(57)【要約】【課題】触媒部を予熱するために反応管の外筒に設けたヒータの取付けを容易にすると共にヒータの着脱が容易にできる改質装置を提供する。【解決手段】２重管構造を構成する外筒１１と内筒８の間の環状空間に触媒を充填して反応管４を構成し、外筒１１の外周面に空気の接続口１５と温度検知用のポート１４ａ，１４ｂ，１４ｃを備え、空気の接続口１５と温度検知用のポート１４ａ，１４ｂ，１４ｃに干渉しないように複数回折り曲げて波状に成形したヒータ１６を、外筒１１に外側から胴巻き状に巻き付けて密着固定してあるので、ヒータ１６を回転させながら巻き付ける必要がなくなりヒータ１６の取付けが容易にできる。【選択図】図１
2010013323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２重管構造を構成する外筒と内筒の間の環状空間に触媒を充填して反応管を構成し、前記外筒の外周面に空気の接続口と温度検知用のポートを備え、波状に成形したヒータを、前記空気の接続口および前記温度検知用のポートに干渉しないように前記外筒に胴巻き状に巻き付けて密着固定した改質装置。
【請求項２】
前記ヒータを着脱可能な締結バンドで密着固定した請求項１記載の改質装置。
【請求項３】
前記外筒には前記ヒータの両端を固定する引っ掛け金具を備えた請求項１記載の改質装置。
【請求項４】
前記空気の接続口と前記温度検知用のポートは前記外筒の外周面の前記ヒータの巻き始めと巻き終わりの間の一方向に揃って設けられている請求項１記載の改質装置。
【請求項５】
前記外筒は異なる複数の外径を有し、前記ヒータは前記外筒の異なる外径夫々に設ける請求項１記載の改質装置。
【請求項６】
直線状のマイクロヒータ素子を複数回折り曲げて波状のヒータを成形し、反応管を構成する外筒に、前記波状のヒータを胴巻き状に巻き付けて密着固定する改質装置の製造方法。
【請求項７】
前記ヒータの両端を前記外筒に設けた引っ掛け金具に固定した後に、前記ヒータを締結バンドで締め付けて前記外筒に密着固定させる請求項６記載の改質装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電装置における改質装置とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電装置における改質装置は、燃焼器から送出される燃焼ガスの熱を利用して炭化水素等の原料を水蒸気と水蒸気改質反応させて水素リッチな改質ガスを生成すると共に、上記改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減させるものである。
【０００３】
従来、この種の改質装置は、触媒部を予熱するためのヒータを設け起動時にヒータを通電して加熱することで触媒部を素早く昇温して、触媒部の反応を効率よくしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、発電運転の停止時にヒータを通電して加熱することで改質器の構造部材の温度をそのクリープ遷移温度以上に保持しているものもある（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
従来の改質装置の全体構成を示す部分断面図を図８に示す。
【０００６】
図８に示すように、反応管２２は、内筒２３と外筒２４とで２重管構造に構成され、かつ、内筒２３と外筒２４との間の環状空間に触媒が充填された触媒層２５を成し、外筒２４の外周面には電熱線を有するヒータ２６を螺旋状に巻き付けて配設して触媒層２５を加熱するように構成されている。
【０００７】
反応管２２には、触媒層２５の温度を計測するための温度検知用のポート２７ａ，２７ｂ，２７ｃが設けられている。温度検知用のポートに取り付ける温度センサ（図示せず）としては、例えば、熱電対やサーミスタが好ましい。
【０００８】
そして、温度センサにより検出した温度に基づいて、触媒層２５の温度が例えば４００℃〜５００℃となるように、その加熱量を調整するようにしている。また、反応管２２には空気接続口２８を設け触媒層２５に空気を供給するようにしている。
【特許文献１】特開２００１−３８８１４６号公報
【特許文献２】特開２００３−２８８９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら上記従来の構成では、ヒータ２６を外筒２４に配設するときに、温度検知用のポート２７ａ，２７ｂ，２７ｃや空気接続口２８を避けながらヒータ２６を回転させながら巻き付ける必要があり、巻き付けるのに時間がかかり取付性が非常に悪いという課題を有していた。
【００１０】
さらに、ヒータ２６を外筒２４に密着固定するために溶接やロー付けを行っていたためヒータ２６の交換ができないという課題を有していた。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ヒータの取付けを容易にすると共にヒータの着脱が容易にできる改質装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の改質装置は、２重管構造を構成する外筒と内筒の間の環状空間に触媒を充填して反応管を構成し、前記外筒の外周面に空気の接続口と温度検知用のポートを備え、波状に成形したヒータを、前記空気の接続口および前記温度検知用のポートに干渉しないように前記外筒に胴巻き状に巻き付けて密着固定したのである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の改質装置は、波状に成形したヒータを、空気の接続口および温度検知用のポートに干渉しないように外筒に胴巻き状に巻き付けることにより、ヒータを回転させながら巻き付ける必要がなくなりヒータの取付けが容易にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
第１の発明の改質装置は、２重管構造を構成する外筒と内筒の間の環状空間に触媒を充填して反応管を構成し、外筒の外周面に空気の接続口と温度検知用のポートを備え、波状に成形したヒータを、空気の接続口および温度検知用のポートに干渉しないように外筒に胴巻き状に巻き付けて密着固定したものである。
【００１５】
波状に成形したヒータを、空気の接続口および温度検知用のポートに干渉しないように外筒に胴巻き状に巻き付けることにより、ヒータを回転させながら巻き付ける必要がなくなりヒータの取付けが容易にできる。
【００１６】
第２の発明の改質装置は、第１の発明において、着脱可能な締結バンドでヒータを密着固定したものであり、この構成により、締結バンドを締め込むだけでヒータを外筒に均一に密着固定できると共に締結バンドを外すだけでヒータの取外しが容易にできる。
【００１７】
第３の発明の改質装置は、第１の発明において、外筒にヒータの両端を固定する引っ掛け金具を備えたものであり、この構成により、ヒータの両端が固定されヒータの装着ピッチが均等になるので取付けを容易にすることができる。
【００１８】
第４の発明の改質装置は、第１の発明において、空気の接続口と温度検知用のポートが外筒の外周面のヒータの巻き始めと巻き終わりの間の一方向に揃って設けられているものであり、この構成により、空気の接続口の配管や温度検知用のポートに繋がる配線を外すことなくヒータを取り外すことができ、ヒータの取外しが容易にできる。
【００１９】
第５の発明の改質装置は、第１の発明において、外筒が異なる複数の外径を有し、ヒータを外筒の異なる外径夫々に設けるものであり、この構成により、反応管の大きさに係わらずヒータの取付けが容易にできる。
【００２０】
第６の発明の改質装置の製造方法は、事前に直線状のマイクロヒータ素子を複数回折り曲げて波状のヒータを成形し、反応管を構成する外筒に、波状のヒータを胴巻き状に巻き付けて密着固定するものであり、固定するヒータの伸縮性が良いのでヒータの取付けが容易にできる。
【００２１】
第７の発明の改質装置の製造方法は、第６の発明において、ヒータの両端を外筒に設けた引っ掛け金具に固定した後に、ヒータを締結バンドで締め付けて外筒に密着固定させるものであり、ヒータの取付けが容易にできる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明するが、先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における改質装置の全体構成を示す部分断面図、図２は本発明の実施の形態１における改質装置のヒータの外観図、図３は本発明の実施の形態１における改質装置の外観図である。
【００２３】
図１に示すように、燃焼器１は、ガス弁２から供給される都市ガス（またはＬＰＧ）や燃料電池から排出されるオフガス（未反応水素ガス）や都市ガスとオフガスを混合した燃料ガスと、送風機３からの燃焼用空気を燃焼させて高温の燃焼ガスを放出する。
【００２４】
反応管４は複数の同心円上の二重管形状を有し内側から燃焼器１からの燃焼ガスが放出される第１の筒５と、第１の筒５の外側に設けられた第２の筒６とにより形成される環状空間の燃焼ガス流路７と、第２の筒６の外側に設けられた内筒８とにより形成される環状空間の蒸発部９と改質触媒層１０と内筒８の外側に設けられた外筒１１とにより形成される環状空間の変成触媒層１２と選択酸化触媒層１３を備える。
【００２５】
外筒１１の外周面には温度検知用のポート１４ａ，１４ｂ，１４ｃと選択酸化反応に必要な空気を供給する選択酸化空気ポートである空気の接続口１５を設けると共に、ヒータ１６を外筒１１に配設させている。温度検知用のポート１４ａ，１４ｂ，１４ｃに取り付ける温度センサ（図示せず）としては、例えば、熱電対やサーミスタが好ましい。
【００２６】
そして、起動時にヒータ１６に通電して変成触媒層１２および選択酸化触媒層１３を加熱して温度センサにより検出した温度に基づいて、例えば１８０℃〜２００℃になると、その加熱量を調整するようにして変成触媒層１２および選択酸化触媒層１３の昇温時間を短縮している。
【００２７】
水蒸気改質反応に必要な炭化水素系の原料および水蒸気は、改質装置外部に設置された原料供給部１７、水供給部１８より各々蒸発部９に送られて燃焼器１で燃焼されたガスが蒸発部９の内壁面の燃焼ガス流路７を通過するときに伝えられる熱により加熱・蒸発されて改質触媒層１０に供給されて、改質触媒との水蒸気改質反応により水素含有ガスを生成する。
【００２８】
さらに水素含有ガスを変成触媒層１２と選択酸化触媒層１３を通過させることで各々水性変成反応と選択酸化反応により改質反応で発生した一酸化炭素を二酸化炭素に変化させ一酸化炭素濃度が極めて小さい改質ガスとして改質ガスパイプ１９から発電セルに供給される。
【００２９】
図２に示すように、ヒータ１６は複数回折り曲げて成形した波状形状であり、その一端に電源接続部１６ａを備える。
【００３０】
さらにヒータ１６の折り曲げ形状は外筒１１の外周面に設けた温度検知用のポート１４ａ，１４ｂ，１４ｃや選択酸化空気ポートである空気の接続口１５に干渉しないようにＵ字形の半径とピッチを調整して成形されている。
【００３１】
図３に示すように、ヒータ１６は外筒１１の外周面に設けた温度検知用のポート１４ａ，１４ｂ，１４ｃや選択酸化空気ポートである空気の接続口１５に干渉しないように外筒１１の外側から胴巻き状に巻き付けて配設されており固定バンドのようなもので容易に固定することができる。
【００３２】
本発明の実施の形態１の改質装置は以上のように構成されたもので、これによって
ヒータ１６を回転させながら巻き付ける必要がなくなりヒータの取付けが容易にできる。
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２における改質装置の外観図である。
【００３３】
本発明の実施の形態２の改質装置は、実施の形態１の改質装置に加えて、ヒータ１６を着脱可能な締結バンド２０で外筒１１に密着固定したもので、これによって締結バンド２０を締め込むだけでヒータ１６を外筒１１に均一に密着固定できると共に締結バンド２０を外すだけでヒータ１６の取外しが容易にできる。
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３における改質装置の外観図である。
【００３４】
本発明の実施の形態３の改質装置は、実施の形態１の改質装置に加えて、外筒１１にはヒータ１６の両端を固定する引っ掛け金具２１を備えたもので、これによってヒータ１６の両端が固定されヒータ１６の装着ピッチが均等になるので取付けを容易にすることができる。
（実施の形態４）
図６は本発明の実施の形態４における改質装置の外観図である。
【００３５】
空気の接続口１５と温度検知用のポート１４ａ，１４ｂ，１４ｃは外筒１１の外周面のヒータ１６の巻き始めと巻き終わりの間の一方向に揃って設けられているので空気の接続口１５の配管や温度検知用のポート１４ａ，１４ｂ，１４ｃに繋がる配線を外すことなくヒータ１６を取り外すことができるのでヒータの取外しが容易にできる。
（実施の形態５）
図７は本発明の実施の形態５における改質装置の外観図である。
【００３６】
反応管４は外径の異なる２個の外筒１１で構成されておりヒータ１６は夫々の外筒１１の外径に密着する形状に成形したもので反応管４の大きさに係わらずヒータ１６の取付けが容易にできる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本発明にかかる改質装置は、燃焼器から送出される燃焼ガスの熱を利用して炭化水素等の原料を水蒸気と水蒸気改質反応させて水素リッチな改質ガス生成する改質装置の触媒部を予熱するために反応管の外筒に設けたヒータの取付けを容易にしたものであり触媒反応機器等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１における改質装置の全体構成を示す部分断面図
【図２】同改質装置のヒータの外観図
【図３】同改質装置の外観図
【図４】本発明の実施の形態２における改質装置の外観図
【図５】本発明の実施の形態３における改質装置の外観図
【図６】本発明の実施の形態４における改質装置の外観図
【図７】本発明の実施の形態５における改質装置の外観図
【図８】従来の改質装置の全体構成を示す部分断面図
【符号の説明】
【００３９】
４      反応管
８      内筒
１１    外筒
１２    変成触媒層
１３    選択酸化触媒層
１４ａ  温度検知用のポート
１４ｂ  温度検知用のポート
１４ｃ  温度検知用のポート
１５    空気の接続口
１６    ヒータ
２０    締結バンド
２１    引っ掛け金具
【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】
2010013323.tif 000009
【図８】
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