(57)【要約】本発明の水素生成装置の製造方法は、内筒、外筒ならびに前記内筒及び外筒の間に配設されたスペーサーを有し、該スペーサーによって規定された流路に水及び原料が供給され、該流路が加熱されて、水蒸気を含む原料ガスが生成される水蒸発部と、触媒を有し、該触媒が加熱されて、前記水蒸気を含む原料ガスから水素を含む改質ガスが生成される改質部と、を備える、水素生成装置の製造方法の製造方法であって、前記内筒と外筒との筒間に前記スペーサーを配設する配設工程（Ｓ２）と、前記内筒を拡管して、前記スペーサーによって規定された流路を形成する拡管工程（Ｓ３）と、を有する。
2007125870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内筒、外筒ならびに前記内筒及び外筒の間に配設されたスペーサーを有し、該スペーサーによって規定された流路に水が供給され、該流路が加熱されて、水蒸気が生成される水蒸発部と、
改質触媒を有し、前記水蒸気及び原料が該改質触媒に流通することで水素を含む改質ガスが生成される改質部と、を備える、水素生成装置の製造方法であって、
前記内筒と外筒との間に前記スペーサーを配設する配設工程と、
前記内筒を拡管して、前記スペーサーによって規定された流路を形成する拡管工程と、を有する、水素生成装置の製造方法。
【請求項２】
前記スペーサーが、らせん状の棒材であり、前記内筒と外筒との間にらせん状の流路が形成される、請求項１に記載の水素生成装置の製造方法。
【請求項３】
前記棒材は、断面が円形又は楕円形の棒である、請求項２に記載の水素生成装置の製造方法。
【請求項４】
前記スペーサーによって規定された前記流路の断面積が、該流路の上流側より下流側の方が大きくなっている、請求項１に記載の水素生成装置の製造方法。
【請求項５】
前記配設工程は、前記外筒の内周面に前記スペーサーを仮設する第１工程と、
前記第１工程の後に前記スペーサーの内周側に前記内筒を配置する第２工程と、を有する、請求項１に記載の水素生成装置の製造方法。
【請求項６】
前記配設工程は、前記内筒の外周面に前記スペーサーを仮設する第１工程と、
前記第１工程の後に前記スペーサーの外周側に前記外筒を配置する第２工程と、を有する、請求項１に記載の水素生成装置の製造方法。
【請求項７】
前記内筒の材質が前記外筒の材質に比べて延伸性に富んでいる、請求項１に記載の水素生成装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、水素生成装置の製造方法に関する。特に、内筒、外筒ならびに前記内筒及び外筒の間に配設されたスペーサーを有する、水素生成装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  燃料電池発電装置用の水素生成装置としては、天然ガス、ＬＰＧ、ガソリン、ナフサ、灯油またはメタノール等の炭化水素化合物である原料を、水蒸気を用いて改質し、水素主体の改質ガスを生成する水素生成装置が一般的に用いられている。【０００３】  この水素生成装置は、水を蒸発させる水蒸発部、及び水蒸発と原料ガスとを６００〜８００℃程度の高温で反応させて改質ガスを生成する改質部を有して構成されている。【０００４】  水素生成装置は、一般的に、内筒、外筒ならびに前記内筒及び外筒の間に配設されたスペーサーを有し、該スペーサーによって規定された流路に水及び原料が供給され、該流路が加熱されて、水蒸気を含む原料ガスが生成される水蒸発部と、触媒を有し、該触媒が加熱されて、前記水蒸気を含む原料ガスから水素を含む改質ガスが生成される改質部と、を備えている。【０００５】  特許文献１の（実施の形態２）及び［図１］には、水または水蒸気の流路がスペーサーによって構成された水蒸発部が開示されている。流路の構成によって、水が水蒸発部に滞留している時間が長くなる。また、流路がらせん状に構成されることによって、滞留する水の周方向の分布が均一化される。したがって、燃焼ガスから水への伝熱量が増えるため、水蒸気改質反応に供される水蒸気量を増大させることができる。つまり、原料の転化率を高めることができ、改質ガス中の水素量を増大させることができる。
【特許文献１】特開２００３−２５２６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  ところで、外筒と内筒との間に配設されるスペーサーは内筒及び外筒の両者に接合させるとより効果的である。すなわち、内筒あるいは外筒とスペーサーとの間に間隙があると、水が流路から脱漏してしまい、水の水蒸発部における滞在時間が短くなる。また、流路がらせん状に構成されている場合には、周方向の温度分布が不均一となり、水蒸気量の増大が抑制されてしまう。【０００７】  他方で、スペーサーが接合された一方の筒を他方の筒に圧入するという方法も考えられるが、外筒及び内筒と流路規定部材との間の間隙を完全に塞ぐことは困難であった。【０００８】  また、内筒及び外筒の二重筒間の空間は狭いので、溶接あるいはロウ付けといった接合手段によってスペーサーと筒壁との間を気密的に接合する作業は困難であった。また、仮に作業性の困難を克服したとしても、ロウ付けあるいは溶接といった接合手段は、接合部への加熱を要するので、熱影響による変形が内筒あるいは外筒に生じ、水素生成装置の製作精度が低下するという問題が残る。また、溶接あるいはロウ付けにはコストと労力とがかかり量産性の面からも改善の余地が残る。【０００９】  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、量産性に優れた水素生成装置の製造方法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】
【００１０】  上記課題を解決するために、第１の本発明の水素生成装置の製造方法は、内筒、外筒ならびに前記内筒及び外筒の間に配設されたスペーサーを有し、該スペーサーによって規定された流路に水及び原料が供給され、該流路が加熱されて、水蒸気を含む原料ガスが生成される水蒸発部と、
触媒を有し、該触媒が加熱されて、前記水蒸気を含む原料ガスから水素を含む改質ガスが生成される改質部と、を備える、水素生成装置の製造方法の製造方法であって、
前記内筒と外筒との間に前記スペーサーを配設する配設工程と、
前記内筒を拡管して、前記スペーサーによって規定された流路を形成する拡管工程と、を有する。このように構成すると、水素生成装置の生産方法の量産性を向上させることができる。【００１１】  第２の本発明の水素生成装置の製造方法は、前記スペーサーが、らせん状の棒材であり、前記内筒と外筒との間にらせん状の流路が形成されるとよい。このように構成すると、水蒸発部の周方向の温度の不均一性を抑制することができる。【００１２】  第３の本発明の水素生成装置の製造方法は、前記棒材は、断面が円形又は楕円形の棒であるとよい。このように構成すると、外筒及び内筒の損傷を抑制することができる。【００１３】  第４の本発明の水素生成装置の製造方法は、前記スペーサーによって規定された前記流路の断面積が、該流路の上流側より下流側の方が大きくなっているとよい。このように構成すると、水の蒸発による圧力変動の影響を緩和することができる。【００１４】  第５の本発明の水素生成装置の製造方法は、前記配設工程は、前記外筒の内周面に前記スペーサーを仮設する第１工程と、
前記第１工程の後に前記スペーサーの内周側に前記内筒を配置する第２工程と、を有するとよい。このように構成すると、第３工程をより容易、かつ第３工程における損傷の発生を抑制することができる。【００１５】  第６の本発明の水素生成装置の製造方法は、前記配設工程は、前記内筒の外周面に前記スペーサーを仮設する第１工程と、
前記第１工程の後に前記スペーサーの外周側に前記外筒を配置する第２工程と、を有するとよい。このように構成すると、第１工程Ｓ１を容易に実施することができる。【００１６】  第７の本発明の水素生成装置の製造方法は、前記内筒の材質が前記外筒の材質に比べて延伸性に富んでいるとよい。このように構成すると、第３工程Ｓ３において、棒材を外筒及び内筒の間により強い力で接合させることができる。
【発明の効果】
【００１７】  以上のように、本発明の水素生成装置の製造方法は、水素生成装置の製造方法の量産性を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施形態の水素生成装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、第１蒸発室の製造工程を示すフロー図である。
【図３】図３は、第１工程を模式的に示した断面図である。
【図４】図４は、第２工程を模式的に示した断面図である。
【図５】図５は、第３工程を模式的に示した断面図である。
【図６】図６は、第３工程の変形例１を模式的に示した断面図であって、拡管前の状態を示している。
【図７】図７は、図６の拡管後の状態を示した図である。
【図８】図８は、変形例２の第１工程を模式的に示した断面図である。
【図９】図９は、変形例２の第２工程を模式的に示した断面図である。
【図１０】図１０は、変形例２の第３工程を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００１９】１  改質部
２  水蒸発部
４  カバー
１０  改質室
１１  改質ガス流路
１２  燃焼ガス流路
１２Ａ  第１部分
１２Ｂ  第２部分
１２Ｃ  第３部分
１２Ｄ  第４部分
１３  断熱材
１５  燃焼ガス排出口
１６  バーナ
１７  燃焼室
１８  第１蒸発室
１９  原料入口
２０  水入口
２２  第２蒸発室
２６  連絡流路
２７  改質ガス排出口
２９  底壁
３０  流路
３１  棒材
５０  内周筒
５１  第１仕切り筒
５２  第２仕切り筒
５３  第３仕切り筒
５４  外周筒
６１  輻射筒
１００  水素生成装置
１０１  燃料電池
１０３  台
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】  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。【００２１】  （実施形態）
図１は、本発明の実施形態の水素生成装置の構成を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の水素生成装置１００は、円柱体の改質部１と、改質部１の外周側に配設される円筒状の水蒸発部２と、改質部１と水蒸発部２との間に配設される円筒状の断熱壁１３と、改質部１及び水蒸発部２の上方を覆うカバー４と、を有して構成される。改質部１と水蒸発部２とは底壁２９を共有して構成されている。【００２２】  改質部１は、燃焼ガスを発生するバーナ１６が底壁２９の中心に配設され、バーナ１６に覆い被さるようにして有蓋円筒状の改質室１０が配設されて、構成されている。【００２３】  改質室１０は、バーナ１６と同軸上に配設されている。燃焼室１７は、改質室１０の蓋部下面及び内周面と、バーナ１６を有する底面とによって区画されて形成されている。燃焼室１７には円筒状の輻射体６１がバーナ１６と同軸上に配設されている。輻射体６１と改質室１０の内周面との間に形成された筒状の空間には、燃焼ガス流路１２の第１部分１２Ａが構成されている。このような構成によって、燃焼室１７で発生した燃焼熱を、効率的に改質室１０に輻射することができる。また、燃焼室１７から流出する燃焼ガスの保有熱を効率的に改質室１０に伝達することができる。【００２４】  改質室１０には、水蒸気改質触媒が充填されている触媒層が収容されている。改質室１０の蓋部中央には水蒸発部２上部から延びる連絡流路２６が接続されている。このような構成によって、水蒸発部２から連絡流路２６を経由して供給される水蒸気を含む原料ガスは、改質室１０内上部に導かれ、改質室１０内を下方へと流通する。そして、水蒸気を含む原料ガスは、改質室１０内において、燃焼室からの加熱による触媒作用によって水蒸気改質反応を起こし、水素を含む改質ガスが生成される。【００２５】  また、改質室１０の外周面には改質ガス流路１１が形成されている。改質ガス流路１１は、改質室１０の下端から外周面に沿って改質室１０の上端まで延び、さらに改質ガス排出口２７にまで延びて形成されている。このような構成によって、改質室１０において生成された改質ガスは、改質室１０下端から改質ガス流路１１を経由して、改質ガス排出口２７から水素生成装置１００の外部へと排出される。【００２６】  一方、改質室１０の下方から外周側及び上方にかけて燃焼ガス流路１２の第２部分１２Ｂが形成されている。燃焼ガス流路の第２部分１２Ｂは、バーナ１６を有する底壁２９と改質室１０の底面との間隙から、改質ガス流路１１の外周に沿って改質室１０の上端まで延び、断熱壁１３の上方から断熱壁１３の外側の水蒸発部２へと延びて形成されている。このような構成によって、燃焼ガスは、改質ガス流路１１内の改質ガスの温度低下を抑制し、水蒸発部２の熱源として利用される。そして、燃焼ガスは水蒸発部２を経由した後、改質部１及び水蒸発部２の上方のカバー４内に進入し、カバー４に形成された燃焼ガス排出口１５から水素生成装置１００の外部へと排出される。【００２７】  水蒸発部２は、外周上部に原料入口１９及び水入口２０が形成され、内周上部に燃焼ガス流路の第２部分１２Ｂが接続されている。【００２８】  水蒸発部２は、外周筒５４及び内周筒５０の���に第１仕切り筒５１、第２仕切り筒５２及び第３仕切り筒５３を有する、多重筒構造を有している。【００２９】  外周筒５４は、水素生成装置１００の外周面を形成している。外周筒５４の下端には、水素生成装置１００の底部を構成する底壁２９が形成されている。そして、外周筒５４の上端には、水素生成装置１００の蓋部を構成するカバー４が形成されている。外周筒５４の上部には、原料入口１９及び水入口２０が形成されている。【００３０】  内周筒５０は、断熱壁１３の外周に沿って形成されており、下端が底板２９の縁部に全周に及んで接合されて、上端は断熱壁１３の上端付近まで延びている。なお、断熱壁１３が、気密性のある材料である場合には、内周筒５０を不要とすることもできる。【００３１】  第１仕切り筒５１は、内周筒５０の外周側に配設され、内周筒５０との間に燃焼ガス室流路の第３部分１２Ｃが形成されている。第１仕切り筒５１の上端は、内周側に延びて、改質室１０の上端に全周に及んで接合している。第１仕切り筒５１の下端は、底壁２９と少なくとも一部が離隔している。このような構成によって、改質室１０の上端まで延びた燃焼ガス流路１２の第２部分１２Ｂが断熱壁１３の上方から燃焼ガス流路の第３部分１２Ｃに接続されている。すなわち、燃焼ガスは燃焼ガス流路の第３部分１２Ｃ内を上方から下方へと流通し、第１仕切り筒５１の下端から外周側へと流出するようになる。【００３２】  第２仕切り筒５２は、第１仕切り筒５１の外周側に配設され、第１仕切り筒５１との間に燃焼ガス流路の第４部分１２Ｄが形成されている。燃焼ガス流路の第４部分１２Ｄの上端は開放されている。ここでは、第２仕切り筒５２の上端は、外周側に延びて、外周筒５４に全周に及んで接合している。第２仕切り筒５２の下端は、底壁２９に全周に及んで接合している。このような構成によって、第１仕切り筒５１の下端まで延びた燃焼ガス流路１２が燃焼ガス流路の第３部分１２Ｃに接続されている。すなわち、第１仕切り筒５１の下端から流出してくる燃焼ガスは、第２燃焼ガス室６１内を下方から上方へと流通し、第２仕切り筒５２の上端からカバー４内の空間へ流出する。【００３３】  第３仕切り筒５３は、外周筒５４と第２仕切り筒５２の間に配設され、外周筒５４との間に第１蒸発室１８が形成され、第２仕切り筒５２との間に第２蒸発室２２が形成されている。第１水蒸発室１８及び第２水蒸発室２２の上端は封止されている。ここでは、第２仕切り筒５２の上端は、外周側に延びて、外周筒５４に全周に及んで接合している。第２仕切り筒５２の下端は、底壁２９に全周に及んで接合している。また、第３仕切り筒５３の上端は、外周側に延びてして、外周筒５４に全周に及んで接合している。第３仕切り筒５３の下端は、底壁２９と少なくとも一部が離隔している。このような構成によって、原料入口１９及び水入口２０から供給される流体が、第１蒸発室１８内を下方に流通し、第３仕切り筒５３の下端から第２蒸発室２２の下端へと流通する原料ガス流路が形成される。【００３４】  また、第２蒸発室２２の上部には、改質室１０の蓋部中央に接合して延びる連絡流路２６が形成されている。連絡流路２６はダクト状あるいは筒状の部材によって構成され���いる。このような構造によって、原料ガスは、第２蒸発室２２の下端から上方へと流通し、連絡流路２６から改質室１０の上部へと流通する。【００３５】  なお、第２仕切り筒５２は、第２蒸発室２２と燃焼ガス流路の第４部分１２Ｄとの隔壁となり、燃焼ガスの余熱が、第１蒸発室１８及び第２蒸発室２２に伝熱される。【００３６】  ここで、第１蒸発室１８には、棒材（スペーサー）３１が、外周筒５４及び第３仕切り筒５３の双方に接合して配設されている。この棒材３１の配設によって、第１蒸発室１８内の原料と水の流路３０が形成されている。また、流路３０の形成によって、原料と水とが第１蒸発室１８に滞在する時間を延長させることができるので、燃焼ガスから原料と水への伝熱量が増え、より効率的に水を蒸発させることができる。【００３７】  また、棒材３１はらせん状の棒材である。したがって、第１蒸発室１８内の原料と水との流路３０がらせん状に構成される。このような構成によって、滞留する原料と水との周方向の分布の不均一性が抑制される。【００３８】  また、流路３０の断面積は、上流側より下流側で大きくなっている。流路３０の下流部分では、水が水蒸気に変わり体積が膨張して流路圧損が大きくなる。流路圧損が大きくなると、水を供給するための水供給器の出力が影響を受けて水の供給量が不安定になり、改質器での水素生成量が変動してしまう。あるいは、流路圧損の増大に伴って、水の供給量が減少すると、改質器で水蒸気改質が十分に行えなくなり、原料中の炭素が析出して流路閉塞を起こし、運転が継続できない状態になる可能性もある。【００３９】  そこで、流路３０の断面積が、上流側より下流側の方を大きくすることにより、水の蒸発による流路３０における圧力変動の影響を緩和することができる。【００４０】  棒材３１の断面は円形、楕円形、多角形のいずれでもよい。【００４１】  また、第２蒸発室２２内にも、らせん状の棒材を配設してもよい。このような構成によって、第２蒸発室２２内を通過する水蒸気の滞留時間を長くすることができるので、原料の温度をより高くすることができる。【００４２】  以上のように構成された本実施形態の水素生成装置１００の動作を説明する。【００４３】  バーナ１６で生じた燃焼ガスは、改質室１０、改質ガス流路１１、燃焼ガス流路１２を順次加熱しながら、カバー４内に流出し、燃焼ガス排出口１５から水素生成装置１００の外部へ排出される。【００４４】  水Ｙが水入口２０から供給され、原料Ｘが原料入口１９から供給される。原料Ｘ及び水Ｙは第１蒸発室１８及び第２蒸発室内を流通し、燃焼ガス流路の第３及び第４部分１２Ｃ、１２Ｄからの伝熱によって、水が気化して水蒸気を含む原料ガスが生成される。また、原料が液体である場合は原料も気化する。ここで水入口２０は、第１蒸発室１８、すなわち、外周筒５４のできる限り上方に設けられていることが望ましい。このようにすると、水Ｙの第１蒸発室１８内滞留時間が長くなるので、より効率的に蒸気を生成することができる。また、第１蒸発室１８内には液相の水と飽和水蒸気とが流れているので、水素生成装置１００の外周面の温度、すなわち外周筒５４の温度はおよそ１００℃以下に低温化することができる。そして、��素生成装置１００周囲への放熱量を小さくすることができるので、水素生成装置１００の熱効率が向上する。【００４５】  水蒸発部２で生成された水蒸気を含む原料ガスは、第２蒸発室２２から連絡流路２６を経由して改質室１０に供給される。改質室１０において、水蒸気改質触媒の触媒作用による水蒸気改質反応によって原料ガスは水素を含む改質ガスに改質される。なお、この水蒸気改質反応は７００℃程度の高温で生じる吸熱反応であり、輻射筒６１からの輻射熱及び燃焼ガスからの伝熱を利用して行われる。このようにして生成された改質ガスは改質ガス流路１１を通過して改質ガス排出口２７から外部へ排出される。【００４６】  水素生成装置１００から排出された改質ガスは、さらに一酸化炭素濃度が低減されて、アノードガスとして燃料電池１０１に供給される。なお、一酸化炭素の低減には、一般的には変成反応や一酸化炭素選択酸化反応が利用される。【００４７】  ここで、水素生成装置１００の製造方法のうち、本発明の特徴である第１蒸発室１８の製造方法を説明する。【００４８】  なお、第１蒸発室１８の製造方法において、外周筒５４が外筒に相当し、第３仕切り筒５３が内筒に相当する。【００４９】  図２は、第１蒸発室の製造工程を示すフロー図である。【００５０】  第１工程Ｓ１では、棒材３１を所定の位置に仮設する。【００５１】  図３は、第１工程を模式的に示した断面図である。【００５２】  なお、図３乃至図１０においては、便宜的に流路３０の断面積が均一な状態で示している。棒材３１のらせん間隔を調節することによって、流路３０の断面積が上流側より下流側で大きくなっている状態で本製造方法を実施できる。【００５３】  図３に示すように、ここでは、外周筒５４の内径にほぼ一致する外径を有するらせん状に屈曲している棒材３１が予め用意される。そして、棒材３１が、外周筒（外筒）５４の中に挿入され、外周筒５４の内周面にらせん状に仮設される。ここでは、棒材３１の全長において数カ所がスポット溶接または点付け溶接によって外周筒５４の内周面に接合されている。接合は、らせん状棒材３１の１周ごとに１箇所行うことが接合の確実性と加工の容易性を両立させる上で合理的である。また拡管後の応力の分布も均一になるので理想的である。図中、符号２０１は外周筒５４の中心軸を示す。【００５４】  第２工程Ｓ２では、第３仕切り筒（内筒）５３と外周筒（外筒）５４とを同軸上の二重筒状に配置する。【００５５】  図４は、第２工程を模式的に示した断面図である。【００５６】  図４に示すように、第３仕切り筒５３が棒材３１を有する外周筒５４の内周側に配置される。第３仕切り筒５３と外周筒５４とは台１０３に支持されて配置される。また、第３仕切り筒５３と外周筒５４とは同軸上（中心軸２０１上）に位置するように配置される。【００５７】  第１工程Ｓ１及び第２工程Ｓ２によって、第３仕切り筒５３と外周筒５４との間に棒材３１が配設される。すなわち、第１工程Ｓ１及び第２工程Ｓ２によって配設工程が構成される。【００５８】  第３工程（拡管工程）Ｓ３では、第３仕切り筒（内筒）５３が拡管される。【００５９】  図５は、第３工程を模式的に示した断面図である。【００６０】  図５に示すように、第３仕切り筒５３が拡管具Ｅによって内側から押圧されて拡管される。【００６１】  ここでは、拡管具Ｅは円錐台形の先端を有する。そして、拡管具Ｅの先端が第３仕切り筒５３の中心軸２０１上を円錐台頂上を前にして移動して、第３仕切り筒５３内に進入し、それによって第３仕切り筒５３が拡管される。【００６２】  拡管具Ｅの円錐台の底面径は、棒材３１が外周筒５４と第３仕切り筒５３との両者に接合した状態において、第３仕切り筒５３の筒内径とほぼ一致する寸法となっている。具体的には、第３工程の試験的実施によって好適な寸法が見出される。すなわち、棒材３１が外周筒５４と第３仕切り筒５３との隙間が埋まる程度にまで接合するような拡管具Ｅの寸法が好適である。【００６３】  第３工程Ｓ３によって、第１蒸発室１８内にらせん状の流路が形成される。【００６４】  また、拡管具Ｅは第３仕切り筒５３の円形断面を維持したまま、ほぼ均等に筒径を拡幅させる。したがって、外周筒５４及び第３仕切り筒５３の全周方向において確実に棒材３１と接合させることができる。すなわち、らせん状の流路からの流体の脱漏が抑制される。【００６５】  ここで、第１工程Ｓ１において、棒材３１は先に外筒５４の内側に配設することによって、第３工程Ｓ３を、つまり、内筒５３の拡管作業を、容易にすることができる。つまり、棒材３１を内筒に配設する場合（変形例２参照）に比べて、内筒５３の変形量を小さくすることができるので、第３工程Ｓ３における消費エネルギーを小さくすることができ、かつ変形に伴う棒材３１の損傷（割れ）の発生を回避することができる。【００６６】  また、内筒５３及び外筒５４には剛性の異なる材質を用い、内筒５３には外筒５４に比べて延伸性に富む材料を用いると良い。例えば、内筒５３及び外筒５４をステンレス鋼で構成する場合、内筒５３には延伸性に富むオーステナイト系ステンレス鋼を用い、外筒５４には内筒５３に比べて剛性の高いオーステナイト系ステンレス鋼に比べ安価なフェライト系ステンレスを用いるとよい。これによって、第３工程Ｓ３において、外筒５４の内筒５３への反力が大きくなるので、棒材３１を外筒５４及び内筒５３の間により強い力で接合させることができる。【００６７】  さらに、第３工程は、溶接作業やロウ付け作業に比べて容易であるので、量産性に優れている。【００６８】  なお、棒材３１の断面は円形あるいは楕円形が好適である。このように構成すると、棒材３１は外周筒５４及び第３仕切り筒５３との圧接面に角部を有さないので、外周筒５４及び第３仕切り筒５３の筒壁の応力集中が抑制され、外周筒５４及び第３仕切り筒５３の損傷を抑制することができる。【００６９】  また、台１０３は、第３工程Ｓ３の途上において撤去される。これによって、拡管具Ｅと台１０３との干渉が防止され、拡管具Ｅは第３仕切り筒５３を貫通することができる。【００７０】  そして、順不同に、第３仕切り筒５３及び外周筒５４の上端側が全周に及んで接合される工程と、外周筒５４の下端側が全周に及んで底壁２９に接合される工程と、外周筒５４の上部には原料入口１９及び水入口２０が形成される工程とが行われて、第１蒸発室１８が形成される。【００７１】  ［変形例１］
本変形例は、第３工程において、拡管具Ｅと第３仕切り筒５３との間に割り子金型Ｋを介在させたものである。【００７２】  図６は、第３工程の変形例１を模式的に示した断面図であって、拡管前の状態を示している。図７は、図６の拡管後の状態を示した図である。【００７３】  図６に示すように、割り子金型（以下、単に金型という）Ｋは、所定数の分割片（割り子）で構成されている。これらの分割片は、所定の円周上に周方向に所定の間隔で配置された状態で、その全体（その包絡面）が円筒形状を成すように形成されている。この円筒形状においては、外径が第３仕切り筒５３の内径とほぼ同じであり、かつ内面が拡管具Ｅの円錐面と同じテーパの逆円錐状を成している。【００７４】  第２工程Ｓ２において、金型Ｋの前記所定数の分割片が、外周筒５４及び第３仕切り筒５３と共に台１０３上に配置される（図６参照）。また、金型Ｋは、第３仕切り筒５３の内周面に接しかつ周方向において前記所定の間隔を有するように配置される。【００７５】  次いで、第３工程Ｓ３において、図６に示すように、金型Ｋ（所定数の分割片）の中に拡管具Ｅが進入する。そして、図７に示すように、拡管具Ｅの円錐面が金型Ｋの各分割片の内面に接触する。拡管具Ｅは、この円錐面を各分割片の内面を押圧して、金型Ｋを外周方向に押し出しながら進む。これにより、仕切り筒５３が拡管される。本変形例よれば、より広い面において金型Ｋが第３仕切り筒５３を押圧するので、第３仕切り筒５３をより迅速に拡管することができる。【００７６】  ［変形例２］
第１工程Ｓ１において、棒材３１を第３仕切り筒５３の外周面に配設することもできる。【００７７】  図８は、変形例２の第１工程を模式的に示した断面図である。【００７８】  図８に示すように、第３仕切り筒５３の外径にほぼ一致する外径を有するらせん状に屈曲している棒材３１が予め用意される。そして、棒材３１が、仕切り筒５３の外周面にらせん状に仮設される。ここでは、棒材３１の全長において数カ所がスポット溶接または点付け溶接によって第３仕切り筒５３の外周面に接合されている。これによって、第１工程Ｓ１において棒材３１への接近が容易になるので、第１工程Ｓ１を容易に実施することができる。【００７９】  図９は、変形例２の第２工程を模式的に示した断面図である。【００８０】  図９に示すように、外周筒５４が棒材３１を有する第３仕切り筒５３の外周側に配置される。第３仕切り筒５３と外周筒５４とは台１０３に支持されて配置される。また、第３仕切り筒５３と外周筒５４とは同軸上（中心軸２０１上）に位置するように配置される。【００８１】  図１０は、変形例２の第３工程を模式的に示した断面図である。【００８２】  図１０に示すように、第３仕切り筒５３が、拡管具Ｅによって、内側から押圧されて拡管され、棒材３１もらせん径を拡大するように変形される。そして、棒材３１が外周筒５４と第３仕切り筒５３とに接合する。ここで、棒材３１は、外周筒５４及び第３仕切り筒５３に接合して支持されるので、拡管時に仮設用のスポット溶接または点付け溶接が外れても構わない。【００８３】  なお、この方法は、延伸性に富む（伸び率が大きい）材料を棒材３１に用いた場合に特に有効である。【００８４】  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、本発明の水素生成装置は、第２蒸発室２２内にも、第１蒸発室１８と同様にして、らせん状の流路を構成することができる。【００８５】  すなわち、第２蒸発室２２の製造方法において、第３仕切り筒５３が外筒に相当し、第２仕切り筒５２が内筒に相当する。【００８６】  具体的には、外周側の第１蒸発室１８にらせん状の流路が構成された後に、第１工程Ｓ１として、らせん状の棒材が、第３仕切り筒５３の内周面あるいは第２仕切り筒５２の外周面に仮設される。【００８７】  そして、第２工程Ｓ２として、第３仕切り筒５３の内周側に第２仕切り筒５２が配置される。【００８８】  そして、第２仕切り筒５２が拡管されて、第２蒸発室２２にらせん状の流路が形成される。【００８９】  また、上述の実施形態では、水蒸発部２である第１蒸発室１８において原料及び水が供給されて、改質部１へと流通するようにと構成されている。すなわち、水蒸発部においては水及び原料が気化して水蒸気含む原料ガスが生成される。これに対して、原料が水蒸発部２を経由せずに、他の経路を経て改質部１に流通するように構成することもできる。この場合、第１蒸発室１８には水のみが供給されるように構成される。すなわち、水蒸発部においては水が気化して水蒸気が生成される。
【産業上の利用可能性】
【００９０】  本発明は、量産性を向上させることができる水素生成装置の製造方法として有用である。
【図１】
2007125870.tif 000003
【図２】
2007125870.tif 000004
【図３】
2007125870.tif 000005
【図４】
2007125870.tif 000006
【図５】
2007125870.tif 000007
【図６】
2007125870.tif 000008
【図７】
2007125870.tif 000009
【図８】
2007125870.tif 000010
【図９】
2007125870.tif 000011
【図１０】
2007125870.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成19年7月4日(2007.7.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内筒、外筒ならびに前記内筒及び外筒の間に配設されたスペーサーを有し、該スペーサーによって規定された流路に水が供給され、該流路が加熱されて、水蒸気が生成される水蒸発部と、
改質触媒を有し、前記水蒸気及び原料が該改質触媒に流通することで水素を含む改質ガスが生成される改質部と、を備える、水素生成装置の製造方法であって、
前記内筒と外筒との間に前記スペーサーを配設する配設工程と、
前記内筒を拡管して、前記スペーサーによって規定された流路を形成する拡管工程と、を有する、水素生成装置の製造方法。
【請求項２】
前記スペーサーが、らせん状の棒材であり、前記内筒と外筒との間にらせん状の流路が形成される、請求項１に記載の水素生成装置の製造方法。
【請求項３】
前記棒材は、断面が円形又は楕円形の棒である、請求項２に記載の水素生成装置の製造方法。
【請求項４】
前記スペーサーによって規定された前記流路の断面積が、該流路の上流側より下流側の方が大きくなっている、請求項１に記載の水素生成装置の製造方法。
【請求項５】
前記配設工程は、前記外筒の内周面に前記スペーサーを仮設する第１工程と、
前記第１工程の後に前記スペーサーの内周側に前記内筒を配置する第２工程と、を有する、請求項１に記載の水素生成装置の製造方法。
【請求項６】
前記配設工程は、前記内筒の外周面に前記スペーサーを仮設する第１工程と、
前記第１工程の後に前記スペーサーの外周側に前記外筒を配置する第２工程と、を有する、請求項１に記載の水素生成装置の製造方法。
【請求項７】
前記内筒の材質が前記外筒の材質に比べて延伸性に富んでいる、請求項１に記載の水素生成装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素生成装置の製造方法に関する。特に、内筒、外筒ならびに前記内筒及び外筒の間に配設されたスペーサーを有する、水素生成装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電装置用の水素生成装置としては、天然ガス、LPG、ガソリン、ナフサ、灯油またはメタノール等の炭化水素化合物である原料を、水蒸気を用いて改質し、水素主体の改質ガスを生成する水素生成装置が一般的に用いられている。
【０００３】
この水素生成装置は、水を蒸発させる水蒸発部、及び水蒸発と原料ガスとを６００〜８００℃程度の高温で反応させて改質ガスを生成する改質部を有して構成されている。
【０００４】
水素生成装置は、一般的に、内筒、外筒ならびに前記内筒及び外筒の間に配設されたスペーサーを有し、該スペーサーによって規定された流路に水及び原料が供給され、該流路が加熱されて、水蒸気を含む原料ガスが生成される水蒸発部と、触媒を有し、該触媒が加熱されて、前記水蒸気を含む原料ガスから水素を含む改質ガスが生成される改質部と、を備えている。
【０００５】
特許文献１の（実施の形態２）及び［図１］には、水または水蒸気の流路がスペーサーによって構成された水蒸発部が開示されている。流路の構成によって、水が水蒸発部に滞留している時間が長くなる。また、流路がらせん状に構成されることによって、滞留する水の周方向の分布が均一化される。したがって、燃焼ガスから水への伝熱量が増えるため、水蒸気改質反応に供される水蒸気量を増大させることができる。つまり、原料の転化率を高めることができ、改質ガス中の水素量を増大させることができる。
【特許文献１】特開２００３−２５２６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、外筒と内筒との間に配設されるスペーサーは内筒及び外筒の両者に接合させるとより効果的である。すなわち、内筒あるいは外筒とスペーサーとの間に間隙があると、水が流路から脱漏してしまい、水の水蒸発部における滞在時間が短くなる。また、流路がらせん状に構成されている場合には、周方向の温度分布が不均一となり、水蒸気量の増大が抑制されてしまう。
【０００７】
他方で、スペーサーが接合された一方の筒を他方の筒に圧入するという方法も考えられるが、外筒及び内筒と流路規定部材との間の間隙を完全に塞ぐことは困難であった。
【０００８】
また、内筒及び外筒の二重筒間の空間は狭いので、溶接あるいはロウ付けといった接合手段によってスペーサーと筒壁との間を気密的に接合する作業は困難であった。また、仮に作業性の困難を克服したとしても、ロウ付けあるいは溶接といった接合手段は、接合部への加熱を要するので、熱影響による変形が内筒あるいは外筒に生じ、水素生成装置の製作精度が低下するという問題が残る。また、溶接あるいはロウ付けにはコストと労力とがかかり量産性の面からも改善の余地が残る。
【０００９】
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、量産性に優れた水素生成装置の製造方法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】
【００１０】
上記課題を解決するために、第１の本発明の水素生成装置の製造方法は、内筒、外筒ならびに前記内筒及び外筒の間に配設されたスペーサーを有し、該スペーサーによって規定された流路に水及び原料が供給され、該流路が加熱されて、水蒸気を含む原料ガスが生成される水蒸発部と、
触媒を有し、該触媒が加熱されて、前記水蒸気を含む原料ガスから水素を含む改質ガスが生成される改質部と、を備える、水素生成装置の製造方法の製造方法であって、
前記内筒と外筒との間に前記スペーサーを配設する配設工程と、
前記内筒を拡管して、前記スペーサーによって規定された流路を形成する拡管工程と、を有する。このように構成すると、水素生成装置の生産方法の量産性を向上させることができる。
【００１１】
第2の本発明の水素生成装置の製造方法は、前記スペーサーが、らせん状の棒材であり、前記内筒と外筒との間にらせん状の流路が形成されるとよい。このように構成すると、水蒸発部の周方向の温度の不均一性を抑制することができる。
【００１２】
第３の本発明の水素生成装置の製造方法は、前記棒材は、断面が円形又は楕円形の棒であるとよい。このように構成すると、外筒及び内筒の損傷を抑制することができる。
【００１３】
第４の本発明の水素生成装置の製造方法は、前記スペーサーによって規定された前記流路の断面積が、該流路の上流側より下流側の方が大きくなっているとよい。このように構成すると、水の蒸発による圧力変動の影響を緩和することができる。
【００１４】
第5の本発明の水素生成装置の製造方法は、前記配設工程は、前記外筒の内周面に前記スペーサーを仮設する第１工程と、
前記第１工程の後に前記スペーサーの内周側に前記内筒を配置する第２工程と、を有するとよい。このように構成すると、第３工程をより容易、かつ第３工程における損傷の発生を抑制することができる。
【００１５】
第６の本発明の水素生成装置の製造方法は、前記配設工程は、前記内筒の外周面に前記スペーサーを仮設する第１工程と、
前記第１工程の後に前記スペーサーの外周側に前記外筒を配置する第２工程と、を有するとよい。このように構成すると、第１工程Ｓ１を容易に実施することができる。
【００１６】
第７の本発明の水素生成装置の製造方法は、前記内筒の材質が前記外筒の材質に比べて延伸性に富んでいるとよい。このように構成すると、第３工程Ｓ３において、棒材を外筒及び内筒の間により強い力で接合させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明の水素生成装置の製造方法は、水素生成装置の製造方法の量産性を向上させる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】
【００１８】
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。
【００１９】
（実施形態）
図１は、本発明の実施形態の水素生成装置の構成を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の水素生成装置１００は、円柱体の改質部１と、改質部１の外周側に配設される円筒状の水蒸発部２と、改質部１と水蒸発部２との間に配設される円筒状の断熱壁１３と、改質部１及び水蒸発部２の上方を覆うカバー４と、を有して構成される。改質部１と水蒸発部２とは底壁２９を共有して構成されている。
【００２０】
改質部１は、燃焼ガスを発生するバーナ１６が底壁２９の中心に配設され、バーナ１６に覆い被さるようにして有蓋円筒状の改質室１０が配設されて、構成されている。
【００２１】
改質室１０は、バーナ１６と同軸上に配設されている。燃焼室１７は、改質室１０の蓋部下面及び内周面と、バーナ１６を有する底面とによって区画されて形成されている。燃焼室１７には円筒状の輻射体６１がバーナ１６と同軸上に配設されている。輻射体６１と改質室１０の内周面との間に形成された筒状の空間には、燃焼ガス流路１２の第１部分１２Ａが構成されている。このような構成によって、燃焼室１７で発生した燃焼熱を、効率的に改質室１０に輻射することができる。また、燃焼室１７から流出する燃焼ガスの保有熱を効率的に改質室１０に伝達することができる。
【００２２】
改質室１０には、水蒸気改質触媒が充填されている触媒層が収容されている。改質室１０の蓋部中央には水蒸発部２上部から延びる連絡流路２６が接続されている。このような構成によって、水蒸発部２から連絡流路２６を経由して供給される水蒸気を含む原料ガスは、改質室１０内上部に導かれ、改質室１０内を下方へと流通する。そして、水蒸気を含む原料ガスは、改質室１０内において、燃焼室からの加熱による触媒作用によって水蒸気改質反応を起こし、水素を含む改質ガスが生成される。
【００２３】
また、改質室１０の外周面には改質ガス流路１１が形成されている。改質ガス流路１１は、改質室１０の下端から外周面に沿って改質室１０の上端まで延び、さらに改質ガス排出口２７にまで延びて形成されている。このような構成によって、改質室１０において生成された改質ガスは、改質室１０下端から改質ガス流路１１を経由して、改質ガス排出口２７から水素生成装置１００の外部へと排出される。
【００２４】
一方、改質室１０の下方から外周側及び上方にかけて燃焼ガス流路１２の第２部分１２Ｂが形成されている。燃焼ガス流路の第２部分１２Ｂは、バーナ１６を有する底壁２９と改質室１０の底面との間隙から、改質ガス流路１１の外周に沿って改質室１０の上端まで延び、断熱壁１３の上方から断熱壁１３の外側の水蒸発部２へと延びて形成されている。このような構成によって、燃焼ガスは、改質ガス流路１１内の改質ガスの温度低下を抑制し、水蒸発部２の熱源として利用される。そして、燃焼ガスは水蒸発部２を経由した後、改質部１及び水蒸発部２の上方のカバー４内に進入し、カバー４に形成された燃焼ガス排出口１５から水素生成装置１００の外部へと排出される。
【００２５】
水蒸発部２は、外周上部に原料入口１９及び水入口２０が形成され、内周上部に燃焼ガス流路の第２部分１２Ｂが接続されている。
【００２６】
水蒸発部２は、外周筒５４及び内周筒５０の間に第１仕切り筒５１、第２仕切り筒５２及び第３仕切り筒５３を有する、多重筒構造を有している。
【００２７】
外周筒５４は、水素生成装置１００の外周面を形成している。外周筒５４の下端には、水素生成装置１００の底部を構成する底壁２９が形成されている。そして、外周筒５４の上端には、水素生成装置１００の蓋部を構成するカバー４が形成されている。外周筒５４の上部には、原料入口１９及び水入口２０が形成されている。
【００２８】
内周筒５０は、断熱壁１３の外周に沿って形成されており、下端が底板２９の縁部に全周に及んで接合されて、上端は断熱壁１３の上端付近まで延びている。なお、断熱壁１３が、気密性のある材料である場合には、内周筒５０を不要とすることもできる。
【００２９】
第１仕切り筒５１は、内周筒５０の外周側に配設され、内周筒５０との間に燃焼ガス室流路の第３部分１２Ｃが形成されている。第１仕切り筒５１の上端は、内周側に延びて、改質室１０の上端に全周に及んで接合している。第１仕切り筒５１の下端は、底壁２９と少なくとも一部が離隔している。このような構成によって、改質室１０の上端まで延びた燃焼ガス流路１２の第２部分１２Ｂが断熱壁１３の上方から燃焼ガス流路の第３部分１２Ｃに接続されている。すなわち、燃焼ガスは燃焼ガス流路の第３部分１２Ｃ内を上方から下方へと流通し、第１仕切り筒５１の下端から外周側へと流出するようになる。
【００３０】
第２仕切り筒５２は、第１仕切り筒５１の外周側に配設され、第１仕切り筒５１との間に燃焼ガス流路の第４部分１２Ｄが形成されている。燃焼ガス流路の第４部分１２Ｄの上端は開放されている。ここでは、第２仕切り筒５２の上端は、外周側に延びて、外周筒５４に全周に及んで接合している。第２仕切り筒５２の下端は、底壁２９に全周に及んで接合している。このような構成によって、第１仕切り筒５１の下端まで延びた燃焼ガス流路１２が燃焼ガス流路の第３部分１２Ｃに接続されている。すなわち、第１仕切り筒５１の下端から流出してくる燃焼ガスは、第２燃焼ガス室６１内を下方から上方へと流通し、第２仕切り筒５２の上端からカバー４内の空間へ流出する。
【００３１】
第３仕切り筒５３は、外周筒５４と第２仕切り筒５２の間に配設され、外周筒５４との間に第１蒸発室１８が形成され、第２仕切り筒５２との間に第２蒸発室２２が形成されている。第１水蒸発室１８及び第２水蒸発室２２の上端は封止されている。ここでは、第２仕切り筒５２の上端は、外周側に延びて、外周筒５４に全周に及んで接合している。第２仕切り筒５２の下端は、底壁２９に全周に及んで接合している。また、第３仕切り筒５３の上端は、外周側に延びてして、外周筒５４に全周に及んで接合している。第３仕切り筒５３の下端は、底壁２９と少なくとも一部が離隔している。このような構成によって、原料入口１９及び水入口２０から供給される流体が、第1蒸発室１８内を下方に流通し、第３仕切り筒５３の下端から第２蒸発室２２の下端へと流通する原料ガス流路が形成される。
【００３２】
また、第２蒸発室２２の上部には、改質室１０の蓋部中央に接合して延びる連絡流路２６が形成されている。連絡流路２６はダクト状あるいは筒状の部材によって構成されている。このような構造によって、原料ガスは、第２蒸発室２２の下端から上方へと流通し、連絡流路２６から改質室１０の上部へと流通する。
【００３３】
なお、第２仕切り筒５２は、第２蒸発室２２と燃焼ガス流路の第４部分１２Ｄとの隔壁となり、燃焼ガスの余熱が、第１蒸発室１８及び第２蒸発室２２に伝熱される。
【００３４】
ここで、第１蒸発室１８には、棒材（スペーサー）３１が、外周筒５４及び第３仕切り筒５３の双方に接合して配設されている。この棒材３１の配設によって、第１蒸発室１８内の原料と水の流路３０が形成されている。また、流路３０の形成によって、原料と水とが第１蒸発室１８に滞在する時間を延長させることができるので、燃焼ガスから原料と水への伝熱量が増え、より効率的に水を蒸発させることができる。
【００３５】
また、棒材３１はらせん状の棒材である。したがって、第１蒸発室１８内の原料と水との流路３０がらせん状に構成される。このような構成によって、滞留する原料と水との周方向の分布の不均一性が抑制される。
【００３６】
また、流路３０の断面積は、上流側より下流側で大きくなっている。流路３０の下流部分では、水が水蒸気に変わり体積が膨張して流路圧損が大きくなる。流路圧損が大きくなると、水を供給するための水供給器の出力が影響を受けて水の供給量が不安定になり、改質器での水素生成量が変動してしまう。あるいは、流路圧損の増大に伴って、水の供給量が減少すると、改質器で水蒸気改質が十分に行えなくなり、原料中の炭素が析出して流路閉塞を起こし、運転が継続できない状態になる可能性もある。
【００３７】
そこで、流路３０の断面積が、上流側より下流側の方を大きくすることにより、水の蒸発による流路３０における圧力変動の影響を緩和することができる。
【００３８】
棒材３１の断面は円形、楕円形、多角形のいずれでもよい。
【００３９】
また、第２蒸発室２２内にも、らせん状の棒材を配設してもよい。このような構成によって、第２蒸発室２２内を通過する水蒸気の滞留時間を長くすることができるので、原料の温度をより高くすることができる。
【００４０】
以上のように構成された本実施形態の水素生成装置１００の動作を説明する。
【００４１】
バーナ１６で生じた燃焼ガスは、改質室１０、改質ガス流路１１、燃焼ガス流路１２を順次加熱しながら、カバー４内に流出し、燃焼ガス排出口１５から水素生成装置１００の外部へ排出される。
【００４２】
水Ｙが水入口２０から供給され、原料Ｘが原料入口１９から供給される。原料Ｘ及び水Ｙは第１蒸発室１８及び第２蒸発室内を流通し、燃焼ガス流路の第３及び第４部分１２Ｃ、１２Ｄからの伝熱によって、水が気化して水蒸気を含む原料ガスが生成される。また、原料が液体である場合は原料も気化する。ここで水入口２０は、第１蒸発室１８、すなわち、外周筒５４のできる限り上方に設けられていることが望ましい。このようにすると、水Ｙの第１蒸発室１８内滞留時間が長くなるので、より効率的に蒸気を生成することができる。また、第１蒸発室１８内には液相の水と飽和水蒸気とが流れているので、水素生成装置１００の外周面の温度、すなわち外周筒５４の温度はおよそ１００℃以下に低温化することができる。そして、水素生成装置１００周囲への放熱量を小さくすることができるので、水素生成装置１００の熱効率が向上する。
【００４３】
水蒸発部２で生成された水蒸気を含む原料ガスは、第２蒸発室２２から連絡流路２６を経由して改質室１０に供給される。改質室１０において、水蒸気改質触媒の触媒作用による水蒸気改質反応によって原料ガスは水素を含む改質ガスに改質される。なお、この水蒸気改質反応は７００℃程度の高温で生じる吸熱反応であり、輻射筒６１からの輻射熱及び燃焼ガスからの伝熱を利用して行われる。このようにして生成された改質ガスは改質ガス流路１１を通過して改質ガス排出口２７から外部へ排出される。
【００４４】
水素生成装置１００から排出された改質ガスは、さらに一酸化炭素濃度が低減されて、アノードガスとして燃料電池１０１に供給される。なお、一酸化炭素の低減には、一般的には変成反応や一酸化炭素選択酸化反応が利用される。
【００４５】
ここで、水素生成装置１００の製造方法のうち、本発明の特徴である第１蒸発室１８の製造方法を説明する。
【００４６】
なお、第１蒸発室１８の製造方法において、外周筒５４が外筒に相当し、第３仕切り筒５３が内筒に相当する。
【００４７】
図２は、第１蒸発室の製造工程を示すフロー図である。
【００４８】
第１工程Ｓ１では、棒材３１を所定の位置に仮設する。
【００４９】
図３は、第１工程を模式的に示した断面図である。
【００５０】
なお、図３乃至図１０においては、便宜的に流路３０の断面積が均一な状態で示している。棒材３１のらせん間隔を調節することによって、流路３０の断面積が上流側より下流側で大きくなっている状態で本製造方法を実施できる。
【００５１】
図３に示すように、ここでは、外周筒５４の内径にほぼ一致する外径を有するらせん状に屈曲している棒材３１が予め用意される。そして、棒材３１が、外周筒（外筒）５４の中に挿入され、外周筒５４の内周面にらせん状に仮設される。ここでは、棒材３１の全長において数カ所がスポット溶接または点付け溶接によって外周筒５４の内周面に接合されている。接合は、らせん状棒材３１の１周ごとに1箇所行うことが接合の確実性と加工の容易性を両立させる上で合理的である。また拡管後の応力の分布も均一になるので理想的である。図中、符号２０１は外周筒５４の中心軸を示す。
【００５２】
第２工程Ｓ２では、第３仕切り筒（内筒）５３と外周筒（外筒）５４とを同軸上の二重筒状に配置する。
【００５３】
図４は、第２工程を模式的に示した断面図である。
【００５４】
図４に示すように、第３仕切り筒５３が棒材３１を有する外周筒５４の内周側に配置される。第３仕切り筒５３と外周筒５４とは台１０３に支持されて配置される。また、第３仕切り筒５３と外周筒５４とは同軸上（中心軸２０１上）に位置するように配置される。
【００５５】
第１工程Ｓ１及び第２工程Ｓ２によって、第３仕切り筒５３と外周筒５４との間に棒材３１が配設される。すなわち、第１工程Ｓ１及び第２工程Ｓ２によって配設工程が構成される。
【００５６】
第３工程（拡管工程）Ｓ３では、第３仕切り筒（内筒）５３が拡管される。
【００５７】
図５は、第３工程を模式的に示した断面図である。
【００５８】
図５に示すように、第３仕切り筒５３が拡管具Ｅによって内側から押圧されて拡管される。
【００５９】
ここでは、拡管具Ｅは円錐台形の先端を有する。そして、拡管具Ｅの先端が第３仕切り筒５３の中心軸２０１上を円錐台頂上を前にして移動して、第３仕切り筒５３内に進入し、それによって第３仕切り筒５３が拡管される。
【００６０】
拡管具Ｅの円錐台の底面径は、棒材３１が外周筒５４と第３仕切り筒５３との両者に接合した状態において、第３仕切り筒５３の筒内径とほぼ一致する寸法となっている。具体的には、第３工程の試験的実施によって好適な寸法が見出される。すなわち、棒材３１が外周筒５４と第３仕切り筒５３との隙間が埋まる程度にまで接合するような拡管具Ｅの寸法が好適である。
【００６１】
第３工程Ｓ３によって、第１蒸発室１８内にらせん状の流路が形成される。
【００６２】
また、拡管具Ｅは第３仕切り筒５３の円形断面を維持したまま、ほぼ均等に筒径を拡幅させる。したがって、外周筒５４及び第３仕切り筒５３の全周方向において確実に棒材３１と接合させることができる。すなわち、らせん状の流路からの流体の脱漏が抑制される。
【００６３】
ここで、第１工程Ｓ１において、棒材３１は先に外筒５４の内側に配設することによって、第３工程Ｓ３を、つまり、内筒５３の拡管作業を、容易にすることができる。つまり、棒材３１を内筒に配設する場合（変形例２参照）に比べて、内筒５３の変形量を小さくすることができるので、第３工程Ｓ３における消費エネルギーを小さくすることができ、かつ変形に伴う棒材３１の損傷（割れ）の発生を回避することができる。
【００６４】
また、内筒５３及び外筒５４には剛性の異なる材質を用い、内筒５３には外筒５４に比べて延伸性に富む材料を用いると良い。例えば、内筒５３及び外筒５４をステンレス鋼で構成する場合、内筒５３には延伸性に富むオーステナイト系ステンレス鋼を用い、外筒５４には内筒５３に比べて剛性の高いオーステナイト系ステンレス鋼に比べ安価なフェライト系ステンレスを用いるとよい。これによって、第３工程Ｓ３において、外筒５４の内筒５３への反力が大きくなるので、棒材３１を外筒５４及び内筒５３の間により強い力で接合させることができる。
【００６５】
さらに、第３工程は、溶接作業やロウ付け作業に比べて容易であるので、量産性に優れている。
【００６６】
なお、棒材３１の断面は円形あるいは楕円形が好適である。このように構成すると、棒材３１は外周筒５４及び第３仕切り筒５３との圧接面に角部を有さないので、外周筒５４及び第３仕切り筒５３の筒壁の応力集中が抑制され、外周筒５４及び第３仕切り筒５３の損傷を抑制することができる。
【００６７】
また、台１０３は、第３工程Ｓ３の途上において撤去される。これによって、拡管具Ｅと台１０３との干渉が防止され、拡管具Ｅは第３仕切り筒５３を貫通することができる。
【００６８】
そして、順不同に、第３仕切り筒５３及び外周筒５４の上端側が全周に及んで接合される工程と、外周筒５４の下端側が全周に及んで底壁２９に接合される工程と、外周筒５４の上部には原料入口１９及び水入口２０が形成される工程とが行われて、第１蒸発室１８が形成される。
【００６９】
［変形例１］
本変形例は、第３工程において、拡管具Ｅと第３仕切り筒５３との間に割り子金型Ｋを介在させたものである。
【００７０】
図６は、第３工程の変形例１を模式的に示した断面図であって、拡管前の状態を示している。図７は、図６の拡管後の状態を示した図である。
【００７１】
図６に示すように、割り子金型（以下、単に金型という）Ｋは、所定数の分割片（割り子）で構成されている。これらの分割片は、所定の円周上に周方向に所定の間隔で配置された状態で、その全体（その包絡面）が円筒形状を成すように形成されている。この円筒形状においては、外径が第３仕切り筒５３の内径とほぼ同じであり、かつ内面が拡管具Ｅの円錐面と同じテーパの逆円錐状を成している。
【００７２】
第２工程Ｓ２において、金型Ｋの前記所定数の分割片が、外周筒５４及び第３仕切り筒５３と共に台１０３上に配置される（図６参照）。また、金型Ｋは、第３仕切り筒５３の内周面に接しかつ周方向において前記所定の間隔を有するように配置される。
【００７３】
次いで、第３工程Ｓ３において、図６に示すように、金型Ｋ（所定数の分割片）の中に拡管具Ｅが進入する。そして、図７に示すように、拡管具Ｅの円錐面が金型Ｋの各分割片の内面に接触する。拡管具Ｅは、この円錐面を各分割片の内面を押圧して、金型Ｋを外周方向に押し出しながら進む。これにより、仕切り筒５３が拡管される。本変形例よれば、より広い面において金型Ｋが第３仕切り筒５３を押圧するので、第３仕切り筒５３をより迅速に拡管することができる。
【００７４】
［変形例２］
第１工程Ｓ１において、棒材３１を第３仕切り筒５３の外周面に配設することもできる。
【００７５】
図８は、変形例２の第１工程を模式的に示した断面図である。
【００７６】
図８に示すように、第３仕切り筒５３の外径にほぼ一致する外径を有するらせん状に屈曲している棒材３１が予め用意される。そして、棒材３１が、仕切り筒５３の外周面にらせん状に仮設される。ここでは、棒材３１の全長において数カ所がスポット溶接または点付け溶接によって第３仕切り筒５３の外周面に接合されている。これによって、第１工程Ｓ１において棒材３１への接近が容易になるので、第１工程Ｓ１を容易に実施することができる。
【００７７】
図９は、変形例２の第２工程を模式的に示した断面図である。
【００７８】
図９に示すように、外周筒５４が棒材３１を有する第３仕切り筒５３の外周側に配置される。第３仕切り筒５３と外周筒５４とは台１０３に支持されて配置される。また、第３仕切り筒５３と外周筒５４とは同軸上（中心軸２０１上）に位置するように配置される。
【００７９】
図１０は、変形例２の第３工程を模式的に示した断面図である。
【００８０】
図１０に示すように、第３仕切り筒５３が、拡管具Ｅによって、内側から押圧されて拡管され、棒材３１もらせん径を拡大するように変形される。そして、棒材３１が外周筒５４と第３仕切り筒５３とに接合する。ここで、棒材３１は、外周筒５４及び第３仕切り筒５３に接合して支持されるので、拡管時に仮設用のスポット溶接または点付け溶接が外れても構わない。
【００８１】
なお、この方法は、延伸性に富む（伸び率が大きい）材料を棒材３１に用いた場合に特に有効である。
【００８２】
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、本発明の水素生成装置は、第２蒸発室２２内にも、第１蒸発室１８と同様にして、らせん状の流路を構成することができる。
【００８３】
すなわち、第２蒸発室２２の製造方法において、第３仕切り筒５３が外筒に相当し、第２仕切り筒５２が内筒に相当する。
【００８４】
具体的には、外周側の第１蒸発室１８にらせん状の流路が構成された後に、第１工程Ｓ１として、らせん状の棒材が、第３仕切り筒５３の内周面あるいは第２仕切り筒５２の外周面に仮設される。
【００８５】
そして、第２工程Ｓ２として、第３仕切り筒５３の内周側に第２仕切り筒５２が配置される。
【００８６】
そして、第２仕切り筒５２が拡管されて、第２蒸発室２２にらせん状の流路が形成される。
【００８７】
また、上述の実施形態では、水蒸発部２である第１蒸発室１８において原料及び水が供給されて、改質部１へと流通するようにと構成されている。すなわち、水蒸発部においては水及び原料が気化して水蒸気含む原料ガスが生成される。これに対して、原料が水蒸発部２を経由せずに、他の経路を経て改質部１に流通するように構成することもできる。この場合、第１蒸発室１８には水のみが供給されるように構成される。すなわち、水蒸発部においては水が気化して水蒸気が生成される。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、量産性を向上させることができる水素生成装置の製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】図１は、本発明の実施形態の水素生成装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、第１蒸発室の製造工程を示すフロー図である。
【図３】図３は、第１工程を模式的に示した断面図である。
【図４】図４は、第２工程を模式的に示した断面図である。
【図５】図５は、第３工程を模式的に示した断面図である。
【図６】図６は、第３工程の変形例１を模式的に示した断面図であって、拡管前の状態を示している。
【図７】図７は、図６の拡管後の状態を示した図である。
【図８】図８は、変形例２の第１工程を模式的に示した断面図である。
【図９】図９は、変形例２の第２工程を模式的に示した断面図である。
【図１０】図１０は、変形例２の第３工程を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１  改質部
２  水蒸発部
４  カバー
１０ 改質室
１１ 改質ガス流路
１２ 燃焼ガス流路
１２Ａ  第１部分
１２Ｂ  第２部分
１２Ｃ  第３部分
１２Ｄ  第４部分
１３ 断熱材
１５ 燃焼ガス排出口
１６ バーナ
１７ 燃焼室
１８ 第１蒸発室
１９ 原料入口
２０ 水入口
２２ 第２蒸発室
２６ 連絡流路
２７ 改質ガス排出口
２９ 底壁
３０  流路
３１ 棒材
５０  内周筒
５１  第１仕切り筒
５２  第２仕切り筒
５３  第３仕切り筒
５４  外周筒
６１  輻射筒
１００ 水素生成装置
１０１ 燃料電池
１０３  台
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007125870.tif 000013
【図２】
2007125870.tif 000014
【図３】
2007125870.tif 000015
【図４】
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【図５】
2007125870.tif 000017
【図６】
2007125870.tif 000018
【図７】
2007125870.tif 000019
【図８】
2007125870.tif 000020
【図９】
2007125870.tif 000021
【図１０】
2007125870.tif 000022
【国際調査報告】
2007125870.tif 000023
2007125870.tif 000024