(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素化合物と反応して水素を生成させる触媒を保持する触媒保持体と、同触媒保持体を収容する金属製パイプとの間に配置されて前記触媒保持体を保持する燃料電池用改質器の保持シール材において、
低不純物濃度の無機繊維材料からなり、かつ樹脂未含浸のマット状物であることを特徴とする燃料電池用改質器の保持シール材。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池用改質器の保持シール材において、
前記マット状物中における不純物濃度は、１％未満であることを特徴とする燃料電池用改質器の保持シール材。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池用改質器の保持シール材において、
前記マット状物中における塩素、硫黄及びリンの濃度は、３００ppm以下であることを特徴とする燃料電池用改質器の保持シール材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両に搭載される燃料電池用改質器の保持シール材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、主として燃料電池用改質器は、触媒保持体と、同保持体の外周を覆う金属製パイプと、両者間に配置した保持シール材とを備えている。
【０００３】
触媒保持体には白金等の触媒が担持されている。触媒保持体としては、例えばハニカム状に成形したコージェライト担体が用いられている。この触媒保持体は、メタノール等の炭化水素化合物を通過させることにより水素を発生させる。
【０００４】
また、保持シール材としては、通常、セラミックファイバー等の無機繊維のみからなるものが用いられている。この保持シール材は、自動車の走行中等において触媒保持体が金属製パイプと当接した際の破損を防ぐため、また金属製シェルと触媒保持体との間から炭化水素化合物がリークすることを防ぐために用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般的な保持シール材には、塩素、リン、硫黄などの不純物が、２〜３ｗｔ％以上の濃度で含有されていることが発明者によって確認されている。
【０００６】
また、ＮＢＲやＳＢＲ等の有機バインダを１〜１０wt％程度含浸させた保持シール材については不純物濃度がさらに高くなっている。
しかしながら、不純物を多量に含む保持シール材を用いると、改質器によって生成される水素に、塩素、リン、硫黄などが混入してしまい、水素の純度が低下してしまう。そして、このように水素の純度が低下すると、燃料電池の発電効率が低下する、装置の寿命が短くなるなどの不都合を生じることが予想される。
【０００７】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、純度の高い水素を生成させることのできる燃料電池用改質器の保持シール材を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、炭化水素化合物と反応して水素を生成させる触媒を保持する触媒保持体と、同触媒保持体を収容する金属製パイプとの間に配置されて前記触媒保持体を保持する燃料電池用改質器の保持シール材において、低不純物濃度の無機繊維材料からなり、かつ樹脂未含浸のマット状物であることを要旨とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の燃料電池用改質器の保持シール材において、前記マット状物中における不純物濃度は、１％未満であることを要旨とする。
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の燃料電池用改質器の保持シール材において、前記マット状物中における塩素、硫黄及びリンの濃度は、３００ppm以下であることを要旨とする。
【００１０】
以下、本発明の「作用」について説明する。
請求項１に記載の発明によると、低不純物濃度の無機繊維材料からなり、かつ樹脂未含浸のマット状物を保持シール材として用いている。すなわち、もともと不純物の含有量が少ないため、生成される水素に混入する不純物も少なくなる。したがって、生成される水素を高純度に維持することができる。その結果、水素純度の低下に起因する燃料電池の発電効率の低下等を確実に防止することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によると、保持シール材に含有される不純物濃度を１％未満とすることにより、生成される水素を確実に高純度に維持することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明によると、保持シール材に含有される塩素、硫黄及びリンの濃度を３００ppm以下とすることにより、生成される水素をさらに確実に高純度に維持することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１及び図２に基づき詳細に説明する。
【００１４】
図１に示すように、燃料電池１には改質器２が接続されている。本実施形態において、この燃料電池１及び改質器２は車両等に搭載され、同燃料電池１には、車両の走行や車両電装品の駆動などに用いられるモータ３が接続されている。
【００１５】
改質器２は、図２に示すように、本体１３とその本体１３を収容する金属パイプ１４とから構成されている。本体１３は、円柱状をなす触媒保持体１１と、同保持体１１の外周面に巻き付けられた保持シール材１２とから構成されている。
【００１６】
触媒保持体１１には白金等の触媒が担持されている。この触媒保持体１１としては、例えばハニカム状に成形したコージェライトやアルミナ等の多孔質体が用いられている。なお、本実施形態において触媒保持体１１は、略真円状の断面形状を有している。また、触媒保持体１１中における不純物濃度、すなわち塩素、硫黄、リンの含有濃度も極めて小さくなっている。
【００１７】
保持シール材１２はマット状物である。同保持シール材１２の一端には凸部１２ａが形成され、他端には凸部１２ａと対応する凹部１２ｂが形成されている。また、この保持シール材１２は、結晶質アルミナ繊維やシリカ−アルミナ繊維等の無機繊維材料から構成され、塩素、硫黄及びリンの不純物の含有濃度が、それぞれ１００ppm以下に設定されている。なお、保持シール材１２にＮＢＲやＳＢＲ等の有機バインダは含浸されていない。すなわち、保持シール材１２は、低不純物濃度の無機繊維材料である。
【００１８】
金属製パイプ１４は円筒形状をなし、例えばステンレススチールなどの耐食性に優れた材料を用いて形成されている。また、この金属製パイプ１４の内径Ｌ２は、本体１３の直径Ｌ１よりも数mm〜十数mm程度大きく設定されている。
【００１９】
次に、このように構成された改質器２の組付方法を簡単に説明する。
まず、保持シール材１２を触媒保持体１１に巻き付けた後、凸部１２ａと凹部１２ｂとを合わせた状態で両端をテープ１５で固定する。
【００２０】
続いて、図２に矢印で示すように、本体１３を金属製パイプ１４内に圧入する。これにより、本体１３は、金属製パイプ１４との間に隙間なく挿着されることとなる。このため、後記するメタノールが保持シール材１２と金属製パイプ１４との間から流出してしまうことが防止される。
【００２１】
そして、金属製パイプ１４の一端側をメタノールの貯蔵タンク（図示略）に接続し、他端側を前記燃料電池１に接続する。
次に、このように構成された燃料電池１及び改質器２の動作を説明する。
【００２２】
図１に示すように、まず、炭化水素化合物の一種であるメタノールが気化された状態で改質器２に送り込まれる。そして、改質器２は、このメタノールを触媒保持体１１内の触媒に反応させて水素を生成し、その水素を燃料電池１側に送り出す。燃料電池１は、生成された水素と酸素とを反応させ、その反応により得たエネルギーを電力に変換する。モータ３は、この電力によって駆動される。なお、水素と酸素との反応によって生成された水は車外に排出される。
【００２３】
【実施例及び比較例】
本実施形態においては、保持シール材１２に含有される不純物濃度に応じて、以下の表１に示すように、改質器２によって生成される水素の純度が変化した。
【００２４】
なお、本実施形態においては、改質器２として以下のものを用いた。
・  触媒保持体１１…外径１３０mm、長さ１００mmのコージェライトモノリス。
【００２５】
・  保持シール材１２…厚み２５mmの結晶質アルミナ繊維のマット状物。
・  金属製パイプ１４…外径φ１４１mm、板厚１．５mmのＳＵＳ３０４製。
また、改質器２の流入側には約５００℃の気化したメタノールを所定の流量約０．０５（m3／min）で通じることにした。そして、改質器２の流出側から排出される水素ガスをサンプリングし、常法に従って不純物濃度を測定し、その平均値を求めた。
【００２６】
【表１】
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表１に示すように、「実施例１」においては、不純物としての塩素、硫黄及びリンをいずれも５０ppm含有する保持シール材１２を用いて水素純度を測定した。すなわち、この「実施例１」においては、不純物を合計で１５０ppm含有する保持シール材１２を用いた。その結果、生成された水素の純度は９９．８％となった。
【００２７】
「実施例２」においては、塩素を１３５ppm、硫黄を５０ppm、リンを１００ppm含有する保持シール材１２を用いて水素純度を測定した。すなわち、この「実施例２」においては、不純物を合計で２８５ppm含有する保持シール材１２を用いた。その結果、生成された水素の純度は９８．７％となった。
【００２８】
ちなみに、「比較例」においては、塩素を１．２％、硫黄を０．６％、リンを０．４％含有する保持シール材１２を用いて水素純度を測定した。すなわち、この比較例における保持シール材１２は、従来用いられている保持シール材１２であり、２２００ppm（２．２％）の不純物を含有したものである。その結果、生成された水素の純度は８０．３％となった。
【００２９】
これらの結果、前記「実施例１，２」においては、保持シール材１２として低不純物濃度の無機繊維材料を用いることにより、生成される水素の純度が高く維持されていることが判る。
【００３０】
特に、「実施例１」の結果から、塩素、硫黄及びリンの含有濃度をそれぞれ１００ppm以下とすることにより、ほぼ純粋な水素が生成されることが判る。
また、「実施例２」の結果から、塩素、硫黄及びリンの含有濃度が合計で３００ppm以下であっても、純粋度の高い水素が生成されることが判る。
【００３１】
なお、「比較例」においては不純物濃度が２．２％の保持シール材１２が用いられ、これにより８０．３％の純粋度の水素が生成されている。このため、不純物濃度が１％未満の保持シール材１２を用いれば、９０％以上の純粋度の水素を生成することができると推測される。
【００３２】
したがって、本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）保持シール材１２として、塩素、硫黄及びリンの不純物の含有濃度が低い無機繊維材料を用いることにより、改質器２から生成される水素を高純度に維持することができる。したがって、燃料電池１の発電効率の低下を確実に防止することができる。
【００３３】
（２）保持シール材１２に含有される塩素、硫黄及びリンの不純物の含有濃度を、１％未満とすることにより、改質器２から生成される水素を確実に高純度に維持することができる。
【００３４】
（３）保持シール材１２に含有される塩素、硫黄及びリンの不純物の含有濃度を、それぞれ１００ppm以下とすることにより、改質器２から生成される水素をさらに確実に高純度に維持することができる。また、前記不純物の含有濃度を、合計で３００ppm以下とすることによっても、同様の効果を得ることができる。
【００３５】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・  炭化水素化合物は、メタノールに限定されるものではない。すなわち、エタノール、プロパノール、ブタノール、メタン、エタン、プロパン、ブタン等のように、その分子構造中に、塩素等のハロゲン、硫黄、リン等を含まない各種炭化水素化合物であってもよい。
【００３６】
・  触媒保持体１１は、コージェライト、アルミナに限定されるものではない。すなわち、炭化珪素や窒化珪素等でも適用可能である。
・  触媒保持体１１はハニカム状に限定されるものではなく、多孔質であればよい。
【００３７】
・  金属製パイプ１４は、単一の部材からなる筒に限定されるものではない。すなわち、複数の部材からなるもの、すなわち二分割されたシェル状のパイプ片を組み合わせて形成してもよい。また、この金属製パイプ１４の断面形状は、前記実施形態のような真円形状に限定されず、例えば楕円形状や多角形状であってもよい。勿論この金属パイプの形状に合わせて触媒保持体１１の外形状を変更してもよい。
【００３８】
・  前記実施形態では、塩素、硫黄及びリンの濃度がそれぞれ１００ppm以下となるように設定しているが、これらは合計で３００ppm以下であってもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に記載の発明によれば、生成される水素を高純度に維持することができる。このため、水素純度の低下に起因する燃料電池の発電効率の低下を確実に防止することができる。
【００４６】
請求項２に記載の発明によれば、生成される水素をより確実に高純度に維持することができる。
請求項３に記載の発明によれば、生成される水素をさらに確実に高純度に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池用改質器を用いた一実施形態の燃料電池のブロック図。
【図２】同実施形態の燃料電池用改質器を示す斜視図。
【符号の説明】
１…燃料電池、２…改質器、１１…触媒保持体、１２…保持シール材、１３…本体、１４…金属製パイプ。
【図１】
0004362159.tif 000003
【図２】
0004362159.tif 000004