JP4826185B2 - Reactor and power generator - Google Patents

Reactor and power generator Download PDF

Info

Publication number
JP4826185B2
JP4826185B2 JP2005272115A JP2005272115A JP4826185B2 JP 4826185 B2 JP4826185 B2 JP 4826185B2 JP 2005272115 A JP2005272115 A JP 2005272115A JP 2005272115 A JP2005272115 A JP 2005272115A JP 4826185 B2 JP4826185 B2 JP 4826185B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
flow path
reaction
catalyst
reactor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005272115A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007084356A (en
Inventor
義裕 河村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Casio Computer Co Ltd
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Casio Computer Co Ltd filed Critical Casio Computer Co Ltd
Priority to JP2005272115A priority Critical patent/JP4826185B2/en
Publication of JP2007084356A publication Critical patent/JP2007084356A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4826185B2 publication Critical patent/JP4826185B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Description

本発明は、基板に溝が形成され、溝を蓋基板で覆うことによって基板との間に流路を形成した反応器及び反応器を備えた発電装置に関する。   The present invention relates to a reactor in which a groove is formed in a substrate and a channel is formed between the substrate and the groove by covering the groove with a lid substrate, and a power generation apparatus including the reactor.

近年では、マイクロリアクタと呼ばれる小型反応器が開発・実用化されている。マイクロリアクタは、複数種類の原料や試薬、燃料などの反応物を互いに混合させながら反応させる小型反応器であって、マイクロ領域での化学反応実験、薬品の開発、人工臓器の開発、ゲノム・ＤＮＡ解析ツール、マイクロ流体工学の基礎解析ツールなどに利用されている。マイクロリアクタを用いる化学反応には、ビーカ、フラスコなどを用いた通常の化学反応にはない特徴がある。例えば、反応器全体が小さいため、熱交換率が極めて高く温度制御が効率良く行えるという利点がある。そのため、精密な温度制御を必要とする反応や急激な加熱又は冷却を必要とする反応でも容易に行うことができる。   In recent years, small reactors called microreactors have been developed and put into practical use. A microreactor is a small reactor that reacts multiple types of raw materials, reagents, fuels, and other reactants while mixing them together. Chemical reaction experiments, drug development, artificial organ development, genome / DNA analysis in the micro domain It is used for tools and basic analysis tools for microfluidics. A chemical reaction using a microreactor has characteristics that are not found in a normal chemical reaction using a beaker, a flask, or the like. For example, since the entire reactor is small, there is an advantage that the heat exchange rate is extremely high and temperature control can be performed efficiently. Therefore, a reaction that requires precise temperature control or a reaction that requires rapid heating or cooling can be easily performed.

マイクロリアクタとして、マイクロリアクタ内の反応を促進させるために、加熱手段をもつものが一般的であるが、電熱線などを巻き付けたりして外部から熱を供給するタイプと、シリコン基板等に予め加熱手段を形成しておくいわゆる自己加熱タイプとがある。
自己加熱型のマイクロリアクタは、シリコン基板の一方の面に薄膜ヒータを所定形状で形成し、他方の面に流路となる溝を所定形状で形成する。その後、ガラス基板を流路面に
接合して流路を形成する。そして、薄膜ヒータに所定の電力で通電して薄膜ヒータで加熱することによって化学反応に必要な熱を供給し、薄膜ヒータ面にも場合によってはガラス基板を接合して三層構造とする場合がある。このように薄膜ヒータ面に接合するガラス基板は、薄膜ヒータを保護する他に、薄膜ヒータの熱拡散を防止し熱効率を良くする働きを有している。そのため、薄膜ヒータ側のガラス基板にはザグリ加工が施されたものがしばしば使用され、さらには断熱性能を高めるためにザグリ加工によって形成された空間を真空にしてシリコン基板と接合する方法がよく用いられている。また、シリコン基板に形成した溝に、化学反応の反応速度を高める触媒を形成することが多く、様々な触媒を形成させることが可能であるが、代表的なものとして一つのもしくは複数の無機担体と、一つ又は複数の金属種又は金属酸化物とを組み合わせた、いわゆる不均一系触媒が代表的なものとしてしばしば用いられる。 In order to promote the reaction in the microreactor, a microreactor is generally provided with a heating means. However, the heating means is wound around a heating wire or the like to supply heat from the outside, and the heating means is preliminarily applied to a silicon substrate or the like. There is a so-called self-heating type that is formed.
In the self-heating type microreactor, a thin film heater is formed in a predetermined shape on one surface of a silicon substrate, and a groove serving as a flow path is formed in a predetermined shape on the other surface. Thereafter, the glass substrate is bonded to the flow path surface to form a flow path. The thin film heater is energized with a predetermined power and heated by the thin film heater to supply the heat necessary for the chemical reaction. In some cases, a glass substrate is bonded to the surface of the thin film heater to form a three-layer structure. is there. As described above, the glass substrate bonded to the surface of the thin film heater has a function of preventing thermal diffusion of the thin film heater and improving thermal efficiency in addition to protecting the thin film heater. For this reason, the glass substrate on the thin film heater side is often used with counterbore processing, and a method of joining the silicon substrate by vacuuming the space formed by the counterbore processing is often used to improve the heat insulation performance. It has been. In addition, a catalyst that increases the reaction rate of a chemical reaction is often formed in a groove formed in a silicon substrate, and various catalysts can be formed. Typically, one or a plurality of inorganic carriers are used. A so-called heterogeneous catalyst, which is a combination of one or more metal species or metal oxides, is often used as a representative.

ところで、マイクロリアクタが通常の管型反応器等と比べて特徴的な部分として、反応体積当たりの表面積が大きいという点が挙げられる。この特徴は、触媒の温度分布の均一性向上や発熱反応時における除熱特性向上の利点が大きいが、反面放熱性が良好であるために、吸熱反応においてはエネルギーロスが大きくなるという欠点があった。
そこで、吸熱反応と発熱反応とを組み合わせた反応を行い、熱量を補うという方法が知られている。例えば、炭化水素と水から水素を生成し、不純物である一酸化炭素を除去するいわゆる水蒸気改質プロセスを想定した場合に、比較的大型の反応器においては、改質プロセスのうち吸熱反応である水素生成反応と、発熱反応である燃焼反応や一酸化除去反応の配置を工夫することにより熱交換機能をもたせることができる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−３１９２１３号公報 By the way, as a characteristic part of the microreactor compared with a normal tubular reactor or the like, there is a point that the surface area per reaction volume is large. This feature has the advantage of improving the uniformity of the temperature distribution of the catalyst and improving the heat removal characteristics during the exothermic reaction, but on the other hand, it has the disadvantage of increasing energy loss in the endothermic reaction due to its good heat dissipation. It was.
Therefore, a method is known in which a reaction combining an endothermic reaction and an exothermic reaction is performed to compensate for the amount of heat. For example, assuming a so-called steam reforming process that generates hydrogen from hydrocarbons and water and removes carbon monoxide as an impurity, a relatively large reactor is an endothermic reaction in the reforming process. A heat exchange function can be provided by devising the arrangement of the hydrogen generation reaction and the exothermic combustion reaction or monoxide removal reaction (see, for example, Patent Document 1).
JP 2004-319213 A

例えばメタノールと水から水素を生成する水蒸気改質反応（吸熱反応）（式（１）参照）に部分酸化反応（発熱反応）（式（２）参照）を組み合わせた方法が挙げられる。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ２…（１）
ＣＨ３ＯＨ＋１／２Ｏ２→２Ｈ２＋ＣＯ２…（２）
しかしながら、効率良く熱交換させるためには反応器のレイアウトに厳密な設計が求められる。 For example, there is a method in which a partial oxidation reaction (exothermic reaction) (see formula (2)) is combined with a steam reforming reaction (endothermic reaction) (see formula (1)) that generates hydrogen from methanol and water.
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (1)
CH 3 OH + 1 / 2O 2 → 2H 2 + CO 2 (2)
However, in order to exchange heat efficiently, a strict design is required for the layout of the reactor.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、流路内に反応原料を通過させることによって発熱反応と吸熱反応とを行う場合に、効率良く熱交換を行うことができ、また、反応効率に優れた反応器及び発電装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and when performing an exothermic reaction and an endothermic reaction by allowing reaction raw materials to pass through a flow path, heat exchange can be performed efficiently, and reaction efficiency can be achieved. An object of the present invention is to provide a reactor and a power generator excellent in the above.

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、反応器本体の内部に流路が形成され、
前記反応器本体は、一方の面に溝が形成された基板と、前記基板の一方の面に前記溝を覆うことによって前記基板との間に前記流路を形成する蓋基板とを備え、
前記流路内に部分酸化反応に供する第１触媒と水蒸気改質反応に供する第２触媒とが前記流路の上流側から下流側にかけて交互に複数回配置されるように形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the invention of claim 1 is characterized in that a flow path is formed inside the reactor body,
The reactor body includes a substrate having a groove formed on one surface, and a lid substrate that forms the flow path between the substrate and the substrate by covering the groove on one surface of the substrate,
The first catalyst for the partial oxidation reaction and the second catalyst for the steam reforming reaction are formed in the flow path so as to be alternately arranged a plurality of times from the upstream side to the downstream side of the flow path. Features.

請求項１の発明によれば、反応器本体の内部に形成された流路内に互いに異なる触媒が交互に形成されているので、流路内に反応原料を通過させることによって、一方の触媒により発熱反応が生じ、他方の触媒により吸熱反応が生じ、発熱反応と吸熱反応とが交互に行われる。したがって、発熱反応で発生する反応熱を、隣接する触媒に直接伝達して吸熱反応を起こすことができるため、効率良く熱交換を行うことができる。
また、発熱反応と吸熱反応とが交互に起こるように流路内に各触媒を交互に形成しているので、流路の反応原料を導入する上流側では、反応量が大きくなるため発熱反応による発熱量及び吸熱反応による吸熱量が大きくなる。そのため、上流側においては発熱量・吸熱量ともに大きい部分同士が相対し、逆に流路の下流側においては発熱量・吸熱量ともに小さい部分同士が相対する関係となるので、より熱バランスが得やすい構造となる。
さらに、従来のように別途加熱手段を設ける場合に比して、反応器の内部から直接熱を供給する構造となるので、起動特性に優れる。そして、流路内を流れる反応原料自体も熱を伝える作用があるので、速やかに熱交換が可能という効果がある。 According to the first aspect of the present invention, since different catalysts are alternately formed in the flow path formed inside the reactor main body, by passing the reaction raw material in the flow path, An exothermic reaction occurs, an endothermic reaction occurs with the other catalyst, and an exothermic reaction and an endothermic reaction occur alternately. Therefore, the heat of reaction generated by the exothermic reaction can be directly transmitted to the adjacent catalyst to cause an endothermic reaction, so that heat exchange can be performed efficiently.
In addition, since each catalyst is alternately formed in the flow path so that an exothermic reaction and an endothermic reaction occur alternately, the reaction amount increases on the upstream side of introducing the reaction raw material in the flow path. The amount of heat generated and the amount of heat absorbed by the endothermic reaction increase. For this reason, the heat generation and endothermic parts with large heat generation are opposed to each other on the upstream side, and the parts with small heat generation and heat absorption are opposed to each other on the downstream side of the flow path. Easy structure.
Furthermore, compared to the case where a separate heating means is provided as in the prior art, the structure is such that heat is directly supplied from the inside of the reactor, so that the starting characteristics are excellent. And since the reaction raw material itself which flows in the flow path also has the effect | action which conveys heat, there exists an effect that heat exchange is possible rapidly.

請求項２の発明は、
反応器本体の内部に流路が形成され、
前記反応器本体は、両面に複数の溝が形成された基板と、前記基板の両面に前記溝をそれぞれ覆うことによって前記基板との間に前記流路を形成する蓋基板とを備え、
前記流路は、前記基板の一方の面に形成された各溝と、他方の面に形成された各溝とが、基板の両面を貫通して各溝を交互に連通する貫通孔によって連続して構成され、
前記一方の面の流路内に部分酸化反応に供する前記第１触媒が形成され、前記他方の面の流路内に水蒸気改質反応に供する第２触媒が形成されることによって、前記第１触媒と前記第２触媒とが前記流路の上流側から下流側にかけて交互に複数回配置されるように形成されていることを特徴とする。 The invention according to claim 2,
A flow path is formed inside the reactor body,
The reactor body includes a substrate having a plurality of grooves formed on both sides thereof, and a lid substrate that forms the flow path between the substrate and the substrate by covering the grooves on both sides of the substrate,
In the flow path, each groove formed on one surface of the substrate and each groove formed on the other surface are continuous by through holes that pass through both surfaces of the substrate and communicate with each other alternately. Configured
Wherein the first catalyst subjected to the partial oxidation reaction in the flow path of one of the surfaces is formed by Rukoto second catalyst is formed to be subjected to the steam reforming reaction in the flow path of the other surface, said first The catalyst and the second catalyst are formed so as to be alternately arranged a plurality of times from the upstream side to the downstream side of the flow path .

請求項２の発明によれば、基板の一方の面に形成された溝と他方の面に形成された溝とが貫通孔を介して交互に連通されて連続した流路が構成されており、この流路内に反応原料を通過させることによって、基板の一方の面の流路で発熱反応が生じ、貫通孔を介して他方の面の流路で吸熱反応が生じ、発熱反応と吸熱反応とが交互に行われる。したがって、上述のように発熱反応で発生する反応熱を、他方の面に直接伝達して吸熱反応を起こすことができるため、効率良く熱交換を行うことができる。 According to the invention of claim 2 , a groove formed on one surface of the substrate and a groove formed on the other surface are alternately communicated with each other through a through hole, and a continuous flow path is configured. By passing the reaction raw material through this flow path, an exothermic reaction occurs in the flow path on one side of the substrate, an endothermic reaction occurs in the flow path on the other side through the through hole, and an exothermic reaction and an endothermic reaction occur. Are performed alternately. Accordingly, the reaction heat generated by the exothermic reaction as described above can be directly transmitted to the other surface to cause the endothermic reaction, so that heat exchange can be performed efficiently.

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の反応器において、
前記蓋基板に溝が形成され、前記溝内に触媒が形成されていることを特徴とする。 Invention of Claim 3 is the reactor of Claim 1 or 2 ,
A groove is formed in the lid substrate, and a catalyst is formed in the groove.

請求項３の発明によれば、蓋基板に溝が形成され、溝内に触媒が形成されているので、流路の断面積を大きくすることができ、また、触媒量の増加及び流路内での反応原料の滞留時間の増加が図れ、反応効率に優れる。 According to the invention of claim 3 , since the groove is formed in the lid substrate and the catalyst is formed in the groove, the cross-sectional area of the flow path can be increased, and the increase in the catalyst amount and the flow path Can increase the residence time of the reaction raw material at, and is excellent in reaction efficiency.

請求項４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、
前記流路内を電気エネルギーにより加熱する加熱手段を有していることを特徴とする。 Invention of Claim 4 is the reactor as described in any one of Claims 1-3 ,
It has a heating means which heats the inside of the channel by electric energy.

請求項４の発明によれば、流路内を電気エネルギーにより加熱する加熱手段を有しているので、反応速度を速めることができ、温度制御を行い易い。 According to the invention of claim 4 , since the heating means for heating the inside of the flow path with electric energy is provided, the reaction rate can be increased and the temperature can be easily controlled.

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の反応器において、
前記発熱反応が酸化反応であることを特徴とする。 Invention of Claim 5 is a reactor as described in any one of Claims 1-4 ,
The exothermic reaction is an oxidation reaction.

請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の反応器において、
水素を含む炭素化合物と、水と、酸素とを混合した混合物から水素を発生させることを特徴とする。 Invention of Claim 6 is the reactor as described in any one of Claims 1-5 ,
Hydrogen is generated from a mixture of a carbon compound containing hydrogen, water, and oxygen.

請求項７の発明は、発電装置において、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の反応器で生成した水素から電気エネルギーを生成することを特徴とする。 The invention of claim 7 is the power generator,
Electric energy is produced | generated from the hydrogen produced | generated with the reactor as described in any one of Claims 1-6 .

本発明によれば、発熱反応で発生する反応熱を、速やかに吸熱反応側に伝達することができるので、熱効率に優れる反応器及び発電装置を提供することができる。   According to the present invention, the reaction heat generated by the exothermic reaction can be quickly transmitted to the endothermic reaction side, so that it is possible to provide a reactor and a power generation device that are excellent in thermal efficiency.

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、発明の範囲は図示例に限定されないものとする。
［第一の実施の形態］
図１は、反応器１００の斜視図、図２(a)は、反応器１００を構成する基板１の一方の面１１の平面図、図２(b)は、基板１の他方の面１２の透過平面図、図３は、図２(a)において切断線III−IIIに沿った面の反応器１００の矢視断面図、図４は、図２(a)において切断線IV−IVに沿った面の反応器１００の矢視断面図、図５は図２(a)において切断線V−Vに沿った面の反応器１００の矢視断面図、図６は図２(a)において切断線VI−VIに沿った面の矢視断面図である。（図２(a)と図２(b)は、同じ向きから見た平面図と透過平面図の関係なので、図２(a)の左上の角は、図２(b)の左上の角に対応している。）
本発明に係る反応器は、セラミック、シリコン、アルミニウム、ガラス等の材料（シリコン、ガラスがより好ましい。）から板状に形成された基板１と第一の蓋基板２及び第二の蓋基板３とを互いに重ね合わせて接合した構造を有している。なお、本発明で言う反応器本体は、基板１、第一の蓋基板２及び第二の蓋基板３とで構成される。
基板１は、所定の厚みを有し平面視長方形状をなした基板であって、上下両面が平坦でかつ互いに平行となるように形成されている。この基板１の一方の面（図中、上面）１１には、平面視略コ字状の四つの溝４，４，…と平面視直線状の一つの溝５とが基板１の長手方向に沿って所定間隔に並んで形成されている。コ字状溝４は、基板１の短手方向に沿って平行な棒状部４１と、互いに隣接する棒状部４１，４１を一方の端部同士で連結する連結部４２とを備え、これによって平面視略コ字状に形成されている。また、図中、最も右側に位置するコ字状溝４１に隣接して平面視直線状の溝５が形成されている。直線状溝５は、コ字状溝４の棒状部４１と平行となるように形成されている。
コ字状溝４と直線状溝５とは、連結部４２と逆側の端部に基板１の他方の面（図中、下面）に貫通する貫通孔４３，４３，…、５１がそれぞれ形成されている。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the scope of the invention is not limited to the illustrated examples.
[First embodiment]
1 is a perspective view of the reactor 100, FIG. 2A is a plan view of one surface 11 of the substrate 1 constituting the reactor 100, and FIG. 2B is a plan view of the other surface 12 of the substrate 1. Fig. 3 is a transmission plan view, Fig. 3 is a cross-sectional view of the reactor 100 taken along the line III-III in Fig. 2 (a), and Fig. 4 is along the line IV-IV in Fig. 2 (a). 5 is a cross-sectional view of the reactor 100 in the direction of the arrows, FIG. 5 is a cross-sectional view of the reactor 100 in the direction of the arrows along the cutting line V-V in FIG. 2 (a), and FIG. It is arrow sectional drawing of the surface along line VI-VI. (Fig. 2 (a) and Fig. 2 (b) are the relationship between a plan view and a transmission plan view seen from the same direction, so the upper left corner in Fig. 2 (a) is the upper left corner in Fig. 2 (b). Yes.)
The reactor according to the present invention includes a substrate 1, a first lid substrate 2, and a second lid substrate 3 that are formed in a plate shape from materials such as ceramic, silicon, aluminum, and glass (silicon and glass are more preferable). Are superposed and joined to each other. In addition, the reactor main body said by this invention is comprised with the board | substrate 1, the 1st cover substrate 2, and the 2nd cover substrate 3. FIG.
The substrate 1 is a substrate having a predetermined thickness and a rectangular shape in plan view, and is formed so that both upper and lower surfaces are flat and parallel to each other. On one surface (upper surface in the drawing) 11 of the substrate 1, four grooves 4, 4,... Having a substantially U shape in plan view and one groove 5 having a linear shape in plan view are arranged in the longitudinal direction of the substrate 1. It is formed along with a predetermined interval along. The U-shaped groove 4 includes a bar-like portion 41 that is parallel to the short direction of the substrate 1 and a connecting portion 42 that connects the rod-like portions 41 and 41 adjacent to each other at one end portion. It is formed in a generally U-shape. Further, in the drawing, a groove 5 that is linear in a plan view is formed adjacent to the U-shaped groove 41 located on the rightmost side. The linear groove 5 is formed to be parallel to the rod-like portion 41 of the U-shaped groove 4.
The U-shaped groove 4 and the linear groove 5 are formed with through holes 43, 43,..., 51 penetrating the other surface (lower surface in the drawing) of the substrate 1 at the end opposite to the connecting portion 42, respectively. Has been.

一方、基板１の他方の面１２には、平面視略コ字状の四つの溝６，６，…が基板１の長手方向に沿って所定間隔に並んで形成されている。コ字状溝６は、基板１の一方の面１１に形成されたコ字状溝４と同様に棒状部６１，６１と連結部６２とを備えている。また、図中、最も左側に位置するコ字状溝６に隣接して平面視直線状の溝７が形成されている。   On the other hand, on the other surface 12 of the substrate 1, four grooves 6, 6,... Having a substantially U shape in plan view are formed side by side along the longitudinal direction of the substrate 1 at a predetermined interval. The U-shaped groove 6 includes rod-shaped portions 61 and 61 and a connecting portion 62 as in the case of the U-shaped groove 4 formed on one surface 11 of the substrate 1. Further, in the drawing, a groove 7 having a linear shape in plan view is formed adjacent to the U-shaped groove 6 located on the leftmost side.

コ字状溝６と直線状溝７とは、連結部６２と逆側の端部に基板１の一方の面１１に貫通する貫通孔６３，６３，…、７１が形成されている。貫通孔４３，５１，６３，７１は、基板１の一方の面１１に形成されたコ字状溝４又は直線状溝５と、これら各溝４，５に対応して他方の面に形成されたコ字状溝６又は直線状溝７とを、一方の面１１と他方の面１２とにおいて交互に連通している。詳細には、基板１の右側から順に一方の面１１に形成された直線状溝５の貫通孔５１と、他方の面１２に形成された最も右側の棒状部６１の貫通孔６３とが互いに連通している。さらに、直線状溝５の左隣の棒状部４１の貫通孔４３と、他方の面１２に形成された右から２番目の棒状部６１の貫通孔６３とが互いに連通している。同様にして右側から順に、一方の面１１に形成された棒状部４１の貫通孔４３と他方の面に形成された棒状部６１の貫通孔６３とが連通し、最後に、一方の面に形成された最も左側の棒状部４１の貫通孔４３と、他方の面１２に形成された直線状溝７の貫通孔７１とが互いに連通している。その結果、一方の面１１と他方の面１２とを交互に蛇行する一つの流路が構成される。   The U-shaped groove 6 and the linear groove 7 are formed with through holes 63, 63,... 71 penetrating the one surface 11 of the substrate 1 at the end opposite to the connecting portion 62. The through holes 43, 51, 63, 71 are formed on the other surface corresponding to the U-shaped grooves 4 or linear grooves 5 formed on one surface 11 of the substrate 1 and the grooves 4, 5. The U-shaped grooves 6 or the linear grooves 7 are alternately communicated on the one surface 11 and the other surface 12. Specifically, the through hole 51 of the linear groove 5 formed on one surface 11 in order from the right side of the substrate 1 and the through hole 63 of the rightmost rod-shaped portion 61 formed on the other surface 12 communicate with each other. is doing. Further, the through hole 43 of the rod-like portion 41 adjacent to the left of the linear groove 5 and the through-hole 63 of the second rod-like portion 61 formed on the other surface 12 from the right communicate with each other. Similarly, in order from the right side, the through-hole 43 of the rod-shaped portion 41 formed on one surface 11 communicates with the through-hole 63 of the rod-shaped portion 61 formed on the other surface, and finally formed on one surface. The through hole 43 of the leftmost rod-like portion 41 and the through hole 71 of the linear groove 7 formed in the other surface 12 communicate with each other. As a result, one flow path that alternates between the one surface 11 and the other surface 12 is formed.

このような基板１の一方の面１１に、溝４，５を覆うように第一の蓋基板２が接合されており、基板１と第一の蓋基板２との間に上記流路が構成されている。第一の蓋基板２は、所定の厚みを有し平面視長方形状をなした基板であって、上下両面が平坦でかつ互いに平行となるように形成されており、基板１と同じ大きさをなしている。
第一の蓋基板２には、基板１に形成された直線状溝５に通じ、反応原料を導入するための導入孔２１が第一の蓋基板２の上下面を貫通して形成されている。また、第一の蓋基板２で溝４，５が覆われることによって形成された流路の内壁面には、反応原料の反応を促進するための触媒８が形成されている。 The first lid substrate 2 is joined to one surface 11 of the substrate 1 so as to cover the grooves 4 and 5, and the flow path is configured between the substrate 1 and the first lid substrate 2. Has been. The first lid substrate 2 is a substrate having a predetermined thickness and a rectangular shape in plan view, and is formed such that both upper and lower surfaces are flat and parallel to each other, and has the same size as the substrate 1. There is no.
In the first lid substrate 2, an introduction hole 21 for introducing a reaction raw material is formed through the linear groove 5 formed in the substrate 1 so as to penetrate the upper and lower surfaces of the first lid substrate 2. . Further, a catalyst 8 for promoting the reaction of the reaction raw material is formed on the inner wall surface of the flow path formed by covering the grooves 4 and 5 with the first lid substrate 2.

基板１の他方の面１２に、溝６，７を覆うように第二の蓋基板３が接合されており、基板１と第二の蓋基板３との間に上記流路が構成されている。第二の蓋基板３は、所定の厚みを有し平面視長方形状をなした基板であって、上下両面が平坦でかつ互いに平行となるように形成されており、基板１と同じ大きさをなしている。
第二の蓋基板３には、基板１に形成された直線状溝７に通じ、反応後の生成物を排出するための排出孔３１が第二の蓋基板３の上下面を貫通して形成されている。また、第二の蓋基板３で溝６，７が覆われることによって形成された流路の内壁面には、反応原料の反応を促進するための触媒９が形成されている。 A second lid substrate 3 is joined to the other surface 12 of the substrate 1 so as to cover the grooves 6 and 7, and the flow path is formed between the substrate 1 and the second lid substrate 3. . The second lid substrate 3 is a substrate having a predetermined thickness and a rectangular shape in plan view, and is formed so that both upper and lower surfaces are flat and parallel to each other, and has the same size as the substrate 1. There is no.
A discharge hole 31 for discharging the product after reaction is formed in the second lid substrate 3 through the upper and lower surfaces of the second lid substrate 3 through the linear groove 7 formed in the substrate 1. Has been. A catalyst 9 for promoting the reaction of the reaction raw material is formed on the inner wall surface of the flow path formed by covering the grooves 6 and 7 with the second lid substrate 3.

基板１の一方の面１１の流路に形成された触媒８と他方の面１２に形成された触媒９とは、互いに異なる触媒であり、一方の面１１の流路に形成された触媒８は、発熱反応を優先的に選択する性質を有し、他方の面１２の流路に形成された触媒９は吸熱反応を優先的に選択する性質を有している。これら触媒８，９は、Ｃｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｃｅ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｕ，Ｒｅのうち少なくとも一種類の金属を含むことが好ましく、特に発熱反応の選択性が高い触媒８としては、Ｐｔ／ＺｎＯ系触媒等が好ましく、吸熱反応の選択性が高い触媒９としては、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒、Ｐｄ／ＺｎＯ系触媒等が好ましい。したがって、基板１の一方の面１１に形成された流路に反応原料を通すことによって発熱反応が生じ、基板１の他方の面１２に形成された流路に反応原料を通すことによって吸熱反応が生じる。   The catalyst 8 formed in the flow path on the one surface 11 of the substrate 1 and the catalyst 9 formed on the other surface 12 are different from each other, and the catalyst 8 formed in the flow path on the one surface 11 is The catalyst 9 formed in the flow path of the other surface 12 has the property of preferentially selecting the endothermic reaction. These catalysts 8 and 9 preferably contain at least one kind of metal among Cu, Pd, Pt, Zn, Fe, Cr, Al, Ce, Zr, Ti, Co, Ni, Ru, and Re, and are particularly exothermic. As the catalyst 8 having a high selectivity, a Pt / ZnO-based catalyst or the like is preferable, and as the catalyst 9 having a high endothermic reaction selectivity, a Cu / ZnO-based catalyst, a Pd / ZnO-based catalyst, or the like is preferable. Therefore, an exothermic reaction occurs when the reaction raw material is passed through the flow path formed on one surface 11 of the substrate 1, and an endothermic reaction occurs when the reaction raw material is passed through the flow path formed on the other surface 12 of the substrate 1. Arise.

なお、基板１と第一の蓋基板２及び基板１と第二の蓋基板３は、陽極接合によって接合することが好ましい。
また、第一の蓋基板２の基板１との接合面とは反対側の面に、図示しないが薄膜ヒータを形成しても良い。薄膜ヒータは電気エネルギーにより発熱する電熱膜であり、具体的には電気抵抗性発熱体、半導体性発熱体を薄膜状に成膜したものである。 The substrate 1 and the first lid substrate 2 and the substrate 1 and the second lid substrate 3 are preferably joined by anodic bonding.
Further, a thin film heater may be formed on the surface of the first lid substrate 2 opposite to the bonding surface with the substrate 1 although not shown. The thin film heater is an electrothermal film that generates heat by electric energy. Specifically, an electric resistance heating element and a semiconductor heating element are formed into a thin film.

このように構成された反応器１００では、第一の蓋基板２の導入孔２１から反応原料が導入されると、基板１の一方の面１１に形成された直線状溝５によって構成される流路内を通り、貫通孔５１，６３を介して基板１の他方の面１２に形成された最も右側のコ字状溝６によって構成される流路内を通る。その後、右から２番目の棒状部６１の貫通孔６３，４３を介して一方の面１１に形成された次のコ字状溝４によって構成される流路内を通る。このように基板１の一方の面１１の流路内と他方の面１２の流路内とを交互に通り、最後に、基板１の他方の面１２に形成された直線状溝７を通って第二の蓋基板３の排出孔３１から排出される。
流路内を反応原料が通っている際には、薄膜ヒータによって流路内が加熱されて、一方の面１１の流路に形成された触媒８により発熱反応が起こり、他方の面１２の流路に形成された触媒９により吸熱反応が起こり、生成物が生成される。 In the reactor 100 configured as described above, when the reaction raw material is introduced from the introduction hole 21 of the first lid substrate 2, the flow constituted by the linear groove 5 formed on the one surface 11 of the substrate 1. It passes through the passage and passes through the flow path constituted by the rightmost U-shaped groove 6 formed on the other surface 12 of the substrate 1 through the through holes 51 and 63. After that, it passes through the flow path constituted by the next U-shaped groove 4 formed on the one surface 11 through the through holes 63 and 43 of the second rod-like portion 61 from the right. In this way, the substrate 1 alternately passes through the flow path on one surface 11 and the flow channel on the other surface 12, and finally passes through the linear groove 7 formed on the other surface 12 of the substrate 1. It is discharged from the discharge hole 31 of the second lid substrate 3.
When the reaction raw material passes through the flow path, the flow path is heated by the thin film heater, and an exothermic reaction occurs by the catalyst 8 formed in the flow path on the one surface 11, and the flow on the other surface 12. An endothermic reaction occurs by the catalyst 9 formed in the path, and a product is generated.

なお、基板１の一方の面１１の流路に形成した触媒８と、他方の面１２の流路に形成した触媒９とは、それぞれ一種類ずつとしたが、一方の面１１の流路で発熱反応が優先的に生じ、他方の面１２の流路で吸熱反応が優先的に生じるようにすれば良く、一方の面１１の流路に二種類以上の触媒を形成し、他方の面１２の流路にも二種類以上の触媒を形成しても良い。
また、溝４，５，６，７の形状や個数は特に上述したものに限定されるものではなく、また、貫通孔４３，５１，６３，７１の位置も溝の形状に合わせて適宜変更可能である。例えば、全てコ字状溝４，６としても良く、棒状部４１，６１を三つ以上並べて連結部４２，６２で連結してなる形状の溝としても良い。
さらに、図示しないが、第一の蓋基板２の基板１と接合する面に、基板１の一方の面１１に形成した溝４，５と同様の溝を形成し、第二の蓋基板３の基板１と接合する面に、基板１の他方の面１２に形成した溝６，７と同様の溝を形成し、上記貫通孔４３，５１，６３，７１と同様の貫通孔を、基板１に形成し、第一の蓋基板２に形成した溝による流路と第二の蓋基板３に形成した溝による流路とで交互に発熱反応及び吸熱反応を行うように構成しても構わない。 The catalyst 8 formed in the flow path on one surface 11 of the substrate 1 and the catalyst 9 formed in the flow path on the other surface 12 are each one type. An exothermic reaction may be preferentially generated, and an endothermic reaction may be preferentially generated in the flow path of the other surface 12. Two or more types of catalysts are formed in the flow path of the one surface 11, and the other surface 12 is formed. Two or more types of catalysts may be formed in the flow path.
Further, the shape and number of the grooves 4, 5, 6, and 7 are not particularly limited to those described above, and the positions of the through holes 43, 51, 63, and 71 can be appropriately changed according to the shape of the grooves. It is. For example, all may be U-shaped grooves 4, 6, or may be a groove formed by connecting three or more rod-shaped parts 41, 61 and connecting parts 42, 62.
Further, although not shown, grooves similar to the grooves 4 and 5 formed on the one surface 11 of the substrate 1 are formed on the surface of the first lid substrate 2 to be bonded to the substrate 1. Grooves similar to the grooves 6 and 7 formed in the other surface 12 of the substrate 1 are formed on the surface to be bonded to the substrate 1, and through holes similar to the through holes 43, 51, 63 and 71 are formed in the substrate 1. It is also possible to configure such that an exothermic reaction and an endothermic reaction are alternately performed between a channel formed by the groove formed in the first lid substrate 2 and a channel formed by the groove formed in the second lid substrate 3.

次に、上記反応器１００を、水素を含む炭素化合物と、水と、を混合した混合物から水素を主成分とする生成物に改質する改質器２０３として使用する場合について、このような改質器２０３を備えた発電装置２００とともに説明する。
図７は、発電装置２００のブロック図である。 Next, in the case where the reactor 100 is used as the reformer 203 that reforms a mixture of a carbon compound containing hydrogen and water into a product containing hydrogen as a main component, such a modification is performed. It demonstrates with the electric power generating apparatus 200 provided with the quality device 203. FIG.
FIG. 7 is a block diagram of the power generation device 200.

発電装置２００は、メタノールと水との混合液を貯留した燃料容器２０１と、燃料容器２０１から供給された混合液を気化する気化器２０２と、気化器２０２から供給された混合気を触媒により水素リッチな水素ガスに改質する改質器２０３と、改質器２０３から供給された生成ガスの中から燃料電池を劣化する要因となる一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器２０４と、一酸化炭素除去器２０４から供給された生成ガス中の水素ガス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２０５と、を備えている。ここで、発電装置２００は、携帯電話機、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、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、遊技機、家庭用電気機器、その他の電子機器に用いられる。この場合、気化器２０２、改質器２０３、一酸化炭素除去器２０４及び燃料電池２０５からなる発電装置本体は電子機器本体に搭載されており、燃料容器２０１は電子機器本体を介して発電装置本体に装着された場合、燃料容器２０１から気化器２０２に混合液が供給されるようになっている。燃料電池２０５により生成された電気エネルギーは電子機器本体を駆動するために用いられる。   The power generation device 200 includes a fuel container 201 that stores a mixed liquid of methanol and water, a vaporizer 202 that vaporizes the mixed liquid supplied from the fuel container 201, and hydrogenated the mixed gas supplied from the vaporizer 202 using a catalyst. A reformer 203 for reforming to rich hydrogen gas, a carbon monoxide remover 204 for removing carbon monoxide that causes deterioration of the fuel cell from the product gas supplied from the reformer 203, and one And a fuel cell 205 that generates electric energy by an electrochemical reaction of hydrogen gas in the generated gas supplied from the carbon oxide remover 204. Here, the power generation device 200 is used in a mobile phone, a personal computer, a PDA, an electronic notebook, a wristwatch, a digital still camera, a digital video camera, a game machine, a game machine, a household electric device, and other electronic devices. In this case, the power generator main body composed of the vaporizer 202, the reformer 203, the carbon monoxide remover 204, and the fuel cell 205 is mounted on the electronic device main body, and the fuel container 201 passes through the electronic device main body. When the fuel cell is attached to the vaporizer 202, the liquid mixture is supplied from the fuel container 201 to the vaporizer 202. The electrical energy generated by the fuel cell 205 is used to drive the electronic device body.

燃料電池２０５は、触媒微粒子を含有又は付着させた燃料極（水素極）と、触媒微粒子を含有又は付着させた酸素極（空気極）と、燃料極と酸素極との間に挟持された固体高分子電解質膜と、を備える。   The fuel cell 205 includes a fuel electrode (hydrogen electrode) containing or adhering catalyst fine particles, an oxygen electrode (air electrode) containing or adhering catalyst fine particles, and a solid sandwiched between the fuel electrode and the oxygen electrode. A polymer electrolyte membrane.

気化器２０２は図示しないが、セラミック、シリコン、アルミニウム、ガラス等の材料から板状に形成された基板と蓋基板とを接合した構造を有し、基板と蓋基板との接合部に流路が設けられており、蓋基板の接合面とは反対側の面に薄膜ヒータが成膜されている。   Although not shown, the vaporizer 202 has a structure in which a substrate formed in a plate shape from a material such as ceramic, silicon, aluminum, or glass and a lid substrate are joined, and a flow path is formed at the joint between the substrate and the lid substrate. The thin film heater is formed on the surface opposite to the bonding surface of the lid substrate.

一酸化炭素除去器２０４も図示しないが、セラミック、シリコン、アルミニウム、ガラス等の材料から板状に形成された基板と蓋基板とを接合した構造を有し、基板と蓋基板との接合部に流路が設けられており、蓋基板の接合面とは反対側の面に薄膜ヒータが成膜されている。流路の壁面には触媒が形成され、触媒は一酸化炭素を選択的に酸化する触媒が使用されている。   Although not shown, the carbon monoxide remover 204 has a structure in which a substrate formed in a plate shape from a material such as ceramic, silicon, aluminum, or glass and a lid substrate are joined, and a joint portion between the substrate and the lid substrate is used. A flow path is provided, and a thin film heater is formed on the surface opposite to the bonding surface of the lid substrate. A catalyst is formed on the wall surface of the flow path, and a catalyst that selectively oxidizes carbon monoxide is used.

次に、発電装置２００の動作について説明する。
気化器２０２、改質器２０３及び一酸化炭素除去器２０４のそれぞれの薄膜ヒータが電気により発熱し、気化器２０２、改質器２０３及び一酸化炭素除去器２０４がそれぞれ所定の温度になるように加熱される。この状態で、ポンプが作動すると、燃料容器２０１に貯留された混合液（メタノール、水）が気化器２０２のマイクロ流路に供給される。混合液が気化器２０２のマイクロ流路を流動している時に、混合液が気化して混合気が生成される。気化されて高圧になったその混合気が相対的に低圧の改質器２０３の導入孔２１から基板１の一方の面１１の直線状溝５によって構成される流路に供給される。この流路から貫通孔５１，６３を介して基板１の他方の面１２のコ字状溝６によって構成される流路に供給される。同様に貫通孔６３，４３を介して一方の面１１の流路と他方の面１２の流路とを交互に混合気が流動して、混合気が触媒に接触する。
ここで、基板１の一方の面１１の流路においては、メタノールと空気中の酸素が、触媒８の作用を受けて反応して、化学反応式（２）のような発熱反応（部分酸化反応）が起こる。
ＣＨ3ＯＨ＋１／２Ｏ2→２Ｈ2＋ＣＯ2 …（２） Next, the operation of the power generation apparatus 200 will be described.
The thin film heaters of the vaporizer 202, the reformer 203, and the carbon monoxide remover 204 are heated by electricity, and the vaporizer 202, the reformer 203, and the carbon monoxide remover 204 are each set to a predetermined temperature. Heated. When the pump is operated in this state, the liquid mixture (methanol, water) stored in the fuel container 201 is supplied to the microchannel of the vaporizer 202. When the mixed liquid is flowing through the microchannel of the vaporizer 202, the mixed liquid is vaporized to generate a mixed gas. The gas mixture that has been vaporized to a high pressure is supplied from the introduction hole 21 of the relatively low pressure reformer 203 to the flow path constituted by the linear groove 5 on the one surface 11 of the substrate 1. This channel is supplied to the channel formed by the U-shaped groove 6 on the other surface 12 of the substrate 1 through the through holes 51 and 63. Similarly, the air-fuel mixture alternately flows through the flow passages on one surface 11 and the flow passage on the other surface 12 through the through holes 63 and 43, and the air-fuel mixture contacts the catalyst.
Here, in the flow path of the one surface 11 of the substrate 1, methanol and oxygen in the air react with each other under the action of the catalyst 8 to generate an exothermic reaction (partial oxidation reaction) as shown in the chemical reaction formula (2). ) Occurs.
CH 3 OH + 1 / 2O 2 → 2H 2 + CO 2 (2)

また、基板１の他方の面１２の流路においては、メタノールと水が触媒９の作用を受けて、化学反応式（１）のような吸熱反応（水蒸気改質反応）が起こる。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ２…（１） Further, in the flow path of the other surface 12 of the substrate 1, methanol and water are subjected to the action of the catalyst 9 to cause an endothermic reaction (steam reforming reaction) as shown in the chemical reaction formula (1).
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (1)

また、基板１の両面１１，１２の流路において、メタノールと水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（３）のように、二酸化炭素、一酸化炭素及び水蒸気が生成される。
２ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→５Ｈ2＋ＣＯ＋ＣＯ2 … （３） In some cases, methanol and water are not completely reformed into carbon dioxide and hydrogen in the flow paths of both surfaces 11 and 12 of the substrate 1, and in this case, carbon dioxide, monoxide as in chemical reaction formula (3). Carbon and water vapor are produced.
2CH 3 OH + H 2 O → 5H 2 + CO + CO 2 (3)

このように、基板１の一方の面１１の流路と、他方の面１２の流路とが貫通孔４３，５１，６３，７１を介して交互に連通されて連続しており、一方の面１１の流路において発熱反応が生じ、貫通孔４３，５１，６３，７１を介して他方の面１２の流路において吸熱反応が生じるので、発熱反応と吸熱反応とが交互に行われる。したがって、発熱反応で発生する反応熱を、他方の面１２に直接伝達して吸熱反応を起こすことができるため、効率良く熱交換を行うことができる。そのため、改質器２０３の温度が２８０℃よりも低くても（例えば、２５０℃）、メタノールの転化率が向上し、一酸化炭素の生成量を低減することができる。
また、流路の反応原料を導入する上流側では、反応量が大きくなるため発熱反応による発熱量及び吸熱反応による吸熱量が大きくなる。（通常、反応速度は原料の濃度に比例することから、発熱反応、吸熱反応にかかわらず、反応器導入孔付近の反応速度が高くなり、したがって、反応熱も大きくなる。）そのため、上流側においては発熱量・吸熱量ともに大きい部分同士が相対し、逆に流路の下流側においては発熱量・吸熱量ともに小さい部分同士が相対する関係となるので、より熱バランスが得やすい構造となる。さらに、改質器２０３の内部から直接熱を供給する構造となるので、起動特性に優れる。そして、流路内を流れる反応原料自体も熱を伝える作用があるので、速やかに熱交換が可能という効果がある。また、一方の面１１と他方の面１２において、触媒の量やチャンネル密度を変えるといった調節が可能なので、上流から下流にわたる各流路のポイント毎で正確に熱バランスが保たれるように制御することが可能である。 In this way, the flow path on one surface 11 of the substrate 1 and the flow path on the other surface 12 are continuously communicated via the through holes 43, 51, 63, 71, and the one surface is continuous. Since the exothermic reaction occurs in the flow path of 11 and the endothermic reaction occurs in the flow path of the other surface 12 through the through holes 43, 51, 63, 71, the exothermic reaction and the endothermic reaction occur alternately. Therefore, the reaction heat generated by the exothermic reaction can be directly transmitted to the other surface 12 to cause the endothermic reaction, so that heat exchange can be performed efficiently. Therefore, even if the temperature of the reformer 203 is lower than 280 ° C. (for example, 250 ° C.), the conversion rate of methanol can be improved and the amount of carbon monoxide produced can be reduced.
Further, on the upstream side of introducing the reaction raw material in the flow path, the amount of reaction increases, so the amount of heat generated by the exothermic reaction and the amount of heat absorbed by the endothermic reaction increase. (Normally, since the reaction rate is proportional to the concentration of the raw material, regardless of the exothermic reaction and endothermic reaction, the reaction rate in the vicinity of the reactor introduction hole is increased, and thus the reaction heat is also increased.) Since the portions where both the heat generation amount and the heat absorption amount are large are opposed to each other, and the portions where both the heat generation amount and the heat absorption amount are small are opposed to each other on the downstream side of the flow path, the heat balance is easily obtained. Furthermore, since the heat is supplied directly from the reformer 203, the starting characteristics are excellent. And since the reaction raw material itself which flows in the flow path also has the effect | action which conveys heat, there exists an effect that heat exchange is possible rapidly. In addition, since it is possible to adjust the amount of the catalyst and the channel density on the one surface 11 and the other surface 12, it is controlled so that the heat balance is accurately maintained for each point of each flow path from upstream to downstream. It is possible.

そして、改質器２０３で生成された生成ガスが一酸化炭素除去器２０４のマイクロ流路に供給され、更に空気が一酸化炭素除去器２０４のマイクロ流路に供給される。このマイクロ流路においては、一酸化炭素が一酸化炭素除去器２０４のマイクロ流路に形成された触媒の作用を受けて特異的に酸化する。その後、生成ガスがそのマイクロ流路から燃料電池２０５の燃料極に供給され、空気が燃料電池２０５の空気極に供給される。燃料極においては、電気化学反応式（４）に示すように、生成ガス中の水素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する。水素イオンは固体高分子電解質膜を通じて酸素極に伝導し、電子は燃料極により取り出される。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- … （４） Then, the product gas generated by the reformer 203 is supplied to the microchannel of the carbon monoxide remover 204, and air is further supplied to the microchannel of the carbon monoxide remover 204. In this microchannel, carbon monoxide is specifically oxidized by the action of a catalyst formed in the microchannel of the carbon monoxide remover 204. Thereafter, the product gas is supplied from the micro flow path to the fuel electrode of the fuel cell 205, and air is supplied to the air electrode of the fuel cell 205. In the fuel electrode, as shown in the electrochemical reaction formula (4), hydrogen in the product gas is separated into hydrogen ions and electrons by the action of catalyst fine particles in the fuel electrode. Hydrogen ions are conducted to the oxygen electrode through the solid polymer electrolyte membrane, and electrons are taken out by the fuel electrode.
H 2 → 2H + + 2e − (4)

酸素極においては、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される。
２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ … （５） At the oxygen electrode, as shown in the electrochemical reaction formula (5), oxygen in the air, hydrogen ions that have passed through the solid polymer electrolyte membrane, and electrons taken out by the fuel electrode react to generate water. Is done.
2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O (5)

なお、ここでは、図７に示すように、上記発電装置２００において、改質器２０３に酸素又は空気を供給する機構、例えば装置外に図示しないポンプ等を設けて、酸素又は空気中の酸素を酸化剤として供給し、改質器２０３において発熱反応を起こすような構成としている。
また、燃料容器２０１に貯留される混合液がメタノールと水との混合液であるが、水素を含む他の炭素化合物と水との混合液が燃料容器２０１に貯留されても良い。
また、気化器２０２、改質器２０３及び一酸化炭素除去器２０４のそれぞれに薄膜ヒータを形成しているが、最も高温で反応する改質器２０３のみに薄膜ヒータを設け、気化器２０２及び一酸化炭素除去器２０４にはそれぞれ薄膜ヒータを設けずに改質器２０３からの熱を伝搬によって反応を引き起こすようにしてもよく、改質器２０３及びその次に高温反応を引き起こす一酸化炭素除去器２０４にそれぞれ薄膜ヒータを形成してもよい。
さらに、薄膜ヒータの代替として上述した炭化水素やアルコール、エーテルといった水素を含む炭素化合物を燃焼する化学反応炉を設けてもよい。 Here, as shown in FIG. 7, in the power generation apparatus 200, a mechanism for supplying oxygen or air to the reformer 203, for example, a pump (not shown) outside the apparatus is provided, and oxygen or oxygen in the air is supplied. It is configured to supply as an oxidant and cause an exothermic reaction in the reformer 203.
Moreover, although the liquid mixture stored in the fuel container 201 is a liquid mixture of methanol and water, a liquid mixture of other carbon compound containing hydrogen and water may be stored in the fuel container 201.
In addition, thin film heaters are formed in the vaporizer 202, the reformer 203, and the carbon monoxide remover 204, respectively, but only the reformer 203 that reacts at the highest temperature is provided with the thin film heater, and the vaporizer 202 and the carbon monoxide remover. Each of the carbon oxide removers 204 may not be provided with a thin film heater, and may cause a reaction by propagating heat from the reformer 203, and the carbon monoxide remover that causes a high temperature reaction next to the reformer 203. A thin film heater may be formed on each 204.
Furthermore, as a substitute for the thin film heater, a chemical reaction furnace for burning the above-described carbon compound containing hydrogen such as hydrocarbon, alcohol, or ether may be provided.

［第二の実施の形態］
図８は、第二の実施の形態における反応器１００Ａを構成する基板１Ａの一方の面１１Ａの平面図、図９は、図８において切断線IX−IXに沿った面の反応器１００Ａの矢視断面図である。
第二の実施の形態では、反応器１００Ａは、第一の実施の形態と同様にセラミック、シリコン、アルミニウム、ガラス等の材料（シリコン、ガラスがより好ましい。）から板状に形成された基板１Ａと、蓋基板２Ａとを互いに重ね合わせて接合した構造を有している。なお、本発明で言う反応器本体は、基板１Ａ及び蓋基板２Ａとで構成される。
基板１Ａは、所定の厚みを有し平面視長方形状をなした基板であって、上下両面が平坦でかつ互いに平行となるように形成されている。この基板１Ａの一方の面（図中、上面）１１Ａには、葛折り状の溝４Ａが凹んだ状態に形成されており、この溝４Ａに蓋をするように基板１Ａに蓋基板２Ａを接合することによって、基板１Ａと蓋基板２Ａとの間に流路が構成されている。 [Second Embodiment]
FIG. 8 is a plan view of one surface 11A of the substrate 1A constituting the reactor 100A in the second embodiment, and FIG. 9 is an arrow of the reactor 100A along the section line IX-IX in FIG. FIG.
In the second embodiment, the reactor 100A is a substrate 1A formed in a plate shape from a material such as ceramic, silicon, aluminum, or glass (silicon or glass is more preferable) as in the first embodiment. And the lid substrate 2A are superposed and joined to each other. In addition, the reactor main body said by this invention is comprised by the board | substrate 1A and the cover board | substrate 2A.
The substrate 1A is a substrate having a predetermined thickness and having a rectangular shape in plan view, and is formed so that both upper and lower surfaces are flat and parallel to each other. One surface (upper surface in the drawing) 11A of this substrate 1A is formed with a concave groove 4A recessed, and the cover substrate 2A is joined to the substrate 1A so as to cover the groove 4A. Thus, a flow path is formed between the substrate 1A and the lid substrate 2A.

蓋基板２Ａは、所定の厚みを有し平面視長方形状をなした基板であって、上下両面が平坦でかつ互いに平行となるように形成されており、基板１Ａと同じ大きさをなしている。
蓋基板２Ａには、基板１Ａに形成された流路の上流側端部（図中、右端部）に通じ、反応原料を導入するための導入孔２１Ａが蓋基板２Ａの上下面を貫通して形成され、流路の下流側端部（図中、左端部）に通じ、反応後の生成物を排出するための排出孔２２Ａが蓋基板２Ａの上下面を貫通して形成されている。
また、蓋基板２Ａの基板１Ａとの接合面とは反対側の面には薄膜ヒータ（図示略）が形成されている。さらに、蓋基板２Ａで溝４Ａが覆われることによって形成された流路の内壁面には、互いに異なる触媒８Ａ，９Ａが交互に所定間隔に形成されている。そして、隣接する触媒８Ａ，９Ａのうち一方の触媒８Ａが発熱反応を優先的に選択する性質を有し、他方の触媒９Ａが吸熱反応を優先的に選択する性質を有している。触媒８Ａ，９Ａは、Ｃｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｃｅ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｕ，Ｒｅのうち少なくとも一種類の金属を含むことが好ましく、特に発熱反応の選択性が高い触媒８Ａとしては、Ｐｔ／ＺｎＯ系触媒等が好ましく、吸熱反応の選択性が高い触媒９Ａとしては、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒、Ｐｄ／ＺｎＯ系触媒等が好ましい。したがって、このような流路に反応原料を通すことによって、発熱反応と吸熱反応とが交互に生じる。 The lid substrate 2A is a substrate having a predetermined thickness and a rectangular shape in plan view, and is formed such that both upper and lower surfaces are flat and parallel to each other, and has the same size as the substrate 1A. .
In the lid substrate 2A, an introduction hole 21A for introducing a reaction raw material passes through the upper end and lower surface of the lid substrate 2A through the upstream end (right end in the figure) of the flow path formed in the substrate 1A. A discharge hole 22 </ b> A is formed through the upper and lower surfaces of the lid substrate 2 </ b> A so as to pass through the downstream end portion (left end portion in the figure) of the flow path and discharge the product after the reaction.
Further, a thin film heater (not shown) is formed on the surface of the lid substrate 2A opposite to the bonding surface with the substrate 1A. Further, different catalysts 8A and 9A are alternately formed at predetermined intervals on the inner wall surface of the flow path formed by covering the groove 4A with the lid substrate 2A. One of the adjacent catalysts 8A and 9A has a property of preferentially selecting an exothermic reaction, and the other catalyst 9A has a property of preferentially selecting an endothermic reaction. The catalysts 8A and 9A preferably contain at least one kind of metal among Cu, Pd, Pt, Zn, Fe, Cr, Al, Ce, Zr, Ti, Co, Ni, Ru, and Re. The catalyst 8A having high selectivity is preferably a Pt / ZnO-based catalyst or the like, and the catalyst 9A having high endothermic reaction selectivity is preferably a Cu / ZnO-based catalyst or a Pd / ZnO-based catalyst. Therefore, by passing the reaction raw material through such a channel, an exothermic reaction and an endothermic reaction occur alternately.

なお、上記第二の実施の形態における反応器１００Ａも、第一の実施の形態と同様に発電装置２００の改質器２０３として使用することができる。この場合、改質器２０３として第二の実施の形態の反応器１００Ａに置き換えたものとなり、その他の構成及び動作は同様のためその説明を省略する。
また、上記第二の実施の形態において、流路に形成した触媒８Ａ，９Ａは、二種類としたが、発熱反応と吸熱反応とが交互に起こるように形成すれば、三種類以上としても良い。 Note that the reactor 100A in the second embodiment can also be used as the reformer 203 of the power generation apparatus 200, as in the first embodiment. In this case, the reformer 203 is replaced with the reactor 100A of the second embodiment, and since the other configurations and operations are the same, the description thereof is omitted.
In the second embodiment, the catalysts 8A and 9A formed in the flow path are two types. However, if they are formed so that an exothermic reaction and an endothermic reaction occur alternately, three or more types may be used. .

以上のように、基板１Ａの一方の面１１Ａに形成された溝４Ａを蓋基板２Ａで覆うことによって形成した流路内に発熱反応と吸熱反応とが交互に起こるように各触媒８Ａ，９Ａを交互に形成しているので、この流路内に反応原料を通過させることによって、一方の触媒８Ａにより発熱反応が生じ、他方の触媒９Ａにより吸熱反応が生じ、発熱反応と吸熱反応とが交互に行われる。したがって、発熱反応で発生する反応熱を、隣接する触媒９Ａに直接伝達して吸熱反応を起こすことができるため、効率良く熱交換を行うことができる。
また、流路の反応原料を導入する上流側では、反応量が大きくなるため発熱反応による発熱量及び吸熱反応による吸熱量が大きくなる。そのため、上流側においては発熱量・吸熱量ともに大きい部分同士が相対し、逆に流路の下流側においては発熱量・吸熱量ともに小さい部分同士が相対する関係となるので、より熱バランスが得やすい構造となる。さらに、反応器１００Ａの内部から直接熱を供給する構造となるので、起動特性に優れる。そして、流路内を流れる反応原料自体も熱を伝える作用があるので、速やかに熱交換が可能という効果がある。また、触媒８Ａ部のチャンネル長と触媒９Ａ部のチャンネル長を変えるといった調節が可能なので、上流から下流にわたる各流路のポイント毎で正確に熱バランスが保たれるように制御することが可能である。 As described above, the catalysts 8A and 9A are arranged so that the exothermic reaction and the endothermic reaction occur alternately in the flow path formed by covering the groove 4A formed on the one surface 11A of the substrate 1A with the lid substrate 2A. Since they are alternately formed, an exothermic reaction is generated by one catalyst 8A, an endothermic reaction is generated by the other catalyst 9A, and an exothermic reaction and an endothermic reaction are alternately performed. Done. Therefore, the reaction heat generated by the exothermic reaction can be directly transmitted to the adjacent catalyst 9A to cause an endothermic reaction, so that heat exchange can be performed efficiently.
Further, on the upstream side of introducing the reaction raw material in the flow path, the amount of reaction increases, so the amount of heat generated by the exothermic reaction and the amount of heat absorbed by the endothermic reaction increase. For this reason, the heat generation and endothermic parts with large heat generation are opposed to each other on the upstream side, and the parts with small heat generation and heat absorption are opposed to each other on the downstream side of the flow path. Easy structure. Furthermore, since it becomes a structure which supplies heat directly from the inside of the reactor 100A, it has excellent start-up characteristics. And since the reaction raw material itself which flows in the flow path also has the effect | action which conveys heat, there exists an effect that heat exchange is possible rapidly. In addition, since adjustments such as changing the channel length of the catalyst 8A and the channel length of the catalyst 9A are possible, it is possible to control the heat balance accurately at each flow path point from upstream to downstream. is there.

［第三の実施の形態］
図１０(a)は、反応器１００Ｂを構成する基板１Ｂの一方の面１１Ｂの平面図、図１０(b)は、基板１Ｂの他方の面１２Ｂの透過平面図、図１１は、図１０(a)において切断線XI−XIに沿った面の反応器１００Ｂの矢視断面図である。（図１０(a)と図１０(b)は、同じ向きから見た平面図と透過平面図の関係なので、図１０(a)の左上の角は、図１０(b)の左上の角に対応している。）
第三の実施の形態では、反応器１００Ｂは、第一の実施の形態と同様にセラミック、シリコン、アルミニウム、ガラス等の材料（シリコン、ガラスがより好ましい。）から板状に形成された基板１Ｂと、第一の蓋基板２Ｂ及び第二の蓋基板３Ｂとを互いに重ね合わせて接合した構造を有している。なお、本発明で言う反応器本体は、基板１Ｂ、第一の蓋基板２Ｂ及び第二の蓋基板３Ｂとで構成される。
基板１Ｂは、所定の厚みを有し平面視長方形状をなした基板であって、上下両面が平坦でかつ互いに平行となるように形成されている。この基板１Ｂの一方の面（図中、上面）には、葛折り状の溝４Ｂが凹んだ状態に形成されており、この溝４Ｂに蓋をするように基板１Ｂに第一の蓋基板２Ｂを接合することによって、基板１Ｂと第一の蓋基板２Ｂとの間に流路が構成されている。 [Third embodiment]
10 (a) is a plan view of one surface 11B of the substrate 1B constituting the reactor 100B, FIG. 10 (b) is a transmission plan view of the other surface 12B of the substrate 1B, and FIG. It is arrow sectional drawing of the reactor 100B of the surface along the cutting line XI-XI in a). (FIG. 10 (a) and FIG. 10 (b) are a relation between a plan view and a transmission plan view seen from the same direction, so the upper left corner of FIG. 10 (a) is the upper left corner of FIG. 10 (b). Yes.)
In the third embodiment, the reactor 100B is a substrate 1B formed in a plate shape from a material (silicon, glass is more preferable) such as ceramic, silicon, aluminum, and glass as in the first embodiment. And the first lid substrate 2B and the second lid substrate 3B are superposed and joined to each other. In addition, the reactor main body said by this invention is comprised with the board | substrate 1B, the 1st cover substrate 2B, and the 2nd cover substrate 3B.
The substrate 1B is a substrate having a predetermined thickness and a rectangular shape in plan view, and is formed so that both upper and lower surfaces are flat and parallel to each other. One surface (the upper surface in the figure) of the substrate 1B is formed with a concave groove 4B in a recessed state, and the substrate 1B is covered with the first cover substrate 2B so as to cover the groove 4B. Is joined to form a flow path between the substrate 1B and the first lid substrate 2B.

基板１Ｂの他方の面（図中、下面）１２Ｂには、一方の面１１Ｂに形成された溝４Ｂと対向するように同形状の葛折り状の溝６Ｂが凹んだ状態に形成されており、この溝６Ｂに蓋をするように基板１Ｂに第二の蓋基板３Ｂを接合することによって、基板１Ｂと第二の蓋基板３Ｂとの間に流路が構成されている。
基板１Ｂの一方の面１１Ｂに形成された流路の下流側端部（図中、右端部）１４Ｂと、基板１Ｂの他方の面１２Ｂに形成された流路の上流側端部（図中、右端部）１５Ｂとは連続して一つの流路とされている。そのため、他方の面１２Ｂに形成された流路の上流側端部１５Ｂの近傍に、一方の面１１Ｂに形成された流路の上流側端部１３Ｂが位置し、基板１Ｂの高さ方向において近傍している。同様に、基板１Ｂの他方の面１２Ｂに形成された流路の下流側端部１６Ｂの近傍に、一方の面１１Ｂに形成された溝４Ｂの下流側端部１４Ｂが位置し、基板１Ｂの高さ方向において近傍している。 On the other surface (lower surface in the drawing) 12B of the substrate 1B, the same shape of the crease-like groove 6B is formed so as to be opposed to the groove 4B formed on the one surface 11B. By joining the second lid substrate 3B to the substrate 1B so as to cover the groove 6B, a flow path is formed between the substrate 1B and the second lid substrate 3B.
The downstream end (right end in the figure) 14B of the flow path formed on one surface 11B of the substrate 1B and the upstream end (in the figure, the flow path formed on the other surface 12B of the substrate 1B). The right end portion) 15B is a continuous flow path. Therefore, the upstream end portion 13B of the flow path formed on one surface 11B is located in the vicinity of the upstream end portion 15B of the flow path formed on the other surface 12B, and is close in the height direction of the substrate 1B. is doing. Similarly, the downstream end portion 14B of the groove 4B formed on the one surface 11B is located near the downstream end portion 16B of the flow path formed on the other surface 12B of the substrate 1B, and the height of the substrate 1B is increased. In the vertical direction.

第一の蓋基板２Ｂは、所定の厚みを有し平面視長方形状をなした基板であって、上下両面が平坦でかつ互いに平行となるように形成されており、基板１Ｂと同じ大きさをなしている。第一の蓋基板２Ｂには、基板１Ｂの一方の面１１Ｂに形成された流路の上流側端部１３Ｂに通じ、反応原料を導入するための導入孔２１Ｂが第一の蓋基板２Ｂの上下面を貫通して形成されている。また、第一の蓋基板２Ｂで溝４Ｂが覆われることによって形成された流路の内壁面には、反応原料の反応を促進するための触媒８Ｂが形成されている。   The first lid substrate 2B is a substrate having a predetermined thickness and a rectangular shape in plan view, and is formed so that both upper and lower surfaces are flat and parallel to each other, and has the same size as the substrate 1B. There is no. The first lid substrate 2B has an introduction hole 21B for introducing a reaction raw material to the upstream end 13B of the flow path formed on one surface 11B of the substrate 1B. It is formed through the lower surface. Further, a catalyst 8B for promoting the reaction of the reaction raw material is formed on the inner wall surface of the flow path formed by covering the groove 4B with the first lid substrate 2B.

第二の蓋基板３Ｂは、所定の厚みを有し平面視長方形状をなした基板であって、上下両面が平坦でかつ互いに平行となるように形成されており、基板１Ｂと同じ大きさをなしている。
第二の蓋基板３Ｂには、基板１Ｂの他方の面１２Ｂに形成された流路の下流側端部１６Ｂに通じ、反応後の生成物を排出するための排出孔３１Ｂが第二の蓋基板３Ｂの上下面を貫通して形成されている。また、第二の蓋基板３Ｂで溝６Ｂが覆われることによって形成された流路の内壁面には、反応原料の反応を促進するための触媒９Ｂが形成されている。 The second lid substrate 3B is a substrate having a predetermined thickness and a rectangular shape in plan view, and is formed so that both upper and lower surfaces are flat and parallel to each other, and has the same size as the substrate 1B. There is no.
The second lid substrate 3B has a discharge hole 31B for discharging the product after reaction through the downstream end 16B of the flow path formed on the other surface 12B of the substrate 1B. It is formed through the upper and lower surfaces of 3B. In addition, a catalyst 9B for promoting the reaction of the reaction raw material is formed on the inner wall surface of the flow path formed by covering the groove 6B with the second lid substrate 3B.

一方の面１１Ｂの流路に形成された触媒８Ｂと他方の面１２Ｂに形成された触媒９Ｂとは、互いに異なる触媒であり、一方の面１１Ｂの流路に形成された触媒８Ｂは発熱反応を優先的に選択する性質を有し、他方の面１２Ｂの流路に形成された触媒９Ｂは吸熱反応を優先的に選択する性質を有している。これら触媒８Ｂ，９Ｂは、Ｃｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｃｅ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｕ，Ｒｅのうち少なくとも一種類の金属を含むことが好ましく、特に発熱反応の選択性が高い触媒８Ｂとしては、Ｐｔ／ＺｎＯ系触媒等が好ましく、吸熱反応の選択性が高い触媒９Ｂとしては、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒、Ｐｄ／ＺｎＯ系触媒等が好ましい。したがって、基板１Ｂの一方の面１１Ｂに形成された流路に反応原料を通すことによって発熱反応が生じ、基板１Ｂの他方の面１２Ｂに形成された流路に反応原料を通すことによって吸熱反応が生じる。   The catalyst 8B formed on the flow path of the one surface 11B and the catalyst 9B formed on the other surface 12B are different from each other, and the catalyst 8B formed on the flow path of the one surface 11B performs an exothermic reaction. The catalyst 9B formed in the flow path of the other surface 12B has a property of preferentially selecting an endothermic reaction. These catalysts 8B and 9B preferably contain at least one kind of metal among Cu, Pd, Pt, Zn, Fe, Cr, Al, Ce, Zr, Ti, Co, Ni, Ru, and Re, and particularly an exothermic reaction. As the catalyst 8B having a high selectivity, a Pt / ZnO-based catalyst or the like is preferable, and as the catalyst 9B having a high endothermic reaction selectivity, a Cu / ZnO-based catalyst, a Pd / ZnO-based catalyst, or the like is preferable. Therefore, an exothermic reaction occurs when the reaction raw material is passed through the flow path formed on one surface 11B of the substrate 1B, and an endothermic reaction occurs when the reaction raw material is passed through the flow path formed on the other surface 12B of the substrate 1B. Arise.

なお、基板１Ｂと第一の蓋基板２Ｂ及び基板１Ｂと第二の蓋基板３Ｂは、陽極接合によって接合することが好ましい。
また、第一の蓋基板２Ｂの基板１Ｂとの接合面とは反対側の面に、薄膜ヒータを形成しても良い。 The substrate 1B and the first lid substrate 2B, and the substrate 1B and the second lid substrate 3B are preferably joined by anodic bonding.
Further, a thin film heater may be formed on the surface of the first lid substrate 2B opposite to the bonding surface with the substrate 1B.

このように構成された反応器１００Ｂでは、第一の蓋基板２Ｂの導入孔２１Ｂから反応原料が導入されると、基板１Ｂの一方の面１１Ｂに形成された流路の上流側端部１３Ｂから下流側端部１４Ｂを通り、基板１Ｂの他方の面１２Ｂに形成された流路の上流側端部１５Ｂから下流側端部１６Ｂを通って、第二の蓋基板３Ｂの排出孔３１Ｂから排出される。
流路内を反応原料が通っている際には、薄膜ヒータによって流路内が加熱されて、一方の面１１Ｂの流路に形成された触媒８Ｂにより発熱反応が起こり、他方の面１２Ｂの流路に形成された触媒９Ｂにより吸熱反応が起こり、生成物が生成される。 In the reactor 100B configured as described above, when the reaction raw material is introduced from the introduction hole 21B of the first lid substrate 2B, the upstream end portion 13B of the flow path formed on the one surface 11B of the substrate 1B. It passes through the downstream end portion 14B, passes through the downstream end portion 16B from the upstream end portion 15B of the flow path formed on the other surface 12B of the substrate 1B, and is discharged from the discharge hole 31B of the second lid substrate 3B. The
When the reaction raw material passes through the flow path, the flow path is heated by the thin film heater, and an exothermic reaction occurs by the catalyst 8B formed in the flow path of the one surface 11B. An endothermic reaction occurs by the catalyst 9B formed in the path, and a product is generated.

なお、上記第三の実施の形態における反応器１００Ｂも、第一の実施の形態と同様に発電装置２００の改質器２０３として使用することができる。この場合、改質器２０３として第三の実施の形態の反応器１００Ｂに置き換えたものとなり、その他の構成及び動作は同様のためその説明を省略する。
また、上記第三の実施の形態において、基板１Ｂの一方の面１１Ｂの流路に形成した触媒８Ｂと、他方の面１２Ｂの流路に形成した触媒９Ｂとは、それぞれ一種類ずつとしたが、一方の面１１Ｂの流路で発熱反応が優先的に生じ、他方の面１２Ｂの流路で吸熱反応が優先的に生じるようにすれば良く、一方の面１１Ｂの流路に二種類以上の触媒を形成し、他方の面１２Ｂの流路にも二種類以上の触媒を形成しても良い。 Note that the reactor 100B in the third embodiment can also be used as the reformer 203 of the power generation apparatus 200, as in the first embodiment. In this case, the reformer 203 is replaced with the reactor 100B of the third embodiment, and the other configurations and operations are the same, so the description thereof is omitted.
In the third embodiment, the catalyst 8B formed in the flow path on one surface 11B of the substrate 1B and the catalyst 9B formed in the flow path on the other surface 12B are each one type. The exothermic reaction may be preferentially generated in the flow path of the one surface 11B and the endothermic reaction may be preferentially generated in the flow path of the other surface 12B. A catalyst may be formed, and two or more types of catalysts may be formed in the flow path of the other surface 12B.

以上のように、基板１Ｂの両面に形成された溝４Ｂ，６Ｂが同じ方向に延在し、蓋基板２Ｂ，３Ｂによって基板１Ｂとの間に、一方の面１１Ｂと他方の面１２Ｂとで連続した流路が形成されており、一方の面１１Ｂの流路内で発熱反応が起こり、他方の面１２Ｂの流路内に吸熱反応が起こるように各触媒８Ｂ，９Ｂを形成しているので、この流路内に反応原料を通過させることによって、一方の面１１Ｂの流路で発熱反応が生じた後、他方の面１２Ｂの流路で吸熱反応が生じる。一方の面１１Ｂに形成された流路の上流側では発熱反応による発熱量が大きくなり、他方の面１２Ｂに形成された流路の上流側では吸熱反応による吸熱量が大きくなり、上流側においては発熱量・吸熱量ともに大きい部分同士が基板１の高さ方向において近傍に位置することから、基板１Ｂの一方の面１１Ｂで生じる発熱反応による大きな反応熱を、他方の面１２Ｂに直接伝達して吸熱反応を起こすことができる。逆に、下流側においては発熱量・吸熱量ともに小さい部分同士が基板１Ｂの高さ方向において近傍に位置するので、基板１Ｂの一方の面１１Ｂで生じる発熱反応による小さな反応熱を、他方の面１２Ｂに直接伝達して吸熱反応を起こすことができる。その結果、効率良く熱交換を行うことができる。
また、上流側においては発熱量・吸熱量ともに大きい部分同士が基板１Ｂの高さ方向において近傍に位置し、逆に流路の下流側においては発熱量・吸熱量ともに小さい部分同士が基板１Ｂの高さ方向において近傍に位置する関係となるので、より熱バランスが得やすい構造となる。さらに、反応器１００Ｂの内部から直接熱を供給する構造となるので、起動特性に優れる。 As described above, the grooves 4B and 6B formed on both surfaces of the substrate 1B extend in the same direction, and are continuous between the one surface 11B and the other surface 12B between the substrate 1B by the lid substrates 2B and 3B. Since each of the catalysts 8B and 9B is formed so that an exothermic reaction occurs in the flow path of one surface 11B and an endothermic reaction occurs in the flow path of the other surface 12B, By allowing the reaction raw material to pass through the flow path, an exothermic reaction occurs in the flow path on one surface 11B, and then an endothermic reaction occurs in the flow path on the other surface 12B. The amount of heat generated by the exothermic reaction increases on the upstream side of the channel formed on one surface 11B, the amount of heat absorbed by the endothermic reaction increases on the upstream side of the channel formed on the other surface 12B, and on the upstream side. Since the portions where both the heat generation amount and the heat absorption amount are large are located in the vicinity in the height direction of the substrate 1, the large reaction heat due to the exothermic reaction generated on one surface 11B of the substrate 1B is directly transmitted to the other surface 12B. An endothermic reaction can occur. Conversely, on the downstream side, the portions where both the heat generation amount and the heat absorption amount are small are positioned in the vicinity in the height direction of the substrate 1B, so that the small reaction heat due to the exothermic reaction occurring on one surface 11B of the substrate 1B is reduced to the other surface. It can be directly transmitted to 12B to cause an endothermic reaction. As a result, heat exchange can be performed efficiently.
On the upstream side, portions where both the heat generation amount and the heat absorption amount are large are located in the vicinity of the height direction of the substrate 1B. Conversely, on the downstream side of the flow path, portions where both the heat generation amount and the heat absorption amount are small are located on the substrate 1B. Since the relationship is located in the vicinity in the height direction, a structure in which heat balance is more easily obtained is obtained. Furthermore, since it becomes a structure which supplies heat directly from the inside of the reactor 100B, it is excellent in starting characteristics.

第一の実施の形態における反応器１００の斜視図である。It is a perspective view of the reactor 100 in 1st embodiment. (a)は、反応器１００を構成する基板１の一方の面１１の平面図、(b)は、基板１の他方の面１２の透過平面図である。(a) is a plan view of one surface 11 of the substrate 1 constituting the reactor 100, and (b) is a transmission plan view of the other surface 12 of the substrate 1. 図２(a)において切断線III−IIIに沿った面の反応器１００の矢視断面図である。It is arrow sectional drawing of the reactor 100 of the surface along the cutting line III-III in Fig.2 (a). 図２(a)において切断線IV−IVに沿った面の反応器１００の矢視断面図である。It is arrow sectional drawing of the reactor 100 of the surface along cutting line IV-IV in Fig.2 (a). 図２(a)において切断線V−Vに沿った面の反応器１００の矢視断面図である。It is arrow sectional drawing of the reactor 100 of the surface along the cutting line VV in Fig.2 (a). 図２(a)において切断線VI−VIに沿った面の反応器１００の矢視断面図である。It is arrow sectional drawing of the reactor 100 of the surface along the cutting line VI-VI in Fig.2 (a). 発電装置２００のブロック図である。2 is a block diagram of a power generation device 200. FIG. 第二の実施の形態における反応器１００Ａを構成する基板１Ａの一方の面１１Ａの平面図である。It is a top view of one surface 11A of the board | substrate 1A which comprises the reactor 100A in 2nd embodiment. 図８において切断線IX−IXに沿った面の反応器１００Ａの矢視断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of the reactor 100A taken along the cutting line IX-IX in FIG. (a)は、第三の実施の形態における反応器１００Ｂを構成する基板１Ｂの一方の面１１Ｂの平面図、(b)は、第三の実施の形態における反応器１００Ｂを構成する基板１Ｂの他方の面１２Ｂの透過平面図である。(a) is a plan view of one surface 11B of the substrate 1B constituting the reactor 100B in the third embodiment, and (b) is a plan view of the substrate 1B constituting the reactor 100B in the third embodiment. It is a transmission plan view of the other surface 12B. 図１０(a)において切断線XI−XIに沿った面の反応器１００Ｂの矢視断面図である。It is arrow sectional drawing of the reactor 100B of the surface along the cutting line XI-XI in Fig.10 (a).

符号の説明Explanation of symbols

１，１Ａ，１Ｂ 基板
２，２Ｂ 第一の蓋基板
２Ａ 蓋基板
３，３Ｂ 第二の蓋基板
４，６ コ字状溝
５，７ 直線状溝
４Ａ，４Ｂ，６Ｂ 溝
８，８Ａ，８Ｂ，９，９Ａ，９Ｂ 触媒
１１，１１Ａ，１１Ｂ 一方の面
１２，１２Ｂ 他方の面
２１，２１Ａ，２１Ｂ 導入孔
２２Ａ，３１，３１Ｂ 排出孔
４３，５１，６３，７１ 貫通孔
１００，１００Ａ，１００Ｂ 反応器
２００ 発電装置
２０１ 燃料容器
２０２ 気化器
２０３ 改質器
２０４ 一酸化炭素除去器
２０５ 燃料電池 1, 1A, 1B Substrate 2, 2B First lid substrate 2A Lid substrate 3, 3B Second lid substrate 4, 6 U-shaped groove 5, 7 Linear groove 4A, 4B, 6B Groove 8, 8A, 8B, 9, 9A, 9B Catalyst 11, 11A, 11B One side 12, 12B The other side 21, 21A, 21B Introduction hole 22A, 31, 31B Discharge hole 43, 51, 63, 71 Through hole 100, 100A, 100B Reactor DESCRIPTION OF SYMBOLS 200 Power generator 201 Fuel container 202 Vaporizer 203 Reformer 204 Carbon monoxide remover 205 Fuel cell

Claims (7)

反応器本体の内部に流路が形成され、
前記反応器本体は、一方の面に溝が形成された基板と、前記基板の一方の面に前記溝を覆うことによって前記基板との間に前記流路を形成する蓋基板とを備え、
前記流路内に部分酸化反応に供する第１触媒と水蒸気改質反応に供する第２触媒とが前記流路の上流側から下流側にかけて交互に複数回配置されるように形成されていることを特徴とする反応器。 A flow path is formed inside the reactor body,
The reactor body includes a substrate having a groove formed on one surface, and a lid substrate that forms the flow path between the substrate and the substrate by covering the groove on one surface of the substrate,
The first catalyst for the partial oxidation reaction and the second catalyst for the steam reforming reaction are formed in the flow path so as to be alternately arranged a plurality of times from the upstream side to the downstream side of the flow path. Characteristic reactor. 反応器本体の内部に流路が形成され、
前記反応器本体は、両面に複数の溝が形成された基板と、前記基板の両面に前記溝をそれぞれ覆うことによって前記基板との間に前記流路を形成する蓋基板とを備え、
前記流路は、前記基板の一方の面に形成された各溝と、他方の面に形成された各溝とが、基板の両面を貫通して各溝を交互に連通する貫通孔によって連続して構成され、
前記一方の面の流路内に部分酸化反応に供する前記第１触媒が形成され、前記他方の面の流路内に水蒸気改質反応に供する第２触媒が形成されることによって、前記第１触媒と前記第２触媒とが前記流路の上流側から下流側にかけて交互に複数回配置されるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の反応器。 A flow path is formed inside the reactor body,
The reactor body includes a substrate having a plurality of grooves formed on both sides thereof, and a lid substrate that forms the flow path between the substrate and the substrate by covering the grooves on both sides of the substrate,
In the flow path, each groove formed on one surface of the substrate and each groove formed on the other surface are continuous by through holes that pass through both surfaces of the substrate and communicate with each other alternately. Configured
Wherein the first catalyst subjected to the partial oxidation reaction in the flow path of one of the surfaces is formed by Rukoto second catalyst is formed to be subjected to the steam reforming reaction in the flow path of the other surface, said first The reactor according to claim 1, wherein the catalyst and the second catalyst are formed so as to be alternately arranged a plurality of times from the upstream side to the downstream side of the flow path . 前記蓋基板に溝が形成され、前記溝内に触媒が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の反応器。 The reactor according to claim 1 or 2 , wherein a groove is formed in the lid substrate, and a catalyst is formed in the groove. 前記流路内を電気エネルギーにより加熱する加熱手段を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の反応器。 The reactor according to any one of claims 1 to 3 , further comprising heating means for heating the inside of the flow path with electric energy. 前記発熱反応及び前記吸熱反応は、ともに水素を生成する反応であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の反応器。 The reactor according to any one of claims 1 to 4 , wherein the exothermic reaction and the endothermic reaction are both reactions that generate hydrogen. 水素を含む炭素化合物と、水と、酸素とを混合した混合物から水素を発生させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の反応器。 The reactor according to any one of claims 1 to 5 , wherein hydrogen is generated from a mixture of a carbon compound containing hydrogen, water, and oxygen. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の反応器で生成した水素から電気エネルギーを生成することを特徴とする発電装置。 A power generator that generates electrical energy from hydrogen generated in the reactor according to any one of claims 1 to 6 .
JP2005272115A 2005-09-20 2005-09-20 Reactor and power generator Expired - Fee Related JP4826185B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005272115A JP4826185B2 (en) 2005-09-20 2005-09-20 Reactor and power generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005272115A JP4826185B2 (en) 2005-09-20 2005-09-20 Reactor and power generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007084356A JP2007084356A (en) 2007-04-05
JP4826185B2 true JP4826185B2 (en) 2011-11-30

Family

ID=37971737

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005272115A Expired - Fee Related JP4826185B2 (en) 2005-09-20 2005-09-20 Reactor and power generator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4826185B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6135262B2 (en) * 2013-04-05 2017-05-31 トヨタ自動車株式会社 FUEL CELL INSPECTION DEVICE AND INSPECTION DEVICE USING THE SAME

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5763387A (en) * 1980-10-03 1982-04-16 Hitachi Ltd Preparation of fuel gas
JPS6186935A (en) * 1984-10-05 1986-05-02 Kawasaki Heavy Ind Ltd Reactor and operation of fuel battery by using the same
JP3440551B2 (en) * 1994-06-09 2003-08-25 三菱電機株式会社 Fuel reformer and method of operating fuel reformer
US6245303B1 (en) * 1998-01-14 2001-06-12 Arthur D. Little, Inc. Reactor for producing hydrogen from hydrocarbon fuels
JP2000169102A (en) * 1998-12-10 2000-06-20 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Fuel reformer
JP2001226104A (en) * 2000-02-21 2001-08-21 Suzuki Motor Corp Methanol reforming device
JP3796179B2 (en) * 2002-01-22 2006-07-12 川崎重工業株式会社 Reactor
JP4314776B2 (en) * 2002-03-29 2009-08-19 カシオ計算機株式会社 Small chemical reactor and fuel cell system
JP2004066008A (en) * 2002-08-01 2004-03-04 Casio Comput Co Ltd Chemical reaction apparatus
JP4423847B2 (en) * 2002-10-25 2010-03-03 カシオ計算機株式会社 Small chemical reactor
JP3873171B2 (en) * 2003-03-25 2007-01-24 カシオ計算機株式会社 Reforming apparatus and power generation system
JP2004319213A (en) * 2003-04-15 2004-11-11 Mitsubishi Electric Corp Hydrogen generating device for portable fuel cell
JP4504751B2 (en) * 2003-10-07 2010-07-14 大日本印刷株式会社 Microreactor for hydrogen production

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007084356A (en) 2007-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2006290737A (en) Flat plate-type reformer and fuel cell system using the same
JP2006012817A (en) Reformer for fuel cell and fuel cell system comprising the same
JP4341587B2 (en) Reactor
JP4562775B2 (en) Fine channel heater for uniform heating
US20050207953A1 (en) High aspect ratio chemical microreactor
US7842260B2 (en) Reaction vessel and reaction device
JP4722004B2 (en) Thin reformer
JP4953231B2 (en) Hydrogen generator and fuel cell power generator using the same
JP2005103399A (en) Reaction apparatus and reaction method
JP4963372B2 (en) REACTOR, REACTOR MANUFACTURING METHOD, AND REACTOR UNIT MEMBER
JP4826185B2 (en) Reactor and power generator
JP4366483B2 (en) Reactor
JP4438569B2 (en) Reactor
JP4983859B2 (en) Combustor
JP2003290649A (en) Compact chemical reaction apparatus
US8263027B2 (en) Apparatus, systems and methods for the production of hydrogen
KR20050121915A (en) Fuel cell system and reformer used thereto
JP4984760B2 (en) Reactor
JP2000159501A (en) Hydrogen-containing gas-producing apparatus
JP4400273B2 (en) Combustor and reactor
JP2009167060A (en) Carbon monoxide remover, reaction apparatus, and fuel cell system
JP2010076966A (en) Reactor and power generation system
JP5182223B2 (en) Reactor
JP4984405B2 (en) Carbon monoxide remover
JP2006082020A (en) Chemical reaction apparatus and power source system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080903

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110519

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110531

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110729

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20110729

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110816

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110829

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140922

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees