JP2003045459A - Heating arrangement, reforming device and fuel cell system - Google Patents

Heating arrangement, reforming device and fuel cell system

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JP2003045459A JP2001233735A JP2001233735A JP2003045459A JP 2003045459 A JP2003045459 A JP 2003045459A JP 2001233735 A JP2001233735 A JP 2001233735A JP 2001233735 A JP2001233735 A JP 2001233735A JP 2003045459 A JP2003045459 A JP 2003045459A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance efficiency in used energy. SOLUTION: This micro-reforming reactor 90 has a junction structure formed by superimposing an upper base 91, a middle base 92, and a lower base 93 to join them. A zigzag micro-passage 95 is formed on the middle base 92. A reforming catalyst 96 is formed on the inner surface of the micro-passage 95. In addition, a cavity 94 having a U-shaped cross section is formed on the middle base 92 and the lower base 93 so as to surround the micro-passage 95 and so as to stay along the micro-passage 95. A thin film heater 97 is interposed between the micro-passage 95 and the cavity 94. While an evaporated raw material gas flows in the micro-passage 95, the raw material gas is heated by the thin film heater 97 and expedited by the reforming catalyst 96 to cause reforming. Thereby, a gas containing hydrogen is produced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、改質原料を加熱す
る加熱装置、この加熱装置を具備する改質装置及び燃料
電池システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heating device for heating a reforming raw material, a reforming device equipped with this heating device, and a fuel cell system.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、民生用或いは産業用のあらゆる分
野において、様々な化学電池が使用されている。例え
ば、アルカリ乾電池又はマンガン乾電池等の一次電池
は、時計、カメラ、玩具又は携帯型の音響機器等に多用
されており、我が国に限らず、世界的な観点からも最も
生産数量が多く、安価かつ入手が容易という特徴を有し
ている。
2. Description of the Related Art In recent years, various chemical batteries have been used in all fields of consumer use or industrial use. For example, primary batteries such as alkaline dry batteries or manganese dry batteries are widely used in watches, cameras, toys or portable audio equipment, etc. It is easy to obtain.

【0003】一方、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッ
ケル・水素蓄電池又はリチウムイオン電池等の二次電池
は、近年普及が著しい携帯電話、携帯情報端末(例え
ば、PDA等)、デジタルビデオカメラ或いはデジタル
スチルカメラ等の携帯機器に多用されており、繰り返し
充放電ができることから経済性に優れた特徴を有してい
る。また、二次電池のうち、鉛蓄電池は、車両若しくは
船舶の起動用電源、又は、産業設備若しくは医療設備に
おける非常用電源等として利用されている。
On the other hand, secondary batteries such as nickel-cadmium storage batteries, nickel-hydrogen storage batteries or lithium-ion batteries have been remarkably popularized in recent years, such as mobile phones, personal digital assistants (PDAs, etc.), digital video cameras, digital still cameras, etc. It is widely used in mobile devices and has the advantage of being economical because it can be repeatedly charged and discharged. Further, among secondary batteries, a lead storage battery is used as a power source for starting a vehicle or a ship, an emergency power source in industrial equipment or medical equipment, and the like.

【0004】ところで、近年、環境問題或いはエネルギ
ー問題への関心の高まりに伴い、上述したような化学電
池の使用後の廃棄に関する問題及びエネルギー変換効率
の問題がクローズアップされている。とくに、一次電池
においては、上述したように、製品価格が安価で入手が
容易なうえ、電源として利用する機器も多く、しかも、
基本的に一度放電されると電池容量が回復することがで
きない、一回限りの利用(いわゆる、使い捨て)しかで
きないため、年間の排気量が数百万トンに上っている。
ここで、化学電池全体では、リサイクルにより回収され
る比率は、概ね20%程度に過ぎず、残りの80%程度
が自然界に投棄され、又は埋め立て処理されているとす
る統計資料もあり、このような未回収の電池に含まれる
水銀或いはインジウム等の重金属による環境破壊、及び
自然環境の美観の悪化が懸念されている。
By the way, in recent years, with the increasing concern about environmental problems or energy problems, the above-mentioned problems concerning disposal of chemical batteries after use and energy conversion efficiency have been highlighted. In particular, in the case of primary batteries, as mentioned above, the product price is low and it is easy to obtain, and many devices are used as power sources.
Basically, the battery capacity cannot be recovered once discharged, and it can be used only once (so-called disposable), so the annual displacement is several million tons.
Here, in the whole chemical battery, the rate of recovery by recycling is only about 20%, and there is also statistical data that the remaining 80% is dumped in the natural world or is landfilled. There is concern about environmental destruction due to heavy metals such as mercury and indium contained in uncollected batteries, and deterioration of aesthetics of the natural environment.

【0005】また、エネルギー資源の利用効率の観点か
ら上記化学電池を検証すると、一次電池においては、放
電可能エネルギーの概ね300倍のエネルギーを使用し
て生産されているため、エネルギー利用効率が1%にも
満たない。これに対して、繰り返し充放電が可能で経済
性に優れた二次電池であっても、家庭用電源(例えば、
コンセント)等から充電を行う場合、発電所における発
電効率及び送電損失等により、エネルギー利用効率が概
ね12%程度にまで低下してしまうため、必ずしもエネ
ルギー資源の有効利用が図られているとは言えなかっ
た。
Further, when the above-mentioned chemical battery is verified from the viewpoint of the utilization efficiency of energy resources, the primary battery is produced by using approximately 300 times as much energy as the dischargeable energy, so that the energy utilization efficiency is 1%. Less than On the other hand, even with a secondary battery that can be repeatedly charged and discharged and is excellent in economic efficiency, a household power source (for example,
When the battery is charged from an outlet, etc., the energy use efficiency will drop to about 12% due to the power generation efficiency and transmission loss at the power plant, so it can be said that the effective use of energy resources is not always achieved. There wasn't.

【0006】そこで、近年、環境への影響が少なく、か
つ、30〜40%程度の極めて高いエネルギー利用効率
を実現することができる、いわゆる、燃料電池が注目さ
れ、車両用の駆動電源又は家庭用のコジェネレーション
システム等への適用を目的として、あるいは、上述した
ような化学電池の代替えを目的として、実用化のための
研究、開発が盛んに行われている。
Therefore, in recent years, a so-called fuel cell, which has little influence on the environment and can realize an extremely high energy utilization efficiency of about 30 to 40%, has been attracting attention, and is used as a drive power source for vehicles or household use. Research and development for practical use are being actively conducted for the purpose of applying the above to a cogeneration system or the like, or for the purpose of substituting the above-mentioned chemical battery.

【0007】固体高分子型の燃料電池は、アノード及び
カソードで高分子電解質膜を挟んでなるもので、アノー
ドに水素が、カソードに酸素がそれぞれ供給されて電気
化学反応を起こして発電するようになっている。また、
燃料電池の水素供給源としては、燃料改質装置が用いら
れている。この燃料改質装置は、アルコール系或いはガ
ソリン等の液体燃料と水を加熱して蒸発させる蒸発器
と、液体燃料の蒸気及び水蒸気を加熱することで及び改
質触媒を用いて反応を促進することで、水素を含む改質
ガスへ改質して生成する改質器とを備えている。このよ
うな燃料電池と燃料改質装置により、燃料電池システム
が構成される。
A solid polymer type fuel cell comprises a polymer electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode. Hydrogen is supplied to the anode and oxygen is supplied to the cathode to cause an electrochemical reaction to generate electricity. Has become. Also,
A fuel reformer is used as a hydrogen supply source of a fuel cell. This fuel reforming apparatus heats a liquid fuel such as an alcohol-based or gasoline fuel and water to evaporate it, and heats vapor and steam of the liquid fuel and accelerates the reaction by using a reforming catalyst. And a reformer that reforms and produces a reformed gas containing hydrogen. A fuel cell system is constituted by such a fuel cell and a fuel reformer.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、今後、
エネルギー利用効率が高い燃料電池を用いた燃料電池シ
ステムを小型軽量化して、可搬型又は携帯型のポータブ
ル電源、例えば、上述したような化学電池の代替えとし
て適用するためには、様々な問題を解決する必要があ
る。即ち、液体燃料並びに水、又は液体燃料の蒸気並び
に水蒸気に対しての加熱以外に熱エネルギーが消費さ
れ、エネルギーが熱損失となる。そのため、燃料電池シ
ステム全体として、エネルギー利用効率が悪化する場合
がある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the future,
In order to reduce the size and weight of a fuel cell system using a fuel cell with high energy utilization efficiency and to apply it as a portable or portable portable power source, for example, as an alternative to the above-mentioned chemical battery, various problems are solved. There is a need to. That is, thermal energy is consumed in addition to heating the liquid fuel and water, or the vapor and steam of the liquid fuel, resulting in heat loss. Therefore, the energy use efficiency of the entire fuel cell system may deteriorate.

【0009】本発明の課題は、エネルギー利用効率を向
上させることにある。
An object of the present invention is to improve energy utilization efficiency.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、請求項1記載の発明は、例えば図5、図7、図
8、図12又は図13に示すように、改質原料を改質す
るための改質装置に用いられる加熱装置(例えば、マイ
クロ蒸発器50、マイクロ改質反応器51、マイクロ改
質反応器90、マイクロ回分反応器151又はマイクロ
連続槽反応器251)において、改質原料の存する第一
の内部空間(例えば、蒸発室63、マイクロ流路68、
マイクロ流路95、反応室164又は反応室264)が
設けられた本体(例えば、中基板56並びに下基板5
7、中基板70並びに下基板71、中基板92並びに下
基板93、中基板153並びに下基板154、又は、中
基板253並びに下基板154)と、前記第一の内部空
間を加熱する加熱手段(例えば、薄膜ヒータ58、7
6、97又は157)と、を備え、第二の内部空間(例
えば、空洞60、74、94又は162)が前記第一の
内部空間の近傍において前記本体に設けられていること
を特徴としている。
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 uses a reforming raw material as shown in FIG. 5, FIG. 7, FIG. 8, FIG. 12 or FIG. In the heating device used in the reforming device for reforming (for example, the micro-evaporator 50, the micro-reforming reactor 51, the micro-reforming reactor 90, the micro-batch reactor 151 or the micro-continuous tank reactor 251), The first internal space where the reforming raw material exists (for example, the evaporation chamber 63, the micro flow channel 68,
A main body (for example, the middle substrate 56 and the lower substrate 5) provided with the microchannel 95, the reaction chamber 164, or the reaction chamber 264.
7, middle substrate 70 and lower substrate 71, middle substrate 92 and lower substrate 93, middle substrate 153 and lower substrate 154, or middle substrate 253 and lower substrate 154) and heating means for heating the first internal space ( For example, thin film heaters 58, 7
6, 97 or 157), and a second interior space (eg, cavity 60, 74, 94 or 162) is provided in the body in the vicinity of the first interior space. .

【0011】以上の請求項1記載の発明では、加熱手段
によって第一の内部空間が加熱されることで、改質原料
及び本体も加熱される。第二の内部空間が第一の内部空
間の近傍に設けられているが、熱は第一の内部空間から
第二の内部空間を通過して伝導し難い。従って、加熱手
段から生じる熱エネルギーは改質原料の加熱に効率よく
用いられる。そのため、本発明に係る加熱装置では、エ
ネルギーの熱損失が抑制されるとともに、エネルギーの
利用効率が向上する。なお、改質原料は、液体であって
も良いし、気体であっても良い。
In the above-mentioned invention of claim 1, the reforming raw material and the main body are also heated by heating the first internal space by the heating means. Although the second internal space is provided in the vicinity of the first internal space, it is difficult for heat to be conducted from the first internal space through the second internal space. Therefore, the heat energy generated from the heating means is efficiently used to heat the reforming raw material. Therefore, in the heating device according to the present invention, heat loss of energy is suppressed and energy utilization efficiency is improved. The reforming raw material may be liquid or gas.

【0012】請求項2記載の発明は、例えば図7に示す
ように、請求項1記載の加熱装置において、前記本体
が、前記第一の内部空間の設けられた第一基板(例え
ば、中基板70)と、凹部(例えば、凹部71a)の設
けられた第二基板(例えば、下基板71)と、を備え、
前記凹部が覆われるようにして前記第二基板が前記第一
基板に接合することで、前記凹部が前記第二の内部空間
となることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, as shown in FIG. 7, for example, in the heating device according to the first aspect, the main body has a first substrate (for example, an intermediate substrate) provided with the first internal space. 70) and a second substrate (for example, the lower substrate 71) provided with a recess (for example, the recess 71a),
The second substrate is bonded to the first substrate so as to cover the recess, and thus the recess becomes the second internal space.

【0013】以上の請求項2記載の発明では、加熱手段
によって第一の内部空間が加熱されることで、改質原料
及び第一基板も加熱される。そして、第二基板が第一基
板に接合することで凹部による第二の内部空間が形成さ
れるが、この第二の内部空間が存するため、第一基板の
熱が第二の内部空間を通過して第二基板へと伝導し難
い。そのため、加熱手段から生じる熱エネルギーは第一
の内部空間及び第一基板への加熱、結局のところ改質原
料への加熱に効率よく用いられる。そのため、本発明に
係る加熱装置では、エネルギーの利用効率が向上する。
In the invention according to claim 2 above, the reforming raw material and the first substrate are also heated by heating the first internal space by the heating means. Then, the second substrate is joined to the first substrate to form the second internal space by the recess, but since the second internal space exists, the heat of the first substrate passes through the second internal space. It is difficult to conduct to the second substrate. Therefore, the thermal energy generated from the heating means is efficiently used for heating the first internal space and the first substrate, and ultimately for heating the reforming raw material. Therefore, in the heating device according to the present invention, the utilization efficiency of energy is improved.

【0014】請求項3記載の発明は、請求項2記載の加
熱装置において、前記第一基板の熱伝導率が前記第二基
板の熱伝導率より大きいことを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in the heating device according to the second aspect, the thermal conductivity of the first substrate is higher than that of the second substrate.

【0015】以上の請求項3記載の発明では、加熱手段
によって第一の内部空間が加熱されることで、改質原料
及び第一基板も加熱されるが、第一基板の熱伝導率が第
二基板の熱伝導率より大きいため、熱が第一基板から第
二基板に伝導し難い。そのため、加熱手段から生じる熱
エネルギーは第一の内部空間への加熱、結局のところ改
質原料への加熱に効率よく用いられる。そのため、本発
明に係る加熱装置では、エネルギーの利用効率が向上す
る。
In the invention described in claim 3 above, the heating material heats the first internal space to heat the reforming raw material and the first substrate, but the thermal conductivity of the first substrate is Since it is higher than the thermal conductivity of the two substrates, it is difficult for heat to be transferred from the first substrate to the second substrate. Therefore, the heat energy generated from the heating means is efficiently used for heating the first internal space, and ultimately for heating the reforming raw material. Therefore, in the heating device according to the present invention, the utilization efficiency of energy is improved.

【0016】請求項4記載の発明は、請求項1から3の
いずれかに記載の加熱装置において、前記第二の内部空
間には、フッ素を含むメタン若しくはエタンの多ハロゲ
ン化誘導体のガス、空気又は炭酸ガスが充填されている
ことを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, in the heating device according to any one of the first to third aspects, in the second internal space, a gas of a polyhalogenated derivative of methane or ethane containing fluorine, or air. Alternatively, it is characterized by being filled with carbon dioxide gas.

【0017】以上の請求項4記載の発明では、フッ素を
含むメタン若しくはエタンの多ハロゲン化誘導体のガ
ス、空気又は炭酸ガスが第二の内部空間に充填されてい
るため、第二の内部空間の熱伝導率が非常に低い。その
ため、第二の内部空間において熱が吸熱されず、また、
熱が第一の内部空間から第二の内部空間を通過して伝導
し難い。従って、加熱手段の熱は第一の内部空間の加熱
に対して、結局のところ改質原料への加熱に対して効率
よく用いられる。
In the invention according to claim 4 above, since the gas of the polyhalogenated derivative of methane or ethane containing fluorine, air or carbon dioxide gas is filled in the second internal space, Very low thermal conductivity. Therefore, heat is not absorbed in the second internal space, and
It is difficult for heat to be conducted from the first internal space through the second internal space. Therefore, the heat of the heating means is efficiently used for heating the first internal space, and ultimately for heating the reforming raw material.

【0018】請求項5記載の発明は、請求項1から3の
いずれかに記載の加熱装置において、前記第二の内部空
間がほぼ真空となっていることを特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, in the heating apparatus according to any one of the first to third aspects, the second internal space is substantially vacuum.

【0019】以上の請求項5記載の発明では、第二の内
部空間がほぼ真空となっているため、第二の内部空間の
熱伝導率が非常に低い。そのため、第二の内部空間にお
いて熱が吸熱されず、また、熱が第一の内部空間から第
二の内部空間を通過して伝導し難い。従って、加熱手段
の熱は第一の内部空間の加熱に対して、結局のところ改
質原料への加熱に対して効率よく用いられる。
In the above-mentioned invention of claim 5, since the second internal space is substantially vacuum, the thermal conductivity of the second internal space is very low. Therefore, heat is not absorbed in the second internal space, and it is difficult for heat to be conducted from the first internal space through the second internal space. Therefore, the heat of the heating means is efficiently used for heating the first internal space, and ultimately for heating the reforming raw material.

【0020】請求項6記載の発明は、例えば図7に示す
ように、請求項1から5のいずれかに記載の加熱装置に
おいて、前記第二の内部空間を形成する内面に鏡面(例
えば、蒸着膜75)が形成されていることを特徴として
いる。
The invention according to claim 6 is, for example, as shown in FIG. 7, in the heating device according to any one of claims 1 to 5, a mirror surface (for example, vapor deposition) is formed on the inner surface forming the second internal space. A film 75) is formed.

【0021】以上の請求項6記載の発明では、加熱手段
によって第一の内部空間が加熱されることで、改質原料
及び本体も加熱される。第一の内部空間を囲む部分にお
ける本体の熱は、電磁波として第二の内部空間を通過し
て熱放射してしまうが、第二の内部空間の内面に鏡面が
形成されているため、第一の内部空間を囲む部分におけ
る本体へと電磁波が反射する。そのため、熱放射が抑え
られ、加熱手段から生じる熱エネルギーは改質原料の加
熱に効率よく用いられる。
In the invention according to the sixth aspect, the reforming raw material and the main body are also heated by heating the first internal space by the heating means. The heat of the main body in the portion surrounding the first internal space passes through the second internal space as electromagnetic waves and is radiated as heat, but since the mirror surface is formed on the inner surface of the second internal space, Electromagnetic waves are reflected to the main body in the portion surrounding the internal space of. Therefore, heat radiation is suppressed, and the heat energy generated from the heating means is efficiently used for heating the reforming raw material.

【0022】請求項7記載の発明は、例えば図5、図1
2又は図13に示すように、請求項1から6のいずれか
に記載の加熱装置(例えば、マイクロ蒸発器50、マイ
クロ回分反応器151又はマイクロ連続槽反応器25
1)において、液状の改質原料を前記第一の内部空間に
供給する供給手段(例えば、燃料供給手段59、第一マ
イクロバルブ155又は燃料供給手段255)を備え、
供給された改質原料を前記加熱手段によって加熱するこ
とにより前記第一の内部空間で蒸発させることを特徴と
している。
The invention according to claim 7 is, for example, as shown in FIGS.
As shown in FIG. 2 or FIG. 13, the heating device according to any one of claims 1 to 6 (for example, the micro evaporator 50, the micro batch reactor 151, or the micro continuous tank reactor 25).
In 1), a supply means (for example, a fuel supply means 59, a first microvalve 155 or a fuel supply means 255) for supplying a liquid reforming raw material to the first internal space is provided,
It is characterized in that the supplied reforming raw material is heated by the heating means to be evaporated in the first internal space.

【0023】以上の請求項7記載の発明では、供給手段
により液状の改質原料が第一の内部空間に供給される
が、加熱手段によって第一の内部空間が加熱されること
で、液状の改質原料も加熱されて、第一の内部空間内で
改質原料が蒸発する。第一の内部空間の近傍に第二の内
部空間が設けられているから、加熱手段から生じる熱エ
ネルギーは改質原料の加熱に効率よく用いられる。従っ
て、液状の改質原料が効率よく蒸発する。
In the above-mentioned invention of claim 7, the liquid reforming raw material is supplied to the first internal space by the supplying means, but the liquid is reformed by heating the first internal space by the heating means. The reforming raw material is also heated, and the reforming raw material is evaporated in the first internal space. Since the second internal space is provided in the vicinity of the first internal space, the thermal energy generated by the heating means is efficiently used for heating the reforming raw material. Therefore, the liquid reforming raw material is efficiently evaporated.

【0024】請求項8記載の発明に係る改質装置は、例
えば図12又は図13に示すように、請求項7記載の加
熱装置と、前記内部空間に設けられる改質触媒(例え
ば、改質触媒167又は267)と、を備え、蒸発した
改質原料を前記改質触媒によって前記内部空間で改質す
ることで水素を生成することを特徴としている。
A reformer according to an eighth aspect of the present invention is, for example, as shown in FIG. 12 or 13, a heating device according to the seventh aspect and a reforming catalyst (for example, a reformer) provided in the internal space. And a catalyst 167 or 267), and hydrogen is generated by reforming the evaporated reforming raw material in the internal space by the reforming catalyst.

【0025】以上の請求項8記載の発明では、加熱手段
によって第一の内部空間が加熱されることで、蒸発した
改質原料も加熱される。また、蒸発した改質原料は、改
質触媒に促進されて水素に改質される。第一の内部空間
の近傍に第二の内部空間が設けられているから、加熱手
段から生じる熱エネルギーは蒸発した改質原料の加熱に
効率よく用いられる。従って、改質に係る反応速度が向
上する。
In the invention described in claim 8 above, the vaporized reforming raw material is also heated by heating the first internal space by the heating means. The evaporated reforming raw material is promoted by the reforming catalyst to be reformed into hydrogen. Since the second internal space is provided in the vicinity of the first internal space, the thermal energy generated by the heating means is efficiently used to heat the evaporated reforming raw material. Therefore, the reaction rate for reforming is improved.

【0026】請求項9記載の発明に係る改質装置は、例
えば図4及び図7若しくは図9に示すように、請求項1
から6のいずれかに記載の加熱装置と、液状の改質原料
を蒸発させるとともに前記第一の内部空間に通ずる蒸発
部(例えば、マイク蒸発器50)と、前記第一の内部空
間内に設けられる改質触媒(例えば、改質触媒79又は
改質触媒96)と、を備え、前記蒸発部において蒸発し
た改質原料を前記改質触媒によって前記第一の内部空間
内で改質することで水素を生成することを特徴としてい
る。
According to the ninth aspect of the present invention, there is provided a reforming apparatus according to the first aspect as shown in FIG. 4 and FIG.
To the heating device according to any one of 1 to 6, an evaporation unit that evaporates the liquid reforming raw material and communicates with the first internal space (for example, the microphone evaporator 50), and the heating device is provided in the first internal space. And a reforming catalyst (for example, the reforming catalyst 79 or the reforming catalyst 96) that is vaporized in the first internal space by the reforming catalyst. It is characterized by producing hydrogen.

【0027】以上の請求項9記載の発明では、蒸発部と
第一の内部空間が通じているから、蒸発部において改質
原料が蒸発すると、蒸発した改質原料が第一の内部空間
へと流れる。また、加熱手段によって第一の内部空間が
加熱されることで、蒸発した改質原料も加熱される。ま
た、蒸発した改質原料は、改質触媒に促進されて水素に
改質される。第一の内部空間の近傍に第二の内部空間が
設けられているから、加熱手段から生じる熱エネルギー
は蒸発した改質原料の加熱に効率よく用いられる。従っ
て、改質に係る反応速度が向上する。
In the above-mentioned invention according to claim 9, since the vaporizing section and the first internal space communicate with each other, when the reforming raw material is vaporized in the vaporizing section, the vaporized reforming raw material is transferred to the first internal space. Flowing. Further, since the heating means heats the first internal space, the evaporated reforming raw material is also heated. The evaporated reforming raw material is promoted by the reforming catalyst to be reformed into hydrogen. Since the second internal space is provided in the vicinity of the first internal space, the thermal energy generated by the heating means is efficiently used to heat the evaporated reforming raw material. Therefore, the reaction rate for reforming is improved.

【0028】請求項10記載の発明に係る燃料電池シス
テムは、例えば図2に示すように、請求項8又は9記載
の改質装置(例えば、マイクロリアクタ5)と、酸素と
前記改質装置によって生成された水素とを反応させて発
電を行う燃料電池(例えば、主発電部6)と、を備え
る。
A fuel cell system according to a tenth aspect of the present invention is, for example, as shown in FIG. 2, produced by a reformer (for example, a microreactor 5) according to the eighth or ninth aspect and oxygen and the reformer. And a fuel cell (for example, the main power generation section 6) that reacts with the generated hydrogen to generate power.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る加熱装置、
改質装置及び燃料電池システムについて、図面を用いて
具体的な態様を説明する。ただし、発明の範囲を図示例
に限定するものではない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a heating device according to the present invention,
Specific aspects of the reformer and the fuel cell system will be described with reference to the drawings. However, the scope of the invention is not limited to the illustrated examples.

【0030】〔第一の実施の形態〕図1(a),(b)
には、本発明に係る燃料電池システムを円筒電池に適用
した場合の外観の一例が示されており、図1(c)に
は、化学電池を汎用円筒電池に適用した場合の外観が示
されている。また、図2には、本発明に係る燃料電池シ
ステムの基本構成を示す機能ブロック図が示されてい
る。
[First Embodiment] FIGS. 1A and 1B.
FIG. 1 shows an example of the appearance when the fuel cell system according to the present invention is applied to a cylindrical cell, and FIG. 1C shows the appearance when the chemical cell is applied to a general-purpose cylindrical cell. ing. Further, FIG. 2 is a functional block diagram showing the basic configuration of the fuel cell system according to the present invention.

【0031】図1(a),(b)及び図2に示すよう
に、燃料電池システム1は、大別して、燃料を含有する
混合液(即ち、改質原料)が封入された燃料パック2
と、燃料パック2から供給される混合液に基づいて発電
を行うための発電モジュール3とを備えており、外部の
負荷34に電力を供給するものであり、基本的には負荷
34に対して着脱自在である。
As shown in FIGS. 1 (a), 1 (b) and 2, the fuel cell system 1 is roughly classified into a fuel pack 2 in which a mixed liquid containing a fuel (that is, a reforming raw material) is enclosed.
And a power generation module 3 for generating power based on the mixed liquid supplied from the fuel pack 2, and supplies power to an external load 34. It is removable.

【0032】燃料パック2は、密閉性の高い燃料貯蔵容
器であり、発電モジュール3に対して着脱自在に結合さ
れた構成となっている。なお、燃料パック2は、発電モ
ジュール3に対して一体的に結合された構成であっても
良い。
The fuel pack 2 is a highly-sealed fuel storage container and is detachably connected to the power generation module 3. The fuel pack 2 may be integrally connected to the power generation module 3.

【0033】この例では、燃料パック2に負極2aが設
けられているとともに発電モジュール3に正極3aが設
けられているが、逆に、燃料パック2に負極が設けられ
るとともに発電モジュール3に正極が設けられていても
良い。
In this example, the fuel pack 2 is provided with the negative electrode 2a and the power generation module 3 is provided with the positive electrode 3a, but conversely, the fuel pack 2 is provided with the negative electrode and the power generation module 3 is provided with the positive electrode. It may be provided.

【0034】そして、燃料パック2が発電モジュール3
に結合された状態における外形寸法(例えば、長さL
a、直径Da)が、日本工業規格(JIS)で規格化され
た汎用の化学電池100(例えば単三型)の外形寸法
(例えば、長さLp、直径Dp)と略同等になってい
る。
The fuel pack 2 is replaced by the power generation module 3
Outside dimensions (for example, length L
a, diameter Da) is approximately equal to the outer dimensions (for example, length Lp, diameter Dp) of a general-purpose chemical battery 100 (for example, AA type) standardized by the Japanese Industrial Standard (JIS).

【0035】まず、燃料パック2について詳細に説明す
る。燃料パック2に対して人為的な過熱・焼却処理或い
は薬品・化学処理等が行われた場合であっても、有機塩
素化合物(例えば、ダイオキシン類;ポリ塩化ジベンゾ
パラジオキシン、ポリ塩化ジベンゾフラン)、塩化水素
ガス若しくは重金属等の有害物質及び環境汚染物質の発
生が少ない材料により燃料パック2が構成されている。
例えば、燃料パック2は、生分解性或いは光分解性のプ
ラスチックにより構成されており、具体的には、石油系
原料から合成される脂肪族系の有機化合物を含む高分子
材料、又はトウモロコシ若しくはサトウキビ等の植物系
原料から抽出されるでんぷん若しくはポリ乳酸からなる
高分子材料等により構成されている。
First, the fuel pack 2 will be described in detail. Even if the fuel pack 2 is artificially heated or incinerated, or chemically or chemically treated, an organic chlorine compound (for example, dioxins; polychlorinated dibenzoparadioxin, polychlorinated dibenzofuran), chlorinated The fuel pack 2 is made of a material that produces less harmful substances such as hydrogen gas or heavy metals and environmental pollutants.
For example, the fuel pack 2 is made of biodegradable or photodegradable plastic, and specifically, a polymer material containing an aliphatic organic compound synthesized from petroleum-based raw materials, or corn or sugar cane. It is composed of a polymer material such as starch or polylactic acid extracted from plant-based raw materials such as.

【0036】また、燃料電池システム1に用いられる燃
料は、その燃料を含有する混合液の封入された燃料パッ
ク2が自然界に投棄又は埋め立て処理されてその混合液
が大気中、土壌中或いは水中に漏れ出した場合であって
も、自然環境に対して汚染物質とならないような燃料で
ある。更に、燃料電池システム1に用いられる燃料は、
発電モジュールにおいて高いエネルギー変換効率で電気
エネルギーを生成できることができる燃料である。具体
的には、燃料は、メタノール(CH3OH)若しくはエ
タノール(C25OH)等のアルコール類又はガソリン
等の液体燃料である。本実施の形態では、燃料パック2
に封入された混合液は、メタノール及び水(H2O)の
場合、互いに等しいモル比で均一に混合されたものであ
る方が望ましいが、メタノールのモル比が高くてもよ
い。燃料パック2内には、封入された混合液を毛細管現
象により副発電部4及びマイクロリアクタ5に自動的に
送出する送出管(図示せず)及び後述する主発電部6で
生成される副生成物のうちの水を回収する回収管(図示
せず)が設けられている。
In the fuel used in the fuel cell system 1, the fuel pack 2 in which the mixed liquid containing the fuel is enclosed is dumped or landfilled in the natural world, and the mixed liquid is placed in the atmosphere, soil or water. It is a fuel that does not become a pollutant to the natural environment even if it leaks. Further, the fuel used in the fuel cell system 1 is
It is a fuel that can generate electric energy with high energy conversion efficiency in a power generation module. Specifically, the fuel is alcohols such as methanol (CH 3 OH) or ethanol (C 2 H 5 OH), or liquid fuel such as gasoline. In this embodiment, the fuel pack 2
In the case of methanol and water (H 2 O), it is preferable that the mixed liquid enclosed in 1) be uniformly mixed at the same molar ratio, but the molar ratio of methanol may be high. In the fuel pack 2, a delivery pipe (not shown) for automatically delivering the enclosed mixed liquid to the sub power generation unit 4 and the microreactor 5 by a capillary phenomenon, and a by-product generated in the main power generation unit 6 described later. A recovery pipe (not shown) for recovering the water is provided.

【0037】このような構成を有する燃料パック2及び
混合液によれば、燃料パック2を含む燃料電池システム
1が自然界に投棄され、埋め立て処理され、焼却処分さ
れ、又は薬品処理された場合等であっても、自然環境に
対して大気、土壌又は水質の汚染等の悪影響を自然に対
して及ぼすことを、汎用の化学電池に比較して大幅に抑
制することができる。更に、環境ホルモンの生成等の悪
影響を人体に対して及ぼすことも大幅に抑制することが
できる。
According to the fuel pack 2 and the mixed liquid having such a structure, the fuel cell system 1 including the fuel pack 2 may be discarded in the natural world, landfilled, incinerated, or chemically treated. Even if there is, it is possible to significantly suppress the adverse effects on the natural environment, such as pollution of the atmosphere, soil, or water, on nature, as compared with a general-purpose chemical battery. Furthermore, it is possible to significantly suppress the adverse effects on the human body such as the production of environmental hormones.

【0038】また、燃料パック2が発電モジュール3に
対して着脱可能であることによって、封入された混合液
の残量がなくなった、又は減った場合には、燃料パック
2への混合液の補充、又は新たな燃料パックへの交換を
行うことができる。そのため、燃料パック2及び発電モ
ジュール3の廃棄量を大幅に削減することができるとと
もに、仮に、使用済みの燃料パック2が投棄された場合
であっても、自然環境への悪影響が大幅に削減される。
When the fuel pack 2 is detachable from the power generation module 3 so that the remaining amount of the enclosed liquid mixture is exhausted or reduced, the fuel pack 2 is replenished with the liquid mixture. , Or a new fuel pack can be replaced. Therefore, the amount of waste of the fuel pack 2 and the power generation module 3 can be significantly reduced, and even if the used fuel pack 2 is discarded, the adverse effect on the natural environment is significantly reduced. It

【0039】次に、発電モジュール3について説明す
る。図2に示すように、発電モジュール3は、発電モジ
ュール3の各構成の動作電源となる電気エネルギーを発
生するための副発電部4と、燃料パック2から供給され
る混合液を改質するためのマイクロリアクタ5と、マイ
クロリアクタ5により改質された燃料を用いて駆動電力
となる電気エネルギーを発生し、外部の負荷34に対し
て電力を供給するための主発電部6と、主発電部6を起
動させることを検知するための起動検知部7と、主発電
部6により発生された電力を検知するための電力検知部
8と、発電モジュール3の各構成を制御するための制御
部9とを備える。
Next, the power generation module 3 will be described. As shown in FIG. 2, the power generation module 3 reforms the mixed liquid supplied from the fuel pack 2 and the sub power generation unit 4 for generating electric energy that serves as an operating power source of each component of the power generation module 3. Of the microreactor 5, a main power generation unit 6 for generating electric energy as driving power using the fuel reformed by the microreactor 5, and supplying the power to the external load 34, and the main power generation unit 6. A starting detection unit 7 for detecting starting, a power detection unit 8 for detecting electric power generated by the main power generation unit 6, and a control unit 9 for controlling each component of the power generation module 3. Prepare

【0040】副発電部4は、燃料パック2から供給され
る混合液を用いて電気化学反応によって電気エネルギー
を発生し、発電モジュール3の他の構成(例えば、制御
部9及びマイクロリアクタ5等)に電力を供給するとと
もにメイン機能がオフ時の負荷34に待機電力を供給す
るものである。
The sub-power generation unit 4 generates electric energy by an electrochemical reaction using the mixed liquid supplied from the fuel pack 2, and supplies it to other components of the power generation module 3 (for example, the control unit 9 and the microreactor 5). In addition to supplying power, standby power is supplied to the load 34 when the main function is off.

【0041】図3には、副発電部4の一例が示されてい
る。この副発電部4は、燃料直接供給方式を採用した固
体高分子型の燃料電池である。即ち、副発電部4は、所
定の触媒微粒子が付着された炭素電極からなる燃料極4
1と、所定の触媒が付着された炭素電極からなる空気極
42と、燃料極41と空気極42との間に介装されたイ
オン導電膜43とを有して構成されている。燃料パック
2に封入された混合液が直接供給され、空気極42には
大気中の酸素ガス(O2)が供給される。
FIG. 3 shows an example of the sub power generation section 4. The sub power generation unit 4 is a polymer electrolyte fuel cell that employs a direct fuel supply system. That is, the sub-power generation unit 4 includes the fuel electrode 4 including carbon electrodes to which predetermined catalyst fine particles are attached.
1, an air electrode 42 formed of a carbon electrode to which a predetermined catalyst is attached, and an ionic conductive film 43 interposed between the fuel electrode 41 and the air electrode 42. The mixed liquid enclosed in the fuel pack 2 is directly supplied, and the air electrode 42 is supplied with oxygen gas (O 2 ) in the atmosphere.

【0042】具体的には、混合液に含まれるメタノール
(CH3OH)及び水(H2O)が燃料極41に直接供給
されると、次の化学反応式(1)に示すように、触媒反
応により電子(e-)が分離して、水素イオン(プロト
ン;H+)が発生する。そして、水素イオンがイオン導
電膜43を介して空気極42側に通過するとともに、燃
料極41を構成する炭素電極により電子(e-)が取り
出されて、制御部9及びマイクロリアクタ5等に電子が
供給される。 CH3OH+H2O→6H++6e-+CO2 …(1)
Specifically, when methanol (CH 3 OH) and water (H 2 O) contained in the mixed liquid are directly supplied to the fuel electrode 41, as shown in the following chemical reaction formula (1), Electrons (e ) are separated by the catalytic reaction, and hydrogen ions (protons; H + ) are generated. Then, hydrogen ions pass to the side of the air electrode 42 through the ionic conductive film 43, and electrons (e ) are taken out by the carbon electrode forming the fuel electrode 41, and the electrons are emitted to the control unit 9 and the microreactor 5. Supplied. CH 3 OH + H 2 O → 6H + + 6e + CO 2 (1)

【0043】一方、空気極42に空気が供給されること
により、次の化学反応式(2)に示すように、触媒によ
り制御部9及びマイクロリアクタ5等を経由した電子
(e-)とイオン導電膜43を通過した水素イオン
(H+)と空気中の酸素(O2)とが反応して水(H
2O)が生成される。 6H++3/2O2+6e-→3H2O …(2) 生成された水は、回収管を介し燃料パック2内の所定の
回収手段に回収される。
On the other hand, when air is supplied to the air electrode 42, as shown in the following chemical reaction formula (2), electrons (e ) and ionic conductivity are passed by the catalyst via the control unit 9 and the microreactor 5 and the like. Hydrogen ions (H + ) passing through the membrane 43 react with oxygen (O 2 ) in the air to react with water (H
2 O) is produced. 6H + + 3 / 2O 2 + 6e → 3H 2 O (2) The produced water is recovered by a predetermined recovery means in the fuel pack 2 through the recovery pipe.

【0044】このような一連の電気化学反応((1)式
及び(2)式)は、概ね室温程度の比較的低温度の環境
下で進行する。したがって副発電部4はヒータ等の加熱
手段がなくても化学反応が進行するので、装着された燃
料パック2内に蓄積された燃料が完全に消費されるまで
或いは燃料パック2を発電モジュール3から取り外すま
で、主発電部6の駆動の有無にかかわらず毛細管現象に
より燃料が供給され続け、その間常時発電しているよう
に設定されている。
Such a series of electrochemical reactions (equations (1) and (2)) proceed under a relatively low temperature environment of about room temperature. Therefore, the sub-power generation section 4 undergoes a chemical reaction without a heating means such as a heater, so that the fuel accumulated in the mounted fuel pack 2 is completely consumed or the fuel pack 2 is removed from the power generation module 3. Until removal, the fuel is continuously supplied by the capillary phenomenon regardless of whether the main power generation unit 6 is driven or not, and power is constantly generated during the period.

【0045】次に、マイクロリアクタ5について説明す
る。図4に示すように、マイクロリアクタ5は、混合液
(即ち、メタノール及び水)を加熱して蒸発させるマイ
クロ蒸発器50と、メタノールガス及び水蒸気を加熱し
て水素ガス(H2)と二酸化炭素ガス(CO2)に改質す
るためのマイクロ改質反応器51と、マイクロ改質反応
器51で微量に発生した一酸化炭素(CO)の濃度を水
性シフト反応により低濃度にするための水性シフト反応
器52と、マイクロ改質反応器51で微量に発生した一
酸化炭素を選択酸化反応により無害な物質に化学変化す
るための選択酸化反応器53と、水性シフト反応器52
及び選択酸化反応器53の各反応により生じる熱を放熱
するための放熱フィン54とを備えている。
Next, the microreactor 5 will be described. As shown in FIG. 4, the microreactor 5 includes a micro-evaporator 50 that heats and evaporates a mixed liquid (that is, methanol and water), and hydrogen gas (H 2 ) and carbon dioxide gas that heats methanol gas and steam. A micro-reforming reactor 51 for reforming to (CO 2 ) and an aqueous shift for reducing the concentration of a small amount of carbon monoxide (CO) generated in the micro-reforming reactor 51 by an aqueous shift reaction. A reactor 52, a selective oxidation reactor 53 for chemically converting a small amount of carbon monoxide generated in the microreforming reactor 51 into a harmless substance by a selective oxidation reaction, and an aqueous shift reactor 52.
And a radiation fin 54 for radiating heat generated by each reaction of the selective oxidation reactor 53.

【0046】マイクロ蒸発器50は、以下のように構成
されている。図5には、マイクロ蒸発器50の断面が示
されている。図5に示すように、マイクロ蒸発器50
は、基本構成として、上基板55と、中基板56と、下
基板57と、薄膜ヒータ58と、燃料供給手段59とを
備えている。上基板55、中基板56及び下基板57
は、重なって接合された積層構造となり、マイクロ蒸発
器50の本体をなっている。
The micro-evaporator 50 is constructed as follows. FIG. 5 shows a cross section of the microevaporator 50. As shown in FIG.
The basic configuration includes an upper substrate 55, an intermediate substrate 56, a lower substrate 57, a thin film heater 58, and a fuel supply means 59. Upper substrate 55, middle substrate 56 and lower substrate 57
Have a laminated structure in which they are overlapped and bonded to each other to form the main body of the micro-evaporator 50.

【0047】下基板57はガラスで形成された基板であ
り、その熱伝導率は概ね1.3〔W/m・K〕である。
下基板57の上面には、空洞60を構成するための凹部
57aが、半導体製造技術(例えば、エッチング)を適
用して形成されている。凹部57aの表面にはアルミ或
いは銀などの膜65が蒸着によって形成されており、膜
65によって凹部57aの表面が鏡面となっている。こ
の凹部57aを覆うようにして、薄膜ヒータ58が下基
板57の上面に設けられている。そして、下基板57及
び薄膜ヒータ58に囲まれた内部空間となる空洞60が
形成され、熱を伝搬する媒体が少ない空洞60での下基
板57への熱伝搬の抑制に加え、薄膜ヒータ58からの
輻射熱を膜65で反射することにより下基板57への熱
拡散を抑制し、より効率よく中基板56及び蒸発室63
内の空間を加熱して水素生成を促進する構造となってい
る。薄膜ヒータ58は電気的な抵抗体(例えば、TaS
iOxN又はTaSiOxNH)で構成され、薄膜ヒータ
58には副発電部4にて発電された電力が配線61を介
して供給されており、薄膜ヒータ58は電力により発熱
するものである。更に、薄膜ヒータ58及び配線61上
に、酸化シリコン(SiOx)又は窒化シリコン(Six
y)で形成された絶縁膜62が被膜されている。
The lower substrate 57 is a substrate made of glass, and its thermal conductivity is about 1.3 [W / m · K].
A recess 57a for forming the cavity 60 is formed on the upper surface of the lower substrate 57 by applying a semiconductor manufacturing technique (for example, etching). A film 65 of aluminum or silver is formed on the surface of the recess 57a by vapor deposition, and the surface of the recess 57a is a mirror surface by the film 65. A thin film heater 58 is provided on the upper surface of the lower substrate 57 so as to cover the recess 57a. Then, a cavity 60, which is an internal space surrounded by the lower substrate 57 and the thin film heater 58, is formed, and in addition to suppressing heat propagation to the lower substrate 57 in the cavity 60 in which a medium that propagates heat is small, The radiant heat of the film is reflected by the film 65 to suppress the heat diffusion to the lower substrate 57, and more efficiently the middle substrate 56 and the evaporation chamber 63.
It has a structure that heats the inner space to promote hydrogen production. The thin film heater 58 is an electric resistor (for example, TaS).
iO x N or TaSiO x NH), the thin film heater 58 is supplied with the electric power generated by the sub power generation section 4 through the wiring 61, and the thin film heater 58 generates heat by the electric power. Furthermore, on the thin film heater 58 and the wiring 61, silicon oxide (SiO x ) or silicon nitride (Si x
The insulating film 62 formed of N y ) is coated.

【0048】中基板56は、単結晶シリコンで形成され
た基板であり、その熱伝導率は概ね105〔W/m・
K〕であり、少なくとも下基板57及び後述する上基板
55よりも熱伝導率の高い部材で構成される。中基板5
6の下面には、蒸発室63を構成するための凹部56a
がサンドブラスト法によって形成されている。凹部56
aが薄膜ヒータ58及び空洞60に対向するようにし
て、中基板56が絶縁膜62を介して下基板57に接合
されている。これにより、中基板56及び絶縁膜62に
囲まれた内部空間となる蒸発室63が形成される。
The intermediate substrate 56 is a substrate made of single crystal silicon and has a thermal conductivity of about 105 [W / m.multidot.m].
K], and is composed of a member having a higher thermal conductivity than at least the lower substrate 57 and the upper substrate 55 described later. Medium board 5
The lower surface of 6 has a recess 56 a for forming the evaporation chamber 63.
Are formed by the sandblast method. Recess 56
The middle substrate 56 is bonded to the lower substrate 57 via the insulating film 62 so that a faces the thin film heater 58 and the cavity 60. As a result, the evaporation chamber 63 that is an internal space surrounded by the middle substrate 56 and the insulating film 62 is formed.

【0049】上基板55はガラスで形成された基板であ
り、その熱伝導率は概ね1.3〔W/m・K〕である。
上基板55の下面には、空洞64を構成するための凹部
55aが、半導体製造技術を適用して形成されている。
凹部57aの表面にはアルミ或いは銀等の蒸着膜66が
形成されており、蒸着膜66によって凹部57aの表面
が鏡面となっている。凹部57aが蒸発室63に対向す
るようにして、上基板55が中基板56に接合されてい
る。これにより、上基板55及び中基板56に囲まれた
内部空間となる空洞64が形成されている。
The upper substrate 55 is a substrate made of glass, and its thermal conductivity is about 1.3 [W / m · K].
On the lower surface of the upper substrate 55, a recess 55a for forming the cavity 64 is formed by applying a semiconductor manufacturing technique.
A vapor deposition film 66 of aluminum or silver is formed on the surface of the recess 57a, and the surface of the recess 57a is a mirror surface by the vapor deposition film 66. The upper substrate 55 is bonded to the middle substrate 56 so that the recess 57 a faces the evaporation chamber 63. As a result, a cavity 64 that is an internal space surrounded by the upper substrate 55 and the middle substrate 56 is formed.

【0050】空洞60及び空洞64には、空気(熱伝導
率0.036〔W/m・K〕)或いは炭酸ガス(C
2、熱伝導率0.017〔W/m・K〕)等の気体が
充填されている。なお、空気又は炭酸ガスに代えて、ガ
ス状のフレオン(デュポン社製)が空洞60及び空洞6
4に充填されていても良い。フレオンとは、フッ素を含
むメタン若しくはエタンの多ハロゲン化誘導体であっ
て、例えば、ジクロロジフルオロメタン(CCl22
フレオン12、熱伝導率0.010〔W/m・K〕)ク
ロロジフルオロメタン(CHClF2、フレオン22、
熱伝導率0.011〔W/m・K〕)等である。また、
空洞60及び空洞64は、常圧より減圧された真空状態
であっても良い。
Air (heat conductivity 0.036 [W / m · K]) or carbon dioxide (C
It is filled with a gas such as O 2 and a thermal conductivity of 0.017 [W / m · K]). Instead of air or carbon dioxide gas, gaseous Freon (made by DuPont) is used in the cavities 60 and 6.
4 may be filled. Freon is a polyhalogenated derivative of methane or ethane containing fluorine, such as dichlorodifluoromethane (CCl 2 F 2 ,
Freon 12, thermal conductivity 0.010 [W / mK]) chlorodifluoromethane (CHClF 2 , Freon 22,
The thermal conductivity is 0.011 [W / m · K]). Also,
The cavities 60 and 64 may be in a vacuum state in which the pressure is reduced from atmospheric pressure.

【0051】更に、中基板56には、燃料パック2に封
入された混合液を蒸発室63内に供給するための燃料供
給手段59が設けられている。この燃料供給手段59
は、サーマルジェット方式の液滴噴射装置(例えば、い
わゆるプリンタのインクジェットヘッドを適用したもの
である。)であり、燃料パック2からの混合液が供給さ
れるノズルと、ノズル内の混合液を加熱する発熱体とを
基本構成としている。このように構成される燃料供給手
段59では、副発電部4にて発電された電力が発熱体に
供給されると、ノズル内の混合液が発熱体によって加熱
されて、ノズル内の混合液に気泡が発生する。これによ
り、ノズル内の圧力が上昇し、ノズルの先端に形成され
たノズル孔から混合液の液滴が薄膜ヒータ58に向けて
噴射される。
Further, the intermediate substrate 56 is provided with fuel supply means 59 for supplying the mixed liquid sealed in the fuel pack 2 into the evaporation chamber 63. This fuel supply means 59
Is a thermal jet type liquid droplet ejecting apparatus (for example, an inkjet head of a so-called printer is applied), which heats the nozzle to which the mixed liquid from the fuel pack 2 is supplied and the mixed liquid in the nozzle. It has a basic structure with a heating element. In the fuel supply means 59 configured as described above, when the electric power generated by the sub-power generation unit 4 is supplied to the heating element, the mixed liquid in the nozzle is heated by the heating element to become the mixed liquid in the nozzle. Bubbles are generated. As a result, the pressure inside the nozzle rises, and droplets of the mixed liquid are ejected toward the thin film heater 58 from the nozzle hole formed at the tip of the nozzle.

【0052】更に、上記中基板56及び上基板55に
は、蒸発室63からマイクロ改質反応器51へと通ずる
排出路67が形成されている。
Further, the middle substrate 56 and the upper substrate 55 are formed with a discharge passage 67 which leads from the evaporation chamber 63 to the micro-reforming reactor 51.

【0053】以上のように構成されるマイクロ蒸発器5
0では、燃料供給手段59が蒸気室63の下の壁部に向
けて、混合液の液滴を噴射する。そして、薄膜ヒータ5
8が絶縁膜62及び混合液の液滴を加熱すると、混合液
が蒸発する(即ち、気化する)。混合液が気化すること
によって蒸発室63の圧力が上昇し、混合液の気化した
ガス(メタノールガス及び水蒸気が混合したガス、以下
原料ガスと述べる。)が圧力によって蒸発室63から排
出路67へと流れる。
The micro-evaporator 5 configured as described above
At 0, the fuel supply means 59 jets the liquid droplets of the mixed liquid toward the lower wall portion of the vapor chamber 63. And the thin film heater 5
When 8 heats the insulating film 62 and the droplet of the mixed liquid, the mixed liquid is evaporated (that is, vaporized). The pressure in the evaporation chamber 63 rises due to the vaporization of the mixed liquid, and the vaporized gas of the mixed liquid (a gas in which methanol gas and water vapor are mixed, hereinafter referred to as raw material gas) flows from the evaporation chamber 63 to the discharge path 67 due to the pressure. Flows.

【0054】以上のように、中基板56が、上基板55
及び下基板57より熱伝導率の高いシリコンで形成され
ているため、薄膜ヒータ58にて生じた熱エネルギー
は、中基板56へと熱伝導する傾向となる。従って、薄
膜ヒータ58にて生じた熱エネルギーは、中基板56、
蒸発室63及び蒸発室63内の混合液を加熱するために
主に用いられる。更に、中基板56に隣接して、空洞6
0及び空洞64が形成されているため、中基板56に伝
導した熱エネルギーは上基板55及び下基板57に熱伝
導し難くなる。特に、空洞60及び空洞64に充填され
る気体が、空気、炭酸ガス或いはフレオンである場合、
その気体の熱伝導率は中基板56と比較しても小さい。
一方、空洞60及び空洞64が真空封止されているな
ら、熱伝搬を行う媒体である空気等の単位体積当たりの
量が少ないので、空洞60及び空洞64での熱伝導性は
気体や中基板56に比較しても非常に小さい。そのた
め、薄膜ヒータ58にて生じた熱エネルギーは、空洞6
0及び空洞64にほとんど伝導せず、中基板56を加熱
すること及び蒸発室63内の混合液を加熱して蒸発させ
ることに消費される。
As described above, the middle substrate 56 is the upper substrate 55.
Also, since it is formed of silicon having a higher thermal conductivity than the lower substrate 57, the thermal energy generated in the thin film heater 58 tends to be thermally conducted to the middle substrate 56. Therefore, the thermal energy generated in the thin film heater 58 is
It is mainly used for heating the evaporation chamber 63 and the mixed liquid in the evaporation chamber 63. Further, adjacent to the intermediate substrate 56, the cavity 6
Since 0 and the cavity 64 are formed, it becomes difficult for the heat energy conducted to the middle substrate 56 to be conducted to the upper substrate 55 and the lower substrate 57. In particular, when the gas filled in the cavities 60 and 64 is air, carbon dioxide gas or Freon,
The thermal conductivity of the gas is smaller than that of the medium substrate 56.
On the other hand, if the cavities 60 and 64 are vacuum-sealed, the amount of air, which is a medium for heat propagation, per unit volume is small, so that the cavities 60 and 64 have a thermal conductivity of gas or medium substrate. It is very small compared to 56. Therefore, the thermal energy generated in the thin film heater 58 is
There is almost no conduction to 0 and the cavity 64, and it is consumed for heating the intermediate substrate 56 and for heating and evaporating the mixed liquid in the evaporation chamber 63.

【0055】また、熱エネルギーによる電磁波が、薄膜
ヒータ58或いは中基板56から空洞60を介して下基
板57へと熱放射するようになるが、空洞60の表面に
鏡面の膜65が形成されているため、電磁波が膜65に
て反射する。これにより、中基板56から下基板57へ
の熱放射が抑えられる。同様に、空洞64の表面に鏡面
の蒸着膜66が形成されているため、中基板56から上
基板55への熱放射が抑えられる。
Electromagnetic waves generated by thermal energy are radiated from the thin film heater 58 or the middle substrate 56 to the lower substrate 57 through the cavity 60, and a mirror-like film 65 is formed on the surface of the cavity 60. Therefore, the electromagnetic wave is reflected by the film 65. Thereby, heat radiation from the middle substrate 56 to the lower substrate 57 is suppressed. Similarly, since the mirror-evaporated film 66 is formed on the surface of the cavity 64, heat radiation from the middle substrate 56 to the upper substrate 55 is suppressed.

【0056】従って、薄膜ヒータ58にて生じた熱エネ
ルギーは、中基板56を加熱すること、結局のところ蒸
発室63内の混合液を加熱して蒸発させることに主に用
いられるようになる。このように、蒸発室63の近傍に
空洞60及び空洞64が形成されているため、薄膜ヒー
タ58の熱エネルギーの損失を抑えることができる。薄
膜ヒータ58の熱エネルギー損失が抑えられることで、
薄膜ヒータ58が発熱するための電力の消費量、言い換
えれば、副発電部4にて消費される混合液の消費量を抑
えることができる。
Therefore, the thermal energy generated by the thin film heater 58 is mainly used for heating the intermediate substrate 56, and ultimately for heating and evaporating the mixed liquid in the evaporation chamber 63. Since the cavities 60 and the cavities 64 are formed in the vicinity of the evaporation chamber 63 as described above, the loss of thermal energy of the thin film heater 58 can be suppressed. Since the heat energy loss of the thin film heater 58 is suppressed,
It is possible to suppress the consumption of electric power for the thin film heater 58 to generate heat, in other words, the consumption of the mixed liquid consumed in the sub power generation unit 4.

【0057】なお、上記マイクロ蒸発器50では、三枚
の基板に蒸発室63、空洞60及び空洞64が設けられ
ているが、一枚の基板に蒸発室63、空洞60及び空洞
64が設けられているとともに、空洞60或いは空洞6
4と蒸発室63との間に薄膜ヒータ58が設けられてい
る場合でも同様に、薄膜ヒータ58の熱エネルギーの損
失を抑えることができる。
In the micro-evaporator 50, the evaporation chamber 63, the cavity 60 and the cavity 64 are provided on three substrates, but the evaporation chamber 63, the cavity 60 and the cavity 64 are provided on one substrate. And the cavity 60 or the cavity 6
Similarly, even when the thin film heater 58 is provided between the thin film heater 58 and the evaporation chamber 63, the heat energy loss of the thin film heater 58 can be suppressed.

【0058】次に、マイクロ改質反応器51について、
図6を参照して説明する。図6に示すように、マイクロ
改質反応器51には、葛折りとなったマイクロ流路68
が設けられている。図7には、図6のA−A断面が示さ
れている。図7に示すように、マイクロ改質反応器51
は、上基板69と、中基板70と、下基板71とを備え
ている。上基板69、中基板70及び下基板71は、重
なって接合された積層構造となり、マイクロ改質反応器
51の本体となっている。下基板71はガラスで形成さ
れた基板である。下基板71の上面には、空洞74を構
成するための凹部71aが形成されている。凹部71a
の表面にはアルミ或いは銀などの蒸着膜75が蒸着によ
って形成されており、蒸着膜75によって凹部71aの
表面が鏡面となっている。この凹部71aを覆うように
して、薄膜ヒータ76が下基板71の上面に設けられて
いる。これにより、下基板71及び薄膜ヒータ76に囲
まれた空間となる空洞74が形成される。薄膜ヒータ7
6は電気的な抵抗(例えば、TaSiOxN又はTaS
iOxNH)で構成され、薄膜ヒータ76には副発電部
4にて発電された電力が配線77を介して供給されてお
り、薄膜ヒータ76は電力により発熱するものである。
更に、薄膜ヒータ76及び配線77上に、酸化シリコン
又は窒化シリコンで形成された絶縁膜78が被膜されて
いる。
Next, regarding the micro reforming reactor 51,
This will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the micro-reforming reactor 51 has a micro flow path 68 with a zigzag shape.
Is provided. FIG. 7 shows an AA cross section of FIG. As shown in FIG. 7, the micro-reforming reactor 51
Includes an upper substrate 69, a middle substrate 70, and a lower substrate 71. The upper substrate 69, the middle substrate 70, and the lower substrate 71 have a laminated structure in which the upper substrate 69, the middle substrate 70, and the lower substrate 71 are overlapped and bonded to each other to form the main body of the microreforming reactor 51. The lower substrate 71 is a substrate made of glass. A recess 71 a for forming the cavity 74 is formed on the upper surface of the lower substrate 71. Recess 71a
A vapor deposition film 75 of aluminum, silver, or the like is formed on the surface of the substrate by vapor deposition, and the surface of the recess 71a is a mirror surface due to the vapor deposition film 75. A thin film heater 76 is provided on the upper surface of the lower substrate 71 so as to cover the recess 71a. As a result, a cavity 74 that is a space surrounded by the lower substrate 71 and the thin film heater 76 is formed. Thin film heater 7
6 is an electrical resistance (for example, TaSiO x N or TaS)
iO x NH), and the thin film heater 76 is supplied with the electric power generated by the sub power generation unit 4 through the wiring 77, and the thin film heater 76 is heated by the electric power.
Further, an insulating film 78 made of silicon oxide or silicon nitride is coated on the thin film heater 76 and the wiring 77.

【0059】中基板70は、単結晶シリコンで形成され
た基板であり、少なくとも上基板69及び下基板71よ
りも熱伝導率の高い部材で構成される。中基板70の下
面には、マイクロ流路68を構成するための溝70aが
フォトレジストマスクを用いたサンドブラスト法によっ
て形成されており、溝70aは葛折りとなって形成され
ている。溝70aの表面には、改質触媒79が形成され
ている。改質触媒79は、メタノール及び水に対して化
学反応を促進する作用を有し、メタノール及び水から水
素及び二酸化炭素を生成する機能を有するものである。
The middle substrate 70 is a substrate formed of single crystal silicon, and is composed of a member having a higher thermal conductivity than at least the upper substrate 69 and the lower substrate 71. On the lower surface of the intermediate substrate 70, a groove 70a for forming the microchannel 68 is formed by a sandblast method using a photoresist mask, and the groove 70a is formed in a zigzag shape. A reforming catalyst 79 is formed on the surface of the groove 70a. The reforming catalyst 79 has a function of promoting a chemical reaction with respect to methanol and water, and has a function of generating hydrogen and carbon dioxide from methanol and water.

【0060】溝70aが薄膜ヒータ76及び空洞74に
対向するようにして、中基板70が絶縁膜78を介して
下基板71に接合されている。これにより、溝70aに
よるマイクロ流路68が形成される。このマイクロ流路
68は、中基板70及び絶縁膜78に囲まれた空間であ
る。また、マイクロ流路68の一端部は、マイクロ蒸発
器50の排出路67に通じており、マイクロ流路68の
他端部は、水性シフト反応器52に通じている。マイク
ロ流路68(即ち、溝70a)の断面幅Wは、改質触媒
79が被膜された状態で100〔μm〕以下であるのが
望ましく、マイクロ流路68の断面深さDは、改質触媒
79が被膜された状態で500〔μm〕以下であるのが
望ましい。このマイクロ流路68は、薄膜ヒータ76が
発熱することによって加熱される。
The middle substrate 70 is bonded to the lower substrate 71 via the insulating film 78 so that the groove 70a faces the thin film heater 76 and the cavity 74. As a result, the micro flow path 68 is formed by the groove 70a. The micro channel 68 is a space surrounded by the middle substrate 70 and the insulating film 78. Further, one end of the micro channel 68 communicates with the discharge channel 67 of the micro evaporator 50, and the other end of the micro channel 68 communicates with the aqueous shift reactor 52. The cross-sectional width W of the micro flow channel 68 (that is, the groove 70a) is preferably 100 [μm] or less when the reforming catalyst 79 is coated, and the cross sectional depth D of the micro flow channel 68 is It is desirable that it is 500 [μm] or less when the catalyst 79 is coated. The micro channel 68 is heated by the thin film heater 76 generating heat.

【0061】上基板69はガラスで形成された基板であ
る。上基板69の下面には、空洞72を構成するための
凹部69aが形成されている。凹部69aの表面にはア
ルミ或いは銀等の蒸着膜73が形成されており、蒸着膜
73によって凹部69aの表面が鏡面となっている。凹
部69aがマイクロ流路68に対向するようにして、上
基板69が中基板70に接合されている。これにより、
上基板69及び中基板70に囲まれた空間となる空洞7
2が形成されている。
The upper substrate 69 is a substrate made of glass. A recess 69a for forming the cavity 72 is formed on the lower surface of the upper substrate 69. A vapor deposition film 73 of aluminum or silver is formed on the surface of the recess 69a, and the surface of the recess 69a is a mirror surface by the vapor deposition film 73. The upper substrate 69 is bonded to the middle substrate 70 so that the recesses 69 a face the microchannels 68. This allows
Cavity 7 serving as a space surrounded by the upper substrate 69 and the middle substrate 70
2 is formed.

【0062】空洞72及び空洞74には、空気或いは炭
酸ガス等の気体が充填されている。なお、空気或いは炭
酸ガスに代えて、ガス状のフレオンが空洞72及び空洞
74に充填されていても良い。また、空洞72及び空洞
74は、真空封止されていても良い。
The cavities 72 and 74 are filled with air or a gas such as carbon dioxide. Note that the cavities 72 and 74 may be filled with gaseous freon instead of air or carbon dioxide gas. The cavities 72 and 74 may be vacuum-sealed.

【0063】以上のように構成されるマイクロ改質反応
器51では、マイクロ蒸発器50において気化した原料
ガス(即ち、メタノールガス及び水蒸気)が排出路67
(図5に図示)を流れて、マイクロ流路68へと流れて
くる。そして、原料ガスがマイクロ流路68を流れてい
る間に、原料ガスは次の化学反応式(3)に示すような
水蒸気改質反応をして、水素ガス及び二酸化炭素ガスが
マイクロ流路68にて生成される。
In the micro-reforming reactor 51 having the above-mentioned structure, the source gas (ie, methanol gas and water vapor) vaporized in the micro-evaporator 50 is discharged through the discharge passage 67.
(Illustrated in FIG. 5) and then flows into the micro flow channel 68. Then, while the raw material gas is flowing through the micro flow channel 68, the raw material gas undergoes a steam reforming reaction as shown in the following chemical reaction formula (3), and hydrogen gas and carbon dioxide gas are discharged into the micro flow channel 68. Is generated in.

【0064】 CH3OH+H2O→3H2+CO2 …(3) 上記水蒸気改質反応は吸熱反応であり、原料ガスが薄膜
ヒータ76により加熱されることによって、また、改質
触媒79によって促進される。
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (3) The steam reforming reaction is an endothermic reaction and is promoted by heating the raw material gas by the thin film heater 76 and by the reforming catalyst 79. It

【0065】なお、すべての原料ガスが上述の反応をす
るのではなく、微量の原料ガスが次の化学反応式(4)
に示すような反応をし、微量ながら一酸化炭素ガスが生
成される。 2CH3OH+H2O→5H2+CO+CO2 …(4)
It should be noted that not all the raw material gases undergo the above reaction, but a small amount of the raw material gas has the following chemical reaction formula (4).
A carbon monoxide gas is produced in a small amount though the reaction shown in FIG. 2CH 3 OH + H 2 O → 5H 2 + CO + CO 2 (4)

【0066】生成されたガス(即ち、水素ガス、二酸化
炭素及び一酸化炭素等)は水性シフト反応器52へと排
出される。
The produced gases (ie hydrogen gas, carbon dioxide, carbon monoxide, etc.) are discharged to the aqueous shift reactor 52.

【0067】以上のように、中基板70が、上基板69
及び下基板71より熱伝導率の高いシリコンで形成され
ているため、薄膜ヒータ76にて生じた熱エネルギー
は、中基板70へと熱伝導する傾向となる。従って、薄
膜ヒータ76にて生じた熱エネルギーは、中基板70、
マイクロ流路68及びマイクロ流路68内の原料ガスを
加熱するために用いられる。更に、中基板70に隣接し
て、空洞72及び空洞74が形成されているため、中基
板70に伝導した熱エネルギーは上基板69及び下基板
71に熱伝導し難くなる。従って、薄膜ヒータ76にて
生じた熱エネルギーは、中基板70を加熱すること、即
ちマイクロ流路68内の原料ガスを加熱して改質するこ
とに主に用いられるようになる。そのため、改質に係る
反応速度が向上するとともに、薄膜ヒータ76の熱エネ
ルギーの損失が抑えることができる。
As described above, the middle substrate 70 is the upper substrate 69.
Also, since it is formed of silicon having a higher thermal conductivity than the lower substrate 71, the thermal energy generated in the thin film heater 76 tends to be thermally conducted to the intermediate substrate 70. Therefore, the thermal energy generated in the thin film heater 76 is
It is used to heat the micro channel 68 and the source gas in the micro channel 68. Further, since the cavity 72 and the cavity 74 are formed adjacent to the middle substrate 70, the heat energy conducted to the middle substrate 70 is hard to be conducted to the upper substrate 69 and the lower substrate 71. Therefore, the thermal energy generated by the thin film heater 76 is mainly used for heating the intermediate substrate 70, that is, for heating and reforming the raw material gas in the microchannel 68. Therefore, the reaction speed related to the reforming can be improved, and the loss of thermal energy of the thin film heater 76 can be suppressed.

【0068】また、薄膜ヒータ76或いは中基板70か
ら発せられる電磁波が空洞74に向けて発せられるが、
電磁波が蒸着膜66にて反射する。そのため、薄膜ヒー
タ76或いは中基板70から下基板71への熱放射が抑
えられる。同様に、空洞64の表面に鏡面の蒸着膜66
が形成されているため、中基板70から上基板69への
熱放射が抑えられる。従って、薄膜ヒータ76にて生じ
た熱エネルギーは、中基板70を加熱すること、即ちマ
イクロ流路68内の原料ガスを加熱して改質することに
主に消費される。このため、薄膜ヒータ76の熱エネル
ギーの損失が抑えることができる。
The electromagnetic wave emitted from the thin film heater 76 or the intermediate substrate 70 is emitted toward the cavity 74.
Electromagnetic waves are reflected by the vapor deposition film 66. Therefore, heat radiation from the thin film heater 76 or the middle substrate 70 to the lower substrate 71 is suppressed. Similarly, a mirror-evaporated film 66 is formed on the surface of the cavity 64.
The heat radiation from the middle substrate 70 to the upper substrate 69 is suppressed due to the formation. Therefore, the thermal energy generated by the thin film heater 76 is mainly consumed for heating the intermediate substrate 70, that is, for heating and reforming the raw material gas in the microchannel 68. Therefore, the loss of heat energy of the thin film heater 76 can be suppressed.

【0069】なお、図7に示すようなマイクロ改質反応
器51に代えて、図8に示すようなマイクロ改質反応器
90であっても良く、このマイクロ改質反応器90にお
いてもマイクロ改質反応器51と同様の効果を奏する。
A micro reforming reactor 90 as shown in FIG. 8 may be used in place of the micro reforming reactor 51 as shown in FIG. The same effect as the quality reactor 51 is obtained.

【0070】図8に示すように、マイクロ改質反応器9
0は、上基板91と、中基板92と、下基板93とを備
える。上基板91、中基板92及び下基板93は、重な
って接合された積層構造となり、マイクロ改質反応器9
0の本体となっている。下基板93はガラスで形成され
た基板である。下基板93の上面には、空洞94を構成
するための凹部93aが形成されている。
As shown in FIG. 8, the micro-reforming reactor 9
0 includes an upper substrate 91, a middle substrate 92, and a lower substrate 93. The upper substrate 91, the middle substrate 92, and the lower substrate 93 have a laminated structure in which they are overlapped and bonded to each other.
It is the main body of 0. The lower substrate 93 is a substrate made of glass. On the upper surface of the lower substrate 93, a concave portion 93a for forming the cavity 94 is formed.

【0071】中基板92は、単結晶シリコンで形成され
た基板であり、少なくとも上基板91及び下基板93よ
りも熱伝導率の高い部材で構成される。中基板92に
は、葛折りとなったマイクロ流路95を構成するための
溝92cが形成されている。溝92cは中基板92を上
下に貫通している。中基板92の下面には薄膜ヒータ9
7が設けられている。薄膜ヒータ97は、溝92cに沿
って設けられており、溝92cの下部を塞いでいる。そ
して、溝92cの内面及び薄膜ヒータ97の上面に改質
触媒96が形成されている。改質触媒96は、メタノー
ル及び水に対して化学反応を促進する作用を有し、メタ
ノール及び水から水素ガス及び二酸化炭素ガスを生成す
る機能を有するものである。マイクロ流路95の断面幅
は、改質触媒96が被膜された状態で100〔μm〕以
下であるのが望ましく、マイクロ流路95の断面深さ
は、改質触媒96が被膜された状態で500〔μm〕以
下であるのが望ましい。
The middle substrate 92 is a substrate made of single crystal silicon, and is composed of a member having a higher thermal conductivity than at least the upper substrate 91 and the lower substrate 93. A groove 92c for forming a folded microchannel 95 is formed in the middle substrate 92. The groove 92c vertically penetrates the middle substrate 92. A thin film heater 9 is provided on the lower surface of the middle substrate 92.
7 is provided. The thin film heater 97 is provided along the groove 92c and closes the lower portion of the groove 92c. The reforming catalyst 96 is formed on the inner surface of the groove 92c and the upper surface of the thin film heater 97. The reforming catalyst 96 has a function of promoting a chemical reaction with respect to methanol and water, and has a function of generating hydrogen gas and carbon dioxide gas from methanol and water. The cross-sectional width of the micro channel 95 is preferably 100 [μm] or less when the reforming catalyst 96 is coated, and the cross-sectional depth of the micro channel 95 is when the reforming catalyst 96 is coated. It is preferably 500 [μm] or less.

【0072】溝92cの両脇には、溝92cに沿って凹
部92a,92bが中基板92の下面に形成されてい
る。そして、薄膜ヒータ97が下基板93の凹部93a
の底面に対向するようにして、また薄膜ヒータ97が凹
部93aに沿うようにして、中基板92が下基板93に
接合されている。これにより、断面視してコ字状の空洞
94が、溝92cに沿うようにして、かつ、溝92cを
囲むようにして、中基板92及び下基板93に形成され
る。
On both sides of the groove 92c, recesses 92a and 92b are formed on the lower surface of the intermediate substrate 92 along the groove 92c. Then, the thin film heater 97 is provided in the recess 93a of the lower substrate 93
The middle substrate 92 is bonded to the lower substrate 93 so as to face the bottom surface of the substrate and the thin-film heater 97 extends along the recess 93a. As a result, the U-shaped cavity 94 in cross section is formed in the middle substrate 92 and the lower substrate 93 so as to be along the groove 92c and surround the groove 92c.

【0073】空洞94の面(主に、溝92cに向いた
面)には、蒸着膜98が形成されており、蒸着膜98に
よって空洞94の面が鏡面となっている。空洞94に
は、空気或いは炭酸ガス等の気体が充填されている。な
お、空気或いは炭酸ガスに代えて、ガス状のフレオンが
空洞94に充填されていても良い。また、空洞94は、
真空封止されていても良い。
A vapor deposition film 98 is formed on the surface of the cavity 94 (mainly the surface facing the groove 92c), and the surface of the cavity 94 is a mirror surface due to the vapor deposition film 98. The cavity 94 is filled with air or a gas such as carbon dioxide. Instead of air or carbon dioxide gas, gaseous freon may be filled in the cavity 94. In addition, the cavity 94 is
It may be vacuum-sealed.

【0074】上基板91はガラスで形成された基板であ
る。そして、上基板91が中基板92に接合することに
より、溝92cの上部が上基板91によって塞がれる。
これにより、溝92cによるマイクロ流路95が形成さ
れる。なお、マイクロ流路95内は、薄膜ヒータ97が
発熱することによって加熱される。
The upper substrate 91 is a substrate made of glass. Then, by joining the upper substrate 91 to the middle substrate 92, the upper portion of the groove 92 c is closed by the upper substrate 91.
As a result, the micro channel 95 is formed by the groove 92c. The inside of the micro flow channel 95 is heated by the heat generated by the thin film heater 97.

【0075】断面視してコ字状の空洞94がマイクロ流
路95を囲むようにして形成されるため、薄膜ヒータ9
7で発生された熱エネルギーは、マイクロ流路95以外
に伝導し難くなる。そのため、薄膜ヒータ97の熱エネ
ルギーの損失が更に抑えられる。
Since the U-shaped cavity 94 is formed so as to surround the micro flow channel 95 in a sectional view, the thin film heater 9 is formed.
The thermal energy generated in 7 becomes difficult to be conducted to other than the micro flow channel 95. Therefore, the loss of heat energy of the thin film heater 97 is further suppressed.

【0076】以上のように構成されるマイクロ改質反応
器90では、マイクロ蒸発器50において気化した原料
ガス(即ち、メタノールガス及び水蒸気)が排出路67
(図5に図示)を流れて、マイクロ流路95へと流れて
くる。そして、原料ガスがマイクロ流路95を流れてい
る間に、原料ガスは薄膜ヒータ97によって加熱される
ことで、また改質触媒96に促進されて、上記化学反応
式(3)及び上記化学反応式(4)に示すような反応を
する。これにより、原料ガスは、水素ガス、二酸化炭素
ガスに改質され、加えて微量の一酸化炭素ガスになる。
In the micro-reforming reactor 90 configured as described above, the raw material gas (ie, methanol gas and water vapor) vaporized in the micro-evaporator 50 is discharged through the discharge path 67.
(Illustrated in FIG. 5) and then flows into the microchannel 95. While the raw material gas is flowing through the micro flow channel 95, the raw material gas is heated by the thin film heater 97, and is promoted by the reforming catalyst 96, so that the chemical reaction formula (3) and the chemical reaction are performed. The reaction shown in formula (4) is performed. As a result, the raw material gas is reformed into hydrogen gas and carbon dioxide gas, and also becomes a trace amount of carbon monoxide gas.

【0077】次に、水性シフト反応器52及び選択酸化
反応器53について、図9に示される断面図を参照して
説明する。水性シフト反応器52及び選択酸化反応器5
3には、葛折りとなったマイクロ流路80が設けられて
いる。また、水性シフト反応器52及び選択酸化反応器
53は一体となっており、具体的には以下のように構成
されている。
Next, the aqueous shift reactor 52 and the selective oxidation reactor 53 will be described with reference to the sectional view shown in FIG. Aqueous shift reactor 52 and selective oxidation reactor 5
3, a micro flow path 80 having a folded shape is provided. Further, the aqueous shift reactor 52 and the selective oxidation reactor 53 are integrated, and are specifically configured as follows.

【0078】即ち、水性シフト反応器52及び選択酸化
反応器53は、上基板81と下基板82とを重ねて接合
した積層構造となっている。上基板81には、マイクロ
流路80を構成するための溝81aが形成されている。
上基板81に下基板82が接合されることによって、溝
81aによるマイクロ流路80が形成される。また、水
性シフト反応器52側のマイクロ流路80の端部が、マ
イクロ改質反応器51のマイクロ流路68の他端部に通
じている。そして、マイクロ改質反応器51にて生成さ
れたガス(即ち、水素、一酸化炭素及び二酸化炭素等)
は、マイクロ流路80へと流れるようになっている。ま
た、マイクロ流路80の他方の端部は、後述する主発電
部6の燃料極31(図10に図示)に通じており、マイ
クロ改質反応器51にて生成されたガスがマイクロ流路
80を流れて、燃料極31へと流れるようになってい
る。更に、上基板81に放熱フィン54が設けられてお
り、マイクロ流路80で一酸化炭素の化学反応に伴い発
生する熱が放熱フィン54によって放熱されるようにな
っている。
That is, the aqueous shift reactor 52 and the selective oxidation reactor 53 have a laminated structure in which the upper substrate 81 and the lower substrate 82 are stacked and joined. Grooves 81 a for forming the micro flow channel 80 are formed in the upper substrate 81.
By joining the lower substrate 82 to the upper substrate 81, the micro channel 80 is formed by the groove 81a. The end of the micro flow channel 80 on the side of the aqueous shift reactor 52 communicates with the other end of the micro flow channel 68 of the micro reforming reactor 51. Then, the gas generated in the micro reforming reactor 51 (that is, hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, etc.)
Flow into the micro flow channel 80. The other end of the micro flow channel 80 communicates with a fuel electrode 31 (shown in FIG. 10) of the main power generation unit 6 described later, and the gas generated in the micro reforming reactor 51 is in the micro flow channel. It flows through 80 and flows to the fuel electrode 31. Further, the upper substrate 81 is provided with heat radiation fins 54 so that the heat generated by the chemical reaction of carbon monoxide in the micro flow channel 80 is radiated by the heat radiation fins 54.

【0079】水性シフト反応器52の溝81aには、水
性シフト反応用触媒83が形成されており、選択酸化反
応器53の溝81aには、選択酸化反応用触媒84が形
成されている。水性シフト反応用触媒83は、一酸化炭
素及び水に対して化学反応を促進する作用を有し、一酸
化炭素及び水から水素及び二酸化炭素を生成する機能を
有するものである。選択酸化反応用触媒84は、水素過
剰条件において、水素より一酸化炭素を優先して酸化さ
せる作用を有するものである。マイクロ流路80(即
ち、溝81a)の断面幅wは、水性シフト反応用触媒8
3及び選択参加反応用触媒84が被膜された状態で10
0〔μm〕以下であるのが望ましく、マイクロ流路80
の断面深さdは、水性シフト反応用触媒83及び選択酸
化反応用触媒84が被膜された状態で500〔μm〕以
下であるのが望ましい。
An aqueous shift reaction catalyst 83 is formed in the groove 81a of the aqueous shift reactor 52, and a selective oxidation reaction catalyst 84 is formed in the groove 81a of the selective oxidation reactor 53. The aqueous shift reaction catalyst 83 has a function of promoting a chemical reaction with respect to carbon monoxide and water, and has a function of generating hydrogen and carbon dioxide from carbon monoxide and water. The selective oxidation reaction catalyst 84 has a function of preferentially oxidizing carbon monoxide over hydrogen under hydrogen excess conditions. The cross-sectional width w of the micro flow channel 80 (that is, the groove 81a) is equal to
3 and 10 with the selective participation reaction catalyst 84 coated
It is desirable that the thickness is 0 [μm] or less, and the microchannel 80
The cross-sectional depth d is preferably 500 [μm] or less when the aqueous shift reaction catalyst 83 and the selective oxidation reaction catalyst 84 are coated.

【0080】以上のように構成される水性シフト反応器
52及び選択酸化反応器53の作用を説明する。マイク
ロ改質反応器51で生成されたガスがマイクロ流路80
を通過している間に、水性シフト反応器52において、
一酸化炭素が水性シフト反応用触媒83によって促進さ
れて、次の化学反応式(5)に示すような水性シフト反
応をする。 CO+H2O→CO2+H2 …(5) なお、マイクロ改質反応器51において未反応だった水
が、水性シフト反応における水として用いられることに
なる。
The operation of the aqueous shift reactor 52 and the selective oxidation reactor 53 configured as above will be described. The gas generated in the micro reforming reactor 51 is the micro flow channel 80.
In the aqueous shift reactor 52 while passing through
Carbon monoxide is promoted by the aqueous shift reaction catalyst 83 to cause an aqueous shift reaction as shown in the following chemical reaction formula (5). CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (5) The unreacted water in the microreforming reactor 51 is used as water in the aqueous shift reaction.

【0081】選択酸化反応器53においては、マイクロ
流路80を通過するガスに含まれる一酸化炭素が選択酸
化反応用触媒84によって選択されて、一酸化炭素が次
の化学反応式(6)に示すような選択酸化反応をする。
また、マイクロ流路80に選択酸化反応用触媒84が形
成されているため、ガスに含まれる水素はほとんど酸化
しない。 2CO+O2→2CO2 …(6) なお、大気中の酸素が、選択酸化反応における酸素とし
て用いられる。
In the selective oxidation reactor 53, the carbon monoxide contained in the gas passing through the micro flow channel 80 is selected by the selective oxidation reaction catalyst 84, and the carbon monoxide is converted into the following chemical reaction formula (6). The selective oxidation reaction as shown is performed.
Further, since the selective oxidation reaction catalyst 84 is formed in the micro flow channel 80, hydrogen contained in the gas is hardly oxidized. 2CO + O 2 → 2CO 2 (6) Note that oxygen in the atmosphere is used as oxygen in the selective oxidation reaction.

【0082】以上のように、マイクロ蒸発器50、マイ
クロ改質反応器51、水性シフト反応器52及び選択酸
化反応器53から構成されるマイクロリアクタ5によれ
ば、マイクロ改質反応器51において微量ながら一酸化
炭素が生成されるが、水性シフト反応器52及び選択酸
化反応器53において一酸化炭素が水素及び二酸化炭素
に変換されるため、一酸化炭素がほとんど生成されな
い。水性シフト反応器52及び選択酸化反応器53のそ
れぞれの一方の流路を互いに直列に繋げたが、この際水
性シフト反応器52及び選択酸化反応器53のそれぞれ
の一方の流路のいずれをマイクロ改質反応器51の出口
側の流路に繋げてもよく、またマイクロ改質反応器51
の出口側の流路に対し水性シフト反応器52の一方の流
路及び選択酸化反応器53の一方の流路を並列に繋げて
もよい。
As described above, according to the microreactor 5 comprising the microevaporator 50, the microreforming reactor 51, the aqueous shift reactor 52 and the selective oxidation reactor 53, the microreforming reactor 51 has a very small amount. Although carbon monoxide is generated, carbon monoxide is hardly generated because carbon monoxide is converted into hydrogen and carbon dioxide in the aqueous shift reactor 52 and the selective oxidation reactor 53. The respective one flow paths of the aqueous shift reactor 52 and the selective oxidation reactor 53 were connected in series with each other. It may be connected to the flow path on the outlet side of the reforming reactor 51.
One flow path of the aqueous shift reactor 52 and one flow path of the selective oxidation reactor 53 may be connected in parallel to the flow path on the outlet side of the.

【0083】次に、主発電部6について図10を参照し
て説明する。主発電部6は、燃料改質方式を採用した固
体高分子型の燃料電池である。即ち、主発電部6は、白
金或いは白金・ルテニウム等の触媒微粒子が付着した炭
素電極からなる燃料極(即ち、カソード)31と、白金
等の触媒微粒子が付着した炭素電極からなる空気極(即
ち、アノード)32と、燃料極31と空気極32との間
に介装されたフィルム状のイオン導電膜(即ち、交換
膜)33とを有して構成されている。燃料極31が、図
1に示す負極2aに接続されているとともに、空気極3
2が、図1に示す正極3aに接続されている。
Next, the main power generation section 6 will be described with reference to FIG. The main power generation unit 6 is a polymer electrolyte fuel cell that employs a fuel reforming method. That is, the main power generation unit 6 includes a fuel electrode (that is, a cathode) 31 including a carbon electrode to which catalyst fine particles such as platinum or platinum / ruthenium are attached, and an air electrode (that is, a cathode) including a carbon electrode to which catalyst fine particles such as platinum are attached (that is, a cathode). , An anode) 32, and a film-like ionic conductive film (that is, an exchange film) 33 interposed between the fuel electrode 31 and the air electrode 32. The fuel electrode 31 is connected to the negative electrode 2a shown in FIG.
2 is connected to the positive electrode 3a shown in FIG.

【0084】ここで、燃料極31には、上記マイクロリ
アクタ5において生成された水素ガスが供給され、一
方、空気極32には、大気中の酸素ガス(O2)が供給
されることにより、主発電部6において電気化学反応に
より所定の電気エネルギーが生成(即ち、発電)され、
負荷34に対しての駆動電力(即ち、電圧、電流及び電
気エネルギー)が生成される。
Here, the hydrogen gas produced in the microreactor 5 is supplied to the fuel electrode 31, while the oxygen gas (O 2 ) in the atmosphere is supplied to the air electrode 32, whereby A predetermined electric energy is generated (ie, power generation) by an electrochemical reaction in the power generation unit 6,
Drive power (ie voltage, current and electrical energy) for the load 34 is generated.

【0085】具体的には、燃料極31に水素ガスが供給
されると、次の化学反応式(7)に示すように、燃料極
31に付着した触媒により電子の分離した水素イオンが
発生し、イオン導電膜33を介して空気極32側に水素
イオンが通過するとともに、燃料極31を構成する炭素
電極により電子が取り出されて負荷34に供給される。 3H2→6H++6e- …(7)
Specifically, when hydrogen gas is supplied to the fuel electrode 31, hydrogen ions separated from electrons are generated by the catalyst attached to the fuel electrode 31, as shown in the following chemical reaction formula (7). Hydrogen ions pass through the ion conductive film 33 toward the air electrode 32, and at the same time, electrons are taken out by the carbon electrode forming the fuel electrode 31 and supplied to the load 34. 3H 2 → 6H + + 6e - ... (7)

【0086】一方、空気極32に酸素ガスが供給される
と、上記化学反応式(2)に示すように、触媒により負
荷34を経由した電子とイオン導電膜33を通過した水
素イオンと空気中の酸素ガスとが反応して生成された水
は、回収管を介し燃料パック2内の所定の回収手段に回
収される。
On the other hand, when oxygen gas is supplied to the air electrode 32, as shown in the above chemical reaction formula (2), electrons are passed through the load 34 by the catalyst, hydrogen ions are passed through the ion conductive film 33, and in the air. The water generated by the reaction with the oxygen gas of 10 is recovered by a predetermined recovery means in the fuel pack 2 through the recovery pipe.

【0087】主発電部6における電気化学反応は概ね6
0〜80℃の比較的低温の温度条件で進行するため、燃
料極31に僅かな一酸化炭素が供給された場合でも燃料
極31に吸着被毒して活性が低下し易いが、マイクロリ
アクタ5において生成されるガスには一酸化炭素がほと
んど含まれていないから燃料極31に吸着被毒しない。
従って、長時間燃料電池システム1が使用された場合で
も、主発電部6により発生する駆動電力の低下を招かな
い。
The electrochemical reaction in the main power generation section 6 is approximately 6
Since it proceeds under a relatively low temperature condition of 0 to 80 ° C., even if a slight amount of carbon monoxide is supplied to the fuel electrode 31, the fuel electrode 31 is easily poisoned by adsorption and its activity is likely to decrease. Since the generated gas contains almost no carbon monoxide, the fuel electrode 31 is not adsorbed and poisoned.
Therefore, even if the fuel cell system 1 is used for a long time, the driving power generated by the main power generation unit 6 is not reduced.

【0088】次に、起動検知部7、電力検知部8及び制
御部9について説明する。起動検知部7、電力検知部8
及び制御部9は、既存の半導体製造技術を適用すること
により、数ミクロンオーダーにマイクロチップ化された
ものである。
Next, the start-up detector 7, the power detector 8 and the controller 9 will be described. Start detection unit 7, power detection unit 8
The control unit 9 and the control unit 9 are formed into microchips on the order of several microns by applying existing semiconductor manufacturing technology.

【0089】起動検知部7は、主発電部6を起動させる
旨を検知するものであり、具体的には、主発電部6に負
荷34が接続されたことを検知するセンサ(例えば、燃
料電池システム1に対する負荷34の位置を検知する位
置センサ等)又は、使用者等が負荷34の操作ボタン等
を押下した時の負荷の容量変化に伴う電位の変化を検知
するセンサである。そして、起動検知部7は、検知した
場合に、検知した旨の信号を制御部9に出力するように
なっている。
The start-up detection section 7 detects that the main power generation section 6 is to be started, and specifically, a sensor (for example, a fuel cell) that detects that the load 34 is connected to the main power generation section 6. A position sensor or the like for detecting the position of the load 34 with respect to the system 1) or a sensor for detecting a change in potential due to a change in the capacity of the load when a user presses an operation button or the like of the load 34. Then, the activation detection unit 7 outputs a signal indicating the detection to the control unit 9 when the detection is performed.

【0090】電力検知部8は、主発電部6において発生
された駆動電力の値を検知するものであり、具体的に
は、主発電部6から負荷34に流れる電流の値を検知す
る電流計、又は、主発電部6から負荷34に負荷される
電圧の値を検知する電圧計等である。そして、電力検知
部8は、主発電部6において発生された駆動電力の値を
示す信号を制御部9に出力するようになっている。
The power detection unit 8 detects the value of the drive power generated in the main power generation unit 6, and specifically, an ammeter that detects the value of the current flowing from the main power generation unit 6 to the load 34. Alternatively, it is a voltmeter or the like for detecting the value of the voltage applied to the load 34 from the main power generation unit 6. Then, the power detection unit 8 outputs a signal indicating the value of the drive power generated in the main power generation unit 6 to the control unit 9.

【0091】制御部9は、専用の論理回路或いは、CP
U(central processing unit)等を有する演算処理装
置であり、負荷34が待機状態からメイン機能の起動す
る状態へのシフトにともない変位する電位を燃料パック
2の正極3a及び負極2aを介して検知した起動検知部
7から入力される信号に基づいて主発電部6を起動させ
ることを判定し、主発電部6を起動させると判定した場
合に、マイクロリアクタ5に作動を指示する信号を出力
するようになっている。具体的には、制御部9は、マイ
クロリアクタ5に設けられる燃料供給手段59に対して
作動を指示する作動信号を出力するようになっている。
これにより、燃料供給手段59が混合液を噴射(即ち、
供給)しはじめ、マイクロリアクタ5において水素ガス
が生成されはじめ、主発電部6が起動して、主発電部6
から駆動電力が発電される。一方、制御部9は、メイン
機能が駆動している状態から待機状態へのシフトにとも
ない変位する電位を燃料パック2の正極3a及び負極2
aを介して検知した起動検知部7から入力される信号に
基づいて主発電部6を停止すると判定した場合に、マイ
クロリアクタ5に停止を指示する停止信号を出力するよ
うになっている。具体的には、制御部9は、マイクロリ
アクタ5に設けられる燃料供給手段59に対して停止を
指示する停止信号を出力するようになっている。これに
より、燃料供給手段59が混合液を噴射(即ち、供給)
することを停止し、マイクロリアクタ5において水素ガ
スが発生されないため、主発電部6が停止し、主発電部
6から駆動電力が発電されない。
The control unit 9 uses a dedicated logic circuit or CP
An arithmetic processing unit having a U (central processing unit) and the like, and detects a potential that is displaced along with the shift of the load 34 from the standby state to the state in which the main function is activated, via the positive electrode 3a and the negative electrode 2a of the fuel pack 2. Based on the signal input from the activation detection unit 7, it is determined that the main power generation unit 6 is activated, and when it is determined that the main power generation unit 6 is activated, a signal instructing the microreactor 5 to operate is output. Has become. Specifically, the controller 9 outputs an operation signal for instructing the fuel supply means 59 provided in the microreactor 5 to operate.
As a result, the fuel supply means 59 injects the mixed liquid (that is,
Supply), hydrogen gas begins to be generated in the microreactor 5, the main power generation unit 6 starts, and the main power generation unit 6 starts.
Drive power is generated from the. On the other hand, the control unit 9 controls the positive electrode 3a and the negative electrode 2 of the fuel pack 2 to have a potential that changes with the shift from the state where the main function is driven to the standby state.
When it is determined that the main power generation unit 6 is stopped based on the signal input from the activation detection unit 7 detected via a, a stop signal that instructs the microreactor 5 to stop is output. Specifically, the control unit 9 outputs a stop signal for instructing the fuel supply unit 59 provided in the microreactor 5 to stop. As a result, the fuel supply means 59 injects (ie, supplies) the mixed liquid.
However, since the hydrogen gas is not generated in the microreactor 5, the main power generation unit 6 stops and the driving power is not generated from the main power generation unit 6.

【0092】更に、主発電部6が起動している場合に、
制御部9は、電力検知部8から入力される信号に基づい
て、主発電部6の駆動電力の値を判定し、判定した駆動
電力の値に基づいてマイクロリアクタ5を制御するよう
になっている。これにより、マイクロリアクタ5から生
成される水素ガスの生成量が調節される。即ち、制御部
9は、マイクロリアクタ5に設けられる燃料供給手段5
9を制御する。これにより、燃料供給手段59から噴射
される混合液の供給量(即ち、単位時間当たりの噴射
量、例えば、燃料供給手段59が燃料を噴射するインタ
ーバル)が制御部9によって制御され、マイクロリアク
タ5から生成される水素ガスの生成量が調整され、結果
として主発電部6から発電される駆動電力(即ち、電
圧、電位及び電気エネルギー)が調整される。具体的に
は、燃料供給手段59が一回混合液を噴射した後に次回
に再び混合液を噴射するまでの時間的間隔を、制御部9
が制御することによって、水素ガスの生成量が調整され
る。更に、制御部9は、電力検知部8から入力される信
号に基づいて、主発電部6から発電される駆動電力等が
一定になるように(例えば、負荷34に印加される電圧
が一定の1.5〔V〕となるように)、燃料供給手段5
9を制御するようになっている。
Furthermore, when the main power generation section 6 is activated,
The control unit 9 determines the value of the drive power of the main power generation unit 6 based on the signal input from the power detection unit 8 and controls the microreactor 5 based on the determined drive power value. . As a result, the amount of hydrogen gas produced from the microreactor 5 is adjusted. That is, the controller 9 controls the fuel supply means 5 provided in the microreactor 5.
Control 9 Thereby, the supply amount of the mixed liquid injected from the fuel supply unit 59 (that is, the injection amount per unit time, for example, the interval at which the fuel supply unit 59 injects fuel) is controlled by the control unit 9, and the microreactor 5 is operated. The amount of generated hydrogen gas is adjusted, and as a result, the drive power (that is, voltage, potential, and electric energy) generated from the main power generation unit 6 is adjusted. Specifically, the control unit 9 determines the time interval from when the fuel supply means 59 injects the mixed liquid once and injects the mixed liquid again next time.
The amount of hydrogen gas produced is adjusted by controlling the. Further, the control unit 9 controls the drive power and the like generated from the main power generation unit 6 to be constant based on the signal input from the power detection unit 8 (for example, the voltage applied to the load 34 is constant 1.5 [V]), fuel supply means 5
9 is controlled.

【0093】即ち、以上の燃料電池システム1では、燃
料供給手段59が設けられており、この燃料供給手段5
9から噴射される混合液の供給量が制御部9によって調
整されることによって、水素ガスの生成量が容易に制御
することができる。また、起動検知部7が検知した場合
のみに、燃料供給手段59から混合液が噴射され、主発
電部6から電力が発電されるため、電力を必要としない
とき(例えば、負荷34が燃料電池システム1に接続さ
れていないとき)には混合液が噴射されない。従って、
主発電部6による混合液の浪費が抑えられる。
That is, in the above fuel cell system 1, the fuel supply means 59 is provided, and the fuel supply means 5 is provided.
By adjusting the supply amount of the mixed liquid injected from 9 by the control unit 9, the production amount of hydrogen gas can be easily controlled. Further, the mixed liquid is injected from the fuel supply unit 59 and electric power is generated from the main power generation unit 6 only when the activation detection unit 7 detects the electric power. The liquid mixture is not injected (when not connected to the system 1). Therefore,
The waste of the mixed liquid by the main power generation unit 6 can be suppressed.

【0094】次に、上記燃料電池システム1の使用方法
及び作用について説明する。まず、混合液が充填された
燃料パック2を発電モジュール3に取り付ける。次に、
燃料パック2が取り付けられた状態の燃料電池システム
1を負荷34に接続する。そして、起動検知部7におい
て負荷34の起動状態を検知した場合に、マイクロリア
クタ5で水素ガスが生成されて、主発電部6において駆
動電力が発電される。これにより、駆動電力が負荷34
に対して供給される。この際、制御部9が、マイクロリ
アクタ5から発生される水素ガスの量を調節することに
より、主発電部6において発電される電力が調整され
る。
Next, the method of use and operation of the fuel cell system 1 will be described. First, the fuel pack 2 filled with the mixed liquid is attached to the power generation module 3. next,
The fuel cell system 1 with the fuel pack 2 attached is connected to the load 34. Then, when the activation detection unit 7 detects the activation state of the load 34, hydrogen gas is generated in the microreactor 5 and drive power is generated in the main power generation unit 6. As a result, drive power is supplied to the load
Supplied to. At this time, the control unit 9 adjusts the amount of hydrogen gas generated from the microreactor 5 to adjust the electric power generated in the main power generation unit 6.

【0095】以上のような燃料電池システム1では、マ
イクロ蒸発器50及びマイクロ改質反応器51において
熱エネルギーの損失が抑えられるため、混合液を蒸発さ
せるため及び改質させるための消費熱エネルギーを抑え
られる。そのため、燃料電池システム1全体では、電気
エネルギーへのエネルギー変換効率が非常に良く、エネ
ルギー利用効率の高い燃料電池システム1が提供され
る。
In the fuel cell system 1 as described above, heat energy loss is suppressed in the micro-evaporator 50 and the micro-reforming reactor 51, so that the consumed heat energy for evaporating the mixed liquid and for reforming the mixed liquid is reduced. It can be suppressed. Therefore, in the entire fuel cell system 1, the energy conversion efficiency into electric energy is very good, and the fuel cell system 1 having high energy utilization efficiency is provided.

【0096】〔第二の実施の形態〕第二の実施の形態に
おける燃料電池システムは、上記第一の実施の形態にお
ける燃料電池システム1とほぼ同一の構成をしている
が、マイクロリアクタの構成が異なっている。従って、
第二の実施の形態における燃料電池システムの構成につ
いては、第一の実施の形態における燃料電池システム1
と異なる構成について主に説明する。
[Second Embodiment] The fuel cell system according to the second embodiment has almost the same structure as the fuel cell system 1 according to the first embodiment, but the structure of the microreactor is different. Is different. Therefore,
The configuration of the fuel cell system according to the second embodiment is the same as that of the fuel cell system 1 according to the first embodiment.
The configuration different from that will be mainly described.

【0097】第二の実施の形態において、図11に示す
ように、第二の実施の形態におけるマイクロリアクタ5
は、マイクロ蒸発器50及びマイクロ改質反応器51
(図4等に図示)に代えて、混合液を加熱して蒸発させ
るととも、メタノールガス及び水蒸気を水素ガス
(H2)及び二酸化炭素ガス(CO2)に改質するための
マイクロ回分反応器151を備えている。
In the second embodiment, as shown in FIG. 11, the microreactor 5 in the second embodiment is used.
Is a micro-evaporator 50 and a micro-reforming reactor 51.
Instead of (as shown in FIG. 4 etc.), a microbatch reaction for heating and evaporating the mixed liquid and reforming methanol gas and water vapor into hydrogen gas (H 2 ) and carbon dioxide gas (CO 2 ). The container 151 is provided.

【0098】マイクロ回分反応器151は、本発明に係
る燃料加熱装置及び燃料改質装置が適用されたものであ
る。図12に示すように、マイクロ回分反応器151
は、基本構成として、上基板152と、中基板153
と、下基板154と、第一マイクロバルブ155と、第
二マイクロバルブ156と、薄膜ヒータ157とを有し
て構成されている。上基板152、中基板153及び下
基板154は、重なって接合された積層構造となり、マ
イクロ回分反応器151の本体となっている。
The microbatch reactor 151 has the fuel heating device and the fuel reforming device according to the present invention applied thereto. As shown in FIG. 12, the microbatch reactor 151
Has a basic configuration including an upper substrate 152 and an intermediate substrate 153.
A lower substrate 154, a first microvalve 155, a second microvalve 156, and a thin film heater 157. The upper substrate 152, the middle substrate 153, and the lower substrate 154 have a laminated structure in which they are overlapped and bonded to each other to form a main body of the microbatch reactor 151.

【0099】下基板154はガラスで形成された基板で
ある。下基板154の上面には、空洞162を構成する
ための凹部154aが形成されており、下基板154が
凹部154aの壁部となる。凹部154aの表面にはア
ルミ或いは銀等の蒸着膜160が形成されており、蒸着
膜160によって凹部154aの表面が鏡面となってい
る。凹部154aを覆うようにして、薄膜ヒータ157
が下基板154の上面に設けられている。これにより、
下基板154及び薄膜ヒータ157で囲まれた空間とな
る空洞162が形成される。薄膜ヒータ157は、電気
的な抵抗で構成され、薄膜ヒータ157には副発電部4
にて発電された電力が配線158を介して供給されてお
り、薄膜ヒータ157は電力によって発熱するものであ
る。更に、薄膜ヒータ157及び配線158上に、酸化
シリコン又は窒化シリコンで形成された絶縁膜159が
被膜されている。
The lower substrate 154 is a substrate made of glass. A recess 154a for forming the cavity 162 is formed on the upper surface of the lower substrate 154, and the lower substrate 154 serves as a wall portion of the recess 154a. A vapor deposition film 160 of aluminum or silver is formed on the surface of the recess 154a, and the surface of the recess 154a is a mirror surface due to the vapor deposition film 160. The thin film heater 157 is formed so as to cover the recess 154a.
Are provided on the upper surface of the lower substrate 154. This allows
A cavity 162 which is a space surrounded by the lower substrate 154 and the thin film heater 157 is formed. The thin-film heater 157 is composed of an electric resistance, and the thin-film heater 157 includes a sub power generation unit 4
The electric power generated at is supplied through the wiring 158, and the thin film heater 157 generates heat by the electric power. Further, an insulating film 159 made of silicon oxide or silicon nitride is coated on the thin film heater 157 and the wiring 158.

【0100】中基板153は、単結晶シリコンで形成さ
れた基板であり、少なくとも上基板152及び下基板1
54よりも熱伝導率の高い部材で構成される。中基板1
53の下面には、反応室164を構成するための凹部1
53aが形成されている。凹部153aの表面には、改
質触媒167が形成されている。改質触媒167は、メ
タノール及び水に対して化学反応を促進する作用を有
し、メタノール及び水から水素ガス及び二酸化炭素ガス
を生成する機能を有するものである。
The middle substrate 153 is a substrate formed of single crystal silicon, and at least the upper substrate 152 and the lower substrate 1
It is composed of a member having a higher thermal conductivity than 54. Medium board 1
On the lower surface of 53, the recess 1 for forming the reaction chamber 164.
53a is formed. A reforming catalyst 167 is formed on the surface of the recess 153a. The reforming catalyst 167 has a function of promoting a chemical reaction with respect to methanol and water, and has a function of generating hydrogen gas and carbon dioxide gas from methanol and water.

【0101】凹部153aが薄膜ヒータ157及び空洞
162に対向するようにして、中基板56が絶縁膜15
9を介して下基板154に接合されている。これによ
り、中基板153及び絶縁膜159に囲まれた空間とな
る反応室164が形成される。
With the recess 153a facing the thin film heater 157 and the cavity 162, the intermediate substrate 56 is covered with the insulating film 15.
It is joined to the lower substrate 154 via 9. As a result, a reaction chamber 164 which is a space surrounded by the middle substrate 153 and the insulating film 159 is formed.

【0102】上基板152はガラスで形成された基板で
ある。上基板152の下面には、空洞163を構成する
ための凹部152aが形成されている。凹部152aの
表面にはアルミ或いは銀等の蒸着膜161が形成されて
おり、蒸着膜161によって凹部152aの表面が鏡面
となっている。凹部152aが反応室164に対向する
ようにして、上基板152が中基板153に接合されて
いる。これにより、上基板152及び中基板153に囲
まれた空間となる空洞163が形成されている。
The upper substrate 152 is a substrate made of glass. On the lower surface of the upper substrate 152, a recess 152a for forming the cavity 163 is formed. A vapor deposition film 161 of aluminum or silver is formed on the surface of the recess 152a, and the surface of the recess 152a is a mirror surface due to the vapor deposition film 161. The upper substrate 152 is bonded to the middle substrate 153 so that the recess 152 a faces the reaction chamber 164. As a result, a cavity 163 serving as a space surrounded by the upper substrate 152 and the middle substrate 153 is formed.

【0103】空洞162及び空洞163には、空気、炭
酸ガス、ガス状のフレオン等の気体が充填されていても
良い。また、空洞162及び空洞は、真空封止されてい
ても良い。
The cavities 162 and 163 may be filled with a gas such as air, carbon dioxide, or gaseous freon. Further, the cavity 162 and the cavity may be vacuum-sealed.

【0104】また、中基板153には、燃料パック2か
ら反応室164まで通ずる吸入路165が設けられてい
る。また、中基板153及び上基板152には、反応室
164から水性シフト反応器52のマイクロ流路80ま
で通じる排出路166が設けられている。吸入路165
には第一マイクロバルブ155が設けられており、排出
路166には第二マイクロバルブ156が設けられてい
る。第一マイクロバルブ155は吸入路165を開閉す
るものであり、第二マイクロバルブ156は排出路16
6を開閉するものである。第一マイクロバルブ155及
び第二マイクロバルブ156は、副発電部4で発電され
た電力によって開閉動作するようになっており、制御部
9によって開閉動作を制御されるようになっている。
Further, the intermediate substrate 153 is provided with a suction passage 165 which leads from the fuel pack 2 to the reaction chamber 164. In addition, the middle substrate 153 and the upper substrate 152 are provided with a discharge passage 166 that leads from the reaction chamber 164 to the micro flow passage 80 of the aqueous shift reactor 52. Inhalation channel 165
Is provided with a first micro valve 155, and the discharge passage 166 is provided with a second micro valve 156. The first microvalve 155 is for opening and closing the suction passage 165, and the second microvalve 156 is for discharging the discharge passage 16.
6 is opened and closed. The first microvalve 155 and the second microvalve 156 are configured to be opened / closed by the electric power generated by the sub power generation unit 4, and the opening / closing operation is controlled by the control unit 9.

【0105】次に、マイクロ回分反応器151の作用に
ついて説明する。まず、制御部9が第二マイクロバルブ
156を制御することによって、第二マイクロバルブ1
56が閉動作して、排出路166が塞がれる。そして、
制御部9が第一マイクロバルブ155を制御することに
よって、第一マイクロバルブ155が開動作する。第一
マイクロバルブ155が開動作することによって、混合
液が燃料パック2から反応室164内に供給される。所
定量の混合液が反応室164内に供給されたら(或い
は、所定時間経過したら)、制御部9が第一マイクロバ
ルブ155を制御することによって、第一マイクロバル
ブ155が閉動作する。
Next, the operation of the micro batch reactor 151 will be described. First, the control unit 9 controls the second microvalve 156 so that the second microvalve 1
56 is closed, and the discharge path 166 is closed. And
The first microvalve 155 is opened by the control unit 9 controlling the first microvalve 155. By opening the first microvalve 155, the mixed liquid is supplied from the fuel pack 2 into the reaction chamber 164. When a predetermined amount of the mixed liquid is supplied into the reaction chamber 164 (or after a predetermined time elapses), the control unit 9 controls the first microvalve 155 to close the first microvalve 155.

【0106】そして、発熱している薄膜ヒータ157
が、絶縁膜159及び反応室164に供給された混合液
を加熱すると、混合液が気化してガス状になる。そし
て、原料ガス(即ち、メタノールガス及び水蒸気)が薄
膜ヒータ157によって加熱されることで、また改質触
媒167に促進されることで、原料ガスは上記化学反応
式(3)及び上記化学反応式(4)に示すような反応す
る。こうして、原料ガスが改質されて、水素ガス、二酸
化炭素ガス及び微量の一酸化炭素ガスが生成される。ま
た、混合液が気化したり、原料ガスから水素ガス、二酸
化炭素ガス及び一酸化炭素ガスが生成されることによっ
て、反応室164内の圧力が上昇する。
Then, the thin film heater 157 which is generating heat.
However, when the mixed liquid supplied to the insulating film 159 and the reaction chamber 164 is heated, the mixed liquid is vaporized and becomes a gas. Then, the raw material gas (that is, methanol gas and steam) is heated by the thin film heater 157 and is promoted by the reforming catalyst 167, so that the raw material gas becomes the chemical reaction formula (3) and the chemical reaction formula. The reaction shown in (4) occurs. In this way, the raw material gas is reformed to generate hydrogen gas, carbon dioxide gas and a trace amount of carbon monoxide gas. Further, the pressure in the reaction chamber 164 rises due to vaporization of the mixed liquid or generation of hydrogen gas, carbon dioxide gas, and carbon monoxide gas from the raw material gas.

【0107】そして、第一マイクロバルブ155が閉動
作してから所定時間経過後、制御部9が第二マイクロバ
ルブ156を制御することによって、第二マイクロバル
ブ156が開動作する。第二マイクロバルブ156が開
くと、生成されたガスは反応室164内の圧力によって
排出路166へと流れて、水性シフト反応器52のマイ
クロ流路80へと流れる。
Then, after a lapse of a predetermined time from the closing operation of the first micro valve 155, the control unit 9 controls the second micro valve 156 to open the second micro valve 156. When the second micro valve 156 is opened, the generated gas flows to the discharge passage 166 due to the pressure in the reaction chamber 164 and then to the micro flow passage 80 of the aqueous shift reactor 52.

【0108】その後同様に、第一マイクロバルブ155
及び第二マイクロバルブ156が開閉動作を繰り返すこ
とによって、断続的に生成ガスが水性シフト反応器52
のマイクロ流路80へと流れる。
Thereafter, similarly, the first micro valve 155
By repeating the opening and closing operations of the second microvalve 156 and the second microvalve 156, the product gas is intermittently generated in the aqueous shift reactor 52.
Flow into the micro channel 80.

【0109】以上のマイクロ回分反応器151では、中
基板153が、上基板152及び下基板154より熱伝
導率の高いシリコンで形成されているため、薄膜ヒータ
157にて生じた熱エネルギーは、中基板153へと熱
伝導する傾向となる。更に、中基板153に隣接して、
空洞163及び空洞162が形成されているため、中基
板153に伝導した熱エネルギーは上基板152及び下
基板154に熱伝導し難くなる。従って、薄膜ヒータ1
57にて生じた熱エネルギーは、中基板153を加熱す
ること、即ち反応室164内の混合液を加熱して蒸発さ
せること及び原料ガスを加熱して改質することに主に用
いられるようになる。そのため、薄膜ヒータ157の熱
エネルギーの損失が抑えることができる。薄膜ヒータ1
57の熱エネルギー損失が抑えられることで、薄膜ヒー
タ157が発熱するための電力の消費量、言い換えれ
ば、副発電部4にて消費される混合液の消費量を抑える
ことができる。
In the above micro batch reactor 151, since the middle substrate 153 is made of silicon having a higher thermal conductivity than the upper substrate 152 and the lower substrate 154, the thermal energy generated by the thin film heater 157 is Heat tends to be conducted to the substrate 153. Furthermore, adjacent to the middle substrate 153,
Since the cavities 163 and 162 are formed, it is difficult for the thermal energy conducted to the middle substrate 153 to be conducted to the upper substrate 152 and the lower substrate 154. Therefore, the thin film heater 1
The thermal energy generated in 57 is mainly used for heating the intermediate substrate 153, that is, for heating and evaporating the mixed liquid in the reaction chamber 164 and for heating and reforming the source gas. Become. Therefore, the heat energy loss of the thin film heater 157 can be suppressed. Thin film heater 1
Since the heat energy loss of 57 is suppressed, it is possible to suppress the consumption of electric power for the thin film heater 157 to generate heat, in other words, the consumption of the mixed liquid consumed in the sub power generation unit 4.

【0110】また、薄膜ヒータ157或いは中基板15
3から発せられる電磁波が空洞162に向けて発せられ
るが、電磁波が蒸着膜160にて反射する。そのため、
薄膜ヒータ157或いは中基板153から下基板154
への熱放射が抑えられる。同様に、空洞163の表面に
鏡面の蒸着膜161が形成されているため、中基板15
3から上基板152への熱放射が抑えられる。従って、
薄膜ヒータ157にて生じた熱エネルギーは、中基板7
0を加熱すること、反応室164内の混合液を加熱して
蒸発させること及び反応室164の原料ガスを加熱して
改質することに消費される。そのため、薄膜ヒータ15
7の熱エネルギーの損失が抑えられ、副発電部4にて消
費される混合液の消費量を抑えることができる。
Further, the thin film heater 157 or the intermediate substrate 15
Although the electromagnetic wave emitted from No. 3 is emitted toward the cavity 162, the electromagnetic wave is reflected by the vapor deposition film 160. for that reason,
Thin film heater 157 or middle substrate 153 to lower substrate 154
The heat radiation to the is suppressed. Similarly, since the mirror-finished vapor deposition film 161 is formed on the surface of the cavity 163, the intermediate substrate 15
The heat radiation from 3 to the upper substrate 152 is suppressed. Therefore,
The thermal energy generated by the thin film heater 157 is generated by the intermediate substrate 7
It is consumed for heating 0, heating and evaporating the mixed solution in the reaction chamber 164, and heating and reforming the raw material gas in the reaction chamber 164. Therefore, the thin film heater 15
It is possible to suppress the loss of heat energy in No. 7 and to suppress the consumption of the mixed liquid consumed in the sub power generation unit 4.

【0111】〔第三の実施の形態〕第三の実施の形態に
おける燃料電池システムは、上記第一或いは第二の実施
の形態における燃料電池システム1とほぼ同一の構成を
しているが、マイクロリアクタの構成が異なっている。
従って、第三の実施の形態における燃料電池システムの
構成については、第一或いは第二の実施の形態における
燃料電池システム1と異なる構成について主に説明す
る。
[Third Embodiment] The fuel cell system according to the third embodiment has substantially the same configuration as the fuel cell system 1 according to the first or second embodiment, but the microreactor is used. The configurations are different.
Therefore, regarding the configuration of the fuel cell system in the third embodiment, the configuration different from the fuel cell system 1 in the first or second embodiment will be mainly described.

【0112】第三の実施の形態において、マイクロリア
クタ5は、図12に示すマイクロ回分反応器151に代
えて、図13に示すようなマイクロ連続槽反応器251
を備えている。マイクロ連続槽反応器251は、混合液
を加熱して蒸発させるととも、メタノールガス及び水蒸
気を水素ガス(H2)と二酸化炭素ガス(CO2)に改質
するものである。なお、以下では、マイクロ連続槽反応
器251については、マイクロ回分反応器151と同様
の構成要素に同様の符号を付してその詳細な説明を省略
する。
In the third embodiment, the microreactor 5 is replaced by the microbatch reactor 151 shown in FIG. 12, and a micro continuous tank reactor 251 as shown in FIG.
Is equipped with. The micro continuous tank reactor 251 heats and evaporates the mixed liquid, and reforms methanol gas and water vapor into hydrogen gas (H 2 ) and carbon dioxide gas (CO 2 ). In the following, regarding the micro continuous tank reactor 251, the same components as those of the micro batch reactor 151 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0113】マイクロ連続槽反応器251は、本発明に
係る燃料加熱装置及び燃料改質装置が適用されたもので
あり、基本構成として、上基板152と、中基板253
と、下基板154と、薄膜ヒータ157と、燃料供給手
段255とを有して構成されている。
The micro continuous tank reactor 251 is one to which the fuel heating device and the fuel reforming device according to the present invention are applied, and as a basic configuration, an upper substrate 152 and an intermediate substrate 253.
, A lower substrate 154, a thin film heater 157, and a fuel supply unit 255.

【0114】下基板154はガラスで形成された基板で
ある。第二の実施の形態の場合と同様に、この下基板1
54の上面に薄膜ヒータ157が設けられることで、空
洞162が形成される。
The lower substrate 154 is a substrate made of glass. As in the case of the second embodiment, this lower substrate 1
The cavity 162 is formed by providing the thin film heater 157 on the upper surface of 54.

【0115】中基板253は、単結晶シリコンで形成さ
れた基板であり、少なくとも上基板152及び下基板1
54よりも熱伝導率の高い部材で構成される。中基板2
53の下面には、反応室264を構成するための凹部2
53aが形成されている。凹部253aの表面には、改
質触媒267が形成されている。改質触媒267は、メ
タノール及び水に対して化学反応を促進する作用を有
し、メタノール及び水から水素ガス及び二酸化炭素ガス
を生成する機能を有するものである。
The intermediate substrate 253 is a substrate formed of single crystal silicon, and at least the upper substrate 152 and the lower substrate 1
It is composed of a member having a higher thermal conductivity than 54. Medium board 2
The lower surface of 53 is provided with a recess 2 for forming a reaction chamber 264.
53a is formed. A reforming catalyst 267 is formed on the surface of the recess 253a. The reforming catalyst 267 has an action of promoting a chemical reaction with respect to methanol and water, and has a function of generating hydrogen gas and carbon dioxide gas from methanol and water.

【0116】凹部253aが薄膜ヒータ157及び空洞
162に対向するようにして、中基板253が絶縁膜1
59を介して下基板154に接合されている。これによ
り、中基板253及び下基板154に囲まれる空間とな
る反応室264が形成される。
The concave portion 253a is made to face the thin film heater 157 and the cavity 162 so that the intermediate substrate 253 becomes the insulating film 1.
It is bonded to the lower substrate 154 via 59. As a result, a reaction chamber 264 which is a space surrounded by the middle substrate 253 and the lower substrate 154 is formed.

【0117】上基板152はガラスで形成された基板で
ある。第二の実施の形態の場合と同様に、上基板152
が中基板253に接合されていることで、凹部152a
による空洞163が形成されている。空洞162及び空
洞163には、空気、炭酸ガス、ガス状のフレオン等の
気体が充填されていても良い。また、空洞162及び空
洞は、真空封止されていても良い。
The upper substrate 152 is a substrate made of glass. Similar to the case of the second embodiment, the upper substrate 152
Is bonded to the middle substrate 253, so that the recess 152a
A cavity 163 is formed. The cavities 162 and 163 may be filled with a gas such as air, carbon dioxide, or gaseous freon. Further, the cavity 162 and the cavity may be vacuum-sealed.

【0118】また、中基板253には、燃料パック2に
封入された混合液を反応室264内に供給するための燃
料供給手段255が設けられている。この燃料供給手段
255は、サーマルジェット方式の液滴噴射装置(例え
ば、いわゆるプリンタのインクジェットヘッドを適用し
たものである。)であり、燃料パック2からの混合液が
供給されるノズルと、ノズル内の混合液を加熱する発熱
体とを基本構成としている。このように構成される燃料
供給手段255では、副発電部4にて発電された電力が
発熱体に供給されると、ノズル内の混合液が発熱体によ
って加熱されて、ノズル内の混合液に気泡が発生する。
これにより、ノズル内の圧力が上昇し、ノズルの先端に
形成されたノズル孔から混合液の液滴が薄膜ヒータ15
7に向けて噴射される。
Further, the intermediate substrate 253 is provided with fuel supply means 255 for supplying the mixed liquid sealed in the fuel pack 2 into the reaction chamber 264. The fuel supply means 255 is a thermal jet type liquid droplet ejecting apparatus (for example, a so-called inkjet head of a printer is applied), and the nozzle to which the mixed liquid from the fuel pack 2 is supplied and the inside of the nozzle. The basic configuration is a heating element for heating the mixed liquid of. In the fuel supply unit 255 configured as described above, when the electric power generated by the sub-power generation unit 4 is supplied to the heating element, the mixed liquid in the nozzle is heated by the heating element to become the mixed liquid in the nozzle. Bubbles are generated.
As a result, the pressure inside the nozzle rises, and the liquid droplets of the mixed liquid are discharged from the nozzle hole formed at the tip of the nozzle into the thin film heater 15.
It is injected toward 7.

【0119】更に、上基板152及び中基板253に
は、反応室264から水性シフト反応器52のマイクロ
流路80まで通じる排出路266が設けられている。
Further, the upper substrate 152 and the middle substrate 253 are provided with a discharge passage 266 which leads from the reaction chamber 264 to the micro flow passage 80 of the aqueous shift reactor 52.

【0120】次に、マイクロ連続槽反応器251の作用
について説明する。まず、燃料供給手段255が反応室
264の下の壁に向けて、混合液の液滴を噴射する。そ
して、発熱している薄膜ヒータ157が混合液の液滴を
加熱すると、混合液が気化してガス状になる。原料ガス
(即ち、メタノールガス及び水蒸気)が薄膜ヒータ15
7によって加熱されることで、また改質触媒267に促
進されることで、上記化学反応式(3)及び上記化学反
応式(4)に示すような反応する。こうして、原料ガス
が改質されて、水素ガス、二酸化炭素ガス及び一酸化炭
素ガスが生成される。生成されたガス(即ち、水素ガ
ス、二酸化炭素ガス及び一酸化炭素ガス)は、物質拡散
及び対流によって排出路266へと拡散する。また、混
合液が気化したり、原料ガスが水素ガス、二酸化炭素ガ
ス及び一酸化炭素ガスに改質されたりすることによっ
て、反応室264内の圧力が上昇する。これにより、生
成されたガスは、反応室264内の気圧によって排出路
266を通じて水性シフト反応器52へと排出される。
The operation of the micro continuous tank reactor 251 will be described below. First, the fuel supply unit 255 sprays the liquid droplets of the mixed liquid toward the lower wall of the reaction chamber 264. Then, when the thin film heater 157, which is generating heat, heats the droplets of the mixed liquid, the mixed liquid is vaporized and becomes a gas. The raw material gas (that is, methanol gas and water vapor) is the thin film heater 15.
By being heated by 7 and being promoted by the reforming catalyst 267, the reactions shown in the chemical reaction formulas (3) and (4) are performed. In this way, the raw material gas is reformed to generate hydrogen gas, carbon dioxide gas and carbon monoxide gas. The generated gas (that is, hydrogen gas, carbon dioxide gas, and carbon monoxide gas) diffuses into the exhaust passage 266 by mass diffusion and convection. In addition, the pressure in the reaction chamber 264 rises due to vaporization of the mixed liquid or reforming of the source gas into hydrogen gas, carbon dioxide gas, and carbon monoxide gas. As a result, the generated gas is discharged to the aqueous shift reactor 52 through the discharge passage 266 by the atmospheric pressure in the reaction chamber 264.

【0121】以上のように、中基板253が、上基板1
52及び下基板154より熱伝導率の高いシリコンで形
成されているため、薄膜ヒータ157にて生じた熱エネ
ルギーは、中基板253へと熱伝導する傾向となる。従
って、薄膜ヒータ157にて生じた熱エネルギーは、中
基板253、反応室264及び反応室264内の混合液
並びに原料ガスを加熱するために主に消費される。
As described above, the middle substrate 253 is the upper substrate 1
Since it is formed of silicon having a higher thermal conductivity than the lower substrate 52 and the lower substrate 154, the heat energy generated in the thin film heater 157 tends to be conducted to the middle substrate 253. Therefore, the thermal energy generated in the thin film heater 157 is mainly consumed for heating the intermediate substrate 253, the reaction chamber 264, the mixed liquid in the reaction chamber 264, and the source gas.

【0122】また、中基板253に隣接して、空洞16
2及び空洞163が形成されているため、中基板253
に伝導した熱エネルギーは上基板152及び下基板15
4に熱伝導し難い。即ち、空洞162及び空洞163に
は空気、フレオン若しくは炭酸ガスが充填されているた
め、又は空洞162及び空洞163が真空充填されてい
るため、薄膜ヒータ157にて生じた熱エネルギー又は
中基板253に伝導した熱エネルギーは、空洞162或
いは空洞163に伝導し難い上、空洞162又は空洞1
63を介して上基板152又は下基板154に伝導し難
い。従って、薄膜ヒータ157にて生じた熱エネルギー
は、中基板253、反応室264及び反応室264内の
混合液並びに原料ガスを加熱するために主に消費され
る。
Further, the cavity 16 is provided adjacent to the intermediate substrate 253.
2 and the cavity 163 are formed, the middle substrate 253 is formed.
The thermal energy conducted to the upper substrate 152 and the lower substrate 15
It is difficult to conduct heat to 4. That is, since the cavities 162 and 163 are filled with air, freon, or carbon dioxide gas, or the cavities 162 and 163 are vacuum-filled, the thermal energy generated in the thin film heater 157 or the intermediate substrate 253. The conducted thermal energy is hard to be conducted to the cavity 162 or the cavity 163, and the cavity 162 or the cavity 1
It is difficult to conduct to the upper substrate 152 or the lower substrate 154 via 63. Therefore, the thermal energy generated in the thin film heater 157 is mainly consumed for heating the intermediate substrate 253, the reaction chamber 264, the mixed liquid in the reaction chamber 264, and the source gas.

【0123】また、薄膜ヒータ157或いは中基板25
3から発せられる電磁波が空洞162に向けて発せられ
るが、電磁波が蒸着膜160にて反射する。そのため、
薄膜ヒータ157或いは中基板253から下基板154
への熱放射が抑えられる。同様に、空洞163の表面に
鏡面の蒸着膜161が形成されているため、中基板25
3から上基板152への熱放射が抑えられる。従って、
薄膜ヒータ157にて生じた熱エネルギーは、中基板2
53(即ち、反応室264)を加熱すること、結局のと
ころ反応室264内の混合液を加熱して蒸発させること
及び原料ガスを加熱して改質することに主に消費され
る。
Further, the thin film heater 157 or the intermediate substrate 25
Although the electromagnetic wave emitted from No. 3 is emitted toward the cavity 162, the electromagnetic wave is reflected by the vapor deposition film 160. for that reason,
Thin film heater 157 or middle substrate 253 to lower substrate 154
The heat radiation to the is suppressed. Similarly, since the mirror-finished vapor deposition film 161 is formed on the surface of the cavity 163, the intermediate substrate 25
The heat radiation from 3 to the upper substrate 152 is suppressed. Therefore,
The thermal energy generated by the thin film heater 157 is generated by the intermediate substrate 2
Mainly consumed for heating 53 (that is, the reaction chamber 264), after all, for heating and evaporating the mixed liquid in the reaction chamber 264 and for heating and reforming the raw material gas.

【0124】従って、薄膜ヒータ157の熱エネルギー
の損失が抑えることができる。そのため、薄膜ヒータ1
57が加熱するために電力の消費量、言い換えれば、副
発電部4にて消費される混合液の消費量を抑えることが
できる。
Therefore, the loss of heat energy of the thin film heater 157 can be suppressed. Therefore, the thin film heater 1
It is possible to suppress the amount of electric power consumed for heating 57, in other words, the amount of mixed liquid consumed in the sub power generation unit 4.

【0125】なお、本発明は、上記各実施の形態に限定
されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲におい
て、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
The present invention is not limited to the above embodiments, and various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the present invention.

【0126】例えば、上記各実施の形態において、燃料
電池システム1の外形は図1に示すような円筒形状に限
らず、例えば、ボタン型或いはコイン型等の円形型であ
っても良いし、特殊形状型、角形或いは平型等の非円形
型であっても良い。
For example, in each of the above embodiments, the outer shape of the fuel cell system 1 is not limited to the cylindrical shape as shown in FIG. 1, and may be, for example, a circular shape such as a button type or a coin type, or a special type. It may be a non-circular type such as a shape type, a square type, or a flat type.

【0127】また、第一或いは第三の実施の形態におい
て、燃料供給手段59及び燃料供給手段255は、サー
マルジェット方式のものとしたが、ピエゾ式の液滴噴射
装置(いわゆる、ピエゾ式のインクジェットヘッドを適
用したもの。)或いは静電式の液滴噴射装置(いわゆ
る、静電式のインクジェットヘッドを適用したもの。)
が適用されても良い。ピエゾ式のインクジェットヘッド
は、燃料パック2から混合液が供給されるノズルと、電
圧が印加されると変形するピエゾ素子とを備えている。
そして、副発電部4にて発電された電力によってピエゾ
素子に電圧が印加されると、ノズルの先端に形成された
ノズル孔から混合液の液滴が噴射され、これにより混合
液が供給される。
Further, in the first or third embodiment, the fuel supply means 59 and the fuel supply means 255 are of the thermal jet type, but a piezo type liquid droplet ejecting apparatus (so-called piezo type ink jet). A head to which a head is applied.) Or an electrostatic droplet ejecting device (a so-called electrostatic inkjet head is applied).
May be applied. The piezo-type inkjet head includes a nozzle to which the mixed liquid is supplied from the fuel pack 2 and a piezo element that deforms when a voltage is applied.
Then, when a voltage is applied to the piezo element by the electric power generated by the sub power generation unit 4, droplets of the mixed liquid are ejected from the nozzle hole formed at the tip of the nozzle, and the mixed liquid is supplied thereby. .

【0128】また、静電式のインクジェットヘッドと
は、ノズルと、ノズルの一部である振動板と、前記振動
板に対向配置された対向電極とを備えている。そして、
静電式のインクジェットでは、振動板と対向電極との間
に電圧が印加されると、クーロン力によって振動板が対
向電極に向けて撓む。その後、振動板と対向電極との間
の電圧が消去すると、振動板が復元する。これにより、
ノズルの先端に形成されたノズル孔から混合液の液滴が
噴射され、これにより混合液が供給される。
Further, the electrostatic ink jet head is provided with a nozzle, a vibration plate which is a part of the nozzle, and a counter electrode which is arranged so as to face the vibration plate. And
In the electrostatic inkjet, when a voltage is applied between the diaphragm and the counter electrode, the diaphragm is bent toward the counter electrode by the Coulomb force. After that, when the voltage between the diaphragm and the counter electrode disappears, the diaphragm is restored. This allows
A droplet of the mixed liquid is ejected from a nozzle hole formed at the tip of the nozzle, whereby the mixed liquid is supplied.

【0129】また、薄膜ヒータ58、76、97或いは
157に代えて、例えば、熱流体等の熱を発して加熱す
る加熱手段としても良い。
Further, instead of the thin film heaters 58, 76, 97 or 157, for example, a heating means for emitting heat from a heat fluid or the like for heating may be used.

【0130】また、上記各実施の形態では、蒸発室6
3、マイクロ流路68、反応室164或いは反応室26
4の上方及び下方に空洞が形成されていたが、更に、蒸
発室63、マイクロ流路68、反応室164或いは反応
室264の前方、後方、左方又は右方に空洞が形成され
ていても良い。なお上記各実施の形態では、中基板とし
て反応を促進するために熱伝導率の高い単結晶シリコン
を用いたが、上基板及び/又は下基板よりも熱伝導率が
高く、加工性に優れている材料であればこれに限らず、
例えばアルミニウムやその合金でもよい。また十分な封
止が可能である場合に限り、空洞のある上基板及び中基
板の二層構造や中基板及び空洞のある下基板の二層構造
であってもよい。また上記各実施の形態では、燃料とし
てメタノールを用いたが、吸熱反応により水素を発生さ
せるものであればその他の液化燃料でもよく、ブタン等
の常温、常圧下で気化する燃料であればより好ましい。
なお、上記各実施の形態では、燃料電池の各要素のヒー
タに関する断熱構造について説明したが、これに限ら
ず、DNA等の遺伝子の同定、合成のように所定の物質
を化学反応させる超小型反応プラントに上述した断熱構
造を応用することも可能である。
In each of the above embodiments, the evaporation chamber 6
3, microchannel 68, reaction chamber 164 or reaction chamber 26
Although a cavity is formed above and below 4, the cavity may be further formed in front of, behind, left, or right of the evaporation chamber 63, the micro flow channel 68, the reaction chamber 164, or the reaction chamber 264. good. In each of the above embodiments, single crystal silicon having high thermal conductivity is used as the intermediate substrate to promote the reaction, but the thermal conductivity is higher than that of the upper substrate and / or the lower substrate, and the workability is excellent. If it is a material that is not limited to this,
For example, aluminum or its alloy may be used. Further, as long as sufficient sealing is possible, a two-layer structure of an upper substrate and a middle substrate having a cavity or a two-layer structure of a lower substrate having a middle substrate and a cavity may be used. Further, in each of the above embodiments, methanol was used as the fuel, but any other liquefied fuel may be used as long as it produces hydrogen by an endothermic reaction, and it is more preferable if it is a fuel that vaporizes at normal temperature and pressure such as butane. .
In addition, in each of the above-described embodiments, the heat insulating structure related to the heater of each element of the fuel cell has been described, but the present invention is not limited to this, and a microminiature reaction for chemically reacting a predetermined substance such as identification and synthesis of a gene such as DNA. It is also possible to apply the above-mentioned heat insulation structure to the plant.

【0131】[0131]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、加熱手
段によって第一の内部空間が加熱されることで、改質原
料及び本体も加熱される。第二の内部空間が第一の内部
空間の近傍に形成されているが、熱は第一の内部空間か
ら第二の内部空間を通過して伝導し難い。従って、加熱
手段から生じる熱エネルギーは改質原料の加熱に効率よ
く用いられる。そのため、本発明に係る加熱装置では、
エネルギーの熱損失が抑制されるとともに、エネルギー
の利用効率が向上する。
As described above, according to the present invention, the reforming raw material and the main body are also heated by heating the first internal space by the heating means. Although the second internal space is formed in the vicinity of the first internal space, it is difficult for heat to be conducted from the first internal space through the second internal space. Therefore, the heat energy generated from the heating means is efficiently used to heat the reforming raw material. Therefore, in the heating device according to the present invention,
The heat loss of energy is suppressed, and the energy utilization efficiency is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る燃料電池システム及び従来の化学
電池の外形が示されている斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing outer shapes of a fuel cell system according to the present invention and a conventional chemical cell.

【図2】上記燃料電池システムの機能ブロック図が示さ
れている図面である。
FIG. 2 is a diagram showing a functional block diagram of the fuel cell system.

【図3】上記燃料電池システムに設けられる燃料電池の
構成例が概略的に示されている図面である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration example of a fuel cell provided in the fuel cell system.

【図4】上記燃料電池システムに設けられるマイクロリ
アクタの構成例が示されている図面である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a microreactor provided in the fuel cell system.

【図5】上記マイクロリアクタに設けられるマイクロ蒸
発器が示されている断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a micro evaporator provided in the micro reactor.

【図6】上記マイクロリアクタに設けられるマイクロ改
質反応器が示されている斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing a micro-reforming reactor provided in the micro-reactor.

【図7】上記マイクロ改質反応器が示されている断面図
である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the micro-reforming reactor.

【図8】上記マイクロ改質反応器とは別の例のマイクロ
改質反応器が示されている断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a micro-reforming reactor which is another example than the micro-reforming reactor.

【図9】上記マイクロリアクタに設けられる水性シフト
反応器及び選択酸化反応器が示されている断面図であ
る。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an aqueous shift reactor and a selective oxidation reactor provided in the microreactor.

【図10】上記燃料電池システムに設けられる燃料電池
の構成が概略的に示されている図面である。
FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of a fuel cell provided in the fuel cell system.

【図11】上記マイクロリアクタとは別の例のマイクロ
リアクタの構成例が示されている図面である。
FIG. 11 is a drawing showing a configuration example of a microreactor which is another example than the microreactor.

【図12】上記別の例のマイクロリアクタに設けられる
マイクロ回分反応器が示されている断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a micro batch reactor provided in the micro reactor of the another example.

【図13】上記マイクロ回分反応器に代えて、上記別の
例のマイクロリアクタに設けられるマイクロ連続槽反応
器が示されている断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a micro continuous tank reactor provided in the micro reactor of the another example, instead of the micro batch reactor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料電池システム 5 マイクロリアクタ(改質装置) 6 主発電部(燃料電池) 50 マイクロ蒸発器(加熱装置、蒸発部) 51 マイクロ改質反応器(加熱装置) 55 上基板(本体、第二基板) 55a 凹部 56 中基板(本体、第一基板) 57 下基板(本体、第二基板) 57a 凹部 58 薄膜ヒータ(加熱手段) 59 燃料供給手段(供給手段) 60 空洞(第二の内部空間) 63 蒸発室(第一の内部空間) 64 空洞(第二の内部空間) 65 膜(鏡面) 66 蒸着膜(鏡面) 68 マイクロ流路(第一の内部空間) 69 上基板(本体、第二基板) 69a 凹部 70 中基板(本体、第一基板) 71 下基板(本体、第二基板) 71a 凹部 72 空洞(第二の内部空間) 73 蒸着膜(鏡面) 74 空洞(第二の内部空間) 75 蒸着膜(鏡面) 76 薄膜ヒータ(加熱手段) 90 マイクロ改質反応器(加熱装置、改質装置) 91 上基板(本体) 92 中基板(本体) 93 下基板(本体) 94 空洞(第二の内部空間) 95 マイクロ流路(第一の内部空間) 96 改質触媒 97 薄膜ヒータ(加熱手段) 98 蒸着膜(鏡面) 151 マイクロ回分反応器(加熱装置、改質装
置) 152 上基板(本体、第二基板) 152a 凹部 153 中基板(本体、第一基板) 154 下基板(本体、第二基板) 154a 凹部 155 第一マイクロバルブ(供給手段) 157 薄膜ヒータ(加熱手段) 160 蒸着膜(鏡面) 161 蒸着膜(鏡面) 162 空洞(第二の内部空間) 163 空洞(第二の内部空間) 164 反応室(第一の内部空間) 167 改質触媒 251 マイクロ連続槽反応器(加熱装置、改質装
置) 253 中基板(本体、第一基板) 255 燃料供給手段(供給手段) 264 反応室(第一の内部空間) 267 改質触媒
1 Fuel Cell System 5 Micro Reactor (Reforming Device) 6 Main Power Generation Unit (Fuel Cell) 50 Micro Evaporator (Heating Device, Evaporating Unit) 51 Micro Reforming Reactor (Heating Device) 55 Upper Substrate (Main Body, Second Substrate) 55a recess 56 middle substrate (main body, first substrate) 57 lower substrate (main body, second substrate) 57a recess 58 thin film heater (heating means) 59 fuel supply means (supply means) 60 cavity (second internal space) 63 evaporation Chamber (first internal space) 64 Cavity (second internal space) 65 Film (mirror surface) 66 Evaporated film (mirror surface) 68 Micro channel (first internal space) 69 Upper substrate (main body, second substrate) 69a Recessed portion 70 Medium substrate (main body, first substrate) 71 Lower substrate (main body, second substrate) 71a Recessed portion 72 Cavity (second inner space) 73 Evaporated film (mirror surface) 74 Cavity (second inner space) 75 Evaporated film (mirror ) 76 thin film heater (heating means) 90 micro reforming reactor (heating device, reforming device) 91 upper substrate (main body) 92 middle substrate (main body) 93 lower substrate (main body) 94 cavity (second internal space) 95 Micro flow path (first internal space) 96 Reforming catalyst 97 Thin film heater (heating means) 98 Evaporated film (mirror surface) 151 Micro batch reactor (heating device, reforming device) 152 Upper substrate (main body, second substrate) 152a recess 153 middle substrate (main body, first substrate) 154 lower substrate (main body, second substrate) 154a recess 155 first microvalve (supplying means) 157 thin film heater (heating means) 160 vapor deposition film (mirror surface) 161 vapor deposition film ( Mirror surface 162 Cavity (second internal space) 163 Cavity (second internal space) 164 Reaction chamber (first internal space) 167 Reforming catalyst 251 Micro continuous tank reactor ( Thermal device, reformer) 253 in the substrate (body, first substrate) 255 Fuel supply unit (supply means) 264 reaction chamber (first internal space) 267 reforming catalyst

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // H01M 8/00 H01M 8/00 A ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) // H01M 8/00 H01M 8/00 A

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】改質原料を改質するための改質装置に用い
られる加熱装置において、 改質原料の存する第一の内部空間が設けられた本体と、 前記第一の内部空間を加熱する加熱手段と、を備え、 第二の内部空間が前記第一の内部空間の近傍において前
記本体に設けられていることを特徴とする加熱装置。
1. A heating device used in a reforming device for reforming a reforming raw material, wherein a main body provided with a first internal space in which the reforming raw material is present, and the first internal space are heated. A heating means, wherein a second internal space is provided in the main body in the vicinity of the first internal space.
【請求項2】請求項1記載の加熱装置において、 前記本体が、前記第一の内部空間の設けられた第一基板
と、 凹部の設けられた第二基板と、を備え、 前記凹部が覆われるようにして前記第二基板が前記第一
基板に接合することで、前記凹部が前記第二の内部空間
となることを特徴とする加熱装置。
2. The heating device according to claim 1, wherein the main body includes a first substrate provided with the first internal space and a second substrate provided with a recess, and the recess covers the first substrate. The heating device, wherein the second substrate is bonded to the first substrate in such a manner that the concave portion becomes the second internal space.
【請求項3】請求項2記載の加熱装置において、 前記第一基板の熱伝導率が前記第二基板の熱伝導率より
大きいことを特徴とする加熱装置。
3. The heating device according to claim 2, wherein the thermal conductivity of the first substrate is higher than the thermal conductivity of the second substrate.
【請求項4】請求項1から3のいずれかに記載の加熱装
置において、 前記第二の内部空間には、フッ素を含むメタン若しくは
エタンの多ハロゲン化誘導体のガス、空気又は炭酸ガス
が充填されていることを特徴とする加熱装置。
4. The heating device according to claim 1, wherein the second internal space is filled with a gas of a polyhalogenated derivative of methane or ethane containing fluorine, air, or carbon dioxide gas. A heating device characterized by being.
【請求項5】請求項1から3のいずれかに記載の加熱装
置において、 前記第二の内部空間がほぼ真空となっていることを特徴
とする加熱装置。
5. The heating device according to claim 1, wherein the second internal space is substantially vacuum.
【請求項6】請求項1から5のいずれかに記載の加熱装
置において、 前記第二の内部空間を形成する内面に鏡面が形成されて
いることを特徴とする加熱装置。
6. The heating device according to any one of claims 1 to 5, wherein a mirror surface is formed on an inner surface forming the second internal space.
【請求項7】請求項1から6のいずれかに記載の加熱装
置において、 液状の改質原料を前記第一の内部空間に供給する供給手
段を備え、 供給された改質原料を前記加熱手段によって加熱するこ
とにより前記第一の内部空間で蒸発させることを特徴と
する加熱装置。
7. The heating device according to claim 1, further comprising a supply means for supplying a liquid reforming raw material to the first internal space, wherein the supplied reforming raw material is the heating means. A heating device, wherein the heating device evaporates in the first internal space by heating.
【請求項8】請求項7記載の加熱装置と、 前記第一の内部空間に設けられる改質触媒と、を備え、 蒸発した改質原料を前記改質触媒によって前記第一の内
部空間で改質することで水素を生成することを特徴とす
る改質装置。
8. The heating device according to claim 7, and a reforming catalyst provided in the first internal space, wherein the evaporated reforming raw material is reformed in the first internal space by the reforming catalyst. A reformer characterized by producing hydrogen by qualifying.
【請求項9】請求項1から6のいずれかに記載の加熱装
置と、 液状の改質原料を蒸発させるとともに前記第一の内部空
間に通ずる蒸発部と、 前記第一の内部空間内に設けられる改質触媒と、を備
え、 前記蒸発部において蒸発した改質原料を前記改質触媒に
よって前記第一の内部空間内で改質することで水素を生
成することを特徴とする改質装置。
9. The heating device according to claim 1, an evaporation portion that evaporates a liquid reforming raw material and communicates with the first internal space, and the evaporation device is provided in the first internal space. And a reforming catalyst for generating hydrogen by reforming the reforming raw material vaporized in the vaporizing section in the first internal space by the reforming catalyst.
【請求項10】請求項8又は9記載の改質装置と、 酸素と前記改質装置によって生成された水素とを反応さ
せて発電を行う燃料電池と、を備える燃料電池システ
ム。
10. A fuel cell system comprising: the reformer according to claim 8 or 9, and a fuel cell for reacting oxygen with hydrogen produced by the reformer to generate electricity.
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