(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素化合物を水素に改質する改質触媒を保持する触媒保持体と，該触媒保持体の外方を覆う金属シエルと，上記触媒保持体と金属シエルとの間に配置される無機質繊維マットからなる保持シール材とを有する燃料電池用改質器を製造する方法において，
上記触媒保持体を，上記保持シール材により被覆する工程と，
上記保持シール材により被覆された触媒保持体を，上記燃料電池用改質器における金属シエルの製品内側径よりも大きい初期内径を有するパイプ状の金属シエルの中に挿入する工程と，
上記触媒保持体及び保持シール材を挿入配設した上記金属シエルの外周にスピニング加工を施して，上記挿入配設部分における金属シエルの初期内径を上記製品内側径まで小さくする工程と，
その後，上記金属シエルにおける上記触媒保持体が位置していない両端部分を，スピニング加工により徐々に開口部に向けて狭く加工し，上記両端部分にフランジ部を設ける工程とからなることを特徴とする燃料電池用改質器の製造方法。
【請求項２】
請求項１において，上記保持シール材には，燃料電池用改質器の使用時に燃焼ガスを発生するバインダーは含浸されていないことを特徴とする燃料電池用改質器の製造方法。
【請求項３】
請求項２において，上記無機質繊維マットは，その中のＡｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2以外の物質が１重量％未満であることを特徴とする燃料電池用改質器の製造方法。
【請求項４】
請求項２又は３において，無機質繊維マットはその中の塩素，硫黄又はリンの１種以上が合計で３００ｐｐｍ未満であることを特徴とする燃料電池用改質器の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において，スピニング加工前の上記保持シール材の厚みは４〜１２ｍｍであることを特徴とする燃料電池用改質器の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において，スピニング加工後の上記保持シール材の充填密度は，０．２０〜０．６０ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする燃料電池用改質器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，例えば自動車に搭載する燃料電池用改質器，及びその製造方法に関し，特に保持シール材を触媒保持体と金属シエルとの間に組み付ける方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
水素をエネルギー源として用いる燃料電池は，これに水素を供給するための燃料電池用改質器を併設することがある。
この燃料電池用改質器は，メタノール，メタン，ブタン等の炭化水素化合物を水素に改質する触媒を保持する触媒保持体と，該触媒保持体の外方を覆う金属シエルと，触媒保持体と金属シエルとの間に配置される保持シール材とを具備している（後述する図３参照）。
【０００３】
上記保持シール材は，主としてセラミック繊維などの無機質繊維マットからなる。
上記保持シール材は，触媒保持体が振動等により触媒保持体と当接した際に，触媒保持体が破損することを防止するため，及び触媒保持体と金属シエルとの間から上記炭化水素化合物が漏洩することを防止するために配置されている。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記保持シール材は，上記機能を果すため，クッション性を有し，嵩高である。そのため，保持シール材を触媒保持体とともに金属シエル内に装着するときに，保持シール材が両者の間の適正位置に位置し難く，装着性が低下するおそれがある。
そこで，保持シール材にバインダーを含浸させて保持シール材の嵩高性を抑え，その状態で金属シエル内に圧入することが考えられる。しかし，この場合には，燃料電池用改質器の使用時にバインダーが燃焼してバインダー燃焼ガスが発生し，これが水素ガス中に混入するおそれがある。
【０００５】
本発明は，かかる問題点に鑑み，金属シエル内への触媒保持体及び保持シール材の装着作業がしやすく，バインダー燃焼ガスの発生がない，燃料電池用改質器及びその製造方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，炭化水素化合物を水素に改質する改質触媒を保持する触媒保持体と，該触媒保持体の外方を覆う金属シエルと，上記触媒保持体と金属シエルとの間に配置される無機質繊維マットからなる保持シール材とを有する燃料電池用改質器を製造する方法において，
上記触媒保持体を，上記保持シール材により被覆する工程と，
上記保持シール材により被覆された触媒保持体を，上記燃料電池用改質器における金属シエルの製品内側径よりも大きい初期内径を有するパイプ状の金属シエルの中に挿入する工程と，
上記触媒保持体及び保持シール材を挿入配設した上記金属シエルの外周にスピニング加工を施して，上記挿入配設部分における金属シエルの初期内径を上記製品内側径まで小さくする工程と，
その後，上記金属シエルにおける上記触媒保持体が位置していない両端部分を，スピニング加工により徐々に開口部に向けて狭く加工し，上記両端部分にフランジ部を設ける工程とからなることを特徴とする燃料電池用改質器の製造方法である。
【０００７】
本発明においては，触媒保持体を保持シール材により被覆し，これを製品内側径よりも大きい初期内径のパイプ状の金属シエルの中に挿入した後，該触媒保持体及び保持シール材が位置する配設部分にスピニング加工を施す。
そのため，このスピニング加工により，触媒保持体を挿入した当初のパイプ状の金属シエルの外径が小さくなり，それに伴い該金属シエルの初期内径も小さくなる。
つまり，金属シエルにおける触媒保持体挿入時の初期内径が，上記スピニング加工により小さくなり，燃料電池用改質器における金属シエルの製品内側径が上記初期内径よりも小さくなる。
【０００８】
また，これにより触媒保持体と金属シエルの間に充填されている保持シール材も金属シエルの内壁により圧縮される。そのため，触媒保持体は，適度な面圧の保持シール材によって保持されることになる。
上記スピニング加工は，しぼり加工の一種で，例えば金属シエルまたは成形用ローラの一方を回転させながら，金属シエルに成形用ローラを押し付けることにより，金属シエルを塑性変形させる加工である。
【０００９】
以上のように，本発明においては，金属シエルの中に保持シール材で被覆した触媒保持体を配設するに当って，製品内側径よりも大きい初期内径の金属シエルの中に触媒保持体及び保持シール材を挿入し，その後上記スピニング加工をしている。そのため，金属シエル内への触媒保持体の挿入が容易となり，またスピニング加工によって保持シール材の適度な面圧で金属シエルが保持される。
【００１０】
また，本発明においては，上記方法を採用するので，保持シール材が触媒保持体と金属シエルの間に密に圧縮配置される。そのため，保持シール材にバインダーを含浸させて，嵩高性を抑制し，薄肉化する工程も必要ない。また，バインダーを含浸させる必要がないので，触媒保持体によって改質された改質ガス，特に水素ガス中に，バインダーの燃焼によって生ずる燃焼ガスが混入するということもない。
【００１１】
次に，請求項２の発明のように，上記保持シール材には，燃料電池用改質器の使用時に燃焼ガスを発生するバインダーは含浸されていないことが好ましい。
これにより，保持シール材中から燃焼ガスが排出されるということがないと共に，耐熱性が向上する。
【００１２】
上記無機質繊維マットは，アルミナまたはシリカを含有する無機質繊維からなることが好ましい。これにより，無機質繊維マットの耐熱性が一層向上する。
特に，無機質繊維マットは，７０〜１００重量％のアルミナ繊維を含有していることが好ましい。なお，かかるアルミナ繊維としては，アルミナ比率が６０重量％以上であることが好ましい。これにより，高温時の弾性力が高くなり，金属シエルと触媒保持体との熱膨張差を吸収することができ，触媒保持体を保持する力が高まる。
【００１３】
無機質繊維マットには，ニードルパンチング処理が施されていることが好ましい。これにより，繊維同士が絡み合い，マットの層間強度が向上するため，金属シエル内へ挿入することが容易となる。
【００１４】
次に，請求項３の発明のように，上記無機質繊維マットは，その中のＡｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2以外の物質，つまり不純物が１重量％未満であることが好ましい。
この場合には，燃料電池用改質器において生成される水素を高純度に維持することができ，燃料電池の発電効率を高めることができる。上記不純物が１重量％以上の場合には，燃料電池用改質器の使用中に，保持シール材中から徐々に不純物が改質ガス中に混入し，燃料電池に用いる水素ガスを汚染し，燃料電池の発電効率を低下させるおそれがある。
上記不純物としては，塩素，硫黄，リンなどがある。
【００１５】
次に，請求項４の発明のように，無機質繊維マットはその中の塩素，硫黄又はリンの１種以上が合計で３００ｐｐｍ未満であることが好ましい。
この場合には，燃料電池の発電効率を高くすることができる。
上記の塩素，硫黄，リンの１種以上の合計が３００ｐｐｍ以上含有されている場合には，上記のごとく，燃料電池用改質器の使用中に上記塩素等の電池作用有害物質が水素中に混入し，燃料電池における電気化学作用を阻害し，燃料電池の発電効率を低下させるおそれがある。
【００１６】
次に，請求項５の発明のように，スピニング加工前の上記保持シール材の厚みは，４〜１２ｍｍであることが好ましい。４ｍｍ未満では，金属シエルの内径を小さくできる厚みが小さく，スピニング加工の際に触媒保持体が破損するおそれがある。一方，１２ｍｍを超える場合には，保持シール材が所望の充填密度になるまで金属シエルの内径を小さくする前に，金属シエルが破損するおそれがある。
【００１７】
請求項６の発明のように，スピニング加工後の上記保持シール材の充填密度は，０．２０〜０．６０ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。０．２０ｇ／ｃｍ３未満では，保持シール材による触媒保持体の保持力が低下する。一方，０．６０ｇ／ｃｍ３を超える場合には，保持シール材の中の繊維が折れ，反発力が低下して，触媒保持体を保持する性能が低下するおそれがある。
【００２３】
上記において，上記炭化水素化合物としては，メタノール，エタノール，プロパノール，ブタノール，メタン，エタン，プロパン，ブタンなどが用いられる。
また，上記触媒保持体は，コージエライト，アルミナ，炭素珪素，窒化珪素等のセラミックスで作製されたハニカム等のモノリスの通気性多孔質体が用いられる。また，金属シエルは，ステンレス鋼等の金属を用いた，円形，楕円形などのパイプを用いる。
また，上記触媒保持体に担持する触媒は，使用する炭化水素化合物の改質に応じたものを用いるが，例えば炭化水素化合物としてメタノールを用いる場合には，触媒として銅化合物等を用いる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例に係る燃料電池用改質器の製造方法について，図１〜図３を用いて説明する。
本例の燃料電池用改質器４は，図１に示すごとく，炭化水素化合物を水素に改質する改質触媒を保持する触媒保持体３と，該触媒保持体３の外方を覆う金属シエル２と，上記触媒保持体３と金属シエル２との間に配置される保持シール材１とからなる。
【００２５】
そして，上記改質器を製造するに当っては，図１〜図３に示すごとく，まず，触媒保持体３を，保持シール材１により被覆する工程（図２ａ，ｂ）と，上記保持シール材１により被覆された触媒保持体３（図２ｂ）を，上記燃料電池用改質器における金属シエル２の製品内側径ｄよりも大きい初期内径Ｄを有するパイプ状の金属シエル２の中に挿入する工程（図２ｃ，ｄ，図３ａ）を行なう。
次に，上記金属シエル２における少なくとも上記触媒保持体３が位置する配設部分Ｌ（図３ｂ）に，スピニング加工を施して，該配設部分Ｌの初期内径Ｄを上記製品内側径ｄまで小さくする工程を行なう。
【００２６】
本例において，上記触媒保持体３は，セラミックの一種であるコーディエライト製である。触媒保持体３は，図１に示すごとく，多数のセル３１の集合体からなるモノリスのハニカム構造体である。上記セル３１は，断面６角形状の通路であり，ハニカム壁３３の間に形成されている。
そして，上記セル３１の間に，ガス状態の炭化水素化合物を通過させる。
この間に，炭化水素化合物は触媒作用によって水素を主成分とする改質ガスに改質される。
【００２７】
上記燃料電池用改質器４には，入口側に炭化水素化合物としてのメタノールを貯蔵した原料タンク９が入口パイプ９１を介して接続されている。一方，燃料電池用改質器４の出口側には水素を含む改質ガスを燃料電池５へ導出する出口パイプ９２が接続されている。なお，燃料電池５は，改質ガス中の水素を精製する装置を有する（図示略）。
【００２８】
また，燃料電池５には，上記水素と反応させて電池作用を惹起させるための酸素ガスを供給する。燃料電池５において得られた電気エネルギーは，例えば自動車走行用，車両電装品の駆動用などに用いるモータ５１に供給する。燃料電池５において，生じた水はリサイクル及び排水される。
また，上記燃料電池用改質器４において，上記金属シエル２は，入口パインプ９１に接続するフランジ部２８，出口パイプ９２に接続するフランジ部２９を有する。
また，上記触媒保持体には，触媒としての白金が担持されている。
【００２９】
次に，本例の燃料電池用改質器の製造方法について，具体的に説明する。
まず，７０重量％のアルミナ繊維と３０重量％のシリカ繊維とを混合し，ウェッブを形成する。ウェッブにニードルパンチング処理を施す。これにより，ウェッブ内の繊維同士に絡み合いが形成され，無機質繊維マットからなる保持シール材１が形成される。このときの保持シール材１の厚みは１２ｍｍであり，嵩密度は０．１ｇ／ｃｍ３である。
【００３０】
次に，図２（ａ）に示すごとく，保持シール材１に切断加工をして，長尺体とするとともに，その両端に，触媒保持体３の外周を巻回したときに互いに係合する凹部１１と凸部１２とを形成する。
また，図２（ｂ），（ｃ）に示すごとく，外径１３０ｍｍ，長さ１００ｍｍの触媒保持体３，及び初期内径Ｄが１５５ｍｍ，厚み１．５ｍｍ，長さ３００ｍｍのパイプ状の金属シエル２を準備する。
【００３１】
また，図２（ｂ）に示すごとく，触媒保持体３の外周を保持シール材１により巻回被覆して，凹部１１と凸部１２とを係合させる。そして，この状態で，図２（ｄ）に示すごとく，金属シエル２の中に挿入する。
即ち，触媒保持体３の軸方向外周に保持シール材１を被覆した状態（図２ｂ）で，これらを金属シエル２の中に挿入し，触媒保持体３と金属シエル２との間に保持シール材１を位置させる（図２ｄ，図３ａ）。
【００３２】
次に，図３（ａ）に示すごとく，触媒保持体３及び保持シール材１を挿入配置した上記金属シエル２の外周に，スピニング加工を施す。スピニング加工は，成形用ローラ６を，回転する金属シエル２の軸方向に移動させ，金属シエル２の半径方向に徐々に加圧することにより行う。これにより，図４（ｂ）に示すごとく，金属シエル２において触媒保持体３が位置する配設部分Ｌの初期の初期内径Ｄ（１５５ｍｍ）を製品内側径ｄ（１３８ｍｍ）にまで小さくする。
【００３３】
また，図１に示すごとく，触媒保持体３が位置していない両端部分は徐々に開口部に向けて狭くし，両末端にフランジ部２８，２９を設ける。
スピニング加工後の保持シール材１の厚みは約４ｍｍであり，充填密度は０．３ｇ／ｃｍ３である。
以上により，本例の燃料電池用改質器が得られる。
【００３４】
本例においては，保持シール材１により巻回した触媒保持体３を，上記製品内側径ｄよりも大きい初期内径Ｄの金属シエル２の中に挿入しているため，保持シール材１の配置を無理なく行うことができる。
また，挿入後は，スピニング加工により，金属シエル２の初期内径Ｄを所定の製品内側径ｄにまで小さくしている。そのため，金属シエル２内に挿入されている保持シール材１が触媒保持体３の内壁面によって圧縮される。これにより，保持シール材１は，触媒保持体３にある程度の面圧を与え，金属シエル２内に触媒保持体３を安定して保持することができる。
また，本例の燃料電池用改質器においては保持シール材１に，バインダを含浸させていないため，使用中にバインダーの燃焼が起きることはなく，その燃焼ガスが排出されることはない。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば，金属シエル内への触媒保持体及び保持シール材の装着作業がしやすく，バインダー燃焼ガスの発生がない，燃料電池用改質器及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１における燃料電池用改質器及びその周辺機器等の説明図。
【図２】実施形態例１における，燃料電池用改質器の製造方法を示す説明図（ａ）〜（ｄ）。
【図３】図２に続く，燃料電池用改質器の製造方法を示す説明図（ａ）〜（ｂ）。
【符号の説明】
１．．．保持シール材，
２．．．金属シエル，
３．．．触媒保持体，
４．．．燃料電池用改質器，
５．．．．燃料電池，
６．．．成形用ローラ，
【図１】
0004810721.tif 000002
【図２】
0004810721.tif 000003
【図３】
0004810721.tif 000004