(57)【要約】【課題】積層型の製作を容易にするとともに、設計の自由度を向上させる。【解決手段】伝熱板２７と流路部材３０とが積層されてなる積層型の熱交換器１１において、流路部材３０を環状壁３１と、この環状壁３１を両側縁から折り曲げてなる側壁３３、３４とで形成し、環状壁３１を一方の伝熱板に当接させ、側壁３３、３４の先端を他方の伝熱板２７に当接させて積層することにより、流路部材３０の曲げ代の寸法を調整するだけで流路の寸法を調整できるので流路の設計の自由度を向上させることができる。したがって、流路の断面積を大きくして圧力損失を低下させることが可能になる。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒体内に伝熱板と環状の流路部材とを交互に複数積層してなる積層型熱交換器において、
前記流路部材は、一方の伝熱板に接して配置される環状壁と、該環状壁の両側縁から折り曲げて形成され、先端を他方の伝熱板に当接させて配置される側壁と、前記環状壁に開口され第１の流体が通流される第１の通孔とを有して形成され、
前記各伝熱板は、前記流路部材の環状の外側と内側の少なくとも一方に配置され第２の流体が通流される第２の通孔と、前記第１の通孔に連通可能な第３の通孔とを有して形成され、
前記一方の伝熱板の前記第３の通孔と前記流路部材の第１の通孔の位置を合わせて、当該流路部材の前記第１の通孔の位置から外れた位置に、前記他方の伝熱板の前記第２の通孔を位置させて積層してなることを特徴とする積層型熱交換器。
【請求項２】
前記各伝熱板は、前記流路部材の環状の内周または外周の少なくとも一方に対応する位置に段部が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の積層型熱交換器。
【請求項３】
前記各伝熱板は、当該伝熱板を挟む前記流路部材のうち、一方の前記内外の側壁の先端に対応する位置に２条の凹みを有し、該２条の凹みによって他方の前記流路部材の前記環状壁に対応する形状の位置に凹所が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の積層型熱交換器。
【請求項４】
前記各環状壁の前記第１の通孔、前記各伝熱板の前記第２の通孔及び第３の通孔は、それぞれ周方向に等間隔で複数配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の積層型熱交換器。
【請求項５】
前記各伝熱板を挟む２つの前記流路部材は、前記第１の通孔が、互いに他方の第１の通孔の中間に位置されることを特徴とする請求項４に記載の積層型熱交換器。
【請求項６】
前記流路部材は、前記各伝熱板の間に同心状に複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の積層型熱交換器。
【請求項７】
前記第１、第２及び第３の通孔は、前記筒体の中心から外周方向への位置に応じて孔径を大きく形成することを特徴とする請求項６に記載の積層型熱交換器。
【請求項８】
前記伝熱板の外縁は、前記筒体の内面に接する折り曲げ部を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の積層型熱交換器。
【請求項９】
前記伝熱板は、中央部分に開口を有し、該開口に内筒が挿入されてなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の積層型熱交換器。
【請求項１０】
前記開口の縁は、前記内筒の外面に接する折り曲げ部を有することを特徴とする請求項９に記載の積層型熱交換器。
【請求項１１】
前記内筒の両端は閉塞され、前記内筒の一端は、前記第１の流体の供給管路に連通され、前記内筒の他端は、前記第１の流体が通流する流路の一端に連結されてなることを特徴とする請求項９または１０に記載の積層型熱交換器。
【請求項１２】
炭化水素系燃料と水蒸気とを反応させて水素を含有する改質ガスを生成する改質器と、該改質器から排出される前記改質ガス中のＣＯを水素に変換するＣＯ変成器と、該ＣＯ変成器から排出される前記改質ガス中のＣＯを選択酸化するＣＯ酸化器とを備えた水素製造装置において、
前記改質器と前記ＣＯ変成器の間に、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の積層型熱交換器の前記筒体を配置し、前記第２の流体として前記改質ガスを通流させ、前記第１の流体として水を通流させることを特徴とする水素製造装置。
【請求項１３】
前記熱交換器の第１の流体が通流する流路の一端に伝熱管を連結し、該伝熱管を前記改質器の改質触媒層の中心部分に挿入することを特徴とする請求項１２に記載の水素製造装置。
【請求項１４】
前記伝熱管は、前記改質触媒層の前記改質ガスの流入側に開口を有することを特徴とする請求項１３に記載の水素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層型の熱交換器及びその熱交換器を適用した水素製造装置の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
積層型の熱交換器は、伝熱板と流路部材とを交互に複数積層し、各流路部材で伝熱板の間を仕切って第１、２の流体が通流する流路を形成するとともに、各層の流路を伝熱板に空けた通孔でそれぞれ連通させる構造であり、各流路を通流する流体同士の熱交換を行うものである。このような積層型は、伝熱管を用いるものに比べて伝熱面積を大きくでき、熱交換器自体を小型にできることが知られている。
【０００３】
従来の積層型として、例えば、円筒内に、円盤状の伝熱板と、流路と通孔が打抜き形成された円盤状の流路部材を積層し、この流路部材を１枚おきに裏返して対称に配置することで、各層の流路に第１の流体と第２の流体とを交互に通流させるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、円筒内に円盤状の伝熱板と２重リング状の流路部材を積層し、２重リングに挟まれた空間を第１の流路とし、２重リングと円筒とに挟まれた空間を第２の流路とするものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この熱交換器は、各流路に流入した流体が２重リングで形成された流路を通らずに次層の流路に流れ出す、いわゆるショートパスを防ぐために、各流路の一箇所を塞ぐ仕切板を設け、この流路部材を挟む２つの伝熱板の通孔を仕切板を挟んで互い違いの位置に配置している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１７８５５７号公報
【特許文献２】
特開平５−２６４１９１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、円盤状の流路部材に流路を形成する場合、形成される流路の寸法は、その円盤の板厚の制限を受けるので、流路の断面積を自由に大きくできず、圧力損失が高くなるおそれがある。また、この断面積を大きくするために板厚を厚くすると加工が難しくなり製造上の問題が生じる。
【０００７】
一方、流路部材を２重リング状とするものも、円盤を加工して成形する場合は板厚の制限を受ける。この円盤を加工する方法に代えて、例えば、リングを２つ製作し、これに仕切板を組み付ける方法も考えられるが、製造の工程が増えるため煩雑である。
【０００８】
本発明は、積層型の製作を容易にするとともに、設計の自由度を向上させることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の積層型熱交換器は、上記課題を解決するために、流路部材を、円形状または多角形状の環状壁と、この環状壁を両側縁から折り曲げて側壁を形成し、環状壁を一方の伝熱板に当接させ、側壁の先端を他方の伝熱板に当接させて積層することを特徴とする。これにより、流路部材の曲げ代の寸法を調整するだけで流路の寸法を調整できるので、例えば、板厚の制限などを受けることなく設計の自由度を向上させることができる。したがって、流路の断面積を大きくして圧力損失を低下させることが可能になる。
【００１０】
この場合において、流路部材の環状壁に第１の流体が通流される第１の通孔を形成し、各伝熱板に第１の通孔に連通可能な第３の通孔と、流路部材の環状の外側と内側の少なくとも一方に第２の流体が通流される第２の通孔とを形成する。
そして、第１の通孔と、環状壁が当接する一方の伝熱板の第３の通孔との位置を合わせ、かつ、この第１の通孔の位置から外れた位置に、側壁の先端が当接する他方の伝熱板の第２の通孔を位置させて積層する。すなわち、流路部材により形成された流路において、その流路に流体を流入させる通孔と流出させる通孔との位置をずらすようにする。これによれば、簡易な構成により、流体を流路に通流させることができ、ショートパスを防ぐことができる。
【００１１】
ところで、流路部材は、伝熱板の設計された所定の位置に積層する必要がある。この位置合わせの方法として、流路部材の外径を、伝熱板の外形と同じ形状にして重ねる方法が考えられるが、流路部材が大きくなるという問題がある。そこで、本発明は、各伝熱板に段部を形成し、この段部の形状を流路部材の環状の内周または外周の少なくとも一方に対応させることにより、組立ての際の流路部材の位置合わせを容易にすることができる。
【００１２】
また、この場合において、流路部材は、この流路部材を挟む両方の伝熱板の段部によって両端の位置が規定されることが好ましい。しかし、伝熱板の段部をプレスで形成する一般的な製造方法では、伝熱板の一方の面に段部を形成しても、他方の面に同様の段部を形成できず、流路部材のいずれか一端しか規定できないという問題が生じる。そこで、本発明では、各伝熱板に、この伝熱板を挟む２つの流路部材のうち、一方の内外の側壁の先端に対応する位置に２条の凹みを形成し、この２条の凹みによって他方の流路部材の環状壁に対応する形状の位置に凹所を形成する。これにより、流路部材の環状壁を凹所に当てはめ、側壁の先端を２条の凹みに当てはめて両端の位置を規定できる。
【００１３】
また、本発明の積層型の熱交換器は、各環状壁の第１の通孔、各伝熱板の第２の通孔及び第３の通孔を、それぞれ周方向に等間隔で複数配置することができる。これにより、各流路を通流する流体が複数の通孔に分配されて流れるから、圧力損失を低下させることができる。この場合において、各伝熱板を挟む２つの流路部材の第１の通孔を、互いに他方の第１の通孔の中間に位置させれば、流体が流入する通孔と、その両側に配置された流体が流出する通孔との間隔を等しくできるので、分配された流体の流れがその一方に偏ることを防止できる。また、この場合において、伝熱板に形成された通孔のうち、第１の流体が流出する第３の通孔と、第２の流体が流入する第２の通孔との位置を合わせて配置すれば、第１の流体と第２の流体の流れを向流にできるので好ましい。
【００１４】
また、流路部材は、各伝熱板の間に同心状に複数設けて、伝熱面積を増すようにすることができる。このように複数の流路部材で、同心状の流路を複数形成すると、同心の中心側の流路は流路の長さが短く、外側の流路は流路の長さが長くなり、それぞれの流れ具合に差がでる。そこで、本発明では、第１、第２及び第３の通孔を、筒体の中心から外周方向に向かって孔径を大きく形成することができる。これにより、小さい環状の流路と大きい環状の流路の流れの偏りを調整できる。
【００１５】
また、伝熱板は、外縁を折り曲げて折り曲げ部を形成することができる。これにより、伝熱板の強度を向上させることができる。また、この折り曲げ部を筒体の内面に接するようにすれば、伝熱板の設置位置などを安定させることができる。また、伝熱板は、中央部分に開口を形成し、この開口に内筒を挿入する構成とすることで各伝熱板の位置を合わせることもできる。ここでも、開口の縁に折り曲げ部を形成して強度を向上させることができる。また、内筒の両端を閉塞し、この内筒の一端を第１の流体の供給管路に連通させ、内筒の他端を熱交換器の積層されてなる流路の一端の第１の通孔に連結させることができる。これにより、第１の流体を内筒内部で予熱した後に第１の流路に通流させることができる。
【００１６】
また、本発明の積層型の熱交換器は、炭化水素系燃料と水蒸気とを反応させて水素を含有する改質ガスを生成する改質器と、改質器から排出される改質ガス中のＣＯをＣＯ２にシフトさせ低減するＣＯ変成器と、ＣＯ変成器から排出される改質ガス中のＣＯを選択酸化するＣＯ酸化器とを備えた水素製造装置に適用ですることができる。そして、改質器とＣＯ変成器の間に、上述した積層型熱交換器の筒体を配置し、第２の流体として改質ガスを通流させ、第１の流体として水を通流させる構成とすることで、水と改質ガスとの熱交換を行うことができる。
【００１７】
ところで、改質器内の改質触媒層では、炭化水素系燃料と水蒸気（Ｈ２Ｏ）との反応によりＣＯとＨ２が発生する。この反応は平衡反応であるため、改質触媒の温度を一定以上に保たないと、生成されたＨ２とＣＯとが反応して炭化水素系燃料に戻ってしまう。そこで、改質触媒の温度を一定以上に調整する必要がある。しかしながら、改質触媒層の温度は、改質器の外壁からの自然放熱により触媒層の中心部分の温度が高く、外周部分の温度が低く分布するので、全体の温度を一定以上にしようとすると中心部分の温度が必要以上に高温になるという問題が生じる。そこで、本発明では、水及び水が加熱されてなる水蒸気が通流する流路の出側に伝熱管を連結し、この伝熱管を改質触媒層の高温部分である中心部分に挿入する構成とすることができる。これにより、中心部分の改質触媒を比較的温度の低い水蒸気で冷却することができるので、触媒層の中心部分の温度が高く、外周部分の温度が低くなるという温度の分布をなだらかにでき、触媒層全体を反応に適した温度に調整できる。ここで、伝熱管の先端は、改質触媒層の改質ガスの流入側に開口することで、改質ガスが通流する系内に水蒸気を供給することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１を用いて説明する。図１は、本発明を適用してなる水素製造装置の第１の実施形態の全体構成図である。本実施形態の水素製造装置は、図１に示すように、燃料１、空気３及び水蒸気５が供給される改質器７を備え、改質器７で水素リッチな改質ガスを生成するようになっている。
【００１９】
改質器７は、円筒型の筐体９内に配置され、燃料１を空気３で部分燃焼させる燃焼触媒層と、燃料１と水蒸気５とを反応させる改質触媒層とを備えて構成されている。筐体９内には、改質器７の他に、本実施形態の特徴部である積層型の熱交換器１１、ＣＯをＨ２に変換するＣＯ変成器１３、熱交換器１５、及びＣＯを選択的に酸化させるＣＯ酸化器１７が設けられ、改質器７から排出される改質ガスが、積層型熱交換器１１、ＣＯ変成器１３、熱交換器１５、及びＣＯ酸化器１７を順次通流して燃料電池へ流入するように配置されている。
【００２０】
改質器７には、起動バーナ１９を介して燃料１、空気３及び水蒸気５が供給されるようになっている。起動バーナ１９は、起動時に燃料１を空気３で燃焼し、発生した燃焼ガスを改質器７に供給して燃焼触媒及び改質触媒を予熱するとともに、それらの昇温後は、改質器７に原料である燃料１と水蒸気５及び部分燃焼用の空気３を供給するものである。燃料１は、昇圧機２１で昇圧し、脱硫器２３で付臭剤などを脱硫した後、起動バーナ１９に供給され、空気３は、空気ブロア２５により供給されるようになっている。燃料１として、例えば、天然ガス、都市ガス、メタンガス、プロパンガス、メタノール、ナフサ、ガソリンなどの炭化水素系の燃料を用いることができ、改質器７の改質触媒としては、例えば、Ｎｉ系やＲｕ系などの触媒を用いることができる。
【００２１】
改質器７で生成された改質ガスは、積層型熱交換器１１を介してＣＯ変成器１３に供給される。ＣＯ変成器１３は、改質ガス中のＣＯとＨ２Ｏとの水性ＣＯシフト反応を行いＣＯ２とＨ２に転換する触媒層を有している。このＣＯシフト触媒としては、例えば、Ｃｕ−Ｚｎ系などの遷移金属系またはＰｔ、Ｒｕ系などの貴金属系のものを用いることができる。ＣＯ変成器１３から排出される改質ガスは、水などの冷媒と改質ガスとを熱交換させる熱交換器１５を通して減温してからＣＯ酸化器１７に流入されるようになっている。
【００２２】
ＣＯ酸化器１７は、改質ガスに中のＣＯをＯ２で選択的に酸化する触媒層を備えている。この選択酸化触媒層は、γ−アルミナ、チタニア、ジルコニアなどの粒子、コージェライトハニカム、ペーパハニカムなどの触媒担体に、触媒の活性成分であるＭｎ、Ｍｇなどの遷移金属またはＲｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの貴金属を担持させて形成することができる。
【００２３】
このように構成される水素製造装置の動作としては、まず、改質バーナ１９による昇温動作の後に、燃料１、空気３及び水蒸気５が改質器７に供給されると、燃焼触媒層において燃料１と空気３との部分燃焼が生ずる。この部分燃焼により加熱された燃料１と水蒸気５は、改質触媒層における改質反応によりＣＯとＨ２に変換される。改質器７から排出される改質ガスは、積層型熱交換器１１を通流してＣＯ変成器１３に適した温度に冷却される。積層型熱交換器１１により減温された改質ガス中のＣＯは、ＣＯ変成器１３でＣＯ２にシフトされ低減される。
ＣＯ変成器１３により処理された改質ガスは、熱交換器１５で冷却されてＣＯ酸化器１７に流入される。ＣＯ酸化器１７では、改質ガス中に残存するＣＯが選択的に酸化されて低減されて燃料電池に供給される。
【００２４】
次に、本実施形態の特徴部である積層型熱交換器について図２及び図３を参照して説明する。図２は、積層された流路部材をＣＯ変成器側から順に１段目、２段目と称し、それぞれの流路部材の配置とともに各流路部材の改質器側の伝熱板の配置の一例を示した図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ’  断面図である。
【００２５】
本実施形態の積層型熱交換器１１は、図１に示すように、平板状の伝熱板２７と円環状の流路部材３０とが交互に複数積層され、各流路部材３０によって各伝熱板２７の間が区切られることで、改質ガスが通流する流路と水が通流する流路とが形成されている。水が通流する流路の一端は、水供給装置２６の水供給管２８に連結され、他端には、水蒸気供給管２９が連結されている。水蒸気供給管２９は、他端から排出される水蒸気５を改質器７の流入側に供給するものである。
【００２６】
複数（本実施形態では７枚）の伝熱板２７は、板面が改質ガスの流れ方向に対面し、外周が筐体９の内面に接して配置されている。各流路部材３０は、円環状の環状壁３１と、環状壁３１の両側縁から折り曲げて形成された内側の側壁３３、外側の側壁３４と有している。各流路部材３０の円環の軸は、円筒状の筐体９と同軸に配置され、各環状壁３１は、それぞれの流路部材３０を挟む伝熱板２７のうちＣＯ変成器１３側の伝熱板２７に接し、側壁３３、３４の先端は改質器７側の伝熱板２７に接している。
【００２７】
このように本実施形態は、流路部材３０を環状の板の両側縁を折り曲げて形成しているので、例えば、深絞りなどのプレス加工により製作でき、この曲げ代を調整するだけで側壁３３、３４の高さ、つまり、改質ガス及び水が通流する流路の積層方向の寸法を調整できる。このため、流路の断面積を比較的大きくすることができ、圧力損失を低減することが容易になるのである。
【００２８】
また、各流路部材３０は、図２に示すように、環状壁３１に複数の通孔３６（本実施形態では２つ）が等間隔に形成されている。各流路部材３０は、各伝熱板２７を挟む２つの流路部材３０の通孔３６が互いに他方の通孔３６の中間に位置するように周方向にずらして積層されている。ここで、流路部材３０のずらし量は、通孔３６の数をｎとする場合、周方向に３６０／２ｎの角度ずらすようにする。なお、図２は、各流路部材３０の配置をＣＯ変成器１３側から順に１段目、２段目…と称して示すものである。
【００２９】
各伝熱板２７は、環状壁３１が当接する位置に、通孔３６に連通可能な通孔３９が形成されている。各伝熱板２７は、図２に示すように、通孔３９が各伝熱板２７に当接する環状壁３１の通孔３６に合うように周方向にずらして積層されている。また、各伝熱板２７は、環状壁３１が接する部分から外れた位置に複数の通孔３７、３８（本実施形態では各２つ）が等間隔に形成されている。通孔３７は、流路部材３０の内側の側壁３３よりも内側部分に配置され、通孔３８は、外側の側壁３４と筐体９の内面との間の部分に配置されている。
【００３０】
このように構成することで、各伝熱板２７で挟まれる空間のうち、側壁３３よりも内側部分は、各通孔３７で連通されて改質ガスが通流する流路となり、側壁３４と筐体９の内面の間の部分は、各通孔３８で連通されて改質ガスが通流する流路となる。また、側壁３３と側壁３４の間の部分は通孔３６、３９で連通されて水が通流する流路となる。このような積層型熱交換器１１の改質ガス及び水の流れを説明する。まず、改質器７から排出された改質ガスは、通孔３７及び通孔３８から６段目の流路に流入し、５段目、４段目と順次通流する。同様に、１段目まで流れた改質ガスは、最もＣＯ変成器１３側の伝熱板２７の通孔３７及び通孔３８を介してＣＯ変成器１３へ排出される。一方、水供給装置２６から水供給管２８を介して供給された水は、通孔３６から１段目の流路に流入し、１段目を通流する。ここで、水と改質ガスは、側壁３３、３４を介して熱交換が行われ、水が加熱されるとともに、改質ガスが冷却される。１段目の流路を通流した水は、通孔３９から２段目の流路に流出され、６段目まで同様に熱交換が行われて水蒸気５となる。水蒸気５は、水蒸気供給管２９を介して起動バーナ１９に流入される。
【００３１】
このように本実施形態の積層型熱交換器の流路は、改質ガス及び水が流入される通孔と流出される通孔との位置がずらして配置されているので、改質ガス及び水を環状の流路に通流させることができ、ショートパスを防ぐことができる。さらに、改質ガス及び水が通流する通孔３６〜３９を、それぞれ周方向に等間隔で複数配置することで各流路を通流する改質ガス及び水の流れを分流できるから、圧力損失を低下させることができる。加えて、各伝熱板２７を挟む２つの各流路部材３０の通孔３６〜３９が、互いに他方の流路部材３０の通孔３６〜３９の中間に位置されているから、改質ガス及び水が流入する通孔と、その両側に配置された流体が流出する通孔との間隔を等しくでき、流路における流れが偏ることを防止できる。また、図２に示すように、各段の通孔３７〜３９の位置を合わせて配置することで、改質ガスと水の流れを全ての部分で向流にすることができる。
【００３２】
ところで、積層型熱交換器１１において、流路部材３０は、伝熱板２７の所定の位置に重ねる必要がある。流路部材３０の位置を合わせるために、各伝熱板２７は、図３に示すように、ＣＯ変成器１３側に、側壁３３、３４に対応した２条の溝４３、４４が形成されている。この２条の溝４３、３３を形成することで、形成した面の反対側に２条の凸部が形成される。環状壁３１は、この２条の凸部、すなわち、凸部により形成される凹所に合わせて形成されている。これにより、側壁３３、３４の先端を２条の溝４３、４４に入れて位置合わせできるとともに、環状壁３１を凸部に合わせて位置合わせすることができるので、流路部材３０の両端の位置を規定できる。また、本実施形態において、伝熱板２７の外縁は、筐体９の内面に接する折り曲げ部６０が形成されている。これによれば、各伝熱板２７の強度を強くできるとともに、各伝熱板２７の位置を合わせることができる。
（第２の実施形態）
図４に本発明に係る水素製造装置の第２実施形態の全体構成図を示す。本実施形態は、各伝熱板の間に流路部材を同心状に複数設け、改質ガス及び水が通流する流路を増やした場合に、同心状に形成された小さい方の流路の長さと、大きい方の流路の長さとの差によって、改質ガス及び水の流れ方に偏りがあるという問題を解決するものである。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、各流路の通孔の孔径を変えて各流路の流れを調整することにある。したがって、第１の実施形態と同一のものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００３３】
本実施形態は、図４に示すように、各伝熱板２７の間には、流路部材３０と流路部材５０が同心状に配置されている。また、各流路部材５０は、図５に示すように、流路部材５０の環状壁５１に複数の通孔５６（本実施形態では２つ）が等間隔に形成され、各伝熱板２７を挟む２つの流路部材５０の通孔５６が互いに他方の通孔５６の中間に位置するように周方向にずらして積層されている。なお、図５は、各流路部材３０及び５０の配置をＣＯ変成器１３側から順に１段目、２段目…と称して示すものである。各伝熱板２７は、環状壁５１が当接する位置に、通孔５６に連通可能な通孔５９が形成されている。各伝熱板２７は、図５に示すように、通孔５９が各伝熱板２７に当接する環状壁５１の通孔５６に合うように周方向にずらして積層されている。また、各伝熱板２７は、流路部材５０の外側の側壁と筐体９の内面との間の部分に通孔５８が形成されている。通孔３７、３８、５８の孔径は、筐体９の中心から外周方向に向かって順次大きく形成され、通孔３６、３９、５６、５９の孔径も同様に、筐体９の中心から外周方向に向かって大きく形成されている。
【００３４】
したがって、本実施形態によれば、第１の実施形態と同一の効果を奏することができるとともに、同心状の流路のうち、小さい環状の流路を流れにくく、大きい環状の流路を流れ易くすることができ、同心状に配置した各流路の長さの差によって生じる流体の流れの偏りを調整できる。
（第３の実施形態）
図６に本発明に係る水素製造装置の第３実施形態の全体構成図を示す。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、伝熱板の中央部分に開口を形成し、この開口に内筒を挿入することにある。したがって、第１の実施形態と同一のものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００３５】
本実施形態は、図６に示すように、各伝熱板２７の中央部分に開口が形成され、この開口に内筒６１が挿入されている。この内筒６１により、各伝熱板２７の位置を合わせることができる。さらに、例えば、開口の縁に折り曲げ部を形成すれば、伝熱板２７の強度を向上させることもできる。また、本実施形態は、内筒６１の両端が閉塞されるとともに内筒６１に水供給管２８が連結され、水が内筒６１の内部に供給されるようになっている。内筒６１の上部は、連結管６２によって熱交換器の水が通流する流路の入り側に連通されている。したがって、本実施形態では、水供給装置２６から供給された水を一旦内筒６１内に滞留させて予熱してから熱交換器に送ることができる。
（第４の実施形態）
図７に本発明に係る水素製造装置の第４実施形態の全体構成図を示す。本実施形態は、改質触媒層の温度が外壁からの自然放熱によって、中心部分が高く、外周部分が低く分布して、全体の温度を一定以上に調整しようとしても中心部分の温度が必要以上に高温になるという問題に対してなされてものである。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、熱交換器の水が通流する流路の出側に連結される水蒸気供給管２９を改質器７の改質触媒層の中心部分に挿入することにある。したがって、第１の実施形態と同一のものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００３６】
本実施形態の水蒸気供給管２８は、改質触媒層の中央部分に挿通され、先端は改質触媒層の流入側に開口されている。これにより、熱交換器から排出された水蒸気５が水蒸気供給管２８を通流することで、改質触媒層の中央部分の温度を低下させることができ、触媒層の中心部分の温度が高く、外周部分の温度が低くなるという温度の分布をなだらかにでき、触媒層全体を反応に適した温度に調整できる。さらに、水蒸気供給管２８の先端から、改質ガスが通流する系内に水蒸気５を供給することができる。
【００３７】
また、上記の本実施形態では、積層型の熱交換器を水素製造装置に用いた例を挙げて説明したが、これに限らず、様々な装置や機器類の熱交換器に適用できることは言うまでもない。さらに、本実施形態では、筐体９を円筒状としたが、これに限らず、多角形状とすることができる。この場合、伝熱板２７の外形及び流路部材３０、５０も筐体の内面形状に合わせて多角形とすることができる。また、本実施形態では、流路部材及び伝熱板に形成される各通孔をそれぞれ２つ形成したものついて説明したが、通孔の数は任意に設定することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、積層型の製作を容易にするとともに、設計の自由度を向上させることできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなる水素製造装置の第１の実施形態の全体構成図である。
【図２】図１の積層された流路部材をＣＯ変成器側から順に１段目、２段目と称し、それぞれの流路部材の配置とともに各流路部材の改質器側の伝熱板の配置の一例を示した図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ’  断面図である。
【図４】本発明に係る水素製造装置の第２実施形態の全体構成図を示す。
【図５】図４の積層された流路部材をＣＯ変成器側から順に１段目、２段目と称し、それぞれの流路部材の配置とともに各流路部材の改質器側の伝熱板の配置の一例を示した図である。
【図６】本発明に係る水素製造装置の第３実施形態の全体構成図を示す。
【図７】本発明に係る水素製造装置の第４実施形態の全体構成図を示す。
【符号の説明】
７  改質器
９  筐体
１１  積層型熱交換器
２７  伝熱板
３０  流路部材
３１  環状壁
３３、３４  側壁
【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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