JP4863366B2 - Element case of reformer - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池用の改質器のエレメントの構造に関する。 The present invention relates to the structure of a reformer element for a fuel cell.
都市ガス又はLPガス(以下「都市ガス等」という。)を利用して発電を行う燃料電池では、都市ガス等から水素を生成し、生成された水素と空気を反応させることによって発電を行う。この際、都市ガスから水素を生成する際に改質器が使用される。改質器は、都市ガス等と水を触媒の存在下で反応させて水素の生成を行う。 In a fuel cell that generates power using city gas or LP gas (hereinafter referred to as “city gas”), power is generated by generating hydrogen from the city gas and reacting the generated hydrogen with air. At this time, a reformer is used when producing hydrogen from city gas. The reformer reacts city gas and water with water in the presence of a catalyst to generate hydrogen.
改質器をその形状により分類すると、円筒型改質器と平板型改質器とに分けられる。円筒型改質器は、円筒形のケース(反応容器)内に触媒その他の反応装置を収容したものである(例えば、特許文献1,2参照)。従来の改質器の殆どは、この円筒型改質器が使用されている。一方、平板型改質器は、相対向する平坦な広面を有する中空扁平箱状のケース(反応容器)内に触媒その他の反応装置を収容したものである(例えば、特許文献3参照)。以下、本明細書においては、平板型改質器を取り扱う。 If the reformers are classified according to their shapes, they can be divided into cylindrical reformers and flat plate reformers. The cylindrical reformer contains a catalyst and other reaction devices in a cylindrical case (reaction vessel) (see, for example, Patent Documents 1 and 2). Most of the conventional reformers use this cylindrical reformer. On the other hand, a flat plate type reformer is one in which a catalyst and other reaction devices are accommodated in a hollow flat box-like case (reaction vessel) having flat and wide surfaces facing each other (see, for example, Patent Document 3). Hereinafter, in this specification, a flat plate type reformer is handled.
図7は、特許文献3に記載の平板型改質器である。平板型改質器100は、改質触媒や酸化触媒が充填された複数のエレメントケース101〜110、断熱材111〜113、排熱回収用熱交換器114、及びヒータ115〜118を備えている。
FIG. 7 shows a flat plate reformer described in
この平板型改質器100は、原料ガスを水と触媒下で反応させることにより、原料ガスを改質し、水素リッチな変成処理ガスを生成する装置である。原料処理ガスは、まず、エレメントケース106→105→104(右側室)の順に送られて、加熱されると共に各ケース内の脱硫触媒により脱硫が行われる。その後、改質を行うエレメントケース102の右側室(改質処理室)に送入される。
The flat plate reformer 100 is a device that reforms a raw material gas by reacting the raw material gas with water under a catalyst to generate a hydrogen-rich shift gas. The raw material processing gas is first sent in the order of the
一方、ファン119により導入される空気は、排熱回収用熱交換器114において、燃料電池122からの排ガスと共に加熱され、熱供給のために改質を行うエレメントケース102の左側室(燃焼室)に送入される。燃焼室において、排ガスが燃焼されてエレメントケース102の右側室(改質処理室)への与熱がされる。その後、エレメントケース101の左側室を通って原料水へ与熱した後、エレメントケース108の右側室を通って変成処理ガスに予熱し、さらに排熱回収用熱交換器114を通ってファン119から送入される空気と燃料電池122からの排ガスに与熱した後に排出される。
On the other hand, the air introduced by the fan 119 is heated together with the exhaust gas from the
また、ポンプ120により送水される原料水は、熱交換器121で加熱された後、エレメントケース101の右側室内に送られてヒータ115と前述の燃焼ガスにより加熱され気化される。生成される水蒸気は、エレメントケース104の右側室に送入され、原料ガスと混合された後に、改質を行うエレメントケース102の右側室に送入される。エレメントケース102の右側室内には改質触媒が充填されており、水蒸気と原料ガスとを反応させることにより、水素ガスと一酸化炭素を生成する。改質により生成された水素リッチな変成処理ガスは、エレメントケース103→104(左側室)→107→108(左側室)→109→110の順に送られて、各ケース内の改質触媒の存在下でさらに改質が行われる。そして、燃料電池122内のセルスタックに送られて発電が行われる。
In addition, the raw water supplied by the pump 120 is heated by the
エレメントケース101,102,104〜110は、平坦な広面を有する中空板状のケースであり、中央に左右の室を離隔する仕切板(伝熱板)が設けられている。図8にエレメントケース102の外観斜視図を示す。
The
エレメントケース102は、2つの皿状容器形成部材131a,131bが開口面を向かい合わせ、仕切板132を挟んで衝合された構成を有する。皿状容器形成部材131a,131bの周縁には鍔部133a,133bが形成されている。仕切板132は、この鍔部133a,133bの間に挟持されている。仕切板132を挟んで右側の皿状容器形成部材131aの内部に形成される室が改質処理室134、左側の皿状容器形成部材131bの内部に形成される室が燃焼室135である。
The
改質処理室134の上部には、改質触媒の投入及び原料ガスの供給を行うための送入管136が取り付けられており、送入管136の側方に分岐して、原料ガスを供給するための原料ガス供給口137が設けられている。また、送入管136の上端開口部は、触媒投入口138となっており、ここから改質処理室134内に改質触媒を投入する。
上述のような平板型改質器のエレメントケースを製造する場合、皿状容器形成部材131a,131bに仕切板132を挟持した状態で、鍔部133a,133bの外周四方の端面を溶接する。
When manufacturing the element case of the flat plate type reformer as described above, the end faces of the outer peripheral four sides of the
しかしながら、溶接時において、皿状容器形成部材131a,131bや仕切板132が入熱により膨張し歪みが発生する問題がある。この歪みにより、仕切板132の左右の室の容積が変わる。室の容積が変わると、各室内に投入される触媒の量や燃焼室の容積が変わり、設計通りの改質性能・燃焼性能を得ることができないという問題が生じる。
However, at the time of welding, there is a problem that the dish-shaped
そこで、本発明の目的は、製造の際に生じる、皿状容器形成部材や仕切板の歪みを防止することが可能な改質器のエレメントケースを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an element case for a reformer capable of preventing distortion of a dish-shaped container forming member and a partition plate that occurs during production.
本発明に係る改質器のエレメントケースの第1の構成は、扁平皿形に形成され開口部周縁に鍔部が形成された第1及び第2の皿状容器形成部材を、開口面を向かい合わせた状態で前記鍔部同士を合致させ、扁平箱を構成してなる外側ケースと、前記両皿状容器形成部材の前記鍔部に挟持され、前記外側ケースの内部空間を左右に仕切る仕切板と、を備えた改質器のエレメントケースであって、前記鍔部により挟持された前記仕切板の周縁部分よりも内側の領域に、凹凸部が形成されていることを特徴とする。 The first structure of the element case of the reformer according to the present invention is such that the first and second dish-like container forming members formed in a flat dish shape and having a flange formed on the periphery of the opening face the opening surface. The outer case formed by matching the flanges in the combined state to form a flat box, and the partition plate sandwiched between the flanges of the both dish-shaped container forming members and partitioning the inner space of the outer case to the left and right And an uneven portion is formed in a region inside the peripheral portion of the partition plate sandwiched between the flanges.
この構成によれば、エレメントケースを製造するにあたり、第1及び第2の皿状容器形成部材に仕切板を挟持して鍔部外縁を溶接するときに、入熱により仕切板又は両皿状容器形成部材が膨張しても、仕切板の周縁部分よりも内側の領域に形成された凹凸部が、仕切板や両皿状容器形成部材の体積膨張を吸収する。また、凹凸部の曲折部分が力骨(リブ)として機能し、平坦部の曲げに対する強度が補強され、仕切板や両皿状容器形成部材の撓みが防止される。これにより、エレメントケースの製造時に、仕切板や両皿状容器形成部材の撓みによるケースの歪みを防止することができる。
According to this configuration, when manufacturing the element case, when the partition plate is sandwiched between the first and second dish-shaped container forming members and the outer edge of the buttock is welded, the partition plate or both dish-shaped containers are heated. Even if the forming member expands, the concavo-convex portion formed in the region inside the peripheral portion of the partition plate absorbs the volume expansion of the partition plate and the both-plate shaped container forming member. Further, the bent portion of the concavo-convex portion functions as a skeleton (rib), the strength against bending of the flat portion is reinforced, and bending of the partition plate and the both dish-like container forming members is prevented. Thereby, at the time of manufacture of an element case, distortion of a case by the bending of a partition plate or a both-plate-shaped container formation member can be prevented.
本発明に係る改質器のエレメントケースの第2の構成は、前記第1の構成において、前記凹凸部がリブであることを特徴とする。 A second configuration of the element case of the reformer according to the present invention is characterized in that, in the first configuration, the uneven portion is a rib.
これにより、両皿状容器形成部材や仕切板の平坦領域の曲げに対する強度が補強され、仕切板や両皿状容器形成部材の撓みが防止される。従って、エレメントケースの製造時に、仕切板や両皿状容器形成部材の撓みによるケースの歪みを防止することができる。 Thereby, the intensity | strength with respect to the bending of the flat area | region of a both plate-shaped container formation member or a partition plate is reinforced, and the bending of a partition plate or a both plate-shaped container formation member is prevented. Therefore, it is possible to prevent the case from being distorted due to the bending of the partition plate and the both-plate-like container forming member during the manufacture of the element case.
本発明に係る改質器のエレメントケースの第3の構成は、前記第1又は2の構成において、前記凹凸部は、前記仕切板により仕切られた前記外側ケース内の左右の内部空間の体積が等しくなるように形成されていることを特徴とする。
According to a third configuration of the element case of the reformer according to the present invention, in the first or second configuration, the uneven portion has a volume of left and right internal spaces in the outer case partitioned by the partition plate. It is formed so that it may become equal.
この構成により、仕切板の両側の外側ケース内の室の容積は、仕切板の凹凸部によって変化しないため、設計通りの容積が得られる。従って、各室内に投入される触媒の量は、仕切板の凹凸部の影響で変化することがないため、設計通りの改質性能を得ることができる。 With this configuration, the volume of the chamber in the outer case on both sides of the partition plate is not changed by the uneven portions of the partition plate, so that the designed volume can be obtained. Therefore, the amount of the catalyst put into each chamber does not change due to the influence of the uneven portions of the partition plate, so that the reforming performance as designed can be obtained.
本発明に係る改質器のエレメントケースの第4の構成は、前記第1乃至3の何れかの構成において、前記鍔部により挟持された前記仕切板の周縁部分よりも内側の領域に形成された前記凹凸部の少なくとも1つは、その外側周縁が、前記周縁部分の至近位置となるように形成されていることを特徴とする。 According to a fourth configuration of the element case of the reformer according to the present invention, in any one of the first to third configurations, the reformer element case is formed in a region inside the peripheral portion of the partition plate sandwiched by the flange portion. Further, at least one of the concavo-convex portions is formed such that an outer peripheral edge thereof is a position close to the peripheral edge portion.
この構成により、凹凸部を仕切板の位置決めのためのリブとしての役割も持たせることができる。すなわち、凹凸部により仕切板のずれが規制されるため、仕切板を両皿状容器形成部材に挟んだ状態で溶接する際に、仕切板が位置ずれを起こすことを防止できる。 With this configuration, the uneven portion can also serve as a rib for positioning the partition plate. That is, since the displacement of the partition plate is regulated by the uneven portion, it is possible to prevent the partition plate from being displaced when welding with the partition plate sandwiched between both dish-shaped container forming members.
以上のように、本発明によれば、仕切板の周縁部分よりも内側の領域や両皿状容器形成部材の皿底部の平坦領域には凹凸部を形成したことにより、エレメントケースの製造時に、仕切板や両皿状容器形成部材の撓みによるケース容積の変化を防止することができる。これにより、エレメントケースの製造不良を減少させ、歩留まりを改善することができる。 As described above, according to the present invention, by forming an uneven portion in the inner region of the peripheral portion of the partition plate and the flat region of the dish bottom of both dish-shaped container forming members, when manufacturing the element case, It is possible to prevent a change in the case volume due to bending of the partition plate and the both dish-shaped container forming members. Thereby, the manufacturing defect of an element case can be reduced and a yield can be improved.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、平板型改質器の全体構成を表す斜視図である。平板型改質器1は、複数の扁平箱状のエレメントケース2〜11が広面を向かい合わせた状態で重ね合わせて配置されている。各エレメントケース2〜11の間は、原料ガス、空気、水、又は変成処理ガスが送られる配管により接続される。
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of a flat plate reformer. The flat plate reformer 1 is arranged such that a plurality of flat box-
図2は、図1のエレメントケースの一つを取り出したものである。図3は、図2のエレメントケースの分解斜視図である。 FIG. 2 shows one of the element cases shown in FIG. FIG. 3 is an exploded perspective view of the element case of FIG.
エレメントケース20は、仕切板23を挟んで2つの扁平皿形の皿状容器形成部材21,22が、皿開口面を向かい合わせた状態で衝合されている。皿状容器形成部材21,22の周縁部には、鍔部21a,22aが形成されている。鍔部21a,22aは、皿状容器形成部材21,22の周縁を折り曲げて、鍔面が皿状容器形成部材21,22の皿底面(広面)21b,22bに対して平行な面となるように形成されている。
In the
鍔部21a,22aの外郭辺は同型であり、また、仕切板23の外郭辺は鍔部21a,22aの外郭辺とほぼ同型乃至は鍔部21a,22aの外郭辺よりも僅かに大きく形成されている。これら鍔部21a,22aの外郭辺及び仕切板23の外郭辺は、溶接により溶着されている。仕切板23は、皿状容器形成部材21,22により形成されるエレメントケース20の室内を左右の室に離隔するとともに、左右の室間で伝熱を行うためのものである。
The outer sides of the
また、皿状容器形成部材21,22の皿底面21b,22bの中央には、円形の触媒充填口24が形成されている。触媒充填口24は、皿状容器形成部材21,22と仕切板23とで形成される室内に触媒を投入するための穴である。
A circular
皿状容器形成部材21,22の皿内には、それぞれ2つの通気性仕切部材25,25が設けられている。通気性仕切部材25,25は、皿状容器形成部材21,22の対向する2つの短辺の付近に、各短辺に平行に設置されている。通気性仕切部材25,25は、パンチングメタルにより構成されており、通気性が確保されている。この通気性仕切部材25,25は、短辺の側壁に形成されるガス通気口26から触媒が溢れ出さないように皿内に触媒を保持するとともに、ガス通気口26から送入されるガスを一様な流れとして触媒に送入するための空間を作る役割を担う。
Two
本実施例1においては、皿状容器形成部材21の皿底面21bには、凹凸状のリブ21c,21dが3つずつ形成されている。リブ21c,21dは皿底面21bをプレス加工することにより形成されている。リブ21cは、皿底面21bの内側から外側に(皿内から見て)凹状に形成されたリブであり、リブ21dは、皿底面21bの外側から内側に(皿内から見て)凸状に形成されたリブである。リブ21c,21dはすべて同形であり、リブ21cにより皿底面21b内に形成される凹溝状の空間の体積と、リブ21dにより皿底面21b内に形成される凸状体の体積とは等しい。
In the first embodiment, three concave and
同様に、皿状容器形成部材22の皿底面22bには、同型の凹凸状のリブ22c,22dが3つずつ形成されている。
Similarly, three concave and
さらに、仕切板23の鍔部21a,22aにより挟持される周縁部分よりも内側の平坦領域23aには、凹凸状のリブ23b,23cが3つずつ形成されている。リブ23b,23cは仕切板23をプレス加工することにより形成されている。
リブ23bは、仕切板23の表側から裏側に凹状に形成されたリブであり、リブ23cは、仕切板23の裏側から表側に凹状に形成されたリブである。リブ23b,23cはすべて同形であり、リブ23bの体積と、リブ23cの体積とは等しい。
Further, three
The
このエレメントケース20を組み立てる場合、仕切板23の周縁付近を、皿状容器形成部材21,22の鍔部21a,22aにより挟持して、この状態で鍔部21a,22a及び仕切板23の外縁端部を溶接する。この際、入熱により皿状容器形成部材21,22の皿底面21b,22b及び仕切板23の平坦領域23aが膨張するが、リブ21c,21d、リブ22c,22d、及びリブ23b,23cによって部材の膨張による力が吸収される。また、各リブは、皿状容器形成部材21,22の皿底面21b,22b及び仕切板23の平坦領域23aを、撓み方向の力に対して補強する力骨としても作用し、皿底面21b,22b及び仕切板23の歪みを防止する。従って、エレメントケース20の製造時に、仕切板23や両皿状容器形成部材21,22の歪みによるエレメントケース20の容積の変化を防止することができる。
When the
尚、本実施例で、各リブ(リブ21c,21d、リブ22c,22d、及びリブ23b,23c)の数は3としたが、本発明においては、リブの本数は特にこれに限られるものではない。また、リブの形状についても、図2,3に示したような形状に限られるものではなく、同形である必要もない。
In this embodiment, the number of ribs (
図4は、本発明の実施例2に係るエレメントケースの断面図である。図5は、図4の皿状容器形成部材21,22の(a)正面図、(b)A−A線矢視断面図、及び(c)B−B線矢視断面図である。また、図6は、図4の仕切板23の(a)正面図、(b)A−A線矢視断面図、(c)B−B線矢視断面図、及び(d)C−C線矢視断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of an element case according to
図4〜図6において、エレメントケース20、皿状容器形成部材21,22、鍔部21a,22a、仕切板23、及び触媒充填口24は、図2,図3と同様であり、説明は省略する。
4 to 6, the
本実施例2のエレメントケース20においては、皿状容器形成部材21,22は、皿底面に凸部31及び凹部32が形成されている。凸部31は、皿底面の外縁からその内側にかけて凹部32を取り囲んで一定の幅L1で形成されている。
In the
また、仕切板23の板面には、周辺凹部41、凸部42、中央凹部43、及び4つの凸状リブ44が形成されている。仕切板23の板面外縁から中央に向かって、平坦領域23a、周辺凹部41、凸部42、中央凹部43の順で形成されている。周辺凹部41は、その外周が、4隅に切り欠きを持った矩形状であり、その4隅の切り欠き部分には、それぞれ凸状リブ44が形成されている。この周辺凹部41及び凸状リブ44は、その外側周縁が、鍔部21a,22aにより挟持された仕切板23の周縁部分(すなわち平坦部分23a)の至近位置となるように形成されている。このように形成することで、図4に示したように、周辺凹部41及び凸状リブ44の外側周縁が、皿状容器形成部材21,22の鍔部21a,22a内側の凹状の部分にちょうど嵌合し、皿状容器形成部材21,22と仕切板23との位置決めが容易となる。
In addition, a peripheral
1 平板型改質器
2〜11 エレメントケース
20 エレメントケース
21,22 皿状容器形成部材
21a,22a 鍔部
21b,22b 皿底面
21c,21d,22c,22d,23b,23c リブ
23 仕切板
23a 平坦領域
24 触媒充填口
25 通気性仕切部材
26 ガス通気口
31 凸部
32 凹部
41 周辺凹部
42 凸部
43 中央凹部
44 凸状リブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Flat type reformer 2-11
Claims (2)
前記両皿状容器形成部材の前記鍔部に挟持され、前記外側ケースの内部空間を左右に仕切る仕切板と、を備えた改質器のエレメントケースであって、
前記鍔部により挟持された前記仕切板の周縁部分よりも内側の領域に、凹凸部が形成されており、
前記凹凸部は、その外側周縁が、前記第1又は第2の皿状容器形成部材の前記鍔部内側の凹状の部分にちょうど嵌合するように形成されていることを特徴とする改質器のエレメントケース。 A flat box is formed by matching the first and second dish-shaped container forming members formed in a flat dish shape and having a flange on the periphery of the opening, with the opening faces facing each other. An outer case,
A partition plate sandwiched between the flanges of the both dish-shaped container forming members and partitioning the inner space of the outer case into left and right, and a reformer element case,
An uneven portion is formed in a region inside the peripheral portion of the partition plate sandwiched between the flange portions,
The reformer is characterized in that an outer peripheral edge thereof is formed so as to fit exactly into a concave portion inside the flange of the first or second dish-like container forming member. Element case.
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