JP2007095359A - 燃料電池用燃料改質器 - Google Patents

Abstract

【課題】 エネルギー損失の小さい燃料電池用燃料改質器を提供すること。
【解決手段】 燃料電池用燃料改質器１は、内部に薄膜ヒータを有する改質器本体１０と、改質器本体１０を収容し、内部が真空に保たれた外部容器２０と、薄膜ヒータに電力を供給する電線と、複数の燃料導入・排出管１２とを備える。電線および複数の燃料導入・排出管１２は、真空気密を保つように外部容器２０に貫通させてある。改質器本体１０、燃料導入・排出管１２および外部容器２０をガラス製とすることで、部材の直接接触による熱伝導が大きく低減し、エネルギー損失の小さい燃料電池用燃料改質器１を実現できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、天然ガスやメタノール等の燃料を水素リッチなガスに改質する燃料電池用燃料改質器に関する。

環境問題、省資源問題を解決する高エネルギー効率発電システムとして燃料電池の実用化が進んでいる。近年、携帯用電子機器用電源としても燃料電池を適用する試みがなされつつある。しかし燃料電池を携帯用とするためには、小型軽量化の制約条件のなかで断熱対策と低エネルギー損失対策について新たな技術開発が必要とされる。

例えば、燃料電池、とくに燃料改質器を小型化する試みは、特許文献１や特許文献２等に開示されている。特許文献１に開示されている技術は、移動用電源の提供を目的にメタノールから水素を得る小型で簡便な構成の燃料改質器に関するものである。特許文献２に開示されている技術は、燃料改質器を用いて燃料電池の小型化を図るものである。
特開平８−１２３０１号公報 特開２００１−２２９９４９号公報

しかしながら、上記従来技術で用いている燃料改質器では、エネルギー損失が多く、ガス反応器を２００℃〜４００℃に保つための投入エネルギーが高くなる問題があった。
例えば、特許文献１に開示されているメタノール改質器にはメタノールの導入・排出管に扁平な鋼管を使用している。また、特許文献２に開示されている燃料電池では、水素など燃料ガスを供給する管が、周囲を真空室で包囲した燃料電池の発電モジュールを貫通して連結されている。

このように燃料導入・排出管や、反応器と外部容器が接触する部分（反応器支持材）に金属、合金（ステンレス鋼、銅、コバール等）を使用すると、金属は熱伝導率が大きいため、熱伝導によるエネルギー損失が多くなる。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その目的は、エネルギー損失の小さい燃料電池用燃料改質器を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、燃料電池用燃料を改質するためのガス反応器と、該ガス反応器を加熱するための電気発熱体と、該ガス反応器および電気発熱体を収容し内部が真空に保たれている外部容器と、前記電気発熱体に電力を供給する電線と、改質する燃料を前記ガス反応器に導入し改質した燃料を前記ガス反応器から排出する複数の燃料導入・排出管とを備え、前記電線および燃料導入・排出管が前記外部容器を貫通している燃料電池用燃料改質器において、前記ガス反応器、燃料導入・排出管、外部容器をそれぞれ構成する材料および前記燃料導入・排出管が前記外部容器を貫通する部分を封着する封着剤の熱膨張係数のうち、もっとも大きい熱膨張係数の値がもっとも小さい熱膨張係数の値の１０倍以内であることを要旨とする。

発熱するガス反応器を収容する小型の燃料電池用燃料改質器を実現するには、次の３つの現象によるエネルギー損失を低減することが重要である。
（１）空気等の気体の対流による熱伝導
（２）発熱体からの赤外線輻射
（３）部材の直接接触による熱伝導
上記３つの現象によるエネルギー損失を低減する対策として、次の３つの方法がある。

（ａ）発熱体を外部容器内に閉じ込める。
（ｂ）外部容器の内面に赤外線反射膜を設け、赤外線の透過を抑える。
（ｃ）発熱体と外部容器の接触面積を小さくするとともに、部材の接触部には熱伝導率の小さい材料を使用する。

本発明は、上記（３）の対策に関する。金属の熱伝導率は約１７（Ｗ／ｍＫ）であるのに比べて、ガラスの熱伝導率は約０．７５（Ｗ／ｍＫ）であり金属の１／２０以上と小さい。この発明によれば、ガス反応器、燃料導入・排出管および外部容器をそれぞれ構成する材料および前記燃料導入・排出管が前記外部容器を貫通する部分を封着する封着剤の熱膨張係数のうち、もっとも大きい熱膨張係数の値がもっとも小さい熱膨張係数の値の１０倍以内にしたことで、部材の直接接触による熱伝導が大きく低減し、エネルギー損失の小さい真空断熱容器を実現できる。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の燃料電池用燃料改質器において、前記ガス反応器、燃料導入・排出管および外部容器をそれぞれ構成する材料および封着剤をガラスにしたことを要旨とする。

金属の熱伝導率は約１７（Ｗ／ｍＫ）であるのに比べて、ガラスの熱伝導率は約０．７５（Ｗ／ｍＫ）であり金属の１／２０以上と小さい。この発明によれば、ガス反応器、燃料導入・排出管および外部容器をそれぞれ構成する材料および封着剤を熱伝導率の小さいガラスとすることで、部材の直接接触による熱伝導が大きく低減し、エネルギー損失の小さい燃料電池用燃料改質を実現できる。
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の燃料電池用燃料改質器において、前記ガス反応器の熱膨張係数を２０×１０⁻⁷（１／℃）〜５０×１０⁻⁷（１／℃）の範囲、前記外部容器の熱膨張係数と前記ガス反応器の熱膨張係数との差を±１０×１０⁻⁷（１／℃）
以内、前記燃料導入・排出管および封着剤の熱膨張係数と前記ガス反応器の熱膨張係数との差を±１５×１０⁻⁷（１／℃）以内とすることを要旨とする。

燃料電池用燃料改質器では、電気発熱体を内部に有するガス反応器が約２００℃〜４００℃になり、外部容器は約５０℃の低温に維持しなければならない。したがってガス反応器は大きく熱膨張するが外部容器はほとんど熱膨張しない。このため、真空気密を保つように外部容器を貫通させてガス反応器に繋ぐ燃料導入・排出管には、熱膨張の大きいガス反応器と熱膨張の小さい外部容器の熱膨張差に起因してガラスの破壊強度を超える大きな引っ張り応力が発生することがある。その結果、ガラス製の燃料導入・排出管或いは該管と外部容器との繋ぎ部分にクラックや割れ等が発生し、外部容器の内部を真空に維持できなくなる。このような問題は、上記特許文献２に開示されている燃料電池のように、改質反応器と断熱容器を金属管で溶接している構成の場合に発生する虞がある。

この発明によれば、外部容器自体の熱膨張が小さくなるとともに、外部容器とガス反応器の熱膨張差も小さくなる。これにより、真空気密を保つように外部容器を貫通させてガス反応器に繋ぐ燃料導入・排出管に発生する引っ張り応力が低減され、ガラス製の燃料導入・排出管或いは該管と外部容器との繋ぎ部分にクラックや割れ等が発生するのを抑えることができ、外部容器の内部を真空に維持することができる。

また、燃料導入・排出管に発生する引っ張り応力を低減するにはガス反応器の熱膨張係数は小さい程よいが、一般に低膨張のガラス（熱膨張係数の小さいガラス）は融点が高く、加工しにくい。この発明によれば、ガス反応器の熱膨張係数を上記範囲とすることで、
熱膨張と加工のし易さの両方を考慮して最適なガス反応器のガラス材料を選択することができる。
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の燃料電池用燃料改質器において、前記ガス反応器の熱膨張係数を２０×１０⁻⁷（１／℃）〜５０×１０⁻⁷（１／℃）の範囲、前記外部容器の熱膨張係数と前記ガス反応器の熱膨張係数との差を±５×１０⁻⁷（１／℃）以
内、前記燃料導入・排出管および封着剤の熱膨張係数と前記ガス反応器の熱膨張係数との差を±１０×１０⁻⁷（１／℃）以内とすることを要旨とする。

これによれば、燃料導入・排出管に発生する引っ張り応力がさらに低減され、ガラス製の燃料導入・排出管或いは該管と外部容器との繋ぎ部分にクラックや割れ等が発生するのをさらに抑えることができ、外部容器の内部を真空に維持することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の燃料電池用燃料改質器において、前記ガス反応器は矩形の基板を有し、前記外部容器は４つの側壁を有する直方体であり、前記複数の燃料導入・排出管は前記ガス反応器の基板の４辺のうち一つに配置され、対向する前記外部容器の一つの側壁を貫通していることを要旨とする。

これによれば、ガス反応器は片側保持のため、つまり、ガス反応器はその片側を外部容器の複数の燃料導入・排出管で保持されるため、ガス反応器が温度上昇しても燃料導入・排出管に発生する応力が少なくなり、ガラス製の燃料導入・排出管にクラックや割れ等が発生するのを抑制できる。

請求項６に係る発明は、請求項１，２または４に記載の燃料電池用燃料改質器において、前記ガス反応器は矩形の基板を有し、前記外部容器は４つの側壁を有する直方体であり、前記複数の燃料導入・排出管は、前記ガス反応器の基板の４辺または対向する２辺の熱膨張中心軸上に配置され、対向する前記外部容器の側壁を貫通していることを要旨とする。

一般に、熱膨張による変位は燃料導入・排出管の軸方向に発生する応力とその半径方向に発生する応力の合力となるため、ガス反応器の熱膨張中心から離れた位置にある燃料導入・排出管には捻り応力が発生し応力が増大する。この発明によれば、複数の燃料導入・排出管を、ガス反応器の基板の４辺または対向する２辺の熱膨張中心軸上に熱膨張中心軸上に配置することで、応力発生を燃料導入・排出管の軸方向だけにすることができ、発生応力が低減される。これにより、ガラス製の燃料導入・排出管にクラックや割れ等が発生するのを抑制できる。
請求項７に係る発明は、請求項１，２または４に記載の燃料電池用燃料改質器において、前記ガス反応器は矩形の基板を有し、前記外部容器は４つの側壁を有する直方体であり、前記複数の燃料導入・排出管は、前記ガス反応器の基板の４辺がつくる長方形の中心に関して点対称な位置に配置され、対向する前記外部容器の側壁を貫通していることを要旨とする。

これによれば、複数の燃料導入・排出管を、ガス反応器の基板の４辺がつくる長方形の中心に関して点対称な位置に配置したので、各燃料導入・排出管に発生する応力のバランスが取れて、上記捻り応力が低減される。これにより、ガラス製の燃料導入・排出管にクラックや割れ等が発生するのを抑制できる。
請求項８に係る発明は、請求項１に記載の燃料電池用燃料改質器において、前記複数の燃料導入・排出管を、前記外部容器の各側壁のフランジ面と外側表面とに封着剤により気密に封着したことを要旨とする。

これによれば、各燃料導入・排出管の長さが短くなり、熱膨張に起因する発生応力が減
少するので、各燃料導入・排出管の封着部分でクラック等が発生するのを抑制できる。
請求項９に係る発明は、請求項８に記載の燃料電池用燃料改質器において、前記複数の燃料導入・排出管の内側端部は、前記ガス反応器の基板に設けられた座ぐり穴に挿入される封着剤により気密に封着されて固定されていることを要旨とする。

これによれば、各燃料導入・排出管の内側端部とガス反応器との接続が容易になるとともに、座ぐり穴内部でも燃料導入・排出管を封着剤により封着できるので、耐応力が向上する。
請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の燃料電池用燃料改質器において、前記座ぐり穴の内部には、前記燃料導入・排出管の内側端部と前記ガス反応器の内部流路との間に隙間を作り、前記燃料導入・排出管の内側端部を位置決めするテーパ部または曲面部が形成されていることを要旨とする。

これによれば、座ぐり穴の内部にテーパ部を設けたので、ガス反応器の内部流路の大きさと各燃料導入・排出管の内側端部の大きさが一致していなくても、燃料導入・排出管と内部流路との間で流れる流体抵抗を小さくすることができるので、小型の燃料電池用燃料改質器を実現するのに有効となる。
請求項１１に係る発明は、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の燃料電池用燃料改質器において、前記複数の燃料導入・排出管の一部或いは全部に代えて、複数の流路を有する集合導入・排出管を用いることを要旨とする。

これによれば、外部容器に燃料導入・排出管を貫通させて封着する個所が減るので、燃料電池用燃料改質器の組み立て工数が減り、安価で小型の燃料電池用燃料改質器を実現することができる

以上説明したように、本発明によれば、エネルギー損失の小さい燃料電池用燃料改質器を実現できる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る燃料電池用燃料改質器を具体化した一実施形態に係る携帯用燃料電池の燃料改質器の構造を示す平面図、図２は同燃料改質器の構造を示す断面図である。また、図３は、同燃料改質器における燃料導入・排出管と外部容器、および同管と改質器本体（ガス反応器）との各繋ぎ部分を示す断面図である。

本実施形態の燃料電池用燃料改質器１は、ガス反応器としての改質器本体１０と、この改質器本体１０を収容する外部容器２０を備え、電気発熱体としての薄膜ヒータ２３ａ、２３ｂにそれぞれ電力を供給するための電線（リード線）１４ａ，１４ｂと、複数の燃料導入・排出管１２とが外部から外部容器２０を貫通し、改質器本体１０に接続されている。

外部容器２０内を真空に保つために、上記電線１４ａ，１４ｂと燃料導入・排出管１２が外部容器２０を貫通する部分は低融点ガラス封着剤等で気密封着される。
改質器本体１０は、改質反応基板１０ａ、主基板１０ｂ、燃焼反応基板１０ｃを積層して構成されている。各基板１０ａ，１０ｂ，１０ｃの厚みは例えば１ｍｍ、形状は例えば４０ｍｍ×３０ｍｍの矩形をなしている。主基板１０ｂと改質反応基板１０ａの表面に溝を形成し、両基板１０ｂ，１０ａを接合したとき、その表面に形成した溝によって互いに連通する改質反応流路１１および酸化反応流路１３が形成される。また、燃焼反応基板１０ｃの表面に溝を形成し、主基板１０ｂと燃焼反応基板１０ｃとを接合したとき、その表
面に形成した溝によって燃焼反応流路２４が形成されている。燃焼反応流路２４は、互いに連通する改質反応流路１１および酸化反応流路１３に対して主基板１０ｂを介して相対向するように形成されている。尚、主基板１０ｂと燃焼反応基板１０ｃおよび改質反応基板１０ａは、接着剤による面接合あるいは陽極酸化面接合等によって接合される。
また、燃焼反応流路２４内には、同反応流路２４に沿って電気発熱体としての薄膜ヒータ２３ａ、２３ｂが備えられている。詳述すると、左側の薄膜ヒータ２３ａは、改質反応流路１１と相対向する燃焼反応流路２４内に設けられ、電線１４ａから供給される電力にて発熱するようになっている。右側の薄膜ヒータ２３ｂは、酸化反応流路１３と相対向する燃焼反応流路２４内に設けられ、電線１４ｂから供給される電力にて発熱するようになっている。つまり、燃焼反応流路２４内において、それぞれ異なる箇所をそれぞれ異なる温度に制御できるようになっている。

複数の燃料導入・排出管１２としては、改質するメタノール水溶液を改質器本体１０に導入するための燃料導入管１２ａ、改質した燃料を改質器本体１０から排出する燃料排出管１２ｂ及び燃焼用燃料導入管１２ｃ、燃焼用燃料排出管１２ｄ、さらに、酸化反応用の酸素導入管１２ｅ、燃焼反応用酸素導入管１２ｆがあり、これら５種類の機能を担う管を総称して燃料導入・排出管１２という。
尚、燃料導入管１２ａは、改質反応流路１１の左端（上流）に連通し、改質反応流路１１にメタノール水溶液を導入する。燃料排出管１２ｂは酸化反応流路１３の右端（下流）に連通し、酸化反応流路１３から改質した燃料（水素）を排出する。また、燃焼用燃料導入管１２ｃは、燃焼反応流路２４の左端（上流）に連通され、燃焼用燃料排出管１２ｄは燃焼反応流路２４の右端（下流）に連通されている。さらに、酸化反応用の酸素導入管１２ｅがあり、酸化反応流路１３の上流であって改質反応流路１１の下流側にそれぞれ連通され、酸素導入管１２ｅに酸素を導入する。

改質反応は、燃焼反応で発生した熱エネルギー及び燃焼反応流路２４の内壁に設けられた薄膜ヒータ２３ａの発熱による熱エネルギーの供与を受けてメタノール水溶液から水素と二酸化炭素を生成する化学反応である。

改質反応例を下式（１）に示す。
ＣＨ₂ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ → ３Ｈ₂＋ＣＯ₂ …（１）
本改質反応は、改質反応流路１１で行われるため、改質反応流路１１の内壁面には反応触媒層を設ける。この反応触媒層は、例えばＣｕ、Ｚｎ、Ａｌ₂Ｏ₃等が用いられる。反応温度は、一般に３００℃程度が好ましいが、触媒の種類によって２００〜４００℃程度が好ましい場合もある。

上記式（１）の右辺の生成物のＨ₂、ＣＯ₂には、実際には微量の一酸化炭素ＣＯが含まれる。このため、改質反応流路１１を通過するガスは一酸化炭素除去部の酸化反応流路１３に供給される。一酸化炭素除去部では、残存する一酸化炭素ＣＯを除去するために、反応生成物を酸素に接触させ次式（２）の反応により二酸化炭素ＣＯ₂に変化させる。これ
によって、一酸化炭素ＣＯは確実に除去される。

ＣＯ＋（１／２）Ｏ₂ → ＣＯ₂ …（２）
なお、酸化反応流路１３の内壁面には、酸化触媒層が設けられている。この酸化触媒層には、例えばＰｔ、Ａｌ₂Ｏ₃等の選択酸化触媒が用いられる。酸素を酸素導入管１２ｅから供給し、ＣＯが酸化されたＣＯ₂は、燃料排出管１２ｂから大気に放出される。

一方、燃料電池での発電に使われる水素は燃料排出管１２ｂを通って溶液の改質反応と一酸化炭素の酸化反応を同時に行うことを意図した改質器である。消費電力を低減させるための燃焼反応流路２４で燃焼反応を行い、その時発生する熱エネルギーを主基板１０ｂ
を介して改質反応に供給することも可能である。燃焼反応流路２４の内壁面に設ける燃焼触媒層は、例えば、Ｆｅ_２Ｏ_３／Ａｌ₂Ｏ₃混合物、Ｐｔ／Ａｌ₂Ｏ₃混合物、Ｐｄ／Ａｌ₂
Ｏ₃混合物等である。

この改質器本体１０を真空中に維持するために、改質器本体１０をガラス製の外部容器２０内に収容する。この外部容器２０は、図２に示すように、加熱成形により有底箱形の下側及び上側ガラス容器２２，２６を作り、これらの両ガラス容器２２，２６の開口面（張り合わせ部Ａ）を気密に貼り合わせて構成され、内部に直方体の空間を持つ。

下側及び上側ガラス容器２２，２６を貼り合わせて外部容器２０を組み立てる前に、各ガラス容器２２，２６の内面には、赤外線反射膜として、下地膜としてのクロム（Ｃｒ）膜の上に、金（Ａｕ）膜（図示省略）がスパッタリング法により成膜される。その赤外線反射膜を、真空蒸着法、メッキ法または微粒子塗布法等の方法で形成してもよい。また、その赤外線反射膜には、金膜に限らず、銀、銅、アルミ等の赤外反射率の高い他の材料を用いてもよい。また、その下地膜も、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｗ等、ガラスと密着性が良く、かつ加熱時に金属が合金化しにくい材料であれば特に制約は無い。

次に、複数（６本）の燃料導入・排出管１２の配置と、各管１２の外部容器２０への取り付け構造について説明する。
６本の燃料導入・排出管１２は、図１に示すように、燃料改質器１を平面で見たときの中心Ｂに関して点対称な位置で、外部容器２０の下側ガラス容器２２にそれぞれ貫通している。図１で下側ガラス容器２２の左側壁２２ａおよび右側壁２２ｂには、それぞれ２本の燃料導入・排出管１２が中心Ｂに関して点対称な位置に設けられている。また、図１で下側ガラス容器２２の後側壁２２ｃおよび前側壁２２ｄには、それぞれ１本の酸素導入管１２が中心Ｂに関して点対称な位置で、中心Ｂを通る熱膨張中心軸上に設けられている。

詳述すると、左側壁２２ａには燃料導入管１２ａと燃焼用燃料導入管１２ｃが設けられ、右側壁２２ｂには燃料排出管１２ｂと燃焼用燃料排出管１２ｄが設けられ、後側壁２２ｃには酸素導入管１２ｆが設けられ、前側壁２２ｄには酸素導入管１２ｅが設けられている。

６本の燃料導入・排出管１２（１２ａ〜１２ｆ）はそれぞれ、下側ガラス容器２２の各側壁２２ａ〜２２ｄに、低融点ガラス封着剤により気密に封着されている。例えば、下側ガラス容器２２の左側壁２２ａに設けられた２本の燃料導入・排出管１２（燃料導入管１２ａと燃焼用燃料導入管１２ｃ）はそれぞれ、図３に示すように、左側壁２２ａのフランジ面（管を通す貫通孔の内面）４１と外側表面４２とに低融点ガラス封着剤４０により気密に封着されている。残りの４本の燃料導入・排出管１２も、左側壁２２ａに設けられた２本の燃料導入・排出管１２と同様に、下側ガラス容器２２の対応する各側壁のフランジ面とその外側端面とに低融点ガラス封着剤４０により気密に封着されている。

また、燃料導入・排出管１２の内側端部は、それぞれ改質器本体１０に固定され流路１１（１３，２４）と連通するようになっている。例えば、図３に示すように、左側壁２２ａに設けられた２本の燃料導入・排出管１２（図３では燃料導入管１２ａ）の内側端部はそれぞれ、改質器本体１０に設けられた座ぐり穴１８に低融点ガラス封着剤４０により気密に封着されて固定されている。

この座ぐり穴１８の内部には、燃料導入・排出管１２（図３では燃料導入管１２ａ）と改質器本体１０の改質反応流路１１との間に隙間４３を作り、燃料導入・排出管１２とその改質反応流路１１との間での燃料の流れに対し抵抗にならないように燃料導入・排出管１２の内側端部を位置決めするためのテーパ部１９が形成されている。テーパ部１９の替
わりに曲面に加工して曲面部としてもよい。他の４本の燃料導入・排出管１２（１２ｂ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ）の各内側端部も、左側壁２２ａに設けられた２本の燃料導入・排出管１２（１２ａ，１２ｃ）各内側端部と同様に、改質器本体１０に設けられた座ぐり穴１８に低融点ガラス封着剤４０により気密に封着されて固定されている。

外部容器２０の内部は、少なくとも１Ｐａ以下の高真空に保つ。その内部の真空度が１Ｐａを超えると、気体の熱伝導が生じ、エネルギー損失が大きくなると同時に外部容器２０の温度も上昇するため、好ましくない。

下側及び上側ガラス容器２２，２６を貼り合わせて外部容器２０を組み立てた後、ガラス容器２２の前側壁２２ｄに設けた排気管２８から外部容器２０内の空気を排気し、真空封止する。改質器本体１０と下側ガラス容器２２との間および改質器本体１０と上側ガラス容器２６との間の空間はそれぞれ、少なくとも０．２ｍｍ以上開けるのが望ましい。そのような隙間を設けるための支持部材１６，１７が、改質器本体１０を挟んで相対向するように下側及び上側ガラス容器２２，２６と一体にそれぞれ形成されている。つまり、下側ガラス容器２２には、この容器と同じ熱伝導率の小さいガラス材料で４つの支持部材１６が形成されている（図２参照）。４つの支持部材１６は、それぞれ直径が１ｍｍの円柱とした。同様に、上側ガラス容器２６には、この容器と同じ熱伝導率の小さいガラス材料で４つの支持部材１７が形成されている（図１および図２参照）。４つの支持部材１７は、それぞれ直径が１ｍｍの円柱とした。

なお、下側ガラス容器２２の各側壁２２ａ〜２２ｄのフランジ面４１と４つの支持部材１６は、下側ガラス容器２２の加熱成形時に同時に形成される。また、上側ガラス容器２６の４つの支持部材１７も、上側ガラス容器２６の加熱成形時に同時に形成される。

４つの支持部材１６および４つの支持部材１７は、下側ガラス容器２２と改質器本体１０との接触面積および上側ガラス容器２６と改質器本体１０との接触面積をそれぞれ極力小さくするために、熱伝導率の小さいガラス材料で、かつ直径が１ｍｍの円柱に形成されている。これらの支持部材１６および支持部材１７によって、改質器本体１０が外部容器２０内部から少なくとも０．２ｍｍ以上の隙間を開けた状態で支持されている（図２参照）。

このように、改質器本体１０が外部容器２０を構成する下側及び上側ガラス容器２２，２６のいずれの内面にも接触しないように改質器本体１０を支持部材１６および支持部材１７により支持するためには、支持部材１６および支持部材１７はそれぞれ３個以上必要である。各支持部材１６および各支持部材１７の形状は、円柱に限らず、角柱であってもよい。また、各支持部材１６および各支持部材１７の、改質器本体１０と接触する先端部は球状でも平坦面であってもよい。さらに、各支持部材１６および各支持部材１７の直径（円柱の場合）或いは対角線の長さ（角柱の場合）は、熱伝導（部材の直接接触による熱伝導）を抑えるために小さい方が望ましいが、１ｍｍに限らず、０．２ｍｍ〜１．５ｍｍ程度であってもよい。

さらに、改質器本体１０内部の薄膜ヒータ２３ａ，２３ｂにそれぞれ電力を供給する電線１４ａ、１４ｂも、燃料導入・排出管１２と同様に下側ガラス容器２２の各側壁２２ａ，２２ｂを貫通している（図１および図２参照）。電線１４ａ、１４ｂの貫通部は全て、低融点ガラス封着剤（図示省略）により気密に封着されている。なお、電線１４ａ、１４ｂには、低融点ガラス封着剤と熱膨張係数が近いコバール線を使用した。コバール線は、下側ガラス容器２２のガラスとの親和性が高く、温度変化に対しても低融点ガラス封着剤による封止部で真空漏れが生じることはなかった。電線１４ａ，１４ｂとしては、コバール線に限らず、鉄ニッケル合金線、または鉄ニッケル合金の心材を銅層で被覆したジュメ
ット線を使用してもよい。

以上のような構成を有する燃料改質器１では、使用部材（改質器本体１０と、外部容器２０と、燃料導入・排出管１２）の熱膨張差が小さい程、燃料導入・排出管１２に発生する引っ張り応力が小さくなるため、使用部材の熱膨張差が小さい方が好ましい。また、改質器本体１０は、２００℃〜４００℃と高温になるため、それ自身の熱膨張係数は小さい程好ましい。

改質器本体１０の熱膨張係数はゼロであることが最も好ましいが、熱膨張係数がゼロの材料は加工性およびコスト面から現実的には作製が困難である。そのため、改質器本体１０には、低熱膨張材料として安定で安価なガラス（例えば、熱膨張係数が３３×１０⁻⁷
（１／℃）のガラス）を使用するのが好ましい。

改質器本体１０におけるガラスの代用としては、上述のように熱膨張に起因する発生応力を考えると、熱伝導率の小さい材料、例えばシリコン、セラミックも使用可能である。また、他の使用部材である燃料導入・排出管１２、低融点ガラス封着剤４０および外部容器２０の熱膨張係数も、改質器本体１０に合わせることが好ましい。本実施形態では、ガラス製の燃料導入・排出管１２と外部容器２０の熱膨張係数を、改質器本体１０の熱膨張係数３３×１０⁻⁷（１／℃）に合わせた。

次に、本実施形態に係る燃料改質器１において、燃料導入・排出管１２の数および配置、燃料導入・排出管１２の外部容器２０に対する固定個所等を変えて作製した燃料改質器１の試作例と、各試作例の評価結果を図４に基づいて説明する。

図４（ａ）〜（ｆ）、図５（ａ）〜（ｃ）に示す各試作例では、ガラス製の燃料導入・排出管１２と外部容器２０の熱膨張係数を改質器本体１０の熱膨張係数３３×１０⁻⁷（
１／℃）に合わせたが、低融点ガラス封着剤４０の熱膨張係数のみ４１×１０⁻⁷（１／
℃）にした。また、各試作例では、燃料導入・排出管１２の外径を１．６ｍｍ、その内径を１．０ｍｍとした。

また、各試作例の評価に際し、改質器本体１０内部の薄膜ヒータ２３ａを３００℃に維持し、真空が維持できるか否かを各試作例で確認した。真空維持の確認は、排気管２８を取り付けたまま、排気管２８から真空ポンプで強制排気を行った。強制排気により外部容器２０内部を１Ｐａの真空状態にして、改質器本体１０の薄膜ヒータ２３ａに電力を供給し、改質器本体１０の温度を３００℃に維持した。このとき。ガラス製の燃料導入・排出管１２、低融点ガラス封着剤４０、および外部容器２０のガラス容器２２，２６に割れやクラック等が発生していないか否かについて、燃料改質器１にＨｅガスを常時吹き付け、Ｈｅリークディテクタで漏れの有無を確認した。

図４（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示す試作例では、燃料導入・排出管１２を改質器本体１０の一辺に集中配置し、この一辺と対向する外部容器２０の一辺を貫通させている。この構造の燃料改質器１を１０個試作し、評価した結果、クラックの発生等、破損したものは無く、外部容器２０内の真空は維持できた。

図４（ｃ）、（ｄ）にそれぞれ示す試作例では、各燃料導入・排出管１２を熱膨張中心軸上、つまり、改質器本体１０および外部容器２０の各辺の中央に配置した。（ｃ）では、対向する２辺、（ｄ）では４辺に配置し、外部容器２０を貫通させて外部に導いている。この構造の燃料改質器１を各１０個評価した結果、破損したものは無く、全数外部容器２０内の真空を維持できた。
図４（ｅ）、（ｆ）にそれぞれ示す試作例では、各燃料導入・排出管１２を改質器本体
１０の４辺に、図１に示す中心Ｂに関して点対称の位置になるように配置している。（ｅ）では、各辺の管１２の数が等しい。試作した例では長辺上の管１２は辺の中点から８．５ｍｍ、短辺上の管１２は辺の中点から１０ｍｍの位置に配置した。また、（ｆ）では、対向する２辺の管１２の数を等しくなるように配置している。この試作した各１０個の燃料改質器１全てで破損は生じず真空を維持できた。

これに対して、図５（ａ）に示す試作例では、各燃料導入・排出管１２を、３辺の熱膨張中心軸上に配置した。５個について評価したが、燃料導入・排出管１２の一部が破壊し、全数が真空を維持できなかった。また、図５（ｂ）は、図４（ｅ）の場合の配置から１辺の配置を除いたものである。５個について評価したが、燃料導入・排出管１２の一部が破壊し、全数が真空を維持できなかった。さらに、図５（ｃ）は、図４（ｅ）又は図４（ｆ）同様に、４辺に管１２が配置されているが、対向する２辺の一方において管１２の数が異なっている。この場合には、一部に破損が生じた。

なお、図４（ｄ）に示すような構造であっても、各燃料導入・排出管１２を、外部容器２０の外側表面だけに低融点ガラス封着剤４０により封着した場合は、評価した１０個の燃料改質器１のうち７個で真空を維持できなかった。これに対して、各燃料導入・排出管１２の配置は同じであるが、各燃料導入・排出管１２を図３に示すように外部容器２０の左側壁２２ａの外側表面４２と貫通部表面（フランジ面４１）の２箇所で低融点ガラス封着剤４０により封着した場合には、評価した全数で真空を維持できた。

さらに、本実施形態に係る燃料改質器１について、次のような評価を行った。
改質器本体１０内部の薄膜ヒータ２３ａ，２３ｂに電力を供給し各部の温度を計測した。薄膜ヒータ２３ａ，２３ｂに１．５Ｗの電力を供給すると、改質器本体１０は３００℃に加熱された。ガラス容器２６の中央部は５５℃、その角部は５０℃であった。

比較のため、本実施形態に係る燃料改質器１と同じ構造で、各燃料導入・排出管１２をガラス管に代えてコバール管にした場合における各部の温度を計測した。コバール管として、熱伝導量を極力少なくするように、外径が１．０ｍｍで、内径が０．０５ｍｍの極細管を使用した。また、この比較例では、複数の燃料導入・排出管（コバール管）１２を図４（ｂ）のように配置した。この場合、改質器本体１０を３００℃に加熱維持するには、上記本実施形態に係る燃料改質器１の場合の２倍以上である約３．５Ｗの電力を薄膜ヒータ２３ａに供給した。

以上のように構成された一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
○改質器本体１０、複数の燃料導入・排出管１２および外部容器２０をガラス製とすることで、部材の直接接触による熱伝導が大きく低減し、エネルギー損失の小さい真空断熱容器を実現できる。

○ガラス製の燃料導入・排出管１２と外部容器２０の熱膨張係数を改質器本体１０の熱膨張係数３３×１０⁻⁷（１／℃）に合わせたので、改質器本体１０自体の熱膨張が小さ
くなるとともに、外部容器２０と改質器本体１０の熱膨張差、および燃料導入・排出管１２と改質器本体１０の熱膨張差も小さくなる。これにより、真空気密を保つように外部容器２０を貫通させて改質器本体１０に繋ぐ燃料導入・排出管１２に発生する引っ張り応力が低減され、ガラス製の燃料導入・排出管１２或いは該管と外部容器との繋ぎ部分（低融点ガラス封着剤４０）にクラックや割れ等が発生するのを抑えることができ、外部容器２０の内部を真空に維持することができる。

○６本の燃料導入・排出管１２は、図１に示すように、外部容器２０の４つの側壁２２ａ〜２２ｄに、燃料改質器１を平面で見たときの中心Ｂに関して点対称な位置に配置され
ている。これにより、各燃料導入・排出管１２に発生する応力のバランスが取れて、上記捻り応力が低減される。これにより、ガラス製の各燃料導入・排出管１２にクラックや割れ等が発生するのを抑制できる。

○複数の燃料導入・排出管１２を上記のように点対称な位置に配置したとしても、改質器本体１０の熱膨張が大きくなると、改質器本体１０と外部容器２０を燃料導入・排出管１２で繋いだ２重構造の燃料改質器１が作製できない。例えば、部材間（改質器本体１０と外部容器２０や、改質器本体１０と燃料導入・排出管１２）に熱膨張差の大きな低融点ガラス（熱膨張係数の差が３０×１０⁻⁷（１／℃）以上）を使用した構造では、同ガラ
ス溶融後の徐冷時に、熱膨張差に起因する大きな残留応力が発生する。これにより、ガラス製の各燃料導入・排出管１２にクラックや割れ等が発生し、真空を維持できない。

本実施形態では、ガラス製の燃料導入・排出管１２と外部容器２０の熱膨張係数を、改質器本体１０の熱膨張係数３３×１０⁻⁷（１／℃）に合わせたので、上記熱膨張差に起
因する大きな残留応力の発生が抑制され、ガラス製の各燃料導入・排出管１２にクラックや割れ等がするのを抑制できる。したがって、改質器本体１０と外部容器２０を燃料導入・排出管１２で繋いだ２重構造の小型の燃料改質器１を作製できる。

○複数の燃料導入・排出管１２がそれぞれ貫通する側壁２２ａ〜２２ｄの各貫通部は、図３に示すように、低融点ガラス封着剤４０により気密に封着されているので、各燃料導入・排出管１２の貫通部での真空漏れを抑制できる。

○複数の燃料導入・排出管１２を外部容器２０の２辺（２つの側壁）、３辺或いは４辺に配置した構造で、各燃料導入・排出管１２を外部容器２０の外側だけで封着すると、発生応力が大きく、各燃料導入・排出管１２の封着部分にクラック等が発生し易い。これは、各燃料導入・排出管１２を外部容器２０の外側だけで封着すると、各燃料導入・排出管１２の長さが長くなり、熱膨張による応力が大きくなるため、各燃料導入・排出管１２の封着部分がその応力に耐えられないためである。

そこで、本実施形態では、６本の燃料導入・排出管１２をそれぞれ、ガラス容器２２の各側壁のフランジ面４１と外側表面４２とに低融点ガラス封着剤４０により気密に封着している。（図３参照）。これにより、各燃料導入・排出管１２の長さが短くなり、熱膨張に起因する発生応力が減少するので、各燃料導入・排出管１２の封着部分でクラック等が発生するのを抑制できる。

○図３に示すように、各燃料導入・排出管１２の内側端部はそれぞれ、改質器本体１０に設けられた座ぐり穴１８に低融点ガラス封着剤４０により気密に封着されて固定されている。これにより、各燃料導入・排出管１２の内側端部と改質器本体１０との接続が容易になるとともに、座ぐり穴１８内部でも各燃料導入・排出管１２を低融点ガラス封着剤４０により封着できるので、耐応力が向上する。

○座ぐり穴１８の内部には、燃料導入・排出管１２と改質器本体１０の改質反応流路１１との間に隙間４３を作り、燃料導入・排出管１２と改質反応流路１１との間での燃料の流れに対し抵抗にならないように燃料導入・排出管１２の内側端部を位置決めするためのテーパ部１９が形成されている。これにより、改質器本体１０の改質反応流路１１の大きさと各燃料導入・排出管１２の内側端部の大きさが一致していなくても、各燃料導入・排出管１２と改質反応流路１１との間で流れる流体抵抗を小さくすることができるので、小型の燃料改質器１を実現するのに有効となる。

○外部容器２０を、有底箱形の下側及び上側ガラス容器２２，２６を図２に示す張り合
わせ部Ａで気密に貼り合わせて構成した。これにより、下側ガラス容器２２の各側壁のフランジ面４１と４つの支持部材１７を、下側ガラス容器２２の加熱成形時に同時に形成できるとともに、上側ガラス容器２６の４つの支持部材１６も上側ガラス容器２６の加熱成形時に同時に形成できる。したがって、外部容器２０に後工程でフランジ面４１を加工したり、支持部材１７，１６を後工程で加工したりする必要がなく、製造コストを低減して安価な燃料改質器１を実現できる。
○電気ヒータ（薄膜ヒータ２３ａ，２３ｂ）を有する改質器本体１０を内部が真空に保たれた外部容器２０内に収容しているので、空気等の気体の対流による熱伝導によるエネルギー損失を低減した小型の燃料改質器１を実現できる。

○下側及び上側ガラス容器２２，２６の内面には、赤外線反射膜として、下地膜としてのクロム（Ｃｒ）膜の上に、金（Ａｕ）膜（図示省略）がスパッタリング法により成膜されている。これにより、外部容器２０を構成する各ガラス容器２２，２６を透過する赤外線を抑制でき、赤外線輻射によるエネルギー損失を低減した小型の燃料改質器１を実現できる。

○下側ガラス容器２２には、この容器と同じ熱伝導率の小さいガラス材料で４つの支持部材１７が形成されている。４つの支持部材１７は、それぞれ直径が１ｍｍの円柱とした。同様に、上側ガラス容器２６には、この容器と同じ熱伝導率の小さいガラス材料で４つの支持部材１６が形成されている。４つの支持部材１６は、それぞれ直径が１ｍｍの円柱とした。このように、発熱体である燃料改質器１と外部容器２０の下側及び上側ガラス容器２２，２６との接触面積を小さくするとともに、部材の接触部である各支持部材１７，１６には熱伝導率の小さい材料を使用している。これにより、部材の直接接触による熱伝導によるエネルギー損失を低減した小型の燃料改質器１を実現できる。

なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
・上記一実施形態において、複数（６本）の燃料導入・排出管１２の一部に代えて、図６に示すような集合導入・排出管３０を用いてもよい。この集合導入・排出管３０には、３つの流路が形成されている。また、この集合導入・排出管３０には、３つの燃料入口（流体入口）３１を有する小径部３０ａと、３つの燃料出口（流体出口）３２を有する大径部３０ｂとが形成されている。集合導入・排出管３０は、例えば、その小径部３０ａ側を外部容器２０に取り付け、その大径部３０ｂ側を改質器本体１０に取り付ける。このような集合導入・排出管３０を用いた構成では、外部容器２０に燃料導入・排出管を貫通させて封着する個所が減るので、燃料改質器１の組み立て工数が減り、安価な燃料改質器１を実現することができる。

・上記一実施形態では、複数（６本）の燃料導入・排出管１２はそれぞれ、ガラス容器２２の各側壁のフランジ面４１と外側表面４２とに低融点ガラス封着剤４０により気密に封着されているが、本発明はこのような構成に限定されない。各燃料導入・排出管１２を、ガラス容器２２の各側壁に貫通させ、各側壁の外側端面と内側端面とで封着する。

・上記実施形態では、改質器本体１０（改質反応基板１０ａ、主基板１０ｂ、燃焼反応基板１０ｃ）、燃料導入・排出管１２、外部容器２０は、同一ガラス材料で熱膨張係数の等しい条件で作成したが、封着剤４０はこれらとは熱膨張係数が異なっている。全ての部材の熱膨張係数が等しくなるように揃えることが望ましいことは十分予想されることではあるが、種々の条件によって各部材の熱膨張係数を等しくなるように揃えることは必ずしも容易ではない。そこで、どの程度、各部材の熱膨張係数が異なっても加熱動作により破壊が生じないかを熱応力計算によって検証した。応力計算は、有限要素法によって行った。

具体的には、ガス反応器としての改質器本体１０の基板１０ａ〜１０ｃの熱膨張係数αＲを変化させ、このαＲと外部容器２０の熱膨張係数αＰ、燃料導入・排出管１２及び封着剤４０の熱膨張係数αＧが異なる場合に、発生する応力によって各部材が破壊しない範囲を評価した。破壊が発生しないための応力の許容値としては、改質器本体１０の基板１０ａ〜１０ｃは３４ＭＰａ（３５０ｋｇ／ｃｍ²)、外部容器２０は３９ＭＰａ（４００ｋｇ／ｃｍ²）、燃料導入・排出管１２は７８ＭＰａ（８００ｋｇ／ｃｍ²)、封着剤４０は
３９ＭＰａ（４００ｋｇ／ｃｍ²）を基準とした。

表１は、図４（ａ）又は（ｂ）の構造の場合の評価結果を示している。改質器本体１０の基板１０ａ〜１０ｃは（表中で基板と略記）の熱膨張係数αＲ、αＲと外部容器２０の熱膨張係数αＰとの差ΔαＰ（＝αＲ−αＰ）、αＲと燃料導入・排出管１２（表中では管と略記）及び封着剤４０の熱膨張係数αＧとの差ΔαＧ（＝αＲ−αＧ）をそれぞれ種々変えて各部位で発生する応力を計算した。

その結果、αＲが２０×１０⁻⁷（１／℃）〜５０×１０⁻⁷（１／℃）の範囲にあり、ΔαＰが±１０×１０⁻⁷（１／℃）の範囲内にあり、かつ、ΔαＧが±１５×１０⁻⁷（１／℃）の範囲内にあれば、各部における発生応力は、３４ＭＰａ以下となり、破壊の発生しない応力範囲内にあることがわかる。

この構造では、内部の改質器本体１０が温度上昇した場合、熱は燃料導入・排出管１２を介して外部容器２０の１辺に伝わるため、発生応力が少ない。
しかし、αＲが、６０×１０⁻⁷（１／℃）であると、ΔαＰ、ΔαＧが上記範囲内で
あっても改質器本体１０の基板１０ａ〜１０ｃでの発生応力が３９ＭＰａ程度と許容値を超える。また、αＰが、２０×１０⁻⁷（１／℃）〜５０×１０⁻⁷（１／℃）の範囲にあっても、ΔαＰ、ΔαＧの一方が上記範囲の±１０×１０⁻⁷（１／℃）、±１５×１０
⁻⁷（１／℃）を超えると、改質器本体１０の基板１０ａ〜１０ｃ又は封着剤４０の部分
における応力が許容値を超える。

以上の結果から、図４（ａ）又は（ｂ）のように改質器本体１０の１辺に燃料導入・排出管１２を集中させた場合には、αＰを２０×１０⁻⁷（１／℃）〜５０×１０⁻⁷（１／℃）の範囲、ΔαＰを±１０×１０⁻⁷（１／℃）の範囲内、かつ、ΔαＧを±１５×１
０⁻⁷（１／℃）の範囲内に選べば、破壊を生じない燃料改質器を構成することができる
。

表２は図４（ｅ）、（ｆ）の構造の場合の評価結果を示している。

すなわち、燃料導入・排出管１２は改質器本体１０の４辺に点対称の関係になるように、配置された場合である。この場合は、上記の１辺に配置した場合より応力が発生しやすく、条件は厳しくなる。

αＲは、上記の１辺配置の場合には許容範囲内であった５０×１０⁻⁷（１／℃）であ
り、ΔαＰ、ΔαＧも上記許容範囲にある場合であっても、発生応力は許容値を超えることがわかる。結論としては、αＲを２０×１０⁻⁷（１／℃）〜５０×１０⁻⁷（１／℃）の範囲、ΔαＰを±５×１０⁻⁷（１／℃）の範囲内、かつ、ΔαＧを±１０×１０⁻⁷（１／℃）の範囲内に選べばよいといえる。このうち、いずれか一つが範囲を超えると、破壊の虞がある。

なお、燃料導入・排出管１２を熱膨張中心軸上に配置した図４（ｃ）、（ｄ）の場合も同様な結果が得られた。但し、図５（ｃ）のように管１２の数が非対称の場合は、非対称が強くなるため、発生応力が大きくなり、上記条件を満たしていても破壊の発生する虞がある。

図５（ａ）、（ｂ）のように、燃料導入・排出管１２の配置が非対称の場合には、熱膨張係数を全て等しく揃えても約４４ＭＰａの応力が外部容器２０や封着剤４０に発生し、問題があることがわかった。

図４（ｄ）のように、熱膨張中心軸上に燃料導入・排出管１２が配置されていても、封着剤４０が外部容器２０の外側だけに塗布されている場合は、外部容器２０の発生応力が約４４ＭＰａ近くまで大きくなる。

以上により、改質器本体１０、燃料導入・排出管１２、外部容器２０をそれぞれ構成する材料及び前記封着剤４０の熱膨張係数は少なくとも同一オーダーであることが必要であることがわかる。すなわち、これらの熱膨張係数のうち、もっとも大きい熱膨張係数の値は、もっとも小さい熱膨張係数の値の１０倍以内であることが最低限必要である。そして、さらに燃料導入・排出管１２の配置によって各熱膨張係数の差はさらに小さくしなければならない。

一実施形態に係る携帯用燃料電池の燃料改質器の構造を示す平面図。 同燃料改質器の構造を示す断面図。 同燃料改質器における燃料導入・排出管と外部容器、および同管と改質器本体との各繋ぎ部分を示す断面図。 （ａ）〜（ｆ）は燃料改質器の試作例であって燃料導入・排出管の配置を示す平面図。 （ａ）〜（ｃ）は燃料改質器の試作例であって燃料導入・排出管の配置を示す平面図。 一実施形態に係る携帯用燃料電池の燃料改質器で用いる集合導入・排出管を示す断面図。

符号の説明

Ｂ…中心、１…燃料電池用燃料改質器、１０…ガス反応器としての改質器本体、１０ａ…改質反応基板、１０ｂ…主基板、１０ｃ…燃焼反応基板、１１…改質反応流路、１２…燃料導入・排出管、１２ａ…燃料導入管、１２ｂ…燃料排出管、１２ｃ…燃焼用燃料導入管、１２ｄ…燃焼用燃料排出管、１２ｅ，１２ｆ…酸素導入管、１４ａ，１４ｂ…電線、１８…座ぐり穴、１９…テーパ部１９、２０…外部容器、２２ａ…左側壁、２２ｂ…右側壁、２２ｃ…後側壁、２２ｄ…前側壁、３０…集合導入・排出管、４０…封着剤としての低融点ガラス封着剤、４１…フランジ面、４２…外側表面、４３…隙間、αＲ，αＰ，αＧ…熱膨張係数、ΔαＰ，ΔαＧ…差。

Claims (11)

1. 燃料電池用燃料を改質するためのガス反応器と、該ガス反応器を加熱するための電気発熱体と、該ガス反応器および電気発熱体を収容し内部が真空に保たれている外部容器と、前記電気発熱体に電力を供給する電線と、改質する燃料を前記ガス反応器に導入し改質した燃料を前記ガス反応器から排出する複数の燃料導入・排出管とを備え、前記電線および燃料導入・排出管が前記外部容器を貫通している燃料電池用燃料改質器において、
   前記ガス反応器、燃料導入・排出管、外部容器をそれぞれ構成する材料および前記燃料導入・排出管が前記外部容器を貫通する部分を封着する封着剤の熱膨張係数のうち、もっとも大きい熱膨張係数の値がもっとも小さい熱膨張係数の値の１０倍以内であることを特徴とする燃料電池用燃料改質器。
2. 請求項１に記載の燃料電池用燃料改質器において、
   前記ガス反応器、燃料導入・排出管および外部容器をそれぞれ構成する材料および封着剤をガラスにしたことを特徴とする燃料電池用燃料改質器。
3. 請求項１に記載の燃料電池用燃料改質器において、
   前記ガス反応器の熱膨張係数を２０×１０⁻⁷（１／℃）〜５０×１０⁻⁷（１／℃）の範囲、前記外部容器の熱膨張係数と前記ガス反応器の熱膨張係数との差を±１０×１０⁻⁷（１／℃）以内、前記燃料導入・排出管および封着剤の熱膨張係数と前記ガス反応器の
   熱膨張係数との差を±１５×１０⁻⁷（１／℃）以内とすることを特徴とする燃料電池用
   燃料改質器。
4. 請求項３に記載の燃料電池用燃料改質器において、
   前記ガス反応器の熱膨張係数を２０×１０⁻⁷（１／℃）〜５０×１０⁻⁷（１／℃）の範囲、前記外部容器の熱膨張係数と前記ガス反応器の熱膨張係数との差を±５×１０⁻⁷
   （１／℃）以内、前記燃料導入・排出管および封着剤の熱膨張係数と前記ガス反応器の熱膨張係数との差を±１０×１０⁻⁷（１／℃）以内とすることを特徴とする燃料電池用燃
   料改質器。
5. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の燃料電池用燃料改質器において、
   前記ガス反応器は矩形の基板を有し、前記外部容器は４つの側壁を有する直方体であり、前記複数の燃料導入・排出管は前記ガス反応器の基板の４辺のうち一つに配置され、対向する前記外部容器の一つの側壁を貫通していることを特徴とする燃料電池用燃料改質器。
6. 請求項１，２または４に記載の燃料電池用燃料改質器において、
   前記ガス反応器は矩形の基板を有し、前記外部容器は４つの側壁を有する直方体であり、前記複数の燃料導入・排出管は、前記ガス反応器の基板の４辺または対向する２辺の熱膨張中心軸上に配置され、対向する前記外部容器の側壁を貫通していることを特徴とする燃料電池用燃料改質器。
7. 請求項１，２または４に記載の燃料電池用燃料改質器において、
   前記ガス反応器は矩形の基板を有し、前記外部容器は４つの側壁を有する直方体であり、前記複数の燃料導入・排出管は、前記ガス反応器の基板の４辺がつくる長方形の中心に関して点対称な位置に配置され、対向する前記外部容器の側壁を貫通していることを特徴とする燃料電池用燃料改質器。
8. 請求項１に記載の燃料電池用燃料改質器において、
   前記複数の燃料導入・排出管を、前記外部容器の各側壁のフランジ面と外側表面とに封
   着剤により気密に封着したことを特徴とする燃料電池用燃料改質器。
9. 請求項８に記載の燃料電池用燃料改質器において、
   前記複数の燃料導入・排出管の内側端部は、前記ガス反応器の基板に設けられた座ぐり穴に挿入される封着剤により気密に封着されて固定されていることを特徴とする燃料電池用燃料改質器。
10. 請求項９に記載の燃料電池用燃料改質器において、
    前記座ぐり穴の内部には、前記燃料導入・排出管の内側端部と前記ガス反応器の内部流路との間に隙間を作り、前記燃料導入・排出管の内側端部を位置決めするテーパ部または曲面部が形成されていることを特徴とする燃料電池用燃料改質器。
11. 請求項１〜１０のいずれか一つに記載の燃料電池用燃料改質器において、
    前記複数の燃料導入・排出管の一部或いは全部に代えて、複数の流路を有する集合導入・排出管を用いることを特徴とする燃料電池用燃料改質器。

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