JP2007084404A - Reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数段階の反応を経て液体燃料から水素を生成する反応装置に関する。 The present invention relates to a reactor for generating hydrogen from liquid fuel through a plurality of stages of reaction.
近年では、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源として、水素を燃料とする燃料電池が自動車や携帯機器などに応用され始めている。燃料電池は、燃料と大気中の酸素を電気化学的に反応させて、化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出す装置である。 In recent years, fuel cells using hydrogen as fuel as a clean power source with high energy conversion efficiency have begun to be applied to automobiles and portable devices. A fuel cell is a device that directly extracts electric energy from chemical energy by electrochemically reacting fuel and oxygen in the atmosphere.
燃料電池に用いる燃料としては水素が挙げられるが、常温で気体であることによる取り扱い・貯蔵に問題がある。そこで、アルコール類及びガソリンといった液体燃料を用いると、液体燃料を気化させる気化器、液体燃料と高温の水蒸気を反応させることによって、発電に必要な水素を取り出す改質器、改質反応の副生成物である一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器等が必要となる(例えば、特許文献1参照。)。 The fuel used in the fuel cell includes hydrogen, but there is a problem in handling and storage due to being a gas at room temperature. Therefore, when liquid fuels such as alcohols and gasoline are used, a vaporizer that vaporizes the liquid fuel, a reformer that extracts hydrogen necessary for power generation by reacting the liquid fuel with high-temperature steam, and a by-product of the reforming reaction A carbon monoxide remover or the like that removes carbon monoxide, which is a product, is required (see, for example, Patent Document 1).
また、小型の電子機器に燃料電池を搭載するために、気化器、改質器、一酸化炭素除去器を積み重ねたマイクロリアクタが開発されている(例えば、特許文献2参照。)。気化器、改質器、一酸化炭素除去器は何れも、溝が形成された金属基板を接合したものであり、その溝が流路となる。
気化器或いは一酸化炭素除去器の適正動作温度範囲と改質器の適正動作温度範囲は異なるが、そのような温度差を生じさせることが困難であった。そこで、反応装置を高温反応部と低温反応部とに分け、高温反応部と低温反応部との間で反応物及び生成物を送る連結管により高温反応部と低温反応部とを接続したものが本願発明者らにより開発されている。高温反応部と低温反応部とを細い連結管により接続することで、高温反応部から低温反応部への熱流量が低減し、温度差を維持することができる。 Although the proper operating temperature range of the vaporizer or the carbon monoxide remover is different from the proper operating temperature range of the reformer, it is difficult to cause such a temperature difference. Therefore, the reactor is divided into a high-temperature reaction section and a low-temperature reaction section, and the high-temperature reaction section and the low-temperature reaction section are connected by a connecting pipe that sends reactants and products between the high-temperature reaction section and the low-temperature reaction section. Developed by the present inventors. By connecting the high temperature reaction part and the low temperature reaction part with a thin connecting pipe, the heat flow from the high temperature reaction part to the low temperature reaction part is reduced, and the temperature difference can be maintained.
しかし、高温反応部と低温反応部とを連結管により接続すると、連結管に熱応力が集中する。また、高温反応部と低温反応部の一方を固定すると、その一方の反応部と連結管を介して接続された他方の反応部が自由端となり振動しやすく、連結管に応力が集中するという問題がある。 However, when the high temperature reaction part and the low temperature reaction part are connected by a connecting pipe, thermal stress concentrates on the connecting pipe. In addition, when one of the high temperature reaction part and the low temperature reaction part is fixed, the other reaction part connected to the one reaction part via the connecting pipe becomes a free end and easily vibrates, and stress concentrates on the connecting pipe. There is.
そこで、本発明は、集中する応力に耐えうる連結管を備える反応装置を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the reaction apparatus provided with the connection pipe which can endure the stress which concentrates.
以上の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、反応物の反応を起こす高温反応部と、前記高温反応部よりも低温で反応物の反応を起こす低温反応部と、前記高温反応部と前記低温反応部との間に架設され、前記高温反応部と前記低温反応部との間で反応物または生成物を送り、超弾性材料で形成された連結管と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention described in
請求項1に記載の発明によれば、高温反応部と低温反応部との間で反応物及び生成物を送る連結管に超弾性材料を用いたので、連結管に集中する応力に連結管が耐えうる。 According to the first aspect of the present invention, since the superelastic material is used for the connecting pipe for sending the reactant and the product between the high temperature reaction section and the low temperature reaction section, the connecting pipe is subjected to stress concentrated on the connecting pipe. I can bear it.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の反応装置において、前記反応物または生成物は水素ガスであり、前記連結管の内部にはニッケルメッキまたは金メッキが施されていることを特徴とする。
The invention according to
超弾性材料には水素脆化するものがあり、連結管に水素を通す場合には、連結管が水素脆化するおそれがある。しかし、請求項2に記載の発明によれば、連結管の内部にニッケルメッキまたは金メッキを施すことで、連結管を形成する超弾性材料に水素が接触することを防ぎ、連結管の水素脆化を防ぐことができる。 Some superelastic materials are hydrogen embrittled, and when hydrogen is passed through the connecting pipe, the connecting pipe may be hydrogen embrittled. However, according to the second aspect of the present invention, the nickel-plated or gold-plated inside of the connecting pipe prevents hydrogen from coming into contact with the superelastic material forming the connecting pipe, and hydrogen embrittlement of the connecting pipe. Can be prevented.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の反応装置において、前記連結管の高さが前記高温反応部の高さ及び前記低温反応部の高さよりも低いことを特徴とする。
Invention of Claim 3 is the reaction apparatus of
請求項4に記載の発明は、請求項1から3の何れか一項に記載の反応装置において、前記連結管は、前記各対向面の幅方向中央部に架設されていることを特徴とする。 A fourth aspect of the present invention is the reaction apparatus according to any one of the first to third aspects, characterized in that the connecting pipe is constructed at the center in the width direction of the opposing surfaces. .
請求項5に記載の発明は、請求項1から4の何れか一項に記載の反応装置において、前記連結管は1本のみであることを特徴とする。
The invention according to claim 5 is the reaction apparatus according to any one of
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の反応装置において、前記連結管は、前記高温反応部と前記低温反応部との間で反応物又は生成物を送る複数の連結流路が設けられていることを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is the reaction apparatus according to the fifth aspect, wherein the connection pipe has a plurality of connection flow paths for sending reactants or products between the high temperature reaction section and the low temperature reaction section. It is provided.
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の反応装置において、前記複数の連結流路が前記連結管の幅方向に沿って配列されていることを特徴とする。
The invention according to claim 7 is the reaction apparatus according to
請求項8に記載の発明は、請求項1から7の何れか一項に記載の反応装置において、前記複数の連結流路が前記連結管の幅方向及び幅方向に沿った断面において格子状に配列されていることを特徴とする。
The invention according to
請求項9に記載の発明は、請求項1から8の何れか一項に記載の反応装置において、前記高温反応部及び前記低温反応部は同じ材料で形成されていることを特徴とする。
The invention according to claim 9 is the reaction apparatus according to any one of
本発明によれば、応力が集中する連結管に超弾性材料を用いることで、連結管が応力に耐えうる。 According to the present invention, the connection pipe can withstand the stress by using the superelastic material for the connection pipe where the stress is concentrated.
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
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、プロジェクタといった電子機器に内蔵され、燃料電池セル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。高温反応部4及び低温反応部6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。
The
高温反応部4と低温反応部6の対向基板面に平行で且つマイクロリアクタモジュール1全体の短手方向を幅方向Xとし、マイクロリアクタモジュール1全体の長手方向を長さ方向Yとし、高温反応部4と低温反応部6の対向基板面に平行で且つマイクロリアクタモジュール1全体の厚さ方向を高さ方向Zとする。方向X、Y、Zは互いに直交している。連結管8は、高温反応部4と低温反応部6とが互いに対向する対向面同士の間に配置され、高温反応部4と一箇所で連結され、低温反応部6と一箇所で連結されている。より具体的には、幅方向Xにおいて、連結管8は、高温反応部4の中央部と連結するとともに、低温反応部6の中央部と連結している。また、高さ方向Zにおいて、連結管8は、高温反応部4の下端部と連結するとともに、低温反応部6の下端部と連結している。連結管8における幅方向Xの幅は、高温反応部4の対向面における幅方向Xの幅より短く、低温反応部6の対向面における幅方向Xの幅より短い。連結管8における高さ方向Zの高さは、高温反応部4の対向面における高さ方向Zの高さより短く、低温反応部6の対向面における高さ方向Zの高さより短い。幅方向Xにおける高温反応部4側の連結管8の熱膨張を均等に分散させるために、連結管8は、幅方向Xにおいて、高温反応部4の中央に位置することが好ましく、幅方向Xにおける低温反応部6側の連結管8の熱膨張を均等に分散させるために、連結管8は、幅方向Xにおいて、低温反応部6の中央に位置することが好ましい。また、連結管8は後述する高温反応部4の下面に設けられている電熱線172が連結管8の下面を引き回して形成するため、高温反応部4の下面及び連結管8の下面を段差がないようにした方が好ましく、高温反応部4の下端部と低温反応部6の下端部との位置に配置されている。
The high
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には空気と気体燃料(例えば、マイクロリアクタモジュール1の生成物である水素ガス、またはマイクロリアクタモジュール1の反応物であるメタノールガス等)の混合気が供給され、混合気の触媒燃焼によって熱が発する。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、ガソリン)の混合液が燃料容器から供給され、第一燃焼器504における燃焼熱によって混合液が気化器502において気化する。
FIG. 4 is a schematic side view when the
高温反応部4には主に第一水蒸気改質器506、第二燃焼器(加熱部)508及び第二水蒸気改質器510が設けられているが、第一水蒸気改質器506が下側となり、第二水蒸気改質器510が上側となり、第二燃焼器508が第一水蒸気改質器506と第二水蒸気改質器510の間に挟まれている。
The high
第二燃焼器508には空気と気体燃料(例えば、水素ガス、メタノールガス等)の混合気が供給され、混合気の触媒燃焼によって熱が発する。なお、燃料電池セルでは水素ガスの電気化学反応により電気が生成されるが、燃料電池セルから排出されたオフガスに含まれた未反応の水素ガスが空気と混合した状態で第一燃焼器504及び第二燃焼器508に供給されても良い。勿論、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、ガソリン)が別の気化器によって気化されて、その気化した燃料と空気の混合気が第一燃焼器504及び第二燃焼器508に供給されても良い。
The
第一水蒸気改質器506及び第二水蒸気改質器510には気化器502から水と燃料の混合気が供給され、第一水蒸気改質器506及び第二水蒸気改質器510が第二燃焼器508によって加熱される。第一水蒸気改質器506及び第二水蒸気改質器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るが、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)
The
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には第一水蒸気改質器506及び第二水蒸気改質器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、一酸化炭素除去器512が第一燃焼器504によって加熱される。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)が燃料電池セルの燃料極に供給される。
The low
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13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は連結管8の高温反応部4側から見た正面、側面、上面を示す斜視図であり、図7は図3の切断線VII−VIIに沿った面の矢視断面図であり、図8は図3の切断線VIII−VIIIに沿った面の矢視断面図であり、図9は図3の切断線IX−IXに沿った面の矢視断面図であり、図10は図3の切断線X−Xに沿った面の矢視断面図であり、図11は図3の切断線XI−XIに沿った面の矢視断面図であり、図12は図3の切断線XII−XIIに沿った面の矢視断面図であり、図13は図3の切断線XIII−XIIIに沿った面の矢視断面図であり、図14は図8の切断線XIV−XIVに沿った面の矢視断面図である。
Hereinafter, specific configurations of the supply /
図3、図5、図7に示すように、給排部2は、ステンレス鋼等の金属材料からなる多管材10と、多管材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。
As shown in FIGS. 3, 5, and 7, the supply /
多管材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及び水素リッチガス用排出路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及び水素リッチガス用排出路24は、多管材10の隔壁によって仕切られている。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及び水素リッチガス用排出路24が1つの多管材10に設けられているが、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状態とされていても良い。
The multi-pipe 10 is provided with a
気化用導入路14には、図14に示すように、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。
As shown in FIG. 14, the
燃焼器プレート12もステンレス鋼等の金属材料からなる。燃焼器プレート12の中央部に貫通孔が形成され、その貫通孔に多管材10が嵌め込まれ、多管材10と燃焼器プレート12が接合されている。また、燃焼器プレート12の一方の面には隔壁が凸設されている。隔壁は一部が燃焼器プレート12の外縁全周に亘って設けられ、他の一部が径方向に亘って設けられ、三枚の燃焼器プレート12が多管材10の周囲で接合により積層され、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によって、これら接合面に燃焼用流路26が形成される。燃焼用流路26の一端部が燃焼混合気導入路22に通じ、燃焼用流路26の他端部が排ガス排出路20に通じている。燃焼用流路26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。燃焼用触媒としては、白金が挙げられる。
なお、図14に示すように、多管材10内の吸液材33は燃焼器プレート12の位置まで充填されている。
The
As shown in FIG. 14, the
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はステンレス鋼等の金属材料からなる。
As shown in FIGS. 3 and 5, the low
ベースプレート28の幅方向中央部において、多管材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8に示すように、ベースプレート28の上面に隔壁が凸設されることで、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。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を介して多管材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を介して水素リッチガス用排出路24に通じている。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。
In the center portion in the width direction of the
図9に示すように、下部枠30の内側に隔壁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が蓋される。また、一酸化炭素除去用流路64の一方の端部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の他方の端部においてはベースプレート28の一酸化炭素除去用流路46に通じる吹抜け孔76が形成されている。一酸化炭素除去用流路62はベースプレート28の一酸化炭素除去用流路44に重なり、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、多管材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が多管材10の周りを渦巻く。
As shown in FIG. 9, by providing a partition wall inside the
In plan view, the
図10に示すように、中部枠32の内側に隔壁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が蓋される。一酸化炭素除去用流路78は下部枠30の一酸化炭素除去用流路62に重なり、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は下部枠30の一酸化炭素除去用流路64に重なり、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が吹き抜けた状態とされている。
As shown in FIG. 10, the partition wall is provided inside the
図11に示すように、上部枠34の内側に隔壁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が蓋される。また、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。
As shown in FIG. 11, by providing a partition wall inside the
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。一酸化炭素選択酸化用触媒としては白金が挙げられる。
As illustrated in FIG. 5, the carbon monoxide
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はステンレス鋼等の金属材料からなる。
As shown in FIGS. 3 and 5, the high
図8に示すように、ベースプレート102の上面に隔壁が凸設されることで、供給流路114、葛折り状の水蒸気改質用流路116及び排出流路115に区分けされている。供給流路114は水蒸気改質用流路116に連なっているが、排出流路115は供給流路114及び水蒸気改質用流路116から独立している。
As shown in FIG. 8, partition walls are provided on the upper surface of the
図9に示すように、下部枠104の内側に隔壁が設けられることで、下部枠104の内側が葛折り状の水蒸気改質用流路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。水蒸気改質用流路118はベースプレート102の水蒸気改質用流路116に重なり、水蒸気改質用流路118と水蒸気改質用流路116が吹き抜けた状態とされている。
As shown in FIG. 9, by providing a partition wall inside the
図10に示すように、中部枠106の内側に隔壁が設けられることで、中部枠106の内側が葛折り状の水蒸気改質用流路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が蓋される。水蒸気改質用流路128は下部枠104の水蒸気改質用流路118に重なり、水蒸気改質用流路128と水蒸気改質用流路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。
As shown in FIG. 10, by providing a partition wall inside the
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の水蒸気改質用流路128が燃焼器プレート108によって蓋される。図12に示すように、燃焼器プレート108の上面に隔壁が凸設されることで、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。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。また、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。吹抜け孔142は中部枠106の水蒸気改質用流路128の端部の上に位置し、吹抜け孔142が水蒸気改質用流路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の底面及び側面には、燃焼混合気を燃焼させる燃焼用触媒が担持されている。燃焼用触媒としては、白金等が挙げられる。
As shown in FIGS. 3 and 5, the
図11に示すように、上部枠110の内側に隔壁が設けられることで、上部枠110の内側に葛折り状の水蒸気改質用流路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が蓋される。水蒸気改質用流路150の一端部においては吹抜け孔154が形成され、水蒸気改質用流路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、水蒸気改質用流路150が吹抜け孔154及び吹抜け孔142を介して中部枠106の水蒸気改質用流路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、水蒸気改質用流路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。
As shown in FIG. 11, a partition wall is provided on the inner side of the
図5に示すように、上部枠110の上に蓋プレート112が接合されることで、水蒸気改質用流路150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、水蒸気改質用流路116,118,128,150の壁面には、燃料を改質して水素を生成する水蒸気改質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水蒸気改質用触媒としては、Cu/ZnO系触媒が挙げられる。
As shown in FIG. 5, the steam reforming
図3、図4、図6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及び低温反応部6のいずれの幅よりも狭く、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。従って、高温反応部4から低温反応部6へ連結管8を通じて熱伝導しにくい。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いるが、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, 4, and 6, the outer shape of the
図8、図9、図13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. 8, 9, and 13, the connecting
連結管8は、超弾性材料を用いて形成される。ここで、超弾性材料について説明する。
通常の金属材料は、弾性限界を超える外部応力を加えると、特定の結晶面を境にして原子が隣の原子との結合の手を切り離してずれ、次の原子と結合の手を結ぶ塑性変形が生じる。塑性変形が起こると、外部応力を除いても弾性変形分しかひずみが戻らず、原子がずれた分の永久変形が残る。
The connecting
When an external stress exceeding the elastic limit is applied to a normal metal material, an atom dissociates and breaks the bond between the next atom and a bond between the next atom and a bond between the next atom and a specific crystal plane. Occurs. When plastic deformation occurs, the strain returns only to the elastic deformation even if the external stress is removed, and a permanent deformation remains due to the displacement of the atoms.
一方、超弾性材料は、外部応力のない状態でオーステナイト相という結晶構造をとるが、これに外部応力を加えると、応力誘起マルテンサイト相という結晶構造に相変態して変形する。オーステナイト相から応力誘起マルテンサイト相へは、結合の手を切り離すことなく相変態するため、外部応力を除くと、エネルギー的に不安定なマルテンサイト相から直ちに元のオーステナイト相に戻り、元の形状に戻る。このような超弾性材料は、外部応力により比例限界の10倍もの変形を加えた場合でも、外部応力を除くとひずみが消え、永久変形が残らないという性質(超弾性効果)を有する。 On the other hand, a superelastic material has a crystal structure called an austenite phase in the absence of external stress. However, when external stress is applied thereto, it transforms into a crystal structure called stress-induced martensite phase and deforms. The transformation from the austenite phase to the stress-induced martensite phase is carried out without breaking the bond, so when the external stress is removed, the energy-unstable martensite phase immediately returns to the original austenite phase, and the original shape Return to. Such a superelastic material has a property (superelastic effect) that even when deformation of 10 times the proportional limit is applied by external stress, the strain disappears when the external stress is removed and no permanent deformation remains.
このような超弾性材料としては、例えば、ニッケル−チタン系の合金や、ニッケル−チタン−鉄系の合金、ニッケル−チタン−クロム系の合金、ニッケル−チタン−銅系の合金等がある。具体的には、連結管8に用いる超弾性材料としては、NT−N(古河テクノマテリアル社製)を用いることができる。この材料は、超弾性材料に作用する応力が300〜900kgf/mm2の範囲で超弾性効果を発揮し、耐変形、耐破壊の材料となりえる。
Examples of such superelastic materials include nickel-titanium alloys, nickel-titanium-iron alloys, nickel-titanium-chromium alloys, nickel-titanium-copper alloys, and the like. Specifically, NT-N (manufactured by Furukawa Techno Material Co., Ltd.) can be used as the superelastic material used for the connecting
しかし、上記材料の中には、水素を吸収し脆化する化学的特性を有するものがある。このため、連結管8の連結流路162、連結流路164、連結流路166及び連結流路168の内面には、水素が直接超弾性材料に接触しないように水素に対して不活性なメッキを施すことが好ましく、ニッケルメッキまたは金メッキを施すことが好ましい。
However, some of the above materials have chemical properties that absorb hydrogen and become brittle. For this reason, the inner surface of the
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いるが、どの部分においても隔壁の厚みは均一とされ、その厚みは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, in the supply /
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15、図16に示すようになる。ここで図15、図16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に相当し、水蒸気改質用流路116,118,128が第一水蒸気改質器506に相当し、水蒸気改質用流路150が第二水蒸気改質器510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に相当し、燃焼用流路26が第一燃焼器504に相当し、燃焼室138,140が第二燃焼器508に相当する。
The paths of the flow paths provided inside the supply /
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の下面には、電熱線170が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にかけてこれらの下面には、電熱線172が蛇行した状態にパターニングされている。低温反応部6の下面から燃焼器プレート12の表面を通って多管材10の側面にかけて電熱線174がパターニングされている。ここで、連結管8、ベースプレート28及びベースプレート102の下面、多管材10の側面、燃焼器プレート12の表面には、窒化シリコン、酸化シリコン等の絶縁膜が成膜され、その絶縁膜の表面に電熱線170,172,174が形成されている。電熱線170,172,174は、絶縁膜から密着層、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。拡散防止層には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く、発熱層の材料が拡散防止層に対して拡散しない。密着層は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。
As shown in FIGS. 2 and 5, the lower surface of the low
また、電熱線170,172,174は温度に依存して電気抵抗が変化し、抵抗値の変化から温度の変化を読み取る温度センサとしても機能する。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, the
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。リード線176,178,180,182,184,186は、周囲がガラス等の高融点絶縁体で被覆されている。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
図3、図5に示すように、低温反応部6の表面には、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。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、バリウム又はチア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。
As shown in FIGS. 3 and 5, a
図17、図18に示すように、このマイクロリアクタモジュール1は断熱パッケージ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に接合されている。箱体202及びベースプレート204のどちらも肉厚が0.1mm〜0.2mm程度のステンレス鋼(SUS304)等の金属からなる。
As shown in FIGS. 17 and 18, the
給排部2、高温反応部4、低温反応部6及び連結管8からの熱輻射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1Pa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。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1008の燃料極に連結され、さらに流量制御ユニット1006を介して燃料容器1004に連結されている。リード線176,178,180,182,184,186,192,194を有する配線群197は、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176,178,180,182,184,186,192,194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176,178,180,182,184,186,192,194は断熱パッケージ200のベースプレート204に金属蝋、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は金属性なので導電性を示すが、リード線176,178,180,182,184,186,192,194が高融点絶縁体で被覆されているので、リード線176,178,180,182,184,186,192,194が断熱パッケージ200とそれぞれ導通することはない。
The heat radiation from the supply /
このように、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、内部空間での熱対流が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。また断熱パッケージ200は、熱輻射を反射するので断熱パッケージ200の外に熱伝搬することを抑制する。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。
As described above, since the internal pressure of the internal space of the
断熱パッケージ200は上述のように金属で形成されているが、ガラスやセラミック等の断熱材であってもよく、内側となる面にはアルミニウム、金等の熱輻射反射膜が成膜されてもよい。このような熱輻射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からの輻射による熱損失を抑制することができる。
The
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及び配線群197がそれぞれの通し孔195、196に挿通された状態でこれら通し孔195、196が蝋付けで封止されている。蝋材の熱膨張率は、断熱パッケージ200の熱膨張率と近似していることが好ましい。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 manner, the through
多管材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の内側においては多管材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が多管材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
また、多管材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
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
次に、マイクロリアクタモジュール1の動作について説明する。
Next, the operation of the
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内のガスがゲッター材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
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主に多管材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。なお、電熱線170,172,174の電流・電圧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、制御装置によって電熱線170,172,174の電圧が制御され、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。
Further, when a voltage is applied between the
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、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内にて混合液が気化するから、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 /
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を通って第一水蒸気改質器506(水蒸気改質用流路116,118,128)に流れ込む。その後、混合気は第二水蒸気改質器510(水蒸気改質用流路150)に流れ込む。混合気が水蒸気改質用流路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
第一水蒸気改質器506及び第二水蒸気改質器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、空気がポンプ等によって空気用導入路16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
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。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。この部分の下に多管材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水と燃料の気化熱に効率よく用いられる。
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
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及び水素リッチガス用排出路24を通って燃料電池セルの燃料極等に供給される。燃料電池セルでは水素ガスの電気化学反応により電気が生成され、未反応の水素ガス等を含むオフガスが燃料電池セルから排出される。
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
以上の動作は初期段階の動作であるが、その後も続けて混合液が気化用導入路14に供給される。そして、燃料電池セル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。これにより燃焼熱が発するが、燃焼用流路26が低温反応部6の下側において多管材10を周回しているため、燃焼熱によって多管材10が加熱されるとともに低温反応部6が加熱される。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, but the liquid mixture is continuously supplied to the
一方、燃焼混合気導入路18に供給された燃焼混合気は燃焼室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するが、燃焼室138,140の下に第一水蒸気改質器506が配置され、燃焼室138,140の上に第二水蒸気改質器510が配置されているので、燃焼熱によって第一水蒸気改質器506及び第二水蒸気改質器510が加熱される。そのため、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。
On the other hand, the combustion mixture supplied to the combustion
なお、燃料容器に貯留されている液体燃料が気化されて、その気化した燃料と空気の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。
The liquid fuel stored in the fuel container may be vaporized, and the vaporized fuel / air combustion mixture may be supplied to the combustion
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、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。ここで、高温反応部4が375℃、低温反応部6が150℃となるよう、温度制御を行う。
In a state where the mixed liquid is supplied to the
図19に示すように、以上のようなマイクロリアクタモジュール1は、発電ユニット1001に組み付けて用いることができる。この発電ユニット1001は、フレーム1002と、フレーム1002に対して着脱可能な燃料容器1004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1006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と、燃料電池セル、加湿器及び回収器等を有する発電セル1008と、エアポンプ1010と、二次電池、DC−DCコンバータ及び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1006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、水素リッチガスが発電セル1008の燃料電池セルに供給され、生成された電気が電源ユニット1012の二次電池に蓄電される。
As shown in FIG. 19, the
図20は、発電ユニット1001を電源として用いた電子機器1101の斜視図である。図20に示すように、この電子機器1101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1101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1102を備え付けた下筐体1104と、液晶ディスプレイ1106を備え付けた上筐体1108と、を備える。下筐体1104と上筐体1108はヒンジ結合されており、上筐体1108を下筐体1104に重ねてキーボード1102に液晶ディスプレイ1106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1001を装着するための装着部1110が凹設され、装着部710に発電ユニット1001を装着すると、発電ユニット1001の電気によって電子機器701が動作する。
FIG. 20 is a perspective view of an
以上のよう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。
As described above, according to the present embodiment, the internal space of the
また、高温反応部4及び低温反応部6がそれぞれ所定の適正温度範囲に加熱されると、高温反応部4と低温反応部6との間には適正温度が異なるために、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。このような高温反応部4及び低温反応部6での膨張の差が応力となって連結管8に作用して連結管8が変形しても、連結管8を超弾性体で形成しているので、高温反応部4及び低温反応部6が反応工程を停止して加熱されなくなれば、熱膨張による応力がなくなるために、連結管8は元の形状に戻る。したがって連結管8が多少変形しても復元力があるので、連結流路162、連結流路164、連結流路166及び連結流路168内をそれぞれ流れる流体を漏洩することがない。連結管8は、ステンレス鋼(SUS304)等の金属材料で形成された高温反応部4及び低温反応部6と熱膨張率が近似している方が好ましく、また連結管8と高温反応部4及び低温反応部6とを繋ぎ合わせる蝋材もこれら金属材料と近似した熱膨張率であることが好ましい。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、応力が集中しやすいが、連結管8を超弾性体で形成しているので、連結管8が応力に耐えうる。
When the high
なお、以上の実施形態においては、連結管8の下面が高温反応部4の下面及び低温反応部6の下面に対して面一となるように設けたが、図21に示すように、連結管を高温反応部4及び低温反応部6の高さ方向及び幅方向の中央部に設けてもよい。
In the above embodiment, the lower surface of the connecting
また、例えば図22に示すように、4つの連結流路262,264,266,268を横に並べて連結管208を形成してもよく、あわせて高温反応部4や低温反応部6内の流路を変更してもよい。連結流路262,264,266,268は、それぞれ連結流路162、164、166、168と対応している。
In addition, for example, as shown in FIG. 22, four
また、図23に示すように、円筒形の連結管308としてもよいし、図24に示すように、三角柱状の連結管408のとしてもよい。連結管308内の連結流路362,364,366,368は、それぞれ連結流路162、164、166、168と対応している。
Further, as shown in FIG. 23, a
また、図23,図25,図26に示すように、断面円形の連結流路362,364,366,368,562,564,566,568,662,664,666,668を形成してもよい。また、図24に示すように断面三角形等の多角形の連結流路462,464,466,468を形成してもよく、あわせて高温反応部4や低温反応部6内の流路を変更してもよい。連結流路462,464,466,468は、それぞれ連結流路162,164,166,168と対応しており、連結流路562,564,566,568は、それぞれ連結流路162,164,166,168と対応している。
In addition, as shown in FIGS. 23, 25, and 26,
また、以上の実施形態においては、連結流路が1つの連結管に設けられているが、図27に示すように、これらの流路が別々の管材802,804,806,808として設け、あわせて高温反応部4や低温反応部6内の流路を変更してもよい。別々の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管材802,804,806,808に熱応力が発生するが、管材802,804,806,808を超弾性材料で形成することで、熱応力を吸収することができる。管材802,804,806,808は、それぞれ連結流路162,164,166,168と対応している。
Further, in the above embodiment, the connection flow path is provided in one connection pipe. However, as shown in FIG. 27, these flow paths are provided as
4 高温反応部
6 低温反応部
8 連結管
4 High
Claims (9)
前記高温反応部よりも低温で反応物の反応を起こす低温反応部と、
前記高温反応部と前記低温反応部との間に架設され、前記高温反応部と前記低温反応部との間で反応物または生成物を送り、超弾性材料で形成された連結管と、
を備える
ことを特徴とする反応装置。 A high-temperature reaction part that causes the reaction of the reactants;
A low-temperature reaction part that causes the reaction of the reactant at a lower temperature than the high-temperature reaction part; and
A connecting pipe formed between the high temperature reaction part and the low temperature reaction part, sending a reaction product or product between the high temperature reaction part and the low temperature reaction part, and formed of a superelastic material;
A reaction apparatus comprising:
前記連結管の内部にはニッケルメッキまたは金メッキが施されていることを特徴とする請求項1に記載の反応装置。 The reactant or product is hydrogen gas;
The reaction apparatus according to claim 1, wherein the connection pipe is nickel-plated or gold-plated.
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