(57)【要約】【課題】熱膨脹および熱収縮の発生頻度が高いときであっても、接続配管の耐久性を高めるのに有利な改質装置を提供する。【解決手段】改質装置２は、改質原料を改質させて改質ガスを生成する改質器３と、接続配管３００とを備える。接続配管３００の一部は、接続配管３００のうち他の配管部分よりも変形容易な変形許容部９を備える。変形許容部９は、接続配管３００の他の配管部分よりも外径が小さく、且つ、他の配管部分よりも肉厚が薄いかまたは他の配管部分の肉厚と同一に設定されている。【選択図】図１
2008074652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質原料を改質させて改質ガスを生成する改質装置において、
一端部および他端部のうちの少なくとも一方が前記改質装置の構成要素に連結され流体が流れる接続配管を具備し、
前記接続配管の一部は、前記接続配管の他の配管部分よりも変形容易な変形許容部を備えており、前記変形許容部は、前記接続配管の当該他の配管部分よりも外径が小さく、且つ、当該他の配管部分よりも肉厚が薄いかまたは当該他の配管部分の肉厚と同一に設定されていることを特徴とする改質装置。
【請求項２】
請求項１において、前記変形許容部は曲成部をもつことを特徴とする改質装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記変形許容部はループ状、螺旋状、くの字状、蛇行状、Ｕの字形状、または、波状に曲成されていることを特徴とする改質装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、前記接続配管の前記変形許容部は相手配管に連結されていることを特徴とする改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は改質原料を改質させて改質ガスを生成する改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から提供されている改質装置は、改質原料を改質させて改質ガスを生成するものである。改質装置は、燃焼部と、燃焼部により加熱され改質原料を改質させて改質ガスを生成する改質部とをもつ改質器と、改質器または改質器の周辺に固定された接続配管とを備える。
【０００３】
また、改質装置の気化装置として、液体燃料を充填するボンベと、ボンベから供給された液体燃料を気化させる気化エネルギを液体燃料に付与する熱交換器と、ボンべと熱交換器とを繋ぐ導入路を形成する導入配管とを備えるものが開示されている（特許文献１）。導入配管は一部に絞り部を有する。ボンベの液体燃料は導入配管を経て熱交換器に至る。特許文献１には、導入配管の絞り部が他の部分よりも変形可能であるとは記載されていない。
【０００４】
燃料改質装置として、空気導入路から高温空気を絞り部により予混合室に導入し、原燃料と空気との混合性を高めるものが開示されている（特許文献２）。特許文献２には、導入配管の絞り部が他の部分よりも変形可能であるとは記載されていない。
【０００５】
また、水蒸気改質器として、燃焼により生じる熱を改質触媒に伝える伝熱管と、反応改質部を形成する改質反応集壁形成管とが同軸的に設けられ、伝熱管と改質反応集壁形成管との間に、金属繊維等の熱衝撃緩衝材が設けられているものが知られている（特許文献３）。
【特許文献１】特開２００３−０８１６８７号公報
【特許文献２】特開２００３−３０６３０７号公報
【特許文献３】特開２００５−２７２２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した改質装置においては、接続配管は、改質器または改質器の関連部品といった接続される部位に固定されている。この接続配管の外径および肉厚は、接続配管の全長にわたりほぼ一定とされている。ここで、改質装置の運転時には、接続配管の一端部が接続される部位の温度と、接続配管の他端部が接続される部位の温度とが異なり、その温度差が大きくなることがある。このため、接続される部位の温度の影響で接続配管の長さが変動するおそれがある。殊に、改質装置が運転停止、起動、発電運転、停止に変更されると、接続配管の長さが異なってしまうおそれがある。
【０００７】
このように接続配管が接続される複数の部位における温度差に起因して、熱膨脹および熱収縮による長さ変動が接続配管に発生するとき、その接続配管に発生する熱膨脹および熱収縮の吸収が困難となるおそれがある。この場合、接続配管に負荷がかかり易くなり、接続配管の長寿命化には限界がある。
【０００８】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、温度差に起因する熱膨脹および熱収縮の発生頻度が高いときであっても、接続配管の耐久性を高めるのに有利な改質装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る改質装置は、改質原料を改質させて改質ガスを生成する改質装置において、一端部および他端部のうちの少なくとも一方が改質装置の構成要素に連結され流体が流れる接続配管を具備し、接続配管の一部は、接続配管の他の配管部分よりも変形容易な変形許容部を備えており、変形許容部は、接続配管の当該他の配管部分よりも外径が小さく、且つ、当該他の配管部分よりも肉厚が薄いかまたは当該他の配管部分の肉厚と同一に設定されていることを特徴とする。
【００１０】
改質器は、水蒸気改質を行う方式でも良いし、部分酸化改質する方式でも良いし、自己熱改質（オートサーマル）方式のものでも良く、要するに改質原料を改質反応させるものであれば良い。
【００１１】
接続配管の長さ方向の一端部および他端部のうちの少なくとも一方は、改質装置の構成要素に連結されている。接続配管の一端部および他端部のうちの他方は、改質装置の構成要素または改質器関連部品に連結されていることが多い。改質器関連部品は、改質器が有する改質機能（改質用原料を改質反応により反応生成物（例えばアノードガス）を製造する機能）に直接または間接的に関係する部品を意味する。このような改質器関連部品としては、改質器に直接または間接的に繋がる配管、改質ガスに含まれている一酸化炭素を低減させるＣＯ浄化部、ＣＯ浄化部を暖機させる暖機部、水蒸気を生成させる蒸発部、更には、ＣＯ浄化部、暖機部、蒸発部等に繋がれる配管のうちの少なくとも一つが例示される。ここで、ＣＯ浄化部としては一酸化炭素を低減させるものであれば、何でも良い。ＣＯ浄化部としては、改質ガスに含まれている一酸化炭素を水蒸気を利用したシフト反応により低減させるシフト部、あるいは、改質ガスに含まれている一酸化炭素を酸素により二酸化炭素に酸化させるＣＯ酸化除去部（ＣＯ選択酸化部）が例示される。
【００１２】
改質装置を停止状態から運転させるとき、あるいは、改質装置の運転時において、あるいは、改質装置を運転状態から停止状態とさせるとき、接続配管を接続している部位の温度の影響を受けて、熱膨張および／または熱収縮に起因する長さ変動が接続配管に発生することがある。接続配管の一部である変形許容部は、接続配管の他の配管部分よりも変形が容易である。従って接続配管に熱膨脹および／または熱収縮が発生するときであっても、変形許容部は、接続配管の熱膨脹および／または熱収縮に対処することができる。
【００１３】
ここで、接続配管の長さ変動の要因としては、接続配管の長さ方向の一端部と他端部との間における場所的な位置の温度差に基づいて接続配管に発生する長さ変動でも良いし、あるいは、改質装置のオン時とオフ時のように時間差による温度差に基づいて接続配管に発生する長さ変動でも良い。
【００１４】
接続配管が１本である場合には、一般的には、接続配管の長さ方向の一端部および他端部はそれぞれ１個ずつである。但し、接続配管が分岐構造である場合には、接続配管の長さ方向の一端部および他端部は、複数に分岐されているものでも良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る改質装置によれば、熱膨脹および／または熱収縮に起因する長さ変動が接続配管に発生するときであっても、接続配管の一部である変形許容部は、接続配管の熱膨脹および／または熱収縮を吸収することができる。よって接続配管の耐久性を高め、接続配管の長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
一般的には、改質装置は、燃焼部と燃焼部により加熱され改質原料を改質させて改質ガスを生成する改質部とをもつ改質器と、改質器または改質器の周辺に配置された接続配管とを備えている形態が例示される。接続配管の一部は、他の配管部分よりも変形容易な変形許容部を備えている。変形許容部は、接続配管の他の配管部分よりも外径が小さく、且つ、他の配管部分よりも肉厚が薄いかまたは他の配管部分の肉厚と同一に設定されている。このため変形許容部の変形性としては、一般成人の手作業で、あるいは、簡素な治具で手作業により変形許容部を曲成できる程度が好ましい。
【００１７】
変形許容部は、所定の形状に曲成された曲成部をもつ形態が例示される。この場合、温度差に起因して熱膨脹および熱収縮による長さ変動が接続配管に発生する頻度が高いときであっても、変形許容部は曲成部により長さ変動に対処することができる。この場合、接続配管の耐久性を高めるのに有利である。具体的には、変形許容部の曲成形状としては、ループ状、螺旋状、くの字状、蛇行状、Ｕの字形状、または、波状に曲成されている形態が例示される。
【００１８】
接続配管が水滴等の液滴を通過させる流路を形成する場合、接続配管の変形許容部としては、接続配管の変形許容部が相手配管に連結されている形態が例示される。接続配管に他の配管が連結される場合、相手配管は、本発明に係る変形許容部を有する接続配管が繋がれる相手側の配管を意味する。この場合、変形許容部の外径は接続配管の他の部分の外径よりも小さいため、変形許容部を通過する水滴等の液滴の大きさを制限する機能を期待できる。従って大きな水滴等の液滴が変形許容部を通過することが抑制され、大きな水滴等の液滴が変形許容部の下流側に流れることが抑制される。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明の実施例１について図１を参照して具体的に説明する。本実施例に係る改質装置は燃料電池システムに適用したものである。図１に示すように、燃料電池１は、プロトン伝導性をもつ固体高分子膜１０を燃料極１１と酸化剤極１２とで厚み方向に挟持する膜電極接合体１３を複数組み付けて形成されている。固体高分子膜１０の材質としては、炭化フッ素系樹脂（例えばパーフルオロスルホン樹脂）または炭化水素系樹脂が例示される。燃料電池１としては、シート状の膜電極接合体１３を厚み方向に複数積層する方式でも良いし、チューブ状の膜電極接合体１３を複数配置する方式でも良い。
【００２０】
図１に示すように、改質装置２は改質器３を備えている。改質器３は、燃焼バーナで形成された燃焼部３０と、燃焼部３０により加熱される改質部３１とをもつ。改質部３１は改質原料を改質させて改質ガスを生成するものであり、一般的には改質触媒を有する。燃焼部３０は改質部３１を加熱する加熱部として機能する。改質部３１は、燃焼部３０に対面する燃焼通路３２と、内部３４と、燃焼通路３２に連通する燃焼通路３３を形成する外部３５と、原料水を蒸発させる蒸発部３６と、ＣＯ選択酸化部３７（ＣＯ酸化除去部）とを備えている。但し、改質器３は、蒸発部３６およびＣＯ選択酸化部３７を改質部３１と一体的に備えておらずともよい。蒸発部３６およびＣＯ選択酸化部３７は改質部３１から分離されていても良い。要するに改質器３は、燃焼部３０と改質部３１とを有していれば良い。
【００２１】
内部３４は内通路３４ｉと外通路３４ｐと折返部３４ｍとをもつ。ここで、内部３４の回りを包囲するように、筒状の外部３５が配置されている。外部３５の回りを包囲するように、筒状の蒸発部３６が配置されている。蒸発部３６の回りを包囲するように、筒状のＣＯ選択酸化部３７が配置されている。
【００２２】
改質部３１の内部３４は改質反応を促進させる改質触媒３１ｅが担持された担体を有する。改質触媒３１ｅの活性温度域は一般的には５００〜８００℃であるが、これに限定されるものではない。改質部３１の温度がこれの活性温度域から大きく外れると、改質部３１の改質反応が損なわれるおそれがある。改質部３１は下記の式（１）に基づいて、改質用燃料と水蒸気とに基づいて水蒸気改質を行い、水素を主要成分とする改質ガスを生成する。改質ガスは一酸化炭素を含む。
【００２３】
更に、図１に示すように、改質器３は、改質部３１の下方に配置された熱交換部４と、熱交換部４の下方に配置されたシフト部５と、シフト部５と熱交換部４との間に配置された暖機部４７とを備えている。シフト部５は、下記の（２）式に基づいて、水蒸気を利用するシフト反応を促進させ、改質ガスに含まれているＣＯを低減させる。シフト部５はシフト触媒５ｅ（例えば銅−亜鉛系触媒）を担持する担体を有する。シフト触媒５ｅの活性温度域は一般的には１６０〜３００℃であるが、これに限定されるものではない。シフト部５の温度がこれの活性温度域から大きく外れると、シフト部５のシフト反応が損なわれるおそれがある。シフト部５で浄化された改質ガスに含まれているＣＯの濃度は、改質用燃料にもよるが、一般的にはモル比で０．２〜１％であるが、これに限られるものではない。シフト部５は通路５ｉと通路５ｖと折返部５ｍとをもつ。シフト部５の出口５ｐと酸化用空気配管７５とは、第２合流域Ｍ２を介して浄化配管４００により接続されている。
【００２４】
ＣＯ選択酸化部３７は、改質ガスに含まれているＣＯを二酸化炭素に下記の式（３）に基づいて、酸化させて低減させる反応を促進させるものであり、選択酸化触媒３７ｅ（例えばルテニウム系）を担持する担体を有する。選択酸化触媒３７ｅの活性温度域は一般的には１００〜２００℃であるが、これに限られるものではない。ＣＯ選択酸化部３７の温度がこれの活性温度域から大きく外れると、ＣＯ選択酸化部３７の選択酸化反応が損なわれるおそれがある。ＣＯ選択酸化部３７で浄化された改質ガスに含まれているＣＯの濃度は一般的には１０ｐｐｍ以下である。但しこれに限られるものではない。
式（１）…ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ
式（２）…ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２
式（３）…ＣＯ＋１／２Ｏ２→ＣＯ２
【００２５】
次に配管系について説明する。燃料供給源６１に弁２５ａを介して繋がる燃料配管６２が設けられている。燃料供給源６１の燃料としては気体燃料でも、液体燃料でも、粉化燃料でも良い。具体的には、炭化水素系燃料、例えば都市ガス、ＬＰＧ、灯油、メタノール、ジメチルエーテル、バイオガス等が例示される。燃料配管６２は、弁２５ａ，ポンプ２７ａを介して改質部３１の燃焼部３０に繋がる燃焼用燃料配管６２と、熱交換部４の入口４ｉにポンプ２７ｂ、脱硫器６２ｘおよび弁２５ｂを介して繋がる改質用燃料配管６２とをもつ。空気供給源７１に繋がる空気配管７２が設けられている。空気配管７２は、ポンプ２７ｃを介して改質部３１の燃焼部３０に繋がる燃焼用空気配管７３と、浄化フィルタ７２ｘ、ポンプ２７ｄおよび弁２５ｄを介してＣＯ選択酸化部３７の入口３７ｉに繋がる酸化用空気配管７５とをもつ。
【００２６】
図１に示すように、水タンク８１と蒸発部３６の入口３６ｉとをポンプ２７ｍおよび弁２５ｍを介して繋ぐ改質水配管８２が設けられている。ＣＯ選択酸化部３７の出口３７ｐと燃料電池１の燃料極１１の入口１１ｉとを弁２５ｅを介して繋ぐアノードガス配管１００が設けられている。ＣＯ選択酸化部３７の出口３７ｐはＣＯ選択酸化部３７の上部側に形成されている。燃料電池１の燃料極１１の出口１１ｐと燃焼部３０とを弁２５ｆを介して繋ぐオフガス配管１１０が設けられている。オフガス配管１１０は発電反応後のアノードオフガスを排出させる。オフガス配管１１０とアノードガス配管１００とを弁２５ｈを介して繋ぐバイパス配管１５０が設けられている。
【００２７】
図１に示すように、空気供給源７１と燃料電池１の酸化剤極１２の入口１２ｉにポンプ２７ｋおよび弁２５ｋを介して連通するカソードガス配管２００が設けられている。改質部３１で燃焼された燃焼排ガスを外部に放出させる燃焼排ガス配管２５０が設けられている。改質器３の蒸発部３６の出口３６ｐと改質用燃料配管６２とを第１合流域Ｍ１を介して繋ぐ水蒸気配管３００が設けられている。
【００２８】
図１に示すように、シフト部５の出口５ｐとＣＯ選択酸化部３７の入口３７ｉとは、浄化配管４００で接続されている。シフト部５の出口５ｐから吐出された改質ガス（水素および一酸化炭素を含有）は、浄化配管４００を上向きに矢印Ｗ２方向に流れ、第２合流域Ｍ２を経てＣＯ選択酸化部３７の入口３７ｉに供給される。入口３７ｉはＣＯ選択酸化部３７の下部側に形成されている。
【００２９】
次に改質器３を起動させるときについて説明する。この場合、ポンプ２７ｃにより燃焼用空気配管７３を介して燃焼用空気を改質部３１の燃焼部３０に供給する。また、弁２５ａおよびポンプ２７ａにより燃焼用燃料配管６２を介して燃焼用燃料を改質部３１の燃焼部３０に供給する。これにより燃焼部３０が着火されて加熱され、ひいては改質部３１が改質反応に適するように加熱される。改質部３１の内部３４および外部３５と共に蒸発部３６も高温に加熱される。
【００３０】
その後、改質水配管８２からポンプ２７ｍおよび弁２５ｍを介して、改質水が蒸発部３６の入口３６ｉに供給される。改質水は改質器３の高温の蒸発部３６において水蒸気化される。生成された水蒸気は、蒸発部３６の出口３６ｐから水蒸気配管３００を経て第１合流域Ｍ１に到達する。第１合流域Ｍ１は、水蒸気配管３００を流れる水蒸気または凝縮水と、改質用燃料配管６２を流れる改質用燃料とが合流する領域である。これに対して、改質用燃料は弁２５ａ,ポンプ２７ｂ,弁２５ｂにより、改質用燃料配管６２を経て熱交換部４の入口４ｉに供給される。第１合流域Ｍ１において、改質用燃料配管６２の改質用燃料と水蒸気配管３００の水蒸気とが合流して混合される。合流した混合流体が熱交換部４の入口４ｉに供給される。混合流体は熱交換部４の低温側の通路４ａを通過する。このとき熱交換部４の高温側の通路４ｃを流れる高温の改質ガスと熱交換するため、改質反応前の混合流体が加熱される。混合流体は改質部３１の内部３４の外通路３４ｐ（第１通路）に流入し、矢印Ａ１方向に流れ、折返部３４ｍを経て内通路３４ｉ（第２通路）に流入し、矢印Ａ２方向に流れる。このとき水蒸気（または凝縮水）および改質用燃料が混合した混合流体は、上記した（１）に示す改質反応により、水素リッチな改質ガスとなる。この改質ガスは一酸化炭素を含む。
【００３１】
更に、高温の改質ガスは改質部３１の内部３４から熱交換部４の高温側の通路４ｃを通過して、低温側の通路４ａの混合流体を加熱しつつ、暖機部４７を経てシフト部５の入口５ｉからシフト部５の内部に流入する。シフト部５においては、上記した（２）に示すように、水蒸気を利用したシフト反応が行われる。これにより改質ガスに含まれている一酸化炭素が低減されて、改質ガスは浄化される。
【００３２】
シフト部５において浄化された改質ガスは、シフト部５の出口５ｐから浄化配管４００を経て矢印Ｗ２方向に流れ、第２合流域Ｍ２に至り、酸化用空気配管７５の酸化用空気（選択反応に使用される選択酸化用空気）と合流する。第２合流域Ｍ２は、浄化配管４００を流れる改質ガスと、酸化用空気配管７５を流れる酸化用空気とが合流する領域である。そして、合流した改質ガスは入口３７ｉからＣＯ選択酸化部３７に流入する。ＣＯ選択酸化部３７においては、上記した（３）に示す選択酸化反応が行われる。この結果、改質ガスに含まれているＣＯが浄化されて更に低減される。このように浄化された改質ガスはＣＯ選択酸化部３７の出口３７ｐからアノードガスとして、アノードガス配管１００,弁２５ｅを経て燃料電池１の燃料極１１の入口１１ｉに供給される。カソードガスとして機能する空気は、ポンプ２７ｋ,弁２５ｋによりカソ−ドガス配管２００を経て燃料電池１の酸化剤極１２の入口１２ｉに供給される。これにより燃料電池１の内部３４において発電反応が発生し、電気エネルギが生成される。アノードガスの発電反応後のオフガスは、発電反応が行われなかった水素を含むことがある。このためオフガスは改質部３１の燃焼部３０に供給されて燃焼され、燃焼部３０の熱源となる。
【００３３】
なお、改質器３の起動開始時では、改質ガスの組成の安定性が必ずしも充分でないときがある。このため、起動開始時では、弁２５ｅ，弁２５ｆが閉鎖されている。この状態で、ＣＯ選択酸化部３７の出口３７ｐから吐出される改質ガスは、弁２５ｈを通過しバイパス配管１５０およびオフガス配管１１０を介して燃焼部３０に送られ、燃焼部３０の熱源となる。改質器３の起動開始から時間が経過すると、改質ガスの組成が安定する。この場合、弁２５ｈが閉鎖され、弁２５ｅ，弁２５ｈが開放される。このため、ＣＯ選択酸化部３７の出口３７ｐから吐出される改質ガスは、アノードガスとして、アノードガス配管１００,弁２５ｅを経て燃料電池１の燃料極１１の入口１１ｉに供給され、発電反応に使用される。
【００３４】
さて、図１に示すように、接続配管として機能する水蒸気配管３００の一端部３００ｅ（上端部）は、改質器３の改質部３１の蒸発部３６の出口３６ｐに繋がれている。水蒸気配管３００の他端部３００ｆ（下端部）は改質用燃料配管６２の第１合流域Ｍ１に繋がれている。水蒸気は水蒸気配管３００の内部を上から下に向けて矢印Ｗ１方向に流れる。
【００３５】
改質装置２が通常運転されているとき、一般的には、改質部３１は６００〜８００℃、シフト部５は１００〜３００℃とされている。なお水蒸気配管３００の一端部３００ｅの温度は約９０〜１５０℃、水蒸気配管３００の中間部３００ｗの温度は約９０〜１４０℃、水蒸気配管３００の他端部３００ｆの温度は約８０〜１４０℃とされる。但しこれに限定されるものではない。
【００３６】
水蒸気配管３００の材質としては特に限定されるものではなく、耐久性を考慮すると、金属が好ましい。この場合、ステンレス鋼等の合金鋼、炭素鋼、アルミニウム合金、チタン合金が例示される。合金鋼の場合、オーステナイト系、フェライト系、パーライト系でも良い。オーステナイト系、フェライト系の場合、比較的軟質な材質であるため、曲成され易い。
【００３７】
上記したように水蒸気配管３００では熱膨張および熱収縮が発生する可能性がある。そこで図２に示すように、水蒸気配管３００のうち他端部３００ｆ（下端部）は、水蒸気配管３００の他の配管部分よりも変形容易な変形許容部９を備えている。変形許容部９は、水蒸気配管３００の他の配管部分よりも外径が小さく、且つ、水蒸気配管３００の他の配管部分よりも肉厚が薄く設定されている。更に変形許容部９は、ループ状に曲成されている曲成部９ａをもつ。変形許容部９は、水蒸気配管３００の一部を絞り加工しつつ長さ方向に引張加工することにより外径を細くすると共に肉厚を薄くする操作と、その後、ループ状に曲成する操作とを実行することにより形成されている。あるいは、変形許容部９は、水蒸気配管３００の一部を絞り加工して外径を細くすると共に肉厚を薄くする操作と、ループ状に曲成する操作とを同時に行って形成しても良い。
【００３８】
このような変形許容部９は、水蒸気配管３００の他の配管部分よりも伸縮性および／または可撓変形性を有しており、水蒸気配管３００の他の配管部分よりも変形容易とされている。変形は、繰り返して変形可能であることが必要である。このため水蒸気配管３００に熱膨脹および熱収縮が多数回作用したとしても、変形許容部９は、その熱膨脹および熱収縮を吸収できる。このため水蒸気配管３００の保護性が高まり、水蒸気配管３００の耐久性の向上、長寿命化に貢献できる。但し、変形許容部９を構成する配管の外径が絞られており、水蒸気配管３００における圧力損失が増加する傾向があるため、変形許容部９の外径を過剰に絞ることは好ましくない。この場合、水蒸気配管３００の他の配管部分の外径が１００として相対表示されると、変形許容部９の外径は２０〜５０程度、殊に３０〜３５程度が例示される。水蒸気配管３００の他の配管部分の肉厚が１００として相対表示される、変形許容部９の肉厚は３０〜８０程度、殊に４０〜６０程度が例示される。
【００３９】
更に変形許容部９は可撓変形性を有しており、水蒸気配管３００の他の配管部分よりも外径が小さく設定されている。変形許容部９の壁の肉厚は水蒸気配管３００の他の配管部分の肉厚よりも薄く設定されている。このため変形許容部９は可撓性および変形性をもつばかりか、変形許容部９における放熱ロスが少なくなり、水蒸気配管３００の変形許容部９における水蒸気の冷却も抑えられる、効率低下が抑制される。
【００４０】
更に、水蒸気が通過する水蒸気配管３００であるため、水蒸気が水蒸気配管３００を鉛直方向における上から下に向けて矢印Ｗ１方向に流れるとき、水蒸気が外方への放熱により冷却されると、水蒸気配管３００において水蒸気が凝縮し、水蒸気配管３００において凝縮水が生成する。この場合、液相状態の凝縮水が、水蒸気配管３００よりも下流側の熱交換部４や改質部３１といった高温部に流入するおそれがある。この場合、大きな水量の凝縮水が一気に加熱されて蒸発するおそれがある。この場合、熱交換部４および改質部３１等において圧力が急激に増加するような圧力変動が発生するおそれがある。この場合、水蒸気配管３００よりも下流側に位置する熱交換部４、改質部３１、燃料電池１等に影響を与えるおそれがある。更に、改質器３の燃焼部３０における圧力変動が大きくなり、場合によっては、燃焼部３０における燃焼性にも影響を与えるおそれがある。
【００４１】
この点本実施例によれば、変形許容部９の外径および内径は、水蒸気配管３００の他の配管部分の外径および内径よりも小さく設定されているため、大きな水滴または大きな水量の液相状態の凝縮水が変形許容部９を通過することが抑制される。この結果、多量の凝縮水が、変形許容部９よりも下流側の熱交換部４や改質部３１といった高温部に急激に流入することが防止される。よって前記した急激な圧力増加が抑制される。この場合、熱交換部４、改質部３１、燃料電池１等に与える影響が回避される。
【００４２】
殊に本実施例によれば、水蒸気配管３００のうち他端部３００ｆは下端部であり、水蒸気配管３００の下端部に変形許容部９が第１合流域Ｍ１に接近している。この結果、水蒸気配管３００を流れる水蒸気が凝縮して液相の凝縮水となったとしても、凝縮水の流れが変形許容部９により絞られ、凝縮水の通過流量が制限される。このため、多量の凝縮水が急激に第１合流域Ｍ１に供給されることが抑制される。従って、改質用燃料配管６２の改質用燃料と水蒸気配管３００の水蒸気（凝縮水）とを、第１合流域Ｍ１において微細レベルで効率よく混合させるのに有利である。なお、変形許容部９に代えて蛇腹管が使用されることも考えられる。しかし蛇腹管はコスト的に高く、製造コスト低減のためには好ましくない。
【実施例２】
【００４３】
図３は実施例２を示す。本実施例は実施例１と基本的に同様の構成、作用効果を有する。但し本実施例によれば、水蒸気配管３００の長さ方向の中間部３００ｗにおいて、ループ状に曲成された曲成部９ａをもつ変形許容部９が形成されている。
【実施例３】
【００４４】
図４は実施例３を示す。本実施例は実施例１と基本的に同様の構成、作用効果を有する。本実施例によれば、水蒸気配管３００に変形許容部９が形成されている。更に、接続配管として機能する浄化配管４００の一部にも変形許容部９Ｘが形成されている。浄化配管４００の一端部４００ｅ（上端部）は、酸化用空気配管７５の第２合流域Ｍ２を経てＣＯ選択酸化部３７の入口３７ｉに繋がれている。浄化配管４００の他端部４００ｆ（下端部）はシフト部５の出口５ｐに繋がれている。改質装置２が通常運転されているとき、浄化配管４００の一端部４００ｅの温度は１００〜２００℃、浄化配管４００の長さ方向の中間部４００ｗの温度は１００〜２００℃とされる。浄化配管４００の他端部４００ｆの温度は１６０〜３００℃とされる。但しこれに限定されるものではない。
【００４５】
図４に示すように、浄化配管４００のうち長さ方向の中間部４００ｗ（一部）には、浄化配管４００の他の配管部分よりも変形容易な変形許容部９Ｘが形成されている。変形許容部９Ｘの外径は、浄化配管４００の他の配管部分の外径よりも小さい。且つ、変形許容部９Ｘの壁の肉厚は、浄化配管４００の他の配管部分の壁の肉厚よりも薄く設定されている。更に変形許容部９Ｘはループ状に曲成されている曲成部９ａをもつ。このため変形許容部９Ｘは、浄化配管４００の他の配管部分よりも伸縮性および／または可撓変形性を有しており、浄化配管４００の他の配管部分よりも変形容易とされている。変形は繰り返して変形可能であることが必要である。このため熱膨脹および熱収縮が浄化配管４００に多数回作用したとしても、浄化配管４００の保護性、耐久性が高まり、浄化配管４００の長寿命化に貢献できる。
【実施例４】
【００４６】
図５は実施例４を示す。本実施例は実施例１と基本的に同様の構成、作用効果を有する。この場合、変形許容部９Ｂは水蒸気配管３００や浄化配管４００に適用されている。変形許容部９Ｂは、他の配管部分よりも外径が小さく、且つ、他の配管部分よりも肉厚が薄く設定されている。更に変形許容部９Ｂは、軸芯ＰＡの回りを螺旋状に巻回され、コイル状に曲成されている曲成部９ｂをもつ。軸芯ＰＡは、水蒸気配管３００の他の配管部分の軸芯に相当し、鉛直線に沿っている。このため、変形許容部９Ｂの変形許容性を高めにしつつ、変形許容部９Ｂの長さ寸法ＬＡが抑制される。変形許容部９Ｂの肉厚は薄いため、上記した曲成が容易となる。なお変形許容部９Ｂの可撓変形性が得られる限り、変形許容部９Ｆの肉厚は他の配管部分の肉厚と同等としても良い。
【実施例５】
【００４７】
図６は実施例５を示す。本実施例は実施例１と基本的に同様の構成、作用効果を有する。この場合、変形許容部９Ｃは水蒸気配管３００や浄化配管４００に適用されている。変形許容部９Ｃは、他の配管部分よりも外径が小さく、且つ、他の配管部分よりも肉厚が薄く設定されている。更に変形許容部９Ｃは、屈曲部９ｘをもつ『くの字』状に曲成されている曲成部９ｃをもつ。更に『くの字』および『逆くの字』を水蒸気配管３００や浄化配管４００の長さ方向に連続的に繰り返すことにしても良い。変形許容部９Ｃは肉厚が薄いため、上記した曲成が容易となる。なお変形許容部９Ｃの可撓変形性が得られる限り、変形許容部９Ｃの肉厚は他の配管部分の肉厚と同等としても良い。
【実施例６】
【００４８】
図７は実施例６を示す。本実施例は実施例１と基本的に同様の構成、作用効果を有する。この場合、変形許容部９Ｄは水蒸気配管３００や浄化配管４００に適用されている。変形許容部９Ｄは、他の配管部分よりも外径が小さく、且つ、他の配管部分よりも肉厚が薄く設定されている。更に変形許容部９Ｄは蛇行状に曲成されている。つまり、変形許容部９Ｄは『Ｕの字』および『逆Ｕの字』状に曲成されている曲成部９ｄをもつ。変形許容部９Ｄの肉厚は薄いため、上記した曲成が容易となる。なお変形許容部９Ｄの可撓変形性が得られる限り、変形許容部９Ｄの肉厚は他の配管部分の肉厚と同等としても良い。
【実施例７】
【００４９】
図８は実施例７を示す。本実施例は実施例１と基本的に同様の構成、作用効果を有する。この場合、変形許容部９Ｅは、水蒸気配管３００や浄化配管４００に適用されている。変形許容部９Ｅは、他の配管部分よりも外径が小さく、且つ、他の配管部分の肉厚と同等に設定されている。更に変形許容部９Ｅは波形状に曲成されている。変形許容部９Ｅの肉厚が薄いため、上記した曲成が容易となる。なお変形許容部９Ｅの可撓変形性が得られる限り、変形許容部９Ｅの肉厚は他の配管部分の肉厚と同等としても良い。
【実施例８】
【００５０】
図９は実施例８を示す。本実施例は実施例１と基本的に同様の構成、作用効果を有する。この場合、変形許容部９Ｆは、水蒸気配管３００や浄化配管４００に継手により接続されている。変形許容部９Ｆは、水蒸気配管３００や浄化配管４００に接続された集合管９００と、集合管９００に対して並行流路を形成するように分岐された複数の分岐管６０２とを備えている。分岐管６０２はループ状に曲成された曲成部６０２ａをもつ。変形許容部９Ｆの分岐管６０２の曲成部６０２ａは、水蒸気配管３００や浄化配管４００他の配管部分よりも外径が小さく、且つ、他の配管部分よりも肉厚が薄く設定されている。分岐管６０２のループ状に曲成された曲成部６０２ａを形成する壁体の肉厚は薄いため、上記した曲成も容易となる。複数の分岐管６０２が設けられているため、変形許容部９Ｅの変形性を確保しつつ、変形許容部９Ｆを通過する流量が確保される。
【実施例９】
【００５１】
（試験例１）試験例１は実施例１に基づくものであり、蒸発部３６の出口３６ｐと第１合流域Ｍ１とを繋ぐ水蒸気配管３００に適用されている。変形許容部９（材質：ステンレス鋼，ＳＵＳ３０４）の外径は３．２ミリメートル、肉厚は０．７ミリメートルに設定した。変形許容部９自体の全長（ループ周長）は２０ミリメートルに設定した。水蒸気配管３００のうち変形許容部９の他の配管部分の外径は９．６ミリメートル、肉厚は０．８〜０．９ミリメートルに設定した。この場合、０．５ｃｃ程度の水滴が一気に蒸発した場合を仮定する。変形許容部９が形成されている場合、計算によれば、圧力が２．８ｋＰａ程度一気に上昇する。しかし水蒸気配管３００の下端部に、外径および肉厚が上記したように小さい変形許容部９を形成した場合には、本発明者が行った試験によれば、水滴のサイズを約０．０５ｃｃ程度に抑えることができると推察される。この場合、圧力上昇は０．２８ｋＰａ程度に抑えることができる。
【００５２】
本試験例によれば、変形許容部９を良好に曲成することを考慮すると、変形許容部９の外径は２．０〜５．０ミリメートル、特に３．２〜４．０ミリメート、肉厚は０．４〜１．２ミリメートル、０．７〜０．８ミリメートルに設定することができる。但しこれらに限定されるものではない。変形許容部９の長さは特に限定されないが、例えば１０〜５０ミリメートル、２０〜４０ミリメートルに設定することができる。
【００５３】
（試験例２）試験例２は図４に示す実施例３に基づくものであり、シフト部５の出口５ｐと第２合流域Ｍ２とを繋ぐ浄化配管４００に適用されている。変形許容部９Ｘ（材質：ステンレス鋼，ＳＵＳ３０４）の外径は３．２ミリメートル、肉厚は０．７ミリメートルに設定した。変形許容部９自体の全長（ループ周長）は２０ミリメートルに設定した。水蒸気配管３００のうち変形許容部９の他の配管部分の外径は９．６ミリメートル、肉厚は０．８〜０．９ミリメートルに設定した。本試験例では、変形許容部９Ｘを良好に曲成することを考慮すると、変形許容部９Ｘの外径は３．２〜４．０ミリメートル、肉厚は０．７〜０．８ミリメートルに設定することができる。但しこれらに限定されるものではない。変形許容部９Ｘの長さは特に限定されないが、２０〜４０ミリメートルに設定することができる。
【００５４】
（その他）上記した実施例によれば、改質器３は、蒸発部３６、熱交換部４およびＣＯ選択酸化部３７を改質部３１と一体的に備えているが、これに限られるものではない。蒸発部３６およびＣＯ選択酸化部３７は、改質器３から分離されて配置されていても良い。あるいは、熱交換部４およびシフト部５も改質器３から分離されていても良い。上記した燃料電池システムは定置用でも車載用でも良い。上記した実施例は改質装置は燃料電池システムに適用したものであるが、これに限らず、水素生成システム等の他のシステムに使用される改質装置でも良い。
【００５５】
上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
（付記項１）改質原料を改質させて改質ガスを生成する改質器と、一端部および他端部のうちの少なくとも一方が改質器または改質器関連部品に連結された接続配管とを具備する改質装置において、接続配管の一部は、接続配管の他の配管部分よりも変形容易な変形許容部を備えていることを特徴とする改質装置。熱膨脹および熱収縮の発生頻度が高いときであっても、接続配管の耐久性を高めるのに有利となる。
（付記項２）付記項１において前記変形許容部は曲成部をもつことを特徴とする改質装置。
（付記項３）付記項１または２において、前記変形許容部はループ状、螺旋状、くの字状、蛇行状、Ｕの字形状、または、波状に曲成されていることを特徴とする改質装置。
（付記項４）付記項１〜３において、前記変形許容部は、並行流路を形成するように分岐された複数の分岐管を備えており、前記分岐管は変形可能な曲成部をもつことを特徴とする改質装置。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は燃料電池システム等に使用される改質装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施例１に係り、改質装置のシステム図である。
【図２】変形許容部付近の側面図である。
【図３】実施例２に係り、変形許容部付近の側面図である。
【図４】実施例３に係り、変形許容部付近の側面図である。
【図５】実施例４に係り、変形許容部付近の側面図である。
【図６】実施例５に係り、変形許容部付近の側面図である。
【図７】実施例６に係り、変形許容部付近の側面図である。
【図８】実施例７に係り、変形許容部付近の側面図である。
【図９】実施例８に係り、変形許容部付近の側面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１は燃料電池、２は改質装置、３は改質器、３０は燃焼部、３１は改質部、３６は蒸発部、３７はＣＯ選択酸化部、４は熱交換部、５はシフト部、６２は燃料配管、７２は空気配管、８１は水タンク、８２は改質水配管、９は変形許容部、１００はアノードガス配管、２００はカソードガス配管、３００は水蒸気配管（接続配管）、４００は浄化配管（接続配管）を示す。
【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】
2008074652.tif 000009
【図８】
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【図９】
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