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JP2003160301A - 改質器 - Google Patents

改質器

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Publication number
JP2003160301A
JP2003160301A JP2001357939A JP2001357939A JP2003160301A JP 2003160301 A JP2003160301 A JP 2003160301A JP 2001357939 A JP2001357939 A JP 2001357939A JP 2001357939 A JP2001357939 A JP 2001357939A JP 2003160301 A JP2003160301 A JP 2003160301A
Authority
JP
Japan
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reformer
tubular
plate
pipe
fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001357939A
Other languages
English (en)
Inventor
Tatsunori Okada
達典 岡田
Kenji Kawaguchi
憲治 川口
Hideo Ichimura
英男 市村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2001357939A priority Critical patent/JP2003160301A/ja
Priority to US10/290,289 priority patent/US7115233B2/en
Publication of JP2003160301A publication Critical patent/JP2003160301A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • F28F9/02—Header boxes; End plates
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接ひずみを生ずること無く、精度の高い気
密な接合ができ、しかも、自動接合が可能な低価格の改
質器の提供。 【解決手段】 管状部材と板状部材とが気密に接合され
る接合部を随所に有する改質器において、前記随所の接
合部の全部又は所要の接合部を、前記管状部材の筒状端
部と当該筒状端部に少なくとも一部を重ね合わせた板状
部材の当接縁部とを、重ね合わせた状態のまま当該管状
部材の内周面側又は外周面側に折り曲げて形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用、又は
その他の用途で用いられる狭義のいわゆる改質器やＣＯ
転化器、ＣＯ低減器、ＣＯ酸化器、ＣＯメタン化反応器
等（以下、これ等を総称して改質器という）が、その構
成の随所に有する接合部の接合構造に関し、詳しくは、
改質器自体の外郭容器や当該外郭容器内に配設される各
種の内部容器を構成したり、各種流体の流路を構成する
管状部材と当該管状部材の内周面側又は外周面側又は内
外両周面側に各々当接されて気密に接合される板状部材
との接合部の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の改質器での接合部を、特開平７−
２５７９０１号公報に開示された熱交換型改質器（狭義
の改質器）を例に、図１１に基づいて説明する。図１１
は熱交換型改質器の縦断面図である。図１１に於て、こ
の改質器は、管状部材として有底の外郭筒体１Ａと当該
外郭筒体１Ａの両端部即ち上下の両開口端側を塞ぐ板状
部材としての二つの端板１Ｂ、１Ｂとで気密な外郭容器
が構成されており、この外郭容器の内部に、更に管状部
材としての各種の管やこれらの管の端部に接合される管
板（仕切板）としての板状部材等によって、所要の流体
流路が形成されている。
【０００３】図中の２は第１流体供給管であり、外郭容
器（１Ａ、１Ｂ）内に原料である第１流体を導入する。
３は第１流体入口マニホールドであり、４、４、４は第
１流体入口マニホールド３に導入した第１流体が流通し
て行く第１流体流路である。各第１流体流路４、４、４
は有底の管状部材である外管５の中に同軸的に両端開口
の管状部材としての内管６が納められた二重管構造とな
っている。
【０００４】又、図中の７は第２流体の流路であり、第
２流体供給管７Ａから流入した第２流体が、第１流体流
路４、４、４を構成する二重管（外管５と内管６）を介
して第１流体と熱交換しつつ第２流体排出管７Ｂから排
出される。この第２流体流路７と第１流体入口マニホー
ルド３とは、板状部材としての第１端板８で仕切られて
いる。又、第１流体入口マニホールド３と第１流体出口
マニホールド９とは、同様に、上記とは別体の板状部材
としての第２の端板１０で仕切られている。尚、１１は
ベローズであり、第２の端板４と内管６とを接続してい
る。１２は改質媒体、１３は第１流体排出管である。
【０００５】次に、この改質器の動作を簡単に説明す
る。第１流体供給管２から外郭筒体１Ａ内の第１流体入
口マニホールド３に導入された第１流体は、内管６と外
管５との間に形成された環状空間である第１流体流路
４、４、４を通って、第１流体出口マニホールド９に流
れる。第１流体流路４、４、４の途中には改質触媒１２
が充填されており、この改質触媒１２によって、原料と
しての第１流体が改質反応して、改質ガスに変換され
る。こうして改質された改質ガスは、内管４内を通っ
て、第１流体出口マニホールド９に集められ、第１流体
排出管１３から燃料電池（図示せず）に供給される。外
郭筒体１Ａの底部側に設けられた第２流体供給管７Ａか
らは、第２流体としての高温の燃焼ガスが第２流体流路
７に導入される。この燃焼ガスは外管５を介して内部の
改質媒体１２に熱を与えながら、即ち、改質質触媒１２
を外側から加熱して第２流体排出管７Ｂから排出され
る。
【０００６】この改質器では、第１流体と第２流体とが
混合することが無いように、第１の端板８と外管６との
接合部位、又は、第２の端板１０と内管５との接合部
位、この例ではベローズ１１を介して接続された部位
が、何れも溶接にて気密に接合されている。勿論、外郭
容器を構成する外郭筒体１Ａと蓋１Ｂ、１Ｂも同様に溶
接されている。
【０００７】従来の改質器では、このように改質器を構
成する各種の内管５や外管６や外郭筒体１Ａ等の管状部
材とこれ等の管状部材に当接される板状部材としての端
板８、１０や蓋１Ｂ、１Ｂは、異なる流体と無用に混合
させないよう、或いは流体漏れの無い流体流路を形成さ
せるため、それらの接合部の全てが溶接されている。
又、これは又、従来の積層型改質器、例えば、１９９９
年１１月３０日〜１２月３日、名古屋・コングレス・セ
ンターにおいて、ニュー・エネルギー・アンド・ディベ
ロップメント・オーガニゼイション（ＮＥＤＯ）とフュ
ーエル・セル・ディベロップメント・インフォメイショ
ン・センターとの共催による第３回国際燃料電池会議の
会報、第７９頁や第２０２頁に掲載の積層型改質器に於
いて同様である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図１１に示す
改質器からも分かる通り、管状部材と板状部材との溶接
個所は、比較的細かな曲線が多いため、自動溶接になじ
み難しく、どうしても熟練作業者による手動溶接に頼ら
ねばならず、このため、改質器の製作の自動化や量産化
が難しく、製作コストの低減が困難という問題があっ
た。又、溶接による接合では、溶接個所に溶接ひずみを
生じて、製作精度を損ねるという問題もあった。
【０００９】本発明は、かかる問題を解消し、溶接ひず
みを生ずること無く、精度の高い気密な接合ができ、し
かも、自動接合が可能な低価格の改質器の提供を目的と
する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、管状部材と板
状部材とが気密に接合される接合部を随所に有する改質
器において、全部又は一部の前記接合部は、前記管状部
材の筒状端部と当該筒状端部に少なくとも一部を重ね合
わせた板状部材の当接縁部とが重ね合わされた状態で全
周縁にわたって折り曲げて形成されたことを内容とす
る。
【００１１】又、本発明は、同軸に重ねられた多重管を
構成する各管状部材と板状部材とが接合される接合部を
有する改質器において、全部又は一部の前記接合部は、
前記管状部材の筒状端部と当該筒状端部に少なくとも一
部を重ね合わせた板状部材の当接縁部とが重ね合わされ
た状態で全周縁にわたって折り曲げて形成されたことを
内容とする。
【００１２】又、本発明は、板状部材の当接縁部は当該
板状部材の縁が当該縁の全周にわたって同一方向に折り
曲げて形成されたことを内容とする。
【００１３】又、本発明は、管状部材の筒状端部は当該
管状部材の外側に鍔状に折り曲げて形成され、当該管状
部材の開口端を覆うように宛がわれた板状部材の当接縁
部と重ね合わされたことを内容とする。
【００１４】又、本発明は、重ね合わせられる管状部材
の筒状端部と板状部材の当接縁部との間に、第３の板状
部材の当接縁部が介在されたことを内容とする。
【００１５】又、本発明は、重ね合わせられる管状部材
の筒状端部と板状部材の当接縁部との間にシール部材が
介在されたことを内容とする。
【００１６】又、本発明は、シール部材は有機材料の薄
膜又は有機或いは無機材料のペーストであることを内容
とする。
【００１７】又、本発明は、シール部材はロウ材の薄膜
又はロウ材のペーストであって、介在させて折り曲げた
後に当該ロウ材を熱処理により溶融させて形成されたこ
とを内容とする。
【００１８】又、本発明は、折り曲げはカシメ加工、巻
き締め加工、又はカーリング加工によることを内容とす
る。
【００１９】又、本発明は、折り曲げられた接合部の適
所にスポット溶接部が施されたこと内容とする。
【００２０】又、本発明は、管状部材は改質器の外郭容
器、又は当該外郭容器の内部に配設される内部容器を構
成する外郭筒体であり、板状部材は前記外郭筒体の端部
の何れか一方又は双方を塞ぐ端板であることを内容とす
る。
【００２１】
【発明の実施の形態】実施の形態１．実施の形態１を、
燃料電池用の内炎型改質器を例にして、図１に基づいて
説明する。図１は改質器の縦断面図である。図１におい
て、改質器２０の外郭容器は、管状部材としての外郭筒
体２１と当該外郭筒体２１の下端開口側（底部）を塞ぐ
板状部材としての端板２２と、上端開口側を塞ぐ端板と
で構成されている。上端開口側を塞ぐ端板については後
述する。
【００２２】外郭筒体２１と端板２２とで構成される外
郭容器としての有底筒状の内部には、管状部材としての
内管２３と中管２４とが同軸的に設けられ、外郭筒体２
１を最外郭の外管とする三重管構造となっている。内管
２３の上端開口側には、当該内管２３の開口を塞ぐよう
に円盤状に形成された板状部材としての内端板２５が、
当該内管２３の開口側から軸方向に嵌め込まれている。
又、内管２３と中管２４との間に形成された環状空間の
上端開口側には、当該開口を塞ぐように環状に形成され
た板状部材としての内環状端板２６が、当該環状空間の
開口側から軸方向に嵌め込まれている。更に、中管２４
と外管即ち外郭筒体２１との間に形成された環状空間の
上端開口側には、当該開口を塞ぐように環状に形成され
た板状部材としての外環状端板２７が同様に軸方向に嵌
め込まれている。
【００２３】外郭筒体２１の上端開口側は、これらの板
状部材として端板、即ち、内端板２５、内環状端板２
６、及び外環状端板２７によって塞がれている。これら
の内端板２５、内環状端板２６、及び外環状端板２７の
各端板の縁、この例では内外の縁である内周縁や外周縁
には、予め、その周縁が相応する内管２３、中管２４、
及び外管２１の各管状部材の周面、即ち、後述の折り曲
げ加工に必要な開口端側から軸方向に向って所要幅を持
つ帯状周面領域（以下、筒状端部という）に、少なくと
も一部が面的に重なるよう当接される当接縁部としての
内当接縁部又は外当接縁部を、当該板状部材としての端
板の縁を当該縁の全周にわたって同一方向に折り曲げて
形成してある。
【００２４】図１において、内端板２５には、内管２３
の内周面に当接する外当接縁部２５１が形成され、内環
状端板２６には、中管２４の内周面に当接する外当接縁
部２６１と内管２３の外周面に当接する内当接縁部２６
２とが形成され、外環状端板２７には、外管２１の内周
面に当接する外当接縁部２７１と中管２４の外周面に当
接する内当接縁部２７２とが形成されている。
【００２５】これらの当接縁部２５１、２６１、２６
２、２７１、２７２は、各端板２５、２６、２７が嵌め
込まれる各々の所定位置即ち当接部位から、少なくとも
各々当接する内管２３、中管２４、外管２１の上端開口
に達する軸方向の長さ（幅）をもつように予め形成され
ているが、これら当接縁部２５１、２６１、２６２、２
７１、２７２の内、後述する折り曲げによって形成され
る接合部の表面側を覆うように当該接合部の表面側とな
る当接縁部、この例では、各管状部材の外側に折り曲げ
られているため、表面側となる当接縁部２５１、２６
１、２７１は、相応する各内管２３、中管２４、外管２
１の筒状端部の幅より十分に軸方向に長い幅にて、筒端
の外方に延在するよう被覆用延在部として筒状に形成さ
れている。他方、折り曲げられた際に内側に折り込まれ
る当接縁部２６２、２７２は、相応する各内管２３、中
管２４の各筒状端部の幅と略等しい程度に形成されてい
る。
【００２６】所要の当接部位まで嵌め込まれた各端板２
５、２６、２７の当接縁部２５１、２６１、２６２、２
７１、２７２は、各々当接された内管２３、中管２４、
外管２１等の筒状端部と重ね合された状態にて共に又は
別に、少なくとも、各管状部材の筒状端部を内側に折り
込み、被覆用延在部が形成された接合部の表面側に位置
するようにむように、管状部材の内側又は外側に折り曲
げられている。このような折り曲げは、カシメ加工、巻
き締め加工、又はカーリング加工等の折り曲げ手段によ
って行われ、気密な接合部が形成される。
【００２７】図２は、内管２３の筒状端部における巻き
締め加工による接合部（以下、Ａ型接合部ともいう。）
の断面図であり、中管２４の筒状端部における接合部も
このＡ型接合部と同様である。同図において、この内管
２３（中管２４）の筒状端部には、内管２３（中管２
４）の内周面に当接された内端板２５（内環状端板２
６）の外当接縁部２５１（外当接縁部２６１）に、更に
当該筒状端部の軸方向の長さ（幅）を越えて十分に長い
被覆用延在部が形成されており、筒状縁部及び後述の内
当接縁部２６２（内当接縁部２７２）と三重に重ねられ
た状態で内管２３（中管２４）の外側に、共に折り曲げ
られ、当該外当接縁部２５１（外当接縁部２６１）の先
端側部、即ち被覆用延在部の先端縁が折り曲げられた筒
状縁部の内側に巻き締められている。
【００２８】この例では、内管２３（中管２４）の外周
面に当接された内環状端版２６の内当接縁部２６２（内
当接縁部２７２）は当該筒状縁部の長さ即ち幅と略等し
い長さに形成されており、折り曲げられた筒状縁部と重
ね合された状態のまま共に折り曲げて接合部を形成して
いるので、先の外当接縁部２５１（外当接縁部２６１）
及びその被覆用延在部が形成された接合部の表面側に位
置する。被覆用延在部の先端縁は、この折り曲げられた
内当接縁部２６２（内当接縁部２７２）の内側に巻き締
められている。
【００２９】図３は、外郭筒体としての外管２１の筒状
端部における巻き締め加工による接合部（以下、Ｂ型接
合部ともいう。）の断面図である。同図において、この
外管２１の筒状端部には、外管２１の内周面に当接され
た外端板２６の外当接縁部２６１が筒状端部の軸方向の
長さ（幅）を越えて十分に長い被覆用延在部が形成され
ており、当該被覆用延在部は、筒状縁部と二重に重ねら
れた状態で外管２１の外側に、共に折り曲げられて接合
部の表面側に位置すると共に、当該外当接縁部２６１の
先端側部即ち被覆用延在部の先端縁が折り曲げられた筒
状縁部の内側に巻き締められている。
【００３０】図２及び図３においては、板状部材として
の端板２４、２５と管状部材２３、２１の筒状端部とが
二重又は三重に重ねられた状態にて、巻き締め加工が施
されているが、この巻き締め加工よりも巻き込み量が少
ない単純なカシメ加工、又は、この巻き締め加工より巻
き込み量が多いカーリング加工等を用いてもよいし、各
々の接合部の環境に応じてこれら何れかの加工手段を適
宜用いてもよい。接合部の気密性を確保するには、単純
なカシメ加工よりも、巻き締め加工、更にはカーリング
加工がより好適である。
【００３１】この形態１では、更に接合部における気密
性を高めるため、管状部材としての筒状端部に当接され
る当接縁部との間に、シール部材８０を介在させて、折
り曲げている。このようなシール部材８０としては、例
えば、テフロン（登録商標）、シリコン、ポリエーテル
ケトン等の有機材料の薄膜又は有機或いは無機材料のペ
ーストや薄膜を用いたり、銀ロウ、銅ロウ、ニッケルル
等のロウ材の薄膜又はロウ材の微粒子を用いるとよい。
ロウ材を用いる場合には、当該ロウ材を介在させて折り
曲げた後に、当該ロウ材を熱処理により溶融させてシー
ル層を形成させる。勿論、カシメ加工やカーリング加工
の場合にも同様にシール部材８０を介在させることが好
ましい。
【００３２】図１に示すように、多重管を構成する各管
状部材２３、２４、２１の筒状端部と端板２３、２４、
２５の当接縁部との接合部Ａ１、Ａ２、Ｂの位置を、互
いに隣合う管状部材２３、２４、２１毎に、軸方向にお
いて一致しないように、その形成位置を軸方向にずらし
て形成する。このように接合部Ａ１、Ａ２、Ｂの位置を
ずらして設けることにより、多重管における端板２３、
２４、２５の接合作業を行う際、互いに隣りの接合部Ａ
１、Ａ２、Ｂが邪魔にならず、加工治具（図示せず）の
干渉がないため、接合作業を円滑に行うことができる。
図示の例では、内管２３、中管２４、外郭筒体２１の順
に、軸芯から径方向に重なる順に各管状部材２３、２
４、２１の接合部Ａ１、Ａ２、Ｂの位置を、図において
下方にずらせてある。
【００３３】図１において、３０は環状に形成された板
状部材としての端板である。この端板３０は、上記の内
管２３と外郭筒体としての外管２１との間の環状空間の
下端開口側を閉じており、この端板３０によって、軸方
向に短く形成された中管２４の下端部と当該端板３０と
の間に流通間隙３１を設け、この流通間隙３１を介し
て、内管２３と中管２４との間の内環状空間３２と、中
管２４と外管２１との間の外環状空間３３とを一連の流
体流路として連通させて、原料としての第１流体が流れ
る原料流路としての第１流体流路を形成している。他
方、当該端板３０と端板２２との間の底部空間３４と内
管２３の軸芯空環３５とを、当該端板３０の中央開口部
３０Ｈを介して連通させて、第２流体としての燃焼ガス
が流れる燃焼ガス流路を第２流体流路として形成してい
る。
【００３４】内管２３と中管２４との間の内環状空間３
２の上端開口側を閉じる環状の端板２６の適所には、第
１流体を導入するための第１流体導入管４０が接合され
（接合部Ｃ２）、中管２４と外管２１との間の外環状空
間３３の上端開口側を閉じる環状の端板２７には、改質
された第１流体を送り出する第１流体排出管４１が接合
され（接合部Ｃ３）されている。第１流体の改質は、当
該第１流体流路の途中、この例では内管２３と中管２４
との間の内環状空間３２に当該流路を塞ぐように充填さ
れた改質触媒４２の作用によって行われる。この改質触
媒４２に反応熱を供給するため、内管２３の軸芯空間３
５に高温の燃焼ガスが第２流体として流される。第２流
体は、底部空間３４に設置された燃焼器（図示せず）に
よって供給され、当該底部空間３４から中央開口部３０
Ｈを経て前記軸芯空間３５に供給され、当該軸芯空間３
５の上端開口側を塞ぐ端板に２５に接合（接合部Ｃ１）
された第２流体排気管４３から改質器２０外へと排気さ
れる。
【００３５】この第２流体排気管４３や、上記の第１流
体導入管４０、及び第１流体排出管４１もまた管状部材
であり、板状部材としての各端板２５、２６、２７に気
密に接合（接合部Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）されねばならな
い。又、端板２２もまた第１流体流路（３２、３３）と
第２流体流路（３４、３５）とを仕切る仕切板として環
状に形成された板状部材であり、同様に、内管２３及び
外管２１のそれぞれ下端側の筒状縁部と気密に接合（接
合部Ｃ４）されねばならない。これらの管状部材４３、
４０、４１、２３、２１と板状部材との接合部Ｃ１、Ｃ
２、Ｃ３、Ｃ４（以下、Ｃ型接合部ともいう）も、上記
三重管における接合部Ａ１、Ａ２、（Ａ型接合部）やＢ
（型接合部）と実質的には同様の構造の接合構造として
いる。
【００３６】図４において、接合部Ｃ１を例にして説明
する。図４は、管状部材としての第２流体排気管４３の
下端側の筒状端部と端板２５の中央に開けられた接続孔
２５３との接合部（Ｃ型接合部）の断面図である。同図
において、このＣ型接合部は、端板２５側に開けられた
接続孔２５３の内縁に、挿し込まれた当該第２流体排気
管４３の下端側の筒状端部の外周面に当接する当接縁部
としての外当接縁部２６４を予め形成しておき、第２流
体排気管４３の筒状端部と外当接縁部２６４とを二重に
重ねた状態において、当該第２流体排気管４３の外側に
折り曲げて、巻き締め加工により接合部Ｃ１を形成して
いる。この場合、形成される接合部Ｃ１の表面側を覆う
ように、第２流体排気管４３の筒状端部の先端縁を外当
接縁部２６４の先端縁より十分に長くなるように重ね合
わせてから折り曲げている。又、第２流体排気管４３の
筒状端部と外当接縁部２６４との重ね合わせ領域にシー
ル部材８０を介在させる等、このＣ型接続部も上記のＡ
型及びＢ型接合部と実質的に同様の折り曲げ構造として
いる。
【００３７】この実施の形態１では、改質器２０の外郭
容器をなす外郭筒体（外管）２１とその底部をなす端板
２２との接合Ｄも、実質的には上記のＡ型接合部と同様
の接合構成とされている。これを図５に基づいて説明す
る。同図において、環状の端板３０の外周縁を中央にし
て、外管２１の筒状端部を上方から一方の当接縁部２１
１として、又、端板２２の外周縁を下方から他方の当接
縁部２２２として、それぞれ端板３０の外周縁（上記Ａ
型接合部構造における管状部材の筒状端部に相当）に当
接させて、三重に重ねた状態のまま上方に折り曲げて、
巻き締め加工により接合している（以下、これをＤ型接
合部ともいう）。
【００３８】この場合、管状部材としての外郭筒体（外
管）２１の筒状端部は、予め、当該管状部材の外側に鍔
状に折り曲げられており、これに、外郭筒体２１の開口
端を覆うように、環状の端板３０と板状部材としての端
板２２の外周縁とが重ね合されている。端板２２の外周
縁は、Ａ型、Ｂ型、Ｃ型の各接合部と異なり、比較的平
板な端板２２の外周縁を、そのまま折り曲げること無
く、当接縁部として重ねてから折り曲げる。折り曲げら
れた接合部Ｃ１の表面側には端板２２及びその外周縁の
被覆用延在部が位置する。尚、この接合部Ｃ１では、第
３の板状部材として環状の端板３０が介在して三重構造
となっているが、これは実質的（重ね合される具体的部
材を無視すれば）には、図２に示すＡ型接合部と同様で
あり、仮に、このうち、端板３０が無ければ、図３に示
すＢ型接合部や図４に示すＣ型接合部とも同様の折り曲
げ構造となる。
【００３９】この実施の形態１において、シール部材８
０を挟んで巻き締め加工で折り曲げる場合には、管状部
材の筒状端部の全周にわたって一括して折り曲げて接合
する。尚、図２乃至図５に示す断面図においては、各接
合部が矩形に折り曲げられているが、実際には、例えば
図９に示すように、コーナーにはアールがつく。図９は
Ａ型接合部の断面であり、このＡ型接合部は、図１０に
示すように、被接合部位をチャック８００とローラ８０
１との間で挟圧させながら、ローラ８０１を固定された
チャック８００の周面を巡るように回転移動させること
によって、ローラ８０１の凹部に応じた断面形状に巻き
締められて圧接するよう形成される。
【００４０】次に、この改質器２０の動作を簡単に説明
する。図１において、原料である第１流体は２００℃以
下の温度で第１流体供給管４０から第１流体流路（３
２、３１、３３）に導かれる。この第１流体は、最高温
度部が６００℃〜７００℃程度に加熱された改質触媒４
２が充填された環状空間３２を通り、改質触媒４２とほ
ぼ同等の温度まで昇温され、改質ガスに変換された後、
外管２１と中管２４の間の環状空間３３で上流側の環状
空間３２の第１流体と中管２４を介して熱交換しながら
２００℃程度以下まで低温となって、第１流体排出管４
１に導かれる。このとき、巻き締め加工された接合部
Ａ、Ａ２、Ｂ、Ｃ、Ｃ２、Ｃ３付近は、２００℃程度以
下の温度であり、上記有機材料のガスシール部材８０を
用いて巻き締めすることでガスシール性が向上する一
方、該シール部材８０が炭化することもなく、シール性
を維持することができる。
【００４１】一方、第２流体は、第２流体供給器、例え
ば燃焼器（図示せず）で７００℃以上に昇温され、底部
空間３４から連通孔３０Ｈを経て内管２３内の軸芯空間
３５である第２流体流路を通り、内管２３表面で第１流
体と熱交換し、２００℃以下まで降温して、第２流体排
出管４３より改質器２０外に排出されるため、接合部Ｃ
４付近は、７００℃以上の高温にさらされる場合がある
が、金属のロウ材をシール材８０として設けておくと、
７００℃以上の高温においても良好なガスシール性を保
つことができる。
【００４２】巻き締め加工により接合されている図中の
接合部Ａ１、Ａ２で示すＡ型接合部や、Ｂで示すＢ型接
合部や、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４で示すＣ型接合部やＤ
で示すＤ型接合部等においては、シール部材８０を介し
た状態で、いわゆる、カシメ加工、又は巻き締め加工、
又はカーリング加工を用いることで、一般的に１０ｋｇ
ｆ／ｃｍ2程度の耐圧性能、シール性能を得ることがで
きる。従って、大気圧仕様の改質器は言うまでもなく、
加圧仕様の改質器においても十分ガスシールが可能とな
る。
【００４３】尚、上記実施の形態１では、巻き締め加工
を用いて、各接合部の接合を行ったが、カシメ加工、カ
ーリング加工を用いても同様の効果があり、各接合部毎
の環境に応じてこれら３種類の加工方法を使い分けるこ
とにより、一層効率的な製作が可能となる。又、全ての
接合部に於いて用いる必要はなく、所要の接合部に用い
てもよい。
【００４４】実施の形態２．次に、外炎型の改質器を、
図６に基づいて説明する。図６は外炎型改質器の縦断面
図である。図６において、５２１は改質器５２０の外管
即ち当該改質器５２０の外郭容器を構成する外郭筒体で
ある。この外管５２１の内部には、内管５２３と中管５
２４とが同軸的に三重管を構成するよう配設されてい
る。管状部材としての内管５２３、中管５２４、外管５
２１の相互の間には流体が通る環状空間が形成されてい
る。即ち、内管５２３と中管５２４とで第１流体流路５
５０が構成され、その流路５５０の途中には、改質触媒
５４２とＣＯ転化触媒５５１が充填されている。又、中
管５２４と外管５２１との間に第２流体流路５５２が形
成されている。
【００４５】管状部材としての内管５２３、中管５２
４、外管５２１は、何れも底部が例えば絞り加工等で形
成された底蓋を有する有底筒状にそれぞれ形成されてお
り、内管５２３と外管５２１の底面にはガス流通用の連
通孔５５３と連通孔５５４とがそれぞれ設けられてい
る。中管５２４の下側端部外側には、耐熱カバー５５５
が設けられている。更に、外管５２１の下部には、前記
の連通孔５５４を通じて高温の燃焼ガスを供給する第２
流体供給器５５６が設けられている。この第２流体供給
器５５６の周端部は、外管５２１を包むように延在し、
当該外管５２１との間に断熱材５５７を介してカバー管
５５８が形成されている。
【００４６】内管５２３の上端開口側には内端板５２５
が接合Ａ１され、内管５２３と中管５２４との間の環状
空間の上端開口側には内環状端板５２６が接合Ａ２さ
れ、中管５２４と外管５２１との間の環状空間の上端開
口側には外環状端板５２７がそれぞれ接合Ｂされてい
る。又、内端板５２５には第１流体排出管５４１が接合
Ｃ１され、内環状端板５２６には第１流体供給管５４０
が接合Ｃ２され、外環状端板５２７には第２流体排気管
５４３が接合Ｃ３されている。
【００４７】上記の接合Ａ１、Ａ２は図２に示すＡ型接
合部であり、接合Ｂは図３に示すＢ型接合部であり、Ｃ
１、Ｃ２、Ｃ３は図４に示すＣ型接合部である。
【００４８】次に、この改質器の動作を簡単に説明す
る。原料である第１流体は２００℃以下の温度で第１流
体供給管５４０から第１流体流路５５０に導かれる。第
１流体は、最高温度部が６００℃〜７００℃程度に加熱
された改質触媒５４２が充填された流路を通り、改質触
媒５４２とほぼ同等の温度まで昇温され、改質ガスに変
換された後、内管５２３の下部の連通孔５５３から内管
５２３内を流通しながら、当該内管５２３の表裏で熱交
換すると共に、ＣＯ転化触媒５５１で転化反応し、ＣＯ
濃度が低減されながら２００℃程度以下まで低温になっ
て第１流体排出５４１に導かれる。
【００４９】他方、第２流体は、第２流体供給器５５６
（例えば、燃焼器）で７００℃以上に昇温されて、第２
流体入口としての連通孔５５４から、中管５２４と外管
５２１との環状空間である第２流体流路５５２を通っ
て、中管５２４の表面で上記の第１流体と熱交換して、
２００℃以下まで降温し、第２流体排出５４３から改質
器５２０の外に排出される。
【００５０】この改質器５２０では、接合部Ａ１、Ａ２
及び接合部Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３での温度が、２００℃程度
以下の低温部位となるため、例えば、実施の形態１で説
明したように、有機材料のガスシール部材８０等を管状
部材の筒状縁部と板状部材の当接縁部との重ね合わせ部
分に介在させて巻き締め加工することにより、これらの
接合部におけるガスシール性を向上させることができ
る。この場合、シール部材８０は炭化することなく、シ
ール性が長期にわたって維持される。尚、シール部材８
０としては有機材料のシール部材の代わりにロウ材を用
いてもよい。又、実施の形態１や２では、管状部材と板
状部材とを直接接合する例で説明したが、ベローズ等の
つなぎ部材を管状部材と板状部材との間に介して接合し
てもよい（図示せず）。この場合のベローズと管状部材
又は板状部材接合との接合部（図示せず）も、例えばＡ
型接合部、Ｂ型接合部、Ｃ型接合部、Ｄ型接合部等、当
該接合個所の環境に応じて適宜選択すればよい。
【００５１】実施の形態３．次に、広義の改質器とし
て、ＣＯを酸化反応により低減させる自己熱交換型ＣＯ
低減器を例にして、図７に基づいて説明する。図７はＣ
Ｏ低減器の縦断面図である。図７において、ＣＯ低減器
６２０は、当該低減器６２０の外郭容器を形成する有底
筒状の管状部材としての外管６２１と、当該外管６２１
の内部に同軸的に設けられた有底筒状の管状部材として
の内管６２３との二重管構造であり、当該内管６２３の
底部には連通孔６２７が開けられている。
【００５２】他方、内管６２４の上端開口側には、当該
開口を塞ぐように、第１ガス供給管６４０が接合Ｃ１さ
れた板状部材としての端板６２５が接合Ａ１されてい
る。又、内管６２３と外管６２１との間に形成された第
１ガス流路としての環状空間の上端開口側には、当該開
口を塞ぐように、第１ガス排気管６４１が接合Ｃ２され
た板状部材としての環状の端板６２６が接合Ａ２されて
いる。
【００５３】このＣＯ低減器６２０において、図示に示
す接合Ａ１は図２に示すＡ型接合部、接合Ｂは図３に示
すＢ型接合部、接合Ｃ１、Ｃ２は図４に示すＣ型接合部
である。
【００５４】次に、動作を簡単に説明する。改質反応、
転化反応により１％程度にＣＯ濃度が下げられた第１ガ
スとしての改質ガスは、上流部（図示せず）において酸
化用空気が混入された後、管状部材としての第１ガス供
給管６４０から第１ガス流路に導入され、ＣＯ酸化触媒
６４２によって、ＣＯ濃度が数十ｐｐｍ程度まで低減さ
れる。このＣＯ酸化反応は発熱反応であり、この熱は外
管６２１からの放熱の外に、反応前の改質ガスと内管６
２３を介して熱交換される。
【００５５】実施の形態４．実施の形態４において、改
質器の外郭容器を構成する管状部材としての外筒体とそ
の外筒体の何れか一方又は双方の開口端を塞ぐ板状部材
としての端板（蓋）との接合、及び、当該外郭容器の内
部に配設される各種の内部容器を構成する管状部材とし
ての外郭筒体とその外筒体の何れか一方又は双方の開口
端を塞ぐ板状部材としての端板（蓋）との接合を、積層
型改質器を例にして図８に基づいて説明する。図８は積
層型改質器の縦断面図である。
【００５６】図８において、この改質器７２０は、外郭
容器を構成する有底の外筒体７２１と当該外筒体７２１
の上部開口端側を塞ぐ蓋としての端板７２２とが接合Ｂ
されて構成されている。外郭容器の内部には、改質触媒
が内蔵された改質容器７３０、原料過熱部が内蔵された
加熱器容器７４０、改質された改質ガスのＣＯを低減さ
せる第１のＣＯ低減器が内蔵された第１低減器容器７５
０や第２のＣＯ低減器が内蔵された第２低減器容器７６
０等の内部容器が積層されており、各内部容器７３０、
７４０、７５０、７６０は適宜所要の流体流路を介して
接続されている。これらの内部容器７３０、７４０、７
５０、７６０もまた、上記の外郭容器７２１と同様に、
有底の外筒体７３１、７４１、７５１、７６１と、蓋と
しての端板７３２、７４２、７５２、７６２とがそれぞ
れ接合Ｂされて構成されている。
【００５７】上記の接合Ｂは、実施の形態１で説明した
Ｂ型接合部である。勿論、これに限らず、適宜、実施の
形態１で説明した他の接合構造としてもよい。これによ
り、実施の形態１と同様の作用効果を発揮することがで
きる。又、従来の技術の項で掲げた第３回国際燃料電池
会議の会報に掲載の積層型改質器においても、従来、層
間シールされていたものを、一定のまとまり毎に、図８
に示すよう箱体容器に納めて、同様に接合することによ
り、シール性の良好な積層型改質器を提供することがで
きる。
【００５８】尚、実施の形態１乃至４において、管状部
材は、必ずしも、円管に限らず、角に丸みをもつ角管で
あってもよいし、流体流路を構成するいわゆる管に限ら
ず、改質器の外郭容器や改質器内部に配設される内部容
器等の容器を構成する、例えば円筒形や角に丸みをもつ
角筒形等の有底の筒体（外筒体）も含む。
【００５９】
【発明の効果】本発明によれば、溶接による接合の場合
と異なり、接合時に接合部位が高温にならないため、熱
によるひずみの発生が解消され、製作精度を高めること
ができると共に、巻き締め加工、又はカシメ加工、又は
カーリング加工用の一般的装置を用いることにより、接
合の自動化や量産化を図ることができる。従って、安価
な改質器を提供することができる。
【００６０】又、本発明によれば、多重管における各管
での接合部の位置を軸方向にずらすことにより、接合作
業時に互いに治具の干渉を少なくすることができるの
で、接合作業を効率よく行うことができる。
【００６１】又、本発明によれば、シール部材を介在さ
せることにより、接合部のガスシール性を高めることが
できる。
【００６２】又、本発明によれば、ロウ材をシール部材
として用いることにより、耐熱性が向上し、高温になる
接合部にも用いることができ、高温環境下でのシール寿
命が伸びると共にガスシール性を高めることができる。
【００６３】又、本発明によれば、接合部に適宜スポッ
ト溶接を施すことにより、接合部の堅牢性を高めること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１の改質器の縦断面図である。
【図２】 Ａ型接合部の拡大断面図である。
【図３】 Ｂ型接合部の拡大断面図である。
【図４】 Ｃ型接合部の拡大断面図である。
【図５】 Ｄ型接合部の拡大断面図である。
【図６】 実施の形態２の改質器の縦断面図である。
【図７】 実施の形態３のＣＯ低減器の縦断面図であ
る。
【図８】 実施の形態４のＣＯ積層型改質器の縦断面図
である。
【図９】 Ａ型接合の実際を示す部分断面図である。
【図１０】 Ａ型接合の加工方法を示す説明図である
【図１１】 従来の燃料電池用改質器の縦断面図であ
る。
【符号の説明】
２１、５２１、６２１、７２１、７３１ 外管（管状部
材） ２３、５２３、６２３、 内管（管状部材）、 ２４、５２５、 中管（管状部材）、 ２５、２６、２７ 端板（板状部材）、 ２５１、２６１、２６１ 外当接縁部（当接縁部）、 ２６２、２７２ 内当接縁部（当接縁部）、 ４０、５４０ 第１流体供給管（管状部材）、 ４１、５４１ 第１流体排気管（管状部材） ４３、５４３ 第２流体排気管（管状部材）、 ５２５、５２６、５２７ 端板（板状部材）、 ６２５、６２６ 端板（板状部材）、 ８０ シール部材、 Ａ１、Ａ２、Ａ３ Ａ型接合部（接合部）、 Ｂ Ｂ型接合部（接合部）、 Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４ Ｃ型接合部（接合部）、 Ｄ Ｄ型接合部（接合部）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市村 英男 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3L103 AA01 AA11 AA13 BB50 CC27 DD04 DD10 DD18 DD22 DD38 DD44 4G040 EA01 EA06 EB46 5H027 AA02 BA01

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 管状部材と板状部材とが気密に接合され
    る接合部を随所に有する改質器において、 全部又は一部の前記接合部は、前記管状部材の筒状端部
    と当該筒状端部に少なくとも一部を重ね合わせた板状部
    材の当接縁部とが重ね合わされた状態で全周縁にわたっ
    て折り曲げて形成されたことを特徴とする改質器。
  2. 【請求項２】 同軸に重ねられた多重管を構成する各管
    状部材と板状部材とが接合される接合部を有する改質器
    において、 全部又は一部の前記接合部は、前記管状部材の筒状端部
    と当該筒状端部に少なくとも一部を重ね合わせた板状部
    材の当接縁部とが重ね合わされた状態で全周縁にわたっ
    て折り曲げて形成されたことを特徴とする改質器。
  3. 【請求項３】 板状部材の当接縁部は、当該板状部材の
    縁が当該縁の全周にわたって同一方向に折り曲げて形成
    されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
    改質器。
  4. 【請求項４】 管状部材の筒状端部は、当該管状部材の
    外側に鍔状に折り曲げて形成され、当該管状部材の開口
    端を覆うように宛がわれた板状部材の当接縁部と重ね合
    わされたことを特徴とする請求項１に記載の改質器。
  5. 【請求項５】 重ね合わせられる管状部材の筒状端部と
    板状部材の当接縁部との間に、第３の板状部材の当接縁
    部が介在されたことを特徴とする請求項４に記載の改質
    器。
  6. 【請求項６】 重ね合わせられる管状部材の筒状端部と
    板状部材の当接縁部との間にシール部材が介在されたこ
    とを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の
    改質器。
  7. 【請求項７】 シール部材は、有機材料の薄膜又は有機
    或いは無機材料のペーストであることを特徴とする請求
    項６に記載の改質器。
  8. 【請求項８】 シール部材は、ロウ材の薄膜又はロウ材
    のペーストであって、介在させて折り曲げた後に、当該
    ロウ材を熱処理により溶融させて形成されたことを特徴
    とする請求項６に記載の改質器。
  9. 【請求項９】 折り曲げは、カシメ加工、巻き締め加
    工、又はカーリング加工によることを特徴とする請求項
    １乃至請求項８の何れかに記載の改質器。
  10. 【請求項１０】 折り曲げられた接合部の適所にスポッ
    ト溶接部が施されたこと特徴とする請求項１乃至請求項
    ９の何れかに記載の改質器。
  11. 【請求項１１】 管状部材は改質器の外郭容器又は当該
    外郭容器の内部に配設される内部容器を構成する外郭筒
    体であり、板状部材は前記外郭筒体の端部の何れか一方
    又は双方を塞ぐ端板であることを特徴とする請求項１、
    請求項３乃至請求項１０の何れかに記載の改質器。
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