JP4903380B2

JP4903380B2 - Fuel reformer storage container, fuel reformer, and fuel reforming system

Info

Publication number: JP4903380B2
Application number: JP2004341122A
Authority: JP
Inventors: 義博芭蕉
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2024-11-25
Also published as: JP2006155953A

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ならびに燃料改質システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel reformer storage container, a fuel reformer, and a fuel reforming system for constituting a fuel reformer using a fuel reformer that generates hydrogen gas from various fuels in a fuel cell system, for example. It is about.

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, hydrocarbon gas such as methane or natural gas (CNG) or alcohol such as methanol or ethanol as fuel, and is converted to hydrogen gas or other gas by a fuel reformer using a fuel reformer. Then, the hydrogen gas is supplied to a power generation device called a power generation cell to generate power.

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。 The reforming of fuel by the fuel reformer here refers to a process of generating hydrogen gas by a catalytic reaction.

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。 For example, when methanol is used as the fuel, there are several reactions for reforming the fuel. For example, in the steam reforming reaction shown in the following chemical reaction formula (1) (in formula (1), steam is added to methanol. This is a process for generating hydrogen gas (H ₂ ) by combining them with a reaction to reform hydrogen and carbon dioxide. 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.

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。 CH ₃ OH + H ₂ O → 3H ₂ + CO ₂ (1)
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.

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。 For example, in the partial oxidation reforming reaction as shown in the following chemical reaction formula (2), a reforming temperature of about 400 to 600 ° C. is required.

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 CH ₃ OH + 1 / 2O ₂ + 2N ₂ → 2H ₂ + CO ₂ + 2N ₂ (2)
Therefore, in a cogeneration power generation system typified by a household fuel cell system, since this system itself is large, the outer wall of the fuel reformer storage container is made into a double structure to form a vacuum container, or 2 By filling a heat insulating material between the inner and outer walls having a heavy structure, the heat inside the fuel reformer is prevented from being conducted to the outside and the temperature of the fuel reformer is lowered. Therefore, when storing the fuel reformer in the fuel reformer storage container, the fuel reformer can be directly mounted and fixed on the inner wall of the double structure of the fuel reformer storage container. It is.
JP 2003-2602 A

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キャビティ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。 In recent years, fuel cell systems for portable devices have been required to be reduced in size and height for storage in portable devices. However, the conventional structure of the outer wall of the fuel reformer storage container having a double structure cannot be employed in a fuel cell system for portable devices because the entire fuel cell system becomes complicated and large. . Therefore, in a fuel cell system for portable equipment, when reforming fuel in the fuel reformer by evacuating the inside of the container for housing the fuel reformer composed of a base body having a cavity and a lid. It has been proposed to provide a fuel cell system that cuts off heat generated to the outside and reduces power generation loss.

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、蓋体で燃料改質器収納用容器内を封止した後に、燃料改質器収納用容器の内面や燃料改質器自体の表面など燃料改質器収納用容器内の各部品表面に吸着しているガスが、燃料改質時の温度の影響や時間の経過に伴い燃料改質器収納用容器内部にアウトガスとして放出される可能性がある。 In order to use such a fuel cell system stably and safely for a long period of time, the fuel reformer storage container is sealed with the fuel reformer stored in the vacuum state inside the fuel reformer storage container. It is necessary to keep it not only immediately but also for a long time thereafter. However, after sealing the inside of the fuel reformer storage container with the lid, the surface of each component in the fuel reformer storage container such as the inner surface of the fuel reformer storage container or the surface of the fuel reformer itself The adsorbed gas may be discharged as outgas into the fuel reformer storage container with the influence of temperature during fuel reforming and the passage of time.

その場合、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という恐れがあった。 In that case, since the degree of vacuum inside the fuel reformer storage container decreases, the amount of heat generated when reforming the fuel in the fuel reformer increases to the outside. As a result, the fuel reformer storage container becomes hot due to the heat, and there is a risk of destroying other parts in the portable device or causing burns to the user of the portable device.

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。 In the case where the fuel reforming reaction is an endothermic reaction such as the steam reforming reaction of the chemical reaction formula (1), the fuel reformer is heated with a heater or the like in order to reform the fuel with the fuel reformer. Although it is necessary to maintain the reaction temperature at a constant temperature, the heat of the fuel reformer is conducted to the fuel reformer storage container as described above, so that the temperature of the fuel reformer decreases. It becomes easy to do.

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。 Therefore, in order to maintain the reaction temperature, it is necessary to increase the heat generation amount of the heater. However, if the heat generation amount of the heater is increased, the electricity used for heating the heater in the total electric capacity generated by the power generation cells of the fuel cell. As a result, the capacity increases, and as a result, the power generation loss of the entire fuel cell system increases.

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、燃料改質器収納用容器内の真空度を良好に維持することが可能な、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。 The present invention has been completed in view of the above problems in the prior art, and an object of the present invention is to provide a fuel with low power generation loss that can maintain a good degree of vacuum in a fuel reformer storage container. An object of the present invention is to provide a reformer storage container and a fuel reformer.

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キャビティを有した基体と、該基体の上面に前記キャビティを覆って取着される蓋体と、前記燃料改質器からの前記改質ガスを排出すべく前記キャビティ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キャビティ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給電用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、前記キャビティ内にガス吸着材を搭載し、前記蓋体もしくは基体に前記ガス吸着材に照射される光線を外部から導入するための窓部を設けており、前記ガス吸着材と前記排出管との間の距離が、前記ガス吸着材と前記供給管との間の距離に比し小さく設定されていることを特徴とする。
A container for housing a fuel reformer according to the present invention includes a base having a cavity in which a fuel reformer that generates reformed gas including hydrogen gas from fuel is stored, and an upper surface of the base covering the cavity. A lid to be attached, a discharge pipe communicating between the inside of the cavity and the outside for discharging the reformed gas from the fuel reformer, and the inside of the cavity for supplying the fuel to the fuel reformer A fuel reformer storage container comprising a supply pipe that communicates with the outside and a lead terminal for power feeding that penetrates the base body or the lid body, wherein a gas adsorbent is mounted in the cavity, and the lid A window for introducing a light beam applied to the gas adsorbent from outside is provided on a body or a base, and a distance between the gas adsorbent and the discharge pipe is set so that the gas adsorbent and the supply pipe Set smaller than the distance between And wherein the are.

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、前記キャビティ内に収納された燃料改質器とを具備することを特徴とする。
The fuel reforming apparatus of the present invention is characterized by comprising a fuel reformer housing container of the present invention, a fuel reformer housed in the cavity.

本発明の燃料改質システムは、上記本発明の燃料改質装置と、前記窓部を介して前記ガス吸着材に光線を照射するための照射手段とを具備していることを特徴とする。 The fuel reforming system of the present invention is characterized by comprising the fuel reforming apparatus of the present invention and an irradiating means for irradiating the gas adsorbent with light through the window.

本発明の燃料改質器収納用容器は、基体のキャビティ内にガス吸着材を搭載し、蓋体もしくは基体にガス吸着材に照射される光線を外部から導入するための窓部を設けたことから、窓部を介して赤外線などの光線をガス吸着材に照射することにより、抵抗体等を用いて電気的にガス吸着材を加熱し活性化を行なうよりも、エネルギーの変換効率が高く、ガス吸着材を効率よく活性化させて燃料改質器収納用容器内のガスを良好に吸着させることができる。よって、燃料改質器収納用容器内部の真空状態を、低消費電力で長期に保つことができ、燃料改質器から基体や蓋体への熱伝導を有効に防止できる。その結果、燃料改質器収納用容器の高温化や発電損失をきわめて良好に抑制できる。 The fuel reformer storage container according to the present invention has a gas adsorbent mounted in the cavity of the base body, and a window for introducing a light beam irradiated to the gas adsorbent from the outside to the lid or base. Then, by irradiating the gas adsorbent with light rays such as infrared rays through the window, the energy conversion efficiency is higher than when the gas adsorbent is electrically heated and activated using a resistor or the like, The gas adsorbent can be efficiently activated to favorably adsorb the gas in the fuel reformer storage container. Therefore, the vacuum state inside the fuel reformer storage container can be maintained for a long time with low power consumption, and heat conduction from the fuel reformer to the base body and the lid can be effectively prevented. As a result, the high temperature of the fuel reformer storage container and power generation loss can be suppressed extremely well.

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、キャビティ内に収納された燃料改質器とを具備することから、長期に安定かつ安全であり、また高効率な燃料電池システムを達成することができる。
The fuel reforming apparatus of the present invention includes a fuel reformer housing container of the present invention, since it includes a fuel reformer housed in the cavity, a long-term stable and safe, also high efficiency A fuel cell system can be achieved.

本発明の燃料改質システムは、上記本発明の燃料改質装置と、窓部を介してガス吸着材に光線を照射するための照射手段とを具備していることから、燃料改質装置内の真空度を低消費電力で良好に維持することができ、発電効率の高いものとなる。 The fuel reforming system of the present invention includes the above-described fuel reforming apparatus of the present invention and an irradiation means for irradiating the gas adsorbent with light through the window. The vacuum degree can be maintained well with low power consumption, and the power generation efficiency is high.

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。この図において、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外部リード端子、１２はガス吸着材が固定されるリード端子、３はボンディングワイヤ、４は蓋体、４ａは窓部、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、７は電極、８は基体１の貫通孔に外部リード端子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はガス吸着材であり、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。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a fuel cell storage container according to the present invention. In this figure, 1 is a base, 2 is an external lead terminal as wiring for supplying power to the fuel reformer, 12 is a lead terminal to which a gas adsorbent is fixed, 3 is a bonding wire, 4 is a lid, 4a is a window portion, 5a is a supply pipe for supplying fuel to the fuel reformer, 5b is a discharge pipe for discharging reformed gas from the fuel reformer, 7 is an electrode, and 8 is a through-hole of the substrate 1. Insulating sealing material for insulating and fixing the external lead terminal 2 while insulating, 9 is a fuel reformer, 10 is a gas adsorbing material, mainly the base body 1, the cover body 4, the supply pipe 5a and the discharge A fuel reformer storage container 11 for storing the fuel reformer 9 is constituted by the pipe 5b.

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等で形成されている。 Both the base body 1 and the lid body 4 in the present invention have a role as a container for storing the fuel reformer 9. These include, for example, Fe-based alloys such as SUS, Fe—Ni—Co alloy, and Fe—Ni alloy, metal materials such as oxygen-free copper, aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ) sintered body, mullite (3Al ₂ Ceramic materials such as O ₃ .2SiO ₂ ) sintered body, silicon carbide (SiC) sintered body, aluminum nitride (AlN) sintered body, silicon nitride (Si ₃ N ₄ ) sintered body, and glass ceramics In addition, it is made of a highly heat-resistant resin material such as polyimide.

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。 The glass ceramics applicable to the substrate 1 and the lid 4 are composed of a glass component and a filler component. As the glass component, for example, SiO ₂ —B ₂ O ₃ system, SiO ₂ —B ₂ O ₃ —Al ₂ O ₃ system, SiO ₂ —B ₂ O ₃ —Al ₂ O ₃ —MO system (where M is Ca, Sr, Mg, Ba or Zn), SiO ₂ —Al ₂ O ₃ —M ¹ O—M ² O system (where M ¹ and M ² are the same or different, and Ca, Sr, Mg, Ba or Zn), SiO ₂ —B ₂ O ₃ —Al ₂ O ₃ —M ¹ O—M ² O system (where M ¹ and M ² are the same as 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 glass, Bi glass and the like.

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。 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.

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。 On the other hand, when the base body 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 the above. Next, an organic binder and a dispersion medium are added to this raw material powder, mixed 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. Then, after aligning and laminating and pressing a predetermined number of sheet-shaped molded bodies, the laminated body is fired at a firing maximum temperature of 1200 to 1500 ° C. in a non-oxidizing atmosphere, for example. A base body 1 and a lid 4 made of the product are obtained. The base 1 and the lid 4 may be molded by a powder molding press method.

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。 On the other hand, 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.

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。 Further, when the base 1 and the lid 4 are made of a metal material, the surface thereof is subjected to a coating treatment such as Au or Ni plating or resin coating such as polyimide in order to prevent corrosion. Is desirable. For example, in the case of Au plating treatment, the thickness is desirably about 0.1 to 5 μm.

以上のような基体１および蓋体４は、燃料改質器収納用容器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。 The base body 1 and the lid body 4 as described above should be thin in order to make the fuel reformer storage container 11 small and low in profile, but are bent with mechanical strength. The strength is preferably 200 MPa or more.

次に、本発明における外部リード端子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、外部リード端子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 external lead terminal 2 in the present invention is preferably made of a metal that is the same as or close to the thermal expansion coefficient of the base 1 and the lid 4, and is made of, for example, an Fe—Ni alloy or an Fe—Ni—Co alloy. However, it is possible to prevent the occurrence of thermal strain with respect to temperature changes during practical use. In addition, a good sealing property between the external lead terminal 2 and the substrate 1 can be obtained, and the bonding property is excellent, and the strength necessary for mounting and good solderability and weldability can be ensured.

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８によって基体１と外部リード端子２とが電気的に絶縁されて外部リード端子２が封止固定されている。基体１に形成された外部リード端子２が挿通される貫通孔は、基体１と外部リード端子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、具体的には外部リード端子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。 The insulating sealing material 8 of the present invention is made of, for example, a glass material such as borosilicate glass, alkali glass, or insulating glass mainly containing lead, or a ceramic material such as aluminum oxide. The base 1 and the external lead terminal 2 are electrically insulated by the insulating sealing material 8 in the through hole, and the external lead terminal 2 is sealed and fixed. The through-hole through which the external lead terminal 2 formed in the base body 1 is inserted needs to have a size that prevents the base body 1 and the external lead terminal 2 from coming into electrical contact with each other. An inner diameter that can secure a distance of 0.1 mm or more from the lead terminal 2 to the base 1 is required.

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、外部リード端子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、絶縁封止材８と外部リード端子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。
When the insulating sealing material 8 is made of a ceramic material such as aluminum oxide, the external lead terminal 2 is inserted into the through hole of the base 1 via the insulating sealing material 8 made of, for example, a cylindrical ceramic material, and insulated. The connection between the sealing material 8 and the substrate 1 and the connection between the insulating sealing material 8 and the external lead terminal 2 can be made with a brazing material such as Au—Ge or Ag—Cu.

燃料改質器９上の電極７と外部リード端子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のキャビティを封止することによって、燃料改質器収納用容器１１のキャビティ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。 The electrode 7 on the fuel reformer 9 and the external lead terminal 2 are electrically connected via the bonding wire 3. Further, by sealing the cavity of the base body 1 using the lid 4, a fuel reformer is formed in which the fuel reformer 9 accommodated in the cavity of the fuel reformer storage container 11 is hermetically sealed. The

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。 The fuel reformer 9 housed in the fuel reformer housing container 11 of the present invention is a device for reforming fuel, and a fine flow in which a catalyst for reforming fuel is carried. Has a path or gap.

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。 The shape of the fuel reformer 9 is various. For example, as a fine chemical device, by applying a semiconductor manufacturing technology or the like, for example, a semiconductor such as silicon, a substrate of an inorganic material such as quartz, glass, metal, ceramics, A liquid flow path is created by forming a narrow groove by a cutting method, etching method, blasting method, etc., and for the purpose of preventing evaporation of the liquid during operation, a glass plate, a metal cover, etc. are anodic bonded, brazed, For example, a substantially rectangular shape is used which is used in close contact with the surface by welding or the like. Moreover, it is a tube made of an inorganic material such as quartz, glass, metal, ceramics, etc., and the inner surface of which is supported with a catalyst for reforming the fuel.

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。 When the fuel reforming reaction is an endothermic reaction such as a steam reforming reaction, the fuel reformer 9 has a temperature control mechanism, for example, a thin film heater (not shown) or a thick film heater (not shown) composed of a resistance layer or the like. The electrode 7 is formed on the surface as a terminal for supplying power to the heater. By adjusting the temperature condition to about 200 to 800 ° C. corresponding to the fuel reforming condition by this temperature adjusting mechanism, the fuel supplied from the fuel supply port to which the supply pipe 5a is connected is caused to react with the water vapor. The reforming reaction for generating hydrogen gas from the discharge pipe 5b connected to the discharge port can be favorably promoted.

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。これにより、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。 Such a heater is disposed in or near the flow path, the gap, or the like where the catalyst in the fuel reformer 9 is supported and reforms the fuel. Thereby, the heat generated from the heater can be efficiently used for the fuel reforming reaction.

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にそのキャビティ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。 The fuel reformer 9 has a cover 4 attached by covering the cavity to the substrate 1 by joining with a metal brazing material such as an Au alloy, an Ag alloy, an Al alloy, or a glass material, or by a seam weld method. The fuel reformer is stored in the container 11 for storing the fuel reformer.

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。 For example, in the case of joining with an Au—Sn brazing material, an Au—Sn brazing material formed by welding a Au—Sn brazing material to the lid 4 in advance or punching using a die or the like is used. After the material is placed between the base body 1 and the lid body 4, the lid body 4 is joined to the base body 1 by a sealing furnace or a seam welder to thereby reform the fuel inside the fuel reformer storage container 11. The vessel 9 can be sealed.

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に設けた外部リード端子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。 In the fuel reformer 9, the electrode 7 on the fuel reformer 9 is electrically connected to the external lead terminal 2 provided on the substrate 1 through the bonding wire 3. Thereby, the heater formed on the surface or inside of the fuel reformer 9 can be heated through the electrode 7. As a result, the reaction temperature can be maintained in the fuel reformer 9, and the fuel reforming reaction can be stabilized.

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。 The supply pipe 5a and the discharge pipe 5b are a supply path for raw materials and fuel gas fluid and a discharge path for reformed gas containing hydrogen, respectively. These include, for example, Fe-Ni alloy, Fe-Ni-Co alloy, a metal material such as SUS, _Al 2 _{O 3} sintered _material, 3Al _₂ O 3 · 2SiO ₂ sintered material, SiC sintered material, It is formed of a ceramic material such as an AlN sintered body, a Si ₃ N ₄ sintered body, a glass ceramic sintered body, a high heat-resistant resin material such as polyimide, or glass.

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.

ガス吸着材１０は、化学的に活性な金属粉による気体の吸着作用を利用して真空排気を行うものであり、１０〜５００μｍ程度の厚みを持つＮｉ−Ｃｒ等から成る金属板の片面あるいは両面にＺｒ、Ｆｅ、Ｖ等を主成分とする金属粉を厚み１０μｍ〜１ｍｍを担持させ作製される。 The gas adsorbing material 10 performs vacuum evacuation by utilizing the gas adsorption action of chemically active metal powder, and is one or both sides of a metal plate made of Ni—Cr or the like having a thickness of about 10 to 500 μm. And a metal powder containing Zr, Fe, V, etc. as a main component and having a thickness of 10 μm to 1 mm.

なお、ガス吸着材１０の金属粉の表面は、通常酸化膜で覆われているためそのままではガス吸着作用は現さない。ガス吸着材１０の金属粉は加熱処理を行い、表面の酸化膜が吸着材内部へ拡散し表面に新しい活性面が現れることによってガス吸着作用が発動（活性化）する。 In addition, since the surface of the metal powder of the gas adsorbent 10 is usually covered with an oxide film, the gas adsorbing action does not appear as it is. The metal powder of the gas adsorbent 10 is heated, and the oxide film on the surface diffuses into the adsorbent and a new active surface appears on the surface, whereby the gas adsorbing action is activated (activated).

また、ガス吸着材１０には、窓部４ａから入射された光を熱に良好に変換可能な、例えば、色素や顔料などの光−熱変換材料を混入させてもよい。 In addition, the gas adsorbent 10 may be mixed with a light-heat conversion material such as a dye or a pigment that can convert light incident from the window 4a into heat.

ガス吸着材１０の加熱は、蓋体４もしくは基体１に設けられた窓部４ａを通じて赤外線やレーザー光等光線をガス吸着材１０に照射し、光線のエネルギーを直接ガス吸着材１０で熱エネルギーに変換することによって行なわれる。これにより、電気エネルギーで抵抗体を加熱し、この熱をガス吸着材１０に伝達させる方法よりも、直接、ガス吸着材１０で熱へのエネルギー変換が行なわれるので非常に効率よくガス吸着材１０を加熱できる。 The gas adsorbent 10 is heated by irradiating the gas adsorbent 10 with light rays such as infrared rays and laser light through the window 4 a provided on the lid 4 or the base 1, and directly converting the energy of the light rays into heat energy by the gas adsorbent 10. This is done by converting. As a result, energy conversion to heat is directly performed by the gas adsorbent 10 rather than a method of heating the resistor with electric energy and transferring this heat to the gas adsorbent 10. Can be heated.

窓部４ａは、赤外線やレーザー光等の光、例えば、紫外光から赤外光までの光を良好に透過することが可能な材料からなり、例えば石英、サファイア、ガラス等からなる。石英やサファイア等の高融点材料からなる場合、蓋体４にあらかじめ貫通孔を設け、この貫通孔の縁部にメタライズ処理をおこなった石英やサファイア等をはめ込んだ後にろう付け等で接合することにより形成される。また、窓部４ａが比較的低融点のガラスからなる場合は、ガラスを加熱、軟化させることによって蓋体４に直接接合してもよい。 The window 4a is made of a material that can favorably transmit light such as infrared light and laser light, for example, light from ultraviolet light to infrared light, and is made of, for example, quartz, sapphire, glass, or the like. When made of a high-melting-point material such as quartz or sapphire, a through hole is provided in the lid 4 in advance, and the edge of the through hole is fitted with quartz or sapphire that has been subjected to metallization and then joined by brazing or the like. It is formed. Moreover, when the window part 4a consists of glass with comparatively low melting | fusing point, you may join directly to the cover body 4 by heating and softening glass.

なお、窓部４ａは、図１のように蓋体４もしくは基体１の貫通孔に嵌め込んでもよく、蓋体の上面や下面に貫通孔を塞ぐように接合してもよい。 The window 4a may be fitted into the through hole of the lid 4 or the base 1 as shown in FIG. 1, or may be joined so as to close the through hole on the upper surface or the lower surface of the lid.

また、窓部４ａはガス吸着材１０の上側にあるのがよいが、直上でなくとも、光線が窓部４ａを通過してガス吸着材１０に照射できれば、どのような配置でもよい。例えば、窓部４ａとガス吸着材１０とが斜めにずれていてもよく、あるいは、窓部４ａを入射した光を燃料改質器収納用容器内に設けたミラーや導波路などで誘導してガス吸着材１０に照射するようにしてもよい。 Further, the window 4a is preferably on the upper side of the gas adsorbent 10, but any arrangement may be employed as long as the light can pass through the window 4a and irradiate the gas adsorbent 10 without being directly above. For example, the window 4a and the gas adsorbent 10 may be obliquely displaced, or the light incident on the window 4a is guided by a mirror or a waveguide provided in the fuel reformer storage container. The gas adsorbent 10 may be irradiated.

ガス吸着材１０は基体１のキャビティの内面に直接、あるいは台座などを介して搭載してもよく、燃料改質器９上に搭載してもよい。また、図１のようにリード端子に接続して外部電源からの電気エネルギーをリード端子で伝送し、この電気エネルギーをガス吸着材１０の金属板に伝え、この金属板で熱エネルギーに変換してガス吸着材１０の加熱を補助的に行なってもよい。 The gas adsorbent 10 may be mounted on the inner surface of the cavity of the substrate 1 directly or via a pedestal or the like, or may be mounted on the fuel reformer 9. In addition, as shown in FIG. 1, it is connected to a lead terminal to transmit electric energy from an external power source through the lead terminal, and this electric energy is transmitted to the metal plate of the gas adsorbent 10 and converted into heat energy by this metal plate. Heating of the gas adsorbent 10 may be performed supplementarily.

好ましくは、ガス吸着材１０が配置される場所は、ガス吸着材１０が燃料改質器９からの輻射熱を吸収し、活性されやすくするために、特に燃料改質器９に形成された温度調節機構、例えば、抵抗層等から成るヒーター部の近傍に配置されることが望ましい。 Preferably, the place where the gas adsorbent 10 is disposed is a temperature adjustment formed particularly in the fuel reformer 9 so that the gas adsorbent 10 absorbs the radiant heat from the fuel reformer 9 and is easily activated. It is desirable to arrange in the vicinity of a mechanism, for example, a heater portion made of a resistance layer or the like.

ここでガス吸着材１０が燃料改質器９と近接して配置されるというのは、ガス吸着材１０と燃料改質器９との間の距離が、ガス吸着材１０と基体１の内面との間の距離よりも小さい状態、またはガス吸着材１０と燃料改質器９との間の距離が、ガス吸着材１０と蓋体４の基体１側の主面との間の距離よりも小さい状態で配置されている状態をいう。より好ましくは、ガス吸着材１０と燃料改質器９との間の距離が５ｍｍ以下であるのがよい。これにより、燃料改質器９からの熱がガス吸着材１０の高温化に効率よく寄与できる。 Here, the gas adsorbent 10 is disposed close to the fuel reformer 9 because the distance between the gas adsorbent 10 and the fuel reformer 9 is the distance between the gas adsorbent 10 and the inner surface of the substrate 1. The distance between the gas adsorbent 10 and the fuel reformer 9 is smaller than the distance between the gas adsorbent 10 and the main surface of the lid 4 on the base 1 side. The state arranged in the state. More preferably, the distance between the gas adsorbent 10 and the fuel reformer 9 is 5 mm or less. Thereby, the heat from the fuel reformer 9 can contribute to the high temperature of the gas adsorbent 10 efficiently.

ガス吸着材１０の配置例として、燃料改質器９が略四角形状の場合、ガス吸着材１０は燃料改質器９の主面と相対峙するように配置されることが望ましい。これにより、熱がより多く放出される燃料改質器９の主面から基体１や蓋体４に伝導される熱をガス吸着材１０でより有効に遮断できるとともに、ガス吸着材１０の高温化もより良好に行なうことができる。 As an arrangement example of the gas adsorbent 10, when the fuel reformer 9 has a substantially square shape, the gas adsorbent 10 is desirably disposed so as to face the main surface of the fuel reformer 9. Thereby, heat conducted from the main surface of the fuel reformer 9 from which more heat is released to the base body 1 and the lid body 4 can be more effectively blocked by the gas adsorbent 10, and the temperature of the gas adsorbent 10 is increased. Can be performed better.

また、燃料改質器９が一平面上で屈曲した管状の場合、ガス吸着材１０は上記一平面に平行に相対峙するように配置されることが望ましい。これにより、ガス吸着材１０を管状の燃料改質器９の多くの部位と相対峙することができ、基体１や蓋体４に伝導される熱をガス吸着材１０でより有効に遮断できるとともに、ガス吸着材１０の高温化もより良好に行なうことができる。 Further, when the fuel reformer 9 is a tube bent on one plane, it is desirable that the gas adsorbent 10 is disposed so as to be opposed to and parallel to the one plane. Thereby, the gas adsorbent 10 can be opposed to many parts of the tubular fuel reformer 9, and the heat conducted to the base 1 and the lid 4 can be more effectively blocked by the gas adsorbent 10. Further, the temperature of the gas adsorbent 10 can be increased more favorably.

また、本発明の燃料改質器収納用容器１１は、ガス吸着材１０と排出管５ｂとの間の距離が、ガス吸着材１０と供給管５ａとの間の距離に比し小さく設定されている。これにより、燃料改質器９で改質された直後の改質ガスは高温であり、この高温の改質ガスによって高温となった排出管５ｂの持つ熱をガス吸着材１０の活性化に利用でき、その結果、ガス吸着材１０を加熱するための電力をより低減できるとともに燃料改質器収納用容器１１内部の真空状態をより良好に保つことができる。 In the fuel reformer storage container 11 of the present invention, the distance between the gas adsorbent 10 and the discharge pipe 5b is set smaller than the distance between the gas adsorbent 10 and the supply pipe 5a. The As a result, the reformed gas immediately after being reformed by the fuel reformer 9 is at a high temperature, and the heat of the exhaust pipe 5b, which has become a high temperature due to the high-temperature reformed gas, is used to activate the gas adsorbent 10. can, as a result, it is possible to keep more fuel reformer vacuum state inside the housing container 11 to together to be able to reduce the power for heating the gas adsorbing material 10 better.

燃料改質器収納用容器１１内の断熱性を高めるためには、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うと良い。 In order to improve the heat insulation in the fuel reformer storage container 11, it is necessary to evacuate the fuel reformer storage container 11. When the fuel reformer 9 is sealed, a vacuum furnace is used. It may be performed by sealing with a brazing material or by a seam weld method in a vacuum chamber.

本発明の燃料改質システムは、上記本発明の燃料改質装置と、窓部４ａを介してガス吸着材１０に光線を照射するための、赤外線やレーザー光等の照射手段とを具備している。これにより、燃料改質装置内の真空度を低消費電力で良好に維持することができ、発電効率の高いものとなる。 The fuel reforming system of the present invention comprises the fuel reforming apparatus of the present invention and an irradiation means such as infrared rays and laser light for irradiating the gas adsorbent 10 with light through the window 4a. Yes. Thereby, the degree of vacuum in the fuel reformer can be maintained well with low power consumption, and the power generation efficiency is high.

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、ガス吸着材１０はリード端子１２に接合されているが、絶縁性の例えばセラミック等の台座であっても良い。 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 gas adsorbent 10 is joined to the lead terminal 12, but an insulating base such as ceramic may be used.

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。It is sectional drawing which shows an example of embodiment of the container for fuel reformer accommodation of this invention.

Explanation of symbols

１・・・・・基体
４・・・・・蓋体
４ａ・・・・窓部
５ａ・・・・供給管
５ｂ・・・・排出管
９・・・・・燃料改質器
１０・・・・ガス吸着材
１１・・・・燃料改質器収納用容器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base | substrate 4 ... Lid 4a ... Window part 5a ... Supply pipe 5b ... Discharge pipe 9 ... Fuel reformer 10 ...・ Gas adsorbent 11 ・・・・ Fuel reformer storage container

Claims

A base having a cavity in which a fuel reformer for generating a reformed gas containing hydrogen gas from fuel is stored; a lid attached to the upper surface of the base so as to cover the cavity; and the fuel reformer A discharge pipe communicating between the inside and the outside of the cavity to discharge the reformed gas from the fuel, a supply pipe communicating between the inside and the outside of the cavity to supply the fuel to the fuel reformer, and the base body Alternatively, in a fuel reformer storage container having a power supply lead terminal penetrating the lid, a gas adsorbent is mounted in the cavity, and the gas adsorbent is irradiated on the lid or base. A window for introducing a light beam from the outside is provided , and a distance between the gas adsorbent and the discharge pipe is set smaller than a distance between the gas adsorbent and the supply pipe. fuel reforming and said that you are Storage container.

A fuel reformer housing container of claim 1, wherein the fuel reforming apparatus characterized by comprising a fuel reformer housed in the cavity.

3. A fuel reforming system comprising: the fuel reforming apparatus according to claim 2; and irradiation means for irradiating the gas adsorbent with light through the window.