(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表裏に多数の突起部を有するプレス成形によるセパレータ板と、該突起部の先端に密着する平板と、を有し、該セパレータ板と平板とが交互に積層され、その間に高温ガス流路及び低温ガス流路を形成し、
前記セパレータ板と該セパレータ板の表側の突起部先端に密着する平板との間に低温ガス流路が形成され、該セパレータ板と該セパレータ板の裏側の突起部先端に密着する平板との間に高温ガス流路が形成されている、ことを特徴とするプレート式反応器。
【請求項２】
前記セパレータ板は、高温ガス流路及び低温ガス流路に反応触媒、反応触媒＋伝熱促進材、伝熱促進材のいずれかの充填材をブリッジ形成なしで充填できる波型形状を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のプレート式反応器。
【請求項３】
前記波型形状は、互いに隣接した凸型エンボスと凹型エンボスからなり、セパレータ板の平面内で交互に繰り返されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のプレート式反応器。
【請求項４】
前記エンボスと接触することなく高温ガス流路又は低温ガス流路を仕切る充填材止と、該仕切られた流路に充填材を充填する充填材投入孔とを有し、該充填材止は、ガスを該流路内のガスの流通を可能にする貫通穴を有し、かつ前記仕切られた各流路に異なる充填材が充填される、ことを特徴とする請求項２乃至３に記載のプレート式反応器。
【請求項５】
前記セパレータ板によって高温ガス流路と低温ガス流路が分離されており、
前記セパレータ板には、仮想直線上に間隔を置いて表側の突起部と裏側の突起部が交互に間隔をおいて配置されており、前記仮想直線上に配置された表側の各突起部及び裏側の各突起部を通り前記仮想直線と垂直な各仮想直線上にも表側の突起部と裏側の突起部が交互に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載のプレート式反応器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二種の流体が隔壁により仕切られ、その間の熱交換により反応を促進又は制御するプレート式反応器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二種の流体間の熱交換により反応を促進或いは制御する反応器として、燃料電池用の改質器（リフォーマ）、シフトコンバータ、等が知られている。更に、かかる改質器やシフトコンバータの反応室を平板状の隔壁で仕切りこれを複数積層した反応器が一部で提案され、既に実施されている。以下、かかかる反応器を「プレート式反応器」と呼ぶ。
【０００３】
図７〜図９は、リン酸型（ＰＡＦＣ）燃料電池発電システム（図７）、溶融炭酸塩型（ＭＣＦＣ）燃料電池発電システム（図８）及び固体高分子型（ＳＯＦＣ）燃料電池システム（図９）を示している。これらの発電システムには、従来から、プレート式反応器が適用されている。例えば、ＰＡＦＣ発電システムでは、改質器、高温及び低温シフトコンバータ、ＭＣＦＣ発電システムでは改質器、ＳＯＦＣ発電システムでは改質器及び低温シフトコンバータが対象となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１０は、従来のプレート式反応器であるプレートリフォーマ（改質器）の構造図である。この図において、高温段と低温段は平板状の隔壁１で仕切られており、この隔壁１に多数のパイプ２が点付溶接され、この隔壁１とパイプ２とによって形成される空間に充填材３が充填されている。なお、この図で５は、穴開板（パンチ板）等で構成された仕切り部材であり、内部に充填された触媒等の流出を防止しかつ内部とのガスの流通を可能にしている。
【０００５】
しかし、この構造のプレートリフォーマは、▲１▼サイドバー４とパイプ２の高さを高精度に製作する必要があるため、多数のパイプ２を機械加工する必要があり、かつ▲２▼隔壁１と多数のパイプ２の位置決め及び溶接に多大の時間を要する、等の問題点があり、このため製作費が高く、大幅なコストダウンが要望されていた。
【０００６】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、二種の流体間を仕切る複数の隔壁を有し、その間の熱交換を効率よく行い、所定の反応を促進或いは制御することができ、かつ機械加工なしで高精度かつ低コストで効率よく製造できるプレート式反応器を提供することにある。
【０００７】
本発明によれば、表裏に多数の突起部を有するプレス成形によるセパレータ板と、該突起部の先端に密着する平板と、を有し、該セパレータ板と平板とが交互に積層され、その間に高温ガス流路及び低温ガス流路を形成し、前記セパレータ板と該セパレータ板の表側の突起部先端に密着する平板との間に低温ガス流路が形成され、該セパレータ板と該セパレータ板の裏側の突起部先端に密着する平板との間に高温ガス流路が形成されている、ことを特徴とするプレート式反応器が提供される。
【０００８】
この構成により、プレス成形によるセパレータ板と平板とを交互に積層することにより、従来のように多数のパイプの機械加工や溶接が不要であり、機械加工なしで高精度かつ低コストで効率よくプレート式反応器を製造することができ、かつ反応器の軽量化、及び組立工数の低減を図ることができる。
なお、プレート式反応器を改質器として使用する場合に、低温ガス流路に改質触媒を充填し、この流路に炭化水素と水蒸気の混合ガスを流し、高温ガス流路に伝熱促進材（すなわち、アルミナボール）を充填し、燃焼ガス等を流すことにより、低温ガス流路の炭化水素を高温ガス流路からの伝熱により水素とＣＯに改質することができる。プレート式反応器をシフトコンバータとして使用する場合も同様である。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記セパレータ板は、高温ガス流路及び低温ガス流路に反応触媒、反応触媒＋伝熱促進材、伝熱促進材のいずれかの充填材をブリッジ形成なしで充填できる波型形状を有する。ブリッジ形成なしで充填できる波型形状とは、例えば、▲１▼円型エンボス、▲２▼楕円型エンボス等である。また、反応触媒及び伝熱促進材は、ガス通路内でブリッジを形成しない粒径及び形状であるのがよい。この構成により、プレート式反応器を分解することなく、反応触媒及び伝熱促進材を交換することができる。
【００１０】
また、前記波型形状は、互いに隣接した凸型エンボスと凹型エンボスからなり、セパレータ板の平面内で交互に繰り返されている。この構成により、プレス成形により１枚の平板から容易にセパレータ板を高精度に量産することができる。
【００１１】
更に、前記エンボスと接触することなく高温ガス流路又は低温ガス流路を仕切る充填材止と、該仕切られた流路に充填材を充填する充填材投入孔とを有し、該充填材止は、ガスを該流路内のガスの流通を可能にする貫通穴を有し、かつ前記仕切られた各流路に異なる充填材が充填される。
この構成により、各ガス通路内に複数の充填材を区分けして充填することができ、プレート式反応器における伝熱を制御し、プレート式反応器における反応を促進或いは制御することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付して使用する。
図１は、本発明によるプレート式反応器の全体構成図である。この図において、（Ａ）は部分縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線における断面図、（Ｄ）は（Ｂ）のＤ矢視である。すなわち、（Ｂ）は低温段（低温ガス流路）の平面図、（Ｃ）は高温段（高温ガス流路）の平面図である。
【００１３】
この図に示すように、本発明のプレート式反応器１０は、表裏に多数の突起部１１を有するプレス成形によるセパレータ板１２と、突起部１１の先端に密着する平板１３と、を有し、セパレータ板１２と平板１３とが交互に積層され、その間に高温ガス流路１４及び低温ガス流路１５を形成するようになっている。なお、この図で４は、サイドバーであり、セパレータ板１２と平板１３の周囲を溶接等により気密に連結するようになっている。
【００１４】
また、（Ｂ）（Ｃ）に示すように、高温ガス流路１４及び低温ガス流路１５のガス流入部及びガス流出部には、穴開板（パンチ板）等で構成された仕切り部材５が取り付けられ、内部に充填された触媒等の流出を防止しかつ内部とのガスの流通を可能にしている。
【００１５】
更に、プレート式反応器（プレート型改質器及びシフトコンバータ）の充填層内に生ずる温度分布を改善するため、高温ガス及び低温ガスの流れが対称となるようにヘッダ１７を左右対称になるように設置している。隔壁（セパレータ板１２）は一体プレス成形されているので、反応器の軽量化、組立及び仮付溶接工数の低減を図ることができる。
【００１６】
なお、この図は、プレート式反応器を改質器として使用する場合を示しており、低温ガス流路１５に改質触媒を充填し、この流路に炭化水素と水蒸気の混合ガスを流し、高温ガス流路１４に伝熱促進材（すなわち、アルミナボール）を充填し、高温ガス等を流すことにより、低温ガス流路の炭化水素を高温ガス流路からの伝熱により水素とＣＯに改質することができる。また、この図のプレート式反応器をシフトコンバータとしてそのまま使用することもできる。
【００１７】
図２はプレス成形によるセパレータ板１２を示す。図１に示したように、セパレータ板１２の表裏にプレス成形により形成された多数の突起部１１は波型形状をしており、この波型形状は、互いに隣接した凸型エンボスと凹型エンボスからなる。図２において、凸形エンボスは○印で示し、●印は凹形エンボスを示している。凸形エンボスの隣接エンボスは必ず凹形であり、セパレータ板の平面内で交互に繰り返されている。この構成により、プレス成形により１枚の平板から容易にセパレータ板を高精度に量産することができる。
【００１８】
図３は低温シフトコンバータの実施例を示す。低温シフト反応触媒は、Ｃｕ−Ｚｎ系である。図４は高温シフトコンバータの実施例を示す。高温板の上流側は高温ガスが流れるため、高温シフト反応触媒がシンタリングし活性が低下する可能性があり、この部分にはアルミナボールを充填できるようにしている。高温シフト反応触媒はＦｅ−Ｃｒ系である。
【００１９】
図４（Ｂ）において、エンボス１１と接触することなく高温ガス流路を仕切る充填材止１８と、この仕切られた流路に充填材を充填する充填材投入孔１９とを有する。また充填材止１８は、流路内のガスの流通を可能にする貫通穴を有している。この構成により、仕切られた各流路に異なる充填材（例えば、反応触媒と伝熱促進材）を充填することにより、プレート式反応器における反応を制御することができる。
【００２０】
図５は上下段の熱的対称性を確保するため、上下端に断熱層を設けた実施例であり、構造強度の安定性確保及びヘッダ取り付けスペースの確保を目的としている。図６は、断熱段の平面図である。
【００２１】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２２】
【発明の効果】
上述したように、本発明のプレート式反応器は、従来のように多数のパイプの機械加工や溶接が不要であり、機械加工なしで高精度かつ低コストで効率よくプレート式反応器を製造することができ、かつ反応器の軽量化、及び組立工数の低減を図ることができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプレート式反応器の全体構成図である。
【図２】プレス成形によるセパレータ板の平面図である。
【図３】低温シフトコンバータの実施例を示す図である。
【図４】高温シフトコンバータの実施例を示す図である。
【図５】上下端に断熱層を設けた実施例である。
【図６】断熱段の平面図である。
【図７】リン酸型燃料電池発電システムの構成図である。
【図８】溶融炭酸塩型燃料電池発電システムの構成図である。
【図９】固体高分子型燃料電池システムの構成図である。
【図１０】従来のプレート式反応器の構造図である。
【符号の説明】
１  隔壁
２  パイプ
３  充填材
４  サイドバー
１０  プレート式反応器
１１  突起部
１２  セパレータ板
１３  平板
１４  高温ガス流路
１５  低温ガス流路
１７  ヘッダ
１８  充填材止
１９  充填材投入孔
【図１】
0003843509.tif 000002
【図２】
0003843509.tif 000003
【図３】
0003843509.tif 000004
【図４】
0003843509.tif 000005
【図５】
0003843509.tif 000006
【図６】
0003843509.tif 000007
【図７】
0003843509.tif 000008
【図８】
0003843509.tif 000009
【図９】
0003843509.tif 000010
【図１０】
0003843509.tif 000011