JP2001255082A - 熱交換器とこれを有する改質装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱交換性能を維持しつつ熱交換器の製造作業の
簡略化を図る。 【解決手段】 触媒熱交換器４２は、燃料ガスの通過経
路をセル状に形成し各経路表面に触媒を担持した触媒担
持通路体４６と、この通路体と直交し改質原料の通過経
路をセル状に形成する改質原料通路体４４とを互いに接
合させて有する。触媒担持通路体４６は、枠体４６ａの
左右分割個所に波板４６ｃを装着固定させており、波板
４６ａは、左右両端において、その頂上部が枠体４６ａ
内壁或いは分割板４６ｂ表裏面に部分的に溶接固定され
ている。改質原料通路体４４も同様である。また、改質
原料通路体４４と触媒担持通路体４６にあっても、触媒
担持通路体４６周囲において部分的に溶接固定されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度差のある第
１、第２の流体の間で熱交換を行う熱交換器とこれを有
する改質装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の熱交換器では、流体の通
過経路を波板と平板を接合して形成することが一般的で
ある。そして、両板材の固定に当たっては、例えば特開
昭６３−１２３９８９号公報で提案されているように、
板材接合部、詳しくは波板の凸条稜線のほぼ全域に亘っ
てロウ材を配設し、このロウ材を電気炉等を用いた熱処
理により熱溶融させて両板材をロウ付け固定する手法が
採られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記したように板材接
合部のほぼ全域に亘ってロウ付けする手法は、接合した
流体通過経路間での熱授受を接合部のロウ付け範囲で行
うことができる。よって、高い熱交換性能を図ることが
できる。しかしながら、板材接合部のほぼ全域に亘って
ロウ材を配設する作業は煩雑である。

【０００４】ところで、熱交換器で熱交換を行うに当た
っては、予め高温とされた流体を通過させる手法と、通
過経路を通過中の流体を触媒反応により発熱させる手法
がある。後者の手法では、特別な熱源を必要としないと
いう利点があるものの、通過経路表面に触媒を担持する
都合上、次のような問題があった。

【０００５】波板と平板をロウ付け固定し、その後、浸
漬により通過経路表面に触媒を担持させると、ロウ付け
固定個所の周辺では、触媒が遍在して触媒厚みが増すた
め、触媒の無駄を生じる。また、波板と平板に予め触媒
を担持させておき両板材をロウ付け固定したものであっ
ても、ロウ材溶融時の熱により、ロウ材配設個所で触媒
の変質をきたすことがある。ロウ材配設個所は板材接合
部のほぼ全域に亘るため、広範囲の触媒が変質により無
駄となる。

【０００６】本発明は、上記問題点を解決するためにな
され、熱交換性能を維持しつつ熱交換器の製造作業の簡
略化を図ることを目的とし、熱交換のための経路を触媒
担持経路とした場合には、触媒の無駄を低減させること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】か
かる課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の熱
交換器改質装置は、温度差のある第１、第２の流体の通
過通路をそれぞれ形成する第１、第２の通路体を熱授受
可能に配置して備え、両通路体を介して前記両流体の間
の熱交換を行う熱交換器であって、前記第１、第２の通
路体を、部分的に溶接固定したことを特徴とする。

【０００８】上記構成を有する本発明の熱交換器では、
第１、第２の通路体を部分的にしか固定しないと共に、
その固定に際しても溶接固定を採る。このため、通路体
接触部分のほぼ全域に亘るロウ材配設やロウ材溶融のた
めの炉内処理といった作業が不要となるので、その分、
製造作業を簡略化でき、生産性を高めることができる。

【０００９】このように、本発明の熱交換器は、第１、
第２の流体の間の熱交換を、溶接固定された第１、第２
の通路体の部分的な溶接固定個所を経て行う。この本発
明の熱交換器と、両通路体の接触部分の全領域を経て流
体間の熱交換を行うものとを比較した場合、第１、第２
の通路体間での接触固定領域に広狭はあるものの、第
１、第２の流体の間の熱交換性能の上では、実用上大差
はなかった。つまり、上記の構成を有する本発明の熱交
換器でも、熱交換性能は確保できた。

【００１０】本発明の熱交換器において、第１、第２の
通路体の溶接固定に当たっては、溶接ガンによるスポッ
ト溶接、溶接棒を用いたすみ肉溶接、レーザトーチを用
いたレーザ溶接等の種々の溶接手法を採ることができ
る。なお、レーザトーチのような外部の熱放射源を用い
る場合には、この熱放射源から前記所定長さ範囲に亘っ
て熱放射して、その範囲の通路体部分を熱熔融させて溶
接固定する。また、部分的な溶接は、用いる溶接手法に
応じて行えばよく、例えば、従来のロウ付け手法の際の
ロウ付け長さの約５〜１％程度とすればよく、その溶接
個所も溶接作業のし易い所とすればよい。

【００１１】上記の構成を有する本発明の熱交換器は、
以下の態様を採ることもできる。即ち、 前記第１、第
２の通路体の少なくとも一方を、流体の通過通路を区画
形成するために、波板状の区画板材と該区画板材に接触
する接触板材とを備え、前記区画板材と前記接触板材と
を、部分的に溶接固定してなるものとすることができ
る。

【００１２】こうすれば、第１、第２の通路体の少なく
とも一方の通路体を予め区画形成された流体通過経路を
有するものとしておくことができ、当該一方の通路体を
高い生産性で簡便に製造できる。そして、当該一方の通
路体を他方の通路体に熱授受可能に配置・固定すること
で、熱交換器を容易に且つ簡便に製造できる。なお、上
記両板材の溶接固定は、通路体溶接と同様の手法を採る
ことができる。

【００１３】この際、前記溶接固定個所を、前記通過経
路の流体入口端から所定長さ範囲部分と流体出口端から
所定長さ範囲部分とすることができる。こうすれば、通
過経路両端に当たる流体の出入り口端の側から溶接作業
を行えるので、作業のより一層の簡便化と生産性の向上
を図ることができる。溶接作業に際しては、約３〜１ｍ
ｍ程度の溶接長さを確保すればよく、採用する溶接手法
や使用温度環境等に応じて適宜選択できる。

【００１４】また、前記区画板材と前記接触板材で区画
形成された各区画通路を、通過する流体に発熱反応に起
こさせる触媒を通路表面に担持してなるものとすること
ができる。

【００１５】触媒を担持した区画通路にあって、区画板
材と接触板材の溶接固定個所は両板材の一部領域に過ぎ
ない。よって、溶接時の熱による触媒変質領域が少なく
なる。また、上記両板材における溶接固定個所以外の部
分では、両板材間に隙間がある状態での触媒の浸漬・担
持が可能であることから、触媒偏在も少なくできる。こ
れらの結果、使用する触媒の無駄を低減できる。

【００１６】また、前記第１、第２の流体を約６００℃
以下の温度領域下で熱交換することとしたので、次の利
点がある。両流体の第１、第２の通路体は、各通路体を
通過する流体の温度が異なることから、熱膨張量が相違
する。よって、通路体の溶接固定個所には応力集中が起
きる。しかし、約６００℃以下という温度領域下であれ
ば、部分的な溶接固定でも応力集中に耐用でき、使用に
際しての障害はない。

【００１７】また、本発明の改質装置は、水と炭化水素
系の燃料を含む改質原料を加熱気化させる熱交換器と、
該気化した前記改質原料を改質反応に供して水素リッチ
な改質ガスを生成する改質装置であって、前記熱交換器
は、前記改質原料が通過する改質原料通路体と、前記改
質原料の加熱熱源となる熱媒体流体が通過する熱媒体通
路体とを、前記熱媒体流体と前記改質原料との間で熱交
換可能に配置させると共に、前記両通路体を部分的に溶
接固定して備える。

【００１８】上記構成を有する本発明の改質装置では、
改質原料を加熱気化させるための熱交換器が上記したよ
うに実用に耐えうる熱交換性能を有する。よって、本発
明の改質装置によれば、この熱交換器で改質原料を好適
に加熱気化させることができ、この気化した改質原料か
ら改質ガスを生成できる。また、用いる熱交換器が上記
したように高い生産性を有することから、改質装置とし
ても生産性を高めることができる。

【００１９】この本発明の改質装置にあっても、用いる
熱交換器を上記の各態様のものとすることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例に基づき説明する。この実施例は本発明を車両搭載用
の燃料改質装置に適用したものであり、図１は実施例の
燃料改質装置２０の概略構成を説明するための概略斜視
図、図２はこの燃料改質装置２０を水平面で切断して示
す概略断面図、図３は燃料改質装置２０におけるガスの
流れを模式的に示す模式図である。

【００２１】燃料改質装置２０は、略Ｕ字状の外観をな
し、気化部３０と改質部６０とＣＯ低減部８０とを有す
る。気化部３０は、水と炭化水素系の燃料としてのメタ
ノールを含む改質原料の管路と、燃焼ガスの管路とを熱
授受可能に有する後述の触媒熱交換器４２を備える。そ
して、気化部３０は、この触媒熱交換器４２に外部から
供給された上記の改質原料を燃焼ガスとの間で熱交換に
より加熱気化させ、その改質原料を下流の改質部６０に
送り込む。この場合、気化部３０とＣＯ低減部８０は隣
接配置されており、図３に示すように、改質原料はＣＯ
低減部８０にて予め加温された状態でＣＯ低減部８０か
ら気化部３０の触媒熱交換器４２に供給される。

【００２２】改質部６０は、前段改質部６２と後段改質
部６４とを連結管６６で連結して備える。各段の改質部
は、図２に示すように、改質触媒、例えば銅―亜鉛系の
触媒を担持した複数の触媒担体７０を改質原料の流れに
沿って並べて備える。そして、改質部６０は、各段の改
質部のそれぞれの触媒担体７０において、通過する改質
原料を触媒による改質反応に供して水素リッチな改質ガ
スに改質し、その改質ガスを下流のＣＯ低減部８０に送
り込む。この改質触媒による反応は、下記の式で示さ
れる改質反応と式で示される部分酸化反応である。

【００２３】 ＣＨ₃ＯＨ＋２Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂＋ＣＯ₂＋Ｈ₂Ｏ＋（ＣＯ）−４９．５ｋＪ … ＣＨ₃ＯＨ＋（１／２）Ｏ₂→ＣＯ₂＋２Ｈ₂＋１８９ｋＪ …

【００２４】触媒担体７０は、円柱形状をなし、改質原
料流路を複数のセル（流路）で形成して各セル表面に上
記の触媒を担持している。また、前段改質部６２の上流
には、スワール攪拌器５２と加熱器５８が配設されてい
る。よって、改質原料は、攪拌器の攪拌室５４にて、空
気導入管５０からの空気と攪拌混合され、多段の多孔板
５５で流速が均一化された状態で加熱器５８並びにその
下流の前段改質部６２に流れる。加熱器５８は、上記の
銅―亜鉛系の触媒を担持しており、その触媒反応により
改質原料を予め加熱する。よって、始動時のように各触
媒担体７０が冷えている場合には、改質原料加熱により
これら触媒担体をも昇温でき改質反応の迅速化を図るこ
とができる。なお、後段改質部６４の上流にも、上記の
加熱器５８と同様の加熱器７９や、流速均一化のための
多段の多孔板７５が配設されている。

【００２５】ＣＯ低減部８０は、その上流側から、空気
導入管８２と点火プラグ８３と多段の触媒熱交換器８４
とを有する。点火プラグ８３は、改質ガス中の水素を火
花により燃焼させものであり、極低温時の始動に際して
用いられる。触媒熱交換器８４は、水とメタノールを含
む改質原料の管路と改質ガスの管路とを熱授受可能に有
し、改質ガス側管路に、酸素の存在下で水素に優先して
一酸化炭素を酸化する選択酸化触媒（例えば、白金やル
テニウムなどの触媒）を担持している。この選択酸化触
媒による触媒反応は、発熱反応である。このため、改質
ガス側管路を改質ガスが通過する際に発生する熱によ
り、改質原料側管路を通過する改質原料は加熱昇温され
て、既述した気化部３０の触媒熱交換器４２に送られ
る。その一方、ＣＯ低減部８０に送り込まれた改質ガス
に含まれる一酸化炭素（上記式に示される未反応の一
酸化炭素）は、空気導入管８２からの導入空気中の酸素
と選択酸化触媒により反応して酸化される。これによ
り、燃料改質装置２０は、ＣＯ低減部８０により一酸化
炭素濃度が極めて低くされた水素リッチな改質ガスを、
図示しない燃料電池に発電用の燃料ガスとして供給す
る。

【００２６】次に、気化部３０およびその触媒熱交換器
４２について詳述する。図４は気化部３０を垂直面で切
断して模式的に示す概略断面図、図５は気化部３０が有
する触媒熱交換器４２の概略構成を示す概略斜視図であ
る。図４に示すように、この気化部３０は、燃料供給口
３６から燃焼燃料（燃焼ガス）の供給を受け、その燃料
ガスを噴霧器３７で霧状に噴霧しつつヒータ３８で加温
する。こうして噴霧加温された燃料ガスは、つづら折状
に迂回形成された熱交換流路４０を流れ、この熱交換流
路４０の水平方向の直線経路に配置された複数の触媒熱
交換器４２を通過する。

【００２７】触媒熱交換器４２は、図５に示すように、
上記の噴霧加温された燃料ガスの通過経路をセル状に形
成する触媒担持通路体４６と、この通路体と直交しＣＯ
低減部８０で加熱昇温された改質原料の通過経路をセル
状に形成する改質原料通路体４４とを互いに接合させて
有する。触媒担持通路体４６は、中空で左右端が開放さ
れた枠体４６ａを分割板４６ｂで縦方向に２分割し、各
分割個所に波板４６ｃを装着固定させている。この波板
４６ｃの表裏表面と枠体４６ａの内表面並びに分割板４
６ｂの表裏表面には、噴霧加温された燃料ガス、例えば
メタノールと空気（酸素含有ガス）の混合ガスを燃焼さ
せる燃焼触媒（白金触媒等）が担持されている。従っ
て、燃料ガスは、複数配置された触媒熱交換器４２にお
ける触媒担持通路体４６の各セルを通過する間に燃焼触
媒により燃焼し、その熱を改質原料通路体４４の改質原
料に受け渡し、改質原料を気化させる。このように、メ
タノールを改質原料としてのみならず燃料ガスとしても
用いたので、単一のメタノール供給源（例えば、貯留タ
ンク）を車両に搭載すれば済み、部品搭載の利便性が高
まる。この際、排気ガスを燃料供給口３６に部分的にで
も還流するようにすれば、排気ガス中に残存する未燃焼
のメタノールを再度燃料ガスとして利用できる。また、
燃料電池で発電に消費されなかった水素を還流孔４８か
ら還流させて、この水素も燃焼させるようにしている。
なお、燃焼した燃料ガスは排気口４７から排気される。

【００２８】改質原料通路体４４は、通過する改質原料
を触媒担持通路体４６の燃焼ガスとの間の熱交換を経て
気化させればよい。よって、改質原料通路体４４は、触
媒を担持することなく、枠体４４ａの内部に波板４４ｂ
を装着固定して、改質材料経路をセル状に分割形成す
る。なお、枠体４４ａからの熱授受だけで改質原料気化
ができるよう、例えば枠体４４ａを流路幅が十分狭いも
のとすれば、改質原料通路体４４を枠体４４ａだけで形
成することもできる。

【００２９】上記した構成の触媒熱交換器４２は、触媒
担持通路体４６が水平方向の燃料ガス流路となるよう熱
交換流路４０に配設されることから、改質原料通路体４
４は垂直方向の改質材料経路をなす。よって、図４に示
すように、気化部３０では、装置下端の改質原料供給口
３０から改質材料が供給され、この改質材料は、垂直方
向の改質原料通路体４４を通過する間に熱交換を受けて
気化し、装置上端の改質原料出口３４から改質部６０の
流れ込み、既述したように水素リッチな改質ガスに改質
される。

【００３０】次に、上記した触媒熱交換器４２の製造手
法について説明する。図６は図５に示す要部Ａの拡大概
略図、図７は改質原料通路体４４の製造過程を説明する
ための説明図、図８は図５に示す要部Ｂの拡大概略図で
ある。

【００３１】図６に示すように、改質原料通路体４４
は、波板４４ｂの頂上部を枠体４４ａの内壁面に接合さ
せており、この波板４４ｂと枠体４４ａとを、上下端部
分で、部分的に溶接固定させている。この際、次の工程
を採った。

【００３２】まず、枠体４４ａを用意し、その中に波板
４４ｂを挿入させ、波板頂上部が枠体内壁面に接合する
ようにする。その後、図６および図７に示すように、レ
ーザトーチ（ＹＡＧレーザ）を波板４４ｂと枠体４４ａ
の接合部に向けてセットし、レーザ照射部が接合個所上
端となるようにする。そして、板厚や板材質等を考慮し
たレーザ出力でレーザを放射し、レーザの熱により接合
部上端で波板および枠体を熱溶融させて溶接固定する。
次いで、接合部上端から図中Ｌで示す溶接範囲に亘って
波板と枠体を溶接固定するよう、レーザトーチを傾動走
査或いは上下動走査させる。この一連の工程を波板４４
ｂの各頂上部および上下端側で実施し、改質原料通路体
４４を製造する。この場合、本実施例では、触媒熱交換
器４２は、改質原料気化に必要な温度環境下（約６００
℃）での耐用性を確保できればよいことから、約３〜１
ｍｍ程度の溶接長さＬに亘って波板４４ｂと枠体４４ａ
を部分的に溶接固定するようにした。そして、この溶接
長さＬで部分的に溶接固定した触媒熱交換器４２は、車
両搭載を想定した連続時間テストを上記の温度環境下で
満足するものであった。

【００３３】触媒担持通路体４６にあっては、分割板４
６ｂで分割された枠体４６ａ内の各分割領域において、
上記の改質原料通路体４４と同様に波板４６ｃを枠体４
６ａと部分的に熱溶融して溶接固定する。改質原料通路
体４４とその工程において異なる点は、波板４６ｃの表
裏表面と枠体４６ａの内表面並びに分割板４６ｂの表裏
表面に燃焼触媒を担持する工程を採る点である。本実施
例では、次のようにして燃焼触媒を担持させるようにし
た。

【００３４】まず、枠体４６ａと分割板４６ｂを準備
し、すみ肉溶接等の溶接手法で枠体４６ａ内に分割板４
６ｂを固定して枠体内を縦に２分割する。続いて、各分
割領域に波板４６ｃを挿入して波板頂上部が枠体内壁面
と分割板表裏面に接合するようにし、改質原料通路体４
４と同様に、レーザトーチのレーザ放射と移動走査を行
う。これにより、上下端で波板４６ｃを枠体４６ａ又は
分割板４６ｂと上記の溶接長さＬに亘って部分的に熱溶
融して溶接固定する。次いで、枠体外表面をマスキング
した上で、触媒担持通路体４６を燃焼触媒を含む懸濁液
に浸漬させ、乾燥工程を経て燃焼触媒を担持固定する。
これにより、上記各表面に燃焼触媒を担持した触媒担持
通路体４６が完成する。

【００３５】この際、上記の溶接長さＬでの溶接個所以
外の波板頂上部において、枠体４６ａ、分割板４６ｂと
の間に隙間ができるようにしておくことが好ましい。具
体的には、上記溶接個所では波板頂上が他の個所よりも
高く凸となるように波板４６ｃを加工したり、上記溶接
個所以外では枠体４６ａや分割板４６ｂを浅い溝状に陥
没加工したりする。こうすれば、上記隙間に懸濁液が行
き渡って触媒が担持される。

【００３６】燃焼触媒を担持した触媒担持通路体４６を
製造する他の手法は、次の通りである。分割板４６ｂで
分割済みの枠体４６ａと波板４６ｃを準備し、予めこの
枠体４６ａと波板４６ｃの表面に燃焼触媒を担持させて
おく。次いで、触媒担持済みの波板４６ｃを各分割領域
に挿入して上記のように上下端で波板４６ｃを枠体４６
ａ又は分割板４６ｂと溶接長さＬに亘って部分的に溶接
固定する。こうしても、上記各表面に燃焼触媒を担持し
た触媒担持通路体４６が完成する。なお、枠体への触媒
担持に際しては、無駄な領域に触媒を担持しないよう、
枠体外表面をマスキングする。また、各部材表面への触
媒担持に際して、上記の溶接個所に亘る波板頂上部のマ
スキングと、当該頂上部が接合する枠体内壁領域および
分割板表裏面領域のマスキングを行うようにすることも
できる。

【００３７】こうして完成した改質原料通路体４４と触
媒担持通路体４６を、図５に示すように接合配置し、両
通路体の枠体同士を図８に示すように部分的に溶接固定
する。即ち、触媒担持通路体４６の両端部でのみ、すみ
肉溶接、レーザ溶接等の溶接手法で溶接固定する。この
場合、触媒担持通路体４６の両端全域に亘って改質原料
通路体４４と溶接固定する必要はなく、図示する溶接ビ
ートＹＢのように、波板４６ｃの頂上部と頂上部との間
を所定ピッチで溶接すればよい。或いは、図示する溶接
範囲ＹＨにレーザを照射し、所定ピッチで溶接すればよ
い。また、枠体４６ａの上下コーナー部が改質原料通路
体４４の側面と接合する部分に、所定ピッチですみ肉溶
接等を行うことができる。こうすれば、改質原料通路体
４４と触媒担持通路体４６が強固に固定される。なお、
枠体上下コーナー部と触媒担持通路体４６の両端全域に
亘って改質原料通路体４４と触媒担持通路体４６を溶接
固定した場合であっても、その溶接個所は触媒担持通路
体４６の周囲にしか過ぎず、部分的な溶接といえる。

【００３８】ＣＯ低減部８０で気化部３０に送る改質原
料を加熱昇温させるための触媒熱交換器８４にあって
も、上記した触媒熱交換器４２と同様の構成を採るよう
にすることもできる。この場合、触媒熱交換器８４は、
改質ガス側管路を改質ガスが通過する際に発生する熱に
より、改質原料側管路を通過する改質原料を加熱昇温す
るものであることから、改質ガス側管路を触媒担持通路
体４６のように触媒（一酸化炭素の選択酸化触媒）を担
持したものとし、改質原料側管路を改質原料通路体４４
のように形成すればよい。

【００３９】以上説明したように本実施例の燃料改質装
置２０では、熱交換対象の流体の通路となる改質原料通
路体４４と触媒担持通路体４６とを熱交換可能に固定す
るに当たり、また、各通路体において波板を板材(枠
体、分割板)に固定するに当たり、両通路体或いは両板
材を図８に示すように部分的に溶接固定することとし
た。よって、従来のように通路体接触部分或いは板材接
触部分のほぼ全域に亘るロウ材配設やロウ材溶融のため
の炉内処理といった作業が不要となるので、その分、製
造作業を簡略化でき、生産性を高めることができる。

【００４０】しかも、溶接固定するに際しては、ＹＡＧ
レーザのレーザトーチから波板と板体の端部領域の溶接
対象区域（端部から所定の溶接長さＬの範囲）に亘って
レーザを放射したり(図６、図８参照)、通路体同士の溶
接対象区域（触媒担持通路体４６の両端部、上下端部）
を所定ピッチですみ肉溶接したりレーザ放射したり等
(図８参照)することとした。このようにレーザ溶接する
場合には、より高い生産性で触媒熱交換器４２を製造す
ることができる。また、ロウ材が不要で炉の運転も不要
なことから、作業効率の向上、歩留まりの向上等を図る
こともできる。

【００４１】また、本実施例では、改質原料通路体４４
の改質原料を加熱気化するための触媒担持通路体４６の
燃焼ガスとの間の熱交換を、図８に示すように、改質原
料通路体４４と触媒担持通路体４６の上記部分的な溶接
固定個所を経て行う。この溶接個所を経て触媒担持通路
体４６の側から改質原料通路体４４に伝達された熱は、
改質原料通路体４４を構成する波板４４ｂおよび枠体４
４ａの各部に伝わり、改質原料を加熱気化させる。こう
して得られた改質原料ガスは、気化部３０以降の改質部
６０、ＣＯ低減部８０を経て水素リッチな改質ガスとさ
れるが、改質燃料の気化が不十分であると、気化部３０
以降の機器に改質原料がガスの状態で十分流れないので
改質原料の触媒反応が進行せず、所望する水素リッチな
改質ガスを生成しにくくなる。しかし、上記構成の触媒
熱交換器４２を有する気化部３０を用いた燃料改質装置
２０では、ＣＯ低減部８０から生成された水素リッチな
改質ガスは、燃料電池の燃料ガスとして好適であった。
このため、通路体同士、並びに波板と板体を部分的に溶
接固定した構成の触媒熱交換器４２によっても、改質原
料の加熱気化に十分な熱交換性能を発揮することができ
た。

【００４２】更に、触媒熱交換器４２では、触媒担持通
路体４６において区画通路を形成するための波板４６ｃ
を、波板端部から上記溶接長さＬの範囲で枠体或いは分
割板に溶接固定したに過ぎない。このため、触媒担持済
みの波板、枠体、分割板を溶接固定する際に、溶接時の
熱により触媒を変質させてしまう領域を狭くできるの
で、熱による変質により無駄となる触媒量を少なくでき
る。また、波板頂上が枠体あるいは分割板に接触固定さ
れた範囲を上記の溶接長さＬの範囲とするに過ぎないの
で、波板の溶接固定後に各通路に触媒を担持する場合で
も、触媒偏在個所を溶接長さＬの範囲と狭くできる。し
かも、溶接固定個所以外では、波板頂上を枠体内壁表面
あるいは分割板表裏面から隙間をあけた状態としてこの
隙間にも触媒を浸漬・担持することが可能である。この
ことも、触媒偏在の低減に寄与する。これらの結果、触
媒担持通路体４６を有する触媒熱交換器４２によれば、
使用する触媒の無駄を低減できる。

【００４３】次に、変形例について説明する。上記の実
施例では、改質原料通路体４４と触媒担持通路体４６の
溶接固定に当たり、両通路体間に枠体４６ａの側壁を介
在させが、改質原料通路体４４に触媒担持通路体４６を
構成する波板４６ｃを直接溶接固定するよう変形するこ
ともできる。この変形例では、図９に示すように、触媒
担持通路体４６を構成する波板４６ｃをその頂上部を改
質原料通路体４４の枠体４４ａに接合させる。そして、
この波板４６ｃの両端から上記の溶接長さＬに亘って既
述したようにレーザを放射し、触媒担持通路体４６の側
の波板４６ｃを改質原料通路体４４の枠体４４ａに直接
溶接し、その溶接個所を部分的なものとしている。この
変形例であっても、上記した実施例と同様の効果を奏す
ることができる。

【００４４】次に、また別の変形例について説明する。
図１０は、この変形例での改質原料通路体４４の製造過
程を説明するための説明図、図１１は、この変形例によ
る溶接処理の様子を説明する説明図である。

【００４５】図１０に示すように、この変形例では、レ
ーザ（ＹＡＧレーザ）照射体９０を、改質原料通路体４
４の枠板４４ａ並びに波板４４ｂの端面に対向配置し、
このレーザ放射体９０からこれら端面に垂直にレーザを
放射する。そして、このレーザ放射体９０を、ＸＹ平面
駆動装置９２と連結して、上記したレーザの放射を実行
しつつ、枠板４４ａの端面で囲まれた範囲に亘って往復
動走査する。これにより、レーザの照射個所では、図１
１（ａ）、（ｂ）に示すように、端面から長さＬ（約３
〜１ｍｍ）に亘って板材の熱溶融が起きる。そして、板
材接合部では両板材が端面からＬの長さで溶接固定され
る（図１１（ａ）参照）。この熱溶融個所では、溶融状
態で表面張力が作用するため、端部は先端が丸くなる。
なお、レーザ照射体９０は、レーザ発振器、レーザビー
ム集光レンズ、全反射ミラー等を内蔵し、板材接合部を
上記した熱溶融により溶接固定できるエネルギでレーザ
を集光・放射する。また、レーザの集光をあまくして板
材端面でレーザが面熱源として照射されるようにするこ
ともでき、こうすれば、走査回数が低減しコスト上有利
である。

【００４６】したがって、この変形例によっても、改質
原料通路体４４の枠体４４ａと波板４４ｂとを直接溶接
し、その溶接個所を部分的なものとするので、上記した
実施例と同様の効果を奏することができる。なお、図８
に示す溶接ビートＹＢの範囲において、改質原料通路体
４４の枠体４４ａと触媒担持通路体４６の枠体４６ａの
接合個所に、上記のようにレーザ放射体９０からレーザ
放射しつつ、そのレーザ放射体９０を走査駆動させても
よい。また、走査対象をレーザ放射体９０ではなく改質
原料通路体４４とすることもできる。

【００４７】この変形例は、次のように更に変形するこ
ともできる。この変形例は、レーザ放射体９０のレーザ
放射・走査の様子が上記もののと相違する。即ち、レー
ザ放射状態のレーザ放射体９０をＸＹ平面駆動装置９２
にて走査するに当たり、枠板４４ａの端面にそってレー
ザ放射体９０を四角状に走査する、或いは波板４４ｂの
端面に沿って波状軌跡で走査するようにしてもよい。こ
うしても、枠体４４ａと波板４４ｂの接合個所の直接溶
接、並びに溶接個所の部分化を図ることができ、上記し
た実施例と同様の効果を奏することができる。また、レ
ーザ放射体９０の走査距離が短くて済むことから、生産
性の向上、コスト低減を図ることができる。或いは、レ
ーザの放射個所を板材同士の接合個所に限るよう、レー
ザ放射体又は溶接対象物（改質原料通路体４４等）を操
作させることもできる。これらの場合には、枠板４４ａ
の四角形状、波板４４ｂの波状軌跡、板材接合個所の点
在の様子をＣＣＤカメラ等で読み取り、その読み取り結
果に応じてレーザ放射体や溶接対象物を走査すればよ
い。

【００４８】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明は上記の実施例や実施形態になんら限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種
々なる態様で実施し得ることは勿論である。

【００４９】例えば、上記の実施例では、触媒担持通路
体４６のように通路表面に触媒を担持しこの触媒による
反応で得られる反応熱を熱交換流体の熱源としたが、外
部で高温とされた流体を通過させるだけの通路体を有す
るものとすることもできる。

【００５０】また、車両搭載用の燃料改質装置に適用し
た場合について説明したが、熱交換器単独のものとして
適用することもできる。更には、燃料改質装置として適
用するに当たっても、メタノール以外の炭化水素系の燃
料、例えばメタンなどの飽和炭化水素や散れん、アセチ
レン等の不飽和炭化水素、エタノールなどのアルコール
類の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質装置
に適用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の燃料改質装置２０の概略構成を説明す
るための概略斜視図である。

【図２】この燃料改質装置２０を水平面で切断して示す
概略断面図である。

【図３】燃料改質装置２０におけるガスの流れを模式的
に示す模式図である。

【図４】気化部３０を垂直面で切断して模式的に示す概
略断面図である。

【図５】気化部３０が有する触媒熱交換器４２の概略構
成を示す概略斜視図である。

【図６】図５に示す要部Ａの拡大概略図である。

【図７】改質原料通路体４４の製造過程を説明するため
の説明図である。

【図８】図５に示す要部Ｂの拡大概略図である。

【図９】変形例における図５中の要部Ｂの拡大概略図で
ある。

【図１０】また別の変形例での改質原料通路体４４の製
造過程を説明するための説明図である。

【図１１】この変形例による溶接処理の様子を説明する
説明図である。

【符号の説明】

２０…燃料改質装置 ３０…改質原料供給口 ３０…気化部 ３４…改質原料出口 ３６…燃料供給口 ３７…噴霧器 ３８…ヒータ ４０…熱交換流路 ４２…触媒熱交換器 ４４…改質原料通路体 ４４ａ…枠体 ４４ｂ…波板 ４６…触媒担持通路体 ４６ａ…枠体 ４６ｂ…分割板 ４６ｃ…波板 ４７…排気口 ４８…還流孔 ５０…空気導入管 ５２…スワール攪拌器 ５４…攪拌室 ５５…多孔板 ５８…加熱器 ６０…改質部 ６２…前段改質部 ６４…後段改質部 ６６…連結管 ７０…触媒担体 ７５…多孔板 ７９…加熱器 ８２…空気導入管 ８３…点火プラグ ８４…触媒熱交換器 ＹＢ…溶接ビート ＹＨ…溶接範囲

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｇ Ｆターム(参考） 3K068 AA01 AB21 AB36 EA03 3L103 AA01 BB39 CC22 CC27 DD15 DD53 4G040 EA02 EA03 EA06 EB03 EB12 EB46 5H027 AA02 BA01 DD05

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温度差のある第１、第２の流体の通過通
   路をそれぞれ形成する第１、第２の通路体を熱授受可能
   に配置して備え、両通路体を介して前記両流体の間の熱
   交換を行う熱交換器であって、 前記第１、第２の通路体を、部分的に溶接固定したこと
   を特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の熱交換器であって、 前記第１、第２の通路体の少なくとも一方は、 流体の通過通路を区画形成するために、波板状の区画板
   材と該区画板材に接触する接触板材とを備え、 前記区画板材と前記接触板材とを、部分的に溶接固定し
   てなる、熱交換器。
3. 【請求項３】 請求項２記載の熱交換器であって、 前記溶接固定個所は、前記通過経路の流体入口端から所
   定長さ範囲部分と流体出口端から所定長さ範囲部分とさ
   れている、熱交換器。
4. 【請求項４】 請求項２又は請求項３記載の熱交換器で
   あって、 前記区画板材と前記接触板材で区画形成された各区画通
   路は、通過する流体に発熱反応に起こさせる触媒を通路
   表面に担持してなる、熱交換器。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４いずれか記載の
   熱交換器であって、 前記第１、第２の流体を約６００℃以下の温度領域下で
   熱交換するものである、熱交換器。
6. 【請求項６】 水と炭化水素系の燃料を含む改質原料を
   加熱気化させる熱交換器と、該気化した前記改質原料を
   改質反応に供して水素リッチな改質ガスを生成する改質
   装置であって、 前記熱交換器は、 前記改質原料が通過する改質原料通路体と、前記改質原
   料の加熱熱源となる熱媒体流体が通過する熱媒体通路体
   とを、前記熱媒体流体と前記改質原料との間で熱交換可
   能に配置させると共に、前記両通路体を部分的に溶接固
   定して備える、改質装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の改質装置であって、 前記熱媒体通路体は、 前記熱媒体流体の通過通路を区画形成するために、波板
   状の区画板材と該区画板材に接触する接触板材とを、部
   分的に溶接固定して備え、 前記区画形成された各区画通路の通路表面に、通過する
   前記熱媒体流体に発熱反応に起こさせる触媒を担持して
   備える、改質装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載の改質装置であって、 前記溶接固定個所は、前記通過経路の流体入口端から所
   定長さ範囲部分と流体出口端から所定長さ範囲部分とさ
   れている、改質装置。
9. 【請求項９】 請求項７記載の改質装置であって、 前記熱媒体流体は、前記触媒により約６００℃以下の温
   度で発熱するものである、改質装置。