図３】従来の改質器の断面構成図
【符号の説明】
３０    触媒充填装置
３２    吸引装置
３５    触媒吸入口
３４    トラップ
５０    反応器
５２    触媒充填空間
５６    触媒充填用管路（触媒充填口）
５４    管路（吸引口）
２１    触媒導入管
２２，２３，２８，２９    吸引管路
２４    大気開放管路
２５，２６，２７    三方弁
４０    触媒
３６    触媒容器
【図１】
2004231496.tif 000003
【図２】
2004231496.tif 000004
【図３】
2004231496.tif 000005