JP4324313B2 - Fuel reformer and manufacturing apparatus thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化水素を含む改質用燃料を改質反応させて水素を含む改質ガスを生成するための改質器を備えた燃料改質装置およびその製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、固体高分子電解質膜を挟んでアノード側電極とカソード側電極とを対設した燃料電池セルを、セパレータによって挟持して複数積層することにより構成された燃料電池スタックが開発され、種々の用途に実用化されつつある。
【0003】
この種の燃料電池スタックは、炭化水素、例えば、メタノール水溶液の水蒸気改質により生成された水素ガスを含む改質ガス(燃料ガス)をアノード側電極に供給するとともに、酸化剤ガス(酸素ガスまたは空気)をカソード側電極に供給することにより、前記水素ガスが水素イオン化して固体高分子電解質膜内を流れ、これにより燃料電池の外部に電気エネルギが得られるように構成されている。
【0004】
この場合、メタノール水溶液から水素ガスを含む改質ガスを生成して燃料電池スタックに供給するために、燃料改質装置が用いられている。この燃料改質装置は、例えば、メタノール水溶液等の改質用燃料を水蒸気化させるための蒸発器と、この蒸発器を通って水蒸気化された改質用燃料ガスに改質反応を施して水素ガスを含む改質ガスを生成するための改質器と、系全体の暖機を行うための暖機用燃焼器と、前記改質器により生成された改質ガス中の一酸化炭素を除去するための一酸化炭素除去器と、前記改質ガスを燃料電池スタックの運転温度に調整するための熱交換機等の各種のコンポーネントを備えている。
【0005】
上記の燃料改質装置では、改質触媒としてペレットが一般的に使用されており、このペレットがガスの流れ方向に長尺に構成されている。このため、改質触媒のガスの流れ方向の温度差が大きくなって、触媒部全域で所望の改質反応を実現することが困難になるとともに、コンパクト性に劣るという問題が指摘されている。そこで、ガスの流れ方向に直交するドーナツ形状の改質触媒層を使用することにより、改質器全体の薄肉化を図ることが考えられる。
【0006】
例えば、図5に示す燃料改質装置2では、ケーシング4内に改質室6が形成されるとともに、この改質室6には、改質ガスの流れ方向に配列されて複数のドーナツ状の改質触媒層8が設けられている。各改質触媒層8の外周面および内周面を保持して流路部材10が配設され、前記流路部材10の中央部側から前記改質触媒層8に向かって改質ガスを供給するように構成されている。
【0007】
最下流に位置する改質触媒層8に対応して改質ガス流路部材12が設けられており、この改質ガス流路部材12は、複数の改質ガス通過用孔部14を設けたカバー部材16と、最下流の前記改質触媒層8の内周面に嵌合する有底筒状体18とを備えている。この有底筒状体18は、流路部材10の中央側に流れる改質用燃料の漏れを阻止する機能を有している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の改質ガス流路部材12では、カバー部材16に有底筒状体18を接合する際に、これらの部材が0.1mm〜0.5mm程度の薄板で構成されるとともに、前記有底筒状体18の溶着部位に対応して治具を設定することが極めて困難となっている。このため、通常、有底筒状体18をカバー部材16に軽圧入処理を行うことで対応している。
【0009】
しかしながら、カバー部材16および有底筒状体18の加工精度に影響されて接合部分に隙間が発生し易いという問題がある。この状態で溶接を行おうとすると、溶接中の熱膨張によって部品間の隙間がさらに拡大するという不具合が指摘されている。これにより、改質ガス流路部材12を高精度に製造することができず、大量生産に対応することが困難なものとなってしまう。
【0010】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、薄板状の有底筒状体とカバー部材とが隙間等を惹起することなく確実かつ強固に溶着された改質器を備える燃料改質装置を提供することを目的とする。
【0011】
また、本発明は、改質器を構成する薄板状の有底筒状体とカバー部材とを隙間等が惹起することなく確実かつ容易に溶着するとともに、構成を簡素化することが可能な燃料改質装置の製造装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料改質装置では、面方向が改質用燃料の流れ方向に直交して設定される複数の改質触媒層と、前記改質触媒層の外周面および内周面を保持するとともに、前記内周面を保持する筒状部に形成された孔部から該改質触媒層に前記改質用燃料を供給する流路部材と、前記流路部材の最下流側に配置される改質ガス流路部材とを備える改質器が設けられる。そして、改質ガス流路部材は、筒状部の下流側端部に嵌合する有底筒状体と、生成された改質ガスを通過させる開口部が形成されるとともに、前記有底筒状体が溶着されるカバー部材とを設け、前記有底筒状体は開口側端部に径方向外方に向かって延在するフランジ部を有し、前記フランジ部が前記カバー部材に溶着されている。
【0013】
これにより、特に、有底筒状体およびカバー部材が薄板で構成されていても、フランジ部とカバー部材とを確実に保持した状態で、溶着作業が高精度に遂行される。従って、有底筒状体とカバー部材との接合部位に孔開きや溶け分かれ等の欠陥部位が発生することがなく、高品質な改質ガス流路部材を効率的に製造することが可能になる。
【0014】
また、本発明に係る燃料改質装置の製造装置では、改質ガス流路部材を構成するカバー部材と有底筒状体を接合する際に、このカバー部材の側面部を保持する側面保持機構と、前記有底筒状体の開口側端部に径方向外方に向かって延在するフランジ部の端縁部を保持する端縁部保持機構と、前記フランジ部の端部と前記カバー部材の側面部とを溶着する溶接機構とを備えている。
【0015】
このように、有底筒状体のフランジ部が端縁部保持機構により保持されるため、このフランジ部とカバー部材との間に隙間が発生することがなく、溶接機構を介して前記フランジ部の縁部と前記カバー部材の側面部とが容易かつ確実に溶着される。しかも、端縁部保持機構の作用下に、溶接中の熱変形の発生を回避することができ、有底筒状体とカバー部材とを安定して溶接するとともに、気密性を確実に保持することが可能になる。さらに、有底筒状体をカバー部材に圧入しないため、これらの部品の加工精度に影響されることがなく、良好な溶接処理が遂行可能になる。
【0016】
また、側面保持機構は、カバー部材の溶着面側に配置される固定治具と、前記カバー部材の前記溶着面とは反対の面側に配置される銅製バックバーとを備えている。これにより、カバー部材を側面部両側から確実に保持するとともに、バックバーを介して放熱性が有効に向上し、高入熱側の溶接条件においても良好な溶接作業が遂行可能であって、量産性の向上が容易に図られる。
【0017】
さらにまた、側面保持機構および端縁部保持機構が回転テーブルに一体的に装着されている。このため、装置全体のコンパクト化が容易に図られる。
【0018】
また、カバー部材に設けられた筒状部端面を支持する端面支持機構を備えることにより、端縁部保持機構と前記端面支持機構とを介して有底筒状体のフランジ部とカバー部材とを強固に保持することができる。従って、フランジ部の端部とカバー部材の側面部とに対し、隙間等のない高精度な溶接処理が確実に遂行される。
【0019】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態に係る燃料改質装置20の分解斜視説明図であり、図2は、前記燃料改質装置20の一部断面説明図である。
【0020】
燃料改質装置20は、改質用燃料の流れ方向(矢印A方向)に沿って蒸発器22、改質器26、中間燃焼器27およびCO選択酸化器28をこの順に配列し、かつこれらのコンポーネントを一体的に収容するとともに、改質室30および各コンポーネント間のガス流路32を構成する内側ケーシング手段34と、前記内側ケーシング手段34を囲繞して配設され、該内側ケーシング手段34の外壁との間に所定の真空度を有する断熱用閉塞空間33を形成する外側ケーシング手段35とを備える。
【0021】
内側ケーシング手段34は、各コンポーネントである蒸発器22、改質器26、中間燃焼器27およびCO選択酸化器28を配列支持する支持プレート36と、前記支持プレート36により配列支持された前記蒸発器22、前記改質器26、前記中間燃焼器27および前記CO選択酸化器28を収容する第1板状内側ケース38a、40aおよび第2板状内側ケース38b、40bとを備える。
【0022】
図1に示すように、支持プレート36は、単一の弾性を有する薄板材、例えば、金属板で構成されており、蒸発器22を収容する第1開口部46と、改質器26、中間燃焼器27およびCO選択酸化器28を収容する矢印A方向に長尺な第2開口部48とが設けられる。支持プレート36には、第1開口部46側の端部に蒸発器22の3本の管体50に対応して3つの半円筒部52が形成されるとともに、第2開口部48の端部側には、CO選択酸化器28の管体54に対応して半円筒部56が設けられる。第1および第2開口部46、48の境界部位には、同様に半円筒部58が設けられる一方、前記第2開口部48の長尺側両側部には、メタノール蒸気用管路60a、60b、エア用管路62および冷却水用管路66a、66bに対応して複数の半円筒部68a、68bが設けられる。
【0023】
第1および第2板状内側ケース38a、38bは、正面視略楕円形状(偏平形状)に構成され、それぞれの開口側端部には周回するフランジ部70が形成される。フランジ部70には、蒸発器22の各管体50に対応して半円筒部72が3箇所に設けられ、前記半円筒部72の反対側には、単一の半円筒部74が形成される。第2板状内側ケース38bには、蒸発器22に設けられている接続部76a、76bに対応して孔部78a、78bが形成される。
【0024】
第1および第2板状内側ケース40a、40bは、正面視略楕円形状に構成されており、それぞれの開口側端部に設けられているフランジ部80同士を重ね合わせることによって内部に改質室30が形成される。フランジ部80の長手方向両端には、半円筒部74に対応する半円筒部82と、CO選択酸化器28の管体54に対応する半円筒部84が設けられる一方、前記フランジ部80の両側部には、支持プレート36の半円筒部68a、68bに対応する半円筒部86a、86bが設けられる。第1および第2板状内側ケース40a、40bの内壁には、改質室30側に突出する膨出部88a、88bが形成される。
【0025】
外側ケーシング手段35は、第1板状内側ケース38a、40aおよび第2板状内側ケース38b、40bの外壁との間に断熱用閉塞空間33を形成して、前記第1板状内側ケース38a、40aおよび前記第2板状内側ケース38b、40bを囲繞する第1板状外側ケース90aおよび第2板状外側ケース90bを備える。
【0026】
第1および第2板状外側ケース90a、90bは、正面視略楕円形状に構成されるとともに、それぞれの開口側端部には、周回するフランジ部100が形成される。各フランジ部100の長手方向両端には、蒸発器22の管体50に対応する半円筒部102と、CO選択酸化器28の管体54に対応する半円筒部104とが形成され、前記フランジ部100の両側部には、第1および第2板状内側ケース40a、40bの半円筒部86a、86bに対応する半円筒部106a、106bが設けられる。フランジ部100の一側部には、リークチェック用の管路(図示せず)に対応する半円筒部107が設けられる。
【0027】
第1板状外側ケース90aの内部には、第1板状内側ケース38aを支持するための円盤状膨出部108a、108bが形成される一方、第2板状外側ケース90bの内部には、第2板状内側ケース38bを支持する円盤状膨出部110a、110bが形成される。膨出部110bには、蒸発器22の接続部76a、76bを挿通するための孔部112a、112bが形成されている。
【0028】
第1板状内側ケース38a、40aに支持プレート36を介して蒸発器22、改質器26、中間燃焼器27およびCO選択酸化器28が配置された状態で、第2板状内側ケース38b、40bがそれぞれのフランジ部70、80を重ね合わせて配置され、前記フランジ部70、80同士がスポット溶接等により固定される。第1板状内側ケース38a、40aおよび第2板状内側ケース38b、40bを覆って第1および第2板状外側ケース90a、90bが配置され、それぞれのフランジ部100が重ね合わされて、例えば、スポット溶接により固定される。
【0029】
図2に示すように、改質器26は、第1乃至第5改質触媒層114a〜114eと、前記第1乃至第5改質触媒層114a〜114eの内周面を一体的に固定する筒状部116を設けるとともに、前記第1乃至第5改質触媒層114a〜114eの外周面を一体的に保持する第1乃至第5流路部材118a〜118eと、前記第5改質触媒層114eの下流側(最下流側)に配置される改質ガス流路部材119とを備える。
【0030】
第1乃至第5改質触媒層114a〜114eは、銅または亜鉛系触媒で構成されており、ドーナツ形状のハニカム構造に設定されている。各ハニカム触媒のそれぞれの面方向は、改質室30内の改質用燃料の流れ方向(矢印A方向)に直交するとともに、各ハニカム触媒が矢印A方向に並列されている。第1乃至第5改質触媒層114a〜114eの改質用燃料の流れ方向上流側には、それぞれ整流板120が固定される。整流板120は、適切な圧力損失を有しており、第1乃至第5改質触媒層114a〜114eへの改質用燃料の流れを均等化するとともに、各触媒層面内の流れを均等化する機能を有している。筒状部116の外周部には、第1乃至第5改質触媒層114a〜114eに対応して複数の孔部122が形成されている。
【0031】
改質ガス流路部材119は、筒状部116に一体的に設けられるカバー部材124と、前記筒状部116に嵌合して改質用燃料が前記筒状部116の下流側端部から排出されることを阻止する有底筒状体126とを備える。カバー部材124は、第1乃至第5流路部材118a〜118eと略同様の形状を有しており、矢印A方向に向かって拡径する側面部128には、改質ガスを通過させるための複数の孔部130が形成され、この側面部128の端部には、第1および第2板状内側ケース40a、40bの膨出部88a、88bに把持されるリング部132が一体的に設けられている。
【0032】
図3に示すように、有底筒状体126は、開口側端部に径方向外方に向かって延在するフランジ部134が設けられている。このフランジ部134とカバー部材124の側面部128とが、例えば、TIG溶接により溶着されている。
【0033】
図4は、本発明の実施形態に係る製造装置200の概略構成図である。この製造装置200は、燃料改質装置20を構成する改質ガス流路部材119を接合するものであり、前記改質ガス流路部材119を構成するカバー部材124の側面部128を保持する側面保持機構202と、有底筒状体126のフランジ部134の端縁部を保持する端縁部保持機構204と、前記フランジ部134の端部と前記カバー部材124の側面部128とを溶着する溶接トーチ(溶接機構)206とを備え、これらが回転テーブル208に一体的に装着されている。
【0034】
回転テーブル208には、治具プレート210が設けられ、この治具プレート210の回転中心に対応してカバー部材124の筒状部116の端面を支持する芯出し治具(端面支持機構)212が固定される。芯出し治具212は、筒状部116の端面が当接する平坦部214と、前記筒状部116内に嵌合して該筒状部116の芯出しを行う膨出部216とを一体的に有している。
【0035】
側面保持機構202は、カバー部材124の溶着面側に配置される固定治具218と、前記カバー部材124の前記溶着面とは反対の面側に配置される銅製バックバー220とを備えており、このバックバー220が複数の支柱222を介して治具プレート210に保持される。バックバー220は、略リング状を有しており、その内周側の壁面に逃げ用テーパ面224が形成される。バックバー220は、その内周面側が筒状部116の外周面に近接する位置に設定されるとともに、カバー部材124を支持する面226は、有底筒状体126のフランジ部134と前記カバー部材124との溶着部位よりも前記筒状部116側に延在している。
【0036】
固定治具218は、内周面側に逃げ用テーパ面228を設けるとともに、内周側端部および外周側端部には、バックバー220側に突出する押圧部230a、230bが設けられる。固定治部218は、固定ボルト231を介してバックバー220に固定されるとともに、この固定ボルト231は、カバー部材124に形成されている孔部130に挿入される。
【0037】
回転テーブル208または図示しない本体ブラケットにフレーム232が取り付けられ、このフレーム232の先端には、前記回転テーブル208側に向かってクランプ治具234が設けられる。このクランプ治具234の縁端には、ベアリング236を介して端縁部保持機構204を構成する芯出し治具238が装着される。この芯出し治具238は、有底筒状体126に挿入される膨出部240と、前記膨出部240の基端部側に一体的に設けられ、半径外方向に膨出する押圧部242とを備え、この押圧部242が前記有底筒状体126のフランジ部134の端縁部を押圧する。溶接トーチ206は、例えば、TIGトーチであり、図示しない溶接ロボットに装着されている。
【0038】
次に、このように構成される製造装置200を用いて改質ガス流路部材119を製造する作業について説明する。
【0039】
まず、治具プレート210には、芯出し治具212およびバックバー220が固定されており、カバー部材124の筒状部116が前記芯出し治具212の平坦部214および膨出部216を介してセンタリング支持されるとともに、側面部128が前記バックバー220の面226に対応して配置される。次いで、側面保持機構202を構成する固定治具218が固定ボルト231を介してバックバー220に固定されることにより、カバー部材124の側面部128が前記固定治具218と前記バックバー220とにより保持される。
【0040】
さらに、有底筒状体126が端縁部保持機構204を介してカバー部材124に対応して配置される。この端縁部保持機構204では、膨出部240が有底筒状体126に嵌合するとともに、押圧部242が前記有底筒状体126のフランジ部134の端縁部を前記カバー部材124の側面部128に押圧支持する。その際、端縁部保持機構204は、クランプ治具234を介して芯出し治具212側に加圧されるとともに、フレーム232により偏加圧が阻止されている。この状態で、回転テーブル208が回転され、溶接トーチ206を介して有底筒状体126のフランジ部134とカバー部材124の側面部128とが、全周にわたってTIG溶接される。
【0041】
この場合、本実施形態では、端縁部保持機構204を介して有底筒状体126のフランジ部134の端縁部が押圧保持された状態で、前記フランジ部134の端部とカバー部材124の側面部128とが溶接(溶着)されるため、この溶接作業時に前記フランジ部134と前記側面部128との間に隙間が発生することがない。
【0042】
しかも、端縁部保持機構204を構成する押圧部242は、フランジ部134の端部から内方に、例えば、3mm〜5mm離間した位置、すなわち、アーク逃げや溶融池の接触等がなく、溶接に干渉しない最小位置に設定されており、溶接時の熱変形を抑制することができる。これにより、熱変形による隙間の発生を有効に阻止することが可能になり、高精度な溶接作業が安定して遂行されるという効果が得られる。
【0043】
さらに、側面保持機構202を構成するバックバー220は、熱伝導性に優れる銅材料で構成されている。このため、フランジ部134と側面部128との溶接時にバックバー220を介して放熱性が向上し、特に、高入熱側の溶接条件でも良好な溶接が行われ、量産性に優れるという利点がある。
【0044】
さらにまた、有底筒状体126をカバー部材124の筒状部116に圧入する必要がない。従って、カバー部材124および有底筒状体126の加工精度に影響されることがなく、良好な溶接が確実に行われる。
【0045】
また、有底筒状体126を端縁部保持機構204を構成する膨出部240で芯出し(位置決め)することができ、簡単な構成で溶接品質が向上するとともに、改質ガス流路部材119全体の精度の向上を図ることが可能になる。しかも、以後の組み立て工程では、有底筒状体126を加工基準にすることができ、各工程における治具の簡素化が図られるとともに、精度の向上が容易に遂行される。
【0046】
次に、このように製造される改質ガス流路部材119が組み込まれた燃料改質装置20の動作について以下に説明する。
【0047】
燃料改質装置20の蒸発器22には、メタノールおよび水が所定の混合比に混合されたメタノール水溶液が供給される。この蒸発器22では、高温の燃焼ガスと蒸発ガスとが熱交換することによってメタノール水溶液が蒸気化し、空気と混合されて改質器26内に供給される。
【0048】
改質器26に供給された改質用燃料は、図2に示すように、筒状部116内に導入されて孔部122から第1乃至第5改質触媒層114a〜114eに向かって導出される。第1乃至第5改質触媒層114a〜114eでは、改質用燃料中のメタノール水蒸気および酸素によって発熱反応である酸化反応と吸熱反応である燃料改質反応とが行われる。
【0049】
この第1乃至第5改質触媒層114a〜114eを通って生成される改質ガスは、改質室30内を矢印A方向に流れ、改質ガス流路部材119を構成するカバー部材124に形成された孔部130およびガス流路32を通って中間燃焼器27側に送られ、さらにガス流路32を介してCO選択酸化器28に送られる。CO選択酸化器28では、改質ガス中のCOが選択的に酸化除去された後、この改質ガスが燃料電池スタック(図示せず)に供給される。この燃料電池スタックには、酸化剤ガス、例えば、空気が供給されており、改質ガス中の水素ガスとこの空気中の酸素ガスとが反応して発電が行われる。
【0050】
この場合、本実施形態では、図3に示すように、改質ガス流路部材119を構成する有底筒状体126の開放側端部に径方向外方に向かって延在するフランジ部134が設けられ、このフランジ部134がカバー部材124の側面部128に溶着されている。これにより、特に、薄板部材であるカバー部材124と有底筒状体126との溶接部位に隙間等の溶接欠陥が発生することがない。従って、改質用燃料が筒状部116内を矢印A方向に流れて、この筒状部116と有底筒状体126との間から漏れることがなく、良好かつ確実な燃料改質処理が遂行されるという効果が得られる。
【0051】
さらに、カバー部材124と有底筒状体126とが強固に溶接されるため、前記有底筒状体126が前記カバー部材124から離脱する等の不良を惹起することがない。このため、改質ガス流路部材119を長期間にわたって効果的に使用することができ、経済的なものとなる。
【0052】
【発明の効果】
本発明に係る燃料改質装置では、改質ガス流路部材を構成する有底筒状体が開口側端部に径方向外方に向かって延在するフランジ部を有しており、このフランジ部をカバー部材に溶着して構成されるため、前記有底筒状体と前記カバー部材との溶接部位に隙間等が発生することがない。これにより、簡単な構成で、改質用燃料の漏れを確実に阻止するとともに、所望の溶接強度を有して長期間にわたり効果的に使用することが可能になる。
【0053】
また、本発明に係る燃料改質装置の製造装置では、カバー部材の側面部を側面保持機構で保持するとともに、有底筒状体のフランジ部の端縁部を端縁部保持機構で保持した状態で、前記フランジ部の端部と前記カバー部材の側面部とが溶着される。このため、フランジ部とカバー部材との間に隙間が発生することがなく、簡単な構成で、前記フランジ部の端部と前記カバー部材の側面部とを高精度かつ良好に溶接することが可能になる。これにより、高精度な溶接作業が安定して遂行されるとともに、所望の気密性を確保することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る燃料改質装置の分解斜視説明図である。
【図2】前記燃料改質装置の一部断面説明図である。
【図3】前記燃料改質装置を構成する改質ガス流路部材の断面図である。
【図4】本発明の実施形態に係る製造装置の概略構成図である。
【図5】ドーナツ形状の改質触媒層を有する燃料改質装置の説明図である。
【符号の説明】
20…燃料改質装置 22…蒸発器
26…改質器 27…中間燃焼器
28…CO選択酸化器 30…改質室
32…ガス流路 34…内側ケーシング手段
35…外側ケーシング手段 114a〜114e…改質触媒層
118a〜118e…流路部材 119…改質ガス流路部材
122、130…孔部 124…カバー部材
126…有底筒状体 128…側面部
134…フランジ部 200…製造装置
202…側面保持機構 204…端縁部保持機構
206…溶接トーチ 212、238…芯出し治具
218…固定治具 220…バックバー
226…面 230a、230b、242…押圧部
232…フレーム 234…クランプ治具
240…膨出部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel reformer including a reformer for producing a reformed gas containing hydrogen by reforming a reforming fuel containing hydrocarbon and a manufacturing apparatus thereof.
[0002]
[Prior art]
For example, a fuel cell stack constructed by laminating a plurality of fuel cell units in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between an anode side electrode and a cathode side electrode and sandwiched by separators has been developed. Is being put into practical use.
[0003]
This type of fuel cell stack supplies a reformed gas (fuel gas) containing hydrocarbons, for example, hydrogen gas generated by steam reforming of an aqueous methanol solution, to the anode side electrode and an oxidant gas (oxygen gas or By supplying (air) to the cathode side electrode, the hydrogen gas is hydrogen ionized and flows in the solid polymer electrolyte membrane, whereby electric energy is obtained outside the fuel cell.
[0004]
In this case, a fuel reformer is used to generate a reformed gas containing hydrogen gas from an aqueous methanol solution and supply it to the fuel cell stack. This fuel reformer includes, for example, an evaporator for steaming a reforming fuel such as an aqueous methanol solution, and a reforming reaction is performed on the reforming fuel gas steamed through the evaporator to generate hydrogen. A reformer for generating a reformed gas containing gas, a warm-up combustor for warming up the entire system, and removing carbon monoxide in the reformed gas generated by the reformer A carbon monoxide remover, and a heat exchanger for adjusting the reformed gas to the operating temperature of the fuel cell stack.
[0005]
In the fuel reformer, pellets are generally used as the reforming catalyst, and the pellets are long in the gas flow direction. For this reason, the temperature difference in the gas flow direction of the reforming catalyst becomes large, and it is difficult to realize a desired reforming reaction in the entire catalyst portion, and the problem is that the compactness is inferior. Therefore, it is conceivable to reduce the thickness of the entire reformer by using a doughnut-shaped reforming catalyst layer orthogonal to the gas flow direction.
[0006]
For example, in the fuel reformer 2 shown in FIG. 5, a reforming chamber 6 is formed in the casing 4, and the reforming chamber 6 is arranged in the flow direction of the reformed gas and has a plurality of donut-like shapes. A reforming
[0007]
A reformed
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-described reformed gas
[0009]
However, there is a problem that a gap is likely to be generated at the joint portion due to the processing accuracy of the
[0010]
The present invention solves this type of problem, and includes a reformer in which a thin plate-like bottomed cylindrical body and a cover member are securely and firmly welded without causing a gap or the like. The purpose is to provide.
[0011]
Further, the present invention provides a fuel capable of welding the thin plate-like bottomed cylindrical body constituting the reformer and the cover member reliably and easily without causing a gap and simplifying the configuration. It aims at providing the manufacturing apparatus of a reformer.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In the fuel reformer according to the present invention, a plurality of reforming catalyst layers whose surface direction is set orthogonal to the flow direction of the reforming fuel, and the outer peripheral surface and inner peripheral surface of the reforming catalyst layer are held. And a flow path member that supplies the reforming fuel to the reforming catalyst layer from a hole formed in a cylindrical portion that holds the inner peripheral surface, and is disposed on the most downstream side of the flow path member. A reformer comprising a reformed gas channel member is provided. The reformed gas flow path member is formed with a bottomed cylindrical body fitted to the downstream end of the cylindrical portion, and an opening for allowing the generated reformed gas to pass therethrough. A cover member to which the cylindrical body is welded, and the bottomed tubular body has a flange portion extending radially outward at an opening side end portion, and the flange portion is welded to the cover member. ing.
[0013]
Thereby, in particular, even when the bottomed cylindrical body and the cover member are formed of thin plates, the welding operation is performed with high accuracy in a state where the flange portion and the cover member are securely held. Therefore, there is no occurrence of a defective part such as a hole or a melt at the joint part between the bottomed cylindrical body and the cover member, and it is possible to efficiently manufacture a high-quality reformed gas channel member. Become.
[0014]
In the fuel reformer manufacturing apparatus according to the present invention, when the cover member constituting the reformed gas flow path member and the bottomed cylindrical body are joined, the side surface holding mechanism that holds the side surface portion of the cover member. An end edge holding mechanism for holding an end edge portion of the flange portion extending radially outward at an opening side end portion of the bottomed cylindrical body, an end portion of the flange portion, and the cover member And a welding mechanism that welds the side surface portion.
[0015]
As described above, since the flange portion of the bottomed cylindrical body is held by the edge holding mechanism, no gap is generated between the flange portion and the cover member, and the flange portion is interposed via the welding mechanism. The edge portion and the side surface portion of the cover member are easily and reliably welded. Moreover, the occurrence of thermal deformation during welding can be avoided under the action of the edge holding mechanism, the bottomed tubular body and the cover member can be stably welded, and airtightness can be reliably maintained. It becomes possible. Furthermore, since the bottomed cylindrical body is not press-fitted into the cover member, it is possible to perform a good welding process without being affected by the processing accuracy of these parts.
[0016]
Further, the side surface holding mechanism includes a fixing jig disposed on the welding surface side of the cover member and a copper back bar disposed on the surface side opposite to the welding surface of the cover member. As a result, the cover member is securely held from both sides of the side portion, and the heat dissipation is effectively improved through the back bar, and good welding work can be performed even under high heat input side welding conditions. The improvement in performance can be easily achieved.
[0017]
Furthermore, the side surface holding mechanism and the edge holding mechanism are integrally attached to the rotary table. For this reason, the whole apparatus can be easily made compact.
[0018]
In addition, by providing an end surface support mechanism that supports the end surface of the cylindrical portion provided in the cover member, the flange portion of the bottomed cylindrical body and the cover member are interposed via the end edge holding mechanism and the end surface support mechanism. It can be held firmly. Therefore, a highly accurate welding process without a gap or the like is reliably performed on the end portion of the flange portion and the side surface portion of the cover member.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an exploded perspective view of a
[0020]
The
[0021]
The inner casing means 34 includes a
[0022]
As shown in FIG. 1, the
[0023]
The first and second plate-like
[0024]
The first and second plate-like
[0025]
The outer casing means 35 forms a heat insulating
[0026]
The first and second plate-like
[0027]
Disk-shaped bulging
[0028]
With the
[0029]
As shown in FIG. 2, the
[0030]
The first to fifth reforming
[0031]
The reformed gas
[0032]
As shown in FIG. 3, the bottomed
[0033]
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the
[0034]
The rotary table 208 is provided with a
[0035]
The side
[0036]
The fixing
[0037]
A
[0038]
Next, an operation for manufacturing the reformed gas
[0039]
First, a centering
[0040]
Furthermore, the bottomed
[0041]
In this case, in this embodiment, the end portion of the
[0042]
In addition, the
[0043]
Furthermore, the
[0044]
Furthermore, it is not necessary to press-fit the bottomed
[0045]
Further, the bottomed
[0046]
Next, the operation of the
[0047]
A methanol aqueous solution in which methanol and water are mixed at a predetermined mixing ratio is supplied to the
[0048]
As shown in FIG. 2, the reforming fuel supplied to the
[0049]
The reformed gas generated through the first to fifth reforming
[0050]
In this case, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, a
[0051]
Further, since the
[0052]
【The invention's effect】
In the fuel reformer according to the present invention, the bottomed cylindrical body constituting the reformed gas flow path member has a flange portion extending radially outward at the opening side end portion. Since the portion is welded to the cover member, no gap or the like is generated at the welded portion between the bottomed tubular body and the cover member. Accordingly, it is possible to reliably prevent the reforming fuel from leaking with a simple configuration and to have a desired welding strength and to be used effectively over a long period of time.
[0053]
In the fuel reformer manufacturing apparatus according to the present invention, the side surface portion of the cover member is held by the side surface holding mechanism, and the end edge portion of the flange portion of the bottomed cylindrical body is held by the end edge portion holding mechanism. In the state, the end portion of the flange portion and the side surface portion of the cover member are welded. For this reason, there is no gap between the flange portion and the cover member, and the end portion of the flange portion and the side surface portion of the cover member can be welded with high accuracy and satisfactory with a simple configuration. become. Thereby, it is possible to stably perform highly accurate welding work and to secure desired airtightness.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a fuel reformer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional explanatory view of the fuel reformer.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a reformed gas flow path member constituting the fuel reformer.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a fuel reformer having a doughnut-shaped reforming catalyst layer.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記改質器は、面方向が前記改質用燃料の流れ方向に直交して設定される複数の改質触媒層と、
前記改質触媒層の外周面および内周面を保持するとともに、前記内周面を保持する筒状部に形成された孔部から該改質触媒層に前記改質用燃料を供給する流路部材と、
前記流路部材の最下流側に配置される改質ガス流路部材と、
を備え、
前記改質ガス流路部材は、前記筒状部の下流側端部に嵌合して該下流側端部から前記改質用燃料が排出されることを阻止する有底筒状体と、
生成された前記改質ガスを通過させる開口部が形成され、前記有底筒状体が溶着されるカバー部材と、
を設けるとともに、
前記有底筒状体は、開口側端部に径方向外方に向かって延在するフランジ部を有し、前記フランジ部が前記カバー部材に溶着されることを特徴とする燃料改質装置。A fuel reformer including a reformer for generating a reformed gas containing hydrogen by reforming a reforming fuel containing hydrocarbon,
The reformer includes a plurality of reforming catalyst layers whose surface direction is set orthogonal to the flow direction of the reforming fuel;
A flow path for holding the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the reforming catalyst layer and supplying the reforming fuel to the reforming catalyst layer from a hole formed in a cylindrical portion that holds the inner peripheral surface Members,
A reformed gas channel member disposed on the most downstream side of the channel member;
With
The reformed gas flow path member is fitted to the downstream end portion of the cylindrical portion and prevents the reforming fuel from being discharged from the downstream end portion;
An opening for allowing the generated reformed gas to pass therethrough, and a cover member to which the bottomed tubular body is welded;
And providing
The bottomed cylindrical body has a flange portion extending radially outward at an opening side end portion, and the flange portion is welded to the cover member.
前記カバー部材の側面部を保持する側面保持機構と、
前記有底筒状体の開口側端部に径方向外方に向かって延在して設けられたフランジ部の端縁部を保持する端縁部保持機構と、
前記フランジ部の端部と前記カバー部材の側面部とを溶着する溶接機構と、
を備えることを特徴とする燃料改質装置の製造装置。The reforming catalyst layer retains the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of a plurality of reforming catalyst layers whose surface direction is set orthogonal to the flow direction of the reforming fuel, and the reforming catalyst layer receives the reforming from the hole of the cylindrical portion. And a reformed gas channel member disposed on the most downstream side of the channel member, wherein the reformed gas channel member is a downstream end of the cylindrical portion. A manufacturing apparatus for manufacturing a fuel reformer comprising a bottomed cylindrical body fitted to a cover member and a cover member having an opening through which the generated reformed gas passes.
A side surface holding mechanism for holding a side surface portion of the cover member;
An edge holding mechanism for holding an edge of the flange provided to extend radially outward at the opening side end of the bottomed tubular body;
A welding mechanism for welding the end portion of the flange portion and the side surface portion of the cover member;
An apparatus for manufacturing a fuel reformer characterized by comprising:
前記カバー部材の前記溶着面とは反対の面側に配置される銅製バックバーと、
を備えることを特徴とする燃料改質装置の製造装置。The manufacturing apparatus according to claim 2, wherein the side surface holding mechanism includes a fixing jig disposed on a welding surface side of the cover member;
A copper back bar disposed on the surface of the cover member opposite to the welding surface;
An apparatus for manufacturing a fuel reformer characterized by comprising:
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