JP5259327B2 - 燃料電池用改質器及びこれに使用するバッフルプレートの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池用の改質器及びこれに使用するバッフルプレートの製造方法に関する。

従来、都市ガス又はＬＰガスの原料ガスから生成させた水素を空気と反応させることにより発電する燃料電池が使用されている。ここで、原料ガスから水素を生成させる装置としては、原料ガスと水を触媒の存在下で反応させて水素を生成させる燃料電池用改質器（以下、単に改質器ともいう）が使用されている。
この燃料電池用改質器には、例えば、特許文献１、２のように、水素を生成させる触媒等を収納する円筒型のケーシングを使用した改質器と、特許文献３、４のように、水素を生成させる触媒や水蒸気を発生させるバッフルプレート等を収納した平板型のケーシングを複数並べて配置した改質器がある。なお、本願発明は、後者に関するものであるため、以下、平板型のケーシングを使用した燃料電池用改質器について説明する。

図４（Ａ）に示すように、燃料電池用改質器５０は、複数のケーシング５１〜６０と、図示しない断熱材及びヒータとを有している。ケーシング５１〜６０には、内側に改質触媒や酸化触媒、又は脱硫触媒等が充填されたものや、ジグザグ状の流路を形成するためのバッフルプレートが配置されたものがある。また、各ケーシング５１〜６０は並べて配置され、原料ガス、空気、水、又は変成処理ガスが流れる配管６１〜６９等により、それぞれ接続されている。
このように構成することで、燃料電池用改質器５０は、原料ガスを水と触媒下で反応させ、原料ガスを改質して、水素リッチな変成処理ガスを生成できる。なお、変成処理ガスの生成の詳細内容については、前記した特許文献３、４に開示されているため、ここでは省略する。

図４（Ｂ）、図５に示すように、ケーシング５８は、仕切り板７０を中心としてその両側に、周囲に鍔部７１、７２がそれぞれ形成された２つの扁平皿形容器７３、７４が、それぞれの開口部７５、７６を仕切り板７０の表面に向け、鍔部７１、７２を仕切り板７０に当接させた状態で取付けられたものである。更に、図６に示すように、ケーシング５８は、排熱回収用熱交換器として使用されるものであり、ケーシング５８の仕切り板７０の一方側には、排気ガスが流れるジグザグ状の流路７７を形成するためのバッフルプレート７８が配置され、他方側には、供給される純水を排気ガスの熱で加熱して蒸発させる空間が形成されている。

特開２００３−１５１６０７号公報 特開平９−３０９７０２号公報 特開２００４−５９３５９号公報 特開２００７−３２６７６４号公報

しかしながら、バッフルプレート７８は、Ｌ字状に形成された複数の邪魔板７９、８０で構成され、この邪魔板７９、８０を仕切り板７０に取付けることで、ジグザグ状の流路７７を形成していたため、ケーシング５８の組立てを行う際の作業性が悪くなり、燃料電池用改質器の生産性が悪かった。
また、仕切り板７０に取付ける前の各邪魔板７９、８０は、一つ一つがばらばらであるため、ケーシング５８を組立てる際には、各邪魔板７９、８０の取付け位置を、例えば、治具を使用したり、また目分量で行う必要があり、作業性が悪くなると共に、形成された流路７７の内幅の寸法精度も悪かった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、組立て時の作業性を良好にできると共に、従来よりも生産性を向上でき、しかも品質が良好な燃料電池用改質器及びこれに使用するバッフルプレートの製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る燃料電池用改質器は、それぞれ正面視して長方形状の第１、第２の扁平皿形容器（偏平皿形容器）の周縁に設けられた鍔部を仕切り板を介して重ね合わせ、該仕切り板の少なくとも片側に、ジグザグ状の流路を形成するためのバッフルプレートが配置されたケーシングを有する燃料電池用改質器において、
前記バッフルプレートは、底板部と、隙間を有して該底板部に立設されて前記ジグザグ状の流路を形成する竪板部とを有し、しかも、該竪板部は、前記底板部を形成する矩形の金属板の両側端部から交互に、かつ先側が途中位置で同一方向に屈曲する複数の切込みによって形成される長方形領域を、その基部又はその近傍で直角に折り曲げて形成される。

第１の発明に係る燃料電池用改質器において、前記竪板部の片側は、装着される前記第１又は第２の扁平皿形容器の内側壁の断面形状に合わせて形成されていることが好ましい。

第２の発明に係るバッフルプレートの製造方法は、それぞれ正面視して長方形状で、その周縁には鍔部を有する第１、第２の扁平皿形容器と、前記鍔部を向かい合わせて配置された前記第１、第２の扁平皿形容器の中間に配置される仕切り板とを有する燃料電池用改質器に使用し、前記仕切り板と前記第１、第２の扁平皿形容器で形成された第１、第２の空間部のいずれか一方又は双方に配置されて、底板部と、隙間を有して該底板部に立設されてジグザグ状の流路を形成する竪板部とを備えるバッフルプレートの製造方法であって、
矩形の金属板の両側端部から交互に、その先部が途中位置で同一方向に屈曲する複数の切込みによって長方形領域を形成し、該長方形領域を、その基部又はその近傍で直角に折り曲げて、前記底板部に前記竪板部を立設する。

請求項１、２記載の燃料電池用改質器、及び請求項３記載の燃料電池用改質器に使用するバッフルプレートの製造方法は、ジグザグ状の流路を形成するためのバッフルプレートを、一枚の金属板に切込みを形成し折り曲げることで製造している。このため、従来のように、複数の部品を使用する必要がなく、バッフルプレートの組立てを行う際の作業性が良好になり、燃料電池用改質器の生産性も向上できる。
また、竪板部は、底板部を形成する金属板の両側端部から交互に形成され、先部が途中位置で同一方向に屈曲する複数の切込みによって形成される長方形領域を、直角に折り曲げて形成されるので、底板部に対する竪板部の形成位置を固定できる。これにより、従来のように、竪板部の取付け位置を、例えば、治具を使用したり、また目分量で行う必要がないため、作業性が良好になると共に、形成された流路の内幅の寸法精度も高められ、良好な品質の燃料電池用改質器を製造できる。

特に、請求項２記載の燃料電池用改質器は、竪板部の片側が、装着される第１又は第２の扁平皿形容器の内側壁の断面形状に合わせて形成されているので、例えば、ジグザグ状の流路を流れる排気ガスが、この流路から漏れ出すことを防止できる。更に、十分に長い流路を形成できる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る燃料電池用改質器のケーシングの正面図、部分側断面図、背面図、図２（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ同ケーシング内に配置されたバッフルプレートの平面図、正面図、側面図、図３は同バッフルプレートを製造するための金属板の正面図である。

本発明の一実施の形態に係る燃料電池用改質器（以下、単に改質器ともいう）は、前記したように、改質触媒や酸化触媒、又は脱硫触媒等が充填され原料ガスから水素を生成させるケーシングと、排熱回収用熱交換器として使用され発生する排気ガスの熱を利用して純水から水蒸気を発生させるケーシングを含む複数（例えば、２〜２０個程度）のケーシングを有し、原料ガスと水（水蒸気）を触媒の存在下で反応させて水素を生成させるものである。以下、図１〜図３を参照して、排熱回収用熱交換器として使用されるケーシング１０について説明する。

図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ケーシング１０は、それぞれ正面視して角部が丸くなった長方形状の第１、第２の扁平皿形容器１１、１２を有している。
第１、第２の扁平皿形容器１１、１２は、それぞれ容器底部が広面となって上部に開口部１３、１４を有するものであり、開口側周縁には、鍔部１５、１６が設けられている。第１、第２の扁平皿形容器１１、１２に設けられた鍔部１５、１６は、それぞれ扁平皿形容器１１、１２の広面（底面）と平行となるように形成されている。

ケーシング１０は、仕切り板１７を介して、第１、第２の扁平皿形容器１１、１２の鍔部１５、１６を重ね合わせて形成されている。この開口部１３を仕切り板１７に向けて立設した状態の第１の扁平皿形容器１１の上部及び下部には、それぞれ広面から鍔部１５に渡って傾斜部１８、１９が形成されている。また、開口部１４を仕切り板１７に向けて立設した状態の第２の扁平皿形容器１２の上部及び下部にも、それぞれ広面から鍔部１６に渡って傾斜部２０、２１が形成されている。この傾斜部１８〜２１には、それぞれ接続用配管２２〜２５が取付けられている。なお、傾斜部１８〜２１は、仕切り板１７に対して３０〜８０度の範囲内で傾斜している。

第１、第２の扁平皿形容器１１、１２の鍔部１５、１６の間に、その周縁部２６が挟持されている仕切り板１７は、外周が、第１、第２の扁平皿形容器１１、１２の鍔部１５、１６の外周と同じ、又はそれより僅かに大きくなっており、各扁平皿形容器１１、１２の鍔部１５、１６と仕切り板１７の周縁部２６とが、例えば、溶接により溶着されている。
このように、仕切り板１７を中間に挟んで第１、第２の扁平皿形容器１１、１２を向かい合わせて配置することで、第１の扁平皿形容器１１と仕切り板１７で囲まれる第１の空間部２７と、第２の扁平皿形容器１２と仕切り板１７で囲まれる第２の空間部２８とが形成される。

この仕切り板１７の一方側、即ち第１の空間部２７には、高温となった排気ガスが流れ込み、仕切り板１７の他方側、即ち第２の空間部２８には、純水が供給され、この純水を排気ガスの熱で加熱して水蒸気を発生させている。
上記した第１の空間部２７の上部と下部を除く部分には、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すジグザグ状の流路２９を形成するためのバッフルプレート３０が配置されている。
バッフルプレート３０は、図３に示す正面視して矩形の一枚の金属板３１を、プレス加工（打抜き形成）やレーザー加工（切断）して製造されるものである（図３において、打抜きの外形線を二点鎖線で示す）。この金属板３１は、例えば、ステンレス製であり、ケーシング１０の大きさに応じて、その一辺が、例えば、１００〜３００ｍｍ程度、厚みが、例えば、０．１〜０．５ｍｍ程度のものである。なお、金属板３１は、長方形状となっているが、正方形状でもよい。

バッフルプレート３０は、底板部３２と、隙間Ｄ１、Ｄ２（例えば、５〜３０ｍｍ程度）を有して底板部３２に立設されてジグザグ状の流路２９を形成し、その高さＨ（例えば、３〜１０ｍｍ程度）が装着される第１の扁平皿形容器１１の内側高さと略同一となった竪板部３３〜３６とを有している。ここで、竪板部３３〜３６の高さＨは、装着される第１の扁平皿形容器１１の内側高さと同一であることが好ましいが、同一でなくてもよい。例えば、竪板部の高さが、第１の扁平皿形容器の内側高さより僅かに高い場合は、鍔部１５の溶接の仕方で対応できる。一方、竪板部の高さが、第１の扁平皿形容器の内側高さより僅かに低い場合は、流路２９の断面積が広いため、竪板部の頂部上方に隙間が形成されても、その影響はほとんどない。
この竪板部３３〜３６は、底板部３２を形成する金属板３１に形成される長方形領域３７〜４０を、底板部３２に対し、その基部（又はその近傍）で直角（例えば、直角を基準として−５度〜＋５度の範囲内で傾いてもよい）に折り曲げて形成されている（折り曲げ位置を、図３に破線で示す）。

竪板部３３、３５を形成する長方形領域３７、３９については、金属板３１に、同一ピッチＰ（流路２９の内幅に相当。）で金属板３１の左右方向両側端から交互に形成され、その先部が途中位置（形成される流路２９の内幅と同程度の幅位置）で、しかも同一方向に屈曲する幅長の逆Ｌ字状となった複数の切込み４１と、幅長のＬ字状となった複数の切込み４２によって形成される。なお、竪板部を形成する長方形領域は、上記した大きさの範囲内であれば、異なるピッチでもよい。また、各切込み４１、４２は、一定の幅（例えば、０．５〜５ｍｍ程度）を有している。
このようにして構成された竪板部３３の左片側（切込み４１の基部側：一側）、及び竪板部３４〜３６の右片側（切込み４２の基部側：他側）は、それぞれ底板部３２の端位置から突出しており、しかも装着される第１の扁平皿形容器１１の内側壁の断面形状に合わせて、角部が丸く形成されている。

燃料電池用改質器は、以上に示したケーシング１０と、触媒が充填された複数のケーシング（図示しない）とで構成され、隣り合うケーシングの広面を当接させて一体としており、しかも各ケーシング間は、各ケーシングに取付けられた接続用配管２２〜２５に連結用配管（図示しない）を取付けることにより、それぞれ接続されている。
このように構成することで、水蒸気を発生させるに際しては、接続用配管２２から高温の排気ガスを、第１の空間部２７へ流し込み、バッフルプレート３０のジグザグ状の流路２９を通過させた後、接続用配管２３から排出する。このとき回収された熱は、仕切り板１７を介して、接続用配管２５から第２の空間部２８へ供給した純水の加熱に利用され、発生した水蒸気を接続用配管２４から排出する。
得られた水蒸気を、触媒が充填された複数のケーシングへ供給することで、原料ガスから燃料電池に使用する水素を生成できる。

続いて、本発明の一実施の形態に係る燃料電池用改質器のケーシング１０の製造方法について説明する。
まず、第１、第２の扁平皿形容器１１、１２、仕切り板１７、接続用配管２２〜２５、及びバッフルプレート３０を準備する。なお、このバッフルプレート３０は、例えば、プレス加工により、一枚の金属板３１に、同一ピッチで金属板３１の両側端から交互に形成される複数の切込み４１、４２を入れることによって長方形領域３７〜４０を形成し、この長方形領域３７〜４０を、その基部で直角に折り曲げて、底板部３２に各竪板部３３〜３６を立設することで形成される。
このバッフルプレート３０の底板部３２の裏面を、仕切り板１７の表面に、溶接により取付ける。また、各接続用配管２２〜２５を、第１、第２の扁平皿形容器１１、１２の上部及び下部に、溶接によりそれぞれ接続する。
なお、バッフルプレート３０の底板部３２の裏面は、第１の扁平皿形容器１１の広面に、例えば、溶接により取付けることもできる。

そして、仕切り板１７を中間にして、第１、第２の扁平皿形容器１１、１２を向かい合わせた（対向させた）状態で配置し、鍔部１５、１６の表面を仕切り板１７の周縁部２６の表面に当接させる。このとき、竪板部３３の左片側は、第１の扁平皿形容器１１の左内側壁面に、また各竪板部３４〜３６の右片側は、第１の扁平皿形容器１１の右内側壁面に、それぞれ当接する。
このように当接させた各扁平皿形容器１１、１２の鍔部１５、１６と仕切り板１７の周縁部２６とを、例えば、溶接により溶着して、ケーシング１０を製造する。
以上の方法で製造したケーシング１０と、触媒が充填された複数のケーシングとを、隣り合わせて配置し、その側壁の当接面で当接させて一体とした後、各ケーシング間を連結用配管により接続することで、燃料電池用改質器として使用する。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の燃料電池用改質器及びこれに使用するバッフルプレートの製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、第１、第２の扁平皿形容器及び仕切り板に補強用リブを形成しなかったが、勿論形成してもよい。

そして、前記実施の形態においては、バッフルプレートを仕切り板の片側（第１の空間部）のみに配置した場合について説明したが、仕切り板の反対側（第２の空間部）のみに配置してもよく、また両側（第１、第２の空間部の双方）に配置してもよい。更に、バッフルプレートは、第１の空間部の上部と下部を除く部分に（部分的に）配置したが、全体に渡って配置してもよい。なお、バッフルプレートによって形成されるジグザグ状の流路の配置位置に応じて、ケーシングへの接続用配管の取付け位置を適宜選択する。

（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る燃料電池用改質器のケーシングの正面図、部分側断面図、背面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ同ケーシング内に配置されたバッフルプレートの平面図、正面図、側面図である。 同バッフルプレートを製造するための金属板の正面図である。 （Ａ）は従来例に係る燃料電池用改質器の斜視図、（Ｂ）は燃料電池用改質器を構成する１つのケーシングの斜視図である。 同ケーシングの分解斜視図である。 同ケーシング内に配置されるバッフルプレートの正面図である。

符号の説明

１０：ケーシング、１１：第１の扁平皿形容器、１２：第２の扁平皿形容器、１３、１４：開口部、１５、１６：鍔部、１７：仕切り板、１８〜２１：傾斜部、２２〜２５：接続用配管、２６：周縁部、２７：第１の空間部、２８：第２の空間部、２９：流路、３０：バッフルプレート、３１：金属板、３２：底板部、３３〜３６：竪板部、３７〜４０：長方形領域、４１、４２：切込み

Claims (3)

1. それぞれ正面視して長方形状の第１、第２の扁平皿形容器の周縁に設けられた鍔部を仕切り板を介して重ね合わせ、該仕切り板の少なくとも片側に、ジグザグ状の流路を形成するためのバッフルプレートが配置されたケーシングを有する燃料電池用改質器において、
   前記バッフルプレートは、底板部と、隙間を有して該底板部に立設されて前記ジグザグ状の流路を形成する竪板部とを有し、しかも、該竪板部は、前記底板部を形成する矩形の金属板の両側端部から交互に、かつ先側が途中位置で同一方向に屈曲する複数の切込みによって形成される長方形領域を、その基部又はその近傍で直角に折り曲げて形成されることを特徴とする燃料電池用改質器。
2. 請求項１記載の燃料電池用改質器において、前記竪板部の片側は、装着される前記第１又は第２の扁平皿形容器の内側壁の断面形状に合わせて形成されていることを特徴とする燃料電池用改質器。
3. それぞれ正面視して長方形状で、その周縁には鍔部を有する第１、第２の扁平皿形容器と、前記鍔部を向かい合わせて配置された前記第１、第２の扁平皿形容器の中間に配置される仕切り板とを有する燃料電池用改質器に使用し、前記仕切り板と前記第１、第２の扁平皿形容器で形成された第１、第２の空間部のいずれか一方又は双方に配置されて、底板部と、隙間を有して該底板部に立設されてジグザグ状の流路を形成する竪板部とを備えるバッフルプレートの製造方法であって、
   矩形の金属板の両側端部から交互に、その先部が途中位置で同一方向に屈曲する複数の切込みによって長方形領域を形成し、該長方形領域を、その基部又はその近傍で直角に折り曲げて、前記底板部に前記竪板部を立設することを特徴とする燃料電池用改質器に使用するバッフルプレートの製造方法。

Images