(57)【要約】【課題】  ４００℃以上の高温あるいはさらに水蒸気添加雰囲気で高温酸化による腐食、減肉を生じにくいフェライト系ステンレス鋼を用いた水素製造用改質器を提供する。【解決手段】  使用温度が４００℃以上、さらには５５０℃以上になる部分、あるいはさらに水蒸気含有ガスと接触する部分を含む改質器部材にＡｌ：１．０〜８．０ｍａｓｓ％を含有するフェライト系ステンレス鋼を用いて構成した水素製造用改質器である。運転中、鋼中含有Ａｌが強固なアルミナ被膜を形成し、高温酸化が顕著に防止される。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用温度が４００℃以上になる部分を含む改質器部材にＡｌ：１．０〜８．０ｍａｓｓ％を含有するフェライト系ステンレス鋼を用いて構成されたことを特徴とする水素製造用改質器。
【請求項２】
使用温度が４００℃以上でかつ水蒸気含有ガスと接触する部分を含む改質器部材にＡｌ：１．０〜８．０ｍａｓｓ％を含有するフェライト系ステンレス鋼を用いて構成されたことを特徴とする水素製造用改質器。
【請求項３】
使用温度が５５０℃以上でかつ水蒸気含有ガスと接触する部分を含む改質器部材にＡｌ：１．０〜８．０ｍａｓｓ％を含有するフェライト系ステンレス鋼を用いて構成されたことを特徴とする水素製造用改質器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素製造用改質器に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素製造用改質器（以下単に改質器ともいう）の構成部品（改質器部材）は大きな伝熱容量を確保するために、できるだけ薄板にすることが求められている。しかしながら、こうした構成部材などは、板厚が薄くなればなるほど繰り返し酸化に伴うスケール剥離に起因する特性の低下と耐用期間の縮減を招くことになる。このような背景のもとに、かかる改質器部材には、従来一般にＳＵＳ３０４およびＳＵＳ３１６Ｌのステンレス鋼が採用され、また、これらの材料で耐用不十分な場合はＳＵＳ３１０Ｓや特許文献１記載のフェライト系ステンレス鋼が使用されている。
【特許文献１】特許第２６４２０５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６Ｌ（オーステナイト系ステンレス鋼）では、スケールがスポーリング（剥離）して板厚減少が大きく高温での使用に難点がある。また、水蒸気の添加された高温雰囲気では、さらにオーステナイト系ステンレス鋼の中でも材料グレードの高いＳＵＳ３１０Ｓや特許文献１記載のフェライト系ステンレス鋼でも同様の現象が発生する。また、改質器では、運転時に部位間に温度差が生じ、該温度差によって熱歪みが生じて、割れが発生する問題がある。この点、オーステナイト系ステンレス鋼は熱膨張率が高く、割れに対しては不利となる。
【０００４】
そこで、本発明は、４００℃以上の高温あるいはさらに水蒸気添加雰囲気で高温酸化による腐食、減肉を生じにくいフェライト系ステンレス鋼を用いた水素製造用改質器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】
【０００５】
前記目的を達成した本発明は、（１）使用温度が４００℃以上になる部分を含む改質器部材にＡｌ：１．０〜８．０ｍａｓｓ％を含有するフェライト系ステンレス鋼を用いて構成されたことを特徴とする水素製造用改質器であり、また、（２）使用温度が４００℃以上でかつ水蒸気含有ガスと接触する部分を含む改質器部材にＡｌ：１．０〜８．０ｍａｓｓ％を含有するフェライト系ステンレス鋼を用いて構成されたことを特徴とする水素製造用改質器であり、また、（３）使用温度が５５０℃以上でかつ水蒸気含有ガスと接触する部分を含む改質器部材にＡｌ：１．０〜８．０ｍａｓｓ％を含有するフェライト系ステンレス鋼を用いて構成されたことを特徴とする水素製造用改質器である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、４００℃以上、さらには５５０℃以上の高温環境で、水蒸気含有ガスにさらされても、異常酸化による崩壊がなく、熱応力による割れ発生も起こらない部材より構成された水素製造用改質器が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明に係る水素製造用改質器では、改質器部材のうち使用温度が４００℃以上になる部分を含むものは、Ａｌ：１．０〜８．０ｍａｓｓ％を含有するフェライト系ステンレス鋼であることが必要であり、Ａｌ以外の成分については、フェライト系ステンレス鋼から逸脱しない範囲で適宜の元素を適宜の量添加してもよい。例えばＪＩＳ  Ｇ  ４３０４，４３０５に規定するフェライト系ステンレス鋼である。例えば酸化被膜の密着性を良くするためにＬａを適量添加してもよい。Ｌａ添加量は０．０１０ｍａｓｓ％以上０．１５０ｍａｓｓ％以下が密着性の点から好ましい。特に、使用温度が５５０℃以上になる部分あるいは水蒸気含有ガスと接触する部分を有する構成部材に上記組成のフェライト系ステンレス鋼を用いた場合には、本発明の効果（他の材料を用いた場合との効果の差）がより顕著に現れる。なお、ここでいう水蒸気含有ガスとは、メタン、プロパン等の炭化水素ガス主体のガス（天然ガスまたは都市ガスも含む）と水蒸気との混合ガスを指す。また、酸化増量の観点から、Ａｌは３．０ｍａｓｓ％以上が好ましい。
【０００８】
２０ｍａｓｓ％Ｃｒ-５ｍａｓｓ％Ａｌ（-０．０８０ｍａｓｓ％Ｌａ添加）含有フェライト系ステンレス鋼（本発明用鋼Ａという）、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６ＬおよびＳＵＳ３１０Ｓ（後三者はいずれもＡｌ：１．０ｍａｓｓ％未満）の鋼板試料をそれぞれ９００℃-３０ｖｏｌ.％水蒸気雰囲気で酸化テストした際の各材料表面の耐酸化性を図２に示す。酸化の進展度合いは酸化増量で評価した。酸化が進むと鋼が酸素と結合して重量が増加するので酸化増量にて材料および部材の耐酸化性が評価できる。本発明用鋼Ａが格段に優れた耐酸化性を示すことがわかる。
【０００９】
また、１１００℃×３００ｈで酸化テストした材料表層部を顕微鏡で調べたところ、本発明用鋼Ａは緻密なアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）被膜を形成して酸化を抑制した（図３参照）のに対し、オーステナイト系の中でも耐熱性に優れるＳＵＳ３１０Ｓでさえも結晶粒界が侵食されスケールが剥離していた（図４参照）。
【００１０】
本発明用鋼のＡｌ量を１．０〜８．０ｍａｓｓ％とした理由は、１．０ｍａｓｓ％未満では緻密なアルミナ被膜が形成されずに、（ＦｅＣｒ）２Ｏ被膜ができて酸化を充分に抑制することができず（図５参照）、一方、８．０ｍａｓｓ％を超えると熱延板の靭性が著しく低下（図６参照）して製造ラインに通板することができないからである。
【実施例】
【００１１】
図１に示す一般家庭用の固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）１において、使用時に少なくとも一部が４００℃以上になる改質器２の構成部材として前記本発明用鋼Ａの板（最小板厚＝０．４ｍｍ、最大板厚＝３．０ｍｍ）を使用し、本発明例とした。この改質器の運転条件は、都市ガス組成＝２０ｖｏｌ．％水蒸気-ＣＨ４-Ｈ２‐ＣＯ‐ＣＯ２、都市ガス供給流量＝０．８ｍ３（標準状態）/ｈ、排気ガス組成＝２５ｖｏｌ．％水蒸気-ＣＯ２‐Ｏ２‐Ｎ２とした。また、５０μｍ、１００μｍ等の厚みの部材にも適応ができる。
【００１２】
また、比較例１〜３として、上記本発明例において本発明用鋼Ａに代えてＳＵＳ３０４（１８Ｃｒ‐０．００２Ａｌ）、ＳＵＳ３１６Ｌ（１７Ｃｒ‐０．００５Ａｌ）、ＳＵＳ３１０Ｓ（２４Ｃｒ‐０．０１０Ａｌ）をそれぞれ用いた以外は同様に構成した改質器を、上記本発明例と同一条件で運転した。
【００１３】
その結果、図２のように改質器の寿命は、比較例１（ＳＵＳ３０４）、２（ＳＵＳ３１６Ｌ）、３（ＳＵＳ３１０Ｓ）ではそれぞれ６００ｈ、９００ｈ、１５００ｈであったのに対し、本発明例では４００００ｈまで延長できた。
【００１４】
なお、本発明は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の改質器に適用した場合にも、同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明は、燃料電池の製造に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一般家庭用の固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）の概要を示す断面図である。
【図２】各種ステンレス鋼の９００℃-３０ｖｏｌ．％水蒸気雰囲気における酸化時間と酸化増量の関係を示すグラフである。
【図３】本発明用鋼Ａの１１００℃×３００ｈ高温水蒸気酸化試験後の試料断面観察結果を示す（ａ）はミクロ組織の走査型電子顕微鏡写真複写図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ（ａ）のＯ、Ｃ、ＡｌのＥＰＭＡ濃度分布図である。
【図４】ＳＵＳ３１０Ｓの１１００℃×３００ｈ高温水蒸気酸化試験後の試料断面観察結果を示すミクロ組織の光学顕微鏡写真複写図である。
【図５】フェライト系ステンレス鋼のＡｌ含有量とスケール組成の関係を示す模式図である。
【図６】０．０１ｍａｓｓ％Ｃ-２０ｍａｓｓ％Ｃｒ-ｘｍａｓｓ％Ａｌ（ｘ＝３，４，５，６，７，９）含有フェライト系ステンレス鋼熱間圧延板（板厚２．５ｍｍ）のシャルピー衝撃値の温度依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１７】
１  一般家庭用ＰＥＦＣ
２  改質器（水素製造用改質器）
３  発電部品
【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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