JP4628069B2

JP4628069B2 - 燃料改質器収納用容器および燃料改質装置

Info

Publication number: JP4628069B2
Application number: JP2004338871A
Authority: JP
Inventors: 隆二森
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2024-11-24
Also published as: JP2006143554A

Description

本発明は、例えば燃料電池システムにおいて各種燃料から水素ガスを発生させる燃料改質器を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。

近年、電気エネルギーを効率的に、かつクリーンに生産する次世代の電源システムとして燃料電池システムが脚光を浴びており、既に自動車市場や家庭用燃料電池発電システムに代表されるコージェネレーション発電システム市場においては、低コストを目指した実用化のためのフィールドテストが盛んに行なわれている。

さらに最近では、燃料電池システムの小型化を図り、携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistants），ノートパソコン，デジタルビデオカメラまたはデジタルスチルカメラ等の携帯機器の電源として使用することが検討されている。

一般に燃料電池は、例えばメタンや天然ガス（ＣＮＧ）等の炭化水素ガスあるいはメタノールやエタノール等のアルコール類を燃料とし、燃料改質器を用いた燃料改質装置で水素ガスおよびその他のガスに改質した後、この水素ガスを発電セルと呼ばれる発電装置に供給することにより発電が行なわれる。

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

例えば、燃料としてメタノールを用いる場合において、燃料を改質させる反応はいくつかあり、例えば次の化学反応式（１）に示すような水蒸気改質反応（式（１）中では、メタノールに水蒸気を結合させることにより、水素と二酸化炭素とに改質する反応）により、水素ガス（Ｈ_２）を生成するプロセスをいう。なお、この改質反応により生成される水素以外の微量の生成ガス（主にＣＯ_２）は、通常は大気中に排出される。

ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ → ３Ｈ_２＋ＣＯ_２・・・（１）
このような水蒸気改質反応は吸熱反応であることから、外部よりヒーター等で加熱して反応温度を維持する必要がある。従って、燃料改質器内で燃料を改質させるには、触媒の水蒸気改質活性が低下するのを防止するとともに、生成される水素ガス濃度を高く維持するため、例えば燃料としてメタノールを用いた場合には約２００〜５００℃の温度が、またメタンガスを用いた場合には３００〜８００℃程度の高い温度が必要になる。

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

ＣＨ_３ＯＨ＋１／２Ｏ_２＋２Ｎ_２→ ２Ｈ_２＋ＣＯ_２＋２Ｎ_２・・・（２）
そこで家庭用燃料電池システムに代表されるコージェネレーション発電システムでは、このシステム自体が大型であることから、燃料改質器収納用容器の外壁を２重構造にして真空容器を構成したり、あるいは２重構造にした内外壁間に断熱材を充填することにより、燃料改質器の内部の熱が外部へ伝導して燃料改質器の温度が低下するのを防止している。そのため、燃料改質器を燃料改質器収納用容器に収容する際は、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

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

このような燃料電池システムを長期に安定かつ安全に使用するためには、燃料改質器収納用容器内部の真空状態を、燃料改質器収納用容器に燃料改質器を収納し封止した直後だけでなくその後も長期に保つ必要がある。しかし、燃料改質器からの伝熱を抑制する目的で供給管や排出管と燃料改質器との接合面積を小さくしているため、特にこの接合部の強度が弱くなって供給管や排出管と燃料改質器とを接合するロウ材に応力が集中しやすく、長期間にわたるヒートサイクル試験を行うと供給管や排出管と燃料改質器との間のロウ材にクラックが入り、燃料ガスや改質ガスが漏れて気密不良となる。そのため、燃料改質器収納用容器内部の真空度が低下することから、燃料改質器内で燃料を改質する際に発生する熱の外部への伝導量が増加することになり、その結果その熱によって燃料改質器収納用容器が高温となり、携帯機器内の他の部品を破壊したり、また携帯機器の使用者に火傷を負わせる可能性が高くなるという問題点があった。

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

そこで反応温度を維持するためには、ヒーターの発熱量を増加させる必要があるが、ヒーターの発熱量を増加させると、燃料電池の発電セルで発電した総電気容量に占めるヒーター加熱に使用する電気容量が増えることになり、その結果、燃料電池システム全体の発電損失が増加するという問題点があった。

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

本発明の燃料改質器収納用容器は、燃料から水素ガスを含む改質ガスを発生させる燃料改質器が収納される凹部を有した基体と、前記燃料改質器からの前記改質ガスを排出すべく前記凹部内と外部とを連通する排出管と、前記燃料改質器に前記燃料を供給すべく前記凹部内と外部とを連通する供給管と、前記基体または前記蓋体を貫通する前記燃料改質器への通電用としてのリード端子とを具備した燃料改質器収納用容器において、前記供給管および前記排出管の少なくとも一方は、前記燃料改質器に接合材を介して接合されているとともに、その燃料改質器側の先端面と外面との間に全周にわたって切欠き部が形成されており、該切欠き部の表面が前記接合材で覆われていることを特徴とする。

本発明の燃料改質器収納用容器は、前記接合材はロウ材から成り、前記切欠き部は前記供給管および前記排出管に形成されており、前記供給管側の切欠き部を覆う接合材の体積が前記排出管側の切欠き部を覆う接合材の体積よりも大きいことを特徴とする。

本発明の燃料改質器収納用容器は、前記排出管は、その断面積が前記供給管の断面積よりも小さいことを特徴とする。

本発明の燃料改質装置は、上記本発明の前記燃料改質器収納用容器と、前記凹部内に収納された燃料改質器と、前記凹部の開口部を塞ぐようにして前記基体の上面に取着された蓋体とを具備す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の少なくとも一方は、燃料改質器に接合材を介して接合されているとともに、その燃料改質器側の先端面と外面との間に全周にわたって切欠き部が形成されており、この切欠き部の表面が接合材で覆われていることから、供給管や排出管の切欠き部に十分な量の接合材を溜めることができ、燃料改質器と供給管や排出管との接合が三次元的となってきわめて強度の高いものとなる。よって、燃料改質器収納容器に燃料改質器を収納した直後だけでなくその後も燃料改質器収納用容器内の気密性を良好に維持することができる。

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。

また、燃料改質器収納用容器内の気密性を良好に維持して断熱性を良好にすることができるので、燃料改質器の熱が燃料改質器収納用容器に伝達されるのを有効に防止でき、携帯機器内の他の部品を破壊したり、携帯機器の使用者に火傷を負わせるのを有効に防止できる、燃料電池システムを長期に安定かつ安全に使用することができる。

本発明の燃料改質器収納用容器によれば、接合材がロウ材から成り、切欠き部は供給管および排出管に形成されており、供給管側の切欠き部を覆う接合材の体積が排出管側の切欠き部を覆う接合材の体積よりも大きいことから、比較的熱伝導率の高いロウ材をより大きな体積で供給管を覆うことにより、燃料改質器から熱がロウ材に良好に伝達され、この高温となったロウ材で供給管を通過する燃料ガスを加熱することができる。よって、燃料改質器に燃料ガスが低温の状態で浸入することによる燃料改質器の温度低下を有効に防止でき、効率のよい燃料改質を行なうことが可能となる。

本開発の燃料改質器収納用容器によれば、排出管の断面積が供給管の断面積よりも小さいことから、生成された改質ガスにより高温になっている燃料改質器と排出管との接合部
から排出管への伝熱を抑制することが可能となり、燃料改質器の温度低下の抑制や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。

本発明の燃料改質装置によれば、上記本発明の燃料改質器収納用容器と、前記凹部内に収納された燃料改質器と、凹部の開口部を塞ぐようにして基体の上面に取着された蓋体とを具備することから、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、発電損失の少ないものとなる。

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。

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、図２は図１の燃料電池収納用容器における供給管または排出管と燃料改質器との接合部の要部拡大断面図である。これらの図において、１は基体、２は燃料改質器に電力を供給するための配線としてのリード端子、３はボンディングワイヤ、４は蓋体、５ａは燃料改質器に燃料を供給するための供給管、５ｂは燃料改質器から改質ガスを排出するための排出管、５ｃは供給管５ａまたは排出管５ｂに設けた切欠き部、６は供給管５ａまたは排出管５ｂと燃料改質器９とを接合するための接合材、７は電極、８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、９は燃料改質器であり、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１１が構成される。

本発明における基体１及び蓋体４は、ともに燃料改質器９を収納する容器としての役割を有する。それらは、例えば、ＳＵＳ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等のＦｅ系合金や、無酸素銅等の金属材料、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、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、基体１および蓋体４に適用可能な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る。その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。

一方、基体１および蓋体４が、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、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。

他方、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には、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、その厚さは０．１〜５μｍ程度であることが望ましい。

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１１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１１の昇温を抑制することが可能となる。

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

次に、本発明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。

また、本発明の絶縁封止材８は、例えば、硼珪酸ガラス，アルカリガラス，鉛を主成分とする絶縁ガラス等のガラス材料や酸化アルミニウム等のセラミック材料等から成り、基体１に形成された貫通穴でこの絶縁封止材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。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必要である。

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

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１１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。

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

燃料改質器９の形状は様々であり、例えば微小ケミカルデバイスとして、半導体製造技術等を適用して、例えば、シリコン等の半導体，石英，ガラス，金属、セラミックス等の無機材料の基材に、切削法，エッチング法，ブラスト法等により細い溝を形成することによって液体流路が作製され、操作中の液体の蒸発防止等を目的として、ガラス板、金属等のカバーを陽極接合、ロウ付け、溶接等により表面に密着させて使用される、例えば略四角形状のものが挙げられる。また、石英，ガラス，金属、セラミックス等の無機材料から成る管状であり、その内面に燃料を改質するための触媒が担持されたものも挙げられる。

燃料の改質反応が水蒸気改質反応のような吸熱反応の場合、燃料改質器９内には、温度調節機構、例えば、抵抗層等から成る薄膜ヒーター（不図示）や厚膜ヒーター（不図示）を形成し、表面にはこのヒーターへ電力を供給する端子として電極７が形成される。この温度調節機構により、燃料改質条件に相当する２００〜８００℃程度の温度条件に調整することで、供給管５ａが接続された燃料供給口から供給される燃料を水蒸気と反応させて、燃料排出口に接続された排出管５ｂから水素ガスを発生させる改質反応を良好に促進することができる。

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

この燃料改質器９は、蓋体４が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、燃料改質器収納用容器１１内に収納される。

例えば、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１１の内部に燃料改質器９を封止することができる。

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の表面や内部に形成されたヒーターを加熱することができる。その結果、燃料改質器９において反応温度の維持が可能となり燃料の改質反応を安定させることができる。

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、ＳＵＳ系金属材料、Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ａｌ_２Ｏ_３質焼結体，３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２質焼結体，ＳｉＣ質焼結体，ＡｌＮ質焼結体，Ｓｉ_３Ｎ_４質焼結体，ガラスセラミック焼結体等のセラミック材料、ポリイミド等の高耐熱の樹脂材料、または、ガラスで形成されている。

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

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

また、供給管５ａおよび排出管５ｂの少なくとも一方は、その燃料改質器９側の先端面と外面との間に全周にわたって切欠き部５ｃが形成されており、この切欠き部５ｃの表面が接合材６で覆われている。切欠き部５ｃは、その表面の全面が接合材６で覆われていてもよく、一部だけが覆われていてもよい。好ましくは、接合強度をより高くするという観点からは、切欠き部５ｃの表面の全面が接合材６で覆われているのがよい。

切欠き部５ｃの形状は、図２に示すような供給管５ａや排出管５ｂの先端が小径部となるように段差を設けたものや、図３に示すような供給管５ａや排出管５ｂの先端部が漸次細くなるような形状のものなど、種々の形態とすることができる。好ましくは、切欠き部５ｃの表面が窪んでいるのがよく、図２のように段差を設けたような形状や図３の切欠き部５ｃの表面を凹曲面としたような形状とするのがよい。これにより、切欠き部５ｃの内部に接合材６を多く溜めることができ、供給管５ａや排出管５ｂと燃料改質器９との接合強度をより高めることができる。

また、切欠き部５ｃは、供給管５ａや排出管５ｂの先端部を切削加工やプレス加工などで加工して供給管５ａや排出管５ｂと切欠き部５ｃとを一体に形成することにより、または供給管５ａや排出管５ｂの端面に別の部材を接合することにより形成することなどにより形成することができる。

切欠き部５ｃの長さ（供給管５ａや排出管５ｂの軸方向における切欠き部５ｃの長さ）は５０μｍ〜２ｍｍであることが好ましい。また、供給管５ａまたは排出管５ｂの先端面（燃料改質器９との接合面の面積）は、切欠き部５ｃの付け根部分における供給管５ａまたは排出管５ｂの断面積（供給管５ａまたは排出管５ｂの切欠き部５ｃが形成されていない部位の断面における部材が占める面積）の３０〜９０％であることが好ましい。

切欠き部５ｃの長さが５０μｍ未満となると、切欠き部５ｃの表面と燃料改質器９の表面との間に形成される空間の容積が小さくなって十分なロウ材６の溜まり部を形成できずに供給管５ａや排出管５ｂを燃料改質器９に強固に接合させることが困難となる傾向がある。また、２ｍｍを超えると、供給管５ａや排出管５ｂの強度が低下して破損しやすくなる。

また、供給管５ａまたは排出管５ｂの先端面は、切欠き部５ｃの付け根部分における供給管５ａまたは排出管５ｂの断面積の３０％未満となると、供給管５ａや排出管５ｂの先端面と燃料改質器９との接合面積が小さくなり過ぎ、供給管５ａや排出管５ｂを燃料改質器９に気密性を良好に維持しながら接合するのが困難となる傾向がある。また、９０％以上となると切欠き部５ｃの表面と燃料改質器９の表面との間に形成される空間の容積が小さくなって十分なロウ材６の溜まり部を形成できずに供給管５ａや排出管５ｂを燃料改質器９の表面に強固に接合させることが困難となる傾向がある。

また、燃料改質器９の燃料供給口，燃料排出口と供給管５ａ，排出管５ｂとの接続する接合材６は、Ａｕ−Ｓｎ合金，Ａｕ−Ｓｉ合金，Ａｕ−Ｇｅ合金，Ａｇ−Ｃｕ合金等の各種ロウ材、石英ガラスやホウ珪酸ガラス等のガラス、各種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から成るものを用いることができる。

本発明の燃料改質器収納用容器は、接合材６がロウ材から成り、切欠き部５ｃは供給管５ａおよび排出管５ｂに形成されており、供給管５ａ側の切欠き部５ｃを覆う接合材６の体積が排出管５ｂ側の切欠き部５ｃを覆う接合材６の体積よりも大きい。これにより、比較的熱伝導率の高いロウ材をより大きな体積で供給管５ａを覆うことにより、燃料改質器９から熱がロウ材に良好に伝達され、この高温となったロウ材で供給管５ａを通過する燃料ガスを加熱することができる。よって、燃料改質器９に燃料ガスが低温の状態で浸入することによる燃料改質器９の温度低下を有効に防止でき、効率のよい燃料改質を行なうことが可能となる。

また、排出管５ｂの断面積が供給管５ａの断面積よりも小さい。これにより、生成された改質ガスにより高温になっている燃料改質器と排出管との接合部から排出管への伝熱を抑制することが可能となり、燃料改質器の温度低下の抑制や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。

そして、これらの燃料管５ａおよび排出管５ｂは、基体１に形成した貫通穴に挿通するか、基体１の供給管５ａおよび排出管５ｂがそれぞれ分割された状態で、基体１内側の貫通穴周囲および基体１外側の貫通穴周囲に貫通穴を挟み込むように接合される。この接合方法として、供給管５ａ，排出管５ｂおよび基体１を構成する材料に応じて、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。

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。

供給管５ａおよび排出管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。すなわち、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。

また、燃料改質器収納用容器１１内の断熱性を得るためには、燃料改質器収納用容器１１内を真空にすることが必要となり、燃料改質器９を封止する際、真空炉でのロウ材による封止や真空チャンバー内でのシームウェルド法などで行なえば良い。

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、図１に示した例においては、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。

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。図１の燃料改質器収納用容器における供給管または排出管と燃料改質器との接合部の要部拡大断面図である。本発明の燃料改質器収納用容器の実施の形態の他の例における供給管または排出管と燃料改質器との接合部の要部拡大断面図である。

符号の説明

１・・・・・基体
４・・・・・蓋体
５ａ・・・・供給管
５ｂ・・・・排出管
５ｃ・・・・切欠き部
６・・・・・接合材
９・・・・・燃料改質器
１１・・・・燃料改質器収納用容器

Claims

燃料から水素ガスを含む改質ガスを発生させる燃料改質器が収納される凹部を有した基体と、前記燃料改質器からの前記改質ガスを排出すべく前記凹部内と外部とを連通する排出管と、前記燃料改質器に前記燃料を供給すべく前記凹部内と外部とを連通する供給管と、前記基体または前記蓋体を貫通する前記燃料改質器への通電用としてのリード端子とを具備した燃料改質器収納用容器において、前記供給管および前記排出管の少なくとも一方は、前記燃料改質器に接合材を介して接合されているとともに、その燃料改質器側の先端面と外面との間に全周にわたって切欠き部が形成されており、該切欠き部の表面が前記接合材で覆われており、該接合材はロウ材から成り、前記切欠き部は前記供給管および前記排出管に形成されており、前記供給管側の切欠き部を覆う接合材の体積が前記排出管側の切欠き部を覆う接合材の体積よりも大きいことを特徴とする燃料改質器収納用容器。
前記排出管は、その断面積が前記供給管の断面積よりも小さい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。
燃料から水素ガスを含む改質ガスを発生させる燃料改質器が収納される凹部を有した基体と、前記燃料改質器からの前記改質ガスを排出すべく前記凹部内と外部とを連通する排出管と、前記燃料改質器に前記燃料を供給すべく前記凹部内と外部とを連通する供給管と、前記基体または前記蓋体を貫通する前記燃料改質器への通電用としてのリード端子とを具備した燃料改質器収納用容器において、前記供給管および前記排出管の少なくとも一方は、前記燃料改質器に接合材を介して接合されているとともに、その燃料改質器側の先端面と外面との間に全周にわたって切欠き部が形成されており、該切欠き部の表面が前記接合材で覆われており、前記排出管は、その断面積が前記供給管の断面積よりも小さいことを特徴とする燃料改質器収納用容器。
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と、前記凹部内に収納された燃料改質器と、前記凹部の開口部を塞ぐようにして前記基体の上面に取着された蓋体とを具備することを特徴とする燃料改質装置。