(57)【要約】【課題】本発明の目的は、各反応部間の熱交換が直接行われ、システム全体の大きさをコンパクトに実現することができる、プレートタイプの燃料電池用改質装置を提供することにある。【解決手段】本発明による燃料電池用改質装置は、チャンネルを一面に形成している少なくとも一つの反応基板と、前記反応基板の一面に配置される蓋プレートと、前記反応基板と前記蓋プレートとの間に形成されて、前記反応基板及び前記蓋プレートを一体に固定する接合部と、前記チャンネルの外側部位に形成されて、前記反応基板及び前記蓋プレートの接触面積を減少させながら、前記反応基板に提供される熱エネルギーを統制する熱処理部とを含む。【選択図】図３
2006128112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンネルを一面に形成している少なくとも一つの反応基板と、
前記反応基板の一面に配置される蓋プレートと、
前記反応基板と前記蓋プレートとの間に形成されて、前記反応基板及び前記蓋プレートを一体に固定する接合部と、
前記チャンネルの外側部位に形成されて、前記反応基板及び前記蓋プレートの接触面積を減少させながら、前記反応基板に提供される熱エネルギーを統制する熱処理部と、を含む、燃料電池用改質装置。
【請求項２】
前記反応基板は、
前記チャンネルを形成する第１部分、及び前記第１部分を除く残りの領域である第２部分から構成される、請求項１に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項３】
前記熱処理部は、
前記第２部分に相当する前記反応基板の少なくとも一側周縁部分に形成される少なくとも一つの溝を含む、請求項２に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項４】
前記溝は、前記反応基板及び前記蓋プレートの接合によって真空状態を維持する真空空間として形成され、
前記真空空間は、前記反応基板に提供される熱を断熱するための断熱部として構成される、請求項３に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項５】
前記溝は、前記反応基板及び前記蓋プレートの接合によって冷却媒体を流動させる冷却通路として形成され、
前記冷却通路は、前記反応基板に提供される熱を冷却するための冷却部として構成される、請求項３に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項６】
前記溝は、前記第１部分全体を囲むように前記反応基板の周縁部分に形成される、請求項３に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項７】
前記溝は複数形成される、請求項６に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項８】
前記熱処理部は、
前記第２部分に相当する前記反応基板の少なくとも一側周縁部分に形成される少なくとも一つの第１ホールと、前記第１ホールに対応する前記蓋プレートの周縁部分に形成されて、前記第１ホールと連通する第２ホールとを含む、請求項２に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項９】
前記接合部は、前記反応基板及び前記蓋プレートの密着部分に溶融形成されて、これらを接合させる、請求項１に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項１０】
前記接合部は、前記反応基板及び前記蓋プレートを構成する物質より融点が低い金属素材から形成される、請求項９に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項１１】
前記接合部はブレージングによって形成される、請求項１０に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項１２】
前記反応基板のチャンネルに触媒層を形成して構成される、請求項１に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項１３】
チャンネルを一面に形成している反応基板が積層されて形成される複数の反応部と、
前記反応基板のうちの最上側に位置する前記反応基板の一面に配置される蓋プレートと、
前記反応基板の間、及び前記最上側の反応基板と前記蓋プレートとの間に形成されて、前記反応基板及び前記蓋プレートを一体に固定する接合部と、
少なくとも一つの前記反応基板に形成されて、前記反応部に提供される熱エネルギーを統制する熱処理部と、を含む、燃料電池用改質装置。
【請求項１４】
前記熱処理部は、
前記反応基板の少なくとも一側周縁部分に形成される少なくとも一つの溝を含む、請求項１３に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項１５】
前記溝は、前記反応基板及び前記蓋プレートの接合によって真空状態を維持する真空空間として形成され、
前記真空空間は、前記反応部に提供される熱を断熱するための断熱部として構成される、請求項１４に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項１６】
前記溝は、前記反応基板及び前記蓋プレートの接合によって冷却媒体を流動させる冷却通路として形成され、
前記冷却通路は、前記反応部に提供される熱を冷却するための冷却部として構成される、請求項１４に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項１７】
前記接合部は金属をブレージングして形成される、請求項１３に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項１８】
前記反応部は、前記反応基板のチャンネルに触媒層を形成して構成される、請求項１３に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項１９】
前記反応部は、
前記チャンネルに触媒層を形成している熱源部用反応基板を有しながら、燃料の酸化反応によって熱エネルギーを発生させる熱源部と、
前記チャンネルに触媒層を形成している改質反応部用反応基板を有しながら、前記熱エネルギーによる燃料の改質反応によって前記燃料から水素を含む改質ガスを発生させる改質反応部と、を含む、請求項１８に記載の燃料電池用改質装置。
【請求項２０】
前記反応部は、
前記チャンネルに触媒層を形成している一酸化炭素低減部用反応基板を有しながら、前記改質ガス中に含まれている一酸化炭素の濃度を低減させる少なくとも一つの一酸化炭素低減部をさらに含む、請求項１９に記載の燃料電池用改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池用改質装置に関し、より詳しくは、プレートタイプの燃料電池用改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、燃料電池（Fuel  Cell）は、メタノール、エタノール、天然ガスのような炭化水素系の物質内に含まれている水素及び酸素の電気化学的な反応によって電気エネルギーを発生させる発電システムである。
【０００３】
このような燃料電池において、近来開発されている高分子電解質型燃料電池（Polymer  Electrolyte  Membrane  Fuel  Cell：以下、便宜上、ＰＥＭＦＣとする）は、出力特性が優れており、作動温度が低くて、速い始動及び応答特性を有するので、自動車のような移動用電源はもちろん、住宅や公共建物のような分散用電源、及び電子機器のような小型電源など、その応用範囲が広いという長所がある。
【０００４】
このようなＰＥＭＦＣ方式を採用した燃料電池システムは、スタック（stack）、改質装置（Reformer）、燃料タンク、及び燃料ポンプなどを備える。スタックは、複数の単位セルからなる電気発生集合体を形成し、燃料ポンプは、燃料タンク内の燃料を改質装置に供給する。そして、改質装置は、燃料を改質して水素を発生させて、この水素をスタックに供給する。
【０００５】
この中で、改質装置は、熱エネルギーによる化学触媒反応によって燃料から水素を発生させるものであって、前記熱エネルギーを発生させる熱源部、この熱エネルギーを吸熱して、燃料から水素を含む改質ガスを発生させる改質反応部、この改質ガス中に含まれている一酸化炭素の濃度を低減させる一酸化炭素低減部などを含んで構成される。
【０００６】
しかし、従来の燃料電池システムの改質装置は、前記のような熱源部、改質反応部、一酸化炭素低減部などが容器形態に構成されて、これら各々が配管によって連結されて分散配置されていたため、反応部間の熱交換が直接行われず、熱伝達の面で不利な問題点があった。また、各反応部が分散配置されることによって、システム全体の大きさをコンパクトに実現することができない問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記問題点を勘案したものであって、その目的は、各反応部間の熱交換が直接行われ、システム全体の大きさをコンパクトに実現することができる、プレートタイプの燃料電池用改質装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するために、本発明の例示的な実施例による燃料電池用改質装置は、チャンネルを一面に形成している少なくとも一つの反応基板と、前記反応基板の一面に配置される蓋プレートと、前記反応基板と前記蓋プレートとの間に形成されて、前記反応基板及び前記蓋プレートを一体に固定する接合部と、前記チャンネルの外側部位に形成されて、前記反応基板及び前記蓋プレートの接触面積を減少させながら、前記反応基板に提供される熱エネルギーを統制する熱処理部とを含む。
【０００９】
前記燃料電池用改質装置において、前記反応基板は、前記チャンネルを形成する第１部分、及び前記第１部分を除く残りの領域である第２部分から構成される。
【００１０】
前記燃料電池用改質装置において、前記熱処理部は、前記第２部分に相当する前記反応基板の少なくとも一側周縁部分に形成される少なくとも一つの溝を含むことができる。この場合、前記溝は、前記反応基板及び前記蓋プレートの接合によって真空状態を維持する真空空間として形成され、前記真空空間は、前記反応基板に提供される熱を断熱するための断熱部として構成される。そして、前記溝は、前記反応基板及び前記蓋プレートの接合によって冷却媒体を流動させる冷却通路として形成され、前記冷却通路は、前記反応基板に提供される熱を冷却するための冷却部として構成されることもできる。
【００１１】
前記燃料電池用改質装置において、前記溝は、前記第１部分全体を囲むように前記反応基板の周縁部分に形成されることができる。この場合、前記溝は複数形成されることもできる。
【００１２】
前記燃料電池用改質装置において、前記熱処理部は、前記第２部分に相当する前記反応基板の少なくとも一側周縁部分に形成される少なくとも一つの第１ホール、及び前記第１ホールに対応する前記蓋プレートの周縁部分に形成されて、前記第１ホールと連通する第２ホールを含むこともできる。
【００１３】
前記燃料電池用改質装置において、前記接合部は、前記反応基板及び前記蓋プレートの密着部分に溶融形成されるブレージング（brazing）によって、前記反応基板及び前記蓋プレートを一体に固定することができる。この場合、前記接合部は、前記反応基板及び前記蓋プレートを構成する物質より融点が低い金属素材から形成されることができる。
【００１４】
前記燃料電池用改質装置は、前記反応基板のチャンネルに触媒層を形成して構成される。
【００１５】
また、本発明の例示的な他の実施例による燃料電池用改質装置は、チャンネルを一面に形成している反応基板が積層されて形成される複数の反応部と、前記反応基板のうちの最上側に位置する前記反応基板の一面に配置される蓋プレートと、前記反応基板の間、及び前記最上側の反応基板と前記蓋プレートとの間に形成されて、前記反応基板及び前記蓋プレートを一体に固定する接合部と、少なくとも一つの前記反応基板に形成されて、前記反応部に提供される熱エネルギーを統制する熱処理部とを含む。
【００１６】
前記燃料電池用改質装置において、前記熱処理部は、前記反応基板の少なくとも一側周縁部分に形成される少なくとも一つの溝を含むことができる。この場合、前記溝は、前記反応基板及び前記蓋プレートの接合によって真空状態を維持する真空空間として形成され、前記真空空間は、前記反応部に提供される熱を断熱するための断熱部として構成される。そして、前記溝は、前記反応基板及び前記蓋プレートの接合によって冷却媒体を流動させる冷却通路として形成され、前記冷却通路は、前記反応部に提供される熱を冷却するための冷却部として構成されることもできる。
【００１７】
前記燃料電池用改質装置において、前記接合部は金属をブレージングして形成されることができる。
【００１８】
前記燃料電池用改質装置において、前記反応部は、前記反応基板のチャンネルに触媒層を形成して構成される。
【００１９】
前記燃料電池用改質装置において、前記反応部は、前記チャンネルに触媒層を形成している熱源部用反応基板を有しながら、燃料の酸化反応によって熱エネルギーを発生させる熱源部と、前記チャンネルに触媒層を形成している改質反応部用反応基板を有しながら、前記熱エネルギーによる燃料の改質反応によって前記燃料から水素を含む改質ガスを発生させる改質反応部とを含むことができる。
【００２０】
前記燃料電池用改質装置において、前記反応部は、前記チャンネルに触媒層を形成している一酸化炭素低減部用反応基板を有しながら、前記改質ガス中に含まれている一酸化炭素の濃度を低減させる少なくとも一つの一酸化炭素低減部をさらに含むこともできる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、プレートタイプの簡単な構造に改質装置を構成することによって、システム全体の大きさをコンパクトに実現することができる。
【００２２】
また、本発明によれば、各反応部を積層して改質装置を構成し、各反応部に提供される熱エネルギーを統制するための熱処理部を備えることによって、改質装置全体の熱効率及び反応効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例について、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は、多様な相異した形態で実現でき、ここで説明する実施例に限定されない。
【００２４】
図１は本発明の実施例に適用される燃料電池システムの全体的な構成を概略的に示したブロック図である。
【００２５】
この図面を参照して本発明に実施例に適用される燃料電池システム１００を説明すれば、この燃料電池システム１００は、燃料を改質して水素を含む改質ガスを発生させて、この改質ガスの酸化反応及び酸化剤ガスの還元反応によって電気エネルギーを発生させる方式に構成される。
【００２６】
このような燃料電池システム１００に使用される燃料は、メタノール、エタノール、ガソリン、ＬＰＧ、ＬＮＧなどのように水素を含む液体または気体の燃料がある。しかし、本実施例で説明する以下の燃料は、便宜上、液体の燃料として定義する。
【００２７】
そして、本燃料電池システム１００は、酸化剤ガスとして、別途の保存手段に保存された純粋な酸素ガスを使用することも、酸素を含む空気をそのまま使用することもできる。しかし、以下では後者を例に挙げて説明する。
【００２８】
このような燃料電池システム１００は、水素及び酸素の酸化反応及び還元反応によって電気エネルギーを発生させるスタック１０と、燃料を改質して水素を含む改質ガスを発生させて、この改質ガスをスタック１０に供給する改質装置３０と、燃料を改質装置３０に供給する燃料供給源５０と、酸素をスタック１０及び改質装置３０に各々供給する酸素供給源７０とを含んで構成される。
【００２９】
スタック１０は、改質装置３０及び酸素供給源７０に連結設置されて、この改質装置３０から改質ガスの供給を受け、酸素供給源７０から酸素の供給を受けて、水素及び酸素の酸化及び還元反応によって電気エネルギーを発生させるセル（cell）単位の電気発生部１１を含む。
【００３０】
ここで、電気発生部１１は、通常の膜-電極接合体（Membrane-Electrode  Assembly：ＭＥＡ）１２を中心において、その両面にセパレータ（Separator）（当業界では“二極式プレート（bipolar  plate）”ともいう）１６を密着するように配置して構成される最少単位の燃料電池（fuel  cell）に構成される。
【００３１】
したがって、このような電気発生部１１を複数備え、これら電気発生部１１を連続的に配置することによって、電気発生部１１の集合体構造によるスタック１０を形成することができる。このようなスタック１０の構成は、通常の高分子電解質型燃料電池のスタックの構成からなることができるので、本明細書ではその詳細な説明は省略する。
【００３２】
本発明の実施例で、改質装置３０は、燃料の酸化反応によって熱エネルギーを発生させて、この熱エネルギーを利用した燃料の触媒反応、例えば水蒸気改質、部分酸化、または自熱反応などによって水素を含む改質ガスを発生させて、この改質ガスに含まれている一酸化炭素の水性ガス転換（Water-Gas  Shift  Reaction：ＷＧＳ）反応及び選択的酸化（Preferential  CO  Oxydation：ＰＲＯＸ）反応によって一酸化炭素の濃度を低減させる構造からなる。このような改質装置３０の構成は、図２及び図３を参照して後述する。
【００３３】
このような改質装置３０に燃料を供給するための燃料供給源５０は、燃料を保存する燃料タンク５１と、この燃料タンク５１に保存された燃料を排出させる燃料ポンプ５３とを含んでいる。
【００３４】
そして、酸素供給源７０は、所定のポンピング力で空気を吸入して、この空気をスタック１０の電気発生部１１及び改質装置３０に供給する空気ポンプ７１を備える。本実施例で、酸素供給源７０は、図面のように単一の空気ポンプ７１を通じてスタック１０及び改質装置３０に空気を各々供給する構造からなっているが、これに限定されず、スタック１０及び改質装置３０に各々連結設置される一対の空気ポンプからなることもできる。
【００３５】
以下、本発明の実施例による改質装置３０の構成を、添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００３６】
図２は本発明の例示的な実施例による燃料電池用改質装置の構造を示した分解斜視図であり、図３は図２の結合断面構成図である。
【００３７】
図面を参照すれば、本発明の実施例による改質装置３０は、燃料及び空気の酸化反応によって熱エネルギーを発生させ、この熱エネルギーによる燃料の改質反応によって水素を含む改質ガスを発生させて、この改質ガスに含まれている一酸化炭素の濃度を低減させることができる複数の反応部３１、３２、３３、３４のうちの少なくとも一つの反応部を含んで構成される。
【００３８】
具体的に、このような反応部３１、３２、３３、３４は、燃料及び空気の酸化反応によって熱エネルギーを発生させる熱源部３１と、この熱エネルギーを利用した燃料の改質反応によって水素を含む改質ガスを発生させる改質反応部３２と、改質ガスに含まれている一酸化炭素の水性ガス転換（Water-Gas  Shift  Reaction：ＷＧＳ）反応によって一酸化炭素の濃度を１次的に低減させる第１一酸化炭素低減部３３と、改質ガスに含まれている一酸化炭素の選択的酸化（Preferential  CO  Oxydation：ＰＲＯＸ）反応によって一酸化炭素の濃度を２次的に低減させる第２一酸化炭素低減部３４とを備えることができる。ここで、本実施例による改質装置３０は、前記ような反応部３１、３２、３３、３４の中から選択されるいずれか一つまたは二つ以上を積層して構成される。
【００３９】
本実施例で、反応部３１、３２、３３、３４は、チャンネル３１ｃ、３２ｃ、３３ｃ、３４ｃを一面に形成している反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａと、反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａの一面に配置される蓋プレート４０とを備える。
【００４０】
反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａは、所定の幅及び長さを有する四角形のプレート形状であって、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、ニッケル、鉄などの金属物質からなる。ここで、反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａは、チャンネル３１ｃ、３２ｃ、３３ｃ、３４ｃを形成する部分を第１部分（Ａ）として定義し、この第１部分（Ａ）を除く残りの領域を第２部分（Ｂ）として定義することができる。
【００４１】
蓋プレート４０は、反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａの一面を覆うプレートであって、反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａと同一な金属素材で形成されることができる。
【００４２】
このような反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａと蓋プレート４０との間には、これらを固定する接合部６０が形成され、このような接合部６０については後述する。
【００４３】
このような各反応部をさらに具体的に説明する。
【００４４】
本実施例で、熱源部３１は、燃料の改質に必要な予め設定された温度範囲の熱エネルギーを発生させるための発熱反応部であって、触媒による燃料及び空気の酸化反応によってこの燃料及び空気を燃焼させる機能をする。
【００４５】
この熱源部３１は、燃料及び空気の流動を可能にする第１チャンネル３１ｃが形成されてプレートタイプからなる第１反応基板３１ａを備え、第１チャンネル３１ｃの表面には、燃料及び空気の酸化反応を促進するための通常の酸化触媒層３１ｅが形成されている。この時、第１チャンネル３１ｃは、基板本体３１ｂの上面から任意の間隔をおいて突出形成されたリーブ３１ｈの間の空間によって形成されることができる。このような第１チャンネル３１ｃは、基板本体３１ｂの上面に対して任意の間隔をおいて直線状態に配置され、その両端を交互に連結して形成されている。以下で説明する第２チャンネル３２ｃ、第３チャンネル３３ｃ、及び第４チャンネル３４ｃも、このような形状からなることができる。
【００４６】
このような第１反応基板３１ａの上面に配置される蓋プレート４０は、第１チャンネル３１ｃ及び蓋プレート４０の蓋面によって燃料及び空気を流動させることができる第１通路３１ｄを形成することができる。
【００４７】
したがって、本実施例による熱源部３１は、第１通路３１ｄに燃料及び空気が供給されると、酸化触媒層３１ｅによる燃料及び空気の酸化反応によって予め設定された温度範囲の熱エネルギーを発生させる。
【００４８】
そして、改質反応部３２は、熱源部３１から発生する予め設定された温度範囲の熱エネルギーを吸熱して、燃料供給源５０から供給される燃料の改質反応によって水素を含む改質ガスを発生させる機能をする。
【００４９】
この改質反応部３２は、燃料の流動を可能にする第２チャンネル３２ｃが形成されてプレートタイプからなる第２反応基板３２ａを備え、第２チャンネル３２ｃの表面には、燃料の改質反応を促進するための通常の改質触媒層３２ｅが形成されている。
【００５０】
このような第２反応基板３２ａの上面に配置される蓋プレート４０は、第２チャンネル３２ｃ及び蓋プレート４０の蓋面によって燃料を流動させることができる第２通路３２ｄを形成することができる。
【００５１】
したがって、本実施例による改質反応部３２は、熱源部３１から予め設定された温度範囲の熱エネルギーを吸熱した状態で第２通路３２ｄに燃料が供給されると、改質触媒層３２ｅによる燃料の改質反応によって水素を含む改質ガスを発生させる。
【００５２】
そして、第１一酸化炭素低減部３３は、改質反応部３２で発生する予め設定された温度範囲の改質ガスの提供を受けて、この改質ガスに含まれている一酸化炭素の水性ガス転換反応によって追加の水素を発生させて、一酸化炭素の濃度を低減させる機能をする。
【００５３】
この第１一酸化炭素低減部３３は、改質ガスの流動を可能にする第３チャンネル３３ｃが形成されてプレートタイプからなる第３反応基板３３ａを備え、第３チャンネル３３ｃの表面には、一酸化炭素の水性ガス転換反応を促進するための通常の水性ガス転換触媒層３３ｅが形成されている。
【００５４】
このような第３反応基板３３ａの上面に配置される蓋プレート４０は、第３チャンネル３３ｃ及び蓋プレート４０の蓋面によって改質ガスを流動させることができる第３通路３３ｄを形成することができる。
【００５５】
したがって、本実施例による第１一酸化炭素低減部３３は、改質反応部３２から発生する改質ガスが第３通路３３ｄに供給されると、水性ガス転換触媒層３３ｅによる一酸化炭素の水性ガス転換反応によって水素を発生させると同時に、一酸化炭素の濃度を１次的に低減させる。
【００５６】
そして、第２一酸化炭素低減部３４は、第１一酸化炭素低減部３３から一酸化炭素の濃度が１次的に低減された改質ガスの提供を受け、酸素供給源７０から空気の提供を受けて、この改質ガスに含まれている一酸化炭素及び空気中に含まれている酸素の選択的酸化反応によって熱を発生させて、一酸化炭素の濃度を２次的に低減させる機能をする。
【００５７】
この第２一酸化炭素低減部３４は、改質ガス及び空気の流動を可能にする第４チャンネル３４ｃが形成されてプレートタイプからなる第４反応基板３４ａを備え、第４チャンネル３４ｃの表面には、一酸化炭素の選択的酸化反応を促進するための通常の選択的酸化触媒層３４ｅが形成されている。
【００５８】
このような第４反応基板３４ａの上面に配置される蓋プレート４０は、第４チャンネル３４ｃ及び蓋プレート４０の蓋面によって改質ガス及び空気を流動させることができる第４通路３４ｄを形成することができる。
【００５９】
したがって、本実施例による第２一酸化炭素低減部３４は、第１一酸化炭素低減部３３によって１次的に一酸化炭素の濃度が低減された改質ガス及び空気が第４通路３４ｄに供給されると、改質ガス中に含まれている一酸化炭素及び空気中に含まれている酸素の選択的酸化触媒層３４ｅによる選択的酸化反応によって熱を発生させると同時に、一酸化炭素の濃度を２次的に低減させる。
【００６０】
このように構成される反応部３１、３２、３３、３４において、反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａと蓋プレート４０との間には、これらを一体に固定する接合部６０が形成されている。
【００６１】
この接合部６０は、反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ及び蓋プレート４０の密着部分に形成されることができる。ここで、反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ及び蓋プレート４０の密着部分とは、各反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａのチャンネル３１ｃ、３２ｃ、３３ｃ、３４ｃが形成されない部分、及びこれに接触する蓋プレート４０の蓋面をいう。
【００６２】
本実施例で、このような接合部６０は金属を溶融して形成されることができる。つまり、接合部６０は、図２に示したように、チャンネル３１ｃ、３２ｃ、３３ｃ、３４ｃに対応する開放部８１を有する金属薄板８０をブレージング（brazing）して形成されることができる。
【００６３】
前記接合部６０がこのような方法で形成されるので、接合部６０を構成する金属薄板８０は、反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ及び蓋プレート４０を構成する物質より融点が低いのが好ましい。これは、金属薄板８０に熱を加えて接合部６０を形成する時に、反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ及び蓋プレート４０を変形させないで反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ及び蓋プレート４０を密着固定するためである。
【００６４】
そのために、接合部６０を構成する金属は、銅、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、鉄、及びこれを各々含む合金からなる群より選択されるいずれか一つの物質からなる。この時、接合部６０を構成する金属が反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ及び蓋プレート４０を構成する物質を含む合金からなれば、異種金属間の異なる性質によって発生する可能性のあるクラックを防止することができる。
【００６５】
本実施例では、このような金属素材の接合部６０によって、反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ及び蓋プレート４０が堅固に固定される。
【００６６】
このように、本実施例による改質装置３０では、反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａと蓋プレート４０との間に金属薄膜８０（図２）を位置させた後、ブレージングして接合部６０を形成するため、改質装置３０の全体的な製造工程が単純で、生産性が向上して、接合部６０によって反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａと蓋プレート４０との間の気密維持を向上させることができる効果がある。
【００６７】
前記のように構成される改質装置３０において、反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａのチャンネルの外側部位に本発明による熱処理部１１０が提供されるが、この熱処理部１１０は、反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ及び蓋プレート４０の接触面積を減少させながら、この反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａに提供される熱エネルギーを統制する、いわゆる断熱手段または冷却手段としての機能をする。
【００６８】
本実施例で、熱処理部１１０は、反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ及び蓋プレート４０の接合によってチャンネル３１ｃ、３２ｃ、３３ｃ、３４ｃの外側部位に形成される所定の内部空間として構成され、この内部空間は、反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａの第２部分（Ｂ）に形成される少なくとも一つの溝１１１によって形成されることができる。
【００６９】
この溝１１１は、第２部分（Ｂ）に相当する反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａの少なくとも一側周縁部分にチャンネル形態に形成され、本実施例の図面のように、反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａの一側周縁方向に長く形成されている。
【００７０】
具体的に、このような溝１１１は、反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ及び蓋プレート４０のブレージング接合によって所定の内部空間として形成されることができる。このような内部空間は、真空状態を維持しながら、第１、２、３反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａに提供される熱を断熱する断熱部１１５として構成される。また、この内部空間は、冷却媒体が流動可能な冷却通路として形成されながら、第４反応基板３４ａに提供される熱を冷却するための冷却部１１７として構成される。
【００７１】
本実施例で、断熱部１１５は、第１、２、３反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ及び蓋プレート４０が真空炉（furnace）でブレージング接合されることによって、第１、２、３反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａの第２部分（Ｂ）に形成された溝１１１によって真空状態を維持する真空空間として形成されることができる。つまり、断熱部１１５は、熱源部３１、改質反応部３２、及び第１一酸化炭素低減部３３に対して真空空間に形成されて、これら反応部３１、３２、３３に提供される熱エネルギーを真空空間によって断熱するようになる。したがって、各反応部３１、３２、３３は、この断熱部１１５によって、これらの固有の運転温度の範囲を維持することができるようになる。
【００７２】
本実施例で、冷却部１１７は、第４反応基板３４ａ及び蓋プレート４０がブレージング接合されることによって、第４反応基板３４ａの第２部分（Ｂ）に形成された溝１１１によって冷却媒体を流動させることができる冷却通路として形成されることができる。つまり、冷却部１１７は、第２一酸化炭素低減部３４に対して冷却通路として形成されて、一酸化炭素及び空気の選択的酸化反応によって第２一酸化炭素低減部３４で発生する熱を冷却するようになる。したがって、第２一酸化炭素低減部３４は、この冷却部１１７によって、固有の運転温度の範囲を維持することができるようになる。
【００７３】
図４Ａ乃至図４Ｆは本発明の実施例に対する熱処理部の変形例を示した反応基板の平面構成図である。
【００７４】
図４Ａは本実施例に対する熱処理部の第１変形例であって、この場合は、反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａの第２部分（Ｂ）に対して直角をなす周縁部分にチャンネル形態に形成される溝１１１によって、熱処理部１１０（図３）を構成することができる。
【００７５】
図４Ｂは本実施例に対する熱処理部の第２変形例であって、この場合は、反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａの第２部分（Ｂ）に対して互いに平行な一対の周縁部分にチャンネル形態に形成される溝１１１によって、熱処理部１１０（図３）を構成することができる。
【００７６】
図４Ｃは本実施例に対する熱処理部の第３変形例であって、この場合は、反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａの第２部分（Ｂ）に対していずれか一側周縁部分を除く残りの周縁部分にチャンネル形態に形成される溝１１１によって、熱処理部１１０（図３）を構成することができる。
【００７７】
図４Ｄは本実施例に対する熱処理部の第４変形例であって、この場合は、反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａの第２部分（Ｂ）に対して第１部分（Ａ）を囲むようにこの反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａの周縁部分全体にチャンネル形態に形成される溝１１１によって、熱処理部１１０（図３）を構成することができる。
【００７８】
図４Ｅは本実施例に対する熱処理部の第５変形例であって、この場合は、前記第４変形例と同一な溝１１１を二重に配置して、熱処理部１１０（図３）を構成することができる。  しかし、本発明は必ずしもこれに限定されず、前記変形例と同一な溝１１１を反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａの第２部分（Ｂ）に多重に配置して、熱処理部１１０（図３）を構成することもできる。
【００７９】
図４Ｆは本実施例に対する熱処理部の第６変形例であって、この場合は、反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａの第２部分（Ｂ）に対してこの反応基板３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａの周縁部分に沿って一定の間隔で離隔するように連続的に配置される複数の溝１１１によって、熱処理部１１０（図３）を構成することができる。
【００８０】
図５は本発明の例示的な他の実施例による燃料電池用改質装置の構造を示した断面構成図である。
【００８１】
図面を参照すれば、本実施例による改質装置１３０は、第４反応基板１３４ａの周縁部分に形成される複数の第１ホール１２１ａ、及び第１ホール１２１ａに対応する蓋プレート１４０の周縁部分に形成されて、第１ホール１２１ａと互いに連通する第２ホール１２１ｂを有する熱処理部１２０を備える。
【００８２】
このような熱処理部１２０は、第２一酸化炭素低減部１３４に形成されて、第１ホール１２１ａ及び第２ホール１２１ｂを通じて冷却媒体が流動する冷却通路として形成されることができる。
【００８３】
本実施例による改質装置１３０のその他の構成及び作用は前記実施例と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００８４】
図６は本発明の例示的な他の実施例による燃料電池用改質装置の構造を示した断面構成図である。
【００８５】
図面を参照すれば、本実施例による改質装置２３０は、前記実施例と同一な反応部２３１、２３２、２３３、２３４が互いに積層された構造からなる。
【００８６】
このような改質装置２３０は、熱源部２３１の上側に改質反応部２３２及び第１一酸化炭素低減部２３３を順次に積層し、熱源部２３１の下側に第２一酸化炭素低減部２３４を積層して構成することができる。
【００８７】
具体的に、本実施例による改質装置２３０は、第１反応基板２３１ａの上面に第２反応基板２３２ａ、第３反応基板２３３ａ、及び蓋プレート２４０が順次に積層され、第１反応基板２３１ａの下面に第４反応基板２３４ａが積層されて構成される。
【００８８】
このような反応基板２３１ａ、２３２ａ、２３３ａ、２３４ａと蓋プレート２４０との間には、これらを一体に接合する接合部２６０が形成されている。そして、各々の反応部２３１、２３２、２３３、２３４には、反応基板２３１ａ、２３２ａ、２３３ａ、２３４ａに提供される熱エネルギーを統制する熱処理部２１０が形成されている。
【００８９】
このような接合部２６０及び熱処理部２１０は、前記実施例と同一な構成からなるので、本実施例では詳細な説明は省略する。
【００９０】
以上で、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲、発明の詳細な説明、及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも当然本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の実施例に適用される燃料電池システムの全体的な構成を概略的に示したブロック図である。
【図２】本発明の例示的な実施例による燃料電池用改質装置の構造を示した分解斜視図である。
【図３】図２の結合断面構成図である。
【図４Ａ】本発明の実施例に対する熱処理部の変形例を示した反応基板の平面構成図である。
【図４Ｂ】本発明の実施例に対する熱処理部の変形例を示した反応基板の平面構成図である。
【図４Ｃ】本発明の実施例に対する熱処理部の変形例を示した反応基板の平面構成図である。
【図４Ｄ】本発明の実施例に対する熱処理部の変形例を示した反応基板の平面構成図である。
【図４Ｅ】本発明の実施例に対する熱処理部の変形例を示した反応基板の平面構成図である。
【図４Ｆ】本発明の実施例に対する熱処理部の変形例を示した反応基板の平面構成図である。
【図５】本発明の例示的な他の実施例による燃料電池用改質装置の構造を示した断面構成図である。
【図６】本発明の例示的な他の実施例による燃料電池用改質装置の構造を示した断面構成図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０    スタック
１１    電気発生部
１２    膜-電極接合体
１６    セパレータ
３０    改質装置
３１    熱源部
３２    改質反応部
３３    第１一酸化炭素低減部
３４    第２一酸化炭素低減部
３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ    反応基板
３１ｂ    基板本体
３１ｃ、３２ｃ、３３ｃ、３４ｃ    チャンネル
３１ｄ、３２ｄ、３３ｄ、３４ｄ    第１、第２、第３、第４通路
３１ｅ    酸化触媒層
３２ｅ    改質触媒層
３３ｅ    水性ガス転換触媒層
３４ｅ    選択的酸化触媒層
４０    蓋プレート
５０    燃料供給源
５１    燃料タンク
５３    燃料ポンプ
６０    接合部
７０    酸素供給源
７１    空気ポンプ
８０    金属薄板
８１    開放部
１００    燃料電池システム
１１０    熱処理部
１１５    断熱部
１１７    冷却部
【図１】
2006128112.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006128112.tif 000005
【図４Ａ】
2006128112.tif 000006
【図４Ｂ】
2006128112.tif 000007
【図４Ｃ】
2006128112.tif 000008
【図４Ｄ】
2006128112.tif 000009
【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５】
2006128112.tif 000012
【図６】
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