(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024162844
(43)【公開日】2024-11-21
(54)【発明の名称】原料ガスの加熱器、および加熱器の異常診断装置
(51)【国際特許分類】
C01B 3/26 20060101AFI20241114BHJP
【ＦＩ】
C01B3/26
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023078778
(22)【出願日】2023-05-11
(71)【出願人】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(72)【発明者】
【氏名】葛西 潤
(72)【発明者】
【氏名】中拂 博之
(72)【発明者】
【氏名】鳥井 俊介
(72)【発明者】
【氏名】堂本 和宏
(72)【発明者】
【氏名】北田 昌司
(72)【発明者】
【氏名】坂本 大記
【テーマコード（参考）】
4G140
【Ｆターム（参考）】
4G140DA03
4G140DB03
(57)【要約】
【課題】ラジアントヒータの耐圧よりも加熱器内の圧力を高めることができるようにした加熱器を提供する。
【解決手段】加熱器は、原料ガスを反応器に供給するのに先立って原料ガスを加熱する。反応器は、原料ガスを用いて生成ガスを生成するように構成されている。加熱器は、ラジアントヒータ、および、さや管を備えている。ラジアントヒータは、燃料を燃焼させることによって生成される熱によって加熱器内を加熱するように構成されている。さや管は、加熱器内においてラジアントヒータを覆っている。さや管の内部の圧力は、加熱器内にあってさや管の外部の圧力よりも低く設定されている。
【選択図】図２
【解決手段】加熱器は、原料ガスを反応器に供給するのに先立って原料ガスを加熱する。反応器は、原料ガスを用いて生成ガスを生成するように構成されている。加熱器は、ラジアントヒータ、および、さや管を備えている。ラジアントヒータは、燃料を燃焼させることによって生成される熱によって加熱器内を加熱するように構成されている。さや管は、加熱器内においてラジアントヒータを覆っている。さや管の内部の圧力は、加熱器内にあってさや管の外部の圧力よりも低く設定されている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
原料ガスを反応器に供給するのに先立って前記原料ガスを加熱する加熱器であって、
前記反応器は、原料ガスを用いて生成ガスを生成するように構成され、
ラジアントヒータ、および、さや管を備え、
前記ラジアントヒータは、燃料を燃焼させることによって生成される熱によって前記加熱器内を加熱するように構成されており、
前記さや管は、前記加熱器内において前記ラジアントヒータを覆っており、
前記さや管の内部の圧力は、前記加熱器内にあって前記さや管の外部の圧力よりも低く設定されている原料ガスの加熱器。
前記反応器は、原料ガスを用いて生成ガスを生成するように構成され、
ラジアントヒータ、および、さや管を備え、
前記ラジアントヒータは、燃料を燃焼させることによって生成される熱によって前記加熱器内を加熱するように構成されており、
前記さや管は、前記加熱器内において前記ラジアントヒータを覆っており、
前記さや管の内部の圧力は、前記加熱器内にあって前記さや管の外部の圧力よりも低く設定されている原料ガスの加熱器。
【請求項2】
前記さや管の外周には、フィンが形成されている請求項１記載の原料ガスの加熱器。
【請求項3】
前記ラジアントヒータを複数備え、
複数の前記ラジアントヒータの出力は、下流の前記ラジアントヒータの出力が上流の前記ラジアントヒータの出力以下となる条件で、上流から下流へと進む方向における位置に応じて変更されている請求項１記載の原料ガスの加熱器。
複数の前記ラジアントヒータの出力は、下流の前記ラジアントヒータの出力が上流の前記ラジアントヒータの出力以下となる条件で、上流から下流へと進む方向における位置に応じて変更されている請求項１記載の原料ガスの加熱器。
【請求項4】
当該加熱器の流路断面積は、下流の前記流路断面積が上流の前記流路断面積以下となる条件で、上流から下流へと進む方向における位置に応じて変更されている請求項１記載の原料ガスの加熱器。
【請求項5】
請求項１記載の原料ガスの加熱器に適用され、
取得処理、および異常判定処理を実行するように構成され、
取得処理は、前記さや管と前記ラジアントヒータとの間の圧力の検出値を取得する処理であり、
前記異常判定処理は、前記検出値が上昇することに基づき前記さや管に異常が生じたと判定する処理である加熱器の異常診断装置。
取得処理、および異常判定処理を実行するように構成され、
取得処理は、前記さや管と前記ラジアントヒータとの間の圧力の検出値を取得する処理であり、
前記異常判定処理は、前記検出値が上昇することに基づき前記さや管に異常が生じたと判定する処理である加熱器の異常診断装置。
【請求項6】
請求項１記載の原料ガスの加熱器に適用され、
取得処理、および異常判定処理を実行するように構成され、
取得処理は、前記さや管と前記ラジアントヒータとの間の温度の検出値を取得する処理であり、
前記異常判定処理は、前記検出値が低下することに基づき前記さや管に異常が生じたと判定する処理である加熱器の異常診断装置。
取得処理、および異常判定処理を実行するように構成され、
取得処理は、前記さや管と前記ラジアントヒータとの間の温度の検出値を取得する処理であり、
前記異常判定処理は、前記検出値が低下することに基づき前記さや管に異常が生じたと判定する処理である加熱器の異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、原料ガスの加熱器、および加熱器の異常診断装置に関する。
【背景技術】
【0002】
たとえば下記特許文献１には、触媒を介してメタン等の炭化水素ガスを熱分解させることによって、水素を取り出す装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２２－２４９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
炭化水素ガスを反応器において熱分解するうえでは、炭化水素ガスを反応器に供給するのに先立って加熱することが望ましい。炭化水素ガスの加熱には、ラジアントヒータを用いることが考えられる。一方、発明者は、反応器内の圧力を高圧状態とすることを検討した。その場合、ラジアントヒータの耐圧が問題となる。
【課題を解決するための手段】
【0005】
以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
１．原料ガスを反応器に供給するのに先立って前記原料ガスを加熱する加熱器であって、前記反応器は、原料ガスを用いて生成ガスを生成するように構成され、ラジアントヒータ、および、さや管を備え、前記ラジアントヒータは、燃料を燃焼させることによって生成される熱によって前記加熱器内を加熱するように構成されており、前記さや管は、前記加熱器内において前記ラジアントヒータを覆っており、前記さや管の内部の圧力は、前記加熱器内にあって前記さや管の外部の圧力よりも低く設定されている原料ガスの加熱器。
１．原料ガスを反応器に供給するのに先立って前記原料ガスを加熱する加熱器であって、前記反応器は、原料ガスを用いて生成ガスを生成するように構成され、ラジアントヒータ、および、さや管を備え、前記ラジアントヒータは、燃料を燃焼させることによって生成される熱によって前記加熱器内を加熱するように構成されており、前記さや管は、前記加熱器内において前記ラジアントヒータを覆っており、前記さや管の内部の圧力は、前記加熱器内にあって前記さや管の外部の圧力よりも低く設定されている原料ガスの加熱器。
【0006】
上記構成では、ラジアントヒータがさや管によって覆われて且つ、さや管の内部の圧力を加熱器内におけるさや管の外部の圧力よりも低く設定した。これにより、ラジアントヒータの耐圧よりも加熱器内の圧力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】第１の実施形態にかかる可燃性ガス生成システムの構成を示すブロック図である。
【図2】同実施形態にかかる加熱器の構成を示す断面図である。
【図3】同実施形態にかかるラジアントヒータの構成を示す断面図である。
【図4】同実施形態にかかる加熱器の構成を示す断面図である。
【図5】同実施形態にかかる加熱器内の位置に応じたラジアントヒータの出力と各種温度との関係を例示するグラフである。
【図6】同実施形態にかかる異常診断に関する処理の手順を示す流れ図である。
【図7】同実施形態にかかるさや管の技術的意義を示すグラフである。
【図8】第２の実施形態にかかる異常診断に関する処理の手順を示す流れ図である。
【図9】第３の実施形態にかかる加熱器の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
「システム構成」
図１に、本実施形態にかかる燃焼ガスの生成システムを示す。同システムは、システムに供給されるメタンから水素を生成するシステムである。
以下、第１の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
「システム構成」
図１に、本実施形態にかかる燃焼ガスの生成システムを示す。同システムは、システムに供給されるメタンから水素を生成するシステムである。
【0009】
反応器１０は、メタンを水素と炭素とに熱分解する装置である。反応器１０には、触媒が設けられている。触媒は、一例として鉄である。触媒の状態は、たとえば、流動床の状態とされてもよい。反応器内の温度は、たとえば７００～１０００°Ｃであってもよい。また反応器１０内の圧力は、たとえば数ａｔａ～数十ａｔａであってもよい。
【0010】
反応器１０からは、熱分解によって生じた水素と炭素と、メタンとが流出する。それら反応器１０から流出する物質は、熱交換器１２に流入する。熱交換器１２は、システムに供給されたメタンに上記反応器１０から流出した物質の熱を与えることによって、反応器１０に供給されるメタンを加熱するように構成されている。
【0011】
熱交換器１２によって加熱されたメタンは、加熱器２０によってさらに加熱された後、反応器１０に供給される。
「加熱器の構成」
図２に、加熱器２０の構成を示す。図２に示すｚ軸方向は、一例として鉛直方向である。詳しくは、ｚ軸の正方向は、鉛直上方向である。ｘ軸方向およびｙ軸方向は、一例として水平方向である。本実施形態では、ｘ軸の負の方向における端部にメタンの入口があって且つ、ｘ軸の正の方向における端部に熱分解によって生成された物質の出口があることを想定している。
「加熱器の構成」
図２に、加熱器２０の構成を示す。図２に示すｚ軸方向は、一例として鉛直方向である。詳しくは、ｚ軸の正方向は、鉛直上方向である。ｘ軸方向およびｙ軸方向は、一例として水平方向である。本実施形態では、ｘ軸の負の方向における端部にメタンの入口があって且つ、ｘ軸の正の方向における端部に熱分解によって生成された物質の出口があることを想定している。
【0012】
加熱器２０は、区隔壁２２によって区画された空間内に、ラジアントヒータ３０を備える。ラジアントヒータ３０は、さや管２４によって覆われることによって、加熱器２０に供給されるメタンに触れないようになっている。さや管２４は、金属製である。具体的には、さや管２４の材料は、たとえば、オーステナイト系ステンレス鋼等の、ステンレス鋼であってもよい。またたとえば、さや管２４の材料は、ニッケル基合金であってもよい。またたとえば、さや管２４の材料は、オーステナイト系耐熱鋼であってもよい。またたとえば、さや管２４の材料は、ＦｅＣｒＡｌ合金であってもよい。さや管２４には、フィン２６が設けられている。フィン２６の材料は、さや管２４の材料と同じであってよい。
【0013】
図３に、ラジアントヒータ３０の構成を示す。ラジアントヒータ３０は、ラジアントチューブ３２によって外周が構成されている。ラジアントチューブ３２は、一例としてＳｉＣによって構成されてもよい。ラジアントチューブ３２によって区画された空間内には、空気管３４が設けられている。
【0014】
空気管３４内には、燃料管３８が設けられている。空気管３４の内壁と燃料管３８の外壁とによって区画される空間は、導入路３６に連通している。導入路３６から供給される空気は、空気管３４の内壁と燃料管３８の外壁とによって区画される空間へと流入する。
【0015】
燃料管３８には、燃料であるメタンが供給される。燃料管３８に供給されたメタンは、導入路３６から供給される空気中の酸素による酸化反応によって、燃焼する。燃焼によって生じた排気は、ラジアントチューブ３２の内壁と空気管３４の外壁とによって区画される通路を介して排気通路４０へと排出される。
【0016】
図４に、加熱器２０内のラジアントヒータ３０の配置を示す。
図４に示すように、ラジアントヒータ３０は、ｘ軸の方向に沿って、６個配置されている。また、ラジアントヒータ３０は、ｙ軸の方向に沿って、７個配置されている。
図４に示すように、ラジアントヒータ３０は、ｘ軸の方向に沿って、６個配置されている。また、ラジアントヒータ３０は、ｙ軸の方向に沿って、７個配置されている。
【0017】
さや管２４の耐圧は、ラジアントヒータ３０の耐圧よりも高く設定されている。そしてラジアントヒータ３０とさや管２４との間の圧力Ｐは、加熱器２０内の圧力よりも低い圧力に設定されている。圧力Ｐは、大気圧相当であってもよい。なお、ラジアントヒータ３０とさや管２４との間に充填される物質の状態は、一例として気体の状態である。この気体は、一例として空気であってよい。また、この気体は、一例として、希ガスであってもよい。
【0018】
「制御装置について」
図１に戻り、制御装置６０は、加熱器２０内のメタンの温度を制御すべく、ラジアントヒータ３０を操作する。制御装置６０は、ＰＵ６２および記憶装置６４を備えている。ＰＵ６２は、ＣＰＵ、ＧＰＵ、およびＴＰＵ等の少なくとも１つを備えるソフトウェア処理装置である。記憶装置６４には、メタンの温度制御のための指令を規定するプログラムが記憶されている。
図１に戻り、制御装置６０は、加熱器２０内のメタンの温度を制御すべく、ラジアントヒータ３０を操作する。制御装置６０は、ＰＵ６２および記憶装置６４を備えている。ＰＵ６２は、ＣＰＵ、ＧＰＵ、およびＴＰＵ等の少なくとも１つを備えるソフトウェア処理装置である。記憶装置６４には、メタンの温度制御のための指令を規定するプログラムが記憶されている。
【0019】
制御装置６０には、圧力センサ７０によって検出される、さや管２４とラジアントヒータ３０との間の圧力Ｐが入力される。また、制御装置６０には、温度センサ７２によって検出される、さや管２４とラジアントヒータ３０との間の温度Ｔが入力される。
【0020】
「ヒータの出力制御」
図５は、加熱器２０内の各種温度と、加熱器２０内のｘ軸方向における位置との関係を示す。詳しくは、横軸は、ｘ軸方向に沿って配置されている６個のラジアントヒータ３０の位置を示す。ここで、最上流のラジアントヒータ３０を「１」として最下流のラジアントヒータ３０を「６」としている。左側の縦軸は、ラジアントヒータ３０の表面温度Ｔｈ、さや管２４の表面温度Ｔｓ、およびメタンの温度Ｔｍを示す。右の縦軸は、ラジアントヒータ３０の出力Ｐｈを示す。
図５は、加熱器２０内の各種温度と、加熱器２０内のｘ軸方向における位置との関係を示す。詳しくは、横軸は、ｘ軸方向に沿って配置されている６個のラジアントヒータ３０の位置を示す。ここで、最上流のラジアントヒータ３０を「１」として最下流のラジアントヒータ３０を「６」としている。左側の縦軸は、ラジアントヒータ３０の表面温度Ｔｈ、さや管２４の表面温度Ｔｓ、およびメタンの温度Ｔｍを示す。右の縦軸は、ラジアントヒータ３０の出力Ｐｈを示す。
【0021】
図５の左側には、図２～図４に例示した構成において、ｘ軸の位置にかかわらず、ラジアントヒータ３０の出力Ｐｈを一定とした場合を示す。図５の左側に示す例では、ラジアントヒータ３０の表面温度Ｔｈ、さや管２４の表面温度Ｔｓ、およびメタンの温度Ｔｍが下流に行くほど高くなっている。これは、次の理由による。加熱器２０に流入したメタンは、ラジアントヒータ３０の熱によって加熱される。詳しくは、ラジアントヒータ３０の輻射熱によってさや管２４が加熱される。そして対流による伝熱によってさや管２４の熱がメタンに伝わる。これにより、メタンが加熱される。メタンの総受熱量は、加熱器２０の下流に行くほど大きくなる。そのため、メタンの温度Ｔｍは、下流に行くほど高くなる。
【0022】
メタンの温度Ｔｍが高くなると、さや管２４の表面温度Ｔｓとメタンの温度Ｔｍとの差が小さくなる。そのため、下流に配置されたさや管２４ほど、放熱量が小さくなる。そのため、さや管２４の表面温度Ｔｓは、下流に行くほど高くなる。さや管２４の表面温度Ｔｓが高くなると、さや管２４の表面温度Ｔｓとラジアントヒータ３０の表面温度Ｔｈとの差が小さくなる。そのため、下流に配置されたラジアントヒータ３０ほど、放熱量が小さくなる。そのため、ラジアントヒータ３０の表面温度Ｔｈは、下流に行くほど高くなる。
【0023】
さや管２４は、メタルによって構成されていることから、たとえば１０００°Ｃ以上の高温となると、メタンによる腐食が発生するおそれがある。
そこでＰＵ６２は、図５の右側に示すように、ラジアントヒータ３０の出力Ｐｈを下流に行くほど小さくする。これにより、さや管２４の表面温度Ｔｓが過度に高くなることを抑制できる。
そこでＰＵ６２は、図５の右側に示すように、ラジアントヒータ３０の出力Ｐｈを下流に行くほど小さくする。これにより、さや管２４の表面温度Ｔｓが過度に高くなることを抑制できる。
【0024】
「加熱器２０の異常診断」
図６に、加熱器２０の異常診断に関する処理の手順を示す。図６に示す処理は、記憶装置６４に記憶されたプログラムをＰＵ６２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって、各処理のステップ番号を表現する。
図６に、加熱器２０の異常診断に関する処理の手順を示す。図６に示す処理は、記憶装置６４に記憶されたプログラムをＰＵ６２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって、各処理のステップ番号を表現する。
【0025】
図６に示す一連の処理において、ＰＵ６２は、まず、圧力Ｐを取得する（Ｓ１０）。次にＰＵ６２は、圧力Ｐが閾値Ｐｔｈ以上であるか否かを判定する（Ｓ１２）。閾値Ｐｔｈは、正常時におけるさや管２４とラジアントヒータ３０との間の圧力よりも高い圧力に設定されている。ＰＵ６２は、閾値Ｐｔｈ以上であると判定する場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、さや管２４のシール異常であると判定する（Ｓ１４）。すなわち、さや管２４のシール性が正常であるなら、さや管２４とラジアントヒータ３０との間の空間の圧力は、加熱器２０内の圧力よりも低い。ここで、さや管２４のシール性に異常が生じると、さや管２４とラジアントヒータ３０との間の空間と加熱器２０とさや管２４との間の空間とが連通状態となる。これにより、さや管２４とラジアントヒータ３０との間の空間の圧力が閾値Ｐｔｈ以上に上昇する。
【0026】
なお、ＰＵ６２は、Ｓ１４の処理を完了する場合と、Ｓ１２の処理において否定判定する場合と、には、図６に示した一連の処理を一旦終了する。ちなみに、ＰＵ６２は、Ｓ１４の処理を実行する場合、その旨を報知する処理をすることが望ましい。
【0027】
「本実施形態の作用および効果」
（１－１）ラジアントヒータ３０をさや管２４で覆うことによって、ラジアントヒータ３０が加熱器２０内の高圧に浸されることを抑制できる。そのため、ラジアントヒータ３０が耐圧を超える環境下に置かれることを抑制できる。
（１－１）ラジアントヒータ３０をさや管２４で覆うことによって、ラジアントヒータ３０が加熱器２０内の高圧に浸されることを抑制できる。そのため、ラジアントヒータ３０が耐圧を超える環境下に置かれることを抑制できる。
【0028】
（１－２）さや管２４の表面にフィン２６を設けた。これにより、さや管２４の表面積を増大させることができる。そのため、さや管２４からメタンへの放熱を促進できる。
図７の左側に、図５の左側のグラフを記載して且つ、図７の右側にさや管２４にフィン２６を設けなかった場合を示す。
図７の左側に、図５の左側のグラフを記載して且つ、図７の右側にさや管２４にフィン２６を設けなかった場合を示す。
【0029】
図７に示すように、さや管２４にフィン２６を設けない場合、設ける場合と比較して、さや管２４の表面温度Ｔｓが過度に高くなる。
（１－３）ＰＵ６２は、下流に位置するラジアントヒータ３０ほど、その出力を小さくした。換言すれば、ＰＵ６２は、ラジアントヒータ３０の出力を、ｘ軸方向に沿って単調強減少させた。これにより、下流のさや管２４の表面温度Ｔｓが過度に高くなることを抑制できる。そのため、さや管２４がメタンによって腐食することを抑制できる。
（１－３）ＰＵ６２は、下流に位置するラジアントヒータ３０ほど、その出力を小さくした。換言すれば、ＰＵ６２は、ラジアントヒータ３０の出力を、ｘ軸方向に沿って単調強減少させた。これにより、下流のさや管２４の表面温度Ｔｓが過度に高くなることを抑制できる。そのため、さや管２４がメタンによって腐食することを抑制できる。
【0030】
（１－４）ＰＵ６２は、圧力Ｐの上昇に基づきさや管２４のシール性の異常を判定した。これにより、異常が生じた場合に、異常に対処することが可能となる。
＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【0031】
【0032】
図８に示す一連の処理において、ＰＵ６２は、まず、温度Ｔを取得する（Ｓ２０）。次にＰＵ６２は、温度Ｔが閾値Ｔｔｈ以下であるか否かを判定する（Ｓ２２）。閾値Ｔｔｈは、正常時におけるさや管２４とラジアントヒータ３０との間の温度よりも低い温度に設定されている。ＰＵ６２は、閾値Ｔｔｈ以下であると判定する場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、さや管２４のシール異常であると判定する（Ｓ２４）。すなわち、さや管２４のシール性が正常であるなら、さや管２４とラジアントヒータ３０との間の空間は密閉されていることから、さや管２４とラジアントヒータ３０との間の空間の温度は、加熱器２０とさや管２４との間の空間の温度よりも高い。ここで、さや管２４のシール性に異常が生じると、さや管２４とラジアントヒータ３０との間の空間と加熱器２０とさや管２４との間の空間とが連通状態となる。これにより、さや管２４とラジアントヒータ３０との間の空間の温度が閾値Ｔｔｈ以下に低下する。
【0033】
なお、ＰＵ６２は、Ｓ２４の処理を完了する場合と、Ｓ２２の処理において否定判定する場合と、には、図６に示した一連の処理を一旦終了する。ちなみに、ＰＵ６２は、Ｓ２４の処理を実行する場合、その旨を報知する処理をすることが望ましい。
【0034】
＜第３の実施形態＞
以下、第３の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
以下、第３の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【0035】
図９に、本実施形態にかかる加熱器２０の構成を示す。なお、図９において、図２等に示した部材に対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。
図９に示すように、加熱器２０は、下流側におけるｙ軸方向の長さが上流側におけるｙ軸方向の長さ以下となる条件で、ｘ軸方向の位置に応じてｙ軸方向の長さが変更されている。本実施形態では、ｚ軸方向の長さについては、一例として、一定としている。したがって、加熱器２０の流路断面積は、下流側における流路断面積が上流側における流路断面積以下となる条件で、ｘ軸方向の位置に応じて流路断面積が変更されている。
図９に示すように、加熱器２０は、下流側におけるｙ軸方向の長さが上流側におけるｙ軸方向の長さ以下となる条件で、ｘ軸方向の位置に応じてｙ軸方向の長さが変更されている。本実施形態では、ｚ軸方向の長さについては、一例として、一定としている。したがって、加熱器２０の流路断面積は、下流側における流路断面積が上流側における流路断面積以下となる条件で、ｘ軸方向の位置に応じて流路断面積が変更されている。
【0036】
これにより、下流に行くほど、メタンの流速が大きくなる。これにより、下流に行くほどさや管２４とメタンとの温度差が小さくなることに起因した熱伝達率の低下を補償する。このため、上流と下流とでラジアントヒータ３０の出力Ｐｈを同一とすることも可能となる。したがって、加熱器２０に要求される出力を最小数のラジアントヒータ３０によって満たすことが可能となる。
【0037】
＜対応関係＞
上記実施形態における事項と、下記「付記」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「付記」の欄に記載した開示の番号毎に、対応関係を示している。［１］原料ガスは、メタンに対応する。生成ガスは、水素に対応する。［２］図２に示すフィン２６に対応する。［３］図５の右側に対応する。［４］図９に対応する。［５］取得処理は、Ｓ１０の処理に対応する。異常判定処理は、Ｓ１２，Ｓ１４の処理に対応する。異常診断装置は、制御装置６０に対応する。［６］取得処理は、Ｓ２０の処理に対応する。異常判定処理は、Ｓ２２，Ｓ２４の処理に対応する。異常診断装置は、制御装置６０に対応する。
上記実施形態における事項と、下記「付記」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「付記」の欄に記載した開示の番号毎に、対応関係を示している。［１］原料ガスは、メタンに対応する。生成ガスは、水素に対応する。［２］図２に示すフィン２６に対応する。［３］図５の右側に対応する。［４］図９に対応する。［５］取得処理は、Ｓ１０の処理に対応する。異常判定処理は、Ｓ１２，Ｓ１４の処理に対応する。異常診断装置は、制御装置６０に対応する。［６］取得処理は、Ｓ２０の処理に対応する。異常判定処理は、Ｓ２２，Ｓ２４の処理に対応する。異常診断装置は、制御装置６０に対応する。
【0038】
＜その他の実施形態＞
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
【0039】
「さや管の配置について」
・図２には、さや管２４が天井から床に向けて延びて且つ、床に接触しない例を示したが、これに限らない。たとえば、さや管２４が床から天井に向かって延びて且つ、天井に接触しない構成であってもよい。またたとえば、さや管２４は、天井および床の双方に接触する構成であってもよい。
・図２には、さや管２４が天井から床に向けて延びて且つ、床に接触しない例を示したが、これに限らない。たとえば、さや管２４が床から天井に向かって延びて且つ、天井に接触しない構成であってもよい。またたとえば、さや管２４は、天井および床の双方に接触する構成であってもよい。
【0040】
・さや管２４が、鉛直方向に沿って延びるように配置されることは必須ではない。
・さや管２４の数は、図４および図９に例示した数に限らない。たとえば、図９に代えて、上流から下流に行くにつれてさや管２４の数を単調強減少させてもよい。
・さや管２４の数は、図４および図９に例示した数に限らない。たとえば、図９に代えて、上流から下流に行くにつれてさや管２４の数を単調強減少させてもよい。
【0041】
「フィン２６について」
・たとえば、フィン２６の長さを、加熱器２０における上流から下流へと進む方向における位置に応じて変更してもよい。ここで、下流のフィン２６の長さが上流のフィン２６の長さ以上となる条件を付けることにより、下流のさや管２４の過熱を抑制できる。なお、さや管２４の表面積を、下流の表面積が上流の表面積以上となる条件で、加熱器２０における上流から下流へと進む方向における位置に応じて変更する手法としては、これに限らない。たとえば、１つのさや管２４に設けられるフィン２６の密度を、加熱器２０における上流から下流へと進む方向における位置に応じて変更してもよい。
・さや管２４がフィン２６を備えることは必須ではない。
・たとえば、フィン２６の長さを、加熱器２０における上流から下流へと進む方向における位置に応じて変更してもよい。ここで、下流のフィン２６の長さが上流のフィン２６の長さ以上となる条件を付けることにより、下流のさや管２４の過熱を抑制できる。なお、さや管２４の表面積を、下流の表面積が上流の表面積以上となる条件で、加熱器２０における上流から下流へと進む方向における位置に応じて変更する手法としては、これに限らない。たとえば、１つのさや管２４に設けられるフィン２６の密度を、加熱器２０における上流から下流へと進む方向における位置に応じて変更してもよい。
・さや管２４がフィン２６を備えることは必須ではない。
【0042】
「ヒータの出力について」
・図５の右側には、下流のラジアントヒータ３０の出力が上流のラジアントヒータ３０の出力よりも小さくなるように設定した。換言すれば、ラジアントヒータ３０の出力を上流から下流に行くにつれて単調強減少するように設定した。これに代えて、たとえば、最上流のラジアントヒータ３０の出力とその隣のラジアントヒータ３０の出力とを同一とするなどしてもよい。要は、下流のラジアントヒータ３０の出力が上流のラジアントヒータ３０の出力以下となる条件で、ラジアントヒータ３０の出力を上流から下流に進む方向の位置に応じて変更すればよい。
・図５の右側には、下流のラジアントヒータ３０の出力が上流のラジアントヒータ３０の出力よりも小さくなるように設定した。換言すれば、ラジアントヒータ３０の出力を上流から下流に行くにつれて単調強減少するように設定した。これに代えて、たとえば、最上流のラジアントヒータ３０の出力とその隣のラジアントヒータ３０の出力とを同一とするなどしてもよい。要は、下流のラジアントヒータ３０の出力が上流のラジアントヒータ３０の出力以下となる条件で、ラジアントヒータ３０の出力を上流から下流に進む方向の位置に応じて変更すればよい。
【0043】
・図４に例示したように、流路断面積を上流から下流へと進む方向における位置にかかわらず一定とする構成において、ラジアントヒータ３０の出力を上流と下流とで変更することは必須ではない。すなわち、たとえば上記「フィン２６について」の欄に記載したように、フィン２６の長さおよび密度の少なくとも一方を上流と下流とで変更することによって、ラジアントヒータ３０の出力を一定としてもよい。
【0044】
なお、フィン２６の長さおよび密度の少なくとも一方を上流と下流とで変更しつつ、下流のラジアントヒータ３０の出力と上流のラジアントヒータ３０の出力とを異ならせてもよい。
【0045】
「加熱器２０の流路断面積について」
・図９においては、流路断面積が、下流へ行くにつれて単調減少して且つ、単調強減少する箇所を設けたが、これに限らない。たとえば、下流に行くにつれて常時単調強減少する構成であってもよい。
・図９においては、流路断面積が、下流へ行くにつれて単調減少して且つ、単調強減少する箇所を設けたが、これに限らない。たとえば、下流に行くにつれて常時単調強減少する構成であってもよい。
【0046】
・図９においては、流路断面積の水平方向における長さを上流から下流に進むにつれて変更したが、これに限らない。たとえば、流路断面積の垂直方向における長さを上流から下流に進むにつれて変更してもよい。またたとえば、流路断面積の水平方向における長さと、流路断面積の垂直方向における長さと、の双方を、上流から下流に進むにつれて変更してもよい。
【0047】
・流路断面積が、下流に行くにつれて単調減少することは必須ではない。たとえば、フィン２６の長さおよび密度の少なくとも一方を上流と下流とで変更することと、下流のラジアントヒータ３０の出力と上流のラジアントヒータ３０の出力とを異ならせることとの少なくとも１つを採用して且つ、下流に行くにしたがって流路断面積を単調強増加する構成とすることも可能である。
【0048】
「異常判定処理について」
・図６には、圧力Ｐが閾値Ｐｔｈ以上となることで、ラジアントヒータ３０とさや管２４との間の圧力Ｐが上昇したとして、異常である旨判定したが、これに限らない。たとえば、圧力Ｐの時系列データに基づき、圧力Ｐの上昇の有無を判定してもよい。
・図６には、圧力Ｐが閾値Ｐｔｈ以上となることで、ラジアントヒータ３０とさや管２４との間の圧力Ｐが上昇したとして、異常である旨判定したが、これに限らない。たとえば、圧力Ｐの時系列データに基づき、圧力Ｐの上昇の有無を判定してもよい。
【0049】
・図８には、温度Ｔが閾値Ｔｔｈ以下となることで、ラジアントヒータ３０とさや管２４との間の温度Ｔが低下したとして、異常である旨判定したが、これに限らない。たとえば、温度Ｔの時系列データに基づき、温度Ｔの低下の有無を判定してもよい。
【0050】
「原料ガスについて」
・原料ガスとしての炭化水素は、メタンに限らない。たとえばプロパンであってもよい。その場合であっても、生成ガスとしての水素を生成できる。また、原料ガスは、炭化水素にも限らない。その際、反応器は、原料ガスを熱分解する装置に限らず、原料ガスから生成ガスを生成する装置であればよい。ここで、生成ガスは、生成対象とされるガスであって、原料ガスとは構造式が異なるガスである。
・原料ガスとしての炭化水素は、メタンに限らない。たとえばプロパンであってもよい。その場合であっても、生成ガスとしての水素を生成できる。また、原料ガスは、炭化水素にも限らない。その際、反応器は、原料ガスを熱分解する装置に限らず、原料ガスから生成ガスを生成する装置であればよい。ここで、生成ガスは、生成対象とされるガスであって、原料ガスとは構造式が異なるガスである。
【0051】
「異常診断装置について」
・異常診断装置としては、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態において実行される処理の少なくとも一部を実行するたとえばＡＳＩＣ等の専用のハードウェア回路を備えてもよい。すなわち、異常診断装置は、以下の（ａ）～（ｃ）のいずれかの構成を備える処理回路を含んでいればよい。（ａ）上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶する記憶装置等のプログラム格納装置とを備える処理回路。（ｂ）上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える処理回路。（ｃ）上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える処理回路。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア実行装置は、複数であってもよい。また、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。
・異常診断装置としては、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態において実行される処理の少なくとも一部を実行するたとえばＡＳＩＣ等の専用のハードウェア回路を備えてもよい。すなわち、異常診断装置は、以下の（ａ）～（ｃ）のいずれかの構成を備える処理回路を含んでいればよい。（ａ）上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶する記憶装置等のプログラム格納装置とを備える処理回路。（ｂ）上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える処理回路。（ｃ）上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える処理回路。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア実行装置は、複数であってもよい。また、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。
【0052】
＜付記＞
１．原料ガスを反応器に供給するのに先立って前記原料ガスを加熱する加熱器であって、前記反応器は、原料ガスを用いて生成ガスを生成するように構成され、ラジアントヒータ、および、さや管を備え、前記ラジアントヒータは、燃料を燃焼させることによって生成される熱によって前記加熱器内を加熱するように構成されており、前記さや管は、前記加熱器内において前記ラジアントヒータを覆っており、前記さや管の内部の圧力は、前記加熱器内にあって前記さや管の外部の圧力よりも低く設定されている原料ガスの加熱器。
１．原料ガスを反応器に供給するのに先立って前記原料ガスを加熱する加熱器であって、前記反応器は、原料ガスを用いて生成ガスを生成するように構成され、ラジアントヒータ、および、さや管を備え、前記ラジアントヒータは、燃料を燃焼させることによって生成される熱によって前記加熱器内を加熱するように構成されており、前記さや管は、前記加熱器内において前記ラジアントヒータを覆っており、前記さや管の内部の圧力は、前記加熱器内にあって前記さや管の外部の圧力よりも低く設定されている原料ガスの加熱器。
【0053】
上記構成では、ラジアントヒータがさや管によって覆われて且つ、さや管の内部の圧力を加熱器内におけるさや管の外部の圧力よりも低く設定した。これにより、ラジアントヒータの耐圧よりも加熱器内の圧力を高めることができる。
【0054】
２．前記さや管の外周には、フィンが形成されている上記１記載の原料ガスの加熱器。
上記構成では、さや管の外周にフィンを形成することにより、フィンを設けない場合と比較して、さや管の表面積を増大させることができる。したがって、さや管から原料ガスへの放熱を促進できる。
上記構成では、さや管の外周にフィンを形成することにより、フィンを設けない場合と比較して、さや管の表面積を増大させることができる。したがって、さや管から原料ガスへの放熱を促進できる。
【0055】
３．前記ラジアントヒータを複数備え、複数の前記ラジアントヒータの出力は、下流の前記ラジアントヒータの出力が上流の前記ラジアントヒータの出力以下となる条件で、上流から下流へと進む方向における位置に応じて変更されている上記１または２記載の原料ガスの加熱器。
【0056】
上記構成では、複数のラジアントヒータの出力を一定とする場合と比較して、下流のさや管の表面温度が過度に高くなることを抑制できる。
４．当該加熱器の流路断面積は、下流の前記流路断面積が上流の前記流路断面積以下となる条件で、上流から下流へと進む方向における位置に応じて変更されている上記１～３のいずれか１つに記載の原料ガスの加熱器。
４．当該加熱器の流路断面積は、下流の前記流路断面積が上流の前記流路断面積以下となる条件で、上流から下流へと進む方向における位置に応じて変更されている上記１～３のいずれか１つに記載の原料ガスの加熱器。
【0057】
上記構成では、流路断面積を一定とする場合と比較して、下流における原料ガスの流速を大きくすることができる。そのため、流路断面積を一定とする場合と比較して、下流におけるさや管から原料ガスへの熱伝達率を高めることができる。
【0058】
５．上記１～４のいずれか１つに記載の原料ガスの加熱器に適用され、取得処理、および異常判定処理を実行するように構成され、取得処理は、前記さや管と前記ラジアントヒータとの間の圧力の検出値を取得する処理であり、前記異常判定処理は、前記検出値が上昇することに基づき前記さや管に異常が生じたと判定する処理である加熱器の異常診断装置。
【0059】
上記構成では、さや管の内部の圧力を外部の圧力よりも低く設定しているため、さや管のシール性に異常が生じると、さや管の内部の圧力が外部の圧力に向けて上昇する。そのため、上記構成では、圧力の上昇に基づき異常の有無を判定できる。
【0060】
６．上記１～４のいずれか１つに記載の原料ガスの加熱器に適用され、取得処理、および異常判定処理を実行するように構成され、取得処理は、前記さや管と前記ラジアントヒータとの間の温度の検出値を取得する処理であり、前記異常判定処理は、前記検出値が低下することに基づき前記さや管に異常が生じたと判定する処理である加熱器の異常診断装置。
【0061】
上記構成では、さや管の内部の温度が外部の温度よりも高くなる傾向があるため、さや管のシール性に異常が生じると、さや管の内部の温度が低下する。そのため、上記構成では、温度の低下に基づき異常の有無を判定できる。
【符号の説明】
【0062】
１０…反応器
１２…熱交換器
２０…加熱器
２２…区隔壁
２４…さや管
２６…フィン
３０…ラジアントヒータ
６０…制御装置
１２…熱交換器
２０…加熱器
２２…区隔壁
２４…さや管
２６…フィン
３０…ラジアントヒータ
６０…制御装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】