JP2005238100A - 反応器及び流路構造 - Google Patents

Abstract

【課題】発生させた熱量を反応物の反応に効率よく用いることができる反応器及び流路構造を提供すること。
【解決手段】改質器５は、内部空間を形成した反応器本体５０１と、反応器本体５０１内に収納された流路構造５０２と、を備える。流路構造５０２は、炭素系基板５０５を基本構成として有している。炭素系基板５０５には、複数の貫通孔５０６が形成されており、これら貫通孔５０６によって反応器本体５０１内の領域５１０から領域５１１まで通じている。また、炭素系基板５０５の表層には、触媒成分が担持されている。そして、炭素系基板５０５に電流・電圧を印加することによって炭素系基板５０５が発熱し、貫通孔５０６を通る燃料に熱が伝わる。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の貫通孔が形成された炭素系基板を有する流路構造に関するともに、その流路構造を反応器本体の内部空間に収納した反応器に関する。

近年では、高いエネルギー利用効率を実現できる燃料電池についての研究・開発が盛んにおこなわれている。燃料電池は、燃料と大気中の酸素とを電気化学的に反応させて化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出すものであり、将来性に富む有望な電池であると位置付けられている。燃料電池に用いる燃料としては水素が挙げられるが、常温で気体であることによる取り扱い・貯蔵に問題がある。そこで、アルコール類及びガソリンといった液体燃料を用いれば液体燃料を貯蔵するためのシステムが比較的小型になるが、液体燃料と水蒸気を高温に加熱して反応させることによって発電に必要な水素を生成する改質装置を必要とする。燃料改質型の燃料電池を小型の電子機器の電源として用いる場合には、燃料電池だけでなく改質装置も小型化する必要がある。

一方、複数の基板を接合してなる小型のケミカルマイクロリアクタを用いることによって微量の化学反応を行うことが特許文献１に記載されており、特許文献１に記載されたケミカルマイクロリアクタを改質装置に用いる研究・開発も行われている。特許文献１に記載されたマイクロリアクタについて簡単に説明すると、まず一方の面に流路となる葛折り状の溝が形成されたポリスチレン製の第一の基板を準備し、この溝に蓋をするように第二の基板を第一の基板に紫外線硬化樹脂で接着することによって、これら二枚の基板の接合部に葛折り状の流路を形成している。
特開２００２−１０２６８１号公報

ところで、ケミカルマイクロリアクタの流路に反応物を流せば、反応物が反応することにより、目的とする生成物又は中間生成物が生成される。反応物の反応が常温で起こりにくいため、ケミカルマイクロリアクタを加熱する必要がある。ケミカルマイクロリアクタを加熱する方法は特許文献１に記載されているが、その加熱方法はニクロム線等の電気ヒーターを用い流路が形成されている基板を伝熱させているが、基板のヒータと接触している部分と、ヒータと接触していない部分では温度が異なるために、つまり流路となる溝の深さ方向で温度勾配があるために、溝内での反応温度にバラツキを生じてしまい、均等に反応できないといった問題が生じた。
そこで、本発明は、上記のような問題点を解決しようとしてなされたものであり、均等に反応できる反応器及び流路構造を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の反応器は、内部空間を形成した反応器本体と、前記反応器本体内の空間を二つの領域に区切る炭素系基板と、を有し、前記炭素系基板を貫通した複数の貫通孔が前記反応器本体内の一方の領域から他方の領域に通じ、前記炭素系基板が電気により発熱することを特徴とする。

以上のように、炭素系基板は電気的発熱抵抗体として機能するので、炭素系基板が電気により自己発熱する。そして、自己発熱する炭素系基板に反応物が直接接するので、反応物が炭素系基板の熱により効率よく反応する。

上記反応器において、前記貫通孔内を含み前記炭素系基板の表層に触媒成分が担持されていてもよい。

以上のように、炭素系基板は表面を陽極酸化すると多孔質になるから、炭素系基板の表層に多くの触媒成分を担持することができる。そのため、貫通孔の体積に比較して多くの触媒を貫通孔の壁面に担持することができる。更に、炭素系基板に複数の貫通孔が形成されているので、反応物の単位体積当たりの炭素系基板との接触面積が大きくなり、触媒による反応物の反応が効率よく起こる。

上記反応器において、前記貫通孔内を含み前記炭素系基板の表面に担体膜が成膜され、その担体膜に触媒成分が担持されていてもよい。

以上のように、炭素系基板の表面に担体膜が成膜されているから、触媒成分を担体に担持することができ、貫通孔の体積に比較して多くの触媒を貫通孔の壁面に担持することができる。

上記反応器において、前記複数の貫通孔は前記基板の厚さ方向に沿って互いに平行且つ途中で屈曲しないように直進した形状に形成されていてもよい。

また本発明の他の反応器は、流体が流れる流路が設けられた炭素系基板と、前記炭素系基板を加熱するために前記炭素系基板に電圧を印加する電圧印加手段と、を有することを特徴とする。

したがって、炭素系基板は電気的発熱抵抗体として機能するので、炭素系基板が電気により自己発熱する。そして、自己発熱する炭素系基板に反応物が直接接するので、反応物が炭素系基板の熱により効率よく反応する。

本発明の流路構造は、炭素系基板を有し、複数の貫通孔が前記炭素系基板の一方の面から他方の面に貫通し、前記炭素系基板が電気により発熱することを特徴とする。

以上のように、炭素系基板は電気的発熱抵抗体として機能するので、炭素系基板が電気により自己発熱する。そして、自己発熱する炭素系基板に反応物が直接接するので、反応物が炭素系基板の熱により効率よく反応する。

上記流路構造において、前記貫通孔内を含み前記炭素系基板の表層に触媒成分が担持されていてもよい。

以上のように、炭素系基板は表面を陽極酸化すると多孔質になるから、炭素系基板の表層に多くの触媒成分を担持することができる。そのため、貫通孔の体積に比較して多くの触媒を貫通孔の壁面に担持することができる。

上記流路構造において、前記貫通孔内を含み前記炭素系基板の表面に担体膜が成膜され、その担体膜に触媒成分が担持されていてもよい。

以上のように、炭素系基板の表面に担体膜が成膜されているから、触媒成分を担体に担持することができ、貫通孔の体積に比較して多くの触媒を貫通孔の壁面に担持することができる。

本発明によれば、自己発熱する炭素系基板の熱により効率よく反応し、更には、炭素系基板の発熱量を効率よく反応物の反応に用いることができる。そのため、反応物を均等に反応することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

〔第１の実施の形態〕
図１は、発電装置１を示した図面である。
この発電装置１は、デスクトップ型パーソナルコンピュータ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、家庭用電気機器、その他の電子機器に備え付けられたものであり、電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。

発電装置１は、発電の源となる燃料を貯留した燃料容器２と、燃料容器２から供給された燃料を気化させるマイクロリアクタで構成される気化器３と、燃料容器２から燃料を吸引するとともに吸引した燃料を気化器３に供給する燃料ポンプ４と、気化器３から供給された燃料の混合気を水素に改質するマイクロリアクタで構成される改質器５と、改質器５から供給された混合気から一酸化炭素を除去するマイクロリアクタで構成される一酸化炭素除去器６と、一酸化炭素除去器６から供給された混合気のうち水素と外気の酸素との電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池７と、外気の空気を吸引するとともに吸引した空気を一酸化炭素除去器６及び燃料電池７に供給する空気ポンプ８と、を備える。ここで、本発明の反応器は、気化器３、改質器５及び一酸化炭素除去器６に適用されている。

気化器３、燃料ポンプ４、改質器５、一酸化炭素除去器６、燃料電池７及び空気ポンプ８は、電子機器本体に搭載されている。それに対し、燃料容器２は電子機器本体に対して着脱可能に設けられており、電子機器本体に対して燃料容器２が装着された場合に燃料容器２内の燃料が燃料ポンプ４によって気化器３に送られる。

燃料容器２に貯留された燃料は、液状の化学燃料と水との混合液であり、化学燃料としてはメタノール、エタノール等のアルコール類やガソリンといった水素元素を含む化合物が適用可能である。本実施形態では、燃料としてメタノールと水の混合液を用いている。

燃料電池７は、触媒微粒子及び担体微粒子からなるガス拡散層としての燃料極と、触媒微粒子及び担体微粒子からなるガス拡散層としての空気極と、燃料極と空気極との間に挟持された水素イオン伝導性の固体高分子電解質膜と、を具備する。空気極は管等を介して空気ポンプ８に通じており、空気極に空気が供給される。

図２は、気化器３、改質器５及び一酸化炭素除去器６の斜視図であり、図３は、図２の面III−IIIに沿う断面図である。

図２、図３に示すように、気化器３は、内部空間を形成した容器である反応器本体３０１と、反応器本体３０１内に収納された流路構造３０２と、を備える。

反応器本体３０１は、内部空間を有した直方体又は立方体の箱状に設けられている。反応器本体３０１は、ガラス、セラミック又は金属といった比較的熱伝導率が低い断熱材で形成されている。また、反応器本体３０１には、内部空間から反応器本体３０１外にまで通じる流入管３０３及び流出管３０４が設けられている。流入管３０３は反応器本体３０１のうち流出管３０４と相対する位置に設けられており、この実施形態では流入管３０３が反応器本体３０１の上壁に設けられており、流出管３０４が反応器本体３０１の下壁に設けられている。流入管３０３は燃料ポンプ４に通じ、流出管３０４は後述する改質器５の流入管５０３に通じている。

流路構造３０２は、導電性黒鉛または多孔質の活性炭のいずれか含む炭素系基板３０５を基本構成として有している。炭素系基板３０５は適度な抵抗率の導電性を有し、電流・電圧が炭素系基板３０５に印加されることによって炭素系基板３０５が発熱する電気発熱抵抗体でもある。炭素系基板３０５は、貫通孔３０６を流れる流体に含まれる物質に対して反応性に乏しく、また熱伝導率が極めて高いので基板全面に均等な温度にしやすく、また熱膨張率が低いので加熱しても触媒が剥がれにくいといった効果をもたらす。炭素系基板３０５の厚さは、炭素系基板３０５の面方向の長さ、幅よりも短い。

この炭素系基板３０５には、この炭素系基板３０５の一方の面から他方の面にまで貫通した流路となる複数の貫通孔３０６，３０６，…が炭素系基板３０５の厚さ方向に沿って互いに平行且つ途中で屈曲しないように直進した形状に形成されている。図４には炭素系基板３０５の一部の平面図が示されているが、貫通孔３０６，３０６，…は横断面が六角形状の穴であり、これら貫通孔３０６，３０６，…がハニカム状に配列されている。なお、貫通孔３０６，３０６，…が六角形状に形成されている必要はなく、三角形、四角形、それ以上の多角形状、円形状、楕円形状に形成されていても良い。また、炭素系基板３０５を平面視した場合に、貫通孔３０６，３０６，…がハニカム状に配列されている必要はなく、二次元アレイ状（例えば、マトリクス状）に配列されていれば良い。
なお、炭素系基板３０５の一部表面に、燃料の反応に関与しない金属酸化物膜が保護膜として成膜されていても良い。

この炭素系基板３０５が反応器本体３０１に収納されており、炭素系基板３０５は上支持部３１２によって反応器本体３０１の上壁から離れた状態に支持されているとともに下支持部３１３によって反応器本体３０１の下壁から離れた状態に支持されている。反応器本体３０１の内部空間が、この炭素系基板３０５によって、流入管３０３側の領域３１０と流出管３０４側の領域３１１とに区切られている。そして、炭素系基板３０５の一方の面が反応器本体３０１の上壁に対向し、炭素系基板３０５の他方の面が反応器本体３０１の下壁に対向し、流入管３０３側の領域３１０が貫通孔３０６，３０６，…によって流出管３０４側の領域３１１に通じている。従って、貫通孔３０６，３０６，…が流入管３０３側の領域から流出管３０４側の領域までの流路となっている。

また、図２に示すように、炭素系基板３０５の４辺のうち向かい合う２辺が反応器本体３０１外に延出している。延出した２辺の間に電圧が電圧印加手段によって印加され、炭素系基板３０５が電気により発熱するようになっている。なお、炭素系基板３０５が反応器本体３０１を貫通している部分において、炭素系基板３０５と反応器本体３０１との間の界面は密閉されている。
なお、炭素系基板３０５の表面に金属酸化物膜が成膜されている場合には、反応器本体３０１外ではその金属酸化物膜が剥離され、炭素系基板３０５の表面が露出していることが好ましい。

図２、図３に示すように、改質器５も、気化器３と同様に、内部空間を形成した反応器本体５０１と、反応器本体５０１内に収納された流路構造５０２と、を備える。また、図２、図３では、改質器５において、例えば反応器本体５０１が反応器本体３０１と実質的に同じであるというように、気化器３の何れかの部分に対応する部分に対して下二桁が共通する５００代の符号を付し、気化器３の何れかの部分に対応する改質器５の各部についての説明は省略し、改質器５と気化器３との互いに異なる部分について説明する。

改質器５においては、流入管５０３が気化器３の流出管３０４に通じており、流出管５０４が一酸化炭素除去器６の流入管６０３に通じている。

また、この改質器５においては、炭素系基板５０５は、表層全体が多孔質膜となっており、この多孔質膜に触媒５１６が担持されている。このため貫通孔５０６，５０６，…内でも炭素系基板５０５の表層に触媒５１６が形成されている。触媒５１６は、炭素系基板５０５の表層を担体としてその表層に触媒成分を担持したものである。この改質器５においては、触媒成分としてＣｕ／ＺｎＯ系触媒が炭素系基板５０５の表層に担持されている。
なお、触媒５１６が炭素系基板５０５の表層を担体としたものでなくても良い。つまり、触媒５１６は、炭素系基板５０５の表面に担体として成膜された多孔質金属酸化物膜（例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化チタン、酸化セリウム）に触媒成分を担持させたものでも良い。ここで、多孔質金属酸化物は、燃料の反応（後述する化学反応式（１））に関与しない金属酸化物であっても良いし、燃料の反応に有効となる金属酸化物であっても良い。なお、炭素系基板５０５の厚さは、炭素系基板５０５の面方向の長さ、幅よりも短い。複数の貫通孔５０６，５０６，…が炭素系基板５０５の厚さ方向に沿って互いに平行且つ途中で屈曲しないように直進した形状に形成されている。

図２、図３に示すように、一酸化炭素除去器６も、気化器３と同様に、内部空間を形成した反応器本体６０１と、反応器本体６０１内に収納された流路構造６０２と、を備える。また、図２、図３では、一酸化炭素除去器６において、例えば反応器本体６０１が反応器本体３０１と実質的に同じであるというように、気化器３の何れかの部分に対応する部分に対して下二桁が共通する６００代の符号を付し、気化器３の何れかの部分に対応する一酸化炭素除去器６の各部についての説明は省略し、一酸化炭素除去器６と気化器３との互いに異なる部分について説明する。

一酸化炭素除去器６においては、反応器本体６０１には流入管６０３、流出管６０４に加えて空気管６１７が設けられている。空気管６１７は、反応器本体６０１の内部空間のうち流入管６０３側の領域６１０に臨んでいる。更に、この空気管６１７は、空気ポンプ８に通じている。また、流入管６０３が改質器５の流出管５０４に通じており、流出管６０４が燃料電池７の燃料極に通じている。

また、この一酸化炭素除去器６においては、炭素系基板６０５の多孔質の表層全体（貫通孔６０６，６０６，…内の表層も含む）に触媒６１６が形成されている。触媒６１６は、一酸化炭素の酸化反応用の触媒であり、炭素系基板６０５の表層にある多孔質膜を担体としてその多孔質膜に触媒成分を担持したものである。この一酸化炭素除去器６においては、触媒成分としてＰｔ系触媒が炭素系基板６０５の多孔質膜に担持されている。
なお、触媒６１６が炭素系基板６０５の表層を担体としたものでなくても良い。つまり、触媒６１６が、炭素系基板６０５の表面に担体として成膜された多孔質金属酸化物（例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化チタン、酸化セリウム）に触媒成分を担持させたものでも良い。ここで、多孔質金属酸化物は、一酸化炭素の酸化に関与しない金属酸化物であっても良いし、燃料の酸化に有効となる金属酸化物であっても良い。また、触媒６１６が多孔質金属酸化物膜を担体とする場合には、反応器本体６０１外ではその金属酸化物膜が剥離され、炭素系基板６０５の表面が露出していることが好ましい。炭素系基板６０５の厚さは、炭素系基板６０５の面方向の長さ、幅よりも短い。複数の貫通孔６０６，６０６，…が炭素系基板６０５の厚さ方向に沿って互いに平行且つ途中で屈曲しないように直進した形状に形成されている。

気化器３、改質器５及び一酸化炭素除去器６の製造方法について説明する。
まず、表層が多孔質で発熱抵抗体として機能する程度の導電性及び高抵抗性を示す平板状の炭素系基板３０５，５０５，６０５を準備し、炭素系基板３０５，５０５，６０５に対して金属マスクを形成し、金属マスクを施した状態の炭素系基板３０５，５０５，６０５にエッチングを施す。これにより、炭素系基板３０５，５０５，６０５のそれぞれに貫通孔３０６，５０６，６０６が複数形成される。なお、炭素系基板３０５，５０５，６０５の表面に対して部分的に微小粒子を吹き付けること（サンドブラスト法）によって、炭素系基板３０５，５０５，６０５に貫通孔３０６，５０６，６０６を複数形成しても良い。

次に、炭素系基板５０５，６０５の多孔質の表層（貫通孔５０６，６０６内の多孔質の表層も含む。）に触媒成分を担持することによって、触媒５１６，６１６が形成される。ここで、炭素系基板５０５，６０５の表層に触媒成分を担持させる方法としては、含浸法であっても良いし、ディップ法（触媒スラリー液を炭素系基板５０５，６０５に塗布すること）であっても良い。
なお、炭素系基板５０５，６０５の表層を担体としない場合には、ゾルゲル法、ディップコーティング法等により炭素系基板５０５，６０５の表面（貫通孔５０６，６０６内の表面も含む。）に多孔質金属酸化物膜を成膜し（コーティングし）、その多孔質金属酸化物膜に触媒成分を担持することによって、触媒５１６，６１６が形成される。

次に、炭素系基板３０５，５０５，６０５を反応器本体３０１，５０１，６０１に収納し、炭素系基板３０５，５０５，６０５によって反応器本体３０１，５０１，６０１の内部空間を流入管３０３，５０３，６０３側の領域３１０，５１０，６１０と流出管３０４，５０４，６０４側の領域３１１，５１１，６１１とに区切る。ここで、貫通孔３０６，５０６，６０６によって流入管３０３，５０３，６０３側の領域３１０，５１０，６１０が流出管３０４，５０４，６０４側の領域３１１，５１１，６１１に通じるようにし、炭素系基板３０５，５０５，６０５の向かい合う２辺を反応器本体３０１，５０１，６０１から外に延出させる。

発電装置１の作用について説明する。
炭素系基板３０５，５０５，６０５に電圧・電流が電圧印加手段によって印加されると、炭素系基板３０５，５０５，６０５が発熱し、更には触媒５１６，６１６が加熱される。

燃料ポンプ４が作動すると、燃料が燃料容器２から気化器３の反応器本体３０１内に供給され、空気ポンプ８が作動すると、空気が外部から一酸化炭素除去器６の空気管６１７を通じて反応器本体６０１内の領域６１０に供給される。

気化器３においては、燃料が貫通孔３０６，３０６，…を反応器本体３０１内の領域３１０から領域３１１に向かって流れる。燃料が貫通孔３０６，３０６，…を流動している時に、燃料が炭素系基板３０５，３０５，…の表面に接するので、燃料が加熱されて気化する。ここで、炭素系基板３０５に多数の貫通孔３０６，３０６，…が形成されているため、炭素系基板３０５の表面積が大きく、燃料と炭素系基板３０５との接触面積が大きいので、燃料がより気化しやすい。

気化した燃料（メタノールと水との混合気）は流出管３０４及び流入管５０３を通って改質器５の反応器本体５０１内に供給される。改質器５においては、燃料が貫通孔５０６，５０６，…を反応器本体５０１内の領域５１０から領域５１１に向かって流れる。反応器本体５０１内においては、燃料が触媒５１６に接触して加熱されるので、燃料から水素及び二酸化炭素が生成される。具体的には、化学反応式（１）のように、メタノールと水蒸気が反応して二酸化炭素と水素が生成される。
ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂＋ＣＯ₂ … （１）

また、反応器本体５０１内では、メタノールと水蒸気が完全に二酸化炭素及び水素に改質されない場合もあり、この場合、化学反応式（２）のように、メタノールと水蒸気が反応して二酸化炭素及び一酸化炭素が生成される。
２ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→５Ｈ₂＋ＣＯ＋ＣＯ₂ … （２）

改質器５で生成された一酸化炭素、二酸化炭素及び水素等の混合気は流出管５０４及び流入管６０３を通って一酸化炭素除去器６の反応器本体６０１内に供給される。また、外部の空気が空気管６１７を通って反応器本体６０１内に供給される。そして、反応器本体６０１内の領域６１０に供給された混合気が貫通孔６０６，６０６，…を反応器本体６０１内の領域６１０から領域６１１に向かって流れる。反応器本体６０１内では、改質器５から供給された混合気に含まれる一酸化炭素が選択的に酸化されて混合気中から一酸化炭素が除去される。具体的には、化学反応式（３）のように、改質器５から供給された混合気の中から特異的に選択された一酸化炭素と、空気中の酸素とが反応して二酸化炭素が生成される。
２ＣＯ＋Ｏ₂→２ＣＯ₂ … （３）

そして、反応器本体６０１内から混合気が流出管６０４を通って燃料電池７の燃料極に供給される。燃料電池７の燃料極では、電気化学反応式（４）に示すように、供給された混合気のうち水素ガスが燃料極の触媒微粒子の作用を受けて水素イオンと電子とに分離される。水素イオンは固体高分子電解質膜を通じて空気極に伝導し、電子は燃料極により取り出される。
Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- … （４）
燃料電池７の燃料極に供給された混合気のうち、電気化学反応に寄与しない生成物（二酸化炭素等）は、外部に排出される。

燃料電池７の空気極には、空気が供給され、電気化学反応式（５）に示すように、空気中の酸素と、固体高分子電解質膜を通過した水素イオンと、燃料極により取り出された電子とが反応して水が生成物として生成される。
２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ … （５）
燃料電池７の空気極に供給された空気のうち電気化学反応に寄与しないガス（窒素等）と、生成水は、外部に排出される。

この発電装置１では、燃料電池７において上記（４）、（５）に示す電気化学反応が起こることにより電気エネルギーが生成される。生成された電気エネルギーは電子機器本体、燃料ポンプ４の作動に用いられる。

以上のように、本実施の形態によれば、触媒成分を担持させる担体に導電性の炭素系基板３０５，５０５，６０５を用いたので、炭素系基板３０５，５０５，６０５が電流・電圧により自己発熱する。そのため、別途ヒータ、電熱膜等を反応器本体３０１，５０１，６０１内に設けなくても済み、気化器３、改質器５、一酸化炭素除去器６の構造を簡略化することができる。

また、自己発熱する炭素系基板３０５，５０５，６０５に燃料が直接接するので、基板表面での温度を均一にすることができ、燃料の反応を効率よく且つムラなく起こすことができる。

また、複数の貫通孔３０６，５０６，６０６が炭素系基板３０５，５０５，６０５を貫通しているから、貫通孔３０６，５０６，６０６を流れる燃料における圧力損失が小さくなる。特に、貫通孔３０６，５０６，６０６が折れ曲がっていないので、圧力損失を小さくすることができる。

また、複数の貫通孔５０６，６０６が炭素系基板５０５，６０５に形成されているので、貫通孔５０６，６０６それぞれの総体積に比較して多くの触媒成分を貫通孔５０６，６０６の壁面に担持することができる。そのため、燃料と触媒５１６，６１６との接触面積が大きくなり、触媒５１６，６１６による反応物の反応が更に効率よく起こる。更には、触媒成分の担持量が多くなっても、貫通孔５０６，６０６における圧力損失を抑えることができる。

また、貫通孔３０６，５０６，６０６の断面積が小さくなるにつれて、炭素系基板３０５，５０５，６０５を貫通する貫通孔３０６，５０６，６０６の数を増やせば、反応器本体３０１，５０１，６０１の貫通孔３０６，５０６，６０６内の壁面積が増えることが可能になるので、燃料の反応が効率よく起こり、更に、貫通孔３０６，５０６，６０６の数が増えれば、流動する反応物の量を多くすることができる。

〔第２の実施の形態〕
第１の実施の形態では、流路構造３０２，５０２，６０２が別々の反応器本体３０１，５０１，６０１内に収納されているが、第２の実施の形態では、図５、図６に示すように、流路構造３０２，５０２，６０２が同一の反応器本体２１内に収納されている。ここで、図５は、気化器、改質器及び一酸化炭素除去器を一体化した反応器２０の斜視図であり、図６は、図５の面VI−VIに沿う断面図である。なお、図５、図６に示された反応器２０は、図１に示された気化器３、改質器５及び一酸化炭素除去器６の全体に置きかえて、発電装置１に用いられる。

反応器本体２１は内部空間を形成したものである。反応器本体２１には、内部空間から反応器本体２１外にまで通じる流入管２２、流出管２３及び空気管２４が設けられている。流入管２２は反応器本体２１の上壁に設けられており、流出管２３は流入管２２と相対する下壁に設けられており、空気管２４は反応器本体２１の側壁に設けられている。流入管２２は燃料ポンプ４に通じ、流出管２３は燃料電池７の燃料極に通じ、空気管２４は空気ポンプ８に通じている。

図５、図６に示される流路構造３０２，５０２，６０２は、それぞれ第１の実施の形態の場合と同じである。図５、図６では、第１の実施の形態の流路構造３０２，５０２，６０２の何れかの部分に対応する部分に対して同一の符号を付し、図５、図６に示された流路構造３０２，５０２，６０２の各部についての説明は省略する。

反応器本体２１内では、流入管２２から流出管２３に向かって流路構造３０２の炭素系基板３０５、流路構造５０２の炭素系基板５０５、流路構造６０２の炭素系基板６０５の順に配列されている。そして、炭素系基板３０５の一方の面が流入管２２に相対し、炭素系基板６０５の他方の面が流出管２３に相対し、炭素系基板３０５，５０５，６０５が互いに平行となって対向している。そして、炭素系基板３０５は、反応器本体２１内の内部空間を流入管２２側の領域２５と、炭素系基板３０５と炭素系基板５０５との間の領域２６とに区切っており、炭素系基板５０５は、反応器本体２１内の内部空間を領域２６と、炭素系基板５０５と炭素系基板６０５との間の領域２７とに区切っており、炭素系基板６０５は、反応器本体２１内の内部空間を領域２７と、流出管２３側の領域２８とに区切っている。ここで、炭素系基板５０５と炭素系基板６０５との間の領域２７には、空気管２４が臨んでいる。

炭素系基板３０５，５０５，６０５の４辺のうち向かい合う２辺が反応器本体２１外に延出している。延出した２辺の間に電圧が電圧印加手段によって印加され、炭素系基板３０５，５０５，６０５が電気により発熱するようになっている。

この反応器２０においては、炭素系基板３０５，５０５，６０５が発熱した状態で、燃料ポンプ４の作動により、燃料が流入管２２から反応器本体２１内に供給される。燃料が領域２５から領域２６に向かって貫通孔３０６，３０６，…を流動している際には、加熱されて気化する。気化した燃料が領域２６から領域２７に向かって貫通孔５０６，５０６，…を流動している際には、燃料から水素及び二酸化炭素等が生成される。生成された混合気が領域２７から領域２８に向かって貫通孔６０６，６０６，…を流動している際には、一酸化炭素が混合気から酸化により除去される。

本実施の形態においても、複数の貫通孔３０６，５０６，６０６が炭素系基板３０５，５０５，６０５を貫通しているから、貫通孔３０６，５０６，６０６を流れる燃料における圧力損失が小さくなる。特に、貫通孔３０６，５０６，６０６が折れ曲がっていないので、圧力損失を小さくすることができる。また、炭素系基板３０５，５０５，６０５が電流・電圧により自己発熱するため、別途ヒータ、電熱膜等を反応器本体３０１，５０１，６０１内に設けなくても済み、気化器３、改質器５、一酸化炭素除去器６の構造を簡略化することができる。また、自己発熱する炭素系基板３０５，５０５，６０５に燃料が直接接するので、燃料の反応が効率よく起こり、更には、炭素系基板３０５，５０５，６０５の発熱量を効率よく反燃料の反応に用いることができる。

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。

また、気化器３、反応器２０に液体の燃料を供給する機構が燃料ポンプ４であったが、インクジェットプリンタのヘッド（液滴吐出ヘッド）によって気化器３、反応器２０に燃料を液滴として供給しても良い。例えば、反応器本体２１，３０１の上壁内面に複数の液滴吐出ヘッドを貫通孔３０６，３０６，…に対向するように配列させ、液滴吐出ヘッドによって貫通孔３０６に向けて燃料を液滴として噴出することにより燃料を供給しても良い。
なお、上記実施形態では、炭素系基板の製法については詳述しなかったが、マイクロリアクタとしての温度で溶融等の変質を生じないバインダに活性炭粉末及び黒鉛の少なくとも一方を混合して焼結させてもよい。

発電装置１のブロック図である。 気化器３、改質器５、一酸化炭素除去器６の斜視図である。 図２の面III−IIIに沿った断面図である。 炭素系基板３０５の平面図である。 反応器２０の斜視図である。 図５の面VII−VIIに沿った断面図である。

符号の説明

３、１３ 気化器（反応器）
５、１５ 改質器（反応器）
６、１６ 一酸化炭素除去器（反応器）
２０ 反応器
２１、３０１、５０１、６０１ 反応器本体
３０２、５０２、６０２ 流路構造
３０５、５０５、６０５ 炭素系基板
３０６、５０６、６０６、 貫通孔
５１６、６１６ 触媒

Claims (9)

1. 内部空間を形成した反応器本体と、
   前記反応器本体内の空間を二つの領域に区切る炭素系基板と、を有し、
   前記炭素系基板を貫通した複数の貫通孔が前記反応器本体内の一方の領域から他方の領域に通じ、前記炭素系基板が電気により発熱することを特徴とする反応器。
2. 前記貫通孔内を含み前記炭素系基板の表層に触媒成分が担持されていることを特徴とする請求項１に記載の反応器。
3. 前記貫通孔内を含み前記炭素系基板の表面に担体膜が成膜され、その担体膜に触媒成分が担持されていることを特徴とする請求項１に記載の反応器。
4. 前記複数の貫通孔は前記基板の厚さ方向に沿って互いに平行且つ途中で屈曲しないように直進した形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の反応器。
5. 流体が流れる流路が設けられた炭素系基板と、
   前記炭素系基板を加熱するために前記炭素系基板に電圧を印加する電圧印加手段と、を有することを特徴とする反応器。
6. 炭素系基板を有し、複数の貫通孔が前記炭素系基板の一方の面から他方の面に貫通し、前記炭素系基板が電気により発熱することを特徴とする流路構造。
7. 前記貫通孔内を含み前記炭素系基板の表層に触媒成分が担持されていることを特徴とする請求項６に記載の流路構造。
8. 前記貫通孔内を含み前記炭素系基板の表面に担体膜が成膜され、その担体膜に触媒成分が担持されていることを特徴とする請求項６に記載の流路構造。
9. 前記複数の貫通孔は前記基板の厚さ方向に沿って互いに平行且つ途中で屈曲しないように直進した形状に形成されていることを特徴とする請求項６〜請求項８の何れか一項に記載の流路構造。

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