JP2006290737A - 平板型改質器及びこれを採用した燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 複数個の分配孔が形成される分配室231を持つ分配プレート230と、 前記分配プレート230の分配孔を介して供給される酸化剤と燃料が反応して熱エネルギを発生させるように酸化触媒層が設けられる燃焼室241を持つ燃焼プレート240より構成される平板型燃焼反応部と、燃料と水が混合された混合燃料が流入するチャンネルが形成され、前記燃焼反応部の熱エネルギによって前記混合燃料を予熱させる平板型予熱部と、前記予熱部を通過しながら予熱された混合燃料から水素ガスを発生させる改質触媒層256が内部に位置する平板型改質反応部より構成され、前記予熱部と前記改質反応部の間に前記燃焼反応部が配置されて積層構成される改質器を含んでなる。
【選択図】図5
Description
改質器は、燃料を改質して水素ガスを発生させ、その水素ガスをスタックに供給する。したがって、このPEMFCは燃料ポンプの作動により燃料タンク内の燃料を改質器に供給し、この改質器で燃料を改質して水素ガスを発生させ、スタックでこの水素ガスと酸素を電気化学的に反応させて電気エネルギを発生させる。
膜電極接合体は、電解質膜を間に置いてアノード電極とカソード電極が附着した構造を有する。 そして、セパレータは、通常当業界でバイポーラープレート(Bipolar Plate)と称するものであり、前記それぞれの膜電極接合体を分離して燃料電池の反応に必要な水素ガスと酸素を膜電極接合体のアノード電極とカソード電極に供給する通路の役割と、各膜電極接合体のアノード電極とカソード電極を直列連結させる伝導体の役割を同時に果たす。
この時、前記予熱プレート320のチャンネル321を通過する液状の燃料と水の混合燃料は、前記分配プレート330に接触された状態を維持しているため、前記燃焼プレート340の熱の伝達を受けて所定温度に予熱される。
予熱プレート 210
蓋プレート 220
第1混合燃料供給孔 212
第2混合燃料供給孔 224
分配孔 231a
分配室 231
分配プレート 230
酸化触媒層 246
燃焼室 241
燃焼プレート 240
改質触媒層 256
改質反応室 251
改質反応プレート 250
加熱プレート 260
Claims (36)
- 酸化剤供給のための複数個の分配孔と分配室とを有する分配プレートと、
前記分配プレートの前記分配孔を介して供給される前記酸化剤と燃料が反応して熱エネルギを発生させるように酸化触媒層を有する燃焼室を持つ燃焼プレートを備えた平板型燃焼反応部と、
前記燃料と水が混合された混合燃料が流入するチャンネルを有し、前記燃焼反応部の前記熱エネルギによって前記混合燃料を予熱させる平板型予熱部と、
前記予熱部を通過しながら予熱された前記混合燃料から前記燃焼反応部の前記熱エネルギを利用した改質反応により水素ガスを発生させる改質触媒層を、内部に有する平板型改質反応部と、を備え、
前記燃焼反応部の前記熱エネルギが前記予熱部と前記改質反応部に直接伝達されるように前記予熱部と前記改質反応部の間に前記燃焼反応部が配置され、相互に積層されていることを特徴とする平板型改質器。 - 前記分配孔は、前記分配室に不均一に分布していることを特徴とする請求項1に記載の平板型改質器。
- 前記予熱部は、前記混合燃料の流れができるようにする前記チャンネルを第1の面に有する予熱プレートと、前記予熱プレートの前記第1の面に密着されて前記チャンネルによる通路を形成する蓋プレートと、を備え、
前記改質反応部は、前記予熱プレートの前記チャンネルを通過しながら予熱された前記混合燃料から水素ガスを発生させる前記改質触媒層を有する前記改質反応室を有する前記改質反応プレートを備えることを特徴とする請求項1に記載の平板型改質器。 - 前記蓋プレートは、前記酸化剤が流入する第1酸化剤流入孔と、前記予熱プレートの前記チャンネルに前記混合燃料を供給するための第1混合燃料供給孔と、前記燃焼プレートに前記燃料を供給するための第1燃料流入孔と、を備え、
前記予熱プレートは、前記第1酸化剤流入孔に連通して前記分配プレートの前記分配室に前記酸化剤を供給するための第2酸化剤流入孔と、前記チャンネルの端部に位置して前記チャンネルに流入された混合燃料を前記改質反応プレートに供給するための第2混合燃料供給孔と、前記第1燃料流入孔に連通して前記燃焼プレートに燃料を供給するための第2燃料流入孔と、前記第2酸化剤流入孔、 前記チャンネル及び前記第2燃料流入孔を隔離する第1ガスケットと、を備えることを特徴とする請求項3に記載の平板型改質器。 - 前記分配プレートは、前記第2混合燃料供給孔と連通する第3混合燃料供給孔と、前記第2燃料流入孔と連通する第3燃料流入孔と、前記分配室、前記第3混合燃料供給孔及び第3燃料流入孔を隔離する第2ガスケットと、を備え、
前記燃焼プレートは、前記第3混合燃料供給孔と連通する第4混合燃料供給孔と、前記燃焼室に位置して酸化剤と燃料が反応した反応ガスを排出するための第1排出孔と、前記燃焼室と前記第4混合燃料供給孔を隔離する第3ガスケットと、を備えることを特徴とする請求項4に記載の平板型改質器。 - 前記改質反応プレートは、前記第1排出孔と連通する第2排出孔と、前記改質反応室に位置して改質反応によって発生された水素ガスを排出する水素ガス排出孔と、前記第2排出孔と改質反応室を隔離する第4 ガスケットと、を備えることを特徴とする請求項5に記載の平板型改質器。
- 前記改質反応プレートの下端に、前記燃焼プレートで反応した反応ガスが流入して流れるチャンネルを有する加熱プレートをさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の平板型改質器。
- 前記改質反応プレートの下端に、前記燃焼プレートで反応した後、前記第2排出孔を介して排出される反応ガスが流入して流れるチャンネルを有する加熱プレートをさらに備え、前記加熱プレートは、前記水素ガス排出孔に連通する第2水素ガス排出孔と、前記チャンネルと前記第2水素ガス排出孔を隔離する第5ガスケットを有することを特徴とする請求項6に記載の平板型改質器。
- 前記改質触媒層は、粒子状触媒が充填されてなることを特徴とする請求項1ないし8のうち、いずれか1項に記載の平板型改質器。
- 前記第4混合燃料供給孔と前記水素ガス排出孔とは、前記粒子状触媒の飛散を防止する網状体を備えることを特徴とする請求項9に記載の平板型改質器。
- 前記改質触媒層は、触媒をウォッシュコーティングしてなることを特徴とする請求項1ないし8のうち、いずれか1項に記載の平板型改質器。
- 前記予熱プレートは、前記チャンネルの第1の端を介して前記混合燃料が流入するべく構成され、前記チャンネルの第2の端は前記混合燃料を前記改質反応プレートに供給するための第1混合燃料供給孔を備え、
前記分配プレートは、前記分配室の一側面に酸化剤が流入する流入口と、前記第1混合燃料供給孔と連通する第2混合燃料供給孔と、を備え、
前記燃焼プレートは、前記燃焼室の両側面に対称的に燃料の流入口と流出口と、前記第2混合燃料供給孔と連通する第3 混合燃料供給孔と、を備え、
前記改質反応プレートは、前記第3混合燃料供給孔に連通するように前記改質反応室を備え、
前記改質反応室の一側面は、改質された水素ガスが排出される排出口を備えることを特徴とする請求項3に記載の平板型改質器。 - 前記第1混合燃料供給孔、第2混合燃料供給孔及び第3混合燃料供給孔は、複数個が形成されていることを特徴とする請求項12に記載の平板型改質器。
- 前記蓋プレート、前記予熱プレート、前記分配プレート、前記燃焼プレート及び前記改質反応プレートは、各端部分を溶接によって接合されていることを特徴とする請求項12または13項に記載の平板型改質器。
- 前記改質触媒層は、粒子状触媒が充填されてなることを特徴とする請求項12項または13項に記載の平板型改質器。
- 前記第3 混合燃料供給孔と前記排出口とは、前記粒子状触媒の飛散を防止する網状体を備えることを特徴とする請求項15に記載の平板型改質器。
- 前記改質触媒層は、触媒をウォッシュコーティングしてなることを特徴とする請求項12または13項に記載の平板型改質器。
- 前記改質反応プレートを中心にして前記蓋プレート、前記予熱プレート、前記分配プレート及び前記燃焼プレートは、上下対称に積層されていることを特徴とする請求項12に記載の平板型改質器。
- 熱エネルギを利用した化学触媒反応により水素を含有した燃料から水素ガスを発生させる改質器と、
前記水素ガスと酸素の電気化学的な反応によって電気エネルギを発生させる少なくとも一つの電気発生部と、
前記改質器に燃料を供給する燃料供給源と、
前記電気発生部に酸化剤を供給する酸化剤供給源を含み、
前記改質器は、
酸化剤供給のための複数個の分配孔と分配室とを有する分配プレートと、前記分配プレートの前記分配孔を介して供給される前記酸化剤と前記燃料が反応して熱エネルギを発生させるように酸化触媒層を有する燃焼室を持つ燃焼プレートを備えた平板型燃焼反応部と、
前記燃料と水が混合された混合燃料が流入するチャンネルを有し、前記燃焼反応部の前記熱エネルギによって前記混合燃料を予熱させる平板型予熱部と、
前記予熱部を通過しながら予熱された前記混合燃料から前記燃焼反応部の前記熱エネルギを利用した改質反応により水素ガスを発生させる改質触媒層を、内部に有する平板型改質反応部と、を備え、
前記燃焼反応部の熱エネルギが前記予熱部と前記改質反応部に直接伝達されるように前記予熱部と前記改質反応部の間に前記燃焼反応部が配置、相互に積層されていることを特徴とする燃料電池システム。 - 前記分配孔は、前記分配室に不均一に分布していることを特徴とする請求項19に記載の燃料電池システム。
- 前記予熱部は、前記混合燃料の流れができるようにする前記チャンネルを第1の面に有する予熱プレートと、前記予熱プレートの前記第1の面に密着されて前記チャンネルによる通路を形成する蓋プレートと、を備え
前記改質反応部は、前記予熱プレートの前記チャンネルを通過しながら予熱された前記混合燃料から水素ガスを発生させる前記改質触媒層を有する前記改質反応室を有する前記改質反応プレートを備えることを特徴とする請求項19に記載の燃料電池システム。 - 前記蓋プレートは、前記酸化剤が流入する第1酸化剤流入孔と、前記予熱プレートの前記チャンネルに前記混合燃料を供給するための第1混合燃料供給孔と、前記燃焼プレートに前記燃料を供給するための第1燃料流入孔と、を備え、
前記予熱プレートは、前記第1酸化剤流入孔に連通して前記分配プレートの前記分配室に前記酸化剤を供給するための第2酸化剤流入孔と、前記チャンネルの端部に位置して前記チャンネルに流入された混合燃料を前記改質反応プレートに供給するための第2混合燃料供給孔と、前記第1燃料流入孔に連通して前記燃焼プレートに燃料を供給するための第2燃料流入孔と、前記第2酸化剤流入孔、 前記チャンネル及び前記第2燃料流入孔を隔離する第1ガスケットと、を備えることを特徴とする請求項21に記載の燃料電池システム。 - 前記分配プレートは、前記第2混合燃料供給孔と連通する第3混合燃料供給孔と、前記第2燃料流入孔と連通する第3燃料流入孔と、前記分配室、前記第3混合燃料供給孔及び第3燃料流入孔を隔離する第2ガスケットと、を備え、
前記燃焼プレートは、前記第3混合燃料供給孔と連通する第4混合燃料供給孔と、前記燃焼室に位置して酸化剤と燃料が反応した反応ガスを排出するための第1排出孔と、前記燃焼室と前記第4混合燃料供給孔を隔離する第3ガスケットと、を備えることを特徴とする請求項22に記載の燃料電池システム。 - 前記改質反応プレートは、前記第1排出孔と連通する第2排出孔と、前記改質反応室に位置して改質反応によって発生された水素ガスを排出する水素ガス排出孔と、前記第2排出孔と改質反応室を隔離する第4 ガスケットと、を備えることを特徴とする請求項23に記載の燃料電池システム。
- 前記改質反応プレートの下端に、前記燃焼プレートで反応した反応ガスが流入して流れるチャンネルを有する加熱プレートをさらに備えることを特徴とする請求項21に記載の燃料電池システム。
- 前記改質反応プレートの下端に、前記燃焼プレートで反応した後、前記第2排出孔を介して排出される反応ガスが流入して流れるチャンネルを有する加熱プレートをさらに備え、前記加熱プレートは、前記水素ガス排出孔に連通する第2水素ガス排出孔と、前記チャンネルと前記第2水素ガス排出孔を隔離する第5ガスケットを有することを特徴とする請求項22に記載の燃料電池システム。
- 前記改質触媒層は、粒子状触媒が充填されてなることを特徴とする請求項19ないし26項のうちいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記第4混合燃料供給孔と前記水素ガス排出孔とは、前記粒子状触媒の飛散を防止する網状体を備える特徴とする請求項27に記載の燃料電池システム。
- 前記改質触媒層は、触媒をウォッシュコーティングしてなることを特徴とする請求項19ないし26のうちいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記予熱プレートは、前記チャンネルの第1の端を介して前記混合燃料が流入するべく構成され、前記チャンネルの第2の端は前記混合燃料を前記改質反応プレートに供給するための第1混合燃料供給孔を備え、
前記分配プレートは、前記分配室の一側面に酸化剤が流入する流入口と、前記第1混合燃料供給孔と連通する第2混合燃料供給孔と、を備え、
前記燃焼プレートは、前記燃焼室の両側面に対称的に燃料の流入口と流出口と、前記第2混合燃料供給孔と連通する第3 混合燃料供給孔と、を備え、
前記改質反応プレートは、前記第3混合燃料供給孔に連通するように前記改質反応室を備え、
前記改質反応室の一側面は、改質された水素ガスが排出される排出口を備えることを特徴とする請求項21に記載の燃料電池システム。 - 前記第1混合燃料供給孔、第2混合燃料供給孔及び第3混合燃料供給孔は、複数個が形成されることを特徴とする請求項30に記載の燃料電池システム。
- 前記蓋プレート、前記予熱プレート、前記分配プレート、前記燃焼プレート及び前記改質反応プレートは、各端部分を溶接によって接合されていることを特徴とする請求項30または31に記載の燃料電池システム。
- 前記改質触媒層は、粒子状触媒が充填されてなることを特徴とする請求項30または31項に記載の燃料電池システム。
- 前記第3 混合燃料供給孔と前記排出口とは、前記粒子状触媒の飛散を防止する網状体を備えることを特徴とする請求項33に記載の燃料電池システム。
- 前記改質触媒層は、触媒をウォッシュコーティングしてなることを特徴とする請求項30または31項に記載の燃料電池システム。
- 前記改質反応プレートを中心にして前記蓋プレート、前記予熱プレート、前記分配プレート及び前記燃焼プレートは、上下対称に積層されていることを特徴とする請求項30に記載の燃料電池システム。
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