JP2008001579A - 反応装置、その反応装置を用いた発電装置、及び、電子機器 - Google Patents

反応装置、その反応装置を用いた発電装置、及び、電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】断熱容器の壁を貫通する配管が内部の反応器へ接続される反応装置において、配管が貫通する部分の壁付近の急激な温度変化を抑制し、熱応力を低減させ、安全な反応装置、その反応装置を用いた発電装置、及び、電子機器を提供する。
【解決手段】反応器と、反応器を収容する断熱容器と、断熱容器の壁面を貫通し、反応器と断熱容器外部との間で反応物または生成物を送る配管と、を有する反応装置である。断熱容器の壁面が赤外線吸収率の異なる２種類以上の領域からなり、配管が貫通している壁面と同一壁面に、赤外線吸収率のより高い領域を配置しているので、配管が貫通する部分の壁付近の急激な温度変化を抑制することができ、熱応力が低減され、安全な反応装置、その反応装置を用いた発電装置、及び、電子機器を提供することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池装置等に用いる改質器、ＣＯ除去器等の高温の動作温度が要求される反応器が断熱容器に収容された反応装置、その反応装置を用いた発電装置、及び、電子機器に関する。
近年では、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源として、水素を燃料とする燃料電池が自動車や携帯機器などに応用され始めている。燃料電池は、燃料と大気中の酸素を電気化学的に反応させて、化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出す装置である。
燃料電池に用いる燃料としては水素が挙げられるが、常温で気体であることによる取り扱い・貯蔵に問題がある。アルコール類及びガソリンといった液体燃料を用いる場合には、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、改質反応の副産物である一酸化炭素を除去するＣＯ除去器等が必要となる。
この改質器やＣＯ除去器の動作温度が高温であるため、これらを断熱容器に収納し、放熱を抑制することが行われている。さらに、断熱容器の内壁面に赤外線（波長が０．７μm〜１mm）を反射する反射膜を形成し、外部への熱エネルギーの損失を低減させることも行われている（例えば、特許文献１参照）。
また、ＣＯ除去器から断熱容器外部への、燃料の入りや改質ガスの出は、ＣＯ除去器に接続された配管を通して行われる。そのため、ＣＯ除去器や真空容器と配管との接合部分は接合剤（ガラス同士の場合フリットガラス、金属同士の場合、より低融点の金属や合金）で充填、接合される（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−６２６５号公報 特開２００５−２５９３５４号
ところで、改質器やＣＯ除去器の配管が貫通する断熱容器の壁には、高温側の配管から熱が伝導するため、断熱容器の壁には配管近傍と外周部との間に大きな温度差が生じ、大きな熱応力が作用し、配管の接合部の強度が低下してしまう。
本発明の課題は、断熱容器の壁を貫通する配管が内部の反応器へ接続される反応装置において、配管が貫通する部分の壁付近の急激な温度変化を抑制し、熱応力を低減させ、安全な反応装置、その反応装置を用いた発電装置、及び、電子機器を提供することである。
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、反応器と、前記反応器を収容する断熱容器と、前記断熱容器の壁面を貫通し、前記反応器と前記断熱容器外部との間で反応物または生成物を送る配管と、を有し、前記断熱容器の壁面は赤外線吸収率の異なる２種類以上の領域からなり、前記断熱容器の壁面の赤外線吸収率のより高い領域を前記配管が貫通していることを特徴とする反応装置である。
請求項２に記載の発明は、反応器と、前記反応器を収容する断熱容器と、前記断熱容器の壁面を貫通し、前記反応器と前記断熱容器外部との間で反応物または生成物を送る配管と、を有し、前記断熱容器の壁面は赤外線吸収率の異なる２種類以上の領域からなり、前記断熱容器の壁面の赤外線吸収率のより高い領域が、前記配管が貫通するのと同一壁面において、貫通部分と離間して配置されることを特徴とする反応装置である。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の反応装置であって、前記赤外線吸収率のより高い領域よりも赤外線吸収率の低い領域には、赤外線反射膜が設けられていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の反応装置であって、前記赤外線吸収率のより高い領域には、赤外線吸収膜が設けられていることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の反応装置であって、前記赤外線吸収膜の吸収係数と膜厚の積は２．３以上であることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の反応装置であって、前記赤外線吸収膜はＣ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｐｔ，Ｃｒのいずれかを主成分とすることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項４または５に記載の反応装置であって、前記赤外線吸収膜はＴａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系のアモルファス半導体で、吸収係数は１０００００／ｃｍ以上であることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の反応装置であって、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系のアモルファス半導体のモル比が０．６＜Ｓｉ／Ｔａ＜１．０かつ０．１５＜Ｎ／Ｏ＜４．１の範囲であることを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の反応装置であって、前記反応器は水素を発生させる改質器を含むことを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、発電装置において、請求項１〜９のいずれか一項に記載の前記反応装置により生成される改質ガスから電気化学反応により電力を取り出す発電セルをさらに備えることを特徴とする。
請求項１１の発明は、電子機器において、請求項１０に記載の前記発電装置を電力供給源として備えることを特徴とする。
本発明によれば、断熱容器の壁面が赤外線吸収率の異なる２種類以上の領域からなり、配管が貫通している壁面と同一壁面に、赤外線吸収率のより高い領域を配置しているので、配管が貫通する部分の壁付近の急激な温度変化を抑制することができ、熱応力が低減され、安全な反応装置、その反応装置を用いた発電装置、及び、電子機器を提供することができる。
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。
図１は、本発明が適用される発電装置１のブロック図である。この発電装置１は、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、その他の電子機器に備え付けられたものであり、電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。
発電装置１は、燃料容器２と、気化器３と、反応装置１０と、発電セル（燃料電池セル）４と、発電セル４により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ５１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１に接続される２次電池５２と、それらを制御する制御部５３と、を備える。燃料容器２は、メタノール、エタノール、ブタン等の燃料と水を別々に又は混合した状態で貯留し、図示しないマイクロポンプにより燃料及び水の混合液を気化器３にて気化させた後に、反応装置１０に供給する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は発電セル４により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換したのちに電子機器６に供給する機能の他に、発電セル４により生成された電気エネルギーを２次電池５２に充電し、発電セル４側が運転されていない時に、電子機器６に２次電池側から電気エネルギーを供給する機能も果たせるようになっている。制御部５３は反応装置１０、発電セル４を運転するために必要な図示しないポンプやバルブ類、そして、ヒータ類、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１等を制御し、電子機器６に安定して電気エネルギーが供給されるような制御を行なう。
なお、以下の説明では燃料としてメタノールを使用する場合について説明する。
反応装置１０は、高温反応器１１と、低温反応器１２とを有し、高温反応器１１は改質器１４、触媒燃焼器１６及び図示しない高温ヒータを有し、低温反応器１２はＣＯ除去器１５及び図示しない低温ヒータを有する。
気化器３は、燃料容器２から供給された燃料と水を気化させる。改質器１４は、気化器３から供給された燃料と水の混合気を化学反応式（１）、（２）のように反応させ、主生成物である水素ガス、二酸化炭素ガス及び副生成物である一酸化炭素の混合気体を生成する。ＣＯ除去器１５は、一酸化炭素を化学反応式（３）のように酸化させることで混合気体から除去する。以下、この一酸化炭素を除去した混合気体を改質ガスという。改質ガスは発電セル４の燃料極側に供給される。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 …（１）
Ｈ2＋ＣＯ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ …（２）
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2 …（３）
発電セル４の燃料極側にはＣＯ除去器１５から改質ガスが供給される。改質ガスのうちの水素ガスは電気化学反応式（４）に示すように、燃料極に設けられた触媒により水素イオンと電子とに分離される。水素イオンは電解質膜を通過して酸素極側へ移動し、電子は外部回路を経て酸素極に移動する。酸素極側では、電気化学反応式（５）に示すように、電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を経て酸素極から供給される電子と、外気から供給される酸素ガスとの化学反応により水を生成する。この燃料極と酸素極の電極電位の差から電気エネルギーを取り出すことができる。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- …（４）
２Ｈ+＋２ｅ-＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ …（５）
上記電気化学反応せずに残った水素ガス（以下、オフガスという）は、触媒燃焼器１６に供給される。
触媒燃焼器１６は、燃料容器２から供給された燃料と水、または、オフガスに、酸素を混在させて燃焼し高温反応器１１を２５０℃以上、例えば約２５０〜４００℃に加熱する。高温ヒータは起動時に触媒燃焼器１６の代わりに高温反応器１１を加熱し、低温ヒータは起動時に低温反応器１２を約１１０〜１９０℃に加熱する。
高温反応器１１及び低温反応器１２は後述する断熱容器３０に収納される。高温反応器１１と低温反応器１２との間には反応物や生成物の流路となる配管２１が設けられている（図２参照）。また、低温反応器１２には断熱容器３０外から反応物を流入させたり断熱容器３０外へ生成物を流出させたりするための配管２２が設けられている（図２参照）。
具体的には、図１に示すような構成の場合、配管２２は６本（ポート）よりなる。気化器３から気化燃料を供給する入力ポート、一酸化炭素除去器１５に空気（O２）を供給する入力ポート、一酸化炭素除去器１５からの改質ガスを発電セル４に供給する出力ポート、発電セル４で未反応のオフガスを触媒燃焼器１６に供給する入力ポート、触媒燃焼器１６に空気（O２）を供給する入力ポート、触媒燃焼器１６から排ガスが排出される出力ポートである。
高温反応器１１、低温反応器１２や配管２１，２２は、例えばステンレス（ＳＵＳ３０４）やコバール合金等の金属板を貼り合わせて形成してもよいし、あるいはガラス基板等を貼り合わせて形成してもよい。
次に、反応装置１０を収納する断熱容器３０について説明する。図２は反応装置１０を収納する断熱容器３０の断面図である。断熱容器３０は直方体形状をしており、内部に高温反応器１１及び低温反応器１２が収納されている。高温反応器１１と低温反応器１２とは配管２１で接続されており、低温反応器１２は断熱容器３０を貫通する配管２２により固定されている。
なお、配管２１の高温反応器１１及び低温反応器１２との接合部分、配管２２に低温反応器１２及び断熱容器３０とは、接合部分の隙間に接合剤を充填することで接合される。接合剤としては、配管２１，２２と、高温反応器１１、低温反応器１２及び断熱容器３０とがガラス同士の場合はフリットガラス、金属同士の場合は、より低融点の金属や合金を用いることができる。
断熱容器３０は、ステンレス（ＳＵＳ３０４）やコバール合金等の金属板や、ガラス基板等を貼り合わせて形成することができる。これらの金属板の反射率は概ね８０％以下、ガラスの反射率は１０％程度と低い値である。断熱容器３０の内部空間は気体分子による熱伝導や対流を防ぐため、低圧（０．０３Ｐａ以下）に維持されている。
また、断熱容器３０の内壁面には、反応装置１０からの輻射による熱損失を抑制するために、赤外線を反射する反射膜３１が形成されている。反射膜３１には、例えば金（Ａｕ）等の赤外線反射率が高い金属を用いることができる。具体的な反射率については後述する。
これらにより、反応装置１０から断熱容器３０外部への熱損失を抑えることができる。
断熱容器３０には配管２２を介して反応装置１０から熱量が伝導するので、この部分の断熱効果を他の部分と同様に上げると、配管２２の貫通部分の温度と外周部との間に大きな温度差が生じ、大きな熱応力が作用するおそれがある。そこで、本実施形態の断熱容器３０の内壁面には、赤外線吸収率の異なる２種類以上の領域が形成され、そのうち赤外線吸収率のより高い領域（放熱促進部）を配管２２が貫通するようにしている。
放熱促進部は、断熱容器３０の内壁面の他の領域と比較して、赤外線の吸収率がより高い領域であり、この放熱促進部が設けられた壁付近の急激な温度変化を抑制し、熱応力を低減することができる。
例えば、図２（ａ）に示すように、配管２２が貫通された断熱容器３０の内壁面に設けられた反射膜３１の内側に、赤外線を吸収する吸収膜３２をさらに設けることで放熱促進部４０ａを形成することができる。反射膜３１により断熱効果を確保し、放熱促進部４０ａにより放熱促進部４０ａが設けられた配管２２の接合部付近の急激な温度変化を抑制し、熱応力を低減することができる。
また、図２（ｂ）に示すように、配管２２の貫通部分の近傍に吸収膜３２を設けずに、配管２２が貫通されたのと同一の内壁面において、貫通部分から少し離れた壁面に、吸収膜３２を設けることで放熱促進部４０ｂを形成してもよい。吸収膜３２は、例えば貫通部分を間に挟むように２箇所に設けてもよいし、あるいは貫通部分を囲むように設けてもよい。
このように吸収膜３２を配置することで、配管２２を介して反応装置１０から断熱容器３０に熱量が伝導するとともに、配管２２の貫通部分から少し離れた壁面に設けられた吸収膜３２により反応装置１０から輻射される赤外線が吸収され、輻射熱として断熱容器３０に伝わる。したがって、放熱促進部４０ｂが設けられた壁全体の温度をより均一に上昇させることができ、急激な温度変化がより抑制され、熱応力を低減することができる。
以下、吸収膜３２として用いる材料や膜厚等について検討する。
〔１〕反射率の検討
まず、放熱促進部４０の反射率について検討する。
図３は赤外線に対する放熱促進部４０の反射率を１０％〜９０％の間で１０％ずつ変化させた場合の、放熱促進部４０の面積と、熱リーク（計算値）との関係を示すグラフである（２０％〜９０％時のグラフは１０％時の値を元に計算）。ここで、吸収膜３２の吸収係数を充分大きいと仮定し、吸収膜３２を透過し、下地または反射膜３１で反射して再び吸収膜３２を透過して断熱容器３０内に戻る赤外線はないものとした。
なお、低温反応器１２の大きさを１．０ｃｍ×２．５ｃｍ×０．３ｃｍとし、低温反応器１２と断熱容器３０との距離を０．５ｃｍとした。また、配管２１からの熱流入と配管２２からの熱流出をともに０．９０Ｗとし、低温反応器１２の初期温度を１２０℃とした。
例えば、放熱促進部４０の反射率が１０％の場合には、放熱促進部４０の面積が４．０ｃｍ2の場合、熱リークが約０．３５Ｗであり、低温反応器１２の温度が約４０℃下がり、約８０℃になるということがわかる。
〔２〕吸収係数及び膜厚の検討
次に、放熱促進部４０に用いる吸収膜３２の吸収係数及び膜厚について検討する。
ここで、図４に示すように、吸収膜３２に入射する赤外線の強度をＩ、吸収膜３２の表面で反射する赤外線の強度をＲ、吸収膜３２の吸収係数をα、吸収膜３２の表面からの距離（深さ）をｔとすると、距離（深さ）ｔの位置での吸収膜３２を透過する赤外線の強度Ｉ（ｔ）は、以下の式で表される。
Ｉ（ｔ）＝（Ｉ−Ｒ）ｅｘｐ（−αｔ）
図５にαを１００００／ｃｍ，３００００／ｃｍ，６００００／ｃｍ，１０００００／ｃｍとしたときの、ｔとＩ（ｔ）／（Ｉ−Ｒ）（＝ｅｘｐ（−αｔ））との関係を示す。
α＝１０００００／ｃｍ、ｔ＝約２３０ｎｍの場合、吸収膜３２を透過する赤外線の強度は、１０％未満となっている。すなわち、αｔ＞約２．３であれば、吸収膜３２を透過する赤外線の強度は１０％未満となり、さらに下地または反射膜３１により反射して再び吸収膜３２を透過して断熱容器３０内に戻る赤外線は１％未満となる。したがって、膜厚ＴがαＴ＞約２．３となる膜は吸収膜３２として適している。
一方、α＝１０００００／ｃｍ、ｔ＝２５ｎｍの場合、すなわちαｔ＝０．２５の場合、吸収膜３２を透過する赤外線の強度は、約７８％となり、さらに下地または反射膜３１により反射して再び吸収膜３２を透過して断熱容器３０内に戻る赤外線は約６１％となるため、吸収膜３２として適していない。
〔３〕輻射波長の検討
次に、反応装置１０から輻射される波長について検討する。図６は、３００Ｋ（２７℃）、６００Ｋ（３２７℃）、９００Ｋ（６２７℃）における黒体輻射の波長と輻射密度の関係を示すグラフである。６００Ｋでは波長２μｍ以上（０．６ｅＶ以下）で輻射密度が高くなり、９００Ｋでは波長１．２４μｍ以上（１ｅＶ以下）で輻射密度が高くなることがわかる。したがって、放熱促進部４０は、波長１．２４μｍ以上の赤外線の反射率が低いことが求められる。
〔４〕金属材料、半金属材料の検討
金属材料、半金属材料は一般に反射率が高いが、ほとんどの波長で吸収係数が１０5／ｃｍ以上であり、膜厚を２３０ｎｍとすることで吸収膜３２の候補とすることができる。そこで、金属材料、半金属材料の反射率について検討する。
図７にＡｕ，Ａｌ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｒｈの波長に対する反射率を示す。この中では、１．２４μｍ以上の波長領域でＲｈの反射率が比較的低く、吸収膜３２の材料の候補とすることができる。
この他に１．２４μｍの波長で反射率が低い金属として、Ｆｅ（反射率７５％），Ｃｏ（反射率７８％），Ｐｔ（反射率７８％），Ｃｒ（反射率６３％）などが吸収膜３２の材料とすることができる。
また、半金属で低反射率の材料としては、グラファイト（層状炭素）がある。グラファイトの反射率は、波長１．２４μｍで４２％、２μｍで４７％と小さく、吸収膜３２の材料とすることができる。また、活性炭と呼ばれる炭素材料は、結晶性が悪く、層状構造も乱れているが、これも吸収膜３２の材料の候補となる可能性がある。
〔５〕非金属材料の検討
半導体の多くは、光の波長１．２４μｍ以上の波長領域で、反射率が１０〜２０％あるいはそれ以下であり、吸収膜３２として適した材料と思えるが、ほとんどの場合、吸収係数が１／ｃｍ未満と極端に小さい。
しかしながら、ダングリングボンドを持つアモルファス半導体は吸収係数が高く、吸収膜３２の材料として用いることができると考えられる。例えば、数多くのダングリングボンドを持つアモルファスシリコンでは、吸収係数は１０００／ｃｍ以上となり、吸収膜３２の材料とすることができる。
また、吸収膜３２として、よりふさわしいアモルファス半導体材料に、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系の膜がある。図８に抵抗率が１．０ｍΩ・cm，５．５ｍΩ・cmのＴａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系膜について、０．５〜３．５ｅＶ（波長約２．４８μｍ〜３５０ｎｍ）における吸収係数（ｃｍ-1）を測定した結果を示す。抵抗率が１．０ｍΩ・cmの膜は、この測定範囲内で吸収係数が１０００００／ｃｍ以上となっており、吸収膜３２の材料とすることができる。
さらに、本出願人は、モル比が０．６＜Ｓｉ／Ｔａ＜１．０，０．１５＜Ｎ／Ｏ＜４．１の範囲の組成のＴａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系膜について、抵抗率が２．５ｍΩ・cm以下では、吸収係数が１０００００／ｃｍ以上となることを見出した。したがって、上記材料も吸収膜３２の材料とすることができる。
＜変形例１＞
上記実施形態においては、断熱容器３０の配管２２が貫通された内壁面に放熱促進部４０を設けたが、例えば図９（ａ）に示すように、断熱容器３０の内壁面のうち配管２２が貫通された部分を反射膜３１で覆わずに、下地を露出させることで放熱促進部４１ａとしてもよい。反射膜３１により断熱効果を確保し、放熱促進部４１ａにより反応装置１０から輻射される赤外線が吸収され、輻射熱として断熱容器３０に伝わることで、この付近の急激な温度変化を抑制し、熱応力を低減することができる。
また、図９（ｂ）に示すように、配管２２が貫通されていない内壁面の全面に反射膜３１ａを設けるとともに、配管２２が貫通されたのと同一の内壁面において、配管２２の貫通部分の近傍に反射膜３１ｂを設け、貫通部分から離れた位置の下地を露出させることで放熱促進部４１ｂとしてもよい。
このように放熱促進部４１ｂを設けることで、配管２２を介して反応装置１０から断熱容器３０に熱量が伝導するとともに、配管２２の貫通部分から離れた壁面に設けられた放熱促進部４１ｂにより反応装置１０から輻射される赤外線が吸収され、輻射熱として断熱容器３０に伝わる。したがって、放熱促進部４１ｂが設けられた壁全体の温度をより均一に上昇させることができ、急激な温度変化がより抑制され、熱応力を低減することができる。
＜変形例２＞
また、図１０（ａ）に示すように、断熱容器３０の内壁面の全面に吸収膜３２を設けるとともに、配管２２が貫通されたのと同一の内壁面を除き、吸収膜３２の上に反射膜３１を設け、この吸収膜３２が露出する部分を放熱促進部４２ａとしてもよい。反射膜３１により断熱効果を確保し、放熱促進部４２ａにより反応装置１０から輻射される赤外線が吸収され、輻射熱として断熱容器３０に伝わることで、放熱促進部４２ａが設けられた壁付近の急激な温度変化を抑制し、熱応力を低減することができる。
また、図１０（ｂ）に示すように、断熱容器３０の内壁面の全面に吸収膜３２を設け、次いで、配管２２が貫通されていない内壁面の全面に反射膜３１ａを設けるとともに、配管２２が貫通されたのと同一の内壁面において、配管２２の貫通部分の近傍に反射膜３１ｂを設け、配管２２の貫通部分から少し離れた位置に吸収膜３２が露出した部分を設け、放熱促進部４２ｂとしてもよい。このように放熱促進部４２ｂを設けることで、配管２２を介して反応装置１０から断熱容器３０に熱量が伝導するとともに、配管２２の貫通部分から少し離れた壁面に設けられた放熱促進部４２ｂにより反応装置１０から輻射される赤外線が吸収され、輻射熱として断熱容器３０に伝わる。したがって、放熱促進部４２ｂが設けられた壁全体の温度をより均一に上昇させることができ、急激な温度変化がより抑制され、熱応力を低減することができる。
＜変形例３＞
また、図１１（ａ）に示すように、断熱容器３０の配管２２が貫通されたのと同一の内壁面に吸収膜３２を設けるとともに、断熱容器の内壁面の他の部分に反射膜３１を設けることで、吸収膜３２の部分を放熱促進部４３ａとしてもよい。この場合、吸収膜３２の外周部と反射膜３１とが重なってもよい。反射膜３１により断熱効果を確保し、放熱促進部４３ａにより反応装置１０から輻射される赤外線が吸収され、輻射熱として断熱容器３０に伝わることで、放熱促進部４３ａが設けられた壁付近の温度を緩やかに上昇させることができ、急激な温度変化を抑制し、熱応力を低減することができる。
また、図１１（ｂ）に示すように、配管２２が貫通されていない内壁面の全面に反射膜３１ａを設け、配管２２が貫通されたのと同一の内壁面において、配管２２の貫通部分の近傍に反射膜３１ｂを設けるとともに、配管２２の貫通部分から少し離れた位置に吸収膜３２を設け、この吸収膜３２の部分を放熱促進部４３ｂとしてもよい。このように放熱促進部４３ｂを設けることで、配管２２を介して反応装置１０から断熱容器３０に熱量が伝導するとともに、配管２２の貫通部分から少し離れた壁面に設けられた放熱促進部４３ｂにより反応装置１０から輻射される赤外線が吸収され、輻射熱として断熱容器３０に伝わる。したがって、放熱促進部４３ｂが設けられた壁全体の温度をより均一に上昇させることができ、急激な温度変化がより抑制され、熱応力を低減することができる。
＜変形例４＞
また、反応装置１０の反応温度が６００℃を超えると、輻射密度の増加が顕著となる（図３参照）。したがって、反射膜３１が１重では充分でなくなり、２重にする必要がある。すなわち、図１２に示すように、外側の反射膜３１の内側に空隙３３をあけて第２の反射膜３４を設ける必要がある。空隙３３は例えば断熱容器３０と同じ材料からなる支持部材５０により形成される。空隙３３をあけることで、第２の反射膜３４から第１の反射膜３１への熱伝導を防ぎ、断熱効率を高めることができる。
この場合、図１３（ａ）に示すように、第２の反射膜３４の配管２２が設けられる側に放熱窓３５（放熱促進部）を設けてもよい。２重の反射膜３１，３４により輻射が防止される一方、放熱窓３５を設けることで、配管２２が貫通された内壁面の壁付近の温度を上昇させ、急激な温度変化を抑制し、熱応力を低減することができる。
また、図１３（ｂ）に示すように、第２の反射膜３４の配管２２が設けられる側に、配管２２の周囲から少し離れた位置に放熱窓３６（放熱促進部）を設けてもよい。配管２２が貫通された貫通部付近は２重の反射膜３１，３４により輻射が防止される一方、放熱窓３６を設けることで、配管２２を介して反応装置１０から断熱容器３０に熱量が伝導するとともに、反応装置１０から輻射され放熱窓３６を通過し、輻射熱として断熱容器３０に伝わる。したがって、配管２２が貫通された壁全体の温度をより均一に上昇させることができ、急激な温度変化がより抑制され、熱応力を低減することができる。
本発明が適用される発電装置１のブロック図である。 （ａ）、（ｂ）は本発明の反応装置１０を示す断面図である。 放熱促進部４０の反射率及び面積と熱リークとの関係を示すグラフである。 吸収膜３２に入射、反射、透過する赤外線の関係を示す模式図である。 ｔとＩ（ｔ）／（Ｉ−Ｒ）との関係を示すグラフである。 黒体輻射の波長と輻射密度の関係を示すグラフである。 Ａｕ，Ａｌ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｒｈの波長に対する反射率を示すグラフである。 Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系膜の吸収係数を測定した結果を示すグラフである。 （ａ）、（ｂ）は本発明の反応装置１０の変形例（＜変形例１＞）を示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）は本発明の反応装置１０の変形例（＜変形例２＞）を示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）は本発明の反応装置１０の変形例（＜変形例３＞）を示す断面図である。 本発明の反応装置１０の変形例に当たる従来の実施形態を示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）は本発明の反応装置１０の変形例（＜変形例４＞）を示す断面図である。
符号の説明
１ 発電装置
３ 気化器
４ 発電セル（燃料電池セル）
６ 電子機器
１０ 反応装置
１１，１２ 反応器
２１，２２ 配管
３０ 断熱容器
３１，３４ 反射膜
３２ 吸収膜
３５，３６ 放熱窓
４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ 放熱促進部
１４ 改質器

Claims (11)

  1. 反応器と、
    前記反応器を収容する断熱容器と、
    前記断熱容器の壁面を貫通し、前記反応器と前記断熱容器外部との間で反応物または生成物を送る配管と、を有し、
    前記断熱容器の壁面は赤外線吸収率の異なる２種類以上の領域からなり、
    前記断熱容器の壁面の赤外線吸収率のより高い領域を前記配管が貫通していることを特徴とする反応装置。
  2. 反応器と、
    前記反応器を収容する断熱容器と、
    前記断熱容器の壁面を貫通し、前記反応器と前記断熱容器外部との間で反応物または生成物を送る配管と、を有し、
    前記断熱容器の壁面は赤外線吸収率の異なる２種類以上の領域からなり、
    前記断熱容器の壁面の赤外線吸収率のより高い領域が、前記配管が貫通するのと同一壁面において、貫通部分と離間して配置されることを特徴とする反応装置。
  3. 前記赤外線吸収率のより高い領域よりも赤外線吸収率の低い領域には、赤外線反射膜が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の反応装置。
  4. 前記赤外線吸収率のより高い領域には、赤外線吸収膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の反応装置。
  5. 前記赤外線吸収膜の吸収係数と膜厚の積は２．３以上であることを特徴とする請求項４に記載の反応装置。
  6. 前記赤外線吸収膜はＣ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｐｔ，Ｃｒのいずれかを主成分とすることを特徴とする請求項４または５に記載の反応装置。
  7. 前記赤外線吸収膜はＴａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系のアモルファス半導体で、吸収係数は１０００００／ｃｍ以上であることを特徴とする請求項４または５に記載の反応装置。
  8. Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系のアモルファス半導体のモル比が０．６＜Ｓｉ／Ｔａ＜１．０かつ０．１５＜Ｎ／Ｏ＜４．１の範囲であることを特徴とする請求項７に記載の反応装置。
  9. 前記反応器は水素を発生させる改質器を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の反応装置。
  10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の前記反応装置により生成される改質ガスから電気化学反応により電力を取り出す発電セルをさらに備えることを特徴とする発電装置。
  11. 請求項１０に記載の前記発電装置を電力供給源として備えることを特徴とする電子機器。
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