(57)【要約】【課題】構造が単純であり且つ断熱施工のコストも低くできる燃料改質装置を提供する。【解決手段】燃料改質装置Ｒが、炭化水素系の原燃料を改質して燃料電池の燃料となる水素を主成分とする改質ガスを生成するための複数の反応器Ｂと、複数の反応器Ｂを内部に収容する外装容器Ｃとを備え、反応器Ｂは、改質ガスの生成処理工程で用いられる処理空間を内部に備えた平板型モジュールとして構成され、複数の反応器Ｂは、並列に密着して並べられた状態で外装容器Ｃの内部に収容され、外装容器Ｃの内部に充填された粒状断熱材Ｋにより複数の反応器Ｂが外装容器Ｃから断熱されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系の原燃料を改質して燃料電池の燃料となる水素を主成分とする改質ガスを生成するための複数の反応器と、前記複数の反応器を内部に収容する外装容器とを備え、
前記反応器は、前記改質ガスの生成処理工程で用いられる処理空間を内部に備えた平板型モジュールとして構成され、
複数の前記反応器は、並列に密着して並べられた状態で前記外装容器の内部に収容され、
前記外装容器の内部に充填された粒状断熱材により前記複数の反応器が前記外装容器から断熱されている燃料改質装置。
【請求項２】
前記複数の反応器の前記処理空間は、前記反応器の外部で配管により互いに接続されている請求項１記載の燃料改質装置。
【請求項３】
前記反応器は、二つの皿形状の容器形成用部材を、それらの間に板状の仕切り部材を位置させた状態で溶接接続して、二つの処理空間を備えるように構成されている請求項１又は２記載の燃料改質装置。
【請求項４】
前記外装容器が、金属、樹脂及びセラミックスの何れかで構成される請求項１〜３の何れか一項に記載の燃料改質装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の燃料改質装置の製造方法であって、
並列に密着して並べられ、前記反応器の外部で配管により前記処理空間が互いに接続された状態の前記複数の反応器で構成される装置本体を、前記外装容器の一部を構成する下部容器に設置した状態で前記粒状断熱材を前記下部容器に充填する工程と、
前記外装容器の一部を構成する側面部材を前記下部容器に組み付けて前記装置本体の側面を取り囲んだ状態で前記粒状断熱材を前記側面部材の内側に充填する工程と、
前記外装容器の一部を構成する上面部材を前記側面部材に組み付けて前記外装容器に蓋をする工程と、を有する燃料改質装置の製造方法。
【請求項６】
前記粒状断熱材を充填するときに前記外装容器に振動を加える請求項５記載の燃料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、炭化水素系の原燃料を改質して燃料電池の燃料となる水素を主成分とする改質ガスを生成するための複数の反応器と、それら複数の反応器を内部に収容する外装容器とを備える燃料改質装置、及び、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の燃料となる水素を主成分とする改質ガスは、天然ガスなどの炭化水素を含む原燃料を水蒸気改質して得るのが一般的である。原燃料の水蒸気改質によって水素を主成分とする改質ガスを生成する燃料改質装置において、その水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、燃焼用ガスを燃焼させることで得た燃焼熱を水蒸気改質反応に必要な熱として供給する必要がある。特許文献１には、燃焼部を取り囲むように筒状の水蒸気改質部が設けられた多重円筒管型の燃料改質装置が記載されている。多重円筒管型の燃料改質装置は、燃焼部で得た燃焼熱を効率良く水蒸気改質部に伝達できるため、高い熱効率が得られる。また、外観上は単純な円柱構造物となっており、且つ、高温部分（燃焼部）が最表面に露出していないため、高性能な断熱材が不要であることに加えて、断熱施工が容易であるというメリットがある。一方で、多重円筒管型の燃料改質装置は反応器の内部構造が複雑であり、特に家庭用途などの小型の多重円筒管型の燃料改質装置の場合は、反応器の製造コストは高くなるというデメリットがある。
【０００３】
特許文献２には、多重円筒管型とは異なる構造の燃料改質装置が記載されている。特許文献２に記載の燃料改質装置は、改質ガスの生成処理工程で用いられる処理空間を内部に備えた平板型モジュールとして構成される反応器（燃焼部、水蒸気改質部など）を複数備え、それら複数の反応器（平板型モジュール）を並列に密着して並べて構成してある。このタイプの燃料改質装置は、複数の反応器を密着して並べればよいため、多重円筒管型の燃料改質装置に比べて反応器の内部構造が単純なので、反応器の製造コストを低くできるというメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２５２６０４号公報
【特許文献２】特開２０００−１７８００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に記載の燃料改質装置では、各反応器を接続する配管の形状が複雑になる。例えば、各反応器の処理空間は反応器の外部で配管により互いに接続されており、反応器自体の形状も、複数の皿形状の容器形成用部材をそれらの間に板状の仕切り部材を位置させた状態で溶接接続して二つの処理空間を備えるように構成されており、溶接部分が外側に突出している。
従って、特許文献２に記載の燃料改質装置では、複数の板状に成型した断熱材に対して、配管接続の形状や反応器の溶接部分などの位置に合わせた複雑な穴加工や溝加工を施した上で、それらの板状断熱材を組み合わせて断熱施工を行う必要があった。そのため、断熱材の加工コストや断熱材を含めた組み立てコストが高くなるというデメリットが生じていた。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、構造が単純であり且つ断熱施工のコストも低くできる燃料改質装置及びその製造方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る燃料改質装置の特徴構成は、炭化水素系の原燃料を改質して燃料電池の燃料となる水素を主成分とする改質ガスを生成するための複数の反応器と、前記複数の反応器を内部に収容する外装容器とを備え、
前記反応器は、前記改質ガスの生成処理工程で用いられる処理空間を内部に備えた平板型モジュールとして構成され、
複数の前記反応器は、並列に密着して並べられた状態で前記外装容器の内部に収容され、
前記外装容器の内部に充填された粒状断熱材により前記複数の反応器が前記外装容器から断熱されている点にある。
【０００８】
上記特徴構成によれば、外装容器に収容された、並列に密着して並べられた状態の複数の反応器の断熱は、外装容器の内部に充填される粒状断熱材によって確実に行われる。つまり、粒状断熱材を用いることで、断熱材の加工コストや断熱材を含めた組み立てコストがほとんど不要になる。また、燃料改質装置を製造するに際して複数の反応器（平板型モジュール）を互いに密着して並べればよいため、多重円筒管型の燃料改質装置に比べて反応器の内部構造は単純になり且つ製造コストを低くできる。
従って、構造が単純であり且つ断熱施工のコストも低くできる燃料改質装置を提供できる。
【０００９】
本発明に係る燃料改質装置の別の特徴構成は、前記複数の反応器の前記処理空間は、前記反応器の外部で配管により互いに接続されている点にある。
【００１０】
上記特徴構成によれば、前記配管の形状が複雑であっても、複数の反応器及び配管の断熱は、外装容器の内部に充填される粒状断熱材によって容易に且つ確実に行うことができる。
【００１１】
本発明に係る燃料改質装置の更に別の特徴構成は、前記反応器は、複数の皿形状の容器形成用部材を、それらの間に板状の仕切り部材を位置させた状態で溶接接続して、二つの処理空間を備えるように構成されている点にある。
【００１２】
上記特徴構成によれば、二つの処理空間を備えた反応器を用いることにより、反応器の設置数を少なくすることができ、それに伴って、組立作業を簡略化することができる。更に、この二つの処理空間を備えた反応器を用いて、互いに熱交換させる必要のある二つの処理空間を形成することにより、効率よく熱交換させて熱効率を向上させることができる。
【００１３】
本発明に係る燃料改質装置の更に別の特徴構成は、前記外装容器が、金属、樹脂及びセラミックスの何れかで構成される点にある。
【００１４】
上記特徴構成によれば、金属、樹脂及びセラミックスの何れかを用いることで、外装容器としての必要な強度と加工のし易さを得ることができる。
【００１５】
上記目的を達成するための本発明に係る燃料改質装置の製造方法の特徴構成は、上記特徴構成の何れかを備える燃料改質装置の製造方法であって、
並列に密着して並べられ、前記反応器の外部で配管により前記処理空間が互いに接続された状態の前記複数の反応器で構成される装置本体を、前記外装容器の一部を構成する下部容器に設置した状態で前記粒状断熱材を前記下部容器に充填する工程と、
前記外装容器の一部を構成する側面部材を前記下部容器に組み付けて前記装置本体の側面を取り囲んだ状態で前記粒状断熱材を前記側面部材の内側に充填する工程と、
前記外装容器の一部を構成する上面部材を前記側面部材に組み付けて前記外装容器に蓋をする工程と、を有する点にある。
【００１６】
上記特徴構成によれば、外装容器に収容された、並列に密着して並べられた状態の複数の反応器の断熱は、外装容器の内部に充填される粒状断熱材によって確実に行われる。つまり、粒状断熱材を用いることで、断熱材の加工コストや断熱材を含めた組み立てコストが大幅に低減される。また、燃料改質装置を製造するに際して複数の反応器を互いに密着して並べればよいため、多重円筒管型の燃料改質装置に比べて反応器の構造は単純で且つ製造コストを低くできる。
加えて、粒状断熱材を充填し難い装置本体の下部には、側面部材及び上面部材を組み付けない状態で粒状断熱材の充填が行われる。その結果、装置本体の下部に対して確実に粒状断熱材を充填できる。そして、装置本体の下部に対して確実に粒状断熱材を充填した後で、装置本体の側面を取り囲む側面部材を組み付けて、装置本体の全体を粒状断熱材で覆うことができる。
【００１７】
本発明に係る燃料改質装置の製造方法の別の特徴構成は、前記粒状断熱材を充填するときに前記外装容器に振動を加える点にある。
【００１８】
上記特徴構成によれば、振動を加えることで粒状断熱材同士の隙間を小さくして粒状断熱材の充填率を上げることができる。その結果、装置本体の断熱を更に確実に行える。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】燃料改質装置の構成を説明する図である。
【図２】装置本体が外装容器に収容されている状態を説明する図である。
【図３】装置本体と外装容器とを備える燃料改質装置の斜視図である。
【図４】外装容器の上下方向と垂直な方向に向けて並列に密着して並べられた容器を配管で接続する方法を説明する図である。
【図５】外装容器の一部を構成する下部容器に装置本体を設置する状態を示す図である。
【図６】粒状断熱材を下部容器に充填する工程を説明する図である。
【図７】外装容器の一部を構成する側面部材を下部容器に組み付けた状態を示す図である。
【図８】粒状断熱材を側面部材の内側に充填した後、外装容器の一部を構成する上面部材を側面部材に組み付けて外装容器に蓋をする工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、図面を参照して、発電出力７００Ｗ級の家庭用燃料電池システムにおいて、炭化水素系の原燃料を改質して、燃料電池の燃料となる水素を主成分とする改質ガスを生成する燃料改質装置の構成について説明する。
図１は、燃料改質装置の構成を説明する図である。図１に示すように、燃料改質装置Ｒが備える装置本体Ｍは、改質ガスを生成するための複数の反応器（脱硫処理部１、水蒸気生成部２、燃焼部４、水蒸気改質部３、変成処理部５、選択酸化部６）を有する。図１において、装置本体Ｍは断面図で示す。以下に説明するように、装置本体Ｍは外装容器Ｃに収容される。図２は、装置本体Ｍが外装容器Ｃに収容されている状態を説明する図であり、図３は、装置本体Ｍと外装容器Ｃとを備える燃料改質装置Ｒの斜視図である。図２及び図３に示すように、外装容器Ｃの内部に充填された粒状断熱材Ｋにより、複数の反応器を有する装置本体Ｍは外装容器Ｃから断熱されている。
【００２１】
まず、脱硫処理部１から選択酸化部６に至るガスの流路について説明する。
図１に示すように、原燃料ガス用熱交換器Ｅａの原燃料ガス通流部１６に原燃料ガス供給路２１を接続して、そこから原燃料ガスを供給する。そして、原燃料ガス通流部１６、脱硫処理部１、被改質ガス用熱交換器Ｅｐの被改質ガス通流部１３、水蒸気改質部３、保温用通流部７、被改質ガス用熱交換器Ｅｐの上流側改質処理ガス通流部１２、原燃料ガス用熱交換器Ｅａの下流側改質処理ガス通流部１５、変成処理部５、選択酸化部６の順に流れるガス処理経路を形成するように、それらをガス処理用流路２２で接続している。
【００２２】
脱硫処理部１は、供給される都市ガスなどの炭化水素系の原燃料ガス（炭化水素系の原燃料）を脱硫処理する。水蒸気生成部２は、燃焼部４から排出された燃焼ガスを通流させる水蒸気生成用加熱通流部１１と、供給される原料水を水蒸気生成用加熱通流部１１による加熱にて蒸発させる蒸発部Ｖとを有する。燃焼部４は、燃焼用ガスを燃焼して燃焼熱を発生させる。燃焼用ガスとしては、燃料電池（図示せず）から排出された排燃料ガス（発電反応に用いられなかった水素を含むガス）を用いることができ、原燃料ガスを燃焼用ガスとして用いることもできる。水蒸気改質部３は、燃焼部４で発生された燃焼熱を利用して原燃料ガスを水蒸気改質して上記改質ガスを生成する。具体的には、水蒸気改質部３には、ルテニウム、ニッケル、白金などの改質触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数が通気可能な状態で充填される。水蒸気改質部３には、改質処理温度（即ち、反応器の温度）を検出する温度センサ３８が設けられている。そして、水蒸気改質部３に被改質ガス（後述する脱硫原燃料ガスと水蒸気との混合ガス）を通流させて、原燃料ガスを水素と一酸化炭素と二酸化炭素とを含む改質ガスに改質する。原燃料ガスが、メタンを主成分とする天然ガスである場合、水蒸気改質部３では、燃焼部４による例えば６５０℃〜７５０℃程度の加熱下でメタンと水蒸気とが下記の反応式にて改質反応して、水素と一酸化炭素と二酸化炭素を含むガスに改質処理される。
【００２３】
〔化１〕
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2
〔化２〕
ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋４Ｈ2
【００２４】
変成処理部５は、水蒸気改質部３にて生成された改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減するように処理する。具体的には、変成処理部５においては、改質処理ガス中の一酸化炭素と水蒸気とが、例えば２００℃〜３００℃程度の反応温度で下記の反応式にて変成反応して、一酸化炭素が二酸化炭素に変成処理される。
【００２５】
〔化３〕
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2
【００２６】
選択酸化部６は、変成処理部５から排出される変成処理ガス中に残留している一酸化炭素を除去する。具体的には、選択酸化部６においては、ルテニウムや白金、パラジウム、ロジウム等の触媒作用によって、１００℃〜２００℃程度の反応温度で変成処理ガス中に残っている一酸化炭素が、添加された空気中の酸素によって酸化される。その結果、一酸化炭素濃度の低い（例えば１０ｐｐｍ以下）、水素リッチな燃料ガスが生成される。
生成された燃料ガスは、燃料ガス路２３を通じて燃料電池に供給される。本実施形態では、選択酸化部６から排出された選択酸化処理ガス（燃料電池に供給される燃料ガス）の温度は１００℃〜２００℃程度であり、例えば固体高分子型の燃料電池の動作温度は７０℃〜８０℃程度であるので、燃料ガス路２３には、選択酸化部６から排出された選択酸化処理ガスを、燃料電池の動作温度付近にまで冷却する燃料ガス冷却用熱交換器（図示せず）が設けられている。
また、上述したように、燃料電池から排出される排燃料ガス（発電反応に用いられなかった水素を含むガス）は、排燃料ガス路２４を通じて一対のパイプバーナ４４に燃焼用ガスとして供給される。
【００２７】
〔水蒸気生成部への原料水の供給経路〕
次に、水蒸気生成部２の蒸発部Ｖへの原料水の供給経路について説明する。
変成処理部５と選択酸化部６とを接続するガス処理用流路２２には、原料水供給路２５を流れる原料水を変成処理ガスにて予熱する原料水予熱用熱交換器１７と、更に、もう１つの水冷熱交換器（図示せず）と、変成処理ガスから凝縮水を除去するドレントラップ３４とが順に設けられている。
更に、原料水供給路２５における原料水予熱用熱交換器１７よりも下流側の箇所には、原料水を蛇行状に流す蛇行状通流部１８が設けられている。蛇行状通流部１８は、装置本体Ｍの外壁部のうちの、燃焼部４を覆う箇所に熱伝導可能に当て付けて設けられる。その結果、装置本体Ｍの外壁部からの伝導熱および輻射熱により、蛇行状通流部１８を通流する原料水が予熱される。
以上のようにして、水蒸気生成部２の蒸発部Ｖに供給する原料水を、原料水予熱用熱交換器１７及び蛇行状通流部１８を用いて予熱する。
【００２８】
〔燃焼部等の装置構成〕
燃焼部４は、燃焼用ガス（排燃料ガス）を火炎を形成する状態で燃焼させる有炎燃焼部４Ｆと、その有炎燃焼部４Ｆに対して、その有炎燃焼部４Ｆの火炎形成方向下流側に配置されて、有炎燃焼部４Ｆにて燃焼しなかった燃焼用ガスを燃焼触媒４ｃにて燃焼させる触媒燃焼部４Ｃを備える。有炎燃焼部４Ｆには、改質装置用の加熱バーナとしての一対のパイプバーナ４４が設けられる。パイプバーナ４４にはイグナイタ４ｉを用いて点火される。燃焼部４の外表面の最高温度は例えば６００℃〜７００℃である。
【００２９】
図１において一点鎖線矢印にて示すように、燃焼用空気が、燃焼用ブロア２８から燃焼用空気路２９を通って一対のパイプバーナ４４に供給される。
更に、燃焼用ブロア２８に接続した酸化用空気供給路３１が、変成処理部５と選択酸化部６とを接続するガス処理用流路２２に接続される。それにより、燃焼用ブロア２８からの空気は酸化用空気として選択酸化部６に供給される。但し、酸化用空気供給路３１には開閉弁３５が設けられており、開閉弁３５を閉止作動させることで選択酸化部６への空気の供給を遮断可能である。
【００３０】
〔装置本体Ｍを通流するガスの熱交換〕
次に、装置本体Ｍを通流するガスの熱交換について説明する。
燃料改質装置の装置本体Ｍには、水蒸気改質部３から排出された高温の改質処理ガスを通流させて、水蒸気改質部３を保温する保温用通流部７と、高温の改質処理ガスにより水蒸気改質部３に供給される被改質ガスを加熱する被改質ガス用熱交換器Ｅｐと、高温の改質処理ガスにより脱硫処理部１に供給される原燃料ガスを加熱する原燃料ガス用熱交換器Ｅａと、変成処理部５を冷却するために冷却用流体を通流させる変成部冷却用通流部８と、変成処理部５および選択酸化部６を冷却する冷却用ファン１０とが設けられている。
【００３１】
被改質ガス用熱交換器Ｅｐでは、保温用通流部７から排出された改質処理ガスを通流させる上流側改質処理ガス通流部１２と、水蒸気改質部３に供給する被改質ガスを通流させる被改質ガス通流部１３との熱交換が行われる。
原燃料ガス用熱交換器Ｅａでは、上流側改質処理ガス通流部１２から排出された改質処理ガスを通流させる下流側改質処理ガス通流部１５と、脱硫処理部１に供給する原燃料ガスを通流させる原燃料ガス通流部１６との熱交換が行われる。
【００３２】
〔水蒸気と原燃料ガスとの混合〕
原燃料ガス供給路２１から供給される原燃料ガスを脱硫処理部１で脱硫処理し、その脱硫原燃料ガスと水蒸気路２６からの水蒸気とを混合する。具体的には、図１に示すように、装置本体Ｍにおいて、水蒸気生成用の原料水を供給する原料水供給路２５を水蒸気生成部２の蒸発部Ｖに接続し、蒸発部Ｖにて生成された水蒸気を送出する水蒸気路２６を、脱硫処理部１と被改質ガス通流部１３とを接続するガス処理用流路２２に接続する。その結果、ガス処理用流路２２を通流する脱硫原燃料ガスに改質用の水蒸気が混合される。
【００３３】
〔燃焼部から排出される燃焼ガスの利用形態〕
図１において、破線矢印にて示すように、燃焼部４から排出された燃焼ガスを、水蒸気生成用加熱通流部１１、変成部冷却用通流部８の順に流すように、それら燃焼部４、水蒸気生成用加熱通流部１１、変成部冷却用通流部８が燃焼ガス路２７により接続されている。そして、水蒸気生成用加熱通流部１１においては、燃焼ガスによって蒸発部Ｖを加熱し、変成部冷却用通流部８においては、燃焼ガスによって、発熱反応である変成反応が行われる変成処理部５を冷却する。
【００３４】
〔燃料改質装置の装置本体の構成〕
図１及び図２に示すように、燃料改質装置Ｒが備える複数の反応器（脱硫処理部１、水蒸気生成部２、燃焼部４、水蒸気改質部３、変成処理部５、選択酸化部６）は、上記改質ガスの生成処理工程で用いられる処理空間を内部に備えた平板型モジュールとしての容器Ｂを用いて形成される。それら複数の容器Ｂ（複数の反応器：平板型モジュール）は、並列に密着して並べられた状態で装置本体Ｍを構成する。複数の容器Ｂを並べるに当たっては、上述したような伝熱させる必要のあるもの同士は互いに密着させた状態で並べ、且つ、伝熱量を調節する必要のあるもの同士の間に伝熱量調節用の断熱材１９を介在させた状態で並べてある。また、容器Ｂは、皿形状の容器形成用部材ｂ１を、それらの間に板状の仕切り部材ｂ２を位置させた状態で溶接接続して、二つの処理空間を備えるように構成されている。本実施形態では、図１に示すように、燃焼部４を直接覆うように設けられている断熱材１９は皿状容器部材ｂ１で覆われ、その皿状容器部材ｂ１は板状部材ｂ２に溶接接続される。従って、図２に示すように、燃焼部４を取り囲んでいる断熱材１９は装置本体Ｍの外部からは見えない。
更に、図示しないが、並列に密着して並べられた状態の複数の容器Ｂを、並び方向に沿った両方から金属製のパネルなどで挟んで固定している。それにより、複数の容器Ｂ（装置本体Ｍ）を一体として取り扱うことができる。
【００３５】
図４は、外装容器Ｃの上下方向と垂直な方向に向けて並列に密着して並べられた容器Ｂを配管Ｐ（例えば、ガス処理用流路２２、燃料ガス路２３、排燃料ガス路２４、原料水供給路２５、水蒸気路２６、燃焼ガス路２７、燃焼用空気路２９）で接続する方法を説明する図である。尚、図４は、容器Ｂを配管Ｐで接続する方法を例示する目的で描いたものであり、実際の配管Ｐの寸法、位置及び形状とは異なる。同様に、図２に示す配管Ｐも例示目的で描いたものである。
【００３６】
図２及び図４に示すように、容器Ｂには、配管Ｐの一部を構成する接続部４７が上下方向に向けて溶接接続されている。そして、接続部４７同士が、Ｕ字型の配管Ｐ（ガス処理用流路２２、燃料ガス路２３、排燃料ガス路２４、原料水供給路２５、水蒸気路２６、燃焼ガス路２７、燃焼用空気路２９）で接続される。その結果、上述した複数の反応器の内部の処理空間が、配管Ｐで接続される。
以上のようにして、装置本体Ｍを構成する複数の容器Ｂ（反応器）の処理空間の少なくとも一対又は全部が、容器Ｂのそれぞれから上下方向に引き出される配管Ｐによって接続される。
また、図示していないが、外装容器Ｃの側面部材Ｃ２には、原燃料ガス供給路２１や燃料ガス路２３、排燃料ガス路２４、原料水供給路２５、燃焼用空気路２９などを形成する配管径とほぼ同様の孔があけられていて、その孔を通して、それらの配管が燃料改質装置Ｒの外側に張り出しており、燃料改質装置Ｒの外部にある原燃料供給設備や原料水供給設備、燃焼用ブロア２８、燃料電池などと接続されている。さらに、外装容器Ｃの側面部材Ｃ２には、装置本体Ｍに取り付けられている温度センサ３８などの複数の温度センサ（例えば、熱電対、サーミスタなど）や電気ヒータなどのケーブル類を通す孔があけられている。
【００３７】
〔燃料改質装置の製造方法〕
以下に、図２〜図８を参照して燃料改質装置の製造方法について説明する。
図５は、外装容器Ｃの一部を構成する下部容器Ｃ１に装置本体Ｍを設置する状態を示す図であり、図６は、粒状断熱材を下部容器に充填する工程を説明する図である。図示するように、下部容器Ｃ１は、矩形の平板部材Ｃ１ａに側面部材Ｃ１ｂが装着された浅い器状に形成されている。この工程では、装置本体Ｍを外装容器Ｃの一部を構成する下部容器Ｃ１に設置した状態で粒状断熱材Ｋを下部容器Ｃ１に充填する。
【００３８】
装置本体Ｍを下部容器Ｃ１に安定して設置するため、本実施形態では、装置本体Ｍの下部と下部容器Ｃ１との間に板状断熱材Ｔを介在させてある。図２及び図４に示したように、本実施形態で用いる板状断熱材Ｔは、三層構造である。容器Ｂに対して接する一層目の板状断熱材Ｔ１には、接続部４７が貫通できる孔が形成されている。二層目の板状断熱材Ｔ２には、容器Ｂの外部において水平方向に引き回されるＵ字型の配管Ｐが通る孔が形成されている。三層目の板状断熱材Ｔ３には孔は形成されていない。
また、図５及び図６に示すように、本実施形態で説明する下部容器Ｃ１の側面部材Ｃ１ｂの一部は切欠かれている。但し、その部分には装置本体Ｍ及び板状断熱材Ｔが外装容器Ｃの内側から密着するため、粒状断熱材Ｋが下部容器Ｃ１の切欠き部分から外部に流出することはない。
【００３９】
装置本体Ｍの下部に板状断熱材Ｔを装着するとき、先ず、接続部４７が上下方向に向けて溶接接続されている状態の複数の容器Ｂを、並列に密着して並べる。その状態では、接続部４７のみが容器Ｂに接続されているので、接続部４７が板状断熱材Ｔ１に形成された孔を貫通するように板状断熱材Ｔ１を装置本体Ｍの下部に装着できる。次に、接続部４７に対してＵ字型の配管Ｐを溶接接続し、その配管Ｐが板状断熱材Ｔ２の孔に嵌るように板状断熱材Ｔ２を板状断熱材Ｔ１に重ね合わせる。その後、板状断熱材Ｔ３を板状断熱材Ｔ２に重ね合わせることで、図２及び図４に示すように、装置本体Ｍの下部への板状断熱材Ｔ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）の装着が完了する。そして、図５及び図６に示すように、板状断熱材Ｔが下部に装着された装置本体Ｍを下部容器Ｃ１に設置する。
【００４０】
本実施形態において、外装容器Ｃは、金属、樹脂及びセラミックスの何れかで構成される。樹脂及びセラミックスを用いる場合は、金属よりも断熱性を有するものが好ましい。外装容器Ｃに充填される粒状断熱材Ｋ及び板状断熱材Ｔとしては、日本マイクロサーム社のマイクロサーム等を使用できる。このような断熱材は、燃焼部４の外表面の最高温度である例えば６００℃〜７００℃の温度で良好な断熱性能を示すので、使用する断熱材の量を減らすことができ、燃料改質装置をコンパクトにすることができる。なお、粒状断熱材Ｋとしては、例えば、粒径がおよそ０．３〜２．５ｍｍの範囲にあり、嵩密度が１５０〜３５０ｋｇ／ｍ3のものを用いることができる。
【００４１】
図７は、外装容器の一部を構成する側面部材を下部容器に組み付けた状態を示す図である。図８は、粒状断熱材を側面部材の内側に充填した後、外装容器の一部を構成する上面部材を側面部材に組み付けて外装容器に蓋をする工程を説明する図である。
図７に示すように、装置本体Ｍが設置された下部容器Ｃ１に対して、外装容器Ｃの一部を構成する側面部材Ｃ２を組み付けて装置本体Ｍの側面を取り囲む。そして、装置本体Ｍの側面を側面部材Ｃ２で取り囲んだ状態で、図８に示すように、粒状断熱材Ｋを側面部材Ｃ２の内側に充填する。本実施形態では、下部容器Ｃ１に装着される側面部材Ｃ２の一部は切欠かれており、下部容器Ｃ１の切欠き部分と側面部材Ｃ２の切欠き部分とは対応する。上述したように、その切欠き部分には装置本体Ｍが外装容器Ｃの内側から密着するため、粒状断熱材Ｋが側面部材Ｃ２の切欠き部分から外部に流出することはない。また、その切欠き部分に対応する装置本体Ｍには、冷却用ファン１０が装着されている。
その後、外装容器Ｃの一部を構成する上面部材Ｃ３を側面部材Ｃ２に組み付けて外装容器Ｃに蓋をすることで、図２及び図３に示した燃料改質装置Ｒが得られる。また、図２及び図３に示すように、下部容器Ｃ１及び側面部材Ｃ２が切欠かれて装置本体Ｍが外部に露出している部分を、セラミック断熱材ＣＴで覆っている。
【００４２】
本実施形態では、粒状断熱材Ｋを充填するときに外装容器Ｃ（下部容器Ｃ１、側面部材Ｃ２）に振動を加えている。振動を加えることで粒状断熱材Ｋ同士の隙間を小さくして粒状断熱材Ｋの充填率を上げることができ、その結果、装置本体Ｍの断熱を更に確実に行える。
【００４３】
以上のように、外装容器Ｃに収容された、並列に密着して並べられた状態の複数の反応器の断熱は、外装容器Ｃの内部に充填される粒状断熱材Ｋによって確実に行われる。つまり、粒状断熱材Ｋを用いることで、断熱材の加工コストや断熱材を含めた組み立てコストがほとんど不要になる。また、燃料改質装置Ｒを製造するに際して複数の反応器を互いに密着して並べればよいため、多重円筒管型の燃料改質装置に比べて構造は単純になり且つ製造コストを低くできる。
【００４４】
＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、発電出力７００Ｗ級の家庭用燃料電池システムに用いる燃料改質装置について説明したが、システムのサイズは発電出力７００Ｗ級に制限されることは無く、その他の発電出力の家庭用燃料電池システム用の燃料改質装置にも用いることができる。本発明は、このような断熱作業スペースが確保しにくい家庭用などの小型の燃料改質装置に特に好適であるが、大型の燃料改質装置にも適用できる。
【００４５】
＜２＞
上記実施形態では、外装容器Ｃの側面部材Ｃ２に、原燃料ガス供給路２１や燃料ガス路２３、排燃料ガス路２４、原料水供給路２５、燃焼用空気路２９などを形成する配管径とほぼ同様の孔をあけて、その孔を通して、それらの配管が燃料改質装置Ｒの外側に張り出しており、燃料改質装置Ｒの外部にある原燃料供給設備や原料水供給設備、燃焼用ブロア２８、燃料電池などと接続されている場合や、装置本体Ｍに取付られている複数の温度センサ（例えば、熱電対、サーミスタなど）や電気ヒータなどのケーブル類を通す孔があけられている場合について説明した。これらの側面部材Ｃ２にあけた孔と配管との隙間や、側面部材Ｃ２にあけた孔とケーブル類の隙間から粒状断熱材Ｋが流出する場合には、樹脂等で塞いでも良い。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、構造が単純であり且つ断熱施工のコストも低くできる燃料改質装置を製造するために利用できる。
【符号の説明】
【００４７】
３  水蒸気改質部
４  燃焼部
Ｂ  容器（反応器、平板型モジュール）
ｂ１  容器形成用部材
ｂ２  仕切り部材
Ｃ  外装容器
Ｃ１  下部容器
Ｃ２  側面部材
Ｃ３  上面部材
Ｋ  粒状断熱材
Ｍ  装置本体
Ｐ  配管
Ｒ  燃料改質装置
【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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