JP2004256348A

JP2004256348A - 改質装置

Info

Publication number: JP2004256348A
Application number: JP2003048268A
Authority: JP
Inventors: Mikio Sei; 三喜男清; Tatsuji Kawaguchi; 達治川口
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】第一の流路と第二の流路の連通部の接合部に作用する熱応力を軽減し、接合部が破損することを防ぐことができる改質装置を提供することを目的とする。
【解決手段】燃焼ガス流路１と、改質触媒２を有する第一の流路３と、第二の流路４と、第一の流路３と第二の流路４の一端同士を連通させる連通部５とを備えて改質反応筒６を形成する。改質反応筒６の連通部５を設けた側の端部に燃焼ガスを排出する燃焼部７を接続し、燃焼ガスを燃焼ガス流路１に通過させることによって第一の流路３を燃焼ガスで加熱する。そして第一の流路３から第二の流路４へと通過させる燃料ガスと水蒸気とを改質触媒２の作用で水蒸気改質反応させて改質ガスを生成する。このような改質装置において、第一の流路３の内側の筒壁８の一端を外側へ湾曲させて延出すると共に、この延出片９の先端を第二の流路４の外側の筒壁１０に接合することによって、上記の連通部５を形成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水蒸気改質反応を利用して、各種燃料ガスから水素に富んだ改質ガスを取り出す改質装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原料の燃料ガスと水蒸気とを改質触媒の作用で水蒸気改質反応させることによって、燃料電池などで使用される水素リッチな改質ガスを生成させる場合、水蒸気改質反応は高温で進行する吸熱反応であるため、燃焼部で燃焼させた高温の燃焼ガスで加熱することが行なわれている。例えばメタンやプロパン等の炭化水素系ガスを原料の燃料ガスとして用い、水素リッチな改質ガスを生成させる場合、６００℃〜７００℃に加熱して反応させることが必要となる。特に、改質触媒の出口の部分の温度に改質ガスの組成が依存するため、この改質触媒の出口部分を最も高温に加熱する必要がある。
【０００３】
図１１は改質装置の一例を示すものであり（特許文献１等参照）、バーナからなる燃焼部７で燃焼された燃焼ガスが通過する燃焼ガス流路１を中心に配置し、燃焼ガス流路１と燃焼部７を外側環状空間２１と内側環状空間２２からなる改質反応筒６で囲むようにした構成に形成してある。この外側環状空間２１と内側環状空間２２の先端間の連通部５に改質触媒２が充填してある。そして、流入口２３から供給された原料の燃料ガスと水蒸気は、外側環状空間２１から内側環状空間２２へと通過する間に改質触媒２の作用で改質反応し、水素リッチな改質ガスが生成され、この改質ガスは流出口２４から排出されるようになっている。このものでは、燃焼部７は高温となる改質反応筒６の内部に設けているため、燃焼部７を空気と燃料とを事前に混合して燃焼させる予混合式のバーナで形成すると、予混合部で逆火が生じるおそれがある。従って、この図１１の改質装置では、燃焼部７として予混合を全く行なわない拡散火炎バーナ等に限定されてしまうという問題がある。
【０００４】
一方、図１２は燃焼部７として予混合式のバーナを用いた改質装置の他の一例を示すものであり（例えば特願２００２−７２９４６号等参照）、改質触媒２を充填した筒状の第一の流路３の外側に筒状の第二の流路４を配置すると共に第一流路３と第二流路４の一端同士を連通部５で連通して改質反応筒６を形成するようにしてある。そして改質反応筒６の連通部５を設けた側の端部に燃焼部７が接続してあり、改質反応筒６の中心の空洞部が燃焼部７から排出された燃焼ガスの流路１となっている。このものにあって、原料の燃料ガスと水蒸気は第一流路３から第二流路４へと通過する間に改質触媒２の作用で水蒸気改質反応して、水素リッチな改質ガスが生成され、この改質ガスは第二流路４から排出されるようになっている。また燃焼部７は加熱用燃料と空気を混合する予混合部２６で混合した後に燃焼室２７で燃焼する予混合式のバーナ１３からなるものである。予混合式バーナ１３は煤が生じ難く、火炎長が短いためにコンパクトに形成することができるものであり、多くの給湯器やストーブなどに利用されている。そして、燃焼部７にはバーナ１３で燃焼した燃焼ガスを排出する燃焼ガス導入流路１４が設けてあり、燃焼部７はこの燃焼ガス導入流路１４を改質反応筒６に接合することによって、改質反応筒６に取り付けてあって、燃焼ガスはバーナ１３から燃焼ガス導入流路１４を通して改質反応筒６の燃焼ガス流路１に供給されるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１−２８２１１３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の図１２の改質装置にあって、改質触媒２は第一流路３の連通部５に近い部分に充填してあり、原料の燃料ガスが改質触媒２を通過した出口の部分に近い連通部５の付近を高温に加熱する必要がある。このため、改質反応筒６の連通部５の側の端部に燃焼部７の燃焼ガス導入流路１４を接続し、燃焼ガスで連通部５の付近を高温に加熱することができるようにしてある。
【０００７】
ここで、改質反応筒６の第一流路３と第二流路４の一端同士を連通させる連通部５は、第一流路３の内側の筒壁８の一端と、第二流路４の外側の筒壁１０の一端に端部板２８を蝋付けなどで接合して、第一流路３と第二流路４の端部を閉じることによって形成されている。
【０００８】
そして上記のように改質反応筒６の連通部５の側の端部に燃焼部７を接続して、連通部５の付近に高温が作用すると、第一流路３の内側の筒壁８の一端と端部板２８との接合部（イ矢印で示す）や、第二流路４の外側の筒壁１０の一端と端部板２８との接合部（ロ矢印で示す）に熱応力が作用し、接合部が破損するおそれがあるという問題が生じるものであった。特に、第一流路３の内側の筒壁８の一端と端部板２８との接合部（イ矢印で示す）にはより高温が作用し易く、この接合部が熱応力により破損する危険性が高いものであった。改質反応筒６の第一流路３や第二流路４には可燃性の燃料ガスや改質ガスが通されるため、このように接合部が破損して燃料ガスが漏れると、事故につながるおそれがあるものである。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、第一の流路と第二の流路の連通部に形成される接合部に作用する熱応力を軽減し、接合部が破損することを防ぐことができる改質装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る改質装置は、燃焼ガスが通過する燃焼ガス流路１と、燃焼ガス流路１の外側に沿って設けられ、改質触媒２を有する筒状の第一の流路３と、第一の流路３の外側に沿って設けられた筒状の第二の流路４と、第一の流路３と第二の流路４の一端同士を連通させる連通部５とを備えて改質反応筒６を形成し、改質反応筒６の連通部５を設けた側の端部に燃料を燃焼して燃焼ガスを排出する燃焼部７を接続すると共に、燃焼部７から排出される燃焼ガスを上記燃焼ガス流路１に通過させることによって第一の流路３をこの燃焼ガスで加熱し、第一の流路３から連通部５を介して第二の流路４へと通過させる燃料ガスと水蒸気とを改質触媒２の作用で水蒸気改質反応させて水素に富んだ改質ガスを生成する改質装置において、第一の流路３の内側の筒壁８の一端を外側へ湾曲させて延出すると共に、この延出片９の先端を第二の流路４の外側の筒壁１０に接合することによって、第一の流路３と第二の流路４の一端同士を連通する上記の連通部５を形成して成ることを特徴とするものである。
【００１１】
また請求項２の発明は、請求項１において、第一の流路３の内側の筒壁８の延出片９の端面と第二の流路４の外側の筒壁１０の一端の端面とを接合して成ることを特徴とするものである。
【００１２】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、改質反応筒６に、弾性体１１を介して燃焼部７を接合して成ることを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項４の発明は、請求項３において、弾性体１１として金属の蛇腹１２を用いて成ることを特徴とするものである。
【００１４】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、第一の流路３の内側の筒壁８に燃焼部７を接合し、燃焼部７の筒壁８への接合部の付近の内周に断熱材１５を設けて成ることを特徴とするものである。
【００１５】
また請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかにおいて、燃料を燃焼するバーナ１３と、発生する燃焼ガスを燃焼ガス流路１に導入する燃焼ガス導入流路１４とを備えて燃焼部７を形成し、燃焼ガス導入流路１４を囲むように断熱材１５を設けて成ることを特徴とするものである。
【００１６】
また請求項７の発明は、請求項６において、第二の流路４の外側の筒壁１０の連通部５側の端部を延長すると共にこの延長片１６の内面に第一の流路３の内側の筒壁８の上記延出片９の先端を接合し、この延長片１６の内側に燃焼部７の燃焼ガス導入流路１４を形成すると共に、延長片１６の内側に断熱材１５を設けて成ることを特徴とするものである。
【００１７】
また請求項８の発明は、請求項７において、断熱材１５に突出して設けた覆い片１８で上記延出片９を覆って成ることを特徴とするものである。
【００１８】
また請求項９の発明は、請求項７又は８において、上記延出片９の先端部に上記延長片１６と略平行な平行部１７を形成し、延出片９の平行部１７を延長片１６の内面に接合して成ることを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、改質反応筒６は内側の円筒状の筒壁８と、外側の円筒状の筒壁１０と、両筒壁８，１０の間の円筒状の隔壁３０とを同心円状に配置して形成されるものであり、内側の筒壁８と隔壁３０の間に環状空間の第一の流路３が、外側の筒壁１０と隔壁３０との間に環状空間の第二の流路４がそれぞれ形成してある。そして内側の筒壁８の下端に全周に亘って下方へ向け外側に断面円弧状に延出し、下面側が凸湾曲する延出片９が形成してあり、図２に示すように、延出片９の延出先端の上面を外側の筒壁１０の下端に全周に亘って接合してある。この接合は高温でのシール性を確保するため、全周溶接もしくは蝋付けで行なうのが望ましい。このように延出片９によって第一流路３と第二流路４の下端部がそれぞれ閉じられるものであるが、隔壁３０の下端と延出片９との間には隙間が形成してあり、この隙間を通して、第一流路３の一端と第二流路４の一端が連通する連通部５が形成されるものである。また第一流路３や第二流路４の上端は閉じてあり、第一流路３の上端には原料ガス流入部３１が、第二流路４の上端には改質ガス流出部３２が設けてある。
【００２１】
上記の第一流路３内には、上下の中央部付近から下端の連通部５付近に至る範囲で改質触媒２が充填してある。改質触媒２として粒状のものを用いるときには、隔壁３０の下端に改質触媒２が移動しないように触媒止め３６を設けるのが好ましい。この触媒止め３６はガスは通過させるが改質触媒２は移動させないパンチングメタルや金網などで形成されるものである。
【００２２】
また、燃焼部７は加熱用燃料と空気とを予混合する予混合部２６と、予混合部２６で混合した混合ガスを燃焼させる燃焼室２７とから形成される予混合式のバーナ１３を具備して形成されるものであり、燃焼部７にはバーナ１３で燃焼した燃焼ガスを排出する燃焼ガス導入流路１４が設けてある。燃焼ガス導入流路１４はバーナ１３から突出して設けた筒体３３の内周に形成されるものであり、燃焼部７はこの筒体３３の先端縁を、改質反応筒６の連通部５の側の端部において、内側の筒壁８の内面に全周に亘って接合することによって、改質反応筒６に取り付けられるものである。そして燃焼部７のバーナ１３から燃焼ガスは燃焼ガス導入流路１４を通して、改質反応筒６の内周空間の燃焼ガス流路１に導入され、燃焼ガス流路１内を通過した燃焼ガスは改質反応筒６の燃焼部７と反対側の上端の開口部３４から燃焼排気ガスとして排気されるようになっている。このように燃焼ガス流路１内を高温の燃焼ガスが通過する際に、内側の筒壁８を介して第一流路３内を加熱することができるものであり、特に燃焼ガス導入流路１４が接合されている連通部５の付近は、燃焼ガス導入流路１４から導入される燃焼ガスが最初に接触する部分であるので、最も高温に加熱することができる。
【００２３】
上記のように形成される改質装置にあって、原料の燃料ガスと水蒸気は原料ガス導入部３１から第一流路３に供給され、第一流路３を通過する際に燃焼ガスによって加熱される。このように加熱された燃料ガスと水蒸気は第一流路３内の改質触媒２を充填した部分を通過する際に、改質触媒２の作用で水蒸気改質反応し、水素リッチな改質ガスが生成される。ここで、改質触媒２は第一流路３内の中央部付近から下端の連通部５付近に至る範囲で充填してあり、原料の燃料ガスが改質触媒２を通過して出口となる部分は連通部５付近に位置している。そして改質触媒２の出口となるこの連通部５付近は上記のように最も高温に加熱されるようになっているために、改質触媒２を効率的に加熱することができ、改質触媒２の作用による水蒸気改質反応を効率良く行なわせることができるものである。このように水蒸気改質反応して生成された改質ガスは、連通部５を通して第二流路４に流入し、第二流路４内を通過する際に、隣接する第一流路３を流れる燃料ガスと水蒸気と熱交換して熱を与えながら温度が低下する。そしてこのように改質ガスから熱回収をした後に、低温の改質ガスとして改質ガス流出部３２から改質装置の外部に導出される。
【００２４】
改質装置を燃料電池と組み合わせて発電を行なう場合には、改質ガスはさらにシフト反応器や選択酸化反応器に通してＣＯ濃度を低下させた後に、燃料電池に供給されるものである。また、第二流路４内にシフト反応用の触媒や選択酸化反応用の触媒を組み込むことによって、改質装置からＣＯ濃度を低下させた改質ガスを取り出すことも可能である。
【００２５】
そして上記の実施の形態にあって、改質反応筒６の連通部５は、第一流路３の内側の筒壁８の一端を外側へ湾曲させて延出すると共にこの延出片９の先端を第二流路４の外側の筒壁１０に接合することによって形成してあり、第一流路３の内側の筒壁８には接合部は存在しないので、燃焼部７との接続箇所である連通部５の付近に高温が作用しても、第一流路３の内側の筒壁８の接合部が破損されることによる問題を未然に防ぐことができるものである。また延出部９と第二流路４の外側の筒壁１０との接合部３５は、改質反応筒６と燃焼部７の接合箇所から離れていて燃焼部７からの燃焼ガスと接触することがなく、高温に加熱されることはないので、この接合部３５が熱応力によって破損するようなおそれはないものである。このように、連通部５において接合部３５に対する熱応力を軽減して、接合部３５の信頼性を高めることができるものである。
【００２６】
図３は本発明の他の実施の形態の一例を示すものである。すなわち、図２の実施の形態では、第一流路３の内側の筒壁８の延出片９の先端の側面を第二流路４の外側の筒壁１０の先端面に接合するようにしているため、接合部３５は直角の接合で形成されており、接合部３５に応力集中が生じ易く、比較的低温の作用でも破損が生じる可能性がある。そこで図３の実施の形態では、延出片９を断面半円形状に凸湾曲させて延出し、延出片９の先端の端面を第二流路４の外側の筒壁１０の下端の端面に接合させるようにしてある。その他の構成は図１及び図２の実施の形態と同じである。
【００２７】
このように延出片９と第二流路４の外側の筒壁１０とを端面同士で接合することによって、接合部３５に応力集中が生じ難くなる。しかも接合部３５は、図２の場合よりも、燃焼ガスで加熱される箇所から遠くなって高温がより作用し難くなる。このために、接合部３５に対する熱応力を一層軽減して、接合部３５の信頼性を高めることができるものである。
【００２８】
図４は本発明の他の実施の形態の一例を示すものであり、燃焼部７の燃焼ガス導入流路１４を囲む筒体３３の先端縁を、改質反応筒６の内側の筒壁８の内面に接合するにあたって、筒体３３と改質反応筒６の内側の筒壁８との間に弾性体１１を全周に亘って介在させるようにしてある。この弾性体１１としては、例えばセラミックファイバーを成形したシール材など耐熱性を有するものを用いることができる。その他の構成は図１及び図３の実施の形態と同じである。
【００２９】
このように改質反応筒６の内周に弾性体１１を介して燃焼部７を接合することによって、改質反応筒６と燃焼部７との接合部に熱応力が集中しても、この熱応力は弾性体１１が変形することによって緩和されるものであり、改質反応筒６と燃焼部７との接合部が熱応力で破損されることを防ぐことができるものである。
【００３０】
図５は本発明の他の実施の形態の一例を示すものであり、弾性体１１として金属筒を凹凸加工して形成した蛇腹１２を用いるようにしてある。この蛇腹１２の下端部の内周を燃焼部７の筒体３３の上端部の外周に接合すると共に蛇腹１２の上端部の外周を改質反応筒６の内側の筒壁８の内周に接合することによって、改質反応筒６の内周に弾性体１１を介して燃焼部７を接合するようにしてある。その他の構成は図１及び図３の実施の形態と同じである。
【００３１】
このように弾性体１１として伸縮自在な蛇腹１２を用い、一端部を燃焼部７に、他端部を改質反応筒６に接合することによって、燃焼部７と改質反応筒６との接合部に熱応力が集中しても、この熱応力は蛇腹１２が伸縮変形することによって緩和されるものであり、燃焼部７と改質反応筒６との接合部が熱応力で破損されることを防ぐことができるものである。また金属で形成される蛇腹１２は同じく金属で形成される改質反応筒６の壁筒８や燃焼部７の筒体３３と溶接や蝋付けで完全気密的に接合することができるものであり、弾性体１１としてシール材を用いる場合よりも、燃焼ガスのガス漏れを完全に防ぐことができるので、この点でも好ましい。
【００３２】
図６は本発明の他の実施の形態の一例を示すものであり、燃焼部７の燃焼ガス導入流路１４を囲む筒体３３の先端縁を、改質反応筒６の内側の筒壁８の内面に接合するにあたって、この筒体３３の内周面に全周に亘って燃焼ガス導入流路１４を囲むように筒状の断熱材１５が設けてある。断熱材１５としてはセラミック材など高温に耐えるものを用いるのが好ましい。その他の構成は図１及び図３の実施の形態と同じである。
【００３３】
このように、燃焼部７の燃焼ガス流入流路１４に断熱材１５を設けることによって、燃焼ガス流入流路１４を通過する燃焼ガスの熱が、改質反応筒６の外側の筒壁１０と内側の筒壁８の延出片９との接合部３５に作用することを、断熱材１５で遮断して防ぐことができるものであり、改質反応筒６の連通部５の接合部３５が熱応力で破損されることを防ぐことができるものである。また、燃焼ガス流入流路１４を通過する燃焼ガスの熱が筒体３３と改質反応筒６の内側の筒壁８との接合部に作用することを、断熱材１５で遮断して防ぐことができるものであり、燃焼部７と改質反応筒６の接合部が熱応力で破損されることを防ぐこともできるものである。
【００３４】
図７は本発明の他の実施の形態の一例を示すものであり、改質反応筒６の外側の筒壁１０の下端を下方へ延長して延長片１６を全周に亘って設け、この延長片１６の基部の内面に、内側の筒壁８の下端に延出して設けた延出片９の先端を全周に亘って接合することによって、連通部５を形成するようにしてある。そしてこの延長片１６によって燃焼部７の燃焼ガス導入流路１４を形成する筒体３３が形成されるようにしてあり、延長片１６の内周に燃焼ガス導入流路１４を囲む断熱材１５を設けるようにしてある。その他の構成は図１の実施の形態と同じである。
【００３５】
このものでは、改質反応筒６の外側の筒壁１０の一端から一体に延長した延長片１６で燃焼部７の燃焼ガス導入流路１４を形成する筒体３３が形成されるものであり、この延長片１６によって燃焼部７は改質反応筒６に一体化されるものである。従って、燃焼部７を改質反応筒６に取り付けるための接合部が存在しなくなり、燃焼部７と改質反応筒６の間の接合部の熱応力による破損の問題もなくなるものである。また、燃焼部７の燃焼ガス流入流路１４に断熱材１５を設けてあるので、燃焼ガス流入流路１４を通過する燃焼ガスの熱が、延長片１６と延出片９との接合部３５に作用することを、断熱材１５で遮断して防ぐことができるものであり、改質反応筒６の連通部５の接合部３５が熱応力で破損されることを防ぐことができるものである。このとき、図７に示すように、燃焼ガス導入流路１４から燃焼ガス流路１へと流れ出す側の断熱材１５の端面が接合部３５に接するように、断熱材１５を配置することによって、燃焼ガスが接合部３５に作用し難くなるものであり、接合部３５の破損をより有効に防ぐことができるものである。
【００３６】
図８は本発明の他の実施の形態の一例を示すものであり、改質反応筒６の内側の筒壁８の延出片９を内方から覆うように、燃焼ガス導入流路１４から燃焼ガス流路１へと流れ出す側の断熱材１５の端面に覆い片１８が一体に突設してある。その他の構成は図１及び図７の実施の形態と同じである。
【００３７】
このものでは、改質反応筒６の内側の筒壁８の延出片９と外側の筒壁１０の延長片１６との接合部３５を断熱材１５の一部である覆い片１８で覆って保護することができ、燃焼部７の燃焼ガス流入流路１４から改質反応筒６の燃焼ガス流路１へと流れる燃焼ガスが、断熱材１５の先端面を回り込んで接合部３５に作用することを覆い片１８で遮断して防ぐことができるものであり、改質反応筒６の連通部５の接合部３５が熱応力で破損されることを確実に防ぐことができるものである。
【００３８】
図９は本発明の他の実施の形態の一例を示すものであり、改質反応筒６の内側の筒壁８の下端に下方へ向け外側に断面円弧状に延出して下面側が凸湾曲する延出片９を形成するにあたって、延出片９を断面略Ｓ字状に屈曲することによって、延出片９の先端部が全周に亘って外側の筒壁１０の延長片１６と平行になるように形成してある。そしてこの延出片９の先端の平行部１７を延長片１６の基部の内面に接合することによって、延出片９で連通部５を形成するようにしてある。その他の構成は図１及び図８の実施の形態と同じである。
【００３９】
上記の図７及び図８の実施の形態では、内側の筒壁８の延出片９はその先端面を外側の壁筒１０の延長片１６の内周面に接合してあり、接合部３５は直角の接合で形成されていて応力集中が生じ易い。これに対して、延出片９の先端に平行部１７を設けて延長片１６に接合することによって、平行な面で接合を行なうことができ、接合部３５に応力集中が生じ難くなるものであり、接合部３５に対する熱応力を軽減して、接合部３５の信頼性を高めることができるものである。
【００４０】
図１０は本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、改質反応筒６の外側の筒壁１０の延長片１６の基部に内側の筒壁８の延出片９を接合すると共に、延長片１６の先端部に燃焼部７の燃焼ガス導入流路１４の筒体３３を接合するようにし、筒体３３から延長片１６にかけて断熱材１５を設けるようにしたものである。延長片１６と筒体３３との接合は溶接や蝋付けでもよいが、図１０の実施の形態のようにフランジ３９，３９で接合するようにしてもよい。このものでは、延長片１６に延出片９を接合するにあたって、接合部から延長片１６の端部までの距離が短くなるので、接合する際の溶接等の作業を延長片１６の端部の外側から容易に行なうことができるものである。
【００４１】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る改質装置は、燃焼ガスが通過する燃焼ガス流路と、燃焼ガス流路の外側に沿って設けられ、改質触媒を有する筒状の第一の流路と、第一の流路の外側に沿って設けられた筒状の第二の流路と、第一の流路と第二の流路の一端同士を連通させる連通部とを備えて改質反応筒を形成し、改質反応筒の連通部を設けた側の端部に燃料を燃焼して燃焼ガスを排出する燃焼部を接続すると共に、燃焼部から排出される燃焼ガスを上記燃焼ガス流路に通過させることによって第一の流路をこの燃焼ガスで加熱し、第一の流路から連通部を介して第二の流路へと通過させる燃料ガスと水蒸気とを改質触媒の作用で水蒸気改質反応させて水素に富んだ改質ガスを生成する改質装置において、第一の流路の内側の筒壁の一端を外側へ湾曲させて延出すると共に、この延出片の先端を第二の流路の外側の筒壁に接合することによって、第一の流路と第二の流路の一端同士を連通する上記の連通部を形成するようにしたので、連通部において第一流路の内側の筒壁に対する接合部は存在しなくなり、連通部の部分に高温が作用して第一流路の内側の筒壁の接合部が破損されるような問題を未然に防ぐことができるものである。また延出部と第二流路の外側の筒壁との接合部は、改質反応筒と燃焼部の接合箇所から離すことができ、この接合部が高温が作用することを軽減することができるものである。この結果、第一の流路と第二の流路の連通部に形成される接合部に作用する熱応力を軽減し、接合部が破損することを防ぐことができるものである。
【００４２】
また請求項２の発明は、請求項１において、第一の流路の内側の筒壁の延出片の端面と第二の流路の外側の筒壁の一端の端面とを接合するようにしたので、接合部に応力集中が生じ難くすることができ、接合部に対する熱応力を一層軽減して、接合部の信頼性を高めることができるものである。
【００４３】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、改質反応筒に、弾性体を介して燃焼部を接合するようにしたので、改質反応筒と燃焼部との接合部に熱応力が集中しても、この熱応力を弾性体が変形することによって緩和することができ、接合部が熱応力で破損されることを防ぐことができるものである。
【００４４】
また請求項４の発明は、請求項３において、弾性体として金属の蛇腹を用いるようにしたので、蛇腹が伸縮することによって改質反応筒と燃焼部との接合部の熱応力を緩和することができ、接合部が熱応力で破損されることを防ぐことができるものである。
【００４５】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、第一の流路の内側の筒壁に燃焼部を接合し、燃焼部の内周の筒壁への接合部の付近の内周に断熱材を設けるようにしたので、燃焼ガスの熱がこの接合部に直接作用することを断熱材で遮断することができ、接合部に対する熱応力を軽減して接合部が熱応力で破損されることを防ぐことができるものである。
【００４６】
また請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかにおいて、燃料を燃焼するバーナと、発生する燃焼ガスを燃焼ガス流路に導入する燃焼ガス導入流路とを備えて燃焼部を形成し、燃焼ガス導入流路を囲むように断熱材を設けるようにしたので、燃焼ガス流入流路を通過して燃焼ガス流路に流れる燃焼ガスの熱が、連通部における外側の筒壁と内側の筒壁の延出片との接合部に作用することを、断熱材で遮断して防ぐことができるものであり、連通部の接合部が熱応力で破損されることを防ぐことができるものである。
【００４７】
また請求項７の発明は、請求項１乃至５のいずれかにおいて、第二の流路の外側の筒壁の連通部側の端部を延長すると共にこの延長片の内面に第一の流路の内側の筒壁の上記延出片の先端を接合し、この延長片の内側に燃焼部の燃焼ガス導入流路を形成すると共に、延長片の内側に断熱材を設けるようにしたので、延長片によって燃焼部を改質反応筒に一体化することができ、燃焼部を改質反応筒に取り付けるための接合部が存在しなくなって、燃焼部と改質反応筒の間の接合部が熱応力で破損されるような問題もなくなるものである。しかも燃焼ガス流入流路を通過する燃焼ガスの熱が、延長片と延出片との接合部に作用することを、断熱材で遮断して防ぐことができるものであり、改質反応筒の連通部の接合部が熱応力で破損されることを防ぐことができるものである。
【００４８】
また請求項８の発明は、請求項７において、断熱材に突出して設けた覆い片で上記延出片を覆うようにしたので、燃焼ガス流入流路を通過する燃焼ガスが断熱材を回り込んで延出片に作用することを、覆い片で遮断して防ぐことができるものであり、改質反応筒の連通部の接合部が熱応力で破損されることを確実に防ぐことができるものである。
【００４９】
また請求項９の発明は、請求項７又は８において、上記延出片の先端部に上記延長片と略平行な平行部を形成し、延出片の平行部を延長片の内面に接合するようにしたので、延出片と延長片を平行な面で接合することができ、接合部に応力集中が生じ難くなるものであり、接合部に対する熱応力を軽減して、接合部の信頼性を高めることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【図２】図１のＡ部を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態の一例を示す拡大断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態の一例を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態の一例を示す拡大断面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態の一例を示す拡大断面図である。
【図７】本発明の他の実施の形態の一例を示す拡大断面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態の一例を示す拡大断面図である。
【図９】本発明の他の実施の形態の一例を示す拡大断面図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態の一例を示す拡大断面図である。
【図１１】従来例を示す断面図である。
【図１２】従来例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１燃焼ガス流路
２改質触媒
３第一の流路
４第二の流路
５連通部
６改質反応筒
７燃焼部
８第一の流路の内側の筒壁
９延出片
１０第二の流路の外側の筒壁
１１弾性体
１２蛇腹
１３バーナ
１４燃焼ガス導入流路
１５断熱材
１６延長片
１７平行部
１８覆い片

Claims

燃焼ガスが通過する燃焼ガス流路と、燃焼ガス流路の外側に沿って設けられ、改質触媒を有する筒状の第一の流路と、第一の流路の外側に沿って設けられた筒状の第二の流路と、第一の流路と第二の流路の一端同士を連通させる連通部とを備えて改質反応筒を形成し、改質反応筒の連通部を設けた側の端部に燃料を燃焼して燃焼ガスを排出する燃焼部を接続すると共に、燃焼部から排出される燃焼ガスを上記燃焼ガス流路に通過させることによって第一の流路をこの燃焼ガスで加熱し、第一の流路から連通部を介して第二の流路へと通過させる燃料ガスと水蒸気とを改質触媒の作用で水蒸気改質反応させて水素に富んだ改質ガスを生成する改質装置において、第一の流路の内側の筒壁の一端を外側へ湾曲させて延出すると共に、この延出片の先端を第二の流路の外側の筒壁に接合することによって、第一の流路と第二の流路の一端同士を連通する上記の連通部を形成して成ることを特徴とする改質装置。
第一の流路の内側の筒壁の延出片の端面と第二の流路の外側の筒壁の一端の端面とを接合して成ることを特徴とする請求項１に記載の改質装置。
改質反応筒に、弾性体を介して燃焼部を接合して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の改質装置。
弾性体として金属の蛇腹を用いて成ることを特徴とする請求項３に記載の改質装置。
第一の流路の内側の筒壁に燃焼部を接合し、燃焼部の内周の筒壁への接合部の付近の内周に断熱材を設けて成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の改質装置。
燃料を燃焼するバーナと、発生する燃焼ガスを燃焼ガス流路に導入する燃焼ガス導入流路とを備えて燃焼部を形成し、燃焼ガス導入流路を囲むように断熱材を設けて成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の改質装置。
第二の流路の外側の筒壁の連通部側の端部を延長すると共にこの延長片の内面に第一の流路の内側の筒壁の上記延出片の先端を接合し、この延長片の内側に燃焼部の燃焼ガス導入流路を形成すると共に、延長片の内側に断熱材を設けて成ることを特徴とする請求項６に記載の改質装置。
断熱材に突出して設けた覆い片で上記延出片を覆って成ることを特徴とする請求項７に記載の改質装置。
上記延出片の先端部に上記延長片と略平行な平行部を形成し、延出片の平行部を延長片の内面に接合して成ることを特徴とする請求項７又は８に記載の改質装置。