JP4371091B2 - 反応装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料の改質を行う改質器を有する反応装置、特に燃料電池に供給する水素を生成する改質器を有する反応装置に関する。

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の燃料電池を自動車や携帯機器などに搭載するため開発が進められている。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単体が挙げられるが、常温、常圧で気体であることによる取り扱いに問題がある。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、アルコール類及びガソリンといった水素原子を有する炭化水素系の液体燃料を改質して水素を生成する改質型燃料電池では、燃料を液体の状態で容易に保存できる。このような燃料電池においては液体燃料及び水を気化させる気化器、気化された液体燃料と高温の水蒸気から改質反応によって、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ことがある（例えば、特許文献１参照）。

また、このような改質型燃料電池を小型化するために、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の開発が進められている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に記載の構成においては、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２枚の金属基板を接合したものであり、その溝が流路となっている。
特開２００２−３５６３１０号公報 特開２００５−１３２７１２号公報

しかしながら、特許文献２に記載されたような構成では、２枚の金属基板を接合することで改質器等を作成し、改質器等を縦方向に積層した状態で固定部材によって固定されているため、接合面が多くなっている。一般的に接合面は強度が弱く、内部から反応物や生成物が接合面を通じて漏洩する虞がある。特許文献２に記載された反応装置では、一酸化炭素除去器の動作温度が２００℃未満であるのに対し改質器の動作温度が２５０℃以上であり、改質器と一酸化炭素除去器とで動作可能な温度環境が異なっているから、改質器と一酸化炭素除去器とを別体で構成して各反応器同士を連結部材で繋ぎ合わせ、断熱性のパッケージ内をほぼ真空に保つことでその温度差を維持する。しかし、改質器や一酸化炭素除去器は複数の部材を接合して構成する為、もし接合不良箇所があればそこから反応部内のガスが断熱パッケージ内真空層に漏出し、真空層の断熱性が保たれなくなる。これにより反応に最適な温度分布を反応部に作り出すことが不可能となる問題がある。
そこで、本発明は、反応物の反応を起こす反応部を備える反応装置において、反応部における接合面を少なくして外部への反応物や生成物の漏洩を抑えて、安全性を向上させることができる反応装置を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、燃料の改質を行う改質器を有する反応装置において、少なくとも、ベースプレートと、前記ベースプレート上に設けられ、第１の温度に設定され、反応物の反応を起こす第１の反応部と、を備え、前記第１の反応部は、互いに連通された第１の反応器及び第２の反応器と、前記第１の反応器及び前記第２の反応器を加熱して前記第１の温度に設定する加熱部と、を具備し、前記反応装置は、更に、前記第１の温度より低い第２の温度に設定され、反応物の反応を起こす第２の反応部と、前記第１の反応部と前記第２の反応部との間に架設され、前記第１の反応部の反応物を前記第１の反応部へ送り、前記第１の反応部の反応生成物を前記第２の反応部へ送る連結管と、前記第２の反応部に接続され、前記第１の反応部へ供給される反応物及び前記第２の反応部から排出される前記第２の反応部の反応生成物が流通する給排部と、を備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の反応装置において、前記加熱部は、前記第１の反応器及び前記第２の反応器との間に密着して設けられ、前記第１の反応器と前記加熱部と前記第２の反応器とが前記ベースプレート上に並置して設けられていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の反応装置において、前記第１の反応器及び前記第２の反応器は、各々、前記ベースプレート上に立設され、反応物が流れる流路を形成する複数の隔壁と、前記ベースプレートに接合され、前記複数の隔壁を収容して開口部が前記ベースプレートに接合されて閉塞された箱体とを有することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項２に記載の反応装置において、前記第１の反応器、前記加熱部及び前記第２の反応器は、板状の金属材料を接合して形成されることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１に記載の反応装置において、前記第１の反応器、前記加熱部及び前記第２の反応器は、板状の金属材料を接合して形成されることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１に記載の反応装置において、前記加熱部は内部に設けられた空間を流れる気体燃料の燃焼を起こす燃焼器を備えることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項６に記載の反応装置において、前記燃焼器は前記気体燃料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。

請求項８に係る発明は、請求項７に記載の反応装置において、前記燃焼器は前記気体燃料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及び側面に塗布されていることを特徴とする。

請求項９に係る発明は、請求項１に記載の反応装置において、前記第２の反応部に設けられ、少なくとも、前記第１の反応部に反応物の供給を行うとともに、前記第２の反応部から反応生成物の排出を行う複数の流路を有する給排部を更に備えることを特徴とする。

請求項１０に係る発明は、請求項１に記載の反応装置において、前記ベースプレート、前記第１の反応部、前記第２の反応部及び前記連結管の全体を覆い、内部空間が真空圧とされる断熱容器を更に備えることを特徴とする。

請求項１１に係る発明は、請求項１０に記載の反応装置において、前記断熱容器は、板状の金属材料を接合して形成される箱体からなることを特徴とする。

請求項１２に係る発明は、請求項１に記載の反応装置において、前記加熱部は、前記連結管を介して前記第２の反応部を前記第２の温度に設定することを特徴とする。

請求項１３に係る発明は、請求項１に記載の反応装置において、前記第１の反応部には、第１の反応物が供給されて第１の反応生成物を生成し、前記第２の反応部には、前記第１の反応生成物が供給されて第２の反応生成物を生成し、前記第１の反応物は気化された炭化水素系の燃料であって、前記第１の反応部は、前記第１の反応物の改質反応を起こす改質器であり、前記第１の反応生成物に一酸化炭素が含まれ、前記第２の反応部は、前記第１の反応生成物に含まれる一酸化炭素を選択酸化によって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１４に係る発明は、請求項１に記載の反応装置において、前記連結管及び前記第２の反応部は、前記ベースプレート上に設けられ、該ベースプレートは、前記第１の反応部と前記第２の反応部の間の前記連結管の部分で括れた形状を有することを特徴とする。

本発明に係わる反応装置によれば、反応部における接合面を減らすことができて、反応部から外部への反応物や生成物の漏洩を抑えて、信頼性を向上させることができる。また、接合プロセスも少なくなるから製造プロセスの簡略化を図ることができる。

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、本発明に係わる反応装置の実施形態におけるマイクロリアクタモジュール１斜め上から示した斜視図であり、図２は、本実施形態におけるマイクロリアクタモジュール１を斜め下から示した斜視図であり、図３は、本実施形態におけるマイクロリアクタモジュール１の側面図である。

このマイクロリアクタモジュール１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、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、比較的高温に設定されて改質反応が起こる高温反応部（第１の反応部）４と、比較的低温に設定されて選択酸化反応が起きる低温反応部（第２の反応部）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。

図４は、本実施形態における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、水素ガス、メタノールガス等）がそれぞれ別々にあるいは混合気として供給され、これら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、ジメチルエーテル、ブタン、ガソリン）がそれぞれ別々にある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における燃焼熱によって水と液体燃料が気化器５０２内において気化する。

高温反応部４には主に第一改質器（第１の反応器）５０６、第二燃焼器（加熱部）５０８及び第二改質器（第２の反応器）５１０が設けられ、第二燃焼器５０８が第一改質器５０６と第二改質器５１０の間に挟まれた位置に設けられ、これら第一改質器５０６、第二燃焼器５０８、第二改質器５１０が図面横方向に密着され、第一改質器５０６と第二改質器５１０とは互いに連通する構造になっている。

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）がそれぞれ別々にあるいは混合気として供給され、これらの触媒燃焼によって熱が発する。なお、燃料電池では水素ガスの電気化学反応により電気が生成され、燃料電池から排出されたオフガスに含まれる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、ジメチルエーテル、ブタン、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に供給されるようにしても良い。

第一改質器５０６及び第二改質器５１０には気化器５０２から水と液体燃料が気化された混合気（第１の反応物）が供給され、第一改質器５０６及び第二改質器５１０が第二燃焼器５０８によって加熱される。第一改質器５０６及び第二改質器５１０では水蒸気と気化された液体燃料から水素ガス等（第１の反応生成物）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って、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）

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、第一改質器５０６及び第二改質器５１０から水素ガス及び上記（２）の化学反応によって生成された微量の一酸化炭素ガス等を含む混合気（第２の反応物）が供給されるとともに、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（第２の反応生成物：水素リッチガス）が燃料電池の燃料極に供給される。

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９を用いて説明する。ここで、図５は本実施形態における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は図３の切断線VI−VIに沿った面の矢視断面図であり、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る。

図３、図５、図６に示すように、給排部２は、ステンレス鋼等の管状の金属材料からなる液体燃料導入管１０と液体燃料導入管１０の周囲に配列された５本の管材１５，１７，１９，２１，２３とからなるパイプ群と、液体燃料導入管１０の上端部において液体燃料導入管１０を囲むように設けられた燃焼器プレート１２とを具備する。

液体燃料導入管１０及びパイプ群は、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の外部に流通するための管であり、液体燃料導入管１０は、例えばステンレス鋼等の管状の金属材料からなり、液体燃料導入管１０には気化用導入路１４が設けられている。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が充填されている。吸液材は液体を吸収するものであり、吸液材は、例えば、無機繊維又は有機繊維を結合材で固めたもの、無機粉末を焼結したもの、無機粉末を結合材で固めたもの、グラファイトとグラッシーカーボンの混合体、等からなる。

管材１５，１７，１９，２１，２３は例えばステンレス鋼等の管状の金属材料からなり、管材１５，１７，１９，２１，２３にはそれぞれ空気用導入路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及び水素排出路２４が設けられている。なお、本実施形態においては、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及び水素排出路２４が別々の管材に設けられるとしたが、これらの流路１４，１６，１８，２０，２２，２４が隔壁によって仕切られた状態で１つの管材に設けられていても良い。

燃焼器プレート１２も、例えばステンレス鋼等の板状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、その貫通孔に液体燃料導入管１０が嵌め込まれ、液体燃料導入管１０と燃焼器プレート１２が接合されている。ここで、液体燃料導入管１０は、例えば蝋付けによって燃焼器プレート１２と接合される。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あり、融点が７００度以上の、金に、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、銀主成分とした蝋が特に好ましい。また、燃焼器プレート１２の一方の面には隔壁が突出するように設けられている。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、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、接合面に燃焼用流路２６が形成され、液体燃料導入管１０が燃焼用流路２６によって囲繞されている。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、例えば白金が挙げられる。なお、液体燃料導入管１０内の吸液材は燃焼器プレート１２の位置まで充填されている。

図３、図５に示すように、高温反応部４、低温反応部６及び連結管８は、積層された絶縁プレート２９０とベースプレート２９を共通の基体としている。そのため、絶縁プレート２９０が高温反応部４、低温反応部６及び連結管８に共通した下面となるが、連結管８の下面が高温反応部４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の下面に対して面一になっている。

ベースプレート２９は、低温反応部６の基体となるベース部２８と、高温反応部４の基体となるベース部１０２と、連結管８の基体となる連結ベース部７とからなり、これらを一体形成したものであり、連結ベース部７において括れた状態とされている。このベースプレート２９は、例えばステンレス鋼等の板状の金属材料からなる。絶縁プレート２９０は、低温反応部６の基体となるベース部２９６と、高温反応部４の基体となるベース部２９４と、連結管８の基体となる連結ベース部２９８とからなり、これらを一体形成したものであり、連結ベース部２９７において括れた状態とされている。この絶縁プレート２９０は、例えばセラミック等の電気絶縁体からなる。

そして、低温反応部６は、ベース部２９６、ベース部２８、下部枠３０、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。下部枠３０、上部枠３４及び蓋プレート３６は何れも例えばステンレス鋼等の板状の金属材料からなる。
高温反応部４は、ベース部２９４と、ベース部２９４に接合されたベース部１０２と、ベース部１０２に重ねられた改質器ベース体１０４と、改質器ベース体１０４の一部を覆った第一箱体１１０と、改質器ベース体１０４の別の一部を覆った第二箱体１１２と、第一箱体１１０と第二箱体１１２との間に挟まれた燃焼器プレート１０６，１０８とを備え、直方体状に呈している。改質器ベース体１０４、第一箱体１１０、第二箱体１１２及び燃焼器プレート１０６，１０８は何れも例えばステンレス鋼等の板状の金属材料からなる。
連結管８は、連結ベース部２９８と、連結ベース部２９８に接合された連結ベース部７と、連結ベース部２９８に接合された連結蓋２８０とを備える。連結蓋２８０は、例えばステンレス鋼等の板状の金属材料からなる。

図１０は、ベースプレート２９に絶縁プレート２９０を接合した状態の斜視図である。図７、図１０に示すように、貫通孔５１，５２，５３，５４，５５，５６，５８，６０がベースプレート２９のベース部２８及び絶縁プレート２９０のベース部２９６を貫通している。図２、図３、図５に示すように、絶縁プレート２９０のベース部２９６が低温反応部６の下面となるが、低温反応部６の下面に管材１５，１７，１９，２１，２３及び液体燃料導入管１０が蝋付け等により接合され、液体燃料導入管１０の気化用導入路１４が貫通孔５２に通じ、管材１５の空気用導入路１６が貫通孔６０に通じ、管材１７の燃焼混合気導入路１８が貫通孔５８に通じ、管材１９の排ガス排出路２０が貫通孔５６に通じ、管材２１の燃焼混合気導入路２２が貫通孔５１に通じ、管材２３の水素排出路２４が貫通孔５４に通じている。また、図２、図５、図６に示すように、燃焼器プレート１２が低温反応部６の下面に接合されているが、燃焼器プレート１２の燃焼用流路２６の一端部が貫通孔５３に通じ、燃焼用流路２６の他端部が貫通孔５５に通じている。

図７、図１０に示すように、ベースプレート２９には、改質燃料供給流路３８と、混合流路４０と、一酸化炭素除去用流路４２と、一酸化炭素除去用流路４４と、燃焼燃料供給流路４７と、燃焼燃料供給流路４８と、連通流路４９と、排ガス流路５０とが形成されている。

改質燃料供給流路３８は、貫通孔５２から連結ベース部７を通ってベース部１０２の角部にまで至るよう形成されている。混合流路４０は、貫通孔６０から連結ベース部７を通ってベース部１０２にまで至るよう形成されている。燃焼燃料供給流路４８は、貫通孔５８から連結ベース部７を通ってベース部１０２に至るよう形成されている。排ガス流路５０は貫通孔５６から貫通孔５５に至るよう形成されているとともに、貫通孔５６から連結ベース部７を通ってベース部１０２に至るように形成されている。ここで、連結ベース部７に連結蓋２８０が接合されているが、この連結蓋２８０によって改質燃料供給流路３８、混合流路４０、燃焼燃料供給流路４８及び排ガス流路５０が連結ベース部７において覆われている。

連通流路４９は、ベース部１０２において直線状に形成されている。一酸化炭素除去用流路４２は、ベース部２８において矩形状に形成されている。一酸化炭素除去用流路４６は、貫通孔５２を囲むようにコ字状に形成され、一酸化炭素除去用流路４６の一端部の底で貫通孔５４が開口している。燃焼燃料供給流路４７は、ベース部２８において貫通孔５１から貫通孔５３へ至るように形成されている。

一酸化炭素除去用流路４４は、ベース部２８において複数の隔壁４５が設けられることで、葛折り状に形成されている。ここで、一酸化炭素除去用流路４４を形成する四枚の隔壁４５は、他の部分よりも高くなっている。
図１１は、ベースプレート２９に改質器ベース体１０４、下部枠３０及び連結蓋２８０を接合した状態の斜視図である、図１１等に示すように、ベースプレート２９のベース部２８の上に下部枠３０が蝋付け等により接合されており、隔壁４５が下部枠３０の内側において下部枠３０の上端の高さまでわたっており、葛折り状の一酸化炭素除去用流路４４が下部枠３０まで連通した状態とされている。

図８、図１１に示すように、下部枠３０の内側に複数の隔壁が設けられることで、下部枠３０の内側が渦巻き状の一酸化炭素除去用流路６４、吹抜け孔６６及び一酸化炭素除去用流路４４に区分けされている。一酸化炭素除去用流路６４においては底板７２が設けられ、ベース部２８に下部枠３０が蝋付け等により接合されるとその底板７２によって一酸化炭素除去用流路４６及び燃焼燃料供給流路４７の上部が蓋されるとともに、改質燃料供給流路３８、混合流路４０、燃焼燃料供給流路４８及び排ガス流路５０のそれぞれの上部の一部が蓋される。

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４４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部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部２８の一酸化炭素除去用流路４６の端部に通じる吹抜け孔７６が形成されている。吹抜け孔６６はベース部２８の混合流路４０の上に位置している。なお、平面視して、液体燃料導入管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が液体燃料導入管１０の周りを渦巻くように構成される。

図１２は改質器ベース体１０４に箱体１１０等を接合し、更に、下部枠３０に上部枠３４を接合した状態の斜視図である。図９、図１２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、下部枠３０に上部枠３４が接合されると、その底板８６によって一酸化炭素除去用流路６４及び一酸化炭素除去用流路４４の上部が蓋される。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は下部枠３０の吹抜け孔６６に重なり、一酸化炭素除去用流路８４が吹抜け孔８８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が一酸化炭素除去用流路４４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を介して一酸化炭素除去用流路４４に通じている。

図１、図３、図５等に示すように、上部枠３４の上に蓋プレート３６が蝋付け等により接合されることで、一酸化炭素除去用流路８４の上部が蓋プレート３６によって蓋されている。ここで、一酸化炭素除去用流路４２，４４，４６，６４，８４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。

図５、図１１に示すように、改質器ベース体１０４は、底板１１７の一方の面に例えば四枚の隔壁１１９，１２１，１２３，１２５を立設したものである。底板１１７の他方の面をベース部１０２に接合することにで、底板１１７によって改質燃料供給流路３８、混合流路４０、燃焼燃料供給流路４８、連通流路４９、排ガス流路５０がベース部１０２において覆われている。

底板１１７の角部近傍に吹抜け孔１１４が形成され、吹抜け孔１１４が改質燃料供給流路３８の端部の上に位置している。底板１１７の別の角部近傍に吹抜け孔１１５が形成され、吹抜け孔１１５が混合流路４０の端部の上に位置している。隔壁１２１と隔壁１２３の間においては吹抜け孔１５４が底板１１７の隔壁１２１寄りに形成され、吹抜け孔１５５が底板１１７の隔壁１２３寄りに形成され、吹抜け孔１５４が連通流路４９の一端部の上に位置し、吹抜け孔１５５が連通流路４９の他端部の上に位置している。隔壁１２１と隔壁１２３の中間においては吹抜け孔１３２，１３４が形成され、吹抜け孔１３２が燃焼燃料供給流路４８の端部の上に位置し、吹抜け孔１３４が排ガス流路５０の端部の上に位置している。

第一箱体１１０は下面が開口した直方体状を呈しており、第一箱体１１０の開口に隔壁１１９，１２１を挿入して、第一箱体１１０に隔壁１１９，１２１が収容した状態で第一箱体１１０の開口が底板１１７によって閉塞され、第一箱体１１０が底板１１７に接合されている。隔壁１１９，１２１は第一箱体１１０の上面に接合され、隔壁１１９，１２１によって葛折り状の改質用流路１１６が第一箱体１１０の内側に形成されている。ここで、吹抜け孔１１４が改質用流路１１６の一端部にあり、吹抜け孔１５４が改質用流路１１６の他端部にある。改質用流路１１６の壁面全体には、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。メタノールの改質に用いられる改質用触媒としては、例えばＣｕ／ＺｎＯ系触媒、Ｐｔ／ＺｎＯ系触媒が挙げられる。

このように第一箱体１１０が隔壁１１９，１２１を上から覆って底板１１７に接合され、第一箱体１１０の内部空間に改質器用触媒が設けられることで、第一改質器５０６が構成される。

第二箱体１１２は下面が開口した直方体状を呈しており、第二箱体１１２の開口に隔壁１２３，１２５を挿入して、第二箱体１１２内に隔壁１２３，１２５が収容した状態で第二箱体１１２の開口が底板１１７によって閉塞され、第二箱体１１２が底板１１７に接合されている。隔壁１２３，１２５は第二箱体１１２の上面に接合され、隔壁１２３，１２５によって葛折り状の改質用流路１５０が第二箱体１１２の内側に形成されている。ここで、吹抜け孔１５５が改質用流路１５０の一端部にあり、吹抜け孔１１５が改質用流路１５０の他端部にある。改質用流路１５０の壁面全体には、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。

このように第二箱体１１２が隔壁１２３，１２５を上から覆って底板１１７に接合され、第二箱体１１２の内部空間に改質用触媒が設けられることで、第二改質器５１０が構成される。

図１３は、燃焼器プレート１０６，１０８の斜視図である。図１３に示すように、燃焼器プレート１０６の一方の面には、隔壁１３９が下の縁を除いた縁に沿って突出するように設けられ、更に別の隔壁１４１が上下に延在するよう突出するように設けられている。そして、燃焼器プレート１０６に燃焼器プレート１０８が接合されることで、燃焼室１３８，１４０がその下側を開口するよう形成される。更に、図５、図１２に示すように、燃焼器プレート１０６，１０８が第一箱体１１０と第二箱体１１２の間で改質器ベース体１０４の底板１１７に接合されることで、燃焼室１３８，１４０の下側開口が底板１１７によって塞がれる。ここで、燃焼器プレート１０６と第一箱体１１０の対向する面，燃焼器プレート１０８と第二箱体１１２の対向する面とは密着するように配置される。また、図８及び図９に示すように、吹抜け孔１３２が燃焼室１３８にあり、吹抜け孔１３４が燃焼室１４０にある。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。燃焼用触媒としては、例えば白金が挙げられる。

このように、燃焼器プレート１０６，１０８の間に形成された燃焼室１３８，１４０の下側開口を塞ぐように燃焼器プレート１０６，１０８が底板に接合され、燃焼室１３８，１４０に燃焼用触媒が設けられることで第二燃焼器５０８が構成される。

燃焼器プレート１０６は第一箱体１１０に密接し、燃焼器プレート１０８は第二箱体１１２に密接している。そのため、第一改質器５０６、第二改質器５１０が第二燃焼器５０８を挟んだ状態で改質器ベース体１０４の底板１１７と平行な方向に沿って密着されている。

図１等に示すように、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の高さよりも低い。そして、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に連結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に連結している。なお、上述したように、連結管８には、改質燃料供給流路３８、混合流路４０、燃焼燃料供給流路４８及び排ガス流路５０が設けられている。

次に、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について説明する。また、図１４は本実施形態のマイクロリアクタモジュール１における、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であり、図１５は本実施形態のマイクロリアクタモジュール１における、気体燃料と空気からなる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である。ここで図１４、図１５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の流路に相当する。

図２、図５に示すように、低温反応部６の下面つまり絶縁プレート２９０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の表面を通って液体燃料導入管１０の側面にかけて電熱線１７４がパターニングされている。ここで、液体燃料導入管１０の側面及び燃焼器プレート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１７４が形成されている。絶縁膜又は絶縁プレート２９０に電熱線１７０，１７２，１７４をパターニングすることで、印加しようとする電圧が金属材料製のベースプレート２９、液体燃料導入管１０、燃焼器プレート１２等に掛かることがなく、電熱線１７０，１７２，１７４の発熱効率を向上させることができる。

電熱線１７０，１７２，１７４は、絶縁膜又は絶縁プレート２９０から拡散防止層、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。また、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は、更に、絶縁膜と拡散防止層の間に密着層を設けるようにしてもよく、密着層としては拡散防止層に対しても絶縁膜又は絶縁プレート２９０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。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。

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。

電熱線１７０，１７２，１７４の何れの端部も低温反応部６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。

また、図３、図５に示すように、低温反応部６の表面に、ゲッター材１８８を設けるようにしてもよい。このゲッター材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の周囲において低温反応部６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、後述する断熱パッケージ２００の内部空間に残留する気体や、マイクロリアクタモジュール１から断熱パッケージ２００の内部空間に漏洩した気体や、外部から断熱パッケージ２００内に侵入した気体を吸着することにより、断熱パッケージ２００の内部空間に気体が浸入し、真空度が悪化して断熱効果が低下することを抑えるものである。ゲッター材１８８の材料としては例えばジルコニウム、バリウム、チタニウム又はバナジ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。

次に、このマイクロリアクタモジュール１の熱損失を抑制するための断熱構造について説明する。図１６は本実施形態におけるマイクロリアクタモジュール１を覆う断熱パッケージ（断熱容器）２００の分解斜視図であり、図１７は、断熱パッケージ２００を斜め下から示した斜視図である。図１６、図１７に示すように、断熱パッケージ２００はマイクロリアクタモジュール１の全体を覆うように構成され、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内に収容される。断熱パッケージ２００は、下面が開口した長方形状のケース２０２と、ケース２０２の下面開口を閉塞するための閉塞板２０４とから構成され、閉塞板２０４がケース２０２に接合されている。ケース２０２及びベースプレート２０４は例えばステンレス鋼等の板状の金属材料からなる。また、ケース２０２及び閉塞板２０４の内側となる面に例えばアルミニウム、金、銀等からなる金属反射膜を成膜するようにしてもよい。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からの輻射による熱損失を抑制することができる。

閉塞板２０４を複数の通し孔が貫通し、管材１５，１７，１９，２１，２３、液体燃料導入管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、その内部空間が真空圧とされて真空断熱構造とされる。これによって、熱損失を抑えることができる。

閉塞板２０４を複数の通し孔が貫通し、管材１５，１７，１９，２１，２３及び液体燃料導入管１０がそれぞれの通し孔に挿通された状態で、一部が断熱パッケージ２００の外側に露出される。この外部に露出している部分から断熱パッケージ２００内に外気が侵入しないように、管材１５，１７，１９，２１，２３及び液体燃料導入管１０と閉塞板２０４の貫通孔とは、例えばガラス材又は絶縁封止材で接合、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、内圧が１Torr以下になるように真空排気され、その内部空間が真空圧とされて真空断熱構造とされる。これによって、マイクロリアクタモジュール１の各部の熱が外部に伝搬してしまうことを抑えて、熱損失を低減することができる。また、断熱パッケージ２００の内側においては管材１５，１７，１９，２１，２３及び液体燃料導入管１０が支柱として閉塞板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が管材１５，１７，１９，２１，２３及び液体燃料導入管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。

また、液体燃料導入管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。

なお、上記においては、ゲッター材１８８を低温反応部６の表面に設けるとしたが、ゲッター材１８８を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るものではない。

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。
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内の残留ガスがゲッター材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。

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、液体燃料導入管１０の上部が加熱される。液体燃料導入管１０、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、液体燃料導入管１０、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、これにより液体燃料導入管１０、高温反応部４及び低温反応部６の温度制御がなされる。

電熱線１７０，１７２，１７４によって液体燃料導入管１０、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外部の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。そして、吸液材内の混合液が気化し、燃料と水の混合気が吸液材から蒸散する。吸液材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。

そして、吸液材から蒸散した混合気は貫通孔５２、改質燃料供給流路３８、吹抜け孔１１４を通って第一改質器５０６（改質用流路１１６）に流れ込む。その後、混合気は吹抜け孔１５４、連通流路４９、吹抜け孔１５５を通って第二改質器５１０（改質用流路１５０）に流れ込む。混合気が改質用流路１１６，１５０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。）。

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１１５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。

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６６，８８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６４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６４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。この部分の下に液体燃料導入管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。

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。燃料電池では排出路２４から供給される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から排出される。

以上の動作は初期段階の動作であり、その後の発電動作中は、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貫通孔５１、燃焼燃料供給流路４７、貫通孔５３を通って燃焼用流路２６に流れ込み、燃焼混合気が燃焼用流路２６において触媒燃焼し、燃焼熱が発する。燃焼用流路２６が低温反応部６の下側において液体燃料導入管１０を周回しているため、燃焼熱によって液体燃料導入管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に供給する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。

一方、燃焼混合気導入路１８に供給された燃焼混合気は貫通孔５８、燃焼燃料供給流路４８、吹抜け孔１３２を通って燃焼室１３８，１４０へ流れ込み、燃焼混合気が燃焼室１３８，１４０において触媒燃焼する。これにより燃焼熱が発するが、燃焼室１３８，１４０の両側に第一改質器５０６、第二改質器５１０が配置されているので、燃焼熱によって第一改質器５０６及び第二改質器５１０が加熱される。そのため、電熱線１７２に供給する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。
なお、燃料容器に貯留されている液体燃料の一部が気化されて、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。

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の抵抗値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、液体燃料導入管１０、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。

次に、本発明における反応装置の各部の具体的な寸法及び構成材料の一例について説明する。高温反応部４は、例えば、幅が１６ｍｍ、長さが１０ｍｍ、高さが６ｍｍ程度の大きさに形成される。ここで、第二燃焼器燃焼器の高さは、例えば０．３ｍｍ程度に形成される。連結管８は、例えば、長さが３ｍｍ、高さ及び幅が１ｍｍ程度の大きさに形成される。低温反応部６は、例えば、幅が１６ｍｍ、長さが２３ｍｍ、高さが６ｍｍ程度の大きさに形成される。給排部２における外部流通管１０は、例えば、長さが７〜８ｍｍ、縦横が２〜３ｍｍで形成される。また、断熱パッケージ２００は、例えば、高さが９〜１０ｍｍ、幅が２０ｍｍ、長さが４０ｍｍ程度に形成される。そして、高温反応部４、低温反応部６、連結管８、外部流通管１０、燃焼器プレート１２等を形成する金属材料は、例えば、肉厚が０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度のステンレス鋼ＳＵＳ３０４からなる。また、断熱パッケージ２００は、例えば、肉厚が０．５ｍｍ程度のステンレス鋼ＳＵＳ３０４からなる。このように構成した場合、電熱線１７０の電力を１５Ｗ、電熱線１７２の電力を２５Ｗとしたとき、９〜１０秒程度で高温反応部４を３７５℃、低温反応部６を１５０℃とすることができ、比較的短時間で起動することができる。

次いで、本実施形態におけるマイクロリアクタモジュール１を備える発電ユニット６０１の概略構成について説明する。図１８は本実施形態におけるマイクロリアクタモジュール１を備える発電ユニット６０１の一例を示す斜視図である。図１８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、例えば、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とを具備して構成される。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、水素リッチガスが発電モジュール６０８の燃料電池に供給され、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。

図１９は、発電ユニット６０１を電源として用いる電子機器７０１の一例を示す斜視図である。図１９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、例えば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が形成され、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。

以上のように本実施の形態によれば、改質器５０６、燃焼器５０８、改質器５１０が改質器ベース体１０４の底板１１７に平行な方向に沿って密着されて配置され、箱体１１０，１１２、燃焼器プレート１０６，１０８が底板１１７に接合されているから、箱体１１０，１１２同士や箱体１１０，１１２と燃焼器プレート１０６，１０８を接合せずとも済み、接合面を少なくすることができる。そのため、内部の反応物や生成物の漏洩を抑えることができる。

また、ベースプレート２９のベース部１０２の上に改質器ベース体１０４が接合され、ベースプレート２９の別のベース部２８の上に一酸化炭素除去器５１２が設けられているから、第一改質器５０６、第二改質器５１０、第二燃焼器５０８、一酸化炭素除去器５１２のベースとなる部分がベースプレート２９として共有化されている。そのため、マイクロリアクタモジュール１の部品点数がその共有に係る分だけ低減され、改質器５０７，５１０と一酸化炭素除去器５１２との接合プロセスも不要となるから、マイクロリアクタモジュール１の製造プロセスの簡略化を図ることができる。

また、改質器ベース体１０４の底板１１７に立設された隔壁１１９，１２１，１２３，１２５に箱体１１０，１１２を覆うことで改質器５０６，５１０が設けられるから、改質器５０６．５１０の内側に流路を形成する場合に箱体１１０，１１２に隔壁を設ける必要がない。そのため、改質器５０６，５１０の接合面が減り、底板１１７と箱体１１０，１１２とを接合する場合に隔壁同士を接合する接合プロセスも不要となるから、改質器５０６，５１０の製造プロセスの簡略化を図ることができる。

また、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。

また、低温反応部６と高温反応部４との間を通じた３８，４０，４８，５０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。

管材１５，１７，１９，２１，２３、液体燃料導入管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外への直接の伝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。

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いるため、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。

また、液体燃料導入管１０の気化用導入路１４に吸液材を充填させて、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。

また、燃焼器プレート１２は液体燃料導入管１０の上端部において液体燃料導入管１０の周囲に設けられて、更に気化用導入路１４内の吸液材が燃焼器プレート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。

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ようにすることができる。

本発明に係わる反応装置の実施形態におけるマイクロリアクタモジュールを斜め上から示した斜視図である。 本実施形態におけるマイクロリアクタモジュールを斜め下から示した斜視図である。 本実施形態におけるマイクロリアクタモジュールの側面図である。 本実施形態におけるマイクロリアクタモジュールを機能ごとに分けた場合の概略側面図である。 本実施形態におけるマイクロリアクタモジュールの分解斜視図である。 図３の切断線VI−VIに沿った面の矢視断面図である。 図３の切断線VII−VIIに沿った面の矢視断面図である。 図３の切断線VIII−VIIIに沿った面の矢視断面図である。 図３の切断線IX−IXに沿った面の矢視断面図である。 絶縁プレート２９０にベースプレート２９を接合した状態の斜視図である。 ベースプレート２９に改質器ベース体１０４及び下部枠３０を接合した状態の斜視図である。 改質器ベース体１０４に箱体１１０等を接合し、更に、下部枠３０に上部枠３４を接合した状態の斜視図である。 燃焼器プレート１０６，１０８の斜視図である。 本実施形態のマイクロリアクタモジュールにおける、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である。 本実施形態のマイクロリアクタモジュールにおける、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である。 本実施形態におけるマイクロリアクタモジュールを覆う断熱パッケージの分解斜視図である。 断熱パッケージを斜め下から示した斜視図である。 本実施形態におけるマイクロリアクタモジュールを備える発電ユニットの一例を示す斜視図である。 発電ユニットを電源として用いる電子機器の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１ マイクロリアクタモジュール
４ 高温反応部
６ 低温反応部
８ 連結管
４２、４４、４６、６４、８４ 一酸化炭素除去用流路
１０４ 改質器ベース体
１０６ 燃焼器プレート
１０８ 燃焼器プレート
１１０ 第一箱体
１１２ 第二箱体
１１６ 改質用流路
１１７ 底板
１５０ 改質用流路
５０６ 第一改質器
５０８ 第二燃焼器
５１０ 第二改質器
５１２ 一酸化炭素除去器

Claims (14)

1. 燃料の改質を行う改質器を有する反応装置において、
   少なくとも、
   ベースプレートと、
   前記ベースプレート上に設けられ、第１の温度に設定され、反応物の反応を起こす第１の反応部と、を備え、
   前記第１の反応部は、互いに連通された第１の反応器及び第２の反応器と、前記第１の反応器及び前記第２の反応器を加熱して前記第１の温度に設定する加熱部と、を具備し、
   前記反応装置は、更に、
   前記第１の温度より低い第２の温度に設定され、反応物の反応を起こす第２の反応部と、
   前記第１の反応部と前記第２の反応部との間に架設され、前記第１の反応部の反応物を前記第１の反応部へ送り、前記第１の反応部の反応生成物を前記第２の反応部へ送る連結管と、
   前記第２の反応部に接続され、前記第１の反応部へ供給される反応物及び前記第２の反応部から排出される前記第２の反応部の反応生成物が流通する給排部と、を備えることを特徴とする反応装置。
2. 前記加熱部は、前記第１の反応器及び前記第２の反応器との間に密着して設けられ、前記第１の反応器と前記加熱部と前記第２の反応器とが前記ベースプレート上に並置して設けら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. 前記第１の反応器及び前記第２の反応器は、各々、前記ベースプレート上に立設され、反応物が流れる流路を形成する複数の隔壁と、前記ベースプレートに接合され、前記複数の隔壁を収容して開口部が前記ベースプレートに接合されて閉塞された箱体とを有することを特徴とする請求項２に記載の反応装置。
4. 前記第１の反応器、前記加熱部及び前記第２の反応器は、板状の金属材料を接合して形成されることを特徴とする請求項２に記載の反応装置。
5. 前記第１の反応器、前記加熱部及び前記第２の反応器は、板状の金属材料を接合して形成されることを特徴とする請求項１に記載の反応装置。
6. 前記加熱部は内部に設けられた空間を流れる気体燃料の燃焼を起こす燃焼器を備えることを特徴とする請求項１に記載の反応装置。
7. 前記燃焼器は前記気体燃料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請求項６に記載の反応装置。
8. 前記燃焼器は前記気体燃料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及び側面に塗布されていることを特徴とする請求項７に記載の反応装置。
9. 前記第２の反応部に設けられ、少なくとも、前記第１の反応部に反応物の供給を行うとともに、前記第２の反応部から反応生成物の排出を行う複数の流路を有する給排部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の反応装置。
10. 前記ベースプレート、前記第１の反応部、前記第２の反応部及び前記連結管の全体を覆い、内部空間が真空圧とされる断熱容器を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の反応装置。
11. 前記断熱容器は、板状の金属材料を接合して形成される箱体からなることを特徴とする請求項１０に記載の反応装置。
12. 前記加熱部は、前記連結管を介して前記第２の反応部を前記第２の温度に設定することを特徴とする請求項１に記載の反応装置。
13. 前記第１の反応部には、第１の反応物が供給されて第１の反応生成物を生成し、前記第２の反応部には、前記第１の反応生成物が供給されて第２の反応生成物を生成し、
    前記第１の反応物は気化された炭化水素系の燃料であって、前記第１の反応部は、前記第１の反応物の改質反応を起こす改質器であり、前記第１の反応生成物に一酸化炭素が含まれ、
    前記第２の反応部は、前記第１の反応生成物に含まれる一酸化炭素を選択酸化によって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１に記載の反応装置。
14. 前記連結管及び前記第２の反応部は、前記ベースプレート上に設けられ、該ベースプレートは、前記第１の反応部と前記第２の反応部の間の前記連結管の部分で括れた形状を有することを特徴とする請求項１に記載の反応装置。

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