(57)【要約】      （修正有）【課題】耐久性を向上させると同時に、効率的な改質反応、装置のコンパクト化、製造コストの低減、触媒の随時交換を可能とする燃料電池用マルチチャンネル直立型改質器を提供する。【解決手段】予熱チャンネル部、改質チャンネル部、排気ガスチャンネル部が直立型で装着されて一体型で構成される伝熱部１００と、前記伝熱部１００の下側に脱着型で装着固定される燃焼サポート部２００と、前記伝熱部１００の側面に装着されて、触媒が消耗される度に触媒を随時投入できるように構成された触媒投入部３００と、予熱チャンネル部から改質チャンネル部へのガス移動を容易にする分配ハウジング４００とで構成される燃料電池用マルチチャンネル直立型改質器。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予熱チャンネル部側に水が入水される入水管及び予熱チャンネル部側に改質用天然ガスが流入する流入管が各々構成され、前記流入管の下側方向には改質された改質ガスが排出される排出管が構成され、上側には燃焼排ガスが排出される排気口が構成され、前記排気口の反対側には燃焼サポート部と容易な密封結合になるように連結部が一体型で形成され、内側には燃焼された排ガスが排気されるように案内する排気ガスチャンネル部及び実質的な改質反応がなされ排出管が連結される改質チャンネル部、水と天然ガスが流入する入水管及び流入管が連結され、予熱が行われる予熱チャンネル部が一体型で構成された伝熱部と、
前記伝熱部の下側には天然ガス及びスタック未反応燃料を原料として使用し、燃焼により熱を発生させる燃焼部、または前記燃焼部を装着しない場合高温空気の流入通路になるヘッダのうち、選択されたいずれか１つが脱着型で装着固定される燃焼サポート部と、
改質反応に投入される触媒投入の際開放容易な構造からなり、天然ガスが流入する流入管の反対側に伝熱部と開放容易な構造で装着される触媒投入部と、
改質反応がなされた改質ガスが改質チャンネル部から排出管を介して排出され得るように案内し、伝熱部の下部の一側に脱着型で装着される分配ハウジングと、
を備えて構成され、
前記伝熱部には、水と天然ガスが流入して予熱がなされる１つ以上の予熱チャンネル部と、天然ガスと水が触媒により実質的な改質反応が起こるように導く１つ以上の改質チャンネル部と、燃焼部で燃焼されたガスが排出されるように導く１つ以上の排気ガスチャンネル部とが各々構成され、
前記改質チャンネル部は、予熱チャンネル部の中心から左右側に各々構成され、前記排気ガスチャンネル部は、改質チャンネル部の左右側に各々構成されるとともに、前記予熱チャンネル部と、改質チャンネル部と、排気ガスチャンネル部とは、伝熱部に直立装着構成されて予熱及び燃焼ガスの排出を容易にしたことを特徴とする予熱器が併合された燃料電池用マルチチャンネル直立型改質器。
【請求項２】
前記伝熱部の連結部と燃焼サポート部との間には気密用ガスケットが構成されることを特徴とする、請求項１に記載の予熱器が併合された燃料電池用マルチチャンネル直立型改質器。
【請求項３】
前記排出管の伝熱部方向の一側には、微細粉塵をろ過させるためのフィルタが構成されることを特徴とする、請求項１に記載の予熱器が併合された燃料電池用マルチチャンネル直立型改質器。
【請求項４】
前記排気口は、延長されるパイプとフランジ繋ぎまたはねじ結合、或いは溶接による融着結合方式のうちいずれか１つの方式で結合固定できるように連結部１４１が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の予熱器が併合された燃料電池用マルチチャンネル直立型改質器。
【請求項５】
前記燃焼部は、上端が開放された立体構造の燃焼器が備えられるとともに、前記燃焼器の内側には、複数の通り穴を有するパネルシートまたは金属材質の網のうちいずれか１つで構成されて、熱が全体的に拡散されるようにする熱拡散ユニットが構成される一方、前記燃焼器の一端には、伝熱部の連結部に対応する別の連結部が形成され、前記燃焼器の一側には、燃焼用空気が流入する空気流入口と、燃焼用天然ガスが流入する天然ガス流入口とが各々構成されるとともに、前面一側には点火スイッチが備えられて、予熱チャンネル部に熱が伝達するようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の予熱器が併合された燃料電池用マルチチャンネル直立型改質器。
【請求項６】
前記触媒投入部は、伝熱部と容易に装着できるようにするとともに、触媒を投入できる投入口が形成された装着ブロックと、前記投入口に挿入され、触媒が安定的に支持固定されるようにする触媒固定台と、前記触媒固定台が分離及び離脱されることを防止するために、装着ブロックと締結固定されるカバーと、前記カバーと装着ブロックとの間で気密が維持されるようにするガスケットとを備えて構成されることを特徴とする、請求項１に記載の予熱器が併合された燃料電池用マルチチャンネル直立型改質器。
【請求項７】
前記分配ハウジングは、伝熱部と容易に装着できるように構成され、長手方向に切開された半円筒形で構成されるとともに、内側にはガスの流入及び流出を含む流れが容易になるように分配室が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の予熱器が併合された燃料電池用マルチチャンネル直立型改質器。
【請求項８】
前記予熱チャンネル部は平板型のプレートで形成され、流入する水と天然ガスが流出することを防止できるように、一端には流出防止隆起部が設けられ、下側コーナには、改質チャンネル部へのガス移動が容易にできるように案内する出口溝が形成され、水が入水される入水管の一側には、水が臨時貯蔵されつつ、均一な分配とともに、下端に微細噴射となるようにするインジェクションが一体型で構成された噴射ユニットが構成され、前記噴射ユニットの下側には、伝熱ピンが備えられ、前記伝熱ピンの上側は、流入する天然ガスが均一に分配されるとともに、下側に移動できるように傾斜して形成された分配部が形成され、前記分配部の反対側には、混合されたガスを容易に送り出すことができるように、終端が出口溝方向に拡張された拡開部が構成されることを特徴とする、請求項１に記載の予熱器が併合された燃料電池用マルチチャンネル直立型改質器。
【請求項９】
前記改質チャンネル部は、平板型のプレートで形成され、予熱用プレートから流入した混合ガスが流出することを防止できるように、一端には流出防止隆起部が設けられ、下側コーナには、予熱用プレートから排出された混合ガスが流入する流入溝が形成されるとともに、前記流入溝の上側には、触媒投入部を介して投入される触媒が改質用プレートの内部に流入できるように投入溝が設けられる一方、改質チャンネル部の内側下端には、流入溝に流入した混合ガスが均等に分配できるように分配拡散層が構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の予熱器が併合された燃料電池用マルチチャンネル直立型改質器。
【請求項１０】
前記排気ガスチャンネル部は平板型のプレートで形成され、上下端が開放された構造からなるとともに、側面には、排気されるガスが流出することを防止できるように流出防止隆起部が設けられ、前記流出防止隆起部の内側には、伝熱ピンが装着されたことを特徴とする、請求項１に記載の予熱器が併合された燃料電池用マルチチャンネル直立型改質器。
【請求項１１】
前記伝熱部の内部温度と、触媒の消耗状態などを感知できるように、１つ以上のセンサが伝熱部の外側に装着固定されることを特徴とする、請求項１に記載の予熱器が併合された燃料電池用マルチチャンネル直立型改質器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予熱器が併合された燃料電池用マルチチャンネル直立型改質器に関し、より詳細には、少なくとも１つ以上のチャンネルを直立構造で構成させて、燃焼器の装着を容易にするとともに、圧力降下を予め遮断して効率的な改質反応ができるようにする一方、耐久性と、コンパクトなサイズに製作して経済性を向上できる、予熱器が併合された燃料電池用マルチチャンネル直立型改質器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池（Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）とは、メタノール、エタノール、天然ガスのような炭化水素系の物質内に含有されている水素と酸素の化学反応エネルギーを直接電気エネルギーに変換させる発電システムである。
【０００３】
前記燃料電池に使用される電解質の種類によって、リン酸燃料電池、溶融炭酸塩燃料電池、固体酸化物燃料電池、高分子電解質、またはアルカリ燃料電池などに分類される。
【０００４】
これらそれぞれの燃料電池は、根本的に同じ原理により作動するが、使用される燃料の種類、運転温度、触媒、及び電解質などが互いに異なる。
【０００５】
そのうち、固体酸化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell:ＳＯＦＣ）は、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）やセリウム（ＣｅＯ２）などの固体酸化物を電解質として用いた燃料電池であって、一般的に７００〜１０００℃の高温で作動し、電解質内で酸化物イオン（Ｏ２−）が伝導するため、原理的に水素だけでなく、メタンやブタンなどの炭化水素においても空気中の酸素と電気化学反応させて発電システムとして使用することができる。
【０００６】
また、発電用固体酸化物燃料電池システムは、電気を生産する役割を果たすスタックと、スタック内部に燃料を供給し、スタックから排出されて捨てられる燃料及び熱を回収する機能を果たすＭ−ＢＯＰ及び生産された電気を家電に供給できるように直流を交流に切り替える機能を行うＥ−ＢＯＰで構成されており、前記Ｍ−ＢＯＰ（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｂａｌａｎｃｅ  ｏｆ  Ｐｌａｎｔｓ）では、燃料電池の燃料となる都市ガスを水素に切り替える改質器（Ｒｅｆｏｒｍｅｒ）が含まれている。
【０００７】
前記改質器（Ｒｅｆｏｒｍｅｒ）が本願発明で主に検討する内容であり、改質器は、熱エネルギーによる化学触媒反応によって水素を含有した燃料を水素ガスに切り替える（Conversionor Reforming）装置であり、通常、前記改質器の概略構成をみると、熱エネルギーを発生及び供給する燃焼反応部と、前記熱エネルギーを用いて前記燃料から水素ガスを発生させる改質反応部と、前記水素ガスに含有された一酸化炭素の濃度を低減させる一酸化炭素除去部とからなる。
【０００８】
上記のような構成を有する改質器は、特許文献１及び特許文献２に開示すように、熱交換の効率性を高めるために、チャンネル構造が非常に複雑に構成されている。
【０００９】
すなわち、上記先行技術資料に開示すように、従来のチャンネル（流路、水とガスの流通路）は曲がりくねった形態で構成されているが、これは、流体の流動を妨害して速度を遅くすることにより熱交換の効率を極大化するための形態であったが、熱交換の効率性極大化に偏った結果、却って、圧力降下を増幅させてスタックの燃料である水素の供給が円滑でなく、スタックが誤作動するという問題が生じた。
【００１０】
特に、熱交換過程をくねくねして複雑に形成されたチャンネル内部で行われるようにしたので、効率的な熱交換になるためには、体積の肥大化はさることながら、高温の条件では、熱膨張による亀裂のような問題により、反応器の耐久性が低下するという問題が生じた。
【００１１】
さらに、触媒の交換が困難であるか、または不可能な構造を有しており、触媒の交換は難しいと言え、これに備えて触媒をチャンネルの一側に担持するか、特殊な形態の触媒のみを使用できるように構成されて、使用の便利性と経済性が極めて低いという問題がある。
【００１２】
そして、上記先行技術に開示すように、燃料と水蒸気が入口で混合されて入るように構成されており、常温の燃料と高温の水蒸気とが会うことになると凝縮されて、一部は水の形態（像）に変化して二像の挙動を示すようになるが、これは、狭くてくねくねとしたチャンネルを塞がり、内部圧力を上げるとともに、内部の蒸発圧力により膨脹された水が内部圧力をさらに上げるようになることによって溶接部の亀裂をはじめ溶接部全体が完破される等の深刻な耐久性問題を引き起こし、最終的には、燃料電池の効率的な運転ができないようになる原因となった。
【００１３】
また、上記先行技術では、水予熱器を反応器前端に別途備えなければならないので、システムの構築費用が高くなり、運用方法が複雑になる恐れがあった。
【００１４】
また、上記先行技術に開示すように、従来の改質器は板型のプレートが複数枚平衡に積層された構造を有しており、このような構造では、燃焼器を装着できず、熱源として電気を用いるか、燃焼触媒として高価の白金を用いたが、相当な経済的費用が負担になる等実用的ではなく、かつ、大衆化に至っていない実情である。
【００１５】
したがって、燃料電池はもちろん、燃料電池に構成される改質器の耐久性を向上させる一方、経済的な費用負担を軽減させるとともに、コンパクトなサイズの燃料電池用改質器及びそのような改質器が装着された燃料電池が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】大韓民国特許出願１０−２００４−００４７０２３
【特許文献２】大韓民国特許出願１０−２００５−００３０５６６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
したがって、本願発明は、上記のような問題点を解決するために案出されたものであって、既存の複雑なチャンネル構造から脱して簡単な構造からなるようにし、燃料と水蒸気などの流体が安定的に流れるようにして耐久性を向上させ、同時に効率的な改質反応及び燃料電池が稼働できるようにした燃料電池用マルチチャンネル直立型改質器を提供することにその目的がある。
【００１８】
本発明のさらに他の目的は、熱交換が行われる面積を最小化してコンパクトに製作するとともに、それによる製造コストの低減で燃料電池の底辺化を早めることができるようにすることにその目的がある。
【００１９】
本発明のさらに他の目的は、改質反応に使用される触媒を随時交換できるようにすることにより、半永久的に使用できるようにすることはもちろん、触媒にかかる費用を大幅低減して低価で普及できるようにすることにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記のような目的を達成するための本願発明の予熱器が併合された燃料電池用マルチチャンネル直立型改質器Ｓは、
予熱チャンネル部５００側に水が入水される入水管１１０及び予熱チャンネル部５００側に改質用天然ガスが流入する流入管１２０が各々構成され、前記流入管１２０の下側方向には改質された改質ガスが排出される排出管１３０が構成され、上側には燃焼排ガスが排出される排気口１４０が構成され、前記排気口１４０の他側には燃焼サポート部２００と容易に密封結合ができるように連結部１５０が一体型で形成され、内側には燃焼された排ガスが排気されるように案内する排気ガスチャンネル部７００及び実質的な改質反応がなされ、排出管１３０が連結構成される改質チャンネル部６００、水と天然ガスが流入する入水管１１０及び流入管１２０が連結構成され、予熱がなされる予熱チャンネル部５００が一体型で構成された伝熱部１００と、前記伝熱部１００の下側には天然ガス及びスタック未反応燃料を原料として使用して、燃焼により熱を発生させる燃焼部２５０、または前記燃焼部２５０を装着しなかった場合、高温空気の流入通路になるヘッダ２９０のうち選択されたいずれか１つが脱着型で装着固定される燃焼サポート部２００と、改質反応に投入される触媒投入の際開放容易な構造からなり、天然ガスが流入する流入管１２０の他側に伝熱部１００と開放容易な構造で装着構成される触媒投入部３００と、改質反応がなされた改質ガスが改質チャンネル部６００から排出管１３０を介して排出できるように案内し、伝熱部１００の下部の一側に脱着型で装着構成される分配ハウジング４００とを備えて構成され、
前記伝熱部１００には、水と天然ガスが流入して予熱がなされる１つ以上の予熱チャンネル部５００と、天然ガスと水が触媒により実質的な改質反応が起こるように導く１つ以上の改質チャンネル部６００と、燃焼部２００で燃焼されたガスが排出されるように導く１つ以上の排気ガスチャンネル部７００とが各々構成され、前記改質チャンネル部６００は、予熱チャンネル部５００の中心から左右側に各々構成され、前記排気ガスチャンネル部７００は、改質チャンネル部６００の左右側に各々構成されるとともに、前記予熱チャンネル部５００と、改質チャンネル部６００と、排気ガスチャンネル部７００とは、伝熱部１００に直立装着されて予熱及び燃焼ガスの排出が容易にできるようにしたことを特徴とする。
【００２１】
また、前記伝熱部１００の連結部１５０と燃焼サポート部２００との間には気密用ガスケット２６０が構成されることを特徴とする。
【００２２】
また、前記排出管１３０の伝熱部方向の一側には、微細粉塵をろ過させるためのフィルタ１７０が構成されることを特徴とする。
【００２３】
また、前記排気口１４０は、延長されるパイプとフランジ繋ぎまたはねじ結合、或いは溶接による融着結合方式のうちいずれか１つの方式で結合固定できるように連結部１４１が形成されることを特徴とする。
【００２４】
また、前記燃焼部２５０は、上端が開放された立体構造の燃焼器２４１が備えられるとともに、前記燃焼器２４１の内側には、複数の通り穴を有するパネルシートまたは金属材質の網のうちいずれか１つで構成されて、熱が全体的に拡散されるようにする熱拡散ユニット２４２が構成される一方、前記燃焼器２４１の一端には、伝熱部１００の連結部１５０に対応する連結部２１０が形成され、前記燃焼器２４１の一側には、燃焼用空気が流入する空気流入口２２０と燃焼用天然ガスが流入する天然ガス流入口２３０とが各々構成されるとともに、前面一側には点火スイッチ２４０が備えられて、予熱チャンネル部５００に熱が伝達されるようにしたことを特徴とする。
【００２５】
また、前記触媒投入部３００は、伝熱部１００と容易に装着できるようにするとともに、触媒を投入できる投入口３１１が形成された装着ブロック３１０と、前記投入口３１１に挿入されて、触媒が安定的に支持固定されるようにする触媒固定台３２０と、前記触媒固定台３２０が分離及び離脱されることを防止するために、装着ブロック３１０と締結固定されるカバー３４０と、前記カバー３４０と装着ブロック３１０との間で気密性が維持されるようにするガスケット３３０とを備えて構成されることを特徴とする。
【００２６】
また、前記分配ハウジング４００は、伝熱部１００と容易に装着できるように構成され、長手方向に切開された半円筒形で構成されるとともに、内側には、ガスの流入及び流出を含む流れが容易なように分配室４１０が形成されることを特徴とする。
【００２７】
また、前記予熱チャンネル部５００は、平板型のプレートで形成され、流入する水と天然ガスが流出することを防止できるように、一端には流出防止隆起部５１０が設けられ、下側コーナには、改質チャンネル部６００にガスの移動が容易なように案内する出口溝５２０が形成され、水が入水される入水管１１０の一側には、水が臨時貯蔵されつつ、均一な分配とともに微細噴射となるようにするインジェクション５３１が下端に一体型で構成された噴射ユニット５３０が構成され、前記噴射ユニット５３０の下側には、伝熱ピン５４０が備えられ、前記伝熱ピン５４０の上側は、流入する天然ガスが均一に分配されるとともに、下側に移動できるように傾斜して形成された分配部５４１が形成され、前記分配部５４１の他側には、混合されたガスを容易に送り出すことができるように、終端が出口溝５２０方向に拡張された拡開部５４２が構成されることを特徴とする。
【００２８】
また、前記改質チャンネル部６００は、平板型のプレートで形成され、予熱用プレート５００から流入した混合ガスが流出することを防止できるように、一端には流出防止隆起部６１０が設けられ、下側コーナには、予熱用プレート５００から排出された混合ガスが流入する流入溝６２０が形成されるとともに、前記流入溝６２０の上側には、触媒投入部３００を介して投入される触媒が改質用プレート６００の内部に流入できように投入溝６３０が設けられる一方、改質チャンネル部６００の内側下端には、流入溝６２０に流入した混合ガスが均等に分配できるように分配拡散層６４０が構成されたことを特徴とする。
【００２９】
また、前記排気ガスチャンネル部７００は、平板型のプレートで形成され、上下端が開放された構造からなるとともに、側面には、排気されるガスが流出することを防止できるように流出防止隆起部７１０が構成され、前記流出防止隆起部７１０の内側には、伝熱ピン７２０が装着構成されたことを特徴とする。
【００３０】
また、前記伝熱部の内部温度と、触媒の消耗状態などを感知できるように、１つ以上のセンサ８００が伝熱部１００の外側に装着固定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明において提供する、予熱器が併合された燃料電池用マルチチャンネル直立型改質器は、既存の圧力降下が激しい曲がりくねった微細流路（チャンネル）の構造から脱して簡単な構造からなり、圧力降下を減少ないし最小化できるだけでなく、改質容量によって左右側方向にチャンネル拡張による容量拡大が容易になることはもちろん、燃料と水蒸気などの流体が圧力降下することなく安定的に流れることができ、それによる耐久性向上と、安定的かつ効率的な改質反応により切れること無く安定的にスタックに供給させるという効果がある。
【００３２】
また、熱交換がなされる面積を最小化してコンパクトに製作することができ、製造コストを削減できることはもちろん、改質反応に用いられる触媒を随時交換することができ半永久的な使用ができ、ペレット形、球形などのような低価の触媒の使用が容易にできるので、運用費用を大幅低減することができるという効果がある。
【００３３】
また、伝熱部に改質部と予熱部が１つに統合されており、別の予熱器を備える必要がないとともに、全処理工程を単純化することができ、コストを大きく下げることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の好ましい一実施形態を示した斜視図。
【図２】本発明の好ましい一実施形態を示した分解斜視図。
【図３】本発明の好ましい一実施形態を示した正面図。
【図４】本発明の好ましい一実施形態を示した側面図。
【図５】本発明の好ましい一実施形態を示した概略平断面図。
【図６】本発明の改質器のうち、排気ガスチャンネル部が装着された状態を示した正面構成図。
【図７】本発明の改質器のうち、改質チャンネル部が装着された状態を示した正面構成図。
【図８】本発明の改質器のうち、予熱チャンネル部が装着された状態を示した正面構成図。
【図９】本発明のさらに他の一実施形態を示した斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、添付された図面及び好ましい実施形態によって本願発明を詳細に説明する。
【００３６】
まず、本願発明において提供する、予熱器が併合された燃料電池用マルチチャンネル直立型改質器Ｓの核心は、図１〜図２に示すように、予熱チャンネル部５００、改質チャンネル部６００、排気ガスチャンネル部７００が直立型で装着されて一体型で構成される伝熱部１００と、前記伝熱部１００の下側に脱着型で装着固定される燃焼サポート部２００と、前記伝熱部１００の側面に装着されて、触媒が消耗される度に触媒を随時投入できるように構成された触媒投入部３００と、予熱チャンネル部５００から改質チャンネル部６００へのガス移動を容易にする分配ハウジング４００とで構成される。
【００３７】
このとき、前記伝熱部１００は、図１〜図２に示すように、予熱チャンネル部５００側に水が入水される入水管１１０及び予熱チャンネル部５００側に改質用天然ガスが流入する流入管１２０が各々構成される。
【００３８】
また、前記流入管１２０の下側方向には改質された改質ガスが排出される排出管１３０が構成され、上側には燃焼排ガスが排出される排気口１４０が構成され、前記排気口１４０の他側には燃焼サポート部２００との密封結合が容易になるように連結部１５０が一体型で形成される一方、燃焼された排ガスの排気を案内する排気ガスチャンネル部７００及び実質的な改質反応がなされ、排出管１３０が連結される改質チャンネル部６００、水と天然ガスが流入する入水管１１０及び流入管１２０が連結構成され、予熱がなされる予熱チャンネル部５００が一体型で構成される。
【００３９】
さらに、前記伝熱部１００の内部温度と、触媒の消耗状態などを感知できるように、１つ以上のセンサ８００が伝熱部１００の外側に装着固定されることにより、ユーザが随時チェックすることができる。
【００４０】
また、前記伝熱部１００には、図５〜図８に示すように、水と天然ガスが流入して予熱がなされる１つ以上の予熱チャンネル部５００と、天然ガスと水が触媒により実質的な改質反応が起こるように誘導する１つ以上の改質チャンネル部６００と、燃焼部２００で燃焼されたガスが排出されるように誘導する１つ以上の排気ガスチャンネル部７００とが各々構成されるが、前記改質チャンネル部６００は、予熱チャンネル部５００の中心から左、右側に各々構成され、前記排気ガスチャンネル部７００は、改質チャンネル部６００の左、右側に各々構成されるとともに、前記予熱チャンネル部５００と、改質チャンネル部６００と、排気ガスチャンネル部７００とは、収容溝１６０に直立装着されて予熱及び燃焼ガスの排出が容易になるように構成される。
【００４１】
このとき、前記伝熱部１００に各チャンネル５００、６００、７００が装着されるときは、密封状態が維持できるように一体型で構成し、溶接による融着固定をすることもできる。
【００４２】
上記のように、それぞれのチャンネル５００、６００、７００を直立で構成させることにより、熱交換に必要な全体的体積を減少させることができ、熱伝達もまた従来の横型構造に比べて安定的かつ効率的な熱伝達が容易である。
【００４３】
特に、従来の横型構造では、熱伝逹及び熱交換等、種々の諸問題点のため、容量拡張が不可能であったことに対し、本願発明では、直立構造を取ることにより、任意に容量拡張が可能であり、容量が拡張されても装備の運転に支障を与えない。
【００４４】
また、前記伝熱部１００の連結部１５０と燃焼サポート部２００との間には、図２に示すように、気密用ガスケット２６０が構成される。
【００４５】
また、前記排出管１３０の伝熱部１００方向の一側には、図７に示すように、微細粉塵をろ過するためのフィルタ１７０が構成され、前記排気口１４０は、延長されるパイプとフランジ繋ぎまたはねじ結合、或いは溶接による融着結合方式のうち、いずれかの方式で結合固定できるように連結部１４１が形成される。
【００４６】
また、前記燃焼サポート部２００は、図２に示すように、天然ガス及びスタック未反応燃料を原料として使用して燃焼により熱を発生させる燃焼部２５０、または前記燃焼部２５０を装着しない場合、高温空気の流入通路となるヘッダ２９０のうちのいずれか１つが脱着型で装着固定される。
【００４７】
このとき、前記燃焼部２５０は、図２に示すように、上端が開放された立体構造の燃焼器２４１が備えられるとともに、前記燃焼器２４１の内側には、複数の通り穴を有するパネルシートまたは金属材質の網のいずれか１つで構成されて熱が全体的に拡散されるように導く熱拡散ユニット２４２が構成される。
【００４８】
また、前記燃焼器２４１の一端には、伝熱部１００の連結部１５０に対応する連結部２１０が形成され、前記燃焼器２４１の一側には、燃焼用空気が流入する空気流入口２２０と燃焼用天然ガスが流入する天然ガス流入口２３０とが各々構成されるとともに、前面一側には、点火スイッチ２４０が備えられて予熱チャンネル部５００に熱が伝達されるように構成される。
【００４９】
また、前記連結部１５０、２１０は、フランジ繋ぎまたはねじ結合、或いは溶接による融着結合方式のいずれか１つの方式で結合固定できる。
【００５０】
前記燃焼部２５０は、改質反応を活性化させるために装着されるものであるが、触媒を燃焼触媒として使用する場合には必要がないので、図９に示すように、高温空気の流入通路となるヘッダ２９０を伝熱部１００の底面に装着させればよく、燃焼触媒としては、ペレット形、球形などのように低価の触媒を使用することにより、運用費用を節減することができる。
【００５１】
また、前記触媒投入部３００は、図２及び図７に示すように、伝熱部１００との装着が容易になるようにするとともに、触媒を投入できる投入口３１１が形成された装着ブロック３１０と、前記投入口３１１に挿入され触媒が安定的に支持されるようにする触媒固定台３２０と、前記触媒固定台３２０が分離及び離脱されることを防止するために、装着ブロック３１０と締結固定されるカバー３４０と、前記カバー３４０と装着ブロック３１０との間で気密性が維持させるガスケット３３０とを備えて構成され、改質反応に触媒が投入される際、開放容易な構造からなる。
【００５２】
また、前記分配ハウジング４００は、改質反応がなされた改質ガスが改質チャンネル部６００から排出管１３０を介して排出され得るように案内し、伝熱部１００の下部の一側に脱着型で装着構成されるところ、言い添えると、図７〜図８に示すように、長手方向に切開された半円筒形で構成されるとともに、内側には、ガスの流入及び流出を含む流れが容易になるように分配室４１０が形成される。
【００５３】
また、前記伝熱部１００と一体型で構成される予熱チャンネル部５００は、図８に示すように、平板型のプレートで形成され、流入する水と天然ガスが流出することを防止できるように、一端には流出防止隆起部５１０が設けられ、下側コーナには、改質チャンネル部６００へのガス移動が容易になるように案内する出口溝５２０が形成され、水が入水される入水管１１０の一側には、水が臨時貯蔵されつつ、均一な分配とともに、微細噴射になるようにするインジェクション５３１が一体型で下端に構成された噴射ユニット５３０が構成され、前記噴射ユニット５３０の下側には、伝熱ピン５４０が備えられる。
【００５４】
特に、インジェクション５３１から噴射される水は、垂直方向だけでなく、壁面の対角線方向まで広く均等に噴射される。
【００５５】
また、前記伝熱ピン５４０の上側は、流入する天然ガスが均一に分配されるとともに、下側に移動できるように傾斜して形成された分配部５４１が形成され、前記分配部５４１の他側には、混合されたガスを容易に送り出せるように、終端が出口溝５２０方向に拡張された拡開部５４２が設けられ、圧力降下を最小化することができる。
【００５６】
このとき、前記流出防止隆起部５１０は、天然ガスが流入する流入管１２０側の一部分と、改質チャンネルにガスが移動されるようにする出口溝５２０側の一部分のみが開放されるのみ、残りは気密性が維持される構造を有しており、特に、従来には流体が流れるチャンネル（流路）を複雑な構造で製作したことに比べ、本願発明では、端部の流出防止隆起部５１０があるのみで、圧力降下の恐れがなくなる。
【００５７】
また、前記改質チャンネル部６００は、図７に示すように、平板型のプレートで形成され、予熱用プレート（５００）から流入した混合ガスが流出することを防止できるように、一端には流出防止隆起部６１０が構成され、下側コーナには、予熱用プレート（５００）から排出された混合ガスが流入する流入溝６２０が形成されるとともに、前記流入溝６２０の上側には、触媒投入部３００を介して投入される触媒が改質用プレート（６００）の内部に流入されるように投入溝６３０が構成される一方、改質チャンネル部６００の内側下端には、流入溝６２０に流入した混合ガスが均等に分配され得るように分配拡散層６４０が構成される。
【００５８】
前記改質チャンネル部６００も予熱チャンネル部５００と同様に、流体（ガス）が出入する部分にのみ開放された構造を取っており、全体的に気密性が維持されるだけでなく、構造的に簡便に構成されている。
【００５９】
また、前記排気ガスチャンネル部７００は、図６に示すように、平板型のプレートで形成され、上下端が開放された構造からなるとともに、側面には、排気されるガスが流出することを防止できるように流出防止隆起部７１０が設けられ、前記流出防止隆起部７１０の内側には、伝熱ピン７２０が装着される。
【００６０】
上記のような特徴を有する本願発明の予熱器が併合された燃料電池用マルチチャンネル直立型改質器Ｓに対する作動を説明すると、まず、点火スイッチ２４０を作動させ燃焼部２５０を作動させるとともに、燃焼部２５０で発生された熱が予熱チャンネル部５００に伝達されるようにして、予熱チャンネル部５００を予熱させる。
【００６１】
予熱が確認されれば、入水管１１０及び流入管１２０を開放させて、水と天然ガスを予熱チャンネル部５００の内側に流入させる。
【００６２】
このとき流入する水は、噴射ユニット５３０からインジェクション５３１を介して排出されるとき、微細噴射の形態で排出され、流入した水は、予熱チャンネル部５００を通過しながら水蒸気状態になり、ガスとともに改質チャンネル部６００に移動するようになる。
【００６３】
また、改質チャンネル部６００に移動された混合ガスは、触媒により改質反応を起こして、改質された改質ガスは排出管１３０を介して排出され、燃焼部２５０で発生された燃焼排ガスは、最終的に排気ガスチャンネル部７００を介して排気口１４０に排出されるものである。
【符号の説明】
【００６４】
Ｓ  改質器
１００  伝熱部
１１０  入水管
１２０  流入管
１３０  排出管
１４０  排気口
１４１、１５０、２１０  連結部
１７０  フィルタ
２００  燃焼サポート部
２２０  空気流入口
２３０  天然ガス流入口
２４０  点火スイッチ
２４１  燃焼器
２４２  熱拡散ユニット
２５０  燃焼部
２６０、３３０  ガスケット
２９０  ヘッダ
３００  触媒投入部
３１０  装着ブロック
３１１  投入口
３２０  触媒固定台
３４０  カバー
４００  分配ハウジング
４１０  分配室
５００  予熱チャンネル部
５１０、６１０、７１０  流出防止隆起部
５２０  出口溝
５３０  噴射ユニット
５３１  インジェクション
５４０，７２０  伝熱ピン
５４１  分配口
５４２  拡開部
６００  改質チャンネル部
６２０  流入溝
６３０  投入溝
６４０  分配拡散層
７００  排気ガスチャンネル部
８００  センサ
【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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【図８】
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【図９】
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