JP2005225709A - 改質器および燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 良好な改質効率で小型化を促進できる改質器、およびこの改質器を備えた燃料電池システムを提供すること。
【解決手段】 圧電振動子の振動により液滴を吐出するインクジェット30で、改質器10の触媒11上に燃料を吐出する。圧電振動子の振動で燃料吐出を行うので、微量吐出ができ、発生する水素量を正確に制御できる。したがって、必要な量の水素のみを発生させることができるから、水素の収納スペースを大きく確保する必要がなく、燃料電池システム1の小型化を促進できる。
【選択図】 図1
【解決手段】 圧電振動子の振動により液滴を吐出するインクジェット30で、改質器10の触媒11上に燃料を吐出する。圧電振動子の振動で燃料吐出を行うので、微量吐出ができ、発生する水素量を正確に制御できる。したがって、必要な量の水素のみを発生させることができるから、水素の収納スペースを大きく確保する必要がなく、燃料電池システム1の小型化を促進できる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、燃料を改質して水素を取り出す改質器、およびこの改質器を備えた燃料電池システムに関する。
燃料電池は、外部から燃料と酸素とを連続的に供給し、電気化学的に反応させて電気エネルギを取り出すものである。燃料電池は、他の発電方式に比べて高効率で二酸化炭素の排出量が少ないため、環境問題が顕著になっている近年注目されている。
例えば高分子電解質形燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell, PEFC)は、低い温度で動作が可能で起動時間が短く、小型化も可能である。この高分子電解質形燃料電池は、高分子固体電解質膜を空気側電極と燃料側電極とで挟んだ構造のMEA(Membrane Electrode Assembly)を備え、空気側電極に空気(酸素)を供給し、燃料側電極にメタノールや改質した水素などの燃料を供給することにより、電気化学的反応が起こり電力が発生する(例えば特許文献1)。
例えば高分子電解質形燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell, PEFC)は、低い温度で動作が可能で起動時間が短く、小型化も可能である。この高分子電解質形燃料電池は、高分子固体電解質膜を空気側電極と燃料側電極とで挟んだ構造のMEA(Membrane Electrode Assembly)を備え、空気側電極に空気(酸素)を供給し、燃料側電極にメタノールや改質した水素などの燃料を供給することにより、電気化学的反応が起こり電力が発生する(例えば特許文献1)。
改質した水素を燃料として使用する高分子電解質形燃料電池では、メタノールなどの燃料を改質して水素を取り出す改質器を必要とする。しかしながら、燃料を改質する場合、少量の液体燃料に対して、大量の気体水素が発生する。したがって、この大量の水素を蓄積するために大型の収納空間が必要となり、燃料電池全体の小型化を図ることができない。特に、燃料電池が稼働しない状態では水素が消費されないためより大量の水素を蓄積する必要があり、燃料電池の小型化がますます困難となる。このように、燃料電池の使用状況に応じた水素の発生量の制御が困難な場合がある。
また、改質器の触媒として加熱触媒を用いている場合では、改質を促進するために触媒を所定温度に加熱し保持することが必要となる。ところが、この加熱触媒に燃料を供給すると、燃料の温度によって触媒の温度が低下してしまう。このため、改質器の小型化を促進する場合では、改質器の小型化に伴って収納される加熱触媒も少量となるため、燃料の供給による触媒の温度低下への影響が大きくなり、適切な温度を保持することができないという問題がある。
また、改質器の触媒として加熱触媒を用いている場合では、改質を促進するために触媒を所定温度に加熱し保持することが必要となる。ところが、この加熱触媒に燃料を供給すると、燃料の温度によって触媒の温度が低下してしまう。このため、改質器の小型化を促進する場合では、改質器の小型化に伴って収納される加熱触媒も少量となるため、燃料の供給による触媒の温度低下への影響が大きくなり、適切な温度を保持することができないという問題がある。
本発明の目的は、良好な改質効率で小型化を促進できる改質器、およびこの改質器を備えた燃料電池システムを提供することにある。
本発明の改質器は、燃料を改質して水素を取り出す改質器であって、燃料の改質を促進する触媒と、触媒上に燃料を液滴状に吐出する液滴吐出手段と、触媒を収納するケースとを備え、液滴吐出手段は、燃料を収納する燃料収納室と、この燃料収納室に連通し、触媒上に燃料を吐出するノズルと、燃料収納室とノズルとの間の燃料流路を圧電振動子の振動によって圧縮してノズルから燃料を吐出する吐出機構とを備えて構成されることを特徴とする。
この発明によれば、液滴吐出手段によって触媒上に燃料を液滴状に吐出する。この場合に、液滴吐出手段が、圧電振動子の微小な振動によって燃料流路を圧縮し、ノズルから燃料を吐出する吐出機構を備えているので、ノズルからの燃料の微量吐出が可能となる。したがって、微量燃料から発生する水素の量も少量となり、水素の発生量の制御が容易となる。これにより、水素を収納するスペースを大きく確保する必要がないので、改質器の小型化が促進される。
また、例えば触媒として加熱触媒を使用した場合でも、液滴吐出手段により燃料の微量吐出が可能なので、改質器を小型化しても触媒の温度への影響が小さく、触媒の温度を低下させることなく適切な触媒温度が保持される。したがって、改質器の小型化を促進しても良好な改質性能が維持される。
この発明によれば、液滴吐出手段によって触媒上に燃料を液滴状に吐出する。この場合に、液滴吐出手段が、圧電振動子の微小な振動によって燃料流路を圧縮し、ノズルから燃料を吐出する吐出機構を備えているので、ノズルからの燃料の微量吐出が可能となる。したがって、微量燃料から発生する水素の量も少量となり、水素の発生量の制御が容易となる。これにより、水素を収納するスペースを大きく確保する必要がないので、改質器の小型化が促進される。
また、例えば触媒として加熱触媒を使用した場合でも、液滴吐出手段により燃料の微量吐出が可能なので、改質器を小型化しても触媒の温度への影響が小さく、触媒の温度を低下させることなく適切な触媒温度が保持される。したがって、改質器の小型化を促進しても良好な改質性能が維持される。
本発明では、圧電振動子は、燃料流路外壁に対して近接離間する方向の縦振動を励振する向きに設けられていることが望ましい。
この発明によれば、圧電振動子は縦振動を励振することにより燃料流路を圧縮する。ここで、圧電振動子は比較的高負荷での振動が可能であるため、例えば燃料の粘度が高い場合などでも良好に燃料が吐出される。したがって、燃料吐出の微量吐出を高い信頼性で行うことが可能となるとともに、吐出可能な燃料の範囲が広くなり、改質器の汎用性が向上する。また、圧電振動子の縦振動の振幅は、燃料流路の圧縮量に比例するので、燃料流路の圧縮量の制御が容易となる。
この発明によれば、圧電振動子は縦振動を励振することにより燃料流路を圧縮する。ここで、圧電振動子は比較的高負荷での振動が可能であるため、例えば燃料の粘度が高い場合などでも良好に燃料が吐出される。したがって、燃料吐出の微量吐出を高い信頼性で行うことが可能となるとともに、吐出可能な燃料の範囲が広くなり、改質器の汎用性が向上する。また、圧電振動子の縦振動の振幅は、燃料流路の圧縮量に比例するので、燃料流路の圧縮量の制御が容易となる。
本発明では、圧電振動子は、燃料流路外壁にほぼ平行に縦振動を励振することにより、縦振動と略直交する方向に撓み振動を励振する向きに設けられていることが望ましい。
この発明によれば、圧電振動子が撓み振動を励振するので、圧電振動子の縦振動を利用する場合に比べて、得られる振幅がより大きくなる。したがって、この撓み振動の振幅を調整することで、より広い範囲で燃料流路の圧縮量を調整することが可能となり、燃料の吐出量の調整範囲が広くなるとともに、燃料の吐出制御の多様化に柔軟に対応可能となる。
この発明によれば、圧電振動子が撓み振動を励振するので、圧電振動子の縦振動を利用する場合に比べて、得られる振幅がより大きくなる。したがって、この撓み振動の振幅を調整することで、より広い範囲で燃料流路の圧縮量を調整することが可能となり、燃料の吐出量の調整範囲が広くなるとともに、燃料の吐出制御の多様化に柔軟に対応可能となる。
本発明では、ケース内部には、ケース内の空間を分離する気液分離膜が設けられ、この気液分離膜で分離された一方の空間は、ノズルおよび触媒が設けられた燃料改質室とされ、他方の空間は燃料改質室で発生した水素を燃料から分離して取り出す水素分離室とされていることが望ましい。
この発明によれば、ケース内部の気液分離膜によって水素分離室が設けられているので、液滴吐出手段から吐出された燃料の液滴が水素分離室に混入することがなく、燃料が混入されない水素のみが確実に分離されて取り出される。これにより、例えば改質器から取り出された水素を燃料電池に使用する場合でも、純度の高い水素を利用することにより、燃料電池での反応効率が良好となる。
この発明によれば、ケース内部の気液分離膜によって水素分離室が設けられているので、液滴吐出手段から吐出された燃料の液滴が水素分離室に混入することがなく、燃料が混入されない水素のみが確実に分離されて取り出される。これにより、例えば改質器から取り出された水素を燃料電池に使用する場合でも、純度の高い水素を利用することにより、燃料電池での反応効率が良好となる。
本発明では、ケース内部の触媒の鉛直下方には、燃料の改質が終了した廃液を蓄積する廃液室が形成されていることが望ましい。
この発明によれば、ケース内部の触媒の鉛直下方に廃液室が設けられているので、改質が終了した廃液で触媒が覆われるのが防止され、触媒が液滴吐出手段から吐出された燃料と常に良好に接触可能となる。これにより、燃料の改質効率が良好となり、水素の発生率が良好となる。
この発明によれば、ケース内部の触媒の鉛直下方に廃液室が設けられているので、改質が終了した廃液で触媒が覆われるのが防止され、触媒が液滴吐出手段から吐出された燃料と常に良好に接触可能となる。これにより、燃料の改質効率が良好となり、水素の発生率が良好となる。
本発明では、燃料は、アルコール系燃料、有機ハイドライド燃料、およびボロハイドライド燃料のいずれか一つであることが望ましい。
この発明によれば、燃料が適切に設定されているので、液滴吐出手段により燃料を触媒に吐出することにより、水素を取り出すことが容易となる。特に燃料としてボロハイドライド燃料を用いた場合では、常温での反応が可能なので、改質器を加熱する必要がなく、適用範囲が広くなり有用である。
ここで、アルコール系燃料としては、例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどが挙げられ、有機ハイドライド燃料としては、例えばデカリン、シクロへキサン、メチルシクロへキサンなどが挙げられ、またボロハイドライド燃料としては、例えば水素化ホウ素ナトリウム水溶液、水素化ホウ素カリウム水溶液、水素化ホウ素リチウム水溶液などが挙げられる。
この発明によれば、燃料が適切に設定されているので、液滴吐出手段により燃料を触媒に吐出することにより、水素を取り出すことが容易となる。特に燃料としてボロハイドライド燃料を用いた場合では、常温での反応が可能なので、改質器を加熱する必要がなく、適用範囲が広くなり有用である。
ここで、アルコール系燃料としては、例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどが挙げられ、有機ハイドライド燃料としては、例えばデカリン、シクロへキサン、メチルシクロへキサンなどが挙げられ、またボロハイドライド燃料としては、例えば水素化ホウ素ナトリウム水溶液、水素化ホウ素カリウム水溶液、水素化ホウ素リチウム水溶液などが挙げられる。
本発明の燃料電池システムは、前述の改質器と、改質器で取り出された水素により発電する燃料電池とを備え、燃料電池は、電解質膜と、この電解質膜の両面に対向してそれぞれ配置される燃料極および空気極と、燃料極の外側に形成され、改質器から取り出された水素が供給される燃料室と、空気極の外側に配置され、空気または酸素が供給される空気室とを備えて構成されていることが望ましい。
この発明によれば、燃料電池システムが前述の改質器を備えているので、前述の効果と同様の効果が得られ、改質器への燃料の微量吐出が可能となる。したがって、燃料を微量吐出することにより水素の発生量も少量となるため、水素を蓄積する収納手段などが小さく構成可能となり、燃料電池システム全体の小型化が促進される。
この発明によれば、燃料電池システムが前述の改質器を備えているので、前述の効果と同様の効果が得られ、改質器への燃料の微量吐出が可能となる。したがって、燃料を微量吐出することにより水素の発生量も少量となるため、水素を蓄積する収納手段などが小さく構成可能となり、燃料電池システム全体の小型化が促進される。
本発明では、燃料電池での水素の消費量に応じて改質器での燃料の供給量を制御する供給制御手段を備えたことが望ましい。
この発明によれば、燃料電池システムが供給制御手段を備えているので、燃料の吐出量を調整することにより、水素の発生量も調整可能となり、燃料電池の使用状況に応じた柔軟な稼働が可能となる。
この発明によれば、燃料電池システムが供給制御手段を備えているので、燃料の吐出量を調整することにより、水素の発生量も調整可能となり、燃料電池の使用状況に応じた柔軟な稼働が可能となる。
本発明の改質器および燃料電池システムによれば、液滴吐出手段により触媒に燃料を供給するので、燃料を触媒上に微量供給でき、発生する水素量を適切に制御できるから、改質器の小型化を促進できるという効果がある。また、燃料の微量供給が可能なので、燃料によって触媒の温度を低下させず、良好な改質効率を維持できるという効果がある。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1には、本発明の一実施形態にかかる燃料電池システム1の概略構成図が示されている。この図1において、燃料電池システム1は、燃料を改質して水素を取り出す改質器10と、改質器10から得られる水素の電気化学的反応により電気エネルギを発生する燃料電池20と、燃料電池20の使用状態に応じて改質器10への燃料の供給を制御する供給制御手段40とを備えている。
図1には、本発明の一実施形態にかかる燃料電池システム1の概略構成図が示されている。この図1において、燃料電池システム1は、燃料を改質して水素を取り出す改質器10と、改質器10から得られる水素の電気化学的反応により電気エネルギを発生する燃料電池20と、燃料電池20の使用状態に応じて改質器10への燃料の供給を制御する供給制御手段40とを備えている。
改質器10は、燃料の反応を促進する触媒11と、触媒11を収納するケース12と、触媒11上に燃料を液滴状に吐出する液滴吐出手段としてのインクジェット30とを備えている。
燃料は、例えば水素化ホウ素ナトリウム水溶液、水素化ホウ素カリウム水溶液、水素化ホウ素リチウム水溶液等のボロハイドライド燃料や、デカリン、シクロへキサン、メチルシクロヘキサン等の有機ハイドライド燃料、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール系燃料などが採用できる。なお、燃料として水素化ホウ素ナトリウム水溶液を用いる場合では、例えば水酸化ナトリウム3g、純水27g、水素化ホウ素ナトリウム5.5gの燃料組成のものが採用できる。
また、触媒11の触媒材料としては、燃料がボロハイドライド燃料の場合では、白金Pt、ルテニウムRu、ロジウムRhなどの白金族や、コバルトCo、ニッケルNi、フッ化処理した水素吸蔵合金などが採用できる。また、燃料が有機ハイドライド燃料の場合では、触媒11の触媒材料として、白金Pt、ルテニウムRu、ロジウムRhなどの白金族などが採用できる。そして燃料がメタノールの場合では、触媒11の触媒材料として水蒸気改質触媒が採用でき、例えばNiや、銅系、Cu/ZnO/Al2O3系、Pd/ZnO等が採用できる。
燃料は、例えば水素化ホウ素ナトリウム水溶液、水素化ホウ素カリウム水溶液、水素化ホウ素リチウム水溶液等のボロハイドライド燃料や、デカリン、シクロへキサン、メチルシクロヘキサン等の有機ハイドライド燃料、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール系燃料などが採用できる。なお、燃料として水素化ホウ素ナトリウム水溶液を用いる場合では、例えば水酸化ナトリウム3g、純水27g、水素化ホウ素ナトリウム5.5gの燃料組成のものが採用できる。
また、触媒11の触媒材料としては、燃料がボロハイドライド燃料の場合では、白金Pt、ルテニウムRu、ロジウムRhなどの白金族や、コバルトCo、ニッケルNi、フッ化処理した水素吸蔵合金などが採用できる。また、燃料が有機ハイドライド燃料の場合では、触媒11の触媒材料として、白金Pt、ルテニウムRu、ロジウムRhなどの白金族などが採用できる。そして燃料がメタノールの場合では、触媒11の触媒材料として水蒸気改質触媒が採用でき、例えばNiや、銅系、Cu/ZnO/Al2O3系、Pd/ZnO等が採用できる。
触媒11は、このような触媒材料の表面積が大きくなるように形成されていることが望ましく、例えばγアルミナやαアルミナなどの多孔質材料や、カーボン粉体などに触媒材料が担持された構造となっている。このような触媒11の構造により、多孔質材料の表面に触媒材料が担持されるので、その表面積が大きくなり、燃料が触媒材料と接触可能な表面積も大きくなるため、良好な改質効率が得られる。
また、触媒材料としてCu-ZnやFe-Cr、あるいはPt、Pt-Ru、Pt-Rh/La2O3・Al2O3等の白金族等を使用すれば、メタノールなどの燃料を改質する際に中間生成物として発生する一酸化炭素のCOシフト反応を促進でき、最終的な一酸化炭素の発生量を低減させる効果がある。
また、触媒材料としてCu-ZnやFe-Cr、あるいはPt、Pt-Ru、Pt-Rh/La2O3・Al2O3等の白金族等を使用すれば、メタノールなどの燃料を改質する際に中間生成物として発生する一酸化炭素のCOシフト反応を促進でき、最終的な一酸化炭素の発生量を低減させる効果がある。
図2には、インクジェット30の拡大断面図が示されている。この図2において、インクジェット30は、燃料を蓄積する燃料収納室としてのインク室31と、インク室31からの燃料を触媒11上に吐出する複数のノズル32と、インク室31とノズル32とを連通するとともにその流路が収縮可能な複数(ノズル32と同数)の燃料流路の一部である圧力発生室33と、圧力発生室33を圧縮する圧電振動子34とを備えている。
ノズル32は、ノズルプレート321にプレス加工などにより穿設されたノズル孔で構成され、互いに所定間隔を有して配置されている。図3には、ノズル32の拡大断面図が示されている。この図3において、ノズルプレート321の外表面321Aには、ニッケルなどのめっきによるめっき層322が設けられており、このめっき層322は、ノズル32開口の周囲に所定距離を有して形成されることにより、ノズル32周囲に段差322Aを形成している。また、めっき層322の外表面にはさらにコンポジットめっきによるめっき層323が形成されている。このめっき層323は、ノズル32の内周にも形成されている。このめっき層323により、ノズルプレート321の外表面321Aには、撥インク処理が施されている。また、ノズル32の内面のめっき層323が形成されていない部分には、親水処理が施されている。これらの撥インク処理および親水処理により、ノズル32から吐出される液滴状の燃料がノズルプレート321に付着するのが良好に防止されるとともに、略球形状の液滴が安定した吐出量で吐出可能となっている。また、この撥インク処理により、液滴がノズル32の穿設方向に沿ってまっすぐ吐出される。
また、インクジェット30には、ノズル32をクリーニングする図示しないクリーニング機構が設けられており、各ノズル32からの液滴の吐出抜け、つまりノズル32の目詰まりを検知して該当するノズル32のクリーニングを行うことにより、ノズル32の目詰まりを防止する。
また、インクジェット30には、ノズル32をクリーニングする図示しないクリーニング機構が設けられており、各ノズル32からの液滴の吐出抜け、つまりノズル32の目詰まりを検知して該当するノズル32のクリーニングを行うことにより、ノズル32の目詰まりを防止する。
圧力発生室33の外側には、圧力発生室33を収縮させる圧電振動子34が圧力発生室33の数に応じて設けられている。これらの圧電振動子34は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT(登録商標))、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種の材料で構成され、電圧を印加すると長手方向に伸縮する縦振動を励振する。この圧電振動子34の先端が圧力発生室33の外壁に固定されており、圧電振動子34が縦振動することにより、圧電振動子34が圧力発生室33の外壁に対して近接離間する方向に固定されている。圧力発生室33外壁において圧電振動子34の両側には、それぞれ薄肉部33Aが形成されている。この薄肉部33Aにより、圧電振動子34の振動で外壁が変形しやすくなっている。
ここで、本実施形態では圧力発生室33および圧電振動子34を備えて本発明の吐出機構が構成されている。
ここで、本実施形態では圧力発生室33および圧電振動子34を備えて本発明の吐出機構が構成されている。
図1に戻って、ケース12は、プラスチック、ステンレス鋼等の任意の材料で構成されている。ケース12内部は、触媒11を収納する燃料改質室としての触媒収納室13と、触媒収納室13の鉛直下方に配置される廃液収納室14と、触媒収納室13で発生した水素を取り出す水素分離室15とに分割されている。
ケース12において触媒収納室13の鉛直上方には、インクジェット30が固定され、ノズル32が触媒11に対向するように配置されている。触媒収納室13と廃液収納室14とは、メッシュ等の分離壁16で分離されており、この分離壁16上に触媒11が載置されている。ここで分離壁16は、メッシュ状の部材に限らず、板状部材に触媒11の粒子径よりも小さい径の多数の孔が形成されている構成であってもよい。
また、触媒収納室13と水素分離室15とは気液分離膜17で分離されている。気液分離膜17は、セラミックス等の材料で構成され、膜厚方向に貫通する多数の孔を有するため、液体は通過させないが気体を通過させる性質を有する。
ケース12において触媒収納室13の鉛直上方には、インクジェット30が固定され、ノズル32が触媒11に対向するように配置されている。触媒収納室13と廃液収納室14とは、メッシュ等の分離壁16で分離されており、この分離壁16上に触媒11が載置されている。ここで分離壁16は、メッシュ状の部材に限らず、板状部材に触媒11の粒子径よりも小さい径の多数の孔が形成されている構成であってもよい。
また、触媒収納室13と水素分離室15とは気液分離膜17で分離されている。気液分離膜17は、セラミックス等の材料で構成され、膜厚方向に貫通する多数の孔を有するため、液体は通過させないが気体を通過させる性質を有する。
燃料電池20は、電化質膜としての高分子固体電解形燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell, PEFC)であり、高分子固体電解質膜21と、この高分子固体電解質膜21の両面に一体的に形成される燃料極としてのアノード電極22および空気極としてのカソード電極23と、アノード電極22側に配置され水素が供給される燃料室24と、カソード電極23側に配置され空気が供給される空気室25とを備えている。なお、本実施形態では、説明を簡略化するため、図1に示すように単一の燃料電池セルで構成した燃料電池20を図示するが、もちろん燃料電池20を、燃料電池セルを複数枚積層したスタック構造としてもよい。
高分子固体電解質膜21は、プロトン伝導性高分子で構成される高分子固体電解質材料で構成され、例えば高分子固体電解質樹脂が、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン(Poly Tetra Fluoro Ethylene, PTFE)フィルムの多孔空隙部に含浸されることにより構成されている。高分子固体電解質樹脂としては、例えばナフィオン(デュポン社商標)等のパーフルオロスルホン酸系ポリマー、フッ素系ポリマー、炭化水素系ポリマーなどが採用できる。また場合によってはこの高分子固体電解質樹脂に、電子導電性の生じない範囲で白金などの触媒やカーボン粉末、各種セラミックス粉末などを加えてもよい。
なお、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルムは、PTFEの塊を延伸多孔化して得られる、多数の微小結節とそれらの微小結節から延出して微小結節相互を三次元的に連結する微細繊維とからなる構造を有する多孔質PTFEフィルムであり、このフィルムには、厚み方向に貫通する多数の孔が形成される。
高分子固体電解質膜21は、プロトン伝導性高分子で構成される高分子固体電解質材料で構成され、例えば高分子固体電解質樹脂が、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン(Poly Tetra Fluoro Ethylene, PTFE)フィルムの多孔空隙部に含浸されることにより構成されている。高分子固体電解質樹脂としては、例えばナフィオン(デュポン社商標)等のパーフルオロスルホン酸系ポリマー、フッ素系ポリマー、炭化水素系ポリマーなどが採用できる。また場合によってはこの高分子固体電解質樹脂に、電子導電性の生じない範囲で白金などの触媒やカーボン粉末、各種セラミックス粉末などを加えてもよい。
なお、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルムは、PTFEの塊を延伸多孔化して得られる、多数の微小結節とそれらの微小結節から延出して微小結節相互を三次元的に連結する微細繊維とからなる構造を有する多孔質PTFEフィルムであり、このフィルムには、厚み方向に貫通する多数の孔が形成される。
アノード電極22およびカソード電極23は、触媒を担持したカーボン触媒電極膜から構成されている。ここで、触媒としては、例えば白金や、白金およびルテニウムの合金等が採用できる。
燃料室24は液密に構成されており、内部に燃料をアノード電極22に均一に接触させるための図示しない燃料拡散層と、この燃料拡散層の外側に設けられて発生した電気エネルギを取り出す図示しない集電体とが収納されている。また、空気室25は気密に構成されており、内部に空気をカソード電極23に均一に接触させるための図示しない空気拡散層と、この空気拡散層の外側に設けられて、発生した電気エネルギを取り出す図示しない集電体とが収納されている。
燃料室24は液密に構成されており、内部に燃料をアノード電極22に均一に接触させるための図示しない燃料拡散層と、この燃料拡散層の外側に設けられて発生した電気エネルギを取り出す図示しない集電体とが収納されている。また、空気室25は気密に構成されており、内部に空気をカソード電極23に均一に接触させるための図示しない空気拡散層と、この空気拡散層の外側に設けられて、発生した電気エネルギを取り出す図示しない集電体とが収納されている。
燃料拡散層および空気拡散層は、メッシュの金属フォーム(例えばスチールウール等)からなる多孔性膜や、アルミニウム、ステンレス鋼等を採用でき、またスポンジチタン等の多孔性金属材料、カーボンペーパ紙にカーボンを担持したものやカーボンクロス等を採用してもよい。
燃料室24は、改質器10の水素分離室15に連通しており、水素分離室15で改質された水素が燃料室24に供給可能となっている。また、空気室25には、大気から空気の供給が可能となっている。なお、空気室25に酸素を供給してもよい。
アノード電極22側およびカソード電極23側の集電体には、それぞれ図示しないリード線が接続されており、外部の負荷に接続されている。
燃料室24は、改質器10の水素分離室15に連通しており、水素分離室15で改質された水素が燃料室24に供給可能となっている。また、空気室25には、大気から空気の供給が可能となっている。なお、空気室25に酸素を供給してもよい。
アノード電極22側およびカソード電極23側の集電体には、それぞれ図示しないリード線が接続されており、外部の負荷に接続されている。
供給制御手段40は、改質器10のインクジェット30に電気的に接続されており、燃料電池20の使用状態、つまり水素の消費量に応じてインクジェット30での燃料の吐出動作を制御する。具体的には、例えば燃料電池20を使用する場合にはインクジェット30での燃料吐出を開始し、燃料電池20の使用を停止する場合には、インクジェット30の燃料吐出を停止する。このとき、燃料が吐出されてから改質された水素が燃料電池20に供給されるまでの間には時間差が生じるので、供給制御手段40は、この時間差を考慮して燃料吐出の開始タイミングおよび停止タイミングを制御することが望ましい。
ここで、改質器10では、触媒収納室13内に過剰の燃料が吐出されると、燃料の改質により水素が発生するが、その一方で燃料電池20が稼働されておらず水素が消費されないと、触媒収納室13内に水素が蓄積され、ケース12の内部の圧力が上昇してしまう場合がある。ケース12の内圧が高すぎると、ケース12の内圧がインクジェット30のノズル32の耐水頭値を超えてしまい、触媒収納室13内の水素がノズル32内部に入ってしまい、吐出不良が出る可能性がある。
したがって、本実施形態では、供給制御手段40は、ケース12の内圧がインクジェット30の耐水頭値を超えないようにインクジェット30による燃料吐出を制御することが望ましい。また反対に、本実施形態では、インクジェット30は、その耐水頭値が燃料電池20の使用の範囲内でのケース12の内圧を勘案して、その内圧に耐えうるように設定されることが望ましい。
ここで、改質器10では、触媒収納室13内に過剰の燃料が吐出されると、燃料の改質により水素が発生するが、その一方で燃料電池20が稼働されておらず水素が消費されないと、触媒収納室13内に水素が蓄積され、ケース12の内部の圧力が上昇してしまう場合がある。ケース12の内圧が高すぎると、ケース12の内圧がインクジェット30のノズル32の耐水頭値を超えてしまい、触媒収納室13内の水素がノズル32内部に入ってしまい、吐出不良が出る可能性がある。
したがって、本実施形態では、供給制御手段40は、ケース12の内圧がインクジェット30の耐水頭値を超えないようにインクジェット30による燃料吐出を制御することが望ましい。また反対に、本実施形態では、インクジェット30は、その耐水頭値が燃料電池20の使用の範囲内でのケース12の内圧を勘案して、その内圧に耐えうるように設定されることが望ましい。
ここで、耐水頭値を高く設定する具体的手段としては、例えば液滴の接触角を小さくするためノズルプレート321に撥インク処理を施す、ノズル32のノズル径を小さくする、ノズル32開口での表面張力の大きくなる材料を選択するなどの方法が考えられる。また、ノズル径を小さくしたことにより所望の吐出量が得られない場合には、ノズル32を複数個設けて全体として吐出される燃料量を調整してもよい。このとき、一つの圧力発生室33に対して複数のノズル32を設けてもよい。
このような構成の燃料電池システム1は、次のように動作する。
供給制御手段40からインクジェット30に燃料吐出指令信号が出力されると、改質器10では触媒収納室13に燃料が吐出される。つまり、インクジェット30の圧電振動子34に所定の電圧を印加して縦振動を励振すると、圧電振動子34が圧力発生室33の外壁を押圧して圧力発生室33を収縮させる。これにより、圧力発生室33内の燃料が押し出され、ノズル32から液滴となって吐出される。
図4(A)および図4(B)は、ノズル32から吐出される液滴を示す図である。この図4(A)に示されるように、ノズル32から吐出された燃料による液滴は、略球形となり、ノズル32の穿設方向に沿って真っ直ぐ吐出される。液滴が吐出された後、圧電振動子34を元の位置に戻し、その後さらにわずかに収縮させると、圧力発生室33が膨張し、図4(B)に示されるように、ノズル32開口で表面張力により半球状に突出した燃料をノズル32内部へわずかに引き込む。これにより、燃料がノズル32からこぼれるなどの不具合が確実に解消される。また、圧電振動子34の変位を制御してノズル32開口の燃料挙動を積極的に制御することにより、液滴の吐出量が安定する。
供給制御手段40からインクジェット30に燃料吐出指令信号が出力されると、改質器10では触媒収納室13に燃料が吐出される。つまり、インクジェット30の圧電振動子34に所定の電圧を印加して縦振動を励振すると、圧電振動子34が圧力発生室33の外壁を押圧して圧力発生室33を収縮させる。これにより、圧力発生室33内の燃料が押し出され、ノズル32から液滴となって吐出される。
図4(A)および図4(B)は、ノズル32から吐出される液滴を示す図である。この図4(A)に示されるように、ノズル32から吐出された燃料による液滴は、略球形となり、ノズル32の穿設方向に沿って真っ直ぐ吐出される。液滴が吐出された後、圧電振動子34を元の位置に戻し、その後さらにわずかに収縮させると、圧力発生室33が膨張し、図4(B)に示されるように、ノズル32開口で表面張力により半球状に突出した燃料をノズル32内部へわずかに引き込む。これにより、燃料がノズル32からこぼれるなどの不具合が確実に解消される。また、圧電振動子34の変位を制御してノズル32開口の燃料挙動を積極的に制御することにより、液滴の吐出量が安定する。
吐出された燃料の液滴は微量であるため、触媒収納室13内で霧状となり、触媒11に接触する。燃料は、触媒11によってその改質が促進され、燃料から水素が取り出される。ここで、圧電振動子34の振動は微小であるため、ノズル32からは例えばピコリットル単位で燃料が吐出される。ケース12の触媒収納室13内では、燃料の改質により、吐出された燃料量に対して約500倍の量の水素が発生する。したがって、ピコリットル単位で吐出された燃料に対してマイクロリットル単位の水素が発生することとなる。
燃料の改質が進むにつれて、触媒収納室13内は、霧状に存在する燃料と、燃料から取り出された水素とが混合した状態となるが、これらのうち水素は気液分離膜17を通過して燃料とは分離され、水素分離室15に蓄積される。水素分離室15に蓄積された水素は、燃料電池20に供給される。
水素が取り出された後、廃液となった燃料は、分離壁16を通って廃液収納室14に収納される。これにより、触媒11には常に未改質の燃料が接触可能となる。つまり、例えば燃料がメタノールである場合には、改質器10にはメタノール水溶液が吐出され、改質が終了した後の廃液は水となる。また燃料が水素化ホウ素ナトリウム水溶液のボロハイドライド燃料である場合には、改質器10には例えば水素化ホウ素ナトリウムが水酸化ナトリウムの溶液に溶かした状態で吐出され、改質が終了した後の廃液は酸化ホウ素の水酸化ナトリウム水溶液となる。
燃料の改質が進むにつれて、触媒収納室13内は、霧状に存在する燃料と、燃料から取り出された水素とが混合した状態となるが、これらのうち水素は気液分離膜17を通過して燃料とは分離され、水素分離室15に蓄積される。水素分離室15に蓄積された水素は、燃料電池20に供給される。
水素が取り出された後、廃液となった燃料は、分離壁16を通って廃液収納室14に収納される。これにより、触媒11には常に未改質の燃料が接触可能となる。つまり、例えば燃料がメタノールである場合には、改質器10にはメタノール水溶液が吐出され、改質が終了した後の廃液は水となる。また燃料が水素化ホウ素ナトリウム水溶液のボロハイドライド燃料である場合には、改質器10には例えば水素化ホウ素ナトリウムが水酸化ナトリウムの溶液に溶かした状態で吐出され、改質が終了した後の廃液は酸化ホウ素の水酸化ナトリウム水溶液となる。
燃料電池20では、改質器10の水素分離室15から燃料室24に水素が供給され、燃料室24内に充填されると、水素はアノード電極22の触媒によって下記の式(1)の酸化反応を生じ、この反応によりプロトンH+と電子e−とを生成する。
H2→2H++2e− …(1)
プロトンH+は、高分子固体電解質膜21を透過してカソード電極23側に移動することにより、集電体の両端に電圧が生じる。プロトンH+がカソード電極23側に到達すると、外部の負荷を通って仕事をした後にカソード電極23に到達した電子e−とがカソード電極23の触媒によって空気室25内の空気中の酸素O2と反応して式(2)の還元反応が生じる。
1/2O2+2H++2e−→H2O …(2)
カソード電極23側で生成された水は、水蒸気として燃料電池20外部に排出される。
燃料電池20の稼働を停止する場合には、供給制御手段40からインクジェット30に燃料吐出停止指令信号を出力し、圧電振動子34への電圧印加を停止することにより、触媒収納室13への燃料吐出を停止する。
H2→2H++2e− …(1)
プロトンH+は、高分子固体電解質膜21を透過してカソード電極23側に移動することにより、集電体の両端に電圧が生じる。プロトンH+がカソード電極23側に到達すると、外部の負荷を通って仕事をした後にカソード電極23に到達した電子e−とがカソード電極23の触媒によって空気室25内の空気中の酸素O2と反応して式(2)の還元反応が生じる。
1/2O2+2H++2e−→H2O …(2)
カソード電極23側で生成された水は、水蒸気として燃料電池20外部に排出される。
燃料電池20の稼働を停止する場合には、供給制御手段40からインクジェット30に燃料吐出停止指令信号を出力し、圧電振動子34への電圧印加を停止することにより、触媒収納室13への燃料吐出を停止する。
このような実施形態によれば、次のような効果が得られる。
(1) 改質器10がインクジェット30を備え、このインクジェット30が圧電振動子34の振動によって燃料の液滴を吐出するので、触媒11上に燃料を微量吐出できる。したがって、燃料電池20に供給する水素の量を正確に制御でき、水素を必要な量のみ発生させることができるから、改質器10の水素収納スペースを大きく確保する必要がない。よってケース12を小さく構成できるから、改質器10の小型化を促進でき、ひいては燃料電池システム1の小型化を促進できる。
(1) 改質器10がインクジェット30を備え、このインクジェット30が圧電振動子34の振動によって燃料の液滴を吐出するので、触媒11上に燃料を微量吐出できる。したがって、燃料電池20に供給する水素の量を正確に制御でき、水素を必要な量のみ発生させることができるから、改質器10の水素収納スペースを大きく確保する必要がない。よってケース12を小さく構成できるから、改質器10の小型化を促進でき、ひいては燃料電池システム1の小型化を促進できる。
(2) インクジェット30によって触媒11上に燃料を微量吐出できるので、特に触媒材料に加熱が必要なものを使用している場合では、燃料の吐出による触媒11の温度の低下を防止でき、触媒11の温度を適切に管理できる。したがって、触媒11による燃料の改質効率の低下を防止でき、改質効率を向上させることができる。
(3) インクジェット30が圧電振動子34を吐出機構として備えているので、圧電振動子34の振動で圧力発生室33を圧縮することにより、例えば燃料を加熱するなどの燃料への温度変化を伴うことなく触媒11へ微量吐出できる。したがって、燃料を常温で扱うことができ燃料の変質や劣化などを良好に防止できる。
また、このとき圧電振動子34が圧力発生室33の外壁に近接離間する方向に縦振動を励振して圧力発生室33を圧縮する。圧電振動子34は微小振動で比較的高駆動力が得られるので、例えば燃料の粘度が高い液体である場合などでも、圧力発生室33を良好に圧縮でき、燃料を確実に吐出できる。したがって、燃料吐出の信頼性を向上させることができるとともに、広範囲の性状の燃料を吐出できるので、改質器10の適用範囲を広くすることができ、改質器10の汎用性を向上させることができる。
また、このとき圧電振動子34が圧力発生室33の外壁に近接離間する方向に縦振動を励振して圧力発生室33を圧縮する。圧電振動子34は微小振動で比較的高駆動力が得られるので、例えば燃料の粘度が高い液体である場合などでも、圧力発生室33を良好に圧縮でき、燃料を確実に吐出できる。したがって、燃料吐出の信頼性を向上させることができるとともに、広範囲の性状の燃料を吐出できるので、改質器10の適用範囲を広くすることができ、改質器10の汎用性を向上させることができる。
(4) 改質器10のケース12が気液分離膜17によって触媒収納室13と水素分離室15とに分離されているので、触媒収納室13で改質された水素を燃料から良好に分離して取り出すことができる。これにより、燃料電池20に純度の高い水素を供給でき、燃料電池20の発電効率を向上させることができる。
また、ケース12内部において、触媒11の鉛直下方に廃液収納室14が設けられているので、改質が終了して水素が取り出された後の燃料を廃液収納室14に収納できる。したがって、触媒11が廃液で覆われるのを防止でき、吐出された燃料が常に触媒11に接触できる。よって、燃料の改質効率を向上させることができる。また、廃液収納室14が触媒収納室13と分離壁16で分離されているので、廃液収納室14に蓄積された廃液を廃棄する場合にも、触媒収納室13内の触媒がこぼれることなく良好に廃液を廃棄できるから、改質器10の取扱性を向上させることができる。
また、ケース12内部において、触媒11の鉛直下方に廃液収納室14が設けられているので、改質が終了して水素が取り出された後の燃料を廃液収納室14に収納できる。したがって、触媒11が廃液で覆われるのを防止でき、吐出された燃料が常に触媒11に接触できる。よって、燃料の改質効率を向上させることができる。また、廃液収納室14が触媒収納室13と分離壁16で分離されているので、廃液収納室14に蓄積された廃液を廃棄する場合にも、触媒収納室13内の触媒がこぼれることなく良好に廃液を廃棄できるから、改質器10の取扱性を向上させることができる。
(5) 燃料として、アルコール系燃料、有機ハイドライド燃料、およびボロハイドライド燃料のいずれかを採用しているので、簡単な構造で燃料を改質して水素を取り出すことができ、良好な取扱性を得られる。特に燃料として水素化ホウ素ナトリウム水溶液等のボロハイドライド燃料を採用した場合では、常温での改質が可能なので加熱装置などが不要となり、改質器10の構造を簡略化でき、燃料電池システム1の小型化をより一層促進できる。
(6) 供給制御手段40が設けられているので、燃料電池20の稼働状況に応じて改質器10への燃料吐出を制御できる。つまり、燃料電池20が稼働している場合には、改質器10への燃料の吐出をし、燃料電池20が稼働していない場合には、改質器10への燃料の吐出を停止する。したがって燃料電池20が稼働して水素が必要な場合のみに改質器10に燃料を吐出でき、必要な量の水素のみを発生させることができる。これによってもケース12を小さく構成できるとともに、別途水素を蓄積するためのスペースを確保する必要もないため、燃料電池システム1の小型化をより一層促進できる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
液滴吐出手段は、図2に示されるような構造のものに限らず、例えば図5に示されるような構造であってもよい。図5において、インクジェット(液滴吐出手段)30は、それぞれ適宜孔が穿設された板状部材を積層することにより液体の流路を形成する構造となっており、図2のインクジェット30と同様にインク室31、ノズル32、圧力発生室33および圧電振動子34を備えている。圧電振動子34は、略矩形板状に形成され、その長手方向がそれぞれの圧力発生室33の外壁に沿って固定されている。この圧電振動子34の両面には駆動電極341が形成されている。駆動電極341間に電圧を印加すると、圧電振動子34が長手方向に収縮して圧力発生室33外壁にほぼ平行に縦振動を励振するが、一方の面が圧力発生室33の外壁に固定されているので、収縮が阻害され、その結果圧電振動子34および圧力発生室33の外壁が縦振動と略直交する方向、つまり圧力発生室33に向かって撓み圧力発生室33を圧縮する。この圧縮により、圧力発生室33内の燃料がノズル32から吐出される。
液滴吐出手段は、図2に示されるような構造のものに限らず、例えば図5に示されるような構造であってもよい。図5において、インクジェット(液滴吐出手段)30は、それぞれ適宜孔が穿設された板状部材を積層することにより液体の流路を形成する構造となっており、図2のインクジェット30と同様にインク室31、ノズル32、圧力発生室33および圧電振動子34を備えている。圧電振動子34は、略矩形板状に形成され、その長手方向がそれぞれの圧力発生室33の外壁に沿って固定されている。この圧電振動子34の両面には駆動電極341が形成されている。駆動電極341間に電圧を印加すると、圧電振動子34が長手方向に収縮して圧力発生室33外壁にほぼ平行に縦振動を励振するが、一方の面が圧力発生室33の外壁に固定されているので、収縮が阻害され、その結果圧電振動子34および圧力発生室33の外壁が縦振動と略直交する方向、つまり圧力発生室33に向かって撓み圧力発生室33を圧縮する。この圧縮により、圧力発生室33内の燃料がノズル32から吐出される。
このように、圧電振動子34が、圧力発生室33外壁にほぼ平行に縦振動を励振することにより、縦振動と略直交する方向に撓み振動を励振する向きに設けられている構成の液滴吐出手段においても、圧電振動子34の変位によって燃料を吐出するため、加熱などが不要となり、燃料の性能劣化を確実に防止できる。また、圧電振動子34の変位によって燃料の吐出量を制御しているため、微量吐出が可能となり、水素の発生量を的確に制御できる。
また、撓み振動により圧力発生室33外壁を圧縮するので、圧電振動子34の縦振動を利用する場合に比べて、圧力発生室33の圧縮量を大きくできる。したがって、燃料の吐出量の調整範囲を多くできるので、燃料電池20の使用状況に応じた制御をより柔軟に行うことができる。
また、撓み振動により圧力発生室33外壁を圧縮するので、圧電振動子34の縦振動を利用する場合に比べて、圧力発生室33の圧縮量を大きくできる。したがって、燃料の吐出量の調整範囲を多くできるので、燃料電池20の使用状況に応じた制御をより柔軟に行うことができる。
燃料および触媒は、前述のものに限らず、任意の材料を採用できる。
供給制御手段は、燃料電池が稼働する場合に液滴吐出手段に燃料を吐出させるものに限らず、例えば燃料電池の稼働状態に応じて、液滴吐出手段による触媒への燃料吐出量を調整してもよい。この場合には、供給制御手段を燃料電池の外部負荷に接続し、外部負荷に流れる燃料電池からの発生電流を監視する等、燃料電池での水素の消費量を監視する構成としてもよい。つまり、供給制御手段は、発生電流を監視する構成である場合には、発生電流の電流値に応じて液滴吐出手段を制御すればよく、例えば電流値が所望の電流値よりも小さい場合には、燃料室内の水素が少ないと判断して液滴吐出手段の燃料吐出量を増加させ、改質器から供給される水素量を増加させる制御を行ってもよい。ここで、液滴吐出手段での燃料吐出量を調整する場合には、圧電振動子に印加する電圧値や、周波数、電圧印加波形などを調整すればよい。また、液滴の吐出量や吐出速度を調整する場合には、圧電振動子の変位量や変位速度などを調整すればよい。
供給制御手段が燃料電池の稼働状況、つまり水素の消費量に応じて圧電振動子の振動挙動を制御し、触媒への燃料吐出量を調整するので、必要な量の水素のみを発生させることができ、水素の収納スペースを最小限に抑制できるから、燃料電池システムの小型化を促進できる。
供給制御手段は、燃料電池が稼働する場合に液滴吐出手段に燃料を吐出させるものに限らず、例えば燃料電池の稼働状態に応じて、液滴吐出手段による触媒への燃料吐出量を調整してもよい。この場合には、供給制御手段を燃料電池の外部負荷に接続し、外部負荷に流れる燃料電池からの発生電流を監視する等、燃料電池での水素の消費量を監視する構成としてもよい。つまり、供給制御手段は、発生電流を監視する構成である場合には、発生電流の電流値に応じて液滴吐出手段を制御すればよく、例えば電流値が所望の電流値よりも小さい場合には、燃料室内の水素が少ないと判断して液滴吐出手段の燃料吐出量を増加させ、改質器から供給される水素量を増加させる制御を行ってもよい。ここで、液滴吐出手段での燃料吐出量を調整する場合には、圧電振動子に印加する電圧値や、周波数、電圧印加波形などを調整すればよい。また、液滴の吐出量や吐出速度を調整する場合には、圧電振動子の変位量や変位速度などを調整すればよい。
供給制御手段が燃料電池の稼働状況、つまり水素の消費量に応じて圧電振動子の振動挙動を制御し、触媒への燃料吐出量を調整するので、必要な量の水素のみを発生させることができ、水素の収納スペースを最小限に抑制できるから、燃料電池システムの小型化を促進できる。
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
1…燃料電池システム、10…改質器、11…触媒、12…ケース、13…触媒収納室、14…廃液収納室、15…水素分離室、17…気液分離膜、20…燃料電池、21…高分子固体電解質膜(電解質膜)、22…アノード電極(燃料極)、23…カソード電極(空気極)、24…燃料室、25…空気室、30…インクジェット(液滴吐出手段)、31…インク室(燃料収納室)、32…ノズル、33…圧力発生室、34…圧電振動子。
Claims (8)
- 燃料を改質して水素を取り出す改質器であって、
前記燃料の改質を促進する触媒と、
前記触媒上に前記燃料を液滴状に吐出する液滴吐出手段と、
前記触媒を収納するケースとを備え、
前記液滴吐出手段は、前記燃料を収納する燃料収納室と、この燃料収納室に連通し、前記触媒上に前記燃料を吐出するノズルと、前記燃料収納室と前記ノズルとの間の燃料流路を圧電振動子の振動によって圧縮して前記ノズルから前記燃料を吐出する吐出機構とを備えて構成される
ことを特徴とする改質器。 - 請求項1に記載の改質器において、
前記圧電振動子は、前記燃料流路外壁に対して近接離間する方向の縦振動を励振する向きに設けられている
ことを特徴とする改質器。 - 請求項1に記載の改質器において、
前記圧電振動子は、前記燃料流路外壁にほぼ平行に縦振動を励振することにより、前記縦振動と略直交する方向に撓み振動を励振する向きに設けられている
ことを特徴とする改質器。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の改質器において、
前記ケース内部には、前記ケース内の空間を分離する気液分離膜が設けられ、この気液分離膜で分離された一方の空間は、前記ノズルおよび前記触媒が設けられた燃料改質室とされ、他方の空間は前記燃料改質室で発生した水素を前記燃料から分離して取り出す水素分離室とされている
ことを特徴とする改質器。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の改質器において、
前記ケース内部の前記触媒の鉛直下方には、前記燃料の改質が終了した廃液を蓄積する廃液室が形成されている
ことを特徴とする改質器。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載の改質器において、
前記燃料は、アルコール系燃料、有機ハイドライド燃料、およびボロハイドライド燃料のいずれか一つである
ことを特徴とする改質器。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載の改質器と、
前記改質器で取り出された水素により発電する燃料電池とを備え、
前記燃料電池は、電解質膜と、この電解質膜の両面に対向してそれぞれ配置される燃料極および空気極と、前記燃料極の外側に形成され、前記改質器から取り出された水素が供給される燃料室と、前記空気極の外側に配置され、空気または酸素が供給される空気室とを備えて構成されている
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項7に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池での水素の消費量に応じて前記改質器での前記燃料の供給量を制御する供給制御手段を備えた
ことを特徴とする燃料電池システム。
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JP2004035396A Withdrawn JP2005225709A (ja) | 2004-02-12 | 2004-02-12 | 改質器および燃料電池システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005225709A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009161378A (ja) * | 2007-12-28 | 2009-07-23 | Aquafairy Kk | 水素発生装置及び水素発生方法 |
KR101752098B1 (ko) | 2016-08-26 | 2017-06-28 | 울산과학기술원 | 이산화탄소 포집 시스템 및 이산화탄소 포집 방법 |
RU2765572C2 (ru) * | 2011-02-28 | 2022-02-01 | Николас КЕРНЕН | Энергоблок с безопасным и надежным устройством хранения водорода |
-
2004
- 2004-02-12 JP JP2004035396A patent/JP2005225709A/ja not_active Withdrawn
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JP2009161378A (ja) * | 2007-12-28 | 2009-07-23 | Aquafairy Kk | 水素発生装置及び水素発生方法 |
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