(57)【要約】【課題】触媒充填時の触媒の欠片や微粉のケース溶接部への咬み込みが生じず製造歩留まりが高く、また、ケース内に一様に触媒の充填を行うことが可能な改質器のエレメントの製造方法を提供する。【解決手段】相対向する平坦な広面を有する中空扁平箱状のエレメントケース２０に対し、エレメントケース２０の広面の一方に形成された触媒充填口を中心にエレメントケース２０を回転させながら、触媒充填口２４から粒体状の触媒を送入し、遠心充填によりエレメントケース２０内に触媒を充填する。これにより、短時間で触媒をケース内に隙間なく一様に充填させることが容易にできる。また、ケース溶接部に触媒充填時の触媒の欠片や微粉の咬み込みが生じず製造歩留まりが高まる。【選択図】図３
2007261932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に粒体状の触媒が充填される反応器のエレメントケースであって、
平坦な広面を有し周縁部がフランジ状に外側に広がって形成された二つの皿状部材を、凹んだ側の前記広面を相対向させそれぞれのフランジ状の周縁部を相合わせた状態で溶着合体してなる中空扁平箱状のケース本体と、
前記広面に平行に前記ケース本体内に設けられ、その周縁部が前記両皿状部材のフランジ状の周縁部に挟まれた状態で、前記両皿状部材の周縁部とともに溶着された平板状の仕切板と、
前記ケース本体の広面に開口形成された触媒充填口と、
を備えたことを特徴とするエレメントケース。
【請求項２】
前記ケース本体の広面に凹陥状に形成された凹陥部を備え、前記触媒充填口は、前記凹陥部に開口形成されたことを特徴とする請求項１記載のエレメントケース。
【請求項３】
前記触媒充填口の周縁にケース本体外側に向かって起立して形成されたケース側バーリング部と、
前記触媒充填口を閉蓋する蓋と、
前記蓋の周縁にケース本体外側に向かって突出して形成された蓋側フランジ部と、
を備え、
前記ケース側バーリング部及び前記蓋側フランジ部は、その上端が前記ケース本体の広面よりも突出しないように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のエレメントケース。
【請求項４】
相対向する平坦な広面を有する中空扁平箱状のエレメントケースに、粒体状の触媒が充填された反応器のエレメントの製造方法であって、
前記エレメントケースの広面の一方に形成された触媒充填口を中心に前記エレメントケースを回転させながら、前記触媒充填口から前記触媒を送入し、遠心充填により前記エレメントケース内に触媒を充填することを特徴とする改質器のエレメントの製造方法。
【請求項５】
前記エレメントケース内に触媒を充填するに際し、前記エレメントケースを傾斜させた状態で回転させながら、前記触媒充填口から触媒を充填することを特徴とする請求項４記載の改質器のエレメントの製造方法。
【請求項６】
前記エレメントケース内に触媒を充填するに際し、前記エレメントケースを傾斜させた状態で回転させながら、前記触媒充填口から触媒の充填を開始し、充填量の増加とともに前記エレメントケースの傾斜を緩傾斜乃至水平とすることを特徴とする請求項５記載の改質器のエレメントの製造方法。
【請求項７】
相対向する平坦な広面を有する中空扁平箱状のケース本体と、前記ケース本体の広面に開口形成された触媒充填口とを備えたエレメントケースに、粒体状の触媒を充填する触媒充填装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内に設置され、前記エレメントケースの広面を水平面に対して傾斜した状態で回転自在に保持するケース保持手段と、
前記ケース保持手段を回転駆動する駆動モータと、
前記ケース保持手段に保持されたエレメントケースの触媒充填口に触媒を落下供給する触媒供給手段と、
を備えた触媒充填装置。
【請求項８】
前記ケース保持手段の上方に開閉自在に設置され、閉蓋時に前記チャンバを壅閉する開閉蓋を備え、
前記触媒供給手段は、触媒を供給する管路であって、前記開閉蓋が閉蓋された状態において、前記ケース保持手段に保持されたエレメントケースの触媒充填口の真上に吐出口が位置するように設けられた触媒供給路を備えた
ことを特徴とする請求項７記載の触媒充填装置。
【請求項９】
前記駆動モータの回転を制御する回転制御手段と、
前記開閉蓋の閉蓋状態を検出する閉蓋検出手段と、
を備え、
前記回転制御手段は、前記閉蓋検出手段により開閉蓋の閉蓋状態が検出されないときは、前記駆動モータを停止状態とすること
を特徴とする請求項８記載の触媒充填装置。
【請求項１０】
前記ケース保持手段の傾斜角を調整する傾斜角調整手段を備えていることを特徴とする請求項７又は８記載の触媒充填装置。
【請求項１１】
前記駆動モータの回転を制御する回転制御手段と、
前記駆動モータが回転を開始する指示が入力されると前記ケース保持手段の傾斜角を水平面から傾斜させ、前記駆動モータが回転を停止する指示が入力されると前記ケース保持手段の傾斜角を水平とするように前記傾斜角調整手段の制御を行う傾斜角制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１０記載の触媒充填装置。
【請求項１２】
前記チャンバの底面に設けられた触媒排出口を備え、
前記チャンバの底面は、前記触媒排出口に向かって下傾していること
を特徴とする請求項７又は８記載の触媒充填装置。
【請求項１３】
前記ケース保持手段に保持されるエレメントケースの上面及び／又は前記チャンバの底面に圧縮空気を噴気する噴気管を備えたことを特徴とする請求項１２記載の触媒充填装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の改質器のエレメントの構造及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ガス又はＬＰガス（以下「都市ガス等」という。）を利用して発電を行う燃料電池では、都市ガス等から水素を生成し、生成された水素と空気を反応させることによって発電を行う。この際、都市ガスから水素を生成する際に改質器が使用される。改質器は、都市ガス等と水を触媒の存在下で反応させて水素の生成を行う。
【０００３】
改質器をその形状により分類すると、円筒型改質器と平板型改質器とに分けられる。円筒型改質器は、円筒形のケース（反応容器）内に触媒その他の反応装置を収容したものである（例えば、特許文献１，２参照）。従来の改質器の殆どは、この円筒型改質器が使用されている。一方、平板型改質器は、相対向する平坦な広面を有する中空平板状のケース（反応容器）内に触媒その他の反応装置を収容したものである（例えば、特許文献３参照）。以下、本明細書においては、平板型改質器を取り扱う。
【０００４】
図１０は、特許文献３に記載の平板型改質器である。平板型改質器１００は、改質触媒や酸化触媒が充填された複数のエレメントケース１０１〜１１０、断熱材１１１〜１１３、排熱回収用熱交換器１１４、及びヒータ１１５〜１１８を備えている。
【０００５】
この平板型改質器１００は、原料ガスを水と触媒下で反応させることにより、原料ガスを改質し、水素リッチな変成処理ガスを生成する装置である。原料処理ガスは、まず、エレメントケース１０６→１０５→１０４（右側室）の順に送られて、加熱されると共に各ケース内の脱硫触媒により脱硫が行われる。その後、改質を行うエレメントケース１０２の左側室（改質処理室）に送入される。
【０００６】
一方、ファン１１９により導入される空気は、排熱回収用熱交換器１１４において、燃料電池１２２からの排ガスと共に加熱され、熱供給のために改質を行うエレメントケース１０２の左側室（燃焼室）に送入される。燃焼室において、排ガスが燃焼されてエレメントケース１０２の右側室（改質処理室）への与熱がされる。その後、エレメントケース１０１の左側室を通って原料水へ与熱した後、エレメントケース１０８の右側室を通って変成処理ガスに予熱し、さらに排熱回収用熱交換器１１４を通ってファン１１９から送入される空気に与熱した後に排出される。
【０００７】
また、ポンプ１２０により送水される原料水は、熱交換器１２１で加熱された後、エレメントケース１０１の右側室内に送られてヒータ１１５と前述の燃焼ガスにより加熱され気化される。生成される水蒸気は、エレメントケース１０４の右側室に装入され、原料ガスと混合された後に、改質を行うエレメントケース１０２の左側室に送入される。エレメントケース１０２の左側室内には改質触媒が充填されており、水蒸気と原料ガスとを反応させることにより、水素ガスと一酸化炭素を生成する。改質により生成された水素リッチな変成処理ガスは、エレメントケース１０３→１０４（左側室）→１０７→１０８（左側室）→１０９→１１０の順に送られて、各ケース内の改質触媒の存在下でさらに改質が行われる。そして、燃料電池１２２内のセルスタックに送られて発電が行われる。
【０００８】
エレメントケース１０１，１０２，１０４〜１１０は、平坦な広面を有する中空扁平箱状のケースであり、中央に左右の室を離隔する仕切板が設けられている。図１１にエレメントケース１０２の外観斜視図を示す。
【０００９】
エレメントケース１０２は、２つの皿状容器形成部材１３１ａ，１３１ｂが開口面を向かい合わせ、伝熱板１３２を挟んで結合された構成を有する。伝熱板１３２を挟んで右側の皿状容器形成部材１３１ａの内部に形成される室が改質処理室１３３、左側の皿状容器形成部材１３１ｂの内部に形成される室が燃焼室１３４である。
【００１０】
改質処理室１３３の上部には、改質触媒の投入及び原料ガスの供給を行うための送入管１３５が取り付けられており、送入管１３５の側方に分岐して、原料ガスを供給するための原料ガス供給口１３６が設けられている。また、送入管１３５の上端開口部は、触媒投入口１３７となっており、ここから改質処理室１３３内に改質触媒を投入する。
【００１１】
触媒投入口１３７には、パージガスによって触媒投入口１３７から改質処理室１３３内に改質触媒を送入するための触媒供給ユニット１３８が取り付けられている。
【特許文献１】特開２００３−１５１６０７号公報
【特許文献２】特開平９−３０９７０２号公報
【特許文献３】特開２００４−５９３５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述のような平板型改質器を製造する場合、各エレメントケース内に触媒を充填する必要がある。通常、改質器では、粒径が数ミリ程度のペレット状又は球状に加工された粒体触媒が使用される。
【００１３】
前記改質器用のエレメントケース１０２の場合、触媒投入口１３７から自然落下により改質処理室１３３内に触媒の充填が行われる。しかしながら、この充填方法では、触媒の充填に要する時間が非常に長くなる。従って、エレメントケース１０２の上部又は下部に形成される管からケース内に触媒を充填する方法は、エレメントを大量生産する際には効率が悪く、工業的に適した方法とはいえない。
【００１４】
そのため、工業生産ラインにおいては、エレメントケースへの触媒の充填は、エレメントケースを分解した状態で行われる。図１２にエレメントケースへの触媒の充填行程を示す。
【００１５】
最初に、図１２（ａ）に示したように、皿状容器形成部材１４１を、皿開口面を上方に向けて台上に置く。そして、パンチングメタルなどにより形成された通気性仕切り部材１４２，１４２を、皿状容器形成部材１４１の皿内の対向する短辺付近に、当該短辺に平行に設置する。通気性仕切り部材１４２，１４２は、短辺の側壁に形成されるガス通気口から触媒が溢れ出さないように皿内に触媒を保持するとともに、ガス通気口から送入されるガスを一様な流れとして触媒に送入するための空間を作る役割を担う。
【００１６】
尚、皿状容器形成部材１４１の周縁部は、フランジ面が皿開口方向に対して垂直な面内となるように、フランジ１４１ａが形成されている。
【００１７】
次に、図１２（ｂ）に示すように、左右の通気性仕切り部材１４２，１４２の間の皿状容器形成部材１４１の皿内に、粒体状の触媒１４３を投入する。そして、皿状容器形成部材１４１を水平に保ちながら左右又は前後に揺すり、粒体状の触媒１４３の表面が平らとなるように均す。
【００１８】
次に、図１２（ｃ）に示すように、触媒１４３が充填された皿状容器形成部材１４１の上方から、仕切板１４４を被せて皿状容器形成部材１４１を閉蓋する。更に、皿状容器形成部材１４１の場合と同様にして皿状容器形成部材１４５に触媒を充填し、その上方から、仕切板１４４で閉蓋された状態の皿状容器形成部材１４１を被せる。皿状容器形成部材１４５も皿状容器形成部材１４１と同様の形状を有し、その周縁部には、フランジ面が皿開口方向に対して垂直な面内となるように、フランジ１４５ａが形成されている。仕切板１４４の外郭辺はフランジ１４１ａ，１４５ａの外郭辺と略同型であり、仕切板１４４とフランジ１４１ａ，１４５ａとは密着状態となる。
【００１９】
最後に、図１２（ｄ）に示すように、仕切板１４４とフランジ１４１ａ，１４５ａの外郭縁を溶接し、触媒１４３をエレメントケース１４６内に密封する。
【００２０】
このように、エレメントケースを分解した状態で粒状の触媒を投入し、溶接によりケース内に密封する場合、次のような問題が生じる。
【００２１】
（１）まず、粒状の触媒を投入する際に、しばしば、触媒の一部が砕けることによって微粉や欠片が生じる。そして、２つの皿状容器形成部材及び仕切板を衝合してフランジ外郭辺を溶接する際に、触媒の微粉や欠片が溶接面に咬み込む。そして、溶接時にこの微粉や欠片により溶接部に鬆が形成される。そしてこの鬆によりエレメントケースがガス漏れを起こし、製造歩留まりの低下を招く。（触媒片の咬込みによる溶接不良発生の問題）
【００２２】
（２）また、フランジ外郭辺を溶接する際に皿状容器形成部材の皿底面（広面）に撓みが生じる問題がある。すなわち、図１３に示したように、溶接時に熱による金属の膨張によって、皿状容器形成部材１４１，１４５の皿底面１４１ｂ，１４５ｂが外側に撓みわずかに膨出する。これにより、エレメントケース内の室の容積がわずかに大きくなる。そのため、最初に触媒を皿内に隙間なく充填していたとしても、皿底面１４１ｂ，１４５ｂの撓みによりわずかな隙間が生じる。このように隙間が生じると、その隙間の気流抵抗が小さくなるため、エレメントケース内のガスの流れは一様ではなくなり、隙間に偏流する。従って、十分な触媒効果が得られず、ガスの反応効率が低下する。（溶接撓みに伴う触媒充填度の不均一化の問題）
【００２３】
そこで、本発明の目的は、ケース溶接部に触媒の欠片や微粉の咬み込みを生じることなく触媒の充填作業を素早く行うことができ、また、ケース内に一様に触媒の充填を行うことが容易な改質器のエレメントケースを提供することにある。
【００２４】
また、本発明の目的は、触媒充填時の触媒の欠片や微粉のケース溶接部への咬み込みが生じず製造歩留まりが高く、また、ケース内に一様に触媒の充填を行うことが可能な改質器のエレメントの製造方法を提供することにある。
【００２５】
また、本発明の目的は、効率よくケース内に一様に触媒の充填を行うことが可能な触媒充填装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の改質器のエレメントケースの第１の構成は、内部に粒体状の触媒が充填される反応器のエレメントケースであって、平坦な広面を有し周縁部がフランジ状に外側に広がって形成された二つの皿状部材を、凹んだ側の前記広面を相対向させた状態でそれぞれのフランジ状の周縁部を相合わせた状態で溶着合体してなる中空扁平箱状のケース本体と、前記広面に平行に前記ケース本体内に設けられ、その周縁部が前記両皿状部材のフランジ状の周縁部に挟まれた状態で、前記両皿状部材の周縁部とともに溶着された平板状の仕切板と、前記ケース本体の広面に開口形成された触媒充填口と、を備えたことを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、ケース本体の広面に触媒充填口を形成されているため、ケース本体を回転させながら触媒充填口からケース内に触媒を投入し、遠心充填により触媒をケース内にすることが可能である。これにより、エレメントケースの周縁部の溶着が終了した後に、短時間でケース内に触媒を充填することができる。
【００２８】
また、二つの皿状部材及び仕切板の周縁部を溶着して中空扁平箱状のケースとした後に、触媒を遠心充填するため、上述した、触媒片の咬込みによる溶接不良発生の問題や溶接撓みに伴う触媒充填度の不均一化の問題が生じない。従って、安価で品質の高い反応器を、効率よく製造することが可能となる。
【００２９】
ここで、触媒充填口の位置は、触媒を遠心充填により充填する際の作業の容易さの観点から、ケース本体の広面の中央に形成するのが好ましいが、本発明においては、必ずしも中央でなくてもよい。中央からずれていても、上述した本発明の作用は得られるからである。
【００３０】
また、「溶着」とは、溶接やろう付け等により溶かして着け合わせることをいう。
【００３１】
本発明の改質器のエレメントケースの第２の構成は、前記第１の構成において、前記ケース本体の広面に凹陥状に形成された凹陥部を備え、前記触媒充填口は、前記凹陥部に開口形成されたことを特徴とする。
【００３２】
この構成によれば、触媒充填口をケース本体の広面に凹陥状に形成された凹陥部内に形成したことにより、触媒充填口を蓋により閉蓋した際に、蓋がケース本体の広面よりも大きく突出することを防ぐことができる。従って、改質器において、隣接するエレメントケース同士を密着させて設置することが容易であり、エレメントケース間の熱の伝達効率を高く保つことが可能となる。
【００３３】
本発明の改質器のエレメントケースの第３の構成は、前記第１又は２の構成において、前記触媒充填口の周縁にケース本体外側に向かって突出して形成されたケース側バーリング部と、前記触媒充填口を閉蓋する蓋と、前記蓋の周縁にケース本体外側に向かって突出して形成された蓋側フランジ部と、を備え、前記ケース側バーリング部及び前記蓋側フランジ部は、その上端が前記ケース本体の広面よりも突出しないように形成されていることを特徴とする。
【００３４】
この構成によれば、ケース側バーリング部と蓋側フランジ部とがケースの外側に向かって突出して形成されているため、両先端部を溶着するのが容易となる。また、溶着面も広くなり、蓋をケース本体に強固に溶着することができ、エレメントケースの製造歩留まりを上げることができる。
【００３５】
本発明の改質器のエレメントの製造方法の第１の構成は、相対向する平坦な広面を有する中空扁平箱状のエレメントケースに、粒体状の触媒が充填された反応器のエレメントの製造方法であって、前記エレメントケースの広面の一方に形成された触媒充填口を中心に前記エレメントケースを回転させながら、前記触媒充填口から前記触媒を送入し、遠心充填により前記エレメントケース内に触媒を充填することを特徴とする。
【００３６】
この構成によれば、エレメントケースの広面に形成された触媒充填口から触媒を送入し、遠心充填によりエレメントケース内に触媒を充填するため、エレメントケースの組み立て後であっても充填作業を容易に素早く行なうことができる。従って、短時間で多数のエレメントを高い歩留まりで製造することが可能であり、平板型改質器のエレメントを工業ベースで大量生産することが可能となる。
【００３７】
また、遠心充填による充填方法を用いることで、触媒をケース内にムラなく一様に充填させることが容易にできる。また、回転数を調整することによって、触媒の種類、粒度、強度等に対し所望の慣性圧条件で触媒を充填することができる。
【００３８】
本発明の改質器のエレメントの製造方法の第２の構成は、前記第１の構成において、前記エレメントケース内に触媒を充填するに際し、前記エレメントケースを傾斜させた状態で回転させながら、前記触媒充填口から触媒を充填することを特徴とする。
【００３９】
エレメントケースに触媒を投入する際にケースを傾斜させることによって、触媒充填口からケース内に投入された触媒は、重力により傾斜面に沿って触媒充填口からケース縁方向に移動する。触媒充填口からケース縁方向に移動した触媒は、遠心力により更に加速されてケース内縁方向に移動してケース内縁から順次充填される。従って、触媒充填口付近に触媒が渋滞し、触媒充填口から触媒が溢れ出すことを防止することができる。
【００４０】
本発明の改質器のエレメントの製造方法の第３の構成は、前記第２の構成において、前記エレメントケース内に触媒を充填するに際し、前記エレメントケースを傾斜させた状態で回転させながら、前記触媒充填口から触媒の充填を開始し、充填量の増加とともに前記エレメントケースの傾斜を緩傾斜乃至水平とする。
【００４１】
このように、ケース内の触媒の充填が進むにつれてエレメントケースの傾斜を緩やかにすることにより、触媒充填口付近の触媒の充填を隙間なく行うことができる。
【００４２】
本発明に係る触媒充填装置の第１の構成は、相対向する平坦な広面を有する中空扁平箱状のケース本体と、前記ケース本体の広面に開口形成された触媒充填口とを備えたエレメントケースに、粒体状の触媒を充填する触媒充填装置であって、チャンバと、前記チャンバ内に設置され、前記エレメントケースの広面を水平面に対して傾斜した状態で回転自在に保持するケース保持手段と、前記ケース保持手段を回転駆動する駆動モータと、前記ケース保持手段に保持されたエレメントケースの触媒充填口に触媒を落下供給する触媒供給手段と、を備えたことを特徴とする。
【００４３】
この構成により、ケース保持手段は、エレメントケースの広面を水平面に対して傾斜した状態で保持し、この状態でエレメントケースは回転される。そして、触媒供給路から供給される触媒は、触媒充填口からエレメントケース内に投入される。このとき、エレメントケース内に投入された触媒は、エレメントケースの傾斜に沿って、エレメントケースの縁方向に向かって落下移動する。触媒充填口からケース縁方向に移動した触媒は、遠心力により更に加速されてケース内縁方向に移動してケース内縁から順次充填される。従って、触媒充填口付近に触媒が渋滞し、触媒充填口から触媒が溢れ出すことを防止することができる。
【００４４】
ここで、「触媒供給手段」としては、ホッパーやパーツフィーダに投入した触媒をホースなどの可撓管や鋼管等を通してエレメントケースの触媒充填口に落下供給するようにした機構などを使用することができる。
【００４５】
本発明に係る触媒充填装置の第２の構成は、前記第１の構成において、前記ケース保持手段の上方に開閉自在に設置され、閉蓋時に前記チャンバを壅閉する開閉蓋を備え、前記触媒供給手段は、触媒を供給する管路であって、前記開閉蓋が閉蓋された状態において、前記ケース保持手段に保持されたエレメントケースの触媒充填口の真上に吐出口が位置するように設けられた触媒供給路を備えたことを特徴とする。
【００４６】
この構成により、触媒充填時に触媒がエレメントケースの外に飛び散っても、開閉蓋によりチャンバの外に触媒が飛散することを防止できる。また、触媒充填時には必然的に開閉蓋を閉蓋する必要があるため、触媒を充填している最中のケース保持手段が回転駆動されているときに、使用者が誤ってチャンバ内に手を入れて怪我をするといった事故を防止することができる。
【００４７】
本発明に係る触媒充填装置の第３の構成は、前記第２の構成において、前記駆動モータの回転を制御する回転制御手段と、前記開閉蓋の閉蓋状態を検出する閉蓋検出手段と、を備え、前記回転制御手段は、前記閉蓋検出手段により開閉蓋の閉蓋状態が検出されないときは、前記駆動モータを停止状態とすることを特徴とする。
【００４８】
この構成により、回転制御手段は、開閉蓋が開蓋状態のときには駆動モータを停止状態とするため、開閉蓋を開蓋したままエレメントケースを回転させることを防止でき、安全性が向上する。
【００４９】
本発明に係る触媒充填装置の第４の構成は、前記第１又は２の構成において、前記ケース保持手段の傾斜角を調整する傾斜角調整手段を備えていることを特徴とする。
【００５０】
この構成により、触媒の粒径、形状、粘着性等によって適宜ケース保持手段の傾斜角を調整することができる。従って、触媒の種類に応じて最適な条件で触媒充填を行うことができる。
【００５１】
本発明に係る触媒充填装置の第５の構成は、前記第４の構成において、前記駆動モータの回転を制御する回転制御手段と、前記駆動モータが回転を開始する指示が入力されると前記ケース保持手段の傾斜角を水平面から傾斜させ、前記駆動モータが回転を停止する指示が入力されると前記ケース保持手段の傾斜角を水平とするように前記傾斜角調整手段の制御を行う傾斜角制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００５２】
この構成により、傾斜角制御手段は、駆動モータが回転を停止するときにはケース保持手段の傾斜角を水平とするように制御するため、触媒充填後にエレメントケースを取り出す際に、触媒が触媒充填口から溢れてこぼれ出すことを極力防止することができる。
【００５３】
本発明に係る触媒充填装置の第６の構成は、前記第１又は２の構成において、前記チャンバの底面に設けられた触媒排出口を備え、前記チャンバの底面は、前記触媒排出口に向かって下傾していることを特徴とする。
【００５４】
この構成によれば、触媒の充填作業中に、エレメントケースから溢れ出た触媒は、チャンバ内の底面に落下する。チャンバの底面は、触媒排出口に向かって下傾しているため、落下した触媒は、底面上を転がって触媒排出口に集まり、チャンバ外に排出される。従って、溢れ出た触媒を収集し廃棄又は再利用することが容易となる。
【００５５】
本発明に係る触媒充填装置の第７の構成は、前記第６の構成において、前記ケース保持手段に保持されるエレメントケースの上面及び／又は前記チャンバの底面に圧縮空気を噴気する噴気管を備えたことを特徴とする。
【００５６】
この構成によれば、噴気管から圧縮空気をエレメントケースの上面又はチャンバの底面に噴気することによって、エレメントケースの上面又はチャンバ底面に留まっている触媒を吹き飛ばし、触媒排出口から効率よく回収することが可能となる。
【発明の効果】
【００５７】
以上のように、本発明に係る改質器のエレメントケースによれば、ケース本体の広面に触媒充填口を形成することで、エレメントケースの溶着が終了した後に、短時間でケース内に触媒を充填することができる。ケースの溶着後に触媒充填を行うことができるので、溶着部に触媒の欠片や微粉の咬み込みを生じる問題は解決される。また、遠心充填などによる触媒の充填を行えば、触媒の充填作業を素早く行うことができ、また、ケース内に一様に触媒の充填を行うことが容易である。従って、工業的にエレメントを作業効率よく、高い歩留まりで生産することを可能にする。
【００５８】
また、本発明に係る改質器のエレメントの製造方法によれば、触媒充填口から触媒を送入し遠心充填にとる充填方法を用いることで、触媒をケース内に隙間なく一様に充填させることが容易にできる。また、短時間で素早く充填が完了するため、作業効率が高く、エレメントの工業的な生産効率を高めることができる。また、上述したように、ケースの溶着後に触媒充填を行うため、ケース溶着部に触媒充填時の触媒の欠片や微粉の咬み込みが生じず製造歩留まりが高まる。更に、回転数を適宜調整することによって、触媒の種類、粒度、強度等に対し所望の慣性圧条件で触媒を充填することができる。これにより、変形可能な粒状触媒であれば、触媒の充填密度の調整も可能である。
【００５９】
また、本発明に係る触媒充填装置によれば、ケース保持手段によりエレメントケースを傾斜した状態で保持し、この状態でエレメントケースを回転させながら触媒の充填を行うため、触媒充填口付近に触媒が渋滞し、触媒充填口から触媒が溢れ出すことを防止することができる。そして、効率よく触媒の充填を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
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。
【実施例１】
【００６１】
図１は、本発明の実施例１に係るエレメントケースを用いて構成した平板型改質器（ａ）及び実施例１に係るエレメントケース（ｂ）を表す斜視図及びエレメントケースの分解斜視図である。
【００６２】
平板型改質器１は、複数のエレメントケース２〜１１が広面を向かい合わせた状態で重ね合わせて配置されている。各エレメントケース２〜１１の間は、原料ガス、空気、水、又は変成処理ガスが送られる配管により接続される。
【００６３】
図１（ｂ）は図１（ａ）のエレメントケースの一つを取り出したものである。エレメントケース２０は、仕切板２３を挟んで２つの皿状容器形成部材２１，２２が、皿開口面（凹んだ側の皿底面（広面））を向かい合わせた状態で衝合されている。皿状容器形成部材２１，２２の周縁部には、外側に広がったフランジ２１ａ，２２ａが形成されている。フランジ２１ａ，２２ａは、皿状容器形成部材２１，２２の周縁を折り曲げて、フランジ面が皿状容器形成部材２１，２２の皿底面（広面）２１ｂ，２２ｂに対して平行な面となるように形成されている。
【００６４】
フランジ２１ａ，２２ａの外郭辺は同型であり、また、仕切板２３の外郭辺はフランジ２１ａ，２２ａの外郭辺とほぼ同型乃至はフランジ２１ａ，２２ａの外郭辺よりも僅かに大きく形成されている。これらフランジ２１ａ，２２ａの外郭辺及び仕切板２３の外郭辺は、溶接により溶着されている。仕切板２３は、皿状容器形成部材２１，２２により形成されるエレメントケース２０の室内を左右の室に離隔するとともに、左右の室間で伝熱を行うためのものである。
【００６５】
また、皿状容器形成部材２１，２２の皿底面（広面）２１ｂ，２２ｂの中央には、円形の触媒充填口２４が形成されている。触媒充填口２４は、皿状容器形成部材２１，２２と仕切板２３とで形成される室内に触媒を投入するための穴である。
【００６６】
皿状容器形成部材２１，２２の皿内には、それぞれ２つの通気性仕切り部材２５，２５が設けられている。通気性仕切り部材２５，２５は、皿状容器形成部材２１，２２の対向する短辺付近に、当該短辺に平行に設置されている。通気性仕切り部材２５，２５は、パンチングメタルにより構成されており、通気性が確保されている。この通気性仕切り部材２５，２５は、短辺の側壁に形成されるガス通気口２６から触媒が溢れ出さないように皿内に触媒を保持するとともに、ガス通気口２６から送入されるガスを一様な流れとして触媒に送入するための空間を作る役割を担う。
【００６７】
図２は、図１の触媒充填口２４の付近の拡大断面図である。皿状容器形成部材２１，２２の皿底面（広面）２１ｂ，２２ｂの中央には、皿状容器形成部材２１，２２の皿内側に向かって凹陥状に凹陥部３０が形成されている。この凹陥部３０の中央に、円形の触媒充填口２４が開口形成されている。触媒充填口２４の周縁部は皿状容器形成部材２１，２２の外側に向かって垂直に起立してケース側バーリング部３１が形成されている。ケース側バーリング部３１の上端は、皿状容器形成部材２１，２２の皿底面（広面）２１ｂ、２２ｂよりも突出しないように形成されている。
【００６８】
また、触媒充填口２４には、触媒充填口２４を閉蓋する蓋４０が嵌合される。この蓋４０の外周縁は、皿状容器形成部材２１，２２の皿外側に向かって突出して蓋側フランジ部４１が形成されている。
【００６９】
蓋４０を触媒充填口２４に嵌合した状態では、蓋側フランジ部４１の上端とケース側バーリング部３１の上端とがほぼ同じ高さとなる。従って、これらのケース側バーリング部３１と蓋側フランジ部４１の上端を溶接することにより、触媒充填口２４を蓋４０で完全に閉蓋することができる。
【００７０】
また、蓋側フランジ部４１の上端とケース側バーリング部３１の上端とは、皿状容器形成部材２１，２２の皿底面（広面）２１ｂ、２２ｂよりも突出しないため、図１（ａ）に示したようにエレメントケース２０を皿底面（広面）２１ｂ，２２ｂを対向させた状態で並列に配置した場合、各皿底面（広面）２１ｂ，２２ｂを密着させることができる。従って、各エレメントケース２０間の伝熱効率を高めることができる。
【００７１】
以上のように構成された本実施例におけるエレメントケース２０について、以下これに触媒を充填してエレメントを製造する方法について詳細に説明する。
【００７２】
図３は実施例１におけるエレメントの製造工程を示す図である。
【００７３】
図３（ａ）において、まず、エレメントケース２０を傾斜させた状態で回転させながら、触媒充填口２４から粒体状の触媒を投入する。触媒の投入は、例えば、図３（ａ）のようにホッパー５０を用いて行うことができる。触媒充填口２４から投入された触媒は、重力により仕切板２３の上を転がって触媒充填口２４からケース外周方向に移動する。また、エレメントケース２０は回転しているため、触媒は遠心力によりケース外周方向に向かって力が付与され、ケース内外周から触媒が充填される。
【００７４】
ケース内の触媒が充填されていくにつれて、エレメントケース２０の傾斜角θを徐々に小さくなるように変化させてゆき、最終的に図３（ｂ）に示したように水平状態とする。これにより、触媒充填口２４付近に触媒を隙間なく充填させることができる。
【００７５】
触媒の充填が完了すると、図３（ｃ）に示したように、触媒充填口２４を蓋４０により閉蓋する。そして、ケース側バーリング部３１及び蓋側フランジ部４１の上端をトーチで溶接し、エレメントケース２０への触媒の充填が完了する。
【００７６】
以上のように、本実施例の製造方法では、エレメントケース２０は回転しているため、触媒をケース内にむらなく一様に充填させることができる。さらに、充填作業はホッパー５０から触媒充填口２４内に触媒を流し込むだけであり、作業が容易であり、素早く行うことができる。従って、本実施例に係る製造方法は、工業生産ラインにおいてエレメントを大量生産するのに適している。
【実施例２】
【００７７】
図４は、本発明の実施例２に係るエレメントケース２０’の断面図である。図４（ａ）は全体図を表し、図４（ｂ）は、触媒充填口２４ａ，２４ｂを表している。図４において、図１及び図２と同様な部分については、同符号を付して説明は省略する。
【００７８】
本実施例のエレメントケース２０’は、触媒充填口２４ａの周囲には凹陥部（図２参照）が形成されておらず、触媒充填口２４ａのケース側バーリング部３１は皿状容器形成部材２１の広面から突出した形状に形成されている。一方、触媒充填口２４ａの周囲には凹陥部３０’は、図２の場合に比べて、より深い凹みに形成されている。触媒充填口２４ｂは、この凹陥部３０’の中央部に、ケース側バーリング部３１が外側に向かって起立した状態に形成されている。但し、ケース側バーリング部３１の先端部３１ａは、皿状容器形成部材２２の広面よりも陥入した位置とされる。
【００７９】
このように形成した場合、仕切板２３を隔てて、皿状容器形成部材２１の側の室容積は、皿状容器形成部材２２の側の室容積よりも大きくなり、エレメントケース２０’内の２つの室の容積は不均一となる。しかし、両室の容積が正確に均一でなくてもよい場合には、本実施例のエレメントケース２０’のような構成としてもよい。
【００８０】
図５は、２つのエレメントケース２０’，２０’を合着した状態を表す図である。図５に示したとおり、２つのエレメントケース２０’，２０’を合着する場合、一方のエレメントケース２０’（図５の左側；以下「エレメントケースＡ」という。）の皿状容器形成部材２２の広面と、他方のエレメントケース２０’（図５の右側；以下「エレメントケースＢ」という。）の皿状容器形成部材２１の広面とが密着するように合わせる。この状態で、エレメントケースＡの触媒充填口２４ａの先端は、凹陥部３０’の中に陥没した状態にあるため、エレメントケースＢの触媒充填口２４ａのケース側バーリング部３１は、凹陥部３０’の中に丁度収容される。これにより、エレメントケースＡの皿状容器形成部材２２の広面とエレメントケースＢの皿状容器形成部材２１の広面とを密着させることができ、両ケース間の伝熱効率を高くすることができる。
【実施例３】
【００８１】
図６は、本発明の実施例３に係る触媒充填装置６０の外観斜視図である。また、図７は、触媒充填装置６０のチャンバ６３周辺の要部模式断面図である。
【００８２】
触媒充填装置６０は、ホッパー５０、出口ノズル５１、基台部６１、操作部６２、チャンバ６３、飛散防止板６５，６５、ケース保持部材６６、噴気管６７、閉蓋検出スイッチ６８、触媒排出口６９、回転軸７０、駆動モータ７１、軸受け部７２、及び水平回転軸（傾斜角調整手段）７４を備えている。
【００８３】
基台部６１の上部には、チャンバ６３及び操作部６２が設けられている。操作部６２は、基台部６１の上部において、テーブル状に突出形成されている。この操作部６２の上面には、触媒充填装置６０の動作を操作するための各種スイッチ類が設けられている。
【００８４】
チャンバ６３は、基台部６１の上面に開口形成されている。このチャンバ６３内に、エレメントケース２０をセットして、触媒の充填が行われる。チャンバ６３は、底面６３ａと四方の側面６３ｂを有する。また、底面６３ａの前方側端には、飛び散った触媒をチャンバ６３外に排出するための触媒排出口６９が設けられている（図７参照）。底面６３ａは、この触媒排出口６９に向かって下傾した傾斜平面状に形成されている。
【００８５】
また、側面６３ｂには、噴気管６７が設けられている。噴気管６７はエレメントケース２０の上面及びチャンバ６３の底面６３ａに圧縮空気を噴気する。
【００８６】
チャンバ６３の上部開口には、開閉蓋６４が設置されている。この開閉蓋６４は、チャンバ６３の基台部６１上面の後方に、蝶番６４ａで軸支されており、上方に開閉自在とされている。図７において、開閉蓋６４は、矢印Ｒ３の方向に回動する。また、開閉蓋６４が閉蓋した状態においては、チャンバ６３は壅閉された状態となる。
【００８７】
開閉蓋６４の中央付近には開口が貫設されており、この開口に、触媒を供給するためのホッパー５０が挿着されている。このホッパー５０の下部の出口ノズル５１が触媒供給路となっている。出口ノズル５１は、開閉蓋６４に保持されており、開閉蓋６４の開閉と共にホッパー５０も回動する。尚、出口ノズル５１は開閉蓋６４に完全には固定されておらず、一定の範囲で出口ノズル５１の向きを動かして調整することができる。
【００８８】
チャンバ６３の基台部６１上面のチャンバ６３の右側には、閉蓋検出スイッチ６８が設けられている。この閉蓋検出スイッチ６８は、開閉蓋６４が開いているときには解放され、開閉蓋６４が閉蓋すると押釦される。これにより、開閉蓋６４が閉蓋状態にあることを検出することができる。
【００８９】
チャンバ６３の基台部６１上面の左右両側部には、チャンバ６３を挟んで飛散防止板６５，６５が立設されている。飛散防止板６５，６５は、チャンバ６３から飛び出した触媒粒子が周囲に飛散するのを防止するためのガード板である。
【００９０】
チャンバ６３の内部には、エレメントケース２０を保持するためのケース保持部材６６が設置されている。ケース保持部材６６は、その上面に、エレメントケース２０が丁度嵌合する大きさの凹陥部６６ａが形成されている。この凹陥部６６ａにエレメントケース２０を嵌め込むことで、エレメントケース２０はケース保持部材６６に保持される。
【００９１】
ケース保持部材６６の底部には、回転軸７０が連結されており、この回転軸７０は、チャンバ６３の底面６３ａを貫通してその下に設置された軸受け部７２により軸承されている。また、軸受け部７２の下部には、回転軸７０を回転駆動する駆動モータ７１が設置されている。本実施例においては、駆動モータ７１として、空気圧モータが使用されている。空気圧モータを使用することで、噴気管６７に供給する圧縮空気を、駆動モータ７１に供給する圧縮空気から採ることができ、構造を簡単化することができる。
【００９２】
尚、駆動モータ７１としては、空気圧モータに限られず、電気モータや油圧モータ等を使用してもよい。
【００９３】
ケース保持部材６６は、回転軸７０が駆動モータ７１により回転駆動されることで、図７の矢印Ｒ１の方向に回転する。
【００９４】
一方、軸受け部７２は、水平回転軸７３を中心として、垂直面内で回動自在である（図７の矢印Ｒ２）。また、駆動モータ７１も、軸受け部７２の回動に伴って回動する。更に、水平回転軸７３は、軸受け部７２の回動に伴って図７の矢印Ｔ１の向きに平行移動する。この平行移動は、軸受け部７２が上向きに回動すると前方に向かって平行移動し、下向きに回動すると後方に向かって平行移動する。これにより、ケース保持部材６６の中心が常に出口ノズル５１の直下となるように調節される。
【００９５】
この軸受け部７２の回動及び平行移動の動作は、傾斜角調整手段７４（図８参照）によって駆動される。尚、傾斜角調整手段７４としては、通常のギア機構とモータとの組み合わせが用いられる。
【００９６】
図８は、触媒充填装置６０の制御機構の機能ブロック図である。図８において、操作部６２、閉蓋検出スイッチ６８、及び駆動モータ７１は、図６及び図７と同様である。触媒充填装置６０は、更に、傾斜角調整手段７４、回転制御手段７５、傾斜角制御手段７６、及び噴気弁７７を備えている。
【００９７】
傾斜角調整手段７４は、上述したとおり、軸受け部７２を垂直面内で回動駆動することによって、ケース保持部材６６の傾斜角を調節する機構である。回転制御手段７５は、駆動モータ７１の回転制御を行う制御装置である。傾斜角制御手段７６は、傾斜角調整手段７４の動作を制御する制御装置である。また、噴気弁７７は、噴気管６７へ送る圧縮空気の発停を行う電動弁である。
【００９８】
以上のように構成された本実施例の触媒充填装置６０について、以下その動作を説明する。
【００９９】
（１）まず、触媒充填装置６０が停止した状態においては、ケース保持部材６６は水平状態にあり、軸受け部７２及び駆動モータ７１は、図９に示したような位置にある。この状態で、開閉蓋６４を開蓋し、ケース保持部材６６の上面に、図９に示すようにエレメントケース２０を設置する。そして、開閉蓋６４を閉蓋する。
【０１００】
（２）次に、操作部６２のスイッチを操作して回転制御手段７５に対して起動指示を入力する。回転制御手段７５は、駆動モータ７１を起動するとともに、傾斜角制御手段７６に対して起動信号を出力する。傾斜角制御手段７６は、起動信号を受けると、傾斜角調整手段７４により、図７に示す状態となるまで、軸受け部７２を平行移動させると共に、ケース保持部材６６が所定の角度に傾斜するまで回動させる。
【０１０１】
（３）次に、作業者は、ホッパー５０に、触媒粒体を投入する。ここで、投入する触媒の量は、あらかじめエレメントケース２０が一杯に満たされる量を量っておき、それよりも若干多めの量を投入する。投入された触媒は、出口ノズル５１を通って、触媒充填口２４からエレメントケース２０内に落下する。エレメントケース２０は傾斜しているため、エレメントケース２０内に落下した触媒粒子は、仕切板２３上を転がって、ケース中心からケース周辺方向に移動する。ケース中心から周辺方向に位置がずれると、今度は遠心力によって触媒粒子は、仕切板２３上をケース内周辺まで移動し、ケース内周辺から中心に向かって触媒粒子が充填されていく。
【０１０２】
（４）エレメントケース２０内が触媒粒子で満たされると、余分な触媒粒子は触媒充填口２４から溢れ出すが、遠心力によってケース保持部材６６の周囲にはじき飛ばされる。そして、チャンバ６３の底面６３ａに落下し、触媒排出口６９から回収される。
【０１０３】
（５）ホッパー５０内の触媒粒子がなくなると、作業者は、操作部６２のスイッチを操作して回転制御手段７５に対して停止指示を入力する。回転制御手段７５は、駆動モータ７１を停止するとともに、傾斜角制御手段７６に対し停止信号を出力する。傾斜角制御手段７６は、停止信号を受信すると、傾斜角調整手段７４により、図１０に示す状態となるまで、軸受け部７２を平行移動させると共に、ケース保持部材６６が水平となるまで回動させる。
【０１０４】
（６）作業者は、操作部６２のスイッチを操作して、噴気弁７７を開弁し、エレメントケース２０上又はチャンバ６３の底面６３ａ上に残留する触媒粒子を吹き飛ばす。
【０１０５】
（７）最後に、作業者は、開閉蓋６４を開蓋し、触媒粒子が充填されたエレメントケース２０を取り出して、充填作業を終了する。
【０１０６】
以上のように、本実施例の触媒充填装置６０によれば、ケース保持手段６６によりエレメントケース２０を傾斜した状態で保持し、この状態でエレメントケース２０を回転させながら触媒粒子の充填を行うため、触媒充填口２４付近に触媒粒子が渋滞し、完全に触媒粒子が充填されていないにもかかわらず、触媒充填口２４から触媒粒子が溢れ出すことを防止することができる。そして、効率よく触媒の充填を行うことが可能となる。
【０１０７】
また、駆動モータ７１の停止したときに、エレメントケース２０を水平状態に戻すことで、触媒充填口２４から充填された触媒粒子がこぼれ出ることを極力抑え、エレメントケース２０を取り出す作業も容易とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】（ａ）本発明の実施例１に係るエレメントケースを用いて構成した平板型改質器（ｂ）実施例１に係るエレメントケースを表す斜視図（ｃ）エレメントケースの分解斜視図である。
【図２】図１の触媒充填口２４の付近の拡大断面図である。
【図３】実施例１におけるエレメントの製造工程を示す図である。
【図４】本発明の実施例２に係るエレメントケース２０’の断面図である。
【図５】２つのエレメントケース２０’，２０’を合着した状態を表す図である。
【図６】本発明の実施例３に係る触媒充填装置の外観斜視図である。
【図７】触媒充填装置６０のチャンバ６３周辺の要部模式断面図である。
【図８】触媒充填装置６０の制御機構の機能ブロック図である。
【図９】触媒充填装置６０のチャンバ６３周辺の要部模式断面図である。
【図１０】特許文献３に記載の平板型改質器である。
【図１１】図１０のエレメントケース１０２の外観斜視図である。
【図１２】エレメントケースへの触媒の充填行程を示す図である。
【図１３】溶接時に熱による金属膨張によりエレメントケースの皿底面が外側に撓んだ状態を示す図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１  平板型改質器
２〜１１  エレメントケース
２０，２０’  エレメントケース
２１，２２  皿状容器形成部材
２１ａ，２２ａ  フランジ
２１ｂ，２２ｂ  皿底面（広面）
２３  仕切板
２４，２４ａ，２４ｂ  触媒充填口
２５  通気性仕切り部材
２６  ガス通気口
３０，３０’  凹陥部
３１ａ  先端部
３１  ケース側バーリング部
４０  蓋
４１  蓋側フランジ部
５０  ホッパー
５１  出口ノズル（触媒供給路）
６０  触媒充填装置
６１  基台部
６２  操作部
６３  チャンバ
６３ａ  底面
６３ｂ  側面
６４  開閉蓋
６４ａ  蝶番
６５  飛散防止板
６６  ケース保持部材
６６ａ  凹陥部
６７  噴気管
６８  閉蓋検出スイッチ
６９  触媒排出口
７０  回転軸
７１  駆動モータ
７２  軸受け部
７３  水平回転軸
７４  傾斜角調整手段
７５  回転制御手段
７６  傾斜角制御手段
７７  噴気弁
Ｐ  触媒粒子
【図１】
2007261932.tif 000003
【図２】
2007261932.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2007261932.tif 000012
【図１１】
2007261932.tif 000013
【図１２】
2007261932.tif 000014
【図１３】
2007261932.tif 000015