JP4458889B2 - Fuel reformer storage container and fuel reformer - Google Patents
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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吸熱触媒反応である水蒸気改質反応を利用して水素ガスを発生させる燃料改質器を用いた燃料改質装置を構成するための燃料改質器収納用容器および燃料改質装置に関するものである。 The present invention relates to a fuel reformer for constituting a fuel reformer using a fuel reformer that generates hydrogen gas from a variety of fuels using a steam reforming reaction that is an endothermic catalytic reaction, for example, in a fuel cell system The present invention relates to a storage container and a fuel reformer.
近年、電気エネルギーを効率的に、かつクリーンに生産する次世代の電源システムとして燃料電池システムが脚光を浴びており、既に自動車市場や家庭用燃料電池発電システムに代表されるコージェネレーション発電システム市場においては、低コストを目指した実用化のためのフィールドテストが盛んに行なわれている。 In recent years, fuel cell systems have been in the limelight as next-generation power systems that produce electric energy efficiently and cleanly. In the cogeneration power generation system market, which is already represented by the automobile market and household fuel cell power generation systems. In the field, field tests for practical application aiming at low cost are actively conducted.
さらに最近では、燃料電池システムの小型化を図り、携帯電話やPDA(Personal Digital Assistants),ノートパソコン,デジタルビデオカメラまたはデジタルスチルカメラ等の携帯機器の電源として使用することが検討されている。 More recently, the fuel cell system has been reduced in size and is being studied for use as a power source for portable devices such as mobile phones, PDAs (Personal Digital Assistants), notebook computers, digital video cameras, and digital still cameras.
一般に燃料電池は、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蒸気改質反応により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。 In general, a fuel cell uses, for example, a hydrocarbon gas such as methane or natural gas (CNG) or an alcohol such as methanol or ethanol as a fuel. A fuel reformer using a fuel reformer uses a steam reforming reaction to generate hydrogen gas and After reforming to other gas, power is generated by supplying this hydrogen gas to a power generation device called a power generation cell.
ここでの燃料改質器による燃料の改質とは、改質可能な燃料を水蒸気と結合させて触媒反応により水素ガスを発生させるプロセスをいう。 The reforming of the fuel by the fuel reformer here refers to a process in which reformable fuel is combined with water vapor to generate hydrogen gas by a catalytic reaction.
例えば、燃料としてメタノールを用いた場合は、次の化学反応式(1)に示すような水蒸気改質反応(式(1)中では、メタノールに水蒸気を結合させることにより、水素と二酸化炭素とに改質する反応)により、水素ガス(H2)を生成するプロセスをいう。なお、この改質反応により生成される水素以外の微量の生成ガス(主にCO2)は、通常は大気中に排出される。 For example, when methanol is used as a fuel, a steam reforming reaction as shown in the following chemical reaction formula (1) (in formula (1), steam is combined with methanol to form hydrogen and carbon dioxide. This refers to a process of generating hydrogen gas (H 2 ) by a reforming reaction). Note that a very small amount of product gas (mainly CO 2 ) other than hydrogen produced by this reforming reaction is usually discharged into the atmosphere.
CH3OH+H2O → 3H2+CO2・・・(1)
また、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。
Further, since such a steam reforming reaction is an endothermic reaction, it is necessary to maintain the reaction temperature by heating from the outside with a heater or the like. Therefore, in order to reform the fuel in the fuel reformer, for example, methanol was used as the fuel in order to prevent the steam reforming activity of the catalyst from being lowered and to maintain a high concentration of generated hydrogen gas. In some cases, a temperature of about 200 to 500 ° C. is required, and in the case of using methane gas, a high temperature of about 300 to 800 ° C. is required.
近年、小型の携帯機器へ燃料電池システムを搭載することが提案されている。そのためには燃料電池装置を小型かつ低背化する必要が求められている。 In recent years, it has been proposed to mount a fuel cell system on a small portable device. For this purpose, it is necessary to reduce the size and height of the fuel cell device.
さらに、携帯機器へ燃料電池システムを搭載した場合、燃料改質器で発生する熱が燃料改質器収納用容器へ伝達されて燃料改質器収納用容器の表面の温度が上昇し、その熱によって携帯機器内の他の部品に悪影響を及ぼすおそれがある。 Furthermore, when the fuel cell system is mounted on a portable device, the heat generated in the fuel reformer is transferred to the fuel reformer storage container, and the temperature of the surface of the fuel reformer storage container rises. May adversely affect other parts in the portable device.
また、化学反応式(1)で示すような水蒸気改質反応は吸熱反応であることから、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。しかしながら、燃料改質器に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することになる。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。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大するという問題点があった。 Further, since the steam reforming reaction as shown in the chemical reaction formula (1) is an endothermic reaction, in order to reform the fuel with the fuel reformer, the fuel reformer is heated with a heater or the like. It is necessary to maintain the reaction temperature at a constant temperature. However, the heat generated in the fuel reformer is conducted to the fuel reformer storage container, so that the temperature of the fuel reformer decreases. Therefore, in order to maintain the reaction temperature, it is necessary to increase the heating value of the heater. Increasing the heating value of the heater increases the electric capacity used for heating the heater in the total electric capacity generated by the power generation cells of the fuel cell, and as a result, the power generation loss of the entire fuel cell system increases. There was a point.
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、燃料改質器へ良好に燃料を供給し、また、燃料改質器によって改質された水素ガス等の改質ガスを安全に燃料改質器収納用容器の外に排出できるとともに、燃料改質器で発生する熱が燃料改質器収納用容器へ伝達するのを有効に抑制して発電効率が高くかつ小型の携帯機器へ搭載できる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。 The present invention has been completed in view of the above-described problems in the prior art, and its purpose is to supply fuel to the fuel reformer satisfactorily, as well as hydrogen gas reformed by the fuel reformer, etc. The reformed gas can be safely discharged out of the fuel reformer storage container, and the heat generated in the fuel reformer is effectively suppressed from being transferred to the fuel reformer storage container, thereby improving the power generation efficiency. It is an object of the present invention to provide a fuel reformer storage container and a fuel reformer that can be mounted on a high and small portable device.
本発明の燃料改質器収納用容器は、燃料から改質ガスを発生させる燃料改質器を内部に収容する収容容器と、先端が前記燃料改質器に接合された、前記燃料改質器に前記燃料を供給するための供給管と、先端が前記燃料改質器に接合された、前記改質ガスを排出するための排出管とを具備している燃料改質器収納用容器であって、前記収容容器は、その内面と外面との間に設けられた空洞と、前記内面において前記空洞に連通されるように設けられたガス吸引口とを有することを特徴とする。 Fuel reformer housing container of the present invention comprises a container for housing the fuel reformer to generate a reformed gas from a fuel therein, the tip is joined to the fuel reformer, the fuel reformer A fuel reformer storage container having a supply pipe for supplying the fuel to the fuel reformer and a discharge pipe for discharging the reformed gas, the tip of which is joined to the fuel reformer. The container has a cavity provided between an inner surface and an outer surface thereof, and a gas suction port provided on the inner surface so as to communicate with the cavity .
本発明の燃料改質器収納用容器において、好ましくは、前記収容容器は、前記空洞の内圧が10Pa以下であることを特徴とする。 In the fuel reformer storage container of the present invention, preferably, the storage container is characterized in that an internal pressure of the cavity is 10 Pa or less.
本発明の燃料改質器収納用容器において、好ましくは、前記収容容器は、内外面に垂直な方向における前記空洞の幅が0.5mm乃至5mmであることを特徴とする。 In the fuel reformer storage container of the present invention, preferably, the storage container is characterized in that the width of the cavity in a direction perpendicular to the inner and outer surfaces is 0.5 mm to 5 mm .
本発明の燃料改質器収納用容器において、好ましくは、前記収容容器は、凹部を上面に有する基体と該基体の上面に前記凹部を覆って取着される蓋体とから成り、前記空洞は、前記基体および前記蓋体の少なくとも一方に設けられることを特徴とする。In the fuel reformer storage container according to the present invention, preferably, the storage container includes a base body having a concave portion on an upper surface and a lid body attached to the upper surface of the base body so as to cover the concave portion, and the cavity is It is provided on at least one of the base and the lid.
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と、前記収容容器の内部に配置された前記燃料改質器とを具備していることを特徴とする。 A fuel reformer of the present invention comprises the above-described container for housing a fuel reformer of the present invention and the fuel reformer disposed inside the container .
本発明の燃料改質装置において、好ましくは、前記収容容器の内圧が10Pa以下であることを特徴とする。 In the fuel reformer of the present invention, preferably, the internal pressure of the container is 10 Pa or less.
本発明の燃料改質器収納用容器は、燃料から改質ガスを発生させる燃料改質器を内部に収容する収容容器と、先端が前記燃料改質器に接合された、前記燃料改質器に前記燃料を供給するための供給管と、先端が前記燃料改質器に接合された、前記改質ガスを排出するための排出管とを具備している燃料改質器収納用容器であって、前記収容容器は、その内面と外面との間に設けられた空洞と、前記内面において前記空洞に連通されるように設けられたガス吸引口とを有することから、収容容器に形成した空洞によって熱を効果的に断熱することができ、燃料改質器から基体や蓋体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に悪影響を及ぼすことを有効に防止できる。 Fuel reformer housing container of the present invention comprises a container for housing the fuel reformer to generate a reformed gas from a fuel therein, the tip is joined to the fuel reformer, the fuel reformer A fuel reformer storage container having a supply pipe for supplying the fuel to the fuel reformer and a discharge pipe for discharging the reformed gas, the tip of which is joined to the fuel reformer. The container has a cavity formed between the inner surface and the outer surface, and a gas suction port provided on the inner surface so as to communicate with the cavity. The heat can be effectively insulated by this, and the heat conduction from the fuel reformer to the outer surface of the base body and the lid can be greatly reduced, so that the temperature of the outer surface of the fuel reformer storage container rises. Can be effectively suppressed. As a result, it is possible to effectively prevent other parts in the portable device from being adversely affected.
また、供給管および排出管が、燃料改質器を収容容器内で浮かして固定する場合には、収容容器の内側に燃料改質器の裏面全体を直接、面接合する必要がなく、燃料改質器の熱が基体や蓋体に伝達されるのを有効に抑制することができる。その結果、燃料改質器を断熱して燃料改質器の温度低下を抑制することができ、燃料改質器を良好に動作させるために必要な温度を保つためのヒーターに大きな電力を供給しつづける必要はなく、発電効率を著しく向上させることができる。Further, when the fuel reformer is floated and fixed in the container, the supply pipe and the discharge pipe do not require the entire back surface of the fuel reformer to be directly joined to the inside of the container. It is possible to effectively suppress the heat of the mass device from being transmitted to the base body or the lid. As a result, the fuel reformer can be insulated to suppress the temperature drop of the fuel reformer, and a large amount of electric power is supplied to the heater to maintain the temperature necessary for operating the fuel reformer well. There is no need to continue, and the power generation efficiency can be significantly improved.
さらに、収容容器に形成した空洞内を減圧するためのガス吸引口が全て燃料改質器収納用容器内に形成されていることから、ガス吸引口が燃料改質器収納用容器の外面に突出することはなく、燃料改質器収納用容器を低背化でき、その結果、小型の携帯機器へ搭載できる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ができる。 Furthermore, since all the gas suction ports for decompressing the inside of the cavity formed in the storage container are formed in the fuel reformer storage container, the gas suction port protrudes from the outer surface of the fuel reformer storage container. However, the height of the fuel reformer storage container can be reduced, and as a result, a fuel reformer storage container and a fuel reformer that can be mounted on a small portable device can be provided.
また、燃料改質器収納用容器の外面にガス吸引口がない場合には、ガス吸引口から外部に熱が放散されて燃料改質器の温度が低下するのを有効に抑制できる。 Further, when there is no gas suction port on the outer surface of the fuel reformer storage container, it is possible to effectively suppress the heat from being dissipated to the outside through the gas suction port and the temperature of the fuel reformer being lowered.
さらに、燃料改質器収納用容器の内側も減圧して空洞内と同じ内圧にしておくと、ガス吸引口が破損して開口しても、燃料改質器収納用容器と空洞とが同じ内圧であるので燃料改質器収納用容器および空洞の気密性が維持され、燃料改質器から燃料改質器収納用容器の外面への熱伝導の抑制を良好に維持できる。 Furthermore, if the inside of the fuel reformer storage container is also decompressed to the same internal pressure as the inside of the cavity, even if the gas suction port is broken and opened, the fuel reformer storage container and the cavity have the same internal pressure. Therefore, the airtightness of the fuel reformer storage container and the cavity is maintained, and the suppression of heat conduction from the fuel reformer to the outer surface of the fuel reformer storage container can be favorably maintained.
本発明の燃料改質器収納用容器は、上記構成において好ましくは、収容容器は、空洞の内圧が10Pa以下であることから、空洞内の気体の分子密度を低くすることができるため、空洞を介した基体の内面および外面間の熱伝導量を効果的に低減することができる。その結果、燃料改質器から収容容器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の高温化の抑制をより有効に行なうことができる。 The fuel reformer storage container according to the present invention preferably has the above-described configuration, and since the storage container has an internal pressure of 10 Pa or less in the cavity, the molecular density of the gas in the cavity can be reduced. The amount of heat conduction between the inner surface and the outer surface of the interposed substrate can be effectively reduced. As a result, the heat transferred from the fuel reformer to the container can be reduced more effectively, the temperature drop of the fuel reformer can be suppressed, and the power generation loss can be further reduced. It is possible to more effectively suppress the increase in the temperature of the container.
本発明の燃料改質器収納用容器は、上記構成において好ましくは、収容容器は、内外面に垂直な方向における空洞の幅が0.5mm乃至5mmであることから、小型で熱を外部に伝え難い燃料改質器収納用容器とすることができるとともに、空洞によって機械的な衝撃を良好に吸収することができ、燃料改質器収納容器内へ衝撃が直接伝達することを大幅に低減することができる。その結果、燃料改質器収納用容器内に収容された燃料改質器の作動信頼性を向上させることができる。 The fuel reformer storage container according to the present invention preferably has the above-described configuration, and the storage container is small in size and transfers heat to the outside because the width of the cavity in the direction perpendicular to the inner and outer surfaces is 0.5 mm to 5 mm. It can be a difficult fuel reformer storage container, and the mechanical impact can be well absorbed by the cavity, greatly reducing the direct transfer of impact into the fuel reformer storage container. Can do. As a result, the operational reliability of the fuel reformer accommodated in the fuel reformer storage container can be improved.
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と、収容容器の内部に配置された燃料改質器と具備していることから、上記本発明の燃料改質器収納用容器の特徴を有する、燃料改質器によって改質された水素ガス等のガスを安全に燃料改質器収納用容器の外に排出できるとともに、発電損失の少ないものとなる。 Since the fuel reformer of the present invention comprises the fuel reformer storage container of the present invention and a fuel reformer disposed inside the storage container, the fuel reformer of the present invention is provided. Gas such as hydrogen gas reformed by the fuel reformer, which has the characteristics of a storage container, can be safely discharged out of the fuel reformer storage container, and power generation loss is reduced.
本発明の燃料改質装置は、上記構成において好ましくは、収容容器の内圧が10Pa以下であることから、燃料改質器収納用容器内の断熱効果を高めることができ、燃料改質器から収容容器に伝わる熱をさらに効果的に低減することができるため、燃料改質器を良好に動作させるために必要な温度を保つためのヒーターに大きな電力を供給しつづける必要はなく、発電効率をさらに著しく向上させることができる。 The fuel reforming apparatus of the present invention is preferably in the above configuration, since the internal pressure of the container is 10Pa or less, it is possible to enhance the heat insulating effect of the fuel reformer accommodating container, accommodating a fuel reformer Since the heat transferred to the vessel can be further effectively reduced, it is not necessary to continue to supply a large amount of power to the heater for maintaining the temperature necessary for the fuel reformer to operate well, further improving the power generation efficiency. It can be significantly improved.
本発明の燃料改質器収納用容器の実施形態を以下に詳細に説明する。 Embodiments of the fuel reformer storage container of the present invention will be described in detail below.
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る。1は基体、2は配線としてのリード端子、3はボンディングワイヤ、4は蓋体、5aは燃料を供給する供給路としての供給管、5bは改質ガスを排出する排出路としての排出管、7は電極、8は基体1の貫通孔11にリード端子2を絶縁しつつ封止固定するための絶縁封止材、9は燃料改質器、10はガス吸引口であり、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12が構成される。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of an embodiment of a fuel cell storage container according to the present invention. 1 is a base, 2 is a lead terminal as a wiring, 3 is a bonding wire, 4 is a lid, 5a is a supply pipe as a supply path for supplying fuel, 5b is a discharge pipe as a discharge path for discharging reformed gas, 7 is an electrode, 8 is an insulating sealing material for sealing and fixing the lead terminal 2 to the through
本実施の形態の燃料改質器収納用容器における基体1および蓋体4は、ともに燃料改質器9を収納する容器としての役割を有する。それらは、例えばFe合金,無酸素銅、SUS等の金属材料や、酸化アルミニウム(Al2O3)質焼結体,ムライト(3Al2O3・2SiO2)質焼結体,炭化珪素(SiC)質焼結体,窒化アルミニウム(AlN)質焼結体,窒化珪素(Si3N4)質焼結体,ガラスセラミックス等のセラミック材料形成されている。
The base body 1 and the
なお、基体1や蓋体4がガラスセラミックスから成る場合、基体1や蓋体4に適用可能なガラスセラミックスとしては、例えば、ガラス成分とフィラー成分とから成るものが用いられる。そのガラス成分としては、例えばSiO2−B2O3系,SiO2−B2O3−Al2O3系,SiO2−B2O3−Al2O3−MO系(但し、MはCa,Sr,Mg,BaまたはZnを示す),SiO2−Al2O3−M1O−M2O系(但し、M1およびM2は同一または異なってCa,Sr,Mg,BaまたはZnを示す),SiO2−B2O3−Al2O3−M1O−M2O系(但し、M1およびM2は上記と同じである),SiO2−B2O3−M3 2O系(但し、M3はLi,NaまたはKを示す),SiO2−B2O3−Al2O3−M3 2O系(但し、M3は上記と同じである),Pb系ガラス,Bi系ガラス等が挙げられる。
In addition, when the base | substrate 1 and the
また、フィラー成分としては、例えばAl2O3,SiO2,ZrO2とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、TiO2とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、Al2O3およびSiO2から選ばれる少なくとも1種を含む複合酸化物(例えばスピネル,ムライト,コージェライト)等が挙げられる。 Examples of the filler component include a composite oxide of Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 and an alkaline earth metal oxide, a composite oxide of TiO 2 and an alkaline earth metal oxide, Al 2 O 3. And composite oxides containing at least one selected from SiO 2 (for example, spinel, mullite, cordierite) and the like.
本実施の形態の燃料改質器収納用容器における基体1および蓋体4の少なくとも一方は、内部に空洞Sが形成されている。これにより、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12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に悪影響を及ぼすことを有効に防止できる。
A cavity S is formed in at least one of the base body 1 and the
このような基体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は、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、特定のグリーンシートに空洞Sとなる貫通穴を設け、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。なお、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良い。また、凹部を有するセラミック焼成体を形成した後、別のセラミック焼成体で凹部を塞ぐように接合することによって空洞Sを有する基体1や蓋体4を形成してもよい。
For example, when the base 1 and the
また、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た2枚の成形体の端部を、ロウ材や溶接法により接合することによって内部に空洞Sを有する基体1および蓋体4を得る。
When the base 1 and the
また、基体1および蓋体4は、腐食を防止するためにその表面に、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。
In order to prevent corrosion, the base body 1 and the
また、基体1および蓋体4で構成される燃料改質器収納用容器12の少なくとも内側表面をAuやAlのめっき処理膜で覆うことにより、収容された燃料改質器9で発生する輻射熱を効率良く防ぐことができ、燃料改質器収納用容器12の昇温を抑制することが可能となる。
Further, by covering at least the inner surface of the fuel
基体1や蓋体4は、空洞Sの内圧が10Pa以下であるのがよい。これにより、空洞S内の気体の分子密度を低くすることができるため、空洞Sを介した基体1の内面および外面間の熱伝導量を効果的に低減することができる。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12の高温化の抑制をより有効に行なうことができる。
The base body 1 and the
また、基体1や蓋体4は、内外面に垂直な方向における空洞Sの幅が0.5mm乃至5mmであるのがよい。これにより、小型で熱を外部に伝え難い燃料改質器収納用容器12とすることができるとともに、空洞Sによって機械的な衝撃を良好に吸収することができ、燃料改質器収納容器11内へ衝撃が直接伝達することを大幅に低減することができる。その結果、燃料改質器収納用容器12内に収容された燃料改質器9の作動信頼性を向上させることができる。また、空洞Sを低圧にして真空に近づけることによって断熱効果を高めた場合に、基体1や蓋体4が多少変形しても基体1や蓋体4の内外面が接触するのを抑制し、安定した構造を保持することができるため、燃料改質器9から基体1や蓋体4の外面への熱伝導の抑制を良好に維持できる。
In addition, in the base body 1 and the
基体1の空洞Sは、基体1の一部に形成されていてもよく、凹部の周囲を全面にわたって覆うように形成されていてもよい。例えば、底部または側部に基体1の内外面に平行となるように形成されていたり、あるいは、基体1の底部および側部に連続して内外面に平行に、あたかも二重構造となるように形成されていてもよい。 The cavity S of the base body 1 may be formed in a part of the base body 1 or may be formed so as to cover the entire periphery of the recess. For example, it is formed at the bottom or the side so as to be parallel to the inner and outer surfaces of the base 1, or continuously to the bottom and the side of the base 1 and parallel to the inner and outer surfaces, as if it has a double structure. It may be formed.
本実施の形態の燃料改質器収納用容器は、基体1および蓋体4の燃料改質器9側の部位に空洞S内を減圧するためのガス吸引口10が形成されている。ガス吸引口10は、基体1や蓋体4の空洞S内のガスを吸引して所望の内圧とした後、閉じられることにより空洞S内の気密性を維持することができる。
In the fuel reformer storage container of the present embodiment, a
ガス吸引口10は、基体1や蓋体4の燃料改質器9側の主面の空洞Sにつながる貫通孔11の開口縁に貫通孔11と連通するように接合されるか、または貫通孔11に嵌め込まれて接合された筒状部材であり、その燃料改質器9側の端部は基体1や蓋体4の燃料改質器9側の主面から突出している。このようなガス吸引口10は、例えば、Cu、Al等の金属やFe−Ni合金,Fe−Ni−Co合金,SUS合金等の合金が使用される。好ましくは、Cu、Al等の柔らかい材料が好ましい。ガス吸引口10がCu、Al等の柔らかい材料から成る場合、基体1や蓋体4とガス吸引口10との間に熱膨張係数差による応力が生じても、ガス吸引口10が適度に変形することによって応力を緩和し、基体1や蓋体4にクラック等の破損が生じるのを有効に防止できる。
The
ガス吸引口10を基体1や蓋体4に接合する方法は、例えば、基体1や蓋体4が金属や合金材料の場合、基体1や蓋体4の燃料改質器9側の主面の貫通孔11の開口縁に、長さが約100mm程度の管状のガス吸引口10を、溶接やロウ付けによって基体1や蓋体4へ接合する方法が挙げられる。このときに、基体1および蓋体4に設けられた貫通孔11は燃料改質器9側、すなわち、燃料改質器収納用容器12の内側になるように載置されなければならない。
The method of joining the
次にガス吸引口10の端部を真空ポンプに接続し、基体1や蓋体4に設けられた空洞S内のガス成分を排気することによって空洞S内を減圧して所望の内圧とすることができる。
Next, the end of the
そして、空洞S内の圧力値が所望の値に到達後、ガス吸引口10の中央付近(基体1や蓋体4の燃料改質器9側の主面から突出している部位)を圧接することによって空洞Sと外部とを遮断する。必要に応じて、ガス吸引口10の圧接部のよりも先端の不要部分を切断してもよい。さらに、この切断面をロウ材等で覆うことにより、さらに気密性を高めることもできる。
Then, after the pressure value in the cavity S reaches a desired value, the vicinity of the center of the gas suction port 10 (the part protruding from the main surface of the base body 1 or the
なお、ガス吸引口10の遮断方法としては、上記の圧接だけでなく、ロウ材や樹脂接着剤で封止してもよい。
The
また、ガス吸引口10の内径は直径(φ)が0.1mm以上であるのがよい。内径がφ0.1mm未満の場合、空洞S内を減圧するための時間が長くなり生産性を損なうおそれがある。
The inner diameter of the
また、ガス吸引口10は、基体1や蓋体4の燃料改質器9側の主面から突出している部位のうち圧接により遮断する部位が全周にわたって細くなっているのがよい。これにより、圧接が容易になるとともに圧接によるガス吸引口10の変形が小さくなって、変形による歪み応力が生じるのを有効に防止できる。よって、燃料改質器9の作動による熱でガス吸引口10が高温となっても、圧接部の歪みによって圧接部が剥離するのを有効に防止できる。
Further, in the
また、燃料改質器収納用容器12の内側も減圧して空洞内と同じ内圧にしておくのがよい。これにより、ガス吸引口10が破損して開口しても、燃料改質器収納用容器12と空洞Sとが同じ内圧であるので燃料改質器収納用容器12および空洞Sの気密性が維持され、燃料改質器9から燃料改質器収納用容器12の外面への熱伝導の抑制を良好に維持できる。
Also, the inside of the fuel
次に、本実施の形態の燃料改質器収納用容器におけるリード端子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、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。
Next, the lead terminal 2 in the fuel reformer storage container according to the present embodiment is preferably made of a metal that is the same as or close to the thermal expansion coefficient of the base 1 and the
また、本実施の形態の燃料改質器収納用容器における絶縁封止材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から成り、基体1に形成された貫通孔でこの絶縁封止材8によって基体1とリード端子2とが電気的に絶縁されてリード端子2が封止固定されている。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までの間隔が0.1mm以上確保できる内径が好ましい。 The insulating sealing material 8 in the fuel reformer storage container according to the present embodiment is made of, for example, borosilicate glass, alkali glass, insulating glass containing lead as a main component, and the like, and is formed in the base 1. The base 1 and the lead terminal 2 are electrically insulated by the insulating sealing material 8 in the hole, and the lead terminal 2 is sealed and fixed. The through-hole through which the lead terminal 2 formed in the base body 1 is inserted needs to have a size such that the base body 1 and the lead terminal 2 do not come into electrical contact with each other. An inner diameter that can ensure a distance of 0.1 mm or more from the base 1 to the base 1 is preferable.
絶縁封止材8は、例えば酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスやガラス等の絶縁部材から成っていてもよい。この場合、基体1に形成された貫通穴に、例えば筒状の絶縁封止材8を挿入し、さらにこの絶縁封止材8にリード端子2を挿入することにより、基体1とリード端子2とを電気的に絶縁することができる。なお、このような絶縁封止材8と基体1との接合及び絶縁封止材8とリード端子2との接合は、例えばAu−Ge合金やAg−Cu合金等のロウ材を使用することができる。 The insulating sealing material 8 may be made of an insulating member such as ceramics or glass such as an aluminum oxide sintered body. In this case, for example, a cylindrical insulating sealing material 8 is inserted into a through hole formed in the base 1, and the lead terminal 2 is further inserted into the insulating sealing material 8, whereby the base 1, the lead terminal 2, Can be electrically insulated. It should be noted that the bonding between the insulating sealing material 8 and the substrate 1 and the bonding between the insulating sealing material 8 and the lead terminal 2 may use a brazing material such as an Au—Ge alloy or an Ag—Cu alloy. it can.
そして、燃料改質器9上の電極7とリード端子2とをボンディングワイヤ3を介して電気的に接続し、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12の凹部内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が形成される。
Then, the
また、本実施の形態の燃料改質器収納用容器12に収納される燃料改質器9は、微小ケミカルデバイスとして、半導体製造技術を適用して、例えば、シリコン等の半導体,石英,ガラス,セラミックス等の無機材料の基材に、切削法,エッチング法,ブラスト法等により細い溝を形成することによって液体流路が作製され、操作中の液体の蒸発防止等を目的として、ガラス板等のカバーを陽極接合、ロウ付け等により表面に密着させて作製される。
Further, the
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)を形成し、表面にはこの薄膜ヒーターへ電力を供給する端子として電極7が形成される。こ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結合させて、改質ガス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。
In the
燃料改質器9は、基体1の凹部内に収容され、蓋体4をAu合金,Ag合金,Al合金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って基体1の上面に凹部を覆って取着することによって、燃料改質器収納容器11内に収納される。
The
例えば、蓋体4を基体1にAu−Snロウ材により接合する場合は、蓋体4に予めAu−Sn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枠状に形成したAu−Sn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に接合することにより、燃料改質器収納用容器12の内部に燃料改質器9を封止することができる。
For example, when the
また、燃料改質器9は、燃料改質器9上の電極7がボンディングワイヤ3を介して基体1に設けたリード端子2に電気的に接続される。これにより、電極7を通じて燃料改質器9上に形成されたヒータ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。
In the
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、Al2O3質焼結体,3Al2O3・2SiO2質焼結体,SiC質焼結体,AlN質焼結体,Si3N4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。
The
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。 Preferably, it is difficult to be embrittled by hydrogen contained in the reformed gas. Such materials include Fe alloys, ceramics, and glass.
また、排出管5bの開口面積が燃料改質器9の排出孔の開口面積よりも大きいのがよい。燃料改質器9から排出管5bへの改質ガスの流動の抵抗を小さくすることができ、燃料改質器9からの改質ガスの排出をスムーズにして燃料改質の効率を大幅に向上させることができる。
The opening area of the
供給管5aとの接合、および基体1と排出管5b部分との接合は、供給管5aや排出管5b、基体1を構成する材料により、超音波接合や熱溶着、圧着、樹脂接着剤による接着、Au−SiやAg−Cu等のロウ材による接合、硼珪酸ガラス等のガラスによる接合、同時焼結等の各種方法が適宜用いられる。
Joining of the
また、供給管5aおよび排出管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,低背化のためにはφ5mm以下とすることが好ましい。
The inner diameters of the
供給管5aおよび排出管5bの断面形状としては、通常は円形状とすればよいが、これに限定されない。すなわち、円形状の他には、楕円形状や、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、正方形状,長方形状等が挙げられる。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、Fe−Ni合金,Fe−Ni−Co合金,SUS等の金属材料から成る場合には、携帯機器等に使用するものでは通常は0.1mm以上であれば良い。また、流れ方向の長さは、燃料改質器9で発生する熱を発電セルに伝えにくくするためには長い程よいが、燃料電池システム全体の大きさを考慮した長さにすべきである。
The cross-sectional shapes of the
また、供給管5aおよび排出管5bは、燃料改質器収納用容器12の内部の部位における外面において、軸方向に平行な複数の溝または軸方向に直角な複数の溝が形成されているのがよい。これにより、供給管5aおよび排出管5bの熱伝導を低下させて燃料改質器9から基体1や蓋体4への熱伝導をより有効に抑制できるとともに、供給管5aおよび排出管5bが適度に変形することが可能となり、供給管5aおよび排出管5bの適度な変形により応力を緩和することができ、供給管5aおよび排出管5bと燃料改質器9との接合部、および、供給管5aおよび排出管5bと基体1または蓋体4との接合部の接合を良好に維持することができる。
Further, the
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、燃料管5aおよび排出管5bは燃料改質器9の下面に接合されているが、これらは燃料改質器9の仕様に応じて上面に接合しても良い。また、供給管5aおよび排出管5bは複数形成されていてもよい。
In addition, this invention is not limited to the example of the above embodiment, A various change may be added in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, in the example shown in FIG. 1, the
1・・・・・基体
4・・・・・蓋体
5a・・・・供給管
5b・・・・排出管
9・・・・・燃料改質器
10・・・・ガス吸引口
12・・・・燃料改質器収納用容器
S・・・・・空洞
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base |
Claims (6)
前記空洞は、前記基体および前記蓋体の少なくとも一方に設けられる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。 The storage container is composed of a base body having a concave portion on the upper surface and a lid attached to the upper surface of the base body so as to cover the concave portion,
The fuel reformer storage container according to any one of claims 1 to 3 , wherein the cavity is provided in at least one of the base body and the lid.
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