JP2006000771A - Reactor, operating method for reactor, fuel cell and electronic device - Google Patents

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雄一 高井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reactor that can carry out a chemical reaction according to a required amount of a product without changing reaction conditions of reactant fluids and give the product without lowering reaction efficiency relating to heating energy, and a method for efficiently operating the reactor. <P>SOLUTION: The reactor is equipped with two or more small channels and chemical reaction is controlled in each channel, and thus the required amount of a product and an energy input for heating can be controlled by the number of the channels to be used. Consequently, reaction can be carried out without lowering the reaction efficiency relating to the heating energy even when a small amount of the product is required. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、反応装置に関するものであり、また、その反応装置の運転方法、その反応装置を備えた燃料電池及び電子機器に関するものである。   The present invention relates to a reaction apparatus, and also relates to a method for operating the reaction apparatus, a fuel cell including the reaction apparatus, and an electronic apparatus.

燃料電池は、水素やメタノール等の燃料気体と酸素等の酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより発電を行う発電素子である。燃料電池は、発電により生成される生成物が水であることから環境を汚染することがない発電素子として注目されている。また、2次電池などと比べ、長寿命であることや、エネルギー密度が高いという特徴を有しており、例えば、携帯電子機器を駆動するために駆動電源への使用が試みられている。   A fuel cell is a power generation element that generates power by electrochemically reacting a fuel gas such as hydrogen or methanol with an oxidant gas such as oxygen. The fuel cell is attracting attention as a power generation element that does not pollute the environment because the product generated by power generation is water. In addition, it has a feature that it has a long life and a high energy density compared to a secondary battery or the like. For example, it is attempted to be used as a driving power source to drive a portable electronic device.

ところで、半導体プロセス等を応用してシリコンウェハ上にマイクロリアクタと称される化学反応用装置を形成し、触媒を用いた化学反応により高い変動効率をもって水素を生成することが可能であり、改質器の小型化に適している。   By the way, it is possible to form a chemical reaction device called a microreactor on a silicon wafer by applying a semiconductor process, etc., and to generate hydrogen with high fluctuation efficiency by a chemical reaction using a catalyst. Suitable for downsizing.

そこで、小型改質器として、例えば、連続的に形成され、第1の流体物質を第2の流体物質に変換する反応流路を有し、この流路に熱量を供給する手段を備えた化学反応装置(例えば、特許文献1参照)や、改質原料を改質する室に改質原料を噴射する手段と改質原料を加熱して蒸発させるための手段と改質原料を改質する触媒とを備えた改質装置(例えば、特許文献2参照)がある。   Therefore, as a small reformer, for example, a chemical reactor having a reaction channel that is continuously formed and converts a first fluid substance into a second fluid substance, and means for supplying heat to the channel is provided. Reactor (see, for example, Patent Document 1), means for injecting reformed material into a chamber for reforming reformed material, means for heating and evaporating reformed material, and catalyst for reforming reformed material And a reformer (see, for example, Patent Document 2).

特開2003−299946号公報JP 2003-299946 A 特開2003−048701号公報JP 2003-048701 A

上記特許文献1の化学反応装置及び特許文献2の改質装置は、1つの基板上に1つの反応用流路を蛇行させた装置である。反応用流路を蛇行させることにより、基板上に長い流路を作ることができ、反応効率の向上を図っている。しかしながら、このような流路では、流路内での温度分布が大きくなり副反応を起こしやすいという問題が生じてしまう。また、基板の広範囲を加熱しなければならず、消費エネルギーも大きくなる。   The chemical reaction device of Patent Document 1 and the reforming device of Patent Document 2 are devices in which one reaction channel is meandered on one substrate. By meandering the reaction channel, a long channel can be formed on the substrate, thereby improving the reaction efficiency. However, in such a flow path, the temperature distribution in the flow path becomes large, causing a problem that side reactions are likely to occur. In addition, a wide area of the substrate must be heated, and energy consumption increases.

さらに、1つの反応流路で生成物の量をコントロールしようとすると、反応流路内の温度を高温且つ一定に保たなければならず、生成物の生成量が少なくてもよい場合、生成物の生成量に対して必要とする熱量が大きくなってしまうという問題点がある。   Furthermore, if it is attempted to control the amount of product in one reaction channel, the temperature in the reaction channel must be kept high and constant, and if the product amount may be small, the product However, there is a problem that the amount of heat required for the amount of the production becomes large.

そこで、上記のような従来の実情を鑑み、要求される生成物の量に応じて、流体の反応条件を変えることなく化学反応を行い、加熱のエネルギーに対する反応効率を低下させることなく生成物を供給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、その反応装置を使って効率的な反応を行うことができる反応装置の運転方法の提供を目的とする。さらに、上記反応装置を備えた燃料電池及び電子機器を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the conventional situation as described above, the chemical reaction is performed without changing the reaction conditions of the fluid according to the required amount of the product, and the product is reduced without reducing the reaction efficiency with respect to the energy of heating. It aims at providing the reactor which can be supplied. It is another object of the present invention to provide a method for operating a reactor that can perform an efficient reaction using the reactor. Furthermore, it aims at providing the fuel cell and electronic device provided with the said reaction apparatus.

本発明の反応装置は、流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路を並列に接続し、前記反応用流路毎に独立して化学反応させることを特徴とする。   The reaction apparatus of the present invention is characterized in that a plurality of fine reaction channels for chemically reacting fluids are connected in parallel, and a chemical reaction is independently performed for each of the reaction channels.

本発明の反応装置によれば、流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路を備え、それぞれの流路毎に独立して化学反応を行わせることができる。これにより、要求される反応生成物の量を流体の流路への供給量ではなく、反応用流路の数により調節することができる。そのため、各流路に供給される流体の量は常に一定となり、要求される反応生成物の量が変動しても、その度に反応条件を再検討する必要が無い。また、常に最適な反応条件で化学反応することができる。   According to the reaction apparatus of the present invention, a plurality of fine reaction channels for chemically reacting a fluid are provided, and a chemical reaction can be performed independently for each channel. As a result, the required amount of reaction product can be adjusted not by the amount of fluid supplied to the flow path but by the number of reaction flow paths. Therefore, the amount of fluid supplied to each flow path is always constant, and it is not necessary to reexamine the reaction conditions each time even if the required amount of reaction product varies. In addition, the chemical reaction can always be performed under optimum reaction conditions.

本発明の反応装置は、流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路と、前記反応用流路毎に設けられ複数の前記反応用流路をそれぞれ独立して加熱する加熱手段とを有し、複数の前記反応用流路を並列に接続し、前記反応用流路毎に独立して化学反応させることを特徴とする。   The reaction apparatus of the present invention has a plurality of fine reaction channels for chemically reacting a fluid, and a heating means provided for each of the reaction channels and independently heating the plurality of reaction channels. A plurality of the reaction flow paths are connected in parallel, and the chemical reaction is performed independently for each reaction flow path.

本発明の反応装置によれば、流体を化学反応させる複数の反応用流路は微細であるため、反応用流路に流入する流体の量も少ないため、流体の昇温時間及び降温時間を短くすることができる。これにより、起動や停止にかかる時間も短時間で行うことができる。さらに、流路内の温度は均一となり、副反応などによる反応効率の低下を防ぐことができる。   According to the reaction apparatus of the present invention, since the plurality of reaction flow paths for chemically reacting the fluid are fine, the amount of fluid flowing into the reaction flow path is small, so the temperature rise time and temperature drop time of the fluid are shortened. can do. Thereby, the time required for starting and stopping can also be performed in a short time. Furthermore, the temperature in the flow path becomes uniform, and a reduction in reaction efficiency due to side reactions or the like can be prevented.

また、複数の微細な反応用流路での化学反応を流路毎に制御することで、加熱に必要なエネルギーの調節も行うことができる。すなわち、要求される生成物の量が少量であっても、使用する反応用流路の数と加熱に必要なエネルギーとの調節することにより、加熱にかかる消費エネルギーに対する生成物の生成量を低下させることなく化学反応を行うことができる。さらに、反応用流路を微細にすることにより加熱する加熱手段も小さくすることができる。   Moreover, the energy required for heating can also be adjusted by controlling the chemical reaction in a plurality of fine reaction channels for each channel. In other words, even if the amount of product required is small, by adjusting the number of reaction flow channels used and the energy required for heating, the amount of product generated relative to the energy consumed for heating is reduced. The chemical reaction can be carried out without causing it. Furthermore, the heating means for heating can be reduced by making the reaction channel fine.

本発明の反応装置は、流体の化学反応を行う複数の微細な反応用流路と、複数の前記反応用流路毎に近接に形成され反応用流路を加熱する加熱用流路とを有し、複数の前記反応用流路を並列に接続し、前記反応用流路毎に独立して化学反応させることを特徴とする。   The reaction apparatus of the present invention has a plurality of fine reaction channels for performing chemical reactions of fluids, and a heating channel for heating the reaction channels formed in proximity to each of the plurality of reaction channels. A plurality of the reaction flow paths are connected in parallel, and the chemical reaction is performed independently for each reaction flow path.

本発明の反応装置によれば、加熱用流路を備えることにより、化学反応を行う反応用流路を加熱することができる。また、加熱用流路も微細な流路により形成することができるため、装置の小型化、薄型化を実現することができる。さらに、加熱用流路と反応用流路は、同時に作製することができるため、本発明の反応装置の製造工程数を少なくすることができる。   According to the reaction apparatus of the present invention, by providing the heating channel, the reaction channel for performing the chemical reaction can be heated. In addition, since the heating channel can be formed by a fine channel, the apparatus can be reduced in size and thickness. Furthermore, since the heating channel and the reaction channel can be manufactured at the same time, the number of manufacturing steps of the reaction apparatus of the present invention can be reduced.

本発明の反応装置の運転方法は、流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路を並列に接続された反応装置の運転方法であって、前記反応用流路に前記流体を流入させる工程と、前記反応用流路毎に独立して化学反応させる工程とを有することを特徴とする。   The operating method of the reaction apparatus of the present invention is an operating method of the reaction apparatus in which a plurality of fine reaction channels for chemically reacting a fluid are connected in parallel, and the step of causing the fluid to flow into the reaction channel And a step of causing a chemical reaction independently for each of the reaction flow paths.

本発明の反応装置の運転方法によれば、複数の反応用流路を流路毎に制御することによって反応生成物の必要量を流路の数により調節することが可能となる。これにより、各反応用流路の反応条件を変えずに反応生成物の生成量を調節することができ、反応効率の向上や副生成物の制御等も容易に行うことができる。このとき、それぞれの反応用流路の容積を変えることにより、必要とする生成物の生成量に応じて使用する流路を選択することができ、使用する流路の数も少なくすることができる。   According to the operation method of the reaction apparatus of the present invention, the required amount of reaction product can be adjusted by the number of flow paths by controlling a plurality of reaction flow paths for each flow path. Thereby, the production amount of the reaction product can be adjusted without changing the reaction conditions of each reaction channel, and the reaction efficiency can be improved and the by-product can be easily controlled. At this time, by changing the volume of each reaction channel, the channel to be used can be selected according to the amount of product required, and the number of channels to be used can be reduced. .

さらに、制御部や加熱手段を制御することにより、流体を流路に留めることができ、比較的長時間の反応においても十分に反応させることができ、反応効率を向上させることができる。また、長時間の反応においても、複数の流路からの生成物を、それぞれ時間をずらして排出するように制御することで、見かけ上の反応時間を短くすることもできる。さらに、流路内には反応生成物も留めておくように制御することもできる。これにより、必要とする生成物の量が急に増加しても直に対応することができる。また、流路に流体や反応生成物を留めておくことにより、流路を反応装置と接続される他の機器に対する貯蔵容器とすることもでき、その機器も制御することが可能となる。   Furthermore, by controlling the control unit and the heating means, the fluid can be retained in the flow path, and the reaction can be sufficiently performed even in a relatively long-time reaction, thereby improving the reaction efficiency. Even in a long-time reaction, the apparent reaction time can be shortened by controlling the products from the plurality of flow paths to be discharged at different times. Further, the reaction product can be controlled to remain in the flow path. Thereby, even if the quantity of the required product increases suddenly, it can respond immediately. In addition, by keeping fluid and reaction products in the flow path, the flow path can be used as a storage container for other equipment connected to the reaction apparatus, and the equipment can be controlled.

本発明の燃料電池は、流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路を並列に接続し、前記反応用流路毎に独立して化学反応させる反応装置と、前記反応装置における流体の化学反応により生成される生成物を使用して発電を行う発電部とを有していることを特徴とする。   A fuel cell according to the present invention includes a reaction apparatus in which a plurality of fine reaction flow paths for chemically reacting a fluid are connected in parallel and each of the reaction flow paths is independently subjected to a chemical reaction, and fluid chemistry in the reaction apparatus. And a power generation unit that generates power using a product generated by the reaction.

本発明の燃料電池によれば、反応装置が生成させる生成物の量を反応用流路の数によって調節することができる。したがって、必要とされる発電量に応じて反応装置から生成させる生成物の量を変化させることが容易であるとともに、各流路毎に反応が制御されているため、発電量に合わせて燃料を供給することができる。   According to the fuel cell of the present invention, the amount of product produced by the reaction apparatus can be adjusted by the number of reaction channels. Therefore, it is easy to change the amount of the product generated from the reactor according to the required power generation amount, and the reaction is controlled for each flow path. Can be supplied.

また、反応に必要なエネルギーも流路毎に調節することが可能となり、発電部の発電量に関わらず消費エネルギーに対する発電部の発電効率を低下することを防ぐことができる。また、反応装置は、流路内に生成物を貯蔵することもできるため、必要とされる発電量が急激に増加しても貯蔵してある生成物を供給することで対応することもできる。   Further, the energy required for the reaction can be adjusted for each flow path, and it is possible to prevent the power generation efficiency of the power generation unit with respect to the consumed energy from being reduced regardless of the power generation amount of the power generation unit. Moreover, since the reaction apparatus can also store a product in a flow path, even if the required electric power generation amount increases rapidly, it can respond by supplying the stored product.

本発明の電子機器は、流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路を並列に接続し、前記反応用流路毎に独立して化学反応させる反応装置と、前記反応装置における流体の化学反応により生成される生成物を使用して発電を行う発電部とを有し、前記発電部で発生した電力を受けて作動することを特徴とする。   An electronic apparatus according to the present invention includes a reaction device in which a plurality of fine reaction flow paths for chemically reacting a fluid are connected in parallel and each of the reaction flow paths is independently subjected to a chemical reaction, and fluid chemistry in the reaction device. And a power generation unit that generates power using a product generated by the reaction, and operates by receiving power generated by the power generation unit.

本発明の電子機器によれば、反応装置を備えることにより、生成物の生成量を流路の数によって効率的に調節することができる。すなわち、電子機器の必要とする電力量を流路の数によって調節することが可能となる。したがって、電子機器の必要とする電力量が異なるような操作を行っても安定して動かせる電子機器を提供することができる。また、使用していない流路に水素を貯蔵することも可能であるため、急激に電力を必要とする場合などにおいても、素早く対応することができる。   According to the electronic device of the present invention, by providing the reaction apparatus, the amount of product produced can be efficiently adjusted by the number of flow paths. That is, the amount of power required by the electronic device can be adjusted by the number of flow paths. Therefore, it is possible to provide an electronic device that can be moved stably even if an operation is performed in which the amount of electric power required by the electronic device is different. Further, since hydrogen can be stored in a flow path that is not used, it is possible to quickly cope with a case where power is rapidly required.

本発明の反応装置は、流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路を備え、それぞれの流路毎に独立して化学反応を行わせることができる。これにより、要求される反応生成物の量を流体の流路への供給量ではなく、反応用流路の数により調節することができる。そのため、各流路に供給される流体の量は常に一定となり、要求される反応生成物の量が変動しても、その度に反応条件を再検討する必要が無い。また、常に最適な反応条件で化学反応することができる。また、反応用流路に流入する流体の量も少ないため、流体の昇温時間及び降温時間を短くすることができる。これにより、起動や停止にかかる時間も短時間で行うことができる。   The reaction apparatus of the present invention includes a plurality of fine reaction flow paths for chemically reacting a fluid, and can perform a chemical reaction independently for each flow path. As a result, the required amount of reaction product can be adjusted not by the amount of fluid supplied to the flow path but by the number of reaction flow paths. Therefore, the amount of fluid supplied to each flow path is always constant, and it is not necessary to reexamine the reaction conditions each time even if the required amount of reaction product varies. In addition, the chemical reaction can always be performed under optimum reaction conditions. In addition, since the amount of fluid flowing into the reaction channel is small, the temperature rise time and temperature fall time of the fluid can be shortened. Thereby, the time required for starting and stopping can also be performed in a short time.

さらに、流路内の温度は均一となり、副反応などによる反応効率の低下を防ぐことができる。また、複数の微細な反応用流路での化学反応を流路毎に制御することで、加熱に必要なエネルギーの調節も行うことができる。すなわち、要求される生成物の量が少量であっても、使用する反応用流路の数と加熱に必要なエネルギーとを調節することにより、加熱にかかる消費エネルギーに対する生成物の生成量を低下させることなく化学反応を行うことができる。さらに、反応用流路を微細にすることにより加熱する加熱手段も小さくすることができる。また、加熱用流路を備えることにより、化学反応を行う反応用流路を加熱することができる。   Furthermore, the temperature in the flow path becomes uniform, and a reduction in reaction efficiency due to side reactions or the like can be prevented. Moreover, the energy required for heating can also be adjusted by controlling the chemical reaction in a plurality of fine reaction channels for each channel. That is, even if the amount of product required is small, by adjusting the number of reaction channels to be used and the energy required for heating, the amount of product generated relative to the energy consumed for heating is reduced. The chemical reaction can be carried out without causing it. Furthermore, the heating means for heating can be reduced by making the reaction channel fine. Further, by providing the heating channel, the reaction channel for performing a chemical reaction can be heated.

また、加熱用流路も微細な流路により形成することができるため、装置の小型化、薄型化を実現することができる。さらに、加熱用流路と反応用流路は、同時に作製することができるため、本発明の反応装置の製造工程数を少なくすることができる。また、本発明の反応装置を利用して形成される燃料電池及び電子機器は、必要とする電力量に合わせて柔軟に効率的に生成物を提供することが可能であり、安定した運転を行うことができる。   In addition, since the heating channel can be formed by a fine channel, the apparatus can be reduced in size and thickness. Furthermore, since the heating channel and the reaction channel can be manufactured at the same time, the number of manufacturing steps of the reaction apparatus of the present invention can be reduced. In addition, the fuel cell and the electronic device formed by using the reaction apparatus of the present invention can provide a product flexibly and efficiently according to the required amount of power, and perform stable operation. be able to.

本発明の反応装置の運転方法は、複数の反応用流路を流路毎に制御することによって反応生成物の必要量を流路の数により調節することが可能となる。これにより、各反応用流路の反応条件を変えずに反応生成物の生成量を調節することができ、反応効率の向上や副生成物の制御等も容易に行うことができる。このとき、それぞれの反応用流路の容積を変えることにより、必要とする生成物の生成量に応じて使用する流路を選択することができ、使用する流路の数も少なくすることができる。   In the operation method of the reaction apparatus of the present invention, the required amount of reaction product can be adjusted by the number of flow paths by controlling a plurality of reaction flow paths for each flow path. Thereby, the production amount of the reaction product can be adjusted without changing the reaction conditions of each reaction channel, and the reaction efficiency can be improved and the by-product can be easily controlled. At this time, by changing the volume of each reaction channel, the channel to be used can be selected according to the amount of product required, and the number of channels to be used can be reduced. .

さらに、制御部や加熱手段を制御することにより、流体を流路に留めることができ、比較的長時間の反応においても十分に反応させることができ、反応効率を向上させることができる。また、長時間の反応においても、複数の流路からの生成物を、それぞれ時間をずらして排出するように制御することで、見かけ上の反応時間を短くすることもできる。さらに、流路内には反応生成物も留めておくように制御することもできる。これにより、必要とする生成物の量が急に増加しても直に対応することができる。また、流路に流体や反応生成物を留めておくことにより、流路を反応装置と接続される他の機器に対する貯蔵容器とすることもでき、その機器も制御することが可能となる。   Furthermore, by controlling the control unit and the heating means, the fluid can be retained in the flow path, and the reaction can be sufficiently performed even in a relatively long-time reaction, thereby improving the reaction efficiency. Even in a long-time reaction, the apparent reaction time can be shortened by controlling the products from the plurality of flow paths to be discharged at different times. Further, the reaction product can be controlled to remain in the flow path. Thereby, even if the quantity of the required product increases suddenly, it can respond immediately. In addition, by keeping fluid and reaction products in the flow path, the flow path can be used as a storage container for other equipment connected to the reaction apparatus, and the equipment can be controlled.

以下、本発明の反応装置及びその反応装置の運転方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明においては、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。   Hereinafter, the reaction apparatus of the present invention and the operation method of the reaction apparatus will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the following description, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.

図1は、本発明の反応装置1の一例として反応装置の断面形状を示す斜視図である。本発明の反応装置1は、基板2に化学反応としてメタノールやエタノールといった燃料を改質する改質反応を行う複数の微細な改質流路300と、改質流路300毎に近接配置され発熱反応として燃料を燃焼させる燃焼反応を行う微細な燃焼流路310と、燃焼流路310での燃焼反応により発生した熱を改質流路300に伝達するための熱伝導板210とを有している。   FIG. 1 is a perspective view showing a cross-sectional shape of a reaction apparatus as an example of the reaction apparatus 1 of the present invention. The reaction apparatus 1 of the present invention includes a plurality of fine reforming channels 300 that perform a reforming reaction for reforming a fuel such as methanol or ethanol as a chemical reaction on the substrate 2, and are arranged close to each reforming channel 300 to generate heat. It has a fine combustion channel 310 for performing a combustion reaction for burning fuel as a reaction, and a heat conduction plate 210 for transmitting heat generated by the combustion reaction in the combustion channel 310 to the reforming channel 300. Yes.

また、改質流路300内には改質反応のための改質触媒220と流路内の燃料を加熱するヒータ240とを有し、燃焼流路310内には燃焼反応のための燃焼触媒230と流路内の燃料を加熱するヒータ240とを有している。そして、本発明の反応装置1には、各流路毎に燃料の流出入を制御することができる図示されていない制御部を有している。また、その燃料を供給する燃料供給装置を有していてもよい。   Further, the reforming passage 300 has a reforming catalyst 220 for the reforming reaction and a heater 240 for heating the fuel in the passage, and the combustion passage 310 has a combustion catalyst for the combustion reaction. 230 and a heater 240 for heating the fuel in the flow path. And the reaction apparatus 1 of this invention has the control part which is not shown in figure which can control the inflow and outflow of a fuel for every flow path. Moreover, you may have the fuel supply apparatus which supplies the fuel.

図1においては、3つの改質流路について説明しているが、改質流路の数は限定されるものではなく、要求される改質反応の生成物の生成量などにより適宜変更することができる。   In FIG. 1, three reforming channels are described, but the number of reforming channels is not limited, and may be changed as appropriate depending on the amount of product of the required reforming reaction. Can do.

改質流路300は、微細な略矩形状であり、基板2に複数形成されている。改質流路300は、燃焼反応を行う燃焼流路310を近接配置させ、燃焼流路310で発生する熱を改質流路300に伝えるために改質流路300と燃焼流路310との上面をつなぐように熱伝導板210が配置されている。また、改質流路300は、燃料の改質反応を行うために、燃料を改質流路300に流入させる改質流路供給口400と燃料の改質によって発生する水素や反応生成物等を排出する改質流路排出口410とを有している。   The reforming channel 300 has a fine, substantially rectangular shape, and a plurality of reforming channels 300 are formed on the substrate 2. The reforming channel 300 is arranged between the reforming channel 300 and the combustion channel 310 in order to dispose the combustion channel 310 that performs a combustion reaction in close proximity and to transfer heat generated in the combustion channel 310 to the reforming channel 300. A heat conducting plate 210 is arranged so as to connect the upper surfaces. In addition, the reforming channel 300 has a reforming channel supply port 400 through which fuel flows into the reforming channel 300 in order to perform a fuel reforming reaction, hydrogen generated by reforming the fuel, reaction products, and the like. And a reforming channel discharge port 410 for discharging the gas.

さらに、改質流路300の内部には、燃料を改質させるための改質触媒220と、改質反応を行うために改質流路300を加熱するヒータ240とを有している。また、ヒータ240や下記に説明する燃焼流路の燃焼反応の制御を行うことができるように流路内の温度を測定する温度測定装置などを流路内に設けてもよい。温度測定装置の例としては、抵抗体の温度特性を利用して温度検出を行う温度センサ等が挙げられる。   Further, inside the reforming channel 300, there are a reforming catalyst 220 for reforming the fuel and a heater 240 for heating the reforming channel 300 in order to perform a reforming reaction. Further, a temperature measuring device for measuring the temperature in the flow path may be provided in the flow path so that the combustion reaction of the heater 240 and the combustion flow path described below can be controlled. Examples of the temperature measuring device include a temperature sensor that performs temperature detection using the temperature characteristics of a resistor.

改質流路300では、改質流路供給口400から燃料を流路内に流入させて流路内で燃料と改質触媒220を接触させ、ヒータ240及び燃焼流路310での燃焼反応により加熱することにより改質反応を行うことができる。尚、本発明において微細とは、非常に細かいことを示すものであり、半導体製造プロセス(マイクロエレクトロメカニカルシステム技術、所謂MEMS技術)を利用して形成することができる。例えば、微細な流路とは非常に細かい流路のことを示し、MEMS技術により形成された流路のことを示す。   In the reforming channel 300, the fuel is introduced into the channel from the reforming channel supply port 400, the fuel and the reforming catalyst 220 are brought into contact with each other in the channel, and the combustion reaction in the heater 240 and the combustion channel 310 is performed. The reforming reaction can be performed by heating. In the present invention, “fine” means very fine and can be formed using a semiconductor manufacturing process (microelectromechanical system technology, so-called MEMS technology). For example, a fine flow path indicates a very fine flow path, and indicates a flow path formed by MEMS technology.

改質流路300は、微細な流路を形成することができるものであれば、特に限定するものではない。例えば、シリコンの板材を加工して微細な改質流路300を形成する場合、改質流路300は、酸化シリコンからなる膜で形成されていてもよい。また、改質流路300を形成する板材は、シリコンだけに限られるものではなく、流路を形成した際の材質が燃料及び改質反応により発生する水素等に対し耐性を有し、改質反応での熱に対し耐性を有する材質により形成されていれば特に限定されるものではない。例えば、改質流路300を形成する板材の材質としては、セラミックス等の材質でもよい。   The reforming channel 300 is not particularly limited as long as a fine channel can be formed. For example, when a fine modified flow path 300 is formed by processing a silicon plate material, the modified flow path 300 may be formed of a film made of silicon oxide. Further, the plate material forming the reforming channel 300 is not limited to silicon, and the material when the channel is formed is resistant to fuel and hydrogen generated by the reforming reaction. It is not particularly limited as long as it is made of a material having resistance to heat in the reaction. For example, the plate material forming the reforming channel 300 may be a material such as ceramics.

また、改質流路300の形状は、生成物の生成量により適宜変更され、基板2に設けられる改質流路300の全てが同じ形状でなくてもよい。例えば、流路の断面積や流路の長さを変えた流路を形成してもよい。   In addition, the shape of the reforming flow path 300 is appropriately changed depending on the amount of product generated, and not all of the reforming flow paths 300 provided on the substrate 2 may have the same shape. For example, you may form the flow path which changed the cross-sectional area of the flow path, or the length of the flow path.

燃焼流路310は、各改質流路300に近接配置されている。また、燃焼流路310の上面には、改質流路300の上面とつなぐように配置された熱伝導板210とを有している。燃焼流路310は、燃焼を行うために、燃料を燃焼流路310に流入させる燃焼流路供給口420と燃料の燃焼によって発生する生成物等を排出する燃焼流路排出口430とを有している。さらに、燃焼流路310は、燃料を燃焼させるための燃焼触媒230と、燃焼反応を行うために燃焼流路310を加熱するヒータ240とを有している。   The combustion channel 310 is disposed in proximity to each reforming channel 300. In addition, the upper surface of the combustion channel 310 has a heat conduction plate 210 disposed so as to be connected to the upper surface of the reforming channel 300. The combustion channel 310 has a combustion channel supply port 420 through which fuel flows into the combustion channel 310 and a combustion channel exhaust port 430 through which products generated by the combustion of the fuel are discharged in order to perform combustion. ing. Further, the combustion flow path 310 includes a combustion catalyst 230 for burning fuel and a heater 240 for heating the combustion flow path 310 to perform a combustion reaction.

燃焼流路310の内部には、燃焼流路供給口420から燃料を流路内に流入させて流路内で燃料と燃焼触媒230を接触させ、ヒータ240で加熱することにより燃焼反応を行うことができる。すなわち、この燃焼流路310は、下記で説明する熱伝導板210とともに、改質反応を行う改質流路300を加熱する、詳細には、改質流路300内の燃料を加熱する加熱手段として利用することができる。   Inside the combustion channel 310, the fuel is caused to flow into the channel from the combustion channel supply port 420, the fuel and the combustion catalyst 230 are brought into contact with each other in the channel, and the combustion reaction is performed by heating with the heater 240. Can do. That is, the combustion flow path 310 heats the reforming flow path 300 that performs the reforming reaction together with the heat conduction plate 210 described below, and more specifically, heating means for heating the fuel in the reforming flow path 300. Can be used as

また、ヒータ240の制御を行うことができるように流路内の温度を測定する温度測定装置などを流路内に設けてもよい。温度測定装置の例としては、抵抗体の温度特性を利用して温度検出を行う温度センサ等が挙げられる。この燃焼流路310も改質流路300と同様に、MEMS技術を利用して形成することができる。   Further, a temperature measuring device or the like for measuring the temperature in the flow path may be provided in the flow path so that the heater 240 can be controlled. Examples of the temperature measuring device include a temperature sensor that performs temperature detection using the temperature characteristics of a resistor. Similarly to the reforming flow path 300, the combustion flow path 310 can also be formed using MEMS technology.

燃焼流路310の材質も燃焼流路300と同様に特に限定されるものではなく、適宜変更される。また、燃焼流路310の形状は、特に限定されるものではなく、改質流路300の形状や発熱量等により適宜変更することができる。また、基板2に設けられる燃焼流路310の全てが同じ形状でなくてもよい。さらに、改質流路300での改質反応がヒータ240のみの加熱により進行する場合、燃焼流路310は設けなくてもよい。そして、燃焼流路310での燃焼反応がヒータ240による加熱を必要としない場合、ヒータ240を設けなくてもよい。   The material of the combustion channel 310 is not particularly limited as in the case of the combustion channel 300, and can be changed as appropriate. Further, the shape of the combustion channel 310 is not particularly limited, and can be appropriately changed depending on the shape of the reforming channel 300, the heat generation amount, and the like. Further, not all of the combustion flow paths 310 provided in the substrate 2 may have the same shape. Furthermore, when the reforming reaction in the reforming channel 300 proceeds by heating only the heater 240, the combustion channel 310 may not be provided. If the combustion reaction in the combustion channel 310 does not require heating by the heater 240, the heater 240 may not be provided.

熱伝導板210は、その形状を板状とし微細な改質流路300と微細な燃焼流路310の上面をつなぐように配置されている。そして、熱伝導板210は、燃焼流路310での燃焼反応により発生した熱を改質流路300に伝えることができる。熱伝導板210の周囲は、略真空とすることにより断熱空間となり、燃焼流路310で発生した熱を効率的に改質流路300に伝えることができる。   The heat conducting plate 210 has a plate shape and is disposed so as to connect the upper surface of the fine reforming flow path 300 and the fine combustion flow path 310. The heat conduction plate 210 can transmit heat generated by the combustion reaction in the combustion channel 310 to the reforming channel 300. The heat conduction plate 210 is surrounded by a substantially vacuum to form a heat insulating space, and the heat generated in the combustion channel 310 can be efficiently transmitted to the reforming channel 300.

熱伝導板210は、燃焼流路310とともに改質反応を行う改質流路300内の燃料を加熱する加熱手段として利用することができる。この熱伝導板210もまたMEMS技術を利用して形成することができ、この加工方法により材質が適宜変更される。例えば、シリコンの板材を加工して熱伝導板210を形成する場合、熱伝導板210となる部分にボロン(ホウ素)を拡散させることで熱伝導板210を加工してもよい。また、銅、アルミニウム、ニッケル、金、銀、白金等の良熱伝導性材料で形成される金属膜を熱伝導板210として利用してもよい。熱伝導板210の形状や数は特に限定されるものではなく、改質流路300や燃焼流路310の形状等により適宜変更することができる。また、熱伝導板210は、例えば、改質流路300での改質反応がヒータ240のみの加熱により進行する場合、燃焼流路310と同様に熱伝導板210は設けなくてもよい。   The heat conduction plate 210 can be used as a heating means for heating the fuel in the reforming channel 300 that performs the reforming reaction together with the combustion channel 310. The heat conductive plate 210 can also be formed using the MEMS technology, and the material is appropriately changed by this processing method. For example, in the case where the heat conductive plate 210 is formed by processing a silicon plate material, the heat conductive plate 210 may be processed by diffusing boron (boron) into a portion that becomes the heat conductive plate 210. In addition, a metal film formed of a highly heat conductive material such as copper, aluminum, nickel, gold, silver, or platinum may be used as the heat conductive plate 210. The shape and number of the heat conductive plates 210 are not particularly limited, and can be appropriately changed depending on the shape of the reforming flow channel 300 and the combustion flow channel 310. In addition, for example, when the reforming reaction in the reforming channel 300 proceeds only by the heating of the heater 240, the heat conducting plate 210 may not be provided as in the combustion channel 310.

ヒータ240は、微細な改質流路300の内部及び微細な燃焼流路310の内部の上面に設置される発熱抵抗体であり、通電により発熱することができる。本発明において、発熱抵抗体とは、通電することにより発熱をするものである。また、ヒータ240の加熱には通電する必要があるため、基板2の外部から電力供給を受けることができるように電極250と接続されている。   The heater 240 is a heat generating resistor installed on the inside of the fine reforming channel 300 and the upper surface of the inside of the fine combustion channel 310, and can generate heat when energized. In the present invention, the heating resistor generates heat when energized. Further, since it is necessary to energize the heater 240 for heating, the heater 240 is connected to the electrode 250 so that power can be supplied from the outside of the substrate 2.

このヒータ240は、改質流路300内での改質反応及び燃焼流路310内での燃焼反応を行う際に通電することで発熱し、流路内の燃料を加熱することができる。すなわち、ヒータ240は、改質反応を行う改質流路300内の燃料を加熱する加熱手段として利用することができる。ヒータ240の材質としては、通電により発熱するような高抵抗材料により形成されていれば、特に限定されるものではない。   The heater 240 generates heat when energized during the reforming reaction in the reforming channel 300 and the combustion reaction in the combustion channel 310, and can heat the fuel in the channel. That is, the heater 240 can be used as a heating unit that heats the fuel in the reforming channel 300 that performs the reforming reaction. The material of the heater 240 is not particularly limited as long as it is formed of a high resistance material that generates heat when energized.

このヒータ240もMEMS技術により基板2を加工して形成することができる。例えば、高抵抗材料を流路内部の上面部分に蒸着などの方法を用いることにより形成することができる。ヒータ240は、燃焼反応による発熱のみで改質反応が進行する場合、改質流路300に設けなくてもよい。また、ヒータ240は、燃焼反応が燃焼触媒230のみで進行する場合、燃焼流路310に設けなくてもよい。ヒータ240の設置位置は、流路の上面に限られるものではなく、流路を流れる燃料を加熱することができるのであれば、どのような位置に設置されていてもよい。   The heater 240 can also be formed by processing the substrate 2 by MEMS technology. For example, the high resistance material can be formed on the upper surface portion inside the flow path by using a method such as vapor deposition. The heater 240 may not be provided in the reforming flow path 300 when the reforming reaction proceeds only with heat generated by the combustion reaction. Further, the heater 240 may not be provided in the combustion flow path 310 when the combustion reaction proceeds only with the combustion catalyst 230. The installation position of the heater 240 is not limited to the upper surface of the flow path, and may be installed at any position as long as the fuel flowing through the flow path can be heated.

改質触媒220は、改質流路300内部の上面にヒータ240の近くに形成され、改質流路300を加熱し、内部の燃料を改質させて、水素を発生させることができる。これにより、改質流路300に流入させる燃料を改質反応により水素に変換することができる。改質触媒220としては、銅やアルミニウム等の酸化物等の他にコバルト等の8族の金属から10族の金属又はそれらをベースとした合金等が挙げられ、燃料や反応条件に応じて適宜変更することができる。   The reforming catalyst 220 is formed near the heater 240 on the upper surface inside the reforming channel 300, and can heat the reforming channel 300 and reform the internal fuel to generate hydrogen. As a result, the fuel flowing into the reforming channel 300 can be converted to hydrogen by the reforming reaction. Examples of the reforming catalyst 220 include, in addition to oxides such as copper and aluminum, Group 8 metals such as cobalt to Group 10 metals or alloys based on them, and the like, depending on the fuel and reaction conditions. Can be changed.

燃焼触媒230も改質触媒220と同様に、燃焼流路310の上面にヒータ240の近くに形成される。燃焼触媒230は、燃焼流路310内で燃料を燃焼させることにより改質流路300に伝える熱を発生させることができる。発生した熱は熱伝導板210により改質流路300に伝わり、改質流路300内で燃料の改質を行うことができる。燃焼触媒230としては、白金等の金属やそれをベースとした合金または酸化物などが挙げられ、燃料に応じて適宜変更することができ、多孔質のアルミナ等を担持させたものでもよい。   Similarly to the reforming catalyst 220, the combustion catalyst 230 is formed near the heater 240 on the upper surface of the combustion flow path 310. The combustion catalyst 230 can generate heat that is transferred to the reforming channel 300 by burning fuel in the combustion channel 310. The generated heat is transmitted to the reforming channel 300 by the heat conducting plate 210, and the fuel can be reformed in the reforming channel 300. Examples of the combustion catalyst 230 include metals such as platinum and alloys or oxides based on the metals. The combustion catalyst 230 can be appropriately changed according to the fuel, and may support porous alumina or the like.

制御部7は、改質流路300及び燃焼流路310への燃料の流出入を制御することができ、各流路において独立に制御することができる。そのため、制御部7は、各流路における燃料の供給口付近又は排出口付近若しくはその両方に設置され、基板2上に設置されていても、設置されていなくてもどちらでもよい。また、基板2を形成時に形成されていてもよいが、基板2の形成後実装させてもよい。   The control unit 7 can control the flow of fuel into and out of the reforming flow channel 300 and the combustion flow channel 310, and can independently control each flow channel. Therefore, the control unit 7 is installed in the vicinity of the fuel supply port and / or the discharge port in each flow path, and may be installed on the substrate 2 or not. Moreover, although the board | substrate 2 may be formed at the time of formation, you may mount after formation of the board | substrate 2. FIG.

制御部7としては、燃料の流れる方向を1つの方向に制御することができる逆止弁や燃料の流路への流出入を制御することができるバルブなどの装置が挙げられる。例えば、逆止弁を制御部7とすると、圧力をかけることによって燃料を流路内に流入させ、燃料の流れる方向を制限することができる。そして、燃料の反応による圧力上昇等により燃料や反応生成物の逆流も防ぐことができる。また、バルブを制御部7とすると、各流路への燃料の流出入を制御することができる。例えば、3つの流路のうち2つの流路を使用する場合、2つのバルブを開き1つを閉じることで、2つの流路に燃料を流入させることができる。   Examples of the control unit 7 include devices such as a check valve that can control the flow direction of fuel in one direction and a valve that can control the flow of fuel into and out of the flow path. For example, when the check valve is the control unit 7, the fuel can be flowed into the flow path by applying pressure, and the flow direction of the fuel can be limited. And the backflow of a fuel and a reaction product can also be prevented by the pressure rise by the reaction of fuel, etc. Further, when the valve is the control unit 7, the flow of fuel into and out of each flow path can be controlled. For example, when two of the three channels are used, fuel can flow into the two channels by opening two valves and closing one.

制御装置は、制御部7とヒータ240との制御をそれぞれ独立して行うことができる。例えば、所定の流路で反応を行いたい場合、所定の流路の供給口側と排出口側の制御部7を燃料が流路に供給されるように制御し、また、反応を行うためにヒータ240を作動させることで、燃料が加熱し、反応させることができる。この制御方法は、適宜変更することができる。また、温度測定装置等の値を参照しながらヒータ240と一緒に制御されていてもよい。   The control device can control the control unit 7 and the heater 240 independently. For example, when a reaction is desired to be performed in a predetermined flow path, the control unit 7 on the supply port side and the discharge port side of the predetermined flow path is controlled so that fuel is supplied to the flow path, and the reaction is performed. By operating the heater 240, the fuel can be heated and reacted. This control method can be changed as appropriate. Moreover, you may control with the heater 240, referring values, such as a temperature measuring apparatus.

また、本発明の反応装置1には、改質流路300や燃焼流路310のそれぞれの流路に燃料を供給する燃料供給装置を有してもよい。本発明において、燃料供給装置とは、流路に燃料を供給することができる装置のことを示し、燃料の流速等を制御することができる装置のことである。燃料供給装置の例としては、燃料の液滴を流路に向かって吐出することができる液滴吐出装置、所謂インクジェットノズルや、燃料を流路に向かって噴霧する噴霧装置、所謂スプレーノズルのような装置等が挙げられる。例えば、液滴吐出装置で流路に燃料を流入させると、流路内への燃料の供給の制御ができるだけでなく、燃料の流速を制御することができ、流路を通過させる時間の制御を行うことができる。これにより、反応時間の制御も行うことができる。また、噴霧装置の場合、触媒表面に直接燃料を噴霧することが可能となり、転化率や反応速度を向上させることもできる。例えば、燃料供給装置を各流路の供給口付近に設置した場合、制御部7は、供給口付近に設置しなくてもよい。また、この燃料供給装置は、流路内の温度測定装置などを参照しながら制御部7やヒータ240と一緒に制御装置等により制御されていてもよい。   Moreover, the reaction apparatus 1 of the present invention may have a fuel supply device that supplies fuel to the reforming flow path 300 and the combustion flow path 310. In the present invention, the fuel supply device indicates a device that can supply fuel to the flow path, and is a device that can control the flow rate of the fuel. Examples of the fuel supply device include a droplet discharge device that can discharge fuel droplets toward a flow path, a so-called inkjet nozzle, and a spray device that sprays fuel toward the flow path, a so-called spray nozzle. And the like. For example, when fuel is caused to flow into the flow path by the droplet discharge device, not only can the supply of fuel into the flow path be controlled, but also the flow rate of the fuel can be controlled, and the time for passage through the flow path can be controlled. It can be carried out. Thereby, control of reaction time can also be performed. In the case of a spraying device, fuel can be sprayed directly on the catalyst surface, and the conversion rate and reaction rate can be improved. For example, when the fuel supply device is installed near the supply port of each flow path, the control unit 7 may not be installed near the supply port. In addition, this fuel supply device may be controlled by a control device or the like together with the control unit 7 and the heater 240 while referring to a temperature measurement device in the flow path.

上述のように、本発明の反応装置1は、基板2の中に、複数の微細な改質流路300と燃焼流路310と熱伝導板210とヒータ240と改質触媒220と燃焼触媒230とを有している。これらは、MEMS技術を利用することにより形成することができる。例えば、図2及び図3に示されるように、流路等を形成した板状部材、ヒータ240等を形成した別の板状部材等を接合して基板2を形成してもよい。以下に、基板2を形成する各板状部材について説明する。   As described above, the reactor 1 of the present invention includes a plurality of fine reforming channels 300, the combustion channel 310, the heat conduction plate 210, the heater 240, the reforming catalyst 220, and the combustion catalyst 230 in the substrate 2. And have. These can be formed by utilizing MEMS technology. For example, as shown in FIGS. 2 and 3, the substrate 2 may be formed by bonding a plate-like member formed with a flow path or the like, another plate-like member formed with a heater 240, or the like. Below, each plate-shaped member which forms the board | substrate 2 is demonstrated.

図2は、本発明の反応装置の基板の一例を示す分解斜視図である。基板2は、上側板材10と、上側板材10を接合させることにより断熱空間となる凹部200及び凹部200に熱交換体として機能する熱伝導板210とを備えた伝熱板材20と、改質反応を行う微細な改質流路300及び燃焼反応を行う微細な燃焼流路310とを備える流路形成板材30と、改質反応に利用する燃料を改質流路300に供給する改質流路供給口400及び改質流路300から反応生成物等を排出する改質流路排出口410、並びに、燃焼反応に利用する燃料を燃焼流路310に供給する燃焼流路供給口420及び燃焼流路310から反応生成物等を排出する燃焼流路排出口430を備える下側板材40とを接合させることにより形成されている。   FIG. 2 is an exploded perspective view showing an example of the substrate of the reaction apparatus of the present invention. The substrate 2 includes an upper plate member 10, a heat transfer plate member 20 including a concave portion 200 that becomes a heat insulating space by bonding the upper plate member 10, and a heat conductive plate 210 that functions as a heat exchanger in the concave portion 200, and a reforming reaction A reforming channel for supplying the reforming channel 300 with a fuel for use in the reforming reaction, and a channel forming plate member 30 including a fine reforming channel 300 for performing the combustion reaction and a fine combustion channel 310 for performing the combustion reaction. A reforming channel discharge port 410 that discharges reaction products and the like from the supply port 400 and the reforming channel 300, a combustion channel supply port 420 that supplies fuel used for the combustion reaction to the combustion channel 310, and a combustion flow It is formed by joining a lower plate member 40 having a combustion flow path discharge port 430 for discharging reaction products and the like from the path 310.

また、図3は、本発明の反応装置の基板の一例を示す各板材の裏側を示した斜視図である。伝熱板材20の裏側には、流路形成板材30の改質流路300において改質反応の触媒となる改質触媒220と、燃焼流路310において燃焼反応の触媒となる燃焼触媒230と、流路内の燃料を加熱させるヒータ240と、ヒータ240に電力供給する電極250とを有している。また、流路形成板材30の裏側には、凹部320と、下側板材40の各供給口及び各排出口と各流路をつなぐように接続穴330とを有している。   Moreover, FIG. 3 is the perspective view which showed the back side of each board | plate material which shows an example of the board | substrate of the reaction apparatus of this invention. On the back side of the heat transfer plate member 20, a reforming catalyst 220 serving as a reforming reaction catalyst in the reforming passage 300 of the passage forming plate member 30, a combustion catalyst 230 serving as a combustion reaction catalyst in the combustion passage 310, A heater 240 for heating the fuel in the flow path and an electrode 250 for supplying power to the heater 240 are provided. Further, on the back side of the flow path forming plate member 30, there are a recess 320 and a connection hole 330 so as to connect each supply port and each discharge port of the lower plate member 40 to each flow channel.

上側板材10は、所定の厚みを有する板状部材で、下記で説明する伝熱板材20の凹部200を有する面と接合される。伝熱板材20との接合により、凹部200を断熱空間にすることができる。上側板材10の材質及び形状は、特に限定されるものではなく、線膨張係数や熱伝導率等、伝熱板材20の材質や形状等により適宜選択される。例えば、伝熱板材20にシリコンを用いた場合、シリコン、セラミックス、ガラス、ポリイミド、ポリ四フッ化エチレン、ポリジメチルシロキサン等の合成樹脂が挙げられる。   The upper plate member 10 is a plate-like member having a predetermined thickness, and is joined to the surface having the recess 200 of the heat transfer plate member 20 described below. By joining with the heat transfer plate member 20, the recess 200 can be made into a heat insulating space. The material and shape of the upper plate 10 are not particularly limited, and are appropriately selected depending on the material and shape of the heat transfer plate 20 such as a linear expansion coefficient and thermal conductivity. For example, when silicon is used for the heat transfer plate material 20, synthetic resins such as silicon, ceramics, glass, polyimide, polytetrafluoroethylene, and polydimethylsiloxane can be used.

伝熱板材20は、凹部200を有する板状部材で、その凹部200の底面に熱伝導板210を有している。この熱伝導板210は、下記で説明する改質流路300と燃焼流路310との熱交換を行うための熱交換体となり、燃焼流路310で起こる燃焼反応により発生した熱を熱伝導板210を介して改質流路300に伝えることができる。また、凹部200を有する面の裏側には、流路形成板材30の改質流路300及び燃焼流路310に流入する燃料を加熱するヒータ240と、改質流路300での改質反応における改質触媒220と、燃焼流路310での燃焼反応における燃焼触媒230とを有している。   The heat transfer plate 20 is a plate-like member having a recess 200 and has a heat conduction plate 210 on the bottom surface of the recess 200. The heat conduction plate 210 serves as a heat exchanger for exchanging heat between the reforming flow path 300 and the combustion flow path 310 described below, and heat generated by the combustion reaction occurring in the combustion flow path 310 is transferred to the heat conduction plate. It can be transmitted to the reforming channel 300 via 210. Further, on the back side of the surface having the recess 200, a heater 240 for heating fuel flowing into the reforming channel 300 and the combustion channel 310 of the channel forming plate member 30, and the reforming reaction in the reforming channel 300 are performed. The reforming catalyst 220 and the combustion catalyst 230 in the combustion reaction in the combustion flow path 310 are included.

このヒータ240と改質触媒220とは、伝熱板材20と流路形成板材30との接合によって、改質流路300の内部に納まるような位置に形成されている。また、ヒータ240と燃焼触媒230とは、伝熱板材20と流路形成板材30との接合によって、燃焼流路310の内部に納まるような位置に形成されている。ヒータ240の電極250は、基板2の表面に露出するように設置され、外部より電力供給をうけることができる。伝熱板材20の材質としては、特に限定するものではなく、例えば、シリコン等の材質によって形成された板材を利用してもよい。   The heater 240 and the reforming catalyst 220 are formed at a position such that the heater 240 and the reforming catalyst 220 are accommodated in the reforming flow path 300 by joining the heat transfer plate 20 and the flow path forming plate 30. In addition, the heater 240 and the combustion catalyst 230 are formed at a position that fits inside the combustion flow path 310 by joining the heat transfer plate material 20 and the flow path forming plate material 30. The electrode 250 of the heater 240 is installed so as to be exposed on the surface of the substrate 2 and can be supplied with electric power from the outside. The material of the heat transfer plate 20 is not particularly limited, and for example, a plate formed of a material such as silicon may be used.

凹部200は、略矩形状とし伝熱板材20の所定の面に設けられ凹部200の底面に熱伝導板210を有している。凹部200の数は、反応装置1に形成する改質流路300の数により異なり、また、その形状は、改質流路300の形状に合わせて適宜変更される。この凹部200は、例えば、略真空状態で上側板材10と接合することにより、断熱空間とすることができる。これにより、燃焼流路310での燃焼反応で発生する熱を熱伝導板を介して効率的に改質流路300に伝えることができる。また、反応に関わる熱、例えば燃反応の熱やヒータ240等からの熱を基板2の外側に放熱しないようにすることができる。   The recess 200 has a substantially rectangular shape and is provided on a predetermined surface of the heat transfer plate member 20, and has a heat conduction plate 210 on the bottom surface of the recess 200. The number of recesses 200 varies depending on the number of reforming channels 300 formed in the reaction apparatus 1, and the shape thereof is appropriately changed according to the shape of the reforming channel 300. This recessed part 200 can be made into the heat insulation space by joining with the upper side board | plate material 10 in a substantially vacuum state, for example. Thereby, the heat generated by the combustion reaction in the combustion channel 310 can be efficiently transmitted to the reforming channel 300 via the heat conduction plate. Further, heat related to the reaction, for example, heat of the fuel reaction or heat from the heater 240 or the like can be prevented from radiating to the outside of the substrate 2.

流路形成板材30は、伝熱板材20との接触面に、改質反応を行う改質流路300を複数有し、その改質流路300に隣接するように燃焼反応を行う燃焼流路310とを備えている。また、流路形成板材30の改質流路300及び燃焼流路310を有する面の裏側には、改質流路300及び燃焼流路310と対応する位置に凹部320を有している。   The flow path forming plate 30 has a plurality of reforming channels 300 that perform a reforming reaction on the contact surface with the heat transfer plate 20, and a combustion channel that performs a combustion reaction adjacent to the reforming channel 300. 310. Further, a recess 320 is provided at a position corresponding to the reforming flow path 300 and the combustion flow path 310 on the back side of the surface having the reforming flow path 300 and the combustion flow path 310 of the flow path forming plate member 30.

この凹部320は、下記で説明する下側板材40との接合により断熱空間を形成し、流路で発生する熱の放出を防ぐことができる。また、各流路の両端の底面には、下側板材40に設けられる各供給口及び各排出口と接続する接続穴330を有しており、この接続穴330は、各流路底面から流路形成板材30の裏側に貫通するように形成されている。この接続穴330を介して燃料を流路内に供給又は流路から基板2の外部に排出することができる。伝熱板材20の材質としては、特に限定するものではなく、例えば、シリコン等の材質によって形成された板材を利用してもよい。   The concave portion 320 forms a heat insulating space by joining with the lower plate member 40 described below, and can prevent release of heat generated in the flow path. Further, the bottom surfaces of both ends of each flow path have connection holes 330 connected to the supply ports and the discharge ports provided in the lower plate member 40, and the connection holes 330 flow from the bottom surfaces of the flow paths. It is formed so as to penetrate the back side of the path forming plate member 30. The fuel can be supplied into the flow path or discharged from the flow path to the outside of the substrate 2 through the connection hole 330. The material of the heat transfer plate 20 is not particularly limited, and for example, a plate formed of a material such as silicon may be used.

凹部320は、流路形成板材30の裏面において、略矩形状の開口を有し、改質流路300及び燃焼流路310と対応する位置に設けられている。また、凹部320は、流路形成板材30の裏面から改質流路300及び燃焼流路310の流路の壁面を薄膜として残すようにMEMS技術を利用して加工されている。例えば、改質流路300及び燃焼流路310の壁面を酸化膜や窒化膜、あるいは不純物イオンの拡散層を形成し、その後、裏面側からこれらの膜や層を残すように削り取られている。   The recess 320 has a substantially rectangular opening on the back surface of the flow path forming plate member 30, and is provided at a position corresponding to the reforming flow path 300 and the combustion flow path 310. Further, the recess 320 is processed using the MEMS technology so that the wall surfaces of the reforming channel 300 and the combustion channel 310 are left as thin films from the back surface of the channel forming plate member 30. For example, the wall surfaces of the reforming channel 300 and the combustion channel 310 are formed by forming an oxide film, a nitride film, or a diffusion layer of impurity ions, and then scraping these films and layers from the back side.

凹部320は、例えば、流路形成板材30と下記で説明する下側板材40とを略真空で接合させることにより、凹部320を断熱空間とすることができ、外部に熱を放出しないようにすることができる。また、流路形成板材30の凹部320の壁面には、熱を反射させる輻射防止膜を設けてもよい。これにより、下側板材40と断熱空間を形成する際、ヒータ240や反応により発生する熱を外に逃がすことを防ぐとともに発生する熱を効果的に利用することができる。   For example, the recess 320 can be formed as a heat insulating space by joining the flow path forming plate 30 and the lower plate 40 described below in a substantially vacuum, so that heat is not released to the outside. be able to. Further, a radiation preventing film that reflects heat may be provided on the wall surface of the recess 320 of the flow path forming plate 30. Thereby, when forming the heat insulation space with the lower side board | plate material 40, while preventing the heat | fever which generate | occur | produces by the heater 240 and reaction to escape outside, the generated heat | fever can be utilized effectively.

下側板材40は、上記上側板材10と同様に所定の厚みを有する板状部材で形成され、流路形成板材30の凹部320を有する面と接合される。また、下側板材40は、改質流路300に燃料を供給する改質流路供給口400及び燃焼流路310に燃料を供給する燃焼流路供給口420、並びに、改質流路300から反応生成物を排出させる改質流路排出口410及び燃焼流路310から反応生成物を排出させる燃焼流路排出口430を有しており、流路形成板材30の接続口330と対応する位置に設けられている。これら供給口及び排出口は、下側板材40の流路形成板材30と接合される面及びその面の反対側の面を貫通するように形成されている。これにより、基板2の外部から燃料を各流路に供給し、改質流路300及び燃焼流路310において行われる改質反応及び燃焼反応の生成物を排出することができる。   The lower plate member 40 is formed of a plate-like member having a predetermined thickness like the upper plate member 10 and is joined to the surface of the flow path forming plate member 30 having the recess 320. Further, the lower plate member 40 includes a reforming channel supply port 400 that supplies fuel to the reforming channel 300, a combustion channel supply port 420 that supplies fuel to the combustion channel 310, and the reforming channel 300. It has a reforming channel outlet 410 for discharging the reaction product and a combustion channel outlet 430 for discharging the reaction product from the combustion channel 310, and a position corresponding to the connection port 330 of the channel forming plate member 30. Is provided. The supply port and the discharge port are formed so as to penetrate the surface of the lower plate 40 that is joined to the flow path forming plate 30 and the surface opposite to the surface. Thereby, fuel can be supplied from the outside of the substrate 2 to each flow path, and the products of the reforming reaction and the combustion reaction performed in the reforming flow path 300 and the combustion flow path 310 can be discharged.

また、下側板材40は、流路形成板材30との接合により、凹部320と断熱空間を形成する位置に熱を反射させる輻射防止膜を形成していてもよい。これにより、流路内で発生する熱を反射し、改質装置の外部に熱を放出させないようにすることができる。下側板材40の材質及び形状は、上側板材10と同様に、特に限定されるものではなく、線膨張係数や熱伝導率等、流路形成板材30の材質や形状等により適宜選択される。例えば、流路形成板材30にシリコンを用いた場合、シリコン、セラミックス、ガラス、ポリイミド、ポリ四フッ化エチレン、ポリジメチルシロキサン等の合成樹脂が挙げられる。   Further, the lower plate member 40 may be formed with a radiation preventing film that reflects heat at a position where the recessed portion 320 and the heat insulation space are formed by joining with the flow path forming plate member 30. Thereby, it is possible to reflect the heat generated in the flow path and prevent the heat from being released to the outside of the reformer. The material and shape of the lower plate member 40 are not particularly limited, as with the upper plate member 10, and are appropriately selected depending on the material and shape of the flow path forming plate member 30 such as the linear expansion coefficient and thermal conductivity. For example, when silicon is used for the flow path forming plate member 30, synthetic resins such as silicon, ceramics, glass, polyimide, polytetrafluoroethylene, and polydimethylsiloxane can be used.

基板2は、上記板材を接合することにより形成することができる。次に、基板2を形成する上記板材の加工方法の一例について図面を参照しながら説明する。尚、図4乃至図6においては、図中1つの改質流路に対して説明されているが、下記で説明する方法を用いて複数の流路を同時に形成することもできる。また、流路の形状もパターニング等を変更することで適宜変更することもできる。パターニングやエッチングの工程は、下記に示される方法に限られるものではなく、適宜変更することができる。エッチングの方法としては、例えば、ドライエッチング(RIE)、ウェットエッチング、紫外(UV)光エッチング、レーザーエッチング、プロトン光エッチング、電子線描画エッチング、マイクロモールディング、プラズマエッチング、溶液を使った異方性エッチング等が挙げられ、作製する基板の形状等に応じて適宜変更することができる。   The board | substrate 2 can be formed by joining the said board | plate material. Next, an example of the processing method of the said board | plate material which forms the board | substrate 2 is demonstrated, referring drawings. In FIGS. 4 to 6, a single reforming channel is described in the figure, but a plurality of channels can be formed simultaneously using the method described below. Also, the shape of the flow path can be changed as appropriate by changing the patterning or the like. The patterning and etching steps are not limited to the methods shown below, and can be changed as appropriate. Etching methods include, for example, dry etching (RIE), wet etching, ultraviolet (UV) light etching, laser etching, proton light etching, electron beam drawing etching, micromolding, plasma etching, and anisotropic etching using a solution. And the like can be appropriately changed depending on the shape of the substrate to be manufactured.

図4は、伝熱板材20の製造工程の一例を示した図であり、伝熱板材20の幅方向断面と長手方向断面を示している。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a manufacturing process of the heat transfer plate member 20, and shows a cross section in the width direction and a cross section in the longitudinal direction of the heat transfer plate member 20.

シリコンで形成された直方体板状の伝熱板材20は、図4(a)のように、高温で水蒸気を用いる等の方法で伝熱板材20の表面に酸化膜21を形成し、次工程でボロン拡散層を形成するために表面の一部の酸化膜21を取り除き、図4(b)のように、酸化膜21のパターニングを行う。   The rectangular parallelepiped plate-shaped heat transfer plate 20 made of silicon forms an oxide film 21 on the surface of the heat transfer plate 20 by a method such as using water vapor at a high temperature as shown in FIG. In order to form the boron diffusion layer, a part of the oxide film 21 on the surface is removed, and the oxide film 21 is patterned as shown in FIG.

酸化膜21のパターニングを行った伝熱板材20は、図4(c)のように、ボロンを拡散することで、ボロン拡散層22、23を形成させることができる。ボロン拡散層22は、シリコンに不純物イオンが拡散させることで、この部分の熱伝導率が局所的に高くなっている。したがって、ボロン拡散層22は、熱伝導板として利用することができる。このボロン拡散層22は、熱伝導板として利用することができるが、熱伝導板は、上述のように金属板等を利用することもできる。この場合、ボロン拡散層22の部分に金属板又は金属箔を接着して熱伝導板を形成してもよい。また、ボロン拡散層23は、後の工程のマスクにもなる。   As shown in FIG. 4C, the heat transfer plate 20 that has been subjected to the patterning of the oxide film 21 can form boron diffusion layers 22 and 23 by diffusing boron. The boron diffusion layer 22 has locally high thermal conductivity in this portion by diffusing impurity ions in silicon. Therefore, the boron diffusion layer 22 can be used as a heat conductive plate. The boron diffusion layer 22 can be used as a heat conductive plate, but a metal plate or the like can be used as the heat conductive plate as described above. In this case, a heat conductive plate may be formed by bonding a metal plate or metal foil to the boron diffusion layer 22 portion. Further, the boron diffusion layer 23 also serves as a mask for a later process.

伝熱板材20は、ボロン拡散層22、23を形成させた後、エッチングによって、図4(d)のように、上記の工程で形成された酸化膜21を取り除くことができる。そして、図4(e)のように、伝熱板材20は、ボロン拡散層22を有する一方の面に化学気相成長(以下、CVD)法等により伝熱板材20のボロン拡散層22を有する面に酸化膜24形成させることができる。この酸化膜24は、後に形成する配線とボロン拡散層22との絶縁層にもなる。   In the heat transfer plate 20, the boron diffusion layers 22 and 23 are formed, and then the oxide film 21 formed in the above process can be removed by etching as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 4E, the heat transfer plate 20 has the boron diffusion layer 22 of the heat transfer plate 20 on one surface having the boron diffusion layer 22 by chemical vapor deposition (hereinafter referred to as CVD) method or the like. An oxide film 24 can be formed on the surface. The oxide film 24 also serves as an insulating layer between the wiring to be formed later and the boron diffusion layer 22.

伝熱板材20は、酸化膜24を形成した後、図4(f)のように、酸化膜24の外表面にヒータを含む配線25を形成する。この方法としては、例えば、ポリシリコンを用いたプラズマCVD法によりパターニングを行うことで形成することができる。このとき、配線25の形成と一緒に温度検出を行えるようなセンサを含む配線を行ってもよい。   After the oxide film 24 is formed on the heat transfer plate 20, the wiring 25 including a heater is formed on the outer surface of the oxide film 24 as shown in FIG. As this method, for example, it can be formed by patterning by a plasma CVD method using polysilicon. At this time, wiring including a sensor capable of detecting temperature together with the formation of the wiring 25 may be performed.

伝熱板材20は、上記配線25を形成させた後、CVD法を用いて、図4(g)のように、酸化膜24及び配線25を覆うように酸化膜26を形成することができる。この酸化膜26は、電気的な絶縁体として機能する。   In the heat transfer plate material 20, after the wiring 25 is formed, an oxide film 26 can be formed so as to cover the oxide film 24 and the wiring 25 as shown in FIG. The oxide film 26 functions as an electrical insulator.

酸化膜26を形成した伝熱板材20は、図4(h)のように、酸化膜26の一部をエッチングし、配線25の一部を露出させる。この露出部が外部回路との電気的な接続部分であり、ヒータの電極250として利用することができる。   The heat transfer plate 20 on which the oxide film 26 is formed etches part of the oxide film 26 and exposes part of the wiring 25 as shown in FIG. This exposed portion is an electrical connection portion with an external circuit, and can be used as the heater electrode 250.

図5は、流路形成板材30の製造工程の一例を示した図であり、流路形成板材30の幅方向断面と長手方向断面を示している。   FIG. 5 is a diagram showing an example of a manufacturing process of the flow path forming plate member 30, and shows a width direction cross section and a longitudinal direction cross section of the flow path forming plate material 30.

シリコンで形成された板状の流路形成板材30は、図5(a)のように、高温中で水蒸気を使用する等の方法で流路形成板材30の表面に酸化膜31を形成し、次工程でボロン拡散層を形成するために酸化膜の表面の一部を取り除き、図5(b)のように、酸化膜31のパターニングを行う。   As shown in FIG. 5A, the plate-like flow path forming plate material 30 formed of silicon forms an oxide film 31 on the surface of the flow path forming plate material 30 by a method such as using water vapor at a high temperature. In order to form a boron diffusion layer in the next step, a part of the surface of the oxide film is removed, and the oxide film 31 is patterned as shown in FIG.

酸化膜31のパターニングを行った流路形成板材30は、図5(c)のように、ボロンを拡散させることで、ボロン拡散層32を形成させることができる。ボロン拡散層32は、後の工程のマスクとして用いられる。   As shown in FIG. 5C, the flow path forming plate material 30 on which the oxide film 31 has been patterned can form a boron diffusion layer 32 by diffusing boron. The boron diffusion layer 32 is used as a mask for a later process.

流路形成板材30は、ボロン拡散層32を形成させた後、酸化膜31のパターニングを行い、流路となる部分の酸化膜31を剥離し、ドライエッチング処理や異方性ウェットエッチング等の方法で溝33を掘る。そして、流路形成板材30は、溝33を形成した面と反対側の面の酸化膜31を剥離し、図5(d)のように、溝33を有する板材を形成することができる。この溝33は、各板材を接合して基板を作製したとき、改質流路及び燃焼流路として利用することができる。このように、MEMS技術を利用することにより、断面を略矩形状とした溝33は、容易に形成することができ、同時に複数の溝33を形成することもできる。したがって基板に複数の微細な流路を形成することができ、反応装置の小型化や薄型化を実現することができる。   After forming the boron diffusion layer 32, the flow path forming plate material 30 performs patterning of the oxide film 31, peels off the oxide film 31 in the flow path, and performs a method such as dry etching or anisotropic wet etching. The groove 33 is dug. Then, the flow path forming plate member 30 can peel the oxide film 31 on the surface opposite to the surface on which the groove 33 is formed, thereby forming a plate member having the groove 33 as shown in FIG. The groove 33 can be used as a reforming channel and a combustion channel when the plates are joined to produce a substrate. Thus, by using the MEMS technology, the groove 33 having a substantially rectangular cross section can be easily formed, and a plurality of grooves 33 can be formed at the same time. Therefore, a plurality of fine flow paths can be formed on the substrate, and the reaction apparatus can be reduced in size and thickness.

溝33を形成した流路形成板材30は、CVD法等により、図5(e)のように、溝33を形成した面に酸化膜34を形成し、図5(e)のように、流路となる溝33の表面を流路の壁面となる酸化膜34で被うことができる。   As shown in FIG. 5E, the flow path forming plate member 30 in which the grooves 33 are formed is formed with an oxide film 34 on the surface on which the grooves 33 are formed as shown in FIG. The surface of the groove 33 that becomes the path can be covered with the oxide film 34 that becomes the wall surface of the flow path.

図6は、上記伝熱板材20と上記流路形成板材30との接合及び基板の組立ての一例を示す図であり、伝熱板材20と上記流路形成板材30とを接合した板材の幅方向断面と長手方向断面を示している。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of joining of the heat transfer plate 20 and the flow path forming plate 30 and assembly of the substrate, and the width direction of the plate obtained by bonding the heat transfer plate 20 and the flow path forming plate 30 A cross section and a longitudinal cross section are shown.

伝熱板材20と流路形成板材30とは、両基板の表面を洗浄した後、加熱又は加圧により、図6(a)のように、配線25側の面と溝33側の面とを向かい合わせ、電極250と流路形成板材30とを接触させないように接合させる。   After the surfaces of both substrates are cleaned, the heat transfer plate 20 and the flow path forming plate 30 are heated or pressurized to form a surface on the wiring 25 side and a surface on the groove 33 side as shown in FIG. The electrodes 250 and the flow path forming plate member 30 are joined so as not to contact each other.

接合した伝熱板材20及び流路形成板材30は、表面のボロン拡散層23、32がマスクとして機能するため、異方性ウェットエッチング等により、図6(b)のように、ボロン拡散層23、32によってマスクされていない部分を選択的に削り取ることができる。これにより、凹部200、320を形成させ、酸化シリコンの薄膜で形成された流路を形成することができる。このとき、熱伝導板となるボロン拡散層22が露出した状態となる。このように、両板材を接合した後、凹部200、320を形成させることにより、薄膜同士の密着性を確保することができるとともに板材の取扱いが容易となり、作成中における構造体の損傷や破壊等の心配が無くなり、製造上の信頼性が高くなる。   Since the boron diffusion layers 23 and 32 on the surface of the heat transfer plate member 20 and the flow path forming plate member 30 function as a mask, the boron diffusion layer 23 is formed by anisotropic wet etching or the like as shown in FIG. , 32 can be selectively scraped off. As a result, the recesses 200 and 320 can be formed, and a channel formed of a silicon oxide thin film can be formed. At this time, the boron diffusion layer 22 serving as a heat conductive plate is exposed. In this way, by forming the recesses 200 and 320 after joining both plate materials, the adhesion between the thin films can be ensured and the handling of the plate materials becomes easy, and damage or destruction of the structure during the production. This eliminates the need to worry about and increases manufacturing reliability.

凹部200、320を形成した伝熱板材20及び流路形成板材30は、上側板材10と下側板材40を略真空中で陽極接合等により接合させることで、図6(c)のように、上側板材10と伝熱板材20と流路形成板材30と下側板材40とを接合することができる。略真空中での接合によって、凹部200、320が略真空の空間となり、高い断熱効果を得ることができる。断熱効果を有する空間の形成方法としては、略真空中で接合させるだけに限らず、例えば、空気、窒素、アルゴン等の熱伝導率の小さい気体の雰囲気中で接合することにより、断熱効果を得ることもできる。   As shown in FIG. 6C, the heat transfer plate member 20 and the flow path forming plate member 30 in which the recesses 200 and 320 are formed are joined by anodic bonding or the like in the upper vacuum plate 10 and the lower plate member 40 in a substantially vacuum. The upper plate member 10, the heat transfer plate member 20, the flow path forming plate member 30, and the lower plate member 40 can be joined. By joining in a substantially vacuum, the recesses 200 and 320 become a substantially vacuum space, and a high heat insulating effect can be obtained. The method of forming the space having a heat insulating effect is not limited to bonding in a substantially vacuum, but for example, the heat insulating effect is obtained by bonding in an atmosphere of a gas having a low thermal conductivity such as air, nitrogen, and argon. You can also

上側板材10と下側板材20とを接合した伝熱板材20及び流路形成板材30は、レーザ加工等によって、図6(d)のように、流路に燃料を供給するための供給口及び流路から反応生成物を排出する排出口を形成することができる。これにより、流路内部と流路外側が接続され、配管等により燃料の流路への流出入させることができる。また、例えば、電極250は、基板外部から電力供給を行うように配線することで配線25をヒータとして利用することができる。   The heat transfer plate member 20 and the flow path forming plate member 30 obtained by joining the upper plate member 10 and the lower plate member 20 are provided with a supply port for supplying fuel to the flow passage as shown in FIG. A discharge port for discharging the reaction product from the flow path can be formed. Thus, the inside of the flow path and the outside of the flow path are connected, and the fuel can flow into and out of the flow path by piping or the like. Further, for example, the electrode 250 can be used as a heater by wiring so as to supply power from outside the substrate.

供給口及び排出口の形成と配線とを行った伝熱板材20及び流路形成板材30は、図6(e)のように流路内に触媒層を形成させる。この触媒層を形成させる方法としては、触媒を形成させる部分を予め多孔質にし、触媒を溶解した液体を接続口から流入することで、その多孔質部分に選択的に付着させる方法や、触媒を溶解した溶液が高温になることで析出する性質を持たせ、流路内にこの触媒溶液を流入させるとともにヒータを動かしてヒータにより温度上昇した部分に選択的に触媒を析出させる方法などが挙げられる。   The heat transfer plate 20 and the flow path forming plate 30 that have formed the supply port and the discharge port and wired form a catalyst layer in the flow channel as shown in FIG. As a method for forming this catalyst layer, a part for forming the catalyst is made porous in advance, and a liquid in which the catalyst is dissolved is introduced from the connection port so that the catalyst is selectively attached to the porous part. There is a method in which the dissolved solution has a property of being precipitated when it becomes high temperature, and the catalyst solution is allowed to flow into the flow path and the heater is moved to selectively deposit the catalyst on the portion where the temperature has been increased by the heater. .

上述のように、MEMS技術により、微細な改質流路300を有する基板2を形成することができる。また、改質流路300は、複数同時に作製することができるため、基板2の製造コストを低減させることができる。   As described above, the substrate 2 having the fine modified flow path 300 can be formed by the MEMS technique. Further, since a plurality of the reforming channels 300 can be manufactured at the same time, the manufacturing cost of the substrate 2 can be reduced.

本発明の反応装置1は、複数の微細な改質流路300に燃料を供給し、加熱手段により加熱を行うことで改質反応を行うことができる。この燃料の供給と加熱手段による加熱は、それぞれの改質流路300において独立して改質反応を制御することができるため、水素といった生成物の必要量に応じて使用する流路の数を調節することができるとともに使用する流路の数に応じて加熱に必要なエネルギーの調節も可能となる。これにより、生成物の必要量が少量であっても、加熱のエネルギー量に対する生成物の生成効率を下げることなく、改質反応を行うことができる。これにより反応装置1の全体の効率を向上させることができる。以下、その本発明の反応装置1を使った改質反応について説明する。   The reaction apparatus 1 of the present invention can perform a reforming reaction by supplying fuel to a plurality of fine reforming channels 300 and heating by a heating means. Since the fuel supply and the heating by the heating means can independently control the reforming reaction in each reforming channel 300, the number of channels to be used is determined according to the required amount of the product such as hydrogen. It is possible to adjust the energy required for heating according to the number of flow paths to be used. Thereby, even if the required amount of the product is small, the reforming reaction can be performed without lowering the production efficiency of the product with respect to the amount of heating energy. Thereby, the efficiency of the whole reaction apparatus 1 can be improved. Hereinafter, the reforming reaction using the reaction apparatus 1 of the present invention will be described.

基板2の流路には、改質反応を行う改質流路300と燃焼反応を行う燃焼流路310とがある。燃焼流路310においては、基板2の燃焼流路供給口420付近に設置された制御部7を燃焼反応に使用される燃料を流路に流入させるように制御することにより、燃料を貯蔵するようなタンク等から燃焼流路310に燃料を供給することができる。また、このとき、ヒータ240を作動させることにより、燃焼流路310内を加熱することができる。燃焼流路310内には、燃焼反応を行うための燃焼触媒230が備えられているため、流路内に燃料を流入させて流路内を加熱することにより、燃料の燃焼反応を起こすことができる。このとき、発生する熱は、流路上面の熱伝導板210を介して隣接する改質流路300に伝わる。そして、燃焼反応により発生した生成物は燃焼流路排出口430から排出される。   The flow path of the substrate 2 includes a reforming flow path 300 that performs a reforming reaction and a combustion flow path 310 that performs a combustion reaction. In the combustion channel 310, the control unit 7 installed in the vicinity of the combustion channel supply port 420 of the substrate 2 is controlled so that the fuel used for the combustion reaction flows into the channel, so that the fuel is stored. A fuel can be supplied to the combustion channel 310 from a simple tank or the like. At this time, the interior of the combustion channel 310 can be heated by operating the heater 240. A combustion catalyst 230 for performing a combustion reaction is provided in the combustion flow path 310, so that a fuel combustion reaction can be caused by injecting fuel into the flow path and heating the flow path. it can. At this time, the generated heat is transmitted to the adjacent reforming channel 300 via the heat conduction plate 210 on the upper surface of the channel. The product generated by the combustion reaction is discharged from the combustion flow path outlet 430.

一方、改質流路300においては、基板2の改質流路供給口400付近に設置された制御部7を改質反応に使用される燃料を流路に流入させるように制御することにより、燃料を貯蔵するようなタンク等から改質流路300に燃料を供給することができる。また、このとき、ヒータ240の作動による熱及び燃焼流路310での燃焼反応により発生した熱により改質流路300内を加熱することができる。改質流路300内には改質反応を行うための改質触媒220が備えられているため、流路内に燃料を流入させ、ヒータ240及び燃焼流路310からの熱で流路内を加熱することにより、改質反応を行うことができる。改質反応により発生した水素及びその他の反応生成物は改質流路排出口410から外部に排出される。例えば、反応装置1が燃料電池と接続されている場合、改質反応により発生した水素は燃料電池の燃料として供給され、燃料電池での発電に利用することができる。   On the other hand, in the reforming channel 300, by controlling the control unit 7 installed in the vicinity of the reforming channel supply port 400 of the substrate 2 so that the fuel used for the reforming reaction flows into the channel, The fuel can be supplied to the reforming channel 300 from a tank or the like that stores the fuel. At this time, the interior of the reforming flow path 300 can be heated by heat generated by the operation of the heater 240 and heat generated by the combustion reaction in the combustion flow path 310. Since the reforming catalyst 220 for performing the reforming reaction is provided in the reforming channel 300, the fuel is caused to flow into the channel and the heat from the heater 240 and the combustion channel 310 is passed through the channel. The reforming reaction can be performed by heating. Hydrogen and other reaction products generated by the reforming reaction are discharged to the outside from the reforming channel discharge port 410. For example, when the reactor 1 is connected to a fuel cell, hydrogen generated by the reforming reaction is supplied as fuel for the fuel cell and can be used for power generation in the fuel cell.

1つの改質流路300における改質反応は、反応装置1を使って上記のように行われる。本発明の反応装置1の基板2には、複数の改質流路300を備えているため、上記のような反応を流路毎に制御することができる。また、改質流路300及び燃焼流路310は、微細な流路であるため、ヒータ240等の加熱手段も小さくすることができる。また、温度の上昇と降下に要する時間も短くなり、起動及び停止を短時間で行うことができる。   The reforming reaction in one reforming channel 300 is performed as described above using the reactor 1. Since the substrate 2 of the reaction apparatus 1 of the present invention is provided with a plurality of reforming channels 300, the above reaction can be controlled for each channel. Moreover, since the reforming flow path 300 and the combustion flow path 310 are fine flow paths, the heating means such as the heater 240 can be reduced. In addition, the time required for the temperature to rise and fall is shortened, and starting and stopping can be performed in a short time.

このとき使用される燃料は、改質反応により水素を発生することができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、メタノール、エタノールといったアルコール系材料、天然ガス、プロパン、ナフサ、灯油、ブタンといった炭化水素を含む材料等が挙げられる。改質反応と燃焼反応に利用される燃料は異なっていてもよいが、例えば、改質反応及び燃焼反応の両方の燃料にメタノールを使用するというように、同じ燃料を使用してもよい。改質反応の燃料としては、例えば、アンモニア、ナトリウムアルミニウムハイドライドやナトリウムボロハイドライドといったケミカルハイドライドのように分解によって水素が得られる材料等が挙げられ、燃焼反応の燃料としては、改質反応で発生した水素や、例えば、反応装置1と燃料電池が接続されている場合、燃料電池から排出される未使用の水素を含む排出ガスなどが挙げられる。   The fuel used at this time is not particularly limited as long as it can generate hydrogen by a reforming reaction. For example, alcohol-based materials such as methanol and ethanol, natural gas, propane, naphtha, kerosene, Examples thereof include a material containing hydrocarbon such as butane. The fuel used for the reforming reaction and the combustion reaction may be different, but the same fuel may be used, for example, methanol is used for both the reforming reaction and the combustion reaction. Examples of the fuel for the reforming reaction include materials from which hydrogen can be obtained by decomposition, such as chemical hydrides such as ammonia, sodium aluminum hydride and sodium borohydride. The fuel for the combustion reaction is generated by the reforming reaction. Examples of the hydrogen include exhaust gas containing unused hydrogen discharged from the fuel cell when the reactor 1 and the fuel cell are connected.

上述のように、本発明の反応装置1は、複数の微細な改質流路300を同時に形成する作製することができるため、装置の小型化を容易とし、基板2の製造工程数を減少させ、製造コストを低減させることができる。また、改質流路300を加熱する燃焼流路310も微細であり、改質流路300と同時に作製することができる。微細な改質流路300で化学反応を行わせることにより、流路各々に設置させるヒータ等の熱源も小さくすることができ、加熱させる燃料の量も少ないため昇温時間及び降温時間を短くすることができる。これにより、起動や停止にかかる時間も短時間で行うことができる。また、流路内の温度分布を均一とすることができ、副反応などによる反応効率の低下を防ぐことができる。   As described above, since the reaction apparatus 1 of the present invention can be formed by simultaneously forming a plurality of fine reforming channels 300, the apparatus can be easily downsized and the number of manufacturing steps of the substrate 2 can be reduced. Manufacturing cost can be reduced. Further, the combustion flow path 310 for heating the reforming flow path 300 is also fine, and can be produced simultaneously with the reforming flow path 300. By performing a chemical reaction in the fine reforming flow path 300, the heat source such as a heater installed in each flow path can be reduced, and the amount of fuel to be heated is small, so the temperature rise time and the temperature fall time are shortened. be able to. Thereby, the time required for starting and stopping can also be performed in a short time. In addition, the temperature distribution in the flow path can be made uniform, and a reduction in reaction efficiency due to side reactions can be prevented.

そして、本発明の反応装置1は、改質流路300を複数有し、並列に接続され、それぞれの流路毎に独立して化学反応を制御することができる。これにより、生成物の必要量を流路の数により調節することができる。生成物の生成量を流路の数により調整することで、加熱に必要なエネルギーの調整も可能となる。例えば、改質反応のような加熱を必要とする反応では、少量の燃料を使用しても多量の燃料を使用しても同様に、反応を行う温度で保たなければならない。したがって、少量の燃料を反応させる場合、加熱に必要なエネルギーに対する反応生成物の生成量すなわち反応効率は低くなってしまう。本発明の反応装置1では、生成物の生成量を流路の数によって調節するため、必要とする流路に備えた加熱手段のみを使用すればよく、加熱に必要なエネルギーの消費量も抑制することができる。すなわち、生成物の必要量が少量であっても、加熱にかかる消費エネルギー量に対する生成物の生成量を下げることなく、改質反応を行うことができる。   And the reaction apparatus 1 of this invention has two or more reforming flow paths 300, is connected in parallel, and can control a chemical reaction independently for each flow path. Thereby, the required amount of product can be adjusted by the number of flow paths. By adjusting the production amount of the product according to the number of flow paths, the energy necessary for heating can be adjusted. For example, in a reaction that requires heating, such as a reforming reaction, it is necessary to keep the reaction temperature at the same temperature whether a small amount of fuel or a large amount of fuel is used. Therefore, when a small amount of fuel is reacted, the amount of reaction product generated with respect to the energy required for heating, that is, the reaction efficiency is lowered. In the reaction apparatus 1 of the present invention, the amount of product produced is adjusted by the number of flow paths, so that only the heating means provided in the required flow paths need be used, and the consumption of energy required for heating is also suppressed. can do. That is, even if the required amount of the product is small, the reforming reaction can be performed without reducing the amount of product generated relative to the amount of energy consumed for heating.

また、流路1つ1つに供給される燃料の量は常に一定であるため、反応条件も一定にすることができる。これにより、燃料の供給量によって反応条件を再検討する必要が無くなり、常に最適な条件で反応することができる。すなわち、反応効率を向上させることができる。   Further, since the amount of fuel supplied to each flow path is always constant, the reaction conditions can also be made constant. This eliminates the need for reexamination of the reaction conditions depending on the amount of fuel supplied, and the reaction can always be performed under optimum conditions. That is, reaction efficiency can be improved.

この本発明の反応装置1は、上述のように、改質流路300を並列に接続しているが、並列に接続したそれぞれの改質流路300の後に、直列に改質流路300を接続させてもよい。直列に接続することにより、1つの流路では十分に反応を行えなかった場合、その流路の後の直列配置された別の流路において再度反応させて十分に反応させることができる。また、流路の使用頻度により触媒活性が低下してしまった場合においても、触媒活性が低下した流路の後ろの直列配置された別の流路で、反応を行うことができるため、反応装置1の寿命を長くすることもできる。   In the reaction apparatus 1 of the present invention, the reforming channels 300 are connected in parallel as described above, but the reforming channels 300 are connected in series after the reforming channels 300 connected in parallel. You may connect. By connecting in series, when a reaction cannot be sufficiently performed in one flow path, the reaction can be performed again in another flow path arranged in series after the flow path. In addition, even when the catalytic activity has decreased due to the frequency of use of the flow path, the reaction can be performed in another flow path arranged in series behind the flow path where the catalytic activity has decreased. The lifetime of 1 can be extended.

また、本発明の反応装置1は、微細な改質流路300を複数備えた基板2を複数使用することもできる。この場合、基板2の数を増加させても1つの流路における反応条件や制御方法は、基板2を1枚使用する場合と同様に行うことができる。すなわち、基板2の数を増加させることで、容易に生成物の生成量を増加させることができる。   Moreover, the reaction apparatus 1 of the present invention can use a plurality of substrates 2 each having a plurality of fine reforming channels 300. In this case, even if the number of substrates 2 is increased, the reaction conditions and control method in one flow path can be performed in the same manner as in the case where one substrate 2 is used. That is, by increasing the number of substrates 2, the amount of product generated can be easily increased.

本発明の反応装置1は、複数の流路を並列運転させてそれぞれの流路において独立に反応を制御することができる。この反応の制御は、主に燃料の流路への流出入や流路の加熱により行うことができる。以下、本発明の反応装置1の加熱手段や制御部の制御により効果的に反応装置を運転する方法について図面を参照しながら説明する。   The reaction apparatus 1 of the present invention can control a reaction independently in each flow path by operating a plurality of flow paths in parallel. This reaction can be controlled mainly by the flow of fuel into and out of the flow path and the heating of the flow path. Hereinafter, a method for operating the reaction apparatus effectively by the control of the heating means and the control unit of the reaction apparatus 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.

図7は、本発明の反応装置1の運転方法を説明する図である。本発明の反応装置1は、複数の改質流路300に燃料タンク6から供給される燃料が流入し、流路内で改質反応が起こり、反応による生成物を排出することができる。図7のように。各改質流路300の供給口及び排出口には、流路の供給口にバルブ71a及び排出口にバルブ71bを備え、バルブ71a、71bの開閉を制御装置70により制御する。これにより、バルブ71a、71bの開閉で燃料の流出入の制御を行うことができる。すなわち、流路毎に燃料の流出入を制御することができる。   FIG. 7 is a diagram for explaining an operation method of the reaction apparatus 1 of the present invention. In the reactor 1 of the present invention, the fuel supplied from the fuel tank 6 flows into the plurality of reforming channels 300, the reforming reaction occurs in the channels, and the products resulting from the reaction can be discharged. As shown in FIG. The supply port and the discharge port of each reforming channel 300 are provided with a valve 71a at the supply port of the channel and a valve 71b at the discharge port, and the controller 70 controls the opening and closing of the valves 71a and 71b. Thereby, control of fuel inflow / outflow can be performed by opening and closing the valves 71a and 71b. That is, the flow of fuel in and out can be controlled for each flow path.

例えば、全ての流路を使用するような多量の生成物を必要とする場合、全てのバルブ71aを開き、燃料を改質流路300に流入させて燃料を反応させる。反応後、全てのバルブ71bを開き、生成物を排出させる。一方、1つの流路を使用すれば、必要とされる生成物の量をまかなうことができる場合、使用する所定の流路のバルブ71aを1つだけ開き、所定の流路に燃料を流入させて反応を行わせる。反応終了後、使用した所定の流路のバルブ71bのみを開き、生成物を排出させる。このように、本発明の反応装置1は、要求される生成物の量により使用する流路の数により調節することができる。言い換えれば、使用する改質流路300の数を増減させることにより、反応装置1から発生する生成物の量を調節することができる。   For example, when a large amount of product that uses all the flow paths is required, all the valves 71a are opened and the fuel is caused to flow into the reforming flow path 300 to react with the fuel. After the reaction, all valves 71b are opened and the product is discharged. On the other hand, if the required amount of product can be covered by using one flow path, only one valve 71a for the predetermined flow path to be used is opened, and fuel is allowed to flow into the predetermined flow path. To react. After the reaction is completed, only the valve 71b of the predetermined flow path used is opened to discharge the product. Thus, the reaction apparatus 1 of this invention can be adjusted with the number of the flow paths used by the quantity of the product requested | required. In other words, the amount of product generated from the reaction apparatus 1 can be adjusted by increasing or decreasing the number of reforming channels 300 to be used.

複数の改質流路300は、それぞれ独立に制御部と加熱手段を有しており、流路毎に化学反応を制御することができる。すなわち、使用しない改質流路300の加熱手段は、作動させなくてもよい。これにより、加熱手段にかかる消費エネルギーに対する生成物の生成量を低下させることなく、効率的に生成物を供給することができる。図8のように、制御装置70でヒータ240及びバルブ71a、71bの制御を行うことにより、使用する改質流路300のヒータ240のみを加熱することができるようになる。例えば、全ての流路を使用するような多量の生成物を必要とする場合、制御装置70は、まず、流路の供給口側バルブ71aを全て開き、全ての流路に燃料を供給する。次に、全てのヒータ240を作動させ、改質流路300内で燃料の改質を行う。反応終了後、全ての排出口側バルブ71b反応終了後、バルブ71bを全て開き、全ての流路から生成物を排出することができる。このとき生成する生成物の量は最大となる。   Each of the plurality of reforming channels 300 has a control unit and a heating unit independently, and can control a chemical reaction for each channel. That is, the heating means of the reforming channel 300 that is not used may not be operated. Thereby, a product can be supplied efficiently, without reducing the production amount of the product with respect to the energy consumption concerning a heating means. As shown in FIG. 8, by controlling the heater 240 and the valves 71a and 71b with the control device 70, only the heater 240 of the reforming channel 300 to be used can be heated. For example, when a large amount of product that uses all the flow paths is required, the control device 70 first opens all the supply port side valves 71a of the flow paths and supplies fuel to all the flow paths. Next, all the heaters 240 are operated to reform the fuel in the reforming channel 300. After completion of the reaction, all the outlet side valves 71b can be opened after the reaction is completed, and the product can be discharged from all the flow paths. The amount of product produced at this time is maximized.

一方、1つの流路を使用すれば要求される生成物をまかなうことができる場合、制御装置70は、所定の流路を使用するように1つのバルブ71aのみを開き、所定の流路のみに燃料を供給させる。次に、所定の流路のヒータ240を作動させ、所定の流路で燃料の改質を行う。反応終了後、所定の流路の排出口側のバルブ71bを開き、所定の流路から生成物を排出する。このように、反応装置1は、流路毎に独立して制御部や加熱装置を制御することができる。したがって、要求される生成物の量を燃料の供給量で調整するのではなく、使用する流路の数で調節することができる。これにより、個々の改質流路300の反応条件を変えずに生成物の量を調節することができ、反応効率の向上や副生成物の制御等も容易に行うことができる。また、使用しない改質流路300の加熱手段を作動させることがなくなり、加熱手段に使用するエネルギーに対する反応生成物の生成効率を向上させることができる。   On the other hand, when the required product can be covered by using one flow path, the control device 70 opens only one valve 71a so as to use the predetermined flow path, and only the predetermined flow path. Supply fuel. Next, the heater 240 in the predetermined flow path is operated to reform the fuel in the predetermined flow path. After completion of the reaction, the valve 71b on the outlet side of the predetermined channel is opened, and the product is discharged from the predetermined channel. Thus, the reaction apparatus 1 can control a control part and a heating apparatus independently for every flow path. Therefore, the required amount of product can be adjusted not by adjusting the amount of fuel supplied, but by adjusting the number of channels used. Thereby, the amount of the product can be adjusted without changing the reaction conditions of the individual reforming channels 300, and the reaction efficiency can be improved and the by-product can be easily controlled. In addition, the heating means of the reforming channel 300 that is not used is not operated, and the production efficiency of the reaction product with respect to the energy used for the heating means can be improved.

図9は、本発明の反応装置の加熱手段としてヒータと燃焼流路を使用し、改質流路と燃焼流路とにおける燃料の流れる方向が同じである場合の運転方法を説明する図である。反応装置1は、ヒータ240とともに燃焼流路310への燃料の供給を制御することも可能である。例えば、全ての流路を使用するような多量の生成物を必要とする場合は、全ての供給口側バルブ71aを開き改質流路300及び燃焼流路310に燃料を同じ方向に流すように流入させる。次に、全てのヒータ240を作動させことにより、全ての燃焼流路310では、ヒータ240の加熱により燃焼反応が起こり、発生した熱を燃料流路310に対応する改質流路300に伝える。燃焼流路310からの熱とヒータ240からの熱とにより改質流路300内が加熱され、燃料の改質反応が起こる。改質反応終了後、排出口側バルブ71bを全て開き、改質反応の生成物と燃焼反応の生成物とを排出することができる。   FIG. 9 is a diagram for explaining an operation method in the case where a heater and a combustion channel are used as heating means of the reaction apparatus of the present invention, and the fuel flowing directions are the same in the reforming channel and the combustion channel. . The reactor 1 can also control the supply of fuel to the combustion flow path 310 together with the heater 240. For example, when a large amount of product that uses all the flow paths is required, all the supply port side valves 71a are opened so that the fuel flows in the same direction in the reforming flow path 300 and the combustion flow path 310. Let it flow. Next, by operating all the heaters 240, a combustion reaction occurs in all the combustion channels 310 due to the heating of the heaters 240, and the generated heat is transmitted to the reforming channel 300 corresponding to the fuel channel 310. The inside of the reforming channel 300 is heated by the heat from the combustion channel 310 and the heat from the heater 240, and a reforming reaction of the fuel occurs. After completion of the reforming reaction, all the outlet side valves 71b can be opened to discharge the product of the reforming reaction and the product of the combustion reaction.

一方、1つの流路を使用すれば要求される生成物をまかなうことができる場合、まず、所定の改質流路300及び所定の改質流路300に対応する燃焼流路310の2つの供給口側バルブ71aを開き、所定の改質流路300及び所定の改質流路300に対応する燃焼流路310に限り燃料を同じ方向に流すように流入させる。次に、所定の改質流路300及び所定の改質流路300に対応する燃焼流路310のヒータ240を作動させる。これにより、所定の改質流路300に対応する燃焼流路310では、ヒータ240の加熱により燃焼反応が起こり、発生した熱を所定の改質流路300に伝えることができる。このとき、流路の周囲は断熱空間となっているため、反応を行わない流路に熱は伝わらない。燃焼流路310からの熱とヒータ240からの熱とにより所定の改質流路300内が加熱され、燃料の改質反応が起こる。改質反応終了後、所定の改質流路300及び所定の改質流路300に対応する燃焼流路310の排出口側バルブ71bを開き、改質反応の生成物と燃焼反応の生成物を排出することができる。   On the other hand, when a required product can be provided by using one flow path, first, two supply of the predetermined reforming flow path 300 and the combustion flow path 310 corresponding to the predetermined reforming flow path 300 are performed. The mouth side valve 71a is opened, and the fuel is allowed to flow in the same direction only in the predetermined reforming channel 300 and the combustion channel 310 corresponding to the predetermined reforming channel 300. Next, the heater 240 of the combustion channel 310 corresponding to the predetermined reforming channel 300 and the predetermined reforming channel 300 is operated. Thereby, in the combustion channel 310 corresponding to the predetermined reforming channel 300, a combustion reaction occurs due to the heating of the heater 240, and the generated heat can be transmitted to the predetermined reforming channel 300. At this time, since the periphery of the flow path is an adiabatic space, heat is not transmitted to the flow path where the reaction is not performed. The inside of the predetermined reforming channel 300 is heated by the heat from the combustion channel 310 and the heat from the heater 240, and a fuel reforming reaction occurs. After completion of the reforming reaction, the predetermined reforming channel 300 and the outlet side valve 71b of the combustion channel 310 corresponding to the predetermined reforming channel 300 are opened, and the product of the reforming reaction and the product of the combustion reaction are displayed. Can be discharged.

このように、燃焼流路310を備えていても、同様に要求される生成物の量を使用する流路の数により制御することができる。したがって、各改質流路300の反応条件を変えずに生成物の量を調節することができ、反応効率の向上や副生成物の制御等も容易に行うことができる。また、使用しない改質流路300の加熱手段を作動させることがなくなり、加熱手段にかかる消費エネルギーに対する生成物の生成量を低下させることなく効率的に生成物を生成させることができる。   Thus, even if the combustion flow path 310 is provided, the amount of the product required similarly can be controlled by the number of the flow paths to be used. Therefore, the amount of the product can be adjusted without changing the reaction condition of each reforming channel 300, and the reaction efficiency can be improved and the by-product can be easily controlled. In addition, the heating means of the reforming channel 300 that is not used is not operated, and the product can be efficiently generated without reducing the amount of product generated with respect to the energy consumed by the heating means.

また、上述のように燃焼流路310における燃料の流れる方向は、改質流路300における燃料の流れる方向と同じ方向であっても、逆方向になっていてもよい。改質流路300に供給する燃料と燃焼流路310に供給する燃料とを流す方向を逆方向とすることにより、例えば、燃焼反応の燃料を燃料電池から排出される未使用の水素を含む排出ガスを使用する場合、燃料電池側に燃焼流路310の供給口を設けることで配管が容易となる。   Further, as described above, the fuel flow direction in the combustion flow path 310 may be the same direction as the fuel flow direction in the reforming flow path 300 or may be in the opposite direction. By changing the flow direction of the fuel supplied to the reforming flow path 300 and the fuel supplied to the combustion flow path 310 in the opposite direction, for example, discharge including unused hydrogen discharged from the fuel cell as a fuel of combustion reaction When using gas, piping becomes easy by providing the supply port of the combustion flow path 310 in the fuel cell side.

一方、改質流路300に供給する燃料と燃焼流路310に供給する燃料とを流す方向を同じとする場合、例えば、改質反応と燃焼反応との燃料を同じとし、その燃料を1つのタンクから供給するような場合、供給口が近くなるため配管が容易となる。図10は、本発明の反応装置の加熱手段としてヒータと燃焼流路を使用し、改質流路と燃焼流路とにおける燃料の流れる方向が逆方向である場合の運転方法を説明する図である。燃料を流す方向を逆方向にしても上記と同様にヒータ240及びバルブ71a、71bを制御することで、要求される生成物の量を使用する流路の数で調節することができる。   On the other hand, when the flow direction of the fuel supplied to the reforming flow path 300 and the fuel supplied to the combustion flow path 310 are the same, for example, the fuels of the reforming reaction and the combustion reaction are the same, When supplying from a tank, piping is easy because the supply port is close. FIG. 10 is a diagram for explaining an operation method in the case where a heater and a combustion channel are used as heating means of the reaction apparatus of the present invention, and the fuel flow direction is reverse in the reforming channel and the combustion channel. is there. Even if the fuel flow direction is reversed, by controlling the heater 240 and the valves 71a and 71b in the same manner as described above, the required amount of product can be adjusted by the number of flow paths to be used.

1つの改質流路において、バルブとヒータは制御装置により以下のように制御することができる。図11は、本発明の反応装置1のバルブとヒータの制御フロー図である。まず、ステップS1において、流路の供給口側のバルブが開く。これにより、流路に燃料を流入させることができる。   In one reforming channel, the valve and the heater can be controlled as follows by the control device. FIG. 11 is a control flow diagram of the valve and heater of the reaction apparatus 1 of the present invention. First, in step S1, the valve on the supply port side of the flow path is opened. Thereby, fuel can be made to flow into the flow path.

次に、ステップS2において、流路の供給口側バルブを閉じる。ステップS3において、ヒータが作動する。これにより、流路の燃料を反応させることができる。   Next, in step S2, the supply port side valve of the flow path is closed. In step S3, the heater is activated. Thereby, the fuel of a flow path can be made to react.

反応後、ステップS4において、流路の排出口側のバルブが開く。これにより、生成物を排出することができる。   After the reaction, in step S4, the valve on the outlet side of the flow path is opened. Thereby, the product can be discharged.

ステップS5において、流路の排出口側のバルブを閉じる。最後にステップS6において、ヒータを停止させる。また、この制御方法とは別の方法により制御することもできる。   In step S5, the valve on the outlet side of the flow path is closed. Finally, in step S6, the heater is stopped. Moreover, it can also control by a method different from this control method.

図12は、本発明の反応装置1のバルブとヒータの制御方法の別の例を示す制御フロー図である。まず、ステップS11において、ヒータが作動する。これにより、後のステップで流入する燃料を反応させることができる。   FIG. 12 is a control flow diagram showing another example of the valve and heater control method of the reaction apparatus 1 of the present invention. First, in step S11, the heater is activated. Thereby, the fuel which flows in at a later step can be reacted.

次に、ステップS12において、流路の供給口側のバルブが開く。これにより、流路に燃料を流入させることができる。   Next, in step S12, the valve on the supply port side of the flow path is opened. Thereby, fuel can be made to flow into the flow path.

ステップS13において、流路の供給口側バルブを閉じる。ステップS14において、流路の排出口側のバルブが開く。これにより、生成物を排出することができる。   In step S13, the supply port side valve of the flow path is closed. In step S14, the valve on the outlet side of the flow path is opened. Thereby, the product can be discharged.

ステップS15において、流路の排出口側のバルブを閉じる。最後にステップS16において、ヒータを停止させる。   In step S15, the valve on the outlet side of the flow path is closed. Finally, in step S16, the heater is stopped.

1つの改質流路におけるバルブとヒータとの制御方法を示すが、基板上のその他の流路も同様に制御することができ、同じ流路において連続して動かすこともできる。このように、ヒータとバルブを動かすことにより、例えば、改質反応に時間がかかる場合においても所定の時間流路内に燃料を留めることができ、十分に反応を行わせることができ、反応効率を向上させることができる。バルブとヒータとの制御は、上述のものに限られるものではなく、要求される生成物の量や改質反応の時間等によって適宜変更することができる。   Although the control method of the valve | bulb and heater in one reforming flow path is shown, the other flow paths on the substrate can be similarly controlled, and can be moved continuously in the same flow path. Thus, by moving the heater and the valve, for example, even when the reforming reaction takes a long time, the fuel can be retained in the flow path for a predetermined time, and the reaction can be sufficiently performed, and the reaction efficiency Can be improved. Control of the valve and the heater is not limited to those described above, and can be appropriately changed depending on the amount of product required, the time of the reforming reaction, and the like.

上述のようにヒータとバルブを制御することで、所定の時間流路内に燃料を留めることができる。この制御を利用して複数の流路を並列に接続し、それぞれの流路を独立して反応を行わせることにより、例えば、生成物の生成量の増減を制御しやすくしたり、見かけ上反応時間を短くしたりすることができる。   By controlling the heater and valve as described above, fuel can be retained in the flow path for a predetermined time. By using this control to connect multiple flow paths in parallel and allowing each flow to react independently, for example, it is easier to control the increase or decrease in the amount of product produced, or the reaction is apparent Time can be shortened.

図13は、本発明の反応装置からの生成物の生成量が変化する場合の時間軸に対する流路の動作を示す図である。図中のInは、流路への燃料の流入を示し、Outは、流路からの生成物の排出を示し、矢印の長さは反応時間を示している。本発明の反応装置は、複数の改質流路を有しており、必要とする生成物の量を使用する流路の数で調節することができる。すなわち、必要とする生成物の量が多くなった場合、使用する流路の数を増やし、少なくなった場合、使用する流路の数を減少させることで調節を行うことができる。   FIG. 13 is a diagram showing the operation of the flow path with respect to the time axis when the production amount of the product from the reaction apparatus of the present invention changes. In in the figure, In indicates the inflow of fuel into the flow path, Out indicates the discharge of the product from the flow path, and the length of the arrow indicates the reaction time. The reaction apparatus of the present invention has a plurality of reforming channels, and the required amount of product can be adjusted by the number of channels used. That is, when the amount of the required product is increased, the number of flow paths to be used is increased, and when the amount is decreased, the adjustment can be performed by decreasing the number of flow paths to be used.

例えば、図13のように、ある時間において要求する生成物の量が急に増えた場合、3つの改質流路を使用して対応することができる。また、要求する生成物の量が少なくなると、使用する流路の数を減らして対応することができる。これにより、使用しない流路の加熱手段を停止させることができ、加熱にかかるエネルギーの消費を抑制することができる。すなわち、加熱手段に使用するエネルギーに対する反応効率を向上させることができる。また、この流路は、燃料や反応生成物を流路内に留めることができる。   For example, as shown in FIG. 13, when the amount of product required at a certain time suddenly increases, it is possible to cope with the problem by using three reforming channels. Further, when the amount of the required product is reduced, it is possible to cope with the problem by reducing the number of flow paths to be used. Thereby, the heating means of the flow path which is not used can be stopped, and consumption of energy concerning heating can be suppressed. That is, the reaction efficiency with respect to the energy used for the heating means can be improved. Further, this flow path can keep fuel and reaction products in the flow path.

そこで、要求される生成物の生成量が少ないときに、流路内に燃料を供給して反応を行い、生成する生成物を流路内に留め、必要時にその生成物を供給することも可能である。これにより、要求される生成物の量が急に増加した場合においても、反応にかかる時間を節約することができ、直に生成物を反応装置に接続される機器に供給することができる。   Therefore, when the amount of products required is small, it is possible to react by supplying fuel into the flow path, to keep the products to be generated in the flow path, and to supply the products when necessary It is. As a result, even when the amount of the required product suddenly increases, the time required for the reaction can be saved, and the product can be directly supplied to the equipment connected to the reaction apparatus.

図14は、本発明の反応装置の複数の流路での生成物をずらして排出した場合の各流路の作動を説明する図である。図中のInは、流路への燃料の流入を示し、Outは、流路からの生成物の排出を示し、矢印の長さは反応時間を示している。   FIG. 14 is a diagram for explaining the operation of each flow path when products in a plurality of flow paths of the reaction apparatus of the present invention are displaced and discharged. In in the figure, In indicates the inflow of fuel into the flow path, Out indicates the discharge of the product from the flow path, and the length of the arrow indicates the reaction time.

反応装置1は、例えば、図14のように、2つの流路を使って、交互に生成物を排出させるように運転することができ、見かけ上の反応時間を2分の1にすることができる。すなわち、見かけ上の反応時間を短縮させることができる。逆に、1つの流路における反応時間が長くても、生成物をずらして排出することにより、見かけ上の反応時間を短くすることが可能となる。これにより、例えば、反応時間が長くなることで反応生成物の収率が向上する場合、全体として生成物の収率を向上させることができる。   For example, as shown in FIG. 14, the reaction apparatus 1 can be operated so as to discharge a product alternately using two flow paths, and the apparent reaction time can be halved. it can. That is, the apparent reaction time can be shortened. On the contrary, even if the reaction time in one channel is long, the apparent reaction time can be shortened by shifting and discharging the product. Thereby, for example, when the yield of the reaction product is improved by increasing the reaction time, the yield of the product can be improved as a whole.

図15は、容積の異なる改質流路を設けた本発明の反応装置の運転方法を説明する図である。反応装置1の複数の流路は、全て同じ容積でなくてもよく、流路の断面積や長さを変えて異なる容積の流路を備えてもよい。   FIG. 15 is a diagram for explaining a method of operating the reaction apparatus of the present invention in which reforming channels having different volumes are provided. The plurality of flow paths of the reactor 1 may not all have the same volume, and may have flow paths with different volumes by changing the cross-sectional area and length of the flow paths.

例えば、図15のように、容積を1とする改質流路300aと、改質流路300aの2倍の容積となる容積を2とする改質流路300bと、改質流路300bの2倍の容積となる容積を4とする改質流路300cと、改質流路300cの2倍の容積となる容積を8とする改質流路300dとなるような異なる容積の流路を備えてもよい。流路で生成する生成物の量は、流路に流入する燃料の量に依存すると考えることができるので、流路の容積が大きくなれば発生する水素の量も多くなる。   For example, as shown in FIG. 15, a reforming channel 300a having a volume of 1, a reforming channel 300b having a volume twice that of the reforming channel 300a, and a reforming channel 300b. A reforming channel 300c having a volume that is twice the volume and a reforming channel 300d having a volume that is twice the volume of the reforming channel 300c and a reforming channel 300d having a volume that is eight are different. You may prepare. Since the amount of product generated in the flow path can be considered to depend on the amount of fuel flowing into the flow path, the amount of hydrogen generated increases as the volume of the flow path increases.

図15のように、異なる容積の流路を備えることにより、要求される生成物の量に応じて使用する流路を適宜変更して対応することができる。例えば、要求される生成物の量を5とした場合、改質流路300aと改質流路300cとに燃料を供給することで要求される生成物の量に合わせて排出することができる。したがって、使用する流路の数を少なくすることができ、制御性が向上する。   As shown in FIG. 15, by providing channels with different volumes, it is possible to appropriately change the channel to be used according to the required amount of product. For example, when the required amount of product is 5, the fuel can be discharged to match the required amount of product by supplying fuel to the reforming channel 300a and the reforming channel 300c. Therefore, the number of channels used can be reduced, and controllability is improved.

上述のように、本発明の反応装置1の運転方法は、複数の流路を流路毎に制御することによって要求される生成物の量で使用する流路の数を調節することが可能となる。このとき、それぞれの改質流路300の容積を変えることにより、必要とする生成物の量に応じて使用する流路を選択することができ、使用する流路の数も少なくすることができる。また、制御部7や加熱手段を制御することにより、燃料を流路に留めることができ、比較的長時間の反応でも十分に反応させることができ、反応効率を向上させることができる。また、長時間の反応においても、複数の流路からの生成物の排出をずらすように制御することで、見かけ上の反応時間を短くすることもできる。さらに、流路内には反応生成物も留めておくように制御することもできる。これにより、必要とする生成物の量が急に増加しても直に対応することができる。   As described above, the operation method of the reaction apparatus 1 of the present invention can adjust the number of channels to be used with the required amount of product by controlling a plurality of channels for each channel. Become. At this time, by changing the volume of each reforming channel 300, the channel to be used can be selected according to the amount of product required, and the number of channels to be used can be reduced. . Further, by controlling the control unit 7 and the heating means, the fuel can be retained in the flow path, and the reaction can be sufficiently performed even in a relatively long reaction, and the reaction efficiency can be improved. Even in a long-time reaction, the apparent reaction time can be shortened by controlling the product discharge from the plurality of flow paths to be shifted. Further, the reaction product can be controlled to remain in the flow path. Thereby, even if the quantity of the required product increases suddenly, it can respond immediately.

上述のように、本発明の反応装置1は、燃料を改質する改質反応を行うことができるが、本発明の反応装置1により行うことができる化学反応は、上記改質反応に限られるものではなく、例えば、加熱を必要とする化学反応にも利用することができる。   As described above, the reactor 1 of the present invention can perform a reforming reaction for reforming fuel, but the chemical reaction that can be performed by the reactor 1 of the present invention is limited to the reforming reaction. For example, it can be used for chemical reactions that require heating.

次に、図16及び図17を参照しながら、本発明の燃料電池の一例について説明する。図16は、本発明の燃料電池の構成を示す図である。図16のように、本発明の燃料電池8は、燃料を改質して水素を生成することができる反応装置1に、水素と酸素によって発電を行うことができる発電部80により構成され、反応装置1で生成する水素を発電部80に供給できるように接続されている。反応装置1は、改質反応により燃料を水素に変換させて発電部80に供給する。発電部80は、水素が供給されることにより、周囲の酸素とともに発電反応を行い、発電を行うことができる。   Next, an example of the fuel cell of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 16 is a diagram showing the configuration of the fuel cell of the present invention. As shown in FIG. 16, the fuel cell 8 of the present invention includes a power generation unit 80 capable of generating power with hydrogen and oxygen in a reaction device 1 that can reform hydrogen to generate hydrogen, and react. It connects so that the hydrogen produced | generated with the apparatus 1 can be supplied to the electric power generation part 80. FIG. The reactor 1 converts the fuel into hydrogen by a reforming reaction and supplies it to the power generation unit 80. When the hydrogen is supplied, the power generation unit 80 can perform a power generation reaction together with surrounding oxygen to generate power.

図17は、発電部の分解斜視図である。発電部80は、図17のように、膜中を解離したプロトンが透過する電解質800を挟んで、水素側電極801と酸素側電極802が形成される。それら水素側電極801と酸素側電極802との外側すなわちプロトン伝導体膜800の反対面に、それぞれ集電体803、804が密着されている。水素側電極801と接する集電体803は、水素が流入する水素供給路を有している。また、酸素側電極802と接する集電体804は、酸素が流入する酸素供給路を有している。   FIG. 17 is an exploded perspective view of the power generation unit. As shown in FIG. 17, in the power generation unit 80, a hydrogen side electrode 801 and an oxygen side electrode 802 are formed with an electrolyte 800 through which protons dissociated in the membrane permeate sandwiched. Current collectors 803 and 804 are in close contact with the outer sides of the hydrogen side electrode 801 and the oxygen side electrode 802, that is, on the opposite surfaces of the proton conductor film 800, respectively. A current collector 803 that is in contact with the hydrogen-side electrode 801 has a hydrogen supply path through which hydrogen flows. The current collector 804 that is in contact with the oxygen-side electrode 802 has an oxygen supply path through which oxygen flows.

水素側電極801に反応装置1により生成された水素が供給され、酸素側電極802に酸素が供給されることにより、発電を行うことができる。供給された水素(H)と酸素(O)により、電解質800と水素側電極801との界面において、H→2H+2eの反応及び電解質800と酸素側電極802との界面において、1/2O+2H+2e→HOの反応が起こる。電解質800と電極801との界面で起こる反応において、電子とプロトン(H)が発生し、電子は水素側電極801から外部回路を通り酸素側電極802へ移動し、プロトンは電解質800を透過して酸素側電極802へ移動する。電解質800と酸素側電極802との界面において、移動してきた電子及びプロトンと供給される空気中の酸素とによって水を生成させる。したがって、本発明の燃料電池8は、酸素と反応装置1で生成する水素とを供給することによって発電することができる。 Hydrogen generated by the reactor 1 is supplied to the hydrogen side electrode 801, and oxygen is supplied to the oxygen side electrode 802, whereby electric power can be generated. By the supplied hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ), at the interface between the electrolyte 800 and the hydrogen side electrode 801, the reaction of H 2 → 2H + + 2e and at the interface between the electrolyte 800 and the oxygen side electrode 802, The reaction of 1 / 2O 2 + 2H + + 2e → H 2 O occurs. In the reaction that occurs at the interface between the electrolyte 800 and the electrode 801, electrons and protons (H + ) are generated, the electrons move from the hydrogen side electrode 801 through the external circuit to the oxygen side electrode 802, and the protons pass through the electrolyte 800. To the oxygen side electrode 802. Water is generated at the interface between the electrolyte 800 and the oxygen-side electrode 802 by the electrons and protons that have moved and oxygen in the air that is supplied. Therefore, the fuel cell 8 of the present invention can generate electric power by supplying oxygen and hydrogen produced by the reactor 1.

反応装置1は、上述のように、生成させる水素の量を改質流路300の数によって調節することができる。すなわち、必要とする発電部80の発電量に応じて使用する改質流路300の数を調節することができる。例えば、反応装置1の改質流路300を全て使用して水素を発生させ、発電部80に供給することで発電量を多くすることができる。また、反応装置1の改質流路300のうち一部の改質流路300を使用することにより、発電量を少なくすることもできる。このとき、反応装置1は、使用される改質流路300のみが加熱するように制御できるため、水素を少量生成させる場合においても、それに見合う加熱などのエネルギーを供給することができる。すなわち、必要とする発電量に応じて、加熱に係るエネルギーも調節することができる。また、反応装置1の改質流路300は、微細な流路であるため、反応装置1を薄型や小型にすることができる。   As described above, the reactor 1 can adjust the amount of hydrogen to be generated by the number of the reforming channels 300. That is, the number of reforming channels 300 to be used can be adjusted according to the required power generation amount of the power generation unit 80. For example, the amount of power generation can be increased by using all the reforming channel 300 of the reactor 1 to generate hydrogen and supplying it to the power generation unit 80. Further, by using some of the reforming channels 300 in the reforming channel 300 of the reactor 1, the amount of power generation can be reduced. At this time, since the reaction apparatus 1 can be controlled so that only the reforming flow path 300 to be used is heated, even when a small amount of hydrogen is generated, it is possible to supply energy corresponding to the heating. That is, the energy for heating can be adjusted according to the amount of power generation required. Moreover, since the reforming flow path 300 of the reaction apparatus 1 is a fine flow path, the reaction apparatus 1 can be made thin and small.

したがって、本発明の燃料電池8は、発電量を反応装置1の流路の数によって調節することができる。各流路において改質反応に必要とされるエネルギーも流路の数で調節することができるため、効率的に発電反応を行うことができる。また、反応装置1は、流路内に水素を貯蔵することもできるため、必要とされる発電量が急激に増加しても貯蔵してある水素を供給することで対応することもできる。さらに、反応装置1を薄型や小型にすることができることにより、燃料電池8も小型化薄型化が可能となる。例えば、平板型のカード状の形態をとる燃料電池とすることもできる。   Therefore, the fuel cell 8 of the present invention can adjust the power generation amount according to the number of flow paths of the reactor 1. Since the energy required for the reforming reaction in each channel can also be adjusted by the number of channels, a power generation reaction can be performed efficiently. Moreover, since the reactor 1 can also store hydrogen in a flow path, even if the required electric power generation amount increases rapidly, it can respond by supplying the stored hydrogen. Furthermore, since the reactor 1 can be reduced in thickness and size, the fuel cell 8 can also be reduced in size and thickness. For example, it may be a fuel cell in the form of a flat card.

本発明の燃料電池は、反応装置1に搭載されている制御装置によって発電部80の制御も行っても良い。これにより、必要とされる発電量を計算し、それに見合うように使用する流路の数を調節することができる。また、反応装置1と発電部80の間に生成させる生成物から不純物を取り除く装置等を備え付けても良い。   The fuel cell of the present invention may also control the power generation unit 80 by a control device mounted on the reactor 1. As a result, the amount of power generation required can be calculated and the number of flow paths used can be adjusted to match that. Moreover, you may equip the apparatus etc. which remove an impurity from the product produced | generated between the reaction apparatus 1 and the electric power generation part 80. FIG.

次に、図18及び図19を参照しながら、本発明の電子機器の一例として、ノート型パソコンについて説明する。上述のように、燃料電池は、小型化薄型化を可能とする。例えば、平板型であるカード状の形態をとる燃料電池カード90とすることができる。この燃料電池カードは、図18に示すように、電子機器であるノート型パソコン9のカード用スロット91から挿入して装着することができる。   Next, a notebook personal computer will be described as an example of the electronic apparatus of the present invention with reference to FIGS. As described above, the fuel cell can be reduced in size and thickness. For example, a fuel cell card 90 in the form of a flat card can be used. As shown in FIG. 18, the fuel cell card can be inserted and inserted from a card slot 91 of a notebook computer 9 which is an electronic device.

このスロット91は、この燃料電池カード90専用の装着本体のハウジングに設けられた穴とすることもできるが、JEIDA/PCMCIAにより標準化されたサイズのスロットとすることも可能である。具体的には、具体的には、JEIDA/PCMCIAにより標準化されたサイズは、縦(長辺)が85.6mm±0.2mm、横(短辺)が54.0mm±0.1mmと定められている。カードの厚みについては、タイプIとタイプIIのそれぞれについて規格化されており、すなわちタイプIについては、コネクタ部の厚みが3.3±0.1mmであり、基底部の厚さが3.3±0.2mmである。また、タイプIIについては、コネクタ部の厚さが3.3±0.1mmであり、基底部の厚さが5.0mm以下で且つその厚みの標準寸法±0.2mmである。   The slot 91 can be a hole provided in the housing of the mounting body dedicated to the fuel cell card 90, but can also be a slot having a size standardized by JEIDA / PCMCIA. Specifically, the size standardized by JEIDA / PCMCIA is determined to be 85.6 mm ± 0.2 mm for the vertical (long side) and 54.0 mm ± 0.1 mm for the horizontal (short side). ing. The card thickness is standardized for each of type I and type II, that is, for type I, the thickness of the connector is 3.3 ± 0.1 mm, and the thickness of the base is 3.3. ± 0.2 mm. For type II, the thickness of the connector portion is 3.3 ± 0.1 mm, the thickness of the base portion is 5.0 mm or less, and the standard dimension of the thickness is ± 0.2 mm.

なお、図18では、スロット91は、ノート型パソコン9のキーボード側本体の側部に設けられているが、このスロット91が設けられる部分を図18で破線で示すセレクタブルベイ93の一部とすることもできる。セレクタブルベイ93は、ノート型パソコン9に対して着脱自在な複数の機能部材であり、パソコンの拡張機能を変える場合に、セレクタブルベイ93に組み込まれる部材を交換するものである。なお、燃料電池カード90を使用する場合には、専用のアダプターを外付けで用いることも可能であり、また、複数の燃料電池カード90を同時にノート型パソコン9等の情報処理装置に組み込むようにしても良い。   In FIG. 18, the slot 91 is provided on the side of the keyboard-side main body of the notebook computer 9, but the portion where the slot 91 is provided is a part of the selectable bay 93 indicated by a broken line in FIG. You can also. The selectable bay 93 is a plurality of functional members that can be attached to and detached from the notebook personal computer 9, and replaces the members incorporated in the selectable bay 93 when changing the expansion function of the personal computer. When the fuel cell card 90 is used, a dedicated adapter can be used externally, and a plurality of fuel cell cards 90 can be incorporated into an information processing apparatus such as a notebook computer 9 at the same time. May be.

図19は、燃料電池カード90の外観を示す斜視図である。燃料電池カード90は、発電を行う本体部900と本体部900に水素を供給できるように接続された水素供給部920とを有している。本体部900は、平板状の上側筐体901が下側筐体902に合わせられる構造とされ、図19では図示しない螺子などによって上側筐体901が下側筐体902に固着されている。上側筐体901には酸素を筐体内に導入するための気体流入口として開口部903が複数形成されている。   FIG. 19 is a perspective view showing the external appearance of the fuel cell card 90. The fuel cell card 90 includes a main body 900 that generates power and a hydrogen supply unit 920 that is connected so that hydrogen can be supplied to the main body 900. The main body 900 has a structure in which a flat upper casing 901 is fitted to the lower casing 902, and the upper casing 901 is fixed to the lower casing 902 with screws or the like not shown in FIG. The upper casing 901 has a plurality of openings 903 as gas inlets for introducing oxygen into the casing.

開口部903の形状は、図19のように、矩形状としているが、他の形状にすることも可能であり、円形、楕円形、ストライプ形状、多角形形状などの各種の形にすることも可能である。また、開口部903は、本例では板状の上側筐体901を切り欠いて形成されているが、酸素側電極への酸素の供給を損なわない範囲でゴミやチリなどの侵入や付着を防止するためにこの開口部903に網や不織布などを設けるようにすることも可能である。   The shape of the opening 903 is rectangular as shown in FIG. 19, but other shapes are possible, and various shapes such as a circle, an ellipse, a stripe shape, and a polygon shape can be used. Is possible. In addition, the opening 903 is formed by cutting out the plate-like upper housing 901 in this example, but prevents intrusion and adhesion of dust and dirt as long as the supply of oxygen to the oxygen-side electrode is not impaired. In order to do this, it is also possible to provide a net or a nonwoven fabric in the opening 903.

燃料電池カード90の本体部900は、膜中を解離したプロトンが透過する電解質と、電解質を挟む水素側電極及び酸素側電極とが筐体内に納められている。水素側電極には、下記で説明する水素供給部920の反応装置1で生成した水素が供給され、酸素側電極には、筐体に設けられている開口部より酸素が供給され、水素と酸素が互いに混合しないようになっている。筐体内には、集電体も収められており、発生した電気を集め、電子機器であるノート型パソコンに供給することができる。電極に挟まれる電解質は、必要とする発電量に応じて複数の電解質を設置しても良い。   In the main body 900 of the fuel cell card 90, an electrolyte through which protons dissociated in the membrane permeate, and a hydrogen electrode and an oxygen electrode sandwiching the electrolyte are housed in a casing. Hydrogen generated in the reactor 1 of the hydrogen supply unit 920 described below is supplied to the hydrogen side electrode, and oxygen is supplied to the oxygen side electrode from an opening provided in the housing, so that hydrogen and oxygen Are not mixed with each other. A current collector is also housed in the housing, and the generated electricity can be collected and supplied to a notebook personal computer which is an electronic device. As the electrolyte sandwiched between the electrodes, a plurality of electrolytes may be installed according to the required power generation amount.

燃料電池カード90の水素供給部920は、上述のように、燃料を改質することができる反応装置1と、反応装置1に供給する燃料を貯蔵するタンク921とを有している。そして、反応装置1とタンク921とは、タンク921中の燃料を反応装置1に供給できるように接続されている。燃料の改質により生成した水素は、本体部900の筐体内に設置された水素側電極に供給することができる。水素供給部920は、本体部900から着脱自在とされている。さらに、タンク921は、燃料を注入できるような構造を有していてもよく、例えば、水素供給部920から取り外して燃料を十分に有している新たなものに交換することができてもよい。   As described above, the hydrogen supply unit 920 of the fuel cell card 90 includes the reactor 1 that can reform the fuel and the tank 921 that stores the fuel supplied to the reactor 1. The reactor 1 and the tank 921 are connected so that the fuel in the tank 921 can be supplied to the reactor 1. Hydrogen generated by the reforming of the fuel can be supplied to a hydrogen side electrode installed in the housing of the main body 900. The hydrogen supply unit 920 is detachable from the main body 900. Furthermore, the tank 921 may have a structure capable of injecting fuel. For example, the tank 921 may be removed from the hydrogen supply unit 920 and replaced with a new one having sufficient fuel. .

上述のように構成される燃料電池カード90は、以下のように作動する。水素供給部920内のタンク921中の燃料が反応装置1に供給され、燃料の改質反応により水素を発生させる。反応装置1により発生した水素は、水素供給部920と接続された本体部900の筐体内に供給される。このとき、筐体に設けられた開口部903より酸素が供給される。したがって、水素側電極に水素が供給され、酸素側電極に酸素が供給されることになり、上述のように、電極と電解質において発電反応が起こり、発電することができる。発生した電力を筐体内の集電体により集め、燃料電池カードを90を挿入したノート型パソコンに電力供給することができる。   The fuel cell card 90 configured as described above operates as follows. The fuel in the tank 921 in the hydrogen supply unit 920 is supplied to the reactor 1, and hydrogen is generated by the reforming reaction of the fuel. Hydrogen generated by the reaction apparatus 1 is supplied into the housing of the main body 900 connected to the hydrogen supply unit 920. At this time, oxygen is supplied from an opening 903 provided in the housing. Therefore, hydrogen is supplied to the hydrogen side electrode, and oxygen is supplied to the oxygen side electrode. As described above, a power generation reaction occurs in the electrode and the electrolyte, and power can be generated. The generated power can be collected by a current collector in the housing, and the fuel cell card can be supplied to a notebook personal computer with 90 inserted.

ノート型パソコンといった電子機器は、例えば、演算処理を行っている状態と待機状態といったように必要とする電力量が異なることがある。上述の反応装置1を備えることにより、水素の生成量を流路の数によって効率的に調節することができる。すなわち、電子機器の必要とする電力量を流路の数によって調節することが可能となる。したがって、必要とする電力量が異なるような操作を行っても安定して動かせる電子機器を提供することができる。また、使用していない流路に水素を貯蔵することも可能であるため、急激に電力を必要とする場合などにおいても、素早く対応することができる。   An electronic device such as a notebook personal computer may require a different amount of electric power, such as a state in which arithmetic processing is being performed and a standby state. By providing the reaction apparatus 1 described above, the amount of hydrogen produced can be efficiently adjusted by the number of flow paths. That is, the amount of power required by the electronic device can be adjusted by the number of flow paths. Therefore, it is possible to provide an electronic device that can be stably moved even when an operation that requires different amounts of power is performed. Further, since hydrogen can be stored in a flow path that is not used, it is possible to quickly cope with a case where power is rapidly required.

このノート型パソコン9は、燃料電池カード90を電源とした電子機器であるが、本発明は、このような形態のものに限られるものではなく、ノート型パソコンの内部に、直接備え付けるように構成されたものでもよい。   The notebook computer 9 is an electronic device that uses the fuel cell card 90 as a power source. However, the present invention is not limited to such a configuration, and is configured to be directly provided inside the notebook computer. It may be done.

尚、上述のように、本発明の電子機器としてノート型パソコンを例として説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、ポータブルなファクシミリ、パソコン用周辺機器、電話機、テレビジョン受像機、通信機器、携帯端末、時計、カメラ、オーディオビデオ機器、扇風機、冷蔵庫、アイロン、ポット、掃除機、炊飯器、電磁調理器、照明器具、ゲーム機やラジコンカーなどの玩具、電動工具、医療機器、測定機器、車両搭載用機器、事務機器、健康美容器具、電子制御型ロボット、衣類電子機器、輸送機械、その他の機器等が挙げられる。   As described above, a notebook personal computer has been described as an example of the electronic apparatus of the present invention, but the present invention is not limited to this. For example, portable facsimiles, peripheral devices for personal computers, telephones, television receivers, communication devices, mobile terminals, watches, cameras, audio video equipment, electric fans, refrigerators, irons, pots, vacuum cleaners, rice cookers, electromagnetic cookers, Lighting equipment, toys such as game machines and radio controlled cars, electric tools, medical equipment, measuring equipment, equipment for mounting on vehicles, office equipment, health and beauty equipment, electronically controlled robots, clothing electronic equipment, transport machinery, other equipment, etc. Can be mentioned.

本発明の反応装置1の一例として反応装置の断面形状を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the cross-sectional shape of a reaction apparatus as an example of the reaction apparatus 1 of this invention. 本発明の反応装置の基板の一例を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows an example of the board | substrate of the reaction apparatus of this invention. 本発明の反応装置の基板の一例を示す各板材の裏側を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the back side of each board | plate material which shows an example of the board | substrate of the reaction apparatus of this invention. 本発明の反応装置の伝熱板材20の製造工程の一例を示す図である。図4(a)は、酸化膜を形成した工程を示し、図4(b)は、酸化膜の一部を取り除いた工程を示し、図4(c)は、ボロン拡散層を形成した工程を示し、図4(d)は、酸化膜を取り除いた工程を示し、図4(e)は、酸化膜を形成した工程を示し、図4(f)は、配線を形成した工程を示し、図4(g)は、酸化膜を形成した工程を示し、図4(h)は、酸化膜の一部を取り除いた工程を示している。It is a figure which shows an example of the manufacturing process of the heat-transfer board | plate material 20 of the reaction apparatus of this invention. 4A shows the process of forming the oxide film, FIG. 4B shows the process of removing a part of the oxide film, and FIG. 4C shows the process of forming the boron diffusion layer. 4 (d) shows the process of removing the oxide film, FIG. 4 (e) shows the process of forming the oxide film, and FIG. 4 (f) shows the process of forming the wiring. 4 (g) shows a step of forming an oxide film, and FIG. 4 (h) shows a step of removing a part of the oxide film. 本発明の流路形成板材の製造工程の一例を示す図である。図5(a)は、酸化膜を形成した工程を示し、図5(b)は、酸化膜の一部を取り除いた工程を示し、図5(c)は、ボロン拡散層を形成した工程を示し、図5(d)は、エッチングした工程を示し、図5(e)は、酸化膜を形成した工程を示している。It is a figure which shows an example of the manufacturing process of the flow-path formation board | plate material of this invention. FIG. 5A shows a process of forming an oxide film, FIG. 5B shows a process of removing a part of the oxide film, and FIG. 5C shows a process of forming a boron diffusion layer. 5D shows an etching process, and FIG. 5E shows a process of forming an oxide film. 本発明の反応装置の基板の組立ての一例を示す図である。図6(a)は、伝熱板材と流路形成板材とを接合させた工程を示し、図6(b)は、エッチングした工程を示し、図6(c)は、上側板材と下側板材とを接合させた工程を示し、図6(d)は、燃料の供給口と排出口とを形成した工程を示し、図6(e)は、触媒層を形成させた工程を示している。It is a figure which shows an example of the assembly of the board | substrate of the reaction apparatus of this invention. 6A shows the process of joining the heat transfer plate and the flow path forming plate, FIG. 6B shows the etched step, and FIG. 6C shows the upper plate and the lower plate. 6 (d) shows a step of forming a fuel supply port and a discharge port, and FIG. 6 (e) shows a step of forming a catalyst layer. 本発明の反応装置の運転方法を説明する図である。It is a figure explaining the operating method of the reaction apparatus of this invention. 本発明の反応装置をヒータを制御して運転する方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of operating the reaction apparatus of this invention by controlling a heater. 本発明の反応装置をヒータ及び改質流路の燃料の流れる方向と同じ方向に燃料を流す燃焼流路を制御して運転する方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of operating the reaction apparatus of this invention by controlling the combustion flow path which flows a fuel in the same direction as the flow direction of the fuel of a heater and a reforming flow path. 本発明の反応装置をヒータ及び改質流路の燃料の流れる方向と逆方向に燃料を流す燃焼流路を制御して運転する方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of operating the reaction apparatus of this invention by controlling the combustion flow path which flows a fuel in the reverse direction to the flow direction of the fuel of a heater and a reforming flow path. 本発明の反応装置のバルブとヒータの制御フロー図である。It is a control flow figure of the valve and heater of the reaction device of the present invention. 本発明の反応装置のバルブとヒータの別の制御フロー図である。It is another control flowchart of the valve | bulb and heater of the reaction apparatus of this invention. 本発明の反応装置からの生成物の生成量が変化する場合の時間軸に対する流路の動作を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement of the flow path with respect to the time-axis when the production amount of the product from the reaction apparatus of this invention changes. 本発明の反応装置からの生成物をずらして排出する場合の時間軸に対する流路の動作を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement of the flow path with respect to the time axis when shifting the product from the reaction apparatus of this invention and discharging. 容積の異なる改質流路を設けた本発明の反応装置の運転方法を説明する図である。It is a figure explaining the operating method of the reaction apparatus of this invention which provided the reforming flow path from which volumes differ. 本発明の燃料電池の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fuel cell of this invention. 本発明の燃料電池の発電部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the electric power generation part of the fuel cell of this invention. 本発明の電子機器の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the electronic device of this invention. 本発明の電子機器に搭載する燃料電池カードの外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the fuel cell card mounted in the electronic device of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 反応装置
10 上側板材
2 基板
20 伝熱板材
21、24、26、31、34 酸化膜
22、23、32 ボロン拡散層
25 配線
200、320 凹部
210 熱伝導板
220 改質触媒
230 燃焼触媒
240 ヒータ
250 電極
30 流路形成板材
33 溝
300、300a、300b、300c、300d 改質流路
310 燃焼流路
330 接続口
40 下側板材
400 改質流路供給口
410 改質流路排出口
420 燃焼流路供給口
430 燃焼流路排出口
6 燃料タンク
7 制御部
70 制御装置
71a、71b バルブ
8 燃料電池
80 発電部
800 電解質
801 水素側電極
802 酸素側電極
803、804 集電体
9 ノート型パソコン
90 燃料電池カード
900 本体部
901 上側筐体
902 下側筐体
903 開口部
91 スロット
920 水素供給部
921 タンク
93 セレクタブルベイ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reaction apparatus 10 Upper board | plate material 2 Substrate 20 Heat-transfer board | plate materials 21, 24, 26, 31, 34 Oxide films 22, 23, 32 Boron diffusion layer 25 Wiring 200, 320 Recess 210 Heat conduction plate 220 Reforming catalyst 230 Combustion catalyst 240 Heater 250 Electrode 30 Flow path forming plate material 33 Groove 300, 300a, 300b, 300c, 300d Reformed flow channel 310 Combustion flow channel 330 Connection port 40 Lower plate material 400 Reformed flow channel supply port 410 Reformed flow channel discharge port 420 Combustion flow Road supply port 430 Combustion flow path discharge port 6 Fuel tank 7 Control unit 70 Controllers 71a and 71b Valve 8 Fuel cell 80 Power generation unit 800 Electrolyte 801 Hydrogen side electrode 802 Oxygen side electrode 803 and 804 Current collector 9 Notebook PC 90 Fuel Battery card 900 Main body 901 Upper housing 902 Lower housing 903 Opening 91 Slot 920 Hydrogen supply unit 21 tank 93 selectable bay

Claims (16)

流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路を並列に接続し、
前記反応用流路毎に独立して化学反応させることを特徴とする反応装置。
A plurality of fine reaction flow paths for chemically reacting fluids are connected in parallel,
A reaction apparatus characterized by causing a chemical reaction independently for each of the reaction flow paths.
上記反応用流路は、基板に形成した微細な溝であることを特徴とする請求項1の反応装置。   2. The reaction apparatus according to claim 1, wherein the reaction channel is a fine groove formed in a substrate. 上記流体は、上記反応用流路への流出入を制御する制御部により制御されていることを特徴とする請求項1の反応装置。   The reaction apparatus according to claim 1, wherein the fluid is controlled by a control unit that controls inflow and outflow into the reaction channel. 上記制御部は、上記反応用流路の流入口又は流出口若しくはその両方に設けられていることを特徴とする請求項3の反応装置。   4. The reaction apparatus according to claim 3, wherein the control unit is provided at an inlet or an outlet or both of the reaction channel. 上記制御部は、逆止弁又はバルブであることを特徴とする請求項3の反応装置。   The reaction device according to claim 3, wherein the control unit is a check valve or a valve. 上記流体は、前記流体を上記反応用流路に供給する流体供給装置により前記反応用流路に供給されていることを特徴とする請求項1の反応装置。   2. The reaction apparatus according to claim 1, wherein the fluid is supplied to the reaction channel by a fluid supply device that supplies the fluid to the reaction channel. 上記基板を複数使用することを特徴とする請求項2の反応装置。   The reaction apparatus according to claim 2, wherein a plurality of the substrates are used. 流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路と、
前記反応用流路毎に設けられ複数の前記反応用流路をそれぞれ独立して加熱する加熱手段とを有し、
複数の前記反応用流路を並列に接続し、前記反応用流路毎に独立して化学反応させることを特徴とする反応装置。
A plurality of fine reaction channels for chemically reacting the fluid;
Heating means provided for each of the reaction flow paths and independently heating the plurality of reaction flow paths,
A reaction apparatus characterized in that a plurality of the reaction channels are connected in parallel to cause a chemical reaction independently for each reaction channel.
上記加熱手段は、通電により発熱する抵抗発熱体からの熱で上記反応用流路を加熱することを特徴とする請求項8の反応装置。   9. The reaction apparatus according to claim 8, wherein the heating means heats the reaction channel with heat from a resistance heating element that generates heat when energized. 流体の化学反応を行う複数の微細な反応用流路と、
複数の前記反応用流路毎に近接に形成され反応用流路を加熱する加熱用流路とを有し、
複数の前記反応用流路を並列に接続し、前記反応用流路毎に独立して化学反応させることを特徴とする反応装置。
A plurality of fine reaction channels for conducting chemical reactions of fluids;
A heating channel that is formed adjacent to each of the plurality of reaction channels and heats the reaction channel;
A reaction apparatus characterized in that a plurality of the reaction channels are connected in parallel to cause a chemical reaction independently for each reaction channel.
流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路を並列に接続された反応装置の運転方法であって、
前記反応用流路に前記流体を流入させる工程と、
前記反応用流路毎に独立して化学反応させる工程とを有することを特徴とする反応装置の運転方法。
A method of operating a reaction apparatus in which a plurality of fine reaction channels for chemically reacting fluids are connected in parallel,
Flowing the fluid into the reaction channel;
And a step of chemically reacting each of the reaction flow paths independently.
上記流体は、上記反応用流路への流出入を制御する制御部を上記反応用流路の流入口及び流出口に設置して上記流体を所定の時間前記反応用流路内に滞留させることを特徴とする請求項11の反応装置の運転方法。   The fluid is allowed to stay in the reaction channel for a predetermined time by installing a control unit for controlling the flow into and out of the reaction channel at the inlet and the outlet of the reaction channel. The method of operating a reactor according to claim 11. 上記流体は、上記反応用流路への流出入を制御する制御部を上記反応用流路の流入口及び流出口に設置して前記化学反応の生成物の生成量を制御することを特徴とする請求項11の反応装置の運転方法。   The fluid is characterized in that control units for controlling the flow into and out of the reaction channel are installed at the inlet and the outlet of the reaction channel to control the amount of product of the chemical reaction. A method for operating the reactor according to claim 11. 上記複数の反応用流路は、それぞれ流路毎に上記化学反応の生成物の生成量が異なっていることを特徴とする請求項11の反応装置の運転方法。   12. The method of operating a reaction apparatus according to claim 11, wherein the plurality of reaction flow paths have different amounts of the product of the chemical reaction for each flow path. 流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路を並列に接続し、前記反応用流路毎に独立して化学反応させる反応装置と、
前記反応装置における流体の化学反応により生成される生成物を使用して発電を行う発電部とを有していることを特徴とする燃料電池。
A plurality of fine reaction flow paths for chemically reacting a fluid in parallel, and a reaction apparatus for performing a chemical reaction independently for each of the reaction flow paths;
A fuel cell comprising: a power generation unit that generates power using a product generated by a chemical reaction of a fluid in the reaction device.
流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路を並列に接続し、前記反応用流路毎に独立して化学反応させる反応装置と、
前記反応装置における流体の化学反応により生成される生成物を使用して発電を行う発電部とを有し、
前記発電部で発生した電力を受けて作動することを特徴とする電子機器。

A plurality of fine reaction flow paths for chemically reacting a fluid in parallel, and a reaction apparatus for performing a chemical reaction independently for each of the reaction flow paths;
A power generation unit that generates power using a product generated by a chemical reaction of a fluid in the reactor,
An electronic device that operates by receiving electric power generated by the power generation unit.

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