(57)【要約】【課題】水素燃焼器に用いる電気加熱触媒担体において、燃料ガスの燃焼によって生じる水がコアに付着すると、触媒が反応温度に達しにくくなる。【解決手段】金属製薄板から成る箔材２を中心電極３を中心として多重に巻回して形成したコア１を金属製の外筒４内に挿入し、外筒４とコア１、及び中心電極３とコア１とを電気的に接続した電気加熱触媒担体であって、箔材２に水抜き用の孔５を設けたことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製薄板から成る箔材（２）を中心電極（３）を中心として多重に巻回して形成したコア（１）を金属製の外筒（４）内に挿入し、外筒（４）とコア（１）、及び中心電極（３）とコア（１）とを電気的に接続した電気加熱触媒担体であって、箔材（２）に水抜き用の孔（５）を設けたことを特徴とする電気加熱触媒担体。
【請求項２】
コア（１）の径方向の中間部分の箔材（２）に孔（５）を設けたことを特徴とする請求項１記載の電気加熱触媒担体。
【請求項３】
箔材（２）の表面に撥水性触媒が担持されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電気加熱触媒担体。
【請求項４】
箔材（３）における孔（５）を設けた部位の開孔率が１３〜７８％であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項記載の電気加熱触媒担体。
【請求項５】
孔（５）の直径が０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項記載の電気加熱触媒担体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池車の水素燃焼器等に用いられる電気加熱触媒担体に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、燃料電池車においては、水素を燃料とする水素燃焼器が用いられている。この種の水素燃焼器では、水素ガスと空気の混合ガスを触媒に触れさせて酸化させるが、始動時に触媒を酸化反応に適した温度に加熱する必要がある。そこで、電気を用いて触媒を加熱する電気加熱触媒担体が用いられている。
【０００３】
この電気加熱触媒担体は、金属製薄板から成る帯状の箔材を中心電極を中心として多重に巻回して形成したコアを金属製の外筒内に挿入し、外筒とコア、及び中心電極とコアとを電気的に接続したもので、通電すると、コアが発熱して担持された触媒の活性が高まることになる。
【０００４】
ところで、水素燃焼器では、水素の燃焼によって水が発生するが、電気加熱触媒担体のコアに水滴が付着すると、触媒温度が反応温度に達しにくくなるため、着火しにくくなるという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする問題点は、水素燃焼器に用いる電気加熱触媒担体において、燃料ガスの燃焼によって生じる水がコアに付着すると、触媒が反応温度に達しにくくなる点である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、金属製薄板から成る箔材２を中心電極３を中心として多重に巻回して形成したコア１を金属製の外筒４内に挿入し、外筒４とコア１、及び中心電極３とコア１とを電気的に接続した電気加熱触媒担体であって、箔材２に水抜き用の孔５を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の電気加熱触媒担体は、箔材２に水抜き用の孔５を設けたことにより、箔材２上に水滴が溜まらないか又は排出が迅速に進む。また、箔材２の電気抵抗が部分的に高くなり、その部分の温度が周囲よりも上昇する。さらに、箔材２の重量が減少して単位重量当たりの電力が大きくなる。これにより、水滴の蒸発が促進され、これが触媒担体全体に波及する。したがって、触媒が速やかに反応温度に達し、燃焼開始が迅速化する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態である電気加熱触媒担体の斜視図、図２は実施形態の箔材と中心電極の接合部の斜視図、図３は実施形態のコアの構造を模式的に示す平面図、図４〜図９は実施形態の箔材の斜視図である。
【０００９】
図１において、１はコアで、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金等の金属製薄板から成る帯状の箔材２を中心電極３を中心として多重に巻回すことにより形成されている。なお、箔材２は、平板２ａと、これに重ねられた波板２ｂとから成っている。
【００１０】
４はＳＵＳ４３０のフェライト系ステンレス等で形成された外筒で、外周部には電極（図示せず）が固着されている。この外筒４にコア１が圧入されている。本実施形態では、１平方インチ当たりのセル数４００、開口面積３６ｃｍ２、容量１６９ｍｌ、外筒４の外径７６．３ｍｍ、高さ４０ｍｍ、板厚１．５ｍｍ、中心電極５の直径６ｍｍ、波板１と平板２の板厚５０μｍ、幅４０ｍｍとなっている。
【００１１】
図２に示すように、平板２ａの巻き始め端部は中心電極３に形成されたスリット３ａに係合され、ろう付け接合されることにより電気的に接続されている。図示しないが、平板２ａの内側にはＮｉ等から成るろう箔材が設けられており、これを加熱溶融させることによりろう材層が形成され、波板２ｂと平板２ａとが電気的に接続された状態となっている。
【００１２】
図３に示すように、コア１は、中心電極３の外側から直径３６ｍｍまでの内側部分１ａと、その外側から直径４９ｍｍまでの中間部分１ｂと、その外側の外側部分１ｃとから成っており、平板２ａと波板２ｂはそれぞれ各部分毎に分割されている。
【００１３】
すなわち、内側部分１ａは図４に示す平板２ａａと図５に示す波板２ｂａ、中間部分１ｂは図６に示す平板２ａｂと図７に示す波板２ｂｂ、外側部分１ｃは図８に示す平板２ａｃと図９に示す波板２ｂｃにより形成されている。
【００１４】
なお、隣接する平板同士及び波板同士は相互にろう付け接合されており、一例として、中間部分１ｂの平板２ａｂと外側部分１ｃの平板２ａｃとの接合部を図１０に示す。同図に示すように、平板２ａｂには、後述するように、全長にわたって多数の水抜き用の孔５が設けられている。一方、平板２ａｃには、接合端部のみにろう付け用の孔６が設けられており、溶融したろう箔材７を介して平板２ａｂと平板２ａｃとが通電可能に接合されている。
【００１５】
図６及び図７に示すように、本実施形態では、平板２ａｂと波板２ｂｂとに多数の水抜き用の孔５が設けられている。この孔５は、平板２ａｂと波板２ｂｂに長さ方向及び幅方向に一定間隔をおいて全面にわたって設けられている。
【００１６】
なお、孔５の形状が円形の場合には、開孔率が７８％以上では孔同士が重なることになる。また、孔を設けた素材の電気抵抗値を、孔を設けていない素材と比較すると、開孔率１３％以上で抵抗値が１５％、電力値が３０％程度増加する。よって開孔率は１３〜７８％であるのが好ましく、これにより孔５のピッチ（箔材２の長さ方向及び幅方向）が決定されることになる。
【００１７】
箔材２を均等に加熱する場合には、孔５は箔材２の幅方向に少なくとも５個程度は必要で、箔材２の幅をＷとしたとき、孔５が円形で開孔率が７８％では、孔径はＷ／５が最大となるが、素材の強度上からＷ／５×０．８とする。
【００１８】
なお、最小孔径は生産技術の観点から決定される。孔数が多い方が温度分布は良くなるが、水分の排出性を考慮すると、０．５ｍｍ以上が適当である。なお孔５の形状は円形に限られるものではなく、例えば箔材２の長さ方向に長い長方形等であってもよい。
【００１９】
本実施形態では、触媒全体の抵抗値は１．０５Ωで、内訳は、内側部分１ａが０．２４Ω、中間部分１ｂが０．２８Ω、外側部分１ｃが０．５３Ωであり、１２Ｖの電圧を印加したときの電力は、内側部分１ａが３１Ｗ、中間部分１ｂが３６Ｗ、外側部分１ｃが６９Ｗである。
【００２０】
また、箔材２の重量は、内側部分１ａが２８ｇ、中間部分１ｂが２４．４ｇ、外側部分１ｃが６３．７ｇであり、単位重量当たりの電力は、内側部分１ａが１．１Ｗ／ｇ、中間部分１ｂが１．６Ｗ／ｇ、外側部分１ｃが１．１Ｗ／ｇである。すなわち、中間部分１ｂは他の部分に比べて５０％程度電力が高い。
【００２１】
このように中間部分１ｂに多数の水抜き用の孔５を設けたことにより、水滴が溜まらないか又は排出が迅速に進む。また、中間部分１ｂの電気抵抗が高くなり、その部分の温度が周囲よりも上昇すると共に、中間部分１ｂの単位重量当たりの電力が大きくなる。
【００２２】
さらに、孔５を設けたことで箔材２の圧力損失が部分的に増大し、その部分の通風量が減少して冷却が妨げられるので、迅速に昇温させることができる。これにより、水滴の蒸発が促進され、これが触媒担体全体に波及するため、触媒が速やかに反応温度に達し、燃焼開始が迅速化する。
【００２３】
図１１は本発明の効果を確認するための実験結果を示すグラフであり、水素と空気から成る混合ガスを充填した密閉室中に電気加熱触媒担体を置き、燃焼ガスの昇温速度の時間経過に伴う変化を測定したものである。
【００２４】
同図において、実線は水滴が付着した従来の電気加熱触媒担体、一点鎖線は水滴が付着していない従来の電気加熱触媒担体、破線は水滴が付着した本発明の電気加熱触媒担体を表している。
【００２５】
なお、燃焼ガスの組成は水素６％、空気９４％であり、水滴の付着は、燃焼ガスを充填した密閉室内に電気加熱触媒担体を置き、室内に１００ｍｌの水を噴霧することにより行った。
【００２６】
同図に示すように、従来のものでは、水滴が付着することによって、ほぼ同じ昇温速度に達する時間が約１６秒遅れているのに対し、本発明のものでは約２．４秒の遅れにとどまっており、遅れ時間が大幅に短縮されている。
【００２７】
なお、触媒を撥水性のものとすると、水滴の排出がより促進されるようになるため、さらに燃焼開始が迅速化する。
【００２８】
本発明は上記各実施形態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上記実施形態に種々の改変を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態である電気加熱触媒担体の斜視図。
【図２】箔材と中心電極の接合部の斜視図。
【図３】コアの構造を模式的に示す平面図。
【図４】箔材（内側部分の平板）の斜視図。
【図５】箔材（内側部分の波板）の斜視図。
【図６】箔材（中間部分の平板）の斜視図。
【図７】箔材（中間部分の波板）の斜視図。
【図８】箔材（外側部分の平板）の斜視図。
【図９】箔材（外側部分の波板）の斜視図。
【図１０】中間部分の箔材と外側部分の箔材の接合部の斜視図である。
【図１１】本発明の効果を確認するための実験結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３０】
１    コア
２    箔材
３    中心電極
５    水抜き用の孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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