JP4438569B2 - Reactor - Google Patents

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Description

本発明は反応器であって、特に燃料の改質反応器に関する。   The present invention relates to a reactor, and more particularly to a fuel reforming reactor.

近年では、高いエネルギー利用効率を実現できる燃料電池についての研究・開発が盛んにおこなわれている。燃料電池は、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取り出すものであり、将来性に富む有望な電池であると位置付けられている。燃料電池には直接型と改質型があり、直接型は、アルコール類及びガソリンといった液体燃料を直接燃料電池の燃料極に供給して発電させるものであり、改質型は燃料を水素に改質して改質された水素を燃料極に供給するものである。直接型は、改質型と比べると燃料の一部がプロトン透過膜を通過してしまうクロスオーバーしてしまうといった問題を生じてしまっていた。これに対して改質型は比較的高出力が可能であるが、燃料電池の他に液体燃料を改質させる改質装置を必要とするので、燃料改質型の燃料電池システムを小型の電子機器の電源として用いる場合には、燃料電池だけでなく改質装置も小型化する必要がある。   In recent years, research and development have been actively conducted on fuel cells that can achieve high energy use efficiency. BACKGROUND ART A fuel cell is a promising battery that is promising and promising because it directly extracts electric energy from chemical energy by electrochemically reacting fuel and oxygen in the atmosphere. There are two types of fuel cells: direct type and reforming type. The direct type directly supplies liquid fuel such as alcohols and gasoline to the fuel electrode of the fuel cell for power generation. The reforming type converts the fuel to hydrogen. It supplies the reformed and reformed hydrogen to the fuel electrode. Compared with the reforming type, the direct type has a problem that a part of the fuel crosses over the proton permeable membrane. In contrast, the reforming type is capable of relatively high output, but requires a reforming device for reforming liquid fuel in addition to the fuel cell. When used as a power source for equipment, it is necessary to downsize not only the fuel cell but also the reformer.

一方、複数の基板を接合してなる小型のケミカルマイクロリアクタを用いることによって微量の化学反応を行うことが特許文献1に記載されており、特許文献1に記載されたケミカルマイクロリアクタを改質装置に用いる研究・開発も行われている。特許文献1に記載されたマイクロリアクタについて簡単に説明すると、まず一方の面に流路となる葛折り状の溝が形成されたポリスチレン製の第一の基板を準備し、この溝に蓋をするように第二の基板を第一の基板に紫外線硬化樹脂で接着することによって、これら二枚の基板の接合部に葛折り状の流路を形成している。このケミカルマイクロリアクタの流路に反応物を流せば、反応物が反応することにより、目的とする生成物又は中間生成物が生成される。
特開2002−102681号公報
On the other hand, Patent Document 1 describes that a small amount of chemical reaction is performed by using a small chemical microreactor formed by bonding a plurality of substrates, and the chemical microreactor described in Patent Document 1 is used for a reformer. Research and development are also underway. The microreactor described in Patent Document 1 will be briefly described. First, a first substrate made of polystyrene having a twisted groove formed on one surface as a flow path is prepared, and the groove is covered. In addition, the second substrate is bonded to the first substrate with an ultraviolet curable resin, whereby a twisted flow path is formed at the joint between the two substrates. When a reactant is caused to flow through the flow path of the chemical microreactor, the reactant reacts to produce a target product or an intermediate product.
JP 2002-102681 A

ところで、ケミカルマイクロリアクタを加熱することにより、壁面に接触しながら流路を流れる反応物に対してケミカルマイクロリアクタの熱が伝導するので、当該反応物の化学反応を効率的なものとすることができるが、葛折り状の流路では、流路が複数箇所で折れ曲がるので流体の流動方向が逐一変化して圧力損失が大きくなってしまい、また流路長が長くなってしまうので化学反応を引き起こした流体を迅速に排出することができない。
本発明の目的は、流体を迅速に通過できるとともに効率的に加熱することができる反応器を提供することである。
By the way, by heating the chemical microreactor, the heat of the chemical microreactor is conducted to the reactant flowing through the flow path while being in contact with the wall surface, so that the chemical reaction of the reactant can be made efficient. In a twisted flow path, the flow path bends at multiple locations, so the flow direction of the fluid changes one by one, increasing the pressure loss and increasing the flow path length. Can not be discharged quickly.
An object of the present invention is to provide a reactor that can pass through a fluid quickly and can be heated efficiently.

上記課題を解決するため請求項1に記載の発明の反応器は、
一方の面からその面に対向する他方の面に貫通する複数の貫通孔を有した基板と、
前記一方の面における互いに隣り合う前記貫通孔同士の間の第一間隔に設けられた平板部と、
前記一方の面に有する絶縁膜と、
前記絶縁膜上の前記平板部の位置に備えられた発熱体と、
前記発熱体を覆う保護絶縁膜と、
を備え、
前記第一間隔が、前記一方の面における他の互いに隣り合う前記貫通孔同士の間の第二間隔より長いことを特徴としている。
In order to solve the above problems, the reactor according to claim 1 comprises:
A substrate having a plurality of through holes penetrating from one surface to the other surface facing the surface;
A flat plate portion provided at a first interval between the through holes adjacent to each other on the one surface;
An insulating film on the one surface;
A heating element provided at a position of the flat plate portion on the insulating film;
A protective insulating film covering the heating element;
With
Said 1st space | interval is longer than the 2nd space | interval between the said other through-holes mutually adjacent in said one surface.

請求項2に記載の発明は、
請求項1に記載の反応器において、
前記平板部が前記基板上に複数配されており、
前記複数の平板部に各々前記発熱体が備えられ、
前記各発熱体が互いに独立に配されていることを特徴としている。
The invention described in claim 2
The reactor according to claim 1,
A plurality of the flat plate portions are arranged on the substrate,
Each of the plurality of flat plate portions is provided with the heating element,
Each of the heating elements is arranged independently of each other.

請求項3に記載の発明は、
請求項1に記載の反応器において、
前記平板部が前記基板上に複数配されており、
前記複数の平板部に各々前記発熱体が備えられ、
前記各発熱体が互いに異なった抵抗値を有していることを特徴としている。
The invention according to claim 3
The reactor according to claim 1,
A plurality of the flat plate portions are arranged on the substrate,
Each of the plurality of flat plate portions is provided with the heating element,
Each of the heating elements has a different resistance value.

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器において、
気化器であることを特徴としている。
The invention according to claim 4
Reactor according to any one of claims 1 to 3,
It is characterized by being a vaporizer.

請求項5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器において、
改質器であることを特徴としている。
The invention described in claim 5
Reactor according to any one of claims 1 to 3,
It is a reformer.

請求項6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器において、
一酸化炭素除去器であることを特徴としている。
The invention described in claim 6
Reactor according to any one of claims 1 to 3,
It is a carbon monoxide remover.

請求項1に記載の発明では、貫通孔を有する基板表面で発熱体を配する位置が十分に確保され、且つ貫通孔から流体を迅速に通過することができる。 According to the first aspect of the present invention, a position where the heating element is arranged on the surface of the substrate having the through hole is sufficiently secured, and the fluid can pass through the through hole quickly.

請求項2に記載の発明では、各発熱体をそれぞれ独立して発熱させることができ、基板周辺の雰囲気の温度分布を制御することができる。   According to the second aspect of the present invention, each heating element can generate heat independently, and the temperature distribution of the atmosphere around the substrate can be controlled.

請求項3に記載の発明では、各発熱体への電圧の印加により発熱体ごとに発熱量が異なるため、抵抗値に応じた量で各発熱体をそれぞれ発熱させて、基板周辺の雰囲気の温度分布を制御することができる。   In the third aspect of the present invention, since the amount of heat generation differs for each heating element by applying a voltage to each heating element, each heating element is caused to generate heat in an amount corresponding to the resistance value, and the temperature of the atmosphere around the substrate The distribution can be controlled.

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。ただし、下記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、発明の範囲を下記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, the embodiments described below are given various technically preferable limitations for carrying out the present invention, but the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.

図1は発電装置1の概略構成を示すブロック図である。
発電装置1は、デスクトップ型パーソナルコンピュータ、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、家庭用電気機器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。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the power generator 1.
The power generation device 1 includes a desktop personal computer, a notebook personal computer, a mobile phone, a PDA (Personal Digital Assistant), an electronic notebook, a wristwatch, a digital still camera, a digital video camera, a game device, a game machine, a household electric device, and the like. The electronic device is provided and used as a power source for operating the electronic device main body.

発電装置1は、発電の源となる燃料を貯留した燃料容器2と、燃料容器2から供給された燃料を気化させるマイクロリアクタで構成される気化器3と、燃料容器2から燃料を吸引するとともに吸引した燃料を気化器3に供給する燃料ポンプ4と、気化器3から供給された気化された燃料を水素に改質するマイクロリアクタで構成される改質器5と、改質器5から供給された水素を含む混合気から一酸化炭素を除去するマイクロリアクタで構成される一酸化炭素除去器6と、一酸化炭素除去器6から供給された混合気のうち水素と外気の酸素との電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池7と、外気の空気を吸引するとともに吸引した空気を一酸化炭素除去器6及び燃料電池7に供給する空気ポンプ8とを、備えている。ここで、本発明に係る反応器は、気化器3、改質器5及び一酸化炭素除去器6に適用されている。   The power generation apparatus 1 includes a fuel container 2 that stores fuel as a power generation source, a vaporizer 3 that includes a microreactor that vaporizes the fuel supplied from the fuel container 2, and sucks and sucks fuel from the fuel container 2. The fuel pump 4 for supplying the vaporized fuel to the vaporizer 3, the reformer 5 composed of a microreactor for reforming the vaporized fuel supplied from the vaporizer 3 into hydrogen, and the reformer 5 A carbon monoxide remover 6 composed of a microreactor that removes carbon monoxide from a mixture containing hydrogen, and an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in the outside air out of the mixture supplied from the carbon monoxide remover 6 A fuel cell 7 that generates electric energy, and an air pump 8 that sucks air from outside and supplies the sucked air to the carbon monoxide remover 6 and the fuel cell 7 are provided. Here, the reactor according to the present invention is applied to the vaporizer 3, the reformer 5, and the carbon monoxide remover 6.

気化器3、燃料ポンプ4、改質器5、一酸化炭素除去器6、燃料電池7及び空気ポンプ8は、電子機器本体に搭載されている。それに対し、燃料容器2は電子機器本体に対して着脱可能に設けられており、電子機器本体に対して燃料容器2が装着された場合に燃料容器2内の燃料が燃料ポンプ4によって気化器3に送られるようになっている。   The vaporizer 3, the fuel pump 4, the reformer 5, the carbon monoxide remover 6, the fuel cell 7 and the air pump 8 are mounted on the electronic device main body. On the other hand, the fuel container 2 is detachably attached to the electronic device main body. When the fuel container 2 is attached to the electronic device main body, the fuel in the fuel container 2 is vaporized by the fuel pump 4 by the vaporizer 3. To be sent to.

燃料容器2に貯留された燃料は、液状の化学燃料と水との混合液であり、化学燃料としてはメタノール、エタノール等のアルコール類やガソリンといった水素元素を含む化合物が適用可能である。本実施形態では、燃料としてメタノールと水の混合液を用いている。   The fuel stored in the fuel container 2 is a mixture of liquid chemical fuel and water, and as the chemical fuel, compounds containing hydrogen elements such as alcohols such as methanol and ethanol, and gasoline are applicable. In this embodiment, a mixed liquid of methanol and water is used as the fuel.

燃料電池7は、触媒微粒子及び担体微粒子からなるガス拡散層としての燃料極と、触媒微粒子及び担体微粒子からなるガス拡散層としての空気極と、燃料極と空気極との間に挟持された水素イオン伝導性の固体高分子電解質膜とを、具備している。空気極は管等を介して空気ポンプ8に通じており、空気極に電気化学反応に用いられる酸素を含む空気が供給されるようになっている。   The fuel cell 7 includes a fuel electrode as a gas diffusion layer composed of catalyst fine particles and carrier fine particles, an air electrode as a gas diffusion layer composed of catalyst fine particles and carrier fine particles, and hydrogen sandwiched between the fuel electrode and the air electrode. An ion conductive solid polymer electrolyte membrane. The air electrode communicates with the air pump 8 through a pipe or the like, and air containing oxygen used for the electrochemical reaction is supplied to the air electrode.

図2は気化器3、改質器5及び一酸化炭素除去器6の斜視図であり、図3は、気化器3、改質器5及び一酸化炭素除去器6にそれぞれ適用される基板305、505、605の略斜視図であり、図4は図2のIV−IV線に沿って基板305、505、605を厚さ方向に切断した断面図である。   FIG. 2 is a perspective view of the vaporizer 3, the reformer 5, and the carbon monoxide remover 6, and FIG. 3 shows the substrate 305 applied to the vaporizer 3, the reformer 5, and the carbon monoxide remover 6, respectively. , 505, and 605. FIG. 4 is a cross-sectional view of the substrates 305, 505, and 605 cut in the thickness direction along the line IV-IV in FIG.

図2、図4に示すように、気化器3は、内部空間を形成した容器である反応器本体301と、反応器本体301内に収納された流路構造302とを、備えている。   As shown in FIGS. 2 and 4, the vaporizer 3 includes a reactor main body 301 that is a container that forms an internal space, and a flow path structure 302 that is accommodated in the reactor main body 301.

反応器本体301は、内部空間を有した直方体又は立方体の箱状を呈しており、ガラス、セラミック又は金属といった比較的熱伝導率が低い断熱材で形成されている。反応器本体301には、内部空間から反応器本体301外にまで通じる流入管303及び流出管304が設けられている。流入管303は反応器本体301のうち流出管304と相対する位置に設けられており、この実施形態では流入管303が反応器本体301の上壁に設けられており、流出管304が反応器本体301の下壁に設けられている。流入管303は燃料ポンプ4に通じ、流出管304は後述する改質器5の流入管503に通じている。   The reactor main body 301 has a rectangular parallelepiped or cubic box shape having an internal space, and is formed of a heat insulating material having a relatively low thermal conductivity such as glass, ceramic, or metal. The reactor main body 301 is provided with an inflow pipe 303 and an outflow pipe 304 that lead from the internal space to the outside of the reactor main body 301. The inflow pipe 303 is provided at a position facing the outflow pipe 304 in the reactor main body 301. In this embodiment, the inflow pipe 303 is provided on the upper wall of the reactor main body 301, and the outflow pipe 304 is provided in the reactor. It is provided on the lower wall of the main body 301. The inflow pipe 303 communicates with the fuel pump 4, and the outflow pipe 304 communicates with an inflow pipe 503 of the reformer 5 described later.

流路構造302は、基本構成として基板305を有している。基板305はガラス、セラミック等の絶縁体、又はアルミニウム、セリウム、チタン、シリコン等のように陽極酸化により表面が多孔質になることができる金属のいずれかからなることが好ましい。基板305の厚さは、基板305の面方向の長さ、幅よりも短い。基板305には、当該基板305の一方の面からその面に対向する他方の面まで貫通した流路となる多数の貫通孔306,306,…が基板305の厚さ方向に沿って互いに平行でかつ途中で屈曲しないように直進した形状に形成されている。そのため、貫通孔306に流体が入ると、当該流体は、貫通孔306により露出された側壁315との間の摩擦による流速の損失をほとんど受けずに速やかに各貫通孔306を通過することができる。   The channel structure 302 has a substrate 305 as a basic configuration. The substrate 305 is preferably made of an insulator such as glass or ceramic, or a metal such as aluminum, cerium, titanium, or silicon that can be made porous by anodization. The thickness of the substrate 305 is shorter than the length and width in the surface direction of the substrate 305. In the substrate 305, a large number of through holes 306, 306,... That are flow paths that penetrate from one surface of the substrate 305 to the other surface facing the surface are parallel to each other along the thickness direction of the substrate 305. And it is formed in the shape which went straight so that it may not be bent in the middle. Therefore, when a fluid enters the through-hole 306, the fluid can quickly pass through each through-hole 306 with little loss of flow velocity due to friction with the side wall 315 exposed by the through-hole 306. .

図5は基板305を一方の面側から見た平面図である。
図5に示すように、各貫通孔306は断面が六角形状の孔であり、これら貫通孔306,306,…がハニカム状に配列されている。そのため、基板305は厚さ方向にかかる力、厚さ方向に対して垂直な方向にかかる力に対して十分な強度を維持しながら、貫通孔306の数を多くする、つまり側壁315の面積を大きく取ることが可能となる。各貫通孔306は強度と側壁315の面積が確保できれば、六角形状に形成されている必要はなく、三角形、四角形、それ以上の多角形状、円形状、楕円形状等の幾何学形状に形成されていてもよい。また、基板305を平面視した場合に、貫通孔306,306,…はハニカム状に配列されている必要はなく、二次元アレイ状(例えば、マトリクス状)に配列されていてもよい。基板305は、貫通孔306を流れる流体に含まれる物質に対して反応性に乏しく、熱伝導率が高く、熱膨張率が低い方が好ましい。
FIG. 5 is a plan view of the substrate 305 as viewed from one side.
As shown in FIG. 5, each through hole 306 has a hexagonal cross section, and these through holes 306, 306,... Are arranged in a honeycomb shape. Therefore, the substrate 305 increases the number of through holes 306 while maintaining sufficient strength against the force applied in the thickness direction and the force applied in the direction perpendicular to the thickness direction, that is, the area of the side wall 315 is reduced. It becomes possible to take large. Each through-hole 306 need not be formed in a hexagonal shape if the strength and the area of the side wall 315 can be ensured, but formed in a geometrical shape such as a triangle, a quadrangle, a polygon more than that, a circular shape, an elliptical shape, or the like. May be. When the substrate 305 is viewed in plan, the through holes 306, 306,... Do not have to be arranged in a honeycomb shape, and may be arranged in a two-dimensional array (for example, a matrix). The substrate 305 is preferably less reactive to a substance contained in the fluid flowing through the through-hole 306, has a high thermal conductivity, and a low thermal expansion coefficient.

基板305の一方の面における中央部には貫通孔306,306,…が形成されていない平板部320が存在しており、当該平板部320には発熱体としての電熱線308が配されている。すなわち、平板部320が、電熱線308が配される位置(部位)となっている。電熱線308は、基板305の中央部に沿う各貫通孔306の外形に沿うようにジグザグ状に蛇行している。平板部320又は電熱線308を介して互いに隣り合う貫通孔306同士の間隔L1(第一間隔)は、平板部320又は電熱線308を介さない他の貫通孔306同士の間隔L2(第二間隔)より長くなっている。電熱線308の端子部314,314は、当該電熱線308と一体形成された電気的接点となっており、図2に示すように反応器本体301の外側に配置されている。   A flat plate portion 320 having no through holes 306, 306,... Is formed in the central portion on one surface of the substrate 305, and a heating wire 308 as a heating element is disposed on the flat plate portion 320. . That is, the flat plate portion 320 is a position (part) where the heating wire 308 is disposed. The heating wire 308 snakes in a zigzag shape so as to follow the outer shape of each through-hole 306 along the center of the substrate 305. An interval L1 (first interval) between the through holes 306 adjacent to each other via the flat plate portion 320 or the heating wire 308 is an interval L2 (second interval) between other through holes 306 not via the flat plate portion 320 or the heating wire 308. ) It is longer. The terminal portions 314 and 314 of the heating wire 308 are electrical contacts integrally formed with the heating wire 308, and are arranged outside the reactor main body 301 as shown in FIG.

図4に示すように、この流路構造302では、基板305の一方の面上において貫通孔306,306,…間にシリコン酸化膜(SiO2)又はシリコン窒化膜(SiN)等の絶縁膜307が成膜されている。基板305の中央部であって絶縁膜307上に電熱線308が成膜されている。電熱線308は、Ta−Si−O系若しくはTa−Si−O−N系等の複合金属酸化物、若しくはAu等の金属単体や合金で構成された電気抵抗性発熱体又は半導体性発熱体であり、電流が流れたり電圧が印加されたりすることによって電気エネルギーで発熱するものである。電熱線308と基板305との間に絶縁膜307が介在することによって、基板305に電流が流れて電熱線308が十分加熱できなくなることを避けることができるようになっており、また電熱線308を基板305に直接成膜した場合よりも電熱線308が基板305から剥離しにくくなっている。
なお、基板305自体がガラス等の絶縁体であれば、絶縁膜307を被膜する必要はない。
As shown in FIG. 4, in this flow path structure 302, an insulating film 307 such as a silicon oxide film (SiO 2 ) or a silicon nitride film (SiN) is formed between the through holes 306, 306,. Is formed. A heating wire 308 is formed on the insulating film 307 at the center of the substrate 305. The heating wire 308 is an electric resistance heating element or a semiconductor heating element made of a composite metal oxide such as Ta—Si—O or Ta—Si—O—N, or a single metal or alloy such as Au. In other words, heat is generated by electric energy when a current flows or a voltage is applied. By interposing the insulating film 307 between the heating wire 308 and the substrate 305, it is possible to prevent the current from flowing through the substrate 305 and the heating wire 308 from being sufficiently heated. The heating wire 308 is less likely to peel from the substrate 305 than when the film is directly formed on the substrate 305.
Note that the insulating film 307 is not necessarily coated if the substrate 305 itself is an insulator such as glass.

電熱線308上には、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜等の保護絶縁膜309が成膜されている。保護絶縁膜309は、端子部314,314を除く電熱線308を被覆することにより当該電熱線308を保護している。保護絶縁膜309は各貫通孔306を通過する流体に対し不活性であり、且つそれ自体が流体を変質させるものでなく、また高温雰囲気においても劣化することがない。   A protective insulating film 309 such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed on the heating wire 308. The protective insulating film 309 protects the heating wire 308 by covering the heating wire 308 excluding the terminal portions 314 and 314. The protective insulating film 309 is inert to the fluid passing through each through-hole 306, and does not itself alter the fluid, and does not deteriorate even in a high-temperature atmosphere.

この基板305が反応器本体301に収納されている。基板305は、断熱部材からなる上支持部312によって反応器本体301の上壁から離れた状態に支持されているとともに、断熱部材からなる下支持部313によって反応器本体301の下壁から離れた状態に支持されている。反応器本体301の内部空間が、この基板305によって、流入管303側の領域310と流出管304側の領域311とに区切られている。そして、基板305の一方の面が反応器本体301の上壁に対向し、基板305の他方の面が反応器本体301の下壁に対向し、流入管303側の領域310が貫通孔306,306,…によって流出管304側の領域311に通じている。従って、貫通孔306,306,…が流入管303側の領域310から流出管304側の領域311までの流路となっている。   This substrate 305 is accommodated in the reactor main body 301. The substrate 305 is supported in a state separated from the upper wall of the reactor main body 301 by an upper support portion 312 made of a heat insulating member, and separated from the lower wall of the reactor main body 301 by a lower support portion 313 made of a heat insulating member. Supported by the state. The internal space of the reactor main body 301 is partitioned by the substrate 305 into a region 310 on the inflow pipe 303 side and a region 311 on the outflow pipe 304 side. One surface of the substrate 305 is opposed to the upper wall of the reactor main body 301, the other surface of the substrate 305 is opposed to the lower wall of the reactor main body 301, and the region 310 on the inflow pipe 303 side has through holes 306, 306,... Leads to a region 311 on the outflow pipe 304 side. Therefore, the through holes 306, 306,... Serve as a flow path from the region 310 on the inflow tube 303 side to the region 311 on the outflow tube 304 side.

なお、図2に示すように、基板305の一部は反応器本体301の外側に延出しており、電熱線308と一体形成された電気的接点としての端子部314,314が反応器本体301から露出した部分において基板305上に形成されている。気化器3では、電熱線308の端子部314,314を通じて電熱線308に電圧・電流が印加されることによって、電熱線308が所定の温度に発熱するようになっている。基板305が反応器本体301を貫通している部分においては、基板305と反応器本体301との間の界面は完全に密閉されている。   As shown in FIG. 2, a part of the substrate 305 extends to the outside of the reactor main body 301, and terminal portions 314 and 314 as electrical contacts integrally formed with the heating wire 308 are included in the reactor main body 301. The portion exposed from the substrate 305 is formed on the substrate 305. In the vaporizer 3, the voltage and current are applied to the heating wire 308 through the terminal portions 314 and 314 of the heating wire 308, so that the heating wire 308 generates heat to a predetermined temperature. In the portion where the substrate 305 passes through the reactor main body 301, the interface between the substrate 305 and the reactor main body 301 is completely sealed.

図2、図3、図4に示すように、改質器5も、気化器3と同様に、内部空間を形成した反応器本体501と、反応器本体501内に収納された流路構造502とを、備えている。また、図2、図3、図4では、改質器5において、例えば「絶縁膜507」が「絶縁膜307」と実質的に同じであるというように、気化器3の何れかの部分に対応する部分に対して下二桁が共通する500番代の符号を付し、下記では、気化器3の何れかの部分に対応する改質器5の各部についての説明は省略して改質器5と気化器3とで互いに異なる部分について説明する。   As shown in FIGS. 2, 3, and 4, as with the vaporizer 3, the reformer 5 also includes a reactor main body 501 that forms an internal space, and a flow channel structure 502 that is accommodated in the reactor main body 501. And has. 2, 3, and 4, in the reformer 5, for example, the “insulating film 507” is substantially the same as the “insulating film 307”, so that any part of the vaporizer 3 is disposed. The corresponding parts are given the same reference numerals in the 500th order, and in the following description, explanation of each part of the reformer 5 corresponding to any part of the vaporizer 3 is omitted. Different parts of the vaporizer 5 and the vaporizer 3 will be described.

改質器5においては、流入管503が気化器3の流出管304に通じており、流出管504が一酸化炭素除去器6の流入管603に通じている。   In the reformer 5, the inflow pipe 503 communicates with the outflow pipe 304 of the vaporizer 3, and the outflow pipe 504 communicates with the inflow pipe 603 of the carbon monoxide remover 6.

また、この改質器5においては、絶縁膜507によって覆われている部分を除いて基板505の表層全体に改質触媒としての触媒層516が形成されている。特に、貫通孔506,506,…の周囲を仕切る側壁515に触媒層516が形成されている。触媒層516は、側壁515を含む基板505の表層を酸化させることによってその表層を多孔質金属酸化物(基板505がアルミニウムの場合には多孔質金属酸化物がアルミナ(Al23)であり、基板505がチタンの場合には多孔質金属酸化物が酸化チタンであり、基板505がセリウムの場合には多孔質金属酸化物が酸化セリウムである。)に変質させ、その表層の多孔質金属酸化物を担体としてその表層に触媒成分を担持したものである。この改質器5においては、触媒成分としてCu/ZnO系触媒が基板505の表層に担持されている。基板505は、貫通孔506を流れる流体に含まれる物質に対して耐腐蝕性に優れ、触媒を担持しやすく、熱伝導率が高く、熱膨張率が低い方が好ましい。また基板505の厚さは、基板505の面方向の長さ、幅よりも短い。複数の貫通孔506,506,…が基板505の厚さ方向に沿って互いに平行でかつ途中で屈曲しないように直進した形状に形成されている。そのため、貫通孔506に流体が入ると、当該流体は、摩擦による流速の損失をほとんど受けずに速やかに各貫通孔506を通過することができる。 In the reformer 5, a catalyst layer 516 as a reforming catalyst is formed on the entire surface layer of the substrate 505 except for a portion covered with the insulating film 507. In particular, a catalyst layer 516 is formed on a side wall 515 that partitions the periphery of the through holes 506, 506,. The catalyst layer 516 is formed by oxidizing the surface layer of the substrate 505 including the side wall 515 so that the surface layer is a porous metal oxide (when the substrate 505 is aluminum, the porous metal oxide is alumina (Al 2 O 3 )). When the substrate 505 is titanium, the porous metal oxide is titanium oxide. When the substrate 505 is cerium, the porous metal oxide is cerium oxide.) A catalyst component is supported on the surface layer of an oxide as a carrier. In the reformer 5, a Cu / ZnO-based catalyst is supported on the surface layer of the substrate 505 as a catalyst component. It is preferable that the substrate 505 is excellent in corrosion resistance with respect to a substance contained in the fluid flowing through the through-hole 506, easily supports a catalyst, has high thermal conductivity, and has a low coefficient of thermal expansion. The thickness of the substrate 505 is shorter than the length and width in the surface direction of the substrate 505. A plurality of through holes 506, 506,... Are formed in a straight shape so as to be parallel to each other along the thickness direction of the substrate 505 and not bent in the middle. Therefore, when a fluid enters the through-holes 506, the fluid can pass through each through-hole 506 promptly with almost no loss of flow velocity due to friction.

図2、図4に示すように、一酸化炭素除去器6も、気化器3と同様に、内部空間を形成した反応器本体601と、反応器本体601内に収納された流路構造602とを、備えている。また、図2、図4では、一酸化炭素除去器6において、例えば「絶縁膜607」が「絶縁膜307」と実質的に同じであるというように、気化器3の何れかの部分に対応する部分に対して下二桁が共通する600番代の符号を付し、下記では、気化器3の何れかの部分に対応する一酸化炭素除去器6の各部についての説明は省略して一酸化炭素除去器6と気化器3とで互いに異なる部分について説明する。   As shown in FIGS. 2 and 4, the carbon monoxide remover 6 also has a reactor body 601 that forms an internal space, and a flow path structure 602 that is housed in the reactor body 601, as in the vaporizer 3. Is provided. 2 and 4, in the carbon monoxide remover 6, for example, “insulating film 607” corresponds to any part of the vaporizer 3 such that “insulating film 307” is substantially the same as “insulating film 307”. In the following, description of each part of the carbon monoxide remover 6 corresponding to any part of the vaporizer 3 is omitted. Differences between the carbon oxide remover 6 and the vaporizer 3 will be described.

一酸化炭素除去器6においては、反応器本体601には流入管603、流出管604に加えて空気管617が設けられている。空気管617は、反応器本体601の内部空間のうち流入管603側の領域610に臨んでいる。更に、この空気管617は、空気ポンプ8に通じている。また、流入管603が改質器5の流出管504に通じており、流出管604が燃料電池7の燃料極に通じている。   In the carbon monoxide remover 6, the reactor main body 601 is provided with an air pipe 617 in addition to the inflow pipe 603 and the outflow pipe 604. The air pipe 617 faces a region 610 on the inflow pipe 603 side in the internal space of the reactor main body 601. Further, the air pipe 617 communicates with the air pump 8. In addition, the inflow pipe 603 communicates with the outflow pipe 504 of the reformer 5, and the outflow pipe 604 communicates with the fuel electrode of the fuel cell 7.

また、この一酸化炭素除去器6においては、絶縁膜607によって覆われている部分を除いて基板605の表層全体(貫通孔606,606,…内の表層も含む。)に一酸化炭素の酸化反応用の触媒としての触媒層616が形成されている。触媒層616は、基板605の表層を酸化させることによってその表層を多孔質金属酸化物に変質させ、その表層の多孔質金属酸化物を担体としてその表層に触媒成分を担持したものである。この一酸化炭素除去器6においては、触媒成分としてPt系触媒が基板605の表層に担持されている。基板605は、貫通孔606を流れる流体に含まれる物質に対して耐腐蝕性に優れ、触媒層616を担持しやすく、熱伝導率が高く、熱膨張率が低い方が好ましい。また基板605の厚さは、基板605の面方向の長さ、幅よりも短い。多数の貫通孔606,606,…が基板605の厚さ方向に沿って互いに平行でかつ途中で屈曲しないように直進した形状に形成されている。そのため、貫通孔606に流体が入ると、当該流体は、摩擦による流速の損失をほとんど受けずに速やかに各貫通孔606を通過することができる。   In the carbon monoxide remover 6, the oxidation of carbon monoxide is performed on the entire surface layer of the substrate 605 (including the surface layer in the through holes 606, 606,...) Except for the portion covered with the insulating film 607. A catalyst layer 616 is formed as a reaction catalyst. The catalyst layer 616 is obtained by oxidizing the surface layer of the substrate 605 to change the surface layer into a porous metal oxide, and supporting the catalyst component on the surface layer using the porous metal oxide of the surface layer as a carrier. In the carbon monoxide remover 6, a Pt-based catalyst is supported on the surface layer of the substrate 605 as a catalyst component. It is preferable that the substrate 605 has excellent corrosion resistance with respect to a substance contained in the fluid flowing through the through-hole 606, easily supports the catalyst layer 616, has high thermal conductivity, and has a low coefficient of thermal expansion. The thickness of the substrate 605 is shorter than the length and width in the surface direction of the substrate 605. A large number of through-holes 606, 606,... Are formed along the thickness direction of the substrate 605 so as to be parallel to each other and not to be bent halfway. Therefore, when a fluid enters the through-hole 606, the fluid can pass through each through-hole 606 promptly with almost no loss of flow velocity due to friction.

続いて、気化器3、改質器5及び一酸化炭素除去器6の製造方法について説明する。
始めに、平板状の基板305,505,605を準備し、必要に応じて基板305,505,605の一方の面に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、PVD(Physical Vapor Deposition)法、スパッタリング法等の気相成長法により絶縁膜307,507,607を成膜する。そして一方の面の平板部320,520,620となる位置にそれぞれ電熱膜308,508,608(電気的接点としての端子部314,514,614を含む。)をパターニング形成後、電熱膜308,508,608をそれぞれ覆うように保護絶縁膜309,509,609を形成する。
Then, the manufacturing method of the vaporizer 3, the reformer 5, and the carbon monoxide remover 6 is demonstrated.
First, flat substrates 305, 505, and 605 are prepared, and a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a PVD (Physical Vapor Deposition) method, and a sputtering method are provided on one surface of the substrates 305, 505, and 605 as needed. Insulating films 307, 507, and 607 are formed by vapor phase epitaxy. Then, the electrothermal films 308, 508, and 608 (including the terminal parts 314, 514, and 614 as electrical contacts) are formed by patterning at positions where the flat plate sections 320, 520, and 620 on one surface are formed, respectively, Protective insulating films 309, 509, and 609 are formed so as to cover 508 and 608, respectively.

次いで、基板305,505,605に対してフォトリソグラフィー法によるレジストマスクを形成し、レジストマスクを施した状態の基板305,505,605にエッチングを施す。これにより、基板305,505,605のそれぞれに貫通孔306,506,606を多数形成する。この場合に、各基板305,505,605の中央部に対しては、隣り合う貫通孔305,505,605同士の間隔(図5中の間隔L2)よりも幅広い、図5中間隔L1に相当する幅で平板部320,520,620を形成するようにエッチングを施す。当方性エッチングの場合、基板305,505,605の厚さ方向に浸食していく際にエッチング孔が徐々に拡大してしまうので、貫通孔305,505,605の厚さ方向の形状を維持するために、各基板305,505,605を極めて薄い薄板の積層構造とし、薄板にそれぞれエッチング孔を開けてから各薄板を重ねるようにしてもよい。   Next, a resist mask is formed by photolithography on the substrates 305, 505, and 605, and the substrates 305, 505, and 605 in a state where the resist mask is applied are etched. Thus, a large number of through holes 306, 506, 606 are formed in the substrates 305, 505, 605, respectively. In this case, the central portion of each of the substrates 305, 505, and 605 is equivalent to the interval L1 in FIG. 5, which is wider than the interval between adjacent through holes 305, 505, and 605 (interval L2 in FIG. 5). Etching is performed so as to form the flat plate portions 320, 520, and 620 with the width to be formed. In the case of isotropic etching, the etching holes gradually expand when eroding in the thickness direction of the substrates 305, 505, and 605, so that the shape of the through holes 305, 505, and 605 in the thickness direction is maintained. For this purpose, each of the substrates 305, 505, and 605 may have a very thin laminated structure, and the thin plates may be stacked after etching holes are formed in the thin plates.

その後、基板505,605を電解液(例えば、リン酸(濃度4%が望ましい。)、シュウ酸(濃度5%が望ましい。))に浸漬し、基板505,605を陽極としかつ電解液を陰極とすると、基板505,605の表層が酸化する(陽極酸化法)。基板505,605の表層が陽極酸化することによって、基板505,605の表層が多孔質金属酸化物(担体)に変質する。これにより、基板505,605に担体としての機能を持たせることができる。
なお、基板505,605がガラスであった場合、酸化可能な金属を含む懸濁液に浸漬してこの金属を表面に塗着し、その後金属を酸化させて表面に多孔質の担持膜を形成してもよい。
After that, the substrates 505 and 605 are immersed in an electrolytic solution (for example, phosphoric acid (desirably 4% is preferable) and oxalic acid (preferably 5% is preferable)). Then, the surface layers of the substrates 505 and 605 are oxidized (anodic oxidation method). By anodizing the surface layer of the substrates 505 and 605, the surface layer of the substrates 505 and 605 is transformed into a porous metal oxide (support). Thus, the substrates 505 and 605 can have a function as a carrier.
When the substrates 505 and 605 are made of glass, they are immersed in a suspension containing an oxidizable metal and applied to the surface, and then the metal is oxidized to form a porous support film on the surface. May be.

次に、基板505,605を、触媒材料を含む溶液又は懸濁液に浸漬して貫通孔506,606を含む表層の多孔質金属酸化物に触媒成分を担持することによって、触媒層516,616を形成する。基板505,605の表層が多孔質金属酸化物に変質するので、触媒成分の付着強度の向上を図ることができる。   Next, the catalyst layers 516 and 616 are supported by immersing the substrates 505 and 605 in a solution or suspension containing the catalyst material and supporting the catalyst component on the porous metal oxide in the surface layer including the through holes 506 and 606. Form. Since the surface layers of the substrates 505 and 605 are transformed into a porous metal oxide, the adhesion strength of the catalyst component can be improved.

次に、基板305,505,605を反応器本体301,501,601に収納し、基板305,505,605によって反応器本体301,501,601の内部空間を流入管303,503,603側の領域310,510,610と流出管304,504,604側の領域311,511,611とに区切る。ここで、貫通孔306,506,606によって流入管303,503,603側の領域310,510,610が流出管304,504,604側の領域311,511,611に通じるようにし、基板305,505,605の一部と電熱線308,508,608の端子部314,514,614とを反応器本体301,501,601から外に延出させる。   Next, the substrates 305, 505, 605 are accommodated in the reactor main bodies 301, 501, 601, and the inner spaces of the reactor main bodies 301, 501, 601 are placed on the inflow pipes 303, 503, 603 side by the substrates 305, 505, 605. The areas 310, 510, and 610 are divided into areas 311, 511, and 611 on the outflow pipes 304, 504, and 604 side. Here, the through holes 306, 506, 606 allow the regions 310, 510, 610 on the inflow pipes 303, 503, 603 side to communicate with the regions 311, 511, 611 on the outflow pipes 304, 504, 604 side, and the substrates 305, A part of 505 and 605 and terminal portions 314, 514 and 614 of heating wires 308, 508 and 608 are extended from the reactor main bodies 301, 501 and 601 to the outside.

続いて、発電装置1の作用について説明する。
各端子部314,514,614間に適宜電圧・電流が印加されて、電熱線308,508,608で発した熱が、基板305,505,605に伝達され、側壁315、触媒層516,616が所定の温度に保持される。
Then, the effect | action of the electric power generating apparatus 1 is demonstrated.
A voltage / current is appropriately applied between the terminal portions 314, 514, and 614, and heat generated by the heating wires 308, 508, and 608 is transmitted to the substrates 305, 505, and 605, and the side walls 315 and the catalyst layers 516 and 616 are transmitted. Is maintained at a predetermined temperature.

燃料ポンプ4が作動すると、水を含む燃料が燃料容器2から気化器3の反応器本体301内に供給され、空気ポンプ8が作動すると、空気が外部から一酸化炭素除去器6の空気管617を通じて反応器本体601内の領域610に供給される。   When the fuel pump 4 is activated, fuel containing water is supplied from the fuel container 2 into the reactor main body 301 of the vaporizer 3, and when the air pump 8 is activated, air is externally supplied from the air pipe 617 of the carbon monoxide remover 6. To the region 610 in the reactor main body 601.

気化器3においては、電熱線308によって基板305が120℃〜130℃に加熱され、その状態で、燃料が貫通孔306,306,…を反応器本体301内の領域310から領域311に向かって流れ、その間に燃料が加熱されて気化する。ここで、基板305に多数の貫通孔306,306,…が形成されているため、基板305の表面積が大きく、燃料と基板305との接触面積が大きいので、燃料がより気化しやすい。   In the vaporizer 3, the substrate 305 is heated to 120 ° C. to 130 ° C. by the heating wire 308, and the fuel passes through the through holes 306, 306,... From the region 310 in the reactor main body 301 toward the region 311. In the meantime, the fuel is heated and vaporized. Here, since a large number of through holes 306, 306,... Are formed in the substrate 305, the surface area of the substrate 305 is large, and the contact area between the fuel and the substrate 305 is large.

気化した燃料(メタノールと水との混合気)は互いに連結された流出管304及び流入管503を通って改質器5の反応器本体501内に供給される。改質器5においては、燃料が貫通孔506,506,…を反応器本体501内の領域510から領域511に向かって流れる。反応器本体501内においては、電熱線508によって基板505が250℃〜300℃に加熱され、その状態で、気化されている燃料が触媒層516に接触して燃料から水素及び二酸化炭素が生成される。具体的には、化学反応式(1)のように、メタノールと水蒸気が反応して二酸化炭素と水素が生成される。
CH3OH+H2O→3H2+CO2 … (1)
The vaporized fuel (mixture of methanol and water) is supplied into the reactor main body 501 of the reformer 5 through the outflow pipe 304 and the inflow pipe 503 connected to each other. In the reformer 5, the fuel flows through the through holes 506, 506,... From the region 510 in the reactor main body 501 toward the region 511. In the reactor main body 501, the substrate 505 is heated to 250 ° C. to 300 ° C. by the heating wire 508, and in this state, the vaporized fuel contacts the catalyst layer 516 to generate hydrogen and carbon dioxide from the fuel. The Specifically, as shown in the chemical reaction formula (1), methanol and water vapor react to generate carbon dioxide and hydrogen.
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (1)

また、反応器本体501内では、メタノールと水蒸気が完全に二酸化炭素及び水素に改質されない場合もあり、この場合、化学反応式(2)のように、メタノールと水蒸気が反応して二酸化炭素及び一酸化炭素が生成される。
2CH3OH+H2O→5H2+CO+CO2 … (2)
In the reactor main body 501, methanol and water vapor may not be completely reformed to carbon dioxide and hydrogen. In this case, as shown in chemical reaction formula (2), methanol and water vapor react with each other to produce carbon dioxide and water vapor. Carbon monoxide is produced.
2CH 3 OH + H 2 O → 5H 2 + CO + CO 2 (2)

改質器5で生成された一酸化炭素、二酸化炭素及び水素等の混合気は互いに連結された流出管504及び流入管603を通って一酸化炭素除去器6の反応器本体601内に供給される。また、外部の空気が空気管617を通って反応器本体601内に供給される。そして、反応器本体601内の領域610に供給された混合気が貫通孔606,606,…を反応器本体601内の領域610から領域611に向かって流れる。反応器本体601内では、電熱線608によって基板605が170℃〜190℃に加熱され、その状態で、改質器5から供給された混合気に含まれる一酸化炭素が選択的に酸化され、混合気中から一酸化炭素が除去される。具体的には、化学反応式(3)のように、改質器5から供給された混合気のなかから特異的に選択された一酸化炭素と、空気中の酸素とが反応して二酸化炭素が生成される。
2CO+O2→2CO2 … (3)
An air-fuel mixture such as carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen generated in the reformer 5 is supplied into the reactor main body 601 of the carbon monoxide remover 6 through an outflow pipe 504 and an inflow pipe 603 connected to each other. The In addition, external air is supplied into the reactor main body 601 through the air pipe 617. Then, the air-fuel mixture supplied to the region 610 in the reactor main body 601 flows from the region 610 in the reactor main body 601 toward the region 611 through the through holes 606, 606,. In the reactor main body 601, the substrate 605 is heated to 170 ° C. to 190 ° C. by the heating wire 608, and in this state, carbon monoxide contained in the air-fuel mixture supplied from the reformer 5 is selectively oxidized, Carbon monoxide is removed from the gas mixture. Specifically, as shown in the chemical reaction formula (3), carbon monoxide specifically selected from the gas mixture supplied from the reformer 5 reacts with oxygen in the air to generate carbon dioxide. Is generated.
2CO + O 2 → 2CO 2 (3)

そして、一酸化炭素が除去され高濃度の水素を含む混合気が反応器本体601内から流出管604を通って燃料電池7の燃料極に供給される。燃料電池7の燃料極では、電気化学反応式(4)に示すように、供給された混合気のうち水素ガスが燃料極の触媒微粒子の作用を受けて水素イオンと電子とに分離される。水素イオンは固体高分子電解質膜を通じて空気極に伝導し、電子は燃料極により取り出される。
2→2H++2e- … (4)
燃料電池7の燃料極に供給された混合気のうち、電気化学反応に寄与しない生成物(二酸化炭素等)は、外部に排出される。
Then, the air-fuel mixture from which carbon monoxide is removed and containing high-concentration hydrogen is supplied from the reactor body 601 through the outflow pipe 604 to the fuel electrode of the fuel cell 7. In the fuel electrode of the fuel cell 7, as shown in the electrochemical reaction formula (4), hydrogen gas in the supplied air-fuel mixture is separated into hydrogen ions and electrons under the action of catalyst fine particles of the fuel electrode. Hydrogen ions are conducted to the air electrode through the solid polymer electrolyte membrane, and electrons are taken out by the fuel electrode.
H 2 → 2H + + 2e (4)
Of the air-fuel mixture supplied to the fuel electrode of the fuel cell 7, products (such as carbon dioxide) that do not contribute to the electrochemical reaction are discharged to the outside.

燃料電池7の空気極には、空気が供給され、電気化学反応式(5)に示すように、空気中の酸素と、固体高分子電解質膜を通過した水素イオンと、燃料極により取り出された電子とが反応して水が生成物として生成される。
2H++1/2O2+2e-→H2O … (5)
燃料電池7の空気極に供給された空気のうち電気化学反応に寄与しないガス(窒素等)と、生成水は、外部に排出される。
Air was supplied to the air electrode of the fuel cell 7, and as shown in the electrochemical reaction formula (5), oxygen in the air, hydrogen ions that passed through the solid polymer electrolyte membrane, and the fuel electrode were taken out. Reaction with electrons produces water as a product.
2H + + 1 / 2O 2 + 2e → H 2 O (5)
Of the air supplied to the air electrode of the fuel cell 7, the gas (such as nitrogen) that does not contribute to the electrochemical reaction and the generated water are discharged to the outside.

以上のように、発電装置1では、燃料電池7において上記(4)、(5)に示す電気化学反応が起こることにより電気エネルギーが生成される。生成された電気エネルギーは電子機器本体、燃料ポンプ4、電熱線308,508,608等の作動に用いられる。   As described above, in the power generation device 1, electric energy is generated by the electrochemical reactions shown in the above (4) and (5) in the fuel cell 7. The generated electrical energy is used for the operation of the electronic device main body, the fuel pump 4, the heating wires 308, 508, 608 and the like.

以上の発電装置1では、気化器3、改質器5及び一酸化炭素除去器6の各基板305,505,605に電熱線308,508,608がそれぞれ配されているため、気化器3、改質器5及び一酸化炭素除去器6の各反応器中に熱を効率よく供給することができる。そして、気化器3、改質器5及び一酸化炭素除去器6の各基板305,505,605上においては、各平板部320,520,620の幅(図5中の間隔L1、つまり平板部320,520,620をそれぞれ挟んだ同列方向で隣り合う貫通孔同士の間の最短距離)が、互いに隣り合う貫通孔306,506,606同士の間隔(図5中の間隔L2、つまり平板部320,520,620をそれぞれ挟んでいない同列方向で隣り合う貫通孔同士の間の最短距離)より長くなっているため、各基板305,505,605には電熱線308,508,608を配する位置が十分に確保されている。そのため、電熱線308,508,608の成膜に関し成膜位置や成膜幅に制約されずに各電熱線308,508,608を基板305,505,605上に容易に形成することができ、ひいては断線に強くて最適な電気抵抗を有する電熱線308,508,608を形成することができる。   In the above power generator 1, since the heating wires 308, 508, and 608 are arranged on the substrates 305, 505, and 605 of the vaporizer 3, the reformer 5, and the carbon monoxide remover 6, respectively, Heat can be efficiently supplied into the reactors of the reformer 5 and the carbon monoxide remover 6. And on each board | substrate 305,505,605 of the vaporizer | carburetor 3, the reformer 5, and the carbon monoxide remover 6, the width | variety (space | interval L1 in FIG. 5, ie, flat plate part) of each flat plate part 320,520,620. 320, 520, 620 is the shortest distance between adjacent through-holes in the same row direction, and the interval between adjacent through-holes 306, 506, 606 (interval L2 in FIG. 5, that is, flat plate portion 320). , 520, 620, which is longer than the shortest distance between adjacent through-holes in the same row direction, so that the heating wires 308, 508, 608 are disposed on the substrates 305, 505, 605. Is sufficiently secured. Therefore, the heating wires 308, 508, and 608 can be easily formed on the substrates 305, 505, and 605 without being limited by the film forming position and the film forming width with respect to the film formation of the heating wires 308, 508, and 608. As a result, the heating wires 308, 508, and 608 that are resistant to disconnection and have an optimal electrical resistance can be formed.

なお、本発明は平板部320,520,620の幅がそれぞれ、互いに隣り合う貫通孔306,506,606同士の間隔よりも長くなっていれば、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の変更をおこなってもよい。   The present invention is not limited to the above embodiment as long as the widths of the flat plate portions 320, 520, and 620 are longer than the intervals between the adjacent through holes 306, 506, and 606, respectively. Various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the invention.

例えば、図6、図7に示すように、各基板305,505,605に、平板部320,520,620と同様の第2の平板部321,521,621を、平板部320,520,620の図6中左右両側に設けて、それら第2の平板部321,521,621に対し電熱線308,508,608と同様の第2の電熱線330,530,630を配してもよい。また図8に示すように、各基板305,505,605に、平板部320,520,620と同様の第2の平板部321,521,621を、平板部320,520,620の左右両側に設けて、平板部320,520,620の電熱線325,525,625と平板部321,521,621の電熱線326,526,626とをそれぞれ直列に接続してもよい。   For example, as shown in FIGS. 6 and 7, the second flat plate portions 321, 521, 621 similar to the flat plate portions 320, 520, 620 are provided on the respective substrates 305, 505, 605, and the flat plate portions 320, 520, 620. 6, second heating wires 330, 530, and 630 similar to the heating wires 308, 508, and 608 may be provided on the left and right sides in FIG. 6. Further, as shown in FIG. 8, second flat plate portions 321, 521, 621 similar to the flat plate portions 320, 520, 620 are provided on the left and right sides of the flat plate portions 320, 520, 620 on the respective substrates 305, 505, 605. The heating wires 325, 525, and 625 of the flat plate portions 320, 520, and 620 may be connected in series with the heating wires 326, 526, and 626 of the flat plate portions 321, 521, and 621, respectively.

この場合、図6に示すように、電熱線308,508,608の端子部314,514,614と第2の電熱線330,530,630の端子部322,522,622とを電気的に独立させてもよいし、図7に示すように、電熱線308,508,608と第2の電熱線330,530,630とをそれぞれ電気的に導通させてこれら電熱線308,508,608と第2の電熱線330,530,630とに共通の端子部323,523,623を設けて電熱線308,508,608と第2の電熱線330,530,630とを電気的に並列接続してもよく、図8に示すように、電熱線325,525,625の両端に端子部324,524,624を設けて平板部320から平板部321に連続した直列構造、平板部520から平板部521に連続した直列構造、平板部620から平板621部に連続した直列構造としてもよい。   In this case, as shown in FIG. 6, the terminal portions 314, 514, 614 of the heating wires 308, 508, 608 and the terminal portions 322, 522, 622 of the second heating wires 330, 530, 630 are electrically independent. As shown in FIG. 7, the heating wires 308, 508, and 608 and the second heating wires 330, 530, and 630 are electrically connected to each other, and the heating wires 308, 508, and 608 are connected to the first heating wires 308, 508, and 608, respectively. The terminal portions 323, 523, and 623 common to the two heating wires 330, 530, and 630 are provided, and the heating wires 308, 508, and 608 and the second heating wires 330, 530, and 630 are electrically connected in parallel. As shown in FIG. 8, terminal portions 324, 524, and 624 are provided at both ends of the heating wires 325, 525, and 625, and a series structure in which the flat plate portion 320 continues to the flat plate portion 321, and the flat plate portion 520 to the flat plate. Continuous series structure 521 may be continuous series structure 621 parts flat from the flat plate portion 620.

図6に示す場合においては、各電熱線308,508,608,330,530,630への電圧の印加量を変えることで、その電圧の印加量に応じた量で各電熱線308,508,608,330,530,630をそれぞれ特異的に発熱させることができ、例えば、より低温の外側に熱が拡散するために中央(平板部320,520,620)側よりも蓄熱しにくい第2の平板部321,521,621の第2の電熱線330,530,630に、電熱線308,508,608よりも高い電圧を印加して伝熱による熱損失を補償させて基板305,505,605の各面方向の温度差を小さくして各気化器3、改質器5及び一酸化炭素除去器6内の温度分布をより均一にし、反応の均一化を図ることができる。   In the case shown in FIG. 6, by changing the amount of voltage applied to each heating wire 308, 508, 608, 330, 530, 630, each heating wire 308, 508, 608, 330, 530, and 630 can generate heat specifically, for example, the second is less likely to store heat than the center (flat plate portions 320, 520, and 620) side because heat is diffused to a lower temperature outside. A voltage higher than that of the heating wires 308, 508, and 608 is applied to the second heating wires 330, 530, and 630 of the flat plate portions 321, 521, and 621 to compensate for heat loss due to heat transfer, so that the substrates 305, 505, and 605 are used. Therefore, the temperature distribution in each vaporizer 3, the reformer 5, and the carbon monoxide remover 6 can be made more uniform, and the reaction can be made uniform.

他方、図7に示す場合においては、電熱線308,508,608と第2の電熱線330,530,630とで流れる電流値(抵抗値)を互いに異ならせてもよく、このとき、その抵抗値に応じた量で各電熱線308,508,608,330,530,630をそれぞれ特異的に発熱させることができ、例えば、より低温の外側に熱が拡散するために中央(平板部320,520,620)側よりも蓄熱しにくい第2の平板部321,521,621の第2の電熱線330,530,630の配線幅を長くして第2の電熱線330,530,630での電流値を増大させる。単位時間あたりの電熱線での発熱量Qは、下記式(6)の通りである。
Q=RI2 … (6)
ここでRは抵抗値、Iは電流値となる。したがって、第2の電熱線330,530,630では配線幅を長くして抵抗値は下がるが、抵抗値と電流値の関係は式(7)の通りになる。
V=IR … (7)
並列の場合、電圧Vはともに等位なので、電流値は抵抗値の下げに反比例して増大することになるので、発熱量Qは結果的に電流値の増大にしたがって増大するので第2の電熱線330,530,630の発熱量は電熱線308,508,608の発熱量よりも大きい。増大した発熱量によって第2の電熱線330,530,630の熱損失を補償させて基板305,505,605の各面方向の温度差を小さくして気化器3、改質器5及び一酸化炭素除去器6内の温度分布をより均一にし、反応の均一化を図ることができる。
On the other hand, in the case shown in FIG. 7, the current values (resistance values) flowing in the heating wires 308, 508, and 608 and the second heating wires 330, 530, and 630 may be different from each other. Each heating wire 308, 508, 608, 330, 530, 630 can be specifically heated in an amount corresponding to the value. For example, in order to diffuse the heat to the outside at a lower temperature, the center (flat plate portion 320, 520, 620) on the second heating wire 330, 530, 630 by increasing the wiring width of the second heating wire 330, 530, 630 of the second flat plate portion 321, 521, 621, which is less likely to store heat than the side of the second heating wire 330, 530, 630. Increase the current value. The calorific value Q in the heating wire per unit time is as shown in the following formula (6).
Q = RI 2 (6)
Here, R is a resistance value, and I is a current value. Therefore, in the second heating wires 330, 530, and 630, the wiring width is increased and the resistance value is lowered, but the relationship between the resistance value and the current value is as shown in Expression (7).
V = IR (7)
In the parallel case, since the voltages V are both equal, the current value increases in inverse proportion to the decrease in the resistance value. Therefore, the calorific value Q increases as the current value increases. The heat generation amount of the heat wires 330, 530, and 630 is larger than the heat generation amount of the heating wires 308, 508, and 608. The increased heat generation amount compensates for the heat loss of the second heating wires 330, 530, and 630 to reduce the temperature difference in each surface direction of the substrates 305, 505, and 605, thereby reducing the vaporizer 3, the reformer 5, and the monoxide. The temperature distribution in the carbon remover 6 can be made more uniform, and the reaction can be made uniform.

図8に示す場合においては、第2の平板部321,521,621の電熱線326,526,626の幅を平板部320,520,620の電熱線325,525,625の幅より狭くして抵抗値を増大させるようにしてもよい。このような直列構造では、平板部320,520,620の電熱線325,525,625の電流値は、第2の平板部321,521,621の電熱線326,526,626の電流値と等しいので、式(6)から第2の平板部321,521,621の電熱線326,526,626の発熱量は平板部320,520,620の電熱線325,525,625の発熱量よりも大きくなり、第2の平板部321,521,621での熱損失を補償させて基板305,505,605の各面方向の温度差を小さくして気化器3、改質器5及び一酸化炭素除去器6内の温度分布をより均一にし、反応の均一化を図ることができる。   In the case shown in FIG. 8, the width of the heating wires 326, 526, 626 of the second flat plate portions 321, 521, 621 is made narrower than the width of the heating wires 325, 525, 625 of the flat plate portions 320, 520, 620. The resistance value may be increased. In such a series structure, the current values of the heating wires 325, 525, 625 of the flat plate portions 320, 520, 620 are equal to the current values of the heating wires 326, 526, 626 of the second flat plate portions 321, 521, 621. Therefore, the heating value of the heating wires 326, 526, 626 of the second flat plate portions 321, 521, 621 is larger than the heating value of the heating wires 325, 525, 625 of the flat plate portions 320, 520, 620 from the equation (6). Thus, the heat loss in the second flat plate portions 321, 521, 621 is compensated to reduce the temperature difference in each surface direction of the substrates 305, 505, 605, and the vaporizer 3, the reformer 5 and the carbon monoxide are removed. The temperature distribution in the vessel 6 can be made more uniform, and the reaction can be made uniform.

なお、図6、図7では、平板部320,520,620及び第2の平板部321,521,621と、電熱線308,508,608及び第2の電熱線330,530,630とを、互いに略平行な状態で3箇所に配した例を示したが、平板部の数や、電熱線の設置数は複数であれば任意に変更してよいし、それらの配置位置も任意に変更してよい。また、図8では、平板部320,520,620及び第2の平板部321,521,621と、電熱線325,525,625及び第2の電熱線326,526,626とを、互いに略平行な状態で3箇所に配した例を示したが、平板部の数や、電熱線の設置数は複数であれば任意に変更してよいし、それらの配置位置も任意に変更してよい。   6 and 7, the flat plate portions 320, 520, 620 and the second flat plate portions 321, 521, 621, the heating wires 308, 508, 608 and the second heating wires 330, 530, 630, Although the example which has been arranged in three places in a state of being substantially parallel to each other has been shown, the number of flat plate portions and the number of heating wires installed may be arbitrarily changed as long as it is plural, and the arrangement position thereof may also be arbitrarily changed. It's okay. In FIG. 8, the flat plate portions 320, 520, 620 and the second flat plate portions 321, 521, 621, the heating wires 325, 525, 625, and the second heating wires 326, 526, 626 are substantially parallel to each other. However, the number of flat plate portions and the number of heating wires may be arbitrarily changed as long as they are plural, and the arrangement positions thereof may be arbitrarily changed.

また上記各実施形態では、基板305,505,605の一方の面のみに電熱線を設けたが、当該一方の面に対向する対向面にも同様に平板部320,520,620や第2の平板部321,521,621を形成し、これらの部分に一方の面同様に電熱線を設けて基板305,505,605の両面から加熱してもよい。   In each of the above embodiments, the heating wire is provided only on one surface of the substrates 305, 505, and 605. However, the flat plate portions 320, 520, and 620 and the second surface are also provided on the opposite surface that faces the one surface. The flat plate portions 321, 521, 621 may be formed, and heating wires may be provided on these portions in the same manner as one surface to heat from both surfaces of the substrates 305, 505, 605.

発電装置1の概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a power generation device 1. FIG. 気化器3、改質器5及び一酸化炭素除去器6の斜視図である。2 is a perspective view of a vaporizer 3, a reformer 5, and a carbon monoxide remover 6. FIG. 気化器3、改質器5及び一酸化炭素除去器6となる基板の斜視図である。It is a perspective view of the board | substrate used as the vaporizer | carburetor 3, the reformer 5, and the carbon monoxide remover 6. FIG. 図2のIV−IV線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the IV-IV line of FIG. 基板305の平面図である。3 is a plan view of a substrate 305. FIG. 図5の基板305の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the board | substrate 305 of FIG. 図5の基板305の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the board | substrate 305 of FIG. 図5の基板305の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the board | substrate 305 of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

3 気化器(反応器)
5 改質器(反応器)
6 一酸化炭素除去器(反応器)
305,505,605 基板
306,506,606 貫通孔
308,508,608 発熱体
330,530,630 第2の発熱体(発熱体)
3 Vaporizer (reactor)
5 Reformer (Reactor)
6 Carbon monoxide remover (reactor)
305, 505, 605 Substrate 306, 506, 606 Through hole 308, 508, 608 Heating element 330, 530, 630 Second heating element (heating element)

Claims (6)

一方の面からその面に対向する他方の面に貫通する複数の貫通孔を有した基板と、
前記一方の面における互いに隣り合う前記貫通孔同士の間の第一間隔に設けられた平板部と、
前記一方の面に有する絶縁膜と、
前記絶縁膜上の前記平板部の位置に備えられた発熱体と、
前記発熱体を覆う保護絶縁膜と、
を備え、
前記第一間隔が、前記一方の面における他の互いに隣り合う前記貫通孔同士の間の第二間隔より長いことを特徴とする反応器。
A substrate having a plurality of through holes penetrating from one surface to the other surface facing the surface;
A flat plate portion provided at a first interval between the through holes adjacent to each other on the one surface;
An insulating film on the one surface;
A heating element provided at a position of the flat plate portion on the insulating film;
A protective insulating film covering the heating element;
With
The reactor, wherein the first interval is longer than a second interval between the other adjacent through holes on the one surface.
請求項1に記載の反応器において、
前記平板部が前記基板上に複数配されており、
前記複数の平板部に各々前記発熱体が備えられ、
前記各発熱体が互いに独立に配されていることを特徴とする反応器。
The reactor according to claim 1,
A plurality of the flat plate portions are arranged on the substrate,
Each of the plurality of flat plate portions is provided with the heating element,
A reactor characterized in that the heating elements are arranged independently of each other.
請求項1に記載の反応器において、
前記平板部が前記基板上に複数配されており、
前記複数の平板部に各々前記発熱体が備えられ、
前記各発熱体が互いに異なった抵抗値を有していることを特徴とする反応器。
The reactor according to claim 1,
A plurality of the flat plate portions are arranged on the substrate,
Each of the plurality of flat plate portions is provided with the heating element,
Each of the heating elements has a different resistance value.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の反応器において、
気化器であることを特徴とする反応器。
Reactor according to any one of claims 1 to 3,
A reactor characterized by being a vaporizer.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の反応器において、
改質器であることを特徴とする反応器。
Reactor according to any one of claims 1 to 3,
A reactor characterized by being a reformer.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の反応器において、
一酸化炭素除去器であることを特徴とする反応器。
Reactor according to any one of claims 1 to 3,
A reactor characterized by being a carbon monoxide remover.
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