(57)【要約】【課題】熱効率を向上させた水蒸気改質器を提供する。【解決手段】改質器２の燃焼器の燃焼排ガスの排気通路３の一部を改質器の外周部に円管状の下降通路７として形成する。燃焼排ガスの下降通路７の外周には、改質反応に用いられる水を予熱する給水予熱部４が円管状に形成され、また下降通路７の内周には、加水原料ガスを予熱する原料予熱部９が円管状に形成されている。また下降通路７には燃焼排ガスが改質器のに軸方向下向きに流れ、給水予熱部と原料予熱部には水と加水原料ガスをそれぞれ上向きに流す。こうすることにより、燃焼排ガスの顕熱を低い温度まで水の加熱に利用でき、改質器の効率を一層向上させることができる。また、燃焼排ガスと水との温度差を大きくとることができるので、熱の伝達効率を向上できる。【選択図】　図１
2004123464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系燃料と水を原料として改質触媒により水蒸気改質して水素を主成分とする改質ガスを製造する水蒸気改質器において、改質器の中心部に設けた燃焼器の燃焼排ガス用の排気通路を、改質器の上部において水平かつ円環状に広がる中間通路と、該中間通路の外周に形成した下降通路とにより少なくとも構成し、外部から供給された水を湿り蒸気とする給水予熱部を前記下降通路の外周に隣接させて設け、外部から供給された原料ガスとしての炭化水素系燃料に前記湿り蒸気を加えた加水原料ガスを前記改質触媒に導くまでに前記燃焼排ガスの熱を利用して加熱する原料予熱部を少なくとも前記中間通路または前記下降通路に隣接するように設け、前記改質触媒により改質された改質ガスを冷却する冷却通路を前記原料予熱部の内側に隣接させて円管状に設け、前記給水予熱部には前記下降通路を通る燃焼排ガスの流れに対向させて水を流し、前記原料予熱部には前記冷却通路を通る改質ガスの流れに対向させて加水原料ガスを流すことを特徴とする水蒸気改質器。
【請求項２】
前記燃焼器を燃焼バーナで構成したとき、該燃焼バ−ナの燃焼排ガス用の排気通路の一部として該燃焼器に最も近い位置で燃焼器を取り囲むように円管状に形成した上昇通路を含み、該上昇通路は下流側に前記中間通路が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の水蒸気改質器。
【請求項３】
前記加水原料ガスを前記原料予熱部に導くに先だって加熱する加熱通路を円管状に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の水蒸気改質器。
【請求項４】
前記加熱通路は、加水原料ガスを一旦は改質器の軸方向上方から下方に向けて通し、その後下方から上方に向けて通す２重円管構造を有することを特徴とする請求項３に記載の水蒸気改質器。
【請求項５】
ＣＯ変成触媒層が改質器の直径方向にみて前記加熱通路の内側に配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の水蒸気改質器。
【請求項６】
前記ＣＯ変成触媒層の一部が改質器の直径方向にみて前記加熱通路の外側に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の水蒸気改質器。
【請求項７】
ＣＯ除去触媒層が改質器の直径方向にみて前記加熱通路の外側に配置されていることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の水蒸気改質器。
【請求項８】
円管状に形成された前記給水予熱部の内部が仕切部材により螺旋状に区画されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の水蒸気改質器。
【請求項９】
前記給水予熱部が前記下降通路の外周に螺旋状に巻き付けた通水パイプにより形成されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の水蒸気改質器。
【請求項１０】
前記給水予熱部は前記下降通路の外周部に周方向に離間して形成された複数個の改質器軸方向に伸びる通水路から成り、該通水路内を軸方向下方から上方に水を流通させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の水蒸気改質器。
【請求項１１】
前記下降通路の内部が仕切部材により螺旋状に区画されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の水蒸気改質器。
【請求項１２】
前記下降通路は螺旋状に巻かれた通水パイプによって区画されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の水蒸気改質器。
【請求項１３】
前記給水予熱部に原料ガスと水とを通過させることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の水蒸気改質器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素を主成分とする改質ガスを製造する水蒸気改質器に関する。
【０００２】
【従来技術】
水蒸気改質器は、都市ガスやＬＰＧ等の炭化水素系燃料を原料ガスとし、光ファイバーや半導体の製造過程、あるいは燃料電池等において使用される水素濃度の高い改質ガスを水蒸気改質により生成する装置である。改質器の一例として、複数の円筒の間に触媒層を備え、触媒層の中心部分にバーナを設け、バーナにより加熱された触媒層に原料ガスと水蒸気とを通して改質ガスを生成する単管円筒式水蒸気改質器が特許文献１に開示されている。
【０００３】
この種の改質器は、バーナでの燃焼排ガスを、輻射筒（伝熱隔壁）と最も内側の円筒との間を通して改質器の上部に送り、上部で円環状に広がる通路空間を介して外部に排気するとともに、この円環状の通路空間の上部に隣接させて水を加熱する給水予熱部を設け、この通路空間を通る燃焼排ガスの熱を利用して給水予熱部を通る水を加熱し改質用の水蒸気を製造している。このため燃焼排ガスの熱が有効に利用され改質器の熱効率が高くなる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１８７７０５号公報
【発明が解決しようとする課題】
図８は従来の円筒式水蒸気改質器の一例を示しており、その要部の構造のみを簡単に説明すると、改質器２００の中心軸上に伝熱隔壁１４で囲まれてバーナ１８が設けられ、伝熱隔壁１４の外側に同心的に第１の筒体６１から第８の筒体６８が順次設けられている。第１の筒体６１の下端と第３の筒体６３の下端はそれぞれ底板７１と７３により塞がれている。
【０００５】
第１の筒体６１と第２の筒体６２との間には改質触媒層８が充填され、第４の筒体６４と第５の筒体６５との間にはＣＯ変成触媒層１０が充填され、第７の筒体６７と第８の筒体６８との間にはＣＯ除去触媒層１５、１７が充填されている。
【０００６】
一方、改質器２００の側面には、水の供給口２０、燃焼排ガスの排出口２４、原料ガスの供給口２６、改質ガスの取出し口２８、ＣＯ除去用空気の供給口３０、３２が設けられている。
【０００７】
伝熱隔壁１４と第１の筒体６１との間隙空間はバーナ１８の燃焼排ガスの排気通路８０を形成しており、この排気通路８０は改質器上部で水平に円環状に広がる通路空間８１を介して燃焼排ガス排出口２４に接続され、バーナ１８の燃焼排ガスを流通、排気するようになっている。その他の構成については後述する本発明の実施例とほとんど同じであるので、ここでの説明は省略する。
【０００８】
上記構成の従来の改質器２００では、水供給口２０から供給された水は燃焼排ガスの通路空間８１の上部に隣接して形成された水平に円環状に広がる給水予熱部３４において直下の通路空間８１を通る燃焼排ガスと熱交換して加熱される構造になっており、燃焼排ガスの顕熱をプロセスに利用することで高い効率を達成することができる。
【０００９】
ところが、改質器の運転開始後給水加熱部３４での加熱が始まりしばらくして給水予熱部３４内の水が沸騰すると、給水予熱部３４全体の温度が１００℃になってしまうため、１２０〜１８０℃の燃焼排ガスの顕熱をこれ以上有効に利用できないという問題がある。
【００１０】
本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、円筒式水蒸気改質器において燃焼排ガスの顕熱をさらに有効に利用して熱効率をさらに向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、炭化水素系燃料と水を原料として改質触媒により水蒸気改質して水素を主成分とする改質ガスを製造する水蒸気改質器において、改質器の中心部に設けた燃焼器の燃焼排ガス用の排気通路を、改質器の上部において水平かつ円環状に広がる中間通路と、該中間通路の外周に形成した下降通路とにより少なくとも構成し、外部から供給された水を湿り蒸気とする給水予熱部を前記下降通路の外周に隣接させて設け、外部から供給された炭化水素系燃料を主成分とする原料ガスに前記湿り蒸気を加えた加水原料ガスを前記改質触媒に導くまでに前記燃焼排ガスの熱を利用して加熱する原料予熱部を少なくとも前記中間通路または前記下降通路に隣接するように設け、前記改質触媒により改質された改質ガスを冷却する冷却通路を前記原料予熱部の内側に隣接させて円管状に設け、前記給水予熱部には前記下降通路を通る燃焼排ガスの流れに対向させて水を流し、前記原料予熱部には前記冷却通路を通る改質ガスの流れに対向させて加水原料ガスを流すように構成した。
【００１１】
これにより、燃焼排ガスを沸騰前の１００℃以下の水と熱交換させることができるため、燃焼排ガスの顕熱を有効に利用でき、熱効率を一層向上させることができる。また、水の流通方向を燃焼排ガスの流通方向と対向させるようにしているので燃焼排ガスと水との温度差を大きくとることができ、熱交換の効率を一層高くすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明を説明する。
【００１３】
図１は本発明による水蒸気改質器の一実施の形態の概略構成を示す断面図である。
【００１４】
水蒸気改質器２は、中心軸の位置にバーナ１８が配置され、その回りに中心軸を同じくしてバーナ１８を囲むように円筒状の伝熱隔壁１４が設けられ、さらにその外側に、同心的に第１筒体６１から第８筒体６８までの複数の筒体が順次配置され、第１の筒体６１と第２の筒体６３との空間に改質触媒層８とその上部に予熱層５１が設けられ、第４筒体６４と第５筒体６５との空間にＣＯ変成触媒層１０（以下シフト層１０ともいう。）が設けられ、第７筒体６７と第８筒体６８との間には第１ＣＯ除去触媒層１２（以下第１ＰＲＯＸ層１２ともいう。）が下段に、第２ＣＯ除去触媒層１３（以下第２ＰＲＯＸ層１３ともいう）が上段に配置され、改質器全体は断熱材５３で包まれている。第１筒体６１の下端は底板７１により塞がれ、第３筒体６３の下端は底板７３により塞がれ、第４筒体６４と第８筒体６８は下端どうしが底板で結合されている。伝熱隔壁１４の下端は底板７１との間に適度な間隔を設けて配置されている。
【００１５】
一方、改質器２の側面には、水供給口２０、燃焼排ガス排出口２４、原料ガス供給口２６、改質ガス取出し口２８、ＣＯ除去用空気（空気、高濃度酸素等、酸素を含むガス。以下同じ）供給口３０、３２が設けられている。
【００１６】
バーナ１８の燃焼排ガスを排出口２４に導く排気通路３は、第１筒体６１と伝熱隔壁１４との間の円管状空隙により形成される上昇通路５と、この上昇通路５の上端で水平方向に円環状に広がる中間通路６と、この中間通路６の外周から下方に延びる円管状の下降通路７とから構成されている。下降通路７はその下端において燃焼排ガス排出口２４に接続され、バーナ１８の燃焼により生ずる燃焼排ガスを外部に排気する。バーナ１８は、伝熱隔壁１４の内側にバーナ取付台１６を介して取り付けられている。
【００１７】
下降通路７の外周に隣接して、水供給口２０から供給された水を予熱する外側予熱部としての給水予熱部４が円管状に形成されている。水供給口２０は給水予熱部４の下端に接続され、給水予熱部４の水供給口２０と直径的に対向する位置の上端には連結管２５が接続され、この連結管２５は原料ガスの供給口２６が接続している環状室２７に接続されている。
【００１８】
さらに下降通路７の内周に隣接して内側予熱部としての原料予熱部９が形成されている。原料予熱部９は下降通路７の内周に円管状に形成されており、原料予熱部９の下端は後述する加熱通路６９に接続されている。
【００１９】
次に筒体間の構成について説明する。
【００２０】
第１筒体６１と第２筒体６２との空間の上部には予熱層５１が充填され、下部には改質触媒層８が充填されている。予熱層５１はその上部において加熱通路６９に接続され、この加熱通路６９は原料ガスと湿り蒸気とが供給される環状室２７に接続されている。予熱層５１の内部にはステンレスやアルミナなどの伝熱性の大きい充填物が充填してあり、ガス等が予熱層５１を通過する際に加熱される。改質触媒層８には原料ガスと水蒸気を水蒸気改質反応させて、水素を主成分とする改質ガスとする改質触媒が充填してあり、下部で底板７１と底板７３との間を介して第２筒体６２と第３筒体６３との空間に形成される通路５０の下端に連通している。
【００２１】
通路５０は所定の幅で、改質触媒層８を通過したガスはこの通路５０を通る際、自己が保有する熱を第２筒体６２を介して改質触媒層８に伝達して加熱する。
【００２２】
第３筒体６３と第４筒体６４との間には断熱材５３が充填されており、熱の伝達量を制限している。
【００２３】
第４筒体６４と第５筒体６５との間にはＣＯ変成触媒が充填されたシフト層（ＣＯ変成触媒層）１０が形成されており、ＣＯ変成反応を行なう。第５筒体６５と第７筒体６７との間の空間は、第６筒体６６を間に有する２重円管構造の加熱通路６９を形成しており、原料ガス供給口２６から供給される原料ガスと水供給口２０から供給される水とが混合された状態で（すなわち加水原料ガスとして）通過する。加熱通路６９の上部は原料予熱部９となっており、加水原料ガスはこの燃料予熱部９において下降通路７を通過する燃焼排ガスの熱で加熱され、予熱層５１に送出される。
【００２４】
シフト層１０の上部は通路５０に接続しており、下部は混合室５４を介して、第７筒体６７と第８筒体６８との間に形成された第１ＰＲＯＸ層（第１ＣＯ除去触媒層）１２に接続している。ＣＯ変成反応を充分行わせるために、加熱通路６９の外側すなわち第７筒体６７と第８筒体との間で第１ＰＲＯＸ層１２の下部にさらにシフト層１０を設けてもよい。
【００２５】
第１ＰＲＯＸ層１２は、第７筒体６７と第８筒体６８との間隙が環状の仕切板３１、３３、３５により区画された２つの空間の下の方の空間に充填されたＣＯ除去触媒１５で構成されている。混合室５４には、ＣＯ除去用空気供給口３２が接続されており、酸化剤ガスとしての空気が適量供給される。第１ＰＲＯＸ層１２の周方向終端付近には、縦方向に室４２が形成してあり、ＣＯ除去用空気の供給口３０から空気が適量供給され、原料ガスと混合された後第２ＰＲＯＸ層１３に送られる。
【００２６】
第２ＰＲＯＸ層１３は第１ＰＲＯＸ層１２の上部に設けてあり、環状の仕切板３３と仕切板３５により区画された第７筒体６７と第８筒体６８との間に形成してあり、第１ＰＲＯＸ層１２とほぼ同様の構成で、内部にＣＯ除去触媒１７が収納され、空気と混合された改質ガスが周方向に流通し、終端に改質ガス取出し口２８が接続されている。
【００２７】
これにより、シフト層１０からの改質ガスは、空気供給口３２から混合室５４に供給された空気と合流し、混合孔３６を速い流速で通過することにより充分に混合されて室４２に供給され、ＣＯ除去触媒１５で反応し、円周方向に通過した後室４２で再度空気と合流し、混合孔３７で混合された後に第２ＰＲＯＸ層１３の室４４に流入する。室４４には分流孔４９があり、改質ガスはこの分流孔４９を流通することによりＣＯ除去触媒１７に均一に流入する。改質ガスはＣＯ除去触媒１７内を円周方向に通過した後改質ガス取出し口２８から流出する。このＣＯ除去器の構造について必要であれば、同じ出願人の特願２００１−０９９９１２を参照されたい。
【００２８】
改質ガス取出し口２８はたとえば固体高分子型燃料電池（図示せず）の燃料ガス供給管などに接続され、水素を主体とした改質ガスが固体高分子型燃料電池の燃料極側に燃料ガスとして供給される。燃料電池で消費されずに排出される改質ガス中のＣＯ２、メタン、水素はバーナ１８に導き水蒸気改質器の燃料に用いてもよい。
【００２９】
次に、図１を参照して改質器２の動作について説明する。
（１）始動時
まず、水供給口２０から改質用水を給水予熱部４に供給し、バーナ１８を点火し、改質器２の内部を加熱する。バーナ１８での燃焼は、火炎による輻射熱で伝熱隔壁１４を加熱し、また燃焼排ガスが伝熱隔壁１４と第１筒体６１とにより形成された円管状の上昇通路５を通過して上部に達し、そこから中間通路６を通って水平方向外周に拡散し、中間通路６の外周で円管状の下降通路７を通って下方に流れ、燃焼排ガス排出口２４から排出される。このように燃焼排ガスが流れることにより、原料ガスの改質触媒層８への導入部分と、改質触媒層８と、予熱層５１と、給水予熱部４と、原料予熱部９とが加熱される。
【００３０】
給水予熱部４は下降通路７の外周に隣接して設けられており、燃焼排ガスが排気される際燃焼排ガスは下降通路７内を下降方向に流通し、一方水供給口２０から供給された水は給水予熱部４内に下部から入り上部に設けられた連結管２５から流出するので、両者の流通方向が対向し、両者間の温度差が大きくなり効率的な熱交換が行われる。また、水供給口２０から供給された水は、給水予熱部４の下部に入るので、下降通路７の下部で接する部分の水は沸点以下であり、燃焼排ガスが１００℃以下の水と熱交換され、燃焼排ガスの顕熱を低い温度まで利用できる。
【００３１】
給水予熱部４で所定温度に加熱された水は、連結管２５を通って環状室２７に入り、原料ガス供給口２６から供給された原料ガスと混合され加水原料ガスとして加熱通路６９を下降し、下部で折り返して上昇する。そして、原料予熱部９においてこの加水原料ガスは下降通路７の内側を通る際燃焼排ガスにより再度加熱され、予熱層５１に流入する。原料予熱部９においては、加水原料ガスと燃焼排ガスとの間の温度差が大きいため効率的な熱交換が行われる。
【００３２】
このように、バーナ１８からの燃焼排ガスにより、比較的短時間で改質器２の起動に必要な温度および水蒸気を得ることができる。また、バーナ１８の燃焼排ガスを下降通路７に通すことにより、燃焼排ガス中に含まれる熱を内外両面から充分に伝達でき、効率を向上させることができる。
【００３３】
原料ガスは都市ガス等の炭化水素系燃料であり、原料ガス供給口２６から供給されると、水、あるいは給水予熱部４で製造された水蒸気とともに加水原料ガスとして第５筒体６５と第７筒体６７の間の加熱通路６９、原料予熱部９を通り、予熱層５１に送られる。この加水原料ガスは加熱通路６９を通る間に内側のシフト層１０とＰＲＯＸ層１２を加熱する。
【００３４】
予熱層５１内の充填物はバーナ１８により加熱されていることから、加水原料ガスは改質反応に必要な所定の温度以上に加熱されて改質触媒層８内に進入する。改質触媒層８に進入した加水原料ガスは、例えばメタンガスの場合次の反応で改質される。
【００３５】
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ　→　ＣＯ＋３Ｈ２
改質触媒層８における改質反応は吸熱反応であることから、バーナ１８の燃焼熱を吸収して反応が進行する。具体的には、バーナ１８の燃焼排ガスが伝熱隔壁１４と第１筒体６１との間の上昇通路５を通過するときに、燃焼排ガスの熱が改質触媒層８に吸熱され、改質触媒層８では温度上昇を伴いながら改質反応が行なわれる。改質ガスは反応がほぼ平衡に達すると、改質触媒層８の下部から出て、下端で反転して通路５０内に進入する。
【００３６】
改質ガスは、通路５０の内部を上昇する際改質触媒層８に吸熱される。また通路５０の上端が、比較的温度が低い加水原料ガスが流入する予熱層５１に接しているので、それにより改質ガスの温度がより低下され、ＣＯ変成反応に適した温度でシフト層１０内に進入する。
【００３７】
シフト層１０では次のようなＣＯ変成反応が行われる。
【００３８】
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ　→　ＣＯ２＋Ｈ２
ＣＯ変成反応は発熱反応であるので、改質ガスがシフト層１０を通過すると発熱により温度が上昇する。シフト層１０の下部から出た改質ガスは、下端で反転し、混合室５４でＣＯ除去用空気供給口３２から供給された空気と混合孔３６を通過する際混合されて第１ＰＲＯＸ層１２のＣＯ除去触媒１５内を周方向に通過し、その間ＣＯ除去反応が行なわれる。改質ガスと空気は、第１ＰＲＯＸ層１２を周方向に流れるためＣＯ除去触媒１５と十分接触でき、かつ接触長さが長くとれ、十分な反応が行われる。
【００３９】
第１ＰＲＯＸ層１２では次のような反応が行われる。
【００４０】
２ＣＯ＋Ｏ２　→　２ＣＯ２
改質ガスは第１ＰＲＯＸ層１２をほぼ一周した時点で、今度はＣＯ除去用空気供給口３０から供給された所定量の空気と混合され、混合孔３７から第２ＰＲＯＸ層１３内に流入する。
【００４１】
第２ＰＲＯＸ層１３では、第１ＰＲＯＸ層１２と同様、改質ガスと空気が周方向へ流れ、その間改質ガスのＣＯ除去反応が行われる。改質ガスが第２ＰＲＯＸ層１３をほぼ一周した後、改質ガス取出し口２８から取り出される。
（２）定常運転時
バーナ１８の燃焼排ガスは、排気通路３すなわち上昇通路５、中間通路６、下降通路７を通って燃焼排ガス排出口２４から排出されるが、排出までの経路において給水予熱部４内の水を加熱し、さらに給水予熱部４で加熱された水と原料ガスとが混合された加水原料ガスが原料予熱部９で加熱される。これにより、燃焼排ガスに含まれる顕熱が利用され、効率の向上を図ることができる。また、この加水原料ガスは予熱層５１でさらに加熱されるので、原料ガスの温度を改質触媒層８に必要な温度まで上昇させるための予熱装置等を別途設ける必要がなく、熱効率を高めることができる。
【００４２】
第２ＰＲＯＸ層１３での反応が終了した改質ガスは、例えば水素７５％、メタン５％、二酸化炭素１９％、窒素１％、一酸化炭素１０ｐｐｍ以下を含むガスとして、改質ガス取出し口２８から取り出される。
【００４３】
得られる改質ガスは、一酸化炭素濃度が１０ｐｐｍ以下であるので、固体高分子型燃料電池に供給し、固体高分子型燃料電池の燃料ガスとして使用することができる。
【００４４】
次に、本発明による水蒸気改質器の給水予熱部の他の構成例について説明する。
【００４５】
図２は給水予熱部４を螺旋状に形成した例を示す。
【００４６】
給水予熱部４を下降通路７の外周に隣接して円管状に形成し、給水予熱部４の通路内に仕切部材１９（たとえば円形断面の丸棒）を螺旋状に設けた。これにより、水の通路の下部から水を流入させると、水は給水予熱部４内を螺旋状に上昇して流れるので、大きい温度差と強制的な流通により熱効率を向上できる。さらに水と水蒸気との加水蒸気による二相流による脈動を抑制することができる。
【００４７】
図３は下降通路７の外周に給水予熱部４としての水のパイプ（通水パイプ）１１を螺旋状に巻き付けた例である。
【００４８】
通水パイプ１１内には水を下側から入れ上側から流出するように流通させる。この構成では、通水パイプ１１を通して水を強制的に流通でき、また燃焼排ガスと水との温度差を大きくし熱の吸収効率を向上できる。
【００４９】
図４は水のパイプ（通水パイプ）１１を下降通路７内に螺旋状に設けた例を示す。
【００５０】
この場合も水の流通は下から上に向ける。この例では、通水パイプ１１が下降通路７内にあることから、下降通路７内を燃焼排ガスが通ることにより通水パイプ１１の周囲から熱を吸収でき、効率を高めることができる。
【００５１】
図５は水の給水予熱部４を縦方向に設けた複数本の通水路２１で形成した例を示す。
【００５２】
この例は、図６に示すように２枚の金属板を張り合わせて円管を形成し、円周方向に等間隔に離間した位置において外側の金属板を部分的に４ａで示すように上下方向に盛り上げて内側の金属板との間に通水路２１を形成し、これを下降通路７の外周に配置したものである。通水路２１の上下には図５に示すように環状の共通流入路Ａと共通流出路Ｂが設けられる。
【００５３】
水供給口２０（図１参照）から供給された水はまず共通流入路Ａに入り、ここから複数の通水路２１内を上昇し、共通流出路Ｂで合流し、連結管２５（図１参照）から流出する。このようにすると、金属板の熱伝導性が高いため、熱の吸収効率がよくなり、熱効率を向上できる。
【００５４】
図７は下降通路７内を螺旋状に形成した例を示す。
【００５５】
この例は下降通路７を円管状に形成し、その外周に隣接して給水予熱部４を円管状に設け、さらに、下降通路７の内部には仕切部材１７（たとえば円形断面の丸棒）を螺旋状に取り付けて流路を形成してある。これにより、燃焼排ガスは下降通路７内を螺旋状に流れ、水の通路との間の熱勾配を均一にし、熱効率を向上できる。
【００５６】
また、水供給口２０から水だけでなく、原料ガスを水に加えて供給してもよい。このようにすれば早い段階で原料ガスを加熱しまた水蒸気と混合できるので、反応を高めることができる。この場合、原料ガス供給口２６は設けなくてもよく、また原料ガスの補充用として供給口２６を残しておいてもよい。
【００５７】
上記の実施の形態においては、水蒸気改質用熱源としての燃焼式バーナを用いたが、輻射を利用した熱源（たとえば赤外バーナ）を用いることもできる。その場合は伝熱隔壁１４は不要となるし、第１筒体６１と伝熱隔壁１４とによりバーナを取り囲むように円管状に形成される上昇通路５は存在しなくなるが、改質器の上部において水平かつ円環状に広がる中間通路とこの中間通路の外周に円管状に形成される下降通路は必要である。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の水蒸気円管改質器によれば、次のような効果が得られる。
【００５９】
燃焼排ガスを１００℃以下の水と接触させることができるので、低い温度域で燃焼排ガスと水との間で熱交換でき、燃焼排ガスの顕熱を充分に利用することができるので改質器の熱効率を向上できる。
【００６０】
水、燃焼排ガスあるいはその双方の通路を螺旋状に形成したことにより、燃焼排ガスや水を強制的に流通させることができ、また燃焼排ガスと水との間の温度差を常に保持でき、熱効率を向上できる。
【００６１】
燃焼排ガス通路の内外両側で熱交換できるので、効率を高めることができる。
【００６２】
水（水蒸気）と混合した原料ガスすなわち加水原料ガスを燃焼排ガスの熱で加熱できるので高い効率が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による水蒸気改質器の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明による水蒸気改質器の給水予熱部の一例を示す図である。
【図３】本発明による水蒸気改質器の給水予熱部の他の例を示す図である。
【図４】本発明による水蒸気改質器の給水予熱部のさらに他の例を示す図である。
【図５】本発明による水蒸気改質器の給水予熱部のさらに他の例を示す図である。
【図６】本発明による水蒸気改質器の給水予熱部のさらに他の例を示す図である。
【図７】本発明による水蒸気改質器の給水予熱部のさらに他の例を示す図である。
【図８】従来の円筒式水蒸気改質器の一例の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
２　水蒸気改質器
３　排気通路
４　給水予熱部
５　上昇通路
６　中間通路
７　下降通路
８　改質触媒層
９　原料予熱部
１０　ＣＯ変成触媒層（シフト層）
１１　通水パイプ
１２　第１ＣＯ除去触媒層（第１ＰＲＯＸ層）
１３　第２ＣＯ除去触媒層（第２ＰＲＯＸ層）
１４　伝熱隔壁
１５、１７　ＣＯ除去触媒
１６　バーナ取付台
１８　バーナ
１９　仕切部材
２０　水供給口
２４　燃焼排ガス排出口
２５　連結管
２６　原料ガス供給口
２７　環状室
２８　改質ガス取出し口
３０、３２　ＣＯ除去用空気供給口
３１、３３、３５、　仕切板
４２、４４　室
３６、３７　混合孔
４９　分流孔
５０　通路
５１　予熱層
５３　断熱材
２７、５４　混合室
６１〜６８　第１〜第８筒体
６９　加熱通路
７１、７３　底板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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