JP4631623B2 - 反応装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、このような真空断熱構造において、例えば、使用中に、何らかの製造上生じた隙間等を介して漏れが生じ、外部から空気が入り込んでしまった場合、改質器や一酸化炭素器の周囲の真空度が低下して断熱性が低下し、外部に熱が漏れるとともに熱損失が大きくなってしまうという問題がある。
一方、このような真空容器において、内部の真空度を高めるためにゲッター材を使用することが知られている。しかし、ゲッター材の実装にはある程度の容積が必要とされるため、反応装置が大きくなってしまうという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、真空断熱構造における真空度を高めつつ、小型化することができる反応装置を提供することを目的としている。
CH3OH+H2O→3H2+CO2 …(1)
2CH3OH+H2O→5H2+CO+CO2 …(2)
また、図13は本実施形態のマイクロリアクタモジュール1における、液体燃料と水が供給されてから、生成物である水素リッチガスが排出されるまでの経路を示した図であり、図14は本実施形態のマイクロリアクタモジュール1における、気体燃料と空気からなる燃焼混合気が供給されてから、生成物である水等が排出されるまでの経路を示した図である。
なお、連結流路162,164,166,168が1つの連結管8に設けられているが、これらの流路162,164,166,168が別々の管材に設けられ、これら管材が束ねられていても良い。また、連結管8は、気密性の観点から接合しているベースプレート28、下部枠30、ベースプレート102、下部枠104と同じ材質であることが好ましい。
図15、図16に示すように、断熱パッケージ200はマイクロリアクタモジュール1の全体を覆うように構成され、高温反応部4、低温反応部6及び連結管8が断熱パッケージ200内に収容される。断熱パッケージ200は、下面が開口した長方形状の箱体202と、箱体202の下面開口を閉塞するための閉塞板204とから構成され、閉塞板204が箱体202に接合され、例えばガラス材又は絶縁封止材で封止されている。箱体202及び閉塞板204は例えばステンレス鋼等の板状の金属材料からなる。また、箱体202及び閉塞板204の内側となる面には例えばアルミニウム、金、銀等の金属反射膜を成膜するようにしてもよい。このような金属反射膜が成膜されていると、給排部2、高温反応部4、低温反応部6及び連結管8からの輻射による熱損失を抑制することができる。
閉塞板204を複数の通し孔が貫通し、外部流通管10及びリード線176,178,180,182,184,186,192,194がそれぞれの通し孔に挿通された状態で一部が断熱パッケージ200から外部に露出される。この外部に露出している部分から断熱パッケージ200内に外気が侵入しないように、外部流通管10、リード線176,178,180,182,184,186と閉塞板204の貫通孔とは、例えばガラス材又は絶縁封止材で接合、封止されている。断熱パッケージ200の内部空間201は密閉され、内圧が1Torr以下になるように真空排気され、その内部空間が真空圧とされて真空断熱構造とされる。これによって、マイクロリアクタモジュール1の各部の熱が外部に伝搬してしまうことを抑えて、熱損失を低減することができる。
外部流通管10は断熱パッケージ200の内側にも外側にも突出した状態とされている。そのため、断熱パッケージ200の内側においては外部流通管10が支柱として閉塞板204に対して立った状態とされ、高温反応部4、低温反応部6及び連結管8が外部流通管10に支持されて、高温反応部4、低温反応部6及び連結管8が断熱パッケージ200の内面から離れている。すなわち、高温反応部4、低温反応部6及び連結管8の表面8aのうち、断熱パッケージ200の内面に対向する面と、断熱パッケージ200の内面との距離Bは約1mmに設定されている。また、外部流通管10は、平面視して高温反応部4、低温反応部6及び連結管8全体の重心において低温反応部6の下面に連結していることが望ましい。
図3、図5、図17に示すように、ゲッター材188は、例えば、高温反応部4と低温反応部6との間でかつ低温反応部6の側面のうち、高温反応部4と対向する側面6aに設けられる。このゲッター材188は、連結管8の上方に位置している。ここで、高温反応部4と低温反応部6との間の距離(連結管8の長さ)Aは、例えば約3mmとされている。
ゲッター材188には、電熱材等のヒータが設けられ、このヒータには配線190が接続されている。配線190は、プリント基板により、低温反応部6の側面6aに沿って下方に形成されて、燃焼器プレート12の周囲においてベースプレート28の下面に位置し、その両端部にはそれぞれリード線192,194が接続されている。
上記においては、ゲッター材188を低温反応部6の上記側面6aに設けるとしたが、ゲッター材188を設ける位置は断熱パッケージ200の内部空間201のうち低温反応部6と高温反応部4との間であれば特に限定されるものではない。例えば、図18に示すように、ゲッター材188を、高温反応部4の側面のうち低温反応部6との対向する側4aに設けるようにしてもよい。この場合、配線190は、例えば、高温反応部4の側面4aに沿って下方に延出し、連結管8の表面8aを通ってベースプレート28まで形成すれば良い。
また、図示しないが、ゲッター材188を複数設けても良い。複数設けておけば、内部空間201の真空度が低下した場合に未使用のゲッター材188を活性化させることにより、再度真空度を高めることができる点で好ましい。ゲッター材188の配置については、断熱パッケージ200の内部空間201で、高温反応部4と低温反凹部6との間であれば特に限定するものではない。
まず、リード線192,194の間に電圧が印加されると、ゲッター材188がヒータによって加熱され、ゲッター材188が活性化される。これにより、断熱パッケージ200内の残留ガスがゲッター材188に吸着され、断熱パッケージ200内の真空度が高まり、断熱効率が高まる。
ここで、ゲッター材188を一度活性化して断熱パッケージ200内の真空度を高めた後、その後はゲッター材188を用いない構成とする場合には、配線190からリード線192,194を介して高温反応部4や低温反応部6の熱エネルギーが外部に放出されることを防ぐために、配線190を低温反応部6の下面であるベースプレート28と、断熱パッケージ200の閉塞板204の内面204bとの間で切断しておくことが好ましい(図示略)。この場合、切断方法としては、例えば過電流を配線190に流して加熱することによって焼き切る方法が用いられる。
なお、燃料容器に貯留されている液体燃料の一部が気化されて、その気化した燃料と空気の燃焼混合気が燃焼混合気導入路18,22に供給されるようにしても良い。
さらに、ゲッター材188が低温反応部6の側面のうち高温反応部4と対向する側面6aに設けられ、配線190が低温反応部6の側面6aに沿って形成され、ベースプレート28の下面から引き出されているので、ゲッター材188や配線190を低温反応部6の熱により加熱することができ、熱効率が良い。
低温反応部6と断熱パッケージ200との間においても一本の外部流通管10が連結されているから、外部流通管10等に発生する応力を小さくすることができる。
なお、仮に流路162,164,166,168を別々の連結用管材として設け、これら連結用管材を離した状態で高温反応部4と低温反応部6との間に架設すると、低温反応部6と高温反応部4の変位差によってこれら連結用管材、低温反応部6、高温反応部4に応力が発生してしまう。また、高温反応部4の高温時と低温時との温度差が、低温反応部6の高温時と低温時との温度差よりも大きいために、高温反応部4側に外部流通管材を配置すると、管材の熱膨張、収縮が、低温反応部6側に外部流通管材を配置したときの管材の熱膨張、収縮よりも大きくなるので、断熱パッケージ200内の気密性が損なわれやすくなる。本実施形態では、そのような応力の発生を抑え、気密性を良好に保持することができる。
4 高温反応部
4a 高温反応部の側面
6 低温反応部
6a 低温反応部の側面
8 連結管
28 ベースプレート
188 ゲッター材
190 配線
200 断熱パッケージ
202a 断熱パッケージの内面
201 内部空間
Claims (12)
- 第1の温度に設定され、水と液体燃料が気化された混合気が供給されて、該混合気の改質反応によって、水素ガス及び該水素ガスよりも微量な一酸化炭素を生成する改質部と、
前記第1の温度より低い第2の温度に設定され、前記水素ガス及び微量前記一酸化炭素の混合気と空気が供給されて、該一酸化炭素を酸化させる一酸化炭素除去部と、
前記改質部と前記一酸化炭素除去部との間に架設され、前記水と液体燃料が気化された混合気を送る流路及び前記水素ガスと該水素ガスよりも微量な一酸化炭素を送る流路を有する連結管と、
前記改質部及び前記一酸化炭素除去部と前記連結管との全体を覆い、内部空間が真空圧とされる断熱容器と、
前記断熱容器の内部空間のうちの架設された前記連結管を介して前記改質部と前記一酸化炭素除去部とが対向する空間に設けられた、前記断熱容器の内部空間に存在する気体の少なくとも一部を吸着して、該内部空間の真空度を高めるゲッター材と、を備え、
前記ゲッター材を活性化した後に、前記ゲッター材を活性化するための配線を、前記一酸化炭素除去部を形成する下面と前記断熱容器の内面との間で切断する切断手段を備えることを特徴とする反応装置。 - 前記改質部、前記一酸化炭素除去部及び前記断熱容器は直方体形状を有し、前記ゲッター材は、少なくとも、前記改質部と前記一酸化炭素除去部との間に位置する前記断熱容器の内面、前記改質部の側面のうち前記一酸化炭素除去部と対向する側面及び前記一酸化炭素除去部の側面のうち前記改質部と対向する側面、の何れかの箇所に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の反応装置。
- 前記ゲッター材は複数設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の反応装置。
- 前記ゲッター材を活性化するための配線が、前記一酸化炭素除去部を形成する下面から前記断熱容器の外部に引き出されていることを特徴とする請求項1に記載の反応装置。
- 前記切断手段は、前記配線に過電流を流して焼き切る手段からなることを特徴とする請求項1に記載の反応装置。
- 前記改質部、前記一酸化炭素除去部は、箱体の内に隔壁を設けることにより、前記改質部には前記水と液体燃料が気化された混合気が流れる流路が、前記一酸化炭素除去部には前記水素ガス及び該水素ガスよりも微量な一酸化炭素が流れる流路が、それぞれ形成されることを特徴とする請求項1に記載の反応装置。
- 前記箱体及び前記隔壁は、板状の金属材料を接合して形成されることを特徴とする請求項6に記載の反応装置。
- 前記断熱容器は、板状の金属材料を接合して形成される箱体からなることを特徴とする請求項1に記載の反応装置。
- 前記連結管は、板状の金属材料を接合して形成され、前記改質部及び前記一酸化炭素除去部に接合されていることを特徴とする請求項1に記載の反応装置。
- 前記改質部は、前記水と液体燃料が気化された混合気が流れる流路が形成される少なくとも一つの反応器と、該反応器を加熱して前記第1の温度に設定する加熱部と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の反応装置。
- 前記加熱部は、前記連結部を介して前記一酸化炭素除去部を前記第2の温度に設定することを特徴とする請求項10に記載の反応装置。
- 前記加熱部は、前記断熱容器の外部から気体燃料が供給され、該気体燃料が流れる空間が内部に設けられて該空間を流れる気体燃料の燃焼を起こし、燃焼後の排ガスを前記断熱容器の外部に排出する燃焼器を備えることを特徴とする請求項10に記載の反応装置。
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