JP3576284B2

JP3576284B2 - 燃料改質器

Info

Publication number: JP3576284B2
Application number: JP21692795A
Authority: JP
Inventors: 信弘岩佐; 浩一金子
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd; Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd; Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1995-08-25
Filing date: 1995-08-25
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2015-08-25
Also published as: JPH0959002A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、炭化水素系の原燃料を改質管に通流し、この原燃料を粒状改質触媒により水蒸気改質して水素に富む改質ガスに改質する燃料電池発電装置用等の燃料ガスの製造に使用される燃料改質器に係わり、改質ガスによる粒状改質触媒の移動の防止を図った、改良されたその構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
天然ガスやナフサ等の炭化水素系の原燃料から、水蒸気を添加したうえで熱媒体により加熱された粒状改質触媒により水素に富む改質ガスを生成し、この改質ガスを一酸化炭素変成器等を経て燃料電池に供給する燃料改質器として、改質反応に必要な熱量の改良された供給方法、粒状改質触媒の圧壊を低減を図る改良された改質管の構成方法などを備える燃料改質器が、同じ出願人より出願され、特開平６−１７１９０２号公報により公知となっている。
【０００３】
図１２は、上記による燃料改質器に対して、さらに粒状改質触媒への加圧力を与える構成に改良を加えた従来例の燃料改質器を示すその縦断面図であり、図１３は、図１２におけるＡ−Ａ断面図である。図１２，図１３において、９は、改質管８と、改質管８の内側に配設されたバーナ４と、改質管８の周囲側部と下部とを覆う炉容器７と、炉容器７の外周部を覆う断熱層７２と、改質管８内に設置された複数の加圧用装置５とを備えた燃料改質器である。
【０００４】
改質管８は、上下方向に直立した金属製で円筒状をした中間筒体８１と、これを挟んでその内外にそれぞれ間隔を設けて同心円状に配設された，金属製でほぼ円筒状をした内側筒体８２および外側筒体８３とを主体にして形成されている。内側筒体８２および外側筒体８３は、中間筒体８１と接合されている金属製の上部板８５等でその上部を接続され、環状形をした金属製の底板８４によって，中間筒体８１の下端から離されてその下部を互いに接続されている。内側筒体８２の中間筒体８１に対向する側の側面，すなわちその外周面には、その一端を内側筒体８２の外周面に溶接等により固着され、幅方向が中間筒体８１との間に間隙８２１ａ（図１３を参照）が形成される寸法であり、かつ底板８４が接続される部位から後記する触媒層６の上面付近の部位にわたる長さ寸法を有する金属製の伝熱フィン８２１が、円周面に沿って複数本配列されている。
【０００５】
このような構成により改質管８には、下端部で互いに連通し，しかも，共に円環状をなした，内側環状空間８６および外側環状空間８７の２重の環状空間が形成されることになる。外側環状空間８７の上部には原料ガス９ａの入口８７１が設けられ、内側環状空間８６の上部には改質ガス９ｂの出口８６１が設けられている。また内側環状空間８６には、粒状改質触媒６１が充填されて触媒層６が形成され、触媒層６の上側には、加熱用粒状体であり，セラミックスであるアルミナ製の球状体６２の層と、塞ぎ板５９とを介して、複数の加圧用装置５が載置されている。
【０００６】
粒状改質触媒（以降、単に粒状触媒と略称することがある。）６１は、例えば、直径が５ｍｍ前後程度の円柱形，球形などをなしており、原燃料に水蒸気が添加されたものである原料ガス９ａを、水素に富む改質ガス９ｂに改質する作用を行う触媒を、極めて細かい細孔を有しそれぞれ前記の形状をしたセラミック製の担体に担持させた構造を備えている。原料ガス９ａを水素に富む改質ガス９ｂに効率良く改質するためには、触媒反応速度を高くする必要があり、このために、担体の備える細孔内に形成される細孔容積を極力大きくした担体を選定して、細孔部を含む担体の表面に担持された触媒と，原料ガス９ａとが接触し合う面積が、極力増大されるように配慮されている。
【０００７】
そうして、触媒層６の最上面は、粒状改質触媒６１の飛散を防止するための金網６ａで覆われ、また、触媒層６の下部の外側環状空間８７との境界部位は、粒状触媒６１の流出を防止するための金網６ｂにより囲われている。また金網６ａの上側には、改質ガス９ｂの温度を後記する熱媒体４１が持つ熱量を利用して高温に保持するためと、金網６ａに対する重しの役目を果たす球状体６２の層が形成されている。
【０００８】
外側筒体８３と炉容器７とで区切られた空間は、バーナ４が生成する熱媒体４１を通流させる熱媒体通流路４２として使用される。炉容器７の熱媒体通流路４２の上部に当たる部位には、熱媒体出口７１が設けられている。炉容器７の下方および側部周囲には、熱媒体４１の温度を保持するための耐火断熱材製の断熱層７２が配置され、また、内側筒体８２の上部内側には、バーナ４で生成された直後の特に高温の熱媒体４１から内側筒体８２等を保護するために、耐火性断熱材製の断熱層８８が形成されている。
【０００９】
燃料改質器９では、バーナ４においては、燃料の入口４３から導入された燃料（燃料改質器９によって生成された改質ガス９ｂの供給先が、燃料電池発電装置である場合には、燃料電池発電装置の運転時には燃料電池本体からの排出燃料ガスもバーナ４用の燃料となる。）が、空気入口４４から取り入れられた燃焼用空気により燃焼し、燃焼ガスとしての高温の熱媒体４１が生成される。熱媒体４１は、改質管８が備える内側筒体８２の内周面に沿って下方に流れ、引続いて熱媒体通流路４２内を通流しつつ、外側筒体８３の外周面に沿って上方に流れたうえで、熱媒体出口７１から燃料改質器９の外部に排出される。この間、熱媒体４１は、改質管８の主として内側筒体８２の内周面側から触媒層６を、また、外側筒体８３の外周面側から外側環状空間８７内を通流する原料ガス９ａを、それぞれ加熱するのである。
【００１０】
その際、触媒層６中の粒状触媒６１は、内側筒体８２および伝熱フィン８２１を介して熱媒体４１から熱を供給されて加熱される。これにより、燃料改質器９では、触媒層６が十分に加熱されるように構成されていることになる。一方，原料ガス９ａは、入口８７１から流入し、まず、外側環状空間８７中を下向きに流れ、その後中間筒体８１の下端部で折返し、触媒層６に入り、触媒層６中を上向きに流れる。この間、主として外側環状空間８７において熱媒体４１によって加熱される。熱媒体４１で加熱された原料ガス９ａは、熱媒体４１により加熱されて所要の温度とされた粒状触媒６１が持つ触媒の改質作用により、水素に富んだ改質ガス９ｂに改質される。このようにして得られた改質ガス９ｂは、改質ガス９ｂの出口８６１から燃料改質器９の外部に供給される。
【００１１】
なお、熱媒体４１による原料ガス９ａの加熱を容易にするために、熱媒体４１，原料ガス９ａが通流する、熱媒体通流路４２，外側環状空間８７の通流路の面積を狭くし、熱媒体４１，原料ガス９ａの流速を高くすることで、それぞれのガス体と外側筒体８３間の熱伝達係数が向上するように考慮するのが一般である。これにより、熱媒体４１から原料ガス９ａへの熱伝達が向上され、燃料改質器９から排出される熱媒体排出ガスの温度を下げることができ、しかも、燃料改質器９の径方向寸法を短縮することができている。
【００１２】
上述のような構成の燃料改質器９においては、天然ガスのような原燃料を水蒸気改質する際には高温の運転温度で改質反応が行なわれ、改質ガス９ｂの出口に近い部分の触媒層６の温度は７００〜７５０〔℃〕程度であり、改質管８を形成している例えば耐熱鋼の最高表面温度は、運転条件にもよるが９００〜９５０〔℃〕にもなるものである。また上述の燃料改質器９によって得られた水素に富む改質ガス９ｂを燃料電池発電装置に使用する場合には、多くの場合に、この改質ガス９ｂをさらに一酸化炭素変成器に通流させ、一酸化炭素濃度を低減させた改質ガスとされている。
【００１３】
ところで燃料改質器９では、その起動，停止が繰り返される度に、改質管８を構成している前記の内側筒体８２などの金属板は、膨張，収縮を繰り返すものである。公知のごとく、バーナ４に近い部分▲１▼の改質管表面温度は、バーナ４の点火とともに急速に上昇するのに対し、原料ガス９ａの入口に近い部分▲２▼の改質管表面温度は、バーナ４の点火直後は熱媒体４１の持つ熱量が改質管８等の加熱に費やされるため温度の上昇度が遅くなり、このためバーナ４の点火直後には改質管８に大きい温度差の温度分布が生じている。特に、中間筒体８１は間接的な加熱を受けることで、内側筒体８２よりも数百℃も低い温度となることが有り得る。
【００１４】
この大きい温度差によって、改質管８では、外側筒体８３，中間筒体８１よりも内側筒体８２の方が急速に熱膨張することとなり、このため内側筒体８２は外側（触媒層６側である。）に太鼓状に変形する。伝熱フィン８２１と中間筒体８１との間に間隙８２１ａが形成されている理由は、内側筒体８２が太鼓状に変形した際に、伝熱フィン８２１が中間筒体８１に接触するのを回避するためである。このように内側筒体８２が太鼓状に変形することで、触媒層６に充填された粒状触媒６１は、粒状触媒６１が極めて高い充填密度で充填されているために、内側筒体８２の変形をそのまま受けることになるので、いったん半径方向に加圧力を受けることになる。この加圧力を受けた粒状触媒６１は、中間筒体８１に阻止されて半径方向に移動できないため半径方向とは直角となる上下方向に移動しようとし、結果として改質管８の上下方向に平行する加圧力を受けることとなる。
【００１５】
粒状触媒６１の加圧される状況をさらに子細に調べると、熱媒体４１の周方向の加熱温度が必ずしも均等ではない等のために、内側筒体８２の温度分布は、周方向に不均等であり、しかもバーナ４により近い場所が，バーナ４からより遠い場所に対して、その温度が必ず高いという関係にも無いものである。このため、内側筒体８２は一様に熱膨張するのではなく、局部的に熱膨張量が大きい場所が有り、この結果、あたかも波状に変形する熱膨張を行うことも確認されている。
【００１６】
内側筒体８２の熱膨張量が少ない部位に有る触媒層６は、内側筒体８２が大きく熱膨張した部位に有る触媒層６と比較して加圧される度合いが少ない。このことにより、内側筒体８２の熱膨張量が少ない部位に有る触媒層６には、大きく熱膨張した部位に有る触媒層６よりも、原料ガス９ａあるいは改質ガス９ｂがより高速で通流する。また、内側筒体８２の熱膨張量が少ない部位に有る触媒層６には、その周囲の内側筒体８２が大きく熱膨張した部位に有る触媒層６から粒状触媒６１が移動してくることによる粒状触媒６１の流れが生じることとなる。そうしてこれらのことが複合されて、内側筒体８２の熱膨張量が少ない部位付近の触媒層６では、粒状触媒６１は互いに衝突しあう等の複雑な運動を行うこととなるのである。
【００１７】
前記した加圧力や衝突運動等により、多孔質のセラミック製担体が用いられている粒状触媒６１は、最悪の場合は圧壊を受けることとなる。粒状触媒６１が圧壊して粉状になると、触媒層６の原料ガス９ａ，改質ガス９ｂに対する圧力損失が大きくなり、最悪の場合、燃料電池発電装置の運転の継続を不可能にすることとなる。
【００１８】
これを回避するために、粒状触媒６１に加わる熱膨張が原因での加圧力を低減するようにする構造体が、前記の伝熱フィン８２１である。伝熱フィン８２１は前記した構成を持っているので、内側筒体８２に対する梁としての働きを行い、内側筒体８２の前記の変形量を抑制する。この結果、内側筒体８２の熱膨張に基づく触媒層６に加わる加圧力が減少し、粒状触媒６１の圧壊が低減されるのである。従って伝熱フィン８２１は、燃料改質器９において、熱媒体４１から供給される熱量の粒状触媒６１への伝達を改善すると共に、粒状触媒６１の圧壊を低減するという役目を果たしていることになる。
【００１９】
また、改質管８を構成している内側筒体８２などの金属板が不均一な熱膨張を行ったとしても、触媒層６に充填された粒状触媒６１の充填度合いをほぼ均一に維持する役目を果たしているのが加圧用装置５である。以降、図１４〜図１７を用いて加圧用装置５の説明を行う。ここで、図１４は、図１２におけるＰ部の縦断面図であり、図１５は、図１４におけるＢ−Ｂ断面の一部省略した断面図である。図１６は、図１４，図１５などに示した従来例の加圧用装置の、（ａ）は図１４においてＱ矢から見た一部破断した正面図、（ｂ）は図１６（ａ）の上面図であり、図１７は、図１４，図１５などに示した従来例の加圧用装置の、図１５におけるＲ部のＣ−Ｃ断面図である。
【００２０】
図１４〜図１７において、５は、例えば、密度が大きいステンレス鋼製とした粒状重錘体５２と、この粒状重錘体５２をその内部空間に密に収納する容器５１とで構成された加圧用装置である。容器５１は、容器５１の３面の側壁を形成する断面形状がコ字状の側板５１１と、容器５１の残りの１面の側壁を形成する平板状の側板５１２と、上板５１３と、加圧する部位である底板５１４とで構成されている。壁面である側板５１１，側板５１２，上板５１３は、いずれもその全面に粒状重錘体５２の径よりも小さい径を持つ多数の貫通孔が設けられた，打抜金網板などをその素材に使用して、通気性を備えたものとしている。底板５１４は、少なくとも後記する貫通孔５１５が形成される部分を除いて、粒状重錘体５２の径よりも小さい径を持つ多数の貫通孔が設けられている。そうして、容器５１は、触媒層６の幅方向寸法（中間筒体８１と内側筒体８２との間隔寸法でもある。）；Ｗ_０よりも狭い、幅方向寸法；Ｗ_５を持ち、また、底板５１４は、容器５１の粒状重錘体５２の収納部の周長方向寸法；Ｌ１よりも長い周長方向の寸法；Ｌ２を持ち、これにより粒状重錘体５２の収納部から両側に張り出した部分を形成している。この張り出した部分のそれぞれには、いわゆる長孔状の貫通孔５１５が形成されている。
【００２１】
複数の加圧用装置５は、前記の貫通孔５１５の部位で連結用装置５３によって互いに連結された状態で、互いに連結された複数の塞ぎ板５９を介して、球状体６２の層の最上面に載置されることになる。連結用装置５３は、ボルト５３１と、ボルト５３１が備えるおねじに対応しためねじを備えた２個のナット５３２，５３３とから構成されている。ボルト５３１は、互いに隣接する２個の加圧用装置５が備える貫通孔５１５，５１５に挿入され、これにまずナット５３２が装着される。このナット５３２は、底板５１４との間に間隙を持たせてセットされる。ナット５３２の位置を固定するために、ボルト５３１には続いてナット５３３が装着され、ナット５３２に強く締めつけてセットされる。これにより、加圧用装置５と連結用装置５３との間には遊隙が形成されるので、それぞれの加圧用装置５は、この遊隙の範囲内で３次元の自由度を有して相互に連結されることになり、改質管８の円周方向の膨張・収縮があっても当初の位置をほぼ保持されることになる。
【００２２】
次に図１８を用いて、塞ぎ板５９を説明する。ここで図１８は、図１２におけるＳ部を、加圧用装置などを除去した状態で見た斜視図である。図１８において、塞ぎ板５９は、球状体６２の径よりも小さい径を持つ多数の図示しない貫通孔が設けられた，打抜金網板などの素材を、扇状に成形したものである。そうして、複数の塞ぎ板５９を柔軟な針金５９１にを用いて互いに連結し、球状体６２の層の最上面の全面を覆うことによって、球状体６２が改質ガス９ｂの流速によって上方に飛び出すのを防止している。なお、互いに隣接する塞ぎ板５９の間は、柔軟な針金５９１で連結されていることで、個々の塞ぎ板５９は、ある程度自由に動くことが可能である。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術による燃料改質器においては、触媒層は、加圧用装置の自重に従う加圧力によって、その上側から常時鉛直方向に加圧されていることになる。これにより、内側筒体に波状などの異常な変形が生じたとしても、触媒層内の粒状改質触媒はほぼ均一な充填度を保持することができて、粒状改質触媒の圧壊を低減することができている。しかしながら、従来技術による燃料改質器においては、なお、次記する問題点が残存している。
【００２４】
すなわち、従来技術による燃料改質器において用いられている塞ぎ板は、その設置目的から、加熱用粒状体の径よりも小さい寸法の隙間を設けながら、加熱用粒状体の層の最上面の全面を覆う必要が有るものである。このことは、前述の従来例の燃料改質器９においては、それぞれの塞ぎ板５９と、中間筒体８１および内側筒体８２との隙間に対しても、当然のことながら適用される。ところがこれ等の隙間は、改質管８の製造結果に依存するものであるので、それぞれの塞ぎ板５９は、製造された個々の改質管８について中間筒体８１と内側筒体８２との間隔寸法を実測し、この実測寸法に基づいて、製作をしなければならないものであった。また、針金を用いての、隣接される塞ぎ板５９相互の接続作業にも長い作業時間を要していた。
【００２５】
この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、塞ぎ板を省くことが可能な燃料改質器を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
この発明では前述の目的は、
１）改質管と、バーナとを備え、
改質管は、それぞれが上下方向にほぼ直立する筒状をなした、中間筒体，内側筒体および外側筒体の３個の筒体と、少なくとも中間筒体と内側筒体との間に形成された環状空間に粒状改質触媒を充填することで形成された触媒層と、触媒層の上方に設置された複数の加圧用装置とを有し、内側筒体と外側筒体とは、中間筒体を挟んでその内外にそれぞれ間隔を設けて同心状に配設され，中間筒体と接合している上部板などを介してその上部を中間筒体と接続され，下部を中間筒体の下端から離して互いに底板で接続されてなり、加圧用装置は、通気性を有し，触媒層内に充填されている粒状改質触媒の移動を抑制すべく，粒状改質触媒を重力を利用して加圧する装置であり、
バーナは、改質管の内側部分に設置され、触媒層を加熱するための熱媒体を、少なくとも、内側筒体の内周面側および外側筒体の外周面側に供給するものであり、
炭化水素系の原燃料を，熱媒体により加熱された触媒層により水蒸気改質を行うことで，水素に富む改質ガスに改質するものである、燃料改質器において、
加圧用装置は、加圧する部位の，改質管の径方向の幅方向寸法を、触媒層の内周と外周とを仕切る，互いに隣接するいずれかの筒体間の間隔寸法に合わせて調整が可能であり、互いに隣接する加圧用装置は、加圧する部位で相互に自由度を有して連結されてなる構成とすること、または、
２）前記１項に記載の手段において、
加圧用装置は、通気性を持つ壁面を有する筒状の容器と、容器内に充填された多数の粒状重錘体とを備え、容器は、改質管の径方向に２分割されてなる構成とすること、さらにまたは、
３）前記１項に記載の手段において、
加圧用装置は、加圧部と、重錘体と、寸法調整部とを備え、加圧部は、加圧する部位であり，通気性を持つ基板と、この基板にほぼ直立して固着された案内棒と、中間筒体に対してほぼ平行すると共に，ほぼ直立させて前記の基板に固着された支持体とを有し、前記の基板は、触媒層の内周と外周とを仕切る，互いに隣接するいずれかの筒体間の間隔寸法よりも短い幅寸法を有するものであり、重錘体は、案内棒とその長さ方向にしゅう動自在に嵌まり合う貫通穴を有し、寸法調整部は、可動部と、この可動部に前記の基板にほぼ平行させて固着された調整板部とを有し、寸法調整部は、可動部を支持体の上端部に回動自在に載置され、この可動部は、案内棒に嵌め込まれた重錘体によって反調整板部側で加圧されることで支持体の上端部を中心として回動されてなる構成とすること、により達成される。
【００２７】
【作用】
この発明においては、燃料改質器において、
（１）加圧用装置は、例えば、通気性を持つ壁面を有する筒状の容器と、容器内に充填された多数の粒状重錘体とを備え、容器は、改質管の径方向に２分割されてなる構成とされてなり、加圧する部位の，改質管の径方向の幅方向寸法を、触媒層の内周と外周とを仕切るいずれかの筒体間の間隔寸法に合わせて調整が可能であり、互いに隣接する加圧用装置は、加圧する部位で相互に自由度を有して連結されてなる構成とすることにより、次記する動作を行う。
【００２８】
加圧用装置が持つ容器の壁面は、容器内に充填された多数の粒状重錘体の自重によって常時加圧されているものである。この加圧力の値は、よく知られたところにより、容器の底部に近くなるほど大きな値となるものである。この粒状重錘体による加圧力を受ける，前記の構成を持つこの発明になる容器は、改質管の径方向に２分割されていることにより、常時、改質管の径方向に拡がろうとすることになる。そうして、容器の持つ加圧する部位が、最も拡がる寸法が大きいことになる。加圧用装置が改質管の中間筒体と内側筒体の間に設置されている場合を例にとれば、加圧用装置が持つ容器の改質管の径方向に拡がろうとする前記の動作は、その容器の一部が、中間筒体，内側筒体の側面に突き当たることによって、停止されることになる。
【００２９】
すなわち、この発明による加圧用装置は、前記の粒状重錘体による加圧力によって、その容器の加熱用粒状体などを加圧する部位の側端を、改質管を構成している中間筒体，内側筒体などの筒体の側面に突き当てられた状態で、改質管内に装着することが可能となるのである。これにより、容器の持つ加圧する部位が、従来例の燃料改質器が持つ塞ぎ板の役目も果たすことになるのである。
【００３０】
（２）加圧用装置は、例えば、加圧部と、重錘体と、寸法調整部とを備え、加圧部は、加圧する部位であり，通気性を持つ基板と、この基板にほぼ直立して固着された案内棒と、中間筒体に対してほぼ平行すると共に，ほぼ直立させて前記の基板に固着された支持体とを有し、前記の基板は、触媒層の内周と外周とを仕切る，互いに隣接するいずれかの筒体間の間隔寸法よりも短い幅寸法を有するものであり、重錘体は、案内棒とその長さ方向にしゅう動自在に嵌まり合う貫通穴を有し、寸法調整部は、可動部と、この可動部に前記の基板にほぼ平行させて固着された調整板部とを有し、寸法調整部は、可動部を支持体の上端部に回動自在に載置され、この可動部は、案内棒に嵌め込まれた重錘体によって反調整板部側で加圧されることで支持体の上端部を中心として回動されてなる構成とされてなり、加圧する部位の，改質管の径方向の幅方向寸法を、触媒層の内周と外周とを仕切るいずれかの筒体間の間隔寸法に合わせて調整が可能であり、互いに隣接する加圧用装置は、加圧する部位で相互に自由度を有して連結されてなる構成とすることにより、次記する動作を行う。
【００３１】
加圧用装置が持つ重錘体は、その重力に基づく加圧力で、常時、可動部の反調整板部側を加圧し続けている。これによって、可動部に固着された調整板部は、常時、改質管の径方向に拡がろうとすることになる。この動作は、前記の（１）項の場合と同様に、例えば、中間筒体，内側筒体の側面に突き当たることによって、停止されることになる。
【００３２】
すなわち、この（２）項の場合も、重錘体による加圧力によって、調整板部の側端を、改質管を構成している中間筒体，内側筒体などの筒体の側面に突き当てられた状態で、改質管内に装着することが可能となるのである。これにより、調整板部が、従来例の燃料改質器が持つ塞ぎ板の役目も果たすことになるのである。
【００３３】
【実施例】
以下この発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
実施例１；図１は、請求項１，２に対応するこの発明の一実施例による燃料改質器が備える加圧用装置を一部破断して示すその斜視図であり、図２は、図１による加圧用装置を備えた燃料改質器を示すその縦断面図である。図３は、図１による加圧用装置を分解して示した斜視図であり、図４は、図１による加圧用装置相互の連結構成を説明する説明図であり、図５は、図１による加圧用装置の燃料改質器内への設置状態を説明する説明図である。図６は、図１による加圧用装置の幅が拡がる動作を説明する説明図である。図１〜図６において、図１２〜図１８に示した従来例による燃料改質器と同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図１〜図６において、１は、図１２〜図１８に示した従来例による燃料改質器９に対して、塞ぎ板５９の使用を止めると共に、加圧用装置５に替えて加圧用装置２を用いるようにした燃料改質器である。
【００３４】
加圧用装置２は、従来例による燃料改質器９が備える加圧用装置５に対して、容器５１に替えて容器２１を用いるようにしている。容器２１は、断面形状が同一形状のコ字状をなす一対の側板２２，２３と、一対の底板２４，２５とで構成されている。容器２１の側壁をなす側板２２，２３は、いずれもその全面に粒状重錘体５２の径よりも小さい径を持つ多数の図示しない貫通孔が設けられた，打抜金網板などをその素材に使用して、通気性を備えたものとしている。また、底板２４，２５は、少なくとも貫通孔５１５が形成される部分を除いて、粒状重錘体５２と球状体６２のいずれの径よりも小さい径を持つ多数の図示しない貫通孔が設けられており、それぞれ、側板２２および側板２３と、それ等の下端部で固着されている。
【００３５】
すなわち、容器２１は、側板２２と底板２４とを一方の組とし、側板２３と底板２５とを他方の組とする、２組の部材で構成されていることになる。これ等の２組の部材は、側板２２と側板２３とが、そのコ字状となっている開口側を向かい合わせるようにして内部に空間２６を形成すると共に、改質管８の径方向に対してしゅう動自在に嵌まり合わされている。それぞれの底板２４，２５は、それぞれ貫通穴５１５を有する底板部材２４１，２５１と、互いに相手の底板部材と重なり合う底板部材２４２，２５２とで構成されている。（図３などを参照。）そうして、容器２１の空間２６には、粒状重錘体５２が充填されるのである。
【００３６】
複数の加圧用装置２は、従来例による加圧用装置５の場合と同様に、前記の貫通孔５１５の部位で連結用装置２９によって互いに連結された状態とされて、底板２４，２５の底面側で、球状体６２の層の最上面に載置されることになる。連結用装置２９は、ボルト５３１と、ボルト５３１が備えるおねじに対応しためねじを備えた２個のナット５３２，５３３と、座金２９１，２９１とから構成されている。座金２９１，２９１は、底板２４，２５に当接される位置においてボルト５３１に嵌め合わされる。そうして、加圧用装置２の場合も、従来例による加圧用装置５の場合と同様に、加圧用装置２と連結用装置２９との間には遊隙が形成されるので、それぞれの加圧用装置２は、この遊隙の範囲内で３次元の自由度を有して相互に連結されていることになる。
【００３７】
図１〜図５に示す実施例１では前述の構成としたので、加圧用装置２が持つ容器２１の壁面は、前述の作用の項で説明したこの発明による特徴的な作用により、空間２６内に充填された多数の粒状重錘体５２の自重により常時加圧されることになる。加圧力が常時存在する結果、それぞれの容器２１は、２分割され，かつ，改質管８の径方向にしゅう動自在であることと、それぞれの加圧用装置２が３次元の自由度を有して隣接する加圧用装置２との間を連結されていることで、常時、改質管８の径方向に拡がろうとすることになる。そうして、球状体６２を介して触媒層６を加圧する部位である底板２４，２５が、最も拡がる寸法が大きいことになる。粒状重錘体５２の自重に基づく容器２１の前記の拡幅動作を、図６中に示している。図６（ａ）は、拡幅がなされていない状態を示し、その幅方向寸法；Ｗ_２０は狭い寸法となっている。図６（ｂ）は、拡幅がなされた状態を示し、その幅方向寸法；Ｗ_２１は、Ｗ_２１＞Ｗ_２０となっている。
【００３８】
図１〜図５に示した事例の場合には、加圧用装置２が持つ容器２１の改質管８の径方向に拡がろうとする前記の動作は、底板２４，２５が、中間筒体８１，内側筒体８２の側面に突き当たることによって、停止されることになる。換言すれば、加圧用装置２は、粒状重錘体５２による加圧力により、底板２４，２５の側端を改質管８を構成している中間筒体８１，内側筒体８２の側面に突き当てられた状態で、すなわち、容器２１の底板２４，２５が球状体６２の上面のほぼ全面を覆った状態で、改質管８内に装着することが可能となるのである。これにより、従来例の燃料改質器９が必要としていた塞ぎ板５９を、加圧用装置２を備えた燃料改質器１では省くことが可能となるのである。
【００３９】
なお、容器２１に対して、粒状重錘体５２の自重を利用した前記の拡幅動作を良好に行わせるためには、粒状重錘体５２は空間２６の全体に充填するのでは無く、空間２６の上部に空所を残した方が好ましい場合も有りえるものである。
実施例２；図７は、請求項１，３に対応するこの発明の一実施例による燃料改質器を示すその縦断面図であり、図８は、図７による加圧用装置を示す図であり、（ａ）はその側面図であり、（ｂ）は図８（ａ）の斜視図である。図９は、図８による加圧用装置相互の連結構成を説明する説明図であり、図１０は、図８による加圧用装置の燃料改質器内への設置状態を説明する説明図である。図１１は、図８による加圧用装置の幅が拡がる動作を説明する説明図である。図７〜図１１において、図１〜図６に示したこの発明による燃料改質器、および、図１２〜図１８に示した従来例による燃料改質器と同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図７〜図１１において、１Ａは、図１２〜図１８に示した従来例による燃料改質器９に対して、塞ぎ板５９の使用を止めると共に、加圧用装置５に替えて加圧用装置３を用いるようにした燃料改質器である。
【００４０】
加圧用装置３は、加圧部３１と、重錘体３２と、寸法調整部３３とを備えている。加圧部３１は、平板状の基板３１１と、基板３１１にほぼ直立して固着された円柱状の案内棒３１２と、平板状の１対の支持体３１３，３１３とを有している。基板３１１は、貫通孔５１５が形成される部分および案内棒３１，支持体３１３が固着される部分などを除いて、粒状重錘体５２と球状体６２のいずれの径よりも小さい径を持つ多数の図示しない貫通孔が設けられた、打抜金網板などをその素材に使用することで、通気性を備えたものとしている。この基板３１１は、燃料改質器１Ａの場合には、中間筒体８１と内側筒体８２との間隔寸法；Ｗ_０よりも狭い幅方向寸法；Ｗ_３１１を持っている。１対の支持体３１３，３１３は、中間筒体８１に対してほぼ平行すると共に、案内棒３１２に対して互いに等距離となる位置に互いに平行して、ほぼ直立させて基板３１１に固着されている。
【００４１】
重錘体３２は、円筒状の本体部３２１と、本体部３２１の下面側に形成された円筒状の段付部３２２と、案内棒３１２の外周部とその長さ方向にしゅう動自在に嵌まり合う貫通穴３２３を有している。寸法調整体３３は、可動部である逆Ｖ字状部３３１と、逆Ｖ字状部３３１の一方の先端部に基板３１１にほぼ平行させて固着された調整板部３３２とを有している。寸法調整体３３は、支持体３１３を逆Ｖ字状部３３１で覆うようにして、逆Ｖ字状部３３１の屈曲部３３１ａで支持体３１３の上端部に載置される。
【００４２】
３４は、頭部を持つねじであり、それぞれの逆Ｖ字状部３３１に形成された貫通穴３３１ｃにおねじ部を貫通させて、支持体３１３にねじ込まれ、逆Ｖ字状部３３１の加圧用装置３からの脱落を防止している。３５は、ナットであり、案内棒３１２の反基板３１１側に形成されているおねじにねじ込まれ、重錘体３２の加圧用装置３からの脱落を防止している。なお、逆Ｖ字状部３３１，重錘体３２の加圧用装置３からの脱落を防止する機構については、ねじ３４，ナット３５以外にも、公知の適宜の機構の採用が可能であることは、勿論のことである。
【００４３】
前記の構成を備える加圧用装置３では、寸法調整体３３は、逆Ｖ字状部３３１の他方の先端部３３１ｂ付近を、案内棒３１２に嵌め込まれた重錘体３２の段付部３２２の先端部で、重錘体３２の自重による加圧力により加圧される。これにより、寸法調整体３３は、逆Ｖ字状部３３１の屈曲部３３１ａを中心とする回動動作を行うことになる。
【００４４】
複数の加圧用装置３は、実施例１による加圧用装置２の場合と同様に、貫通孔５１５の部位で連結用装置３９によって互いに連結された状態とされて、基板３１１とそれぞれの調整板部３３２，３３２の底面側で、球状体６２の層の最上面に載置されることになる。連結用装置３９は、ボルト５３１と、２個のナット５３２，５３３と、座金２９１，２９１と、互いに連結される基板３１１の相互間に挿入されるスペーサ３９１とで構成されている。スペーサ３９１は、互いに隣接される加圧用装置３が連結用装置３９によって連結された状態でも、寸法調整体３３の自由な回動を可能とするためのものである。そうして、加圧用装置３の場合も、前述の加圧用装置２の場合と同様に、それぞれの加圧用装置３は、３次元の自由度を有して連結用装置３９によって相互に連結されていることになる。
【００４５】
図７〜図１０に示す実施例２では前述の構成としたので、前述の作用の項で説明したこの発明による特徴的な作用により、それぞれの寸法調整体３３が、逆Ｖ字状部３３１の屈曲部３３１ａを中心とする回動動作を行うことで、その調整板部３３２の先端部３３２ａは、常時、改質管８の径方向に拡がろうとすることになる。そうして、球状体６２を介して触媒層６を加圧する部位の一部である調整板部３３２，３３２の、それぞれの先端部３３２ａで、最も拡がる寸法が大きいことになる。そうして、寸法調整体３３，３３の前記の拡幅動作は、それぞれの先端部３３２ａが、中間筒体８１，内側筒体８２の側面に突き当たることによって、停止されることになる。
【００４６】
重錘体３２の自重に基づく寸法調整部３３の前記の拡幅動作例を、図１１中に例示している。図１１（ａ）は、拡幅量が少ない状態を示し、その幅方向寸法；Ｗ_３は狭い寸法となっている。図６（ｂ）は、拡幅量が多い状態を示し、その幅方向寸法；Ｗ_３が広い寸法となっている。しかしいずれの場合も、中間筒体８１と内側筒体８２との間隔寸法；Ｗ_０に対応して、この間隔寸法；Ｗ_０にほぼ等しい幅方向寸法；Ｗ_３となっている。
【００４７】
そうして、実施例２の場合も、加圧用装置３が備える基板３１１と調整板部３３２とが球状体６２の上面を覆った状態で、改質管８内に装着することが可能となるのである。これにより、従来例の燃料改質器９が必要としていた塞ぎ板５９を、加圧用装置３を備えた燃料改質器１Ａでは省くことが可能となるのである。
【００４８】
【発明の効果】
この発明においては、前記の課題を解決するための手段の項で述べた構成とすることにより、次記する効果を奏する。
▲１▼加圧用装置の加圧する部位が従来例による塞ぎ板の役目を兼ねることで、燃料改質器は塞ぎ板を省くことが可能となる。また、
▲２▼加圧用装置の加圧する部位の拡幅動作が、自重により自動的に行われることも有って、従来例の燃料改質器が要していた塞ぎ板に関わる長い作業時間が不要となり、燃料改質器の製造原価を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１，２に対応するこの発明の一実施例による燃料改質器が備える加圧用装置を一部破断して示すその斜視図
【図２】図１による加圧用装置を備えた燃料改質器を示すその縦断面図
【図３】図１による加圧用装置を分解して示した斜視図
【図４】図１による加圧用装置相互の連結構成を説明する説明図
【図５】図１による加圧用装置の燃料改質器内への設置状態を説明する説明図
【図６】図１による加圧用装置の幅が拡がる動作を説明する説明図
【図７】請求項１，３に対応するこの発明の一実施例による燃料改質器を示すその縦断面図
【図８】図７による加圧用装置を示す図であり、（ａ）はその側面図であり、（ｂ）は図８（ａ）の斜視図
【図９】図８による加圧用装置相互の連結構成を説明する説明図
【図１０】図８による加圧用装置の燃料改質器内への設置状態を説明する説明図
【図１１】図８による加圧用装置の幅が拡がる動作を説明する説明図
【図１２】従来例の燃料改質器を示すその縦断面図
【図１３】図１２におけるＡ−Ａ断面図
【図１４】図１２におけるＰ部の縦断面図
【図１５】図１４におけるＢ−Ｂ断面の一部省略した断面図
【図１６】図１４，図１５などに示した従来例の加圧用装置の、（ａ）は図１４においてＱ矢から見た一部破断した正面図、（ｂ）は図１６（ａ）の上面図
【図１７】図１４，図１５などに示した従来例の加圧用装置の、図１５におけるＲ部のＣ−Ｃ断面図
【図１８】図１２におけるＳ部を、加圧用装置などを除去した状態で見た斜視図
【符号の説明】
２加圧用装置
２１容器
２２側板
２３側板
２４底板
２５底板
２６空間
５２粒状重錘体

Claims

改質管と、バーナとを備え、
改質管は、それぞれが上下方向にほぼ直立する筒状をなした、中間筒体，内側筒体および外側筒体の３個の筒体と、少なくとも中間筒体と内側筒体との間に形成された環状空間に粒状改質触媒を充填することで形成された触媒層と、触媒層の上方に設置された複数の加圧用装置とを有し、内側筒体と外側筒体とは、中間筒体を挟んでその内外にそれぞれ間隔を設けて同心状に配設され，中間筒体と接合している上部板などを介してその上部を中間筒体と接続され，下部を中間筒体の下端から離して互いに底板で接続されてなり、加圧用装置は、通気性を有し，触媒層内に充填されている粒状改質触媒の移動を抑制すべく，粒状改質触媒を重力を利用して加圧する装置であり、
バーナは、改質管の内側部分に設置され、触媒層を加熱するための熱媒体を、少なくとも、内側筒体の内周面側および外側筒体の外周面側に供給するものであり、
炭化水素系の原燃料を，熱媒体により加熱された触媒層により水蒸気改質を行うことで，水素に富む改質ガスに改質するものである、燃料改質器において、
加圧用装置は、加圧する部位の，改質管の径方向の幅方向寸法を、触媒層の内周と外周とを仕切る，互いに隣接するいずれかの筒体間の間隔寸法に合わせて調整が可能であり、互いに隣接する加圧用装置は、加圧する部位で相互に自由度を有して連結されてなることを特徴とする燃料改質器。
請求項１記載の燃料改質器において、
加圧用装置は、通気性を持つ壁面を有する筒状の容器と、容器内に充填された多数の粒状重錘体とを備え、容器は、改質管の径方向に２分割されてなることを特徴とする燃料改質器。
請求項１記載の燃料改質器において、
加圧用装置は、加圧部と、重錘体と、寸法調整部とを備え、加圧部は、加圧する部位であり，通気性を持つ基板と、この基板にほぼ直立して固着された案内棒と、中間筒体に対してほぼ平行すると共に，ほぼ直立させて前記の基板に固着された支持体とを有し、前記の基板は、触媒層の内周と外周とを仕切る，互いに隣接するいずれかの筒体間の間隔寸法よりも短い幅寸法を有するものであり、重錘体は、案内棒とその長さ方向にしゅう動自在に嵌まり合う貫通穴を有し、寸法調整部は、可動部と、この可動部に前記の基板にほぼ平行させて固着された調整板部とを有し、寸法調整部は、可動部を支持体の上端部に回動自在に載置され、この可動部は、案内棒に嵌め込まれた重錘体によって反調整板部側で加圧されることで支持体の上端部を中心として回動されてなることを特徴とする燃料改質器。