JP2006206388A - 燃料改質器収納用容器および燃料改質装置ならびに燃料改質装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料改質器収納用容器内の真空度を良好に維持することが可能な、発電損失の少ない燃料改質器収納用容器および燃料改質装置を提供すること。
【解決手段】 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９が収納されるキャビティを有した基体１と、燃料改質器９からの改質ガスを排出すべくキャビティ内と外部とを連通する排出管５ｂと、燃料改質器９に燃料を供給すべくキャビティ内と外部とを連通する供給管５ａと、基体１にキャビティを塞ぐように接合される蓋体４とを具備してなる燃料改質器収納用容器において、基体１の蓋体４との接合部および蓋体４の基体１との接合部の少なくとも一方にキャビティ内の気体を排気するための溝１３を形成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば燃料電池システムにおいて各種燃料から水素ガスを発生させる燃料改質器を収納するための燃料改質器収納用容器および燃料改質装置ならびにその製造方法に関するものである。

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。

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。

一般に燃料電池は、例えばメタンや天然ガス（ＣＮＧ）等の炭化水素ガスあるいはメタノールやエタノール等のアルコール類を燃料とし、燃料改質器を用いた燃料改質装置で水素ガスおよびその他のガスに改質した後、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。

ここでの燃料改質器による燃料の改質とは、触媒反応により水素ガスを発生させるプロセスをいう。

例えば、燃料としてメタノールを用いる場合において、燃料を改質させる反応はいくつかあり、例えば次の化学反応式（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（Ｈ_２）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ＣＯ_２）は、通常は大気中に排出される。
ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ → ３Ｈ_２＋ＣＯ_２・・・（１）

このような水蒸気改質反応は吸熱反応であることから、外部よりヒーター等で加熱して反応温度を維持する必要がある。従って、燃料改質器内で燃料を改質させるには、触媒の水蒸気改質活性が低下するのを防止するとともに、生成される水素ガス濃度を高く維持するため、例えば燃料としてメタノールを用いた場合には約２００〜５００℃の温度が、またメタンガスを用いた場合には３００〜８００℃程度の高い温度が必要になる。

また、例えば次の化学反応式（２）に示すような部分酸化改質反応では、４００〜６００℃程度の改質温度が必要になる。
ＣＨ_３ＯＨ＋１／２Ｏ_２＋２Ｎ_２ → ２Ｈ_２＋ＣＯ_２＋２Ｎ_２・・・（２）

そこで家庭用燃料電池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では、このシステム自体が大型であることから、燃料改質器収納用容器の外壁を２重構造にして真空容器を構成したり、あるいは２重構造にした内外壁間に断熱材を充填することにより、燃料改質器の内部の熱が外部へ伝導して燃料改質器の温度が低下するのを防止している。そのため、燃料改質器を燃料改質器収納用容器にする際は、燃料改質器を燃料改質器収納用容器の２重構造の内壁に直接接合して載置固定することが可能である。
特開２００３−２６０２号公報

近年、携帯機器用の燃料電池システムでは、携帯機器内に収納するために小型化，低背化することが求められている。しかしながら、従来のように燃料改質器収納用容器の外壁を２重構造にすることは、燃料電池システム全体が複雑化して大型化するため携帯機器用の燃料電池システムには採用することができない。そこで、携帯機器用の燃料電池システムについてはキャビティを有する基体と蓋体とから成る燃料改質器収納用容器内部を真空状態にすることにより、燃料改質器内で燃料を改質する際に発生する熱の外部への伝導を遮断し、発電損失の少ない燃料電池システムを提供することが提案されている。

このような燃料電池システムを長期に安定かつ安全に使用するためには、燃料改質器収納用容器内部の真空状態を、燃料改質器収納用容器に燃料改質器を収納し封止した直後だけでなくその後も長期に保つ必要がある。しかし、蓋体で燃料改質器収納用容器内を封止した後に、燃料改質器収納用容器の内面や燃料改質器自体の表面など燃料改質器収納用容器内の各部品表面に吸着しているガスが、燃料改質時の温度の影響や時間の経過に伴い燃料改質器収納用容器内部にアウトガスとして放出される可能性がある。

その場合、燃料改質器収納用容器内部の真空度が低下することから、燃料改質器内で燃料を改質する際に発生する熱の外部への伝導量が増加することになり、その結果その熱によって燃料改質器収納用容器が高温となり、携帯機器内の他の部品を破壊するという恐れがあった。

また、燃料改質反応が化学反応式（１）の水蒸気改質反応のような吸熱反応の場合では、燃料改質器で燃料を改質するためには、燃料改質器をヒーター等で加熱することによって反応温度を一定温度に維持する必要があるが、上記のように燃料改質器から発生する熱が燃料改質器収納用容器に伝導することによって、燃料改質器の温度は低下しやすくなる。

そこで反応温度を維持するためには、ヒーターの発熱量を増加させる必要があるが、ヒーターの発熱量を増加させると、燃料電池の発電セルで発電した総電気容量に占めるヒーター加熱に使用する電気容量が増えることになり、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。

本発明は上記従来の技術における問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、燃料改質器収納用容器内の真空度を良好に維持することが可能な、発電損失の少ない燃料改質器収納用容器および燃料改質装置を提供することにある。

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が収納されるキャビティを有した基体と、前記燃料改質器からの前記改質ガスを排出すべく前記キャビティ内と外部とを連通する排出管と、前記燃料改質器に前記燃料を供給すべく前記キャビティ内と外部とを連通する供給管と、前記基体に前記キャビティを塞ぐように接合される蓋体とを具備してなる燃料改質器収納用容器において、前記基体の前記蓋体との接合部および前記蓋体の前記基体との接合部の少なくとも一方に前記キャビティ内の気体を排気するための溝を形成したことを特徴とする。

本発明の燃料改質器収納用容器において、好ましくは、前記基体の前記蓋体との接合部および前記蓋体の前記基体との接合部の少なくとも一方を全周にわたって突出させ、該突出した部位の一部を切り欠くことによって前記溝を形成したことを特徴とする。

本発明の燃料改質器収納用容器において、好ましくは、前記蓋体および前記基体が熱伝導率が１２０Ｗ/ｍＫ以下の金属材料からなることを特徴とする。

本発明の燃料改質器収納用容器において、好ましくは、前記キャビティ内のガスを吸着するガス吸着材を前記キャビティ内に収納したことを特徴とする。

本発明の燃料改質器収納用容器において、好ましくは、前記ガス吸着材を前記キャビティの前記溝側の内面に沿って配置したことを特徴とする。

本発明の燃料改質装置は、上記本発明の燃料改質器収納用容器の前記キャビティに燃料改質器を収納し、前記基体と前記蓋体とを接合するとともに前記溝を塞いだことを特徴とする。

本発明の燃料改質装置において、好ましくは、前記基体と前記蓋体とを溶接により接合し、前記溝の内面を前記基体と前記蓋体との接合の際に溶融して前記溝を塞いだことを特徴とする。

本発明の燃料改質装置の製造方法は、上記本発明の燃料改質装置の製造方法であって、１０^２Ｐａ以下の気圧下で前記燃料改質器収納用容器の前記キャビティに前記燃料改質器を収納する工程と、前記基体と前記蓋体とを接合するとともに前記溝を塞ぐ工程とを具備していることを特徴とする。

本発明の燃料改質器収納用容器は、前記基体の前記蓋体との接合部および前記蓋体の前記基体との接合部の少なくとも一方に前記キャビティ内の気体を排気するための溝を形成したことから、減圧状態において蓋体と基体とを接合する際、溝から燃料改質器収納用容器の内部にあるガスを十分に排出することが可能であり、燃料改質器収納用容器内部を高真空に排気することが可能である。また、蓋体と基体との接合の際に加える熱によって基体や蓋体が歪んで応力が生じたとしても、溝部を適度に変形させることによって応力を吸収させることができ、応力による封止不良を有効に防止することができる。

本発明の燃料改質器収納用容器は、基体の蓋体との接合部および蓋体の基体との接合部の少なくとも一方を全周にわたって突出させ、この突出した部位の一部を切り欠くことによって溝を形成したことから、溶接によって蓋体と基体との接合部のみに熱を生じさせて蓋体と基体とを接合する際、熱を突出部に集中させることができ、接合効率を高めることができるとともに熱が基体または蓋体に伝達して、燃料改質器収納用容器内の他の部品や燃料改質器収納用容器の外側の他の部品に損傷を与えたり、燃料改質器収納用容器が歪んで封止不良が生じたりするのを有効に抑制できる。

本発明の燃料改質器収納用容器は、蓋体および基体が熱伝導率が１２０Ｗ/ｍＫ以下の金属材料からなることから、燃料改質器からの熱が蓋体および基体に伝わるのを抑制して、蓋体表面および基体表面の温度が上昇するのをさらに有効に防止することが可能となる。よって、燃料改質器収納用容器内の他の部品や燃料改質器収納用容器の外側の他の部品に損傷を与えるのをさらに有効に防止でき、燃料電池システムを長期に安定かつ安全に使用することができる。

本発明の燃料改質器収納用容器は、キャビティ内のガスを吸着するガス吸着材をキャビティ内に収納したことから、蓋体で封止した後に、燃料改質器収納用容器の内側や燃料改質器自体の表面など燃料改質器収納用容器内部の各部品表面に吸着しているガスが、燃料改質時の温度の影響や時間の経過に伴い燃料改質装置内部にアウトガスとして放出されたとしても、このガスをガス吸着材によって良好に吸着させることができるため、燃料改質装置内部の真空状態を、燃料改質装置内に燃料改質器を収納し封止した直後だけでなくその後も長期に保つことができる。

本発明の燃料改質器収納用容器は、ガス吸着材をキャビティの溝側の内面に沿って配置したことから、基体と蓋体との接合時に溝を排気用として用い、最後にこの溝を塞ぐ際に気体が被着しやすいこの溝部にガス吸着材を近づけることによって、溝部に被着した気体を即座にガス吸着材で効率よく吸着させることができる。つまり、溝部に被着した気体が燃料改質器収納用容器内に放散して他の部位に再被着するという悪循環を抑制してガス吸着の効率をきわめて高くすることができる。

本発明の燃料改質装置は、上記本発明の燃料改質器収納用容器のキャビティに燃料改質器を収納し、基体と蓋体とを接合するとともに溝を塞いだことから、上記本発明の燃料改質器収納用容器の特徴を有する真空度が高いとともに封止性に優れた燃料改質装置となる。

本発明の燃料改質装置は、基体と蓋体とを溶接により接合し、溝の内面を基体と蓋体との接合の際に溶融して溝を塞いだことから、蓋体と基体との接合部のみに熱を生じさせて蓋体と基体とを接合することができ、熱が基体または蓋体に伝達して、燃料改質装置内の他の部品や燃料改質装置の外側の他の部品に損傷を与えたり、燃料改質器収納用容器が歪んで封止不良が生じたりするのを有効に抑制できる。

また、蓋体と基体との接合を溝で排気を行いながら溝以外の部位を先に溶接し、最後に溝を塞ぐことにより、接合中に溝が埋まって排気の効率が低下するのを抑制し、燃料改質装置内の真空度を高くすることができる。

本発明の燃料改質装置の製造方法は、上記本発明の燃料改質装置の製造方法であって、１０^２Ｐａ以下の気圧下で燃料改質器収納用容器のキャビティに燃料改質器を収納する工程と、基体と蓋体とを接合するとともに溝を塞ぐ工程とを具備していることから、基体と蓋体とを溝で排気を行いながら溶接を行い、最後に溝を溶融して塞ぐことにより、燃料改質器収納用容器の気密性をきわめて高めることができるとともに、溶接を行なっている間に生じる蓋体や基体の歪みによる応力を溝の開口を適度に開閉することによって緩和することができる。

また、燃料改質装置内にガス吸着材を収納した場合には、ガス吸着材の周囲の真空度を高めてガス吸着材の活性力を下げた状態とすることにより、基体と蓋体との接合時のわずかな熱で自己活性が生じて吸着特性が飽和に近づくのを有効に防止できる。

また、溶接法によって基体と蓋体とを接合すれば、基体と蓋体との接合部およびその近傍のみが加熱されるだけであり、基体と蓋体との接合部から蓋体を伝って熱がガス吸着材に伝わりガス吸着材が活性化するのを有効に抑制できる。よって、蓋体を取着時にガス吸着材が周囲のガスを吸着してガス吸着材の吸着特性が飽和に近づき活性力が低下するのを有効に防止できる。

本発明の燃料改質装置の実施形態を以下に詳細に説明する。

図１は本発明の燃料改質装置の実施の形態の一例を示す断面図、図２は図１の燃料改質装置の上側から見た斜視図、図３は図１の燃料改質装置の下側から見た斜視図である。また、図４は本発明の燃料改質器収納用容器の基体の斜視図である。

これらの図において、１は基体、２は燃料改質器に電力を供給するための配線としての外部リード端子、３はガス吸着材が固定されるリード端子、４は蓋体、５ａは燃料改質器に燃料を供給するための供給管、５ｂは燃料改質器から改質ガスを排出するための排出管、７は電極、８は基体１の貫通孔に外部リード端子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はガス吸着材であり、主にこれら基体１、蓋体４、供給管５ａおよび排出管５ｂで燃料改質器９を収納する燃料改質器収納用容器が構成され、この燃料改質器収納用容器に燃料改質器９を収納し、蓋体４と基体１で気密に封止することにより燃料改質装置１１となる。

本発明における基体１及び蓋体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する。それらは、例えば、ＳＵＳ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等のＦｅ系合金や無酸素銅等の金属材料、無機材料、有機材料、あるいはこれらの複合体で形成されている。なお、基体１に形成されているキャビティは基体１に枠体を接合することにより形成されてもよく、基体１に直接キャビティが形成されていてもよい。

本発明の基体１の蓋体４との接合部および蓋体４の基体１との接合部の少なくとも一方にキャビティ内の気体を排気するための溝１３が形成されている。これにより、減圧状態での封止時に排気用の溝１３から基体１と蓋体４から形成される燃料改質器収納用容器の内部にあるガスを十分に排出することが可能であり、燃料改質器収納用容器内部を高真空に排気することが可能であり、熱を効果的に断熱することができ、燃料改質器９から基体１や蓋体４の外面への熱伝導を大幅に低減できるため、燃料改質器収納用容器１１の外表面の温度が上昇するのを有効に抑制することが可能となる。その結果、携帯機器内の他の部品を破壊するのを有効に防止できる。なお、図４の例では、基体１の蓋体４との接合面に溝１３を形成した例を示しているが、これに限らず、蓋体４の基体１との接合面に溝１３を形成してもよい。

さらに図４の例では、基体１の蓋体４との接合部を全周にわたって突出させ、この突出した部位（突出した部位のことを一般にプロジェクションともいう。以下、この突出した部位をプロジェクションともいう）の一部を切り欠くことによって溝１３を形成した例を示している。これにより、溶接によって蓋体４と基体１との接合部のみに熱を生じさせて蓋体４と基体１とを接合する際、熱をプロジェクション１２に集中させることができ、接合効率を高めることができるとともに熱が基体１または蓋体４に伝達して、燃料改質器収納用容器内の他の部品や燃料改質器収納用容器の外側の他の部品に損傷を与えたり、燃料改質器収納用容器が歪んで封止不良が生じたりするのを有効に抑制できる。

このような基体１および蓋体４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。

基体１および蓋体４の少なくとも一方に形成されたプロジェクション１２の溝１３の幅は、０．０５ｍｍ乃至５ｍｍであるのがよい。これにより、減圧状態での封止において、燃料改質器収納用容器内部の排気を行いかつ気密封止が可能となる。その結果、燃料改質器９から基体１や蓋体４に伝わる熱をより効果的に低減することができ、燃料改質器９の温度低下を抑制して発電損失をより低減することができるとともに燃料改質器収納用容器１１の高温化の抑制をより有効に行なうことができる。

また、基体１および蓋体４の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、その厚さは０．１〜５μｍ程度であることが望ましい。

以上のような基体１および蓋体４は、燃料改質装置１１の小型化，低背化を可能とするためには厚さを薄くすべきであるが、機械的強度である曲げ強度は２００ＭＰａ以上であることが好ましい。

また、蓋体４および基体１は、熱伝導率が１２０Ｗ/ｍＫ以下の金属材料からなるのがよい。これにより、燃料改質器９からの熱が蓋体４および基体１に伝わるのを抑制して、蓋体４表面および基体１表面の温度が上昇するのをさらに有効に防止することが可能となる。よって、燃料改質器収納用容器内の他の部品や燃料改質器収納用容器の外側の他の部品に損傷を与えるのをさらに有効に防止でき、燃料電池システムを長期に安定かつ安全に使用することができる。このような熱伝導率が１２０Ｗ／ｍＫ以下の金属材料としては、例えば、ＳＵＳやＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等が挙げられる。

次に、本発明における外部リード端子２は、基体１および蓋体４の熱膨張係数と同一または近似した金属が用いられるのがよく、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金よりなるものが、実用時の温度変化に対して熱歪の発生を防止できる。その上、外部リード端子２と基体１との良好な封着性が得られるとともに、ボンディング性に優れ、実装時に必要な強度と良好なはんだ付性や溶接性を確保できる。

また、本発明の絶縁封止材８は、例えば、硼珪酸ガラス，アルカリガラス，鉛を主成分とする絶縁ガラス等のガラス材料や酸化アルミニウム等のセラミック材料等から成る。そして、基体１や蓋体４に形成された貫通穴に外部リード端子２が挿通され、絶縁封止材８によって基体１と外部リード端子２とが電気的に絶縁されて外部リード端子２が封止固定されている。基体１に形成された外部リード端子２が挿通される貫通孔は、基体１と外部リード端子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、具体的には外部リード端子２から基体１までの間隔が０．１ｍｍ以上確保できる内径であるのがよい。

なお、絶縁封止材８が、酸化アルミニウム等のセラミック材料からなる場合、外部リード端子２を基体１の貫通孔に例えば筒状のセラミック材料から成る絶縁封止材８を介して挿入し、絶縁封止材８と基体1との接続、絶縁封止材８と外部リード端子２との接続をＡｕ−ＧｅやＡｇ−Ｃｕ等のロウ材により行なうことができる。

そして、燃料改質器９上の電極７と外部リード端子２とを電気的に接続し、蓋体４と基体１とを接合するとともに溝１３を塞ぐことによって、燃料改質器収納用容器内部に収容した燃料改質器９を気密に封止した燃料改質装置１１が形成される。本発明の燃料改質装置１１は、基体１と蓋体４とを溶接などにより接合しており、この溶接の際、溝１３の内面を溶融して溝１３を塞いでいる。これにより、減圧状態において蓋体４と基体１とを接合する際、溝１３から燃料改質器収納用容器の内部にあるガスを十分に排出することが可能であり、燃料改質器収納用容器内部を高真空に排気することが可能であるとともに、蓋体４と基体１との接合の際に加える熱によって基体１や蓋体４が歪んで応力が生じたとしても、溝部１３を適度に変形させることによって応力を吸収させることができ、応力による封止不良を有効に防止することができる。

基体１と蓋体４との接合は抵抗溶接やレーザ照射による溶接などの溶接法、ろう付け法などを用いることができる。溶接法の場合、溝１３を介して内部のガスを排出しながら溶接を行なってゆき、溶接が最終的に溝１３付近に達した時にその溶接によって溝１３の内面を溶融させて溝１３を塞ぐ。

また、ろう付け法の場合、溝１３以外の部位にろう材を塗布しておき、ろう材が基体１と蓋体４との間にぬれ広がった後に、最後にろう材が溝１３に濡れ広がるようにして溝１３を塞ぐ。あるいは、溝１３の内面にもろう材を塗布しておいてもよいが、この場合、接合時に溝１３が塞がれないよう、溝１３の内側のガスを排気するための通路を十分確保しておく必要がある。

このように溶接法およびろう付け法において、溝１３が最後に塞がれるようにしておくことで、溝１３により燃料改質器収納用容器内の排気を良好に行なうことができる。

好ましくは、基体１と蓋体４とを溶接により接合し、溝１３の内面を基体１と蓋体４との接合の際に溶融して溝１３を塞ぐのがよい。これにより、蓋体４と基体１との接合部のみに熱を生じさせて蓋体４と基体１とを接合することができ、熱が基体１または蓋体４に伝達して、燃料改質装置１１内の他の部品や燃料改質装置１１の外側の他の部品に損傷を与えたり、燃料改質器収納用容器が歪んで封止不良が生じたりするのを有効に抑制できる。

また、蓋体４と基体１との接合を溝１３で排気を行いながら溝１３以外の部位を先に溶接し、最後に溝１３を塞ぐことにより、接合中に溝１３が埋まって排気の効率が低下するのを抑制し、燃料改質装置１１内の真空度を高くすることができる。

本発明の燃料改質装置１１に収納される燃料改質器９は、燃料を改質するための装置であり、その内部に燃料を改質するための触媒が担持された微細流路あるいは空隙を有する。

燃料改質器９の形状は様々であり、例えば微小ケミカルデバイスとして、半導体製造技術等を適用して、例えば、シリコン等の半導体，石英，ガラス，金属、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、金属等のカバーを陽極接合、ロウ付け、溶接等により表面に密着させて使用される、例えば略四角形状のものが挙げられる。また、石英，ガラス，金属、セラミックス等の無機材料から成る管状であり、その内面に燃料を改質するための触媒が担持されたものも挙げられる。

燃料の改質反応が水蒸気改質反応のような吸熱反応の場合、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（不図示）や厚膜ヒーター（不図示）を形成し、表面にはこの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。この温度調節機構により、燃料改質条件に相当する２００〜８００℃程度の温度条件に調整することで、供給管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反応させて、燃料排出口に接続された排出管５ｂから水素ガスを発生させる改質反応を良好に促進することができる。

このようなヒーターは、燃料改質器９における触媒が担持され燃料改質をおこなう流路内や空隙内、あるいはその近傍に配置される。これにより、ヒーターから発生する熱を効率的に燃料改質反応に用いることができる。

燃料改質器９は、燃料改質器９上の電極７が基体１に設けた外部リード端子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の表面や内部に形成されたヒーターを加熱することができる。その結果、燃料改質器９において反応温度の維持が可能となり燃料の改質反応を安定させることができる。

本発明の燃料改質器収納用容器は、キャビティ内のガスを吸着するガス吸着材１０をキャビティ内に収納するのがよい。これにより、蓋体４で封止した後に、燃料改質器収納用容器の内側や燃料改質器９自体の表面など燃料改質器収納用容器内部の各部品表面に吸着しているガスが、燃料改質時の温度の影響や時間の経過に伴い燃料改質装置１１内部にアウトガスとして放出されたとしても、このガスをガス吸着材１０によって良好に吸着させることができるため、燃料改質装置１１内部の真空状態を、燃料改質装置１１内に燃料改質器９を収納し封止した直後だけでなくその後も長期に保つことができる。

ガス吸着材１０は、化学的に活性な金属粉による気体の吸着作用を利用して真空排気を行うものであり、１０〜５００μｍ程度の厚みを持つＮｉ−Ｃｒ等から成る金属板の片面あるいは両面にＺｒ、Ｆｅ、Ｖ等を主成分とする金属粉を厚み１０μｍ〜１ｍｍを担持させ作製される。

なお、ガス吸着材１０の金属粉の表面は、通常酸化膜で覆われているためそのままではガス吸着作用は現さない。ガス吸着材１０の金属粉は加熱処理を行い、表面の酸化膜がガス吸着材１０内部へ拡散し表面に新しい活性面が現れることによってガス吸着作用が発動（活性化）する。

ガス吸着材１０の加熱は、ガス吸着材１０を構成する金属板に外部電源からの電気エネルギーをリード端子等で伝送させることにより金属板を発熱させることにより行われたり、また、蓋体４もしくは基体１に窓部を設け、この窓部を通じて赤外線やレーザー光等光線をガス吸着材１０に照射し、光線のエネルギーを直接ガス吸着材１０で熱エネルギーに変換することに行う。

ガス吸着材１０は基体１の燃料改質器収納用容器の内面に直接、あるいは台座などを介して搭載してもよく、燃料改質器９上に搭載してもよい。また、図１のようにリード端子に接続して外部電源からの電気エネルギーをリード端子で伝送し、この電気エネルギーをガス吸着材１０の金属板に伝え、この金属板で熱エネルギーに変換してガス吸着材１０の加熱を補助的に行なってもよい。

好ましくは、ガス吸着材１０をキャビティの溝１３側の内面に沿って配置するのがよい。これにより、基体１と蓋体４との接合時に溝１３を排気用として用い、最後にこの溝１３を塞ぐ際に気体が被着しやすいこの溝部１３にガス吸着材１０を近づけることによって、溝部１３に被着した気体を即座にガス吸着材１０で効率よく吸着させることができる。つまり、溝部１３に被着した気体が燃料改質器収納用容器内に放散して他の部位に再被着するという悪循環を抑制してガス吸着の効率をきわめて高くすることができる。

本発明の燃料改質装置１１においては、燃料改質器収納用容器内部の内圧が１０^２Ｐａ以下にされているのがよい。これにより、燃料改質器９からの放射熱によって基体１や蓋体４に熱が伝わるのを有効に防止することができる。燃料改質器収納用容器の内圧が１０^２Ｐａを超えると、燃料改質器９からの放射熱によって基体１や蓋体４に熱が伝わりやすくなるとともに、ガス吸着材１０の自己活性が起こりやすく、ガス吸着材１０が短時間で活性力が低下し易くなる。

好ましくは、基体１と蓋体４との接合は、抵抗溶接法により行なわれるのがよい。この溶接法による基体１と蓋体４との接合は、基体１と蓋体４の接合部及びその近傍のみが加熱されることから、ガス吸着材１０が加熱されるのを抑制でき、ガス吸着１０が燃料改質装置１１の封止時に活性化されることはない。

また、１０^２Ｐａ以下の気圧下で基体1と蓋体4との接合が行われるのがよい。１０^２Ｐａ以下の気圧下で接合を行なうと、燃料改質器収納用容器内の真空度を高めることができる。よって、燃料改質器９から基体１や蓋体４に熱が伝わるのを有効に防止できる。

また、燃料改質器収納用容器内にガス吸着材１０を収納する場合、ガス吸着材１０が周辺のガスを吸着する際の反応熱により自己活性をおこない、活性化が進行し、吸着特性が劣化するのを有効に防止できる。また、燃料改質器収納用容器内の内圧を下げ真空度を高める際に、ガス吸着材１０のガス吸着許容量の限界に近づくことを有効に防止し、ガス吸着材１０の吸着機能を良好に維持できる。

なお、燃料改質器収納用容器を気密封止した後に燃料改質器収納用容器内に放出されるアウトガスとは、燃料改質器収納用容器の内面や燃料改質器自体の表面など燃料改質器収納用容器内の各部品表面に吸着しているガスや、溶接時に基体１と蓋体４の接合部およびその周辺が酸化されてその部分から燃料改質時の温度の影響や時間の経過に伴い放出されるガスのことであり、燃料改質器収納用容器を１０^２Ｐａ以下の気圧下で封止し、その後ガス吸着材１０でこのアウトガスを吸着することにより、燃料改質器収納用容器内の真空度をより高めることができる。

供給管５ａおよび排出管５ｂは、それぞれ原料や燃料ガス流体の供給路および水素を含有する改質ガスの排出路である。これらは、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，ＳＵＳ等の金属材料、Ａｌ_２Ｏ_３質焼結体，３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２質焼結体，ＳｉＣ質焼結体，ＡｌＮ質焼結体，Ｓｉ_３Ｎ_４質焼結体，ガラスセラミック焼結体等のセラミック材料、ポリイミド等の高耐熱の樹脂材料、または、ガラスで形成されている。

好ましくは、改質ガスに含まれる水素により脆化しにくいものであるのがよい。このような材料としては、Ｆｅ合金、セラミックス、ガラスが挙げられる。

なお、供給管５ａおよび排出管５ｂは、基体１を貫通していてもよく蓋体４を貫通していてもよい。あるいは、基体１と蓋体４との接合界面に挟み込むようにしてキャビティ内と外部とを連通してもよい。

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、ガス吸着材１０はリード端子１２に接合されているが、絶縁性の例えばセラミック等の台座に固定しても良い。

本発明の燃料改質装置の実施の形態の一例を示す断面図である。 図１の燃料改質装置を上側から見た場合の斜視透過図である。 図１の燃料改質装置を下側から見た場合の斜視透過図である。 図１の燃料改質装置における基体の斜視図である。

符号の説明

１・・・・・基体
４・・・・・蓋体
５ａ・・・・供給管
５ｂ・・・・排出管
９・・・・・燃料改質器
１０・・・・ガス吸着材
１１・・・・燃料改質装置
１２・・・・突出した部位（プロジェクション）
１３・・・・溝

Claims (8)

1. 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が収納されるキャビティを有した基体と、前記燃料改質器からの前記改質ガスを排出すべく前記キャビティ内と外部とを連通する排出管と、前記燃料改質器に前記燃料を供給すべく前記キャビティ内と外部とを連通する供給管と、前記基体に前記キャビティを塞ぐように接合される蓋体とを具備してなる燃料改質器収納用容器において、前記基体の前記蓋体との接合部および前記蓋体の前記基体との接合部の少なくとも一方に前記キャビティ内の気体を排気するための溝を形成したことを特徴とする燃料改質器収納用容器。
2. 前記基体の前記蓋体との接合部および前記蓋体の前記基体との接合部の少なくとも一方を全周にわたって突出させ、該突出した部位の一部を切り欠くことによって前記溝を形成したことを特徴とする請求項１記載の燃料改質器収納用容器。
3. 前記蓋体および前記基体が熱伝導率が１２０Ｗ/ｍＫ以下の金属材料からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の燃料改質器収納用容器。
4. 前記キャビティ内のガスを吸着するガス吸着材を前記キャビティ内に収納したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の燃料改質器収納用容器。
5. 前記ガス吸着材を前記キャビティの前記溝側の内面に沿って配置したことを特徴とする請求項４記載の燃料改質器収納用容器。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の燃料改質器収納用容器の前記キャビティに燃料改質器を収納し、前記基体と前記蓋体とを接合するとともに前記溝を塞いだことを特徴とする燃料改質装置。
7. 前記基体と前記蓋体とを溶接により接合し、前記溝の内面を前記基体と前記蓋体との接合の際に溶融して前記溝を塞いだことを特徴とする請求項６記載の燃料改質装置。
8. 請求項６または請求項７記載の燃料改質装置の製造方法であって、１０^２Ｐａ以下の気圧下で前記燃料改質器収納用容器の前記キャビティに前記燃料改質器を収納する工程と、前記基体と前記蓋体とを接合するとともに前記溝を塞ぐ工程とを具備していることを特徴とする燃料改質装置の製造方法。

Images