JP2005132667A - Vessel for housing fuel reformer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は例えば燃料電池システムにおいて燃料から改質ガスである水素ガスを発生させる燃料改質器を収容して燃料改質装置を構成するための燃料改質器収納用容器に関するものである。 The present invention relates to a fuel reformer housing container for housing a fuel reformer that generates hydrogen gas, which is a reformed gas, from a fuel in a fuel cell system to constitute a fuel reformer.
近年、電気エネルギーを効率的に、かつクリーンに生産する次世代の電源システムとして燃料電池システムが脚光を浴びており、既に自動車市場や家庭用燃料電池発電システムに代表されるコージェネレーション発電システム市場においては、低コストを目指した実用化のためのフィールドテストが盛んに行なわれている。 In recent years, fuel cell systems have been in the limelight as next-generation power systems that produce electric energy efficiently and cleanly. In the cogeneration power generation system market, which is already represented by the automobile market and household fuel cell power generation systems. In the field, field tests for practical application aiming at low cost are actively conducted.
さらに最近では、燃料電池システムの小型化を図り、携帯電話やPDA(Personal Digital Assistants),ノートパソコン,デジタルビデオカメラまたはデジタルスチルカメラ等の携帯機器の電源として使用することが検討されている。 More recently, the fuel cell system has been reduced in size and is being studied for use as a power source for portable devices such as mobile phones, PDAs (Personal Digital Assistants), notebook computers, digital video cameras, and digital still cameras.
一般に燃料電池は、燃料である例えばメタン等の炭化水素ガスあるいはメタノール等のアルコール類を燃料として燃料改質器を用いた燃料改質装置で改質ガスである水素ガスおよびその他のガスへ改質した後、この水素ガスを発電セルと呼ばれる発電装置に供給することにより発電が行なわれる。 In general, a fuel cell is reformed into hydrogen gas, which is a reformed gas, or other gas in a fuel reformer using a fuel reformer using a hydrocarbon gas such as methane or an alcohol such as methanol as a fuel. After that, power is generated by supplying this hydrogen gas to a power generation device called a power generation cell.
ここでの燃料改質器による燃料の改質とは、改質可能な燃料を水蒸気と結合させて触媒反応により水素ガスを発生させるプロセスをいう。 The reforming of the fuel by the fuel reformer here refers to a process in which reformable fuel is combined with water vapor to generate hydrogen gas by a catalytic reaction.
例えば、燃料としてメタノールを用いた場合は、次の化学反応式(1)に示すような水蒸気改質反応(式(1)中では、メタノールに水蒸気を結合させることにより、水素と二酸化炭素とに改質する反応)により、水素ガス(H2)を生成するプロセスをいう。なお、この改質反応により生成される水素以外の微量の生成ガス(主にCO2)は、通常は大気中に排出される。 For example, when methanol is used as a fuel, a steam reforming reaction as shown in the following chemical reaction formula (1) (in formula (1), steam is combined with methanol to form hydrogen and carbon dioxide. This refers to a process of generating hydrogen gas (H 2 ) by a reforming reaction). Note that a very small amount of product gas (mainly CO 2 ) other than hydrogen produced by this reforming reaction is usually discharged into the atmosphere.
CH3OH+H2O → 3H2+CO2・・・(1)
このような燃料改質器内で燃料を改質させる場合は、例えば燃料がメタノールの場合では約200〜300℃程度の高い温度が必要になる。
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (1)
When reforming the fuel in such a fuel reformer, for example, when the fuel is methanol, a high temperature of about 200 to 300 ° C. is required.
燃料改質器で発生した水素ガスは、発電セル内の膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)に供給される。 Hydrogen gas generated in the fuel reformer is supplied to a membrane electrode assembly (MEA) in the power generation cell.
膜電極接合体は、フッ素系材料からなる高分子膜とその高分子膜の両側に触媒層を形成した電極(アノード極およびカソード極)からなる。この高分子膜は、水分を含みアノード極で発生した水素イオンがカソード極へ移動するための経路となる。 The membrane electrode assembly includes a polymer film made of a fluorine-based material and electrodes (anode electrode and cathode electrode) in which a catalyst layer is formed on both sides of the polymer film. This polymer film provides a path for hydrogen ions containing water and generated at the anode electrode to move to the cathode electrode.
燃料改質器で発生した水素ガスは約300℃の高温状態になっており、そのままの温度状態で発電セルに供給した場合、高分子膜内の水分が蒸発し乾燥することによって水素イオンがアノード極からカソード極へ移動することが出来ず、結果発電システムが駆動しなくなる傾向がある。その対策として燃料改質器から発電セルまでの経路を長くすることや燃料改質器と発電セル間に冷却システムを設けることによって水素ガスの温度を下げる方法が取られる。 The hydrogen gas generated in the fuel reformer is in a high temperature state of about 300 ° C. When supplied to the power generation cell at the same temperature state, the water in the polymer film evaporates and dries, so that the hydrogen ions are anode. There is a tendency that the power generation system cannot be driven as a result of being unable to move from the pole to the cathode. As countermeasures, a method of lowering the temperature of hydrogen gas by taking a long path from the fuel reformer to the power generation cell or providing a cooling system between the fuel reformer and the power generation cell is taken.
しかしながら、燃料改質器から発電セルまでの経路を長くすることは、燃料電池システム全体が大型化し、その結果、携帯機器自体が大型化する問題点があった。 However, lengthening the path from the fuel reformer to the power generation cell increases the size of the entire fuel cell system, and as a result, increases the size of the portable device itself.
また、冷却システムを用いる場合、水冷用ポンプや空冷用冷却ファンを駆動させる必要があるが、発電セルで発電した総電気容量に占める冷却システムに使用する電気容量が増え、その結果、燃料電池システム全体の発電損失が増加するという問題点があった。 In addition, when using a cooling system, it is necessary to drive a water cooling pump or a cooling fan for air cooling, but the electric capacity used for the cooling system in the total electric capacity generated by the power generation cell increases, and as a result, the fuel cell system There was a problem that the total power generation loss increased.
また一方、燃料改質器は燃料を改質させるために、その内部温度を燃料がメタノールの場合では約200〜300℃程度の高温状態にする必要があるが、燃料が低温状態で燃料改質器内に供給されると燃料改質器の温度が下がり、その結果、改質反応の効率が低下するという問題点があった。 On the other hand, in order to reform the fuel, the fuel reformer needs to have a high internal temperature of about 200 to 300 ° C. when the fuel is methanol. When supplied into the reactor, the temperature of the fuel reformer decreases, and as a result, the efficiency of the reforming reaction decreases.
本発明は上記従来の技術における問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、高温状態の燃料を燃料改質器に供給することができ、かつ燃料改質器で発生するガスの温度を低下させた状態で排出して発電セルに供給できる燃料改質器収納用容器を提供することである。
本発明の燃料改質器収納用容器は、燃料から水素ガスを含む改質ガスを発生させる燃料改質器を内部に収容する凹部を上面に有する基体と、該基体の上面に前記凹部を覆って取着される蓋体と、前記凹部の底面に設置された前記燃料改質器を載置するための台座と、柱状体であるとともに内部に軸方向に延びる少なくとも2つの貫通孔が形成された柱状部材とを具備しており、一方の前記貫通孔は前記燃料改質器に前記燃料を供給する供給路であるとともに他方の前記貫通孔は前記改質ガスを排出する排出路であることを特徴とするものである。 The container for housing a fuel reformer of the present invention includes a base body having a recess on the upper surface that houses a fuel reformer that generates a reformed gas containing hydrogen gas from fuel, and the upper surface of the base body covers the recess. And a lid for mounting the fuel reformer installed on the bottom surface of the recess, and at least two through holes that are columnar and extend in the axial direction are formed. And the one through hole is a supply passage for supplying the fuel to the fuel reformer, and the other through hole is a discharge passage for discharging the reformed gas. It is characterized by.
本発明の燃料改質器収納用容器は、燃料から水素ガスを含む改質ガスを発生させる燃料改質器を内部に収容する凹部を上面に有する基体と、該基体の上面に前記凹部を覆って取着される蓋体と、前記凹部の底面に設置された前記燃料改質器を載置するための台座と、前記燃料改質器に前記燃料を供給する供給管と、前記改質ガスを排出する排出管と、前記燃料改質器に電力を供給する配線とを具備しており、前記供給管および前記排出管は、側面が互いに接触するように束ねられていることを特徴とするものである。 The container for housing a fuel reformer of the present invention includes a base body having a recess on the upper surface that houses a fuel reformer that generates a reformed gas containing hydrogen gas from fuel, and the upper surface of the base body covers the recess. A lid to be attached in this way, a pedestal for placing the fuel reformer installed on the bottom surface of the recess, a supply pipe for supplying the fuel to the fuel reformer, and the reformed gas And a wiring for supplying electric power to the fuel reformer, and the supply pipe and the discharge pipe are bundled so that side surfaces thereof are in contact with each other. Is.
本発明の燃料改質器収納用容器は、柱状体であるとともに内部に軸方向に延びる少なくとも2つの貫通孔が形成された柱状部材を具備しており、一方の貫通孔は燃料改質器に燃料を供給する供給路であるとともに他方の貫通孔は改質ガスを排出する排出路であることから、排出路内を流れる高温の改質ガスからの熱を供給路にきわめて効率よく移動させることができ、熱の移動により燃料の温度を高温化することが可能となり、燃料改質器の温度を低減させること無く燃料を供給できる。その結果、燃料改質器内の温度を高温に維持して、燃料電池システム全体の発電損失を増加させることのない燃料改質器収納用容器を提供することができる。 The container for housing a fuel reformer of the present invention is a columnar body and includes a columnar member having at least two through-holes extending in the axial direction therein, one of the through-holes serving as a fuel reformer. The supply passage for supplying fuel and the other through-hole are discharge passages for discharging the reformed gas, so that heat from the high-temperature reformed gas flowing in the discharge passage can be transferred to the supply passage very efficiently. The temperature of the fuel can be increased by the movement of heat, and the fuel can be supplied without reducing the temperature of the fuel reformer. As a result, it is possible to provide a fuel reformer storage container that maintains the temperature inside the fuel reformer at a high temperature and does not increase the power generation loss of the entire fuel cell system.
また、排出路から供給路への高効率な熱の移動により、燃料改質器から発電セルまでの経路を長くしたり、冷却システムを用いたりすることなく燃料改質器で発生したガスを効率よく冷却することができ、燃料電池システム全体を小型化できる。その結果、携帯機器用として非常に適した燃料改質器収納用容器を提供することができる。 In addition, the highly efficient transfer of heat from the discharge path to the supply path allows the gas generated in the fuel reformer to be more efficient without lengthening the path from the fuel reformer to the power generation cell or using a cooling system. It can be cooled well and the entire fuel cell system can be downsized. As a result, it is possible to provide a fuel reformer storage container that is very suitable for portable devices.
さらに、供給路と排出路との間の壁を非常に薄くすることができ、排出路から供給路への熱の移動を非常に高効率に行なうことができる。 Furthermore, the wall between the supply path and the discharge path can be made very thin, and heat can be transferred from the discharge path to the supply path with very high efficiency.
本発明の燃料改質器収納用容器は、供給管および排出管は、側面が互いに接触するように束ねられていることより、排出管内を流れる高温の改質ガスからの熱を供給管にきわめて効率よく移動させることができ、熱の移動により燃料の温度を高温化することが可能となり、燃料改質器の温度を低減させること無く燃料を供給できる。その結果、燃料改質器内の温度を高温に維持して、燃料電池システム全体の発電損失を増加させることのない燃料改質器収納用容器を提供することができる。 In the fuel reformer storage container of the present invention, the supply pipe and the discharge pipe are bundled so that the side surfaces are in contact with each other, so that heat from the high-temperature reformed gas flowing in the discharge pipe is extremely supplied to the supply pipe. The fuel can be efficiently moved, and the temperature of the fuel can be increased by the movement of heat, so that the fuel can be supplied without reducing the temperature of the fuel reformer. As a result, it is possible to provide a fuel reformer storage container that maintains the temperature inside the fuel reformer at a high temperature and does not increase the power generation loss of the entire fuel cell system.
また、排出管から供給管への高効率な熱の移動により、燃料改質器から発電セルまでの経路を長くしたり、冷却システムを用いたりすることなく燃料改質器で発生したガスを効率よく冷却することができ、燃料電池システム全体を小型化できる。その結果、携帯機器用として非常に適した燃料改質器収納用容器を提供することができる。 In addition, the efficient transfer of heat from the discharge pipe to the supply pipe allows the gas generated in the fuel reformer to be efficiently used without lengthening the path from the fuel reformer to the power generation cell or using a cooling system. It can be cooled well and the entire fuel cell system can be downsized. As a result, it is possible to provide a fuel reformer storage container that is very suitable for portable devices.
次に、本発明の燃料改質器収納用容器を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Next, the fuel reformer storage container of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の燃料電池収納用容器の実施の形態の一例を示す断面図であり、1は基体、2は配線としてのリード端子、3はワイヤー、4は蓋体、5は柱状部材、5aは供給路、5bは排出路、7は電極、8は基体1の貫通孔にリード端子2を絶縁しつつ封止固定するための絶縁封止材、9は燃料改質器、10は台座である。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of an embodiment of a fuel cell storage container according to the present invention, wherein 1 is a base, 2 is a lead terminal as a wiring, 3 is a wire, 4 is a lid, 5 is a columnar member, 5a is a supply path, 5b is a discharge path, 7 is an electrode, 8 is an insulating sealing material for insulating and fixing the
基体1および蓋体4は、ともに燃料改質器9を収納する容器としての役割を有し、例えばFe−Ni−Co系,Fe−Ni系,SUS等の金属材料や、酸化アルミニウム(Al2O3)質焼結体,ムライト(3Al2O3・2SiO2)質焼結体,炭化珪素(SiC)質焼結体,窒化アルミニウム(AlN)質焼結体,窒化珪素(Si3N4)質焼結体,ガラスセラミックス等のセラミック材料や、ポリイミド等の高耐熱の樹脂材料で形成されている。
Both the
なお、ガラスセラミックスはガラス成分とフィラー成分とから成るが、ガラス成分としては、例えばSiO2−B2O3系,SiO2−B2O3−Al2O3系,SiO2−B2O3−Al2O3−MO系(但し、MはCa,Sr,Mg,BaまたはZnを示す),SiO2−Al2O3−M1O−M2O系(但し、M1およびM2は同一または異なってCa,Sr,Mg,BaまたはZnを示す),SiO2−B2O3−Al2O3−M1O−M2O系(但し、M1およびM2は前記と同じである),SiO2−B2O3−M3 2O系(但し、M3はLi,NaまたはKを示す),SiO2−B2O3−Al2O3−M3 2O系(但し、M3は前記と同じである),Pb系ガラス,Bi系ガラス等が挙げられる。 Glass ceramics are composed of a glass component and a filler component. Examples of the glass component include SiO 2 —B 2 O 3 , SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 , and SiO 2 —B 2 O. 3- Al 2 O 3 -MO system (where M represents Ca, Sr, Mg, Ba or Zn), SiO 2 -Al 2 O 3 -M 1 O-M 2 O system (where M 1 and M 2 is the same or different and represents Ca, Sr, Mg, Ba or Zn), SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 —M 1 O—M 2 O system (where M 1 and M 2 are And SiO 2 —B 2 O 3 —M 3 2 O system (where M 3 represents Li, Na or K), SiO 2 —B 2 O 3 —Al 2 O 3 —M 3 2 O-based (however, M 3 is the same as above), Pb-based glass, B i-type glass etc. are mentioned.
また、フィラー成分としては、例えばAl2O3,SiO2,ZrO2とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、TiO2とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、Al2O3およびSiO2から選ばれる少なくとも1種を含む複合酸化物(例えばスピネル,ムライト,コージェライト)等が挙げられる。 Examples of the filler component include a composite oxide of Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 and an alkaline earth metal oxide, a composite oxide of TiO 2 and an alkaline earth metal oxide, Al 2 O 3. And composite oxides containing at least one selected from SiO 2 (for example, spinel, mullite, cordierite) and the like.
基体1および蓋体4は、それぞれ厚みを薄くし、燃料改質器収納容器11の低背化を可能とするためには、機械的強度である曲げ強度が200MPa以上であることが好ましい。
In order to reduce the thickness of the
基体1および蓋体4は、例えば相対密度が95%以上の緻密質の酸化アルミニウム質焼結体で形成されている場合であれば、例えば、まず酸化アルミニウム粉末に希土類酸化物粉末や酸化アルミニウム粉末等の焼結助剤を添加,混合して、酸化アルミニウム質焼結体の原料粉末を調製する。次いで、この原料粉末に有機バインダおよび分散媒を添加,混合してペースト化し、このペーストをドクターブレード法によって、あるいは原料粉末に有機バインダを加え、プレス成形,圧延成形等によって、所定の厚みのグリーンシートを作製する。その後、所定枚数のシート状成形体を位置合わせして積層圧着した後、この積層体を、例えば非酸化性雰囲気中、焼成最高温度が1200〜1500℃の温度で焼成して、目的とするセラミックス製の基体1および蓋体4を得る。
If the
また同じように、基体1および蓋体4の成形は粉末成形プレス法であっても構わない。
Similarly, the
基体1および蓋体4が金属材料から成る場合は、切削法,プレス法,MIM(Metal Injection Mold)法等により所定の形状に形成される。
When the
また、基体1および蓋体4が金属材料から成る場合は、腐食を防止するためにその表面は、例えばAu,Niのめっき処理や、ポリイミド等の樹脂コーティング等の被覆コーティング処理が行なわれることが望ましい。例えばAuめっき処理の場合であれば、その厚みは0.1〜5μm程度であることが望ましい。
When the
燃料改質器9は、微小ケミカルデバイスとして、半導体製造技術を適用して、例えば、シリコン等の半導体,石英,ガラス,セラミックス等の無機材料の基材に、切削法,エッチング法,ブラスト法等により細い溝を形成することによって液体流路が作製され、操作中の液体の蒸発防止等を目的として、ガラス板等のカバーを陽極接合等により表面に密着させて使用される。 The fuel reformer 9 applies a semiconductor manufacturing technology as a micro chemical device, for example, a cutting method, an etching method, a blasting method, etc. on a base material of an inorganic material such as a semiconductor such as silicon, quartz, glass, or ceramics. A liquid channel is produced by forming a narrower groove, and a cover such as a glass plate is adhered to the surface by anodic bonding or the like for the purpose of preventing evaporation of the liquid during operation.
また、燃料改質器9内には、温度調節機構、例えば抵抗層等から成る薄膜ヒーターを形成し、表面にはこの薄膜ヒーターへ電力を供給する端子として電極7が形成されることにより、一般的に200〜800℃程度の温度条件(燃料改質条件に相当する)に調整することで、供給路5aが接続された燃料供給口から供給される燃料を水蒸気と結合させて、燃料排出口に接続された排出路5bから水素を発生させる改質反応を良好に促進することができる。
Also, a thin film heater composed of a temperature control mechanism, for example, a resistance layer, is formed in the fuel reformer 9, and an
この燃料改質器9は、蓋体4がAu系,Ag系,Al系等の金属ロウ材やガラス材による接合やシームウェルド法等により基体1にその凹部を覆って取着されることによって、燃料改質器収納容器11内に収納される。
The fuel reformer 9 is attached to the
例えばAuSnロウ材による接合の場合であれば、蓋体4に予めAuSnロウ材を溶着させておくか、あるいは金型等を用いて打ち抜き加工等で形成したAuSnロウ材を基体1と蓋体4との間に載置した後、封止炉あるいはシームウェルダーで蓋体4を基体1に取着することによって、燃料改質器収納用容器11の内部に燃料改質器9を封止する。
For example, in the case of joining with an AuSn brazing material, an AuSn brazing material formed by punching or the like using a die or the like by previously welding an AuSn brazing material to the
燃料改質器収納容器11内の断熱性をさらに向上させるためには、燃料改質器収納容器11内を真空にすることが効果的であり、そのためには、燃料改質器9を封止する際に、真空炉でのロウ材による封止や真空チャンバー内でのシームウェルド法や溶接法で行なえばよい。
In order to further improve the heat insulation in the fuel
燃料改質器9の燃料供給口および燃料排出口を柱状体5に接続する方法としては、シリコン,石英ガラス,ホウ珪酸ガラスやセラミックス等の無機物や、ポリカーボネイト,ポリアクリルアミド等のプラスチックやシリコーンゴムや珪素樹脂等の有機物や、Au−Sn,Au−Si等の金合金から成るものを用いる接続方法が挙げられる。 As a method of connecting the fuel supply port and the fuel discharge port of the fuel reformer 9 to the columnar body 5, inorganic materials such as silicon, quartz glass, borosilicate glass and ceramics, plastic such as polycarbonate and polyacrylamide, silicone rubber, Examples include a connection method using an organic material such as silicon resin or a gold alloy such as Au—Sn or Au—Si.
燃料改質器9は、燃料改質器9上の電極7がボンディングワイヤ3を介してリード端子2に電気的に接続される。これにより、電極7を通じて燃料改質器9上に形成されたヒータを加熱することができ、その結果燃料改質器9において燃料の改質反応を安定させることができる。
In the fuel reformer 9, the
柱状部材5は、その内部に軸上方向に延びる貫通孔から成る供給路5aおよび排出路5bを有し、供給路5aと排出路5bを通じて、燃料を燃料改質器9に供給する役割や、燃料改質器9で生成された改質ガスである例えば水素(H2)ガスを排出して外部の発電セル等に供給する役割がある。
The columnar member 5 has a
また、柱状部材5は燃料改質器9を燃料改質器収納用容器11内に支持する役割も有する。
The columnar member 5 also has a role of supporting the fuel reformer 9 in the fuel
本発明の燃料改質器収納用容器11は、柱状体であるとともに内部に軸方向に延びる少なくとも2つの貫通孔が形成された柱状部材5を具備しており、一方の貫通孔は燃料改質器に燃料を供給する供給路5aであるとともに他方の貫通孔は改質ガスを排出する排出路5bであることから、排出路5b内を流れる高温の改質ガスからの熱を供給路5aにきわめて効率よく移動させることができ、熱の移動により燃料の温度を高温化することが可能となり、燃料改質器9の温度を低減させること無く燃料を供給できる。その結果、燃料改質器9内の温度を高温に維持して、燃料電池システム全体の発電損失を増加させることのない燃料改質器収納用容器11を提供することができる。
The fuel
また、排出路5bから供給路5aへの高効率な熱の移動により、燃料改質器9から発電セルまでの経路を長くしたり、冷却システムを用いたりすることなく燃料改質器9で発生したガスを効率よく冷却することができ、燃料電池システム全体を小型化できる。その結果、携帯機器用として非常に適した燃料改質器収納用容器11を提供することができる。
In addition, the highly efficient heat transfer from the
さらに、供給路5aと排出路5bとの間の壁を非常に薄くすることができ、排出路5bから供給路5aへの熱の移動を非常に高効率に行なうことができる。
Furthermore, the wall between the
柱状部材5は、例えばFe−Ni−Co系,Fe−Ni系,SUS等の金属材料や、酸化アルミニウム(Al2O3)質焼結体,ムライト(3Al2O3・2SiO2)質焼結体,炭化珪素(SiC)質焼結体,窒化アルミニウム(AlN)質焼結体,窒化珪素(Si3N4)質焼結体,ガラスセラミックス焼結体等のセラミックス材料や、ポリイミド等の高耐熱の樹脂材料、パイレックス(R)ガラスや石英ガラスで形成されている。 The columnar member 5 is made of, for example, a metal material such as Fe—Ni—Co, Fe—Ni, SUS, an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) sintered body, a mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ) sintered Ceramic materials such as sintered body, silicon carbide (SiC) sintered body, aluminum nitride (AlN) sintered body, silicon nitride (Si 3 N 4 ) sintered body, glass ceramic sintered body, polyimide, etc. It is made of a high heat resistant resin material, Pyrex (R) glass or quartz glass.
柱状部材5の壁厚は、原料供給や改質ガス排出の圧力で変形しない厚みが必要であり、上記の材料から成る場合には、携帯機器等に使用するものでは通常は0.1mm以上であれば良い。また、流れ方向の長さは、燃料改質器9で発生する熱を発電セルに伝えにくくするためには長い程よいが、燃料電池システム全体の大きさを考慮した長さにすべきである。 The wall thickness of the columnar member 5 needs to be a thickness that does not deform due to the pressure of raw material supply or reformed gas discharge, and when it is made of the above materials, it is usually 0.1 mm or more when used for portable devices. It ’s fine. Further, the length in the flow direction is preferably as long as possible to make it difficult for heat generated in the fuel reformer 9 to be transmitted to the power generation cell, but it should be taken into consideration in consideration of the size of the entire fuel cell system.
柱状部材5は、超音波,熱,圧力,化学的処理等により基体1に接合される。また、Au−Si,Ag−Cu等のロウ材やホウ珪酸ガラス等で接合されてもかまわない。
The columnar member 5 is bonded to the
供給路5aおよび排出路5bの内径はφ0.1mm以上として流体の圧力損失を抑えるとともに、小型化のためにφ5mm以下とすることが好ましい。
The inner diameters of the
供給路5aおよび排出路5bの断面形状としては、通常は円形とすればよいが、これに限定されない。円形の他には、楕円形や、流体の流れ方向にその辺部を合わせることができる角状のもの、例えば、正方形,長方形が挙げられる。
The cross-sectional shapes of the
供給路5aと排出路5b間の距離は熱の交換を起こりやすくするため、近いほうが望ましいが、原料供給や改質ガス排出の圧力で変形しない強度が必要であり、0.1mm程度が望ましい。
The distance between the
台座10は、燃料改質器収納用容器11の凹部の底面に設置され、燃料改質器9を燃料改質器収納用容器11の凹部内に載置固定する役割を持つ。燃料改質器収納用容器11への熱の伝導を低減させるためには、台座10は、低熱伝導材料で燃料改質器収納用容器11の凹部の底面に固定されて設置される。この設置に用いられる材料としては、例えば、ガラス質接合材や高耐熱性の接着材であることが望ましい。
The
絶縁封止材8は、例えば鉛を主成分とする絶縁ガラスから成り、この絶縁封止材8によって基体1とリード端子2とが電気的に絶縁されてリード端子2が封止固定されている。また、基体1に形成されたリード端子2が挿通される貫通孔は、基体1とリード端子2とが接触して電気的に導通することがない大きさが必要であり、具体的にはリード端子2から基体1まで0.1mm以上であるのがよい。
The insulating
この台座10上へ燃料改質器9を載置した後に、上述のシリコン,石英ガラス,ホウ珪酸ガラス,セラミックス等の無機物、またはポリカーボネイト,ポリアクリルアミド等のプラスチックやシリコーンゴムや珪素樹脂等の有機物、またはAu−Sn,Au−Si等の金合金から成る材料を用いて接合する。
After the fuel reformer 9 is placed on the
その後、燃料改質器9上の電極7とリード端子2とをボンディングワイヤ3を介して電気的に接続する。さらに蓋体4を用いて基体1の凹部を封止することによって、燃料改質器収納用容器11の凹部内に燃料改質器9が収容されて気密に封止され、燃料改質装置が形成される。
Thereafter, the
次に、本発明の第二の発明である燃料改質器収納用容器11について説明する。第二の発明である燃料改質器収納用容器11は、上記の柱状部材5に換えて、側面が互いに接触するように束ねられた、燃料改質器9に燃料を供給する供給管と改質ガスを排出する排出管とを用いる。この供給管および排出管以外の構成は上記本発明の柱状部材5を用いた燃料改質器収納用容器11と同じであるので説明は省略する。
Next, the fuel
これにより、排出管内を流れる高温の改質ガスからの熱を供給管にきわめて効率よく移動させることができ、熱の移動により燃料の温度を高温化することが可能となり、燃料改質器の温度を低減させること無く燃料を供給できる。その結果、燃料改質器9内の温度を高温に維持して、燃料電池システム全体の発電損失を増加させることのない燃料改質器収納用容器11を提供することができる。
As a result, heat from the high-temperature reformed gas flowing in the exhaust pipe can be transferred to the supply pipe very efficiently, and the temperature of the fuel can be increased by the transfer of heat. The fuel can be supplied without reducing the above. As a result, it is possible to provide the fuel
また、排出管から供給管への高効率な熱の移動により、燃料改質器9から発電セルまでの経路を長くしたり、冷却システムを用いたりすることなく燃料改質器9で発生したガスを効率よく冷却することができ、燃料電池システム全体を小型化できる。その結果、携帯機器用として非常に適した燃料改質器収納用容器11を提供することができる。
In addition, due to highly efficient heat transfer from the discharge pipe to the supply pipe, the gas generated in the fuel reformer 9 without lengthening the path from the fuel reformer 9 to the power generation cell or using a cooling system. The entire fuel cell system can be reduced in size. As a result, it is possible to provide the fuel
供給管および排出管は、例えばFe−Ni−Co系,Fe−Ni系,SUS等の金属材料や、酸化アルミニウム(Al2O3)質焼結体,ムライト(3Al2O3・2SiO2)質焼結体,炭化珪素(SiC)質焼結体,窒化アルミニウム(AlN)質焼結体,窒化珪素(Si3N4)質焼結体,ガラスセラミックス焼結体等のセラミックス材料や、ポリイミド等の高耐熱の樹脂材料、パイレックス(R)ガラスや石英ガラスで形成されている。 The supply pipe and the discharge pipe are, for example, metal materials such as Fe—Ni—Co, Fe—Ni, SUS, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) sintered material, mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 ). Ceramic materials such as a sintered material, a silicon carbide (SiC) material, an aluminum nitride (AlN) material, a silicon nitride (Si 3 N 4 ) material, a glass ceramic material, and a polyimide The heat-resistant resin material such as Pyrex (R) glass or quartz glass.
供給管および排出管の壁厚は、原料供給や改質ガス排出の圧力で変形しない厚みが必要であり、上記の材料から成る場合には、携帯機器等に使用するものでは通常は0.1mm以上であれば良い。また、流れ方向の長さは、燃料改質器9で発生する熱を発電セルに伝えにくくするためには長い程よいが、燃料電池システム全体の大きさを考慮した長さにすべきである。 The wall thickness of the supply pipe and discharge pipe must be such that it does not deform due to the pressure of the raw material supply or reformed gas discharge. If it is good. Further, the length in the flow direction is preferably as long as possible to make it difficult for heat generated in the fuel reformer 9 to be transmitted to the power generation cell, but it should be taken into consideration in consideration of the size of the entire fuel cell system.
供給管および排出管は、超音波,熱,圧力,化学的処理等により基体1に接合される。また、Au−Si,Ag−Cu等のロウ材やホウ珪酸ガラス等で接合されてもかまわない。
The supply pipe and the discharge pipe are joined to the
供給管および排出管の内径はφ0.1mm以上として流体の圧力損失を抑えるとともに、小型化のためにφ5mm以下とすることが好ましい。 The inner diameters of the supply pipe and the discharge pipe are preferably set to φ0.1 mm or more to suppress the pressure loss of the fluid and to φ5 mm or less for miniaturization.
供給管および排出管の断面形状としては、通常は円形とすればよいが、これに限定されない。円形の他には、楕円形や、流体の流れ方向にその辺部を合わせることができる角状のもの、例えば、正方形,長方形が挙げられる。 The cross-sectional shapes of the supply pipe and the discharge pipe may be generally circular, but are not limited thereto. In addition to the circular shape, there are an elliptical shape and a rectangular shape whose side can be matched to the fluid flow direction, for example, a square shape and a rectangular shape.
供給管および排出管は、熱の交換を起こりやすくするため、互いにろう材等で接合されているのがよい。 The supply pipe and the discharge pipe are preferably joined together by a brazing material or the like in order to facilitate heat exchange.
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、図1に示した例においては、柱状部材5は燃料改質器9の上面に接合されているが、これらは燃料改質器9の仕様に応じて下面に接合してもかまわない。 In addition, this invention is not limited to the example of the above embodiment, A various change may be added in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, in the example shown in FIG. 1, the columnar member 5 is joined to the upper surface of the fuel reformer 9, but these may be joined to the lower surface according to the specifications of the fuel reformer 9.
また、図1に示した例においては台座10は複数個であるが、燃料改質器9を載置固定するのに十分な接合強度を確保できる場合は、台座10は単数であってもかまわない。
In the example shown in FIG. 1, there are a plurality of
さらに、柱状部材5は1本の供給路5aである貫通孔と1本の排出路5bである貫通孔とが形成された例を示したが、複数の貫通孔が形成されるとともに、数本は供給路5aとして使用され、残りは排出路5bとして使用されてもよい。
Furthermore, although the columnar member 5 showed the example in which the through-hole which is one
1・・・・・基体
2・・・・・リード端子
3・・・・・ワイヤー
4・・・・・蓋体
5・・・・・柱状部材
5a・・・・供給路
5b・・・・排出路
7・・・・・電極
8・・・・・絶縁封止材
9・・・・・燃料改質器
10・・・・・台座
11・・・・・燃料改質器収納用容器
DESCRIPTION OF
10 ... pedestal
11 ・ ・ ・ ・ ・ Fuel reformer storage container
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JP2003369954A JP2005132667A (en) | 2003-10-30 | 2003-10-30 | Vessel for housing fuel reformer |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007095359A (en) * | 2005-09-27 | 2007-04-12 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Fuel reformer for fuel cell |
JP2009207956A (en) * | 2008-02-29 | 2009-09-17 | Kyocera Corp | Reaction apparatus |
-
2003
- 2003-10-30 JP JP2003369954A patent/JP2005132667A/en active Pending
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