JPH06111838A - 改質器、改質システム、及び燃料電池システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は効率良く、燃料を水素ガスに変換
し、かつ小型化が可能な改質器及び改質システムを提供
することを目的とする。 【構成】 本発明の改質器は溝を有する複数の平板を積
層して流体流路を形成しその一方の平板の溝の表面が改
質触媒にて被覆され、他方の平板上の溝の表面が燃焼触
媒にて被覆されており、触媒燃焼にて生じた熱で改質反
応に必要な熱を供給するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池システム、及
び燃料電池に水素を供給するために炭化水素基を有する
化合物からなる燃料を水素に変換する改質器及び改質シ
ステムに関し、特に小型化に適した構造の燃料電池シス
テム、改質器及び改質システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ワープロ、パソコンをはじめとす
るＯＡ機器や家庭用電化機器は、半導体技術の発達と共
に小型化され、さらにポータブル化が要求されている。
従来このような要求を満足するために、これらの機器の
電源として、手軽な一次電池や二次電池が使用されてい
る。しかし、一次電池や二次電池は、機能上使用時間に
制限があり、このような電池を用いた機器では、当然使
用時間が限定される。これらの電池を使用した場合、電
池の放電が終った後、電池を交換して機器を動かすこと
はできるものの、従来の一次電池ではその重量に対して
使用時間が短く、ポータブルな機器には不向きである。
また、二次電池では、放電が終ると充電できる半面、充
電のために外部電源を必要とし使用場所が限定されるの
みならず、充電時間が必要となり、機器の運転が中断さ
れるという欠点がある。こりように、各種小型機器を長
時間作動させるには、従来の一次電池や二次電池では、
対応が難しく、より長時間の作動に向いた電源が要求さ
れている。

【０００３】上記の問題点の一つの解決策として、従来
の一次電池や二次電池の代わりに燃料電池システムを用
いることが挙げられる。燃料電池システムは、現在大型
の発電プラントとして実用化されている。燃料電池シス
テムにおいては燃料と酸化剤を燃料電池本体に供給する
ことにより発電するもので、酸化剤として空気を使用
し、更に燃料のみを外部から供給することにより、連続
して発電できるという利点を有している。そのため燃料
電池システムの小型化ができれば、各種小型機器の作動
に極めて有効である。

【０００４】さて、上記燃料電池システムにおいては、
通常、炭化水素基を含む化合物及び水からなる燃料を燃
料電池本体とは別に設けた改質機構によって水素ガスに
改質し、その水素ガスを燃料電池本体に送り発電を行っ
ている。上述の如く燃料電池システムを小型化し、機器
に搭載するための発電システムとするためには、燃料電
池本体のみならず、改質機構も小型化、及び高効率化す
る必要がある。

【０００５】図１９は周辺機器を含めた従来の改質機構
の概略図である。改質槽本体１０１の槽壁には断熱材１
０２が設けられている。改質槽本体１０１内に設置され
ている反応管は外管１０３及び内管１０４で構成されて
おり、反応管の内部には、燃料の改質反応を行う改質触
媒１０５が充填されている。改質触媒の材料としては、
セラミックスに担持させたニッケル等が用いられてい
る。バーナー１０６は、改質触媒が十分な改質活性を維
持する温度に加熱するために設置されている。燃料であ
る炭化水素及び水の混合物は、燃料タンク１０８からポ
ンプ１０９により熱交換器１０７に供給される。熱交換
器１０７では、バーナー１０６の燃焼排気ガスが持つ熱
を用い炭化水素基を含む化合物及び水からなる燃料を加
熱して気化させる。気化された燃料は改質槽本体１０１
中の反応管に送られ、反応管にて水素に改質された後、
燃料電池本体に供給される。一方、炭化水素基を含む化
合物と水との混合物を改質して水素ガスを得る反応は、
例えばメタンを用いた場合、 ＣＨ₄ ＋２Ｈ₂ Ｏ→４Ｈ₂ ＋ＣＯ₂ −３９kcal/mol（２５℃） （１） となり、また、メタノールを用いた場合、 ＣＨ₃ ＯＨ＋Ｈ₂ Ｏ→３Ｈ₂ ＋ＣＯ₂ −３１kcal/mol（２５℃） （２） となり、上記（１），（２）に例示されるように、いず
れも吸熱反応である。上記反応を効率よく生起させるに
は、通常メタンの場合で８００℃以上、比較的低温で反
応するメタノールを用いた場合でも、少なくとも１５０
℃以上の温度に燃料を加熱する必要がある。この加熱を
行うために、上述した従来の改質機構においては、バー
ナー１０６の火炎を用いて加熱を行っている。しかしな
がら、燃料電池システムを機器に組み込んだり、携帯す
ることを考えると、バーナーの火炎を用いた加熱では火
炎、火傷等の災害の危険性が生じる。

【０００６】また、周辺機器へ影響や、安全面を考慮す
ると反応槽本体１０１内の熱が外部に漏れないよう断熱
材などを設ける必要がある。しかし分厚い断熱材を用い
ていたのでは、改質機構の小型化には不向きである。

【０００７】また、従来の改質機構における反応管など
の配管にステンレス製などのチューブが用いられている
が、チューブ自体の体積を必要とするばかりでなく、長
さ方向への熱膨張による歪みを吸収するためのスペース
を設ける等の工夫をする必要がある。また、粒状の触媒
を反応管に詰めて使用する場合、ある程度管径を太くせ
ねばならず、これも小型化の妨げとなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた如く、改質
機構の小型化を考慮した場合、従来の改質機構では、改
質反応に関与する熱の供給のために、バーナー、反応
槽、反応管などの設備を必要とし、それ自体体積を必要
とすると共に、安全面の点からも小型化は困難である。

【０００９】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、上述したようなバーナー、反応槽、反応管
などの付帯設備を用いることなく、改質反応に必要な熱
を改質触媒に供給することにより、効率良く燃料の改質
反応を起こさせ、かつ小型化に適した改質機構及びそれ
を用いた燃料電池システムを得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、溝を
有する複数の平板を積層して流体通路を形成し、その隣
接する一方の平板上の溝の表面が改質触媒が形成され、
他方の平板の溝の表面が燃焼触媒が形成されていること
を特徴とする改質器である。

【００１１】以下、図１及び図２を用いて本発明の改質
器の基本構造を示す。本発明の改質器においては、溝を
有する平板（図１中では平板１及び平板２で示す。）を
少なくとも２枚以上積層することによって、平板１の溝
を有する面と平板２の溝を有しない面により流体流路３
を形成し、また、平板２の溝を有する面と平板１の溝を
有しない面により流体流路４を形成する。

【００１２】図２に本願発明の改質器の部分断面図を示
す。図２に示される平板１及び平板２は各々図１に示さ
れる平板１及び平板２に相当するものである。隣接した
平板のうちの一つの平板１に形成された溝の表面は改質
触媒６が形成されている。また、平板１に隣接した平板
２に形成された溝の表面には燃焼触媒５が形成されてい
る。各々の改質触媒６を形成した平板１と燃焼触媒５を
形成した平板２は交互に積層されている。

【００１３】上記のような構成の改質器において、図２
に示される改質触媒６を形成した平板１の溝を有する面
と平板２の溝を有しない面により形成される流体流路３
には、炭化水素気を含む化合物と水の混合物からなる燃
料を供給し、改質反応によって水素を生成させる。ま
た、燃焼触媒５を形成した平板２の溝を有する面と平板
１の溝を有しない面により形成される流体流路４には、
燃料と酸素含有気体を供給し、平板２の溝の表面にある
燃焼触媒５によって触媒燃焼反応を起させる。なお、前
記酸素含有気体は空気により代用してもよい。

【００１４】ここで流体流路４において生起する触媒燃
焼反応は、発熱反応であることが必要である。前記触媒
燃焼反応により生じる熱は、平板１を介して平板１の溝
を有する面に伝導され、平板１の溝の表面の改質触媒６
において生じる前記改質反応に用いられる。すなわち、
本願発明は、燃焼触媒を有する平板２と改質触媒を有す
る平板１とを積層させることにより、発熱反応である触
媒燃焼反応と吸熱反応である改質反応とを隣り合った位
置にて同時に生起させ、改質反応に必要な熱を触媒燃焼
反応によって供給するものである。

【００１５】それにより、バーナーによる火炎を用いる
ことなく効率よく改質反応を生じさせることができ、ま
たその構造は平板の積層体であるため、バーナーをはじ
め反応槽、断熱材、反応管などの付帯設備が不要とな
り、小型の改質器を提供することができる。

【００１６】また、改質反応を生起させる層と触媒反応
を生起させる層と積層させる方法としては、本願発明の
構成の他に、一枚の隔壁の一方の面を改質触媒層でコー
ティングして、他方の面を燃焼触媒層でコーティングし
たエレメントを表裏交互に流路を形成して積層する方
法、また、材料を押し出し成型することにより多数のハ
ニカム状の流路を形成して隣接する流路に異なった触媒
を担持させる方法が考えられるが、上記の構造での改質
器の製造を考えた場合、本願発明の如く片面に一種の触
媒を形成した平板を積層する方法に比して、各々の触媒
層を形成する際の条件（焼成温度、焼成時間、焼成雰囲
気など）を各触媒の形成部位毎に変えることが難しく、
そのため、実質的に有効な触媒層が形成できない。本発
明の改質器においては１枚の平板に対し一種の触媒を形
成するため、触媒毎に最適な形成条件が製造が行えるた
め、実用的である。

【００１７】一方、本発明に係る溝を有する平板の材質
は、セラミックス、金属、シリコンなどの半導体、高分
子樹脂板等、特に制限されないが、熱伝導率が大きい物
質が好ましい。

【００１８】溝を有する平板は、上記の材質の平板を機
械的に、切削加工、目的溝を凸状に加工して金型で加圧
成型して製造する方法が挙げられる。また、化学的加工
などによって溝を形成することも可能である。また、エ
ッチング技術、リソグラフィー技術などの微細加工技術
を用い、平板の材料表面に感光性レジストを塗布し、目
的の溝のマスクを用いて露光、及びエッチングして溝を
形成することもできる。改質触媒及び燃焼触媒として
は、公知の触媒を使用することができる。

【００１９】改質触媒は、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａ
ｌ、Ｐｄ、Ａｕなどを単体または合金として用いること
ができる。また、ＺｎＯ，ＦｅＯ，Ｃｒ，Ｃｒ₂ Ｏ₃ ，
ＢｅＯ，Ｋ₂ Ｏ，ＷＯ₃ なども用いることができる。ま
た、Ｆｅ₂ Ｏ₃ −Ｃｒ₂ Ｏ_{3-K 2} ＯやＣｒ₂ Ｏ₃ −Ａｌ
₂ Ｏ₃ やＦｅ₂ Ｏ₃ −ＭｏＯ₃ などの多元触媒が挙げら
れる。

【００２０】また、燃焼触媒としては、Ｐｔ、Ａｕ，Ａ
ｇなどの貴金属等を単体または合金として用いることが
できる。更にＣｕ，ＣｕＯ，Ｃｕｌ₂ ，Ａｇ₂ Ｏ，Ｚ
ｎ，Ｈｇ，Ｐｄ，ＰｄＣｌ₂ ，Ｃｏ，ＯｓＯ，Ｆｅ，Ｆ
ｅＯ，ＭｏＯ₃ ，Ｃｒ，Ｖ，Ｖ₂ Ｏ₃ ，ＴｉＯ₃ ，Ｔｅ
Ｏ，Ｓｅ，ＳｅＯ，Ｐ₂ Ｏ₅ ，ＰｂＯ，Ｐｂ，Ｓｎ，Ｓ
ｎＯ，Ｂａ，ＢａＯ，Ｃａ，などか挙げられる。また、
Ｖ₂ Ｏ₅ −Ｋ₂ ＳＯ₄ −ケイソウ土，ホブカライト（Ｍ
ｎＯ₂ ，ＣｕＯ，Ｃｏ₂ Ｏ₃ ，ＡｇＯ）やＡｇ₂Ｏ−Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ やＣｕ₂ Ｏ−ＳｅＯやＶ₂ Ｏ₅ −Ｋ₂ ＳＯ₄ −
シリカゲルやＦｅ₂ Ｏ₃ −Ｃｒ₂ Ｏ₃ などの多元触媒も
挙げられる。

【００２１】これらの触媒は、平板に形成した溝の表面
に多孔質体を形成し、多孔質体に島状あるいは粒状に分
散して担持させることが、反応面積が増え触媒の利用率
が向上するため、好ましい。

【００２２】多孔質体を平板の溝の表面に形成させるに
は、種々の方法がある。例えば、平板の溝の表面にアル
ミナからなる多孔質体を形成する場合、溝表面を金属ア
ルミニウムでコーティングした後、金属アルミニウムを
酸素雰囲気で加熱して酸化するかまたは、酸化剤を作用
させて酸化させ、アルミナからなる多孔質体を形成する
ことができる。また、平板自体の材質を酸化処理しても
よい。例えば、シリコンからなる基板に溝を形成した
後、マスキングして平板の表面を酸化処理すると、溝の
表面にＳｉＯ₂ からなる多孔質体を形成することができ
る。

【００２３】また多孔質体の材質は、上記のＡｌ
₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ の他に、さらにその他の方法で形成さ
れるＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ ，粘度鉱物，ＭｇＯ，ＴｉＯ
₂ ，α−Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ケイソウ土，シリコーンカーバイ
ト，アランダムなどが挙げられる。

【００２４】また前記触媒は平板の溝の表面に種々の方
法で形成させることができる。例えば、燃焼触媒または
改質触媒をターゲットとし、溝を形成した平板にスパッ
タリングで上記触媒を形成する方法でもよい。スパッタ
リングにより触媒を形成することにより触媒を均一に平
板の溝の表面に形成することができる。

【００２５】この時スパッタリング時の条件として雰囲
気ガスとして酸素あるいは水素をアルゴン等の不活性ガ
ス中に０．３Vol ％以上〜３Vol ％以下程度加えたもの
を用いることが好ましい。それにより不活性ガスのみの
雰囲気ガスを用いた場合に比して触媒の活性を高めるこ
とができる。

【００２６】また、多孔質体を形成した平板の溝の表面
に触媒を担持させるには、スパッタリングで金属触媒を
多孔質層に照射したり、触媒金属塩水溶液、あるいはコ
ロイドを多孔質層に含浸後、乾燥、焼成する方法が挙げ
られる。また、多孔質体の原料成分と触媒成分とを混合
スラリーとして平板にコーティングした後、乾燥焼成す
る方法でもよい。

【００２７】平板の溝の表面に形成した多孔質体に触媒
を担持させる場合、図３に示される通り、触媒粒子の濃
度を傾斜分布させてもよい。図３は触媒を担持した多孔
体の部分断面図である。図３において触媒担持体１２は
平板の溝の表面に形成した多孔体を示し、１１は触媒粒
子を示す。触媒粒子の濃度は燃料の通路の側が最大とな
るよう形成することが好ましい。

【００２８】上述の如くの触媒を傾斜濃度を有するよう
に分布させた多孔体は、本願発明の如くの改質器だけで
なく、一板の隔壁の一方の面に改質触媒を有し、他方の
面を燃焼触媒を有するエレメントを表裏交互に流路を形
成して積層するタイプの改質器にも用いることができ
る。

【００２９】図４は改質器の構成を示す部分断面図であ
る。図４に示されるように、触媒担持体１２は多孔体で
あり、かつ一方の面は燃焼触媒粒子１３が表面の方が高
い濃度を持つように傾斜分布して担持されている。また
別の面は改質触媒粒子１４が同様に表面の方が高い濃度
を有するよう傾斜分布して形成されている。改質器の構
成としては上述の如くの触媒担持体が同種の触媒面が向
き合い、かつ流体流路１５，１６となる空間を持つよう
積層する。燃焼触媒粒子１３の分布を有する部分と、改
質触媒粒子１４の分布を持つ部分の境界には、各々の流
路に供給される燃料及び生成物が混合せず、かつ、熱の
伝導を妨げない熱伝導性の分離体１７を設けておくこと
が好ましい。また各触媒担持体１２の表面または内部に
燃料及び生成物の流路１５を設けることができる。（図
５） また濃度傾斜を持つ担持体の内部に燃料及び生成物の通
路１６を設け該通路の径が傾斜変化を持つ担持体を積層
して構成することもできる。（図６） 担持した触媒の濃度傾斜を持つ触媒担持体の成形方法に
は次の方法が挙げられる。ここで、ＡまたはＢを触媒ま
たは担持材とする。 １）溶浸法

【００３０】多孔体Ａの空隙に他のＢを溶融、滲透させ
て埋める方法である。多孔体Ａよりも融点の低いＢを用
いて、多孔体とのぬれがよければ毛細管現象で空隙に滲
透する。ＡとＢの圧粉体を組み合わせて、焼結接合を兼
ねて溶浸することも可能である。また熱処理が必要であ
る。Ａの空隙の変化またはＡとＢとの混合比を変えて圧
粉体の使用によりＡまたはＢの濃度傾斜ができた担持体
となる。 ２）粉末圧延法

【００３１】粉末Ａを圧延ロールで直接連続的に圧粉板
にし、引き続き焼結して多孔質焼結板とし、さらに熱間
圧延によって真密度の圧延板とする。この工程のいずれ
かで、粉末Ｂを供給し、さらに同じ工程を粉末Ｂの量を
変えて繰り返すことによりＡとＢの濃度傾斜ができた担
持体となる。 ３）容射成形法

【００３２】ＡとＢの容湯を窒素ガスで噴霧し、冷却コ
レクタとして丸棒を回転移動させながら容射堆積して成
形する方法で、ＡとＢの噴霧量を変えて繰り返し容射堆
積して剥がせばＡとＢの濃度傾斜ができた担持体とな
る。 ４）その他の方法 ＡとＢとの混合比を変えた圧粉体の層を作り焼結鍛造
法、熱間等方圧成形法、擬熱間等方圧成形法などでＡと
Ｂの濃度傾斜ができた担持体となる。

【００３３】上述の如くの触媒を傾斜濃度を有するよう
に分布させた多孔体を用いた改質器は、燃料の浸透の多
い多孔体の表面層にて最も活性に反応が生起し、また燃
料の浸透の少ない多孔体の内部においても反応は生起
し、かつ不完全な反応は起こり難い。したがって供給さ
れた燃料は、最大限に反応に用いられ、また燃料の不完
全な反応に伴うカーボンや一酸化炭素の発生による触媒
汚染あるいは、触媒毒となる物質の生成を最小に抑える
ことがてきる。また、多孔体の内部でも反応が生起する
ため、改質反応と触媒燃焼部における熱交換において、
熱損失が抑えられる。したがって改質器の効率が向上す
る。

【００３４】さて一方、前述した図１に示される如くの
改質触媒を形成した平板と燃焼触媒を形成した平板とを
積層した構成の改質器においては、改質触媒６を形成し
た平板１の溝を有する面と平板２の溝を有しない面によ
り形成される流体流路３には、炭化水素と水の混合物を
供給し、燃焼触媒５を形成した平板２の溝を有する面と
平板１の溝を有しない面により形成される流体流路４に
は、燃料と酸素の混合物を供給する必要がある。また、
流体流路３下流には生成物である水素及び二酸化炭素及
び一酸化炭素が生じ、また、流体流路４には二酸化炭素
及び水などの生成物が生じるためこれらの生成物を別々
に排出する必要がある。このような積層体の層間に異な
った２種以上の流体を供給及び、排出する際には、内部
マニホールドを用いることが好ましい。それにより、流
体の供給管、排出管が簡素化される。 図７は本発明の
改質器の一部を示す斜視図である。図７において平板２
０は流体流路２１を形成する溝を有しており、また溝の
表面には、燃焼触媒（図示せず。）が形成されている。
また、平板２２も同様に流体流路２３を形成する溝を有
しており、また溝の表面には、改質触媒（図示せず。）
が形成されており、平板 ２０と平板２２は交互に積層
されている。（下方の平板２０及び平板２２を以下、各
々平板２０ａ，２０ｂ…、平板２２ａ，２２ｂ…とす
る。）平板２０において流体流路２１から矢印２４の方
向に流出してくる流体（この場合、水素ガス）は、流路
と連結して平板に開いている孔２５を出て行き、隣接す
る平板２３の同一位置に設けられた孔２６を経由し、さ
らに下方に積層された平板２０と同構成の平板２０ａに
設けられた孔２５において平板２０ａにおける流体流路
からの流体と合流する。以下平板２５ｂにおいても同様
に合流を繰り返し、各平板上の流体流路からの流体は積
層構造物の最下部にて排出される。

【００３５】一方、流体の供給については平板２２を例
にとり説明する。流体の供給は、排出の場合と逆に、平
板２２の流体流路２３の上流に流体流路に連結して設け
られている孔２７から行われ、隣接した平板２２に設け
られた孔２８を介してさらに上方に送られる。

【００３６】このように、流体流路と連結している孔と
連結していない孔とを各平板の両端の同位置に備えるこ
とによって、改質反応と燃焼反応の各々の系統に供給配
管と排出配管とをそれぞれ１本ずつ接続するだけでよ
く、配管が簡素化される。

【００３７】また、本願発明の如くの内部マニホールド
を用いた場合、孔２５及び孔２６、孔２７及び孔２８の
設ける位置によって流体流路２１，２３が平行または直
交とすることができる。特に流体流路２１及び２３とを
平行流とし、かつ触媒燃焼の燃料の供給方向と、改質燃
料とを同方向に流すよう平板に設ける孔及び各々の燃料
供給方向を調整することにより、平板上の温度の分布が
均一化し、さらに効率よく改質反応が進むものである。

【００３８】本願発明の如く、触媒燃焼による発熱反応
を起こす層（触媒燃焼層）及び改質反応による吸熱発応
を起こす層（改質層）を積層した改質器においては、改
質器全体が改質層にて改質反応が効率よく起こるに足る
目的温度まで上昇したならば、燃料を間欠的に供給する
かあるいは調節して温度を一定に保つことが好ましい。
それにより触媒燃焼層に供給される燃料のむだがなく、
また、温度の上昇しすぎによる危険も防止できる。燃料
タンクから改質器の触媒燃焼層または改質反応層へ燃料
を送る方法としては、燃料タンクと改質器をつなぐパイ
プに設けたバルブ及び燃料供給量を調節するためのバル
ブ調節器を用い何らかの方法で制御し、必要量の燃料を
供給する方法がある。特に微細加工技術によるマイクロ
ポンプを用いると小型化が可能となる。

【００３９】また、燃料タンクを均一加圧状態とし、燃
料タンクと改質器をつなぐパイプの一部を形状記憶合金
で形成し、温度変化により該合金製パイプを変形させ、
燃料の供給量を調整することも可能である。以下具体的
に説明する。

【００４０】図８に形状記憶合金からなる配管を用いた
改質システムの一例を示す概念図を示す。燃料タンク４
１から本発明の改質器４２へ燃料供給を行う配管の一部
（図中４３及び４４）が形状記憶合金で形成されてい
る。図において４３は改質燃料供給用の形状記憶合金配
管であり、４４は触媒燃焼燃料供給用の形状記憶合金配
管である。改質器４２は触媒燃焼層と改質層とが積層さ
れており、各層への燃料供給は内部マニホールドにより
各々１カ所から行なえるようになっている。このような
２つの改質器は、形状記憶合金配管４３及び４４を挟ん
で積層されている。形状記憶合金配管４３，４４は改質
器４２の燃料供給孔に接続されている。触媒燃焼燃料供
給用配管４４は温度が低いと開いており温度が高くなる
と閉じるようになっている。

【００４１】また、改質燃料供給用配管４３は温度が低
いと閉じており、温度が高くなると開くようになってい
る。形状記憶合金配管４３及び４４の開閉は具体的には
配管がある一定の温度に達すると絞りこみ、折り畳み、
潰れる等の形状の変化が生じ、配管を閉じ、その逆の形
状変化が起こることにより配管が開く。形状記憶合金配
管４３及び４４は改質器４２に積層されることにより改
質器４２の温度の変化に対応し配管の開閉を行い供給す
る燃料の量を調節するものである。

【００４２】運転開始直後は改質器４２の温度は低いた
め、触媒燃焼燃料供給用配管４４は、開き改質器４２内
の触媒燃焼層に燃料が供給される。該層にて触媒燃焼が
生じ改質器４２の温度が上昇し、改質燃料供給用配管４
３が開き、改質器４２の改質層に燃料が供給される。ま
た前記触媒層に過剰に燃料が供給され改質器４２の温度
が上昇しすぎると、配管４４は閉じ燃料供給は減少す
る。以上のように配管４３及び４４は改質器４２の温度
の変化に応じ燃料の供給量を調節し、改質器の温度を及
び改質量を一定に保つと共に、燃料の供給のむだを省
く。

【００４３】また、形状記憶合金を用いた燃料供給配管
は、改質器と燃料電池とを組み合わせた燃料電池システ
ムに適用した際に、燃料電池に供給された水素量に応じ
て、改質器への燃料供給量を調節する機能を持たせるこ
とも可能である。以下に具体的に説明する。

【００４４】図９は形状記憶合金からなる燃料供給配管
を適用した燃料電池システムを示す。図９において４１
は燃料タンク、４２は改質器、４５は燃料電池である。
燃料タンクから改質器へ燃料を供給する配管の一部は形
状記憶合金からなる配管４６となっている。配管４６の
周囲はヒータ４７が設置され、配管４６を加熱できるよ
うになっている。配管４６はヒータ４７が作動しないと
管が開いた状態であり、また、ヒータ４７が作動すると
管が閉じた状態となるような配管を用いている。また改
質器４２で生じた水素は配管４８により燃料電池に供給
される。燃料電池４５の水素供給孔には圧力センサが設
置されている。圧力センサ４９は燃料電池の水素供給量
に応じて、配管４６の周囲にあるヒータ４７を作動させ
るよう設定されている。このような燃料電池システムに
おいて、例えば改質器４２から燃料電池の容量よりも過
剰に水素が供給された場合、水素供給孔の水素圧力が上
がるため、圧力センサー４９が作動し、ヒータ４７が作
動する。それに伴ない配管４６が閉じ改質器への燃料の
供給が停止される。また、水素の供給が少くなり、水素
供給孔の水素圧が下がった場合、ヒータ４７の作動が止
り、配管４６が開き、改質器４２に燃料が供給される。

【００４５】上記の燃料電池システムにおいては、圧力
ヒータの作動圧、ヒータ４７の温度設定は燃料電池シス
テムの運転状況により適宜選定すればよい。また圧力セ
ンサのかわりに温度センサを用いてもよい。

【００４６】このように形状記憶合金を配管に用いるこ
とにより、燃料調整用のバルブ調整用器材を使用するこ
となく、小型軽量の改質システムまたは燃料電池システ
ムが得られる。また、燃料のむだを省き効率的に運転さ
せることができる。

【００４７】一方本願発明の構造の改質器は、平板の積
層体から構成されるため、燃料電池のスタック（少なく
とも燃料極、酸化剤極、及び両電極に狭持された電解質
板）と共に積層することができ、改質器と燃料電池が一
体となった燃料電池システムを提供できる。それにより
コンパクトな発電装置を得ることができる。

【００４８】図１０に本願発明の改質器と燃料電池スタ
ックの積層体からなる燃料電池システムの概略図を示
す。図１０において３０は、平板に燃焼触媒、または改
質触媒を形成した平板を積層した本願発明の改質器であ
る。また、３１は電解質板、３２は燃料極、３３は酸化
剤極である。燃料極３２及び酸化剤極３３にはそれぞれ
水素ガス及び、酸化剤ガスの流路３４，３５が設けられ
ている。

【００４９】改質器３０の改質触媒を有する流路には、
メタノール等の炭化水素基を有する化合物及び水蒸気の
混合物からなる燃料が供給される。生成物の水素ガスは
別系統の流路を通って燃料電池の燃料極３２に供給され
る。また、改質触媒を有する流路を燃料極に隣接して構
成し該流路にて生ずる水素が直接隣接した燃料極の酸化
酸ガス流路に供給されるよう構成すれば、配管が簡略化
される。この場合、燃料極と改質触媒を形成した平板と
の間に水素ガス選択性透過膜３７を設けておくと純粋な
水素のみが燃料極に供給され好ましい。また、改質器３
０の燃焼触媒を有する流路には、燃料と燃焼用の空気と
して外部から空気を取り入れるかあるいは燃料電池の空
気極３３からの廃ガスまたはそれらを混合して供給す
る。該流路に供給する燃焼用の燃料としては外部から炭
化水素類あるいは燃料極からの廃ガス（未反応の水素）
を供給する。

【００５０】本願発明の改質器は、燃焼触媒を形成した
平板において、発熱反応が生じその熱が改質触媒を形成
した平板における吸熱反応に用いられる。また、燃料電
池においては、発電時には熱が発生するが、起動時には
作動温度まで加熱したり、発電時に適正な温度まで加熱
するためにも利用できる。

【００５１】燃料電池と本願発明の改質器を積層するこ
とにより、コンパクト化を図れるのみならず、各々で発
生する熱を相互に利用することが容易となり熱の利用率
を向上させることができる。

【００５２】図１０においては、燃料電池のスタックが
一つの例について記載したが、さらに複数の燃料電池及
び改質器を交互に積層してもよい。燃料電池スタックを
複数個直列に積層したものと改質器を積層してもよい。

【００５３】また、改質器を形成する平板を電気導電性
を有する材料で形成し、燃料電池スタックと積層するこ
とにより、改質器の積層された平板を介して燃料電池の
スタックが電気的に直列に接続される。そのため、改質
器を介して積層された燃料電池のスタック間の配線が不
要となり、全体の積層構造の両端にシステム全体の電力
を取り出すことが可能となる。

【００５４】本発明では、積層する燃料電池の種類を限
定するものではなく、炭化水素を改質した燃料を用いる
燃料電池であればよい。例えば、固体高分子電解質膜
（例えば商品名Ｎａｆｉｏｎ Ｄｕ Ｐｏｎｔ社製）、
水素イオン伝導体（例えばヒドロニウムあるいはアンモ
ニウムβアルミナもしくはβガリア、三酸化セリウムス
トロンチウムの焼結体）を電解質に用いた燃料電池、酸
素イオン伝導体（例えば、安定化ジルコニウア）を電解
質に用いた燃料電池などが挙げられる。

【００５５】また図１０において、電気導電性を有する
材料からなる平板を用いた改質器と燃料電池の積層体を
形成する場合、改質器の改質触媒を有する流体流路を流
体流路３６とし、流体流路３６と燃料電池燃料極の水素
ガス流路３４との間に、両面が触媒活性と電気伝導性を
有する水素イオン（プロトン）伝導膜３７を備えること
によって、改質触媒層で改質された流体中から選択的に
水素を燃料電池燃料極の流体中に移動させて燃料電池燃
料極で反応させることが可能である。改質触媒を有する
流体流路３６では炭化水素基を含む化合物が改質されて
水素、一酸化炭素、二酸化炭素が生成するが、流体中に
は未反応の炭化水素類や水も残留している。この流体と
燃料電池燃料極の流体の間に両面が触媒活性と電気伝導
性を有する水素イオン（プロトン）伝導膜３７を設置す
ると、改質触媒を有する流路３６に接する膜の表面を陽
極とし、燃料電池燃料極の流路３４に接する側の膜の表
面を陰極として電位差を生じる。この時、膜の陽極と陰
極では以下の反応が起こる。 陽極； Ｈ₂ →２Ｈ⁺ ＋２ｅ ＣＯ＋Ｈ₂ Ｏ →ＣＯ₂ ＋２Ｈ⁺ ＋２ｅ 陰極； ２Ｈ⁺ ＋２ｅ →Ｈ₂ ２Ｈ⁺ ＋２ｅ →Ｈ₂

【００５６】この反応によって、改質触媒層の流路の流
体中の水素と一酸化炭素の分圧が低下し、改質反応の進
行が促進される。また、燃料電池燃料極の流路３６に接
する側の膜の表面では水素のみが生成して、高純度な水
素が燃料電池燃料極で発電のために使用される。膜の両
側の電位差は、電気的・構造的に積層されている燃料電
池から生じる電力の一部を消費して生じさせるため、外
部からの電力供給は不要である。また、改質器が電気導
電性を有するため、燃料電池スタックとの電気的な積層
が可能であり、電気配線が不要である。本発明によれ
ば、改質反応と燃料電池の電極反応が促進されるため、
炭化水素の利用効率向上と装置のコンパクト化が図れ
る。さらに、本発明においては燃料電池スタックの各々
に電気的に並列にコンデンサーや２次電池を接続するこ
とによって、システムの起動時など燃料電池電極での発
電が不十分の時でも外部への電力供給が可能である。ま
た、コンデンサーや２次電池は改質器の流路から水素イ
オン導伝性膜を介して水素を燃料電池燃料極に供給する
場合の起動時の電力源にもなり、システムの起動が容易
になる。

【００５７】

【実施例】以下実施例により本発明の改質器を説明す
る。 （実施例１）

【００５８】０．１ｍｍ厚さのニッケル板に感光レジス
トを塗布し、０．１５ｍｍ間隔で０．３ｍｍピッチで露
光現像後エッチングし、幅０．１８ｍｍで深さ０．６ｍ
ｍでピッチ０．３ｍｍの溝を形成したニッケル製の平板
を複数枚作成した。

【００５９】得られた平板にマスキングした後、白金を
ターゲットとし、圧力１０^-3Torr、酸素１％を含有した
アルゴン雰囲気で１０秒間スパッタし、平板の溝の表面
に平均厚さ０．５μｍの島状の燃焼触媒を形成した。同
様の方法で燃焼触媒を形成した平板（以下平板２とす
る）を１０枚作成した、他方上記の方法と同様な方法に
てエッチングしたニッケル製の平板にマスキングした
後、銅と亜鉛の合金をターゲットとし、圧力１０^-3Tor
r、水素１％のアルゴン雰囲気で１０秒間スパッタし、
平板の溝の表面に平均厚さ０．５μｍの島状の改質触媒
を形成した。同様の方法で改質触媒を形成した平板（以
下平板１とする。）を１０枚作成した。上記方法で得ら
れた平板１と平板２とを、図１に示されるように順次交
互に積層し、外装をガラス綿、及びアルミニウム箔で巻
き付け、改質器を得た。

【００６０】次に、以上のようにして得られた改質器に
ついて、運転を行なった。溝の表面に燃焼触媒を有する
流体流路４に、メタノールと空気とを混合燃料を流した
ところ、流体流路４内の温度が２００℃程度に上がった
ため、流体流路３にメタノールと水とを１：１に混合し
た燃料を流した。その結果メタノールと水が気化し、さ
らに水素が変換された。メタノールの水素への変換率は
６０％〜７０％であった。 （実施例２）

【００６１】溝を形成した平板に、改質触媒及び燃焼触
媒を形成する際のスパッタリング時のガス雰囲気が、圧
力１０^-3Torr、酸素１％を含有したアルゴン雰囲気であ
る以外は、実施例１と同様な方法で改質器を得た。

【００６２】得られた改質器について実際に運転を行っ
た。溝の表面に燃焼触媒を有する流体流路４に、メタノ
ールと空気との混合燃料を流したところ、実施例１の場
合に比して５倍の体積の燃料を流した時点で流体流路４
の温度が２００℃程度に上った。次に、流体流路３にメ
タノールと水とを１：１に混合した燃料を流した。その
結果メタノールと水が気化し、さらに水素に変換され
た。メタノールの水素への変換率は１５％〜２５％であ
った。 （実施例３）

【００６３】本実施例においては、改質器に内部マニホ
ールドを設け改質触媒を有する流体流路への燃料供給・
生成物排出方向と、燃焼触媒を有する流体流路への燃料
供給・生成物排出の方向とが直交した場合の実施例を示
す。

【００６４】まずシリコンウェーハ（（１００）面、５
００μｍ厚）を熱酸化することにより、表面にＳｉＯ₂
を形成し、リソグラフィー技術を用いて所定のパターン
を転写した後、フッ化水素酸でＳｉＯ₂ の選択除去を行
った。次に、エチレンジアミン系の水溶液を用いた異方
性エッチングを行うことにより、ウェーハの表面に図１
１の如く台形状の溝５２を形成した。この時、溝の深さ
は約１００μｍとし、ピッチは約１ｍｍとした。溝の両
端は各々の溝を通過した流体が混合するように深溝５
３，５４を形成してあり、一方は下方からの流路との接
続のために開放とし、他方は上部との接続のために上部
のみを開放とした。また、本ウェーハを燃料ガス用及び
加熱流体用に交互に積層した時の一方の流体の経路接続
用に、開放した溝５５を形成した。各エッチング工程終
了後、ダイシングにより全体のシリコン基板５１形状を
図１１の如くとした。

【００６５】前記の如く流体経路を形成したシリコン基
板５１にスパッタ法等により、経路内に燃焼触媒層を形
成した。また別途シリコン基板５１と同様な方法で図１
２に示すような形状のシリコン基板５６〜６０を製造し
た。シリコン基板５６、５８には燃焼触媒を形成し、シ
リコン基板５７には改質触媒を形成した。図１２の如く
改質反応用基板５７及び触媒燃焼用基板５６が直交する
ように各ウェーハを直接接着法により接着し積層した。
直接接着することにより、例えば基板５６と５７との接
着により、基板５６の表面に形成した溝は基板５７の底
面により各々１本の流路となる。

【００６６】改質反応用基板５７の上下が媒燃焼用基板
５６及び５８となる構造とすることにより、燃料ガスの
改質部を均一に加熱することができる。また、積層構造
の最下部及び最上部には各流体の配管用に燃料ガス入口
６２、改質後の水素含有ガス出口６４及び加熱用ガス入
口６１、出口６３を図１４の如く形成した。

【００６７】本発明に係わる改質器の断面図を図１３に
示した。前記の如く積層した基板を、シリコンをエッチ
ングすることにより作製した固定治具６５、６６で改質
装置内に固定した。固定治具には燃料ガス及び加熱流体
用の微小な貫通孔を形成してあり、低融点ガラス等で配
管と接続した。

【００６８】また、燃料供給タンクから改質装置への経
路には、微細加工技術により作製したマイクロポンプ７
２，７３を設置した。このマイクロポンプはシリコンと
パイレックスガラスを陽極接合により作製される。シリ
コンのエッチングにより流体の流路を形成し、またパイ
レックスガラスにはエッチングによりダイヤフラムを形
成してあり、ダイヤフラムの上部にピエゾアクチュエー
タが取付けられている。このアクチュエータに電圧を印
加することにより、ダイヤフラムが上下することにより
流体を所定量流すことが可能となる。 （実施例４）また、担持した触媒が傾斜濃度分布を有す
る多孔体を用いた改質器の実施例を示す。

【００６９】酸化アルミニウム（融点２０５０℃）粉体
３３ｇを開口径１ｍｍのホッパーにいれて自然落下さ
せ、ニッケル金属粉（融点１４５５℃）１０ｇを開口径
０．１ｍｍのホッパーにいれて秒速５０ｍｍで往復運転
している２５００℃に加熱したタングステン（融点３３
７０℃）板の上に均一に落下させる。粉体の落下点の両
サイドに２５００℃に加熱したタングステン（融点３３
７０℃）ロールを加重１０ｋｇから秒速１００ｇで減圧
しながら厚さ２ｍｍのニッケル担持酸化アルミニウム圧
延体を成形する。同様にしてニッケル金属粉のかわりに
白金（融点１７７３℃）を用いて白金担持酸化アルミニ
ウム圧延体を成形する。それら圧延体をタングステン板
から剥し、銅（融点１０８３℃）の溶湯中にタングステ
ン板から剥した圧延体の面を側面まで浸漬し溶浸した後
取りだし、一対の両端の側面をそれぞれ切り落としその
切り落とし面が交叉するように銅でぬれた面を重ね熱圧
着し結着した。

【００７０】この成形板をニッケル担持酸化アルミニウ
ム圧延体面はニッケル担持酸化アルミニウム圧延体面
に、白金担持酸化アルミニウム圧延体面は白金担持酸化
アルミニウム圧延体面に切り口をそろえて６枚積層して
改質器を組み立てた。

【００７１】貫通路を持つ白金担持酸化アルミニウム多
孔質圧延体の切り落とし面からメタノール蒸気と過剰の
空気を２気圧で流動させ、一方貫通路を持つニッケル担
持酸化アルミニウム多孔質圧延体の切り落とし面からメ
タノール蒸気と等モルの水蒸気を２気圧で流動させる。
そしてリホーマーの一部を１５０℃以上に上げてメタノ
ールと酸素を着火したところ、１００時間以上水素発生
濃度の変化は見られなかった。 （実施例５）

【００７２】本実施例においては、本願発明の改質器に
おいて、燃料タンクから改質器へ燃料供給する配管に形
状記憶合金からなる配管を適用した場合の燃料電池シス
テムについて説明する。

【００７３】図１４のように表裏面に半田鍍金した厚さ
０．２ｍｍ、大きさ１００×３００ｍｍの薄いニッケル
にあらかじめ補給孔９２、排気孔９３、通気口９４とし
て径５ｍｍの穴４つ開けた。さらに、表面をエッチング
してピッチ１ｍｍ、長さ７０ｍｍ、幅０．５ｍｍ、深さ
０．１ｍｍ細溝８９、燃料補給溝９０及び排気溝９１と
して幅１０ｍｍ、深さ０．１ｍｍを作成した。改質用、
燃焼用それぞれ３枚ずつ作成した。このように作成した
基板表面の細溝部の凹凸及び各溝を除いた部分にカバー
を付け燃焼用には酸化触媒を改質用には改質触媒をそれ
ぞれスパッタで薄く付けた。これらを交互に積層し２３
０℃でプレスし積層し改質器とした。上記の方法で得ら
れた改質器を用い、図１５のように燃料電池システムを
作成した。

【００７４】４１は燃料タンク４２は上記改質器、４５
は燃料電池である。配管系は均一に加圧できるようにし
た燃料タンク４１から改質器４２に燃料を供給する配管
の一部に形状記憶合金配管４６が用いられている。この
形状記憶合金配管４６にヒータ４７が巻かれている。形
状記憶合金配管４６は常温では閉じており、ヒータ４７
を加熱することにより開く。形状記憶合金配管４６は二
股に分かれた配管８０に繋がる。配管８０の一方を燃焼
燃料供給用形状記憶合金配管４４に繋がり、燃料補給孔
部に繋がっている。燃焼燃料供給用形状記憶合金配管４
４は、常温では開いており、温度が目的温度になると閉
じる。燃焼燃料供給用形状記憶合金配管４４と燃料補給
孔９２の間に空気供給配管８１がある。配管８０の地方
に改質燃料供給用形状記憶合金配管４３が繋がり改質の
燃料補給孔９２に繋がっている。改質燃料供給用形状記
憶合金配管４３は、常温では閉じており温度が高くなる
と開く。改質部で改質され生じた水素ガスは燃料電池本
体４５に供給させる。燃料電池には圧力センサ４８が取
り付けられ、改質ガスの圧力が目的圧力以上になるとヒ
ータ４７が切れ、燃料調整用形状記憶合金配管４６が閉
じる。圧力が下がるとヒータ４７が入り、再び燃料調整
用形状記憶合金配管４６が開く。

【００７５】積層された改質器４２と配管の関係は燃焼
燃料供給用形状記憶合金配管４４と改質燃料供給用形状
記憶合金配管４３を中心にし積層された改質器４２が２
つ積層されており、改質器の温度変化により配管１８及
び１９の形状が変化する。また、このようにした外側は
断熱材８２を巻き、熱効率を高める。

【００７６】メチルアルコールと水をモル比で１：１に
配合した燃料を作成した装置に取り付けた。運転始めに
電気を供給しヒータ４７を加熱し燃料供給形状記憶合金
配管４６を開け、燃料を供給する。加熱用と改質用に二
股配管８０で分けられ、常温で開いている燃焼燃料供給
用形状記憶合金配管４４を通り、空気供給配管８１から
空気を補給し、燃料と混ぜて燃焼部に送られ触媒により
触媒燃焼し発熱した。

【００７７】その熱により形状記憶合金が加熱され温度
が１２０℃を越えた時点で閉じていた改質燃料供給用形
状記憶合金配管４３が開き改質部に燃料が供給された。
１４０℃を越えると、燃焼燃料供給用形状記憶合金配管
４４が閉じ温度上昇が停止した。改質し発生した水素は
燃料電池本体４５に送られ発電が始った。改質された水
素により水素の電池内の圧力が２．１ｋｇ／ｃｍ² を越
えるとヒータ４７が切れて燃料供給形状記憶合金配管４
６が閉じ燃料の供給が停止された。圧力が１．８ｋｇ／
ｃｍ² 以下になると、再びヒータ４７が加熱され燃料供
給用形状記憶合金配管１５燃料が開き供給された。温度
が１２０℃から１４０℃に、改質された水素圧力は２．
１ｋｇ／ｃｍ² から１．８ｋｇ／ｃｍ² に保たれ連続的
に燃料電池の運転ができた。 （実施例６）本実施例においては、本発明の改質器と燃
料電池スタックとを積層した燃料電池システムについて
説明する。

【００７８】図１６に本実施例の燃料電池システムにお
ける炭化水素燃料の改質部を形成する平板の平面図を示
す。改質部は図１６に示される円形の平板１２０，１２
１，１２２から構成されている。図１６は平板を上部よ
り見た図である。平板１２０，１２１，１２２には各々
流体の流路となる溝及び孔ａ〜ｈが形成されている。平
板１２０，１２１，１２２は各々アルミニウムよりなり
厚み２ｍｍ、直径１００ｍｍである。平板１２０及び１
２２の溝の表面には、改質触媒が形成されており、また
平板１２１の溝の表面には燃焼触媒が形成されている。
各々の平板への触媒の形成は以下に示す方法にて行っ
た。

【００７９】まず平板１２０及び１２２は図１６に示さ
れるように溝及び孔を形成した後、溝の表面を苛性ソー
ダー水溶液に浸せきして表面のアルミニウムの一部を溶
出させた後、過酸化水素水溶液で表面のアルミニウム層
を酸化し、水洗、乾燥して多孔質のアルミナ層を形成さ
せた。この多孔質アルミナ層を硝酸銅と硝酸亜鉛の水溶
液に含浸して乾燥・焼成した後、水素気流中で還元処理
して改質触媒を担持させた。また、平板１２１は上記平
板１２０及び１２２と同様にして多孔質のアルミナ層を
形成した後、同様な多孔質アルミナ層に硝酸パラジウム
水溶液を含浸して乾燥・焼成して燃焼触媒を担持させた
一方、図１７には本実施例の燃料電池システムにおける
燃料電池部の燃料極及び酸化剤極を構成する平板の平面
図を示す。

【００８０】平板１２３は酸化剤極、平板１２４は燃料
極である。平板１２３，１２４は平板１２０〜１２２と
同サイズ、同素材であり、図１７の如くに溝及び孔ａ〜
ｈが形成されている。

【００８１】一方、厚さ０．２ｍｍのパーフルオロカー
ボンスルフォン酸膜（商品名；Ｎａｆｉｏｎ）の両面に
触媒担持カーボン粉末とポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ：商品名；テフロン）とＮａｆｉｏｎ溶液と
を混練したものを金めっきニッケルスクリーンと共にホ
ットプレスし、さらに、その上に多孔カーボン板を圧着
した水素イオン伝導膜を用意した。膜の両面には異なっ
た触媒が形成されており一方は白金／ルテニウムを用
い、もう一方は白金であった。

【００８２】また、燃料電池の電解質板として、厚さ
０．２ｍｍのパーフルオロカーボンスルフォン酸膜（商
品名；Ｎａｆｉｏｎ）の両面に白金触媒担持カーボン粉
末とポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：商品名；
テフロン）とＮａｆｉｏｎ溶液とを混練したものを金め
っきニッケルスクリーンと共にホットプレスし、さら
に、その上に多孔カーボン板を圧着した電解質板を用意
した。

【００８３】上記平板１２０〜平板１２４を上から平板
１２３、平板１２４、平板１２０、平板１２１、平板１
２２の順番でかつ、各々の平板に設けた孔ａ〜ｅが各々
１本の通路を形成するように積層し、平板１２３（酸化
剤極）と平板１２４（燃料極）との間に前記電解質板を
挟み込み、平板１２４と平板１２０の間に前記水素イオ
ン導伝性膜を挟み１つのユニットを形成した。この際、
水素イオン導電性膜の白金／ルテニウム触媒が形成され
た面は、平板１２０と隣接させ、白金のみが形成された
面は平板１２４と隣接させて積層した。このユニットを
二段重ね、さらに上部と下部に配線を行い燃料電池シス
テムを形成した。

【００８４】図１８に本実施例に係る燃料電池システム
の概略図を示す。図中１２５は電解質板、１２６は水素
イオン伝導性膜である。また各平板により形成した孔ａ
〜ｅより形成される通路における供給物質及び排質物の
流れを矢印にて示した。

【００８５】まず、孔ｇを通じて平板１２４（燃料極）
の溝に水素を供給すると共に、平板１２１（燃焼触媒を
形成した平板）の溝に孔ｆを通じて水素及び孔ｅを通じ
て空気を、平板１２２（改質触媒を形成した平板）の溝
に孔ｄを通じてメタノールと水の混合物を供給した。ま
た平板１２３（酸化剤極）にも孔ｅを通じて空気を供給
した。

【００８６】平板１２１（燃焼触媒を形成した平板）で
は常温から燃焼が開始して熱を発生した。それにより平
板１２２で改質反応も開始した。平板１２２で生じた水
素ガス、二酸化炭素、一酸化炭素、未反応のメタノール
水は孔ｈを通じて平板１２０へ送られた。また平板１２
４、平板１２３及び電解質板１２５からなる燃料電池部
では温度上昇と共に発電を開始した。作動の温度が１５
０℃に達したところで孔ｇによる平板１２４（燃料極）
への水素の供給を停止し、平板１２１（改質触媒を形成
した平板）への孔ｆから供給していた水素をメタノール
に切り替えた。水素供給を全て停止した後も引き続き発
電が起こった。

【００８７】上記燃料システムの温度は１２１に供給す
るメタノール量を調整することにより１５０℃に保っ
た。平板１２０（改質触媒を形成した平板）にて生じる
二酸化炭素及び未反応の水素等を含む排ガスは孔ｃを通
じて外部へ排出された。平板１２４（燃料極）上から生
じた未反応の水素は孔ｂを通じて外部へ排出された平板
１２３（酸化剤極）にて生じた水蒸気は、孔ａを通じて
外部へ排出された。以上詳述した如く改質器と燃料電池
を積層したコンパクトな燃料電池システムを得ることが
できた。

【００８８】

【発明の効果】以上詳述した如く本願発明によれば、従
来の改質器に用いられていたバーナ、反応槽、反応管等
の設備を用いることなく、改質反応に必要な熱を供給で
き、改質器を小型化でき、また、効率良く改質反応を起
こさせることができる。また、本願発明の燃料電池シス
テムは、改質器と一体化したことによりコンパクトな発
電システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明の改質器の構成図。

【図２】 本願発明の改質器の部分断面図。

【図３】 触媒を担持した部分断面図。

【図４】 本願発明の改質器の構成図。

【図５】 触媒担持体の断面図。

【図６】 触媒担持体の断面図。

【図７】 本発明の改質器の一部分を示す斜視図。

【図８】 形状記憶合金からなる配管を用いた改質シス
テムの概略図。

【図９】 形状記憶合金からなる配管を用いた燃料電池
システムの概略図。

【図１０】 本願発明の改質器と燃料電池スタックを体
積した燃料電池システムの概略図。

【図１１】 シリコンウェーハの斜視図。

【図１２】 実施例３に係る改質器の部分斜視図。

【図１３】 実施例３に係る改質器の断面図。

【図１４】 実施例５に係る平板の構成図。

【図１５】 実施例５に係る燃料電池システムの概略
図。

【図１６】 実施例６に係る燃料電池システムの改質部
を構成する平板の平面図。

【図１７】 実施例７に係る燃料電池システムの燃料電
池部を構成する平板の平面図。

【図１８】 実施例７に係る燃料電池システムの概略
図。

【図１９】 従来の改質器の概略図。

【符号の説明】

１，２，２０，２２…平板 ３，４，１５，１６，２
１，２３，３６…流体流路 ５…燃焼触媒 ６…改質触媒 １１…触媒粒子 １２…
多孔体 １３…燃焼触媒粒子 １４…改質触媒粒子 １
７…分離体 ２４…流体の流れる方向を示す矢印 ２
５，２６，２７，２８…孔 ３０，４２…改質器 ３
１，２５…電解質板 ３２…燃料極 ３３…酸化剤極 ３４，３５…ガス流路
３７…水素ガス選択性透過膜、水素イオン伝導膜 ４
１…燃料タンク ４３…改質燃料供給用の形状記憶合金
配管 ４４…触媒燃焼燃料供給用の形状記憶合金配管
４５…燃料電池 ４６…形状記憶合金からなる配管 ４７…ヒータ ４
８，８０…配管 ４９…圧力センサ ５１…シリコン基
板 ５２，５５…溝 ５３，５４…深溝 ５６，５８…触媒燃焼用基板 ５７…改質反応用基板
５９，６０…シリコン基板 ６１…加熱用ガス入口 ６
２…燃料ガス入口 ６３…加熱用ガス出口 ６４…水素含有ガス出口 ６５，６６…固定治具 ６７，６８…流体導入口 ６
９，７０…流体排出口 ７１…容器 ７２，７３…マイクロバルブ ８１…空気
供給配管 ８２，１０２…断熱材 ８９…細溝 ９０…燃料補給溝
９１…排気溝 ９２…補給孔 ９３…排気孔 ９４…通気口 １０１…
改質槽本体 １０３…外管 １０４…内管 １０５…改
質触媒 １０６…バーナー １０７…燃交換器 １０８…燃料タンク １０９…ポンプ １１０…反応管 １２０，１２１，１２２，１２３，１２４…平板 １２
６…水素イオン伝導性膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 槫松 一彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 羽中田 佳男 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溝を有する複数の平板を積層して流体通
   路を形成し、その隣接する一方の平板の溝の表面に改質
   触媒が形成され、他方の平板の溝の表面に燃焼触媒が形
   成されていることを特徴とする改質器。
2. 【請求項２】 燃料を触媒反応させて発熱する触媒反応
   層と、燃料改質を行う改質反応層とを積層した構造を有
   する改質器において、前記燃料の触媒反応層及び改質反
   応層への導入、及び触媒反応後の生成物及び改質反応後
   生成物の外部への排出を内部マニホールドにて行うこと
   を特徴とする改質器。
3. 【請求項３】 炭化水素基を有する化合物からなる燃料
   を水素に変換させる触媒を担持した多孔質体を備えた改
   質器において、触媒が多孔質体中に濃度傾斜を持って分
   布していることを特徴とする改質器。
4. 【請求項４】 燃料を収納する燃料タンクと、燃料を改
   質反応させ水素を発生させる改質器と、燃料タンクから
   改質器への燃料を送る配管とを備えた改質器において、
   前記配管の少なくとも一部が形状記憶合金よりなること
   を特徴とする改質システム。
5. 【請求項５】 平板が導電体より成る請求項１記載の改
   質器と、酸化剤極と燃料極と両電極間に挟持された電解
   質板とを積層したことを特徴とする燃料電池システム。