(57)【要約】      （修正有）【課題】改質装置の起動及び停止を繰り返した場合における応力変形による歪みの蓄積を低減し、疲労破壊が発生するまでの寿命を長くすることが可能な改質器を提供する。【解決手段】正面視長方形状の第１、第２扁平皿形容器Ｋ、Ｎの周縁の鍔部ＫＥ、ＮＥの全周を正面視長方形状で平板状の仕切り板Ｄを介して重ね合わせて固着し、改質材を第１扁平皿形容器Ｋと仕切り板Ｄとの間の第１空間ＫＲに収納し、第２扁平皿形容器Ｎと仕切り板Ｄとの間の第２空間ＮＲの特定辺Ｆｔ側に、当該特定辺Ｆｔに沿ってバーナ４４を延設して備えた改質器において、第１、第２扁平皿形容器Ｋ、Ｎのいずれか一方或は両方の裏底部ＫＢ、ＮＢで特定辺Ｆｔ近接部位に、加熱に伴う裏底部ＫＢ、ＮＢの面方向の変形を吸収する変形吸収用長溝Ｍを設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ正面視にて長方形状の第１扁平皿形容器、第２扁平皿形容器と、正面視にて長方形状で、平板状の仕切り板とから構成され、前記第１扁平皿形容器、第２扁平皿形容器の周縁に設けられた鍔部の全周が、前記仕切り板を介して重ね合わされて固着された構成で、
前記第１扁平皿形容器と前記仕切り板との間に形成される第１空間に、改質材が収納されるとともに、前記第２扁平皿形容器と前記仕切り板との間に形成される第２空間の特定辺側に、当該特定辺に沿ってバーナを延設して備えた改質器であって、
前記第１扁平皿形容器及び前記第２扁平皿形容器のいずれか一方、或はそれらの両方の裏底部で、前記特定辺に近接した部位に、前記バーナによる加熱に伴う変形であって前記裏底部の面方向の変形を吸収する変形吸収用長溝を設けた改質器。
【請求項２】
前記変形吸収用長溝が、前記特定辺に沿って延びる、或は、前記特定辺に交差する方向に延びる長溝である請求項１記載の改質器。
【請求項３】
前記変形吸収用長溝が前記特定辺に沿って、前記特定辺の両端部に亘って延びる特定辺方向長溝であり、
前記特定辺方向長溝が、単一、若しくは、前記特定辺とは直交する方向に複数分布して設けられている請求項１記載の改質器。
【請求項４】
前記変形吸収用長溝が、異なった二方向に延びる少なくとも一対の長溝から構成され、複数の長溝対が格子を成す請求項１記載の改質器。
【請求項５】
前記特定辺方向長溝の総面積Ａと、特定辺方向長溝以外の裏底の面積Ｂとが、Ａ：Ｂで１：１〜１：２０の範囲にある請求項３記載の改質器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれ正面視にて長方形状の第１扁平皿形容器、第２扁平皿形容器と、正面視にて長方形状で、平板状の仕切り板とから構成され、前記第１扁平皿形容器、第２扁平皿形容器の周縁に設けられた鍔部の全周が、前記仕切り板を介して重ね合わされて固着された構成で、前記第１扁平皿形容器と前記仕切り板との間に形成される第１空間に、改質材が収納されるとともに、前記第２扁平皿形容器と前記仕切り板との間に形成される第２空間の特定辺側に、当該特定辺に沿ってバーナを延設して備えた改質器に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の燃料となる水素を主成分とする改質ガスは、天然ガス等の炭化水素を含む原燃料を水蒸気改質して得るのが一般的である。原燃料の水蒸気改質によって水素を主成分とする改質ガスを生成する燃料改質装置において、その水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、水蒸気改質反応に必要な熱を何らかの形で供給する必要がある。
【０００３】
このために、従来、原料を改質材で改質する改質器を、正面視にて長方形状の第１扁平皿形容器、第２扁平皿形容器と、正面視にて長方形状で且つ平板状の仕切り板とを、第１扁平皿形容器、第２扁平皿形容器の周縁に設けられた鍔部の全周を仕切り板を介して重ね合わせて固着し、第１扁平皿形容器と仕切り板との間に形成される第１空間に改質材を収納し、第２扁平皿形容器と前記仕切り板との間に形成される第２空間の特定辺側に沿って備えられたバーナの燃焼により、第１空間を加熱するように構成されたものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、他の例として、改質器として、正面視にて長方形状の第１扁平皿形容器、第２扁平皿形容器と、正面視にて長方形状で且つ平板状の仕切り板とを、第１扁平皿形容器、第２扁平皿形容器の周縁に設けられた鍔部の全周を仕切り板を介して重ね合わせて固着し、第１扁平皿形容器と仕切り板との間に形成される第１空間、及び、第２扁平皿形容器と前記仕切り板との間に形成される第２空間の双方に改質材を収納するとともに、そのように形成される改質器が複数並置して設けられて、互いに隣り合う改質器の間に改質材加熱用のヒータを備えて前記第１空間及び第２空間を加熱するように構成されたものがあった（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２３５４２６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４０７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような改質器は、通常運転時の温度と停止時の温度の差が大きいとともに、比較的頻繁に起動と停止とを繰返すため、当該温度差に起因する部材の熱膨張・収縮が頻繁に起こり、熱疲労を受ける。具体的には、改質器は、扁平皿形容器形状の第１扁平皿形容器及び第２扁平皿形容器と、両者間に介挿される平板状の仕切り板とに関して、周縁部を固着した構造とされるため、温度変化に伴って発生する両扁平皿形容器と仕切り板との変形形態が異なることに起因して、熱ひずみが扁平皿形容器の各端辺に沿った方向（図４（ａ）におけるＸ方向及びＹ方向）において顕著に起こり、長方形状の各角部（特に特定辺であるバーナ配設側の角部）にひずみが集中し、仕切り板から扁平皿形容器が当該角部で外れてしまう等の問題が発生する場合あった。
このような破壊は、起動開始、起動停止を繰返すことによる、熱ひずみ起因の疲労破壊と考えられる。
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、改質装置の起動及び停止を繰り返した場合における熱ひずみ起因の疲労を低減し、疲労破壊が発生するまでの寿命（疲労寿命）を長くすることが可能な改質器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る改質器は、それぞれ正面視にて長方形状の第１扁平皿形容器、第２扁平皿形容器と、正面視にて長方形状で、平板状の仕切り板とから構成され、前記第１扁平皿形容器、第２扁平皿形容器の周縁に設けられた鍔部の全周が、前記仕切り板を介して重ね合わされて固着された構成で、前記第１扁平皿形容器と前記仕切り板との間に形成される第１空間に、改質材が収納されるとともに、前記第２扁平皿形容器と前記仕切り板との間に形成される第２空間の特定辺側に、当該特定辺に沿ってバーナを延設して備えたものであって、
その第１特徴構成は、前記第１扁平皿形容器及び前記第２扁平皿形容器のいずれか一方、或はそれらの両方の裏底部で、前記特定辺に近接した部位に、前記バーナによる加熱に伴う変形であって前記裏底部の面方向の変形を吸収する変形吸収用長溝を設けた点にある。この変形には、部材（扁平皿形容器の裏底部の伸張を許容する変形）も含まれる。
【０００９】
すなわち、第１扁平皿形容器及び第２扁平皿形容器のいずれか一方、或はそれらの両方の裏底部で、バーナが延設して備えられる特定辺に近接した部位に設けられる変形吸収用長溝が、バーナによる加熱に伴う変形であって裏底部の変形を、許容し、吸収することになる。
【００１０】
説明を加えると、本願に係る改質器は、第１扁平皿形容器及び第２扁平皿形容器と、仕切り板とで構成され、当該仕切り板が、第１扁平皿形容器及び第２扁平皿形容器に介挿された構造を取る。さらに、第１扁平皿形容器及び第２扁平皿形容器の裏底部は、その内部に第１空間及び第２空間を形成されるように構成される。そして、先にも示したように、熱の影響による第１扁平皿形容器及び第２扁平皿形容器の変形形態と仕切り板の変形形態とが異なり、さらに、両者間はその周縁部がその全周に亘って固着・拘束されているため、変形形態の差に起因する両者間で熱ひずみが発生しやすい構造となっている。しかしながら、変形吸収用長溝を、第１扁平皿形容器及び第２扁平皿形容器の裏底部の一方又は両方に設けることで、両者間の熱ひずみの吸収を図ることができる。
後にも示すように、発明者らの検討では、このような熱ひずみは、特定辺に近接した部位で、その辺に沿った方向に設けられるバーナによる加熱により、特定辺に沿った方向（図４（ａ）におけるＸ方向）及び、それに直交する方向（図４（ａ）におけるＹ方向）の固定端角部に集中されやすく、それぞれ長方形状に形成された第１扁平皿形容器、仕切り板及び第２扁平皿形容器の角部に集中し、起動・停止の繰り返しにより疲労として蓄積される。しかしながら、本願発明によれば、第１扁平皿形容器及び第２扁平皿形容器のいずれか一方、或はそれらの両方の裏底部で、特定辺に近接した部位に設けられる変形吸収用長溝を設けているため、この変形吸収用長溝によって、バーナによる加熱に伴う変形を許容し、吸収することができる。結果、角部に集中する熱ひずみを従来より低減することができ、従って、疲労を低下させることが可能となり、結果的に改質器の寿命を延ばすことができる。
【００１１】
つまり、上記のように変形吸収用長溝を備えることによって、仕切り板と第１扁平皿形容器又は第２扁平皿形容器との固着部分に発生する熱ひずみが小さいものとなるから、改質装置の起動及び停止を繰り返した場合における変形による疲労の蓄積を低減させることができるものとなり、改質器における第１扁平皿形容器又は第２扁平皿形容器が疲労破壊に至るまでの疲労寿命を長くすることが可能となる。
【００１２】
要するに、本発明に係る改質器の第１特徴構成によれば、改質装置の起動及び停止を繰り返した場合における疲労の蓄積を低減し、疲労破壊が発生するまでの寿命（疲労寿命）を長くすることが可能な改質器を提供できる。
【００１３】
本発明に係る改質器の第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記変形吸収用長溝が、前記特定辺に沿って延びる、或は、前記特定辺に交差する方向に延びる長溝である点を特徴とする。
【００１４】
すなわち、変形吸収用長溝が、特定辺に沿って延びる、或は、特定辺に交差する方向に延びる長溝によって、第１扁平皿形容器及び第２扁平皿形容器のいずれか一方、或はそれらの両方の裏底部の面方向の変形が吸収されることになる。
説明を加えると、第１扁平皿形容器、第２扁平皿形容器及び仕切り板は、特定辺に沿って設けられるバーナによる加熱に伴い、その形状に応じて変形し、熱ひずみが、先に説明した角部に集中することとなるが、特定辺に沿って延びる、或は、特定辺に交差する方向に延びる長溝を設けることによって、角部における熱ひずみの集中を緩和することができる。
【００１５】
要するに、本発明に係る改質器の第２特徴構成によれば、上記第１特徴構成による作用効果に加えて、バーナによる加熱に伴う変形であって、改質器全体として、特定辺側の端側角部への熱ひずみの集中を避け、疲労を低減することができる。
【００１６】
本発明に係る改質器の第３特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記変形吸収用長溝が前記特定辺に沿って、前記特定辺の両端部に亘って延びる特定辺方向長溝であり、
前記特定辺方向長溝が、単一、若しくは、前記特定辺とは直交する方向に複数分布して設けられている点を特徴とする。
【００１７】
すなわち、特定辺に沿って、特定辺の両端部に亘って延びる長溝によって、改質器全体として、特定辺側の端側角部への熱ひずみの集中をさけ、疲労を低減することができる。
つまり、第１扁平皿形容器の裏底部、又は、第２扁平皿形容器の裏底部は、特定辺に沿って設けられるバーナによる加熱に伴い、面方向に変形することとなるが、特定辺方向長溝が、特定辺に沿って、特定辺の両端部に亘って延びる長溝にて構成されるから、その変位を的確に吸収できる。
【００１８】
また、そのような特定辺方向長溝が、特定辺とは直交する方向に複数分布して設けられる場合には、第１扁平皿形容器及び第２扁平皿形容器のいずれか一方、或はそれらの両方の裏底部の変形をさらに適切に吸収することができるものとなる。
【００１９】
要するに、本発明に係る改質器の第３特徴構成によれば、上記第１特徴構成による作用効果に加えて、バーナによる加熱に伴う変形であって、第１扁平皿形容器及び第２扁平皿形容器のいずれか一方、或はそれらの両方の裏底部の面方向の変形を、適切に吸収することが可能な改質器を提供できる。
【００２０】
本発明に係る改質器の第４特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記変形吸収用長溝が、異なった二方向に延びる少なくとも一対の長溝から構成され、複数の長溝対が格子を成す点を特徴とする。
【００２１】
すなわち、変形吸収用長溝が、特定辺に対し交差する異なった二方向に延びる少なくとも一対の長溝から構成され、複数の長溝対が格子を成すものであるから、第１扁平皿形容器及び第２扁平皿形容器のいずれか一方、或はそれらの両方の裏底部の面方向の変形に対して、その変形を、適切に吸収することができるものとなる。
【００２２】
要するに、本発明に係る改質器の第４特徴構成によれば、上記第１特徴構成による作用効果に加えて、バーナによる加熱に伴う変形であって、第１扁平皿形容器及び第２扁平皿形容器のいずれか一方、或はそれらの両方の裏底部の面方向の変形を、適切に吸収することが可能な改質器を提供できる。
【００２３】
本発明に係る改質器の第５特徴構成は、上記第３特徴構成に加えて、前記長溝の総面積Ａと、長溝以外の裏底の面積Ｂとが、Ａ：Ｂで１：１〜１：２０の範囲にある点を特徴とする。
【００２４】
すなわち、長溝の総面積Ａと、長溝以外の裏底の面積Ｂとが、Ａ：Ｂで１：１〜１：２０の範囲にあるように構成することによって、バーナによる加熱に伴う変形であって、第１扁平皿形容器及び第２扁平皿形容器のいずれか一方、或はそれらの両方の裏底部の面方向の変形の吸収が、的確に行えるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る燃料改質装置の構成を説明する図
【図２】本発明に係る燃料改質装置における改質器の分解斜視図並びに全体斜視図
【図３】第１実施形態に係る変形吸収用長溝を備えた改質器の平面図
【図４】変形吸収用長溝を設けない場合と設けた場合とにおける歪蓄積量の解析結果を示す図
【図５】第２実施形態に係る変形吸収用長溝を備えた改質器の平面図
【図６】第３実施形態に係る変形吸収用長溝を備えた改質器の平面図
【図７】第４実施形態に係る変形吸収用長溝を備えた改質器の平面図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
〔第１実施形態〕
以下に、図面を参照して、炭化水素系の原燃料を改質して、水素を主成分とする改質ガスを生成する燃料改質装置の構成について説明する。
以下の実施形態では、発電出力７００Ｗ級の家庭用燃料電池システムにおいて、燃料改質装置で生成した水素を燃料電池の燃料として供給する例を説明するが、生成した水素を別の用途に供給してもよい。
図１は、燃料改質装置の構成を説明する図である。図１に示すように、燃料改質装置Ｒが備える装置本体Ａは、改質ガスを生成するための複数の反応器（脱硫処理部１、水蒸気生成部２、燃焼部４、水蒸気改質部３、変成処理部５、選択酸化部６）を有する。図１において、装置本体Ａは断面図で示す。
【００２７】
まず、脱硫処理部１から選択酸化部６に至るガスの流路について説明する。
図１に示すように、原燃料ガス用熱交換器Ｅａの原燃料ガス通流部１６に原燃料ガス供給路２１を接続して、そこから原燃料ガスを供給する。そして、原燃料ガス通流部１６、脱硫処理部１、被改質ガス用熱交換器Ｅｐの被改質ガス通流部１３、水蒸気改質部３、保温用通流部７、被改質ガス用熱交換器Ｅｐの上流側改質処理ガス通流部１２、原燃料ガス用熱交換器Ｅａの下流側改質処理ガス通流部１５、変成処理部５、選択酸化部６の順に流れるガス処理経路を形成するように、それらをガス処理用流路２２で接続している。
【００２８】
脱硫処理部１は、供給される都市ガスなどの炭化水素系の原燃料ガス（炭化水素系の原燃料）を脱硫処理する。水蒸気生成部２は、燃焼部４から排出された燃焼ガスを通流させる水蒸気生成用加熱通流部１１と、供給される原料水を水蒸気生成用加熱通流部１１による加熱にて蒸発させる蒸発部Ｖとを有する。燃焼部４は、燃焼用ガスを燃焼して燃焼熱を発生させる。燃焼用ガスとしては、燃料電池（図示せず）から排出された排燃料ガス（発電反応に用いられなかった水素を含むガス）を用いることができ、原燃料ガスを燃焼用ガスとして用いることもできる。水蒸気改質部３は、燃焼部４で発生された燃焼熱を利用して原燃料ガスを水蒸気改質して上記改質ガスを生成する。具体的には、水蒸気改質部３には、ルテニウム、ニッケル、白金などの改質触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数が通気可能な状態で充填される。水蒸気改質部３には、改質処理温度（即ち、反応器の温度）を検出する温度センサ３８が設けられている。また、別の反応器の温度を検出する温度センサを設けてもよい。そして、水蒸気改質部３に被改質ガス（後述する脱硫原燃料ガスと水蒸気との混合ガス）を通流させて、原燃料ガスを水素と一酸化炭素と二酸化炭素とを含む改質ガスに改質する。原燃料ガスが、メタンを主成分とする天然ガスである場合、水蒸気改質部３では、燃焼部４によって例えば６５０℃〜７５０℃程度の加熱下でメタンと水蒸気とが下記の反応式にて改質反応して、水素と一酸化炭素と二酸化炭素を含むガスに改質処理される。
【００２９】
〔化１〕
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2
〔化２〕
ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋４Ｈ2
【００３０】
選択酸化部６は、変成処理部５から排出される変成処理ガス中に残留している一酸化炭素を除去する。具体的には、選択酸化部６においては、ルテニウムや白金、パラジウム、ロジウム等の触媒作用によって、１００℃〜２００℃程度の反応温度で変成処理ガス中に残っている一酸化炭素が、添加された空気中の酸素によって酸化される。その結果、一酸化炭素濃度の低い（例えば１０ｐｐｍ以下）、水素リッチな燃料ガスが生成される。
生成された燃料ガスは、燃料ガス路２３を通じて燃料電池に供給される。本実施形態では、選択酸化部６から排出された選択酸化処理ガス（燃料電池に供給される燃料ガス）の温度は１００℃〜２００℃程度であり、例えば固体高分子型の燃料電池の動作温度は７０℃〜８０℃程度であるので、燃料ガス路２３には、選択酸化部６から排出された選択酸化処理ガスを、燃料電池の動作温度付近にまで冷却する燃料ガス冷却用熱交換器（図示せず）が設けられている。
また、上述したように、燃料電池から排出される排燃料ガス（発電反応に用いられなかった水素を含むガス）は、排燃料ガス路２４を通じて一対のパイプバーナ（バーナ４４）に燃焼用ガスとして供給される。
【００３１】
（水蒸気生成部への原料水の供給経路）
次に、水蒸気生成部２の蒸発部Ｖへの原料水の供給経路について説明する。
変成処理部５と選択酸化部６とを接続するガス処理用流路２２には、原料水供給路２５を流れる原料水を変成処理ガスにて予熱する原料水予熱用熱交換器１７と、更に、もう１つの水冷熱交換器（図示せず）と、変成処理ガスから凝縮水を除去するドレントラップ３４とが順に設けられている。
更に、原料水供給路２５における原料水予熱用熱交換器１７よりも下流側の箇所には、原料水を蛇行状に流す蛇行状通流部１８が設けられている。蛇行状通流部１８は、装置本体Ａの外壁部のうちの、燃焼部４を覆う箇所に熱伝導可能に当て付けて設けられる。その結果、装置本体Ａの外壁部からの伝導熱および輻射熱により、蛇行状通流部１８を通流する原料水が予熱される。
以上のようにして、水蒸気生成部２の蒸発部Ｖに供給する原料水を、原料水予熱用熱交換器１７及び蛇行状通流部１８を用いて予熱する。
【００３２】
（改質器の装置構成）
燃焼部４は、燃焼用ガス（排燃料ガス）を火炎を形成する状態で燃焼させる有炎燃焼部４Ｆと、その有炎燃焼部４Ｆに対して、その有炎燃焼部４Ｆの火炎形成方向下流側に配置されて、有炎燃焼部４Ｆにて燃焼しなかった燃焼用ガスを燃焼触媒４ｃにて燃焼させる触媒燃焼部４Ｃを備える。有炎燃焼部４Ｆには、改質装置用の加熱バーナとしての一対のパイプバーナ４４が設けられる。パイプバーナ４４にはイグナイタ４ｉを用いて点火される。燃焼部４の外表面の最高温度は例えば６００℃〜７００℃である。
【００３３】
図１において一点鎖線矢印にて示すように、燃焼用空気が、燃焼用ブロア２８から燃焼用空気路２９を通って一対のパイプバーナ４４に供給される。
更に、燃焼用ブロア２８に接続した酸化用空気供給路３１が、変成処理部５と選択酸化部６とを接続するガス処理用流路２２に接続される。それにより、燃焼用ブロア２８からの空気は酸化用空気として選択酸化部６に供給される。但し、酸化用空気供給路３１には開閉弁３５が設けられており、開閉弁３５を閉止作動させることで選択酸化部６への空気の供給を遮断可能である。
【００３４】
（装置本体Ａを通流するガスの熱交換）
次に、装置本体Ａを通流するガスの熱交換について説明する。
燃料改質装置の装置本体Ａには、水蒸気改質部３から排出された高温の改質処理ガスを通流させて、水蒸気改質部３を保温する保温用通流部７と、高温の改質処理ガスにより水蒸気改質部３に供給される被改質ガスを加熱する被改質ガス用熱交換器Ｅｐと、高温の改質処理ガスにより脱硫処理部１に供給される原燃料ガスを加熱する原燃料ガス用熱交換器Ｅａと、変成処理部５を冷却するために冷却用流体を通流させる変成部冷却用通流部８と、変成処理部５および選択酸化部６を冷却する冷却用ファン１０とが設けられている。
【００３５】
被改質ガス用熱交換器Ｅｐでは、保温用通流部７から排出された改質処理ガスを通流させる上流側改質処理ガス通流部１２と、水蒸気改質部３に供給する被改質ガスを通流させる被改質ガス通流部１３との熱交換が行われる。
原燃料ガス用熱交換器Ｅａでは、上流側改質処理ガス通流部１２から排出された改質処理ガスを通流させる下流側改質処理ガス通流部１５と、脱硫処理部１に供給する原燃料ガスを通流させる原燃料ガス通流部１６との熱交換が行われる。
【００３６】
（水蒸気と原燃料ガスとの混合）
原燃料ガス供給路２１から供給される原燃料ガスを脱硫処理部１で脱硫処理し、その脱硫原燃料ガスと水蒸気路２６からの水蒸気とを混合する。具体的には、図１に示すように、装置本体Ａにおいて、水蒸気生成用の原料水を供給する原料水供給路２５を水蒸気生成部Ｓの蒸発部Ｖに接続し、蒸発部Ｖにて生成された水蒸気を送出する水蒸気路２６を、脱硫処理部１と被改質ガス通流部１３とを接続するガス処理用流路２２に接続する。その結果、ガス処理用流路２２を通流する脱硫原燃料ガスに改質用の水蒸気が混合される。
【００３７】
（燃焼部から排出される燃焼ガスの利用形態）
図１において、破線矢印にて示すように、燃焼部４から排出された燃焼ガスを、水蒸気生成用加熱通流部１１、変成部冷却用通流部８の順に流すように、それら燃焼部４、水蒸気生成用加熱通流部１１、変成部冷却用通流部８が燃焼ガス路２７により接続されている。そして、水蒸気生成用加熱通流部１１においては、燃焼ガスによって蒸発部Ｖを加熱し、変成部冷却用通流部８においては、燃焼ガスによって、発熱反応である変成反応が行われる変成処理部５を冷却する。
【００３８】
（燃料改質装置の装置本体の構成）
燃料改質装置Ｒが備える複数の反応器（脱硫処理部１、水蒸気生成部２、改質器Ｆを構成する燃焼部４、改質器Ｆを構成する水蒸気改質部３、変成処理部５、選択酸化部６）は、上記改質ガスの生成処理工程で用いられる処理空間を内部に備えた平板型モジュールとしての容器Ｂを用いて形成される。それら複数の容器Ｂ（複数の反応器：平板型モジュール）は、並列に密着して並べられた状態で装置本体Ａを構成する。複数の容器Ｂを並べるに当たっては、上述したような伝熱させる必要のあるもの同士は互いに密着させた状態で並べ、且つ、伝熱量を調節する必要のあるもの同士の間に伝熱量調節用の断熱材１９ａ、１９ｂ、１９ｄ、１９ｅを介在させた状態で並べてある。また、容器Ｂは、皿形状の容器形成用部材を、それらの間に板状の仕切り部材を位置させた状態で溶接接続して、二つの処理空間を備えるように構成されている。尚、図１に示すように、燃焼部４を直接覆うように設けられている断熱材１９は、後述する皿形状の容器形成用部材としての第２扁平皿形容器Ｎで覆われる状態で収納されている。
更に、変成処理部５と選択酸化部６との間や、変成処理部５を構成する複数の容器Ｂの間には容器Ｂ（反応器）を加熱するための板状のヒータＨが設けられている。
【００３９】
（改質器の構成）
改質器Ｆは、図２及び図３に示すように、それぞれ正面視にて長方形状の第１扁平皿形容器Ｋ、第２扁平皿形容器Ｎと、正面視にて長方形状で、平板状の仕切り板Ｄとから構成され、第１扁平皿形容器Ｋ、第２扁平皿形容器Ｎの周縁に設けられた鍔部ＫＥ、鍔部ＮＥの全周が、仕切り板Ｄを介して重ね合わされて固着されている。
【００４０】
そして、第１扁平皿形容器Ｋと仕切り板Ｄとの間に形成される第１空間ＫＲに、改質材（図示なし）が収納されるとともに、第２扁平皿形容器Ｎと仕切り板Ｄとの間に形成される第２空間ＮＲの特定辺Ｆｔ側に、当該特定辺Ｆｔに沿ってバーナ４４を延設して備えている。
尚、第１扁平皿形容器Ｋには、水蒸気改質部３と保温用通流部７とが、水蒸気改質部３が仕切り板Ｄ側となり、保温用通流部７が裏底部ＫＢ側となる状態で設けられている。そして、この実施形態においては、水蒸気改質部３が第１空間ＫＲに相当する。
【００４１】
第１扁平皿形容器Ｋの裏底部ＫＢ及び第２扁平皿形容器Ｎの裏底部ＮＢで、特定辺Ｆｔに近接した部位には、特定辺Ｆｔに沿って、特定辺Ｆｔの両端部に亘って延びる変形吸収用長溝Ｍとしての４つの特定辺方向長溝Ｍ１が、特定辺Ｆｔとは直交する方向に分布して設けられている。この特定辺方向長溝Ｍ１の幅は、第１扁平皿形容器Ｋの裏底部ＫＢの長手方向幅（図１の上下方向の幅）の１／１〜１／２０程度であり、この特定辺方向長溝Ｍ１の深さは、第１扁平皿形容器Ｋの裏底部ＫＢの凹入深さ（図２の上下方向の幅）の１／２〜１／２０程度である。
【００４２】
従って、この特定辺方向長溝Ｍ１の総面積Ａと、特定辺方向長溝Ｍ１以外の裏底の面積Ｂとは、Ａ：Ｂで１：１〜１：２０の範囲となるように構成されている。
【００４３】
（改質器の使用態様）
燃料改質装置Ｒの使用において、改質器Ｆは、バーナ４４の燃焼により第１空間ＫＲを加熱するとともに、第１空間ＫＲに供給される原料を改質材で改質する。
このとき、第１扁平皿形容器Ｋ及び第２扁平皿形容器Ｎは、バーナによる加熱に伴って、例えば６５０℃〜７５０℃程度にまで温度が上昇するため、その加熱に伴い膨張変形することになる。具体的には、図４（ａ）に示すように、第１扁平皿形容器Ｋの裏底部ＫＢ及び第２扁平皿形容器Ｎは、昇温に伴って、主には特定辺Ｆｔに沿うＸ方向及び特定辺Ｆｔに直交するＹ方向に、ある程度膨張する。同様に、仕切り板Ｄも膨張する。但し、仕切り板Ｄの膨張量が扁平皿形容器Ｋ，Ｎの膨張量に対して勝り、その膨張量の差に伴って両者間で発生する熱ひずみが、仕切り板Ｄ及び両扁平皿形容器Ｋ，Ｎの角部に集中することとなる。しかしながら、上記変形吸収用長溝Ｍは、バーナ４４による加熱に伴う変形であって裏底部ＫＢ、ＮＢの面方向の膨張、すなわち、Ｘ、Ｙ方向の変形を吸収することにより、改質装置Ｒの起動及び停止を繰り返した場合における熱ひずみ起因の疲労の蓄積を低減し、疲労破壊が発生するまでの寿命（疲労寿命）を長くすることが可能な改質器Ｆを提供することができる。
【００４４】
（熱応力解析の結果）
以下に、上記変形吸収用長溝Ｍの効果を確認すべく行った熱応力解析の結果を示す。この解析結果は、変形吸収用長溝Ｍを設けることの効果を示すものであるが、この解析にて得られた数値は、本発明を限定するものではない。
【００４５】
熱応力解析は、改質器Ｆをその設置姿勢において上下に二分割し、さらに、バーナ４４が設けられる特定辺側端部をさらに特定辺に直交する状態で二分割した解析対象部分Ｆｉに対して行った（図４参照）。
すなわち、図４におけるＦｉ１は、改質器Ｆの特定辺Ｆｔにおける一方側の端部であり、同Ｆｉ２は、改質器Ｆの特定辺Ｆｔに沿う方向における中央部を示すものである。
なお、解析は、常温（室温）状態から加熱状態（例えば６５０℃）への加熱、及び、加熱状態から常温状態への自然冷却を１サイクルとして、このサイクルをｎサイクル（ｎは一定数）繰り返し受けるものとした。そして、この場合における、解析終了後の歪蓄積量（無次元量）を得た。
【００４６】
図４（ａ）は、変形吸収用長溝Ｍを設けていない場合の解析対象部分Ｆｉを示す図であり、図４（ｂ）は、変形吸収用長溝Ｍを設けた場合の解析対象部分Ｆｉを示す図である。
第１扁平皿形容器Ｋの裏底部ＫＢにおいて、その平面視における特定辺側の一端側である角部Ｆｉ１、及び、特定辺の中央部分Ｆｉ２の歪蓄積量を比較した。
その結果、角部Ｆｉ１における歪蓄積量は、変形吸収用長溝Ｍを設けていない場合（図４（ａ））に対して、変形吸収用長溝Ｍを設けた場合（図４（ｂ））は約８４％（１０６ｋ／１２６ｋ：ｋは定数）に低下していることが分かる。
また、中央部分Ｆｉ２における歪蓄積量は、変形吸収用長溝Ｍを設けていない場合（図４（ａ））に対して、変形吸収用長溝Ｍを設けた場合（図４（ｂ））は約８２％（１２０ｋ／１４６ｋ：ｋは定数）に低下していることが分かる。
【００４７】
このように、変形吸収用長溝Ｍを設けた場合は、変形吸収用長溝Ｍを設けていない場合と較べて明らかに歪蓄積量が低下していることが判明した。
【００４８】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明するが、改質器Ｆにおける変形吸収用長溝Ｍの構成以外は第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる変形吸収用長溝Ｍの構成のみを説明し、他の構成についての説明は省略する。
第２実施形態においては、図５に示すように、変形吸収用長溝Ｍが、特定辺Ｆｔに直交する方向に延びる長溝Ｍ２として構成されている。
【００４９】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について説明するが、改質器Ｆにおける変形吸収用長溝Ｍの構成以外は第１及び第２実施形態と同様であるため、第１及び第２実施形態と異なる変形吸収用長溝Ｍの構成のみを説明し、他の構成についての説明は省略する。
第３実施形態においては、図６に示すように、変形吸収用長溝Ｍが、特定辺Ｆｔに対し交差する異なった二方向に延びる一対の長溝Ｍ３１及び長溝Ｍ３２から構成されている。
【００５０】
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態について説明するが、改質器Ｆにおける変形吸収用長溝Ｍの構成以外は第１〜第３実施形態と同様であるため、第１〜第３実施形態と異なる変形吸収用長溝Ｍの構成のみを説明し、他の構成についての説明は省略する。
第４実施形態においては、図７に示すように、変形吸収用長溝Ｍを、特定辺Ｆｔに直交する方向に延びる複数の長溝Ｍ４１と、特定辺Ｆｔに沿う方向に延びる複数の長溝Ｍ４２とから構成し、それら複数の長溝Ｍ４１及び複数の長溝Ｍ４２によって構成される複数の長溝対が、格子を成す状態で設けられている。
【００５１】
〔別実施形態〕
次に本発明の別実施形態を説明する。
（１）上記第１〜第４の各実施形態においては、変形吸収用長溝Ｍを第１扁平皿形容器Ｋの裏底部ＫＢ及び第２扁平皿形容器Ｎの裏底部ＮＢに設けるように構成したが、このような構成に限定されるものではなく、変形吸収用長溝Ｍを、第１扁平皿形容器Ｋの裏底部ＫＢ又は第２扁平皿形容器Ｎの裏底部ＮＢのいずれか一方に設けるように構成してもよい。
【００５２】
（２）上記第１実施形態においては、図２、図３、図４（ｂ）に示すように、変形吸収用長溝Ｍとしての特定辺方向長溝Ｍ１を４つとしているが、特定辺方向長溝Ｍ１を単一としてもよく、また、４つ以外の任意の複数個としてもよい。すなわち、第１扁平皿形容器Ｋの裏底部ＫＢの変形、及び、第２扁平皿形容器Ｎの裏底部ＮＢの変形を吸収することができる限りにおいて、特定辺方向長溝Ｍ１の設置個数は任意である。
【００５３】
（３）上記第２実施形態においては、変形吸収用長溝Ｍを、特定辺Ｆｔに直交する方向に延びる長溝Ｍ２として構成したが、長溝Ｍ２と特定辺Ｆｔとが成す角度は直角に限定されるものではなく、例えばその鋭角側において０度超９０度未満の任意の角度に設定してもよい。
【００５４】
（４）上記第３実施形態においては、変形吸収用長溝Ｍを、特定辺Ｆｔに対し交差する異なった二方向に延びる一対の長溝Ｍ３１及び長溝Ｍ３２とから構成したが、この一対の長溝に加えて、特定辺Ｆｔに対して長溝Ｍ３１が交差する角度とも特定辺Ｆｔに対して長溝Ｍ３２が交差する角度とも異なる角度にて交差する単一のまたは複数の長溝を備えるように構成してもよい。
【００５５】
（５）上記第４実施形態においては、変形吸収用長溝Ｍを、特定辺Ｆｔに直交する方向に延びる複数の長溝Ｍ４１と、特定辺Ｆｔに沿う方向に延びる複数の長溝Ｍ４２とから構成し、それら複数の長溝Ｍ４１及び複数の長溝Ｍ４２によって構成される複数の長溝対が、格子を成す状態で設けられるものとしたが、長溝Ｍ４１と長溝Ｍ４２とが特定辺Ｆｔに対して成す角度は、長溝Ｍ４１と長溝Ｍ４２とが交差する、すなわち、複数の長溝Ｍ４１及び複数の長溝Ｍ４２によって構成される複数の長溝対が、格子を成す状態であれば任意に設定可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明によれば、改質装置の起動及び停止を繰り返した場合における熱ひずみ起因の疲労の蓄積を低減し、疲労破壊に至るまでの疲労寿命を長くすることが可能な改質器を提供することができる。
【符号の説明】
【００５７】
Ｋ      第１扁平皿形容器
ＫＲ    第１空間
ＫＢ    裏底部
ＫＥ    鍔部
Ｄ      仕切り板
Ｎ      第２扁平皿形容器
ＮＲ    第２空間
ＮＢ    裏底部
ＮＥ    鍔部
Ｍ      変形吸収用長溝
Ｍ１    長溝
Ｆｔ    特定辺
【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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