JP2002338208A

JP2002338208A - 水分発生用反応炉のヒータ装置

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Publication number: JP2002338208A
Application number: JP2001141830A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Komehana; 克典米華; Yukio Minami; 幸男皆見; Shinichi Ikeda; 信一池田; Akihiro Morimoto; 明弘森本; Koji Kawada; 幸司川田; Osamu Nakamura; 修中村; Akio Motoiden; 晃央本井傳; Noboru Hirai; 暢平井
Original assignee: Fujikin Inc
Current assignee: Fujikin Inc
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2002-11-27

Abstract

(57)【要約】【課題】内部温度を空間的に均一に保持し、温度の時
間的変動を無くして、水分発生反応を効率的且つ安定的
に持続できる水分発生用反応炉を実現する。【解決手段】本発明に係る水分発生用反応炉２のヒー
タ装置６０は、水素ガスと酸素ガスから水分ガスを発生
させる水分発生用反応炉本体３とこの炉本体３を加熱し
て水分発生反応を促進させるヒータ装置６０からなる水
分発生用反応炉２であり、反応炉本体３を囲繞するよう
に配置された筒状体５６と、この筒状体５６の肉厚内に
密着状に埋設されたヒータ線５８とから構成されること
を特徴としている。このようにして筒状体５６の内部を
均一温度に設定する。また、筒状体５６に入口側蓋体６
２と出口側蓋体６４を設けて、温度均一性を向上させて
いる。筒状体５６は２個の半筒状体５６ａ、５６ｂを組
み合わせて構成を容易にする。ヒータ線５８と筒状体５
６又は半筒状体５６ａ、５６ｂとは溶湯鍛造法により一
体に成形され、ヒータ線５８と筒状体５６との密着性が
向上される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水素ガスと酸素ガ
スを反応させて水分ガスを発生させる水分発生用反応炉
に関し、更に詳細には、水分発生用反応炉本体を囲繞す
るように筒状体を配置し、この筒状体の肉厚内にヒータ
線を密着状に埋設し、反応炉本体を所望温度に均一設定
して水分発生反応を効率的に促進させる水分発生用反応
炉のヒータ装置に関する。

【０００２】図１２は従来の水分発生用反応炉の概略断
面図である。この水分発生用反応炉は、水分ガスを発生
させる水分発生用反応炉本体１５０とこの反応炉本体１
５０を所望の反応温度に設定するヒータ装置１５１から
構成されている。水分発生用反応炉本体１５０の入口側
には、水素と酸素を供給する原料ガス供給管１６０が配
設され、その出口側には水分ガス取出管１６２が設けら
れている。

【０００３】ヒータ装置１５１は、水分発生用反応炉本
体１５０の両端面に密着して配置された面状ヒータ１５
２、１５２と、その外側に配置された押え板１５４、１
５４と、更にその外側に設けられた放熱板１５６、１５
６から構成されている。放熱板１５６、１５６には外側
向きに立設された多数の放熱フィン１５８、１５８が形
成されている。

【０００４】水分発生用反応炉本体１５０の両端面は面
状ヒータ１５２、１５２により加熱され、水分発生用反
応炉本体１５０を所定温度に加熱し、酸素ガスと水素ガ
スが水分発生反応を起こしやすい温度環境を作ってい
る。

【０００５】水分発生反応により発生した反応熱は放熱
板１５６の放熱フィン１５８を通して大気中に放熱され
る。発生した反応熱が全て放熱されるとすると、水分発
生用反応炉本体１５０は面状ヒータ１５２によって設定
された温度に原理的に自動設定されることになる。

【０００６】反応炉内では、水素と酸素が化学量論的反
応率に従って反応し、期待された水分ガスが生成される
はずであるが、実際には化学量論反応率からずれたとこ
ろで反応が進行する。従って、未反応ガスがどうしても
出現し、未反応水素が多量に出ると危険であるため、セ
ンサーにより未反応水素量を常時検出するシステムを採
用している。

【０００７】図１２に示す反応炉では、未反応ガスの検
出用センサーは反応炉の下流側に設置しており、反応系
とセンサー系を別に配置するのが通常である。ところ
が、近年、システムを小型化する傾向が強く、センサー
と反応炉を接近させ、一体に組み込む方法が採用されつ
つある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような一体型で
は、反応炉のガス条件とセンサー部のガス条件が同一で
あることが好ましく、特に反応炉の温度とセンサー部の
温度を均一にすることが強く要請される。しかも、セン
サー領域の温度変動を無くすことも必要であるため、従
来の反応炉の構造を改良するだけでなく、そのヒーター
装置の改良をも必然的に要求する。

【０００９】従って、本発明に係る水分発生用反応炉の
ヒータ装置は、水分発生用反応炉の内部温度を空間的に
均一に保持し、しかも温度の時間的変動を無くして、水
分発生反応を効率的且つ安定的に生起させるとともに、
未反応ガスの検知を安定させることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、水素
ガスと酸素ガスを反応させて水分ガスを発生させる水分
発生用反応炉本体とこの炉本体を所定温度に加熱して水
分発生反応を促進させるヒータ装置からなる水分発生用
反応炉において、水分発生用反応炉本体を囲繞するよう
に配置された筒状体と、この筒状体の肉厚内に筒状体材
料と密着状に埋設されたヒータ線とから構成されること
を特徴とする水分発生用反応炉のヒータ装置である。

【００１１】請求項２の発明は、前記筒状体の入口側と
出口側を閉鎖する入口側蓋体及び出口側蓋体を設けた請
求項１に記載の水分発生用反応炉のヒータ装置である。

【００１２】請求項３の発明は、前記筒状体が２個の半
筒状体を組み合わせて構成される請求項１又は２に記載
の水分発生用反応炉のヒータ装置である。

【００１３】請求項４の発明は、前記ヒータ線と筒状体
又は半筒状体が溶湯鍛造法により一体に成形される請求
項１、２又は３に記載の水分発生用反応炉のヒータ装置
である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る水分発生用
反応炉のヒータ装置の実施形態を図面に従って詳細に説
明する。

【００１５】図１及び図２は本発明に係る水分発生用反
応炉の実施形態を示し、図１は水分発生用反応炉の概略
断面図、図２はその概略斜視図であり、図１は図２のII
I−III線断面図でもある。

【００１６】水分発生用反応炉２は、水分発生用反応炉
本体３と、この反応炉本体３を囲繞するように配置され
たヒータ装置６０から構成されている。水分発生用反応
炉３の入口側には原料ガス供給管６が設けられ、水素ガ
スと酸素ガスを原料ガス供給口６ａから供給している。
また、水分発生用反応炉３の中間部には水分ガス取出管
３０が設けられ、水分ガス取出口３０ａから生成された
水分ガスを後段の装置に供給している。

【００１７】ヒータ装置６０は、金属製の筒状体５６
と、この筒状体５６の中に筒状体材料と密着状に埋設さ
れたヒータ線５８及び通電用のヒータ端子５９から構成
されている。筒状体５６の左右の開口部は入口側蓋体６
２と出口側蓋体６４により閉鎖されている。

【００１８】この水分発生用反応炉２の作用を説明する
と、矢印ｖ方向に送られた水素ガスと酸素ガスからなる
原料ガスが水分発生用反応炉本体３の内部で反応し、生
成された水分ガスが矢印ｗ方向に後段装置へと供給され
てゆく。

【００１９】ヒータ装置６０の筒状体５６は、２個の半
筒状体５６ａ、５６ｂを組み合わせて筒状に構成されて
いる。この半筒状体５６ａ、５６ｂの内部には夫々ヒー
タ線５８が埋設され、半筒状体５６ａ、５６ｂの夫々が
ヒータとして機能する。

【００２０】水分発生用反応炉本体３は筒状体５６、入
口側蓋体６２及び出口側蓋体６４により形成される閉鎖
空間内に配置されている。一方、ヒータ装置６０により
発生した熱は、筒状体５６の内部及び外部へと放熱さ
れ、内部へと流れる熱流により前記閉鎖空間は熱溜りと
なり、空間内部では温度のバラツキはほとんどなく均一
温度に設定される。従って、この閉鎖空間内に配置され
る水分発生用反応炉本体３は前記均一温度にまで加熱さ
れ、場所による温度のバラツキはほとんどない。ヒータ
装置６０の発熱量はヒータ線５８への通電量によって制
御される。

【００２１】水分発生用反応炉本体３の反応室には白金
などの反応促進用触媒が設けられており、この触媒によ
り水素ガスと酸素ガスは爆発燃焼する温度より低い温度
で安全にしかも安定して反応し、水分ガスが生成され
る。ヒータ装置６０は水分発生用反応炉本体３を前記反
応温度まで加熱し、しかもその反応温度を維持する作用
を発揮する。

【００２２】前記ヒータ線５８は筒状体５６の肉厚内部
に周囲の材料と密着状に配置されているから、発生熱は
その密着面を介して筒状体５６にムラ無く整然と流れ、
筒状体５６を所望の温度にまで急速に加熱する。筒状体
５６の内面は水分発生用反応炉本体３に接触しているか
ら、筒状体５６から水分発生用反応炉本体３への熱伝達
も高速に行なわれる。

【００２３】前述したように、水分発生用反応炉本体３
は左右を入口側蓋体６２と出口側蓋体６４により閉鎖さ
れているから、水分発生用反応炉本体３に流入した熱は
内部に蓄熱され、大気への放熱が少ない。従って、水分
発生用反応炉本体３を目的温度まで急速に加熱すること
ができる。

【００２４】図３は本実施形態のヒータ線の平面展開図
である。通電用端子であるヒータ端子５９からヒータ線
５８はジグザグ状に蛇行配置されている。ジグザグの幅
及びピッチを調整することにより発熱長を調整でき、発
熱量を可変にして水分発生反応率を所望値に制御でき
る。

【００２５】図３に示されるヒータ線５８が図２の半筒
状体５６ａ、５６ｂのなかに埋め込まれる。金型内の溶
けた金属液の中にジグザグ状のヒータ線５８を配置し
て、半筒状体５６ａ、５６ｂを一体に溶湯鍛造法で成形
される。従って、半筒状体の金属とヒータ線とは密着す
るから、ヒータ線５８から半筒状体５６ａ、５６ｂへの
熱伝達は効率的に行なわれる。

【００２６】図４は本実施形態のヒータ線の一部切欠斜
視図である。このヒータ線５８はシースヒータ線とも呼
ばれ、２本の素線５８ａ、５８ａを絶縁体５８ｂの中に
封入し、この絶縁体５８ｂをステンレス製のシース５８
ｃで被覆している。発生熱は熱伝導性の高いステンレス
製シース５８ｃを介して筒状体５６に急速に伝達され
る。しかも絶縁体５８ｂで絶縁されるから、筒状体５６
への漏電も防止されている。通電は２本の素線２８ａ、
２８ａの間に電圧を印加して行なわれ、電流によりジュ
ール発熱する。

【００２７】この実施形態では、半筒状体５６ａ、５６
ｂを２個組み合わせて筒状体５６が形成したが、１／３
筒状体や１／４筒状体など各種の分割が可能で、これら
を組み合わせて筒状体５６を構成する。

【００２８】図５はヒータ線を埋設した半筒状体の底面
図である。半筒状体５６ａ、５６ｂの中にヒータ線５８
がジグザグ状に埋設されているのが分かる。ヒータ端子
５９は外方に突出されており、このヒータ端子５９に通
電してヒータを加熱する。

【００２９】図６は図５に示す半筒状体の左側面図であ
る。断面は半円状であり、ヒータ端子５９が中央に突出
している。ヒータ線５８は断面が半円状になるように変
形して半筒状体５６ａ、５６ｂの中に埋設されている。
このように、ヒータ線５８は半筒状体５６ａ、５６ｂの
中に広がっているから、半筒状体５６ａ、５６ｂの温度
分布はほとんど無いと言ってもよい。ヒータ線５８を面
状に構成して半筒状体５６ａ、５６ｂの中に配置すれ
ば、更に温度均一性が高くなる。

【００３０】再び図１に戻って本発明に係るヒータ装置
の作用効果を理解しておく。前述したような構造のヒー
タ装置６０を用いているから、ヒータ装置６０の場所的
な発熱分布はほとんど無く、温度分布もほとんどない。
筒状体６０の両端面は入口側蓋体６２と出口側蓋体６４
によって閉鎖されるから、この閉鎖空間に配置される水
分発生用反応炉本体３の場所的温度分布もほとんどない
のである。また、温度の空間変動がほとんど無いため、
閉鎖空間内での熱流の撹乱が少なく、温度の時間変動も
ほとんど無いことが理解できる。

【００３１】次に、具体的な水分発生用反応炉本体に本
発明のヒータ装置６０を装備して温度分布の測定を行な
った。図７〜図１１は本発明に係るヒータ装置を取り付
けた小流量型水分発生用反応炉であり、図７は縦断面
図、図８は図７のII−II線断面図、図９は図７のＩ−Ｉ
線断面図、図１０は反射体の斜視図、図１１は作動説明
図である。

【００３２】図において、２は小流量型水分発生用反応
炉、４は入口側炉本体部材、６は原料ガス供給管、６ａ
は原料ガス供給口、８は入口側空間部、１０は入口側フ
ランジ部、１２は反射体、１２ａは反射体の内側端面、
１２ｂは反射体の外側端面、１４は周縁部、１６は吹込
孔、１８は反応室、２０は出口側炉本体部材、２０ａは
出口側炉本体部材の端面、２０ｃはねじ部、２０ｄは温
度測定孔、２１は白金コーティング触媒層、２１ａはバ
リヤー被膜、２１ｂは白金コーティング被膜、２２は出
口側フランジ部、２２ａは出口側フランジ部の内周面、
２４はノズル孔、２４ａはノズル内面、２６は拡散部、
２８は水分ガス供給路、３０は水分ガス取出管、３０ａ
は水分ガス取出口、３４はナット、３４ｃねじ部、３６
はベアリングである。

【００３３】また、３８はガスケット兼用のオリフィ
ス、４０は未反応ガス検出装置、４４はセンサボディ、
４４ａは温度測定用透孔、４４ｂはガス検出用透孔、４
６は測定用スペース、４７はボルト、４７ａは取付板、
４７ｃは孔、４９はボルト、４９ａは透孔、６０は本発
明のヒータ装置、６２は入口側蓋体、６４は出口側蓋
体、６５・６６は孔、６７は突起部、７０は目的ガス温
度検出センサ、７０ａはスリーブ、７０ｂは本体、７０
ｃは検出端、７２は未反応ガス検出センサ、７２ａはス
リーブ、７２ｂは本体、７２ｃは縮径型検出端である。

【００３４】次に、これら部材の相互関係を説明する。
入口側フランジ部１０を有した入口側炉本体部材４は小
径の原料ガス供給管６に連接され、原料ガス供給口６ａ
から所定比の水素ガスと酸素ガスの混合ガスが原料ガス
として供給される。

【００３５】出口側炉本体部材２０の端面２０ａの周縁
には出口側フランジ部２２が形成され、その端面２０ａ
の中央には微小断面積のノズル孔２４が開口されてい
る。このノズル孔２４は湾曲ラッパ状に拡径された拡散
部２６を介して水分ガス供給路２８に連続している。更
に、この水分ガス供給路２８は水分ガス取出管３０の水
分ガス取出口３０ａに連続し、発生した水分ガスを後段
の工程に供給する。

【００３６】入口側フランジ部１０と出口側フランジ部
２２の間には反射体１２が配置され、その周縁部１４が
両フランジ部１０、２２により狭着されて固定されてい
る。この両フランジ部１０、２２による反射体１２の狭
着構造により、気密性が確保される。また、この反射体
１２は円盤状で、周縁部１４の内側には複数の微小な吹
込孔１６が円周方向に穿設されている。この吹込孔１６
は入口側空間部８と連通している。

【００３７】出口側炉本体部材２０の外周面にはねじ部
２０ｃが形成されている。また、入口側炉本体部材４の
外周面にはベアリング３６が外嵌され、更にその外周側
にナット３４が外嵌されている。ナット３４のねじ部３
４ｃと出口側炉本体部材２０のねじ部２０ｃとが螺合さ
れて、炉本体が形成される。

【００３８】このように、ナット３４と出口側炉本体部
材２０との螺合構造により、反射体１２と両フランジ部
１０、２２の狭着構造を強力に固定一体化しており、水
分発生用反応炉２の耐久性を保証している。

【００３９】次に、反応室１８について説明する。前記
反射体１２のノズル孔側の内側端面１２ａと出口側炉本
体部材２０の端面２０ａとは微小間隙ｄだけ離間して対
向し、反応室１８を形成している。即ち、反応室１８の
入口側周縁は複数の吹込孔１６を介して入口側空間部８
に連通し、反応室１８の出口側中心部はノズル孔２４を
介して水分ガス供給路２８に連通している。

【００４０】本実施形態では図１０（Ａ）の反射体１２
が使用されており、この反射体１２には８個の吹込口１
６が円周方向に等間隔に形成されている。図１０（Ｂ）
の反射体１２は他の例で、４個の吹込口１６が円周方向
に等間隔に形成されている。このように、吹込口１２の
個数・配置は適宜変更される。

【００４１】水素ガスと酸素ガスは矢印ａ方向に進入
し、吹込孔１６を介して反応室１８に流入する。この反
応室１８は微小間隙ｄを有した空間で、原料ガスは壁面
を多重反射しながら相互に衝突し、高効率で水分を発生
させてゆく。水分ガスはノズル孔２４から水分ガス供給
路２８へと流出し、水分ガス取出管３０から後段へと送
られる。吹込孔が小さく、その数も限られることから、
この反応炉は水分ガスの小流量制御に向いている。反応
室１８で反応しなかった原料ガスは、水分ガスと混合状
態で流出してゆく。この未反応ガスの濃度は後述する装
置で検出される。

【００４２】吹込孔１６とノズル孔２４の断面直径は任
意に調整できるが、水分ガスの小流量制御の観点から、
０．１ｍｍ〜３ｍｍが適当であり、特に０．５ｍｍ〜２
ｍｍが好適である。直径をこの範囲内に設定すれば、ガ
ス流量を数十ｓｃｃｍ〜数百ｓｃｃｍで制御することが
容易になる。

【００４３】本実施形態の小流量型水分発生用反応炉２
は耐久性、耐食性及び耐熱性の観点からステンレスで形
成されている。詳細には、入口側炉本体部材４と出口側
炉本体部材２０、反射体１２はＳＵＳ３１６Ｌのステン
レスで形成され、またナット３４はＳＵＳ３１６で形成
されている。

【００４４】出口側炉本体部材２０の端面２０ａの表面
には白金コーティング触媒層２１が形成されている。ま
た、出口側フランジ部２２の内周面２２ａにもこの白金
コーティング触媒層２１が形成されている。同様に、反
射体１２の内側端面１２ａとノズル孔２４の表面にも白
金コーティング触媒層２１を適宜形成してもよいが、必
要に応じて無くしてもよい。このように、反応室１８を
囲繞する壁面には白金コーティング触媒層２１が形成さ
れ、反応室１８における水分発生力が強化されている。

【００４５】これらの白金コーティング触媒層２１はス
テンレスの地金表面にＴｉＮ製のバリヤー皮膜２１ａを
形成したあと、このバリヤー皮膜２１ａの上に白金コー
ティング皮膜２１ｂを積層形成し、白金コーティング被
膜２１ｂが最外表面に形成されて原料ガスを活性化す
る。バリヤー被膜２１ａは下地であるステンレス材料の
流通ガスによる酸化及び拡散を防止し、しかも白金コー
ティング被膜２１ｂの剥落を防止する作用を有する。ま
た、白金コーティング被膜２１ａは原料ガスの水分発生
反応を助長する触媒作用を有する。

【００４６】出口側炉本体部材２０の下流側には未反応
ガス検出装置４０が配設されている。この未反応ガス検
出装置４０はセンサボディ４４を出口側炉本体部材２０
に連接して設けられ、この内部に形成された測定用スペ
ース４６をオリフィス３８を介して水分ガス供給路２８
に接続している。測定用スペース４６は水分ガス取出管
３０に直交状に連続している。

【００４７】オリフィス３８は水分ガスの流動を集約し
て全量の水分ガスを検出センサへ送り込む機能を有し、
センサの感度を高める作用を行なう。センサ部を通過し
た水分ガスは水分ガス取出口３０ａから水分ガス取出管
３０を介して後段の工程に供給されてゆく。

【００４８】目的ガス温度検出センサ７０は、孔６５及
び温度測定用孔４４ａに挿入され、ボルト４７及び取付
板４７ｃによりセンサボディ４４に固定される。目的ガ
ス温度検出センサ７０の検出端７０ｃはセンサボディ４
４の内部で未反応ガス検出センサ７２の近傍にまで達し
ている。

【００４９】目的ガス温度検出センサ７０は生成された
目的ガス、この例では水分ガス温度を測定するセンサで
ある。水分発生反応を長時間に亘って定常的に行うと、
出口側炉本体部材２０及びセンサボディ４４は生成され
た水分ガス（目的ガス）と熱平衡状態にあると考えられ
る。特に、センサボディ４４のガス流路近傍、とりわけ
オリフィス３８、測定用スペース４６及び水分ガス取出
口３０ａの近傍温度は水分ガス温度とほぼ同一になって
いると考えられる。従って、検出端７０ｃにより出口側
炉本体部材２０又はセンサボディ４４のガス流路の近傍
温度、特にオリフィス３８の近傍温度を測定してこの水
分ガス温度を検出する。センサボディ４４は大きな熱浴
であるから、検出端７０ｃがセンサ本体７０ｂと同径で
あっても、温度測定は正確に行うことができる。

【００５０】未反応ガス検出センサ７２は、突起部６７
及び孔６６を介してセンサボディ４４のガス検出用透孔
４４ｂに挿入され、ボルト４９により固定される。未反
応ガス検出センサ７２の検出端７２ｃはガス流路である
測定用スペース４６内に配置され、その先端はオリフィ
ス３８の近傍に達している。検出端７２ｃはセンサ本体
７２ｂよりも縮径状に微小形成され、表面には反応促進
用触媒層として白金コーティング触媒層７４が形成され
ている。

【００５１】未反応ガス検出センサ７２は、水分ガス中
に残留している未反応水素ガスと未反応酸素ガスを反応
促進用触媒層７４により強制的に反応させ、その発生熱
により上昇したガス温度を測定するものである。

【００５２】従って、検出端７２ｃを出来る限り微小に
形成しておくと熱容量が小さくなり、微量の発生熱を効
率的に検出することができる。従って、検出端７２ｃを
本体７２ｂより縮径して形成し、検出端直径δを本体直
径Δよりも小さく設定する。この実施形態では、本体長
Ｌは１００ｍｍ、本体直径Δは１．６ｍｍ、検出端長ｌ
は１０ｍｍ、検出端直径δは１ｍｍである。縮径率φは
δ／Δで計算され、この場合にはφ＝０．６２である。

【００５３】反応炉過熱防止モニタ７３は、出口側炉本
体部材２０の内部で反応室１８の近傍まで達しており、
反応炉の異常反応による過熱が起きた場合の安全措置を
講じるため警報用として設置されている。このモニタ７
３はスリーブ７３ａ、モニタ本体７３ｂ及び検出端７３
ｃから構成される。

【００５４】目的ガス温度検出センサ７０、未反応ガス
検出センサ７２及び反応炉過熱防止モニタ７３は共に温
度測定用センサであるから、例えば熱電対、抵抗温度
計、サーミスタ、半導体温度計等の公知の温度測定用セ
ンサが利用できる。熱電対としてはアルメル・クロメル
熱電対、銅・コンスタンタン熱電対、鉄・コンスタンタ
ン熱電対など各種のものが利用できる。

【００５５】前述したように、未反応ガス検出センサ７
２は未反応水素ガスを強制的に反応させるために、縮径
した検出端７２に反応促進用触媒層７４を形成してい
る。この反応促進用触媒層７４は触媒作用により未反応
の微量水素ガスと微量酸素ガスを強制的に反応させるも
のであれば、どのような触媒でも利用できる。

【００５６】水分発生用反応炉では、数十〜数千ｓｃｃ
ｍの水分ガス流量で、３５０℃〜４００℃の反応温度に
おいて行われるから、反応促進用触媒層７４としては耐
熱性及び反応性の観点から白金コーティング触媒層が好
適である。この白金コーティング触媒層は、下地物質の
影響を防止するため、下地物質の上にバリヤー皮膜７４
ａを形成し、その上に白金コーティング皮膜７４ｂが形
成されている。水分発生を高効率で行なうには特に反応
炉の温度制御が重要であり、本発明のヒータ装置６０が
その役割を担う。

【００５７】この水分発生用反応炉２は、前述の如くヒ
ータ装置６０により全体を被覆され、両端は入口側蓋体
６２と出口側蓋体６４により閉鎖されている。即ち、こ
のヒータ装置６０の内部に反応炉２及び未反応ガス検出
装置４０の全体が装備されているため、反応炉内の温度
の均一性が極めて高い。

【００５８】このヒータ装置６０は反応炉２を均一温度
に設定する効果を有するが、水分発生反応の初期反応を
効果的に生起させる作用も発揮する。水分発生反応で
は、反応室１８を３５０〜４００℃に設定しておく必要
がある。反応初期の段階ではこのヒータ装置６０で反応
室１８を約３５０℃に設定しておき、水素ガスと酸素ガ
スを反応させて水分を発生させる。反応が継続すると、
発生熱により反応室は昇温するから、ヒータ装置６０を
オンオフして前記３５０℃を保持するように制御する。
このようにして反応炉内を一定の平衡温度になるように
設定する。

【００５９】目的ガス温度検出センサ７０及び任意に取
り付けた温度センサで温度分布を実際に測定したとこ
ろ、±１℃程度のバラツキで温度均一性が保持されてい
た。また、時間的な温度変動を測定したところ、水分発
生反応が定常状態に入った時点では、やはり±１℃程度
の温度変動しか確認できなかった。従って、本発明に係
るヒータ装置６０を用いれば、水分発生用反応炉本体３
の温度の空間変動と時間変動はほとんど無くなることが
分かった。

【００６０】測定用スペース４６の内部で局所的な発熱
があった場合には、その局所部分が前記の均一温度から
突出して温度上昇するため、未反応ガス検出センサ７２
が効果的にその温度上昇をキャッチできる。また、この
局所的発熱は未反応ガス検出センサ７２の先端でのみ起
こり、その熱容量は水分発生用反応炉２の全体と比較し
て極めて小さいから、炉本体２の温度均一性は保持さ
れ、目的ガス温度検出センサ７０の検出端７０ｃは常に
均一温度を正確に検出することができる。

【００６１】目的ガス温度検出センサ７０によって検出
される目的ガス温度をＴ₀とし、未反応ガスの反応によ
り温度上昇した未反応ガス検出センサ７２の温度をＴと
すると、温度差ΔＴはΔＴ＝Ｔ−Ｔ₀から算出される。
この温度差ΔＴは未反応ガス量と相関関係を有し、未反
応ガス量に比例する。未反応ガス濃度は未反応ガス量／
目的ガス量×１００（％）により与えられるから、温度
差ΔＴは未反応ガス濃度に比例する。従って、温度差Δ
Ｔから未反応ガス濃度を検出することができる。

【００６２】本発明に係るヒータ装置６０を用いると、
前記目的ガス温度Ｔ₀が安定してほぼ一定であるから、
温度差ΔＴを正確に検出することが可能になり、この温
度差ΔＴから導出される未反応ガス濃度も正確に算出す
ることができるようになる。従って、水分発生用反応炉
の安全運転を可能にすることができる。

【００６３】本発明に係る水分発生用反応炉のヒータ装
置は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の
技術的思想から逸脱しない範囲における全ての変形例、
設計変更などもその技術的範囲内に包含することは云う
までもない。

【００６４】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、水分発生用反
応炉本体を囲繞するように筒状体を配置し、この筒状体
の肉厚内に筒状体材料と密着するようにヒータ線を埋設
したから、水分発生用反応炉を均一温度に保持すること
が可能になり、換言すれば空間的且つ時間的な温度変動
が抑制されるから、水分発生反応の定常性を確保でき、
しかも未反応ガスの検出精度を上げることができるか
ら、水分発生反応の安全性を向上できる。

【００６５】請求項２の発明によれば、筒状体の入口側
と出口側を閉鎖するように入口側蓋体及び出口側蓋体を
設けたから、水分発生用反応炉の温度均一性を更に向上
させることができる。

【００６６】請求項３の発明によれば、２個の半筒状体
を組み合わせて筒状体を構成するから、筒状体の形成が
容易になる。

【００６７】請求項４の発明によれば、ヒータ線と筒状
体又は半筒状体を溶湯鍛造法により一体に成形するか
ら、ヒータ線を筒状体材料と密着するように埋設するこ
とが容易になり、高性能のヒータ装置を量産することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水分発生用反応炉の実施形態の概
略断面図で、図２のIII−III線断面図である。

【図２】本実施形態におけるヒータ装置の概略斜視図で
ある。

【図３】本実施形態のヒータ線の平面展開図である。

【図４】本実施形態のヒータ線の一部切欠斜視図であ
る。

【図５】ヒータ線を埋設した半筒状体の底面図である。

【図６】図５に示す半筒状体の左側面図である。

【図７】本発明に係るヒータ装置を取り付けた小流量型
水分発生用反応炉の縦断面図である。

【図８】図７のII−II線断面図である。

【図９】図７のＩ−Ｉ線断面図である。

【図１０】反射体の斜視図である。

【図１１】小流量型水分発生用反応炉の作動説明図であ
る。

【図１２】従来の水分発生用反応炉の概略断面図であ
る。

【符号の説明】

２は小流量型水分発生用反応炉、３は水分発生用反応炉
本体、４は入口側炉本体部材、６は原料ガス供給管、６
ａは原料ガス供給口、８は入口側空間部、１０は入口側
フランジ部、１２は反射体、１２ａは反射体の内側端
面、１２ｂは反射体の外側端面、１４は周縁部、１６は
吹込孔、１８は反応室、２０は出口側炉本体部材、２０
ａは出口側炉本体部材の端面、２１は白金コーティング
触媒層、２１ａはバリヤー被膜、２１ｂは白金コーティ
ング被膜、２２は出口側フランジ部、２２ａは出口側フ
ランジ部の内周面、２４はノズル孔、２６は拡散部、２
８は水分ガス供給路、３０は水分ガス取出管、３０ａは
水分ガス取出口、３４はナット、３６はベアリング、３
８はオリフィス、４０は未反応ガス検出装置、４４はセ
ンサボディ、４４ａは温度測定用透孔、４４ｂはガス検
出用透孔、４６は測定用スペース、４７はボルト、４７
ａは取付板、４７ｃは孔、４９はボルト、４９ａは透
孔、５６は筒状体、５６ａ・５６ｂは半筒状体、５７ａ
は横型、５７ｂは下型、５７ｃはパンチ、５８はヒータ
線、５８ａは素線、５８ｂは絶縁体、５８ｃはシース、
５９はヒータ端子、６０はヒータ装置、６２は入口側蓋
体、６４は出口側蓋体、６５は孔、６６は孔、６７は突
起部、７０は目的ガス温度検出センサ、７０ａはスリー
ブ、７０ｂはセンサ本体、７０ｃは検出端、７２は未反
応ガス検出センサ、７２ａはスリーブ、７２ｂはセンサ
本体、７２ｃは検出端、７３は反応炉過熱防止モニタ、
７３ａはスリーブ、７３ｂはモニタ本体、７３ｃは検出
端、７４は白金コーティング触媒層、１５０は水分発生
用反応炉本体、１５１はヒータ装置、１５２は面状ヒー
タ、１５４は押え板、１５６は放熱板、１５８は放熱フ
ィン、１６０は原料ガス供給管、１６０ａは水素ガス供
給管、１６０ｂは酸素ガス供給管、１６２は水分ガス取
出管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池田信一大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号株式会社フジキン内 (72)発明者森本明弘大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号株式会社フジキン内 (72)発明者川田幸司大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号株式会社フジキン内 (72)発明者中村修大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号株式会社フジキン内 (72)発明者本井傳晃央大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号株式会社フジキン内 (72)発明者平井暢大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号株式会社フジキン内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素ガスと酸素ガスを反応させて水分ガ
スを発生させる水分発生用反応炉本体とこの炉本体を所
定温度に加熱して水分発生反応を促進させるヒータ装置
からなる水分発生用反応炉において、水分発生用反応炉
本体を囲繞するように配置された筒状体と、この筒状体
の肉厚内に筒状体材料と密着状に埋設されたヒータ線と
から構成されることを特徴とする水分発生用反応炉のヒ
ータ装置。
【請求項２】前記筒状体の入口側と出口側を閉鎖する
入口側蓋体及び出口側蓋体を設けた請求項１に記載の水
分発生用反応炉のヒータ装置。
【請求項３】前記筒状体は２個の半筒状体を組み合わ
せて構成される請求項１又は２に記載の水分発生用反応
炉のヒータ装置。
【請求項４】前記ヒータ線と筒状体又は半筒状体を溶
湯鍛造法により一体に成形する請求項１、２又は３に記
載の水分発生用反応炉のヒータ装置。