JP2007070180A - Reactor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accelerate the vaporization reaction of a liquid fuel to enhance the power generation amount and efficiency of a fuel cell. <P>SOLUTION: The reactor of this invention comprises a vaporizer for vaporizing a liquid fuel and a combustor 504 for generating heat by burning a combustion source. The combustor 504 is arranged to go around the vaporizer. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、液体燃料を改質する反応装置、特に燃料電池に供給する水素を生成する反応装置に関する。   The present invention relates to a reactor for reforming liquid fuel, and more particularly to a reactor for generating hydrogen to be supplied to a fuel cell.

近年、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源として、燃料電池が自動車や携帯機器等に応用され始めている。燃料電池というのは、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的に取り出すものである。   In recent years, fuel cells have begun to be applied to automobiles and portable devices as clean power sources with high energy conversion efficiency. A fuel cell is one in which electric energy is directly extracted from chemical energy by electrochemically reacting fuel and oxygen in the atmosphere.

当該燃料電池に用いる出発燃料としては例えば水素が適用されるが、当該水素の単体は常温、常圧で気体であるが故にその取扱いに問題を有している。水素吸蔵合金によって水素を貯蔵する試みもあるが、単位体積当たりの水素の貯蔵量が少なく、特に携帯電子機器のような小型の電子機器の電源の燃料貯蔵手段としては不十分であった。これに対して、アルコール類といった水素原子を有する液体燃料を出発燃料として適用し、当該液体燃料を気化・改質して改質ガスを生成し、その改質ガス中の水素を燃料電池に送り込むシステムも開発されている。   As the starting fuel used in the fuel cell, for example, hydrogen is applied. However, since the simple substance of hydrogen is a gas at normal temperature and normal pressure, it has a problem in handling. Although there is an attempt to store hydrogen using a hydrogen storage alloy, the amount of hydrogen stored per unit volume is small, and it is insufficient as a fuel storage means for a power source of a small electronic device such as a portable electronic device. On the other hand, a liquid fuel having hydrogen atoms such as alcohols is applied as a starting fuel, the liquid fuel is vaporized and reformed to generate a reformed gas, and hydrogen in the reformed gas is sent to the fuel cell. A system has also been developed.

当該システムでは、主に、改質反応に先立ち液体燃料を気化させる「気化器」や気化した液体燃料を改質反応に供する「改質器」、改質反応で生じた副産物(一酸化炭素)を除去する「一酸化炭素除去器」が必要となっている(例えば特許文献1参照)。
特開2002−356310号公報
In this system, mainly the “vaporizer” that vaporizes the liquid fuel prior to the reforming reaction, the “reformer” that uses the vaporized liquid fuel for the reforming reaction, and the by-product (carbon monoxide) generated by the reforming reaction. Therefore, a “carbon monoxide remover” that removes carbon dioxide is necessary (see, for example, Patent Document 1).
JP 2002-356310 A

ところで、上記システムにおいては、改質する際において、反応効率を向上するために、改質する前に液体燃料を一旦気化している。しかし、液体燃料の気化工程、つまり液体から気体への相変化は、一般的に大きな吸熱を伴うものであるから、その吸熱量を補填し得る程度の十分な熱量を気化器に供給しなければ、液体燃料の気化工程を促進することはできない。液体燃料の気化工程を促進させることができない場合には、改質ガスへの転化率が低くなり燃料電池に送り込む水素量を増やすことができず、結果的に燃料電池の発電量や発電効率を低減させてしまう。
本発明の目的は液体燃料の気化工程を促進させることである。
By the way, in the above system, when reforming, in order to improve reaction efficiency, the liquid fuel is once vaporized before reforming. However, the vaporization process of liquid fuel, that is, the phase change from liquid to gas, generally involves a large endotherm, so that a sufficient amount of heat that can compensate for the endotherm must be supplied to the vaporizer. The liquid fuel vaporization process cannot be accelerated. If the liquid fuel vaporization process cannot be promoted, the conversion rate to reformed gas will be low, and the amount of hydrogen fed to the fuel cell cannot be increased. As a result, the power generation amount and efficiency of the fuel cell will be reduced. It will be reduced.
An object of the present invention is to accelerate the liquid fuel vaporization process.

上記課題を解決するため請求項1に記載の発明の反応装置は、
液体燃料を気化させる気化器と、
燃焼源を燃焼させて発熱する燃焼器とを備え、
前記燃焼器が前記気化器を周回するように配されていることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the reaction apparatus according to the first aspect of the present invention provides:
A vaporizer for vaporizing liquid fuel;
A combustor that generates heat by burning a combustion source,
The combustor is arranged so as to go around the vaporizer.

請求項1に記載の発明によれば、燃焼器が気化器を周回するように配されているから、燃焼器の燃焼熱が気化器の周りから当該気化器に伝導する。そのため、液体燃料の気化工程に伴う吸熱量を補填し得る程度に効率的に気化器を加熱することができ、当該気化器における液体燃料の気化工程を促進させることができる。   According to the first aspect of the present invention, since the combustor is arranged so as to go around the carburetor, the combustion heat of the combustor is conducted from around the carburetor to the carburetor. Therefore, the vaporizer can be efficiently heated to such an extent that the endothermic amount accompanying the vaporization step of the liquid fuel can be compensated, and the vaporization step of the liquid fuel in the vaporizer can be promoted.

請求項1に記載の反応装置において、
前記燃焼源が水素ガスであってもよい。
The reactor according to claim 1,
The combustion source may be hydrogen gas.

燃焼源が水素ガスとすると、燃料電池で使用し切れなかった未反応の水素を燃焼器の燃焼源として再利用することができる。   If the combustion source is hydrogen gas, unreacted hydrogen that could not be used in the fuel cell can be reused as a combustion source for the combustor.

請求項1に記載の反応装置において、
前記燃焼源がメタノールガスであってもよい。
The reactor according to claim 1,
The combustion source may be methanol gas.

燃焼源がメタノールガスとすると、液体燃料としてメタノールを適用した場合に、その液体燃料を改質用と燃焼用との2つの用途に併用することができる。   When the combustion source is methanol gas, when methanol is applied as the liquid fuel, the liquid fuel can be used in combination for two purposes of reforming and combustion.

前記燃焼器が前記燃焼源の燃焼反応を促進する燃焼用触媒を有してもよい。   The combustor may include a combustion catalyst that promotes a combustion reaction of the combustion source.

燃焼器が燃焼用触媒を有すると、燃焼源の燃焼反応を促進させることができ、燃焼器中の発熱効率を向上させることができる。   When the combustor has a combustion catalyst, the combustion reaction of the combustion source can be promoted, and the heat generation efficiency in the combustor can be improved.

前記燃焼器が前記燃焼源を流通させる燃焼用流路を有し、
前記燃焼用触媒が前記燃焼用流路の底面と側面とに塗布されていてもよい。
The combustor has a combustion flow path for circulating the combustion source;
The combustion catalyst may be applied to the bottom surface and the side surface of the combustion channel.

燃焼用流路の底面と側面とに燃焼用触媒が塗布されていると、燃焼用流路を流通する燃焼源の燃焼反応を多大に誘発することができる。   When the combustion catalyst is applied to the bottom surface and the side surface of the combustion channel, the combustion reaction of the combustion source flowing through the combustion channel can be greatly induced.

前記燃焼器が、前記燃焼源を流通させる燃焼用流路が形成された燃焼器プレートを有し、複数の前記燃焼器プレートを積層した構造を有していてもよい。   The combustor may include a combustor plate in which a combustion channel for circulating the combustion source is formed, and a structure in which a plurality of the combustor plates are stacked.

燃焼器プレートが、特に燃焼用触媒を燃焼用流路の周囲に設けられている場合、燃焼器プレートは薄くするほど、すなわち、燃焼用流路を狭くするほど燃焼源が燃焼用触媒に拡散しやすくなり効率的に燃焼しやすくなる。このような薄い燃焼器プレートを複数積層することによって効果的に気化器を加熱することができる。   When the combustor plate is provided with a combustion catalyst, particularly around the combustion flow path, the thinner the combustor plate, that is, the narrower the combustion flow path, the more the combustion source diffuses into the combustion catalyst. It becomes easy and it becomes easy to burn efficiently. The vaporizer can be effectively heated by stacking a plurality of such thin combustor plates.

前記燃焼器は、前記気化器により気化された液体燃料を改質するための高温反応部及び低温反応部を備える反応路のうちの前記低温反応部を加熱してもよい。
このような気化器の適正温度範囲が、高温反応部の適正温度範囲よりも低温反応部の適正温度範囲に近い場合、効率的に気化器及び低温反応部を加熱できる。
The combustor may heat the low temperature reaction part of a reaction path including a high temperature reaction part and a low temperature reaction part for reforming the liquid fuel vaporized by the vaporizer.
When the proper temperature range of such a vaporizer is closer to the proper temperature range of the low temperature reaction part than the proper temperature range of the high temperature reaction part, the vaporizer and the low temperature reaction part can be efficiently heated.

前記気化器は、液体燃料を導入するための気化用導入路及び前記反応路によって生成された水素ガスを排出するための水素ガス用排出路を備えてもよい。
この場合、水素ガス用排出路から排出される水素ガスからの廃熱が気化器を加熱するのでより効率的に燃料を気化しやすくなる。
The vaporizer may include a vaporization introduction path for introducing liquid fuel and a hydrogen gas discharge path for discharging the hydrogen gas generated by the reaction path.
In this case, the waste heat from the hydrogen gas discharged from the hydrogen gas discharge passage heats the vaporizer, so that the fuel is more easily vaporized more efficiently.

前記気化器は、前記燃焼器に燃焼源を導入するための燃焼混合気導入路及び前記燃焼器で燃焼した際に生じる排ガスを排出するための排ガス排出路を備えてもよい。
この場合、排ガス排出路から排出される排ガスからの廃熱が気化器を加熱するのでより効率的に燃料を気化しやすくなる。
The carburetor may include a combustion mixture introduction path for introducing a combustion source to the combustor and an exhaust gas discharge path for discharging exhaust gas generated when combusted in the combustor.
In this case, waste heat from the exhaust gas discharged from the exhaust gas discharge path heats the carburetor, so that the fuel is easily vaporized more efficiently.

前記気化器は、液体燃料を吸液する吸液材を含む気化用導入路を有していてもよい。
このように吸液材を設けることによって安定して液体燃料を気化器内に導入することができる。
The vaporizer may have a vaporization introduction path including a liquid absorbing material that absorbs liquid fuel.
By providing the liquid absorbing material in this manner, the liquid fuel can be stably introduced into the vaporizer.

請求項9に記載の発明の反応装置は、
液体燃料を気化させる気化器と、
電力の供給を受けて発熱する電熱線とを備え、
前記電熱線が前記気化器を周回するように配されていることを特徴としている。
The reaction apparatus of the invention according to claim 9 is:
A vaporizer for vaporizing liquid fuel;
With a heating wire that generates heat when supplied with power,
The heating wire is arranged so as to go around the vaporizer.

請求項9に記載の発明によれば、電熱線が気化器を周回するように配されているから、電熱線の熱が気化器の周りから当該気化器に伝導する。そのため、液体燃料の気化工程に伴う吸熱量を補填し得る程度に効率的に気化器を加熱することができ、当該気化器における液体燃料の気化工程を促進させることができる。   According to the ninth aspect of the invention, since the heating wire is arranged so as to circulate around the vaporizer, the heat of the heating wire is conducted from around the vaporizer to the vaporizer. Therefore, the vaporizer can be efficiently heated to such an extent that the endothermic amount accompanying the vaporization step of the liquid fuel can be compensated, and the vaporization step of the liquid fuel in the vaporizer can be promoted.

燃焼源を燃焼させて発熱する燃焼器を備え、
前記燃焼器が前記気化器を周回するように配されていてもよい。
A combustor that generates heat by burning a combustion source,
The combustor may be arranged so as to go around the vaporizer.

燃焼器が気化器を周回するように配されていると、電熱線の熱に加えて燃焼器の燃焼熱も気化器に伝導させることができ、より確実に液体燃料の気化工程を促進させることができる。   When the combustor is arranged around the vaporizer, the combustion heat of the combustor can be conducted to the vaporizer in addition to the heat of the heating wire, and the vaporization process of liquid fuel can be promoted more reliably. Can do.

前記燃焼源が水素ガスであってもよく、またメタノールガスであってもよい。   The combustion source may be hydrogen gas or methanol gas.

このような反応装置において、
燃焼源を燃焼させて発熱する燃焼器を備え、
前記燃焼器が前記気化器を周回するように配されていてもよい。
In such a reactor,
A combustor that generates heat by burning a combustion source,
The combustor may be arranged so as to go around the vaporizer.

前記燃焼器は、前記気化器により気化された液体燃料を改質するための高温反応部及び低温反応部を備える反応路のうちの前記低温反応部を加熱してもよい。   The combustor may heat the low temperature reaction part of a reaction path including a high temperature reaction part and a low temperature reaction part for reforming the liquid fuel vaporized by the vaporizer.

また、前記気化器は、前記燃焼器に燃焼源を導入するための燃焼混合気導入路及び前記燃焼器で燃焼した際に生じる排ガスを排出するための排ガス排出路を備えてもよい。   The carburetor may include a combustion mixture introduction path for introducing a combustion source into the combustor and an exhaust gas discharge path for discharging exhaust gas generated when the combustor burns.

前記気化器は、液体燃料を導入するための気化用導入路及び前記気化器で気化された燃料を水素に改質する反応路によって生成された水素ガスを排出するための水素ガス用排出路を備えてもよい。   The vaporizer includes a vaporization introduction path for introducing liquid fuel and a hydrogen gas discharge path for discharging hydrogen gas generated by a reaction path for reforming the fuel vaporized by the vaporizer to hydrogen. You may prepare.

前記気化器は、液体燃料を吸液する吸液材を含む気化用導入路を有していてもよい。   The vaporizer may have a vaporization introduction path including a liquid absorbing material that absorbs liquid fuel.

本発明によれば、気化器の周りから当該気化器に熱を伝導させることができ、液体燃料の気化工程(吸熱工程)における気化熱を補填し得る程度に効率的に気化器を加熱することができる。そのため、気化器における液体燃料の気化工程を促進させることができる。   According to the present invention, heat can be conducted from around the vaporizer to the vaporizer, and the vaporizer is efficiently heated to such an extent that the heat of vaporization in the vaporization step (endothermic step) of the liquid fuel can be compensated. Can do. Therefore, the vaporization process of the liquid fuel in the vaporizer can be promoted.

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、斜め上から示したマイクロリアクタモジュール1の斜視図であり、図2は、斜め下から示したマイクロリアクタモジュール1の斜視図であり、図3は、マイクロリアクタモジュール1の側面図である。   FIG. 1 is a perspective view of the microreactor module 1 shown obliquely from above, FIG. 2 is a perspective view of the microreactor module 1 shown obliquely from below, and FIG. 3 is a side view of the microreactor module 1.

このマイクロリアクタモジュール1は、ノート型パーソナルコンピュータ、PDA、電子手帳、デジタルカメラ、携帯電話機、腕時計、レジスタ、プロジェクタ等といった電子機器に内蔵され、燃料電池に使用する水素ガスを生成する反応装置である。マイクロリアクタモジュール1は、反応物の供給や生成物の排出が行われる給排部2と、後述する低温反応部6での適正反応温度範囲に対して相対的に高温な改質反応が起こる高温反応部4と、高温反応部4での適正反応温度範囲に対して相対的に低温な選択酸化反応が起きる低温反応部6と、高温反応部4と低温反応部6との間で反応物や生成物の流入又は流出を行うための連結管8とを具備する。   The microreactor module 1 is a reaction device that generates hydrogen gas used in a fuel cell, which is built in an electronic device such as a notebook personal computer, a PDA, an electronic notebook, a digital camera, a mobile phone, a wristwatch, a register, or a projector. The microreactor module 1 is a high-temperature reaction in which a relatively high temperature reforming reaction occurs in an appropriate reaction temperature range in a supply / discharge unit 2 in which reactants are supplied and products are discharged and a low-temperature reaction unit 6 described later. Reaction product and production between the high temperature reaction part 4 and the low temperature reaction part 6 in which the selective oxidation reaction relatively low with respect to the appropriate reaction temperature range in the high temperature reaction part 4 and the high temperature reaction part 4 occurs. And a connecting pipe 8 for inflow or outflow of goods.

図4は、マイクロリアクタモジュール1を機能ごとに分けた場合の概略側面図である。図4に示すように、給排部2には主に気化器502及び第一燃焼器504が設けられている。第一燃焼器504には、少なくとも一部が気化されている燃料(例えば、水素ガス、メタノールガス等)と、この燃料を燃焼するための酸素を含む空気等の酸素源となる気体と、がそれぞれ別々に或いは混合気として供給され、これらの気体が第一燃焼器504内の触媒によって燃焼して熱を発する。気化器502には水と液体燃料(例えば、メタノール、エタノール等のアルコール類、ジメチルエーテル等のエーテル類、ガソリン等の化石燃料)がそれぞれ別々に或いは混合された状態で燃料容器から供給され、第一燃焼器504における燃焼熱が気化器502内に伝導することによって水と液体燃料が気化器502内において気化する。   FIG. 4 is a schematic side view when the microreactor module 1 is divided for each function. As shown in FIG. 4, the supply / discharge unit 2 is mainly provided with a carburetor 502 and a first combustor 504. The first combustor 504 includes a fuel that is at least partially vaporized (for example, hydrogen gas, methanol gas, and the like) and a gas that serves as an oxygen source such as air containing oxygen for burning the fuel. These gases are supplied separately or as an air-fuel mixture, and these gases are burned by the catalyst in the first combustor 504 to generate heat. The vaporizer 502 is supplied with water and liquid fuel (for example, alcohols such as methanol and ethanol, ethers such as dimethyl ether, and fossil fuels such as gasoline) from the fuel container separately or mixed. The heat of combustion in the combustor 504 is conducted into the vaporizer 502, whereby water and liquid fuel are vaporized in the vaporizer 502.

高温反応部4には主に第一改質器506、第二燃焼器508及び第二改質器510が設けられている。第一改質器506及び第二改質器510は、ともに燃料を改質して水素を生成する改質器であり、互いに連通する構造になっている。第一改質器506が下側となり、第二改質器510が上側となり、第二燃焼器508が第一改質器506と第二改質器510の間に挟まれている。   The high temperature reaction section 4 is mainly provided with a first reformer 506, a second combustor 508, and a second reformer 510. The first reformer 506 and the second reformer 510 are both reformers that generate hydrogen by reforming the fuel, and are configured to communicate with each other. The first reformer 506 is on the lower side, the second reformer 510 is on the upper side, and the second combustor 508 is sandwiched between the first reformer 506 and the second reformer 510.

第二燃焼器508には、少なくとも一部が気化されている燃料(例えば、水素ガス、メタノールガス等)と、酸素を含む空気等の酸素源となる気体と、がそれぞれ別々に或いは混合気として供給され、これらの気体が第二燃焼器508内の触媒によって燃焼して熱を発する。なお、水素ガスが供給されて電気化学反応を発生した後に燃料電池から排出されたオフガス中に未反応の水素ガスが含まれている場合があり、第一燃焼器504及び第二燃焼器508の少なくともいずれか一方は、この未反応の水素ガスを、酸素を含んだ空気等の気体で燃焼して熱を発するようにしても良い。勿論、第一燃焼器504及び第二燃焼器508の少なくともいずれか一方は、燃料容器に貯留されている液体燃料(例えば、メタノール、エタノール、ブタン、ジメチルエーテル、ガソリン)を、別の気化器によって気化し、その気化した燃料を、酸素を含んだ空気等の気体で燃焼するようにしても良い。   In the second combustor 508, a fuel (for example, hydrogen gas, methanol gas, etc.) at least a part of which is vaporized and a gas serving as an oxygen source such as air containing oxygen are separately or as an air-fuel mixture. Then, these gases are burned by the catalyst in the second combustor 508 to generate heat. Note that in some cases, unreacted hydrogen gas is included in the off-gas discharged from the fuel cell after the hydrogen gas is supplied to generate an electrochemical reaction, and the first combustor 504 and the second combustor 508 At least one of them may emit heat by burning this unreacted hydrogen gas with a gas such as oxygen-containing air. Of course, at least one of the first combustor 504 and the second combustor 508 vaporizes the liquid fuel (for example, methanol, ethanol, butane, dimethyl ether, gasoline) stored in the fuel container by another vaporizer. The vaporized fuel may be combusted with a gas such as air containing oxygen.

第二燃焼器508が、燃料電池から排出されたオフガスを燃焼する場合、まず起動時に、第一改質器506及び第二改質器510が後述する電熱線172によって加熱されて水素を生成し、この水素が供給される燃料電池から水素を含むオフガスが定常的に排出されてきたら、第二燃焼器508はオフガス中の水素を燃焼して第一改質器506及び第二改質器510を加熱する。第二燃焼器508が主熱源になると、補助的な熱源に切り替わるように電熱線172に対する印加電圧が低くなる。加熱された第一改質器506及び第二改質器510では水と燃料から水素ガス等が触媒反応により生成され、更に微量ながら一酸化炭素ガスが生成される。燃料がメタノールの場合には、次式(1)、(2)のような化学反応が起こる。なお、水素が生成される反応は吸熱反応であり、第二燃焼器508の燃焼熱が用いられる。
CH3OH+H2O→3H2+CO2 …(1)
2CH3OH+H2O→5H2+CO+CO2 …(2)
When the second combustor 508 burns off-gas discharged from the fuel cell, first, at the start, the first reformer 506 and the second reformer 510 are heated by a heating wire 172 described later to generate hydrogen. When the off-gas containing hydrogen is steadily discharged from the fuel cell to which this hydrogen is supplied, the second combustor 508 burns the hydrogen in the off-gas, and the first reformer 506 and the second reformer 510. Heat. When the 2nd combustor 508 becomes a main heat source, the applied voltage with respect to the heating wire 172 will become low so that it may switch to an auxiliary heat source. In the heated first reformer 506 and second reformer 510, hydrogen gas and the like are generated from water and fuel by a catalytic reaction, and a carbon monoxide gas is further generated in a small amount. When the fuel is methanol, chemical reactions such as the following formulas (1) and (2) occur. Note that the reaction in which hydrogen is generated is an endothermic reaction, and the combustion heat of the second combustor 508 is used.
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (1)
2CH 3 OH + H 2 O → 5H 2 + CO + CO 2 (2)

低温反応部6には主に一酸化炭素除去器512が設けられている。一酸化炭素除去器512は、第一燃焼器504によって加熱された状態で、第一改質器506及び第二改質器510から水素ガス、一酸化炭素ガス等を含む混合気が供給され、更に空気が供給される。一酸化炭素除去器512では混合気のうち一酸化炭素が選択的に酸化され、これにより一酸化炭素が除去される。一酸化炭素が除去された状態の混合気(水素リッチガス)が燃料電池の燃料極に供給される。   The low temperature reaction unit 6 is mainly provided with a carbon monoxide remover 512. The carbon monoxide remover 512 is supplied with an air-fuel mixture containing hydrogen gas, carbon monoxide gas, and the like from the first reformer 506 and the second reformer 510 while being heated by the first combustor 504. Furthermore, air is supplied. The carbon monoxide remover 512 selectively oxidizes carbon monoxide from the air-fuel mixture, thereby removing the carbon monoxide. An air-fuel mixture (hydrogen-rich gas) from which carbon monoxide has been removed is supplied to the fuel electrode of the fuel cell.

以下、給排部2、高温反応部4、低温反応部6及び連結管8の具体的な構成について図3、図5〜図15を用いて説明する。ここで、図5はマイクロリアクタモジュール1の分解斜視図であり、図6は第一燃焼器504の斜視図であり、図7は第一燃焼器504の分解斜視図であり、図8は図3の切断線VIII−VIIIから後述する燃焼器プレート12の平面方向に沿って切断した矢視断面図であり、図9は図3の切断線IX−IXから後述するベースプレート28及びベースプレート102の平面方向に沿って切断した矢視断面図であり、図10は図3の切断線X−Xから後述する下部枠30及び下部枠104の平面方向に沿って切断した矢視断面図であり、図11は図3の切断線XI−XIから後述する中部枠32及び中部枠106の平面方向に沿って切断した矢視断面図であり、図12は図3の切断線XII−XIIから後述する上部枠34及び上部枠110の平面方向に沿って切断した矢視断面図であり、図13は図3の切断線XIII−XIIIから後述する燃焼器プレート108の平面方向に沿って切断した矢視断面図であり、図14は図3の切断線XIV−XIVから連結管8の連通方向と直交する面方向に沿って切断した矢視断面図である。図15は、図9の切断線XV−XVから低温反応部6の厚さ方向に沿って切断した矢視断面図である。   Hereinafter, specific configurations of the supply / discharge unit 2, the high temperature reaction unit 4, the low temperature reaction unit 6, and the connecting pipe 8 will be described with reference to FIGS. 3 and 5 to 15. 5 is an exploded perspective view of the microreactor module 1, FIG. 6 is a perspective view of the first combustor 504, FIG. 7 is an exploded perspective view of the first combustor 504, and FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view taken along a plane direction of a combustor plate 12 to be described later from a cutting line VIII-VIII, and FIG. 9 is a plane direction of a base plate 28 and a base plate 102 to be described later from a cutting line IX-IX in FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line X-X in FIG. 3, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the plane direction of the lower frame 30 and the lower frame 104, which will be described later. FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the plane direction of the middle frame 32 and the middle frame 106, which will be described later, from the cutting line XI-XI in FIG. 3, and FIG. 12 is an upper frame, which will be described later, from the cutting line XII-XII in FIG. 34 and an arrow cut along the plane direction of the upper frame 110 FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the plane direction of the combustor plate 108, which will be described later, from a cutting line XIII-XIII in FIG. 3. FIG. 14 is a cross-sectional view from the cutting line XIV-XIV in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along an arrow along a surface direction orthogonal to the communication direction of the connecting pipe 8. FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the line XV-XV in FIG. 9 along the thickness direction of the low temperature reaction part 6.

図3、図5、図8に示すように、給排部2は、耐腐食性に優れたステンレス鋼(SUS304)等の金属材料からなる外部流通管10と、外部流通管10の周りにおいて積層された三枚の燃焼器プレート12とを具備する。燃焼器プレート12は硬蝋付けによって外部流通管10と接合されている。蝋剤としては、外部流通管10や燃焼器プレート12を流れる流体の温度のうちの最高温度よりも高い融点でその融点が700度以上の蝋を適用するのがよく、具体的には、金に対し銀、銅、亜鉛、カドミウムを含有した金蝋や、金、銀、亜鉛、ニッケルを主成分とした蝋、或いは金、パラジウム、銀を主成分とした蝋が特に好ましい。   As shown in FIGS. 3, 5, and 8, the supply / exhaust unit 2 is laminated with an external flow pipe 10 made of a metal material such as stainless steel (SUS304) having excellent corrosion resistance, and the external flow pipe 10 around the external flow pipe 10. Three combustor plates 12. The combustor plate 12 is joined to the external flow pipe 10 by hard soldering. As the wax, it is preferable to apply a wax having a melting point higher than the maximum temperature of the fluid flowing through the external flow pipe 10 and the combustor plate 12 and having a melting point of 700 degrees or more. On the other hand, a gold wax containing silver, copper, zinc and cadmium, a wax containing gold, silver, zinc and nickel as main components, or a wax containing gold, palladium and silver as main components is particularly preferable.

外部流通管10は、マイクロリアクタモジュール1内の各流体をそれぞれマイクロリアクタモジュール1の外部に流通する複数の流路を有する管である。外部流通管10には、気化用導入路14、空気用導入路16、燃焼混合気導入路18、排ガス排出路20、燃焼混合気導入路22及び水素ガス用排出路24が互いに平行となるよう設けられている。気化用導入路14、空気用導入路16、燃焼混合気導入路18、排ガス排出路20、燃焼混合気導入路22及び水素ガス用排出路24は、外部流通管10の隔壁29によって仕切られている。   The external circulation pipe 10 is a pipe having a plurality of channels through which each fluid in the microreactor module 1 is circulated to the outside of the microreactor module 1. In the external circulation pipe 10, the vaporization introduction path 14, the air introduction path 16, the combustion mixture introduction path 18, the exhaust gas discharge path 20, the combustion mixture introduction path 22 and the hydrogen gas discharge path 24 are parallel to each other. Is provided. The vaporization introduction path 14, the air introduction path 16, the combustion mixture introduction path 18, the exhaust gas discharge path 20, the combustion mixture introduction path 22 and the hydrogen gas discharge path 24 are partitioned by a partition wall 29 of the external circulation pipe 10. Yes.

なお、気化用導入路14、空気用導入路16、燃焼混合気導入路18、排ガス排出路20、燃焼混合気導入路22及び水素ガス用排出路24が1つの外部流通管10に設けられているが、外部流通管10は、これらの流路14,16,18,20,22,24が別々の管材に設けられ、これら管材が束ねられたものであっても良い。外部流通管10の水素ガス用排出路24は後述する発電モジュール608の燃料極に連結されており、外部流通管10の気化用導入路14は後述する流量制御ユニット606を介して燃料容器604に連結されている。   The vaporization introduction path 14, the air introduction path 16, the combustion mixture introduction path 18, the exhaust gas discharge path 20, the combustion mixture introduction path 22, and the hydrogen gas discharge path 24 are provided in one external circulation pipe 10. However, the external flow pipe 10 may be one in which these flow paths 14, 16, 18, 20, 22, 24 are provided in separate pipe materials and these pipe materials are bundled. The hydrogen gas discharge path 24 of the external flow pipe 10 is connected to a fuel electrode of a power generation module 608 described later, and the vaporization introduction path 14 of the external flow pipe 10 is connected to a fuel container 604 via a flow rate control unit 606 described later. It is connected.

気化用導入路14には、フェルト材、セラミック多孔質材、繊維材、カーボン多孔質材等の吸液材33が充填されている。吸液材33は液体を吸収するものであり、吸液材33としては無機繊維又は有機繊維を結合材で固めたものであったり、無機粉末を焼結したものであったり、無機粉末を結合材で固めたものであったり、グラファイトとグラッシーカーボンの混合体であったりする。   The vaporization introduction path 14 is filled with a liquid absorbing material 33 such as a felt material, a ceramic porous material, a fiber material, and a carbon porous material. The liquid absorbing material 33 absorbs liquid, and the liquid absorbing material 33 is obtained by solidifying inorganic fibers or organic fibers with a binder, sintered inorganic powder, or binding inorganic powder. It may be hardened with a material or a mixture of graphite and glassy carbon.

ここで、第一燃焼器504について詳細に説明する。
第一燃焼器504は、一酸化炭素除去器512及び気化器502を適宜加熱するものであって、図6に示すように、四角枠状の三枚の燃焼器プレート12を積層した構成を有しており、外部流通管10の外周を周回するように配されている。三枚の燃焼器プレート12は、外部流通管10と同様に、耐腐食性に優れたステンレス鋼(SUS304)等の金属材料からなり、外部流通管10が挿通された状態で当該外部流通管10と接合されている。
Here, the first combustor 504 will be described in detail.
The first combustor 504 appropriately heats the carbon monoxide remover 512 and the vaporizer 502. As shown in FIG. 6, the first combustor 504 has a structure in which three combustor plates 12 each having a square frame shape are stacked. The outer circulation pipe 10 is arranged so as to go around the outer periphery. The three combustor plates 12 are made of a metal material such as stainless steel (SUS304) having excellent corrosion resistance, like the external flow pipe 10, and the external flow pipe 10 is inserted in the state where the external flow pipe 10 is inserted. It is joined with.

図7に示すように、燃焼器プレート12は、四角枠状を呈した枠部12aを有しており、その内部に四角状の貫通孔12bが形成されている。枠部12aの外側縁部には側壁12cが形成されており、側壁12cの中途部から貫通孔12bに向けて隔壁12dが形成されている。貫通孔12bは外部流通管10の外周に対応したサイズを有しており、外部流通管10を貫通孔12bに挿通することができるようになっている。   As shown in FIG. 7, the combustor plate 12 has a frame portion 12a having a rectangular frame shape, and a rectangular through hole 12b is formed therein. A side wall 12c is formed on the outer edge of the frame portion 12a, and a partition wall 12d is formed from a midway portion of the side wall 12c toward the through hole 12b. The through hole 12b has a size corresponding to the outer periphery of the external circulation pipe 10, and the external circulation pipe 10 can be inserted into the through hole 12b.

外部流通管10は貫通孔12bに挿通された状態で接合されている。この状態においては、図6に示すように、燃焼混合気導入路22と排ガス排出路20とを隔てる外部流通管10の隔壁10aと、燃焼器プレート12の隔壁12dとが対応している。第一燃焼器504では、三枚の燃焼器プレート12が互いに積層された状態で接合され、更に一番上の燃焼器プレート12が低温反応部6の下面に接合されることで、気密性の高い燃焼用流路26が形成されている。図6中矢印に示すように、各燃焼器プレート12における燃焼用流路26は共に同じ燃焼器混合気導入路22から同じ排ガス排出路20に通じている。   The external circulation pipe 10 is joined in a state of being inserted through the through hole 12b. In this state, as shown in FIG. 6, the partition wall 10 a of the external circulation pipe 10 that separates the combustion mixture introduction path 22 and the exhaust gas discharge path 20 and the partition wall 12 d of the combustor plate 12 correspond to each other. In the first combustor 504, the three combustor plates 12 are joined in a stacked state, and the uppermost combustor plate 12 is joined to the lower surface of the low-temperature reaction unit 6, so that airtightness is achieved. A high combustion channel 26 is formed. As indicated by arrows in FIG. 6, the combustion flow paths 26 in each combustor plate 12 both lead from the same combustor mixture introduction path 22 to the same exhaust gas discharge path 20.

燃焼用流路26の底面と側面(側壁12cの内面と隔壁12dの両側面)とには、燃焼源としての気体燃料(例えば、水素ガス、メタノールガス等)を酸素によって燃焼させるための燃焼用触媒が塗布されている。当該燃焼用触媒としては白金等が挙げられる。   Combustion channels for burning gaseous fuel (for example, hydrogen gas, methanol gas, etc.) as a combustion source with oxygen are formed on the bottom and side surfaces (the inner surface of the side wall 12c and both side surfaces of the partition wall 12d) of the combustion channel 26. A catalyst is applied. Examples of the combustion catalyst include platinum.

なお、外部流通管10内の吸液材33はその先端が燃焼器プレート12の位置に達するまで充填されている。また、第一燃焼器504による一酸化炭素除去器512の適正加熱温度範囲及び第一燃焼器504による気化器502の適正加熱温度範囲は後述するように異なっている。このような適正温度範囲の差は、第一燃焼器504における一酸化炭素除去器512との対向面積並びに気化器502との対向面積の差によって生じる。本実施形態では、第一燃焼器504を三枚の燃焼器プレート12で構成したが、このような適正温度範囲となるように設定するためであれば、一枚の燃焼器プレート12で構成してもよいし、二枚の燃焼器プレート12で構成してもよいし、四枚以上の燃焼器プレート12にしてもよく、第一燃焼器504を構成する燃焼器プレート12の枚数を適宜変更してもよい。   The liquid absorbing material 33 in the external circulation pipe 10 is filled until the tip reaches the position of the combustor plate 12. Further, the proper heating temperature range of the carbon monoxide remover 512 by the first combustor 504 and the proper heating temperature range of the vaporizer 502 by the first combustor 504 are different as described later. Such a difference in the appropriate temperature range is caused by the difference in the area of the first combustor 504 facing the carbon monoxide remover 512 and the area facing the vaporizer 502. In the present embodiment, the first combustor 504 is configured by the three combustor plates 12. However, if the first combustor 504 is set to be in such an appropriate temperature range, the first combustor 504 is configured by the single combustor plate 12. Alternatively, two combustor plates 12 or four or more combustor plates 12 may be used, and the number of combustor plates 12 constituting the first combustor 504 may be changed as appropriate. May be.

図3、図5に示すように、低温反応部6は、ベースプレート28、下部枠30、中部枠32、上部枠34及び蓋プレート36を下からこれらの順に積層したものであり、直方体状に呈している。ベースプレート28、下部枠30、中部枠32、上部枠34及び蓋プレート36は耐腐食性に優れたステンレス鋼(SUS304)等の金属材料からなる。   As shown in FIGS. 3 and 5, the low temperature reaction unit 6 is formed by stacking a base plate 28, a lower frame 30, a middle frame 32, an upper frame 34, and a lid plate 36 in this order from the bottom, and has a rectangular parallelepiped shape. ing. The base plate 28, the lower frame 30, the middle frame 32, the upper frame 34, and the lid plate 36 are made of a metal material such as stainless steel (SUS304) having excellent corrosion resistance.

ベースプレート28の幅方向中央部において、外部流通管10及び最上の燃焼器プレート12がベースプレート28の下面に接合されている。図9に示すように、ベースプレート28の上面に隔壁41が突出するように設けられることで、混合ガス流路38、混合流路40、一酸化炭素除去用流路42、葛折り状の一酸化炭素除去用流路44、コ字状の一酸化炭素除去用流路46、燃焼混合気流路48及び排ガス流路50に区分けされている。   The outer circulation pipe 10 and the uppermost combustor plate 12 are joined to the lower surface of the base plate 28 at the center in the width direction of the base plate 28. As shown in FIG. 9, by providing a partition wall 41 protruding on the upper surface of the base plate 28, a mixed gas flow path 38, a mixed flow path 40, a carbon monoxide removal flow path 42, a distorted monoxide. It is divided into a carbon removal channel 44, a U-shaped carbon monoxide removal channel 46, a combustion mixture channel 48 and an exhaust gas channel 50.

混合ガス流路38の端部において貫通孔52が形成され、混合ガス流路38が貫通孔52を介して外部流通管10の気化用導入路14に通じている。一酸化炭素除去用流路46は貫通孔52を囲繞し、一酸化炭素除去用流路46の端部において貫通孔54が形成され、一酸化炭素除去用流路46が貫通孔54を介して水素ガス用排出路24に通じている。   A through hole 52 is formed at the end of the mixed gas flow path 38, and the mixed gas flow path 38 communicates with the vaporization introduction path 14 of the external flow pipe 10 through the through hole 52. The carbon monoxide removal channel 46 surrounds the through hole 52, a through hole 54 is formed at the end of the carbon monoxide removal channel 46, and the carbon monoxide removal channel 46 passes through the through hole 54. It leads to a discharge path 24 for hydrogen gas.

燃焼混合気流路48の端部において貫通孔58が形成され、燃焼混合気流路48が貫通孔58を介して燃焼混合気導入路18に通じている。排ガス流路50の端部において貫通孔56が形成され、排ガス流路50が貫通孔56を介して排ガス排出路20に通じている。混合流路40の端部において貫通孔60が形成され、混合流路40が貫通孔60を介して空気用導入路16に通じている。ベースプレート28の下面には、貫通孔52、貫通孔54、貫通孔56、貫通孔58、貫通孔60を除いて底板53が設けられている。   A through hole 58 is formed at the end of the combustion mixture flow path 48, and the combustion mixture flow path 48 communicates with the combustion mixture introduction path 18 through the through hole 58. A through hole 56 is formed at the end of the exhaust gas channel 50, and the exhaust gas channel 50 communicates with the exhaust gas discharge channel 20 through the through hole 56. A through hole 60 is formed at the end of the mixing channel 40, and the mixing channel 40 communicates with the air introduction path 16 through the through hole 60. A bottom plate 53 is provided on the lower surface of the base plate 28 except for the through hole 52, the through hole 54, the through hole 56, the through hole 58, and the through hole 60.

図10に示すように、下部枠30の内側に隔壁43が設けられることで、下部枠30の内側が葛折り状の一酸化炭素除去用流路62、渦巻き状の一酸化炭素除去用流路64、吹抜け孔66、燃焼混合気流路68及び排ガス流路70に区分けされている。一酸化炭素除去用流路64、燃焼混合気流路68及び排ガス流路70においては底板72が設けられ、ベースプレート28に下部枠30が蝋付け等で接合されるとその底板72によって混合ガス流路38、混合流路40、一酸化炭素除去用流路46、燃焼混合気流路48及び排ガス流路50の上が蓋される。   As shown in FIG. 10, the partition 43 is provided inside the lower frame 30, so that the inner side of the lower frame 30 has a twisted carbon monoxide removal channel 62 and a spiral carbon monoxide removal channel. 64, a blow-through hole 66, a combustion mixture passage 68, and an exhaust gas passage 70. A bottom plate 72 is provided in the carbon monoxide removal channel 64, the combustion mixture channel 68 and the exhaust gas channel 70. When the lower frame 30 is joined to the base plate 28 by brazing or the like, the bottom plate 72 causes the mixed gas channel to flow. 38, the mixture channel 40, the carbon monoxide removal channel 46, the combustion mixture channel 48 and the exhaust gas channel 50 are covered.

一酸化炭素除去用流路64の一方の端部64aが一酸化炭素除去用流路62に通じ、一酸化炭素除去用流路64の中途部においてはベースプレート28の一酸化炭素除去用流路42に通じる吹抜け孔74が形成され、一酸化炭素除去用流路64の他方の端部64bにおいてはベースプレート28の排ガス流路50に通じる吹抜け孔76が形成されている。   One end portion 64 a of the carbon monoxide removal flow path 64 communicates with the carbon monoxide removal flow path 62, and the carbon monoxide removal flow path 42 of the base plate 28 in the middle of the carbon monoxide removal flow path 64. A blow-through hole 74 communicating with the exhaust gas flow path 50 of the base plate 28 is formed at the other end 64b of the carbon monoxide removal flow path 64.

一酸化炭素除去用流路62がベースプレート28の一酸化炭素除去用流路44と平面視して一致するように、隔壁43は隔壁41と重なり、一酸化炭素除去用流路62と一酸化炭素除去用流路44が吹き抜けた状態とされている。吹抜け孔66はベースプレート28の混合流路40の上に位置している。燃焼混合気流路68には吹抜け孔69が形成され、燃焼混合気流路68が吹抜け孔69を介してベースプレート28の燃焼混合気流路48に通じている。排ガス流路70には吹抜け孔71が形成され、排ガス流路70が吹抜け孔71を介してベースプレート28の排ガス流路50に通じている。
なお、平面視して、外部流通管10は一酸化炭素除去用流路64の一部に重なり、一酸化炭素除去用流路64が外部流通管10の周りを渦巻いた構造となっている。
The partition wall 43 overlaps with the partition wall 41 so that the carbon monoxide removal channel 62 and the carbon monoxide removal channel 44 in plan view coincide with each other, and the carbon monoxide removal channel 62 and the carbon monoxide. The removal channel 44 is blown through. The blow-through hole 66 is located on the mixing channel 40 of the base plate 28. A blow-through hole 69 is formed in the combustion mixture flow path 68, and the combustion mixture flow path 68 communicates with the combustion mixture flow path 48 of the base plate 28 via the blow-through hole 69. An exhaust hole 71 is formed in the exhaust gas flow path 70, and the exhaust gas flow path 70 communicates with the exhaust gas flow path 50 of the base plate 28 via the blow through hole 71.
When viewed from above, the external circulation pipe 10 has a structure in which the carbon monoxide removal flow path 64 overlaps with a part of the carbon monoxide removal flow path 64 and the carbon monoxide removal flow path 64 spirals around the external flow pipe 10.

図11に示すように、中部枠32の内側に隔壁45が設けられることで、中部枠32の内側が葛折り状の一酸化炭素除去用流路78、渦巻き状の一酸化炭素除去用流路80及び吹抜け孔82に区分けされている。一酸化炭素除去用流路80の一部においては底板83が設けられ、下部枠30に中部枠32が蝋付け等で接合されるとその底板83によって下部枠30の燃焼混合気流路68及び排ガス流路70の上方が蓋される。   As shown in FIG. 11, the partition 45 is provided inside the middle frame 32, so that the inside of the middle frame 32 has a twisted carbon monoxide removal channel 78 and a spiral carbon monoxide removal channel. 80 and a blow-through hole 82. A part of the carbon monoxide removal channel 80 is provided with a bottom plate 83. When the middle frame 32 is joined to the lower frame 30 by brazing or the like, the bottom plate 83 causes the combustion mixture channel 68 and exhaust gas of the lower frame 30 to be joined. The upper part of the flow path 70 is covered.

一酸化炭素除去用流路78が下部枠30の一酸化炭素除去用流路62と平面視して一致するように、隔壁45は隔壁43と重なり、一酸化炭素除去用流路78と一酸化炭素除去用流路62が吹き抜けた状態とされている。一酸化炭素除去用流路80が下部枠30の一酸化炭素除去用流路64と平面視して一致するように、隔壁45は隔壁43と重なり、一酸化炭素除去用流路80と一酸化炭素除去用流路64が吹き抜けた状態とされている。吹抜け孔82が下部枠30の吹抜け孔66に重なり、吹抜け孔82と吹抜け孔66が連通した状態とされている。   The partition wall 45 overlaps the partition wall 43 so that the carbon monoxide removal channel 78 and the carbon monoxide removal channel 62 of the lower frame 30 coincide with each other in plan view, and the carbon monoxide removal channel 78 and the monoxide are oxidized. The carbon removal channel 62 is blown through. The partition wall 45 overlaps the partition wall 43 so that the carbon monoxide removal channel 80 and the carbon monoxide removal channel 64 of the lower frame 30 coincide with each other in plan view, and the carbon monoxide removal channel 80 and the monoxide are oxidized. The carbon removal channel 64 is blown through. The blow-through hole 82 is overlapped with the blow-through hole 66 of the lower frame 30 so that the blow-through hole 82 and the blow-through hole 66 are in communication with each other.

図12に示すように、上部枠34の内側に隔壁47が設けられることで、上部枠34の内側に葛折り状の一酸化炭素除去用流路84が形成されている。また、上部枠34の内側全体に底板86が設けられ、中部枠32に上部枠34が蝋付け等で接合されるとその底板86によって中部枠32の一酸化炭素除去用流路78及び一酸化炭素除去用流路80の上方が蓋される。   As shown in FIG. 12, the partition wall 47 is provided on the inner side of the upper frame 34, so that a distorted carbon monoxide removal channel 84 is formed on the inner side of the upper frame 34. Further, a bottom plate 86 is provided on the entire inner side of the upper frame 34. When the upper frame 34 is joined to the middle frame 32 by brazing or the like, the carbon monoxide removal flow path 78 and the monoxide are removed by the bottom plate 86. The upper part of the carbon removal channel 80 is covered.

一酸化炭素除去用流路84の一端部においては吹抜け孔88が形成され、一酸化炭素除去用流路84の他端部においては吹抜け孔90が形成されている。吹抜け孔88は中部枠32の吹抜け孔82に重なり、一酸化炭素除去用流路84が吹抜け孔88、吹抜け孔82及び吹抜け孔66を介して混合流路40に通じている。吹抜け孔90が中部枠32の一酸化炭素除去用流路78の端部の上に位置し、一酸化炭素除去用流路84が吹抜け孔90を通じて一酸化炭素除去用流路78に通じている。   A blow-through hole 88 is formed at one end of the carbon monoxide removal flow path 84, and a blow-through hole 90 is formed at the other end of the carbon monoxide removal flow path 84. The blow-through hole 88 overlaps the blow-through hole 82 of the middle frame 32, and the carbon monoxide removal flow path 84 communicates with the mixing flow path 40 through the blow-through hole 88, the blow-through hole 82, and the blow-through hole 66. The blow-through hole 90 is positioned on the end of the carbon monoxide removal flow path 78 of the middle frame 32, and the carbon monoxide removal flow path 84 communicates with the carbon monoxide removal flow path 78 through the blow-through hole 90. .

図5に示すように、上部枠34の上に蓋プレート36が接合されることで、一酸化炭素除去用流路84の上方が蓋プレート36によって蓋されている。ここで、一酸化炭素除去用流路42,44,46,46,62,64,78,80,84の壁面全体には、一酸化炭素を選択的に酸化させる一酸化炭素選択酸化用触媒が担持されている。ここで壁面となる、ベースプレート28、下部枠30、中部枠32、流路上部枠34の所定箇所には、互いに接合される前に予め一酸化炭素選択酸化用触媒が担持されている。一酸化炭素選択酸化用触媒としては白金等が挙げられる。   As shown in FIG. 5, the lid plate 36 is joined onto the upper frame 34, so that the upper side of the carbon monoxide removal channel 84 is covered with the lid plate 36. Here, a carbon monoxide selective oxidation catalyst that selectively oxidizes carbon monoxide is formed on the entire wall surfaces of the carbon monoxide removal flow paths 42, 44, 46, 46, 62, 64, 78, 80, and 84. It is supported. Here, a catalyst for selective oxidation of carbon monoxide is supported in advance at predetermined portions of the base plate 28, the lower frame 30, the middle frame 32, and the flow path upper frame 34, which are the wall surfaces, before being joined to each other. Examples of the catalyst for selective oxidation of carbon monoxide include platinum.

図3、図5に示すように、高温反応部4は、ベースプレート102、下部枠104、中部枠106、燃焼器プレート108、上部枠110及び蓋プレート112を下からこれらの順に積層したものであり、直方体状に呈している。ベースプレート102、下部枠104、中部枠106、燃焼器プレート108、上部枠110及び蓋プレート112は耐腐食性に優れたステンレス鋼(SUS304)等の金属材料からなる。   As shown in FIGS. 3 and 5, the high temperature reaction unit 4 is formed by laminating a base plate 102, a lower frame 104, a middle frame 106, a combustor plate 108, an upper frame 110 and a lid plate 112 in this order from the bottom. It has a rectangular parallelepiped shape. The base plate 102, the lower frame 104, the middle frame 106, the combustor plate 108, the upper frame 110, and the lid plate 112 are made of a metal material such as stainless steel (SUS304) having excellent corrosion resistance.

図9に示すように、ベースプレート102には、底板113が設けられており、底板113の上面に隔壁103が突出するように設けられることで、供給流路114、葛折り状の改質用流路116及び排出流路115に区分けされている。供給流路114は改質用流路116に連なっているが、排出流路115は供給流路114及び改質用流路116から独立している。   As shown in FIG. 9, the base plate 102 is provided with a bottom plate 113, and the partition wall 103 is provided on the upper surface of the bottom plate 113 so that the supply flow path 114, the distorted reforming flow is provided. It is divided into a channel 116 and a discharge channel 115. The supply flow path 114 is continuous with the reforming flow path 116, but the discharge flow path 115 is independent of the supply flow path 114 and the reforming flow path 116.

図10に示すように、下部枠104の内側に隔壁105が設けられることで、下部枠104の内側が葛折り状の改質用流路118、燃焼混合気流路120、排ガス流路122及び吹抜け孔124に区分けされている。燃焼混合気流路120及び排ガス流路122においては底板126が設けられ、ベースプレート102に下部枠104が接合されることで、底板126によりベースプレート102の供給流路114及び排出流路115が蓋される。改質用流路118がベースプレート102の改質用流路116と平面視して一致するように隔壁105が隔壁103と重なり、改質用流路118と改質用流路116が吹き抜けた状態とされている。   As shown in FIG. 10, the partition wall 105 is provided inside the lower frame 104, so that the reforming channel 118, the combustion mixture channel 120, the exhaust gas channel 122, and the blow-through are formed inside the lower frame 104 in a distorted shape. It is divided into holes 124. A bottom plate 126 is provided in the combustion mixture flow channel 120 and the exhaust gas flow channel 122, and the lower frame 104 is joined to the base plate 102, so that the supply flow channel 114 and the discharge flow channel 115 of the base plate 102 are covered by the bottom plate 126. . The partition wall 105 overlaps the partition wall 103 so that the reforming channel 118 and the reforming channel 116 of the base plate 102 coincide with each other in plan view, and the reforming channel 118 and the reforming channel 116 are blown through. It is said that.

図11に示すように、中部枠106の内側に隔壁107が設けられることで、中部枠106の内側が葛折り状の改質用流路128、吹抜け孔130、吹抜け孔132及び吹抜け孔134に区分けされている。また、中部枠106には底板136が設けられ、中部枠106が下部枠104に接合されることで、底板136によって下部枠104の燃焼混合気流路120及び排ガス流路122の上方が蓋される。   As shown in FIG. 11, the partition wall 107 is provided inside the middle frame 106, so that the inside of the middle frame 106 has a twisted reforming flow path 128, a blow hole 130, a blow hole 132, and a blow hole 134. It is divided. The middle frame 106 is provided with a bottom plate 136, and the middle frame 106 is joined to the lower frame 104, so that the bottom plate 136 covers the combustion mixture flow path 120 and the exhaust gas flow path 122 of the lower frame 104. .

改質用流路128が下部枠104の改質用流路118と平面視して一致するように隔壁107が隔壁105と重なり、改質用流路128と改質用流路118が吹き抜けた状態とされている。吹抜け孔130は下部枠104の吹抜け孔124に重なり、吹抜け孔130と吹抜け孔124が吹き抜けた状態とされている。吹抜け孔132は燃焼混合気流路120の端部の上に位置し、吹抜け孔134が排ガス流路122の端部の上に位置している。   The partition wall 107 overlaps with the partition wall 105 so that the reforming channel 128 coincides with the reforming channel 118 of the lower frame 104 in plan view, and the reforming channel 128 and the reforming channel 118 are blown through. It is in a state. The blow-through hole 130 is overlapped with the blow-through hole 124 of the lower frame 104, and the blow-through hole 130 and the blow-through hole 124 are blown through. The blow-through hole 132 is located on the end of the combustion mixture flow path 120, and the blow-through hole 134 is located on the end of the exhaust gas flow path 122.

図3、図5に示すように、燃焼器プレート108が中部枠106の上に接合されることで、中部枠106の改質用流路128が燃焼器プレート108によって蓋される。図13に示すように、燃焼器プレート108には、底板141が設けられ、底板141の上面に隔壁109が突出するように設けられることで、燃焼室138、燃焼室140、吹抜け孔142及び吹抜け孔144に区分けされている。   As shown in FIGS. 3 and 5, the combustor plate 108 is joined onto the middle frame 106, whereby the reforming flow path 128 of the middle frame 106 is covered with the combustor plate 108. As shown in FIG. 13, the combustor plate 108 is provided with a bottom plate 141, and a partition wall 109 is provided on the upper surface of the bottom plate 141 so that the combustion chamber 138, the combustion chamber 140, the blow-through hole 142, and the blow-through are formed. It is divided into holes 144.

燃焼室138の端部において吹抜け孔146が形成され、その吹抜け孔146が中部枠106の吹抜け孔132の上に位置し、燃焼室138が吹抜け孔146及び吹抜け孔132を介して下部枠104の燃焼混合気流路120に通じている。燃焼室138は燃焼室140に通じている。   A blow-through hole 146 is formed at the end of the combustion chamber 138, and the blow-through hole 146 is positioned on the blow-through hole 132 of the middle frame 106. It leads to the combustion mixture flow path 120. The combustion chamber 138 communicates with the combustion chamber 140.

燃焼室140の端部において吹抜け孔148が形成され、その吹抜け孔148が中部枠106の吹抜け孔134の上に位置し、燃焼室140が吹抜け孔148及び吹抜け孔134を介して排ガス流路122に通じている。   A blow-through hole 148 is formed at the end of the combustion chamber 140, and the blow-out hole 148 is positioned on the blow-through hole 134 of the middle frame 106. Leads to.

吹抜け孔142は中部枠106の改質用流路128の端部の上に位置し、吹抜け孔142が改質用流路128に通じている。吹抜け孔144は中部枠106の吹抜け孔130の上に位置し、吹抜け孔144が吹抜け孔130に通じている。燃焼室138及び燃焼室140の壁面には、燃焼混合気を燃焼させる燃焼用触媒が担持されている。ここで壁面となる、燃焼器プレート108、及び上部枠110の所定箇所には、互いに接合される前に予め燃焼用触媒が担持されている。燃焼用触媒としては、白金等が挙げられる。   The blow-through hole 142 is located on the end of the reforming flow path 128 of the middle frame 106, and the blow-through hole 142 communicates with the reforming flow path 128. The blow-through hole 144 is located on the blow-through hole 130 of the middle frame 106, and the blow-through hole 144 communicates with the blow-through hole 130. A combustion catalyst for burning the combustion mixture is carried on the wall surfaces of the combustion chamber 138 and the combustion chamber 140. Here, the combustion catalyst is supported in advance at predetermined portions of the combustor plate 108 and the upper frame 110 which are the wall surfaces before being joined to each other. An example of the combustion catalyst is platinum.

図12に示すように、上部枠110の内側に隔壁111が設けられることで、上部枠110の内側に葛折り状の改質用流路150が形成されている。また、上部枠110に底板152が設けられ、上部枠110が燃焼器プレート108の上に蝋付け等で接合されることで、燃焼器プレート108の燃焼室138及び燃焼室140の上方が蓋される。   As shown in FIG. 12, the partition wall 111 is provided on the inner side of the upper frame 110, so that a distorted reforming flow channel 150 is formed on the inner side of the upper frame 110. In addition, a bottom plate 152 is provided on the upper frame 110, and the upper frame 110 is joined to the combustor plate 108 by brazing or the like, so that the upper portions of the combustion chamber 138 and the combustion chamber 140 of the combustor plate 108 are covered. The

改質用流路150の一端部においては吹抜け孔154が形成され、改質用流路150の他端部においては吹抜け孔156が形成されている。吹抜け孔154は燃焼器プレート108の吹抜け孔142の上に位置し、改質用流路150が吹抜け孔154及び吹抜け孔142を介して中部枠106の改質用流路128に通じている。吹抜け孔156は燃焼器プレート108の吹抜け孔144の上に位置し、改質用流路150が吹抜け孔156、吹抜け孔144、吹抜け孔130及び吹抜け孔124を介して排出流路115に通じている。   A blow-through hole 154 is formed at one end of the reforming flow path 150, and a blow-through hole 156 is formed at the other end of the reforming flow path 150. The blow-through hole 154 is located on the blow-through hole 142 of the combustor plate 108, and the reforming flow path 150 communicates with the reforming flow path 128 of the middle frame 106 through the blow-through hole 154 and the blow-through hole 142. The blow-through hole 156 is located above the blow-through hole 144 of the combustor plate 108, and the reforming flow path 150 communicates with the discharge flow path 115 through the blow-through hole 156, the blow-through hole 144, the blow-through hole 130, and the blow-through hole 124. Yes.

図5に示すように、上部枠110の上に蓋プレート112が蝋付け等で接合されることで、改質用流路150の上方が蓋プレート112によって蓋されている。ここで、供給流路114、排出流路115、改質用流路116,118,128,152の壁面には、燃料を改質して水素を生成する改質用触媒が担持されている。ここで壁面となる、ベースプレート102、下部枠104、中部枠106、燃焼器プレート108、上部枠110及び蓋プレート112の所定箇所には、互いに接合される前に予め燃焼用触媒が担持されている。メタノールの改質に用いられる改質用触媒としては、Cu/ZnO系触媒、Pt/ZnO系触媒等が挙げられる。   As illustrated in FIG. 5, the lid plate 112 is joined to the upper frame 110 by brazing or the like, so that the upper portion of the reforming flow path 150 is covered with the lid plate 112. Here, reforming catalysts for reforming the fuel to generate hydrogen are supported on the wall surfaces of the supply channel 114, the discharge channel 115, and the reforming channels 116, 118, 128, and 152. Here, a combustion catalyst is supported in advance at predetermined portions of the base plate 102, the lower frame 104, the middle frame 106, the combustor plate 108, the upper frame 110, and the lid plate 112, which are the wall surfaces, before being joined to each other. . Examples of the reforming catalyst used for reforming methanol include a Cu / ZnO-based catalyst and a Pt / ZnO-based catalyst.

図3、図4に示すように、連結管8の外形は角柱状とされ、連結管8の幅が高温反応部4の幅及び低温反応部6の幅よりも狭く、連結管8の高さも高温反応部4及び低温反応部6のいずれの高さよりも低い。連結管8は高温反応部4と低温反応部6との間に架設されており、連結管8は高温反応部4の幅方向中央部において高温反応部4に蝋付け等で接合しているとともに低温反応部6の幅方向中央部において低温反応部6に蝋付け等で接合している。また、連結管8の下面が高温反応部4の下面つまりベースプレート102の下面に対して面一になっているとともに、更に低温反応部6の下面つまりベースプレート28の下面に対して面一になっている。   As shown in FIGS. 3 and 4, the outer shape of the connecting pipe 8 is a prismatic shape, the width of the connecting pipe 8 is narrower than the width of the high temperature reaction section 4 and the width of the low temperature reaction section 6, and the height of the connecting pipe 8 is also It is lower than any height of the high temperature reaction part 4 and the low temperature reaction part 6. The connecting pipe 8 is installed between the high temperature reaction part 4 and the low temperature reaction part 6, and the connecting pipe 8 is joined to the high temperature reaction part 4 by brazing or the like at the center in the width direction of the high temperature reaction part 4. The low temperature reaction part 6 is joined to the low temperature reaction part 6 by brazing or the like at the center in the width direction. Further, the lower surface of the connecting pipe 8 is flush with the lower surface of the high temperature reaction unit 4, that is, the lower surface of the base plate 102, and further flush with the lower surface of the low temperature reaction unit 6, that is, the lower surface of the base plate 28. Yes.

図9、図10、図14に示すように、連結管8には、連結流路162、連結流路164、連結流路166及び連結流路168が互いに平行となるよう設けられている。連結流路162、連結流路164、連結流路166及び連結流路168は連結管8の隔壁163によって仕切られている。連結流路162の一端が混合ガス流路38に通じ、連結流路162の他端が供給流路114に通じている。連結流路164の一端が排出流路115に通じ、他端が混合流路40に通じている。連結流路166の一端が燃焼混合気流路68に通じ、他端が燃焼混合気流路120に通じている。連結流路168の一端が排ガス流路122に通じ、他端が排ガス流路70に通じている。   As shown in FIGS. 9, 10, and 14, the connecting pipe 8 is provided with a connecting channel 162, a connecting channel 164, a connecting channel 166, and a connecting channel 168 that are parallel to each other. The connection channel 162, the connection channel 164, the connection channel 166, and the connection channel 168 are partitioned by a partition wall 163 of the connection pipe 8. One end of the connection channel 162 communicates with the mixed gas channel 38, and the other end of the connection channel 162 communicates with the supply channel 114. One end of the connection channel 164 communicates with the discharge channel 115 and the other end communicates with the mixing channel 40. One end of the connection channel 166 communicates with the combustion mixture channel 68, and the other end communicates with the combustion mixture channel 120. One end of the connection channel 168 communicates with the exhaust gas channel 122 and the other end communicates with the exhaust gas channel 70.

なお、連結流路162,164,166,168が1つの連結管8に設けられているが、これらの流路162,164,166,168が別々の管材に設けられ、これら管材が束ねられていても良い。連結管8は、気密性の観点から接合しているベースプレート28、下部枠30、ベースプレート102、下部枠104と同じ材質であることが好ましい。   In addition, although the connection flow paths 162, 164, 166, and 168 are provided in one connection pipe 8, these flow paths 162, 164, 166, and 168 are provided in separate pipe materials, and these pipe materials are bundled. May be. The connecting pipe 8 is preferably made of the same material as the base plate 28, the lower frame 30, the base plate 102, and the lower frame 104 that are joined from the viewpoint of airtightness.

上述したように、給排部2、高温反応部4、低温反応部6及び連結管8では隔壁(底板、天板、側板、外板を含む。)によって流路が仕切られており、どの部分においても隔壁の厚みは0.1mm以上0.2mm以下とされ、好ましくは0.1mmとされている。   As described above, the flow path is partitioned by the partition walls (including the bottom plate, the top plate, the side plate, and the outer plate) in the supply / discharge unit 2, the high temperature reaction unit 4, the low temperature reaction unit 6 and the connecting pipe 8. In this case, the thickness of the partition wall is 0.1 mm or more and 0.2 mm or less, preferably 0.1 mm.

つまり、高温反応部4では、ベースプレート102の隔壁103、下部枠104の隔壁105及び中部枠106の隔壁107が面方向で互いに重なり合うことによって蛇行した側壁が形成され、この側壁に加えてベースプレート102の底板113の上面及び燃焼器プレート108の底板141の下面によって改質用流路116、供給流路114、排出流路115が仕切られている。そして、燃焼器プレート108の底板141の上面、隔壁109及び上部枠110の底板152の下面によって、燃焼室138,140が仕切られている。さらに、上部枠110の底板152の上面、隔壁111、蓋プレート112の下面によって改質用流路150が仕切られている。   That is, in the high temperature reaction section 4, the partition wall 103 of the base plate 102, the partition wall 105 of the lower frame 104, and the partition wall 107 of the middle frame 106 overlap each other in the surface direction, and a meandering sidewall is formed. The reforming flow path 116, the supply flow path 114, and the discharge flow path 115 are partitioned by the upper surface of the bottom plate 113 and the lower surface of the bottom plate 141 of the combustor plate 108. The combustion chambers 138 and 140 are partitioned by the upper surface of the bottom plate 141 of the combustor plate 108, the lower surface of the partition plate 109 and the bottom plate 152 of the upper frame 110. Further, the reforming flow path 150 is partitioned by the upper surface of the bottom plate 152 of the upper frame 110, the partition wall 111, and the lower surface of the lid plate 112.

低温反応部6では、ベースプレート28の隔壁41、下部枠30の隔壁43、及び中部枠32の隔壁45は、面方向で互いに重なり合うことによって蛇行した側壁が形成され、この側壁に加えてベースプレート28の底板53の上面及び上部枠34の底板86によって各流路が仕切られている。そして、さらに、上部枠34の底板86の上面、隔壁47、蓋プレート36の下面によって一酸化炭素除去用流路84が仕切られている。   In the low-temperature reaction part 6, the partition wall 41 of the base plate 28, the partition wall 43 of the lower frame 30, and the partition wall 45 of the middle frame 32 are formed to meander to form a meandering side wall, and in addition to this side wall, the base plate 28 Each flow path is partitioned by the upper surface of the bottom plate 53 and the bottom plate 86 of the upper frame 34. Further, the carbon monoxide removal channel 84 is partitioned by the upper surface of the bottom plate 86 of the upper frame 34, the partition wall 47, and the lower surface of the lid plate 36.

給排部2、高温反応部4、低温反応部6及び連結管8の内側に設けられた流路の経路は図16、図17に示すようになる。ここで図16、図17と図4の対応関係について説明すると、気化用導入路14が気化器502の流路に相当し、改質用流路116,118,128が第一改質器506の流路に相当し、改質用流路150が第二改質器510の流路に相当し、一酸化炭素除去用流路84の始端から一酸化炭素除去用流路46の終端までが一酸化炭素除去器512の流路に相当し、燃焼用流路26が第一燃焼器504の流路に相当し、燃焼室138,140が第二燃焼器508の燃焼室に相当する。   The paths of the flow paths provided inside the supply / discharge section 2, the high temperature reaction section 4, the low temperature reaction section 6 and the connecting pipe 8 are as shown in FIGS. The correspondence relationship between FIGS. 16, 17, and 4 will be described below. The vaporization introduction path 14 corresponds to the flow path of the vaporizer 502, and the reforming flow paths 116, 118, and 128 are the first reformer 506. The reforming flow path 150 corresponds to the flow path of the second reformer 510 and extends from the start end of the carbon monoxide removal flow path 84 to the end of the carbon monoxide removal flow path 46. The carbon monoxide remover 512 corresponds to the flow path, the combustion flow path 26 corresponds to the flow path of the first combustor 504, and the combustion chambers 138 and 140 correspond to the combustion chambers of the second combustor 508.

図2、図5に示すように、低温反応部6の下面つまりベースプレート28の下面、高温反応部4の下面つまりベースプレート102の下面、及び連結管8の下面には窒化シリコン、酸化シリコン等の図示しない絶縁膜が全面に形成され、低温反応部6側の絶縁膜の下面には電熱線170が、平面視して一酸化炭素除去器512の流路の少なくとも一部と重なるように蛇行した状態にパターニングされ、低温反応部6から連結管8を通って高温反応部4にかけた絶縁膜の下面には、電熱線172が平面視して第一改質器506及び第二改質器510の流路の少なくとも一部と重なるように蛇行した状態にパターニングされている。外部流通管10の側面、燃焼器プレート12の表面にも、窒化シリコン、酸化シリコン等の図示しない絶縁膜が形成されており、低温反応部6の下面から燃焼器プレート12の表面を通って外部流通管10の側面にかけて電熱線174がパターニングされている。   As shown in FIGS. 2 and 5, silicon nitride, silicon oxide, or the like is illustrated on the lower surface of the low temperature reaction unit 6, that is, the lower surface of the base plate 28, the lower surface of the high temperature reaction unit 4, that is, the lower surface of the base plate 102, and the lower surface of the connecting pipe 8. An insulating film is formed on the entire surface, and the heating wire 170 meanders on the lower surface of the insulating film on the low temperature reaction portion 6 side so as to overlap with at least a part of the flow path of the carbon monoxide remover 512 in a plan view. On the lower surface of the insulating film that is patterned to the high temperature reaction section 4 from the low temperature reaction section 6 through the connecting pipe 8, the heating wire 172 is viewed in plan view in the first reformer 506 and the second reformer 510. It is patterned so as to meander so as to overlap at least a part of the flow path. An insulating film (not shown) such as silicon nitride or silicon oxide is also formed on the side surface of the external flow pipe 10 and the surface of the combustor plate 12, and the external surface passes through the surface of the combustor plate 12 from the lower surface of the low temperature reaction unit 6. A heating wire 174 is patterned over the side surface of the flow pipe 10.

電熱線170,172,174は、絶縁膜側から密着層、拡散防止層、発熱層の順に積層したものである。発熱層は3層の中で最も低い抵抗率の材料(例えば、Au)であり、電熱線170,172,174に電圧が印加されると電流が集中的に流れて発熱する。拡散防止層は、電熱線170,172,174が発熱しても発熱層の材料が拡散防止層に熱拡散されにくく、且つ拡散防止層の材料が発熱層に熱拡散しにくい材料であり、比較的融点が高く且つ反応性が低い物質(例えば、W)を用いることが好ましい。密着層は、拡散防止層が絶縁膜に対して密着性が低く、剥離しやすい場合に用いられる層であり、拡散防止層に対しても絶縁膜に対しても密着性に優れた材料(例えば、Ta、Mo、Ti、Cr)からなる。   The heating wires 170, 172, and 174 are formed by laminating an adhesion layer, a diffusion prevention layer, and a heat generation layer in this order from the insulating film side. The heat generating layer is a material having the lowest resistivity among the three layers (for example, Au). When a voltage is applied to the heating wires 170, 172, and 174, a current flows intensively and heat is generated. The diffusion prevention layer is a material in which the material of the heat generation layer is not easily diffused into the diffusion prevention layer even when the heating wires 170, 172, and 174 generate heat, and the material of the diffusion prevention layer is difficult to thermally diffuse into the heat generation layer. It is preferable to use a substance (for example, W) having a high target melting point and low reactivity. The adhesion layer is a layer used when the diffusion preventing layer has low adhesion to the insulating film and is easily peeled off, and is a material having excellent adhesion to both the diffusion preventing layer and the insulating film (for example, , Ta, Mo, Ti, Cr).

電熱線170は、起動時に低温反応部6を加熱し、電熱線172は、起動時に高温反応部4及び連結管8を加熱し、電熱線174は、給排部2の気化器502及び第一燃焼器504を加熱する。この後、燃料電池からの水素を含むオフガスで第二燃焼器508が燃焼されたら、電熱線172は第二燃焼器508の補助として高温反応部4及び連結管8を加熱する。同様に、燃料電池からの水素を含むオフガスで第一燃焼器504が燃焼される場合、電熱線170は第一燃焼器504の補助として低温反応部6を加熱する。   The heating wire 170 heats the low-temperature reaction unit 6 at startup, the heating wire 172 heats the high-temperature reaction unit 4 and the connecting pipe 8 at startup, and the heating wire 174 is connected to the vaporizer 502 and the first in the supply / discharge unit 2. The combustor 504 is heated. Thereafter, when the second combustor 508 is burned with off-gas containing hydrogen from the fuel cell, the heating wire 172 heats the high-temperature reaction section 4 and the connecting pipe 8 as an aid to the second combustor 508. Similarly, when the first combustor 504 is burned with off-gas containing hydrogen from the fuel cell, the heating wire 170 heats the low-temperature reaction unit 6 as an auxiliary to the first combustor 504.

また、電熱線170,172,174は温度に依存して電気抵抗が変化するので、所定の印加電圧に対する抵抗値から温度の値を読み取ることができる温度センサとしても機能する。具体的には、電熱線170,172,174の温度は電気抵抗に比例する。   In addition, since the electric resistance of the heating wires 170, 172, and 174 changes depending on the temperature, the heating wires 170, 172, and 174 function as temperature sensors that can read the temperature value from the resistance value with respect to a predetermined applied voltage. Specifically, the temperature of the heating wires 170, 172, and 174 is proportional to the electrical resistance.

電熱線170,172,174の何れの端部もベースプレート28の下面に位置し、これら端部が燃焼器プレート12を囲むように配列されている。電熱線170の両端部にはそれぞれリード線176,178が接続され、電熱線172の両端部にはそれぞれリード線180,182が接続され、電熱線174の両端部にはそれぞれリード線184,186が接続されている。なお、図3においては、図面を見やすくするために、電熱線170,172,174及びリード線176,178,180,182,184,186の図示を省略する。   Any end portions of the heating wires 170, 172, and 174 are located on the lower surface of the base plate 28, and these end portions are arranged so as to surround the combustor plate 12. Lead wires 176 and 178 are connected to both ends of the heating wire 170, lead wires 180 and 182 are connected to both ends of the heating wire 172, and lead wires 184 and 186 are connected to both ends of the heating wire 174, respectively. Is connected. In FIG. 3, the heating wires 170, 172, 174 and the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, 186 are omitted for easy understanding of the drawing.

図18、図19に示すように、本発明に係る反応装置1000は、上記マイクロリアクタモジュール1の他に断熱パッケージ200を具備し、高温反応部4、低温反応部6及び連結管8が断熱パッケージ200に収容されている。断熱パッケージ200は、下面が開口した長方形状の箱体202と、箱体202の下面開口を閉塞したベースプレート204とから構成され、ベースプレート204が箱体202にガラス材又は絶縁封止材で接合されている。   As shown in FIGS. 18 and 19, the reaction apparatus 1000 according to the present invention includes a heat insulation package 200 in addition to the microreactor module 1, and the high temperature reaction unit 4, the low temperature reaction unit 6, and the connecting pipe 8 are the heat insulation package 200. Is housed in. The heat insulating package 200 includes a rectangular box 202 having an open bottom surface and a base plate 204 that closes the bottom opening of the box 202. The base plate 204 is joined to the box 202 with a glass material or an insulating sealing material. ing.

箱体202及びベースプレート204のどちらもガラス、セラミック等の断熱材からなり、内側となる面にはアルミニウム、金等の金属反射膜が成膜されている。このような金属反射膜が成膜されていると、給排部2、高温反応部4、低温反応部6及び連結管8からの輻射熱を反射して断熱パッケージ200の外に伝搬することを抑制する。断熱パッケージ200は内圧が1Torr以下になるように、マイクロリアクタモジュール1との間の内部空間が真空排気されている。   Both the box 202 and the base plate 204 are made of a heat insulating material such as glass or ceramic, and a metal reflective film such as aluminum or gold is formed on the inner surface. When such a metal reflective film is formed, it is possible to suppress the radiant heat from the supply / discharge unit 2, the high temperature reaction unit 4, the low temperature reaction unit 6, and the connection pipe 8 from being reflected and propagated outside the heat insulation package 200. To do. In the heat insulation package 200, the internal space between the microreactor module 1 is evacuated so that the internal pressure becomes 1 Torr or less.

給排部2の外部流通管10は、一部が断熱パッケージ200から露出されており、後述する発電モジュール608の燃料極に連結され、さらに流量制御ユニット606を介して燃料容器604に連結されている。リード線176,178,180,182,184,186は、一部が断熱パッケージ200から露出されている。外部流通管10並びにリード線176,178,180,182,184,186においてそれぞれ断熱パッケージ200から露出している部分から断熱パッケージ200内に外気が侵入して内圧が上がるような隙間が生じないように、外部流通管10並びにリード線176,178,180,182,184,186は断熱パッケージ200のベースプレート204にガラス材又は絶縁封止材で接合されている。断熱パッケージ200の内部空間の内圧を低く維持できるので、マイクロリアクタモジュール1が発する熱を伝搬する媒体が希薄になり、また内部空間での熱対流も抑えられるのでマイクロリアクタモジュール1の保温効果が増える。   A part of the external circulation pipe 10 of the supply / discharge section 2 is exposed from the heat insulating package 200, and is connected to a fuel electrode of a power generation module 608 described later, and further connected to a fuel container 604 via a flow rate control unit 606. Yes. A part of the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, 186 is exposed from the heat insulating package 200. In the external circulation pipe 10 and the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, and 186, there is no gap that causes the outside air to enter the heat insulating package 200 from the portion exposed from the heat insulating package 200 and the internal pressure increases. In addition, the external circulation pipe 10 and the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, and 186 are joined to the base plate 204 of the heat insulation package 200 with a glass material or an insulating sealing material. Since the internal pressure of the internal space of the heat insulation package 200 can be kept low, the medium that propagates the heat generated by the microreactor module 1 is diluted, and heat convection in the internal space can be suppressed, so that the heat retention effect of the microreactor module 1 is increased.

そして、断熱パッケージ200で封止された空間において、マイクロリアクタモジュール1の高温反応部4及び低温反応部6の間には所定の距離の連結管8が介在しているが、連絡管8の容積は高温反応部4及び低温反応部6の容積に対して極めて小さいので、連絡管8による高温反応部4から低温反応部6への熱の伝搬は抑えられ、高温反応部4と低温反応部6との間では、反応に必要な熱勾配を維持できるとともに高温反応部4内の温度を均等にしやすく、低温反応部6内の温度を均等にしやすくすることができる。   In the space sealed by the heat insulating package 200, a connecting pipe 8 having a predetermined distance is interposed between the high temperature reaction part 4 and the low temperature reaction part 6 of the microreactor module 1, but the volume of the communication pipe 8 is as follows. Since the volume of the high temperature reaction part 4 and the low temperature reaction part 6 is extremely small, the propagation of heat from the high temperature reaction part 4 to the low temperature reaction part 6 by the connecting pipe 8 is suppressed, and the high temperature reaction part 4 and the low temperature reaction part 6 In the meantime, the thermal gradient required for the reaction can be maintained, the temperature in the high temperature reaction unit 4 can be easily equalized, and the temperature in the low temperature reaction unit 6 can be easily equalized.

図3、図5に示すように、低温反応部6の表面には、経時的にマイクロリアクタモジュール1から漏洩し得る流体、経時的にマイクロリアクタモジュール1から発生する流体、また箱体202とベースプレート204との接合時に十分な真空排気ができずに残存する外気の一部、経時的に断熱パッケージ200内に侵入する外気といった断熱パッケージ200の内部空間の圧力を上げる要因を吸着することで断熱パッケージ200の内部空間から除去するゲッター材188が設けられ、ゲッター材188には電熱材等のヒータが設けられ、このヒータには配線190が接続されている。   As shown in FIGS. 3 and 5, the surface of the low-temperature reaction unit 6 includes a fluid that can leak from the microreactor module 1 over time, a fluid that is generated from the microreactor module 1 over time, and a box 202 and a base plate 204. By adsorbing factors that increase the pressure in the internal space of the heat insulating package 200 such as a part of the remaining outside air that cannot be sufficiently evacuated at the time of joining, and outside air that enters the heat insulating package 200 over time, the heat insulating package 200 A getter material 188 to be removed from the internal space is provided, and a heater such as an electric heating material is provided in the getter material 188, and a wiring 190 is connected to the heater.

配線190の両端部は燃焼器プレート12の周囲においてベースプレート28の下面に位置し、配線190の両端部にはそれぞれリード線192,194が接続されている。ゲッター材188は加熱されることで活性化して吸着作用をもつものであり、ゲッター材188の材料としてはジルコニウム、バリウム又はチタニウムを主成分とした合金が挙げられる。なお、図3においては、図面を見やすくするために、リード線192,194の図示を省略する。   Both ends of the wiring 190 are positioned on the lower surface of the base plate 28 around the combustor plate 12, and lead wires 192 and 194 are connected to both ends of the wiring 190, respectively. The getter material 188 is activated by being heated and has an adsorption action. Examples of the material of the getter material 188 include an alloy mainly composed of zirconium, barium, or titanium. In FIG. 3, the lead wires 192 and 194 are not shown to make the drawing easier to see.

リード線192,194は、一部が断熱パッケージ200から露出されており、露出している部分から断熱パッケージ200内に外気が侵入して内圧が上がるような隙間が生じないように、リード線192,194は断熱パッケージ200のベースプレート204にガラス材又は絶縁封止材で接合されている。リード線176,178,180,182,184,186,192,194を有する配線群197は、各リード線同士の間隔が均等となるよう離間していることが望ましく、外部流通管10の周囲に配置されることが望ましい。   The lead wires 192 and 194 are partly exposed from the heat insulation package 200, and the lead wire 192 does not cause a gap that causes outside air to enter the heat insulation package 200 from the exposed portion to increase the internal pressure. , 194 are joined to the base plate 204 of the heat insulating package 200 by a glass material or an insulating sealing material. The wiring group 197 having the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, 186, 192, and 194 is preferably separated so that the intervals between the lead wires are equal, and around the outer circulation pipe 10. It is desirable to be arranged.

このようにベースプレート204を複数の通し孔195、196が貫通し、外部流通管10及びリード線176,178,180,182,184,186,192,194がそれぞれの通し孔に挿通された状態でこれら貫通孔がガラス材又は絶縁封止材で封止されている。断熱パッケージ200の内部空間は密閉されており、その内部空間が真空圧とされているので、断熱効果が高いものとされている。そのため、熱損失を抑えることができる。   In this way, with the plurality of through holes 195 and 196 penetrating the base plate 204, the external circulation pipe 10 and the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, 186, 192 and 194 are inserted into the respective through holes. These through holes are sealed with a glass material or an insulating sealing material. Since the internal space of the heat insulation package 200 is sealed and the internal space is at a vacuum pressure, the heat insulation effect is high. Therefore, heat loss can be suppressed.

外部流通管10は断熱パッケージ200の内側にも外側にも突出した状態とされている。そのため、断熱パッケージ200の内側においては外部流通管10が支柱としてベースプレート204に対して立った状態とされ、高温反応部4、低温反応部6及び連結管8が外部流通管10に支持されて、高温反応部4、低温反応部6及び連結管8が断熱パッケージ200の内面から離れている。   The external circulation pipe 10 is in a state of protruding both inside and outside the heat insulating package 200. Therefore, inside the heat insulation package 200, the external circulation pipe 10 is in a state of standing with respect to the base plate 204 as a support, and the high temperature reaction section 4, the low temperature reaction section 6 and the connection pipe 8 are supported by the external circulation pipe 10, The high temperature reaction unit 4, the low temperature reaction unit 6, and the connecting pipe 8 are separated from the inner surface of the heat insulating package 200.

また、外部流通管10は、平面視して高温反応部4、低温反応部6及び連結管8全体の重心において低温反応部6の下面に連結していることが望ましい。   Further, it is desirable that the external circulation pipe 10 is connected to the lower surface of the low temperature reaction part 6 at the center of gravity of the high temperature reaction part 4, the low temperature reaction part 6 and the connection pipe 8 in plan view.

なお、仮に外部流通管10及びリード線176,178,180,182,184,186,192,194が高温反応部4に設けられている場合、高温反応部4は動作時に高温に保持する必要があるため、外部流通管10及びリード線176,178,180,182,184,186,192,194まで高温になってしまい、外部流通管10及びリード線176,178,180,182,184,186,192,194から断熱パッケージ200に伝熱して逃げる熱量が大きくなってしまうが、外部流通管10及びリード線176,178,180,182,184,186,192,194は低温反応部6に設けられているので、外部流通管10及びリード線176,178,180,182,184,186,192,194から断熱パッケージ200に伝熱して逃げる熱量が小さく、外部流通管10及びリード線176,178,180,182,184,186,192,194において断熱パッケージ200の外部に露出している部分から放熱される熱量も小さくて済み、速やかに高温反応部4、低温反応部6を加熱でき、且つ加熱温度を安定して保持することが容易となる。   If the external flow pipe 10 and the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, 186, 192, 194 are provided in the high temperature reaction section 4, the high temperature reaction section 4 needs to be kept at a high temperature during operation. Therefore, the external flow pipe 10 and the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, 186, 192, and 194 become high temperature, and the external flow pipe 10 and the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, and 186 are heated. , 192, 194 heat transfer to the heat insulation package 200 increases, but the external flow pipe 10 and the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, 186, 192, 194 are provided in the low temperature reaction section 6. The external flow pipe 10 and the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, 186, 192, 194 The amount of heat that is transferred to the heat insulation package 200 and escapes is small, and heat is radiated from the portions of the external circulation pipe 10 and the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, 186, 192, and 194 exposed to the outside of the heat insulation package 200. The amount of heat generated can be small, the high-temperature reaction section 4 and the low-temperature reaction section 6 can be quickly heated, and the heating temperature can be easily maintained stably.

なお、ゲッター材188は低温反応部6の表面に設けられているが、ゲッター材188の設ける位置は断熱パッケージ200の内側であれば特に限定されない。   The getter material 188 is provided on the surface of the low temperature reaction part 6, but the position where the getter material 188 is provided is not particularly limited as long as it is inside the heat insulating package 200.

次に、マイクロリアクタモジュール1を含む反応装置1000の動作について説明する。   Next, the operation of the reaction apparatus 1000 including the microreactor module 1 will be described.

まず、リード線192,194の間に電圧が印加されると、ゲッター材188がヒータによって加熱され、ゲッター材188が活性化される。これにより、断熱パッケージ200内の圧力を上げる要因がゲッター材188に吸着され、断熱パッケージ200内の真空度が高まり、断熱効率が高まる。   First, when a voltage is applied between the lead wires 192 and 194, the getter material 188 is heated by the heater, and the getter material 188 is activated. Thereby, the factor which raises the pressure in the heat insulation package 200 is adsorbed by the getter material 188, the degree of vacuum in the heat insulation package 200 increases, and the heat insulation efficiency increases.

また、リード線176,178の間に電圧が印加されると、電熱線170が発熱し、低温反応部6が加熱される。リード線180,182の間に電圧が印加されると、電熱線172が発熱し、高温反応部4が加熱される。リード線184,186の間に電圧が印加されると、電熱線174が発熱し、給排部2主に外部流通管10の上部が加熱される。給排部2、高温反応部4、低温反応部6及び連結管8が金属材料からなるため、これらの間で熱伝導しやすい。   Further, when a voltage is applied between the lead wires 176 and 178, the heating wire 170 generates heat and the low temperature reaction part 6 is heated. When a voltage is applied between the lead wires 180 and 182, the heating wire 172 generates heat and the high temperature reaction unit 4 is heated. When a voltage is applied between the lead wires 184 and 186, the heating wire 174 generates heat, and the upper part of the external circulation pipe 10 is heated mainly in the supply / discharge section 2. Since the supply / discharge part 2, the high temperature reaction part 4, the low temperature reaction part 6 and the connecting pipe 8 are made of a metal material, heat conduction between them is easy.

なお、温度に抵抗値が依存される抵抗体としての電熱線170,172,174のそれぞれの電圧降下による電位或いは電流が制御装置によって測定されることで、給排部2、高温反応部4及び低温反応部6の温度が測定され、測定温度が制御装置にフィードバックされ、測定温度が所望の温度範囲内になるように制御装置によって電熱線170,172,174の出力電圧が制御され、これにより給排部2、高温反応部4及び低温反応部6の温度制御がなされる。   In addition, the electric potential or electric current by each voltage drop of the heating wires 170, 172, and 174 as the resistors whose resistance value depends on the temperature is measured by the control device, so that the supply / discharge unit 2, the high temperature reaction unit 4 and The temperature of the low-temperature reaction unit 6 is measured, the measured temperature is fed back to the control device, and the output voltage of the heating wires 170, 172, 174 is controlled by the control device so that the measured temperature is within the desired temperature range. Temperature control of the supply / discharge unit 2, the high temperature reaction unit 4, and the low temperature reaction unit 6 is performed.

電熱線170,172,174によって給排部2、高温反応部4及び低温反応部6が加熱された状態において、気化用導入路14に液体燃料と水の混合液がポンプ等によって連続的又は断続的に供給されると、混合液が吸液材33に吸収され、毛細管現象により混合液が気化用導入路14の上に向かって浸透する。吸液材33が燃焼器プレート12の高さまで充填されているから、燃焼器プレート12での発熱のために吸液材33内の混合液が気化し、燃料と水の混合気が吸液材33から蒸散する。吸液材33は、多孔質であるために内部の多数の微細な空間に仕切された室でそれぞれ混合液を気化するから、比較的大きな空間で発生するような突沸を抑えることができ、安定して気化することができる。   In a state where the supply / discharge section 2, the high temperature reaction section 4 and the low temperature reaction section 6 are heated by the heating wires 170, 172 and 174, the liquid mixture of liquid fuel and water is continuously or intermittently supplied to the vaporization introduction path 14 by a pump or the like. When the liquid is supplied, the liquid mixture is absorbed by the liquid absorbing material 33, and the liquid mixture permeates toward the vaporization introduction path 14 by capillary action. Since the liquid absorbing material 33 is filled up to the height of the combustor plate 12, the mixed liquid in the liquid absorbing material 33 is vaporized due to heat generation in the combustor plate 12, and the mixture of fuel and water is the liquid absorbing material. Evaporate from 33. Since the liquid-absorbing material 33 is porous, the liquid mixture is vaporized in each of the chambers partitioned into a large number of fine spaces, so that bumping that occurs in a relatively large space can be suppressed and stable. And can be vaporized.

そして、吸液材33から蒸散した混合気は貫通孔52、混合ガス流路38、連結流路162、供給流路114を通って第一改質器506(改質用流路116,118,128)に流れ込む。その後、混合気は第二改質器510(改質用流路150)に流れ込む。混合気が改質用流路116,118,128,150を流れている際には、混合気が加熱されて触媒反応することによって、水素ガス等が生成される(燃料がメタノールの場合には、上記化学反応式(1)、(2)を参照)。   Then, the air-fuel mixture evaporated from the liquid absorbing material 33 passes through the through-hole 52, the mixed gas flow path 38, the connection flow path 162, and the supply flow path 114, and the first reformer 506 (reforming flow paths 116, 118, 128). Thereafter, the air-fuel mixture flows into the second reformer 510 (reforming channel 150). When the air-fuel mixture flows through the reforming channels 116, 118, 128, and 150, the air-fuel mixture is heated and undergoes a catalytic reaction to generate hydrogen gas or the like (when the fuel is methanol). , See the chemical reaction formulas (1) and (2) above).

第一改質器506及び第二改質器510で生成された混合気(水素ガス、二酸化炭素ガス、一酸化炭素ガス等を含む。)が吹抜け孔156,144,130,124、排出流路115及び連結流路164を通って混合流路40へと流れ込む。一方、空気がマイクロリアクタモジュール1の外部に設けられたポンプ等によって空気用導入路16から貫通孔60に供給され、混合流路40へ流れ込み、水素ガス等の混合気と空気が混合される。   The air-fuel mixture (including hydrogen gas, carbon dioxide gas, carbon monoxide gas, etc.) generated by the first reformer 506 and the second reformer 510 is blown through holes 156, 144, 130, and 124, and discharge channels. It flows into the mixing channel 40 through 115 and the connecting channel 164. On the other hand, air is supplied from the air introduction path 16 to the through-hole 60 by a pump or the like provided outside the microreactor module 1, flows into the mixing flow path 40, and the air-fuel mixture such as hydrogen gas is mixed with air.

そして、空気、水素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス等を含む混合気が混合流路40から吹抜け孔66,82,88を通って一酸化炭素除去器512(一酸化炭素除去用流路84から一酸化炭素除去用流路46まで)へ流れ込む。混合気が一酸化炭素除去用流路84から一酸化炭素除去用流路46へ流れている時に、混合気中の一酸化炭素ガスが選択的に酸化され、一酸化炭素ガスが除去される。   An air-fuel mixture containing air, hydrogen gas, carbon monoxide gas, carbon dioxide gas, etc. passes through the blowout holes 66, 82, 88 from the mixing flow path 40, and the carbon monoxide remover 512 (the carbon monoxide removal flow path). 84 to the carbon monoxide removal channel 46). When the air-fuel mixture flows from the carbon monoxide removal flow path 84 to the carbon monoxide removal flow path 46, the carbon monoxide gas in the air-fuel mixture is selectively oxidized and the carbon monoxide gas is removed.

ここで、一酸化炭素ガスは一酸化炭素除去用流路84から一酸化炭素除去用流路46までの間で均一的に反応するのではなく、一酸化炭素除去用流路84から一酸化炭素除去用流路46までの経路のうち下流(主に、一酸化炭素除去用流路80から一酸化炭素除去用流路46にかけて)において一酸化炭素ガスの反応速度が高くなる。一酸化炭素ガスの酸化反応は発熱反応であるので、主に一酸化炭素除去用流路80から一酸化炭素除去用流路46までの部分で熱が発生する。この部分の下に外部流通管10が位置するので、一酸化炭素ガスの酸化反応による熱が第一燃焼器504の熱とあいまって気化器502での水と燃料の気化熱に効率よく用いられる。   Here, the carbon monoxide gas does not react uniformly between the carbon monoxide removal flow path 84 and the carbon monoxide removal flow path 46, but from the carbon monoxide removal flow path 84. The reaction rate of the carbon monoxide gas is increased downstream (mainly from the carbon monoxide removal flow path 80 to the carbon monoxide removal flow path 46) in the path to the removal flow path 46. Since the oxidation reaction of the carbon monoxide gas is an exothermic reaction, heat is generated mainly from the carbon monoxide removal channel 80 to the carbon monoxide removal channel 46. Since the external circulation pipe 10 is located under this portion, the heat generated by the oxidation reaction of the carbon monoxide gas is combined with the heat of the first combustor 504 and is efficiently used for the heat of vaporization of water and fuel in the vaporizer 502. .

そして、一酸化炭素が除去された状態の混合気が貫通孔54及び水素ガス用排出路24を通って燃料電池の燃料極等に供給される。燃料電池では水素ガス用排出路24からの水素ガスの電気化学反応により電気が生成されるが、未反応の水素ガス等を含むオフガスが燃料電池から排出される。   Then, the air-fuel mixture from which carbon monoxide has been removed is supplied to the fuel electrode of the fuel cell through the through hole 54 and the hydrogen gas discharge passage 24. In the fuel cell, electricity is generated by the electrochemical reaction of hydrogen gas from the hydrogen gas discharge passage 24, but off-gas including unreacted hydrogen gas and the like is discharged from the fuel cell.

以上の動作は初期段階の動作であり、発電中は混合液が気化用導入路14に供給され続ける。そして、燃料電池から排出されたオフガスに空気が混合され、その混合気(以下、燃焼混合気という。)が燃焼混合気導入路22及び燃焼混合気導入路18に供給される。燃焼混合気導入路22に供給された燃焼混合気は第一燃焼器504の燃焼用流路26に流れ込み、燃焼混合気が燃焼する。これにより低温反応部6の下側において外部流通管10を周回している第一燃焼器504が外部流通管10を加熱するとともに低温反応部6を低温に加熱する。そのため、電熱線170,174の消費電力を小さくすることができ、エネルギーの利用効率が高まる。   The above operation is an initial operation, and the mixed liquid continues to be supplied to the vaporization introduction path 14 during power generation. Then, air is mixed with the off-gas discharged from the fuel cell, and the mixture (hereinafter referred to as combustion mixture) is supplied to the combustion mixture introduction path 22 and the combustion mixture introduction path 18. The combustion mixture supplied to the combustion mixture introduction path 22 flows into the combustion channel 26 of the first combustor 504, and the combustion mixture burns. As a result, the first combustor 504 circulating around the external flow pipe 10 below the low temperature reaction section 6 heats the external flow pipe 10 and heats the low temperature reaction section 6 to a low temperature. Therefore, the power consumption of the heating wires 170 and 174 can be reduced, and the energy utilization efficiency is increased.

燃焼混合気導入路22に供給された燃焼混合気は、図6に示すように、外部流通管10の外周を周回するように三枚の燃焼器プレート12の各燃焼用流路26に分岐されて排ガス排出路20に達する。このとき、当該燃焼混合気中の燃焼成分は、燃焼器プレート12に塗布された燃焼用触媒の触媒効果を受けて燃焼混合気中の酸素により燃焼し発熱する。そして、その燃焼熱は、図20における矢印に示すように、燃焼器プレート12から、直接、一酸化炭素除去器512に伝搬したり、また直接、外部流通管10に伝導し、外部流通管10を加熱して液体燃料と水の混合気を吸液材33から蒸散させてから一酸化炭素除去器512に伝搬したりする。   As shown in FIG. 6, the combustion mixture supplied to the combustion mixture introduction passage 22 is branched into the combustion passages 26 of the three combustor plates 12 so as to go around the outer periphery of the external circulation pipe 10. To the exhaust gas discharge path 20. At this time, the combustion component in the combustion mixture is burned by oxygen in the combustion mixture under the catalytic effect of the combustion catalyst applied to the combustor plate 12 and generates heat. Then, as shown by the arrows in FIG. 20, the combustion heat propagates directly from the combustor plate 12 to the carbon monoxide remover 512, or is directly conducted to the external circulation pipe 10, and the external circulation pipe 10 Or the mixture of liquid fuel and water evaporates from the liquid absorbing material 33 and then propagates to the carbon monoxide remover 512.

このとき、第一燃焼器504(燃焼器プレート12)における一酸化炭素除去器512(ベースプレート28)との対向面積は、気化器502(外部流通管10)との対向面積よりも大きいので一酸化炭素除去器512を、気化器502よりも高温に加熱できるように温度勾配を持たせることが可能となる。第一燃焼器504が動作している間は、電熱線170,174の消費電力を小さくすることができ、エネルギーの利用効率が高まる。   At this time, since the area of the first combustor 504 (combustor plate 12) facing the carbon monoxide remover 512 (base plate 28) is larger than the area facing the vaporizer 502 (external flow pipe 10), monoxide is oxidized. It is possible to provide a temperature gradient so that the carbon remover 512 can be heated to a higher temperature than the vaporizer 502. While the first combustor 504 is operating, the power consumption of the heating wires 170 and 174 can be reduced, and the energy utilization efficiency is increased.

一方、燃焼混合気導入路18に供給された燃焼混合気は第二燃焼器508の燃焼室138,140へ流れ込み、燃焼混合気が燃焼する。これにより燃焼熱が発生し、第二燃焼器508の下の第一改質器506及び第二燃焼器508の上の第二改質器510を高温に加熱する。第二燃焼器508は上下に第一改質器506及び第二改質器510に挟まれているので、面方向に効率的に熱伝搬できるとともに断熱パッケージ200で封止されている空間に露出している部分が少ないので熱損失が少なく、電熱線172の消費電力を小さくすることができ、エネルギーの利用効率が高まる。また燃焼性のある水素を、マイクロリアクタモジュール1や燃料電池を備えた発電ユニットの外に、高濃度に排出しないので安全性を向上することができる。   On the other hand, the combustion mixture supplied to the combustion mixture introduction path 18 flows into the combustion chambers 138 and 140 of the second combustor 508, and the combustion mixture burns. As a result, combustion heat is generated, and the first reformer 506 below the second combustor 508 and the second reformer 510 above the second combustor 508 are heated to a high temperature. Since the second combustor 508 is vertically sandwiched between the first reformer 506 and the second reformer 510, heat can be efficiently propagated in the surface direction and exposed to the space sealed by the heat insulating package 200. Since there are few parts, there is little heat loss, the power consumption of the heating wire 172 can be made small, and the utilization efficiency of energy increases. Further, since hydrogen having combustibility is not discharged at a high concentration outside the power generation unit including the microreactor module 1 and the fuel cell, safety can be improved.

なお、燃料容器に貯留されている液体燃料(例えば、メタノール)が気化されて、その気化された液体燃料を燃焼源として酸素(空気)と混合した燃焼混合気が燃焼混合気導入路18,22に供給されるようにしても良い。   In addition, the liquid fuel (for example, methanol) stored in the fuel container is vaporized, and the combustion mixture mixture obtained by mixing the vaporized liquid fuel with oxygen (air) as a combustion source is the combustion mixture introduction paths 18 and 22. You may make it supply to.

混合液が気化用導入路14に供給された状態であって、燃焼混合気が燃焼混合気導入路18,22に供給された状態において、制御装置が電熱線170,172,174の抵抗によって温度を測定しながら、電熱線170,172,174の印加電圧を制御するとともに、ポンプ等を制御する。制御装置によってポンプが制御されると、燃焼混合気導入路18,22に供給される燃焼混合気の流量が制御され、これにより燃焼器504,508の燃焼熱量が制御される。このように制御装置が電熱線170,172,174及びポンプを制御することによって、それぞれ高温反応部4及び低温反応部6及び給排部2の温度制御がなされる。   In a state where the mixed liquid is supplied to the vaporization introduction passage 14 and the combustion mixture is supplied to the combustion mixture introduction passages 18 and 22, the controller controls the temperature by the resistance of the heating wires 170, 172 and 174. The voltage applied to the heating wires 170, 172, and 174 is controlled while the pump is controlled. When the pump is controlled by the control device, the flow rate of the combustion mixture supplied to the combustion mixture introduction passages 18 and 22 is controlled, whereby the amount of combustion heat of the combustors 504 and 508 is controlled. As described above, the control device controls the heating wires 170, 172, 174 and the pump, thereby controlling the temperatures of the high temperature reaction section 4, the low temperature reaction section 6 and the supply / discharge section 2, respectively.

ここで、高温反応部4が250℃〜400℃、好ましくは300℃〜380℃、低温反応部6が高温反応部4より低い温度、具体的には120℃〜200℃、さらに好ましくは140℃〜180℃となるよう、温度制御を行う。より詳細には、図15に示すように、低温反応部6の底板53近傍に位置する線L1が150℃、吸液材33の上端に位置する線L2が120℃、ベースプレート204の外表面の位置の線L3が80℃、吸液材33の下部に位置する線L4が65℃となるような温度分布となることが好ましい。   Here, the high temperature reaction part 4 is 250 ° C. to 400 ° C., preferably 300 ° C. to 380 ° C., and the low temperature reaction part 6 is lower than the high temperature reaction part 4, specifically 120 ° C. to 200 ° C., more preferably 140 ° C. Temperature control is performed so as to be ˜180 ° C. More specifically, as shown in FIG. 15, the line L1 located near the bottom plate 53 of the low temperature reaction unit 6 is 150 ° C., the line L2 located at the upper end of the liquid absorbent 33 is 120 ° C., and the outer surface of the base plate 204 is It is preferable that the temperature distribution be such that the position line L3 is 80 ° C. and the line L4 positioned below the liquid absorbing material 33 is 65 ° C.

つまり、断熱パッケージ200内を高温に保持するとともに、断熱パッケージ200外に放熱する熱量を抑制するために断熱パッケージ200から露出している外部流通管10及び配線群197を高温反応部4側ではなく低温反応部6側に設けている。さらに第一燃焼器504の燃焼熱が外部流通管10に伝搬して、気化用導入路14内の吸液材33を下から上に向かうに従って徐々に温度を高くして効率的に燃料を気化できるように、第一燃焼器504が吸液材33の上部の周囲のみに配置されている。   That is, while keeping the inside of the heat insulation package 200 at a high temperature, the external flow pipe 10 and the wiring group 197 exposed from the heat insulation package 200 in order to suppress the amount of heat dissipated to the outside of the heat insulation package 200 is not the high temperature reaction section 4 side. It is provided on the low temperature reaction part 6 side. Further, the combustion heat of the first combustor 504 propagates to the external flow pipe 10, and the temperature is gradually increased from the bottom to the top of the liquid absorbing material 33 in the vaporization introduction path 14, thereby efficiently vaporizing the fuel. The first combustor 504 is disposed only around the upper part of the liquid absorbing material 33 so as to be able to do so.

また、気化用導入路14内の吸液材33に吸い込まれた燃料や空気用導入路16から導入される空気は、それぞれ高温反応部4や低温反応部6に到達する前に、第一燃焼器504の燃焼熱のみばかりでなく、予め排ガス排出路20及び水素ガス用排出路24から排出されるガスの熱によって加熱されている。同様に、燃焼混合気導入路18や燃焼混合気導入路22からそれぞれ導入される混合気は、第二燃焼器508や第一燃焼器504に到達する前に、予め排ガス排出路20及び水素ガス用排出路24から排出されるガスの熱によって加熱されている。   Further, the fuel sucked into the liquid absorbing material 33 in the vaporization introduction path 14 and the air introduced from the air introduction path 16 are first combusted before reaching the high temperature reaction section 4 and the low temperature reaction section 6, respectively. Not only the combustion heat of the vessel 504 but also the heat of the gas discharged from the exhaust gas discharge path 20 and the hydrogen gas discharge path 24 in advance. Similarly, the air-fuel mixtures introduced from the combustion mixture introduction path 18 and the combustion mixture introduction path 22 are preliminarily exhaust gas discharge path 20 and hydrogen gas before reaching the second combustor 508 and the first combustor 504. The gas is heated by the heat of the gas discharged from the discharge path 24.

したがって、気化用導入路14、空気用導入路16、燃焼混合気導入路18及び燃焼混合気導入路22の流体を、排ガス排出路20及び水素ガス用排出路24の流体の熱で加熱しながら、排ガス排出路20及び水素ガス用排出路24の流体を、気化用導入路14、空気用導入路16、燃焼混合気導入路18及び燃焼混合気導入路22の流体で冷却するので、効率的な熱交換が行うことができる。このため、排ガス排出路20及び水素ガス用排出路24の流体を冷却する冷却手段を別途用いなくてよい或いは冷却手段を小型化することができる。   Accordingly, while heating the fluid in the vaporization introduction path 14, the air introduction path 16, the combustion mixture introduction path 18, and the combustion mixture introduction path 22 with the heat of the fluid in the exhaust gas discharge path 20 and the hydrogen gas discharge path 24, The fluid in the exhaust gas discharge path 20 and the hydrogen gas discharge path 24 is cooled by the fluid in the vaporization introduction path 14, the air introduction path 16, the combustion mixture introduction path 18, and the combustion mixture introduction path 22. Heat exchange can be performed. For this reason, it is not necessary to separately use cooling means for cooling the fluid in the exhaust gas discharge path 20 and the hydrogen gas discharge path 24, or the cooling means can be reduced in size.

図21に示すように、以上のような反応装置1000は、発電ユニット601に組み付けて用いることができる。この発電ユニット601は、フレーム602と、フレーム602に対して着脱可能な燃料容器604と、流路、ポンプ、流量センサ及びバルブ等を有する流量制御ユニット606と、断熱パッケージ200に収容された状態のマイクロリアクタモジュール1(反応装置1000)と、燃料電池、燃料電池を加湿する加湿器及び燃料電池で生成された副生成物を回収する回収器等を有する発電モジュール608と、マイクロリアクタモジュール1及び発電モジュール608に空気(酸素)を供給するエアポンプ610と、二次電池、DC−DCコンバータ及び発電ユニット601が発電ユニット601の出力で駆動する外部の機器と電気的に接続するための外部インターフェース等を有する電源ユニット612とを具備する。流量制御ユニット606によって燃料容器604内の水と液体燃料の混合気がマイクロリアクタモジュール1に供給されることで、上述のように水素リッチガスが生成され、水素リッチガスが燃料電池である発電モジュール608の燃料極に供給され、生成された電気が電源ユニット612の二次電池に蓄電される。   As shown in FIG. 21, the reaction apparatus 1000 as described above can be used by being assembled in the power generation unit 601. The power generation unit 601 includes a frame 602, a fuel container 604 that can be attached to and detached from the frame 602, a flow rate control unit 606 having a flow path, a pump, a flow rate sensor, a valve, and the like, and a state in which the heat generation unit 601 is accommodated in the heat insulation package 200. A power generation module 608 having a microreactor module 1 (reaction apparatus 1000), a fuel cell, a humidifier for humidifying the fuel cell, a recovery unit for recovering by-products generated in the fuel cell, and the like, and the microreactor module 1 and the power generation module 608 A power source having an air pump 610 for supplying air (oxygen) to the battery, an external interface for electrically connecting a secondary battery, a DC-DC converter, and an external device that the power generation unit 601 drives with the output of the power generation unit 601 A unit 612. By supplying the mixture of water and liquid fuel in the fuel container 604 to the microreactor module 1 by the flow rate control unit 606, hydrogen rich gas is generated as described above, and the hydrogen rich gas is the fuel of the power generation module 608 that is a fuel cell. The electricity generated and supplied to the electrodes is stored in the secondary battery of the power supply unit 612.

図22は、発電ユニット601を電源として用いた電子機器701の斜視図である。図22に示すように、この電子機器701は、携帯型の電子機器であって、特にノート型パーソナルコンピュータである。電子機器701は、CPU、RAM、ROM、その他の電子部品から構成された演算処理回路を内蔵するとともにキーボード702を備え付けた下筐体704と、液晶ディスプレイ706を備え付けた上筐体708と、を備える。下筐体704と上筐体708はヒンジ部712で結合されており、上筐体708を下筐体704に重ねてキーボード702に液晶ディスプレイ706を相対させた状態で折り畳むことができるように構成されている。下筐体704の右側面から底面にかけて、発電ユニット601を装着するための装着部710が凹設され、装着部710に発電ユニット601を装着すると、発電ユニット601の電気によって電子機器701が動作する。   FIG. 22 is a perspective view of an electronic device 701 using the power generation unit 601 as a power source. As shown in FIG. 22, the electronic device 701 is a portable electronic device, particularly a notebook personal computer. The electronic device 701 includes a lower housing 704 that includes an arithmetic processing circuit composed of a CPU, a RAM, a ROM, and other electronic components and includes a keyboard 702, and an upper housing 708 that includes a liquid crystal display 706. Prepare. The lower casing 704 and the upper casing 708 are connected by a hinge portion 712, and the upper casing 708 is overlapped with the lower casing 704 and can be folded with the liquid crystal display 706 facing the keyboard 702. Has been. A mounting portion 710 for mounting the power generation unit 601 is recessed from the right side surface to the bottom surface of the lower housing 704, and when the power generation unit 601 is mounted on the mounting portion 710, the electronic device 701 operates by electricity of the power generation unit 601. .

以上のように本実施の形態によれば、外部流通管10に充填された吸液材33内の混合液が蒸散する場合にその混合液の気化工程に際して気化熱を要する。第一燃焼器504が外部流通管10の外周を周回するように配され、かつ、当該第一燃焼器504が燃焼用流路26で燃焼混合気を燃焼させて発熱するから、その燃焼熱が外部流通管10を介して吸液材33の先端近傍に伝搬され、吸液材33で吸着された液体燃料や水を気化する。吸液材33における気化した部分つまり先端部分では、下方の液体燃料や水が吸い上げられ継続的に気化することが可能となる。このとき、吸い上げられた液体燃料や水は図15に示すように、徐々に加熱されて気化するようにしているので、吸液材33内での突沸が起きることがなく、定量的に気化することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, when the liquid mixture in the liquid absorbing material 33 filled in the external flow pipe 10 evaporates, heat of vaporization is required in the vaporization step of the liquid mixture. Since the first combustor 504 is arranged so as to circulate around the outer periphery of the external circulation pipe 10 and the first combustor 504 burns the combustion mixture in the combustion flow path 26 and generates heat, the combustion heat is generated. The liquid fuel and water which are propagated to the vicinity of the tip of the liquid absorbing material 33 through the external circulation pipe 10 and adsorbed by the liquid absorbing material 33 are vaporized. In the vaporized portion, that is, the tip portion of the liquid absorbing material 33, the lower liquid fuel and water are sucked up and can be continuously vaporized. At this time, the liquid fuel and water sucked up are gradually heated and vaporized as shown in FIG. 15, so that no bumping occurs in the liquid absorbing material 33 and vaporizes quantitatively. It becomes possible.

また、燃焼器プレート12は外部流通管10の上端部において外部流通管10の周囲に設けられているので、更に気化用導入路14内の吸液材33が燃焼器プレート12の高さの位置まで充填されているから、第一燃焼器504における燃焼熱を混合液の気化に効率よく用いることができる。   Further, since the combustor plate 12 is provided around the external circulation pipe 10 at the upper end portion of the external circulation pipe 10, the liquid absorbing material 33 in the vaporization introduction path 14 is further positioned at the height of the combustor plate 12. Therefore, the combustion heat in the first combustor 504 can be efficiently used for vaporizing the mixed liquid.

更に、本実施の形態によれば、断熱パッケージ200の内部空間が断熱空間となっており、高温反応部4が低温反応部6から離れ、高温反応部4から低温反応部6までの間隔が連結管8の長さ分となっている。従って、高温反応部4から低温反応部6への伝熱の経路が連結管8に限られ、高温を要しない低温反応部6への伝熱が限定される。特に、連結管8の高さ及び幅は高温反応部4と低温反応部6の高さ及び幅よりも小さいから、連結管8を通じた熱伝導も極力抑えられている。そのため、高温反応部4の熱損失を抑えることができるとともに、低温反応部6が設定温度以上に昇温することも抑えることができる。即ち、1つの断熱パッケージ200内に高温反応部4と低温反応部6を収容した場合でも、高温反応部4と低温反応部6の間で温度差を発生することができる。   Furthermore, according to the present embodiment, the internal space of the heat insulation package 200 is a heat insulation space, the high temperature reaction part 4 is separated from the low temperature reaction part 6, and the interval from the high temperature reaction part 4 to the low temperature reaction part 6 is connected. This is the length of the tube 8. Therefore, the heat transfer path from the high temperature reaction section 4 to the low temperature reaction section 6 is limited to the connecting pipe 8, and the heat transfer to the low temperature reaction section 6 that does not require high temperature is limited. In particular, since the height and width of the connecting pipe 8 are smaller than the height and width of the high temperature reaction section 4 and the low temperature reaction section 6, heat conduction through the connecting pipe 8 is suppressed as much as possible. Therefore, the heat loss of the high temperature reaction part 4 can be suppressed, and the temperature increase of the low temperature reaction part 6 above the set temperature can be suppressed. That is, even when the high temperature reaction unit 4 and the low temperature reaction unit 6 are accommodated in one heat insulating package 200, a temperature difference can be generated between the high temperature reaction unit 4 and the low temperature reaction unit 6.

また、連結流路162,164,166,168を1本の連結管8にまとめた状態とされているので、連結管8等に発生する応力を小さくすることができる。つまり、高温反応部4と低温反応部6との間には温度差があるから、低温反応部6よりも高温反応部4のほうがより膨張するが、高温反応部4が連結管8との連結部以外は自由端となっているので、連結管8等に発生する応力を抑えることができる。特に、連結管8は高さや幅が高温反応部4や低温反応部6よりも小さく、更に連結管8は高温反応部4及び低温反応部6の幅方向中央部において高温反応部4及び低温反応部6に連結しているから、連結管8、高温反応部4及び低温反応部6の応力発生を抑えることができる。
低温反応部6と断熱パッケージ200との間においても一本の外部流通管10が連結されているから、外部流通管10等に発生する応力を小さくすることができる。
In addition, since the connecting flow paths 162, 164, 166, and 168 are combined into one connecting pipe 8, the stress generated in the connecting pipe 8 and the like can be reduced. That is, since there is a temperature difference between the high temperature reaction unit 4 and the low temperature reaction unit 6, the high temperature reaction unit 4 expands more than the low temperature reaction unit 6, but the high temperature reaction unit 4 is connected to the connection pipe 8. Since the portion other than the portion is a free end, the stress generated in the connecting pipe 8 or the like can be suppressed. In particular, the connecting pipe 8 is smaller in height and width than the high temperature reaction part 4 and the low temperature reaction part 6, and the connecting pipe 8 further includes the high temperature reaction part 4 and the low temperature reaction at the center in the width direction of the high temperature reaction part 4 and the low temperature reaction part 6. Since it is connected to the part 6, it is possible to suppress the generation of stress in the connecting pipe 8, the high temperature reaction part 4 and the low temperature reaction part 6.
Since the single external circulation pipe 10 is connected between the low temperature reaction part 6 and the heat insulation package 200, the stress generated in the external circulation pipe 10 and the like can be reduced.

なお、仮に流路162,164,166,168を別々の連結管材に設け、これら連結管材を離した状態で高温反応部4と低温反応部6との間に架設すると、低温反応部6と高温反応部4の変位差によってこれら連結管材、低温反応部6、高温反応部4に応力が発生してしまう。また、高温反応部4の高温時と低温時との温度差が、低温反応部6の高温時と低温時との温度差よりも大きいために、高温反応部4側に外部流通管材を配置すると、管材の熱膨張、収縮が、低温反応部6側に外部流通管材を配置したときの管材の熱膨張、収縮よりも大きくなるので、断熱パッケージ200内の気密性が損なわれやすくなる。本実施形態では、そのような応力の発生を抑え、気密性を保持することができる。   In addition, if the flow paths 162, 164, 166, and 168 are provided in separate connecting pipe materials and are installed between the high temperature reaction section 4 and the low temperature reaction section 6 in a state where these connection pipe materials are separated, the low temperature reaction section 6 and the high temperature reaction section 6 Due to the difference in displacement of the reaction part 4, stress is generated in the connecting pipe material, the low temperature reaction part 6 and the high temperature reaction part 4. Moreover, since the temperature difference between the high temperature and the low temperature of the high temperature reaction part 4 is larger than the temperature difference between the high temperature and the low temperature of the low temperature reaction part 6, when an external circulation pipe is arranged on the high temperature reaction part 4 side, Since the thermal expansion and contraction of the pipe material is larger than the thermal expansion and contraction of the pipe material when the external circulation pipe material is arranged on the low temperature reaction part 6 side, the airtightness in the heat insulating package 200 is easily impaired. In the present embodiment, the generation of such stress can be suppressed and the airtightness can be maintained.

外部流通管10、リード線176,178,180,182,184,186,192,194は断熱パッケージ200の外側に延出しているが、これらは全て低温反応部6に連結されている。そのため、高温反応部4から断熱パッケージ200外への直接の放熱を抑えることができ、高温反応部4の熱損失を抑えることができる。従って、1つの断熱パッケージ200内に高温反応部4と低温反応部6を収容した場合でも、高温反応部4と低温反応部6の間で温度差を発生することができる。特に、気化用導入路14、空気用導入路16、燃焼混合気導入路18、排ガス排出路20、燃焼混合気導入路22及び水素ガス用排出路24が1本の外部流通管10にまとめて設けられているから、管の露出している表面の面積が抑えられ、管の表面から断熱パッケージ200外へ放熱を抑えることができ、熱損失を抑えることができる。   The external circulation pipe 10 and the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, 186, 192, and 194 extend to the outside of the heat insulation package 200, but they are all connected to the low temperature reaction unit 6. Therefore, direct heat radiation from the high temperature reaction part 4 to the outside of the heat insulation package 200 can be suppressed, and heat loss of the high temperature reaction part 4 can be suppressed. Therefore, even when the high temperature reaction unit 4 and the low temperature reaction unit 6 are accommodated in one heat insulating package 200, a temperature difference can be generated between the high temperature reaction unit 4 and the low temperature reaction unit 6. In particular, the vaporization introduction path 14, the air introduction path 16, the combustion mixture introduction path 18, the exhaust gas discharge path 20, the combustion mixture introduction path 22, and the hydrogen gas discharge path 24 are combined into one external circulation pipe 10. Since it is provided, the area of the exposed surface of the tube can be suppressed, heat radiation from the surface of the tube to the outside of the heat insulating package 200 can be suppressed, and heat loss can be suppressed.

連結管8の下面、高温反応部4の下面及び低温反応部6の下面が面一となって段差がないため、電熱線172を比較的簡単にパターニングすることができ、電熱線172の断線を抑えることができる。   Since the lower surface of the connecting pipe 8, the lower surface of the high temperature reaction unit 4, and the lower surface of the low temperature reaction unit 6 are flush with each other and there is no step, the heating wire 172 can be patterned relatively easily, and the heating wire 172 is disconnected. Can be suppressed.

また、外部流通管10の気化用導入路14に吸液材33を充填させて、気化用導入路14を気化器502としたので、マイクロリアクタモジュール1の小型化・簡略化を図りつつ、混合液の気化に必要な温度状態(気化用導入路14の上部が120℃となる状態)とすることができる。   In addition, since the vaporization introduction path 14 of the external flow pipe 10 is filled with the liquid absorbing material 33 and the vaporization introduction path 14 is used as the vaporizer 502, the liquid mixture can be obtained while miniaturizing and simplifying the microreactor module 1. It is possible to achieve a temperature state necessary for vaporization (a state where the upper portion of the vaporization introduction path 14 is 120 ° C.).

また、第一改質器506と第二改質器510との間に第二燃焼器508を挟んだ構造としているため、第二燃焼器508の燃焼熱が第一改質器506と第二改質器510に均等に伝導し、第一改質器506と第二改質器510との間に温度差が生じない。   Further, since the second combustor 508 is sandwiched between the first reformer 506 and the second reformer 510, the combustion heat of the second combustor 508 is changed between the first reformer 506 and the second reformer 506. Conducted uniformly to the reformer 510, and no temperature difference occurs between the first reformer 506 and the second reformer 510.

給排部2、高温反応部4、低温反応部6及び連結管8のどの部分においても、流路を仕切る隔壁が薄くされているので、これらの熱容量を小さくすることができ、動作の初期段階において給排部2、高温反応部4、低温反応部6及び連結管8を室温から高温にすぐに温めることができる。更に、電熱線170,172,174の消費電力も下げることができる。   In any part of the supply / discharge section 2, the high temperature reaction section 4, the low temperature reaction section 6 and the connecting pipe 8, the partition walls partitioning the flow path are made thin, so that these heat capacities can be reduced, and the initial stage of operation. The heating / discharging part 2, the high temperature reaction part 4, the low temperature reaction part 6 and the connecting pipe 8 can be immediately heated from room temperature to high temperature. Furthermore, the power consumption of the heating wires 170, 172, and 174 can be reduced.

なお、本発明は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変更をおこなってもよい。   In addition, this invention is not limited to said embodiment, You may make various improvement and design change in the range which does not deviate from the main point of this invention.

例えば、一の改良・設計変更事項として、上記第一燃焼器504と電熱線174とに代えて、図23に示すように、外部流通管10の外周を周回するようにその外周からやや離間させた状態で電熱線175をパターニングし、その電熱線175の両端部にそれぞれリード線184,186を接続するような構成としてもよい。この場合において、リード線184,186の間に電圧が印加されると、電熱線175が発熱して、その熱が低温反応部6のベースプレート28等の部材を介して外部流通管10の周りから外部流通管10に伝導し、外部流通管10の周りに第一燃焼器504を配したときと同様に、外部流通管10を効率的に加熱することができる。   For example, as one improvement / design change matter, instead of the first combustor 504 and the heating wire 174, as shown in FIG. 23, the outer circulation pipe 10 is slightly separated from the outer circumference so as to go around. Alternatively, the heating wire 175 may be patterned in such a state that lead wires 184 and 186 are connected to both ends of the heating wire 175, respectively. In this case, when a voltage is applied between the lead wires 184 and 186, the heating wire 175 generates heat, and the heat is transmitted from the periphery of the external circulation pipe 10 via a member such as the base plate 28 of the low-temperature reaction unit 6. Similar to the case where the first combustor 504 is arranged around the external circulation pipe 10 through the external circulation pipe 10, the external circulation pipe 10 can be efficiently heated.

他の改良・設計変更事項として、上記の通り電熱線175を配するのに加えて、その電熱線175を覆うように上記第一燃焼器504を配し、電熱線175と第一燃焼器504との2つの加熱源を用いて外部流通管10を加熱するような構成としてもよい。   As another improvement / design change matter, in addition to arranging the heating wire 175 as described above, the first combustor 504 is arranged so as to cover the heating wire 175, and the heating wire 175 and the first combustor 504 are arranged. It is good also as a structure which heats the external distribution pipe | tube 10 using two heating sources.

斜め上から示したマイクロリアクタモジュール1の斜視図である。It is a perspective view of the micro reactor module 1 shown diagonally from the top. 斜め下から示したマイクロリアクタモジュール1の斜視図である。It is a perspective view of the micro reactor module 1 shown from diagonally below. マイクロリアクタモジュール1の側面図である。1 is a side view of a microreactor module 1. FIG. マイクロリアクタモジュール1を機能ごとに分けた場合の概略側面図である。It is a schematic side view at the time of dividing the micro reactor module 1 for every function. マイクロリアクタモジュール1の分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of a microreactor module 1. FIG. 第一燃焼器504を示す斜視図である。2 is a perspective view showing a first combustor 504. FIG. 第一燃焼器504の分解斜視図である。2 is an exploded perspective view of a first combustor 504. FIG. 図3の切断線VIII−VIIIに沿った面の矢視断面図である。It is arrow sectional drawing of the surface along the cutting line VIII-VIII of FIG. 図3の切断線IX−IXに沿った面の矢視断面図である。It is arrow sectional drawing of the surface along the cutting line IX-IX of FIG. 図3の切断線X−Xに沿った面の矢視断面図である。It is arrow sectional drawing of the surface along the cutting line XX of FIG. 図3の切断線XI−XIに沿った面の矢視断面図である。It is arrow sectional drawing of the surface along the cutting line XI-XI of FIG. 図3の切断線XII−XIIに沿った面の矢視断面図である。It is arrow sectional drawing of the surface along the cutting line XII-XII of FIG. 図3の切断線XIII−XIIIに沿った面の矢視断面図である。It is arrow sectional drawing of the surface along the cutting line XIII-XIII of FIG. 図3の切断線XIV−XIVに沿った面の矢視断面図である。It is arrow sectional drawing of the surface along the cutting line XIV-XIV of FIG. 図9の切断線XV−XVに沿った面の矢視断面図である。It is arrow sectional drawing of the surface along the cutting line XV-XV of FIG. 液体燃料と水が供給されてから、生成物である水素リッチガスが排出されるまでの経路を示した図面である。It is drawing which showed the path | route from liquid fuel and water being supplied until the hydrogen rich gas which is a product is discharged | emitted. 燃焼混合気が供給されてから、生成物である水等が排出されるまでの経路を示した図面である。It is drawing which showed the path | route until a water etc. which are a product are discharged | emitted after a combustion air-fuel mixture is supplied. 反応装置1000の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the reaction apparatus 1000. FIG. 斜め下から示した反応装置1000の斜視図である。It is a perspective view of the reaction apparatus 1000 shown from diagonally below. 第一燃焼器504から外部流通管10を通じて熱が伝導される様子を示す側面断面図である。3 is a side cross-sectional view showing a state where heat is conducted from the first combustor 504 through the external circulation pipe 10. FIG. 発電ユニット601の斜視図である。3 is a perspective view of a power generation unit 601. FIG. 電子機器701の斜視図である。2 is a perspective view of an electronic device 701. FIG. マイクロリアクタモジュール1の変形例を示す図面である。4 is a view showing a modified example of the microreactor module 1.

符号の説明Explanation of symbols

1000 反応装置
4 高温反応部
6 低温反応部
502 気化器
14 気化用導入路
20 排ガス排出路
22 燃焼混合気導入路
24 水素ガス用排出路
504 第一燃焼器(燃焼器)
12 燃焼器プレート
26 燃焼用流路
175 電熱線
1000 reactor 4 high temperature reaction section 6 low temperature reaction section 502 vaporizer 14 vaporization introduction path 20 exhaust gas discharge path 22 combustion mixture introduction path 24 hydrogen gas discharge path 504 first combustor (combustor)
12 Combustor plate 26 Combustion flow path 175 Heating wire

Claims (14)

液体燃料を気化させる気化器と、
燃焼源を燃焼させて発熱する燃焼器とを備え、
前記燃焼器が前記気化器を周回するように配されていることを特徴とする反応装置。
A vaporizer for vaporizing liquid fuel;
A combustor that generates heat by burning a combustion source,
The reaction apparatus, wherein the combustor is arranged so as to go around the vaporizer.
請求項1に記載の反応装置において、
前記燃焼器が前記燃焼源の燃焼反応を促進する燃焼用触媒を有することを特徴とする反応装置。
The reactor according to claim 1,
The reaction apparatus, wherein the combustor includes a combustion catalyst for promoting a combustion reaction of the combustion source.
請求項2に記載の反応装置において、
前記燃焼器が前記燃焼源を流通させる燃焼用流路を有し、
前記燃焼用触媒が前記燃焼用流路の底面と側面とに塗布されていることを特徴とする反応装置。
The reactor according to claim 2,
The combustor has a combustion flow path for circulating the combustion source;
The reaction apparatus, wherein the combustion catalyst is applied to a bottom surface and a side surface of the combustion channel.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記燃焼器が、前記燃焼源を流通させる燃焼用流路が形成された燃焼器プレートを有し、複数の前記燃焼器プレートを積層した構造を有していることを特徴とする反応装置。
In the reaction apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The reactor according to claim 1, wherein the combustor includes a combustor plate in which a combustion channel through which the combustion source is circulated is formed and a plurality of the combustor plates are stacked.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記燃焼器は、前記気化器により気化された液体燃料を改質するための高温反応部及び低温反応部を備える反応路のうちの前記低温反応部を加熱することを特徴とする反応装置。
In the reaction apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The said combustor heats the said low temperature reaction part of the reaction path provided with the high temperature reaction part for reforming the liquid fuel vaporized by the said vaporizer, and a low temperature reaction part, The reaction apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項5に記載の反応装置において、
前記気化器は、液体燃料を導入するための気化用導入路及び前記反応路によって生成された水素ガスを排出するための水素ガス用排出路を備えることを特徴とする反応装置。
The reactor according to claim 5, wherein
The vaporizer includes a vaporization introduction path for introducing liquid fuel and a hydrogen gas discharge path for discharging hydrogen gas generated by the reaction path.
請求項1〜6のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記気化器は、前記燃焼器に燃焼源を導入するための燃焼混合気導入路及び前記燃焼器で燃焼した際に生じる排ガスを排出するための排ガス排出路を備えることを特徴とする反応装置。
In the reaction apparatus according to any one of claims 1 to 6,
The reactor includes a combustion mixture introduction path for introducing a combustion source into the combustor and an exhaust gas discharge path for discharging exhaust gas generated when the combustion is performed in the combustor.
請求項1〜7のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記気化器は、液体燃料を吸液する吸液材を含む気化用導入路を有していることを特徴とする反応装置。
In the reaction apparatus according to any one of claims 1 to 7,
The said vaporizer has the introduction path for vaporization containing the liquid absorbing material which absorbs liquid fuel, The reaction apparatus characterized by the above-mentioned.
液体燃料を気化させる気化器と、
電力の供給を受けて発熱する電熱線とを備え、
前記電熱線が前記気化器を周回するように配されていることを特徴とする反応装置。
A vaporizer for vaporizing liquid fuel;
With a heating wire that generates heat when supplied with power,
The reaction apparatus, wherein the heating wire is arranged so as to go around the vaporizer.
請求項9に記載の反応装置において、
燃焼源を燃焼させて発熱する燃焼器を備え、
前記燃焼器が前記気化器を周回するように配されていることを特徴とする反応装置。
The reactor according to claim 9,
A combustor that generates heat by burning a combustion source,
The reaction apparatus, wherein the combustor is arranged so as to go around the vaporizer.
請求項10に記載の反応装置において、
前記燃焼器は、前記気化器により気化された液体燃料を改質するための高温反応部及び低温反応部を備える反応路のうちの前記低温反応部を加熱することを特徴とする反応装置。
The reactor according to claim 10,
The said combustor heats the said low temperature reaction part of the reaction path provided with the high temperature reaction part for reforming the liquid fuel vaporized by the said vaporizer, and a low temperature reaction part, The reaction apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項10又は11に記載の反応装置において、
前記気化器は、前記燃焼器に燃焼源を導入するための燃焼混合気導入路及び前記燃焼器で燃焼した際に生じる排ガスを排出するための排ガス排出路を備えることを特徴とする反応装置。
The reaction apparatus according to claim 10 or 11,
The reactor includes a combustion mixture introduction path for introducing a combustion source into the combustor and an exhaust gas discharge path for discharging exhaust gas generated when the combustion is performed in the combustor.
請求項9〜12のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記気化器は、液体燃料を導入するための気化用導入路及び前記気化器で気化された燃料を水素に改質する反応路によって生成された水素ガスを排出するための水素ガス用排出路を備えることを特徴とする反応装置。
In the reaction apparatus according to any one of claims 9 to 12,
The vaporizer includes a vaporization introduction path for introducing liquid fuel and a hydrogen gas discharge path for discharging hydrogen gas generated by a reaction path for reforming the fuel vaporized by the vaporizer to hydrogen. A reactor characterized by comprising.
請求項9〜13のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記気化器は、液体燃料を吸液する吸液材を含む気化用導入路を有していることを特徴とする反応装置。
The reaction apparatus according to any one of claims 9 to 13,
The said vaporizer has the introduction path for vaporization containing the liquid absorbing material which absorbs liquid fuel, The reaction apparatus characterized by the above-mentioned.
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