(57)【要約】【課題】 燃焼反応部の反応熱を効果的に利用して水素ガスを発生させるための反応効率及び熱効率を高めることができる平板型改質器及びこれを採用した燃料電池システムを提供する。【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
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【請求項１９】
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。
【請求項２０】
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。
【請求項２１】
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。
【請求項２２】
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。
【請求項２３】
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。
【請求項２４】
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。
【請求項２５】
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。
【請求項２６】
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。
【請求項２７】
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。
【請求項２８】
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。
【請求項２９】
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。
【請求項３０】
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。
【請求項３１】
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。
【請求項３２】
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。
【請求項３３】
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。
【請求項３４】
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。
【請求項３５】
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。
【請求項３６】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板型改質器及びこれを採用した燃料電池システムに関し、より詳細には、燃焼反応部の反応熱を効果的に利用して水素ガスを発生させるための反応効率及び熱効率を高めることができる平板型改質器及びこれを採用した燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
よく知られたように、燃料電池はメタノール、エチルアルコール、天然ガスのような炭化水素系列の物質内に含有されている水素と、酸素の化学反応エネルギを直接電気エネルギで変換させる、開発中のシステムである。
【０００３】
この燃料電池は、使用される電解質の種類によって、燐酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物型燃料電池、高分子電解質型またはアルカリ型燃料電池などに分類される。これらの燃料電池は、根本的に同じ原理によって作動するが、使用される燃料の種類、運転温度、触媒、及び電解質などが互いに異なる。
【０００４】
これらのうち、近年開発されている高分子電解質型燃料電池(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell : PEMFC、 以下、PEMFCという。)は、他の燃料電池に比べて出力特性が卓越で、作動温度が低く、同時に速い始動及び応答特性を持っており、自動車のような移動用電源は勿論、住宅、公共建物のような分散用電源及び電磁機器用のような小型電源など、その応用範囲が広いという長所を持つ。
【０００５】
前記のようなPEMFCは、基本的にシステムを構成するためにスタック(stack)、改質器(Reformer)、燃料タンク、及び燃料ポンプなどを具備する。スタックは、燃料電池の本体を形成し、燃料ポンプは燃料タンク内の燃料を改質器に供給する。 
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。
【０００６】
前記のような燃料電池システムにおいて、電気を実質的に発生させるスタックは、膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly：MEAと略される)と、これの両面に密着するセパレータ(separator)よりなる単位セルが、数個ないし数十個に積層された構造を持つ。 
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。
【０００７】
したがって、セパレータを介してアノード電極には水素ガスが供給される一方、 カソード電極には酸素が供給される。 この過程でアノード電極では水素ガスの酸化反応が起こる、カソード電極では酸素の還元反応が起こり、この時生成される電子の移動によって電気を発生させ、付随的に熱と水分を発生する。
【０００８】
前述の改質器は、熱エネルギによる化学触媒反応によって水素を含有した燃料から水素ガスを発生させる装置である。 通常、前記改質器は、前記熱エネルギを発生させる燃焼反応部と、前記熱エネルギを利用して前記燃料から水素ガスを発生させる改質反応部と、前記水素ガスに含有された一酸化炭素の濃度を低減させる一酸化炭素除去部を含む。
【０００９】
ところが、従来の改質器は、上記のような燃焼反応部と改質反応部が分散配置され、燃焼反応部から発生される熱を改質反応部に伝達する構造を持つところ、燃焼反応部と改質反応部の熱交換が直接的に起こらず、改質反応部の予熱時間が相対的に長くなって熱伝達パスが長くなるなど、熱効率面で不利であるという問題点がある。また、燃焼反応部と改質反応部とが別個である構造により、全体的なシステムの大きさをコンパクトに具現することができなくなるという問題点がある。
【００１０】
同時に、 従来の燃料電池システムは、初期駆動の時、改質器に供給される燃料を別に予熱するところ、 前記燃料を予熱することによるエネルギの消耗によって全体的なシステムの性能効率が落ちるようになるという問題点がある。
【００１１】
一方、従来の燃料電池システムに関する技術を記載した文献としては、下記特許文献１等がある。
【特許文献１】特開平７−１０９１０３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明は、上述した問題点を勘案したものであり、燃焼反応部の反応熱を効果的に利用して水素ガスを発生させるための反応効率及び熱効率を高めることができる平板型改質器及びこれを採用した燃料電池システムを提供することにその目的がある。また、全体システムの大きさをコンパクトに具現することができる平板型改質器及びこれを採用した燃料電池システムを提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を果たすために、本発明による平板型改質器は、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。
【００１４】
ここで、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。
【００１５】
また、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。
【００１６】
ここで、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、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、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。
【００１７】
また、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。
【００１８】
また、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。
【００１９】
また、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し、この場合、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。
【００２０】
また、本発明の平板型改質器は、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。
【００２１】
ここで、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し、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。
【００２２】
また、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し、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。
【００２３】
また、このような平板型改質器は、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。
【００２４】
さらに、前記目的を果たすために本発明による平板型改質器は、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を提供する。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように本発明による燃料電池システムによれば、酸化剤を供給する分配孔が分配室の底面に分散するように形成されているので、燃焼反応が前記燃焼室の全面にかけて行われるようになり、相当速い発熱反応である燃焼反応を調節することができ、かつ局所的な過熱個所であるホットスポットを防止するべく、燃焼熱を燃焼室に分散させて改質反応が均一に起こるようにする効果がある。
【００２６】
また、各種反応に必要な熱エネルギを効果的に利用して速かに伝達するように改質器の構造を改善することによって、全体的なシステムの熱効率及び運転性能をさらに高めることができる、全体的なシステムの大きさをコンパクトに具現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、 添付した図面を参照にして本発明の実施形態について詳しく説明する。 なお、本発明はいろいろの異なる形態に具現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
【００２８】
図1は、本発明の実施形態による燃料電池システムの全体的な構成を示した概路図である。
【００２９】
本発明による燃料電池システム100において、電気を生成するための燃料とは、メタノール、エタノールまたは天然ガスのように水素を含む狭義の燃料の外に、広義の燃料として水及び酸素がさらに含まれる。
【００３０】
ところが、以下において説明する燃料は、前記狭義の燃料として便宜上液状である燃料と定義し、前記液状の燃料と水を混合燃料と定義する。
【００３１】
そして、本発明の燃料電池システム100は、前記燃料に含有された水素と反応する酸化剤として別途の貯蔵手段に貯蔵された純粋な酸素ガスを使用することができ、酸素を含む空気をそのまま使用することも可能である。 しかし、以下では上記酸化剤として空気を使用する後者の例について説明する。
【００３２】
図1を参考すれば、本発明による燃料電池システム100は、基本的に前記液状の燃料から水素ガスを発生させる改質器200と、前記水素ガスと酸素の化学反応エネルギを電気エネルギに変換させて電気を発生するスタック10と、前記改質器200に燃料を供給する燃料供給源50と、前記スタック10と改質器200に酸素を供給する酸素供給源70を含んでなる。
【００３３】
このような燃料電池システム100は、前記改質器200を介して前記混合燃料から水素ガスを発生させ、この水素ガスをスタック10に供給して水素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高分子電解質型燃料電池方式を採用する。
【００３４】
前記燃料供給源50は、液状の燃料を貯蔵する第1タンク51と、水を貯蔵する第2タンク53と、それぞれの第1及び第2タンク51、53に連結設置される燃料ポンプ55を含む。
【００３５】
そして酸素供給源70は、所定のポンピング力を利用して空気を吸いこむ空気ポンプ71を具備する。
【００３６】
添付した図2は、本発明による改質器の第1実施形態の構造を見せた分解斜視図であり、図3は、図2の改質器で空気と燃料の流れを見せるための斜視図である。
【００３７】
本発明に適用される改質器200の第1実施形態は、図2に示したように、平板型反応部が積層されてなる構造であり、酸化剤と燃料が反応して所定の熱エネルギを発生させる燃焼反応部と、前記燃焼反応部の熱エネルギによって燃料と水が混合された混合燃料を予熱させる予熱部と、前記燃焼反応部の熱エネルギによる改質反応によって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反応部より構成される。
【００３８】
前記予熱部は、前記混合燃料の流れができるようにするチャンネル222が一面に形成される予熱プレート220と、前記予熱プレート220の一面に密着されて前記チャンネル222による通路を形成する蓋プレート210より構成される。
【００３９】
前記チャンネル222は、前記燃料と水が流入されて十分に混合するように長く形成することが好ましく、直角形態に折り曲げられた形状を持つ。
【００４０】
本発明の第1実施形態では、前記チャンネル222に混合燃料を流入するための流入口として、前記蓋プレート210に第1混合燃料供給孔212が形成される。前記第1混合燃料供給孔212は、前記蓋プレート210と予熱プレート220が積層された場合、前記チャンネル222の一端に連通する位置に形成され、混合燃料の流入ができるようにし、 前記チャンネル222の他端には前記チャンネル222に流入された混合燃料を改質反応プレート250に供給するための第2混合燃料供給孔224が形成される。
【００４１】
前記第2混合燃料供給孔224は、混合燃料の流入をより容易にするように、好ましくは複数個が形成され、本発明の第1実施形態では第2混合燃料供給孔224を2個形成した。
【００４２】
また、前記チャンネル222の他端は、混合燃料が2個の第2混合燃料供給孔224に均等に供給されるべく、図2に示したように、チャンネル222の中央部で折り曲げられて枝分かれしている。
【００４３】
また、前記予熱プレート220の下面には、酸化剤と燃料が反応しつつ所定の熱エネルギを発生させる燃焼反応部が配置されるが、前記燃焼反応部は流入した酸化剤が均等に分散しつつ排出されるように複数個の分配孔231a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231aを介して供給される酸化剤と燃料が反応して所定の熱エネルギを発生させるように酸化触媒層246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。
【００４４】
本発明は、前記酸化剤で空気を使用して前記酸化剤を燃焼反応部に供給するべく構成されており、本発明の前記蓋プレート210には酸化剤が流入する第1酸化剤流孔211が形成され、前記予熱プレート220には前記第1酸化剤流入孔211に連通して前記分配プレート230の分配室231に酸化剤を供給するための第2酸化剤流入孔221が形成される。
【００４５】
また、前記燃焼プレート240に燃料を供給するべく構成されており、前記蓋プレート210には第1燃料流入孔213が形成され、前記予熱プレート220には前記第1燃料流入孔213に連通し、前記燃焼プレート240に燃料を供給するための第2燃料流入孔223が形成され、前記分配プレート230には前記第2燃料流入孔223と連通して前記燃焼プレート240の燃焼室241に燃料を供給するための第3燃料流入孔233が形成される。
【００４６】
前記分配室231は、第2酸化剤流入孔221に流入する酸化剤が拡散する時、ガイドするように所定の角度に拡幅していく形状を持ち、前記分配孔231aは分配室231に不均一に分布するよう形成される。
【００４７】
前記分配孔231aの分布位置と直径及び個数は、燃焼プレート240の燃焼室241に流入する燃料の流量または流速による反応条件によって多様に調整することができる。
【００４８】
前記分配室231に流入された酸化剤は、分配室231に拡散された後、分配室231の底面に形成された複数個の分配孔231aによって燃焼プレート240の燃焼室241に流入するが、前記分配孔231aは分配室231の底面に分散するように形成されているので、 燃焼プレート240の燃焼室241の全面にかけて酸化剤と燃料が反応をして発熱をするようになるのである。
【００４９】
すなわち、本発明の燃焼反応部は、酸化剤を供給する分配孔231aが分配室231の底面に分散するように形成されているので、燃焼反応が前記燃焼室241の全面にかけて起こることができ、相当速い発熱反応である燃焼反応を調節することができ、ホットスポットを防止して燃焼熱を燃焼室241に分散させて均一に生じるようにする。
【００５０】
この時、予熱プレート220は酸化剤が流入する第2酸化剤流入孔221と、混合燃料が流れるためのチャンネル222、及び前記燃焼プレート240に燃料を供給するための第2燃料流入孔223がそれぞれ隔離されなければならないので、前記第2酸化剤流入孔221、前記チャンネル222 及び前記第2燃料流入孔223を隔離する第1ガスケット225が具備される。
【００５１】
前記第1ガスケット225は、それぞれの酸化剤、混合燃料、燃料がまじらないように隔離する役割をするもので、長方形形状に形成され、それぞれの第2酸化剤流入孔221、チャンネル222、及び第2燃料流入孔223を隔離するように3個が設置されるのが好ましい。
【００５２】
本発明では図2のように、複数個の第1ガスケット225を構成したが、一体型に形成することができることは勿論である。また、前記分配プレート230にも前記分配室231、 前記第3混合燃料供給孔234及び第3燃料流入孔233を隔離するように第2ガスケット235が具備される。
【００５３】
前記第2ガスケット235も同様にそれぞれの分配室231、前記第3混合燃料供給孔234 及び第3燃料流入孔233を隔離するように3個が設置されるのが好ましく、一体型に形成することができることは勿論である。また、前記燃焼プレート240の前記燃焼室241には、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242が形成され、 前記チャンネル222の他端に形成された第2混合燃料供給孔224から前記第3混合燃料供給孔234を介して混合燃料を改質反応プレート250に供給するための第4混合燃料供給孔244が形成される。したがって、前記燃焼プレート240は、前記燃焼室241と前記第4混合燃料供給孔244を隔離するように第3 ガスケット245が具備される。
【００５４】
一方、前記燃焼プレート240の下面には、前記予熱プレート220のチャンネル222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が設けられる改質反応室251を持つ改質反応プレート250が配置される。
【００５５】
前記改質反応室251は、前記第4混合燃料供給孔244と連通して予熱された混合燃料の供給を受け、前記改質反応室251に供給された混合燃料は、改質触媒層256により改質反応をする。
【００５６】
このように構成された本発明の第1実施形態は、前記予熱プレート220を通過しながら予熱される混合燃料が前記改質反応プレート250の改質反応室251に供給されるように、前記予熱プレート220のチャンネル222と前記改質反応プレート250が連通する構成を持つ。
【００５７】
このような構成を持った本発明の平板型改質器は、前記燃焼反応部で燃料の酸化反応によって発生する熱エネルギが前記予熱プレート220と改質反応プレート250に直接伝達して燃料を予熱するように前記予熱プレート220と前記改質反応プレート250の間に、前記燃焼プレート240が配置されて、相互に積層される構成を持つ。
【００５８】
したがって、本発明による平板型改質器は、予熱プレート220が燃焼反応部の分配プレート230の上面に接するように設置され、燃焼反応が起こる燃焼反応部で発生する熱を利用して混合燃料を改質反応プレート250に供給する前に予熱するようになり、吸熱反応である改質反応に必要な熱源を改質反応プレート250の上面に接する燃焼プレート240の燃焼反応を介して供給させる。
【００５９】
ここで、本発明の燃焼反応部は、酸化剤を供給する分配孔231aが分散するように形成され、燃焼反応が前記燃焼室241の全面にかけてなされるので、水蒸気改質反応に均一な熱供給を燃焼室241の全面に分散させて改質反応プレート250の全面にかけて改質反応が均一に起こるようにする。
【００６０】
一方、前記改質反応プレート250は、前記第1排出孔242と連通する第2排出孔252が形成され、前記改質反応室251には、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254が形成され、前記第2排出孔252と改質反応室251を隔離するように第4ガスケット255が具備される。
【００６１】
また、本発明の第1実施形態は、前記改質反応プレート250の下端に前記燃焼プレート240で反応した反応ガスが流入されて流れるためのチャンネル262が形成される加熱プレート260がさらに設置される。
【００６２】
前記加熱プレート260には、前記水素ガス排出孔254に連通する第2水素ガス排出孔261が形成され、前記チャンネル262と前記第2水素ガス排出孔261を隔離するように第5ガスケット165が具備される。
【００６３】
前記チャンネル262の端部には、反応ガスをスタックに供給するための反応ガス供給孔263が形成される。
【００６４】
このように加熱プレート260が設置された本発明の第1実施形態は、燃焼プレート240で反応した反応ガスが前記改質反応プレート250に熱を供給するので、改質反応がさらによく起こりえる。
【００６５】
このように構成された本発明の平板型改質器で、前記改質触媒層256は複雑な触媒コーティング工程を単純化することができる粒子状触媒が充填されてなることが好ましい。
【００６６】
この場合、前記粒子状触媒の飛散を防止するように前記第4混合燃料供給孔244や前記水素ガス排出孔254に網状体253が具備されることが好ましい。
【００６７】
前記網状体253は網の組職を持つ形状であり、前記網状体253を前記第4混合燃料供給孔244や前記水素ガス排出孔254に設置するために、前記第4混合燃料供給孔244や前記水素ガス排出孔254には段やリブなどの網状体を固定させることができる構造を適用することができる。また、前記酸化触媒層246も同様に粒子状触媒が充填されてなることができる。
【００６８】
しかし、本発明は前記燃焼反応部と改質反応部に粒子状触媒を充填することに限らず、触媒をコーティングするなどの方法によって酸化触媒層246と改質触媒層256を形成することができる。
【００６９】
触媒をコーティングする方法は多様に適用することができ、その中でも触媒層を薄く形成することができるウォッシュコーティング(wash  coating)で触媒層を形成すれば、触媒の量も減り、さらにコンパクトに構成することができ、熱伝逹効果を増進させることができる。
【００７０】
また、本発明の平板型改質器は、改質反応によって生ずる副産物である一酸化炭素をとり除くためのＰＲＯＸ反応部(図示せず)をさらに含んで構成することができる。
【００７１】
この場合、前記ＰＲＯＸ反応部は、改質器の外部に設置したり、前記加熱プレート260に連結されるように設置して改質器に一体に構成することもでき、本発明ではこれを限定しない。
【００７２】
このように構成された本発明の平板型改質器は、図3のように、前記予熱プレート220のチャンネル222を介して燃料と水が混合され、混合された燃料と水は燃焼反応が起こる燃焼反応部で発生する熱を利用して予熱された後に、第2混合燃料供給孔224、第3混合燃料供給孔234及び第4混合燃料供給孔244を介して前記改質反応プレート250に供給される。
【００７３】
本発明の改質反応プレート250の改質反応室251に供給された混合燃料は、前記改質反応プレート250の上面に接する燃焼プレート240の燃焼反応による燃焼熱を利用して改質反応をする。
【００７４】
したがって、このような本発明の平板型改質器は、改質反応部と燃焼反応部及び予熱部をプレート形態の反応器で組み合わせて効果的に反応熱を管理することができる。
【００７５】
また、酸化剤を供給する分配孔231aが分配室231の底面に分散するように形成されているので、燃焼反応が前記燃焼室241の全面にかけてなされるようになり、相当速い発熱反応である燃焼反応を調節することができ、ホットスポットを防止するようになる。
【００７６】
また、水蒸気改質反応に必要な熱供給を燃焼室241の全面に分散させて均一に起こるようにすることで、改質反応プレート250の改質反応が全面にかけて均一に起こるようにする。
【００７７】
また、本発明の第1実施形態では、前記改質反応プレート250に改質反応室251を具備したが、前記改質反応室251の代わりにマイクロチャンネルを形成することも可能であり、このようにマイクロチャンネルが形成された場合、反応器の大きさと触媒の使用量を顕著に減らすことができる。
【００７８】
添付した図4は、本発明による改質器の第2実施形態構造を示す分解斜視図であり、 図5は、図4の改質器で空気と燃料の流れを見せるための斜視図である。本発明の第2実施形態は、混合燃料の流れができるようにするチャンネル321が一面に形成される予熱プレート320と、前記予熱プレート320の一面に密着され、前記チャンネル321による通路を形成する蓋プレート310と、酸化剤が流入された後、均一に分散しながら排出されるように複数個の分配孔331aが形成される分配室331を持つ分配プレート330と、前記分配プレート330の分配孔331aを介して供給される酸化剤と燃料が反応して所定の熱エネルギを発生させるように、酸化触媒層345が設けられる燃焼室341を持つ燃焼プレート340と、前記予熱プレート320のチャンネル321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355が設けられる改質反応室351を持つ改質反応プレート350を含んで構成される。
【００７９】
ここで、前記蓋プレート310、予熱プレート320、分配プレート330、燃焼プレート340及び改質反応プレート350は端部分を溶接によって接合させる構造よりなる。
【００８０】
前記予熱プレート320は、チャンネル321の一端を介して混合燃料が流入するように前記チャンネル321の一端が流入口321aの役割をし、前記チャンネル321の他端には混合燃料を前記改質反応プレート350に供給するための第1混合燃料供給孔322が形成される。
【００８１】
また、前記分配プレート330は、前記分配室331の一側面に酸化剤が流入する流入口334が形成され、前記第1混合燃料供給孔322と連通する第2混合燃料供給孔332が形成される。
【００８２】
前記燃焼プレート340は、前記燃焼室341の両側面に燃料の流入口344と流出口343が対称的に形成され、前記第2混合燃料供給孔332と連通する第3混合燃料供給孔342が形成される。
【００８３】
前記改質反応プレート350は、前記第3混合燃料供給孔342に連通するように前記改質反応室351が形成され、前記改質反応室351の一側面には改質された水素ガスが排出される排出口352が形成される。
【００８４】
ここで、前記第1混合燃料供給孔322、第2混合燃料供給孔332及び第3混合燃料供給孔342は、複数個が形成されることが好ましい。
【００８５】
ここで、前記酸化触媒層345 及び改質触媒層355は、粒子状触媒が充填されてなるのが好ましく、前記粒子状触媒の飛散を防止するように前記第2混合燃料供給孔332 及び第3 混合燃料供給孔342には、網状体(図示せず)を備えていてもよい。また、燃料の流入口344と流出口343及び前記排出口352に網状体を備えていてもよい。
【００８６】
次に、このように構成された本発明の第2実施形態の作用を説明する。
【００８７】
前記分配プレート330の流入口334を介して流入された酸化剤は、前記分配プレート330の分配室331に分散するように形成された前記分配孔331aを介して前記燃焼プレート340に供給される。
【００８８】
これと同時に、前記燃焼プレート340にも燃料が供給され、前記液状の燃料と酸化剤は燃焼プレート340の酸化触媒層を経りつつ酸化触媒反応を起こす。このような過程を経るうちに、液状の燃料と空気が酸化触媒反応によって燃焼されながら所定温度の反応熱を発生させる。
【００８９】
この時、前記反応熱は、前記分配プレート330に接触された状態を維持している予熱プレート320に伝達され、前記予熱プレート320のチャンネル321に流れる混合燃料を予熱する。
【００９０】
前述したように、予熱された混合燃料は、第1混合燃料供給孔322、第2混合燃料供給孔332及び第3混合燃料供給孔342を介して改質反応プレート350に供給される。
【００９１】
この時、前記改質反応プレート350は、上面に燃焼プレート340が直接接しているので、前記燃焼プレート340で発生する反応熱の伝達を受け、前記反応室351では改質触媒層355による混合燃料の分解反応が進行されて二酸化炭素と水素を含んでいる水素ガスを発生させるのである。
【００９２】
このような本発明の第2実施形態も酸化剤を供給する分配孔331aが分配室331の底面に分散するように形成されているので、燃焼反応が前記燃焼室341の全面にかけてなされるようになり、相当速い発熱反応である燃焼反応を調節してホットスポットを防止し、水蒸気改質反応に必要な燃焼熱を燃焼室341の全面に分散させて均一に起こるようにすることで、改質反応プレート350の改質反応が全面にかけて均一に起こるようにすることができる。
【００９３】
前記のような分配プレート330が具備された本発明の燃焼反応部の作用効果を従来の燃焼反応部に比べてさらに詳しく説明する。
【００９４】
添付した図6aないし図6bは、従来の燃焼反応部及びその温度分布を示したグラフであり、図7a ないし図7bは、本発明による燃焼反応部及びその温度分布を示したグラフであり、従来の一般的な燃焼反応部(図6a参照)は、空気と燃料が一つの流入口を介して同時に注入される構造を持っている。
【００９５】
すなわち、燃焼室のあき空間に触媒を充填して空気と燃料を同時に送給するが、 このような従来の燃焼反応部での温度分布に関するシミュレーション結果をよく見れば、図6bのように、最高温度が2040Kで示され、最低温度は300KであってΔTが 1740Kになることが分かる。特に、従来の燃焼反応部は、空気と燃料が注入される入口側一部領域の温度が2040Kで高く現われ、出口側に行くほど温度が急降下して 300K程度の低温領域が広く形成されることが分かるが、これは空気と燃料を同時に送給することによって相当速い発熱反応である燃焼反応が入口側で起こることを示す。
【００９６】
したがって、このような従来の燃焼反応部は、局部的な領域の温度があまり高くなって高温のホットスポットが発生することを防止することができず、触媒の反応効率を低下させるという問題点があった。
【００９７】
一方、本発明の燃焼反応部は、図7aのように、分配プレートと燃焼プレートを別に具備して空気と燃料を別に供給し、前記分配プレートに形成された分配孔を介して空気を前記燃焼プレートに均一に供給するので、燃焼反応が全面に分散されるように起こる。
【００９８】
このような本発明の燃焼反応部での温度分布に関するシミュレーション結果をよく見れば、図7bのように、最高温度が1490Kに示され、最低温度は300KであってΔTが1190Kに示された。
【００９９】
しかし、前記最低温度にあたる300Kは、燃焼プレートの入口で現われ、実質的な燃焼反応が起こる燃焼室内部での温度は、953K〜1490Kの範囲となるようになり、温度分布において全面にかけて均等であることが分かる。
【０１００】
したがって、本発明は分配孔が形成された分配プレートを使用することで温度偏差を大きく減らすことができ、ホットスポットの温度を下げてホットスポットによる副反応を抑制するだけでなく、ホットスポットを分散させて均一な温度分布の形成及び維持が可能になるのである。
【０１０１】
添付した図8は、本発明による改質器の第3 実施形態構造を見せた分解斜視図であり、前記改質反応プレート450を中心に前記蓋プレート410、予熱プレート420、分配プレート430及び燃焼プレート440が上下対称となるように構成されたものである。
【０１０２】
すなわち、前記改質反応プレート450を中心に上部には前記蓋プレート410、予熱プレート420、分配プレート430及び燃焼プレート440が積層されており、前記改質反応プレート450の下部には前記蓋プレート490、予熱プレート480、分配プレート470及び燃焼プレート460が逆順に積層されて、上下対称となるように構成されたものである。
【０１０３】
このような構成を持つ本発明の第3実施形態は、前記改質反応プレート450に加える熱源が上部及び下部に設置されるので、改質反応がより円滑になされ、混合燃料の流路や酸化剤供給のための構造は、本発明の第2実施形態と同様であるからこれに対する説明は省略する。
【０１０４】
上述したように構成された本発明の平板型改質器による燃料電池システムの動作を第2実施形態を例を取り上げて詳しく説明する。
【０１０５】
まず、本発明のシステム100の初期起動の際に、燃料ポンプ55を稼動させて第1タンク51に貯蔵された液状の燃料を燃焼プレート340に供給する。これと同時に、空気ポンプ71を稼動させて空気を分配プレート330の内部空間に供給する。
【０１０６】
したがって、前記液状の燃料と空気は、燃焼プレート340の酸化触媒層を経りつつ酸化触媒反応を起こすようになる。こういう過程を経る間、液状の燃料と空気が酸化触媒反応によって燃焼されながら所定温度の反応熱を発生させる。
【０１０７】
この時、前記反応熱は予熱プレート320と改質反応プレート350に伝達されるようになる。このような状態で、燃料ポンプ55を稼動させて第1タンク51に貯蔵された液状の燃料と、第2タンク53に貯蔵された水を予熱プレート320に供給する。 
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。
【０１０８】
したがって、上述したように予熱された混合燃料は、第1混合燃料供給孔322、第2混合燃料供給孔332及び第3混合燃料供給孔342を介して改質反応プレート350に供給され、改質触媒層355を経りつつ熱エネルギを吸熱するようになる。
【０１０９】
こういう過程を経るうち、改質反応室351では改質触媒層355による混合燃料の分解反応が進行されて二酸化炭素と水素を含んでいる水素ガスを発生させる。
【０１１０】
次に、上述したように発生された水素ガスをスタック10に供給する。これと同時に、 空気ポンプ71を稼動させて空気をスタック10に供給する。
【０１１１】
そうすると、前記水素ガスは、セパレータの水素通路を介して膜電極接合体のアノード電極に供給される。 そして空気は、セパレータの空気通路を介して膜電極接合体のカソード電極に供給される。
【０１１２】
したがって、アノード電極では酸化反応により水素ガスを電子とプロトン(水素イオン)に分解する。そしてプロトンが電解質膜を介してカソード電極に移動し、電子は電解質膜を介して移動されず、セパレータを介して隣合う膜電極接合体のカソード電極に移動するようになるが、この時、電子の流れで電流を発生させて付随的に熱と水を発生させる。
【０１１３】
以上、添付の図を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、前記説明は単に本発明を説明することを目的としており、意味限定や請求の範囲に記載された本発明の請求の範囲を制限するためのものではない。したがって、前記説明によって当業者であれば、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で各種の変更および修正が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】図1は、本発明の実施形態による燃料電池システムの全体的な構成を示した概路図である。
【図２】図2は、本発明による改質器の第1実施形態の構造を示した分解斜視図である。
【図３】図3は、図2の改質器での空気と燃料の流れを見せるための斜視図である。
【図４】図4は、本発明による改質器の第2実施形態構造を見せた分解斜視図である。
【図５】図5は、図4の改質器での空気と燃料の流れを見せるための斜視図である。
【図６ａ】図6aは、従来の燃焼反応部の斜視図である。
【図６ｂ】図6bは、従来の燃焼反応部の温度分布を示したグラフである。
【図７ａ】図7aは、本発明による燃焼反応部の分解斜視図である。
【図７ｂ】図7bは、本発明による燃焼反応部の温度分布を示したグラフである。
【図８】図8は、本発明による改質器の第3実施形態の構造を示した分解斜視図である。
【図９】図9は、図8の改質器での空気と燃料の流れを見せるための斜視図である。
【図１０】図10は、図8の改質器での空気と燃料の流れを見せるための概略図である。
【符号の説明】
【０１１５】
改質器    ２００
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
【図１】
2006290737.tif 000003
【図２】
2006290737.tif 000004
【図３】
2006290737.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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