JP4601288B2 - 燃料改質器収納用容器および燃料改質装置 - Google Patents

Description

本発明は例えば燃料電池システムにおいて燃料から改質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および燃料改質装置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，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。

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。

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。

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（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）
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。

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

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、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。

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る。

その対策としては、燃料供給路および排出路について燃料改質器から燃料改質器収納用容器までの経路を長くする方法がある。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伝熱距離が長くなるため、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が、燃料改質器から燃料改質器収納用容器までの経路を長くすることは、燃料電池システム全体が大型化し、その結果、携帯機器自体が大型化する問題点があった。

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、燃料改質器で発生する熱を燃料改質器収納用容器に伝導させるのを防止して、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を内部に収容する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、前記基体および前記蓋体の少なくとも一方を貫通して先端が前記燃料改質器と接合されるとともに前記燃料改質器を前記蓋体と前記凹部の底面との間の空間に浮かして固定する、前記燃料改質器に前記燃料を供給するための供給管と、前記基体および前記蓋体の少なくとも一方を貫通して先端が前記燃料改質器と接合されるとともに前記燃料改質器を前記蓋体と前記凹部の底面との間の空間に浮かして固定する、前記改質ガスを排出するための排出管とを具備しており、前記供給管および前記排出管は、軸方向に直交する断面において開口面積が外形面積の５０％乃至９０％であ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、前記供給管および前記排出管の少なくとも一方は、前記凹部内において、厚みを一定として内外周面に凹凸が形成されていることを特徴とする。

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と、前記凹部に設置された前記燃料改質器と、前記凹部を覆って取着された前記蓋体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によれば、供給管および排出管は、軸方向に直交する断面において開口面積が外形面積の５０％乃至９０％であることから、供給管や排出管の伝熱面積が小さくなり、燃料改質器で発生した熱が基体または蓋体に直接大量に伝導するのを有効に抑制できる。よって、燃料改質器収納用容器の表面の温度が上昇するのを有効に抑制でき、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のを有効に防止できる。その結果、安定かつ安全な燃料改質装置を提供することができる。

また、供給管や排出管の伝熱面積が小さくなるため、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重にする必要がなく、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。

さらに、供給管や排出管の伝熱面積が小さくなるため、燃料改質器で発生した熱が基体に大量に伝導して燃料改質器の温度が低下するのを有効に抑制することができる。その結果、燃料改質器を加熱するためのヒーターの発熱量を増加させる必要がなく、この燃料改質器を燃料電池に使用することにより、発電セルで発電する総電気容量に占めるヒーター加熱に使用される電気容量の小さい、低発電損失の燃料電池システムを得ることができる。

また、供給管や排出管の軸方向に直交する断面において開口面積の比率が大きいため、適度に変形することが可能となり、供給管や排出管と、燃料改質器や基体，蓋体との間に熱膨張係数差による応力が生じたり、外部からの衝撃などが燃料改質器収納用容器に加わった場合に、供給管や排出管の適度な変形により応力を緩和することができ、供給管や排出管と燃料改質器との接合部、および、供給管や排出管と基体や蓋体との接合部の接合を良好に維持することができる。

本発明の燃料改質器収納用容器は、供給管および排出管の少なくとも一方が、凹部内において、厚みを一定として内外周面に凹凸が形成されていることから、燃料改質器から基体や蓋体への熱伝導の経路を長くすることができ、燃料改質器から基体や蓋体へ熱が伝導するのをより有効に抑制し、発電効率を向上させることができる。

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と、凹部に設置された燃料改質器と、凹部を覆って取着された蓋体とを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を用いた、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。

次に、本発明の燃料改質器収納用容器および燃料改質装置を添付図面をもとに詳細に説明する。

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、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は燃料改質器であり、主にこれら基体１と蓋体４と供給管５ａと排出管５ｂ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。また、燃料改質器収納用容器１０に燃料改質器８を収納し、燃料改質器８の燃料供給口に燃料管５ａを接続するとともに燃料改質器８の改質ガス排出口に排出管５ｂを接続することにより燃料改質装置となる。

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、例えば鉄（Ｆｅ）−（Ｎｉ）−（Ｃｏ）合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金，ＳＵＳ（ステンレススチール）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等のセラミック材料や、ポリイミド等の高耐熱の樹脂材料で形成されている。

なお、ガラスセラミックスはガラス成分とフィラー成分とから成り、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。

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。

また、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。

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。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、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。

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、例えば金（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。

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。

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、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。

この燃料改質器８は、蓋体４がＡｕ系，銀（Ａｇ）系，アルミニウム（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。

例えばＡｕ−錫（Ｓｎ）ロウ材による接合の場合であれば、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。

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。

燃料改質器８の燃料供給口と供給管５ａとの接続、および、改質ガス排出口と排出管５ｂとの接続には、石英ガラス，ホウ珪酸ガラス等のガラス、セラミックスや無機ポリマーを含む無機接着剤、ポリイミドアミド等の高耐熱性有機材料を含む接着剤、シリコーンゴムや珪素樹脂等の有機珪素化合物、Ａｕ−Ｓｎ，Ａｕ−珪素（Ｓｉ）合金等の各種ロウ材から成るものを用いる接続方法が挙げられる。

供給管５ａおよび排出管５ｂは、原料や燃料ガス流体の供給路および改質ガス（例えば水素ガス）の排出路であり、これらは、例えばＦｅ−Ｎｉ合金，Ｆｅ−Ｎｉ―Ｃｏ合金，ＳＵＳ等の金属材料や、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，ガラスセラミックス等のセラミックス材料、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。

そして、本発明の燃料改質器収納用容器１０においては、供給管５ａおよび排出管５ｂは、軸方向に直交する断面において開口面積が外形面積の５０％乃至９０％である。これにより、供給管５ａや排出管５ｂの伝熱面積が小さくなり、燃料改質器８で発生した熱が基体１または蓋体４に直接大量に伝導するのを有効に抑制できる。よって、燃料改質器収納用容器１０の表面の温度が上昇するのを有効に抑制でき、燃料改質器収納用容器１０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のを有効に防止できる。その結果、安定かつ安全な燃料改質装置を提供することができる。

また、供給管５ａや排出管５ｂの伝熱面積が小さくなるため、燃料改質器８からの熱を断熱するために燃料改質器収納用容器１０の外壁を２重にする必要がなく、燃料改質器収納用容器１０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１０を提供することができる。

さらに、供給管５ａや排出管５ｂの伝熱面積が小さくなるため、燃料改質器８で発生した熱が基体１に大量に伝導して燃料改質器８の温度が低下す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８を加熱するためのヒーターの発熱量を増加させる必要がなく、この燃料改質器８を燃料電池に使用することにより、発電セルで発電する総電気容量に占めるヒーター加熱に使用される電気容量の小さい、低発電損失の燃料電池システムを得ることができる。

また、供給管５ａや排出管５ｂの軸方向に直交する断面において開口面積の比率が大きいため、適度に変形することが可能となり、供給管５ａや排出管５ｂと、燃料改質器８や基体１，蓋体４との間に熱膨張係数差による応力が生じたり、外部からの衝撃などが燃料改質器収納用容器１０に加わった場合に、供給管５ａや排出管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や排出管５ｂと燃料改質器８との接合部、および、供給管５ａや排出管５ｂと基体１や蓋体４との接合部の接合を良好に維持することができる。

供給管５ａおよび排出管５ｂの開口面積が外形面積の５０％未満であると、伝熱面積が大きくなって燃料改質器で発生した熱が基体１や蓋体４に大量に伝導し易くなり、低発電損失の燃料電池システムを得ることが困難となる傾向がある。

また、供給管５ａおよび排出管５ｂの開口面積が外形面積の９０％を超えると、供給管５ａおよび排出管５ｂのパイプ肉厚が薄くなりすぎて燃料パイプ加工そのものが困難となるとともに、燃料改質器８を安定に支持するのが困難となる傾向がある。

供給管５ａおよび排出管５ｂの断面形状としては、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、正方形状，長方形状が挙げられる。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。

また、供給管５ａおよび排出管５ｂの少なくとも一方は、凹部内において、一定の厚みで凹凸が形成されているのがよい。これにより、燃料改質器８から基体１や蓋体４への熱伝導の経路を長くすることができ、燃料改質器８から基体１や蓋体４へ熱が伝導するのをより有効に抑制し、発電効率を向上させることができる。

なお、一定の厚みで凹凸が形成されているというのは、供給管５ａおよび排出管５ｂの内面と外面との距離、即ち、壁厚を一定に維持した状態で内側に凹ませたり、外側に盛り上がせたりすることにより凹凸を形成したものであり、例えば、波状にうねったもの、蛇腹状になったもの等である。

そして、これらの供給管５ａおよび排出管５ｂは、基体１または蓋体４に形成した貫通穴に層通され接合される。

また、供給管５ａおよび排出管５ｂは、外表面が粗面と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を基体１や蓋体４に形成した貫通穴に接合するための封止材との密着性が向上し、供給管５ａおよび排出管５ｂを基体１や蓋体４に強固に、かつ、気密性良く接合させることができる。

このような供給管５ａおよび排出管５ｂの外表面の算術平均粗さは、０．００１μｍ乃至５００μｍであるのがよい。これにより、供給管５ａおよび排出管５ｂと封止材との密着性を向上させることができる。また、供給管５ａおよび排出管５ｂが金属から成る場合、外表面に酸化物の層が厚く形成され易くなり、この酸化物の層によって供給管５ａおよび排出管５ｂの熱伝導性をより低下させることができる。

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ー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。

リード端子２は、基体１や蓋体４に形成された貫通孔に挿通され、絶縁封止材７を介して基体１や蓋体４と接合されている。このような絶縁封止材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や蓋体４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や蓋体４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や蓋体４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であるのが好ましい。

また、燃料改質器８は、図１に示されるように、凹部内に形成された台座９に載置されていてもよい。このような台座９は、基体１，蓋体４および燃料改質器８のいずれかにロウ材や接着剤等の接合材により接合されているのが好ましい。これにより、燃料改質器８をより安定に収納でき、燃料改質器８を支持する供給管５ａや排出管５ｂの断面積をより小さくして熱が供給管５ａや排出管５ｂを介して基体１に伝導されるのをより効果的に抑制できる。なお、台座９が燃料改質器８および基体１の両方、または、燃料改質器８および蓋体４の両方に接合されている場合は、燃料改質器８が台座９を介して基体１に強固に固定されるのでより好ましい。

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、低熱伝導性であるのがよい。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。

台座９を基体１，蓋体４および燃料改質器８に接合させるための接合材としては、石英ガラス，ホウ珪酸ガラス等のガラス、セラミックスや無機ポリマーを含む無機接着剤、ポリイミドアミド等の高耐熱性有機材料を含む接着剤、シリコーンゴムや珪素樹脂等の有機珪素化合物、Ａｕ−Ｓｎ，Ａｕ−Ｓｉ合金等の各種ロウ材から成る材料が用いられる。

かくして、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。

本発明の高周波回路用パッケージの実施例を以下に説明する。

まず、上面凹部が形成されたＦｅ−Ｎｉ―Ｃｏ合金から成る基体１を用意した。そして、基体１の中央部に凹部の底面から基体１の下面にかけて直径３．０ｍｍの貫通孔を２つ形成した。

次に、外径が１．５ｍｍで種々の内径（表１参照）のＦｅ−Ｎｉ―Ｃｏ合金から成る供給管５ａおよび排出管５ｂをそれぞれ上記の貫通孔に先端が凹部の底面から１．０ｍｍに位置するように挿通し、ホウ珪酸ガラスから成る封止材で基体１に接合した。

そして、微小ケミカルデバイスであるシリコンとガラスとから構成される燃料改質器８を供給管５ａおよび排出管５ｂの先端に、燃料改質器８の燃料供給口および改質ガス排出口がそれぞれ供給管５ａおよび排出管５ｂに連通するように接合した。

そして、Ｆｅ−Ｎｉ―Ｃｏ合金から成る蓋体４をＡｕ−Ｓｎ合金のロウ材を用いて基体１の上面に凹部を覆うように接合することにより、サンプルとしての燃料改質装置を作製した。

このサンプルの燃料改質器８に形成されたヒーターに電流を流して燃料改質器８を加熱し、燃料改質器８の温度が３００℃で一定になるようにして１時間作動させた。このときの基体１の下面の供給管５ａと排出管５ｂとの間の部位の表面温度を測定することによって燃料改質器８から基体１への熱伝導性を評価した。また、燃料改質器８の温度を一定に維持するのに要した電力を測定することにより、発電におけるヒーターの加熱に費やされた損失成分の評価を行なった。さらに、燃料改質器８の作動後に燃料改質器８と供給管５ａおよび排出管５ｂとの接合部の表面観察および断面観察を行ない、燃料改質器８と供給管５ａおよび排出管５ｂとの接合部の破損等を調べることにより気密信頼性の評価を行なった。

各サンプルについて評価した結果を表１に示す。

表１より、供給管５ａおよび排出管５ｂの軸方向に直交する断面における開口面積が外形面積の５０％未満のサンプルは基体１の表面温度が１５０℃以上と非常に高くなっており、また、ヒーターの加熱に費やした電力は２Ｗ以上と非常に大きいものであった。また、供給管５ａおよび排出管５ｂの軸方向に直交する断面における開口面積が外形面積の９０％以上サンプルは基体１への熱伝導をきわめて有効に抑制できるものの、燃料改質器と供給管５ａおよび排出管５ｂの接合部において気密不良が発生した。これに対し、本発明のサンプルである供給管５ａおよび排出管５ｂの軸方向に直交する断面における開口面積が外形面積の５０乃至９０％のものは、基体１の表面温度が１５０℃以下となり、基体１への熱伝導をきわめて有効に抑制できることがわかった。また、ヒーターの加熱に費やした電力も２Ｗ未満と非常小さく、発電においてヒーターの加熱に費やされる電力量を小さくでき、発電効率をきわめて向上させることができることがわかった。また、燃料改質器８と供給管５ａおよび排出管５ｂとの接合部において気密不良の発生はなかった。

なお、本発明は以上の実施の形態の例および実施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、供給管５ａおよび排出管５ｂは燃料改質器８の下面に接合されているが、これらは燃料改質器８の仕様に応じて上面に接合してもかまわない。

また、図１に示した例においては供給管５ａおよび排出管５ｂは１本ずつであるが、燃料改質器８の仕様に応じて複数本であってもかまわない。

本発明の燃料改質器収納用容器について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
４・・・・・蓋体
５ａ・・・・供給管
５ｂ・・・・排出管
７・・・・・絶縁封止材
８・・・・・燃料改質器
１０・・・・燃料改質器収納用容器

Claims (3)

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を内部に収容する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、前記基体および前記蓋体の少なくとも一方を貫通して先端が前記燃料改質器と接合されるとともに前記燃料改質器を前記蓋体と前記凹部の底面との間の空間に浮かして固定する、前記燃料改質器に前記燃料を供給するための供給管と、前記基体および前記蓋体の少なくとも一方を貫通して先端が前記燃料改質器と接合されるとともに前記燃料改質器を前記蓋体と前記凹部の底面との間の空間に浮かして固定する、前記改質ガスを排出するための排出管とを具備しており、前記供給管および前記排出管は、軸方向に直交する断面において開口面積が外形面積の５０％乃至９０％であることを特徴とする燃料改質器収納用容器。
2. 前記供給管および前記排出管の少なくとも一方は、前記凹部内において、厚みを一定として内外周面に凹凸が形成されている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. 請求項１または請求項２記載の燃料改質器収納用容器と、前記凹部に設置された前記燃料改質器と、前記凹部を覆って取着された前記蓋体とを具備していることを特徴とする燃料改質装置。

Images