JP2003178783A - 燃料電池発電装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 原燃料を供給する液滴のサイズの大きさが充
分に小さく、バラツキが抑えられた状態で燃料滴が存在
し、その移動媒体となる気体の量、移動状態に関わらず
自由な設計で実現できる。加えて、水素の取り出しが、
効率良く、また応答性良く実現可能となり、負荷変動特
性に優れた効率の良い燃料電池を提供する。 【解決手段】 燃料電池に接続される改質器１は、メタ
ノールと水とを混合した原燃料を貯蔵したタンクに接続
された原燃料供給部６を、缶体５の入口孔５ａに取り付
けている。ここからマイクロポンプとして自力で噴霧さ
れた原燃料は、気化部２を通過する過程で、触媒体３、
ＣＯ低減部４を経て出口孔５ｂに至る。得られた水素リ
ッチな流体Ｂは、改質器置の下手側に配置する燃料電池
本体へと搬送される。
分に小さく、バラツキが抑えられた状態で燃料滴が存在
し、その移動媒体となる気体の量、移動状態に関わらず
自由な設計で実現できる。加えて、水素の取り出しが、
効率良く、また応答性良く実現可能となり、負荷変動特
性に優れた効率の良い燃料電池を提供する。 【解決手段】 燃料電池に接続される改質器１は、メタ
ノールと水とを混合した原燃料を貯蔵したタンクに接続
された原燃料供給部６を、缶体５の入口孔５ａに取り付
けている。ここからマイクロポンプとして自力で噴霧さ
れた原燃料は、気化部２を通過する過程で、触媒体３、
ＣＯ低減部４を経て出口孔５ｂに至る。得られた水素リ
ッチな流体Ｂは、改質器置の下手側に配置する燃料電池
本体へと搬送される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池発電装置
に関し、詳しくは、ガソリン等の液体炭化水素又はアル
コール、ガソリン等の液体炭化水素又はアルコールと水
の混合液、或いは、シクロヘキサン・デカリン等の有機
ハイドライドのいずれかの液体原料又は液体燃料（以
下、原燃料という。）を、貯蔵する原燃料貯蔵部と、原
燃料から発生させた水素により発電を行う燃料電池本体
とを備える燃料電池発電装置に関する。また、本発明
は、ガソリン等の液体炭化水素又はアルコール、或い
は、ガソリン等の液体炭化水素又はアルコールと水の混
合液のいずれかの原燃料を、貯蔵する原燃料貯蔵部と、
その原燃料を気化させる気化部と、気化させた原燃料を
水蒸気改質反応、部分酸化改質反応、或いは水蒸気改質
反応と部分酸化改質反応の併用改質反応のいずれかから
なる改質反応処理し改質ガスとする改質部と、改質ガス
により発電を行う燃料電池本体とを備える燃料電池発電
装置に関する。また、本発明は、ガソリン等の液体炭化
水素又はアルコール、或いは、ガソリン等の液体炭化水
素又はアルコールと水の混合液のいずれかの原燃料を、
貯蔵する原燃料貯蔵部と、原燃料を水蒸気改質反応、部
分酸化改質反応、或いは水蒸気改質反応と部分酸化改質
反応の併用改質反応のいずれかなる改質反応処理し改質
ガスとする改質部と、改質ガスにより発電を行う燃料電
池本体とを備える燃料電池発電装置に関する。更にま
た、本発明は、シクロヘキサン・デカリン等の有機ハイ
ドライドを、貯蔵する原燃料貯蔵部と、原燃料を脱水素
反応からなる水素発生反応処理し水素ガスとする水素変
換部と、水素ガスにより発電を行う燃料電池本体とを備
える燃料電池発電装置に関する。
に関し、詳しくは、ガソリン等の液体炭化水素又はアル
コール、ガソリン等の液体炭化水素又はアルコールと水
の混合液、或いは、シクロヘキサン・デカリン等の有機
ハイドライドのいずれかの液体原料又は液体燃料（以
下、原燃料という。）を、貯蔵する原燃料貯蔵部と、原
燃料から発生させた水素により発電を行う燃料電池本体
とを備える燃料電池発電装置に関する。また、本発明
は、ガソリン等の液体炭化水素又はアルコール、或い
は、ガソリン等の液体炭化水素又はアルコールと水の混
合液のいずれかの原燃料を、貯蔵する原燃料貯蔵部と、
その原燃料を気化させる気化部と、気化させた原燃料を
水蒸気改質反応、部分酸化改質反応、或いは水蒸気改質
反応と部分酸化改質反応の併用改質反応のいずれかから
なる改質反応処理し改質ガスとする改質部と、改質ガス
により発電を行う燃料電池本体とを備える燃料電池発電
装置に関する。また、本発明は、ガソリン等の液体炭化
水素又はアルコール、或いは、ガソリン等の液体炭化水
素又はアルコールと水の混合液のいずれかの原燃料を、
貯蔵する原燃料貯蔵部と、原燃料を水蒸気改質反応、部
分酸化改質反応、或いは水蒸気改質反応と部分酸化改質
反応の併用改質反応のいずれかなる改質反応処理し改質
ガスとする改質部と、改質ガスにより発電を行う燃料電
池本体とを備える燃料電池発電装置に関する。更にま
た、本発明は、シクロヘキサン・デカリン等の有機ハイ
ドライドを、貯蔵する原燃料貯蔵部と、原燃料を脱水素
反応からなる水素発生反応処理し水素ガスとする水素変
換部と、水素ガスにより発電を行う燃料電池本体とを備
える燃料電池発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電気の製造におけるクリーン化技
術が注目され、燃料電池に対する関心が高まっている。
燃料電池は、発電効率が高く、二酸化炭素の発生量も低
く、加えて一酸化炭素や窒素酸化物等の有害ガスの発生
を抑えられるという利点がある。したがって、最近、オ
ンサイト型の発電器や車載用に燃料電池を使うための開
発が行われている。燃料電池により電気を発生させるた
めには高純度の水素が必要とされ、この水素を、生成す
る各種方法が検討、実用化されている。中でも燃料改質
と呼ばれ、ガソリン、ブタンやプロパン等の炭化水素、
メタノール等のアルコールから水素を取り出す方法は、
燃料供給のインフラ整備の利点などに優れている。燃料
改質は、改質器と呼ばれる装置により、主としてガソリ
ン、ブタンやプロパン等の炭化水素、メタノール等のア
ルコール、CO等を出発原料として水蒸気と触媒の存在下
で水蒸気改質反応により生成する場合と、主としてガソ
リン、ブタンやプロパン等の炭化水素、メタノール等の
アルコールを出発原料として酸素と窒素と触媒の存在下
で部分酸化改質反応により生成する場合と、水蒸気改質
反応と部分酸化改質反応をあわせた併用改質反応により
生成する場合とがある。また、他の原燃料を利用する方
法として、シクロヘキサン、デカリン等の常温で液体の
有機ハイドライドを、水素貯蔵、供給のキャリアーとし
て利用する方法もある。この方法は、例えばシクロヘキ
サン／デカリンを触媒下で加熱することにより水素とベ
ンゼン／ナフタレンに分解し、水素を取り出す方法であ
り、回収したベンゼン／ナフタレンは再び水素と反応さ
せることでシクロヘキサン／デカリンに戻し再利用す
る。
術が注目され、燃料電池に対する関心が高まっている。
燃料電池は、発電効率が高く、二酸化炭素の発生量も低
く、加えて一酸化炭素や窒素酸化物等の有害ガスの発生
を抑えられるという利点がある。したがって、最近、オ
ンサイト型の発電器や車載用に燃料電池を使うための開
発が行われている。燃料電池により電気を発生させるた
めには高純度の水素が必要とされ、この水素を、生成す
る各種方法が検討、実用化されている。中でも燃料改質
と呼ばれ、ガソリン、ブタンやプロパン等の炭化水素、
メタノール等のアルコールから水素を取り出す方法は、
燃料供給のインフラ整備の利点などに優れている。燃料
改質は、改質器と呼ばれる装置により、主としてガソリ
ン、ブタンやプロパン等の炭化水素、メタノール等のア
ルコール、CO等を出発原料として水蒸気と触媒の存在下
で水蒸気改質反応により生成する場合と、主としてガソ
リン、ブタンやプロパン等の炭化水素、メタノール等の
アルコールを出発原料として酸素と窒素と触媒の存在下
で部分酸化改質反応により生成する場合と、水蒸気改質
反応と部分酸化改質反応をあわせた併用改質反応により
生成する場合とがある。また、他の原燃料を利用する方
法として、シクロヘキサン、デカリン等の常温で液体の
有機ハイドライドを、水素貯蔵、供給のキャリアーとし
て利用する方法もある。この方法は、例えばシクロヘキ
サン／デカリンを触媒下で加熱することにより水素とベ
ンゼン／ナフタレンに分解し、水素を取り出す方法であ
り、回収したベンゼン／ナフタレンは再び水素と反応さ
せることでシクロヘキサン／デカリンに戻し再利用す
る。
【０００３】従って、燃料電池は、ガソリン等の液体炭
化水素又はアルコールと必要に応じて水の混合液、又
は、シクロヘキサン、デカリン等の有機ハイドライドの
いずれかの原燃料を、貯蔵する原燃料貯蔵部と、その原
燃料を気化させる気化部と、気化させた原燃料を水蒸気
改質反応、部分酸化反応、又は併用反応のいずれかから
なる改質反応処理し改質ガスとする改質部、或いは原燃
料を触媒反応からなる脱水素反応処理し水素ガスとする
水素変換部と、改質ガス又は水素ガスにより発電を行う
燃料電池本体とから構成されている。ここで、ガソリン
等の液体炭化水素又はアルコールと必要に応じて水の混
合液を原燃料とし、気化部で原燃料を気化させる場合、
気化部では、蒸発用熱交換器内の伝熱面にノズルによっ
て霧化状の原燃料を吹き付け、薄く均等に原燃料を伝熱
面に作ることにより熱交換性能を向上させ、蒸発量の応
答性を上げている。尚、ガソリン等の液体炭化水素又は
アルコールと必要に応じて水の混合液を原燃料とする燃
料電池の場合は、気化部を持たず、液体状の原燃料を直
接改質反応処理し、改質ガスを得る場合もあり、この場
合は、原燃料貯蔵部と改質部と燃料電池本体とからなる
構成である。
化水素又はアルコールと必要に応じて水の混合液、又
は、シクロヘキサン、デカリン等の有機ハイドライドの
いずれかの原燃料を、貯蔵する原燃料貯蔵部と、その原
燃料を気化させる気化部と、気化させた原燃料を水蒸気
改質反応、部分酸化反応、又は併用反応のいずれかから
なる改質反応処理し改質ガスとする改質部、或いは原燃
料を触媒反応からなる脱水素反応処理し水素ガスとする
水素変換部と、改質ガス又は水素ガスにより発電を行う
燃料電池本体とから構成されている。ここで、ガソリン
等の液体炭化水素又はアルコールと必要に応じて水の混
合液を原燃料とし、気化部で原燃料を気化させる場合、
気化部では、蒸発用熱交換器内の伝熱面にノズルによっ
て霧化状の原燃料を吹き付け、薄く均等に原燃料を伝熱
面に作ることにより熱交換性能を向上させ、蒸発量の応
答性を上げている。尚、ガソリン等の液体炭化水素又は
アルコールと必要に応じて水の混合液を原燃料とする燃
料電池の場合は、気化部を持たず、液体状の原燃料を直
接改質反応処理し、改質ガスを得る場合もあり、この場
合は、原燃料貯蔵部と改質部と燃料電池本体とからなる
構成である。
【０００４】ノズルには、霧吹きの原理を用いたキャブ
レター方式、又はポンプで原燃料を圧送するフューエル
インジェクション方式（以下、ＦＩ方式という。）が主
に採用されている。キャブレター方式は、ベンチュリー
効果で生じた減圧により原燃料が吸い上げられ、送られ
てきた気体と混合して供給される方式であって、原燃料
を吸い上げる力となる減圧の程度は、供給管内に送られ
る気体の速度、即ち単位時間あたりの体積により調整す
ることができる。他方、ＦＩ方式はポンプにより高圧で
原燃料を噴射するため、そもそも原燃料が気体と混合す
る際に最初から原燃料の粒子は一定値以上の速度の範囲
内で、噴射時間や噴射速度により原燃料気体の濃度を調
整していた。また、気化器が無く、ガソリン等の液体炭
化水素又はアルコールと必要に応じて水の混合液を原燃
料とし、液体状の原燃料を直接改質反応処理する方式の
燃料電池においては、改質器に霧化状の原燃料を吹き付
ける方法が採用され、吹き付けるノズルは、前述のキャ
ブレター方式、又はＦＩ方式があった。更にまた、シク
ロヘキサン、デカリン等の有機ハイドライドを原燃料と
し、脱水素反応処理する場合も、水素変換部に液体状の
原燃料を吹き付ける方法がとられ、吹き付けるノズル
は、前述のキャブレター方式、又はＦＩ方式があった。
ところで、前述するような、改質器又は、水素変換部を
持たず、ガソリン等の液体炭化水素又はアルコール、ガ
ソリン等の液体炭化水素又はアルコールと水の混合液、
或いは、シクロヘキサン、デカリン等の有機ハイドライ
ドのいずれかの原燃料を直接に電極で酸化する燃料電池
も検討されており、この場合は酸化電極触媒を担持した
電極に原燃料を液体状で流し込む方法、又はノズルで吹
き付ける方法がとられており、ノズルで吹き付ける場合
は、前述のキャブレター方式、又はＦＩ方式があった。
レター方式、又はポンプで原燃料を圧送するフューエル
インジェクション方式（以下、ＦＩ方式という。）が主
に採用されている。キャブレター方式は、ベンチュリー
効果で生じた減圧により原燃料が吸い上げられ、送られ
てきた気体と混合して供給される方式であって、原燃料
を吸い上げる力となる減圧の程度は、供給管内に送られ
る気体の速度、即ち単位時間あたりの体積により調整す
ることができる。他方、ＦＩ方式はポンプにより高圧で
原燃料を噴射するため、そもそも原燃料が気体と混合す
る際に最初から原燃料の粒子は一定値以上の速度の範囲
内で、噴射時間や噴射速度により原燃料気体の濃度を調
整していた。また、気化器が無く、ガソリン等の液体炭
化水素又はアルコールと必要に応じて水の混合液を原燃
料とし、液体状の原燃料を直接改質反応処理する方式の
燃料電池においては、改質器に霧化状の原燃料を吹き付
ける方法が採用され、吹き付けるノズルは、前述のキャ
ブレター方式、又はＦＩ方式があった。更にまた、シク
ロヘキサン、デカリン等の有機ハイドライドを原燃料と
し、脱水素反応処理する場合も、水素変換部に液体状の
原燃料を吹き付ける方法がとられ、吹き付けるノズル
は、前述のキャブレター方式、又はＦＩ方式があった。
ところで、前述するような、改質器又は、水素変換部を
持たず、ガソリン等の液体炭化水素又はアルコール、ガ
ソリン等の液体炭化水素又はアルコールと水の混合液、
或いは、シクロヘキサン、デカリン等の有機ハイドライ
ドのいずれかの原燃料を直接に電極で酸化する燃料電池
も検討されており、この場合は酸化電極触媒を担持した
電極に原燃料を液体状で流し込む方法、又はノズルで吹
き付ける方法がとられており、ノズルで吹き付ける場合
は、前述のキャブレター方式、又はＦＩ方式があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、原燃料をノズ
ルから吹き付けるに際し、原燃料の霧化状態、即ち原燃
料の液滴サイズの大きさや、均一性は、充分に小さく、
バラツキが抑えられているものではなく、水素若しく
は、改質ガス、水素ガスを効率良く、また応答性良く取
り出すのに問題があった。また、原燃料の気体中の濃度
又は原燃料と媒体である気体との量比を全く自由に、且
つ正確に制御する方式としては、キャブレター方式もＦ
Ｉ方式も充分なものではなかった。つまり、キャブレタ
ー方式は、供給管内に送られる気体の速度により減圧程
度が決定するので、微量な調整が困難であった。勿論、
原燃料を吸い上げる部分の大きさを可変にして、ある程
度送り込まれる気体の量に左右されず吸い上げられる原
燃料の量を変化できる機構はあるが、全く自由に制御で
きる機構ではなかった。また、送られる気体の量を一定
にした条件下で原燃料の量を増やしていく場合は、原燃
料の微粒化が更に劣化する難点もあった。他方、ＦＩ方
式の場合は、高圧で原燃料を噴射するため、そもそも原
燃料が気体と混合する際に最初から原燃料の粒子は一定
値以上の速度を有しており、送り込まれる気体の速度を
可変して原燃料の濃度を制御するには制限があった。従
って、キャブレター方式やＦＩ方式では、原燃料の液滴
の、気体中の濃度又は原燃料と媒体である気体との量比
を全く自由に、正確に、且つ素早く制御することができ
ず、結果として負荷変動応答性が劣化することや、エネ
ルギー効率が低くなってしまう問題が発生していた。
ルから吹き付けるに際し、原燃料の霧化状態、即ち原燃
料の液滴サイズの大きさや、均一性は、充分に小さく、
バラツキが抑えられているものではなく、水素若しく
は、改質ガス、水素ガスを効率良く、また応答性良く取
り出すのに問題があった。また、原燃料の気体中の濃度
又は原燃料と媒体である気体との量比を全く自由に、且
つ正確に制御する方式としては、キャブレター方式もＦ
Ｉ方式も充分なものではなかった。つまり、キャブレタ
ー方式は、供給管内に送られる気体の速度により減圧程
度が決定するので、微量な調整が困難であった。勿論、
原燃料を吸い上げる部分の大きさを可変にして、ある程
度送り込まれる気体の量に左右されず吸い上げられる原
燃料の量を変化できる機構はあるが、全く自由に制御で
きる機構ではなかった。また、送られる気体の量を一定
にした条件下で原燃料の量を増やしていく場合は、原燃
料の微粒化が更に劣化する難点もあった。他方、ＦＩ方
式の場合は、高圧で原燃料を噴射するため、そもそも原
燃料が気体と混合する際に最初から原燃料の粒子は一定
値以上の速度を有しており、送り込まれる気体の速度を
可変して原燃料の濃度を制御するには制限があった。従
って、キャブレター方式やＦＩ方式では、原燃料の液滴
の、気体中の濃度又は原燃料と媒体である気体との量比
を全く自由に、正確に、且つ素早く制御することができ
ず、結果として負荷変動応答性が劣化することや、エネ
ルギー効率が低くなってしまう問題が発生していた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで、請求項１に係る
本発明は、ガソリン等の液体炭化水素又はアルコール、
ガソリン等の液体炭化水素又はアルコールと水の混合
液、或いは、シクロヘキサン・デカリン等の有機ハイド
ライドのいずれかの原燃料を、貯蔵する原燃料貯蔵部
と、原燃料から発生させた水素により発電を行う燃料電
池本体とを備える燃料電池発電装置であって、原燃料を
均質霧状に供給する燃料供給部を備えたことを特徴とす
る燃料電池発電装置である。これにより、原燃料の供給
に際し、液滴のサイズの大きさが充分に小さく、液滴分
布のバラツキが抑えられた状態で燃料滴が存在し、その
移動媒体となる気体の量、移動状態に関わらず自由な設
計で実現でき、もって、水素の取り出しが、効率良く、
また応答性良く実現可能となり、負荷変動特性に優れた
効率の良い燃料電池が実現できる。
本発明は、ガソリン等の液体炭化水素又はアルコール、
ガソリン等の液体炭化水素又はアルコールと水の混合
液、或いは、シクロヘキサン・デカリン等の有機ハイド
ライドのいずれかの原燃料を、貯蔵する原燃料貯蔵部
と、原燃料から発生させた水素により発電を行う燃料電
池本体とを備える燃料電池発電装置であって、原燃料を
均質霧状に供給する燃料供給部を備えたことを特徴とす
る燃料電池発電装置である。これにより、原燃料の供給
に際し、液滴のサイズの大きさが充分に小さく、液滴分
布のバラツキが抑えられた状態で燃料滴が存在し、その
移動媒体となる気体の量、移動状態に関わらず自由な設
計で実現でき、もって、水素の取り出しが、効率良く、
また応答性良く実現可能となり、負荷変動特性に優れた
効率の良い燃料電池が実現できる。
【０００７】次に、原燃料毎に詳しく述べる。まず請求
項２に係る本発明は、ガソリン等の液体炭化水素又はア
ルコール、或いは、ガソリン等の液体炭化水素又はアル
コールと水の混合液のいずれかの原燃料を、貯蔵する原
燃料貯蔵部と、その原燃料を気化させる気化部と、気化
させた原燃料を水蒸気改質反応、部分酸化改質反応、或
いは水蒸気改質反応と部分酸化改質反応の併用改質反応
のいずれかからなる改質反応処理し改質ガスとする改質
部と、改質ガスにより発電を行う燃料電池本体とを備え
る燃料電池発電装置であって、該気化部に、原燃料を均
質霧状に供給する燃料供給部を備えたことを特徴とする
燃料電池発電装置である。これにより、原燃料を気化部
の接触面へ均一に到達させ、媒体流体が無くとも連続的
に均一な原燃料を供給し続けることができるので、気化
させた原燃料を応答性、効率共よく改質器の触媒面に供
給でき、もって改質ガスに転換できるという顕著な効果
を奏する。また、原燃料の霧化状態は、液滴径が小さ
く、バラツキが少なく抑えられているため、連続して供
給される原燃料の量に正確に追随した量の気化が実現さ
れ、もって、負荷変動の応答性に優れた燃料電池が実現
される。なお、気化部の接触面に備える熱交換部は、気
化部の後方だけでなく前方に設置したり、配管を２度通
し共用して熱交換率を向上させることができる。
項２に係る本発明は、ガソリン等の液体炭化水素又はア
ルコール、或いは、ガソリン等の液体炭化水素又はアル
コールと水の混合液のいずれかの原燃料を、貯蔵する原
燃料貯蔵部と、その原燃料を気化させる気化部と、気化
させた原燃料を水蒸気改質反応、部分酸化改質反応、或
いは水蒸気改質反応と部分酸化改質反応の併用改質反応
のいずれかからなる改質反応処理し改質ガスとする改質
部と、改質ガスにより発電を行う燃料電池本体とを備え
る燃料電池発電装置であって、該気化部に、原燃料を均
質霧状に供給する燃料供給部を備えたことを特徴とする
燃料電池発電装置である。これにより、原燃料を気化部
の接触面へ均一に到達させ、媒体流体が無くとも連続的
に均一な原燃料を供給し続けることができるので、気化
させた原燃料を応答性、効率共よく改質器の触媒面に供
給でき、もって改質ガスに転換できるという顕著な効果
を奏する。また、原燃料の霧化状態は、液滴径が小さ
く、バラツキが少なく抑えられているため、連続して供
給される原燃料の量に正確に追随した量の気化が実現さ
れ、もって、負荷変動の応答性に優れた燃料電池が実現
される。なお、気化部の接触面に備える熱交換部は、気
化部の後方だけでなく前方に設置したり、配管を２度通
し共用して熱交換率を向上させることができる。
【０００８】次に、請求項３、４、５に係る発明は、原
燃料を、改質部、水素変換部又は燃料電池電極部のそれ
ぞれに均質霧状に供給する燃料供給部を備えたことを特
徴とする燃料電池発電装置である。従来、ガソリン等の
液体炭化水素又はアルコール、若しくは、ガソリン等の
液体炭化水素又はアルコールと水の混合液のいずれかの
原燃料を、貯蔵する原燃料貯蔵部と、原燃料を水蒸気改
質反応若しくは、部分酸化改質反応、若しくは水蒸気改
質反応と部分酸化改質反応の併用改質反応からなる改質
反応処理し改質ガスとする改質部と、改質ガスにより発
電を行う燃料電池本体とを備える燃料電池発電装置があ
り、改質部に、原燃料を供給する燃料供給部を備えてい
た。このような燃料電池発電装置においては、一般的に
行なわれる気化した状態での原燃料の改質器への供給に
比べ、改質効率が落ちるといわれており、例えば特開平
０１−２５１５５８号公報に示されるように、負荷が増
加した時には別途改質された高温改質ガスに混合して噴
霧するようにして負荷変動に追随するための補助的な原
燃料供給方法に限定されていた。そこで、請求項３に係
る発明では、原燃料を改質部に、均質霧状に供給する燃
料供給部を備えたことを特徴とする燃料電池発電装置で
ある。こうすることにより、直接改質部に燃料を噴霧す
る場合においても、その改質反応条件を最適化して、例
えば、噴霧滴径の大きさとそのバラツキ程度、噴霧濃度
（単位体積あたりの液体燃料容量）、噴霧滴の改質部表
面へ衝突速度等の条件を調整することにより、改質反応
が安定して、また再現性良く実現できるようになり、結
果として効率性、応答性に優れた改質反応が実現でき
る。
燃料を、改質部、水素変換部又は燃料電池電極部のそれ
ぞれに均質霧状に供給する燃料供給部を備えたことを特
徴とする燃料電池発電装置である。従来、ガソリン等の
液体炭化水素又はアルコール、若しくは、ガソリン等の
液体炭化水素又はアルコールと水の混合液のいずれかの
原燃料を、貯蔵する原燃料貯蔵部と、原燃料を水蒸気改
質反応若しくは、部分酸化改質反応、若しくは水蒸気改
質反応と部分酸化改質反応の併用改質反応からなる改質
反応処理し改質ガスとする改質部と、改質ガスにより発
電を行う燃料電池本体とを備える燃料電池発電装置があ
り、改質部に、原燃料を供給する燃料供給部を備えてい
た。このような燃料電池発電装置においては、一般的に
行なわれる気化した状態での原燃料の改質器への供給に
比べ、改質効率が落ちるといわれており、例えば特開平
０１−２５１５５８号公報に示されるように、負荷が増
加した時には別途改質された高温改質ガスに混合して噴
霧するようにして負荷変動に追随するための補助的な原
燃料供給方法に限定されていた。そこで、請求項３に係
る発明では、原燃料を改質部に、均質霧状に供給する燃
料供給部を備えたことを特徴とする燃料電池発電装置で
ある。こうすることにより、直接改質部に燃料を噴霧す
る場合においても、その改質反応条件を最適化して、例
えば、噴霧滴径の大きさとそのバラツキ程度、噴霧濃度
（単位体積あたりの液体燃料容量）、噴霧滴の改質部表
面へ衝突速度等の条件を調整することにより、改質反応
が安定して、また再現性良く実現できるようになり、結
果として効率性、応答性に優れた改質反応が実現でき
る。
【０００９】また、水素変換部にシクロヘキサン、デカ
リン等の有機ハイドライドの原燃料を供給し、脱水素反
応により水素ガスを取り出す方法においては、一定量の
原燃料をノズルから反応温度に加熱された白金触媒へ噴
霧することにより高速流速のまま水素ガスが定常状態で
発生できる。そこで、請求項４に係る発明では、原燃料
を水素変換部に、均質霧状に供給する燃料供給部を備え
たことを特徴とする燃料電池発電装置である。こうする
ことにより、触媒上に均質な薄膜状の原燃料層を容易形
成することが可能になり、もって水素の発生速度を向上
させ水素発生反応がスムーズに安定的に実現させる一
方、噴霧勢い、及び気体の勢いを自由に設計、最適化す
ることにより、脱水素されベンゼン、ナフタレン等に変
化した液を排除し、触媒表面に常に原燃料であるシクロ
ヘキサン、デカリン等の有機ハイドライドを供給し続け
ることができる。
リン等の有機ハイドライドの原燃料を供給し、脱水素反
応により水素ガスを取り出す方法においては、一定量の
原燃料をノズルから反応温度に加熱された白金触媒へ噴
霧することにより高速流速のまま水素ガスが定常状態で
発生できる。そこで、請求項４に係る発明では、原燃料
を水素変換部に、均質霧状に供給する燃料供給部を備え
たことを特徴とする燃料電池発電装置である。こうする
ことにより、触媒上に均質な薄膜状の原燃料層を容易形
成することが可能になり、もって水素の発生速度を向上
させ水素発生反応がスムーズに安定的に実現させる一
方、噴霧勢い、及び気体の勢いを自由に設計、最適化す
ることにより、脱水素されベンゼン、ナフタレン等に変
化した液を排除し、触媒表面に常に原燃料であるシクロ
ヘキサン、デカリン等の有機ハイドライドを供給し続け
ることができる。
【００１０】更にまた、燃料電池電極部に直接に原燃料
を供給する従来の燃料電池発電装置は、電極反応が遅
く、低電流密度しか実現できなかったが、請求項５に係
る発明では、原燃料を燃料電池電極部に、均質霧状に供
給する燃料供給部を備えたことにより、電極反応速度が
向上し、電流密度を上げることができ、結果として過電
圧を低くでき出力電圧を電極に水素ガスを供給した場合
に近い状態の燃料電池装置の場合と同じ程度まで実現で
きる。尚、電極反応を向上させる要因としては、微粒化
した均質霧状で原燃料を供給することにより、殆ど気体
に近い状態にありながら液体の場合とそれほど変わらな
い液量ペースで電極状に原燃料を供給できるから気体状
態の反応性の良さと液体状態の供給効率が両立できた点
と、霧化滴を物理的に吹き付けることによる撹拌効果が
高まった点等にある。
を供給する従来の燃料電池発電装置は、電極反応が遅
く、低電流密度しか実現できなかったが、請求項５に係
る発明では、原燃料を燃料電池電極部に、均質霧状に供
給する燃料供給部を備えたことにより、電極反応速度が
向上し、電流密度を上げることができ、結果として過電
圧を低くでき出力電圧を電極に水素ガスを供給した場合
に近い状態の燃料電池装置の場合と同じ程度まで実現で
きる。尚、電極反応を向上させる要因としては、微粒化
した均質霧状で原燃料を供給することにより、殆ど気体
に近い状態にありながら液体の場合とそれほど変わらな
い液量ペースで電極状に原燃料を供給できるから気体状
態の反応性の良さと液体状態の供給効率が両立できた点
と、霧化滴を物理的に吹き付けることによる撹拌効果が
高まった点等にある。
【００１１】請求項６に係る発明は、請求項１〜５のい
ずれかに記載の前記原料供給部に、原燃料を霧状態の濃
度を任意に設定できる電気的調整制御部を備えることを
特徴とする燃料電池発電装置である。これにより、発電
利用状態のフィードバック情報に対して原燃料の供給量
を精度良く制御できるので、水素リッチの改質ガスへの
変換が効率よくでき、一酸化炭素の発生量を抑制でき、
従来から利用されている一酸化炭素変成器を小型化し装
置全体の小型化が可能である。なお、電気的調整制御部
としては、原燃料の供給量調整弁、供給時間・供給間隔
及び供給流速の制御装置、又は霧状態を検出し調整弁及
び制御装置へのフィードバック制御装置などがある。
ずれかに記載の前記原料供給部に、原燃料を霧状態の濃
度を任意に設定できる電気的調整制御部を備えることを
特徴とする燃料電池発電装置である。これにより、発電
利用状態のフィードバック情報に対して原燃料の供給量
を精度良く制御できるので、水素リッチの改質ガスへの
変換が効率よくでき、一酸化炭素の発生量を抑制でき、
従来から利用されている一酸化炭素変成器を小型化し装
置全体の小型化が可能である。なお、電気的調整制御部
としては、原燃料の供給量調整弁、供給時間・供給間隔
及び供給流速の制御装置、又は霧状態を検出し調整弁及
び制御装置へのフィードバック制御装置などがある。
【００１２】請求項７に係る発明は、請求項６記載の前
記原料供給部が、原燃料を充填する燃料室と、該燃料室
壁を加圧する加圧手段と、該燃料室に連結され液膜によ
りシールされるとともに該燃料室の体積変化により燃料
を吐出するノズルと、吐出分の燃料を該燃料室に補充す
る導入孔とを備えるマイクロポンプであり、該ノズルか
ら原燃料を吐出して気化させることを特徴とする燃料電
池発電装置である。これにより、能動的に吐出動作を行
い、吐出容量が小さいマイクロポンプを大量に数ミリ角
の範囲に容易に形成することができ、微量な吐出液滴を
大量に形成できる。ここで、液膜によるシールとは、１
又は２以上の燃料室に原燃料を供給する導入孔に弁構造
を有さず、燃料室に加減圧による圧力変動があってノズ
ルから原燃料が吐出されるとき、狭小に設けられた導入
孔から大量な逆流は生じないように設けられた構造をい
う。なお、複数の燃料室の導入孔それぞれを同一の流路
に接続したり、ノズルを燃料室に対し複数設けることが
できる。また、加圧手段は、所定の振幅又は振動を発す
る部材であればよく、圧電／電歪素子のように電気信号
が直接に物理的作動に変換されるもののほか、ソレノイ
ドコイル等の一般の加圧手段をも含む。特に、圧電／電
歪素子は、その高速反応性、発生力、振動量の正確さに
おいて優れていて好適である。また、圧電／電歪素子の
構造は、その両面に電極を形成した単板素子、他の弾性
材料などと組合わせて変位量を空間的に拡大する複合素
子等の構造に限定するものではなく、多層にわたって圧
電／電歪素子及び電極を積層したアクチュエータが、そ
の低電圧駆動性、高変位性の点から適している。
記原料供給部が、原燃料を充填する燃料室と、該燃料室
壁を加圧する加圧手段と、該燃料室に連結され液膜によ
りシールされるとともに該燃料室の体積変化により燃料
を吐出するノズルと、吐出分の燃料を該燃料室に補充す
る導入孔とを備えるマイクロポンプであり、該ノズルか
ら原燃料を吐出して気化させることを特徴とする燃料電
池発電装置である。これにより、能動的に吐出動作を行
い、吐出容量が小さいマイクロポンプを大量に数ミリ角
の範囲に容易に形成することができ、微量な吐出液滴を
大量に形成できる。ここで、液膜によるシールとは、１
又は２以上の燃料室に原燃料を供給する導入孔に弁構造
を有さず、燃料室に加減圧による圧力変動があってノズ
ルから原燃料が吐出されるとき、狭小に設けられた導入
孔から大量な逆流は生じないように設けられた構造をい
う。なお、複数の燃料室の導入孔それぞれを同一の流路
に接続したり、ノズルを燃料室に対し複数設けることが
できる。また、加圧手段は、所定の振幅又は振動を発す
る部材であればよく、圧電／電歪素子のように電気信号
が直接に物理的作動に変換されるもののほか、ソレノイ
ドコイル等の一般の加圧手段をも含む。特に、圧電／電
歪素子は、その高速反応性、発生力、振動量の正確さに
おいて優れていて好適である。また、圧電／電歪素子の
構造は、その両面に電極を形成した単板素子、他の弾性
材料などと組合わせて変位量を空間的に拡大する複合素
子等の構造に限定するものではなく、多層にわたって圧
電／電歪素子及び電極を積層したアクチュエータが、そ
の低電圧駆動性、高変位性の点から適している。
【００１３】請求項８に係る発明は、請求項７記載の前
記マイクロポンプの加圧手段が、該燃料室の少なくとも
一部の壁面に設けられた圧電／電歪素子からなることを
特徴とする燃料電池発電装置である。これにより、原燃
料の微粒化噴霧がより低い消費電力で効率良く、数ｋ〜
数十ＭHzといった高い周波数で確実に可能となり、気化
効率が良いので、従来の加熱手段のようにシステム起動
時に予熱が終わるまでの待機時間が無くなり燃料電池を
素早く利用できる。また、製造方法としてグリーンシー
ト法、印刷法などを採用できるので、マイクロポンプと
しても微細な構造が、大量に、安価にできる。
記マイクロポンプの加圧手段が、該燃料室の少なくとも
一部の壁面に設けられた圧電／電歪素子からなることを
特徴とする燃料電池発電装置である。これにより、原燃
料の微粒化噴霧がより低い消費電力で効率良く、数ｋ〜
数十ＭHzといった高い周波数で確実に可能となり、気化
効率が良いので、従来の加熱手段のようにシステム起動
時に予熱が終わるまでの待機時間が無くなり燃料電池を
素早く利用できる。また、製造方法としてグリーンシー
ト法、印刷法などを採用できるので、マイクロポンプと
しても微細な構造が、大量に、安価にできる。
【００１４】請求項９に係る発明は、請求項７記載の前
記マイクロポンプの加圧手段が、前記燃料室と独立して
設けられ、１つの該加圧手段は１つ又は２つ以上の該燃
料室に取り付けられて加圧を付与することを特徴とする
燃料電池発電装置である。これにより、１つのの加圧手
段を駆動させるだけで複数のノズルから一括に吐出させ
ることが可能になるとともに、加圧手段自体は大きくな
り従来より設計の幅が広がり大きな変位を生じさせるこ
とができる。また、加圧手段を圧力室と個別に形成する
ことができ、例えば加圧手段を変位量が大きくなる材料
で燃料室と別々に形成することが可能になる。また、燃
料室の材料を、例えば金属とした場合、靭性が向上し耐
久性を高めることができる。そして、加圧手段を形成す
る材料成分が、燃料室を備える基板側へ拡散することが
無いので、基板の材質は安定し耐久性がより向上する。
なお、加圧手段と圧力室との接する程度は、常態におい
て接している必要はなく、一定の距離をおいて離れてい
ても、加圧・振動伝達のために少なくとも振動部分又は
可動部分が接すればよい。但し、複数の圧力室に同一の
加圧手段で同時に振動を伝える場合は、常態においても
接することが好ましい。具体的には、バネ・ネジ等の機
械的調整手段で接する状態に保持することができる。ま
た、別体の圧力室と加圧手段とを接着剤、フィラー入り
接着剤、熱拡散法等により固定することもできる。更
に、加圧手段の可動部は、燃料室に必ずしも直接に近接
又は接触している必要は無く、燃料室に振動を伝える少
なくとも１つの中継部材を介して加圧手段と接していれ
ば十分で、この場合は中継部材で調整して加圧手段の位
置合わせを不要になることや、加圧手段の数を減らすこ
とが可能になり、コスト低減が図られる。
記マイクロポンプの加圧手段が、前記燃料室と独立して
設けられ、１つの該加圧手段は１つ又は２つ以上の該燃
料室に取り付けられて加圧を付与することを特徴とする
燃料電池発電装置である。これにより、１つのの加圧手
段を駆動させるだけで複数のノズルから一括に吐出させ
ることが可能になるとともに、加圧手段自体は大きくな
り従来より設計の幅が広がり大きな変位を生じさせるこ
とができる。また、加圧手段を圧力室と個別に形成する
ことができ、例えば加圧手段を変位量が大きくなる材料
で燃料室と別々に形成することが可能になる。また、燃
料室の材料を、例えば金属とした場合、靭性が向上し耐
久性を高めることができる。そして、加圧手段を形成す
る材料成分が、燃料室を備える基板側へ拡散することが
無いので、基板の材質は安定し耐久性がより向上する。
なお、加圧手段と圧力室との接する程度は、常態におい
て接している必要はなく、一定の距離をおいて離れてい
ても、加圧・振動伝達のために少なくとも振動部分又は
可動部分が接すればよい。但し、複数の圧力室に同一の
加圧手段で同時に振動を伝える場合は、常態においても
接することが好ましい。具体的には、バネ・ネジ等の機
械的調整手段で接する状態に保持することができる。ま
た、別体の圧力室と加圧手段とを接着剤、フィラー入り
接着剤、熱拡散法等により固定することもできる。更
に、加圧手段の可動部は、燃料室に必ずしも直接に近接
又は接触している必要は無く、燃料室に振動を伝える少
なくとも１つの中継部材を介して加圧手段と接していれ
ば十分で、この場合は中継部材で調整して加圧手段の位
置合わせを不要になることや、加圧手段の数を減らすこ
とが可能になり、コスト低減が図られる。
【００１５】請求項１０に係る発明は、請求項６記載の
燃料供給部が、燃料噴射空間に一端が露呈した燃料を噴
射するノズルを有するとともに、該燃料噴射用ノズルの
他端と燃料供給管の一端とが連通したチャンバーを備え
た噴射ユニットと、前記燃料供給管の他端が接続された
吐出部を有するとともに、前記原燃料貯蔵部と連通した
導入部を有し、該導入部から導入した該原燃料貯蔵部内
の燃料を加圧して該吐出部から吐出することにより、該
燃料を該噴射ユニットの該燃料噴射用ノズルを介して該
燃料噴射空間に噴射する加圧ポンプとを備え、前記噴射
ユニットは、前記燃料噴射用ノズルを複数個備えるとと
もに、前記チャンバーの壁面の少なくとも一部に該チャ
ンバーの容積を変化させる手段を有し、前記燃料噴射用
ノズルから噴射される燃料を微粒子化するように構成し
た燃料電池発電装置である。こうすることで、加圧ポン
プで加圧された原燃料は、複数の燃料噴射用ノズルから
細分化されて噴射されるので、原燃料中に気泡が発生し
た場合でも、同気泡が細かく分断され、その結果、気泡
の存在による噴射量の大きな変動が回避され得る。ま
た、チャンバーの容積が変動し、これにより噴射される
液体に振動エネルギーが付与されるので、原燃料は燃料
噴射用ノズルから微粒子化された液滴として噴射され
る。この場合、微粒子化された液滴の大きさは、原燃料
液体に印加される圧力、振動の振幅・周波数等のチャン
バーの容積変動条件、流路の形状、流路の寸法、及び原
燃料液体の粘度・表面張力等の物性等により変化する
が、原燃料液体に加わる振動の周期が、原燃料液体が原
燃料噴射用ノズル内の同ノズルの端部（原燃料噴射空間
に露呈した開口）近傍において、同ノズルの端部の直径
分に相当する長さだけ移動する時間より小さい場合、同
噴射される原燃料液滴の大きさは、おおよそ原燃料噴射
ノズルの端部の直径以下となり、その直径は振動の周
期、及び原燃料液体の移動速度を変更しない限り均一で
ある。従って、前記原燃料噴射用ノズルの原燃料液体噴
射空間に露呈した端部（開口）の直径を数十μｍ以下に
形成すれば、極めて均一に微細化された原燃料液滴を噴
射することが可能となり、噴射する燃料を適切な径の液
滴に微粒子化できるので、水素の取り出しが、効率良
く、また応答性良く実現可能となり、負荷変動特性に優
れた効率の良い燃料電池が実現できる。また、上記構成
によれば、原燃料液体の噴射に必要な圧力は加圧手段に
より発生されることから、燃料電池装置の運転条件等の
変動などにより、燃料噴射空間の環境、例えば、圧力や
温度などが激しく変動しても、同燃料を所望の微細な粒
子として安定して噴射、供給することができる。更に、
前述のキャブレター方式は、液原燃料噴射空間である空
間の空気流速に応じて原燃料流量が決定され、霧化の程
度も同空気流速に依存して変化したが、本発明の燃料供
給部によれば、空気流速に拘らず良好な霧化状態を維持
した原燃料液体を必要量だけ噴射することができる。加
えて、本発明による燃料供給部によれば、従来のＦＩ方
式でのノズル部にアシストエアを供給することで燃料の
霧化を促進する装置のように、アシストエアを供給する
ためのコンプレッサーを必要としないので、装置を廉価
なものとすることができる。
燃料供給部が、燃料噴射空間に一端が露呈した燃料を噴
射するノズルを有するとともに、該燃料噴射用ノズルの
他端と燃料供給管の一端とが連通したチャンバーを備え
た噴射ユニットと、前記燃料供給管の他端が接続された
吐出部を有するとともに、前記原燃料貯蔵部と連通した
導入部を有し、該導入部から導入した該原燃料貯蔵部内
の燃料を加圧して該吐出部から吐出することにより、該
燃料を該噴射ユニットの該燃料噴射用ノズルを介して該
燃料噴射空間に噴射する加圧ポンプとを備え、前記噴射
ユニットは、前記燃料噴射用ノズルを複数個備えるとと
もに、前記チャンバーの壁面の少なくとも一部に該チャ
ンバーの容積を変化させる手段を有し、前記燃料噴射用
ノズルから噴射される燃料を微粒子化するように構成し
た燃料電池発電装置である。こうすることで、加圧ポン
プで加圧された原燃料は、複数の燃料噴射用ノズルから
細分化されて噴射されるので、原燃料中に気泡が発生し
た場合でも、同気泡が細かく分断され、その結果、気泡
の存在による噴射量の大きな変動が回避され得る。ま
た、チャンバーの容積が変動し、これにより噴射される
液体に振動エネルギーが付与されるので、原燃料は燃料
噴射用ノズルから微粒子化された液滴として噴射され
る。この場合、微粒子化された液滴の大きさは、原燃料
液体に印加される圧力、振動の振幅・周波数等のチャン
バーの容積変動条件、流路の形状、流路の寸法、及び原
燃料液体の粘度・表面張力等の物性等により変化する
が、原燃料液体に加わる振動の周期が、原燃料液体が原
燃料噴射用ノズル内の同ノズルの端部（原燃料噴射空間
に露呈した開口）近傍において、同ノズルの端部の直径
分に相当する長さだけ移動する時間より小さい場合、同
噴射される原燃料液滴の大きさは、おおよそ原燃料噴射
ノズルの端部の直径以下となり、その直径は振動の周
期、及び原燃料液体の移動速度を変更しない限り均一で
ある。従って、前記原燃料噴射用ノズルの原燃料液体噴
射空間に露呈した端部（開口）の直径を数十μｍ以下に
形成すれば、極めて均一に微細化された原燃料液滴を噴
射することが可能となり、噴射する燃料を適切な径の液
滴に微粒子化できるので、水素の取り出しが、効率良
く、また応答性良く実現可能となり、負荷変動特性に優
れた効率の良い燃料電池が実現できる。また、上記構成
によれば、原燃料液体の噴射に必要な圧力は加圧手段に
より発生されることから、燃料電池装置の運転条件等の
変動などにより、燃料噴射空間の環境、例えば、圧力や
温度などが激しく変動しても、同燃料を所望の微細な粒
子として安定して噴射、供給することができる。更に、
前述のキャブレター方式は、液原燃料噴射空間である空
間の空気流速に応じて原燃料流量が決定され、霧化の程
度も同空気流速に依存して変化したが、本発明の燃料供
給部によれば、空気流速に拘らず良好な霧化状態を維持
した原燃料液体を必要量だけ噴射することができる。加
えて、本発明による燃料供給部によれば、従来のＦＩ方
式でのノズル部にアシストエアを供給することで燃料の
霧化を促進する装置のように、アシストエアを供給する
ためのコンプレッサーを必要としないので、装置を廉価
なものとすることができる。
【００１６】請求項１１に係る発明は、請求項１０記載
のチャンバーの容積を変化させる手段が、前記チャンバ
ーの少なくとも一部の壁面に設けられた圧電／電歪素子
からなることを特徴とする燃料電池発電装置である。こ
うすることにより、圧電／電歪素子の作動によりチャン
バーの容積が変動し、これにより噴射される原燃料液体
に振動エネルギーが付与されるので、原燃料の微粒化が
より低い消費電力で効率良く、数ｋ〜数十ＭHzといった
高い周波数で確実に可能となり、気化効率が良いので、
従来の加熱手段のようにシステム起動時に予熱が終わる
までの待機時間が無くなり燃料電池を素早く利用でき
る。また、製造方法としてグリーンシート法、印刷法な
どを採用できるので、マイクロポンプとしても微細な構
造が、大量に、安価にできる。
のチャンバーの容積を変化させる手段が、前記チャンバ
ーの少なくとも一部の壁面に設けられた圧電／電歪素子
からなることを特徴とする燃料電池発電装置である。こ
うすることにより、圧電／電歪素子の作動によりチャン
バーの容積が変動し、これにより噴射される原燃料液体
に振動エネルギーが付与されるので、原燃料の微粒化が
より低い消費電力で効率良く、数ｋ〜数十ＭHzといった
高い周波数で確実に可能となり、気化効率が良いので、
従来の加熱手段のようにシステム起動時に予熱が終わる
までの待機時間が無くなり燃料電池を素早く利用でき
る。また、製造方法としてグリーンシート法、印刷法な
どを採用できるので、マイクロポンプとしても微細な構
造が、大量に、安価にできる。
【００１７】請求項１２に係る発明は、請求項１１記載
のチャンバーの容積を変化させる手段が、前記チャンバ
ーと独立して設けられた加圧手段からなり、１つの該加
圧手段は１つ又は２つ以上の該チャンバーに取り付けら
れて加圧を付与することを特徴とする燃料電池発電装置
である。こうすることにより、１つのの加圧手段を駆動
させるだけで複数のノズルから一括に微粒化させること
が可能になるとともに、加圧手段自体は大きくなり従来
より設計の幅が広がり大きな変位を生じさせることがで
きる。また、加圧手段をチャンバーと個別に形成するこ
とができ、例えば加圧手段を変位量が大きくなる材料で
チャンバーと別々に形成することが可能になる。また、
チャンバーの材料を、例えば金属とした場合、靭性が向
上し耐久性を高めることができる。そして、加圧手段を
形成する材料成分が、チャンバーを備える部位へ拡散す
ることが無いので、チャンバーを備える部位の材質は安
定し耐久性がより向上する。
のチャンバーの容積を変化させる手段が、前記チャンバ
ーと独立して設けられた加圧手段からなり、１つの該加
圧手段は１つ又は２つ以上の該チャンバーに取り付けら
れて加圧を付与することを特徴とする燃料電池発電装置
である。こうすることにより、１つのの加圧手段を駆動
させるだけで複数のノズルから一括に微粒化させること
が可能になるとともに、加圧手段自体は大きくなり従来
より設計の幅が広がり大きな変位を生じさせることがで
きる。また、加圧手段をチャンバーと個別に形成するこ
とができ、例えば加圧手段を変位量が大きくなる材料で
チャンバーと別々に形成することが可能になる。また、
チャンバーの材料を、例えば金属とした場合、靭性が向
上し耐久性を高めることができる。そして、加圧手段を
形成する材料成分が、チャンバーを備える部位へ拡散す
ることが無いので、チャンバーを備える部位の材質は安
定し耐久性がより向上する。
【００１８】請求項１３に係る発明は、請求項１０記載
の燃料供給部が、前記燃料供給管の一部に燃料通路の開
閉をする電磁式開閉弁を備えたことを特徴とする燃料電
池発電装置である。これにより、電磁弁を制御して噴射
ユニットからの噴射量を精細にコントロールすることが
可能となるので、原燃料液体の微粒子化の効果と相乗し
負荷変動応答性に優れた燃料電池装置を実現できる。
の燃料供給部が、前記燃料供給管の一部に燃料通路の開
閉をする電磁式開閉弁を備えたことを特徴とする燃料電
池発電装置である。これにより、電磁弁を制御して噴射
ユニットからの噴射量を精細にコントロールすることが
可能となるので、原燃料液体の微粒子化の効果と相乗し
負荷変動応答性に優れた燃料電池装置を実現できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る燃料電池を実
施する形態を詳細に説明する。図１は、燃料電池に接続
される改質器の概要を示すブロック図である。改質器１
は、気化部（気体供給部）２と触媒体３とＣＯ低減部４
とを、流体流路となる金属質の缶体５内に配設してい
る。気化部２は燃焼熱又は電熱により発熱する。通常気
化部２は触媒体３の上流側に配置される。気化部２の下
手側又は後流側には、気化部２の発熱量を制御するセン
サ２ａが配置される。触媒体３は、水蒸気改質反応、部
分酸化反応又は分解反応、ＣＯシフト反応等についての
触媒作用を有する触媒成分のいずれかを少なくとも含
む。ＣＯ低減部４は、ＣＯ選択的酸化反応を起こす触媒
であり、ＣＯを低減させて高い水素濃度を燃料電池本体
に供給させるのに必要となる。メタノールと水とを混合
した原燃料を貯蔵したタンクに接続された原燃料供給部
６は、缶体５の入口孔５ａに取り付けられ、ここからマ
イクロポンプとして自力で噴霧された原燃料は、気化部
２を通過する過程で、触媒体３、ＣＯ低減部４を経て出
口孔５ｂに至る。得られた水素リッチな流体Ｂは、改質
器置の下手側に配置する燃料電池本体へと搬送される。
なお、水蒸気改質反応、部分酸化反応又は分解反応、Ｃ
Ｏシフト反応、ＣＯ部分酸化反応用の典型的な反応温度
は、それぞれ５００℃以上、２００〜３００℃、１００
〜２００℃の範囲であり、水蒸気改質反応、部分酸化反
応又は分解反応の触媒体とＣＯシフト反応の触媒体の間
には温度差を生じるため、熱交換器を流体流路内に配置
して熱回収を行い、回収した熱は、反応流体Ａを予備加
熱することや、触媒体３を加熱する部材に供給すること
に使用する。また、熱交換器の種類は限定するものでは
なく、管型熱交換器、板状型熱交換器などを用いること
や、熱交換後の流体は、上流側の熱を必要とする方向へ
流すことが一般的に好ましいが、下流側に流すことも可
能である。
施する形態を詳細に説明する。図１は、燃料電池に接続
される改質器の概要を示すブロック図である。改質器１
は、気化部（気体供給部）２と触媒体３とＣＯ低減部４
とを、流体流路となる金属質の缶体５内に配設してい
る。気化部２は燃焼熱又は電熱により発熱する。通常気
化部２は触媒体３の上流側に配置される。気化部２の下
手側又は後流側には、気化部２の発熱量を制御するセン
サ２ａが配置される。触媒体３は、水蒸気改質反応、部
分酸化反応又は分解反応、ＣＯシフト反応等についての
触媒作用を有する触媒成分のいずれかを少なくとも含
む。ＣＯ低減部４は、ＣＯ選択的酸化反応を起こす触媒
であり、ＣＯを低減させて高い水素濃度を燃料電池本体
に供給させるのに必要となる。メタノールと水とを混合
した原燃料を貯蔵したタンクに接続された原燃料供給部
６は、缶体５の入口孔５ａに取り付けられ、ここからマ
イクロポンプとして自力で噴霧された原燃料は、気化部
２を通過する過程で、触媒体３、ＣＯ低減部４を経て出
口孔５ｂに至る。得られた水素リッチな流体Ｂは、改質
器置の下手側に配置する燃料電池本体へと搬送される。
なお、水蒸気改質反応、部分酸化反応又は分解反応、Ｃ
Ｏシフト反応、ＣＯ部分酸化反応用の典型的な反応温度
は、それぞれ５００℃以上、２００〜３００℃、１００
〜２００℃の範囲であり、水蒸気改質反応、部分酸化反
応又は分解反応の触媒体とＣＯシフト反応の触媒体の間
には温度差を生じるため、熱交換器を流体流路内に配置
して熱回収を行い、回収した熱は、反応流体Ａを予備加
熱することや、触媒体３を加熱する部材に供給すること
に使用する。また、熱交換器の種類は限定するものでは
なく、管型熱交換器、板状型熱交換器などを用いること
や、熱交換後の流体は、上流側の熱を必要とする方向へ
流すことが一般的に好ましいが、下流側に流すことも可
能である。
【００２０】図２は、原燃料供給部６の断面拡大図を示
している。原燃料供給部６は、原燃料を貯蔵したタンク
に接続された流路２０から左右の圧力室１０へ原燃料を
供給され、それぞれの吐出口１１から圧力室１０の体積
減少により原燃料を液滴として吐出する。圧力室１０の
内部は、一端の下方に外方へ開口するノズル孔１１ａを
有した吐出口１１を設け、その吐出口１１を設けた面の
他端には導入孔１２を設け、その導入孔１２を介して流
路２０に接続されている。また、圧力室１０の上部壁部
の上には、振動源１３が個別に設けられている。振動源
１３は、上部電極、圧電／電歪層及び下部電極を積層し
た圧電／電歪素子１３ａであって、圧電／電歪素子に所
定の電圧信号を印加することにより、上部電極と下部電
極との間に生じた電界により圧電／電歪層が変形し、固
着された複数の圧力室１０の壁部を同時に変形させて、
各圧力室１０に生じる加圧力により各圧力室１０に供給
された液体を吐出口１１から液滴として同時に吐出す
る。反対に、振動源１３の下面が上方に上がり元の位置
まで戻ると、複数の圧力室１０の薄肉部１０ａも同時に
元の形状に戻って、各圧力室１０に生じる負圧力により
流路２０から各圧力室１０に導入孔１２を介して液体が
供給されて次の噴出に備える。これを高速に繰り返すこ
とにより液滴が噴霧状に噴出される。これにより、従来
のような搬送流体が流れていなくても原燃料を噴霧がで
きるので、触媒部３に原燃料供給部６を近接させている
ことで、加熱させる気体供給部２を省略させて装置全体
の小型化を図ることも可能である。近接させるために、
缶体５の入口孔５ａの全周に取り付けるだけでなく、触
媒部３の前に位置するように缶体５から原燃料供給部６
を突設させることもできる。
している。原燃料供給部６は、原燃料を貯蔵したタンク
に接続された流路２０から左右の圧力室１０へ原燃料を
供給され、それぞれの吐出口１１から圧力室１０の体積
減少により原燃料を液滴として吐出する。圧力室１０の
内部は、一端の下方に外方へ開口するノズル孔１１ａを
有した吐出口１１を設け、その吐出口１１を設けた面の
他端には導入孔１２を設け、その導入孔１２を介して流
路２０に接続されている。また、圧力室１０の上部壁部
の上には、振動源１３が個別に設けられている。振動源
１３は、上部電極、圧電／電歪層及び下部電極を積層し
た圧電／電歪素子１３ａであって、圧電／電歪素子に所
定の電圧信号を印加することにより、上部電極と下部電
極との間に生じた電界により圧電／電歪層が変形し、固
着された複数の圧力室１０の壁部を同時に変形させて、
各圧力室１０に生じる加圧力により各圧力室１０に供給
された液体を吐出口１１から液滴として同時に吐出す
る。反対に、振動源１３の下面が上方に上がり元の位置
まで戻ると、複数の圧力室１０の薄肉部１０ａも同時に
元の形状に戻って、各圧力室１０に生じる負圧力により
流路２０から各圧力室１０に導入孔１２を介して液体が
供給されて次の噴出に備える。これを高速に繰り返すこ
とにより液滴が噴霧状に噴出される。これにより、従来
のような搬送流体が流れていなくても原燃料を噴霧がで
きるので、触媒部３に原燃料供給部６を近接させている
ことで、加熱させる気体供給部２を省略させて装置全体
の小型化を図ることも可能である。近接させるために、
缶体５の入口孔５ａの全周に取り付けるだけでなく、触
媒部３の前に位置するように缶体５から原燃料供給部６
を突設させることもできる。
【００２１】図３（ａ）は、図２に示す原燃料供給部６
の他の実施形態を示した説明図である。圧力室１０は、
一端の下方に外方へ開口するノズル孔１１ａを有した吐
出口１１を設け、その吐出口１１を設けた面の他端には
導入孔１２を設け、その導入孔１２を介して流路２０に
接続されている。特に圧力室１０の薄肉部１０ａは外方
に凸状に成形され、横に位置する他の圧力室１０の薄肉
部１０ａとの間には凹部を形成している。一方、圧力室
１０の上部壁部の上方には、別体に形成された振動源１
３が備えられ、振動源１３の下面は平滑に形成されてあ
り、常態のおいてその下面と圧力室１０の薄肉部１０ａ
とは接触する位置関係に保たれている。また、この振動
源１３も、横へ並列する他の圧力室１０の上部壁部まで
及ぶように横方向へ長い形状に形成されている。振動源
１３は、多層にわたって圧電／電歪素子及び電極を積層
したアクチュエータ１３ｂであって、上下方向に振動す
る構造として低電圧駆動性・高変位性に優れている。こ
のアクチュエータ１３ｂに所定の電圧信号を印加するこ
とにより、図示する位置の振動源１３の下面は下方に下
がり、複数の圧力室１０の外方へ凸状の薄肉部１０ａを
同時に変形させて、各圧力室１０に生じる加圧力により
各圧力室１０に供給された液体を吐出口１１から液滴と
して同時に吐出する。反対に、振動源１３の下面が上方
に上がり元の位置まで戻ると、複数の圧力室１０の薄肉
部１０ａも同時に元の形状に戻って、各圧力室１０に生
じる負圧力により流路２０から各圧力室１０に導入孔１
２を介して液体が供給されて次の噴出に備える。これを
繰り返すことにより液滴が噴霧状に噴出される。図３
（ｂ）（ｃ）は、それぞれ圧電縦効果と圧電横効果を利
用した積層型アクチュエータ１３ｂの形態を例示してい
て、求められる駆動電圧、変位量及び形状等に応じて選
択される。
の他の実施形態を示した説明図である。圧力室１０は、
一端の下方に外方へ開口するノズル孔１１ａを有した吐
出口１１を設け、その吐出口１１を設けた面の他端には
導入孔１２を設け、その導入孔１２を介して流路２０に
接続されている。特に圧力室１０の薄肉部１０ａは外方
に凸状に成形され、横に位置する他の圧力室１０の薄肉
部１０ａとの間には凹部を形成している。一方、圧力室
１０の上部壁部の上方には、別体に形成された振動源１
３が備えられ、振動源１３の下面は平滑に形成されてあ
り、常態のおいてその下面と圧力室１０の薄肉部１０ａ
とは接触する位置関係に保たれている。また、この振動
源１３も、横へ並列する他の圧力室１０の上部壁部まで
及ぶように横方向へ長い形状に形成されている。振動源
１３は、多層にわたって圧電／電歪素子及び電極を積層
したアクチュエータ１３ｂであって、上下方向に振動す
る構造として低電圧駆動性・高変位性に優れている。こ
のアクチュエータ１３ｂに所定の電圧信号を印加するこ
とにより、図示する位置の振動源１３の下面は下方に下
がり、複数の圧力室１０の外方へ凸状の薄肉部１０ａを
同時に変形させて、各圧力室１０に生じる加圧力により
各圧力室１０に供給された液体を吐出口１１から液滴と
して同時に吐出する。反対に、振動源１３の下面が上方
に上がり元の位置まで戻ると、複数の圧力室１０の薄肉
部１０ａも同時に元の形状に戻って、各圧力室１０に生
じる負圧力により流路２０から各圧力室１０に導入孔１
２を介して液体が供給されて次の噴出に備える。これを
繰り返すことにより液滴が噴霧状に噴出される。図３
（ｂ）（ｃ）は、それぞれ圧電縦効果と圧電横効果を利
用した積層型アクチュエータ１３ｂの形態を例示してい
て、求められる駆動電圧、変位量及び形状等に応じて選
択される。
【００２２】図４及び図５は、図２及び図３の他の実施
形態を示した説明図である。圧力室１０は一端の下方に
外方へ開口するノズル孔１１ａを有した吐出口１１を設
けているが、この実施形態ではその吐出口１１を設けた
面の他端の上面に導入孔１２を設け、その導入孔１２を
介して流路２０に接続されているので、圧力室１０より
流路２０が上方に位置し、原燃料供給部６の上面により
近接した位置関係に形成されている。一方、圧力室１０
の上部壁部の上方には、別体に形成され一部を基枠に固
定された振動源１３が備えられ、振動源１３の可動部と
なる下面と薄肉部１０ａとは平滑に形成されている。図
５は、この振動源１３と流路２０との位置関係を示す斜
視図である。図４に示した１対の圧力室１０，１０を横
へ並列させ、その上方に位置して複数の圧力室１０に接
続する流路２０の長手方向に沿って、振動源１３が長手
形状に形成されている。この振動源１３もアクチュエー
タ１３ｂとして上下に振動する構造であって、所定の電
圧信号を印加することにより、図示する位置の振動源１
３の下面は取り付けた基枠に対し下方に下がり、流路２
０を変形させて、流路２０に生じる加圧力により各圧力
室１０に同時に液体を圧送して、供給された液体を各圧
力室１０の吐出口１１から液滴として同時に吐出する。
反対に、振動源１３の下面が上方に上がり元の位置まで
戻ると、流路２も元の形状に戻ってその負圧力により流
路２０に液体が供給されて次の噴出に備える。これを繰
り返すことにより液滴が噴霧状に噴出される。
形態を示した説明図である。圧力室１０は一端の下方に
外方へ開口するノズル孔１１ａを有した吐出口１１を設
けているが、この実施形態ではその吐出口１１を設けた
面の他端の上面に導入孔１２を設け、その導入孔１２を
介して流路２０に接続されているので、圧力室１０より
流路２０が上方に位置し、原燃料供給部６の上面により
近接した位置関係に形成されている。一方、圧力室１０
の上部壁部の上方には、別体に形成され一部を基枠に固
定された振動源１３が備えられ、振動源１３の可動部と
なる下面と薄肉部１０ａとは平滑に形成されている。図
５は、この振動源１３と流路２０との位置関係を示す斜
視図である。図４に示した１対の圧力室１０，１０を横
へ並列させ、その上方に位置して複数の圧力室１０に接
続する流路２０の長手方向に沿って、振動源１３が長手
形状に形成されている。この振動源１３もアクチュエー
タ１３ｂとして上下に振動する構造であって、所定の電
圧信号を印加することにより、図示する位置の振動源１
３の下面は取り付けた基枠に対し下方に下がり、流路２
０を変形させて、流路２０に生じる加圧力により各圧力
室１０に同時に液体を圧送して、供給された液体を各圧
力室１０の吐出口１１から液滴として同時に吐出する。
反対に、振動源１３の下面が上方に上がり元の位置まで
戻ると、流路２も元の形状に戻ってその負圧力により流
路２０に液体が供給されて次の噴出に備える。これを繰
り返すことにより液滴が噴霧状に噴出される。
【００２３】図６も、他の実施形態を示した説明図であ
る。圧力室１０は、一端の下方に外方へ開口するノズル
孔１１ａを有した吐出口１１を設け、その吐出口１１を
設けた面の他端には導入孔１２を設け、その導入孔１２
を介して流路２０に接続されている。特に圧力室１０の
薄肉部１０ａは内方に凸状に成形され、横に位置する他
の圧力室１０の薄肉部１０ａとの間に位置する桟部が、
相対的に外方へ突出する位置関係に形成されている。そ
して、圧力室１０の上部壁部の上方には、別体で下面を
平滑に形成された振動源１３が備えられ、常態を示す
（ａ）において、その下面と桟部１４の上面１４ａと接
するような位置関係に保たれている。また、この振動源
１３も、横へ並列する他の圧力室１０の上部壁部まで及
ぶように横方向へ長い形状に形成されている。振動源１
３もアクチュエータ１３ｂとして上下に振動する構造で
あって、所定の電圧信号を印加することにより、（ｂ）
に図示する位置まで振動源１３の下面は下方に下がり、
複数の圧力室１０間の桟部１４を同時に下方へ変形させ
て、各圧力室１０が矩形変形して生じた負圧力により各
圧力室１０に流路２０から液体を供給する。反対に、振
動源１３の下面が上方に上がり元の位置まで戻ると、桟
部１４も同時に元の形状に戻って、各圧力室１０に生じ
る加圧力により各圧力室１０に供給された液体を吐出口
１１から液滴として同時に吐出する。これを繰り返すこ
とにより液滴が噴霧状に噴出される。
る。圧力室１０は、一端の下方に外方へ開口するノズル
孔１１ａを有した吐出口１１を設け、その吐出口１１を
設けた面の他端には導入孔１２を設け、その導入孔１２
を介して流路２０に接続されている。特に圧力室１０の
薄肉部１０ａは内方に凸状に成形され、横に位置する他
の圧力室１０の薄肉部１０ａとの間に位置する桟部が、
相対的に外方へ突出する位置関係に形成されている。そ
して、圧力室１０の上部壁部の上方には、別体で下面を
平滑に形成された振動源１３が備えられ、常態を示す
（ａ）において、その下面と桟部１４の上面１４ａと接
するような位置関係に保たれている。また、この振動源
１３も、横へ並列する他の圧力室１０の上部壁部まで及
ぶように横方向へ長い形状に形成されている。振動源１
３もアクチュエータ１３ｂとして上下に振動する構造で
あって、所定の電圧信号を印加することにより、（ｂ）
に図示する位置まで振動源１３の下面は下方に下がり、
複数の圧力室１０間の桟部１４を同時に下方へ変形させ
て、各圧力室１０が矩形変形して生じた負圧力により各
圧力室１０に流路２０から液体を供給する。反対に、振
動源１３の下面が上方に上がり元の位置まで戻ると、桟
部１４も同時に元の形状に戻って、各圧力室１０に生じ
る加圧力により各圧力室１０に供給された液体を吐出口
１１から液滴として同時に吐出する。これを繰り返すこ
とにより液滴が噴霧状に噴出される。
【００２４】図７は、本発明の他の実施例となる燃料電
池に接続される水素変換部の概要を示す図である。水素
変換部は、加熱ヒーター３２で２００〜３５０℃に加熱
された白金触媒３１を備えた脱水素反応を起こす缶体３
５からなっている。シクロヘキサンからなる原燃料を貯
蔵したタンクに接続された燃料供給部３６は缶体３５の
上部壁面に取り付けられており、ここからマイクロポン
プとして自力で内部へ微粒化噴霧された原燃料滴３５ａ
は、缶体３５の底面に配置された触媒３１の上で水素と
ベンゼンに変換される。水素とベンゼンの気体が混じっ
た混合気３５ｂは、変換部の缶体３５より取り出された
後、図示を省略した冷却装置と気体／液体分離装置にて
水素と液体ベンゼンに分離され発電に使用される。ここ
で３ｋＷ／ｈ程度の出力を得る燃料電池発電システムで
は、毎分２０Ｌ程度の水素が必要であるから、本発明に
よる均一噴霧を実現する燃料供給部を用いることにより
シクロヘキサンを毎分３５ｍＬ供給することにより、該
当する量の水素が得られ、ほぼ１００％に近い水素変換
率が得られている。
池に接続される水素変換部の概要を示す図である。水素
変換部は、加熱ヒーター３２で２００〜３５０℃に加熱
された白金触媒３１を備えた脱水素反応を起こす缶体３
５からなっている。シクロヘキサンからなる原燃料を貯
蔵したタンクに接続された燃料供給部３６は缶体３５の
上部壁面に取り付けられており、ここからマイクロポン
プとして自力で内部へ微粒化噴霧された原燃料滴３５ａ
は、缶体３５の底面に配置された触媒３１の上で水素と
ベンゼンに変換される。水素とベンゼンの気体が混じっ
た混合気３５ｂは、変換部の缶体３５より取り出された
後、図示を省略した冷却装置と気体／液体分離装置にて
水素と液体ベンゼンに分離され発電に使用される。ここ
で３ｋＷ／ｈ程度の出力を得る燃料電池発電システムで
は、毎分２０Ｌ程度の水素が必要であるから、本発明に
よる均一噴霧を実現する燃料供給部を用いることにより
シクロヘキサンを毎分３５ｍＬ供給することにより、該
当する量の水素が得られ、ほぼ１００％に近い水素変換
率が得られている。
【００２５】図８は、本発明の更に他の実施例となる燃
料電池発電装置の概要を示す図である。メタノールと水
を混合した原燃料を貯蔵するタンク４１は、燃料供給管
４２により燃料を噴霧するために加圧する加圧ポンプ４
３に連結されている。加圧ポンプ４３と、加圧ポンプ４
３からの燃料通路を開閉する電磁式開閉弁４４と、複数
形成された噴射ノズルから微粒化した燃料滴を噴射する
噴射ユニット４５とは、燃料供給部４６を形成する。そ
して、燃料供給部４６は、燃料電池スタックの電極部４
７（負極）に向かって配置されている。噴射ユニット４
５に形成された複数の噴射ノズルからはユニット内のチ
ャンバーの容積が変化することにより微粒化された燃料
滴４６ａが電極部４７に噴射され、その電極表面にてメ
タノールと水から二酸化炭素と水素イオン、電子に変換
される。水素イオンは燃料電池スタックの膜中を移動
し、電極４９（正極）ではコンプレッサー４８から供給
された空気中の酸素と、電子が反応して水が生成される
ことにより、外部回路を電子が移動し電流が取り出され
る。尚、反応に寄与しなかったメタノールと水の混合液
は下方へ落下し燃料供給回収管５０にてタンク４１に戻
される。この燃料電池発電装置にて、燃料供給部４６か
らメタノールと水を混合した燃料を、その液滴径が３０
ミクロンで、ノズルより初速６ｍ／ｓｅｃ程度の条件
で、電極部４７に連続して噴霧、吹き付けることより、
外部回路には電流密度１００ｍＡ／ｃｍ２以上で０．８
Ｖ程度のセル電圧が得られる。本発明は上記各実施形態
に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々
の変形例を採用することができる。たとえば、上記実施
形態においては、燃料供給部は１箇所の例が示されてい
るが、気化部、改質部、水素変換部又は電極部等の大き
さ、形状に応じて、複数個配置されても良く、また燃料
加圧ポンプと噴射ユニットを備えた燃料供給部が、改質
反応、又は脱水素反応に用いられても良い。
料電池発電装置の概要を示す図である。メタノールと水
を混合した原燃料を貯蔵するタンク４１は、燃料供給管
４２により燃料を噴霧するために加圧する加圧ポンプ４
３に連結されている。加圧ポンプ４３と、加圧ポンプ４
３からの燃料通路を開閉する電磁式開閉弁４４と、複数
形成された噴射ノズルから微粒化した燃料滴を噴射する
噴射ユニット４５とは、燃料供給部４６を形成する。そ
して、燃料供給部４６は、燃料電池スタックの電極部４
７（負極）に向かって配置されている。噴射ユニット４
５に形成された複数の噴射ノズルからはユニット内のチ
ャンバーの容積が変化することにより微粒化された燃料
滴４６ａが電極部４７に噴射され、その電極表面にてメ
タノールと水から二酸化炭素と水素イオン、電子に変換
される。水素イオンは燃料電池スタックの膜中を移動
し、電極４９（正極）ではコンプレッサー４８から供給
された空気中の酸素と、電子が反応して水が生成される
ことにより、外部回路を電子が移動し電流が取り出され
る。尚、反応に寄与しなかったメタノールと水の混合液
は下方へ落下し燃料供給回収管５０にてタンク４１に戻
される。この燃料電池発電装置にて、燃料供給部４６か
らメタノールと水を混合した燃料を、その液滴径が３０
ミクロンで、ノズルより初速６ｍ／ｓｅｃ程度の条件
で、電極部４７に連続して噴霧、吹き付けることより、
外部回路には電流密度１００ｍＡ／ｃｍ２以上で０．８
Ｖ程度のセル電圧が得られる。本発明は上記各実施形態
に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々
の変形例を採用することができる。たとえば、上記実施
形態においては、燃料供給部は１箇所の例が示されてい
るが、気化部、改質部、水素変換部又は電極部等の大き
さ、形状に応じて、複数個配置されても良く、また燃料
加圧ポンプと噴射ユニットを備えた燃料供給部が、改質
反応、又は脱水素反応に用いられても良い。
【００２６】
【発明の効果】詳述したように請求項１に係る本発明
は、原燃料を均質霧状に供給する燃料供給部を備えたこ
とより、原燃料の供給が、液滴のサイズの大きさが充分
に小さく、バラツキが抑えられた状態で、燃料滴が存在
しその移動媒体となる気体の量、移動状態に関わらず自
由な設計で実現でき、もって、水素の取り出しが、効率
良く、また応答性良く実現可能となり、負荷変動特性に
優れた効率の良い燃料電池が実現できる。
は、原燃料を均質霧状に供給する燃料供給部を備えたこ
とより、原燃料の供給が、液滴のサイズの大きさが充分
に小さく、バラツキが抑えられた状態で、燃料滴が存在
しその移動媒体となる気体の量、移動状態に関わらず自
由な設計で実現でき、もって、水素の取り出しが、効率
良く、また応答性良く実現可能となり、負荷変動特性に
優れた効率の良い燃料電池が実現できる。
【００２７】また、請求項２に係る本発明は、燃料電池
発電装置の気化部に、改質部へ原燃料を均質霧状に供給
する燃料供給部を備えたことにより、原燃料を改質部の
接触面へ均一に到達させ、媒体流体が無くとも連続的に
均一な原燃料を供給し続けることができるので、気化さ
せた原燃料を効率よく改質ガスに転換できるという顕著
な効果を奏することができ、従来のキャブレター方式も
ＦＩ方式と比べて原燃料の気体中の濃度又は原燃料と媒
体である気体との量比を全く自由に、且つ正確に制御す
ることができる。
発電装置の気化部に、改質部へ原燃料を均質霧状に供給
する燃料供給部を備えたことにより、原燃料を改質部の
接触面へ均一に到達させ、媒体流体が無くとも連続的に
均一な原燃料を供給し続けることができるので、気化さ
せた原燃料を効率よく改質ガスに転換できるという顕著
な効果を奏することができ、従来のキャブレター方式も
ＦＩ方式と比べて原燃料の気体中の濃度又は原燃料と媒
体である気体との量比を全く自由に、且つ正確に制御す
ることができる。
【００２８】請求項３〜５に係る発明は、原燃料を、改
質部、水素変換部又は燃料電池電極部のそれぞれに均質
霧状に供給する燃料供給部を備えたことにより、改質、
脱水素、電極反応における各反応条件を最適化でき、反
応がスムーズに安定して実現できる。
質部、水素変換部又は燃料電池電極部のそれぞれに均質
霧状に供給する燃料供給部を備えたことにより、改質、
脱水素、電極反応における各反応条件を最適化でき、反
応がスムーズに安定して実現できる。
【００２９】請求項６に係る発明は、原料供給部に、原
燃料を霧状態の濃度を任意に設定できる電気的調整制御
部を備えることにより、発電利用状態のフィードバック
情報に対して原燃料の供給量を精度良く制御できるの
で、水素リッチの改質ガスへの変換が効率よくでき、一
酸化炭素の発生量を抑制でき、従来から利用されている
一酸化炭素変成器を小型化し装置全体の小型化が可能で
ある。
燃料を霧状態の濃度を任意に設定できる電気的調整制御
部を備えることにより、発電利用状態のフィードバック
情報に対して原燃料の供給量を精度良く制御できるの
で、水素リッチの改質ガスへの変換が効率よくでき、一
酸化炭素の発生量を抑制でき、従来から利用されている
一酸化炭素変成器を小型化し装置全体の小型化が可能で
ある。
【００３０】請求項７に係る発明は、原料供給部が、原
燃料を充填する燃料室と、該燃料室壁を加圧する加圧手
段と、該燃料室に連結され液膜によりシールされるとと
もに該燃料室の体積変化により燃料を吐出するノズル
と、吐出分の燃料を該燃料室に補充する導入孔とを備え
るマイクロポンプであり、該ノズルから原燃料を吐出し
て気化させることにより、能動的に吐出動作を行い、吐
出容量が小さいマイクロポンプにより、微量な吐出液滴
を大量に形成できる。
燃料を充填する燃料室と、該燃料室壁を加圧する加圧手
段と、該燃料室に連結され液膜によりシールされるとと
もに該燃料室の体積変化により燃料を吐出するノズル
と、吐出分の燃料を該燃料室に補充する導入孔とを備え
るマイクロポンプであり、該ノズルから原燃料を吐出し
て気化させることにより、能動的に吐出動作を行い、吐
出容量が小さいマイクロポンプにより、微量な吐出液滴
を大量に形成できる。
【００３１】請求項８に係る発明は、マイクロポンプの
加圧手段が、該燃料室の壁面に設けられた圧電／電歪素
子からなることにより、原燃料の気化効率が良いので、
従来の加熱手段のようにシステム起動時に予熱が終わる
までの待機時間が無くなり燃料電池を素早く利用でき
る。また、製造方法としてグリーンシート法などを採用
できるので、マイクロポンプとしても微細な構造ができ
る。
加圧手段が、該燃料室の壁面に設けられた圧電／電歪素
子からなることにより、原燃料の気化効率が良いので、
従来の加熱手段のようにシステム起動時に予熱が終わる
までの待機時間が無くなり燃料電池を素早く利用でき
る。また、製造方法としてグリーンシート法などを採用
できるので、マイクロポンプとしても微細な構造ができ
る。
【００３２】請求項９に係る発明は、マイクロポンプの
加圧手段が、前記燃料室と独立して設けられ、１つの該
加圧手段は１つ又は２つ以上の該燃料室に取り付けられ
て加圧を付与することにより、１つのの加圧手段を駆動
させるだけで複数のノズルから一括に吐出させることが
可能になるとともに、加圧手段自体は大きくなり従来よ
り設計の幅が広がり大きな変位を生じさせることができ
る。また、加圧手段を圧力室と個別に形成することがで
き、例えば加圧手段を変位量が大きくなる材料で燃料室
と別々に形成することが可能になる。また、燃料室の材
料を、例えば金属とした場合、靭性が向上し耐久性を高
めることができる。そして、加圧手段を形成する材料成
分が、燃料室を備える基板側へ拡散することが無いの
で、基板の材質は安定し耐久性がより向上する。
加圧手段が、前記燃料室と独立して設けられ、１つの該
加圧手段は１つ又は２つ以上の該燃料室に取り付けられ
て加圧を付与することにより、１つのの加圧手段を駆動
させるだけで複数のノズルから一括に吐出させることが
可能になるとともに、加圧手段自体は大きくなり従来よ
り設計の幅が広がり大きな変位を生じさせることができ
る。また、加圧手段を圧力室と個別に形成することがで
き、例えば加圧手段を変位量が大きくなる材料で燃料室
と別々に形成することが可能になる。また、燃料室の材
料を、例えば金属とした場合、靭性が向上し耐久性を高
めることができる。そして、加圧手段を形成する材料成
分が、燃料室を備える基板側へ拡散することが無いの
で、基板の材質は安定し耐久性がより向上する。
【００３３】請求項１０に係る発明は、原料供給部が、
燃料を噴射ユニットの燃料噴射用ノズルを介して燃料噴
射空間に噴射する加圧ポンプを備え、噴射ユニットは、
燃料噴射用ノズルを複数個備えるとともに、チャンバー
の壁面の少なくとも一部にチャンバーの容積を変化させ
る手段を有し、燃料噴射用ノズルから噴射される燃料を
微粒子化するように構成したことを特徴とする燃料電池
発電装置であり、原燃料中に気泡が発生した場合でも、
同気泡が細かく分断され、その結果、気泡の存在による
噴射量の大きな変動が回避されるとともに、噴射する燃
料を適切な径の液滴に微粒子化できるので、水素の取り
出しが、効率良く、また応答性良い燃料電池が得られ
る。更に、燃料電池装置の運転条件等の変動などによ
り、燃料噴射空間の環境（例えば、圧力や温度）が激し
く変動しても、同燃料を所望の微細な粒子として安定し
て噴射、供給することができる。
燃料を噴射ユニットの燃料噴射用ノズルを介して燃料噴
射空間に噴射する加圧ポンプを備え、噴射ユニットは、
燃料噴射用ノズルを複数個備えるとともに、チャンバー
の壁面の少なくとも一部にチャンバーの容積を変化させ
る手段を有し、燃料噴射用ノズルから噴射される燃料を
微粒子化するように構成したことを特徴とする燃料電池
発電装置であり、原燃料中に気泡が発生した場合でも、
同気泡が細かく分断され、その結果、気泡の存在による
噴射量の大きな変動が回避されるとともに、噴射する燃
料を適切な径の液滴に微粒子化できるので、水素の取り
出しが、効率良く、また応答性良い燃料電池が得られ
る。更に、燃料電池装置の運転条件等の変動などによ
り、燃料噴射空間の環境（例えば、圧力や温度）が激し
く変動しても、同燃料を所望の微細な粒子として安定し
て噴射、供給することができる。
【００３４】請求項１１に係る発明は、チャンバーの容
積を変化させる手段が、チャンバーの少なくとも一部の
壁面に設けられた圧電／電歪素子からなるので、原燃料
の微粒化がより低い消費電力で効率良く、数ｋ〜数十Ｍ
Hzといった高い周波数で確実に可能となる。また、製造
方法としてグリーンシート法などを採用できるので、マ
イクロポンプとしても微細な構造ができる。
積を変化させる手段が、チャンバーの少なくとも一部の
壁面に設けられた圧電／電歪素子からなるので、原燃料
の微粒化がより低い消費電力で効率良く、数ｋ〜数十Ｍ
Hzといった高い周波数で確実に可能となる。また、製造
方法としてグリーンシート法などを採用できるので、マ
イクロポンプとしても微細な構造ができる。
【００３５】請求項１２係る発明は、チャンバーの容積
を変化させる手段が、チャンバーと独立して設けられた
加圧手段からなり、１つの加圧手段は１つ又は２つ以上
のチャンバーに取り付けられて加圧を付与することにな
るため、加圧手段自体の計の幅が広がり大きな変位生じ
させることができるとともに、材料選定の幅も広がり、
チャンバーの材質は安定し耐久性がより向上することが
できる。
を変化させる手段が、チャンバーと独立して設けられた
加圧手段からなり、１つの加圧手段は１つ又は２つ以上
のチャンバーに取り付けられて加圧を付与することにな
るため、加圧手段自体の計の幅が広がり大きな変位生じ
させることができるとともに、材料選定の幅も広がり、
チャンバーの材質は安定し耐久性がより向上することが
できる。
【００３６】請求求項１３に係る発明は、燃料供給管の
一部に燃料通路の開閉をする電磁式開閉弁を備えたこと
により、電磁弁を制御して噴射ユニットからの噴射量を
精細にコントロールすることが可能となるので、原燃料
液体の微粒子化の効果と相乗し負荷変動応答性に優れた
燃料電池装置を実現できる。
一部に燃料通路の開閉をする電磁式開閉弁を備えたこと
により、電磁弁を制御して噴射ユニットからの噴射量を
精細にコントロールすることが可能となるので、原燃料
液体の微粒子化の効果と相乗し負荷変動応答性に優れた
燃料電池装置を実現できる。
【図１】本発明の燃料電池に接続される改質器の概要を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図２】原燃料供給部６の断面拡大図である。
【図３】図２に示す原燃料供給部６の他の実施形態を示
した説明図である。
した説明図である。
【図４】図２及び図３の他の実施形態を示した説明図で
ある。
ある。
【図５】振動源１３と流路２０との位置関係を示す斜視
図である。
図である。
【図６】図２及び図３の他の実施形態を示した説明図で
ある。
ある。
【図７】本発明の燃料電池に接続される水素変換部の実
施例を示した説明図である。
施例を示した説明図である。
【図８】本発明の燃料電池に関し他の実施形態を示した
説明図である。
説明図である。
１・・改質器、２・・気化部、２ａ・・センサ、３・・
触媒部、４・・ＣＯ低減部、５・・缶体、５ａ・・入口
孔、５ｂ・・出口孔、６・・原燃料供給部、１０・・圧
力室、１０ａ・・薄肉部、１１・・吐出口、１２・・導
入孔、１３・・振動源、１３ａ・・アクチュエータ、１
４・・桟部、２０・・流路、３１・・白金触媒、３２・
・加熱ヒーター、３５・・缶体、３５ａ・・燃料滴、３
５ｂ・・混合気、３６・・燃料供給部、４１・・原燃料
タンク、４２・・燃料供給管、４３・・加圧ポンプ、４
４・・電磁式開閉弁、４５・・噴射ユニット、４６・・
燃料供給部、４６ａ・・燃料滴、４６ｂ・・空気、４７
・・電極部（負極）、４８・・コンプレッサー、４９・
・電極部（正極）、５０・・燃料回収管。
触媒部、４・・ＣＯ低減部、５・・缶体、５ａ・・入口
孔、５ｂ・・出口孔、６・・原燃料供給部、１０・・圧
力室、１０ａ・・薄肉部、１１・・吐出口、１２・・導
入孔、１３・・振動源、１３ａ・・アクチュエータ、１
４・・桟部、２０・・流路、３１・・白金触媒、３２・
・加熱ヒーター、３５・・缶体、３５ａ・・燃料滴、３
５ｂ・・混合気、３６・・燃料供給部、４１・・原燃料
タンク、４２・・燃料供給管、４３・・加圧ポンプ、４
４・・電磁式開閉弁、４５・・噴射ユニット、４６・・
燃料供給部、４６ａ・・燃料滴、４６ｂ・・空気、４７
・・電極部（負極）、４８・・コンプレッサー、４９・
・電極部（正極）、５０・・燃料回収管。
Claims (13)
- 【請求項１】 ガソリン等の液体炭化水素又はアルコー
ル、ガソリン等の液体炭化水素又はアルコールと水の混
合液、或いは、シクロヘキサン・デカリン等の有機ハイ
ドライドのいずれかの原燃料を、貯蔵する原燃料貯蔵部
と、原燃料から発生させた水素により発電を行う燃料電
池本体とを備える燃料電池発電装置であって、 原燃料を均質霧状に供給する燃料供給部を備えたことを
特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の原燃料のうち、ガソリン
等の液体炭化水素又はアルコール、或いは、ガソリン等
の液体炭化水素又はアルコールと水の混合液のいずれか
の原燃料を、貯蔵する原燃料貯蔵部と、その原燃料を気
化させる気化部と、気化させた原燃料を水蒸気改質反
応、部分酸化改質反応、或いは水蒸気改質反応と部分酸
化改質反応の併用改質反応のいずれかからなる改質反応
処理し改質ガスとする改質部と、改質ガスにより発電を
行う燃料電池本体とを備える燃料電池発電装置であっ
て、 該気化部に、原燃料を均質霧状に供給する燃料供給部を
備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の原燃料のうち、ガソリン
等の液体炭化水素又はアルコール、或いは、ガソリン等
の液体炭化水素又はアルコールと水の混合液のいずれか
の原燃料を、貯蔵する原燃料貯蔵部と、その原燃料を水
蒸気改質反応、部分酸化改質反応、或いは水蒸気改質反
応と部分酸化改質反応の併用改質反応のいずれかからな
る改質反応処理し改質ガスとする改質部と、改質ガスに
より発電を行う燃料電池本体とを備える燃料電池発電装
置であって、 該改質部に、原燃料を均質霧状に供給する燃料供給部を
備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項４】 請求項１記載の原燃料のうち、シクロヘ
キサン・デカリン等の有機ハイドライドを、貯蔵する原
燃料貯蔵部と、原燃料を脱水素反応からなる水素発生反
応処理し水素ガスとする水素変換部と、水素ガスにより
発電を行う燃料電池本体とを備える燃料電池発電装置で
あって、 該水素変換部に、原燃料を均質霧状に供給する燃料供給
部を備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項５】 請求項１記載の原燃料のうち、ガソリン
等の液体炭化水素又はアルコール、ガソリン等の液体炭
化水素又はアルコールと水の混合液、或いは、シクロヘ
キサン・デカリン等の有機ハイドライドのうちいずれか
の原燃料を、貯蔵する原燃料貯蔵部と、原燃料から発生
させた水素により発電を行う燃料電池本体とを備える燃
料電池発電装置であって、 燃料電池電極部に、原燃料を均質霧状に供給する燃料供
給部を備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の燃料供
給部に、原燃料を霧状態の濃度を任意に設定できる電気
的調整制御部を備えることを特徴とする燃料電池発電装
置。 - 【請求項７】 請求項６記載の燃料供給部が、原燃料を
充填する燃料室と、該燃料室壁を加圧する加圧手段と、
該燃料室に連結され液膜によりシールされるとともに該
燃料室の体積変化により燃料を吐出するノズルと、吐出
分の燃料を該燃料室に補充する導入孔とを備えるマイク
ロポンプであり、該ノズルから原燃料を噴霧させること
を特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項８】 請求項７記載のマイクロポンプの加圧手
段が、前記燃料室の少なくとも一部の壁面に設けられた
圧電／電歪素子からなることを特徴とする燃料電池発電
装置。 - 【請求項９】 請求項７記載のマイクロポンプの加圧手
段が、前記燃料室と独立して設けられ、１つの該加圧手
段は１つ又は２つ以上の該燃料室に取り付けられて加圧
を付与することを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項１０】 請求項６記載の燃料供給部が、 燃料噴射空間に一端が露呈した燃料を噴射するノズルを
有するとともに、該燃料噴射用ノズルの他端と燃料供給
管の一端とが連通したチャンバーを備えた噴射ユニット
と、 前記燃料供給管の他端が接続された吐出部を有するとと
もに、前記原燃料貯蔵部と連通した導入部を有し、該導
入部から導入した該原燃料貯蔵部内の燃料を加圧して該
吐出部から吐出することにより、該燃料を該噴射ユニッ
トの該燃料噴射用ノズルを介して該燃料噴射空間に噴射
する加圧ポンプとを備え、 前記噴射ユニットは、前記燃料噴射用ノズルを複数個備
えるとともに、前記チャンバーの壁面の少なくとも一部
に該チャンバーの容積を変化させる手段を有し、前記燃
料噴射用ノズルから噴射される燃料を微粒子化するよう
に構成したことを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項１１】 請求項１０記載のチャンバーの容積を
変化させる手段が、前記チャンバーの少なくとも一部の
壁面に設けられた圧電／電歪素子からなることを特徴と
する燃料電池発電装置。 - 【請求項１２】 請求項１０記載のチャンバーの容積を
変化させる手段が、前記チャンバーと独立して設けられ
た加圧手段からなり、１つの該加圧手段は１つ又は２つ
以上の該チャンバーに取り付けられて加圧を付与するこ
とを特徴とする燃料電池発電装置。 - 【請求項１３】 請求項１０記載の燃料供給部が、前
記燃料供給管の一部に燃料通路の開閉をする電磁式開閉
弁を備えたことを特徴とする燃料電池発電装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002027260A JP2003178783A (ja) | 2001-10-02 | 2002-02-04 | 燃料電池発電装置 |
| US10/263,024 US20030072982A1 (en) | 2001-10-02 | 2002-10-02 | Fuel cell electric power generator |
| EP02256850A EP1324413A1 (en) | 2001-10-02 | 2002-10-02 | Fuel celll electric power generator |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001306385 | 2001-10-02 | ||
| JP2001-306385 | 2001-10-02 | ||
| JP2002027260A JP2003178783A (ja) | 2001-10-02 | 2002-02-04 | 燃料電池発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003178783A true JP2003178783A (ja) | 2003-06-27 |
Family
ID=26623595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002027260A Pending JP2003178783A (ja) | 2001-10-02 | 2002-02-04 | 燃料電池発電装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20030072982A1 (ja) |
| EP (1) | EP1324413A1 (ja) |
| JP (1) | JP2003178783A (ja) |
Cited By (3)
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