JP4889217B2 - Manufacturing method of 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水素ガスを発生させる燃料改質器を収納した燃料改質装置の製造方法に関するものである。
The present invention relates to a fuel reforming equipment manufacturing method of accommodating a fuel reformer for generating hydrogen gas from a variety of fuels, for example in a fuel cell system.
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(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 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.
CH3OH+H2O → 3H2+CO2・・・(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.
CH3OH+1/2O2+2N2 → 2H2+CO2+2N2・・・(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。
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 a fuel reformer is used as a fuel reformer storage container, the fuel reformer can be directly joined and fixed to the inner wall of the double structure of the fuel reformer storage container. is there.
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す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 components in 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装置の製造方法を提供することにある。
The present invention has been completed in view of the problems in the prior art, and its object is capable to maintain good vacuum in the fuel reformer accommodating container, have low power loss It is to provide a method for producing a fuel reformer.
本発明の燃料改質装置の製造方法は、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と、該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、前記キャビティ内に収納されたガス吸着材とを具備しており、前記キャビティの内圧を10 2 Pa以下とした燃料改質装置の製造方法であって、10 2 Pa以下の気圧下で前記キャビティに前記ガス吸着材を収納するとともに前記基体と前記蓋体とを接合する工程を具備していることを特徴とする。
A method for producing a fuel reformer of the present invention includes a fuel reformer that generates a reformed gas containing hydrogen gas from a fuel, a base having a cavity in which the fuel reformer is accommodated, and an upper surface of the base A lid attached to cover the cavity, a discharge pipe communicating the inside and outside of the cavity to discharge the reformed gas from the fuel reformer, and the fuel to the fuel reformer And a gas adsorbent housed in the cavity, and the internal pressure of the cavity is 10 2 Pa or less . A manufacturing method is characterized by comprising a step of housing the gas adsorbent in the cavity under a pressure of 10 2 Pa or less and joining the base and the lid .
本発明の燃料改質装置の製造方法において、好ましくは、前記蓋体が熱伝導率120W/mK以下の金属材料からなることを特徴とする。
In the fuel reformer manufacturing method of the present invention, preferably, the lid is made of a metal material having a thermal conductivity of 120 W / mK or less.
本発明の燃料改質装置の製造方法において、好ましくは、前記蓋体と前記基体とをプロジェクション法、シームウェルダー法、電子ビーム法、レーザービーム法のいずれかで接合したことを特徴とする。
In the method for producing a fuel reforming apparatus of the present invention, preferably, the lid and the base are joined by any one of a projection method, a seam welder method, an electron beam method, and a laser beam method.
本発明の燃料改質装置の製造方法は、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と、燃料改質器が収納されるキャビティを有した基体と、基体の上面にキャビティを覆って取着される蓋体と、燃料改質器からの改質ガスを排出すべくキャビティ内と外部とを連通する排出管と、燃料改質器に燃料を供給すべくキャビティ内と外部とを連通する供給管と、キャビティ内に収納されたガス吸着材とを具備する燃料改質装置の製造方法であって、キャビティの内圧を102Pa以下としたことから、蓋体でキャビティ内を封止した後に、燃料改質装置の内側や燃料改質器自体の表面などキャビティ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装置内部にアウトガスとして放出されたとしても、このガスをガス吸着材によって良好に吸着させることができるため、燃料改質装置内部の真空状態を、燃料改質装置内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ことができる。
The fuel reformer manufacturing method of the present invention includes a fuel reformer that generates a reformed gas containing hydrogen gas from a fuel, a base body having a cavity in which the fuel reformer is housed, and a cavity formed on the upper surface of the base body. A lid that is attached to cover the inside of the cavity, a discharge pipe that communicates the inside and outside of the cavity to discharge the reformed gas from the fuel reformer, and inside and outside of the cavity to supply fuel to the fuel reformer a supply tube for communicating the door, a manufacturing method of a fuel reforming apparatus comprising a gas adsorbent housed in the cavity, the internal pressure of the cavity since it was 10 2 Pa or less, the cavity in the lid After sealing the gas, the gas adsorbed on the surface of each part in the cavity, such as the inside of the fuel reformer and the surface of the fuel reformer itself, is affected by the temperature during fuel reforming and the fuel over time. Released as outgas inside reformer However, since this gas can be satisfactorily adsorbed by the gas adsorbent, the vacuum state inside the fuel reformer is not only immediately after housing and sealing the fuel reformer in the fuel reformer. It can be kept for a long time after that.
本発明の燃料改質装置の製造方法は、蓋体が熱伝導率120W/mK以下の金属材料からなることから、燃料改質器からの熱が蓋体に伝わるのを抑制して、蓋体表面の温度が上昇するのを有効に防止することが可能となる。よって、携帯機器内の他の部品を破壊するのを有効に防止でき、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。
In the method for manufacturing a fuel reforming apparatus of the present invention, the lid is made of a metal material having a thermal conductivity of 120 W / mK or less, so that heat from the fuel reformer is prevented from being transmitted to the lid, and the lid It is possible to effectively prevent the surface temperature from rising. Therefore, it is possible to effectively prevent other components in the portable device from being destroyed, and the fuel cell system can be used stably and safely for a long time.
また、溶接法によって基体と蓋体とを接合すれば、基体と蓋体との接合部およびその近傍のみが加熱されるだけであり、基体と蓋体との接合部から蓋体を伝って熱がガス吸着材に伝わりガス吸着材が活性化するのを有効に抑制できる。よって、蓋体を取着時にガス吸着材が周囲のガスを吸着してガス吸着材の吸着特性が飽和に近づき活性力が低下するのを有効に防止できる。 Further, if the base body and the lid body are joined by the welding method, only the joint portion between the base body and the lid body and the vicinity thereof are heated, and the heat is transferred from the joint portion between the base body and the lid body through the lid body. Can be effectively prevented from being transmitted to the gas adsorbent and activating the gas adsorbent. Therefore, it is possible to effectively prevent the gas adsorbing material from adsorbing the surrounding gas when the lid is attached and the adsorption characteristics of the gas adsorbing material to approach saturation and the activation force to decrease.
本発明の燃料改質装置の製造方法は、蓋体と基体とをプロジェクション法、シームウェルダー法、電子ビーム法、レーザービーム法のいずれかで接合したことから、基体と蓋体との接合部およびその近傍のみが加熱されるだけであり、基体と蓋体との接合部から蓋体を伝って熱がガス吸着材に伝わりガス吸着材が活性化するのをより有効に抑制できる。よって、蓋体を取着時にガス吸着材が周囲のガスを吸着してガス吸着材の吸着特性が飽和に近づき活性力が低下するのをより有効に防止できる。
The fuel reforming device manufacturing method of the present invention is obtained by joining the lid body and the base body by any of the projection method, seam welder method, electron beam method, and laser beam method. Only the vicinity thereof is heated, and it is possible to more effectively suppress activation of the gas adsorbent by transferring heat from the joint portion between the base and the lid to the gas adsorbent through the lid. Therefore, it is possible to more effectively prevent the gas adsorbing material from adsorbing the surrounding gas when the lid is attached and the adsorption characteristics of the gas adsorbing material to approach saturation and the activation force to decrease.
本発明の燃料改質装置の製造方法は、102Pa以下の気圧下でキャビティにガス吸着材を収納するとともに基体と蓋体とを接合する工程を具備していることから、ガス吸着材の周囲の真空度を高めてガス吸着材の活性力を下げた状態とすることにより、基体と蓋体との接合時のわずかな熱で自己活性が生じて吸着特性が飽和に近づくのを有効に防止できる。 Since the method for producing the fuel reforming apparatus of the present invention includes the step of housing the gas adsorbent in the cavity under an atmospheric pressure of 10 2 Pa or less and joining the base and the lid, By increasing the degree of vacuum around the surrounding area and reducing the activation power of the gas adsorbent, it is effective that the adsorption characteristics approach saturation due to self-activation caused by slight heat during bonding of the base and the lid. Can be prevented.
本発明の燃料改質装置の製造方法の実施形態を以下に詳細に説明する。
Embodiments of a method for manufacturing a fuel reformer of the present invention will be described in detail below.
図1は本発明の燃料改質装置の製造方法により製造された燃料改質装置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、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が構成され、この燃料改質器収納用容器に燃料改質器9およびガス吸着材10を収納し、蓋体4で基体1のキャビティを気密に封止することにより燃料改質装置11となる。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a fuel reformer manufactured by the method for manufacturing a fuel reformer of 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, 5a is a supply pipe for supplying fuel to the fuel reformer, 5b is a discharge pipe for discharging the reformed gas from the fuel reformer, 7 is an electrode, 8 is an
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(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、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
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は前記と同じである),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
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.
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
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
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
以上のような基体1および蓋体4は、燃料改質装置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 1 and the
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
また、本発明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。
Further, the insulating
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
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11が形成される。
The
本発明における燃料改質装置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 accommodated in the
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
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内に収納される。
The fuel reformer 9 is formed by attaching the
本発明の燃料改質装置11の製造方法においては、キャビティの内圧が102Pa以下にされている。これにより、燃料改質器9からの放射熱によって基体1や蓋体4に熱が伝わるのを有効に防止することができる。キャビティの内圧が102Paを超えると、燃料改質器9からの放射熱によって基体1や蓋体4に熱が伝わりやすくなるとともに、ガス吸着材10の自己活性が起こりやすく、ガス吸着材10が短時間で活性力が低下し易くなる。
In the manufacturing method of the
好ましくは、基体1と蓋体4との接合は、プロジェクション法、シームウェルダー法、電子ビーム法、レーザービーム法等の溶接法により行なわれるのがよい。このような溶接法による基体1と蓋体4との接合は、基体1と蓋体4の接合部及びその近傍のみが加熱されることから、ガス吸着材10が加熱されるのを抑制でき、ガス吸着10が燃料改質装置11の封止時に活性化されることはない。
Preferably, the base 1 and the
また、溶接法による基体1と蓋体4との接合は、ガス吸着材10の吸着特性の劣化を防止するために102Pa未満の低圧下で行われるのがよい。
Further, the joining of the base body 1 and the
また、102Pa以下の圧力下で基体1と蓋体4との接合が行われる。102Paを超える圧力下で接合を行なうと、ガス吸着材10が周辺のガスを吸着する際の反応熱により自己活性をおこない、活性化が進行し、吸着特性の劣化の引き起こす恐れがある。
Moreover, Ru is performed junction between the substrate 1 and the
また、燃料改質器収納用容器11内の内圧を下げ真空度を高める際に、より多くのガス吸着材10が必要になり、結果、燃料改質器収納用容器11内部のガス吸着材設置許容量を超えてしまう恐れがある。
Further, when the internal pressure in the fuel
また、溶接時に基体1と蓋体4の接合部及びその周辺が酸化され、その部分から燃料改質時の温度の影響や時間の経過に伴いアウトガスが放出される可能性がある。
In addition, the joint between the base body 1 and the
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
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.
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
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
ガス吸着材10の加熱は、ガス吸着材内部の金属材に外部電源からの電気エネルギーをリード端子で伝送させることにより金属材を発熱させることにより行われたり、また、蓋体4もしくは基体1に設けられた窓部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行う。
The heating of the
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
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
1・・・・・基体
4・・・・・蓋体
5a・・・・供給管
5b・・・・排出管
9・・・・・燃料改質器
10・・・・ガス吸着材
11・・・・燃料改質装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base |
Claims (3)
記載の燃料改質装置の製造方法。 The lid is made of a metal material having a thermal conductivity of 120 W / mK or less.
A method for producing the fuel reformer as described.
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