(57)【要約】【課題】  温度検出器及び燃焼器の保守及び点検を容易に行うことができる水素製造装置を提供する。【解決手段】  原料流路３、触媒領域５及び水素リッチガス流路６を有して構成されるガス流路が内部に形成された改質器本体１、ならびに触媒領域５に配置される触媒体を有する改質器１０と、改質器本体１と接合され、改質器本体１の触媒領域５を加熱する燃焼器（２２，２３Ａ，２４Ａ，２０Ｄ）を有する加熱器本体２０、ならびに加熱器本体２０に取り付けられて改質器本体１の触媒領域５の温度を検出する温度検出器２５を有する加熱器１９と、を備え、改質器本体１と加熱器本体２０とが離隔可能に構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料及び水が流通する原料流路、前記原料流路に接続されている触媒領域及び前記触媒領域に接続されて該触媒領域で生成された水素リッチガスが流通する水素リッチガス流路を有して構成されるガス流路が内部に形成された改質器本体、ならびに前記触媒領域に配置されて前記原料を改質する触媒体を有する改質器と、
前記改質器本体と接合され、該改質器本体の前記触媒領域を加熱する燃焼器を有する加熱器本体、ならびに前記加熱器本体に取り付けられて前記改質器本体の前記触媒領域の温度を検出する温度検出器を有する加熱器と、を備え、
前記改質器本体と前記加熱器本体とが離隔可能に構成されている水素製造装置。
【請求項２】
前記温度検出器が、前記燃焼器と着脱可能に構成されている、請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項３】
前記改質器本体と前記加熱器本体との接合状態時に当接する接合面が前記改質器本体及び前記加熱器本体それぞれに形成され、少なくともいずれかの前記接合面にガスシール材が配設されている、請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項４】
前記温度検出器が棒状であって、前記加熱器本体の外面において気密的に取り付けられ、かつ前記加熱器本体の前記接合面に対し実質的に垂直な方向に抜き差しされて前記加熱器本体に着脱自在に構成されている、請求項３に記載の水素製造装置。
【請求項５】
前記触媒領域あるいは前記水素リッチガス流路の路壁に該触媒領域側あるいは水素リッチガス流路側に窪むように凹部が形成され、前記温度検出器は、前記改質器本体と前記加熱器本体との接合状態時には前記凹部に挿入されて位置するようにして、前記加熱器本体に取り付けられている、請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項６】
前記温度検出器は前記凹部の内面に対し隙間を有するように配設されている、請求項５に記載の水素製造装置。
【請求項７】
前記水素製造装置は、前記改質器本体と前記加熱器本体との接合状態時には、前記触媒領域及び前記水素リッチガス流路の少なくとも一部の路壁において該路壁に区画されるようにして前記燃焼器の燃焼ガスが流通する燃焼ガス流路が構成され、
前記凹部は前記燃焼ガス流路に面して形成されている、請求項６に記載の水素製造装置。
【請求項８】
前記温度検出器が前記加熱器本体に取り付けられた状態で、前記改質器本体と前記加熱器本体とが離隔及び接合可能に構成されている、請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項９】
前記改質器本体と前記加熱器本体とが、離隔及び接合可能なように回動自在に連結されて構成されている、請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項１０】
前記燃焼器は前記燃焼器の燃焼を検知する燃焼検知装置と前記燃焼器に点火する点火装置とを有し、前記燃焼検知装置及び点火装置が前記加熱器本体に取り付けられた状態で、前記改質器本体と前記加熱器本体とが離隔及び接合可能に構成されている、請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項１１】
前記点火装置が棒状であって、前記加熱器本体の外面において気密的に取り付けられ、かつ前記加熱器本体の前記接合面に対し実質的に垂直な方向に抜き差しされて前記加熱器本体に着脱自在に構成されている、請求項１０に記載の水素製造装置。
【請求項１２】
前記燃焼器は可燃性流体が噴出するノズル孔を有する可燃性流体ノズルと可燃性流体と混合される空気が噴出する噴気孔とを有して構成され、前記可燃性流体ノズルは棒状の本体に前記ノズル孔を有して前記加熱器本体に取り付けられ、前記噴気孔は該可燃性流体ノズル周囲の前記加熱器本体の壁面に形成されて、前記点火装置が前記可燃性流体ノズルの本体先端に配設されている、請求項１０に記載の水素製造装置。
【請求項１３】
前記燃焼検知装置は燃焼領域のイオン電流を検知する電極を有し、該電極を前記燃焼器周囲に形成される燃焼領域に臨むように配置されている、請求項１０に記載の水素製造装置。
【請求項１４】
前記改質器本体と前記加熱器本体との接合状態時において前記燃焼器近傍の燃焼領域を覆うようにして配設された輻射筒を有し、
前記輻射筒は前記加熱器本体に取り付けられている、請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項１５】
前記改質器本体と前記加熱器本体との接合状態時において前記燃焼器近傍の燃焼領域を覆うようにして配設された輻射筒を有し、
前記輻射筒は前記改質器本体に取り付けられている、請求項１に記載の水素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素製造装置に関する。特に、水蒸気改質反応によって炭化水素を有する原料を水素リッチな水素リッチガスに改質する改質器を有する水素製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、水蒸気改質反応によって炭化水素を主成分とする原料を水素リッチな水素リッチガスに改質する改質器を有する水素製造装置（以下、「水素製造装置」と称する）は、水又は水蒸気が加えられた原料が触媒体が配置されている流路（以下「触媒領域」という）を流通し、かつ燃焼器による燃焼熱によって加熱されて、触媒領域内の原料が水蒸気改質反応を起こして水素リッチな水素リッチガスに改質されるように構成されている。そして、触媒領域が形成されている部材（以下、「改質器本体」という）が筒状であって、筒の端面側に装着された燃焼器によって加熱される水素製造装置が種々開示されている（特許文献１乃至特許文献４）。
【０００３】
また、このような水素製造装置では、触媒領域内の温度を水蒸気改質反応に適した温度に維持する必要がある。このため、水素製造装置には、触媒領域の温度を検出することができるように、触媒領域内あるいは触媒領域近傍に温度検出器が配設されている。例えば、特許文献５には、測定対象の隔壁に圧着された熱電対の感温部によって温度を検出する構造が開示されている。また、特許文献６には、燃焼器近傍の流路管の壁面の温度を流路管の外側から検出する温度検出器が提案されている。特許文献７には、燃焼ガスと触媒との間の隔壁の触媒側に熱電対からなる温度センサが配設される改質器が開示されている。特許文献８には、原料が流通する流路管の壁面に流路管の外側に複数個の温度検出素子を備える改質器が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３２３３５３号公報
【特許文献２】特開２００３−３００７０３号公報
【特許文献３】特開２００３−２１２５１１号公報
【特許文献４】特開２００１−３４２００２号公報
【特許文献５】特開平９−２７８４０２号公報
【特許文献６】特開平１０−１３４８３８号公報
【特許文献７】特開２００２−２７４８０８号公報
【特許文献８】特開平１０−９５６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、水素製造装置の燃焼器、温度検出器等の保守及び点検には、水素製造装置を解体する必要がある。特に、点火装置、可燃性流体ノズル、空気の噴気孔、燃焼検知装置等燃焼器の構成部材や温度検出器は煤、燃焼ガス、金属スケール等によって汚れが著しく、あるいは熱応力の繰り返しによって部材や温度検出器自体の劣化が著しく、保守及び点検の頻度が高いのが実情である。
【０００５】
しかしながら、水素製造装置の構造は、上記特許文献１乃至特許文献８に示されるように、コスト低減、熱効率向上、制御性向上等専ら水素製造装置あるいは改質器の性能向上を目的としており、保守及び点検作業面からは水素製造装置の構造に改善の余地があった。特に、温度検出器の保守及び点検には、触媒領域あるいはその周囲の壁面に手あるいは工具等を届かせる必要がある。ところが、触媒領域あるいはその周囲の壁面は、現実的には狭い空間に面しており、あるいは水素製造装置内部の入り組んだ構造内に位置しているので、温度検出器の保守及び点検は、容易ではなかった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、温度検出器及び燃焼器の保守及び点検が容易な水素製造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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の水素製造装置は、原料及び水が流通する原料流路、前記原料流路に接続されている触媒領域及び前記触媒領域に接続されて該触媒領域で生成された水素リッチガスが流通する水素リッチガス流路を有して構成されるガス流路が内部に形成された改質器本体、ならびに前記触媒領域に配置されて前記原料を改質する触媒体を有する改質器と、前記改質器本体と接合され、該改質器本体の前記触媒領域を加熱する燃焼器を有する加熱器本体、ならびに前記加熱器本体に取り付けられて前記改質器本体の前記触媒領域の温度を検出する温度検出器を有する加熱器と、を備え、前記改質器本体と前記加熱器本体とが離隔可能に構成されている（請求項１）。このように構成すると、燃焼器が配設されている加熱器本体が改質器本体から容易に分離されるので、燃焼器の保守及び点検を容易に行うことができる。また、温度検出器の保守及び点検を容易に行うここともできる。すなわち、温度検出器及び燃焼器の保守及び点検を容易に行うことができる。ここで、「水素リッチガス」とは、原料及び水の水蒸気改質反応によって生成されるガスをいい、水素が含まれているガスを言う。
【０００８】
上述の本発明の効果をより確実に得る観点から、前記温度検出器が、前記燃焼器と着脱可能に構成されている（請求項２）。
【０００９】
上述の本発明の効果をより確実に得る観点から、前記水素製造装置は、前記改質器本体と前記加熱器本体との接合状態時に当接する接合面が前記改質器本体及び前記加熱器本体それぞれに形成され、少なくともいずれかの前記接合面にガスシール材が配設されている
とよい（請求項３）。
【００１０】
前記水素製造装置は、前記温度検出器が棒状であって、前記加熱器本体の外面において気密的に取り付けられ、かつ前記加熱器本体の前記接合面に対し実質的に垂直な方向に抜き差しされて前記加熱器本体に着脱自在に構成されているとよい（請求項４）。このように構成すると、温度検出器のみを取り外して保守及び点検を行うことができる。
【００１１】
上述の本発明の効果をより確実に得る観点から、前記水素製造装置は、前記触媒領域あるいは前記水素リッチガス流路の路壁に該触媒領域側あるいは水素リッチガス流路側に窪むように凹部が形成され、前記温度検出器は、前記改質器本体と前記加熱器本体との接合状態時には前記凹部に挿入されて位置するようにして、前記加熱器本体に取り付けられているとよい（請求項５）。
【００１２】
前記水素製造装置は、前記温度検出器は前記凹部の内面に対し隙間を有するように配設されているとよい（請求項６）。このように構成すると、改質器本体と加熱器本体との接合時、あるいは改質器温度の変動時において温度検出器が凹部に強く圧迫されて損傷するおそれを抑制することができる。
【００１３】
上述の本発明の効果をより確実に得る観点から、前記水素製造装置は、前記改質器本体と前記加熱器本体との接合状態時には、前記触媒領域及び前記水素リッチガス流路の少なくとも一部の路壁において該路壁に区画されるようにして前記燃焼器の燃焼ガスが流通する燃焼ガス流路が構成され、前記凹部は前記燃焼ガス流路に面して形成されているとよい（請求項７）。
【００１４】
前記水素製造装置は、前記温度検出器が前記加熱器本体に取り付けられた状態で、前記改質器本体と前記加熱器本体とが離隔及び接合可能に構成されているとよい（請求項８）。このように構成すると、温度検出器を取り外す手間を要さずに加熱器本体を改質器本体から離隔させることができるので、温度検出器及び燃焼器の保守及び点検をより一層容易に行うことができる。
【００１５】
前記水素製造装置は、前記改質器本体と前記加熱器本体とが、離隔及び接合可能なように回動自在に連結されて構成されているとよい（請求項９）。このように構成すると、前記加熱器本体と前記改質器本体とが離隔されても、加熱器本体は、改質器本体に支持されるので、水素製造装置の保守及び点検時に加熱器本体の置き場所を確保する必要がなく、温度検出器及び燃焼器の保守及び点検をより一層容易に行うことができる。
【００１６】
上述の本発明の効果をより確実に得る観点から、前記水素製造装置は、前記燃焼器は前記燃焼器の燃焼を検知する燃焼検知装置と前記燃焼器に点火する点火装置とを有し、前記燃焼検知装置及び点火装置が前記加熱器本体に取り付けられた状態で、前記改質器本体と前記加熱器本体とが離隔及び接合可能に構成されているとよい（請求項１０）。
【００１７】
上述の本発明の効果をより確実に得る観点から、前記水素製造装置は、前記点火装置が棒状であって、前記加熱器本体の外面において気密的に取り付けられ、かつ前記加熱器本体の前記接合面に対し実質的に垂直な方向に抜き差しされて前記加熱器本体に着脱自在に構成されているとよい（請求項１１）。このように構成すると、点火装置のみを取り外して保守及び点検を行うことができる。
【００１８】
上述の本発明の効果をより確実に得る観点から、前記水素製造装置は、前記燃焼器は可燃性流体が噴出するノズル孔を有する可燃性流体ノズルと可燃性流体と混合される空気が噴出する噴気孔とを有して構成され、前記可燃性流体ノズルは棒状の本体に前記ノズル孔を有して前記加熱器本体に取り付けられ、前記噴気孔は該可燃性流体ノズル周囲の前記加熱器本体の壁面に形成されて、前記点火装置が前記可燃性流体ノズルの本体先端に配設されているとよい（請求項１２）。
【００１９】
上述の本発明の効果をより確実に得る観点から、前記水素製造装置は、前記燃焼検知装置は燃焼領域のイオン電流を検知する電極を有し、該電極を前記燃焼器周囲に形成される燃焼領域に臨むように配置されているとよい（請求項１３）。
【００２０】
前記水素製造装置は、前記改質器本体と前記加熱器本体との接合状態時において前記燃焼器近傍の燃焼領域を覆うようにして配設された輻射筒を有し、前記輻射筒は前記加熱器本体に取り付けられているとよい（請求項１４）。このように構成すると、加熱器本体で発生する燃焼熱は、その熱の分布が輻射筒によってより均等化されるので、改質器本体、特に触媒領域への加熱をより均等化することができる。
【００２１】
前記水素製造装置は、前記改質器本体と前記加熱器本体との接合状態時において前記燃焼器近傍の燃焼領域を覆うようにして配設された輻射筒を有し、前記輻射筒は前記改質器本体に取り付けられているとよい（請求項１５）。このように構成すると、加熱器本体で発生する燃焼熱は、その熱の分布が輻射筒によってより均等化されるので、改質器本体、特に触媒領域への加熱をより均等化することができる。また、温度検出器及び燃焼器の保守及び点検には、加熱器本体から輻射筒を取り外す手間を要さないので、温度検出器及び燃焼器の保守及び点検をより一層容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明の水素製造装置は、温度検出器及び燃焼器の保守及び点検を容易に行うことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
（第１実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第1実施形態の水素製造装置を模式的に示す上面図である。図１（ｂ）は、本発明の第1実施形態の水素製造装置を模式的に示す側面図である。図１（ｃ）は、本発明の第1実施形態の水素製造装置を模式的に示す底面図である。また、図２は、図１（ａ）のII−II線断面を模式的に示す断面図である。
【００２５】
図１（ｂ）に示すように、水素製造装置１００は、改質器１０と加熱器１９とを有している。
【００２６】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、改質器１０は改質器本体１と、改質器本体１内の触媒領域５に配置されている触媒体とを有している。改質器１０の改質器本体１は、複数の筒壁が略同心となるように配置された多重筒構造を有する有蓋筒状である。そして、改質器本体１の内部空間には、各筒壁によって半径方向に区画され、軸方向に延びる複数のリング状の空間が形成されている。このリング状の空間は、炭化水素を主成分とする原料及び水が流通する原料流路３、原料流路３に接続されている触媒領域５及び触媒領域５に接続されて触媒領域５で生成された水素リッチガスが流通する水素リッチガス流路６を有して構成されるガス流路が形成されている。ここで、「水素リッチガス」とは、原料及び水の水蒸気改質反応によって生成されるガスをいい、水素が含まれているガスを言う。また、改質器本体１と加熱器本体２０との接合状態時には、触媒領域５及び水素リッチガス流路６の少なくとも一部の路壁１Ｈ、１Ｊにおいて該路壁１Ｈ、１Ｊに区画されるようにして燃焼器１９の燃焼ガスが流通する燃焼ガス流路８が構成されている。
【００２７】
また、図1（ｂ）及び（ｃ）に示すように、加熱器１９は、加熱器本体２０と、加熱器本体２０に取り付けられて改質器本体１の触媒領域５の温度を検出する温度検出器２５を有している。加熱器本体２０には、改質器本体１の触媒領域５を加熱可能に構成される燃焼器が設けられている。ここで、図２に示すように、燃焼器は、可燃性流体ノズル２２，点火装置２３の点火部２３Ａ、燃焼検知装置２４の検知部２４Ａ、及び空気が噴出する噴気孔２０Ｄを有して構成されている。ただし、その他の公知の燃焼器で構成されていてもよい。また、「触媒領域の温度を検出する」とは、温度検出器２５の検出結果と、その検出位置と触媒領域５内との間の伝熱性等に基づく相関関係とに基づいて、触媒領域５内の温度を推定して検出することを言う。したがて、温度検出器５は、触媒領域５を構成する壁面の温度、触媒領域５近傍の壁面の温度、あるいはこれら壁面近傍の温度のいずれかを検出することができるように配設されていればよい。
【００２８】
そして、水素製造装置１００は、改質器本体１の一方の無蓋端面、ここでは底部に形成されたフランジ部（接合面）１Ｐと、加熱器本体２０の周縁部（接合面）とが、気密的に接合されて構成されている。ここでは、図示しないが、改質器本体１と加熱器本体２０との接合面にはガスシール材が介在されて、ボルト５０及びナット５１によって接合面が押圧されて接合されている。これによって、改質器本体１と加熱器本体２０とは気密的に接合されるので、接合面からのガスの漏出を防止することができる。
【００２９】
なお、ここでは、説明の便宜上、改質器本体１を上方として、加熱器本体２０が改質器本体１の下方に配置される構成に基づいて説明するが、改質器本体１と加熱器本体２０とを水平方向に設置してもよい。
【００３０】
改質器本体１は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、有蓋筒状の改質器本体１の上端を塞ぐ蓋板１Ｍに原料口２と、原料引き込み流路４と、水素リッチガス口７と、燃焼ガス口９とが形成されている。ここで、改質器本体１は円筒状であるが、多角筒状であってもよく、水素製造装置１００の配置スペース等具体的状況に応じて設計されればよい。
【００３１】
そして、図２に示すように、改質器本体１の内部は、外周から中心に向かって、第１筒壁１Ａ、第２筒壁１Ｂ、第３筒壁１Ｅ、第４筒壁１Ｆ、第５筒壁１Ｇ、第６筒壁１Ｈ及びを有する多重筒構造である。そして、第２筒壁１Ｂと第３筒壁１Ｅとの間には中空筒状のガスシール材１Ｄが配置されている。
【００３２】
第１筒壁１Ａは改質器本体１の側面を構成している。
【００３３】
第１筒壁１Ａと第２筒壁１Ｂとの間の空間は改質器本体１の底部において加熱器本体２０によって閉鎖され、第２筒壁１Ｂとガスシール材１Ｄとの間の空間と連通している。これによって原料流路３が構成される。
【００３４】
また、第１筒壁１Ａ及び第２筒壁１Ｂの上端は蓋板１Ｍに接合していて、第１筒壁１Ａと第２筒壁１Ｂとの間に形成される空間に通ずる位置の蓋板１Ｍには、原料口２が形成されている。また、第２筒壁１Ｂとガスシール材１Ｄとの間に形成される空間に通ずる位置の蓋板１Ｍには、原料引き込み流路４が接続されている。これによって、原料口２から供給された原料及び水は、原料流路３を折り返すようにして流通し、原料引き込み流路４へと流通する。ここで、水は、原料中の炭素数の３倍程度のモル数となるようにして供給されている。原料流路３は加熱器本体２０における燃焼熱の余熱で加温されるので、原料は原料流路３において予熱される。ここで、原料には天然ガスを用いている。ただし、原料には、少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含む材料が用いられる。具体的には、メタン、エタン、プロパン等の炭化水素を主成分とする気体又は液体を用いてもよい。例えば、ＬＰＧ、ガソリン、ＧＴＬ（Gas To Liquid）である。また、原料には、水又は水分が加えられている。また、図示しないが、第１筒壁１Ａ及び第２筒壁１Ｂ間の原料流路３側に螺旋状のスペーサが配設されている。スペーサは第１筒壁１Ａあるいは第２筒壁１Ｂが螺旋状の凸部を有することによって構成することもできる。これによって、原料流路３を流通する原料の流れが、水素製造装置１００の周方向に旋回しながら軸方向に進む旋回流となるので、原料流路３内の原料の偏流を抑制することができる。つまり、改質器本体１の周囲の余熱を均一的に原料に吸熱させることができる。
【００３５】
原料引き込み流路４は、改質器本体１上面の中心部において、第６筒壁１Ｈと第５筒壁１Ｇとの間に形成される空間（触媒領域５）に接続されている。ここで、第６筒壁１Ｈは上端部に蓋板を有する有蓋筒状となっている。第５筒壁１Ｇの上端は改質器本体１の蓋板１Ｍに接合されている。つまり、第６筒壁１Ｈと第５筒壁１Ｇとの間の空間（触媒領域５）は、第５筒壁１Ｇに囲われた筒状の空間内に有底筒状の第６筒壁１Ｈの上端部が突き出して配置されて構成されている。ここで、第６筒壁１Ｈと第５筒壁１Ｇとの間の空間（触媒領域５）には、触媒が担持された触媒体が配置されている。ここでは、ルテニウム触媒をアルミナ担体に担持して調製したものが触媒体として配置されている。また、図示しないが、第５筒壁１Ｇあるいは第６筒壁１Ｈの触媒領域５側に螺旋状のスペーサが配設されている。スペーサは第５筒壁１Ｇあるいは第６筒壁１Ｈが螺旋状の凸部を有することによって構成することもできる。これによって、触媒領域５を流通する原料あるいは水素リッチガスの流れが、水素製造装置１００の周方向に旋回しながら軸方向に進む旋回流となるので、触媒領域５内の原料あるいは水素リッチガスの偏流を抑制することができる。つまり、水蒸気改質反応の偏在を抑制することができる。
【００３６】
そして、第６筒壁１Ｈは下端において、第４筒壁１Ｆの下端と閉止版１Ｊによって接合されており、第４筒壁１Ｆの上端は改質器本体１の蓋板１Ｍに接合されている。これによって、触媒領域５は、第５筒壁１Ｇの下端において第４筒壁１Ｆと第５筒壁１Ｇとの間の空間（水素リッチガス流路６）と連通している。また、水素リッチガス流路６に通ずる位置の蓋板１Ｍには、水素リッチガス口７が接続されている。これによって、原料引き込み流路４から触媒領域５へと流通してくる原料は、触媒領域５を流通する。また、図示しないが、第４筒壁１Ｆあるいは第５筒壁１Ｇの水素リッチガス流路６側に螺旋状のスペーサが配設されている。スペーサは第４筒壁１Ｆあるいは第５筒壁１Ｇが螺旋状の凸部を有することによって構成することもできる。これによって、水素リッチガス流路６を流通する水素リッチガスの流れが、水素製造装置１００の周方向に旋回しながら軸方向に進む旋回流となるので、水素リッチガス流路６内の水素リッチガスの偏流を抑制することができる。触媒領域５は、加熱器本体２０における燃焼熱によって加熱されるので、原料ガスが水蒸気改質反応によって水素リッチガスに改質される。水素リッチガスは、触媒領域５流通後、折り返すようにして水素リッチガス流路６を流通し、水素リッチガス口７へと流通する。なお、触媒領域５の温度は、例えば６５０〜７００℃程度、となるように可燃性流体の流量調整等によって加熱量が調整されている。これによって、触媒領域５に供給される原料の８５〜９５％程度が水蒸気改質反応によって水素リッチな水素リッチガスに改質される。
【００３７】
また、閉止版１Ｊは第６筒壁１Ｈの下端と第４筒壁１Ｆの下端とを接合して水素リッチガス流路６の流路壁として機能するが、閉止板１Ｊの一部には温度検出器２５の先端が入り込めるように凹部１Ｋが形成されている。つまり、凹部１Ｋは、水素リッチガス流路６側に窪むように形成されている。この凹部１Ｋに温度検出器２５の感温部、つまり温度検出器２５の先端部を配置することによって、触媒領域５、あるいはその近傍の温度を検出することができる。また、温度検出器２５を水素リッチガスに曝露させずに配置することができるので、水素リッチガスによる温度検出器２５の腐食を防止することができる。ここで、温度検出器２５としては、熱電対が用いられている。温度検出器２５はステンレスからなるシース管で全体が被覆されて、シース管内の先端部に熱電対の感温部が構成されている。なお、温度検出器２５は凹部１Ｋの内面に対し隙間を有するように配設されているとよい。これによって、改質器本体１と加熱器本体２０との接合時、あるいは改質器の温度変動時において温度検出器２５が凹部１Ｋに強く圧迫されて損傷するおそれを抑制することができる。
【００３８】
また、第３筒壁１Ｅの上端は改質器本体１の蓋板１Ｍに接合されている。
【００３９】
ここで、改質器本体１、具体的には、原料口２、原料引き込み流路４、水素リッチガス口７、燃焼ガス口９、第１筒壁１Ａ、第２筒壁１Ｂ、第３筒壁１Ｅ、第４筒壁１Ｆ、第５筒壁１Ｇ、第６筒壁１Ｈ及び閉止板１Ｊはステンレス鋼が溶接されて構成されている。ガスシール材１Ｄには、耐熱性のあるガスシール材が用いられるが、ここではセラミックウールが用いられている。また、後述するガスシール材４０，フランジ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの接合面に配されているガスシール材も同様に、耐熱性のあるガスシール材が用いられるが、ここではセラミックウールが用いられている。
【００４０】
加熱器本体２０は、図１（ｃ）に示すように、改質器本体１の底部に対応した平板状の部材であって、その周縁部において、リング状に配設されたボルト５０及びナット５１によって改質器本体１と接合されている。
【００４１】
また、改質器本体１の取り付け位置より内周側には、同様にしてリング状に配設されたボルト６０及びナット６１によって、輻射筒３０のスカート部３０Ｅが取り付けられている。そして、さらに輻射筒３０の取り付け位置より内周側には給気孔２０Ｃが形成されている。加熱器本体２０の平面視中心部には可燃性流体ノズル２２の棒状の本体が鉛直方向に貫通して装着されている。
【００４２】
また、図２に示すように、加熱器本体２０は可燃性流体ノズル２２を取り囲むようにリング状の空気ダクト２０Ｅが構成されていて、給気ダクト２０Ｅには、給気孔２０Ｃが形成されている。さらに、加熱器本体２０には、可燃性ノズル２２を取り囲むようにして、かつ可燃性流体ノズル２２先端側から見て凹んでおり、言い換えれば空気ダクト２０Ｅ側に突出している、凹部２０Ｆが形成されている。凹部２０Ｆには噴気孔２０Ｄが形成されている。これによって、給気孔２０Ｃから空気ダクト２０Ｅ内の空気が供給され、空気ダクト２０Ｅ内の空気が噴気孔２０Ｄから凹部２０Ｆに向けて噴出される。
【００４３】
空気ダクト２０Ｅの凹部２０Ｆには、可燃性流体ノズル２２の先端が突き出している。可燃性流体ノズル２２の先端部にはノズル内に貫通するノズル孔２２Ｂが形成されている。
【００４４】
また、可燃性流体ノズル２２には、その内部を貫通するようにして棒状の点火装置２３が配設されている。ここでは、点火装置２３は、可燃性流体ノズル２２内に構成された管路２２Ａに挿通されている。点火装置２３の先端、つまり点火部２３Ａは、可燃性流体ノズル２２から突き出して凹部２０Ｆ内、あるいは、その近傍に位置している。つまり、点火装置２３の点火部２３Ａが可燃性流体と空気との混合領域に位置すればよい。これによって、ノズル孔２２Ｂから噴出する可燃性流体と、噴気孔２０Ｄから噴出する空気とが、凹部２０Ｆあるいはその近傍にて混合され、可燃状態となり、点火装置２３によって点火されて燃焼することができる。ここで、可燃性流体には、水素製造装置の原料、すなわち天然ガスを用いている。あるいは、重油、軽油、灯油、プロパンガス等の一般に使用されている流体、もしくは、余剰の水素リッチガスを活用することもできる。点火装置には、一般的な圧電点火式、放電点火式等の点火プラグを用いることができる。そして、点火装置２３の下端側には、ガスシール材を表面に配して構成されるフランジ２６Ａが形成されていて、フランジ２６Ａが可燃性流体ノズル２２の底部において螺旋止め等一般的な手段によって気密的に取り付けられている。これによって、点火装置２３を加熱器本体２０の外面側、正確には可燃性流体ノズル２２の外面側から管路２２Ａを気密的に封止し、かつ点火装置２３を加熱器本体２０の外側から脱着することが可能となる。つまり、加熱器本体２０を改質器本体１に接合させたままであっても、すなわち、水素製造装置１００を解体する作業を要さずして、点火装置２３の保守及び点検を行うことができる。
【００４５】
また、凹部２０Ｆ内には、燃焼検知装置２４が配設される。ここでは、燃焼検知装置２４は、加熱器本体２０を貫通して、具体的には、空気ダクト２０Ｅを貫通して構成された管路２０Ｂに挿通されている。そして、燃焼検知装置２４の下端側には、ガスシール材を表面に配して構成されるフランジ２６Ｂが形成されていて、フランジ２６Ｂが加熱器本体２０の底部において螺旋止め等一般的な手段によって気密的に取り付けられている。これによって、燃焼検知装置２４を加熱器本体２０の外面側から管路２０Ｂを気密的に封止することが可能となる。ここで、燃焼検知装置には、燃焼に伴って生じるイオン電流を検知する方式の燃焼検知装置であって、検知部２４Ａにはイオン電流検出用の電極が構成されている。
【００４６】
また、燃焼検知装置２４の先端である検知部２４Ａは、凹部２０Ｆの近傍から凹部２０Ｆの内部へと屈曲して配置されている。つまり、電極を燃焼器周囲に形成される燃焼領域に臨むように配置されている。これによって、燃焼状況を検出することができる。
【００４７】
さらに、温度検出器２５が、水素リッチガス加熱器本体２０を貫通して、具体的には、空気ダクト２０Ｅを貫通して構成された管路２０Ａに挿通されて配設されている。そして、温度検出器２５先端は凹部１Ｋに配設される。温度検出器２５の下端側には、ガスシール材を表面に配して構成されるフランジ２６Ｃが形成されていて、フランジ２６Ｃが加熱器本体２０の底部において螺旋止め等一般的な手段によって気密的に取り付けられている。これによって、温度検出器２５を加熱器本体２０の外面側から管路２０Ａを気密的に封止し、かつ温度検出器２５を加熱器本体２０の外面側から脱着することが可能となる。つまり、加熱器本体２０を改質器本体１に接合させたままであっても、すなわち、水素製造装置１００を解体する作業を要さずして、温度検出器２５の保守及び点検を行うことができる。
【００４８】
図２に示すように、凹部２０Ｆの上部を覆うようにして、つまり燃焼器近傍の燃焼領域を覆うようにして、かつ改質器本体１の第６筒壁１Ｈと略同心となるようにして、輻射筒３０が配設されている。これによって、輻射筒３０内の燃焼熱の分布が輻射筒３０によってより均等化されるので、輻射筒３０の外周を覆うようにして位置する有蓋筒状の第６筒壁１Ｈ、ひいては触媒領域５の加熱をより均等化することができる。輻射筒３０は凹部２０Ｆ直上に燃焼ガス孔３０Ａが穿たれた筒部３０Ｄが構成され、筒部３０Ｄの下端から延びる平板リング状のスカート部３０Ｅがボルト６０及びナット６１によって加熱器本体２０に接合されている。ここで、輻射筒３０の筒部３０Ｄは燃焼熱あるいは輻射熱によって加熱されているので、スカート部３０Ｅが広く構成されて、つまりボルト６０及びナット６１の配設位置が筒部３０Ｄから遠く離れた位置とされて、熱応力が軽減されると良い。なお、輻射筒３０の筒部３０Ｄとスカート部３０Ｅとの接合部の一部には、膨らみ部３０Ｂが形成されている。これによって、燃焼検知装置２４の検知部２４Ａと輻射筒３０との干渉を回避することができる。また、輻射筒３０のスカート部３０Ｅには、温度検出器２５が貫通する孔３０Ｃが穿たれている。
【００４９】
また、ボルト６０あるいはナット６１の配設位置に当接するようにして、リング状のガスシール材４０が載置される。これによって、改質器本体１と加熱器本体２０との接合によって、ガスシール材１Ｄとガスシール材４０とが当接して第３筒壁１Ｅ下端からの燃焼ガスの漏出を防止することができる。なお、ガスシール材４０を省略して構成することもできる。例えば、輻射筒３０のスカート部３０Ｅが屈曲して構成されている段付き部を解消して、つまり輻射筒３０のスカート部３０Ｅを平面にして、ボルト６０及びナット部６１に直接ガスシール材１５Ｄが当接するように構成することができる。
【００５０】
以上の構成によって、点火装置２３によって着火された火炎が可燃性流体ノズル２２周辺から輻射筒３０の筒部３０Ｄ内部にかけて発生する。そして、燃焼に伴って発生した燃焼ガスは、燃焼ガス孔３０Ａを通って、第６筒壁１Ｈと輻射筒３０との間の空間３１に進出し、第６筒壁１Ｈの下端、すなわち、閉止板１Ｊと輻射筒３０のスカート部３０Ｅとの間の空間を通って、第３筒壁１Ｅと第４筒壁１Ｆとの間の空間に形成される燃焼ガス流路８に流通する。また、燃焼ガス流路８に通ずる位置の蓋板１Ｍには、燃焼ガス口９が構成されている。これによって、燃焼ガス流路８の燃焼ガスは、燃焼ガス口９へと流通する。なお、図示しないが、筒部３０Ｄあるいは第６筒壁１Ｈの空間３１側に螺旋状のスペーサが配設されている。スペーサは筒部３０Ｄあるいは第６筒壁１Ｈが螺旋状の凸部を有することによって構成することもできる。これによって、空間３１を流通する燃焼ガスの流れが、水素製造装置１００の周方向に旋回しながら軸方向に進む旋回流となるので、空間３１内の燃焼ガスの偏流を抑制することができる。同様にして、図示しないが、第３筒壁１Ｅあるいは第４筒壁１Ｆの燃焼ガス流路８側に螺旋状のスペーサが配設されている。スペーサは第３筒壁１Ｅあるいは第４筒壁１Ｆが螺旋状の凸部を有することによって構成することもできる。これによって、燃焼ガス流路８を流通する燃焼ガスの流れが、水素製造装置１００の周方向に旋回しながら軸方向に進む旋回流となるので、燃焼ガス流路８内の燃焼ガスの偏流を抑制することができる。燃焼ガスを旋回流とすることによって燃焼ガスの余熱の改質器本体１への伝熱の偏在を抑制することができる。
【００５１】
次に、水素製造装置１００の保守及び点検の際の解体及び組立方法を説明する。
【００５２】
図３は、本発明の第１実施形態の水素製造装置を模式的に分解して示す分解斜視図である。
【００５３】
図３に示すように、水素製造装置１００の保守及び点検の際の解体方法は、まず、ボルト５０及びナット５１を外すことによって、ガスシール材４０及び輻射筒３０が接合された状態の加熱器本体２０を改質器本体１から分離する。
【００５４】
そして、ガスシール材４０を加熱器本体２０から分離する。
【００５５】
そして、ボルト６０及びナット６１を外すことによって、輻射筒３０と加熱器本体２０とを分離する。これによって、輻射筒３０，加熱器本体２０の噴気孔２０Ｄ、可燃性流体ノズル２２、点火装置２３の点火部２３Ａ等の保守及び点検を容易に行うことができる。つまり、温度検出器２５を取り外す手間を要さずに加熱器本体２０を改質器本体１から離隔させることができるので、温度検出器２５及び燃焼器（２２，２３Ａ，２４Ａ，２０Ｄ）の保守及び点検をより一層容易に行うことができる。
【００５６】
また、燃焼検知装置２４の保守及び点検の際には、加熱器本体２０を改質器本体１から分離した後に、燃焼検知装置２４から検知部２４Ａ側を取り外しておいて、加熱器本体２０の底部のフランジ２６Ｂの接合（図２参照）を解放し、管路２０Ｂから燃焼検知装置２４を引き抜くことによって、燃焼検知装置２４は容易に取り外される。
【００５７】
さらに、温度検出器２５の保守及び点検の際には、加熱器本体２０の底部のフランジ２６Ｃ（図２参照）を解放し、管路２０Ａから温度検出器２５を引き抜くことによって、温度検出器２５は容易に取り外される。これによって、温度検出器２５のみを取り外して保守及び点検を行うことができる。
【００５８】
さらに、点火装置２３の保守及び点検の際には、フランジ２６Ａ（図２参照）を解放し、管路２２Ａから点火装置２３を引き抜くことによって、点火装置２３は容易に取り外される。これによって、点火装置２３のみを取り外して保守及び点検を行うことができる。
【００５９】
以上、本発明の水素製造装置１００によって、改質器本体１と加熱器本体２０とが離隔及び気密的に接合可能であって、かつ改質器本体１と加熱器本体２０とが接合された状態において温度検出器２５が着脱可能に構成されているので、温度検出器２５及び燃焼器（２２，２３Ａ，２４Ａ，２０Ｄ）の保守及び点検を容易に行うことができる。
【００６０】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態の水素製造装置を模式的に示す断面図である。
【００６１】
第２実施形態の水素製造装置２００は、第１実施形態の水素製造装置１００の輻射筒３０の配設構造、改質器本体１と加熱器本体２０との接合構造が相違している。したがって、これ以外は、水素製造装置１００と同様なので、相違点のみを説明する。また、図４において図２と同一又は相当する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６２】
まず、輻射筒３０は、改質器本体１に取り付けられている。ここでは、スカート部３０Ｅが改質器本体１の外壁、ここでは第１筒壁１Ａが下方に延伸して構成される外壁１Ｐに接合するように構成されている。そして、ボルト６０及びナット６１によって外壁１Ｐに接合されている。なお、図示しないが、スカート部３０Ｅの接合面にはガスシール材が配設されていて、外壁１Ｐとスカート部３０Ｅとは気密的に接合される。
【００６３】
また、加熱器本体２０との接合面として構成されている改質器本体１のフランジ部１Ｑは、一部が延伸されて腕部１Ｎが形成されている。加熱器本体２０も同様にして、腕部１Ｎと対向するようにして板部材が延伸して腕部２０Ｇが形成されている。そして、腕部１Ｎと腕部２０Ｇは、改質器本体１と加熱器本体２０とが接合及び離隔可能なように回動自在に連結されている。これによって、改質器本体１と加熱器本体２０とは、ボルト５０及びナット５１の解放によって、腕部１Ｎ，２０Ｇの連結部２７を支点として、回動して離隔することができる。
【００６４】
次に、水素製造装置２００の保守及び点検の際の解体及び組立方法を説明する。
【００６５】
図５は、本発明の第２実施形態の水素製造装置を模式的に分解して示す分解斜視図である。
【００６６】
図５に示すように、水素製造装置２００の保守及び点検の際の解体方法は、まず、フランジ２６Ｃを取り外すことによって、第１実施形態と同様にして、温度検出器２５を引き抜く。
【００６７】
そして、ボルト５０及びナット５１を外すことによって、ガスシール材４０が接合された状態の加熱器本体２０を改質器本体１から離隔する。これによって、加熱器本体２０の噴気孔２０Ｄ、可燃性流体ノズル２２、点火装置２３の点火部２３Ａ等の保守及び点検を容易に行うことができる。
【００６８】
また、改質器本体１の孔１Ｌに通されているボルト６０を取り外すことによって、輻射筒３０を改質器本体１から分離する。これによって、輻射筒３０の保守及び点検を容易に行うことができる。
【００６９】
燃焼検知装置２４の保守及び点検の際には、加熱器本体２０の底部のフランジ２６Ｂの接合（図４参照）を解放し、燃焼検知装置２４の検知部２４Ａ側から引き抜くことによって、燃焼検知装置２４を容易に取り外すことができる。
【００７０】
以上、本発明の水素製造装置２００によって、改質器本体１と加熱器本体２０とが離隔及び気密的に接合可能であって、かつ改質器本体１と加熱器本体２０とが接合された状態において温度検出器２５が着脱可能に構成されているので、温度検出器２５及び燃焼器（２２，２３Ａ，２４Ａ，２０Ｄ）の保守及び点検を容易に行うことができる。加えて、加熱器本体２０と改質器本体１との接合が解除されても、加熱器本体２０は改質器本体１に支持されるので、水素製造装置１００の保守及び点検時に加熱器本体２０の置き場所を確保する必要がなく、温度検出器２５及び燃焼器（２２，２３Ａ，２４Ａ，２０Ｄ）の保守及び点検をより一層容易に行うことができる。さらに、温度検出器２５及び燃焼器（２２，２３Ａ，２４Ａ，２０Ｄ）の保守及び点検には、加熱器本体２０から輻射筒３０を取り外す手間を要さないので、温度検出器２５及び燃焼器（２２，２３Ａ，２４Ａ，２０Ｄ）の保守及び点検をより一層容易に行うことができる。
【００７１】
以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の水素製造装置は、水素リッチガス口７に、水素リッチガス中の一酸化炭素を変成反応させる変成器、水素リッチガス中の一酸化炭素を選択酸化させる一酸化炭素選択酸化器、あるいは変成器及び一酸化炭素選択酸化器の双方を備えて構成されていてもよい。また、燃焼器は、可燃性流体ノズル２２，点火部２３Ａ、検知部２４Ａ、及び噴気孔２０Ｄで構成されているが、可燃性流体と空気とが予混合されて噴出するバーナーヘッド、バーナーノズル、バーナーキャップ等公知の燃焼器を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の水素製造装置は、温度検出器及び燃焼器の保守及び点検を容易に行うことができる水素製造装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】（ａ）本発明の第1実施形態の水素製造装置を模式的に示す上面図である。          （ｂ）本発明の第1実施形態の水素製造装置を模式的に示す側面図である。          （ｃ）本発明の第1実施形態の水素製造装置を模式的に示す底面図である。
【図２】図１（ａ）のII−II線断面を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の水素製造装置を模式的に分解して示す分解斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態の水素製造装置を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態の水素製造装置を模式的に分解して示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  改質器本体
１Ａ  第１筒壁
１Ｂ  第２筒壁
１Ｄ  ガスシール材
１Ｅ  第３筒壁
１Ｆ  第４筒壁
１Ｇ  第５筒壁
１Ｈ  第６筒壁
１Ｊ  閉止板
１Ｋ  凹部
１Ｌ  孔
１Ｍ  蓋板
１Ｎ  腕部
１Ｐ  外壁
１Ｑ  フランジ部
２  原料口
３  原料流路
４  原料引き込み流路
５  触媒領域
６  水素リッチガス流路
７  水素リッチガス口
８  燃焼ガス流路
９  燃焼ガス口
１０  改質器
１９  加熱器
２０  加熱器本体
２０Ａ、２０Ｂ  管路
２０Ｃ  給気孔
２０Ｄ  噴気孔
２０Ｅ  空気ダクト
２０Ｆ  凹部
２０Ｇ  腕部
２２  可燃性流体ノズル
２２Ａ  管路
２２Ｂ  ノズル孔
２３  点火装置
２３Ａ  点火部
２４  燃焼検知装置
２４Ａ  検知部
２５  温度検出器
２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ  フランジ
２７  連結部
３０  輻射筒
３０Ａ  燃焼ガス孔
３０Ｂ  膨らみ部
３０Ｃ  孔
３０Ｄ  筒部
３０Ｅ  スカート部
３１  空間
４０  ガスシール材
５０、６０  ボルト
５１，６１  ナット
１００、２００  水素製造装置
【図１】
2006225212.tif 000003
【図２】
2006225212.tif 000004
【図３】
2006225212.tif 000005
【図４】
2006225212.tif 000006
【図５】
2006225212.tif 000007