JP2004283749A

JP2004283749A - 反応装置

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Publication number: JP2004283749A
Application number: JP2003080189A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Takeyama; 啓之竹山; Osamu Nakamura; 修中村
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】例えば、流体化された混合物質を微小な流路内に設けられた触媒による化学反応（触媒反応）により、所望の流体物質を生成する小型化学反応装置において、熱暴走を防止する。
【解決手段】第１〜第３基板１〜３はこの順で積層され、第１及び第２外装板４、５内に収容されている。両外装板４、５の内面にはＡｕからなる第１輻射伝搬抑制膜１４及びＹＨｘ（ｘは２近傍）からなる第２輻射伝搬抑制膜１５が設けられている。両外装板４、５の外面の所定の２箇所には熱暴走監視用の第１及び第２温度センサ１８、１９が設けられている。正常の動作では、第１及び第２輻射伝搬抑制膜１４、１５の輻射性能がほぼ同じであるため、両温度センサ１８、１９は両外装板４、５の外面の温度を検出する。熱暴走が発生した場合には、第２輻射伝搬抑制膜１５のみを熱が透過するため、両温度センサ１８、１９による検出温度が異なり、これに基づいて、制御回路２０は緊急停止信号を発する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は化学反応装置等の反応装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の化学反応装置には、反応チャンバ内にヒータが設けられものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特表２００１−５０５８１９号公報（図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、反応チャンバ内においてヒータの加熱により予め設定された温度で反応を引き起こすとき、何らかの理由により熱暴走が発生した場合には、危険である。例えば、発電用燃料を改質する燃料改質系とこの燃料改質系で改質された改質燃料ガスにより発電する燃料電池が小型化学反応装置として検討されている。このような小型化学反応装置を携帯機器に搭載した場合には、熱暴走から使用者を保護する必要がある。
そこで、この発明は、所定の温度で反応を引き起こす反応路内の温度を反応路外から検出可能とすることができる反応装置を提供することを目的とする。
また、この発明は、熱暴走を防止することができる反応装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、所定の温度で反応を引き起こす反応路と、前記反応路を加熱する熱源と、前記熱源の周囲の互いに異なる領域に配置され、所定の振動数の電磁波に対する反射率が互いに異なる第１及び第２輻射伝搬抑制膜とを備えていることを特徴とするものである。
そして、この請求項１に記載の発明によれば、反応路を加熱する熱源の周囲の互いに異なる領域に、所定の振動数の電磁波に対する反射率が互いに異なる第１及び第２輻射伝搬抑制膜を配置することにより、反応路内の温度を反応路外から検出可能とすることができる。
すなわち、請求項２に記載の発明の如く、第１輻射伝搬抑制膜の熱源と対向する側とは反対側に第１温度検出手段を設け、第２輻射伝搬抑制膜の熱源と対向する側とは反対側に第２温度検出手段を設けると、反応路内の温度を反応路外から検出することができる。
そして、請求項３に記載の発明の如く、第２温度検出手段で検出された温度が第１温度検出手段で検出された温度よりも予め設定された温度以上となったとき、装置を緊急停止する制御手段を備えると、熱暴走を防止することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一実施形態としての小型化学反応装置の要部の斜視図を示したものである。この小型化学反応装置は、互いに積層（例えば陽極接合）された小型の第１〜第３基板１〜３を備えている。第１〜第３基板１〜３は、互いに接合された第１と第２外装板４、５からなる外装体内に収容されている。すなわち、第１及び第２外装板４、５の互いに対向する面には凹部６、７が形成され、これらの凹部６、７内には第１〜第３基板１〜３が収容されている。第１〜第３基板１〜３及び第１、第２外装板４、５の材料は一例として熱伝搬性に優れたガラスであるが、後述する流路が形成されている第２基板２は加工性に優れたシリコン、セラミック、金属（例えばアルミニウム）等であってもよい。
【０００７】
第１外装板４の所定の２箇所には流入用細管８及び流出用細管９の各一端部が挿通される円孔１０、１１が設けられている。第１外装板４の所定の箇所には４本の丸棒状の電極１２の各一端部が挿通される円孔１３が設けられている。このうち、所定の２本の電極１２は、後述する薄膜ヒータに接続されており、残りの２本の電極１２は、後述する薄膜温度センサに接続されている。
【０００８】
次に、図２は図１に示す小型化学反応装置を上から見た透過平面図を示し、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図を示したものである。第１及び第２外装板４、５の凹部６、７の内壁面において、図１に示す円孔１０、１１、１３に対応する領域を除く領域には、熱線反射率の高いＡｕ、Ａｇ、Ａｌ等の金属単体または単体で構成された合金からなる第１輻射伝搬抑制膜１４及びＹＨｘ（ｘは２近傍）等の希土類水素化物からなる第２輻射伝搬抑制膜１５が設けられている。
【０００９】
第１及び第２外装板４、５の内面に設けられた第１及び第２輻射伝搬抑制膜１４、１５と第１〜第３基板１〜３との間には隙間１６が設けられている。隙間１６の所定の複数箇所には、この隙間１６を保持するための耐圧スペーサ１７が設けられている。隙間１６は、第１〜第３基板１〜３で後述の如く発生する熱が第１及び第２外装板４、５を介して外部に放熱してしまうことを抑制するためのものであり、真空または低熱伝導率の気体（空気、炭酸ガス、不活性ガス等）が充満されている。第１及び第２輻射伝搬抑制膜１４、１５は、第１〜第３基板１〜３の最外面からの放熱を抑制するためのものであるが、第２輻射伝搬抑制膜１５はそれ以外にも後述するような機能を有する。
【００１０】
第１及び第２外装板４、５からなる外装体の外面の所定の２箇所には熱暴走監視用の熱電対等からなる第１及び第２温度センサ１８、１９が設けられている。ここで、第１及び第２外装板４、５の凹部６、７の内壁面において、第２輻射伝搬抑制膜１５の配置領域は第２温度センサ１９に対応する領域のみであり、その他の領域は第１輻射伝搬抑制膜１４の配置領域である。その理由については後で説明する。また、第１温度センサ１８は、第１輻射伝搬抑制膜１４と対向する位置であればどこに設けてもよいが、その配線等を考慮すると、第２温度センサ１９の近傍に設ける方が望ましい。
【００１１】
第１温度センサ１８は、第１輻射伝搬抑制膜１４に対応する第１及び第２外装板４、５からなる外装体の外面の温度を検出し、その第１温度検出信号を制御回路２０に供給するようになっている。第２温度センサ１９は、第２輻射伝搬抑制膜１５に対応する第１及び第２外装板４、５からなる外装体の外面の温度を検出し、その第２温度検出信号を制御回路２０に供給するようになっている。そして、制御回路２０は、これらの温度検出信号に基づいて、第１温度検出信号に応じた第１温度と第２温度検出信号に応じた第２温度との差を演算し、第２温度が第１温度よりも予め設定された温度以上となった場合には、つまり後述の如く熱暴走が発生した場合には、緊急停止信号を発するようになっている。
【００１２】
第２基板２の第１基板１との対向面には、半導体製造技術で蓄積された微細加工技術を用いて、蛇行した微小な流路２１が形成されている。流路２１の幅及び深さは、一例として、共に５００μｍ以下となっている。流路２１内には触媒層２２が設けられている。触媒層２２は第２基板２の流路２１の表面に被膜された多孔質膜（図示せず）に担持されている。流路２１の一端部は、第１基板１に形成された円孔２３内に挿入された流入用細管８の一端部に接続され、他端部は、第１基板１に形成された円孔２４内に挿入された流出用細管９の一端部に接続されている。
【００１３】
第２基板２の第３基板３との対向面にはＴａＳｉＯｘやＴａＳｉＯｘＮ等の抵抗体薄膜からなる蛇行した薄膜ヒータ２５が形成されている。薄膜ヒータ２５は、この小型化学反応装置における化学反応（触媒反応）が所定の熱条件による吸熱反応を伴うとき、化学反応時に流路２１内の触媒層２２に所定の熱エネルギーを供給するためのものであり、流路２１内を常温から４００℃程度までの範囲で任意の温度に加熱することができる。薄膜ヒータ２５は、制御回路２０から所定の２本の電極１２等を介して供給される信号に応じて、適温に制御されるようになっている。この場合、蛇行した薄膜ヒータ２５は、蛇行した流路２１と平面的に一致させているが、一致しないようにしてもよい。また、薄膜ヒータ２５は流路２１全面を覆うようなべた状としてもよい。
【００１４】
流路２１の近傍には薄膜サーミスタや半導体薄膜熱電対等からなる薄膜温度センサ（図示せず）が設けられている。薄膜温度センサは、流路２１内の温度を検出し、その温度検出信号を所定の２本の電極１２等を介して制御回路２０に供給するようになっている。そして、制御回路２０は、この温度検出信号に基づいて、流路２１内の温度が適温となるように、薄膜ヒータ２５の発熱を制御するようになっている。高密度実装のために薄膜ヒータ２５が加熱温度ｔに対し比較的線形な抵抗変化を示すのであれば、薄膜温度センサとして薄膜ヒータ２５の抵抗ｒ（ｔ）を測定する少なくとも２つの端子を別途に設け、これらを電極１２に接続させて制御回路２０に抵抗ｒ（ｔ）から流路２１内の温度を計測することができる。
【００１５】
第３基板３の第２基板２との対向面中央部には座ぐり加工により凹部２６が形成され、この凹部２６内に薄膜ヒータ２５が配置されている。第３基板３は、薄膜ヒータ２５を保護するほかに、凹部２６内の空間に熱伝導性の低い気体を封止することで薄膜ヒータ２５の熱拡散を防止し、熱効率を良くするためのものである。また、凹部２６内は、より断熱性能を高めるため、ほぼ真空又は低熱伝導率の気体（空気、炭酸ガス、不活性ガス等）としてもよい。
【００１６】
次に、この発明に係る小型化学反応装置を燃料改質型の燃料電池を用いた燃料電池システムに適用した場合について説明する。図４は燃料電池システム３１の一例の要部のブロック図を示したものである。この燃料電池システム３１は、発電用燃料部３２、燃料気化部３３、改質部３４、一酸化炭素除去部３５、発電部３６、充電部３７等を備えている。
【００１７】
発電用燃料部３２は、発電用燃料（例えばメタノール水溶液）が封入された小型の発電用燃料貯蔵容器からなり、発電用燃料を燃料気化部３３に供給する。
【００１８】
燃料気化部３３は、図１〜図３に示す小型化学反応装置と同様の構造となっている。ただし、この場合、流路２１内には触媒層２２は設けられていない。そして、燃料気化部３３では、発電用燃料部３２からの発電用燃料が流入用細管８を介して流路２１の一端部に供給されると、流路２１内において、薄膜ヒータ２５の加熱（１００〜１８０℃程度）により、発電用燃料を気化させ、この気化された発電用燃料ガス（例えば発電用燃料がメタノール水溶液の場合、ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ）を流出用細管９から流出させる。
【００１９】
燃料気化部３３で気化された発電用燃料ガス（ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ）は改質部３４に供給される。この場合、改質部３４も、図１〜図３に示すような構造となっている。ただし、この場合、触媒層２２は、例えば、Ｃｕ、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３等からなる改質触媒を含むものからなっている。そして、改質部３４では、燃料気化部３３からの発電用燃料ガス（ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ）が流入用細管８を介して流路２１の一端部に供給されると、流路２１内において、薄膜ヒータ２５の加熱（２００〜３００℃程度）により、次の式（１）に示すような吸熱反応を引き起こし、水素と副生成物の二酸化炭素とを生成する。
ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ→３Ｈ_２＋ＣＯ_２……（１）
【００２０】
上記式（１）の左辺における水（Ｈ_２Ｏ）は、反応の初期では、発電用燃料部３２の燃料に含まれているものでよいが、反応の中期以降では後述する発電部３６の発電に伴い生成される水を回収して改質部３４に供給するようにしてもよい。また、発電部３６の発電中の上記式（１）の左辺のおける水（Ｈ_２Ｏ）の供給源は、発電部３６のみでもよく、発電部３６及び発電用燃料部３２でも、また発電用燃料部３２のみでもよい。なお、このとき微量ではあるが、一酸化炭素が改質部３４内で生成されることがある。
【００２１】
そして、上記式（１）の右辺の生成物（水素、二酸化炭素）及び微量の一酸化炭素は改質部３４の流出用細管９から流出される。改質部３４の流出用細管９から流出された生成物のうち、水素及び一酸化炭素は一酸化炭素除去部３５に供給され、二酸化炭素は分離されて大気中に放出される。
【００２２】
次に、一酸化炭素除去部３５も、図１〜図３に示すような構造となっている。ただし、この場合、触媒層２２は、例えば、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｌ_２Ｏ_３等からなる選択酸化触媒を含むものからなっている。そして、一酸化炭素除去部３５では、改質部３４からの水素及び一酸化炭素が流入用細管８を介して流路２１の一端部に供給されると、流路２１内において、薄膜ヒータ２５の加熱（１２０〜２００℃程度）により、流路２１内に供給された水素、一酸化炭素、水のうち、一酸化炭素と水とが反応し、次の式（２）に示すように、水素と副生成物の二酸化炭素とが生成される。
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋ＣＯ_２……（２）
【００２３】
上記式（２）の左辺における水（Ｈ_２Ｏ）は、反応の初期では、発電用燃料部３２の燃料に含まれているものでよいが、反応の中期以降では後述する発電部３６の発電に伴い生成される水を回収して一酸化炭素除去部３５に供給するようにしてもよい。また、発電部３６の発電中の上記式（２）の左辺のおける水（Ｈ_２Ｏ）の供給源は、発電部３６のみでもよく、発電部３６及び発電用燃料部３２でも、また発電用燃料部３２のみでもよい。
【００２４】
そして、最終的に一酸化炭素除去部３５の流出用細管９に到達する流体はそのほとんどが水素、二酸化炭素（場合によって水、窒素を含む）となる。
【００２５】
上記一連の反応後の生成物は水素及び二酸化炭素（場合によって水、窒素を含む）で構成されるが、これらの生成物のうち、二酸化炭素は発電部３６に到達する前に水素から分離されて大気中に放出されるようにしてもよい。この場合、一酸化炭素除去部３５から発電部３６には高濃度の水素が供給される。
【００２６】
次に、発電部３６及び充電部３７について説明する。発電部３６は、図５に示すように、周知の固体高分子型の燃料電池からなっている。すなわち、発電部３６は、Ｐｔ、Ｃ等の触媒が付着された炭素電極からなるカソード４１と、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｃ等の触媒が付着された炭素電極からなるアノード４２と、カソード４１とアノード４２との間に介在されたフィルム状のイオン導電膜４３と、を有して構成され、カソード４１とアノード４２との間に設けられた２次電池やコンデンサ等からなる充電部３７に電力を供給するものである。
【００２７】
この場合、カソード４１の外側には空間部４４が設けられている。この空間部４４内には一酸化炭素除去部３５からの水素が供給され、カソード４１に水素が供給される。また、アノード４２の外側には空間部４５が設けられている。この空間部４５内には大気中からマイクロポンプを介して取り込まれた酸素が供給され、アノード４２酸素が供給される。
【００２８】
そして、カソード４１側では、次の式（３）に示すように、水素から電子（ｅ⁻）が分離した水素イオン（プロトン；Ｈ^＋）が発生し、イオン導電膜４３を介してアノード４２側に通過するとともに、カソード４１により電子（ｅ⁻）が取り出されて充電部３７に供給される。
３Ｈ_２→６Ｈ^＋＋６ｅ⁻……（３）
【００２９】
一方、アノード４２側では、次の式（４）に示すように、充電部３７を経由して供給された電子（ｅ⁻）とイオン導電膜４３を通過した水素イオン（Ｈ^＋）と酸素とが反応して副生成物の水が生成される。
６Ｈ^＋＋（３／２）Ｏ_２＋６ｅ⁻→３Ｈ_２Ｏ……（４）
【００３０】
以上のような一連の電気化学反応（式（３）及び式（４））は概ね室温〜８０℃程度の比較的低温の環境下で進行し、電力以外の副生成物は、基本的に水のみとなる。発電部３６で生成された電力は充電部３７に供給され、これにより充電部３７が充電される。
【００３１】
発電部３６で生成された副生成物としての水は回収されることが望ましい。この場合、上述の如く、発電部３６で生成された水の少なくとも一部を改質部３４や一酸化炭素除去部３５に供給するようにすると、発電用燃料部３２内に当初封入される水の量を減らすことができ、また回収される水の量を減らすことができる。
【００３２】
ところで、現在、研究開発が行われている燃料改質方式の燃料電池に適用されている燃料としては、少なくとも、水素元素を含む液体燃料または液化燃料または気体燃料であって、発電部３６により、比較的高いエネルギー変換効率で電気エネルギーを生成することができる燃料であればよく、上記のメタノールの他、例えば、エタノール、ブタノール等のアルコール系の液体燃料や、ジメチルエーテル、イソブタン、天然ガス（ＣＮＧ）等の液化ガス等の常温常圧で気化される炭化水素からなる液体燃料、あるいは、水素ガス等の気体燃料等の流体物質を良好に適用することができる。
【００３３】
ここで、図１〜図３に示す小型化学反応装置を第１〜第３基板１〜３のみで構成する場合には、そのサイズが小さく、表面積対体積比が大きくなるため、大気中に放熱される熱エネルギーが大きくなり、熱エネルギーの利用効率が悪くなる。そこで、上述の如く、第１〜第３基板１〜３を第１及び第２外装板４、５からなる外装体で覆い、その間に隙間１６を設け、この隙間１６を真空または低熱伝導率の気体（空気、炭酸ガス、不活性ガス等）を充満させると、大気中への放熱を抑制することができ、熱エネルギーの利用効率を良くすることができる。
【００３４】
ところで、第１、第２外装板４、５の内面に第１、第２輻射伝搬抑制膜１４、１５を設けない場合において、小型化学反応装置をあるサイズとして、流路２１内の温度を３００℃まで上昇させるには、発生する輻射が熱として全て外部に逃げると仮定すると、消費電力は６Ｗ程度である。これに対し、第１、第２外装板４、５の内面にＡｕからなる第１輻射伝搬抑制膜１４のみを設けた場合には、消費電力は１．２Ｗ程度とかなり低減することができ、熱エネルギーの利用効率をより一層良くすることができる。しかし、このままの状態では、何らかの理由により、例えば薄膜温度センサが故障して薄膜ヒータ２５の発熱の制御が不能となり、熱暴走が発生した場合には、この暴走を検知して対処することができない。
【００３５】
そこで、次に、上記燃料電池システム３１の熱暴走防止について、代表として、改質部３４の場合について説明する。まず、第１輻射伝搬抑制膜１４はＡｕ膜とし、第２輻射伝搬抑制膜１５は希土類水素化物膜とする。ここで、希土類水素化物とは、希土類元素のうちのいずれか一の金属元素、詳細には、Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうちのいずれか一の金属元素とＨとの化合物である。ここでは、一例として、ＹＨｘ（ｘは２近傍）膜を用いる。ＹＨｘ膜の形成方法としては、一例として、不活性ガス雰囲気中でスパッタ法により第３基板３の内面にＹ膜を成膜し、次いでＨを含む不活性ガス雰囲気中で加熱処理を行なうことにより、ＹＨｘ膜を形成する方法がある。
【００３６】
次に、改質部３４の流路２１内の設定温度を３００℃とし、熱暴走検出温度を６００℃とする。ところで、図６は黒体輻射の温度が３００℃及び６００℃の場合における振動数と輻射強度との関係を示したものである。図６において、黒四角は黒体輻射の温度が３００℃である場合を示し、黒丸は黒体輻射の温度が６００℃である場合を示す。なお、黒三角は黒体輻射の温度が１２００℃である場合を示す。この場合、振動数とＡｕ膜及びＹＨｘ膜に入射された電磁波の波長から換算されるエネルギーとは相関関係にある。
【００３７】
図６から明らかなように、黒四角で示す黒体輻射の温度が３００℃である場合には、輻射強度のピークは０．１４ｅＶ近傍にあり、０．５ｅＶ以上では輻射はほとんど生じない。逆にいえば、０．５ｅＶ以下で反射率の高い材料は輻射伝搬抑制膜となる。一方、黒丸で示す黒体輻射の温度が６００℃である場合には、輻射強度のピークは０．２ｅＶ近傍にあり、０．５ｅＶ以上でも輻射が生じる。このように、輻射強度の分布は、温度が増加すると、高エネルギー側にシフトし且つ全体的に大きくなる。
【００３８】
次に、図７はＡｕ膜及びＹＨｘ膜（ｘ＝１．８２）の光学特性を示したものである。図７において、横軸はＡｕ膜及びＹＨｘ膜に入射された電磁波の波長から換算されるエネルギーを示し、縦軸はＡｕ膜及びＹＨｘ膜に入射された電磁波の反射率を示す。また、図７において、実線はＡｕ膜の光学特性を示し、点線はＹＨｘ膜の光学特性を示す。
【００３９】
図７から明らかなように、実線で示すＡｕ膜の場合には、約２ｅＶまで反射率がほぼ１００％であり、それよりもエネルギーが大きくなるに従って反射率が減少する。そして、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ等の通常の金属では、プラズマ端と呼ばれる反射率の極小値が紫外領域または可視光の青色領域にある。これに対し、点線で示すＹＨｘ膜の場合には、プラズマ端が約１．６ｅＶの近赤外領域にあり、それよりもエネルギーが小さくなるに従って反射率が増加し、約０．５ｅＶ以下で反射率が９０％以上で実線で示すＡｕ膜とほぼ同じとなる。
【００４０】
以上のことから、Ａｕ膜からなる第１輻射伝搬抑制膜１４は、図７において実線で示すように、約２ｅＶまで反射率がほぼ１００％であるため、図６から明らかなように、温度が３００℃、６００℃のいずれであっても、第１、第２外装板４、５からの輻射に対して十分な伝搬抑制性能を有する。このため、第１、第２外装板４、５の内面にＡｕからなる第１輻射伝搬抑制膜１４のみを設けた場合には、何らかの理由により、熱暴走が発生したとき、この熱暴走による熱輻射をほとんど第１輻射伝搬抑制膜１４が反射してしまい、第１、第２外装板４、５にほとんど伝搬することがないので第１、第２外装板４、５の外側に設けられた温度センサでは、検出することはできない。
【００４１】
一方、ＹＨｘ膜からなる第２輻射伝搬抑制膜１５は、図７において点線で示すように、約０．５ｅＶ以下で反射率が９０％以上で実線で示すＡｕ膜とほぼ同じであるため、図６から明らかなように、温度が３００℃の場合には、第１、第２外装板４、５からの輻射に対して十分な伝搬抑制性能を有する。ところで、ＹＨｘ膜からなる第２輻射伝搬抑制膜１５は、図７において点線で示すように、エネルギーが約０．５ｅＶよりも大きくなるに従って反射率が減少し、約１．６ｅＶでプラズマ端となるため、図６から明らかなように、温度が６００℃の場合には、輻射性能を発揮することになる。
【００４２】
したがって、改質部３４の流路２１内の設定温度を３００℃とし、正常に動作している場合には、第１及び第２輻射伝搬抑制膜１４、１５は共に十分な輻射伝搬抑制性能を有するため、第１及び第２温度センサ１８、１９は第１及び第２外装板４、５からなる外装体の外面の温度を検出し、その第１及び第２温度検出信号を制御回路２０に供給する。この場合、第１輻射伝搬抑制膜１４及び第２輻射伝搬抑制膜１５の輻射伝搬特性にあまり差がないために、第１、第２温度検出信号が入力された制御回路２０は、第１及び第２温度センサ１８、１９でそれぞれ検知した温度が互いに十分な差がなく、流路２１内の温度が予め設定されたしきい値温度範囲を越えていないと判断し、正常な動作を続行することになる。
【００４３】
一方、何らかの理由により熱暴走が発生し、改質部３４の流路２１内の温度が６００℃のように設定温度より遙かに高くなった場合、第１輻射伝搬抑制膜１４は第１、第２外装板４、５からの輻射に対して十分な伝搬抑制性能を有しているが、第２輻射伝搬抑制膜１５は輻射性能を発揮することになる。したがって、第１輻射伝搬抑制膜１４は、輻射伝搬特性に応じた高い反射率のために、輻射の伝搬を抑えるので第１温度センサ１８は比較的低い温度を検知し、この温度にしたがって第１温度検出信号を制御回路２０に出力する。一方、第２輻射伝搬抑制膜１５は、高温輻射伝搬特性に応じた低い反射率のために、輻射の伝搬を十分抑えられないので、第２温度センサ１９は比較的高い温度を検知し、この温度にしたがって第２温度検出信号を制御回路２０に出力する。
【００４４】
そして、制御回路２０は、これらの温度検出信号に基づいて、第１温度検出信号に応じた第１温度と第２温度検出信号に応じた第２温度との差を演算し、第２温度から第１温度を差し引いた温度が予め設定されたしきい値温度を越えた場合には、熱暴走が発生したと判断し、緊急停止信号を発し、燃料電池システム３１を緊急停止させる。
【００４５】
ここで、第１及び第２外装板４、５の凹部６、７の内壁面において、第２輻射伝搬抑制膜１５の配置領域を第２温度センサ１９に対応する領域のみとし、その他の領域を第１輻射伝搬抑制膜１４の配置領域とした理由については、正常な温度範囲内での動作では、ＹＨｘ膜からなる第２輻射伝搬抑制膜１５が、図７において点線で示すように、約０．５ｅＶ以下で反射率が９０％以上で実線で示すＡｕ膜とほぼ同じであるとは言え、実線で示すＡｕ膜よりも反射率がやや劣るために、ＹＨｘ膜からなる第２輻射伝搬抑制膜１５の配置領域を必要最小限とし、Ａｕ膜からなる第１輻射伝搬抑制膜１４の配置領域をなるべく大きくして、正常な動作時の輻射伝搬抑制効果を大きくするためである。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、反応路を加熱する熱源の周囲の互いに異なる領域に、所定の振動数の電磁波に対する反射率が互いに異なる第１及び第２輻射伝搬抑制膜を配置することにより、反応路内の温度を反応路外から検出可能とすることができる。
すなわち、請求項２に記載の発明の如く、第１輻射伝搬抑制膜の熱源と対向する側とは反対側に第１温度検出手段を設け、第２輻射伝搬抑制膜の熱源と対向する側とは反対側に第２温度検出手段を設けると、反応路内の温度を反応路外から検出することができる。
そして、請求項３に記載の発明の如く、第２温度検出手段で検出された温度が第１温度検出手段で検出された温度よりも予め設定された温度以上となったとき、装置を緊急停止する制御手段を備えると、熱暴走を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態としての小型化学反応装置の要部の斜視図。
【図２】図１に示す小型化学反応装置の透過平面図。
【図３】図３のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図４】この発明に係る小型化学反応装置を備えた燃料電池システムの一例の要部のブロック図。
【図５】図４に示す発電部及び充電部の概略構成図。
【図６】黒体輻射の温度が３００℃及び６００℃の場合における振動数と輻射強度との関係を示す図。
【図７】Ａｕ膜及びＹＨｘ膜の光学特性を示す図。
【符号の説明】
１第１基板
２第２基板
３第３基板
４第１外装板
５第２外装板
８流入用細管
９流出用細管
１４第１輻射伝搬抑制膜
１５第２輻射伝搬抑制膜
１８第１温度センサ
１９第２温度センサ
２０制御回路
２１流路
２５薄膜ヒータ
３１燃料電池システム
３２発電用燃料部
３３燃料気化部
３４改質部
３５一酸化炭素除去部
３６発電部
３７充電部

Claims

所定の温度で反応を引き起こす反応路と、前記反応路を加熱する熱源と、前記熱源の周囲の互いに異なる領域に配置され、所定の振動数の電磁波に対する反射率が互いに異なる第１及び第２輻射伝搬抑制膜とを備えていることを特徴とする反応装置。
請求項１に記載の発明において、前記第１輻射伝搬抑制膜の前記熱源と対向する側とは反対側に第１温度検出手段が設けられ、前記第２輻射伝搬抑制膜の前記熱源と対向する側とは反対側に第２温度検出手段が設けられていることを特徴とする反応装置。
請求項２に記載の発明において、前記反応路及び前記熱源は外装体内に配置され、前記第１及び第２輻射伝搬抑制膜は前記外装体の内面に設けられ、前記第１及び第２温度検出手段は前記外装体の外面に設けられていることを特徴とする反応装置。
請求項３に記載の発明において、前記第２輻射伝搬抑制膜は前記第２温度検出手段に対応する領域における前記外装体の内面に設けられ、前記第１輻射伝搬抑制膜は前記外装体の内面のその他の領域に設けられていることを特徴とする反応装置。
請求項２〜４のいずれかに記載の発明において、前記第２温度検出手段で検出された温度が前記第１温度検出手段で検出された温度よりも予め設定された温度以上となったとき、装置を緊急停止する制御手段を備えていることを特徴とする反応装置。
請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記第１輻射伝搬抑制膜は金属単体または単体で構成された合金からなることを特徴とする反応装置。
請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記第２輻射伝搬抑制膜は希土類水素化物からなることを特徴とする反応装置。