JP2008305707A - 反応装置、燃料電池装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】外気温に依存せずに内部の反応器の温度を安定に維持する。
【解決手段】断熱容器１０と、断熱容器１０の内側に離間して収容され、反応物から生成物を生成する反応装置本体３０と、断熱容器１０の壁を貫通し一部が断熱容器１０の外部に露出されて反応装置本体３０に反応物を供給しまたは反応装置本体３０から生成物を排出する給排部４０と、例えば断熱容器１０の外周部に配設され、内部に冷却用流体が流されて反応装置本体３０を冷却する冷却管９２とを備える反応装置である。冷却管９２により断熱容器１０の外部温度を調整することで給排部４０の伝熱量を調整するため、外気温に依存せずに内部の反応装置本体３０の温度を安定に維持することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、反応装置、燃料電池装置及び電子機器に関する。

燃料電池は燃料の電気化学反応により電力を取り出すものであり、燃料電池の研究・開発が広く行われている。このような燃料電池において、発電に用いる燃料は水素ガスであり、改質型の燃料電池においては、反応装置として、メタノール等の原燃料を改質することでその水素ガスを生成する改質器を備える。なお、反応装置として、改質器の他、改質器の副生成物として発生する一酸化炭素による燃料電池セルの発電特性の低下を防ぐために、一酸化炭素を選択的に酸化して除去する一酸化炭素除去器を有する。

改質器では約３００〜４００℃で水蒸気改質反応が行われ、一酸化炭素除去器では約１１０〜１６０℃で一酸化炭素の選択酸化反応が行われる。この温度を維持するとともに熱効率を向上させるために、反応装置において、改質器や一酸化炭素除去器は断熱容器内に収容される。
このように常温よりも反応温度が高く、かつ、異なる反応温度の複数の反応器を有する化学反応装置には、より高温の反応器からより低温の反応器への熱伝導、または断熱容器への熱伝導により、各反応器の温度を制御する構造のものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１７１８９２号公報

しかし、上記のような構造の反応装置では、断熱容器に収容された反応装置本体からそれを囲む容器外部への熱伝導量が変化すると、高温反応器と低温反応器の温度分布が変化してしまう。反応装置本体から断熱容器外部への伝熱は、容器外壁の温度に依存しており、また、容器の外壁は外部雰囲気にさらされているため、外壁温度は外気温の変動の影響を受けやすい。したがって、化学反応装置の高温反応器と低温反応器の温度分布も外気温によって変動し、低温反応器の反応成績が変動してしまうという問題があった。

本発明の課題は、外気温に依存せずに内部の反応器の温度を安定に維持することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、断熱容器と、前記断熱容器の内側に断熱空間を介して収容され、反応物が供給されて生成物を生成する反応装置本体と、前記断熱容器の壁を貫通し一部が前記断熱容器の外部に露出されて前記反応装置本体に反応物を供給しまたは前記反応装置本体から生成物を排出する給排部と、内部に冷却用流体が流されて前記反応装置本体を冷却する冷却管と、を備え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、請求項１に記載の反応装置であって、前記冷却管は前記断熱容器の外周部に配設されていることを特徴とする。

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、前記断熱容器の外周部に設けられた加熱装置をさらに備え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のいずれかに記載の反応装置であって、前記冷却用流体として前記反応装置本体に供給される反応物を用いることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の反応装置であって、前記生成物は水素ガスを含み、前記生成物の酸化により生成した水を凝集させて貯留する貯留槽をさらに備え、前記冷却用流体として前記貯留槽内の水を用いることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の反応装置であって、前記反応装置本体は、第１の温度に設定され、反応物として第１の反応物が供給され、該第１の反応物が流れる流路を有して第１の生成物を生成する第１の反応器と、前記第１の反応器と離間して配置されて前記第１の温度より低い第２の温度に設定され、前記第１の反応器から前記第１の生成物が第２の反応物として供給され、該第２の反応物が流れる流路を有して第２の生成物を生成する第２の反応器と、を有し、前記給排部は前記第２の反応器に連結され、前記冷却管は、前記第２の反応器に対応する側に配設されていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の反応装置であって、前記断熱容器は第１の断熱容器と第２の断熱容器とを有してなり、前記第１の反応器は前記第１の断熱容器の内側に断熱空間を介して収容され、前記第１の反応器は前記第２の断熱容器の内側に断熱空間を介して収容され、前記冷却管は前記第１の反応器を冷却する第１の冷却管と前記第２の反応器を冷却する第２の冷却管とを有してなることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の反応装置であって、前記第１の反応器は、前記第１の反応物として組成に水素原子を含む原燃料が供給されて前記第１の生成物として水素を含む改質ガスを生成する改質器であり、前記第２の反応部は、前記第２の反応物として前記改質ガスが供給されて該改質ガスに含まれる一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器であることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、断熱容器と、前記断熱容器の内側に断熱空間を介して収容され、反応物が供給されて生成物を生成する反応装置本体と、前記断熱容器の壁を貫通し一部が前記断熱容器の外部に露出されて前記反応装置本体に反応物を供給しまたは前記反応装置本体から生成物を排出する給排部と、内部に冷却用流体が流されて前記反応装置本体を冷却する冷却管と、を備える反応装置と、前記反応装置から排出される前記生成物が供給され、該生成物の電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、を備えることを特徴とする燃料電池装置。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の燃料電池装置であって、前記冷却管は前記断熱容器の外周部に配設されていることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項９または１０に記載の燃料電池装置であって、前記反応装置は前記断熱容器の外周部に設けられた加熱装置をさらに備えることを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、請求項９〜１１のいずれかに記載の燃料電池装置であって、前記反応装置は、前記冷却用流体として前記反応装置本体に供給される反応物を用いることを特徴とする。

請求項１３に記載の発明は、請求項９〜１１のいずれかに記載の燃料電池装置であって、前記反応装置は、前記発電セルから排出される未反応の前記生成物に含まれる水を凝集させて貯留する貯留槽をさらに備え、前記冷却用流体として前記貯留槽内の水を用いることを特徴とする。

請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の燃料電池装置であって、前記反応装置は、前記発電セルから排出される未反応の前記生成物を触媒による燃焼反応によって酸化する燃焼器をさらに備え、前記燃焼器より排出される前記燃料ガスの酸化により生成された水を凝集させて前記貯留槽に貯留することを特徴とする。

請求項１５に記載の発明は、請求項９〜１４のいずれかに記載の燃料電池装置であって、前記反応装置本体は、第１の温度に設定され、反応物として第１の反応物が供給され、該第１の反応物が流れる流路を有して第１の生成物を生成する第１の反応器と、前記第１の反応器と離間して配置されて前記第１の温度より低い第２の温度に設定され、前記第１の反応器から前記第１の生成物が第２の反応物として供給され、該第２の反応物が流れる流路を有して第２の生成物を生成する第２の反応器と、を有し、前記給排部は前記第２の反応器に連結され、前記冷却管は、前記第２の反応器に対応する側に配設されていることを特徴とする。

請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の燃料電池装置であって、前記反応装置において、前記断熱容器は第１の断熱容器と第２の断熱容器とを有してなり、前記第１の反応器は前記第１の断熱容器の内側に断熱空間を介して収容され、前記第１の反応器は前記第２の断熱容器の内側に断熱空間を介して収容され、前記冷却管はは前記第１の反応器を冷却する第１の冷却管と前記第２の反応器を冷却する第２の冷却管とを有してなることを特徴とする。

請求項１７に記載の発明は、請求項１５または１６に記載の燃料電池装置であって、前記第１の反応器は、前記第１の反応物として組成に水素原子を含む原燃料が供給されて前記第１の生成物として水素を含む改質ガスを生成する改質器であり、前記第２の反応部は、前記第２の反応物として前記改質ガスが供給されて前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器であることを特徴とする。

請求項１８に記載の発明は、請求項９〜１７のいずれか一項に記載の燃料電池装置と、前記燃料電池セルにより発電された電気により動作する電子機器本体と、を備えることを特徴とする電子機器である。

本発明によれば、断熱容器の外部温度を調整することで給排部の伝熱量を調整するため、外気温に依存せずに内部の反応装置本体の温度を安定に維持することができる。

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。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る電子機器１０００を示すブロック図である。この電子機器１０００は、例えば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、ゲーム機器等といった携帯型の電子機器である。

電子機器１０００は、燃料電池装置１と、燃料電池装置１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１００２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００２に接続される二次電池１００３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００２より電気エネルギーが供給される電子機器本体１００１と、を備える。

燃料電池装置１は後述するように、電気エネルギーを生成しＤＣ／ＤＣコンバータ１００２に出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１００２は燃料電池装置１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本体１００１に供給する機能の他に、燃料電池装置１により生成された電気エネルギーを二次電池１００３に充電する機能を有する。これにより電子機器１０００は、燃料電池装置１が動作していない時に、二次電池１００３に蓄電された電気エネルギーを電子機器本体１００１に供給することができる。

次に、燃料電池装置１について詳細に説明する。この燃料電池装置１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１００２に出力する電気エネルギーを生成するものであり、燃料容器２、気化器３、改質器４、一酸化炭素除去器５、燃料電池セル７、触媒燃焼器８、凝集器９、断熱容器１０等を備える。

燃料容器２には、液体の原燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル）と水との混合液が貯留されている。なお、液体の原燃料と水とを別々の容器に貯留してもよい。
燃料容器２内の混合液は、図示しないポンプにより気化器３に送液される。

気化器３は燃料容器２から送られた混合液を加熱装置３ａ等からの伝熱等により約１１０〜１６０℃程度に加熱し、気化させる。気化器３で気化した混合気は改質器４へ送られる。

改質器４は内部に流路が形成され、流路の壁面に触媒が担持されている。改質器４は気化器３から送られる混合気を触媒燃焼器８や加熱装置４ａ等からの伝熱等により約３００〜４００℃程度に加熱し、流路内の触媒により改質反応を起こさせる。すなわち、原燃料と水の触媒反応によって、燃料としての水素、二酸化炭素、及び、副生成物である微量な一酸化炭素等の混合気体（改質ガス）が生成される。

ここで、原燃料がメタノールの場合、改質器４では主に次式（１）に示すような主反応である水蒸気改質反応が起こる。
ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂＋ＣＯ₂ …（１）
なお、化学反応式（１）についで逐次的に起こる次式（２）のような副反応によって、副生成物として一酸化炭素が微量に（１％程度）生成される。
Ｈ₂＋ＣＯ₂→Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ …（２）
（１）式及び（２）式の反応による生成物（改質ガス）は一酸化炭素除去器５に送出される。

一酸化炭素除去器５の内部には流路が形成され、その流路の壁面に触媒が担持されている。一酸化炭素除去器５には改質器４で生成された改質ガス及び、外部の空気が送られる。一酸化炭素除去器５は約１１０〜１６０℃程度に維持され、改質ガスのうちの一酸化炭素が触媒により次式（３）のような主反応（選択酸化反応）により優先的に酸化される。これにより主生成物として二酸化炭素が生成され、改質ガス中の一酸化炭素を燃料電池セル７に供給可能な１０ｐｐｍ程度まで低濃度化することができる。
２ＣＯ＋Ｏ₂→２ＣＯ₂ …（３）
なお、一酸化炭素除去器５は起動時には加熱装置５ａの熱により、定常運転時には（３）式の反応及び改質器４からの熱伝導により加熱される。
一酸化炭素除去器５を通過した改質ガスは燃料電池セル７に送出される。

改質器４及び一酸化炭素除去器５は、後述する触媒燃焼器８とともに断熱容器１０内に収容されている。なお、ここでは、気化器３が断熱容器１０の外に配置される例を示しているが、気化器３を断熱容器１０内に配置してもよい。

断熱容器１０は、ステンレス（ＳＵＳ３０４）やコバール合金等の金属板や、ガラス基板等により形成された筐体の内壁面に熱線反射膜１２を形成してなる。断熱容器１０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（例えば０．１Ｐａ以下）に維持されている。
断熱容器１０の外壁面には、後述するように、加熱装置１１が設けられている。

加熱装置３ａ，４ａ，５ａ，１１は、薄膜抵抗体であり、電力を消費して熱を発生させるヒーターの役割を果たす。また、温度に依存した電気抵抗が変化するため、抵抗値を計測することで温度計測にも用いられ、温度センサの役割を果たす。

燃料電池セル７は固体高分子型燃料電池であり、固体高分子電解質膜７１と、固体高分子電解質膜７１の両面に形成された燃料極７２（アノード）及び酸素極７３（カソード）と、燃料極７２に改質ガスを供給する燃料供給流路７４ａが設けられた燃料極セパレータ７４と、酸素極７３に酸素を供給する酸素供給流路７５ａが設けられた酸素極セパレータ７５と、が積層されている。

固体高分子電解質膜７１は水素イオンを透過するが、酸素分子や水素分子、電子を通さない性質を有する。
燃料極７２には燃料供給流路７４ａを介して一酸化炭素除去器５から送出された改質ガスが送られる。燃料極７２では改質ガス中の水素による次式（４）のような反応が起こる。
Ｈ₂→２H⁺＋２ｅ^- …（４）
生成した水素イオンは固体高分子電解質膜７１を透過して酸素極７３に到達する。生成した電子はアノード出力電極７６に供給される。

酸素極７３には、空気が酸素供給流路７５ａを介して送られる。酸素極７３では固体高分子電解質膜７１を透過した水素イオンと、空気中の酸素とカソード出力電極７７より供給される電子とにより、次式（５）に示すように水が生成される。
２H⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ …（５）
アノード出力電極７６及びカソード出力電極７７は外部回路であるＤＣ／ＤＣコンバータ１００２と接続されており、アノード出力電極７６に到達した電子はＤＣ／ＤＣコンバータ１００２を通ってカソード出力電極７７に供給される。

触媒燃焼器８は断熱容器１０の内部に設けられ、触媒燃焼器８の内部には流路が形成され、その流路の壁面に触媒が担持されている。触媒燃焼器８には燃料供給流路７４ａを通過した未反応の改質ガス（オフガス）及び外部の空気が送られ、改質ガスを酸化する触媒による燃焼反応によって改質ガス中に残留する水素が空気により燃焼される。これにより改質器４における改質反応に用いられる反応熱が供給される。なお、触媒燃焼器８に供給する空気の量を調整することで、供給される反応熱の量が調整される。また、この燃焼反応において水が生成され、触媒燃焼器８から排出されるガスには水が含まれている。

凝集器９は、水の凝集の際に生じる熱をすばやく放出できるように、また、改質反応の挙動に影響しないように、断熱容器１０の外部に設けられていることが望ましい。凝集器９では、燃料電池セル７または触媒燃焼器８より供給されたガスが自然放熱により冷却され、温度が低下することにより凝集した水が捕集される。

凝集器９は、捕集した水を貯留する貯留槽９１と、貯留槽９１から断熱容器１０の外周部まで延設された冷却管９２とを備える。
貯留槽９１に貯留された水は充分に冷却され、ほぼ室温になっているため、冷却用流体として用いることができる。
冷却管９２は両端が貯留槽９１に接続されており、貯留槽９１内の水が冷却管９２を通って断熱容器１０の外周部を流れて環流するように形成されている。冷却管９２には、内部の水を環流させるためのポンプ９３が設けられている。
凝集器９で水を除去された排ガスは、外部に排出される。

次に、断熱容器１０に収容された改質器４、一酸化炭素除去器５、触媒燃焼器８、加熱装置１１、及び冷却管９２の構造について具体的に説明する。
図２は断熱容器１０を給排部４０が貫通する面から見た正面図であり、図３は図２のIII−III矢視断面図であり、図４は図２のIV−IV矢視断面図である。図３、図４に示すように、断熱容器１０の内壁面には、金等からなる熱線反射膜が設けられている。

断熱容器１０の内部には、断熱容器１０の内壁面との間に隙間をあけて反応装置本体３０が設けられている。反応装置本体３０は複数の基板３１，３２，３３を積層してなり、改質器４、一酸化炭素除去器５、及び触媒燃焼器８を有する。反応装置本体３０は、改質器４を有する高温反応部３０Ａと、一酸化炭素除去器５を有する低温反応部３０Ｂとからなり、高温反応部３０Ａと低温反応部３０Ｂとの間には、両者の温度差を維持するためにスリット３０Ｃが設けられている。

低温反応部３０Ｂからは、断熱容器１０の壁を貫通して一部が外部に露出される給排部４０が延設されている。反応装置本体３０は給排部４０により断熱容器１０内に支持されている。
ここで、給排部４０は複数の配管群からなり、この配管群には、気化器３から改質器４に混合気を送出する配管４１、一酸化炭素除去器５に空気を供給する配管４２、一酸化炭素除去器５から改質ガスを排出する配管４３、触媒燃焼器８にオフガスを供給する配管４４、触媒燃焼器８に空気を供給する配管４５、触媒燃焼器８から排ガスを排出する配管４６（図１参照）等が含まれる。

図２、図３に示すように、断熱容器１０の伝熱経路となる給排部４０が貫通する壁の外表面には、加熱装置１１が設けられている。加熱装置１１は断熱容器１０を加熱することで、給排部４０により低温反応部３０Ｂから断熱容器１０への伝熱量を調整する。

また、図２、図３に示すように、断熱容器１０の外周部には、給排部４０が貫通する壁を囲むように、冷却管９２が設けられている。冷却管９２は、内部を流れる水により断熱容器１０を冷却することで、給排部４０により低温反応部３０Ｂから断熱容器１０への伝熱量を調整する。

次に、燃料電池装置１の動作について説明する。
まず、加熱装置３ａ，４ａ，５ａにより気化器３、改質器４及び一酸化炭素除去器５を動作温度まで加熱する。
次に、図示しないポンプを駆動し、燃料容器２内の混合液を気化器３に送出するとともに、図示しないエアポンプを駆動し、一酸化炭素除去器５、燃料電池セル７の酸素供給流路７５ａ、触媒燃焼器８、凝集器９に外部の空気を送出する。

混合液は気化器３で気化され、改質器４で改質され、一酸化炭素除去器５で一酸化炭素を除去された後、燃料電池セル７の燃料供給流路７４ａに送出される。そして、燃料電池セル７に送出された改質ガス及び空気による化学反応式（５），（６）の電気化学反応により、電力が取り出される。

一酸化炭素除去器５において一酸化炭素や水素が酸化される際に熱が発生する。断熱容器１０内には加熱用の加熱装置４ａ，５ａはあるものの、冷却用の装置は設けられておらず、一酸化炭素除去器５の温度低下は給排部４０による伝熱量に依存する。ここで、給排部４０による伝熱量は、一酸化炭素除去器５と断熱容器１０との温度差に依存する。そこで、本実施形態においては、断熱容器１０の温度を調整することで、断熱容器１０内の一酸化炭素除去器５や改質器４の温度調整を可能としている。以下、その具体的な温度調整方法について説明する。

まず、断熱容器１０の温度を低下させるには、ポンプ９３を駆動して貯留槽９１内の水を冷却管９２内に流す。すると、断熱容器１０から冷却管９２に熱が伝導し、断熱容器１０の温度が低下する。ポンプ９３により冷却管９２内の水の流量を調整することで、断熱容器１０の冷却速度を調整することができる。
なお、断熱容器１０の温度は、加熱装置１１に微弱な電流を流して抵抗値を計測することで算出される。

一方、断熱容器１０の温度が低下しすぎると、給排部４０による伝熱量が増大し、一酸化炭素除去器５の温度が必要以上に低下するおそれがある。そこで、加熱装置１１に通電し、断熱容器１０を加熱することで、断熱容器１０の温度を上昇させることができる。

このように、ポンプ９３と加熱装置１１を用いて断熱容器１０の外部温度を調整することで、給排部４０による伝熱量を調整することができる。これにより、外気温に依存せずに断熱容器１０内部の反応装置本体３０の温度を安定に維持することができる。

また、貯留槽９１に貯留された水を冷却用流体として用いるため、冷却用流体の補充が不要となる。

＜変形例１＞
図５は本発明の第１変形例に係る断熱容器１１０を給排部１４０が貫通する面から見た正面図であり、図６は図５のVI矢視方向から見た左側面図であり、図７は図６のVII−VII矢視断面図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、下２桁に同符号を付して説明を割愛する。

本変形例においては、加熱装置１１１、及び、冷却管１９２の配置が異なっている。すなわち、図５〜図７に示すように、断熱容器１１０の給排部１４０が貫通する壁の外表面には、給排部１４０を囲むように、冷却管１９２が設けられている。また、断熱容器１１０の給排部１４０が貫通する壁と交差する左右の壁面に、加熱装置１１１が設けられている。

このように、本変形例においては、伝熱経路となる給排部１４０の近傍に冷却管１９２が設けられているため、より迅速に給排部１４０の近傍を冷却することができる。

〔第２実施形態〕
図８は本発明の第２実施形態に係る電子機器１２００を示すブロック図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、下２桁に同符号を付して説明を割愛する。
本実施形態に係る燃料電池装置２０１においては、冷却管９２及びポンプ９３を凝集器９に設ける代わりに、冷却管２２２及びポンプ２２３が設けられている。

冷却管２２２は両端が燃料容器２０２に接続されており、冷却管９２と同様に給排部２４０が貫通する壁を囲むように、あるいは冷却管１９２と同様に給排部２４０を囲むように、断熱容器２１０の外周面と当接して配置される。
ポンプ２２３は冷却管２２２に設けられており、燃料容器２０２内の燃料が冷却管２２２を通って断熱容器２１０の外周部を流れて環流するように駆動される。

本実施形態においては、凝集器２０９の水の代わりに、燃料容器２０２内の燃料を用いて、第１実施形態または変形例１と同様に断熱容器２１０の冷却を行うことができる。また、断熱容器２１０の冷却に燃料を用いるため、燃料の温度が上昇し、気化器２０３で燃料を気化させるのに必要な熱量を低減させることができる。

〔第３実施形態〕
図９は本発明の第３実施形態に係る電子機器１３００を示すブロック図である。なお、第１実施形態と同様の構成については、下２桁に同符号を付して説明を割愛する。

本実施形態においては、改質器３０４と一酸化炭素除去器３０５とが別々の断熱容器３１０Ａ，３１０Ｂ内に設けられている。また、断熱容器３１０Ａ，３１０Ｂの内部に触媒燃焼器を設ける代わりに、オフガスを燃焼させる水素燃焼器３０８が設けられている。

また、本実施形態においては、凝集器３０９は、貯留槽３９１から断熱容器３１０Ａの外周部まで延設された冷却管３９２Ａと、貯留槽３９１から断熱容器３１０Ｂの外周部まで延設された冷却管３９２Ｂとを備える。

冷却管３９２Ａ，３９２Ｂは両端が貯留槽３９１に接続されており、貯留槽３９１内の水が冷却管３９２Ａ，３９２Ｂを通って断熱容器３１０Ａ，３１０Ｂの外周部を流れて環流するように形成されている。冷却管３９２Ａ，３９２Ｂには、内部の水を流すためのポンプ３９３Ａ，３９３Ｂがそれぞれ設けられている。

図１０は断熱容器３１０Ａを給排部３４０Ａが貫通する面から見た正面図であり、図１１は図１０のXI−XI矢視断面図であり、図１２は図１０のXII−XII矢視断面図である。

断熱容器３１０Ａの内部には、断熱容器１０の内壁面との間に隙間をあけて改質器３０４が設けられている。改質器３０４は複数の基板３３１Ａ，３３２Ａを積層してなる。改質器３０４の外表面には、薄膜抵抗体からなる加熱装置３０４ａが設けられている。

給排部３４０Ａは改質器３０４から延設され、断熱容器３１０Ａを貫通している。改質器３０４は給排部３４０Ａにより断熱容器３１０Ａ内に支持されている。
ここで、給排部３４０Ａには、気化器３０３から改質器３０４に混合気を送出する配管３４１、及び改質器３０４から一酸化炭素除去器３０５に改質ガスを排出する配管３４２が含まれる。

図１３は断熱容器３１０Ｂを給排部３４０Ｂが貫通する面から見た正面図であり、図１４は図１３のXIV−XIV矢視断面図であり、図１５は図１３のXV−XV矢視断面図である。

断熱容器３１０Ｂの内部には、断熱容器１０の内壁面との間に隙間をあけて一酸化炭素除去器３０５が設けられている。一酸化炭素除去器３０５は複数の基板３３１Ｂ，３３２Ｂを積層してなる。一酸化炭素除去器３０５の外表面には、薄膜抵抗体からなる加熱装置３０５ａが設けられている。

給排部３４０Ｂは一酸化炭素除去器３０５から延設され、断熱容器３１０Ｂの壁を貫通している。一酸化炭素除去器３０５は給排部３４０Ｂにより断熱容器３１０Ｂ内に支持されている。
ここで、給排部３４０Ｂには、改質器３０４から一酸化炭素除去器３０５に改質ガスを供給する配管３４３、一酸化炭素除去器５に空気を供給する配管３４４、一酸化炭素除去器５から燃料電池セル３０７に改質ガスを排出する配管３４５等が含まれる。

図１０〜図１５に示すように、断熱容器３１０Ａ，３１０Ｂの伝熱経路となる給排部３４０Ａ，３４０Ｂが貫通する壁の外表面には、薄膜抵抗体からなる加熱装置３１１Ａ，３１１Ｂが設けられている。加熱装置３１１Ａ，３１１Ｂは断熱容器３１０Ａ，３１０Ｂを加熱することで、給排部３４０Ａ，３４０Ｂにより改質器３０４から断熱容器３１０Ａへの伝熱量、一酸化炭素除去器３０５から断熱容器３１０Ｂへの伝熱量を調整する。

また、図１０〜図１５に示すように、断熱容器３１０Ａ，３１０Ｂの外周部には、給排部３４０Ａ，３４０Ｂが貫通する壁を囲むように、冷却管３９２Ａ，３９２Ｂが設けられている。冷却管３９２Ａ，３９２Ｂは、内部を流れる水により断熱容器３１０Ａ，３１０Ｂを冷却することで、給排部３４０Ａ，３４０Ｂにより改質器３０４から断熱容器３１０Ａへの伝熱量、一酸化炭素除去器３０５から断熱容器３１０Ｂへの伝熱量を調整する。

本実施形態においては、ポンプ３９３Ａ，３９３Ｂと加熱装置３１１Ａ，３１１Ｂとを用いて断熱容器３１０Ａ，３１０Ｂの温度を独立に調整し、給排部３４０Ａ，３４０Ｂによる伝熱量を調整することができる。このため、改質器３０４の温度と一酸化炭素除去器３０５の温度とを独立に調整することができる。

＜変形例２＞
図１６は本発明の第２変形例に係る断熱容器４１０Ａを給排部４４０Ａが貫通する面から見た正面図であり、図１７は図１６のXVII矢視方向から見た左側面図であり、図１８は図１６のXVIII−XVIII矢視断面図であり、図１９は図１６のXIX−XIX矢視断面図である。また、図２０は本発明の第２変形例に係る断熱容器４１０Ｂを給排部４４０Ｂが貫通する面から見た正面図であり、図２１は図２０のXXI矢視方向から見た左側面図であり、図２２は図２０のXXII−XXII矢視断面図であり、図２３は図２０のXXIII−XXIII矢視断面図である。なお、第３実施形態と同様の構成については、下２桁に同符号を付して説明を割愛する。

本変形例においては、加熱装置４１１Ａ，４１１Ｂ、及び、冷却管４９２Ａ，４９２Ｂの配置が異なっている。すなわち、図１６〜図２３に示すように、断熱容器４１０Ａ，４１０Ｂの給排部４４０Ａ，４４０Ｂが貫通する壁の外表面には、給排部４４０Ａ，４４０Ｂを囲むように、冷却管４９２Ａ，４９２Ｂが設けられている。また、断熱容器４１０Ａ，４１０Ｂの給排部４４０Ａ，４４０Ｂが貫通する壁と交差する左右の壁面に、加熱装置４１１Ａ，４１１Ｂが設けられている。

このように、本変形例においては、伝熱経路となる給排部４４０Ａ，４４０Ｂの近傍に冷却管４９２Ａ，４９２Ｂが設けられているため、変形例１と同様に、より迅速に給排部４４０Ａ，４４０Ｂの近傍を冷却することができる。

〔第４実施形態〕
図２４は本発明の第４実施形態に係る電子機器１５００を示すブロック図である。なお、第３実施形態と同様の構成については、下２桁に同符号を付して説明を割愛する。
本実施形態に係る燃料電池装置５０１においては、冷却管３９２Ａ，３９２Ｂ及びポンプ３９３Ａ，３９３Ｂを凝集器３０９に設ける代わりに、冷却管５２２Ａ，５２２Ｂ及びポンプ５２３Ａ，５２３Ｂが設けられている。

冷却管５２２Ａ，５２２Ｂは両端が燃料容器５０２に接続されており、冷却管３９２Ａ，３９２Ｂと同様に給排部５４０Ａ，５４０Ｂが貫通する壁を囲むように、あるいは冷却管４９２Ａ，４９２Ｂと同様に、給排部５４０Ａ，５４０Ｂを囲むように、断熱容器５１０Ａ，５１０Ｂの外周面と当接して配置される。
ポンプ５２３Ａ，５２３Ｂは冷却管５２２Ａ，５２２Ｂにそれぞれ設けられており、燃料容器５０２内の燃料が冷却管５２２Ａ，５２２Ｂを通って断熱容器５１０Ａ，５１０Ｂの外周部を流れて環流するように駆動される。

本実施形態においては、凝集器５０９の水の代わりに、燃料容器５０２内の燃料を用いて、第３実施形態または変形例２と同様に断熱容器５１０Ａ，５１０Ｂの冷却を行うことができる。また、断熱容器５１０Ａ，５１０Ｂの冷却に燃料を用いるため、燃料の温度が上昇し、気化器５０３で燃料を気化させるのに必要な熱量を低減させることができる。

なお、以上の実施形態においては、断熱容器の外周部に設ける加熱装置として薄膜抵抗体からなる加熱装置を用いたが、本発明はこれに限らず、任意の加熱装置を用いることができる。

本発明の第１実施形態に係る電子機器１０００を示すブロック図である。 断熱容器１０を給排部４０が貫通する面から見た正面図である。 図２のIII−III矢視断面図である。 図２のIV−IV矢視断面図である。 本発明の第１変形例に係る断熱容器１１０を給排部１４０が貫通する面から見た正面図である。 図５のVI矢視方向から見た側面図である。 図６のVII−VII矢視断面図である。 本発明の第２実施形態に係る電子機器１２００を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る電子機器１３００を示すブロック図である。 断熱容器３１０Ａを給排部３４０Ａが貫通する面から見た正面図である。 図１０のXI−XI矢視断面図である。 図１０のXII−XII矢視断面図である。 断熱容器３１０Ｂを給排部３４０Ｂが貫通する面から見た正面図である。 図１３のXIV−XIV矢視断面図である。 図１３のXV−XV矢視断面図である。 本発明の第２変形例に係る断熱容器４１０Ａを給排部４４０Ａが貫通する面から見た正面図である。 図１６のXVII矢視方向から見た側面図である。 図１６のXVIII−XVIII矢視断面図である。 図１６のXIX−XIX矢視断面図である。 本発明の第２変形例に係る断熱容器４１０Ｂを給排部４４０Ｂが貫通する面から見た正面図である。 図２０のXXI矢視方向から見た側面図である。 図２０のXXII−XXII矢視断面図である。 図２０のXXIII−XXIII矢視断面図である。 本発明の第４実施形態に係る電子機器１５００を示すブロック図である。

符号の説明

１，２０１，３０１，５０１ 燃料電池装置
１１，１１１，２１１，３１１Ａ，３１１Ｂ，４１１Ａ，４１１Ｂ，５１１Ａ，５１１Ｂ 加熱装置（加熱装置）
４，１０４，２０４，３０４，４０４，５０４ 改質器
５，１０５，２０５，３０５，４０５，５０５ 一酸化炭素除去器
７，２０７，３０７，５０７ 燃料電池セル
１０，１１０，２１０，３１０Ａ，３１０Ｂ，４１０Ａ，４１０Ｂ，５１０Ａ，５１０Ｂ
断熱容器
３０，１３０ 反応装置本体
４０，１４０，２４０，３４０Ａ，３４０Ｂ，４４０Ａ，４４０Ｂ，５４０Ａ，５４０Ｂ 給排部
９１，２９１，３９１，５９１ 貯留槽
９２，１９２，２２２，３９２Ａ，３９２Ｂ，４９２Ａ，４９２Ｂ，５９２Ａ，５９２Ｂ 冷却管
１０００，１２００，１３００，１５００ 電子機器
１００１，１２０１，１３０１，１５０１ 電子機器本体

Claims (18)

1. 断熱容器と、
   前記断熱容器の内側に断熱空間を介して収容され、反応物が供給されて生成物を生成する反応装置本体と、
   前記断熱容器の壁を貫通し一部が前記断熱容器の外部に露出されて前記反応装置本体に反応物を供給しまたは前記反応装置本体から生成物を排出する給排部と、
   内部に冷却用流体が流されて前記反応装置本体を冷却する冷却管と、
   を備えることを特徴とする反応装置。
2. 前記冷却管は前記断熱容器の外周部に配設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。
3. 前記断熱容器の外周部に設けられた加熱装置をさらに備え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. 前記冷却用流体として前記反応装置本体に供給される反応物を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の反応装置。
5. 前記生成物は水素ガスを含み、
   前記生成物の酸化により生成した水を凝集させて貯留する貯留槽をさらに備え、
   前記冷却用流体として前記貯留槽内の水を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の反応装置。
6. 前記反応装置本体は、第１の温度に設定され、反応物として第１の反応物が供給され、該第１の反応物が流れる流路を有して第１の生成物を生成する第１の反応器と、前記第１の反応器と離間して配置されて前記第１の温度より低い第２の温度に設定され、前記第１の反応器から前記第１の生成物が第２の反応物として供給され、該第２の反応物が流れる流路を有して第２の生成物を生成する第２の反応器と、を有し、
   前記給排部は前記第２の反応器に連結され、
   前記冷却管は、前記第２の反応器に対応する側に配設されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の反応装置。
7. 前記断熱容器は第１の断熱容器と第２の断熱容器とを有してなり、
   前記第１の反応器は前記第１の断熱容器の内側に断熱空間を介して収容され、前記第１の反応器は前記第２の断熱容器の内側に断熱空間を介して収容され、
   前記冷却管は前記第１の反応器を冷却する第１の冷却管と前記第２の反応器を冷却する第２の冷却管とを有してなることを特徴とする請求項６に記載の反応装置。
8. 前記第１の反応器は、前記第１の反応物として組成に水素原子を含む原燃料が供給されて前記第１の生成物として水素を含む改質ガスを生成する改質器であり、
   前記第２の反応部は、前記第２の反応物として前記改質ガスが供給されて該改質ガスに含まれる一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器であることを特徴とする請求項６または７に記載の反応装置。
9. 断熱容器と、前記断熱容器の内側に断熱空間を介して収容され、反応物が供給されて生成物を生成する反応装置本体と、前記断熱容器の壁を貫通し一部が前記断熱容器の外部に露出されて前記反応装置本体に反応物を供給しまたは前記反応装置本体から生成物を排出する給排部と、内部に冷却用流体が流されて前記反応装置本体を冷却する冷却管と、を備える反応装置と、
   前記反応装置から排出される前記生成物が供給され、該生成物の電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、
   を備えることを特徴とする燃料電池装置。
10. 前記冷却管は前記断熱容器の外周部に配設されていることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池装置。
11. 前記反応装置は前記断熱容器の外周部に設けられた加熱装置をさらに備えることを特徴とする請求項９または１０に記載の燃料電池装置。
12. 前記反応装置は、前記冷却用流体として前記反応装置本体に供給される反応物を用いることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の燃料電池装置。
13. 前記反応装置は、前記発電セルから排出される未反応の前記生成物に含まれる水を凝集させて貯留する貯留槽をさらに備え、
    前記冷却用流体として前記貯留槽内の水を用いることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の燃料電池装置。
14. 前記反応装置は、前記発電セルから排出される未反応の前記生成物を触媒による燃焼反応によって酸化する燃焼器をさらに備え、
    前記燃焼器より排出される前記燃料ガスの酸化により生成された水を凝集させて前記貯留槽に貯留することを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池装置。
15. 前記反応装置本体は、第１の温度に設定され、反応物として第１の反応物が供給され、該第１の反応物が流れる流路を有して第１の生成物を生成する第１の反応器と、前記第１の反応器と離間して配置されて前記第１の温度より低い第２の温度に設定され、前記第１の反応器から前記第１の生成物が第２の反応物として供給され、該第２の反応物が流れる流路を有して第２の生成物を生成する第２の反応器と、を有し、
    前記給排部は前記第２の反応器に連結され、
    前記冷却管は、前記第２の反応器に対応する側に配設されていることを特徴とする請求項９〜１４のいずれかに記載の燃料電池装置。
16. 前記反応装置において、
    前記断熱容器は第１の断熱容器と第２の断熱容器とを有してなり、
    前記第１の反応器は前記第１の断熱容器の内側に断熱空間を介して収容され、
    前記第１の反応器は前記第２の断熱容器の内側に断熱空間を介して収容され、
    前記冷却管はは前記第１の反応器を冷却する第１の冷却管と前記第２の反応器を冷却する第２の冷却管とを有してなることを特徴とする請求項１５に記載の燃料電池装置。
17. 前記第１の反応器は、前記第１の反応物として組成に水素原子を含む原燃料が供給されて前記第１の生成物として水素を含む改質ガスを生成する改質器であり、
    前記第２の反応部は、前記第２の反応物として前記改質ガスが供給されて前記改質ガスに含まれる一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器であることを特徴とする請求項１５または１６に記載の燃料電池装置。
18. 請求項９〜１７のいずれか一項に記載の燃料電池装置と、
    前記燃料電池セルにより発電された電気により動作する電子機器本体と、
    を備えることを特徴とする電子機器。

Images