JP4157405B2

JP4157405B2 - Fuel reformer storage container

Info

Publication number: JP4157405B2
Application number: JP2003087348A
Authority: JP
Inventors: 義博芭蕉
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: JP2004292015A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば燃料電池システムにおいて燃料から反応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。
【０００２】
【従来の技術】
近年、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、自動車市場や家庭用燃料電池発電システム（コージェネレーション発電システム）市場においては、フィールドテストが行なわれるようになっている。
【０００３】
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，ＰＤＡ（Personal Digital Assistants），ノートパソコン，デジタルビデオ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。
【０００４】
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反応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。
【０００５】
ここでの燃料改質器による燃料の改質は、改質可能な燃料を水蒸気と結合させて反応ガスである水素ガスを発生させるプロセスである。
【０００６】
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、反応ガスとして水素と二酸化炭素とに改質する反応）を引き起こして、水素ガス（Ｈ_２）を生成する。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物（主にＣＯ_２）は、通常は大気中に排出される。
【０００７】
ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ → ３Ｈ_２＋ＣＯ_２・・・（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℃、メタンガス等の場合では200〜600℃程度の高い温度が必要になる。
【０００８】
家庭用燃料電池システム等では、システム自体が大きいため、燃料改質器収納用容器の外壁を２重にすることができ、さらに２重にした外壁間に断熱材を充填することによって、燃料改質器に発生する熱が外部へ伝導することを充分防止できる。そのため、燃料改質器を燃料改質器収納用容器に収容する際は、燃料改質器を燃料改質器収納用容器の２重の外壁の内側壁に直接接合して載置することが可能である。
【０００９】
しかしながら、携帯機器用の燃料電池システムは、携帯機器内に収納するために外形を小さくすることを求められており、燃料改質器収納用容器の外壁を２重にすることは、燃料電池の容量が大きくなるため採用することができない。そのため、燃料改質器を燃料改質器収納用容器の外壁の内側に直接接合して固定した場合は、その接合部分から燃料改質器で発生する熱が燃料改質器収納用容器に伝導し、その結果、燃料改質器収納用容器の表面の温度が上昇してしまい、その熱によって携帯機器内の他の部品を破壊したり、また携帯機器を使用する者が火傷をしたりするというおそれがあった。
【００１０】
加えて、前記化学反応式（１）は吸熱反応であり、燃料改質器で燃料を改質させるためには、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保持する必要がある。しかしながら、燃料改質器で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、燃料改質器の温度が低下することとなる。その防止策としてヒーターの発熱量を増加させる必要があるが、その場合は、ヒーターを発熱させる電気容量が増えることによって、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、その結果、燃料電池システム全体の発電損失が増加することとなってしまう。
【００１１】
その対策としては、燃料改質器を燃料改質器収納用容器に直接載置せず、燃料改質器収納用容器の内部に設置された小さな台座上に燃料改質器を載置する方法がある。この方法によれば、燃料改質器と燃料改質器収納用容器との接合部分が小さい台座であるため、燃料改質器収納用容器に伝わる熱量を抑えることができる。
【００１２】
【特許文献１】
特開2003−2602号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料改質器を載置する台座は、燃料改質器を支える強度が必要となるため、極端に小さくすることができない。
【００１４】
また、燃料改質器内に、燃料改質器を改質反応に必要な温度まで上昇させるためのヒーターを内蔵した場合は、ヒーターと燃料改質器収納用容器とを、例えばワイヤボンディング法で電気的に接続する必要があるが、台座の強度が小さい場合には、ワイヤボンディング時のツールの圧力により台座が破壊されてしまい、その結果、燃料改質器を燃料改質器収納用容器の内部に安定して載置できないおそれがある。
【００１５】
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、燃料改質器で発生する熱を燃料改質器収納用容器に伝導させることなく、また、強固に燃料改質器を載置固定できる燃料改質器収納用容器を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料改質器収納用容器は、上面に凹部を有する基体と、前記凹部の内部に収容され、燃料から水素ガスを発生させる燃料改質器と、前記凹部を覆うように前記基体の上面に取着される蓋体と、前記基体及び前記燃料改質器と接合され、前記燃料改質器を前記凹部の底面に載置固定する台座と、前記燃料改質器に電力を供給する配線とを備え、前記基体が、前記燃料改質器に前記燃料を供給する供給路と、前記反応ガスを排出する排出路と、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、前記台座が中空構造であって、該中空構造は、台座の燃料改質器に接合される面から基体に接合される面に向けて、台座を貫通する構造であることを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
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。
【００２２】
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、５ａは燃料を供給する供給路としての燃料パイプ、５ｂは反応ガスを排出する排出路としての排出パイプ、６は電極、７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、８は燃料改質器、９は台座であり、これら基体１とリード端子２と蓋体４と絶縁封止材７とで燃料改質器８を収納する燃料改質器収納用容器10が構成される。
【００２３】
基体１および蓋体４は、ともに燃料改質器８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（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体，ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）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（Ｓｉ_３Ｎ_４）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で形成されている。
【００２４】
なお、ガラスセラミックス焼結体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ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系，ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は同一または異なってＣａ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＢａまたはＺｎを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（但し、Ｍ^１およびＭ^２は前記と同じである），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３はＬｉ，ＮａまたはＫを示す），ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（但し、Ｍ^３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。
【００２５】
また、フィラー成分としては、例えばＡｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、ＴｉＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２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。
【００２６】
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10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。
【００２７】
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製の基体１および蓋体４を得る。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
燃料改質器８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。
【００３２】
また、燃料改質器８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６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、燃料パイプ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パイプ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。
【００３３】
この燃料改質器８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10内に収納される。
【００３４】
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10の内部に燃料改質器８を封止する。
【００３５】
燃料改質器収納容器10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10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８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シームウェルド法で行なえばよい。
【００３６】
燃料改質器８の燃料供給口・燃料排出口と燃料パイプ５ａ・排出パイプ５ｂとの接続には、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。
【００３７】
燃料パイプ５ａおよび排出パイプ５ｂは、原料や燃料ガス流体の供給路および反応ガスの排出路を形成し、これらを挿通させる貫通穴を形成した基体１とを超音波，熱，圧力，化学的処理等により接合する。
【００３８】
また、Ａｕ−Ｓｉ，Ａｇ−Ｃｕ等のロウ材やホウ珪酸ガラス等で接合してもかまわない。
【００３９】
また、燃料改質器８は、燃料改質器８上の電極６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６を通じて燃料改質器８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８において燃料の改質反応を安定させることができる。
【００４０】
燃料パイプ５ａは、燃料を燃料改質器８に供給し、排出パイプ５ｂは、燃料改質器８で生成された反応ガスである例えば水素（Ｈ_２）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。
【００４１】
燃料パイプ５ａおよび排出パイプ５ｂ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（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体，ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）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（Ｓｉ_３Ｎ_４）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で形成されている。
【００４２】
また、燃料パイプ５ａおよび排出パイプ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。
【００４３】
燃料パイプ５ａおよび排出パイプ５ｂの接合部分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。また、肉厚は原料供給や反応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８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。
【００４４】
絶縁封止材７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７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以上確保できる内径が必要である。
【００４５】
台座９は、燃料改質器収納用容器10の凹部の底面に設置され、燃料改質器８を燃料改質器収納用容器10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10への熱の伝導を低減させるためには、台座９は、低熱伝導材料で燃料改質器収納用容器10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。
【００４６】
台座９は、燃料改質器８で発生する熱が燃料改質器収納用容器10の基体１へ伝導することを低減させるために、低熱伝導性であることが必要である。例えば、ガラス質材料や高耐熱性の樹脂から成り、好ましくは、台座９内の熱抵抗値を高くするために熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが望ましい。
【００４７】
また、台座９の流れ方向の長さは、0.1ｍｍ以上あれば、燃料改質器８から基体１へ伝導する熱量を小さくできる。
【００４８】
そして、本発明の燃料改質器収納用容器10においては、台座９は中空構造であることが必要である。その中空構造は、台座９の燃料改質器８に接合される面から基体１に接合される面に向けて、台座９を貫通する構造が望ましい。この構造により燃料改質器８から基体１へ伝導する熱を効果的に低減することができる。その断面形状は円状であっても、多角形状であってもかまわない。
【００４９】
台座９は、燃料改質器８で発生する熱が燃料改質器収納用容器10の基体１へ伝導することを低減するために、断面形状が小さいことが必要である。例えば、台座９内の熱抵抗値を高くするために、その断面積は３ｍｍ^２以下であることが望ましい。
【００５０】
また、台座９は、中空構造であることより、燃料改質器８を固定する強度を十分大きくするために外形を大きくすることができることから、燃料改質器８をこの台座９に載置して安定して燃料改質器収納用容器10内へ収納することができる。例えば、外径が2.0ｍｍでありかつ内径が1.0ｍｍの中空構造を有する場合であれば、外径が1.8ｍｍの円柱状である場合と比較すると、断面積が７％以上小さくなったにもかかわらず外径が約10％大きいものとなる。これにより、燃料改質器８の接合強度は大きくでき、かつ燃料改質器８から基体１へ伝熱する熱を効果的に低減することができる。
【００５１】
そして、この台座９上へ燃料改質器８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。
【００５２】
その後、燃料改質器８上の電極６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10の凹部内に燃料改質器８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。
【００５３】
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、燃料パイプ５ａおよび排出パイプ５ｂは燃料改質器８の上面に接合されているが、これらは燃料改質器８の仕様に応じて下面に接合してもかまわない。
【００５４】
また、図１に示した例においては台座９は複数個であるが、燃料改質器８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９は単数であってもかまわない。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の燃料改質器収納用容器によれば、その基体の凹部の底面に設置された、燃料改質器を載置固定する台座を有していることから、燃料改質器は燃料改質器収納用容器の外壁の内側に直接載置されないため、燃料改質器で発生した熱が基体に直接大量に伝導することがないことより、燃料改質器収納用容器の表面の温度が上昇することもないため、この燃料改質器収納用容器の周辺に配置される他の部品を熱により破壊したり、また携帯機器を使用する者が火傷をしたりするおそれもない、安定かつ安全な燃料改質装置を提供することができる。
【００５６】
また、燃料改質器を載置固定する台座が中空構造であって、該中空構造は、台座の燃料改質器に接合される面から基体に接合される面に向けて、台座を貫通する構造であることから、台座が熱伝導を遮断する性能に優れている。そのため、燃料改質器から燃料改質器収納用容器の基体に伝導する熱をさらに低減できる。これにより、台座が上記の中空構造を有しない場合と比較して、台座の熱伝導を抑えつつ、大きさを大きくすることができる。その結果、燃料改質器を固定する強度を十分大きくすることができるため、燃料改質器を安定して収納することができる、高い信頼性を有する燃料改質器収納用容器を提供することができる。
【００５７】
また、本発明の燃料改質器収納用容器によれば、燃料改質器で発生する熱を中空構造を有する台座で十分に遮断することができるので、燃料改質器からの熱を断熱するために燃料改質器収納用容器の外壁を２重にする必要がないため、燃料改質器収納用容器の外形を小さくでき、その結果、携帯機器に搭載できるような小型の燃料改質器収納用容器を提供することができる。
【００５８】
また、本発明の燃料改質器収納用容器によれば、燃料改質器が中空構造を有する台座に載置固定されることにより、燃料改質器で発生した熱が燃料改質器収納用容器の基体に大量に伝導することがないため、燃料改質器の温度が低下することもなく、その結果、燃料改質器を加熱するためのヒーターの発熱量を増加させる必要もないため、この燃料改質器を燃料電池に使用することにより、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がなく、低発電損失の燃料電池システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料改質器収納用容器の実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・基体
２・・・・・リード端子
３・・・・・ワイヤー
４・・・・・蓋体
５ａ・・・・・燃料パイプ
５ｂ・・・・・排出パイプ
６・・・・・電極
７・・・・・絶縁封止材
８・・・・・燃料改質器
９・・・・・台座
10・・・・・燃料改質器収納用容器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel reformer housing container for housing a fuel reformer that generates hydrogen gas as a reaction gas from a fuel in a fuel cell system to constitute a fuel reformer.
[0002]
[Prior art]
In recent years, fuel cell systems have attracted attention as next-generation power supply systems, and field tests have been conducted in the automobile market and the domestic fuel cell power generation system (cogeneration power generation system) market.
[0003]
More recently, the fuel cell system has been reduced in size and is being considered for use as a power source for portable devices such as mobile phones, PDAs (Personal Digital Assistants), notebook computers, and digital video cameras.
[0004]
In general, a fuel cell is reformed into hydrogen gas as a reaction gas and other gases in a fuel reformer using a fuel reformer using a fuel gas such as a hydrocarbon gas such as methane or an alcohol such as methanol as a fuel. Thereafter, the hydrogen gas is supplied to a power generation device called a power generation cell to generate power.
[0005]
The reforming of the fuel by the fuel reformer here is a process of generating hydrogen gas as a reaction gas by combining the reformable fuel with water vapor.
[0006]
For example, a steam reforming reaction as shown in the following chemical reaction formula (1) (in formula (1), a reaction for reforming hydrogen and carbon dioxide as reaction gases by combining steam with methanol) To generate hydrogen gas (H ₂ ). Note that a small amount of product (mainly CO ₂ ) other than hydrogen generated by this reforming reaction is usually discharged into the atmosphere.
[0007]
CH ₃ OH + H ₂ O → 3H ₂ + CO ₂ (1)
When reforming the fuel in such a fuel reformer, for example, a high temperature of about 200 to 300 ° C. is required when the fuel is methanol, and a high temperature of about 200 to 600 ° C. is required when the fuel is methane gas or the like.
[0008]
In a domestic fuel cell system, etc., the system itself is large, so the outer wall of the fuel reformer storage container can be doubled, and further, the fuel can be improved by filling a heat insulating material between the doubled outer walls. It is possible to sufficiently prevent the heat generated in the mass device from being conducted to the outside. Therefore, when the fuel reformer is accommodated in the fuel reformer storage container, the fuel reformer can be directly joined to the inner wall of the double outer wall of the fuel reformer storage container. Is possible.
[0009]
However, the fuel cell system for portable devices is required to have a small outer shape for storage in the portable device, and the double outer wall of the fuel reformer storage container is used for the fuel cell. It cannot be adopted because of its large capacity. Therefore, when the fuel reformer is directly joined and fixed to the inside of the outer wall of the fuel reformer storage container, the heat generated in the fuel reformer from the joint is transferred to the fuel reformer storage container. As a result, the temperature of the surface of the container for storing the fuel reformer rises, and the heat destroys other parts in the portable device, or a person using the portable device gets burned. There was a fear.
[0010]
In addition, the chemical reaction formula (1) is an endothermic reaction, and in order to reform the fuel with the fuel reformer, it is necessary to maintain the reaction temperature by heating the fuel reformer with a heater or the like. . However, the heat generated in the fuel reformer is conducted to the fuel reformer storage container, thereby lowering the temperature of the fuel reformer. As a preventive measure, it is necessary to increase the amount of heat generated by the heater. In this case, the amount of electricity used to heat the heater in the total amount of electricity generated by the power generation cell increases as the amount of electricity generated by the heater increases. As a result, the power generation loss of the entire fuel cell system increases.
[0011]
As a countermeasure, the fuel reformer is not mounted directly on the fuel reformer storage container, but the fuel reformer is mounted on a small pedestal installed inside the fuel reformer storage container. There is. According to this method, since the joining portion between the fuel reformer and the fuel reformer storage container is a small pedestal, the amount of heat transmitted to the fuel reformer storage container can be suppressed.
[0012]
[Patent Document 1]
JP 2003-2602 A
[Problems to be solved by the invention]
However, since the pedestal on which the fuel reformer is placed needs strength to support the fuel reformer, it cannot be made extremely small.
[0014]
When a heater for raising the fuel reformer to a temperature required for the reforming reaction is built in the fuel reformer, the heater and the fuel reformer storage container are connected by, for example, a wire bonding method. Although it is necessary to make an electrical connection, if the strength of the pedestal is low, the pedestal will be destroyed by the pressure of the tool during wire bonding, and as a result, the fuel reformer is connected to the fuel reformer storage container. There is a possibility that it cannot be stably placed inside.
[0015]
The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems in the prior art, and its purpose is to firmly and without conducting the heat generated in the fuel reformer to the fuel reformer storage container. To provide a fuel reformer storage container in which a fuel reformer can be mounted and fixed.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
A container for housing a fuel reformer of the present invention includes a base body having a recess on an upper surface, a fuel reformer housed in the recess and generating hydrogen gas from fuel, and the base body so as to cover the recess . A lid that is attached to the upper surface, a base that is joined to the base and the fuel reformer, places the fuel reformer on the bottom surface of the recess, and supplies power to the fuel reformer. and a wiring, said substrate, and a supply path for supplying the fuel to the fuel reformer, and a discharge passage for discharging the reaction gas, and and a wiring for supplying electric power to the fuel reformer The pedestal has a hollow structure , and the hollow structure has a structure that penetrates the pedestal from a surface bonded to the fuel reformer of the pedestal toward a surface bonded to the base body. Is.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the fuel reformer storage container of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0022]
FIG. 1 is a cross-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, and 5a supplies fuel. A fuel pipe as a supply path to be discharged, 5b is a discharge pipe as a discharge path for discharging the reaction gas, 6 is an electrode, 7 is an insulation seal for sealing and fixing the lead terminal 2 in the through hole of the base 1 8 is a fuel reformer, and 9 is a pedestal, and a fuel reformer storage container 10 for storing the fuel reformer 8 by the base 1, the lead terminal 2, the lid 4 and the insulating sealing material 7. Is configured.
[0023]
Both the base body 1 and the lid body 4 have a role as a container for housing the fuel reformer 8. For example, metal materials such as Fe—Ni—Co, Fe—Ni, and SUS, and aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ) sintered body, mullite (3Al ₂ O ₃ .2SiO ₂ ) sintered body, silicon carbide (SiC) sintered body, aluminum nitride (AlN) sintered body, silicon nitride (Si ₃ N ₄₎ ) It is made of a ceramic material such as a quality sintered body or a glass ceramic sintered body, or a high heat-resistant resin material such as polyimide.
[0024]
The glass ceramic sintered body includes 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 (M represents Ca, Sr, Mg, Ba or Zn), SiO ₂ —Al ₂ O ₃ —M ¹ O—M ² O system (M ¹ and M ² are the same or different and represent Ca, Sr, Mg, Ba or Zn), SiO ₂ —B ₂ O ₃ —Al ₂ O ₃ —M ¹ O—M ² O system (provided that M ¹ and M ² is the same as described above), 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 system (where M ³ is the same as above), Pb system glass And Bi-based glass.
[0025]
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.
[0026]
In order to reduce the thickness of the base body 1 and the lid body 4 and to reduce the height of the fuel reformer storage container 10, the bending strength, which is mechanical strength, is preferably 200 MPa or more.
[0027]
If the base 1 and the lid 4 are formed of a dense aluminum oxide sintered body having a relative density of 95% or more, for example, first, rare earth oxide powder or aluminum oxide powder is added to the aluminum oxide powder. A raw material powder of an aluminum oxide sintered body is prepared by adding and mixing a sintering aid such as. Next, an organic binder and a dispersion medium are added to and mixed with this raw material powder to form a paste, and this paste is green by a doctor blade method, or an organic binder is added to the raw material powder, and press forming / rolling forming, etc. A sheet is produced. After that, after aligning and laminating and pressing a predetermined number of sheet-shaped molded bodies, the laminated body is fired at a temperature of 1200 to 1500 ° C. in a non-oxidizing atmosphere, for example, to obtain a target ceramic. A base body 1 and a lid 4 made of the product are obtained.
[0028]
Similarly, the base 1 and the lid 4 may be molded by a powder molding press method.
[0029]
When the base 1 and the lid 4 are made of a metal material, they are formed into a predetermined shape by a cutting method, a press method, a MIM (Metal Injection Mold) method, or the like.
[0030]
When the substrate 1 and the lid 4 are made of a metal material, the surfaces thereof may be subjected to a coating treatment such as Au or Ni plating or resin coating such as polyimide to prevent corrosion. desirable. For example, in the case of Au plating treatment, the thickness is preferably about 0.1 to 5 μm.
[0031]
The fuel reformer 8 applies a semiconductor manufacturing technology as a fine 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.
[0032]
Further, a thin film heater made of a temperature adjusting mechanism, for example, a resistance layer, is formed in the fuel reformer 8, and an electrode 6 is formed on the surface as a terminal for supplying power to the thin film heater. In particular, by adjusting the temperature to about 200 to 800 ° C. (corresponding to the fuel reforming condition), the fuel supplied from the fuel supply port to which the fuel pipe 5a is connected is combined with the water vapor, and the fuel discharge port The reforming reaction for generating hydrogen from the discharge pipe 5b connected to can be favorably promoted.
[0033]
The fuel reformer 8 is formed by attaching the cover 4 to the base 1 by covering the concave portion with a metal brazing material such as Au-based, Ag-based, Al-based, or a glass material, or by a seam weld method. Then, it is stored in the fuel reformer storage container 10.
[0034]
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 lid 4 and the lid 4. Then, the fuel reformer 8 is sealed inside the fuel reformer storage container 10 by attaching the lid 4 to the base 1 with a sealing furnace or a seam welder.
[0035]
In order to further improve the heat insulation in the fuel reformer storage container 10, it is effective to evacuate the fuel reformer storage container 10 and for this purpose, the fuel reformer 8 is sealed. In this case, sealing with a brazing material in a vacuum furnace or a seam weld method in a vacuum chamber may be performed.
[0036]
For connection between the fuel supply port / fuel discharge port of the fuel reformer 8 and the fuel pipe 5a / discharge pipe 5b, inorganic materials such as silicon, quartz glass, borosilicate glass and ceramics, plastics such as polycarbonate and polyacrylamide, Examples include a connection method using an organic substance such as silicone rubber or silicon resin, or a gold alloy such as Au—Sn or Au—Si.
[0037]
The fuel pipe 5a and the discharge pipe 5b form a feed path for raw materials and fuel gas fluid and a discharge path for reaction gas, and ultrasonically, heat, pressure, and chemical treatment with the substrate 1 having a through hole through which these are inserted. Join by etc.
[0038]
Moreover, you may join by brazing materials, such as Au-Si and Ag-Cu, and borosilicate glass.
[0039]
In the fuel reformer 8, the electrode 6 on the fuel reformer 8 is electrically connected to the lead terminal 2 via the bonding wire 3. Thereby, the heater formed on the fuel reformer 8 can be heated through the electrode 6, and as a result, the fuel reforming reaction can be stabilized in the fuel reformer 8.
[0040]
The fuel pipe 5a supplies fuel to the fuel reformer 8, and the discharge pipe 5b discharges, for example, hydrogen (H ₂ ) gas, which is a reaction gas generated by the fuel reformer 8, to external power generation cells and the like. There is a role to supply.
[0041]
The fuel pipe 5a and the discharge pipe 5b are made of, for example, a metal material such as Fe—Ni—Co, Fe—Ni, SUS, an aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ) sintered body, mullite (3Al ₂ O ₃ .2SiO). ₂ ) Ceramic materials such as a sintered body, a silicon carbide (SiC) sintered body, an aluminum nitride (AlN) sintered body, a silicon nitride (Si ₃ N ₄ ) sintered body, and a glass ceramic sintered body; In addition, it is made of a highly heat-resistant resin material such as polyimide.
[0042]
The inner diameters of the fuel pipe 5a and the discharge pipe 5b 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.
[0043]
The cross-sectional shape of the joint portion between the fuel pipe 5a and the discharge pipe 5b may be generally circular, but is 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. Further, the thickness needs to be a thickness that does not deform due to the pressure of the raw material supply or reaction gas discharge, and when it is made of the above materials, it is usually 0.1 mm or more when used for a portable device or the like. Further, the length in the flow direction is preferably as long as possible to make it difficult for the heat generated in the fuel reformer 8 to be transmitted to the power generation cell, but it should be in consideration of the size of the entire fuel cell system.
[0044]
The insulating sealing material 7 is made of, for example, insulating glass containing lead as a main component. The base 1 and the lead terminals 2 are electrically insulated by the insulating sealing material 7 and the lead terminals 2 are sealed and fixed. . Further, the through-hole through which the lead terminal 2 formed in the base body 1 is inserted needs to have a size that prevents the base body 1 and the lead terminal 2 from coming into electrical contact with each other. An inner diameter that can secure 0.1 mm or more from the terminal 2 to the base 1 is required.
[0045]
The pedestal 9 is installed on the bottom surface of the recess of the fuel reformer storage container 10 and serves to place and fix the fuel reformer 8 in the recess of the fuel reformer storage container 10. In order to reduce the conduction of heat to the fuel reformer storage container 10, the pedestal 9 is fixed to the bottom surface of the recess of the fuel reformer storage container 10 with a low heat conductive material. As a material used for this installation, for example, a glassy bonding material or a high heat-resistant adhesive is desirable.
[0046]
The pedestal 9 needs to have low thermal conductivity in order to reduce the heat generated in the fuel reformer 8 from being conducted to the base 1 of the fuel reformer storage container 10. For example, it is made of a glassy material or a highly heat-resistant resin, and preferably has a thermal conductivity of 1 W / m · K or less in order to increase the thermal resistance value in the base 9.
[0047]
Further, if the length of the pedestal 9 in the flow direction is 0.1 mm or more, the amount of heat conducted from the fuel reformer 8 to the substrate 1 can be reduced.
[0048]
In the fuel reformer storage container 10 of the present invention, the pedestal 9 needs to have a hollow structure. The hollow structure is desirably a structure that penetrates the pedestal 9 from the surface joined to the fuel reformer 8 of the pedestal 9 toward the surface joined to the base 1. With this structure, heat conducted from the fuel reformer 8 to the substrate 1 can be effectively reduced. The cross-sectional shape may be circular or polygonal.
[0049]
The pedestal 9 needs to have a small cross-sectional shape in order to reduce conduction of heat generated in the fuel reformer 8 to the base 1 of the fuel reformer storage container 10. For example, in order to increase the thermal resistance value in the pedestal 9, the cross-sectional area is desirably 3 mm ² or less.
[0050]
Further, since the pedestal 9 has a hollow structure, the outer shape can be increased in order to sufficiently increase the strength for fixing the fuel reformer 8, and therefore the fuel reformer 8 is placed on the pedestal 9. And stably stored in the fuel reformer storage container 10. For example, when the outer diameter is 2.0 mm and the hollow structure has an inner diameter of 1.0 mm, the cross-sectional area is 7% or more smaller than that of a cylindrical shape having an outer diameter of 1.8 mm. Regardless, the outer diameter is about 10% larger. Thereby, the joining strength of the fuel reformer 8 can be increased, and the heat transferred from the fuel reformer 8 to the substrate 1 can be effectively reduced.
[0051]
After the fuel reformer 8 is placed on the pedestal 9, the inorganic material such as silicon, quartz glass, borosilicate glass, ceramics or the like, or plastic such as polycarbonate, polyacrylamide, silicone rubber, silicon resin, etc. It joins using the material which consists of gold | metal alloys, such as organic substance or Au-Sn, Au-Si.
[0052]
Thereafter, the electrode 6 on the fuel reformer 8 and the lead terminal 2 are electrically connected via the bonding wire 3. Further, by sealing the recess of the base body 1 using the lid 4, the fuel reformer 8 is accommodated in the recess of the fuel reformer storage container 10 and hermetically sealed, and the fuel reformer is It is formed.
[0053]
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 fuel pipe 5 a and the discharge pipe 5 b are joined to the upper surface of the fuel reformer 8, but these are joined to the lower surface according to the specifications of the fuel reformer 8. It doesn't matter.
[0054]
In the example shown in FIG. 1, there are a plurality of pedestals 9. However, a single pedestal 9 may be used if sufficient bonding strength can be secured for mounting and fixing the fuel reformer 8. Absent.
[0055]
【The invention's effect】
According to the fuel reformer storage container of the present invention, since the fuel reformer has a pedestal that is placed on the bottom surface of the recess of the base and on which the fuel reformer is placed and fixed, the fuel reformer has a fuel modification. Since the heat generated in the fuel reformer is not directly transferred to the base material in large quantities because it is not placed directly inside the outer wall of the storage container, the temperature of the surface of the fuel reformer storage container is reduced. Because it does not rise, there is no risk that other parts placed around the container for storing the fuel reformer will be destroyed by heat, and the person using the mobile device may be burned. A safe fuel reformer can be provided.
[0056]
The pedestal on which the fuel reformer is placed and fixed has a hollow structure , and the hollow structure penetrates the pedestal from the surface joined to the fuel reformer of the pedestal toward the surface joined to the base. Because of the structure , the pedestal is excellent in performance of blocking heat conduction . Therefore, the heat conducted from the fuel reformer to the base body of the fuel reformer storage container can be further reduced . Thus, the base is compared with the case not having a hollow structure described above, while suppressing the thermal conduction of the pedestal, Ru can be increased size. As a result, since the strength for fixing the fuel reformer can be sufficiently increased, a highly reliable fuel reformer storage container that can stably store the fuel reformer is provided. Can do.
[0057]
Further, according to the fuel reformer storage container of the present invention, the heat generated in the fuel reformer can be sufficiently blocked by the pedestal having a hollow structure, so that the heat from the fuel reformer is insulated. Therefore, it is not necessary to double the outer wall of the fuel reformer storage container, so that the outer shape of the fuel reformer storage container can be reduced, and as a result, a small fuel reformer that can be mounted on a portable device. A storage container can be provided.
[0058]
According to the fuel reformer storage container of the present invention, the fuel reformer is mounted and fixed on the pedestal having a hollow structure, so that the heat generated in the fuel reformer is stored in the fuel reformer storage. Since it does not conduct a large amount to the substrate of the container, the temperature of the fuel reformer does not decrease, and as a result, it is not necessary to increase the heating value of the heater for heating the fuel reformer. By using this fuel reformer for a fuel cell, the electric capacity used for heating the heater in the total electric capacity generated by the power generation cell does not increase, and a fuel cell system with low power generation loss can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a fuel reformer storage container according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base | substrate 2 ... Lead terminal 3 ... Wire 4 ... Lid body 5a ... Fuel pipe 5b ... Discharge pipe 6 ... .... Electrode 7 ... Insulating sealing material 8 ... Fuel reformer 9 ... Base
10 ... Container for fuel reformer storage

Claims

A base body having a recess on the upper surface; a fuel reformer housed in the recess and generating hydrogen gas from fuel ; a lid attached to the upper surface of the base body so as to cover the recess ; and the base body And a base that is joined to the fuel reformer and mounts and fixes the fuel reformer on the bottom surface of the recess, and a wiring that supplies electric power to the fuel reformer , and the base includes the fuel reformer. A supply path for supplying the fuel to a mass device, a discharge path for discharging the reaction gas, and a wiring for supplying power to the fuel reformer, and the pedestal has a hollow structure , The container for housing a fuel reformer characterized in that the hollow structure is a structure that penetrates the pedestal from a surface joined to the fuel reformer of the pedestal toward a surface joined to the base .