JP4453261B2 - 燃料供給機構 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体燃料を貯蔵した燃料容器から改質装置への燃料供給機構に係り、特に改質装置が所定温度を超えた場合に燃料の供給を遮断する機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、携帯電話，ノート型パソコン，デジタルカメラ，ＰＤＡ（Personal Digital Assistance），電子手帳等の小型の電子機器がめざましい進歩・発展を遂げており、その電源として、アルカリ乾電池，マンガン乾電池等の一次電池及びニッケル−カドミウム蓄電池，ニッケル−水素蓄電池，リチウムイオン電池等の二次電池が用いられている。
【０００３】
上記のような電子機器では、小型であることに加え、電池そのものの姿勢が変わっても一定の電力が供給されるため、例えば、ノート型パソコンであれば小脇に抱えながら持ち運んだり、携帯電話やデジタルカメラであれば胸ポケットやバックに無造作に収納した状態で持ち運んだりして使用することが可能であり、ユーザの使用場面に応じて電子機器を種々の姿勢に保持して使用することができる。
【０００４】
ところが、上記電子機器に搭載される一次電池又は二次電池は、エネルギーの利用効率の観点から検証すると、必ずしもエネルギーの有効利用が図られているとは言えず、今日では、一次電池及び二次電池の代替えのために、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・開発も盛んにおこなわれている。
【０００５】
燃料電池というのは、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る。特許文献１にその一例が記載されている。具体的に特許文献１に記載の燃料電池では、燃料として液体燃料が用いられており、液体の毛細管現象を利用して燃料を電池内に供給し、電気エネルギーを取り出している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−９３５５１号公報（段落番号００１１〜００１４，第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池のように、毛細管現象を利用した燃料供給系を有する発電システムでは、液体の燃料は消費される毎に毛管力により順次流出してしまう。そのため、発熱しながら液体燃料を熱処理する熱処理装置が燃料供給系の途中に配設される発電システムにおいては、上記のような燃料供給系（つまり、液体の毛細管現象を利用した燃料供給系）を適用することに問題がある。
【０００８】
すなわち、熱処理装置が正常に作動している間は問題無いが、熱処理装置に誤作動が生じ、予め設定された設定温度よりも高い温度で熱処理装置が発熱すると、これとは無関係に液体燃料が熱処理装置に流入し続け、液体燃料を無駄に消費させてしまうどころか、熱処理装置を構成する各部材を劣化・破損させる可能性もある。勿論、通常は、熱処理装置の内部に温度センサを配設して温度センサの検出結果に基づき液体燃料の供給を電気的に制御するが、熱処理装置の誤作動による異常な発熱で制御回路そのものに異常が発生すると、燃料供給の制御をおこなうことができず、この場合にも、液体燃料が、制御回路の異常とは無関係に毛管力により熱処理装置に流入し続けてしまい、異常発熱を助長してしまう可能性があり、燃料電池のみならず燃料電池により作動されるデバイスをも故障させる可能性がある。
【０００９】
本発明の課題は、液体の燃料を貯蔵した燃料容器から熱処理装置への燃料の供給をおこなう燃料供給機構であって、熱処理装置が予め設定された設定温度よりも高い温度で発熱したときに電気的な制御をおこなわずに熱処理装置への燃料の流入を抑制又は遮断することができる燃料供給機構を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、
液体の燃料を貯蔵した燃料容器から、予め設定された設定温度で発熱しながら前記燃料を熱処理する熱処理装置へと前記燃料を供給するための燃料供給機構であって、
前記燃料容器は前記熱処理装置と着脱自在に取り付けられていて、
前記燃料容器と前記熱処理装置とに接続され、前記燃料を前記燃料容器から前記熱処理装置に供給する第一供給部材と、
前記燃料容器の内部に配設されるとともに前記第一供給部材と着脱自在に接続され、前記燃料を前記燃料容器の内部から第一供給部材に供給する第二供給部材と、を有し、
前記第二供給部材には、前記燃料が流通可能な孔を有する熱可塑性の熱変形体が充填され、
前記熱変形体は、前記熱処理装置が前記設定温度で発熱しているときに前記孔を開放したままの状態を維持し、前記熱処理装置が前記設定温度よりも高い温度で発熱したときに前記孔を閉塞するように塑性変形することを特徴とする。
【００１４】
請求項１に記載の発明では、熱処理装置に第一供給部材が接続され、第一供給部材に第二供給部材が接続され、さらに第二供給部材に熱変形体が充填されるため、熱処理装置で発熱した熱は、第一供給部材及び第二供給部材を介して熱変形体に伝導する。従って、請求項１と同様に、熱変形体は、熱処理装置が発熱している間は熱処理装置からの熱を常時受けるが、熱処理装置が設定温度で発熱しているときは孔を開放したままの状態を維持するため、燃料容器の内部の燃料は、熱変形体を通過するように第二供給部材を流通して第一供給部材及び熱処理装置に流入する。
【００１５】
一方、熱処理装置が設定温度よりも高い温度で発熱したときに、熱変形体は孔を閉塞するように塑性変形するため、第二供給部材のなかでの燃料の流通は、熱変形体が充填された位置で抑制又は遮断される。これにより、熱処理装置が予め設定された設定温度よりも高い温度で発熱したときに、電気的な制御をおこなわずに熱処理装置への燃料の流入を抑制又は遮断することができ、ひいては燃料の浪費や熱処理装置の各部材の劣化・破損を防止することができる。
【００１６】
さらに請求項１に記載の発明では、燃料容器は熱処理装置と着脱自在に取り付けられていて、第二供給部材が、燃料容器の内部に配設されるとともに第一供給部材に着脱自在に接続されるため、第二供給部材とそれに充填された熱変形体は燃料容器毎に交換可能となっている。従って、燃料容器を交換する度に熱変形体を新規な状態で使用することができ、長期間の使用により熱変形体が熱処理装置の熱を受けて劣化するのを防止することができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の燃料供給機構において、
前記熱変形体は、前記熱処理装置が前記設定温度よりも高い温度で発熱し始めたときに塑性変形する位置で前記第一供給部材に充填されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項２に記載の発明では、熱変形体は、熱処理装置が設定温度よりも高い温度で発熱し始めたときに塑性変形する位置に充填されているため、熱処理装置が設定温度よりも高い温度で発熱し始めた初期の段階で燃料の流通を抑制又は遮断することができる。これにより、燃料の浪費を限りなく少なく抑えることができ、熱処理装置の各部材の劣化・破損も確実に防止することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、
請求項１又は２に記載の燃料供給機構において、
前記第一供給部材は、金属から構成され、前記熱変形体は、ガラスと、ポリスチレン、ポリエチレン及びポリアミドのうち何れかである合成樹脂とのうち何れか一方から構成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、
請求項３に記載の燃料供給機構において、
前記第二供給部材は、金属から構成されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項３、４に記載の発明では、第一供給部材や第二供給部材が金属から構成されているため、熱処理装置で発熱した熱を熱変形体に確実に伝導させ、熱処理装置への燃料の流入を抑制又は遮断することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されない。
図１は発電システム１の基本構成を示すブロック図であり、図２は、発電システム１に配設される燃料貯蔵モジュール２及び発電モジュール３の概略構成を示す一部破断斜視図である。ただし、図２では燃料貯蔵モジュール２は一端部の構成のみが図示されており、他端部が省略されている。
【００２３】
図１に示す通り、発電システム１は、燃料１０（図２参照）を貯蔵する燃料貯蔵モジュール２と、燃料貯蔵モジュール２に貯蔵された燃料１０で発電する発電モジュール３と、を有している。
【００２４】
具体的に燃料貯蔵モジュール２は、図２に示す通り、略円筒状の筐体４を有しており、筐体４が発電モジュール３に対して着脱自在に取り付けられるようになっている。筐体４の頭頂部には円形の貫通孔５が形成されており、筐体４の外周側には、発電モジュール３で生成された副生成物の水を流通させる排水管６が形成されている。燃料貯蔵モジュール２の底部には、排水用の水を貯留する排水容器（図示略）が配設されており、この排水容器に上記排水管６が接続されている。
【００２５】
筐体４の内部には、所定長さを有する円筒状の燃料容器７が収納されており、燃料容器７の内部に液体の燃料１０が貯蔵されている。燃料容器７は、透明又は半透明を呈した円筒状の部材であって、ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリカーボネート，アクリル等の材料から構成されている。また、燃料１０は具体的に、化学燃料と水との混合物である。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、メタノールと水とを等モルで均一に混合した混合物が燃料１０として用いられている。
【００２６】
上記燃料容器７の頭頂部には、燃料１０を発電モジュール３に供給するための供給口８が突出するように配設されており、供給口８の内部には、供給口８全体を閉塞する閉塞膜９が配設されている。本実施形態の燃料容器７では、供給口８を閉塞膜９により被膜することで、燃料容器７そのものの保存中に燃料容器７から燃料１０が漏出するのを防止している。また、燃料容器７の内部には、図２において燃料容器７の底部から上記供給口８（の閉塞膜９の下方）にまで延在する第二供給部材としての供給管１１が配設されている。
【００２７】
なお、燃料容器７は、図２に示す通り、燃料容器７の供給口８が筐体４の貫通孔５に挿入されるように、筐体４の内部に着脱自在に収納されるようになっている。燃料容器７が筐体４の所定位置に収納された状態では、燃料容器７は、外周面の一部が筐体４の外部に露出するようになっている。この状態において、上記の通り、容器本体１５が透明又は半透明であるため、燃料容器７を介して燃料１０の有無又は残量を容易に確認できるようになっている。
【００２８】
次に、発電モジュール３について説明する。
図１及び図２に示す発電モジュール３は、燃料容器７に貯蔵された燃料１０を発熱しながら改質する熱処理装置としての改質装置２０を有している。改質装置２０は気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４から構成されている。また発電モジュール３は、改質装置２０で改質された燃料１０により発電をおこなう燃料電池２５と、燃料電池２５で発電された電気エネルギーを蓄電し必要に応じて電気エネルギーを供給する蓄電部２６と、蓄電部２６から供給された電気エネルギーを発電モジュール３全体に分配する分配部２７と、上記改質装置２０、燃料電池２５、蓄電部２６及び分配部２７を電子制御する制御部２８と、を有している。
【００２９】
図２に示す通り、発電モジュール３は略円筒状の筐体３０を有している。筐体３０の内部には、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４がこの順に重ねられた状態で配設されており、さらには気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４を囲むように燃料電池２５が配設されている。また燃料電池２５の外側であって筐体３０の外周面には、空気中の酸素を吸気するための複数のスリット３１，３１，…が互いに平行に並んだ状態で形成されている。
【００３０】
筐体３０の頭頂部には、蓄電部２６（図１参照）から外部のデバイスに電気エネルギーを供給するための端子３２が配設されており、端子３２の周囲であって筐体３０の頭頂部には複数の通気孔３３，３３，…が形成されている。
【００３１】
筐体３０の底部であって筐体３０の外周側には、燃料貯蔵モジュール２の排水管６と接続可能な排水管３４が配設されている。排水管３４は発電モジュール３で生成された副生成物の水を流通させるためのものである。排水管３４にはバルブ３６が配設されており、筐体３０に設けられた水導入管３７がバルブ３６を介して排水管３４に通じている。また筐体３０の底部であって筐体３０の中央部には、燃料貯蔵モジュール２の燃料容器７と接続可能な第一供給部材としての供給管３５が配設されている。供給管３５は燃料容器７から燃料１０を吸入するためのものである。
【００３２】
上記構成を具備する燃料貯蔵モジュール２と発電モジュール３とにおいて、燃料容器７を収納した燃料貯蔵モジュール２を発電モジュール３に取り付ける（接続する）と、両モジュール２，３の接続箇所の外周側では、発電モジュール３の排水管３４が燃料貯蔵モジュール２の排水管６と接続される。これにより、排水管３４と排水管６とが互いに通じ合い、発電モジュール３で生成された副生成物の水が、発電モジュール３の排水管３４から燃料貯蔵モジュール２の排水管６へと流入可能な状態となる。
【００３３】
一方、両モジュール２，３の接続箇所の中央部では、発電モジュール３の供給管３５が、燃料容器７の供給口８に挿入されて閉塞膜９を突き破り、供給管１１と接続される。これにより、供給管３５と供給管１１とが互いに通じ合い、燃料容器７に貯蔵された燃料１０が、燃料容器７の供給管１１から発電モジュール３の供給管３５へと流入可能な状態となる。
【００３４】
図３は、本発明に係る燃料供給機構６０を示す図面である。
燃料供給機構６０は、燃料容器７の供給管１１と発電モジュール３の供給管３５とを有し、供給管１１及び供給管３５を介して燃料容器７から発電モジュール３への燃料１０の供給を実現するための機構である。そして燃料供給機構６０では、発電モジュール３の供給管３５の途中に、加熱により塑性変形する熱変形体１５が充填されているのが特徴となっている。熱変形体１５はガラス，合成樹脂等の熱可塑性材料から構成されるものであって、具体的に本実施形態では、ポリスチレン，ポリエチレン，ポリアミド等の合成樹脂から構成されている。
【００３５】
さらに熱変形体１５は、複数の微細孔を無作為に繋いで成形した構造を有しており、所定温度以下では燃料１０が各微細孔を通過可能な状態を維持し、所定温度以上に加熱されると各微細孔が閉塞するように塑性変形（軟化）するようになっている。従って、燃料容器７から発電モジュール３へと燃料１０が供給される場合、熱変形体１５が所定温度以下に保持されたときには、燃料１０は熱変形体１５の各微細孔を通過しながら発電モジュール３の供給管３５を流通可能であり、熱変形体１５が所定温度以上に加熱されたときには、熱変形体１５が各微細孔を閉塞するように塑性変形して発電モジュール３の供給管３５のなかでの燃料１０の流通が抑制又は遮断されるようになっている。
【００３６】
なお、後述する通り、発電モジュール３では、一連の化学反応を引き起こすために数珠繋ぎに連結された気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各反応器を加熱するために、これら各反応器にはマイクロ流路５６がそれぞれ形成されており、各反応器のマイクロ流路５６には、供給管３５と連通して燃料１０を流入させる流入管５８がそれぞれ配設されている。そして、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４のいずれかの反応器で異常発熱が起きると、その熱が流入管５８から供給管３５に伝導して、熱変形体１５が各微細孔を閉塞するように塑性変形し、燃料１０の流通が抑制又は遮断されるようになっている。このとき、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各マイクロ流路５６には燃料１０が到達せず（供給されず）、異常発熱を起こした反応器での異常発熱が停止するようになっている。
【００３７】
また、本実施形態では、熱変形体１５は、上記の通りに複数の微細孔を無作為に繋いで成形した構造を有しているが、このような構造には限定されず、熱変形体１５は、例えば、燃料１０が流通可能な細長い直線状の孔を有する構造であってもよいし、燃料１０が流通可能な細長い孔を枝状に無作為に繋いだ構造であってもよい。つまり、熱変形体１５は、所定温度以下に保持されたときに燃料１０の流通を許容し、所定温度以上に加熱されたときに燃料１０の流通を遮断するような孔を有していればよい。
【００３８】
また、燃料容器７の供給管１１、発電モジュール３の供給管３５並びに気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各流入管５８は、金属等の高熱伝導性材料から構成されており、各供給管１１，３５及び各流入管５８には、発電モジュール３の改質装置２０で発熱した熱が効率よく伝導するようになっている（これについては後述する）。
【００３９】
次に、改質装置２０の各反応器及び燃料電池２５とそこで起こる化学反応とについて説明する。
気化器２１は、燃料貯蔵モジュール２の燃料容器７から供給された燃料１０を加熱することで、燃料１０を気化（蒸発）させるものである。気化器２１で気化した混合気は水蒸気改質反応器２２へ供給される。
【００４０】
水蒸気改質反応器２２は、化学反応式（１）のように、気化器２１から供給された混合気を改質触媒で水素ガスと二酸化炭素ガスに改質するものである。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 … （１）
また、気化器２１から供給された混合気が完全に水素ガスと二酸化炭素ガスと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、水蒸気改質反応器２２で微量の一酸化炭素ガスが生成される。
２ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→５Ｈ2Ｏ＋ＣＯ＋ＣＯ2 … （２）
水蒸気改質反応器２２で生成された水素ガス、二酸化炭素ガス及び一酸化炭素に加えて未反応の水蒸気は、水性シフト反応器２３へ供給される。
【００４１】
なお、燃料１０に含有した化学燃料の濃度を高くするために、化学反応式（１）の左辺の水として燃料電池２５で生成された副生成物の水をバルブ３６で制御された水導入管３７を介して水蒸気改質反応器２２に導入させてもよく、また燃料容器７とは別の上記排水容器に溜まっている水を毛管現象等により、燃料貯蔵モジュール２の排水管６から発電モジュール３の排水管３４に流入させ、排水管３４から水導入管３７に導入させてもよい。
【００４２】
水性シフト反応器２３は、化学反応式（３）のように、水蒸気改質反応器２２から供給された混合気（水素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気及び一酸化炭素ガス）のうち一酸化炭素ガスを触媒で水性シフト反応させるものである。
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2 … （３）
【００４３】
水蒸気改質反応器２２において未反応だった水蒸気が水性シフト反応に用いられ、混合気の水蒸気及び一酸化炭素ガス濃度は非常に希薄になる。水性シフト反応器２３から選択酸化反応器２４へ混合気（水素ガス、二酸化炭素ガス及び一酸化炭素ガスを含む。）が選択酸化反応器２４へ供給される。なお、燃料１０に含有した化学燃料の濃度を高くするために、化学反応式（３）の左辺の水として燃料電池２５で生成された副生成物の水をバルブ３６で制御された水導入管３７を介して水性シフト反応器２３に導入させてもよい。
【００４４】
選択酸化反応器２４は、水性シフト反応器２３から供給された混合気のうち一酸化炭素ガスを触媒によって選択し、化学反応式（４）のように、一酸化炭素ガスを酸化させるものである。
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2 … （４）
化学反応式（４）の左辺の酸素は、発電モジュール３の複数の通気孔３３，３３，…を介して大気中から選択酸化反応器２４に取り込まれる。また、選択酸化反応器２４には、化学反応式（４）の化学反応を選択的に促進する触媒が形成されているため、混合気に含まれる水素はほとんど酸化しない。選択酸化反応器２４から燃料電池２５へ混合気が供給されるが、その混合気には一酸化炭素ガスがほとんど含まれず、水素ガス及び二酸化炭素ガスの純度が非常に高い。選択酸化反応器２４に水素とそれ以外の無害の副生成物とに分離できる機構が設けられていれば、各通気孔３３からその副生成物を排出するようにしてもよい。
【００４５】
燃料電池２５は、触媒微粒子が付着した燃料極（カソード）と、触媒微粒子が付着した空気極（アノード）と、燃料極と空気極との間に介装されたフィルム状のイオン伝導膜とを具備するものである。燃料極には選択酸化反応器２４からの混合気が供給され、空気極には、発電モジュール３の外周面に設けられた複数のスリット３１，３１，…を介して大気中の酸素ガスが供給される。
【００４６】
電気化学反応式（５）に示すように、燃料極に水素ガスが供給されると、燃料極に付着した触媒により電子の分離した水素イオンが発生し、水素イオンがイオン伝導膜を通じて空気極へ伝導し、燃料極より電子が取り出される。また、選択酸化反応器２４から供給された混合気のうち二酸化炭素ガスは、反応せずに外部に放出される。
３Ｈ2→６Ｈ+＋６ｅ- … （５）
一方、電気化学反応式（６）に示すように、空気極に酸素ガスが供給されると、イオン導電膜を通過した水素イオンと、酸素ガスと、電子とが反応して、水が副生成物として生成される。
６Ｈ+＋３／２Ｏ2＋６ｅ-→３Ｈ2Ｏ … （６）
燃料電池２５で以上のような電気化学反応が起こることによって、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、蓄電部２６に蓄電されるようになっている。
【００４７】
なお、上記気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４は、シリコン、アルミニウム合金又はガラスからなる小型の基板に形成されたマイクロ流路に流体を流してこの流体を気化させるか又は流体の少なくとも一部に化学反応を引き起こさせるマイクロリアクタとして機能するものである。以下では、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の構造について説明する。
【００４８】
図４は気化器２１の断面図であり、図５は気化器２１に備わった熱処理炉４０の斜視図である。
図４に示す通り、気化器２１は、低融点ガラスで形成された直方体状のガラス容器５３を有しており、ガラス容器５３の内壁及び外壁には、アルミニウムや金等で形成された輻射シールド膜５１，５２が成膜されている。輻射シールド膜５１は輻射性に富んだ金からなり、輻射シールド膜５２は、柔軟な金でできた輻射シールド膜５１に応力が加えられることで傷ついたり、穴が生じないように厚めのアルミニウムで形成されている。各輻射シールド膜５１，５２は、赤外線を含む電磁波に対して高い反射性を有しており、後述の熱処理炉４０で発した電磁波をガラス容器５３の内部に反射するようになっている。これにより、熱処理炉４０で発された電磁波はガラス容器５３の外部に伝播するのを遮蔽され、熱処理炉４０から発された電磁波による輻射熱がガラス容器５３の外部に放熱するのを防止できるようになっている。
【００４９】
ガラス容器５３の内壁に成膜された輻射シールド膜５１の内側であってガラス容器５３の内部の各角部には、支持体５４，５４，…がそれぞれ配設されている。そして各支持体５４により支持された状態で、熱処理炉４０がガラス容器５３の内部に配設されている。ただし、熱処理炉４０はガラス容器５３の内壁から離間している。
【００５０】
上記熱処理炉４０は、図４に示す通り、３枚の基板４１，４２，５５を互いに重ね合わせて接合した構造を有している。各基板４１，４２，５５はシリコン結晶，アルミニウム，ガラス等の材料で構成されている。そして図５に示す通り、各基板４１，４２，５５の接合部には葛折りとされたマイクロ流路４３，５６が形成されている。
【００５１】
マイクロ流路４３は、基板４１の一方の面に形成された葛折り状の溝を基板４２に向かい合わせて基板４１と基板４２とを接合することで形成されており、基板４１と基板４２との間に封止されている。マイクロ流路４３としての溝は、基板４１の一方の面にフォトリソグラフィー法，エッチング法等を適宜施すことによって形成されている。
【００５２】
マイクロ流路５６は、マイクロ流路４３と対向する位置で且つ基板５５の一方の面に形成された葛折り状の溝を基板４２に向かい合わせて基板５５と基板４２とを接合することで形成されており、基板５５と基板４２との間に封止されている。マイクロ流路５６の一端は基板５５に設けられた流入管５８に連通され、マイクロ流路５６の他端は基板５５に設けられた流出管５９に連通されている。マイクロ流路５６としての溝は、基板５５の一方の面にフォトリソグラフィー法，エッチング法等を適宜施すことによって形成されている。マイクロ流路５６の内壁には、燃焼触媒膜５７がマイクロ流路５６のほぼ一端から他端までマイクロ流路５６に沿って形成されている。燃焼触媒膜５７は、燃料１０に含まれる化学燃料を燃焼させる反応（発熱反応）を促進する触媒であり、燃焼触媒膜５７によって起こる発熱反応は、マイクロ流路４３での燃料１０の気化反応（吸熱反応）を促進するようになっている。
【００５３】
流入管５８は図示しないポンプを介して供給管３５と連結しており、流入管５８には、供給管３５から燃料１０が流入するようになっている。流出管５９は、燃焼後に残った二酸化炭素等の生成物を含む流体を発電モジュール３外に排出する管である。またマイクロ流路５６は、マイクロ流路４３と平面的に重なるのであればこの形状に限らない。
【００５４】
図４及び図５に示す通り、マイクロ流路４３の一方の端部には流出管４５の端部が連結されている。流出管４５は、基板４１、輻射シールド膜５１，５２及びガラス容器５３を貫通して熱処理炉４０からガラス容器５３外部に引き出されている。マイクロ流路４３の他方の端部には流入管４４の端部が連結されている。流入管４４も、流出管４５と同様に、基板４２、輻射シールド膜５１，５２及びガラス容器５３を貫通して熱処理炉４０からガラス容器５３の外部に引き出されている。また、流入管４４は、発電モジュール３の上記供給管３５に通じており、燃料容器７に貯蔵された燃料１０が、供給管３５及び流入管４４を介してマイクロ流路４３に流入するようになっている。さらに流入管４４は、上記供給管３５と同様に、金属等の高熱伝導性材料から構成されている。
【００５５】
なお、気化器２１の流入管４４と発電モジュール３の供給管３５との間には、燃料供給機構６０の一部としてマイクロポンプ（図示略）が介在している。このマイクロポンプは上記制御部２８に接続されており、上記制御部２８がマイクロポンプを制御して、供給管３５から気化器２１の流入管４４に流れる燃料１０の流量を制御するようになっている。
【００５６】
さらに図４に示す通り、基板４２の基板４１との接合面には、マイクロ流路４３に対応するような葛折り状の発熱抵抗膜４７が形成されている。基板４１と基板４２とが互いに接合された状態では、マイクロ流路４３を形成する溝に発熱抵抗膜４７が重なり、発熱抵抗膜４７がマイクロ流路４３の床を形成している。発熱抵抗膜４７は、マイクロ流路４３の一端から他端までマイクロ流路４３に沿って形成されている。発熱抵抗膜４７はマイクロ流路４３と平面的に重なるのであればこの形状に限らず例えば矩形であってもよい。
【００５７】
マイクロ流路４３の一端において発熱抵抗膜４７にリード線４８が接続されており、マイクロ流路４３の他端において発熱抵抗膜４７にリード線４９が接続されている。各リード線４８，４９は、金，白金，ニッケル等の抵抗率が非常に低く化学的に安定した金属材料で形成されており、各リード線４８，４９の電気抵抗は、発熱抵抗膜４７の電気抵抗に比較しても非常に小さくなっている。発熱抵抗膜４７は、マイクロ流路４３での化学反応を促進するために、マイクロ流路５６での燃焼による発熱を補助し、温度を微調整するためのもので、発熱抵抗膜４７で発生する熱量はマイクロ流路５６で発生する熱量より小さい。
【００５８】
図４に示す通り、各リード線４８，４９は、２枚の基板４１，４２に挟まれた状態で輻射シールド膜５１，５２及びガラス容器５３を貫通して熱処理炉４０からガラス容器５３の外部に引き出されている。リード線４８はガラス容器５３の外部において分配部２７の一方の電極に接続されており、リード線４９はガラス容器５３の外部において分配部２７の他方の電極に接続されている。
【００５９】
分配部２７は、制御部２８からの制御信号に応じて発熱抵抗膜４７に供給する電力を変更できる機能を有している。例えば、分配部２７によって印加される電圧が一定であれば、分配部２７はリード線４８，４９に流す電流を変更できるようになっており、分配部２７によって流れる電流が一定であれば、分配部２７はリード線４８−リード線４９に印加する電圧を変更できるようになっている。勿論、分配部２７が電圧と電流の両方を変更できてもよく、直流駆動及び交流駆動のいずれであってもよい。
【００６０】
また制御部２８は、汎用のＣＰＵ（central processing unit）等からなる演算処理装置又は専用の論理回路を有し、分配部２７の電圧及び電流を示す信号をフィードバックして分配部２７から発熱抵抗膜４７に付与する電力を調整する機能を有している。このような構成により、発熱抵抗膜４７による発熱温度が調整されるようになっている。さらに制御部２８は、供給管３５を介して燃料容器７の燃料１０を取り込むとともに取り込んだ燃料１０を気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各流入管５８に送出する図示しないポンプを制御するようになっている。したがって、制御部２８は、マイクロ流路５６に流入する燃料１０の流入量及び上記発熱抵抗膜４７を制御することで、マイクロ流路４３内の温度を統轄して制御するようになっている。
【００６１】
なお、上記構成を具備する気化器２１では、流入管４４、流出管４５及びリード線４８，４９が各輻射シールド膜５１，５２及びガラス容器５３を貫通した状態において、ガラス容器５３の内部は密閉された空間となっており、ガラス容器５３の内部空間は気圧が非常に低い真空状態となっている。従ってガラス容器５３の内部には熱を伝搬する媒体がほとんど存在せず、熱処理炉４０からガラス容器５３の外部への熱の放熱を抑えることができるようになっている。
【００６２】
図６は、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各反応器を示す断面図である。ただし、図６に示す水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各反応器では、上記気化器２１と同様の構成要素に上記と同様の符号を付してそれら構成要素の詳細な説明を省略している。
【００６３】
図６に示す通り、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各反応器は、上記気化器２１と略同様の構成を有しているが、特に水蒸気改質反応器２２の流入管４４は気化器２１の流出管４５に通じており、水蒸気改質反応器２２の流出管４５は水性シフト反応器２３の流入管４４に通じており、水性シフト反応器２３の流出管４５は選択酸化反応器２４の流入管４４に通じており、選択酸化反応器２４の流出管４５は燃料電池２５の燃料極に通じている。また、図２にも示す通り、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各反応器はこの順に重ねられているが、各反応器の外壁に被膜された輻射シールド膜５２が隣り合う反応器同士で接触した状態で各反応器が重ねられている。
【００６４】
さらに水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４のいずれの反応器においても、マイクロ流路４３の内壁及び天井（つまり、基板４１の溝の壁面）には改質触媒膜４６がマイクロ流路４３の一端から他端までマイクロ流路４３に沿って形成されている。改質触媒膜４６は、燃料１０に含まれる化学燃料を改質して水素を生成するものであり、改質触媒膜４６の成分・種類等は、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３、選択酸化反応器２４の間で異なっていてもよい。ここで、水蒸気改質反応器２２の場合には、上記化学反応式（１）で示された化学反応が改質触媒膜４６によって促進され、水性シフト反応器２３の場合には、上記化学反応式（３）で示された化学反応が改質触媒膜４６によって促進され、選択酸化反応器２４の場合には、上記化学反応式（４）で示された化学反応が改質触媒膜４６によって促進されるようになっている。
【００６５】
なお、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各マイクロ流路５６では、いずれも燃料１０を燃焼触媒膜５７により燃焼させてマイクロ流路４３を加熱するようになっているが、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各マイクロ流路４３で行われる反応で必要とされる熱量がそれぞれ異なる場合には、その熱量に従った量の燃料１０を各流入管５８に流入させ、マイクロ流路５６での発熱量を制御すればよい。また、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４に通じる各流入管５８は、図示しないポンプを介して供給管３５と連結されており、各流入管５８には、ポンプ及び供給管３５を介して燃料１０が流入するようになっている。
【００６６】
次に、発電システム１の使用方法及び動作を説明する。
まず、燃料容器７を収納した燃料貯蔵モジュール２を発電モジュール３に取り付ける。すると、発電モジュール３の排水管３４が燃料貯蔵モジュール２の排水管６と接続され、発電モジュール３の供給管３５が、燃料容器７の供給口８に挿入されて閉塞膜９を突き破り、燃料容器７の供給管１１と接続される。
【００６７】
そして、改質装置２０を駆動するための制御信号が制御部２８から分配部２７に入力されると、分配部２７から気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各反応器の発熱抵抗膜４７にリード線４８，４９を介して電力が供給され、各発熱抵抗膜４７が発熱する。ここで、制御部２８は、各マイクロ流路５６で発生される熱の熱情報データ並びに分配部２７から気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各発熱抵抗膜４７に与える電圧及び電流を示す信号をフィードバックし、各流入管５８及び供給管３５間に介在するポンプ（各マイクロ流路５６に流入する燃料１０の流入量）と分配部２７の電圧及び電流とを制御する。これにより、本実施形態では、各マイクロ流路５６で起こる発熱反応による加熱と各発熱抵抗膜４７による加熱とで、マイクロ流路４３が予め設定された設定温度になるように制御される。
【００６８】
これに伴い、各流入管５８及び供給管３５間に介在するポンプが制御部２８により制御された状態で作動し、燃料容器７の燃料１０が、各流入管５８を通じて気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各マイクロ流路５６に供給される。すると、供給された燃料１０が燃焼触媒膜５７の触媒作用により燃焼して、各マイクロ流路５６で発熱反応が起こる。これにより、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各マイクロ流路４３が加熱される。
【００６９】
また、発電モジュール３のマイクロポンプ（気化器２１の流入管４４と供給管３５との間に介在するマイクロポンプ）も制御部２８により制御された状態で作動し、燃料容器７の燃料１０が供給管１１及び供給管３５を通じて吸引される。すると、燃料１０は、燃料容器７の供給管１１から発電モジュール３の供給管３５へと流出し、熱変形体１５を通過するように供給管３５を流通し、供給管３５から気化器２１の流入管４４に流入し、流入管４４から気化器２１の熱処理炉４０内に流入する。
【００７０】
熱処理炉４０内では、燃料１０は、マイクロ流路５６の発熱反応による熱と発熱抵抗膜４７の熱とによって加熱されて蒸発し、気化器２１内では気圧が高くなって対流が生じる。これにより、液体であった燃料１０がメタノールと水との混合気に相変化し、気化器２１から水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３、選択酸化反応器２４及び燃料電池２５までこの順に流通する。
【００７１】
水蒸気改質反応器２２においては、混合気が流入管４４から流出管４５へとマイクロ流路４３を流れる。混合気がマイクロ流路４３を流れているときには、混合気が、マイクロ流路５６の発熱反応による熱と発熱抵抗膜４７による熱とで加熱される。そして、混合気が改質触媒膜４６によって促進されて、混合気が上記化学反応式（１）・（２）のような反応を起こす。
【００７２】
水性シフト反応器２３においては、混合気がマイクロ流路４３を流れているときに、マイクロ流路５６の発熱反応による熱と発熱抵抗膜４７による熱とによって加熱されて、上記化学反応式（３）のような反応を起こす。選択酸化反応器２４においても同様に、混合気がマイクロ流路４３を流れているときに、マイクロ流路５６の発熱反応による熱と発熱抵抗膜４７による熱とによって加熱されて、上記化学反応式（４）のような反応を起こす。そして、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４によって生成された水素が燃料電池２５の燃料極に供給され、燃料電池２５においては、上記化学反応式（５）・（６）のような電気化学反応が起きて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、蓄電部２６に蓄電されたり端子３２を通じて外部に供給されたりする。
【００７３】
さらに燃料電池２５においては、上記化学反応式（６）に示すような電気化学反応に伴い、副生成物として水が生成される。燃料電池２５で生成された水は、発電モジュール３の排水管３４を流通し、排水管３４から燃料貯蔵モジュール２の排水管６に流入し、排水管６から上記排水容器に排出される。
【００７４】
ここで、上記のように、燃料容器７から改質装置２０に燃料１０が供給されると改質装置２０では燃料１０が順次改質されるが、改質装置２０の各反応器では、マイクロ流路５６で発熱反応が起こるとともに発熱抵抗膜４７が発熱するため、改質装置２０の駆動時において、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各反応器の温度が上昇し、改質装置２０の熱が、気化器２１の流入管４４、各流入管５８及び発電モジュール３の供給管３５を介して熱変形体１５に伝導する。
【００７５】
本実施形態では、熱変形体１５は、上記の通り、発電モジュール３の供給管３５の途中の位置に充填されているが、具体的には、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４のマイクロ流路４３が設定温度通りに保持されているときはその熱を受けても塑性変形せず、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４のマイクロ流路４３が設定温度よりも高い温度になったときにその熱を受けて塑性変形する位置に充填されている。
【００７６】
従って、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４のマイクロ流路４３の温度が正常に制御されている間は、熱変形体１５には軟化点以上の熱が伝導されず、熱変形体１５は、各微細孔を開放したままの状態を維持して燃料１０の流通を許容する。逆に、改質装置２０（気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４のいずれかの反応器）に誤作動が生じたり制御部２８の制御に異常等が発生したりして、各反応器のマイクロ流路４３が設定温度の制御幅を上回る温度になり始めると、熱変形体１５に軟化点以上の熱が伝導され、熱変形体１５は各微細孔が閉塞するように塑性変形（軟化）し、供給管３５のなかでの燃料１０の流通が抑制又は遮断される。
【００７７】
以上のように本実施形態では、発電モジュール３の供給管３５に熱変形体１５が充填されており、改質装置２０の各マイクロ流路５６での発熱反応の熱量及び各発熱抵抗膜４７の熱量により加熱されるマイクロ流路４３内の温度が予め設定された設定温度より高くなったときに、その熱が気化器２１の流入管４４、流入管５８又は供給管３５を介して熱変形体１５に伝導し、熱変形体１５が、各微細孔を開放した状態から閉塞する状態へと塑性変形し、供給管３５のなかでの燃料１０の流通が抑制又は遮断されるようになっている。この場合、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各マイクロ流路５６には燃料１０が供給されないので、各マイクロ流路５６での発熱反応が停止され、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４のマイクロ流路４３の温度が急激に下がる。これにより、燃料１０の浪費や改質装置２０の各部材の劣化・破損を防止することができる。
【００７８】
なお、本発明は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。
【００７９】
例えば、本実施形態の燃料供給機構６０では、熱変形体１５を発電モジュール３の供給管３５の途中に充填したが、図７に示す通り、燃料容器７の内部に配設された供給管１１に熱変形体１５を充填してもよい。具体的には、上記と同様に、熱変形体１５は、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４のマイクロ流路４３の温度が設定温度通りに保持されているときはその熱を受けても塑性変形せず、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４のマイクロ流路４３が設定温度よりも高い温度になったときにその熱を受けて塑性変形する位置に充填される。
【００８０】
この場合には、改質装置２０の熱（気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４で発生する熱）が、気化器２１の流入管４４、流入管５８、発電モジュール３の供給管３５及び燃料容器７の供給管１１を介して熱変形体１５に伝導し、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４のマイクロ流路４３が予め設定された設定温度よりも高い温度になったときに、熱変形体１５が塑性変形して供給管１１のなかでの燃料１０の流通を抑制又は遮断するようになっている。またこの場合、燃料容器７毎に熱変形体１５が配設されるため、燃料容器７を交換する度に熱変形体１５を新規な状態で使用することができ、各熱変形体１５が長期間の使用により改質装置２０の熱を受けて劣化するのを防止することができる。
【００８１】
また本実施形態では、発電モジュール３の供給管３５が直線状に図示されている（図２及び図３参照）が、供給管３５を屈曲させたり湾曲させたり又は螺旋状に旋回させたりして、供給管３５の長さを、燃料容器７の供給口８から供給管３５と気化器２１の流入管４４との繋ぎ目までの距離よりも長くしてもよい。この場合、熱変形体１５が、塑性変形したときに燃料容器７又は発電モジュール３に流動するのを防止することができる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明によれば、熱処理装置が予め設定された設定温度よりも高い温度で発熱したときに、電気的な制御をおこなわずに熱処理装置への燃料の流出を抑制又は遮断することができ、ひいては燃料の浪費や熱処理装置の各部材の劣化・破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発電システムの基本構成を示すブロック図である。
【図２】燃料貯蔵モジュール及び発電モジュールの概略構成を示す一部破断斜視図である。
【図３】燃料供給機構を示す図面である。
【図４】気化器を示す断面図である。
【図５】気化器の熱処理炉を示す外観斜視図である。
【図６】水蒸気改質反応器、水性シフト反応器及び選択酸化反応器の各反応器を示す断面図である。
【図７】図３に示す燃料供給機構の変形例を示す図面である。
【符号の説明】
１…発電システム
２…燃料貯蔵モジュール
３…発電モジュール
４…筐体
５…貫通孔
６…排水管
７…燃料容器
８…供給口
９…閉塞膜
１０…燃料
１１…供給管（第二供給部材）
１５…熱変形体
２０…改質装置（熱処理装置）
２１…気化器
２２…水蒸気改質反応器
２３…水性シフト反応器
２４…選択酸化反応器
２５…燃料電池
２６…蓄電部
２７…分配部
２８…制御部
３０…筐体
３１…スリット
３２…端子
３３…通気孔
３４…排水管
３５…供給管（第一供給部材）
３６…バルブ
３７…水導入管
４０…熱処理炉
４１，４２…基板
４３…マイクロ流路
４４…流入管
４５…流出管
４６…改質触媒膜
４７…発熱抵抗膜
４８，４９…リード線
５１，５２…輻射シールド膜
５３…ガラス容器
５４…支持体
６０…燃料供給機構
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体燃料を貯蔵した燃料容器から改質装置への燃料供給機構に係り、特に改質装置が所定温度を超えた場合に燃料の供給を遮断する機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、携帯電話，ノート型パソコン，デジタルカメラ，ＰＤＡ（Personal Digital Assistance），電子手帳等の小型の電子機器がめざましい進歩・発展を遂げており、その電源として、アルカリ乾電池，マンガン乾電池等の一次電池及びニッケル−カドミウム蓄電池，ニッケル−水素蓄電池，リチウムイオン電池等の二次電池が用いられている。
【０００３】
上記のような電子機器では、小型であることに加え、電池そのものの姿勢が変わっても一定の電力が供給されるため、例えば、ノート型パソコンであれば小脇に抱えながら持ち運んだり、携帯電話やデジタルカメラであれば胸ポケットやバックに無造作に収納した状態で持ち運んだりして使用することが可能であり、ユーザの使用場面に応じて電子機器を種々の姿勢に保持して使用することができる。
【０００４】
ところが、上記電子機器に搭載される一次電池又は二次電池は、エネルギーの利用効率の観点から検証すると、必ずしもエネルギーの有効利用が図られているとは言えず、今日では、一次電池及び二次電池の代替えのために、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・開発も盛んにおこなわれている。
【０００５】
燃料電池というのは、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る。特許文献１にその一例が記載されている。具体的に特許文献１に記載の燃料電池では、燃料として液体燃料が用いられており、液体の毛細管現象を利用して燃料を電池内に供給し、電気エネルギーを取り出している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−９３５５１号公報（段落番号００１１〜００１４，第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池のように、毛細管現象を利用した燃料供給系を有する発電システムでは、液体の燃料は消費される毎に毛管力により順次流出してしまう。そのため、発熱しながら液体燃料を熱処理する熱処理装置が燃料供給系の途中に配設される発電システムにおいては、上記のような燃料供給系（つまり、液体の毛細管現象を利用した燃料供給系）を適用することに問題がある。
【０００８】
すなわち、熱処理装置が正常に作動している間は問題無いが、熱処理装置に誤作動が生じ、予め設定された設定温度よりも高い温度で熱処理装置が発熱すると、これとは無関係に液体燃料が熱処理装置に流入し続け、液体燃料を無駄に消費させてしまうどころか、熱処理装置を構成する各部材を劣化・破損させる可能性もある。勿論、通常は、熱処理装置の内部に温度センサを配設して温度センサの検出結果に基づき液体燃料の供給を電気的に制御するが、熱処理装置の誤作動による異常な発熱で制御回路そのものに異常が発生すると、燃料供給の制御をおこなうことができず、この場合にも、液体燃料が、制御回路の異常とは無関係に毛管力により熱処理装置に流入し続けてしまい、異常発熱を助長してしまう可能性があり、燃料電池のみならず燃料電池により作動されるデバイスをも故障させる可能性がある。
【０００９】
本発明の課題は、液体の燃料を貯蔵した燃料容器から熱処理装置への燃料の供給をおこなう燃料供給機構であって、熱処理装置が予め設定された設定温度よりも高い温度で発熱したときに電気的な制御をおこなわずに熱処理装置への燃料の流入を抑制又は遮断することができる燃料供給機構を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、
液体の燃料を貯蔵した燃料容器から、予め設定された設定温度で発熱しながら前記燃料を熱処理する熱処理装置へと前記燃料を供給するための燃料供給機構であって、
前記燃料容器は前記熱処理装置と着脱自在に取り付けられていて、
前記燃料容器と前記熱処理装置とに接続され、前記燃料を前記燃料容器から前記熱処理装置に供給する第一供給部材と、
前記燃料容器の内部に配設されるとともに前記第一供給部材と着脱自在に接続され、前記燃料を前記燃料容器の内部から第一供給部材に供給する第二供給部材と、を有し、
前記第二供給部材には、前記燃料が流通可能な孔を有する熱可塑性の熱変形体が充填され、
前記熱変形体は、前記熱処理装置が前記設定温度で発熱しているときに前記孔を開放したままの状態を維持し、前記熱処理装置が前記設定温度よりも高い温度で発熱したときに前記孔を閉塞するように塑性変形することを特徴とする。
【００１４】
請求項１に記載の発明では、熱処理装置に第一供給部材が接続され、第一供給部材に第二供給部材が接続され、さらに第二供給部材に熱変形体が充填されるため、熱処理装置で発熱した熱は、第一供給部材及び第二供給部材を介して熱変形体に伝導する。従って、請求項１と同様に、熱変形体は、熱処理装置が発熱している間は熱処理装置からの熱を常時受けるが、熱処理装置が設定温度で発熱しているときは孔を開放したままの状態を維持するため、燃料容器の内部の燃料は、熱変形体を通過するように第二供給部材を流通して第一供給部材及び熱処理装置に流入する。
【００１５】
一方、熱処理装置が設定温度よりも高い温度で発熱したときに、熱変形体は孔を閉塞するように塑性変形するため、第二供給部材のなかでの燃料の流通は、熱変形体が充填された位置で抑制又は遮断される。これにより、熱処理装置が予め設定された設定温度よりも高い温度で発熱したときに、電気的な制御をおこなわずに熱処理装置への燃料の流入を抑制又は遮断することができ、ひいては燃料の浪費や熱処理装置の各部材の劣化・破損を防止することができる。
【００１６】
さらに請求項１に記載の発明では、燃料容器は熱処理装置と着脱自在に取り付けられていて、第二供給部材が、燃料容器の内部に配設されるとともに第一供給部材に着脱自在に接続されるため、第二供給部材とそれに充填された熱変形体は燃料容器毎に交換可能となっている。従って、燃料容器を交換する度に熱変形体を新規な状態で使用することができ、長期間の使用により熱変形体が熱処理装置の熱を受けて劣化するのを防止することができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の燃料供給機構において、
前記熱変形体は、前記熱処理装置が前記設定温度よりも高い温度で発熱し始めたときに塑性変形する位置で前記第一供給部材に充填されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項２に記載の発明では、熱変形体は、熱処理装置が設定温度よりも高い温度で発熱し始めたときに塑性変形する位置に充填されているため、熱処理装置が設定温度よりも高い温度で発熱し始めた初期の段階で燃料の流通を抑制又は遮断することができる。これにより、燃料の浪費を限りなく少なく抑えることができ、熱処理装置の各部材の劣化・破損も確実に防止することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、
請求項１又は２に記載の燃料供給機構において、
前記第一供給部材は、金属から構成され、前記熱変形体は、ガラスと、ポリスチレン、ポリエチレン及びポリアミドのうち何れかである合成樹脂とのうち何れか一方から構成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、
請求項３に記載の燃料供給機構において、
前記第二供給部材は、金属から構成されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項３、４に記載の発明では、第一供給部材や第二供給部材が金属から構成されているため、熱処理装置で発熱した熱を熱変形体に確実に伝導させ、熱処理装置への燃料の流入を抑制又は遮断することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されない。
図１は発電システム１の基本構成を示すブロック図であり、図２は、発電システム１に配設される燃料貯蔵モジュール２及び発電モジュール３の概略構成を示す一部破断斜視図である。ただし、図２では燃料貯蔵モジュール２は一端部の構成のみが図示されており、他端部が省略されている。
【００２３】
図１に示す通り、発電システム１は、燃料１０（図２参照）を貯蔵する燃料貯蔵モジュール２と、燃料貯蔵モジュール２に貯蔵された燃料１０で発電する発電モジュール３と、を有している。
【００２４】
具体的に燃料貯蔵モジュール２は、図２に示す通り、略円筒状の筐体４を有しており、筐体４が発電モジュール３に対して着脱自在に取り付けられるようになっている。筐体４の頭頂部には円形の貫通孔５が形成されており、筐体４の外周側には、発電モジュール３で生成された副生成物の水を流通させる排水管６が形成されている。燃料貯蔵モジュール２の底部には、排水用の水を貯留する排水容器（図示略）が配設されており、この排水容器に上記排水管６が接続されている。
【００２５】
筐体４の内部には、所定長さを有する円筒状の燃料容器７が収納されており、燃料容器７の内部に液体の燃料１０が貯蔵されている。燃料容器７は、透明又は半透明を呈した円筒状の部材であって、ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリカーボネート，アクリル等の材料から構成されている。また、燃料１０は具体的に、化学燃料と水との混合物である。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、メタノールと水とを等モルで均一に混合した混合物が燃料１０として用いられている。
【００２６】
上記燃料容器７の頭頂部には、燃料１０を発電モジュール３に供給するための供給口８が突出するように配設されており、供給口８の内部には、供給口８全体を閉塞する閉塞膜９が配設されている。本実施形態の燃料容器７では、供給口８を閉塞膜９により被膜することで、燃料容器７そのものの保存中に燃料容器７から燃料１０が漏出するのを防止している。また、燃料容器７の内部には、図２において燃料容器７の底部から上記供給口８（の閉塞膜９の下方）にまで延在する第二供給部材としての供給管１１が配設されている。
【００２７】
なお、燃料容器７は、図２に示す通り、燃料容器７の供給口８が筐体４の貫通孔５に挿入されるように、筐体４の内部に着脱自在に収納されるようになっている。燃料容器７が筐体４の所定位置に収納された状態では、燃料容器７は、外周面の一部が筐体４の外部に露出するようになっている。この状態において、上記の通り、容器本体１５が透明又は半透明であるため、燃料容器７を介して燃料１０の有無又は残量を容易に確認できるようになっている。
【００２８】
次に、発電モジュール３について説明する。
図１及び図２に示す発電モジュール３は、燃料容器７に貯蔵された燃料１０を発熱しながら改質する熱処理装置としての改質装置２０を有している。改質装置２０は気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４から構成されている。また発電モジュール３は、改質装置２０で改質された燃料１０により発電をおこなう燃料電池２５と、燃料電池２５で発電された電気エネルギーを蓄電し必要に応じて電気エネルギーを供給する蓄電部２６と、蓄電部２６から供給された電気エネルギーを発電モジュール３全体に分配する分配部２７と、上記改質装置２０、燃料電池２５、蓄電部２６及び分配部２７を電子制御する制御部２８と、を有している。
【００２９】
図２に示す通り、発電モジュール３は略円筒状の筐体３０を有している。筐体３０の内部には、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４がこの順に重ねられた状態で配設されており、さらには気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４を囲むように燃料電池２５が配設されている。また燃料電池２５の外側であって筐体３０の外周面には、空気中の酸素を吸気するための複数のスリット３１，３１，…が互いに平行に並んだ状態で形成されている。
【００３０】
筐体３０の頭頂部には、蓄電部２６（図１参照）から外部のデバイスに電気エネルギーを供給するための端子３２が配設されており、端子３２の周囲であって筐体３０の頭頂部には複数の通気孔３３，３３，…が形成されている。
【００３１】
筐体３０の底部であって筐体３０の外周側には、燃料貯蔵モジュール２の排水管６と接続可能な排水管３４が配設されている。排水管３４は発電モジュール３で生成された副生成物の水を流通させるためのものである。排水管３４にはバルブ３６が配設されており、筐体３０に設けられた水導入管３７がバルブ３６を介して排水管３４に通じている。また筐体３０の底部であって筐体３０の中央部には、燃料貯蔵モジュール２の燃料容器７と接続可能な第一供給部材としての供給管３５が配設されている。供給管３５は燃料容器７から燃料１０を吸入するためのものである。
【００３２】
上記構成を具備する燃料貯蔵モジュール２と発電モジュール３とにおいて、燃料容器７を収納した燃料貯蔵モジュール２を発電モジュール３に取り付ける（接続する）と、両モジュール２，３の接続箇所の外周側では、発電モジュール３の排水管３４が燃料貯蔵モジュール２の排水管６と接続される。これにより、排水管３４と排水管６とが互いに通じ合い、発電モジュール３で生成された副生成物の水が、発電モジュール３の排水管３４から燃料貯蔵モジュール２の排水管６へと流入可能な状態となる。
【００３３】
一方、両モジュール２，３の接続箇所の中央部では、発電モジュール３の供給管３５が、燃料容器７の供給口８に挿入されて閉塞膜９を突き破り、供給管１１と接続される。これにより、供給管３５と供給管１１とが互いに通じ合い、燃料容器７に貯蔵された燃料１０が、燃料容器７の供給管１１から発電モジュール３の供給管３５へと流入可能な状態となる。
【００３４】
図３は、本発明に係る燃料供給機構６０を示す図面である。
燃料供給機構６０は、燃料容器７の供給管１１と発電モジュール３の供給管３５とを有し、供給管１１及び供給管３５を介して燃料容器７から発電モジュール３への燃料１０の供給を実現するための機構である。そして燃料供給機構６０では、発電モジュール３の供給管３５の途中に、加熱により塑性変形する熱変形体１５が充填されているのが特徴となっている。熱変形体１５はガラス，合成樹脂等の熱可塑性材料から構成されるものであって、具体的に本実施形態では、ポリスチレン，ポリエチレン，ポリアミド等の合成樹脂から構成されている。
【００３５】
さらに熱変形体１５は、複数の微細孔を無作為に繋いで成形した構造を有しており、所定温度以下では燃料１０が各微細孔を通過可能な状態を維持し、所定温度以上に加熱されると各微細孔が閉塞するように塑性変形（軟化）するようになっている。従って、燃料容器７から発電モジュール３へと燃料１０が供給される場合、熱変形体１５が所定温度以下に保持されたときには、燃料１０は熱変形体１５の各微細孔を通過しながら発電モジュール３の供給管３５を流通可能であり、熱変形体１５が所定温度以上に加熱されたときには、熱変形体１５が各微細孔を閉塞するように塑性変形して発電モジュール３の供給管３５のなかでの燃料１０の流通が抑制又は遮断されるようになっている。
【００３６】
なお、後述する通り、発電モジュール３では、一連の化学反応を引き起こすために数珠繋ぎに連結された気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各反応器を加熱するために、これら各反応器にはマイクロ流路５６がそれぞれ形成されており、各反応器のマイクロ流路５６には、供給管３５と連通して燃料１０を流入させる流入管５８がそれぞれ配設されている。そして、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４のいずれかの反応器で異常発熱が起きると、その熱が流入管５８から供給管３５に伝導して、熱変形体１５が各微細孔を閉塞するように塑性変形し、燃料１０の流通が抑制又は遮断されるようになっている。このとき、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各マイクロ流路５６には燃料１０が到達せず（供給されず）、異常発熱を起こした反応器での異常発熱が停止するようになっている。
【００３７】
また、本実施形態では、熱変形体１５は、上記の通りに複数の微細孔を無作為に繋いで成形した構造を有しているが、このような構造には限定されず、熱変形体１５は、例えば、燃料１０が流通可能な細長い直線状の孔を有する構造であってもよいし、燃料１０が流通可能な細長い孔を枝状に無作為に繋いだ構造であってもよい。つまり、熱変形体１５は、所定温度以下に保持されたときに燃料１０の流通を許容し、所定温度以上に加熱されたときに燃料１０の流通を遮断するような孔を有していればよい。
【００３８】
また、燃料容器７の供給管１１、発電モジュール３の供給管３５並びに気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各流入管５８は、金属等の高熱伝導性材料から構成されており、各供給管１１，３５及び各流入管５８には、発電モジュール３の改質装置２０で発熱した熱が効率よく伝導するようになっている（これについては後述する）。
【００３９】
次に、改質装置２０の各反応器及び燃料電池２５とそこで起こる化学反応とについて説明する。
気化器２１は、燃料貯蔵モジュール２の燃料容器７から供給された燃料１０を加熱することで、燃料１０を気化（蒸発）させるものである。気化器２１で気化した混合気は水蒸気改質反応器２２へ供給される。
【００４０】
水蒸気改質反応器２２は、化学反応式（１）のように、気化器２１から供給された混合気を改質触媒で水素ガスと二酸化炭素ガスに改質するものである。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 … （１）
また、気化器２１から供給された混合気が完全に水素ガスと二酸化炭素ガスと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、水蒸気改質反応器２２で微量の一酸化炭素ガスが生成される。
２ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→５Ｈ2Ｏ＋ＣＯ＋ＣＯ2 … （２）
水蒸気改質反応器２２で生成された水素ガス、二酸化炭素ガス及び一酸化炭素に加えて未反応の水蒸気は、水性シフト反応器２３へ供給される。
【００４１】
なお、燃料１０に含有した化学燃料の濃度を高くするために、化学反応式（１）の左辺の水として燃料電池２５で生成された副生成物の水をバルブ３６で制御された水導入管３７を介して水蒸気改質反応器２２に導入させてもよく、また燃料容器７とは別の上記排水容器に溜まっている水を毛管現象等により、燃料貯蔵モジュール２の排水管６から発電モジュール３の排水管３４に流入させ、排水管３４から水導入管３７に導入させてもよい。
【００４２】
水性シフト反応器２３は、化学反応式（３）のように、水蒸気改質反応器２２から供給された混合気（水素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気及び一酸化炭素ガス）のうち一酸化炭素ガスを触媒で水性シフト反応させるものである。
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2 … （３）
【００４３】
水蒸気改質反応器２２において未反応だった水蒸気が水性シフト反応に用いられ、混合気の水蒸気及び一酸化炭素ガス濃度は非常に希薄になる。水性シフト反応器２３から選択酸化反応器２４へ混合気（水素ガス、二酸化炭素ガス及び一酸化炭素ガスを含む。）が選択酸化反応器２４へ供給される。なお、燃料１０に含有した化学燃料の濃度を高くするために、化学反応式（３）の左辺の水として燃料電池２５で生成された副生成物の水をバルブ３６で制御された水導入管３７を介して水性シフト反応器２３に導入させてもよい。
【００４４】
選択酸化反応器２４は、水性シフト反応器２３から供給された混合気のうち一酸化炭素ガスを触媒によって選択し、化学反応式（４）のように、一酸化炭素ガスを酸化させるものである。
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2 … （４）
化学反応式（４）の左辺の酸素は、発電モジュール３の複数の通気孔３３，３３，…を介して大気中から選択酸化反応器２４に取り込まれる。また、選択酸化反応器２４には、化学反応式（４）の化学反応を選択的に促進する触媒が形成されているため、混合気に含まれる水素はほとんど酸化しない。選択酸化反応器２４から燃料電池２５へ混合気が供給されるが、その混合気には一酸化炭素ガスがほとんど含まれず、水素ガス及び二酸化炭素ガスの純度が非常に高い。選択酸化反応器２４に水素とそれ以外の無害の副生成物とに分離できる機構が設けられていれば、各通気孔３３からその副生成物を排出するようにしてもよい。
【００４５】
燃料電池２５は、触媒微粒子が付着した燃料極（カソード）と、触媒微粒子が付着した空気極（アノード）と、燃料極と空気極との間に介装されたフィルム状のイオン伝導膜とを具備するものである。燃料極には選択酸化反応器２４からの混合気が供給され、空気極には、発電モジュール３の外周面に設けられた複数のスリット３１，３１，…を介して大気中の酸素ガスが供給される。
【００４６】
電気化学反応式（５）に示すように、燃料極に水素ガスが供給されると、燃料極に付着した触媒により電子の分離した水素イオンが発生し、水素イオンがイオン伝導膜を通じて空気極へ伝導し、燃料極より電子が取り出される。また、選択酸化反応器２４から供給された混合気のうち二酸化炭素ガスは、反応せずに外部に放出される。
３Ｈ2→６Ｈ+＋６ｅ- … （５）
一方、電気化学反応式（６）に示すように、空気極に酸素ガスが供給されると、イオン導電膜を通過した水素イオンと、酸素ガスと、電子とが反応して、水が副生成物として生成される。
６Ｈ+＋３／２Ｏ2＋６ｅ-→３Ｈ2Ｏ … （６）
燃料電池２５で以上のような電気化学反応が起こることによって、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、蓄電部２６に蓄電されるようになっている。
【００４７】
なお、上記気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４は、シリコン、アルミニウム合金又はガラスからなる小型の基板に形成されたマイクロ流路に流体を流してこの流体を気化させるか又は流体の少なくとも一部に化学反応を引き起こさせるマイクロリアクタとして機能するものである。以下では、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の構造について説明する。
【００４８】
図４は気化器２１の断面図であり、図５は気化器２１に備わった熱処理炉４０の斜視図である。
図４に示す通り、気化器２１は、低融点ガラスで形成された直方体状のガラス容器５３を有しており、ガラス容器５３の内壁及び外壁には、アルミニウムや金等で形成された輻射シールド膜５１，５２が成膜されている。輻射シールド膜５１は輻射性に富んだ金からなり、輻射シールド膜５２は、柔軟な金でできた輻射シールド膜５１に応力が加えられることで傷ついたり、穴が生じないように厚めのアルミニウムで形成されている。各輻射シールド膜５１，５２は、赤外線を含む電磁波に対して高い反射性を有しており、後述の熱処理炉４０で発した電磁波をガラス容器５３の内部に反射するようになっている。これにより、熱処理炉４０で発された電磁波はガラス容器５３の外部に伝播するのを遮蔽され、熱処理炉４０から発された電磁波による輻射熱がガラス容器５３の外部に放熱するのを防止できるようになっている。
【００４９】
ガラス容器５３の内壁に成膜された輻射シールド膜５１の内側であってガラス容器５３の内部の各角部には、支持体５４，５４，…がそれぞれ配設されている。そして各支持体５４により支持された状態で、熱処理炉４０がガラス容器５３の内部に配設されている。ただし、熱処理炉４０はガラス容器５３の内壁から離間している。
【００５０】
上記熱処理炉４０は、図４に示す通り、３枚の基板４１，４２，５５を互いに重ね合わせて接合した構造を有している。各基板４１，４２，５５はシリコン結晶，アルミニウム，ガラス等の材料で構成されている。そして図５に示す通り、各基板４１，４２，５５の接合部には葛折りとされたマイクロ流路４３，５６が形成されている。
【００５１】
マイクロ流路４３は、基板４１の一方の面に形成された葛折り状の溝を基板４２に向かい合わせて基板４１と基板４２とを接合することで形成されており、基板４１と基板４２との間に封止されている。マイクロ流路４３としての溝は、基板４１の一方の面にフォトリソグラフィー法，エッチング法等を適宜施すことによって形成されている。
【００５２】
マイクロ流路５６は、マイクロ流路４３と対向する位置で且つ基板５５の一方の面に形成された葛折り状の溝を基板４２に向かい合わせて基板５５と基板４２とを接合することで形成されており、基板５５と基板４２との間に封止されている。マイクロ流路５６の一端は基板５５に設けられた流入管５８に連通され、マイクロ流路５６の他端は基板５５に設けられた流出管５９に連通されている。マイクロ流路５６としての溝は、基板５５の一方の面にフォトリソグラフィー法，エッチング法等を適宜施すことによって形成されている。マイクロ流路５６の内壁には、燃焼触媒膜５７がマイクロ流路５６のほぼ一端から他端までマイクロ流路５６に沿って形成されている。燃焼触媒膜５７は、燃料１０に含まれる化学燃料を燃焼させる反応（発熱反応）を促進する触媒であり、燃焼触媒膜５７によって起こる発熱反応は、マイクロ流路４３での燃料１０の気化反応（吸熱反応）を促進するようになっている。
【００５３】
流入管５８は図示しないポンプを介して供給管３５と連結しており、流入管５８には、供給管３５から燃料１０が流入するようになっている。流出管５９は、燃焼後に残った二酸化炭素等の生成物を含む流体を発電モジュール３外に排出する管である。またマイクロ流路５６は、マイクロ流路４３と平面的に重なるのであればこの形状に限らない。
【００５４】
図４及び図５に示す通り、マイクロ流路４３の一方の端部には流出管４５の端部が連結されている。流出管４５は、基板４１、輻射シールド膜５１，５２及びガラス容器５３を貫通して熱処理炉４０からガラス容器５３外部に引き出されている。マイクロ流路４３の他方の端部には流入管４４の端部が連結されている。流入管４４も、流出管４５と同様に、基板４２、輻射シールド膜５１，５２及びガラス容器５３を貫通して熱処理炉４０からガラス容器５３の外部に引き出されている。また、流入管４４は、発電モジュール３の上記供給管３５に通じており、燃料容器７に貯蔵された燃料１０が、供給管３５及び流入管４４を介してマイクロ流路４３に流入するようになっている。さらに流入管４４は、上記供給管３５と同様に、金属等の高熱伝導性材料から構成されている。
【００５５】
なお、気化器２１の流入管４４と発電モジュール３の供給管３５との間には、燃料供給機構６０の一部としてマイクロポンプ（図示略）が介在している。このマイクロポンプは上記制御部２８に接続されており、上記制御部２８がマイクロポンプを制御して、供給管３５から気化器２１の流入管４４に流れる燃料１０の流量を制御するようになっている。
【００５６】
さらに図４に示す通り、基板４２の基板４１との接合面には、マイクロ流路４３に対応するような葛折り状の発熱抵抗膜４７が形成されている。基板４１と基板４２とが互いに接合された状態では、マイクロ流路４３を形成する溝に発熱抵抗膜４７が重なり、発熱抵抗膜４７がマイクロ流路４３の床を形成している。発熱抵抗膜４７は、マイクロ流路４３の一端から他端までマイクロ流路４３に沿って形成されている。発熱抵抗膜４７はマイクロ流路４３と平面的に重なるのであればこの形状に限らず例えば矩形であってもよい。
【００５７】
マイクロ流路４３の一端において発熱抵抗膜４７にリード線４８が接続されており、マイクロ流路４３の他端において発熱抵抗膜４７にリード線４９が接続されている。各リード線４８，４９は、金，白金，ニッケル等の抵抗率が非常に低く化学的に安定した金属材料で形成されており、各リード線４８，４９の電気抵抗は、発熱抵抗膜４７の電気抵抗に比較しても非常に小さくなっている。発熱抵抗膜４７は、マイクロ流路４３での化学反応を促進するために、マイクロ流路５６での燃焼による発熱を補助し、温度を微調整するためのもので、発熱抵抗膜４７で発生する熱量はマイクロ流路５６で発生する熱量より小さい。
【００５８】
図４に示す通り、各リード線４８，４９は、２枚の基板４１，４２に挟まれた状態で輻射シールド膜５１，５２及びガラス容器５３を貫通して熱処理炉４０からガラス容器５３の外部に引き出されている。リード線４８はガラス容器５３の外部において分配部２７の一方の電極に接続されており、リード線４９はガラス容器５３の外部において分配部２７の他方の電極に接続されている。
【００５９】
分配部２７は、制御部２８からの制御信号に応じて発熱抵抗膜４７に供給する電力を変更できる機能を有している。例えば、分配部２７によって印加される電圧が一定であれば、分配部２７はリード線４８，４９に流す電流を変更できるようになっており、分配部２７によって流れる電流が一定であれば、分配部２７はリード線４８−リード線４９に印加する電圧を変更できるようになっている。勿論、分配部２７が電圧と電流の両方を変更できてもよく、直流駆動及び交流駆動のいずれであってもよい。
【００６０】
また制御部２８は、汎用のＣＰＵ（central processing unit）等からなる演算処理装置又は専用の論理回路を有し、分配部２７の電圧及び電流を示す信号をフィードバックして分配部２７から発熱抵抗膜４７に付与する電力を調整する機能を有している。このような構成により、発熱抵抗膜４７による発熱温度が調整されるようになっている。さらに制御部２８は、供給管３５を介して燃料容器７の燃料１０を取り込むとともに取り込んだ燃料１０を気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各流入管５８に送出する図示しないポンプを制御するようになっている。したがって、制御部２８は、マイクロ流路５６に流入する燃料１０の流入量及び上記発熱抵抗膜４７を制御することで、マイクロ流路４３内の温度を統轄して制御するようになっている。
【００６１】
なお、上記構成を具備する気化器２１では、流入管４４、流出管４５及びリード線４８，４９が各輻射シールド膜５１，５２及びガラス容器５３を貫通した状態において、ガラス容器５３の内部は密閉された空間となっており、ガラス容器５３の内部空間は気圧が非常に低い真空状態となっている。従ってガラス容器５３の内部には熱を伝搬する媒体がほとんど存在せず、熱処理炉４０からガラス容器５３の外部への熱の放熱を抑えることができるようになっている。
【００６２】
図６は、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各反応器を示す断面図である。ただし、図６に示す水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各反応器では、上記気化器２１と同様の構成要素に上記と同様の符号を付してそれら構成要素の詳細な説明を省略している。
【００６３】
図６に示す通り、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各反応器は、上記気化器２１と略同様の構成を有しているが、特に水蒸気改質反応器２２の流入管４４は気化器２１の流出管４５に通じており、水蒸気改質反応器２２の流出管４５は水性シフト反応器２３の流入管４４に通じており、水性シフト反応器２３の流出管４５は選択酸化反応器２４の流入管４４に通じており、選択酸化反応器２４の流出管４５は燃料電池２５の燃料極に通じている。また、図２にも示す通り、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各反応器はこの順に重ねられているが、各反応器の外壁に被膜された輻射シールド膜５２が隣り合う反応器同士で接触した状態で各反応器が重ねられている。
【００６４】
さらに水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４のいずれの反応器においても、マイクロ流路４３の内壁及び天井（つまり、基板４１の溝の壁面）には改質触媒膜４６がマイクロ流路４３の一端から他端までマイクロ流路４３に沿って形成されている。改質触媒膜４６は、燃料１０に含まれる化学燃料を改質して水素を生成するものであり、改質触媒膜４６の成分・種類等は、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３、選択酸化反応器２４の間で異なっていてもよい。ここで、水蒸気改質反応器２２の場合には、上記化学反応式（１）で示された化学反応が改質触媒膜４６によって促進され、水性シフト反応器２３の場合には、上記化学反応式（３）で示された化学反応が改質触媒膜４６によって促進され、選択酸化反応器２４の場合には、上記化学反応式（４）で示された化学反応が改質触媒膜４６によって促進されるようになっている。
【００６５】
なお、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各マイクロ流路５６では、いずれも燃料１０を燃焼触媒膜５７により燃焼させてマイクロ流路４３を加熱するようになっているが、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各マイクロ流路４３で行われる反応で必要とされる熱量がそれぞれ異なる場合には、その熱量に従った量の燃料１０を各流入管５８に流入させ、マイクロ流路５６での発熱量を制御すればよい。また、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４に通じる各流入管５８は、図示しないポンプを介して供給管３５と連結されており、各流入管５８には、ポンプ及び供給管３５を介して燃料１０が流入するようになっている。
【００６６】
次に、発電システム１の使用方法及び動作を説明する。
まず、燃料容器７を収納した燃料貯蔵モジュール２を発電モジュール３に取り付ける。すると、発電モジュール３の排水管３４が燃料貯蔵モジュール２の排水管６と接続され、発電モジュール３の供給管３５が、燃料容器７の供給口８に挿入されて閉塞膜９を突き破り、燃料容器７の供給管１１と接続される。
【００６７】
そして、改質装置２０を駆動するための制御信号が制御部２８から分配部２７に入力されると、分配部２７から気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各反応器の発熱抵抗膜４７にリード線４８，４９を介して電力が供給され、各発熱抵抗膜４７が発熱する。ここで、制御部２８は、各マイクロ流路５６で発生される熱の熱情報データ並びに分配部２７から気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各発熱抵抗膜４７に与える電圧及び電流を示す信号をフィードバックし、各流入管５８及び供給管３５間に介在するポンプ（各マイクロ流路５６に流入する燃料１０の流入量）と分配部２７の電圧及び電流とを制御する。これにより、本実施形態では、各マイクロ流路５６で起こる発熱反応による加熱と各発熱抵抗膜４７による加熱とで、マイクロ流路４３が予め設定された設定温度になるように制御される。
【００６８】
これに伴い、各流入管５８及び供給管３５間に介在するポンプが制御部２８により制御された状態で作動し、燃料容器７の燃料１０が、各流入管５８を通じて気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各マイクロ流路５６に供給される。すると、供給された燃料１０が燃焼触媒膜５７の触媒作用により燃焼して、各マイクロ流路５６で発熱反応が起こる。これにより、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各マイクロ流路４３が加熱される。
【００６９】
また、発電モジュール３のマイクロポンプ（気化器２１の流入管４４と供給管３５との間に介在するマイクロポンプ）も制御部２８により制御された状態で作動し、燃料容器７の燃料１０が供給管１１及び供給管３５を通じて吸引される。すると、燃料１０は、燃料容器７の供給管１１から発電モジュール３の供給管３５へと流出し、熱変形体１５を通過するように供給管３５を流通し、供給管３５から気化器２１の流入管４４に流入し、流入管４４から気化器２１の熱処理炉４０内に流入する。
【００７０】
熱処理炉４０内では、燃料１０は、マイクロ流路５６の発熱反応による熱と発熱抵抗膜４７の熱とによって加熱されて蒸発し、気化器２１内では気圧が高くなって対流が生じる。これにより、液体であった燃料１０がメタノールと水との混合気に相変化し、気化器２１から水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３、選択酸化反応器２４及び燃料電池２５までこの順に流通する。
【００７１】
水蒸気改質反応器２２においては、混合気が流入管４４から流出管４５へとマイクロ流路４３を流れる。混合気がマイクロ流路４３を流れているときには、混合気が、マイクロ流路５６の発熱反応による熱と発熱抵抗膜４７による熱とで加熱される。そして、混合気が改質触媒膜４６によって促進されて、混合気が上記化学反応式（１）・（２）のような反応を起こす。
【００７２】
水性シフト反応器２３においては、混合気がマイクロ流路４３を流れているときに、マイクロ流路５６の発熱反応による熱と発熱抵抗膜４７による熱とによって加熱されて、上記化学反応式（３）のような反応を起こす。選択酸化反応器２４においても同様に、混合気がマイクロ流路４３を流れているときに、マイクロ流路５６の発熱反応による熱と発熱抵抗膜４７による熱とによって加熱されて、上記化学反応式（４）のような反応を起こす。そして、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４によって生成された水素が燃料電池２５の燃料極に供給され、燃料電池２５においては、上記化学反応式（５）・（６）のような電気化学反応が起きて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、蓄電部２６に蓄電されたり端子３２を通じて外部に供給されたりする。
【００７３】
さらに燃料電池２５においては、上記化学反応式（６）に示すような電気化学反応に伴い、副生成物として水が生成される。燃料電池２５で生成された水は、発電モジュール３の排水管３４を流通し、排水管３４から燃料貯蔵モジュール２の排水管６に流入し、排水管６から上記排水容器に排出される。
【００７４】
ここで、上記のように、燃料容器７から改質装置２０に燃料１０が供給されると改質装置２０では燃料１０が順次改質されるが、改質装置２０の各反応器では、マイクロ流路５６で発熱反応が起こるとともに発熱抵抗膜４７が発熱するため、改質装置２０の駆動時において、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各反応器の温度が上昇し、改質装置２０の熱が、気化器２１の流入管４４、各流入管５８及び発電モジュール３の供給管３５を介して熱変形体１５に伝導する。
【００７５】
本実施形態では、熱変形体１５は、上記の通り、発電モジュール３の供給管３５の途中の位置に充填されているが、具体的には、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４のマイクロ流路４３が設定温度通りに保持されているときはその熱を受けても塑性変形せず、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４のマイクロ流路４３が設定温度よりも高い温度になったときにその熱を受けて塑性変形する位置に充填されている。
【００７６】
従って、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４のマイクロ流路４３の温度が正常に制御されている間は、熱変形体１５には軟化点以上の熱が伝導されず、熱変形体１５は、各微細孔を開放したままの状態を維持して燃料１０の流通を許容する。逆に、改質装置２０（気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４のいずれかの反応器）に誤作動が生じたり制御部２８の制御に異常等が発生したりして、各反応器のマイクロ流路４３が設定温度の制御幅を上回る温度になり始めると、熱変形体１５に軟化点以上の熱が伝導され、熱変形体１５は各微細孔が閉塞するように塑性変形（軟化）し、供給管３５のなかでの燃料１０の流通が抑制又は遮断される。
【００７７】
以上のように本実施形態では、発電モジュール３の供給管３５に熱変形体１５が充填されており、改質装置２０の各マイクロ流路５６での発熱反応の熱量及び各発熱抵抗膜４７の熱量により加熱されるマイクロ流路４３内の温度が予め設定された設定温度より高くなったときに、その熱が気化器２１の流入管４４、流入管５８又は供給管３５を介して熱変形体１５に伝導し、熱変形体１５が、各微細孔を開放した状態から閉塞する状態へと塑性変形し、供給管３５のなかでの燃料１０の流通が抑制又は遮断されるようになっている。この場合、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４の各マイクロ流路５６には燃料１０が供給されないので、各マイクロ流路５６での発熱反応が停止され、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４のマイクロ流路４３の温度が急激に下がる。これにより、燃料１０の浪費や改質装置２０の各部材の劣化・破損を防止することができる。
【００７８】
なお、本発明は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。
【００７９】
例えば、本実施形態の燃料供給機構６０では、熱変形体１５を発電モジュール３の供給管３５の途中に充填したが、図７に示す通り、燃料容器７の内部に配設された供給管１１に熱変形体１５を充填してもよい。具体的には、上記と同様に、熱変形体１５は、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４のマイクロ流路４３の温度が設定温度通りに保持されているときはその熱を受けても塑性変形せず、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４のマイクロ流路４３が設定温度よりも高い温度になったときにその熱を受けて塑性変形する位置に充填される。
【００８０】
この場合には、改質装置２０の熱（気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４で発生する熱）が、気化器２１の流入管４４、流入管５８、発電モジュール３の供給管３５及び燃料容器７の供給管１１を介して熱変形体１５に伝導し、気化器２１、水蒸気改質反応器２２、水性シフト反応器２３及び選択酸化反応器２４のマイクロ流路４３が予め設定された設定温度よりも高い温度になったときに、熱変形体１５が塑性変形して供給管１１のなかでの燃料１０の流通を抑制又は遮断するようになっている。またこの場合、燃料容器７毎に熱変形体１５が配設されるため、燃料容器７を交換する度に熱変形体１５を新規な状態で使用することができ、各熱変形体１５が長期間の使用により改質装置２０の熱を受けて劣化するのを防止することができる。
【００８１】
また本実施形態では、発電モジュール３の供給管３５が直線状に図示されている（図２及び図３参照）が、供給管３５を屈曲させたり湾曲させたり又は螺旋状に旋回させたりして、供給管３５の長さを、燃料容器７の供給口８から供給管３５と気化器２１の流入管４４との繋ぎ目までの距離よりも長くしてもよい。この場合、熱変形体１５が、塑性変形したときに燃料容器７又は発電モジュール３に流動するのを防止することができる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明によれば、熱処理装置が予め設定された設定温度よりも高い温度で発熱したときに、電気的な制御をおこなわずに熱処理装置への燃料の流出を抑制又は遮断することができ、ひいては燃料の浪費や熱処理装置の各部材の劣化・破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発電システムの基本構成を示すブロック図である。
【図２】燃料貯蔵モジュール及び発電モジュールの概略構成を示す一部破断斜視図である。
【図３】燃料供給機構を示す図面である。
【図４】気化器を示す断面図である。
【図５】気化器の熱処理炉を示す外観斜視図である。
【図６】水蒸気改質反応器、水性シフト反応器及び選択酸化反応器の各反応器を示す断面図である。
【図７】図３に示す燃料供給機構の変形例を示す図面である。
【符号の説明】
１…発電システム
２…燃料貯蔵モジュール
３…発電モジュール
４…筐体
５…貫通孔
６…排水管
７…燃料容器
８…供給口
９…閉塞膜
１０…燃料
１１…供給管（第二供給部材）
１５…熱変形体
２０…改質装置（熱処理装置）
２１…気化器
２２…水蒸気改質反応器
２３…水性シフト反応器
２４…選択酸化反応器
２５…燃料電池
２６…蓄電部
２７…分配部
２８…制御部
３０…筐体
３１…スリット
３２…端子
３３…通気孔
３４…排水管
３５…供給管（第一供給部材）
３６…バルブ
３７…水導入管
４０…熱処理炉
４１，４２…基板
４３…マイクロ流路
４４…流入管
４５…流出管
４６…改質触媒膜
４７…発熱抵抗膜
４８，４９…リード線
５１，５２…輻射シールド膜
５３…ガラス容器
５４…支持体
６０…燃料供給機構
Claims (4)
- 液体の燃料を貯蔵した燃料容器から、予め設定された設定温度で発熱しながら前記燃料を熱処理する熱処理装置へと前記燃料を供給するための燃料供給機構であって、
前記燃料容器は前記熱処理装置と着脱自在に取り付けられていて、
前記燃料容器と前記熱処理装置とに接続され、前記燃料を前記燃料容器から前記熱処理装置に供給する第一供給部材と、
前記燃料容器の内部に配設されるとともに前記第一供給部材と着脱自在に接続され、前記燃料を前記燃料容器の内部から第一供給部材に供給する第二供給部材と、を有し、
前記第二供給部材には、前記燃料が流通可能な孔を有する熱可塑性の熱変形体が充填され、
前記熱変形体は、前記熱処理装置が前記設定温度で発熱しているときに前記孔を開放したままの状態を維持し、前記熱処理装置が前記設定温度よりも高い温度で発熱したときに前記孔を閉塞するように塑性変形することを特徴とする燃料供給機構。 - 請求項１に記載の燃料供給機構において、
前記熱変形体は、前記熱処理装置が前記設定温度よりも高い温度で発熱し始めたときに塑性変形する位置に充填されていることを特徴とする燃料供給機構。 - 請求項１又は２に記載の燃料供給機構において、
前記第一供給部材は、金属から構成され、前記熱変形体は、ガラスと、ポリスチレン、ポリエチレン及びポリアミドのうち何れかである合成樹脂とのうち何れか一方から構成されていることを特徴とする燃料供給機構。 - 請求項３に記載の燃料供給機構において、
前記第二供給部材は、金属から構成されていることを特徴とする燃料供給機構。
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