JP2006247491A - Reaction apparatus - Google Patents
Reaction apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006247491A JP2006247491A JP2005065775A JP2005065775A JP2006247491A JP 2006247491 A JP2006247491 A JP 2006247491A JP 2005065775 A JP2005065775 A JP 2005065775A JP 2005065775 A JP2005065775 A JP 2005065775A JP 2006247491 A JP2006247491 A JP 2006247491A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- voltage contact
- resistor pattern
- resistor
- reactor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、反応装置に関する。 The present invention relates to a reaction apparatus.
近年では、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源として、水素を燃料とする燃料電池が自動車や携帯機器などに応用され始めている。
燃料電池は、燃料と大気中の酸素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装置である。燃料電池に用いる燃料としては水素が挙げられるが、常温で気体であることによる取り扱い・貯蔵に問題がある。アルコール類及びガソリンといった液体燃料を用いれば、液体燃料と高温の水蒸気を反応させることによって、発電に必要な水素を取り出す改質器が必要となる。
一般的に、改質器は高温の状態で燃料を改質する必要があるので、金属等の抵抗体パターンを用いた温度調整手段が必要となる(例えば、特許文献1参照。)。
In recent years, fuel cells using hydrogen as fuel as a clean power source with high energy conversion efficiency have begun to be applied to automobiles and portable devices.
A fuel cell is a device that directly extracts electric energy from chemical energy by electrochemically reacting fuel and oxygen in the atmosphere. The fuel used in the fuel cell includes hydrogen, but there is a problem in handling and storage due to being a gas at room temperature. If liquid fuels such as alcohols and gasoline are used, a reformer that takes out hydrogen necessary for power generation by reacting the liquid fuel with high-temperature steam is required.
In general, since the reformer needs to reform the fuel at a high temperature, a temperature adjusting means using a resistor pattern such as a metal is required (see, for example, Patent Document 1).
図11は、従来の小型な改質器100を示した図面である。図11に示すように、改質器100の内部にはチャンバー101が形成されており、チャンバー101内に触媒(図示略)及び抵抗体パターン102が設けられており、リード線103,104によって電源部105から抵抗体パターン102に通電している。また、抵抗体温度センサ108がチャンバー101内に配設され、抵抗体温度センサ108の配線109,110が温度測定部111に接続され、温度測定部111で熱起電力を測定することによってチャンバー101内の温度が測定される。
FIG. 11 shows a conventional
リード線103,104を通じて電源部105から抵抗体パターン102に電力が供給され、抵抗体パターン102が発熱すると、供給管106を通じて供給された燃料及び水が抵抗体パターン102によって加熱されて、燃料と水とが触媒によって反応し、水素が生成される。また、燃料と水とが反応する場合には適温があるため、温度測定部111で測定された温度を表す信号が制御部112に入力され、入力した信号に基づき制御部112が電源部105の電力を制御することで、チャンバー101内が適温に保たれている。
ところで、本出願人は反応装置を加熱する抵抗体パターンに温度センサの機能を持たせることを提案している。 By the way, the present applicant has proposed that the resistor pattern for heating the reactor has a function of a temperature sensor.
反応装置を急激に昇温させるためには、抵抗体パターンの発熱量を高めるために抵抗値が低いことが好ましい。一方、反応装置の定温運転時には、抵抗体の発熱量は少なくて済むので、消費電力を抑えるために抵抗体パターンの抵抗値が大きいことが好ましい。また、抵抗体パターンを温度センサとして機能させるためには、温度変化による抵抗体パターンの抵抗値の増減を大きくするために、抵抗体パターンの元となる抵抗値ができるだけ高いことが好ましい。 In order to raise the temperature of the reactor rapidly, it is preferable that the resistance value is low in order to increase the amount of heat generated by the resistor pattern. On the other hand, during the constant temperature operation of the reaction apparatus, the amount of heat generated by the resistor is small, so that the resistance value of the resistor pattern is preferably large in order to reduce power consumption. In order for the resistor pattern to function as a temperature sensor, it is preferable that the resistance value that is the basis of the resistor pattern is as high as possible in order to increase or decrease the resistance value of the resistor pattern due to temperature changes.
本発明の課題は、上述の要求を満たし、反応器の昇温運転時に消費電力を増大させるとともに、定温運転時に消費電力を減少させることができる反応装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a reaction apparatus that satisfies the above-described requirements and can increase power consumption during a temperature rising operation of a reactor and reduce power consumption during a constant temperature operation.
以上の課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、反応物を反応させる内部空間が形成された反応器本体と、前記反応器本体に設けられた抵抗体パターンと、前記抵抗体パターンに導通される高電圧接点及び低電圧接点とを備え、前記抵抗体パターンに沿った前記高電圧接点と前記低電圧接点との距離が変更可能に設けられたことを特徴とする反応装置である。
In order to solve the above problems, the invention according to
請求項1に記載の発明によれば、反応器の昇温運転時に高電圧接点と低電圧接点との距離を短くすることで、両接点間の抵抗を減らし、抵抗体パターンの消費電力を増大させ、反応器を急激に昇温させることができる。一方、反応器の定温運転時に高電圧接点と低電圧接点との距離を長くすることで、両接点間の抵抗を増大し、抵抗体パターンの消費電力を低減させることができる。 According to the first aspect of the present invention, by shortening the distance between the high voltage contact and the low voltage contact during the temperature rising operation of the reactor, the resistance between the two contacts is reduced and the power consumption of the resistor pattern is increased. The reactor can be rapidly heated. On the other hand, by increasing the distance between the high-voltage contact and the low-voltage contact during the constant temperature operation of the reactor, the resistance between the two contacts can be increased and the power consumption of the resistor pattern can be reduced.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の反応装置において、前記抵抗体パターンに沿って3つ以上の端子を有し、前記反応器本体の昇温運転時に前記抵抗体パターンの一端から奇数番目の端子同士を導通させるとともに、偶数番目の端子同士を導通させ、一方を高電圧接点と導通させるとともに他方を低電圧接点と導通させ、前記反応器本体の定温運転時に前記抵抗体パターンの一端側の端子を高電圧接点と導通させるとともに他端側の端子を低電圧接点と導通させることを特徴とする。
The invention according to
請求項2に記載の発明によれば、反応器本体の昇温運転時に抵抗体パターンの一端から奇数番目の端子同士を導通させるとともに、偶数番目の端子同士を導通させ、一方を高電圧接点と導通させるとともに他方を低電圧接点と導通させることで、奇数番目の端子から偶数番目の端子までの抵抗を並列に接続し、抵抗体パターンの抵抗を減らす。これにより電圧が印加されたときの抵抗体パターンの消費電力を増大し、反応器を急激に昇温させることができる。 According to the second aspect of the present invention, the odd-numbered terminals are electrically connected to each other from one end of the resistor pattern during the temperature rising operation of the reactor main body, the even-numbered terminals are electrically connected to each other, and one of them is a high voltage contact. By making the other conductive with the low voltage contact, the resistors from the odd-numbered terminals to the even-numbered terminals are connected in parallel, and the resistance of the resistor pattern is reduced. Thereby, the power consumption of the resistor pattern when a voltage is applied can be increased, and the temperature of the reactor can be rapidly increased.
一方、反応器の定温運転時に抵抗体パターンの一端側の端子を高電圧接点とするとともに他端側の端子を低電圧接点とすることで、抵抗体パターンの抵抗を大きくする。これにより電圧が印加されたときの抵抗体パターンの消費電力を低減することができる。 On the other hand, the resistance of the resistor pattern is increased by setting the terminal on one end of the resistor pattern as a high voltage contact and the terminal on the other end as a low voltage contact during the constant temperature operation of the reactor. Thereby, the power consumption of the resistor pattern when a voltage is applied can be reduced.
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の反応装置において、前記抵抗体パターンの抵抗値はその温度変化にしたがって変化することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the reaction apparatus according to the first or second aspect, the resistance value of the resistor pattern changes according to the temperature change.
請求項3に記載の発明によれば、抵抗体パターンの抵抗値がその温度に依存して変化するので、抵抗体パターンの抵抗値の変化を計測することで、反応器本体の温度を測定することができる。また、定温運転時には抵抗体パターンの抵抗を増大させているので、温度に依存した抵抗値の変化が大きくなり、温度の測定精度を向上させることができる。 According to the invention described in claim 3, since the resistance value of the resistor pattern changes depending on the temperature, the temperature of the reactor main body is measured by measuring the change in the resistance value of the resistor pattern. be able to. Further, since the resistance of the resistor pattern is increased during the constant temperature operation, a change in the resistance value depending on the temperature is increased, and the temperature measurement accuracy can be improved.
請求項4記載の発明は、反応物を反応させる内部空間が形成された反応器本体と、前記反応器本体に設けられ、選択的に並列接続及び直列接続される抵抗体パターンと、を備えることを特徴とする反応装置である。
The invention according to
請求項4に記載の発明によれば、並列接続することによって内部抵抗を小さくして大電流を流すとともに消費電力を増やし、速やかに加熱することができ、また直列接続にして高抵抗とすることで消費電力を抑えながら加熱することが可能となる。
According to the invention described in
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の反応装置において、前記抵抗体パターンは昇温運転時に並列接続され、定温運転時に直列接続されることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the reactor according to the fourth aspect, the resistor patterns are connected in parallel during a temperature raising operation, and are connected in series during a constant temperature operation.
請求項6に記載の発明は、請求項4または5に記載の反応装置において、前記抵抗体パターンはその温度変化にしたがって抵抗値が変化することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the reaction apparatus according to the fourth or fifth aspect, the resistance value of the resistor pattern changes according to a temperature change.
本発明によれば、昇温運転時に消費電力を増大させて反応器本体を急激に昇温させることができるとともに、反応器本体の定温運転時の消費電力を低減することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while increasing power consumption at the time of temperature rising operation, a reactor main body can be heated up rapidly, and the power consumption at the time of a constant temperature operation of a reactor main body can be reduced.
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, although various technically preferable limitations for implementing the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.
図1は、発電装置1のブロック図である。図1に示すように、発電装置1は、燃料及び水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と水から水素を生成する反応装置3と、反応装置3で生成された水素を電気化学的に反応させて電気エネルギーを得る燃料電池4と、を備えている。
FIG. 1 is a block diagram of the
燃料容器2内に貯留された燃料は、メタノール、エタノールなどのアルコール類やガソリンといった水素を含む化合物が適用可能である。燃料と水とは別々で、または混合された状態で燃料容器2に貯蔵されている。本実施形態では、燃料としてメタノールを用いているが、他の水素を含む化合物を用いてもよい。
As the fuel stored in the
反応装置3は気化器本体5と、改質器本体6と、CO除去器本体7とからなる。なお本実施の形態においては、改質器本体6に本発明を適用しているが、本発明を気化器本体5やCO除去器本体7に適用してもよい。
The reaction apparatus 3 includes a
気化器本体5は二枚の基板を接合した構造を有しており、これらの各基板のうちいずれか一方または両方の基板の接合面には、葛折り状のマイクロ流路が形成されている。この接合された二枚の基板の外壁面には、電圧が印加されることによって発熱する抵抗体パターン、発熱半導体といった電熱材からなるヒータが成膜されている。このヒータにより、燃料容器2から気化器本体5内のマイクロ流路に供給される燃料及び水が加熱されて蒸発するようになっている。
The
改質器本体6は、気化器本体5から供給された燃料(メタノール)と水の混合気を化学反応式(1)、(2)に示すように水素に改質する(改質反応)。CO除去器本体7は改質器本体6で生成された生成物の混合気中の一酸化炭素を化学反応式(3)に示すように酸化させて、一酸化炭素を除去する。
CH3OH+H2O→3H2+CO2・・・(1)
2CH3OH+H2O→5H2+CO+CO2・・・(2)
2CO+O2→2CO2・・・(3)
The
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (1)
2CH 3 OH + H 2 O → 5H 2 + CO + CO 2 (2)
2CO + O 2 → 2CO 2 (3)
本実施の形態においては、後述するように、改質器本体6及びCO除去器本体7が一体化されてマイクロリアクタ9が形成されている。
In the present embodiment, as will be described later, the
燃料電池4は、図示しないが、触媒微細粒子を担持した燃料極と、触媒微粒子を担持した空気極と、燃料極と空気極との間に介在されたフィルム状の固体高分子電解質膜と、を備えている。燃料電池4の燃料極には、CO除去器本体7から生成物の混合気が供給されており、燃料電池4の空気極には、外部からの空気が供給されている。燃料極において、電気化学反応式(4)に示すように、混合気中の水素は、燃料極の触媒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酸素極に伝導し、電子は燃料極により取り出される。酸素極において、電気化学反応式(5)に示すように、固体高分子電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を通って燃料極から酸素極に移動した電子と、空気中の酸素とが反応して水が生成される。このときの電子の移動が電気エネルギーとなる。
H2→2H++2e-・・・(4)
2H++1/2O2+2e-→H2O・・・(5)
Although not shown, the
H 2 → 2H + + 2e − (4)
2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O (5)
上記の発電装置1は、デジタルカメラ、携帯電話機器、ノート型パソコン、腕時計、PDA,電子計算機、その他の電子機器本体に搭載されたものである。特に、気化器本体5、反応装置3、及び燃料電池4は電子機器本体に内蔵され、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いる。燃料容器2は電子機器本体に装着された場合、燃料容器2内のメタノール及び水がポンプによって気化器本体5に供給され、燃料容器2内のメタノールが反応装置3の気化器本体5に供給されるようになっている。
The
次に、図2から図4を参照して、改質器本体6及びCO除去器本体7を一体化したマイクロリアクタ9についてさらに詳細に説明する。
Next, the
図2は、マイクロリアクタ9の斜視図である。図2に示すように、マイクロリアクタ9は、上基板10、下基板11から構成されている。上基板10の外部には、改質器本体6において水素に改質させるメタノール等の水素を含む化合物及び水を流入させる反応供給口21が形成されている。この反応供給口21には、気化器本体5が接続されており、気化器本体5から気化したメタノール及び水が供給される。
FIG. 2 is a perspective view of the
図3は図2のIII−III線に沿って上基板10を面方向に切断した矢視断面図であり、図4は図2のIV−IV線に沿って上基板10を厚さ方向に切断した矢視断面図である。図2及び図4に示すように、上基板10の下部には下基板11が接合されている。上基板10の上面には、図2に示すように、抵抗体パターン13,14が形成されている。抵抗体パターン13,14は、それぞれ改質反応室18、CO除去流路24と対応する位置に形成されている。
3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 2 in the plane direction. FIG. 4 is a cross-sectional view of the
上基板10及び下基板11には、互いの対向面から他方の面にかけて貫通した貫通孔からなる断熱室27、断熱室30、30が形成されている。断熱室27、断熱室30,30にはともに断熱効果を高める輻射防止膜28が備えられている。なお、図面を見やすくするために、図3においては反射防止膜28の図示を省略する。上基板10の断熱室27,30,30及び下基板11の断熱室27,30,30は、互いに同一形状、同一寸法で、上基板10、下基板11を貼り合わせたときに同一位置で重ね合わさるように設けられている。
The
図3に示すように、この上基板10には、下基板11との対向面に、反応供給口21、改質器本体6である改質反応室18、連通流路22、酸素補助供給口23、CO除去器本体7であるCO除去流路24、改質触媒反応及びCO除去触媒反応によって生成される二酸化炭素及び水を排出する反応排出口26が形成されている。これら反応供給口21、改質反応室18、連通流路22、酸素補助供給口23、CO除去流路24、反応排出口26は、一体の溝として流路を構成しており、この改質反応室18とCO除去流路24との間には、一酸化炭素を酸化する酸素をCO除去流路24に供給する酸素補助供給口23を備えて、さらに改質反応室18とCO除去流路24とを連通する連通流路22が形成されている。反応供給口21、酸素補助供給口23、反応排出口26は、上基板10の周縁端部で開口している。酸素補助供給口23は図示しないポンプにより、マイクロリアクタ9の外から酸素を送出するが、このとき、ポンプの流体送出方向は一方向なので改質反応室18からの混合気やCO除去流路24での混合気が酸素補助供給口23からマイクロリアクタ9の外側に放出されることはない。
As shown in FIG. 3, the
この改質反応室18の内壁面には、改質反応を触媒する改質触媒19が備え付けられている。この改質触媒19は、改質反応を促進するために抵抗体パターン13から発する熱によって加熱されている。
A reforming
抵抗体パターン13で発した熱は改質器本体6に伝導されるが、極めて熱伝搬性の低い断熱室27及び断熱室30が、改質器本体6とCO除去器本体7との間に介在しているために、CO除去器本体7に熱伝搬しにくくCO除去器本体7と改質器本体6では温度差が生じるように設定されている。
The heat generated by the
CO除去流路24の内部には、改質触媒19によって生成される水素、水のほかに僅かに生成される一酸化炭素を、連通流路22の酸素補助供給口23から供給される酸素によって酸化させて一酸化炭素を除去するCO除去触媒25が備えられている。このCO除去触媒25は、一酸化炭素の酸化反応を促進するために抵抗体パターン14から発する熱によって加熱されている。
In the inside of the
改質触媒19は、銅/酸化鉛系の触媒であって、アルミナを担体としてアルミナに銅/酸化鉛を担持させたものである。また、CO除去触媒25は、白金系の触媒であって、アルミナに白金または白金及びルテニウムを担持させたものである。
The reforming
また、断熱室27,30の内部は、1Pa以下の圧力に減圧するほかに、アルゴン、ヘリウムなどの希ガスなどの断熱効果のあるガスを充填することもできる。輻射防止膜28の材料は、アルミニウムなどの金属である。
Further, the inside of the
ここで本発明に係る抵抗体パターン13,14について説明する。抵抗体パターン13,14は図2に示すように、上基板10の上面の改質器本体6及びCO除去器本体7に対応する位置に形成されている。
Here, the
図5は抵抗体パターン13,14の構造の概略を示す縦断面図である。抵抗体パターン13,14は、発熱層13a,14aと、拡散防止層13b,14bと、密着層13c,14cとの3層からなり、下基板11の表面から密着層13c,14c、拡散防止層13b,14b、発熱層13a,14aの順に形成されている。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing an outline of the structure of the
発熱層13a,14aは3層の中で最も低い抵抗率の材料であり、抵抗体パターン13,14に電圧が印加されると電流が集中的に流れて発熱し、この熱によって改質器本体6、CO除去器本体7を加熱する。拡散防止層13b,14bは、改質器本体6、CO除去器本体7の化学反応を引き起こす温度範囲で発熱層13a,14aが熱拡散しないように高温でも緻密な結合状態を維持できる材料で構成されている。密着層13c,14cは、拡散防止層13b,14bと下基板11との密着性が優れていない場合に両者の間に介在させる密着性に優れた材料で構成されている。
The heat generating layers 13a and 14a are materials having the lowest resistivity among the three layers. When a voltage is applied to the
また、抵抗体パターン13,14はその温度に依存して抵抗値が変化し、抵抗値の変化から温度の変化を読み取る温度センサとしても機能する。
図6は、一般的な金属の電気抵抗と温度変化との関係を示すグラフである。図6の横軸は金属の温度を表しており、縦軸は温度Tにおける各金属の電気抵抗R(T)を表している。
Further, the
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the electrical resistance of a general metal and the temperature change. The horizontal axis of FIG. 6 represents the temperature of the metal, and the vertical axis represents the electric resistance R (T) of each metal at the temperature T.
一般的な金属においては、例えば各金属中の不純物や格子欠陥等に起因して、電気抵抗が温度変化によって変化しない領域D1と、各金属中の原子の熱振動等に起因して、電気抵抗が温度に比例して変化する領域D2が存在する。なお、以下の説明においては、D1領域での電気抵抗を残留抵抗R(0)という。 In a general metal, for example, due to impurities or lattice defects in each metal, the electrical resistance is caused by a region D1 in which the electrical resistance does not change due to a temperature change and thermal vibration of atoms in each metal. There is a region D2 in which changes in proportion to the temperature. In the following description, the electrical resistance in the D1 region is referred to as residual resistance R (0).
D1領域においては、R(0)とR(T)は略等しい値となり、D2領域においては、R(T)/R(0)=α(T−T0)・・・(6)
が成立する。ここで、αは、温度変化に伴う電気抵抗の変化率(温度係数)であり、T0はD1領域とD2領域との境界温度であり、R(T0)=R(0)である。
以上より、予め各金属の残留抵抗R(0)と温度係数αを求めておき、D2領域において測定装置により電気抵抗R(T)を測定することで、マイクロ流路の温度Tを算出することができる。
In the D1 region, R (0) and R (T) have substantially the same value, and in the D2 region, R (T) / R (0) = α (T−T 0 ) (6)
Is established. Here, α is the rate of change of electric resistance (temperature coefficient) with temperature change, T 0 is the boundary temperature between the D1 region and D2 region, and R (T 0 ) = R (0).
As described above, the residual resistance R (0) and the temperature coefficient α of each metal are obtained in advance, and the electric resistance R (T) is measured by the measuring device in the D2 region, thereby calculating the temperature T of the microchannel. Can do.
発熱層13a,14aを構成する物質としては、Auを用いることが好ましい。Auは温度係数が大きいという特性を有しているので、温度Tの測定誤差を抑えることができる。 Au is preferably used as the material constituting the heat generating layers 13a and 14a. Since Au has a characteristic that the temperature coefficient is large, a measurement error of the temperature T can be suppressed.
拡散防止層13b,14bの構成物質としては、比較的融点が高く、且つ反応性が低い物質を用いることが好ましいが、このような条件を満たす物質としては、例えば、Wが挙げられる。ここでWからなる拡散防止層13b,14bは反応性が低く、反応性が高い下基板11との密着性が低下するおそれがあるため、拡散防止層13b,14bと下基板11との間に密着層13c,14cを設けることが好ましい。
As a constituent material of the
密着層13c,14cを構成する物質としてTa,Mo,Ti,Crのうちの少なくとも一つが含まれていることが好ましい。これは、Ta,Mo,Ti,Crは、Wよりも反応性が下基板11に近く、下基板11との密着性を保つことができるからである。
It is preferable that at least one of Ta, Mo, Ti, and Cr is included as a substance constituting the adhesion layers 13c and 14c. This is because Ta, Mo, Ti, and Cr have a reactivity closer to that of the
図7は、抵抗体パターン13,14の温度とR(T)/R(0)との関係を示したグラフである。なお、抵抗体パターン13,14は、下基板11の表面に50nm厚のTiからなる密着層13c,14cを形成し、その上に50nm厚のWからなる拡散防止層13b,14bを形成し、その上に200nm厚のAuからなる発熱層13a,14aを形成したものである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the temperature of the
ここで、温度Tが単位量変化した場合における電気抵抗R(T)/残留抵抗R(0)の変化率αは一定であるから、残留抵抗R(0)の値が小さくなるほど、電気抵抗R(T)の変化率が大きくなる。
例えば、R(T)/R(0)が1.4から1.6まで変化する場合には、R(0)=10(Ω)ではR(T)は14(Ω)から16(Ω)までの2(Ω)しか変化しないが、R(0)=20(Ω)ではR(T)は28(Ω)から32(Ω)までの4(Ω)変化する。従って、残留抵抗R(0)が大きいほうが温度Tの変化によって電気抵抗R(T)が大きく変位する。言い換えれば、残留抵抗R(0)が大きい材料によって抵抗体パターン13,14を形成すれば、わずかな温度変化ΔTであっても、温度変化ΔTにともなって変化する温度抵抗変化ΔRが十分に大きいので容易に温度を細かくかつ誤差を小さく測定することができる。
なお、発熱層13a,14aの層厚は要求される抵抗値に応じて任意に変更可能であり、層厚が薄くなるほど抵抗は大きくなる。
Here, since the rate of change α of the electric resistance R (T) / residual resistance R (0) when the temperature T changes by a unit amount is constant, the electric resistance R decreases as the value of the residual resistance R (0) decreases. The rate of change of (T) increases.
For example, when R (T) / R (0) varies from 1.4 to 1.6, when R (0) = 10 (Ω), R (T) is from 14 (Ω) to 16 (Ω) However, when R (0) = 20 (Ω), R (T) changes 4 (Ω) from 28 (Ω) to 32 (Ω). Therefore, as the residual resistance R (0) is larger, the electric resistance R (T) is more greatly displaced by the change in the temperature T. In other words, if the
The layer thickness of the heat generating layers 13a and 14a can be arbitrarily changed according to the required resistance value, and the resistance increases as the layer thickness decreases.
改質器本体6用の抵抗体パターン13は、抵抗本体15と、端子15a,15b,15cと、引き回し線15dとから構成される。図2に示すように、端子15a,15bは抵抗本体15の両端部に一体に設けられている。端子15cは端子15a,15bの近傍に設けられており、引き回し線15dは抵抗本体15の中央部分と端子15cとを接続している。端子15a,15b間の抵抗値は、端子15a,15c間の抵抗値、及び端子15b,15c間の抵抗値よりも大きい。
The
端子15a,15b,15cはスイッチ装置50(図8、図9参照)と接続され、スイッチ装置50には2本のリード線48,49(図8、図9参照)が接続される。なおリード線48は電源部60の高電圧側の出力端子と接続される高電圧接点であり、リード線49は電源部60の低電圧側の出力端子と接続される低電圧接点である。リード線48は、端子15aに接続されるとともにスイッチ42の一端に接続されている。スイッチ42の他端は端子15bに接続されている。リード線49はスイッチ42の一端に接続され、スイッチ43は、他端を端子15b、端子15cのいずれか一方のみに選択的に接続する。なお、スイッチ42、43、リード線48、49のいずれかから端子15a,15b,15cのいずれかに至る配線抵抗及びスイッチ42、43の内部抵抗は、抵抗本体15の抵抗に比べて無視できる程小さい。
The
このスイッチ装置50は改質器本体6の昇温運転時と定温運転時とで端子15a,15b,15cとリード線48,49との接続を切り替える。反応装置3の起動時には、速やかに改質器6及びCO除去器7がそれぞれ改質反応適正温度及びCO除去反応適正温度に達するように昇温することになる。このような昇温運転時には図8(a)に示すように、スイッチ42が閉じて端子15bをリード線48と導通させ、スイッチ43が端子15cとリード線49とを導通させる。定温運転時には図8(b)に示すように、スイッチ42が開いてリード線48と端子15bとを非導通にし、スイッチ43が端子15bとリード線とを導通させる。つまり、スイッチ装置50は、昇温運転時には抵抗本体15を複数に分割して電気的に並列させ、低温運転時には、抵抗本体15を電気的に直列にする。
The
例えば改質器6では、起動時に改質反応室18を300℃まで昇温しなければならず、スイッチ装置50による端子15a,15b,15cとリード線48,49との接続を図8(a)の状態にすると、端子15aと端子15cとの間の抵抗、及び端子15bと端子15cとの間の抵抗が並列に接続される。常温における端子15aと端子15cとの間の抵抗値R(0)1及び端子15bと端子15cとの間の抵抗値R(0)2をそれぞれ14Ωとすると、抵抗値R(0)1と抵抗値R(0)2の並列合成抵抗値R(0)Pは7Ωとなる。そして、300℃におけるAu/W/Ti系の抵抗体パターン13の抵抗は常温の約1.75倍の値となるので、300℃に昇温された状態での端子15aと端子15cとの間の抵抗値R(300)1及び端子15bと端子15cとの間の抵抗値R(300)2は、それぞれ24.5Ωになり、抵抗値R(300)1と抵抗値R(300)2の並列合成抵抗値R(300)Pは12.3Ω程度となる。つまり、改質器6では昇温の際の抵抗が7Ω〜12.3Ωに変化する。
For example, in the
抵抗体パターン13に電力を供給する電力源として、リチウムイオン2次電池(単セル電圧3.7V)を3つ直列に接続したものを用いた場合には、出力電圧E=11.1Vとなり、図8(a)の状態の間、定電圧出力にして昇温すると、常温時に概ね17.6(W)、300℃時に概ね10(W)の電力を消費する。このように抵抗体パターン13にかかる消費電力が大きいとともに直列時に比べて低抵抗になったために大電流が流れるので、昇温運転時に改質反応室18の温度を急激に上昇させることができる。
When using three lithium ion secondary batteries (single cell voltage 3.7V) connected in series as a power source for supplying power to the
一方、定温運転時には改質反応室18の温度は250〜320℃の設定温度に維持される。例えば設定温度を300℃とし、スイッチ装置50の接続を図8(b)の状態にすると、抵抗値R(300)1及び抵抗値R(300)2は、それぞれ24.5Ωなので、抵抗値R(300)1及び抵抗値R(300)の直列合成抵抗値R(300)Sは49Ω程度となる。2.51(W)の電力となる。すなわち、定温運転時には昇温運転時ほどの発熱量が要求されないので、スイッチ装置50の接続を図8(b)の状態にすることで、消費電力を抑えることができる。
また、スイッチ装置50の接続を図8(b)の状態にした場合におけるリード線48,49間の合成抵抗の残留抵抗値R(300)Sは49Ωとなり、残留抵抗値R(0)を大きくすることで、微小な温度変化でも電気抵抗R(T)の変化が大きいので、誤差の小さい温度検出が可能となる。
On the other hand, during the constant temperature operation, the temperature of the reforming
Further, the residual resistance value R (300) S of the combined resistance between the
なおスイッチ装置50による接続の切り替えは、後述する制御部70により制御してもよい。
The connection switching by the
CO除去器本体7用の抵抗体パターン14は、抵抗本体16と、端子16a,16bとから構成されている。端子16a,16bは抵抗本体16の両端部に一体に設けられている。端子16a,16bにはリード線51(高電圧接点),52(低電圧接点)(図9参照)がそれぞれ1本ずつ接続される。抵抗体パターン13はリード線48,49及びスイッチ装置50を介して図示しない電源部から電力を供給され、抵抗体パターン14はリード線51,52を介して図示しない電源部から電力を供給される。なおCO除去除去流路24の定温運転時の設定温度は160℃〜180℃であるので、抵抗体パターン14には昇温運転時に抵抗体パターン13ほどの電力が要求されない。
The
ここで、図9を用いて、抵抗体パターン13,14に電力を供給するための電気系統について説明する。抵抗体パターン13はスイッチ装置50及びリード線48,リード線49を介して電源部60の電極に接続されており、電源部60は、スイッチ装置50及びリード線48,49を通じて抵抗体パターン13に電力を供給するものである。なお抵抗体パターン14はスイッチ装置50を介さずにリード線51、リード線52を介して電源部60の電極に接続されており、電源部60は、リード線51,52を通じて抵抗体パターン14に電力を供給する。
Here, an electric system for supplying power to the
電源部60は、抵抗体パターン13,14にそれぞれ適切な電力を供給するとともに、電源部60は抵抗体パターン13,14に印加する電圧及び抵抗体パターン13,14に流す電流の少なくとも一方を測定することができる。電源部60の電力源としては、例えばリチウムイオン2次電池等を用いることができる。また、この電力源は燃料電池4の出力を安定させる出力バッファとしても機能させることができる。
The
電源部60は電流及び電圧の少なくとも一方の測定信号を制御部70に出力する。制御部70はこの測定信号により、抵抗体パターン13,14の電気抵抗を検知することができる。すなわち、抵抗体パターン13,14の電気抵抗が温度に依存するため、電源部60によって測定された電気的特性から抵抗体パターン13,14の温度を算出することができ、結果として改質器本体6及びCO除去器本体7の温度を算出することができる。
The
この制御部70は、基本的には、電源部60で測定された電気的信号に基づき、電源部60の電力を調整するが、汎用のCPU(central processing unit)等からなる演算処理装置、又は、専用の論理回路を有し、電源部60からの信号を処理して電源部60を制御するものである。また、制御部70は、フィードバックした測定信号から電気的法則にしたがって抵抗体パターン13,14の電気抵抗を算出する処理を行い、更に、抵抗体パターン13,14の電気抵抗から抵抗体パターン13,14の温度を算出する処理を行う。抵抗体パターン13,14と改質反応質18、CO除去流路24とが熱平衡となっていれば、抵抗体パターン13が改質反応室18内の温度に、抵抗体パターン14の温度がCO除去流路24内の温度に等しい。
The
次に、マイクロリアクタ9の作用について説明する。まず、抵抗体パターン13により改質器本体6を設定温度まで昇温させる。このときスイッチ装置50を図8(a)の状態にし、この状態の間、定電圧出力にしてリード線48,49間の電気抵抗を低下させ、短時間に大量の電力を消費することで改質器本体6の温度を急激に上昇させる。また、抵抗体パターン14によりCO除去器本体7を設定温度まで昇温させる。
Next, the operation of the
この間、電源部60で電流及び電圧を測定し、電流及び電圧の測定信号が制御部70へ出力される。測定信号が入力された制御部70においては抵抗体パターン13,14の電気抵抗が算出され、結果としてそれぞれの抵抗体パターン13,14の温度が制御部70において算出される。
During this time, the
改質器本体6の温度が下閾値温度よりも上昇したら、スイッチ装置50を図8(b)の状態にする。スイッチ装置50の切り替えは制御部70により電磁的に行われる。
When the temperature of the
そして制御部70は、測定信号に応じて、改質器本体6、CO除去器本体7がそれぞれ所定の温度で安定するように、適宜制御信号を電源部60にフィードバッグする。例えば、抵抗体パターン13,14の温度が上閾値温度より高くなった場合、電源部60から抵抗体パターン13,14に供給される電力を現在の電力より小さくなるように制御部70が電源部60を制御し、抵抗体パターン13,14の温度が下閾値温度(但し、上閾値温度以下である。)より低くなった場合には、電源部60から抵抗体パターン13,14に供給される電力を現在の電力より大きくなるように制御部70が電源部60を制御する。電源部60から抵抗体パターン13,14に供給される電力が制御部70によって調整されることで、抵抗体パターン13の温度が下閾値温度と上閾値温度との間に保たれる。
Then, in accordance with the measurement signal, the
制御部70は、このような制御を改質器本体6、CO除去器本体7それぞれ別個に行う。つまり、改質器本体6の場合には、化学反応式(1)、(2)の反応速度が最も速くなるときの温度が、上閾値温度と下閾値温度との間になっているように、上閾値温度と下閾値温度が制御部70に設定されている。CO除去器本体7の場合には、化学反応式(3)の反応速度が最も速くなるときの温度が、上閾値温度と下閾値温度との間になっているように、上閾値温度と下閾値温度が制御部70に設定されている。
The
このときスイッチ装置50が図8(b)の状態であるので、リード線48,49間の電気抵抗を増大させ、低消費電力となる。また、残留抵抗R(0)を大きくとることで、温度変化による抵抗体パターン13の電気抵抗R(T)の変化を検出しやすくなり、改質器本体6の温度Tの測定精度を向上させることができる。
At this time, since the
次に、燃料容器2から供給された液体の状態のメタノール及び水を気化器本体5にて気化し、気化したメタノール及び水を改質器本体6の反応供給口21から改質反応室18に流入させる。改質反応室18では、気化したメタノール及び水が改質触媒19により化学反応式(1)、(2)の改質反応を起こし、水素、二酸化炭素、一酸化炭素を生成する。生成された水素、二酸化炭素、一酸化炭素は、改質反応室18から連通流路22を介してCO除去流路24に移送される。このうち一酸化炭素は、連通流路22の酸素補助供給口23から流入した酸素と混合され、CO除去触媒17によって化学反応式(3)の反応を起こし、二酸化炭素となる。そしてCO除去流路24内の水素及び二酸化炭素は反応排出口26から排出される。このうちの水素が燃料電池4内で電気化学反応式(4)、(5)の反応を引き起こす。以上のようにして燃料電池4から電力が出力される。
Next, methanol and water in a liquid state supplied from the
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。
例えば、上記実施の形態においては、抵抗体パターン13の抵抗本体15の両端及び中央部に端子15a,15b,15cを設け、改質器本体6の昇温運転時に端子15a,15bをリード線48と導通させるとともに端子15cをリード線49と導通させたが、図10に示すように、抵抗本体15に複数の端子151,152,…,(150+2n)を設けてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, the
そして、昇温運転時には図10(a)に示すように、抵抗本体15の一端から奇数番目の端子151,153,…,(150+2n−1)をリード線48に、偶数番目の端子152,154,…,(150+2n)をリード線49と導通させることで、リード線48,49間の抵抗値を大幅に低下させ、抵抗体パターン13による消費電力を増大させ、急激に改質器本体6を昇温させることができる。そして定温運転時には図10(b)に示すように、抵抗本体15の一端の端子151をリード線48に、他端の端子(150+2n)をリード線49と導通させることで、リード線48,49間の電気抵抗を増大させ、低消費電力となるとともに、温度の測定精度を向上させることができる。なお端子の数は偶数個でもよいし、奇数個でもよい。
10 (a), the odd-numbered
また、上記実施の形態においては、本発明を改質器本体6のみに適用したが、気化器本体5やCO除去器本体7に適用してもよいし、燃料電池4に適用してもよい。また、改質器本体6とCO除去器本体7とは一体であってもよいし、別々の基板に設けられていてもよい。
また上記実施形態では、高電圧接点48をスイッチ42の一端と接続させ、低電圧接点49を端子15b、端子15cのいずれか一方に接続させたが、高電圧接点48と低電圧接点49の配置を逆転して、低電圧接点49をスイッチ42の一端と接続させ、高電圧接点48を端子15b、端子15cのいずれか一方に接続させてもよい。
In the above embodiment, the present invention is applied only to the reformer
In the above embodiment, the
3 反応装置
6 改質器
7 CO除去器
13,14 抵抗体パターン
15a,15b,15c,16a,16b 端子
48,51 リード線(高電圧端子)
49,52 リード線(低電圧端子)
3
49, 52 Lead wire (low voltage terminal)
Claims (6)
前記反応器本体に設けられた抵抗体パターンと、
前記抵抗体パターンに導通される高電圧接点及び低電圧接点とを備え、
前記抵抗体パターンに沿った前記高電圧接点と前記低電圧接点との距離が変更可能に設けられたことを特徴とする反応装置。 A reactor body in which an internal space for reacting reactants is formed;
A resistor pattern provided in the reactor body;
A high voltage contact and a low voltage contact conducted to the resistor pattern;
A reaction apparatus, wherein a distance between the high-voltage contact and the low-voltage contact along the resistor pattern is changeable.
前記反応器本体の昇温運転時に前記抵抗体パターンの一端から奇数番目の端子同士を導通させるとともに、偶数番目の端子同士を導通させ、一方を高電圧接点と導通させるとともに他方を低電圧接点と導通させ、
前記反応器本体の定温運転時に前記抵抗体パターンの一端側の端子を高電圧接点と導通させるとともに他端側の端子を低電圧接点と導通させることを特徴とする請求項1に記載の反応装置。 Having three or more terminals along the resistor pattern;
Conducting the odd-numbered terminals from one end of the resistor pattern during the temperature rising operation of the reactor main body, conducting the even-numbered terminals to each other, conducting one to the high voltage contact and the other to the low voltage contact Conducting,
2. The reaction apparatus according to claim 1, wherein a terminal on one end of the resistor pattern is electrically connected to a high voltage contact and a terminal on the other end is electrically connected to a low voltage contact during a constant temperature operation of the reactor main body. .
前記反応器本体に設けられ、選択的に並列接続及び直列接続される抵抗体パターンと、
を備えることを特徴とする反応装置。 A reactor body in which an internal space for reacting reactants is formed;
A resistor pattern provided in the reactor body and selectively connected in parallel and in series;
A reaction apparatus comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005065775A JP2006247491A (en) | 2005-03-09 | 2005-03-09 | Reaction apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005065775A JP2006247491A (en) | 2005-03-09 | 2005-03-09 | Reaction apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006247491A true JP2006247491A (en) | 2006-09-21 |
Family
ID=37088525
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005065775A Pending JP2006247491A (en) | 2005-03-09 | 2005-03-09 | Reaction apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006247491A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008296119A (en) * | 2007-05-30 | 2008-12-11 | Kyocera Corp | Reaction apparatus |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS567112A (en) * | 1979-06-29 | 1981-01-24 | Toshiba Corp | Preheat controller |
JPS57105510U (en) * | 1980-12-22 | 1982-06-29 | ||
JPH09329982A (en) * | 1996-06-10 | 1997-12-22 | Canon Inc | Heating device and image forming device |
JP2003047839A (en) * | 2001-08-06 | 2003-02-18 | Yamatake Corp | Micro reactor |
JP2003190771A (en) * | 2001-12-27 | 2003-07-08 | Fuji Electric Co Ltd | Organic compound decomposition treatment apparatus |
JP2004075480A (en) * | 2002-08-21 | 2004-03-11 | Casio Comput Co Ltd | Heat treatment apparatus |
-
2005
- 2005-03-09 JP JP2005065775A patent/JP2006247491A/en active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS567112A (en) * | 1979-06-29 | 1981-01-24 | Toshiba Corp | Preheat controller |
JPS57105510U (en) * | 1980-12-22 | 1982-06-29 | ||
JPH09329982A (en) * | 1996-06-10 | 1997-12-22 | Canon Inc | Heating device and image forming device |
JP2003047839A (en) * | 2001-08-06 | 2003-02-18 | Yamatake Corp | Micro reactor |
JP2003190771A (en) * | 2001-12-27 | 2003-07-08 | Fuji Electric Co Ltd | Organic compound decomposition treatment apparatus |
JP2004075480A (en) * | 2002-08-21 | 2004-03-11 | Casio Comput Co Ltd | Heat treatment apparatus |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008296119A (en) * | 2007-05-30 | 2008-12-11 | Kyocera Corp | Reaction apparatus |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4423847B2 (en) | Small chemical reactor | |
JP4508212B2 (en) | Reaction apparatus and electronic equipment | |
JP2011009196A (en) | Solid electrolyte fuel cell | |
JP5251204B2 (en) | Power generation system and method for stopping power generation system | |
JP2011009194A (en) | Solid electrolyte fuel cell | |
JP4487529B2 (en) | Heat treatment equipment | |
JP6857846B2 (en) | Fuel cell system and how to operate it | |
JP5098685B2 (en) | Small chemical reactor | |
JP4983169B2 (en) | Reaction apparatus and electronic equipment | |
JP4683029B2 (en) | FUEL CELL DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE | |
JP2005103399A (en) | Reaction apparatus and reaction method | |
US20080003472A1 (en) | Reaction apparatus and electronic equipment | |
JP4039177B2 (en) | Heat treatment equipment | |
JP2006247491A (en) | Reaction apparatus | |
JP4983859B2 (en) | Combustor | |
JP4438569B2 (en) | Reactor | |
US20080070089A1 (en) | Heat insulating container | |
JP5186974B2 (en) | Power generation system and method for stopping power generation system | |
JP2010153182A (en) | Fuel cell device, conductive member, and control part of the fuel cell device | |
JP4400273B2 (en) | Combustor and reactor | |
JP4605180B2 (en) | Small chemical reactor | |
JP5182223B2 (en) | Reactor | |
JP5228739B2 (en) | Reaction apparatus and electronic equipment | |
JP4240069B2 (en) | Reactor | |
JP5228751B2 (en) | Reaction system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080220 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100421 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100427 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110118 |