JP2006061819A

JP2006061819A - 反応器

Info

Publication number: JP2006061819A
Application number: JP2004247079A
Authority: JP
Inventors: Naotada Ogura; 直嗣小椋
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2004-08-26
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2024-08-26
Also published as: JP4438569B2

Abstract

【課題】配置位置や設置幅に制約されずに発熱体を基板上に容易に形成する。
【解決手段】本発明に係る反応器は、多数の貫通孔３０６，３０６，…を有した基板３０５と、基板３０５上で貫通孔３０６同士の隙間に配された発熱体３０８とを備えており、各貫通孔３０６を通過する流体を発熱体３０８で加熱するようになっている。そしてこの反応器では、発熱体３０８が配される位置（平板部３２０）を介して互いに隣り合う貫通孔３０６同士の間隔Ｌ１が、直接的に互いに隣り合う貫通孔３０６同士の間隔Ｌ２より長くなっている。
【選択図】図５

Description

本発明は反応器であって、特に燃料の改質反応器に関する。

近年では、高いエネルギー利用効率を実現できる燃料電池についての研究・開発が盛んにおこなわれている。燃料電池は、燃料と大気中の酸素とを電気化学的に反応させて化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出すものであり、将来性に富む有望な電池であると位置付けられている。燃料電池には直接型と改質型があり、直接型は、アルコール類及びガソリンといった液体燃料を直接燃料電池の燃料極に供給して発電させるものであり、改質型は燃料を水素に改質して改質された水素を燃料極に供給するものである。直接型は、改質型と比べると燃料の一部がプロトン透過膜を通過してしまうクロスオーバーしてしまうといった問題を生じてしまっていた。これに対して改質型は比較的高出力が可能であるが、燃料電池の他に液体燃料を改質させる改質装置を必要とするので、燃料改質型の燃料電池システムを小型の電子機器の電源として用いる場合には、燃料電池だけでなく改質装置も小型化する必要がある。

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

ところで、ケミカルマイクロリアクタを加熱することにより、壁面に接触しながら流路を流れる反応物に対してケミカルマイクロリアクタの熱が伝導するので、当該反応物の化学反応を効率的なものとすることができるが、葛折り状の流路では、流路が複数箇所で折れ曲がるので流体の流動方向が逐一変化して圧力損失が大きくなってしまい、また流路長が長くなってしまうので化学反応を引き起こした流体を迅速に排出することができない。
本発明の目的は、流体を迅速に通過できるとともに効率的に加熱することができる反応器を提供することである。

上記課題を解決するため請求項１に記載の発明の反応器は、
一方の面からその面に対向する他方の面に貫通する複数の貫通孔を有した基板と、
前記一方の面における互いに隣り合う前記貫通孔同士の間の第一間隔に設けられた発熱体と、
を備え、
前記第一間隔が、前記一方の面における他の互いに隣り合う前記貫通孔同士の間の第二間隔より長いことを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の反応器において、
前記発熱体が前記基板上に複数配されており、
前記各発熱体が互いに独立に配されていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、
請求項１に記載の反応器において、
前記発熱体が前記基板上に複数配されており、
前記各発熱体が互いに異なった抵抗値を有していることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の反応器において、
気化器であることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の反応器において、
改質器であることを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の反応器において、
一酸化炭素除去器であることを特徴としている。

請求項１に記載の発明では、発熱体を配する位置が十分に確保され、且つ貫通孔から流体を迅速に通過することができる。

請求項２に記載の発明では、各発熱体をそれぞれ独立して発熱させることができ、基板周辺の雰囲気の温度分布を制御することができる。

請求項３に記載の発明では、各発熱体への電圧の印加により発熱体ごとに発熱量が異なるため、抵抗値に応じた量で各発熱体をそれぞれ発熱させて、基板周辺の雰囲気の温度分布を制御することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。ただし、下記に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を下記の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１は発電装置１の概略構成を示すブロック図である。
発電装置１は、デスクトップ型パーソナルコンピュータ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、家庭用電気機器その他の電子機器に備え付けられたものであり、電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。

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

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

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

燃料電池７は、触媒微粒子及び担体微粒子からなるガス拡散層としての燃料極と、触媒微粒子及び担体微粒子からなるガス拡散層としての空気極と、燃料極と空気極との間に挟持された水素イオン伝導性の固体高分子電解質膜とを、具備している。空気極は管等を介して空気ポンプ８に通じており、空気極に電気化学反応に用いられる酸素を含む空気が供給されるようになっている。

図２は気化器３、改質器５及び一酸化炭素除去器６の斜視図であり、図３は、気化器３、改質器５及び一酸化炭素除去器６にそれぞれ適用される基板３０５、５０５、６０５の略斜視図であり、図４は図２のIV−IV線に沿って基板３０５、５０５、６０５を厚さ方向に切断した断面図である。

図２、図４に示すように、気化器３は、内部空間を形成した容器である反応器本体３０１と、反応器本体３０１内に収納された流路構造３０２とを、備えている。

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

流路構造３０２は、基本構成として基板３０５を有している。基板３０５はガラス、セラミック等の絶縁体、又はアルミニウム、セリウム、チタン、シリコン等のように陽極酸化により表面が多孔質になることができる金属のいずれかからなることが好ましい。基板３０５の厚さは、基板３０５の面方向の長さ、幅よりも短い。基板３０５には、当該基板３０５の一方の面からその面に対向する他方の面まで貫通した流路となる多数の貫通孔３０６，３０６，…が基板３０５の厚さ方向に沿って互いに平行でかつ途中で屈曲しないように直進した形状に形成されている。そのため、貫通孔３０６に流体が入ると、当該流体は、貫通孔３０６により露出された側壁３１５との間の摩擦による流速の損失をほとんど受けずに速やかに各貫通孔３０６を通過することができる。

図５は基板３０５を一方の面側から見た平面図である。
図５に示すように、各貫通孔３０６は断面が六角形状の孔であり、これら貫通孔３０６，３０６，…がハニカム状に配列されている。そのため、基板３０５は厚さ方向にかかる力、厚さ方向に対して垂直な方向にかかる力に対して十分な強度を維持しながら、貫通孔３０６の数を多くする、つまり側壁３１５の面積を大きく取ることが可能となる。各貫通孔３０６は強度と側壁３１５の面積が確保できれば、六角形状に形成されている必要はなく、三角形、四角形、それ以上の多角形状、円形状、楕円形状等の幾何学形状に形成されていてもよい。また、基板３０５を平面視した場合に、貫通孔３０６，３０６，…はハニカム状に配列されている必要はなく、二次元アレイ状（例えば、マトリクス状）に配列されていてもよい。基板３０５は、貫通孔３０６を流れる流体に含まれる物質に対して反応性に乏しく、熱伝導率が高く、熱膨張率が低い方が好ましい。

基板３０５の一方の面における中央部には貫通孔３０６，３０６，…が形成されていない平板部３２０が存在しており、当該平板部３２０には発熱体としての電熱線３０８が配されている。すなわち、平板部３２０が、電熱線３０８が配される位置（部位）となっている。電熱線３０８は、基板３０５の中央部に沿う各貫通孔３０６の外形に沿うようにジグザグ状に蛇行している。平板部３２０又は電熱線３０８を介して互いに隣り合う貫通孔３０６同士の間隔Ｌ１（第一間隔）は、平板部３２０又は電熱線３０８を介さない他の貫通孔３０６同士の間隔Ｌ２（第二間隔）より長くなっている。電熱線３０８の端子部３１４，３１４は、当該電熱線３０８と一体形成された電気的接点となっており、図２に示すように反応器本体３０１の外側に配置されている。

図４に示すように、この流路構造３０２では、基板３０５の一方の面上において貫通孔３０６，３０６，…間にシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）又はシリコン窒化膜（ＳｉＮ）等の絶縁膜３０７が成膜されている。基板３０５の中央部であって絶縁膜３０７上に電熱線３０８が成膜されている。電熱線３０８は、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ系若しくはＴａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系等の複合金属酸化物、若しくはＡｕ等の金属単体や合金で構成された電気抵抗性発熱体又は半導体性発熱体であり、電流が流れたり電圧が印加されたりすることによって電気エネルギーで発熱するものである。電熱線３０８と基板３０５との間に絶縁膜３０７が介在することによって、基板３０５に電流が流れて電熱線３０８が十分加熱できなくなることを避けることができるようになっており、また電熱線３０８を基板３０５に直接成膜した場合よりも電熱線３０８が基板３０５から剥離しにくくなっている。
なお、基板３０５自体がガラス等の絶縁体であれば、絶縁膜３０７を被膜する必要はない。

電熱線３０８上には、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜等の保護絶縁膜３０９が成膜されている。保護絶縁膜３０９は、端子部３１４，３１４を除く電熱線３０８を被覆することにより当該電熱線３０８を保護している。保護絶縁膜３０９は各貫通孔３０６を通過する流体に対し不活性であり、且つそれ自体が流体を変質させるものでなく、また高温雰囲気においても劣化することがない。

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

なお、図２に示すように、基板３０５の一部は反応器本体３０１の外側に延出しており、電熱線３０８と一体形成された電気的接点としての端子部３１４，３１４が反応器本体３０１から露出した部分において基板３０５上に形成されている。気化器３では、電熱線３０８の端子部３１４，３１４を通じて電熱線３０８に電圧・電流が印加されることによって、電熱線３０８が所定の温度に発熱するようになっている。基板３０５が反応器本体３０１を貫通している部分においては、基板３０５と反応器本体３０１との間の界面は完全に密閉されている。

図２、図３、図４に示すように、改質器５も、気化器３と同様に、内部空間を形成した反応器本体５０１と、反応器本体５０１内に収納された流路構造５０２とを、備えている。また、図２、図３、図４では、改質器５において、例えば「絶縁膜５０７」が「絶縁膜３０７」と実質的に同じであるというように、気化器３の何れかの部分に対応する部分に対して下二桁が共通する５００番代の符号を付し、下記では、気化器３の何れかの部分に対応する改質器５の各部についての説明は省略して改質器５と気化器３とで互いに異なる部分について説明する。

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

また、この改質器５においては、絶縁膜５０７によって覆われている部分を除いて基板５０５の表層全体に改質触媒としての触媒層５１６が形成されている。特に、貫通孔５０６，５０６，…の周囲を仕切る側壁５１５に触媒層５１６が形成されている。触媒層５１６は、側壁５１５を含む基板５０５の表層を酸化させることによってその表層を多孔質金属酸化物（基板５０５がアルミニウムの場合には多孔質金属酸化物がアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）であり、基板５０５がチタンの場合には多孔質金属酸化物が酸化チタンであり、基板５０５がセリウムの場合には多孔質金属酸化物が酸化セリウムである。）に変質させ、その表層の多孔質金属酸化物を担体としてその表層に触媒成分を担持したものである。この改質器５においては、触媒成分としてＣｕ／ＺｎＯ系触媒が基板５０５の表層に担持されている。基板５０５は、貫通孔５０６を流れる流体に含まれる物質に対して耐腐蝕性に優れ、触媒を担持しやすく、熱伝導率が高く、熱膨張率が低い方が好ましい。また基板５０５の厚さは、基板５０５の面方向の長さ、幅よりも短い。複数の貫通孔５０６，５０６，…が基板５０５の厚さ方向に沿って互いに平行でかつ途中で屈曲しないように直進した形状に形成されている。そのため、貫通孔５０６に流体が入ると、当該流体は、摩擦による流速の損失をほとんど受けずに速やかに各貫通孔５０６を通過することができる。

図２、図４に示すように、一酸化炭素除去器６も、気化器３と同様に、内部空間を形成した反応器本体６０１と、反応器本体６０１内に収納された流路構造６０２とを、備えている。また、図２、図４では、一酸化炭素除去器６において、例えば「絶縁膜６０７」が「絶縁膜３０７」と実質的に同じであるというように、気化器３の何れかの部分に対応する部分に対して下二桁が共通する６００番代の符号を付し、下記では、気化器３の何れかの部分に対応する一酸化炭素除去器６の各部についての説明は省略して一酸化炭素除去器６と気化器３とで互いに異なる部分について説明する。

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

また、この一酸化炭素除去器６においては、絶縁膜６０７によって覆われている部分を除いて基板６０５の表層全体（貫通孔６０６，６０６，…内の表層も含む。）に一酸化炭素の酸化反応用の触媒としての触媒層６１６が形成されている。触媒層６１６は、基板６０５の表層を酸化させることによってその表層を多孔質金属酸化物に変質させ、その表層の多孔質金属酸化物を担体としてその表層に触媒成分を担持したものである。この一酸化炭素除去器６においては、触媒成分としてＰｔ系触媒が基板６０５の表層に担持されている。基板６０５は、貫通孔６０６を流れる流体に含まれる物質に対して耐腐蝕性に優れ、触媒層６１６を担持しやすく、熱伝導率が高く、熱膨張率が低い方が好ましい。また基板６０５の厚さは、基板６０５の面方向の長さ、幅よりも短い。多数の貫通孔６０６，６０６，…が基板６０５の厚さ方向に沿って互いに平行でかつ途中で屈曲しないように直進した形状に形成されている。そのため、貫通孔６０６に流体が入ると、当該流体は、摩擦による流速の損失をほとんど受けずに速やかに各貫通孔６０６を通過することができる。

続いて、気化器３、改質器５及び一酸化炭素除去器６の製造方法について説明する。
始めに、平板状の基板３０５，５０５，６０５を準備し、必要に応じて基板３０５，５０５，６０５の一方の面に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、スパッタリング法等の気相成長法により絶縁膜３０７，５０７，６０７を成膜する。そして一方の面の平板部３２０，５２０，６２０となる位置にそれぞれ電熱膜３０８，５０８，６０８（電気的接点としての端子部３１４，５１４，６１４を含む。）をパターニング形成後、電熱膜３０８，５０８，６０８をそれぞれ覆うように保護絶縁膜３０９，５０９，６０９を形成する。

次いで、基板３０５，５０５，６０５に対してフォトリソグラフィー法によるレジストマスクを形成し、レジストマスクを施した状態の基板３０５，５０５，６０５にエッチングを施す。これにより、基板３０５，５０５，６０５のそれぞれに貫通孔３０６，５０６，６０６を多数形成する。この場合に、各基板３０５，５０５，６０５の中央部に対しては、隣り合う貫通孔３０５，５０５，６０５同士の間隔（図５中の間隔Ｌ２）よりも幅広い、図５中間隔Ｌ１に相当する幅で平板部３２０，５２０，６２０を形成するようにエッチングを施す。当方性エッチングの場合、基板３０５，５０５，６０５の厚さ方向に浸食していく際にエッチング孔が徐々に拡大してしまうので、貫通孔３０５，５０５，６０５の厚さ方向の形状を維持するために、各基板３０５，５０５，６０５を極めて薄い薄板の積層構造とし、薄板にそれぞれエッチング孔を開けてから各薄板を重ねるようにしてもよい。

その後、基板５０５，６０５を電解液（例えば、リン酸（濃度４％が望ましい。）、シュウ酸（濃度５％が望ましい。））に浸漬し、基板５０５，６０５を陽極としかつ電解液を陰極とすると、基板５０５，６０５の表層が酸化する（陽極酸化法）。基板５０５，６０５の表層が陽極酸化することによって、基板５０５，６０５の表層が多孔質金属酸化物（担体）に変質する。これにより、基板５０５，６０５に担体としての機能を持たせることができる。
なお、基板５０５，６０５がガラスであった場合、酸化可能な金属を含む懸濁液に浸漬してこの金属を表面に塗着し、その後金属を酸化させて表面に多孔質の担持膜を形成してもよい。

次に、基板５０５，６０５を、触媒材料を含む溶液又は懸濁液に浸漬して貫通孔５０６，６０６を含む表層の多孔質金属酸化物に触媒成分を担持することによって、触媒層５１６，６１６を形成する。基板５０５，６０５の表層が多孔質金属酸化物に変質するので、触媒成分の付着強度の向上を図ることができる。

次に、基板３０５，５０５，６０５を反応器本体３０１，５０１，６０１に収納し、基板３０５，５０５，６０５によって反応器本体３０１，５０１，６０１の内部空間を流入管３０３，５０３，６０３側の領域３１０，５１０，６１０と流出管３０４，５０４，６０４側の領域３１１，５１１，６１１とに区切る。ここで、貫通孔３０６，５０６，６０６によって流入管３０３，５０３，６０３側の領域３１０，５１０，６１０が流出管３０４，５０４，６０４側の領域３１１，５１１，６１１に通じるようにし、基板３０５，５０５，６０５の一部と電熱線３０８，５０８，６０８の端子部３１４，５１４，６１４とを反応器本体３０１，５０１，６０１から外に延出させる。

続いて、発電装置１の作用について説明する。
各端子部３１４，５１４，６１４間に適宜電圧・電流が印加されて、電熱線３０８，５０８，６０８で発した熱が、基板３０５，５０５，６０５に伝達され、側壁３１５、触媒層５１６，６１６が所定の温度に保持される。

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

気化器３においては、電熱線３０８によって基板３０５が１２０℃〜１３０℃に加熱され、その状態で、燃料が貫通孔３０６，３０６，…を反応器本体３０１内の領域３１０から領域３１１に向かって流れ、その間に燃料が加熱されて気化する。ここで、基板３０５に多数の貫通孔３０６，３０６，…が形成されているため、基板３０５の表面積が大きく、燃料と基板３０５との接触面積が大きいので、燃料がより気化しやすい。

気化した燃料（メタノールと水との混合気）は互いに連結された流出管３０４及び流入管５０３を通って改質器５の反応器本体５０１内に供給される。改質器５においては、燃料が貫通孔５０６，５０６，…を反応器本体５０１内の領域５１０から領域５１１に向かって流れる。反応器本体５０１内においては、電熱線５０８によって基板５０５が２５０℃〜３００℃に加熱され、その状態で、気化されている燃料が触媒層５１６に接触して燃料から水素及び二酸化炭素が生成される。具体的には、化学反応式（１）のように、メタノールと水蒸気が反応して二酸化炭素と水素が生成される。
ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂＋ＣＯ₂ … （１）

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

改質器５で生成された一酸化炭素、二酸化炭素及び水素等の混合気は互いに連結された流出管５０４及び流入管６０３を通って一酸化炭素除去器６の反応器本体６０１内に供給される。また、外部の空気が空気管６１７を通って反応器本体６０１内に供給される。そして、反応器本体６０１内の領域６１０に供給された混合気が貫通孔６０６，６０６，…を反応器本体６０１内の領域６１０から領域６１１に向かって流れる。反応器本体６０１内では、電熱線６０８によって基板６０５が１７０℃〜１９０℃に加熱され、その状態で、改質器５から供給された混合気に含まれる一酸化炭素が選択的に酸化され、混合気中から一酸化炭素が除去される。具体的には、化学反応式（３）のように、改質器５から供給された混合気のなかから特異的に選択された一酸化炭素と、空気中の酸素とが反応して二酸化炭素が生成される。
２ＣＯ＋Ｏ₂→２ＣＯ₂ … （３）

そして、一酸化炭素が除去され高濃度の水素を含む混合気が反応器本体６０１内から流出管６０４を通って燃料電池７の燃料極に供給される。燃料電池７の燃料極では、電気化学反応式（４）に示すように、供給された混合気のうち水素ガスが燃料極の触媒微粒子の作用を受けて水素イオンと電子とに分離される。水素イオンは固体高分子電解質膜を通じて空気極に伝導し、電子は燃料極により取り出される。
Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- … （４）
燃料電池７の燃料極に供給された混合気のうち、電気化学反応に寄与しない生成物（二酸化炭素等）は、外部に排出される。

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

以上のように、発電装置１では、燃料電池７において上記（４）、（５）に示す電気化学反応が起こることにより電気エネルギーが生成される。生成された電気エネルギーは電子機器本体、燃料ポンプ４、電熱線３０８，５０８，６０８等の作動に用いられる。

以上の発電装置１では、気化器３、改質器５及び一酸化炭素除去器６の各基板３０５，５０５，６０５に電熱線３０８，５０８，６０８がそれぞれ配されているため、気化器３、改質器５及び一酸化炭素除去器６の各反応器中に熱を効率よく供給することができる。そして、気化器３、改質器５及び一酸化炭素除去器６の各基板３０５，５０５，６０５上においては、各平板部３２０，５２０，６２０の幅（図５中の間隔Ｌ１、つまり平板部３２０，５２０，６２０をそれぞれ挟んだ同列方向で隣り合う貫通孔同士の間の最短距離）が、互いに隣り合う貫通孔３０６，５０６，６０６同士の間隔（図５中の間隔Ｌ２、つまり平板部３２０，５２０，６２０をそれぞれ挟んでいない同列方向で隣り合う貫通孔同士の間の最短距離）より長くなっているため、各基板３０５，５０５，６０５には電熱線３０８，５０８，６０８を配する位置が十分に確保されている。そのため、電熱線３０８，５０８，６０８の成膜に関し成膜位置や成膜幅に制約されずに各電熱線３０８，５０８，６０８を基板３０５，５０５，６０５上に容易に形成することができ、ひいては断線に強くて最適な電気抵抗を有する電熱線３０８，５０８，６０８を形成することができる。

なお、本発明は平板部３２０，５２０，６２０の幅がそれぞれ、互いに隣り合う貫通孔３０６，５０６，６０６同士の間隔よりも長くなっていれば、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び設計の変更をおこなってもよい。

例えば、図６、図７に示すように、各基板３０５，５０５，６０５に、平板部３２０，５２０，６２０と同様の第２の平板部３２１，５２１，６２１を、平板部３２０，５２０，６２０の図６中左右両側に設けて、それら第２の平板部３２１，５２１，６２１に対し電熱線３０８，５０８，６０８と同様の第２の電熱線３３０，５３０，６３０を配してもよい。また図８に示すように、各基板３０５，５０５，６０５に、平板部３２０，５２０，６２０と同様の第２の平板部３２１，５２１，６２１を、平板部３２０，５２０，６２０の左右両側に設けて、平板部３２０，５２０，６２０の電熱線３２５，５２５，６２５と平板部３２１，５２１，６２１の電熱線３２６，５２６，６２６とをそれぞれ直列に接続してもよい。

この場合、図６に示すように、電熱線３０８，５０８，６０８の端子部３１４，５１４，６１４と第２の電熱線３３０，５３０，６３０の端子部３２２，５２２，６２２とを電気的に独立させてもよいし、図７に示すように、電熱線３０８，５０８，６０８と第２の電熱線３３０，５３０，６３０とをそれぞれ電気的に導通させてこれら電熱線３０８，５０８，６０８と第２の電熱線３３０，５３０，６３０とに共通の端子部３２３，５２３，６２３を設けて電熱線３０８，５０８，６０８と第２の電熱線３３０，５３０，６３０とを電気的に並列接続してもよく、図８に示すように、電熱線３２５，５２５，６２５の両端に端子部３２４，５２４，６２４を設けて平板部３２０から平板部３２１に連続した直列構造、平板部５２０から平板部５２１に連続した直列構造、平板部６２０から平板６２１部に連続した直列構造としてもよい。

図６に示す場合においては、各電熱線３０８，５０８，６０８，３３０，５３０，６３０への電圧の印加量を変えることで、その電圧の印加量に応じた量で各電熱線３０８，５０８，６０８，３３０，５３０，６３０をそれぞれ特異的に発熱させることができ、例えば、より低温の外側に熱が拡散するために中央（平板部３２０，５２０，６２０）側よりも蓄熱しにくい第２の平板部３２１，５２１，６２１の第２の電熱線３３０，５３０，６３０に、電熱線３０８，５０８，６０８よりも高い電圧を印加して伝熱による熱損失を補償させて基板３０５，５０５，６０５の各面方向の温度差を小さくして各気化器３、改質器５及び一酸化炭素除去器６内の温度分布をより均一にし、反応の均一化を図ることができる。

他方、図７に示す場合においては、電熱線３０８，５０８，６０８と第２の電熱線３３０，５３０，６３０とで流れる電流値（抵抗値）を互いに異ならせてもよく、このとき、その抵抗値に応じた量で各電熱線３０８，５０８，６０８，３３０，５３０，６３０をそれぞれ特異的に発熱させることができ、例えば、より低温の外側に熱が拡散するために中央（平板部３２０，５２０，６２０）側よりも蓄熱しにくい第２の平板部３２１，５２１，６２１の第２の電熱線３３０，５３０，６３０の配線幅を長くして第２の電熱線３３０，５３０，６３０での電流値を増大させる。単位時間あたりの電熱線での発熱量Ｑは、下記式（６）の通りである。
Ｑ＝ＲＩ² … （６）
ここでＲは抵抗値、Ｉは電流値となる。したがって、第２の電熱線３３０，５３０，６３０では配線幅を長くして抵抗値は下がるが、抵抗値と電流値の関係は式（７）の通りになる。
Ｖ＝ＩＲ … （７）
並列の場合、電圧Ｖはともに等位なので、電流値は抵抗値の下げに反比例して増大することになるので、発熱量Ｑは結果的に電流値の増大にしたがって増大するので第２の電熱線３３０，５３０，６３０の発熱量は電熱線３０８，５０８，６０８の発熱量よりも大きい。増大した発熱量によって第２の電熱線３３０，５３０，６３０の熱損失を補償させて基板３０５，５０５，６０５の各面方向の温度差を小さくして気化器３、改質器５及び一酸化炭素除去器６内の温度分布をより均一にし、反応の均一化を図ることができる。

図８に示す場合においては、第２の平板部３２１，５２１，６２１の電熱線３２６，５２６，６２６の幅を平板部３２０，５２０，６２０の電熱線３２５，５２５，６２５の幅より狭くして抵抗値を増大させるようにしてもよい。このような直列構造では、平板部３２０，５２０，６２０の電熱線３２５，５２５，６２５の電流値は、第２の平板部３２１，５２１，６２１の電熱線３２６，５２６，６２６の電流値と等しいので、式（６）から第２の平板部３２１，５２１，６２１の電熱線３２６，５２６，６２６の発熱量は平板部３２０，５２０，６２０の電熱線３２５，５２５，６２５の発熱量よりも大きくなり、第２の平板部３２１，５２１，６２１での熱損失を補償させて基板３０５，５０５，６０５の各面方向の温度差を小さくして気化器３、改質器５及び一酸化炭素除去器６内の温度分布をより均一にし、反応の均一化を図ることができる。

なお、図６、図７では、平板部３２０，５２０，６２０及び第２の平板部３２１，５２１，６２１と、電熱線３０８，５０８，６０８及び第２の電熱線３３０，５３０，６３０とを、互いに略平行な状態で３箇所に配した例を示したが、平板部の数や、電熱線の設置数は複数であれば任意に変更してよいし、それらの配置位置も任意に変更してよい。また、図８では、平板部３２０，５２０，６２０及び第２の平板部３２１，５２１，６２１と、電熱線３２５，５２５，６２５及び第２の電熱線３２６，５２６，６２６とを、互いに略平行な状態で３箇所に配した例を示したが、平板部の数や、電熱線の設置数は複数であれば任意に変更してよいし、それらの配置位置も任意に変更してよい。

また上記各実施形態では、基板３０５，５０５，６０５の一方の面のみに電熱線を設けたが、当該一方の面に対向する対向面にも同様に平板部３２０，５２０，６２０や第２の平板部３２１，５２１，６２１を形成し、これらの部分に一方の面同様に電熱線を設けて基板３０５，５０５，６０５の両面から加熱してもよい。

発電装置１の概略構成を示すブロック図である。気化器３、改質器５及び一酸化炭素除去器６の斜視図である。気化器３、改質器５及び一酸化炭素除去器６となる基板の斜視図である。図２のIV−IV線に沿う断面図である。基板３０５の平面図である。図５の基板３０５の変形例を示す平面図である。図５の基板３０５の変形例を示す平面図である。図５の基板３０５の変形例を示す平面図である。

符号の説明

３気化器（反応器）
５改質器（反応器）
６一酸化炭素除去器（反応器）
３０５，５０５，６０５基板
３０６，５０６，６０６貫通孔
３０８，５０８，６０８発熱体
３３０，５３０，６３０第２の発熱体（発熱体）

Claims

一方の面からその面に対向する他方の面に貫通する複数の貫通孔を有した基板と、
前記一方の面における互いに隣り合う前記貫通孔同士の間の第一間隔に設けられた発熱体と、
を備え、
前記第一間隔が、前記一方の面における他の互いに隣り合う前記貫通孔同士の間の第二間隔より長いことを特徴とする反応器。
請求項１に記載の反応器において、
前記発熱体が前記基板上に複数配されており、
前記各発熱体が互いに独立に配されていることを特徴とする反応器。
請求項１に記載の反応器において、
前記発熱体が前記基板上に複数配されており、
前記各発熱体が互いに異なった抵抗値を有していることを特徴とする反応器。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の反応器において、
気化器であることを特徴とする反応器。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の反応器において、
改質器であることを特徴とする反応器。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の反応器において、
一酸化炭素除去器であることを特徴とする反応器。