JP4961657B2 - Reactor - Google Patents

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Description

本発明は、反応容器本体に形成された内部空間で反応を行う反応器に関する。   The present invention relates to a reactor for performing a reaction in an internal space formed in a reaction vessel main body.

近年では、高いエネルギー利用効率を実現できる燃料電池についての研究・開発が盛んにおこなわれている。燃料電池は、燃料と大気中の酸素とを電気化学的に反応させて化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出すものであり、将来性に富む有望な電池であると位置付けられている。燃料電池に用いる燃料としては水素が挙げられるが、常温で気体であることによる取り扱い・貯蔵に問題がある。そこで、アルコール類及びガソリンといった液体燃料を用いれば液体燃料を貯蔵するためのシステムが比較的小型になるが、液体燃料と水蒸気を高温に加熱して反応させることによって発電に必要な水素を生成する改質装置が必要である。また、燃料改質型の燃料電池を小型の電子機器の電源として用いる場合には、燃料電池だけでなく改質装置も小型化する必要がある。   In recent years, research and development have been actively conducted on fuel cells that can achieve high energy use efficiency. BACKGROUND ART A fuel cell is a promising battery that is promising and promising because it directly extracts electric energy from chemical energy by electrochemically reacting fuel and oxygen in the atmosphere. The fuel used in the fuel cell includes hydrogen, but there is a problem in handling and storage due to being a gas at room temperature. Therefore, if liquid fuels such as alcohols and gasoline are used, the system for storing the liquid fuel becomes relatively small, but the hydrogen necessary for power generation is generated by heating and reacting the liquid fuel and water vapor to a high temperature. A reformer is required. When a fuel reforming fuel cell is used as a power source for a small electronic device, it is necessary to downsize not only the fuel cell but also the reforming device.

一方、複数の基板を接合してなる小型のケミカルマイクロリアクタを用いることによって微量の化学反応を行うことが特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されたマイクロリアクタについて簡単に説明すると、まず一方の面に流路となる溝が形成されたポリスチレン製の第一の基板を準備し、この溝に蓋をするように第二の基板を第一の基板に紫外線硬化樹脂で接着することによって、これら二枚の基板の接合部に流路を形成している。
特開２００２−１０２６８１号公報 On the other hand, Patent Document 1 describes that a small amount of chemical reaction is performed by using a small chemical microreactor formed by bonding a plurality of substrates. The microreactor described in Patent Document 1 will be briefly described. First, a first substrate made of polystyrene in which a groove serving as a flow path is formed on one surface is prepared, and a second substrate is covered so as to cover the groove. By adhering the substrate to the first substrate with an ultraviolet curable resin, a flow path is formed at the joint between these two substrates.
JP 2002-102681 A

ところで、ケミカルマイクロリアクタの流路に触媒を設ければ触媒反応器が提供され、化学燃料と水の混合気を流路に流せば、化学燃料と水が触媒反応によって水素に改質されるようになる。触媒反応が常温で起こりにくいため、ケミカルマイクロリアクタを加熱する必要がある。ケミカルマイクロリアクタを加熱する方法は特許文献１に記載されているが、その加熱方法は加熱した金属をケミカルリアクタの外面に接触させるだけである。しかし、触媒がケミカルマイクロリアクタの内側の流路に設けられており、加熱した金属をケミカルリアクタの外面に接触させて触媒を加熱しているため、金属からの熱がケミカルリアクタのポリスチレン等の部材を伝搬することによって触媒に到達して触媒が所望の温度に上昇するまでには長時間を要する。   By the way, if a catalyst is provided in the flow path of the chemical microreactor, a catalytic reactor is provided, and if a mixture of chemical fuel and water flows through the flow path, the chemical fuel and water are reformed to hydrogen by the catalytic reaction. Become. Since the catalytic reaction hardly occurs at room temperature, it is necessary to heat the chemical microreactor. A method of heating the chemical microreactor is described in Patent Document 1, but the heating method is merely bringing the heated metal into contact with the outer surface of the chemical reactor. However, the catalyst is provided in the flow path inside the chemical microreactor, and the heated metal is brought into contact with the outer surface of the chemical reactor to heat the catalyst. It takes a long time for the catalyst to reach the catalyst by propagation and rise to the desired temperature.

そこで、本発明は、上記のような問題点を解決しようとしてなされたものであり、反応に要する温度に上昇するまでの時間を短縮することができる反応器を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a reactor capable of shortening the time required to increase the temperature required for the reaction.

以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明の反応器は、
メタノールと水との混合気を反応物として水素と二酸化炭素を生成する、反応律速である改質反応を起こすマイクロリアクタであって、
前記反応物が供給される反応流路の内部空間面に露出された触媒膜が形成された反応容器本体を具備し、
前記触媒膜は、Ｃｕ／Ｚｎ系触媒で構成され、
前記改質反応の反応温度は２８０℃であり、
前記反応流路はマイクロ流路であって、その流路断面形状は矩形状であり、前記マイクロ流路の一端から他端まで、葛折り状であり、
前記触媒膜の厚さ、前記マイクロ流路の長さをそれぞれｄ cat 、Ｌ cha とし、前記マイクロ流路を流れる流体の平均流速をｖ、前記反応物の有効拡散係数のうち最も小さい有効拡散係数をＤ eA とした場合、次式（Ｂ）を満たすことを特徴とする。

Figure 0004961657
In order to solve the above problems, the reactor of the invention according to claim 1 comprises:
A microreactor that generates a hydrogen and carbon dioxide reaction using a mixture of methanol and water as a reactant, and that initiates a reaction-controlled reforming reaction,
Comprising a reaction vessel main body formed with a catalyst film exposed on the inner space surface of the reaction flow path to which the reactant is supplied;
The catalyst film is composed of a Cu / Zn-based catalyst,
The reaction temperature of the reforming reaction is 280 ° C.
The reaction channel is a micro channel, the channel cross-sectional shape is a rectangular shape, from one end of the micro channel to the other end, is a twisted shape,
The thickness of the catalyst membrane and the length of the microchannel are d cat and L cha , respectively , the average flow velocity of the fluid flowing through the microchannel is v, and the smallest effective diffusion coefficient among the effective diffusion coefficients of the reactants the case of the D eA, and satisfies the following formula (B).
Figure 0004961657

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の反応器であって、前記内部空間の壁面に成膜された電熱膜を具備することを特徴とする。The invention described in claim 2 is the reactor according to claim 1, characterized in that it comprises an electrothermal film formed on the wall surface of the internal space.

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の反応器であって、前記触媒膜の熱伝導率が前記反応容器本体の熱伝導率よりも高いことを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the reactor according to claim 1 or 2 , wherein the thermal conductivity of the catalyst film is higher than the thermal conductivity of the reaction vessel body.

請求項４に記載の発明の反応器は、
メタノールと水との混合気を反応物として水素と二酸化炭素を生成する、反応律速である改質反応を起こすマイクロリアクタであって、
前記反応物が供給される反応流路の内部空間面に露出された触媒膜が形成された反応容器本体を具備し、
前記触媒膜は、Ｃｕ／Ｚｎ系触媒で構成され、
前記改質反応の反応温度は２８０℃であり、
前記反応流路はマイクロ流路であって、その流路断面形状は矩形状であり、前記マイクロ流路の一端から他端まで、葛折り状であり、
前記マイクロ流路の深さ、長さをそれぞれｄ cha 、Ｌ cha とし、前記マイクロ流路を流れる流体の平均流速をｖ、前記反応物の有効拡散係数のうち最も小さい有効拡散係数をＤ m とした場合、次式（Ａ）を満たすことを特徴とする。

Figure 0004961657
The reactor of the invention according to claim 4 comprises:
A microreactor that generates a hydrogen and carbon dioxide reaction using a mixture of methanol and water as a reactant, and that initiates a reaction-controlled reforming reaction,
Comprising a reaction vessel main body formed with a catalyst film exposed on the inner space surface of the reaction flow path to which the reactant is supplied;
The catalyst film is composed of a Cu / Zn-based catalyst,
The reaction temperature of the reforming reaction is 280 ° C.
The reaction channel is a micro channel, the channel cross-sectional shape is a rectangular shape, from one end of the micro channel to the other end, is a twisted shape,
Depth and length of the microchannel are dcha and Lcha , respectively , the average flow velocity of the fluid flowing through the microchannel is v, and the smallest effective diffusion coefficient among the effective diffusion coefficients of the reactant is Dm . In this case, the following formula (A) is satisfied.
Figure 0004961657

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の反応器であって、前記内部空間の壁面に成膜された電熱膜を具備することを特徴とする。 The invention according to claim 5 is the reactor according to claim 4 , characterized in that it comprises an electrothermal film formed on the wall surface of the internal space.

請求項１に記載の発明によれば、式（Ｂ）を満たすことによって、流体が内部空間に流入してから流出するまでの間に内部空間内の触媒膜中を十分に接触しながら拡散できるので、流体が反応を促進することができる。 According to the first aspect of the present invention, by satisfying the formula (B), the fluid can be diffused while sufficiently contacting the catalyst film in the internal space from when the fluid flows into the internal space until it flows out. So the fluid can promote the reaction.

請求項２に記載の発明によれば、電熱膜で発した熱が触媒膜に伝導しやすいため、電熱膜で加熱を開始してから触媒膜が所望の温度にまで上昇するのに要する時間を短縮することができ、反応物の触媒反応が効率よく起こるまでの時間も短縮することができる。 According to the second aspect of the present invention, since the heat generated by the electrothermal film is easily conducted to the catalyst film, the time required for the catalyst film to rise to a desired temperature after starting heating with the electrothermal film is reduced. The time until the catalytic reaction of the reactant occurs efficiently can also be shortened.

請求項３に記載の発明によれば、電熱膜で発熱した熱が反応容器本体よりも触媒膜に伝導しやすいため、電熱膜で加熱を開始してから触媒膜が所望の温度にまで上昇するのに要する時間を短縮することができる。更に、電熱膜で発した熱が反応容器本体の加熱よりも触媒膜の加熱に効率よく用いられ、電熱膜の省エネルギーを図ることができる。 According to the invention described in claim 3, since the heat generated by the electrothermal film is more easily conducted to the catalyst film than the reaction vessel body, the catalyst film rises to a desired temperature after heating is started by the electrothermal film. The time required for this can be shortened. Furthermore, the heat generated by the electrothermal film is used more efficiently for heating the catalyst film than for heating the reaction vessel main body, and energy saving of the electrothermal film can be achieved.

請求項７に記載の発明によれば、式（Ａ）を満たすことによって、流体が内部空間に流入してから流出するまでの間に内部空間を定義づける反応容器本体の壁（又は溝）に接触するように拡散できるので、壁から伝わる熱を流体に伝搬することができ、流体が反応を促進することが可能となる。   According to the seventh aspect of the present invention, by satisfying the formula (A), the wall (or groove) of the reaction vessel main body defining the internal space from when the fluid flows into the internal space until it flows out. Since it can diffuse to contact, heat transmitted from the wall can be propagated to the fluid, and the fluid can promote the reaction.

請求項５に記載の発明によれば、電熱膜で発した熱が反応物に伝導しやすいため、反応物の反応が起こるまでの時間を短縮することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the heat generated by the electrothermal film is easily conducted to the reactant, so that the time until the reaction of the reactant occurs can be shortened.

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, although various technically preferable limitations for implementing the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.

図１は、本発明を適用した反応器を組み込んだ燃料電池式発電システム１を一部破断して示した斜視図である。   FIG. 1 is a perspective view of a fuel cell power generation system 1 incorporating a reactor to which the present invention is incorporated, with a part thereof broken away.

図１に示すように、燃料電池式発電システム１は、反応物としての燃料９を貯蔵する燃料貯蔵モジュール２と、本発明の反応器を適用した改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４等を有した小型改質装置４０を内蔵するとともに燃料貯蔵モジュール２に貯蔵された燃料９を用いて発電を行う発電モジュール３と、を具備している。   As shown in FIG. 1, a fuel cell power generation system 1 includes a fuel storage module 2 that stores fuel 9 as a reactant, a reforming reactor 42 to which a reactor of the present invention is applied, an aqueous shift reactor 43, and The power generation module 3 includes a small reformer 40 having a selective oxidation reactor 44 and the like, and generates power using the fuel 9 stored in the fuel storage module 2.

燃料貯蔵モジュール２は略円筒状の筐体４を有しており、この筐体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ための第一排水管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７（図２に図示）が配設されており、この排水容器７に上記第一排水管６が接続されている。   The fuel storage module 2 has a substantially cylindrical casing 4, and the casing 4 is detachably attached to the power generation module 3. A circular through hole 5 is formed at the top of the casing 4, and a first drain pipe 6 for circulating the by-product water generated by the power generation module 3 is provided on the outer peripheral side of the casing 4. Is formed. A drainage container 7 (shown in FIG. 2) for storing drainage water is disposed at the bottom of the fuel storage module 2, and the first drainage pipe 6 is connected to the drainage container 7.

筐体４の内部には燃料タンク８が収納されており、燃料タンク８の外周面の一部が筐体４から露出している。燃料タンク８の内部には液体の燃料９が貯蔵されている。燃料タンク８は、内部空間を有した透明又は半透明な円柱状の部材であって、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形成されている。燃料タンク８の一部が露出しており、燃料タンク８が透明又は半透明であるため、燃料タンク８を通じて内部の燃料９の有無及び残量を容易に確認できるようになっている。   A fuel tank 8 is housed inside the housing 4, and a part of the outer peripheral surface of the fuel tank 8 is exposed from the housing 4. Liquid fuel 9 is stored inside the fuel tank 8. The fuel tank 8 is a transparent or translucent columnar member having an internal space, and is formed of a material such as polyethylene, polypropylene, polycarbonate, acrylic, or the like. Since part of the fuel tank 8 is exposed and the fuel tank 8 is transparent or translucent, the presence / absence and the remaining amount of the internal fuel 9 can be easily confirmed through the fuel tank 8.

燃料９は、水素元素と炭素元素を含む液状の化学燃料と水との混合液であり、化学燃料としてはメタノール，エタノール等のアルコール類やガソリンといった化合物が適用可能である。本実施形態では、燃料９としてメタノールと水とを等モルで均一に混合した混合液を用いている。   The fuel 9 is a liquid mixture of a liquid chemical fuel containing hydrogen and carbon elements and water. As the chemical fuel, alcohols such as methanol and ethanol, and compounds such as gasoline are applicable. In the present embodiment, a mixed liquid in which methanol and water are uniformly mixed in an equimolar amount is used as the fuel 9.

燃料タンク８の頭頂部には、燃料９を発電モジュール３に供給するための供給口１０が突出して筐体４の貫通孔５にまで挿入されるように配設されており、供給口１０の内部には、供給口１０全体を閉塞する閉塞膜１１が配設されている。燃料タンク８の内部には、図１において上下方向に延在して供給口１０に挿入された供給管１２が配設されている。この供給管１２は、燃料タンク８の底部から供給口１０内の閉塞膜１１のすぐ下方にまで延在している。供給口１０が閉塞膜１１で閉塞されることによって、燃料タンク８から外部に燃料９が漏出することが防止されている。   A supply port 10 for supplying the fuel 9 to the power generation module 3 protrudes from the top of the fuel tank 8 and is inserted into the through hole 5 of the housing 4. Inside, a blocking film 11 that blocks the entire supply port 10 is disposed. Inside the fuel tank 8, a supply pipe 12 extending in the vertical direction in FIG. 1 and inserted into the supply port 10 is disposed. The supply pipe 12 extends from the bottom of the fuel tank 8 to a position immediately below the blocking film 11 in the supply port 10. The supply port 10 is blocked by the blocking film 11, thereby preventing the fuel 9 from leaking from the fuel tank 8 to the outside.

次に、発電モジュール３について説明する。
発電モジュール３は、略円筒状の筐体３０と、筐体３０の内部に配設された小型改質装置４０と、小型改質装置４０の周囲であって筐体３０の外周面側に配設された燃料電池９１と、を備える。 Next, the power generation module 3 will be described.
The power generation module 3 includes a substantially cylindrical housing 30, a small reformer 40 disposed inside the housing 30, and a peripheral portion of the housing 30 around the small reformer 40. A fuel cell 91 provided.

燃料電池９１の外側であって筐体３０の外周面には、大気中の空気を吸気するための複数のスリット１３，１３，…が互いに平行に並んだ状態で形成されている。   A plurality of slits 13, 13,... For inhaling air in the atmosphere are formed outside the fuel cell 91 and in parallel with each other on the outer peripheral surface of the housing 30.

筐体３０の頭頂部には、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、副生成物の二酸化炭素及び水蒸気等を排気するための複数の通気孔３３，３３，…が形成されている。   A terminal 32 for supplying electric energy to an external device is disposed on the top of the housing 30, and by-product dioxide dioxide is provided around the terminal 32 and on the top of the housing 30. A plurality of ventilation holes 33, 33,... For exhausting carbon, water vapor, and the like are formed.

筐体３０の外周側には第二排水管３４が配設されている。この第二排水管３４は、筐体３０の底部から下方に突出し、燃料貯蔵モジュール２の第一排水管６に対応する位置に配されている。第二排水管３４は燃料電池９１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り、副生成物の水は第二排水管３４及び第一排水管６を通じて排水容器７へ排水されるようになっている。   A second drain pipe 34 is disposed on the outer peripheral side of the housing 30. The second drain pipe 34 projects downward from the bottom of the housing 30 and is disposed at a position corresponding to the first drain pipe 6 of the fuel storage module 2. The second drain pipe 34 is for circulating the by-product water generated in the fuel cell 91, and the by-product water is drained to the drainage container 7 through the second drain pipe 34 and the first drain pipe 6. It has come to be.

また、第二排水管３４にはバルブ３５が配設されており、筐体３０に設けられた水導入管３６がバルブ３５を介して第二排水管３４に通じている。バルブ３５及び水導入管３６は燃料電池９１で生成された副生成物の水を必要に応じて小型改質装置４０に導入させるものであり、これにより燃料タンク８内の燃料９に含有した化学燃料の濃度をより高くすることができる。   Further, a valve 35 is disposed in the second drain pipe 34, and a water introduction pipe 36 provided in the housing 30 communicates with the second drain pipe 34 via the valve 35. The valve 35 and the water introduction pipe 36 are used to introduce by-product water produced by the fuel cell 91 into the small reformer 40 as necessary, and thereby the chemical contained in the fuel 9 in the fuel tank 8. The fuel concentration can be increased.

筐体３０の底部であってその中央部には、吸入ニップル部３７が下方に突出するように配設されている。吸入ニップル部３７には、先端から中心線に沿って貫通する流路が形成されている。吸入ニップル部３７は、燃料貯蔵モジュール２の貫通孔５に対応する位置に配されており、燃料タンク８から燃料９を吸入するためのものである。   A suction nipple portion 37 is disposed at the bottom portion of the housing 30 at the center thereof so as to protrude downward. The suction nipple portion 37 is formed with a flow path penetrating from the tip along the center line. The suction nipple portion 37 is disposed at a position corresponding to the through hole 5 of the fuel storage module 2 and is for sucking the fuel 9 from the fuel tank 8.

以上のような燃料貯蔵モジュール２及び発電モジュール３において、燃料タンク８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の第二排水管３４が燃料貯蔵モジュール２の第一排水管６と接続される。これにより、第二排水管３４が第一排水管６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を、第二排水管３４から第一排水管６へと流通させて排水容器７に排出可能な状態となる。   In the fuel storage module 2 and the power generation module 3 as described above, when the fuel storage module 2 containing the fuel tank 8 is attached to the power generation module 3, the power generation module 3 is connected to the outer peripheral side of the connecting portion between the modules 2 and 3. Two drain pipes 34 are connected to the first drain pipe 6 of the fuel storage module 2. As a result, the second drain pipe 34 communicates with the first drain pipe 6, and the by-product water generated by the power generation module 3 is circulated from the second drain pipe 34 to the first drain pipe 6 to be a drain container. 7 is ready to be discharged.

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の吸入ニップル部３７が燃料貯蔵モジュール２の貫通孔５及び燃料タンク８の供給口１０に挿入され、供給口１０の閉塞膜１１を突き破る。これにより、吸入ニップル部３７が燃料タンク８の供給管１２と通じ合い、燃料タンク８に貯蔵された燃料９を供給管１２から吸入ニップル部３７へと供給可能な状態となる。   On the other hand, in the central portion of the connection location between the modules 2 and 3, the suction nipple portion 37 of the power generation module 3 is inserted into the through hole 5 of the fuel storage module 2 and the supply port 10 of the fuel tank 8. Break through 11. As a result, the suction nipple portion 37 communicates with the supply pipe 12 of the fuel tank 8, and the fuel 9 stored in the fuel tank 8 can be supplied from the supply pipe 12 to the suction nipple portion 37.

次に、図２、図３を用いて発電モジュール３に内蔵された小型改質装置４０について説明する。ここで、図２は燃料電池式発電システム１の構成を示したブロック図であり、図３は小型改質装置４０を一部破断して示した図面である。   Next, the small reformer 40 built in the power generation module 3 will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell type power generation system 1, and FIG. 3 is a drawing in which the small reformer 40 is partially broken.

図２、図３に示すように、小型改質装置４０は、燃料タンク８から供給された燃料９を蒸発させるための蒸発器４１と、蒸発器４１で気化した燃料９から水素ガスと二酸化炭素ガスを生成するための改質反応器４２と、改質反応器４２から供給された混合気に含まれる一酸化炭素ガスと水から二酸化炭素と水素ガスを生成するための水性シフト反応器４３と、水性シフト反応器４３から供給された混合気に含まれる一酸化炭素ガスを酸化させて一酸化炭素ガスを除去するための選択酸化反応器４４と、を備える。蒸発器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３、選択酸化反応器４４の順に下から積み重なっている。これら反応器４１〜４４のうち改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４が、本発明の反応器を適用した実施の形態における触媒反応器である。   As shown in FIGS. 2 and 3, the small reformer 40 includes an evaporator 41 for evaporating the fuel 9 supplied from the fuel tank 8, and hydrogen gas and carbon dioxide from the fuel 9 vaporized by the evaporator 41. A reforming reactor 42 for generating gas, and an aqueous shift reactor 43 for generating carbon dioxide and hydrogen gas from carbon monoxide gas and water contained in the gas mixture supplied from the reforming reactor 42; A selective oxidation reactor 44 for oxidizing the carbon monoxide gas contained in the air-fuel mixture supplied from the aqueous shift reactor 43 to remove the carbon monoxide gas. The evaporator 41, the reforming reactor 42, the aqueous shift reactor 43, and the selective oxidation reactor 44 are stacked in this order from the bottom. Among these reactors 41 to 44, the reforming reactor 42, the aqueous shift reactor 43 and the selective oxidation reactor 44 are catalytic reactors in an embodiment to which the reactor of the present invention is applied.

蒸発器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４は何れも、反応を引き起こすための内部空間を形成した反応容器本体５０と、反応容器本体５０を内包した断熱パッケージ５２と、を備える。   The evaporator 41, the reforming reactor 42, the aqueous shift reactor 43, and the selective oxidation reactor 44 are each a reaction vessel main body 50 that forms an internal space for causing a reaction, and a heat insulating package that encloses the reaction vessel main body 50. 52.

蒸発器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の何れの断熱パッケージ５２も、ガラス等の比較的熱伝導率の低い断熱材で形成されている。断熱パッケージ５２の内壁には、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ等で形成された輻射反射膜（図示略）が形成されている。輻射反射膜は赤外線を含む電磁波に対して高反射率で反射するものであり、内部の反応容器本体５０で発された電磁波が輻射反射膜で反射されることによって輻射反射膜の外側に位置する断熱パッケージ５２に熱が伝わることが抑えられている。これにより、電磁波による輻射熱が断熱パッケージ５２外に放熱することを防止できるようになっている。   All the heat insulation packages 52 of the evaporator 41, the reforming reactor 42, the aqueous shift reactor 43, and the selective oxidation reactor 44 are formed of a heat insulating material having a relatively low thermal conductivity such as glass. On the inner wall of the heat insulation package 52, a radiation reflection film (not shown) made of Au, Ag, Al or the like is formed. The radiation reflection film reflects the electromagnetic wave including infrared rays with high reflectivity, and the electromagnetic wave emitted from the internal reaction vessel body 50 is reflected by the radiation reflection film, and is located outside the radiation reflection film. It is suppressed that heat is transmitted to the heat insulation package 52. Thereby, it is possible to prevent radiant heat due to electromagnetic waves from radiating outside the heat insulating package 52.

また、蒸発器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の何れについても、断熱パッケージ５２内の内部空間が真空或いは減圧雰囲気に設けられているか、又は断熱パッケージ５２内の内部空間にメチル基若しくはエチル基の水素を塩素やフッ素で置換した多ハロゲン化誘導体ガス（フレオン（商品名）ガス）又は炭酸ガス等の冷媒が充填されている。多ハロゲン化誘導体ガスとしては、トリクロロフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン等がある。   Further, in any of the evaporator 41, the reforming reactor 42, the aqueous shift reactor 43, and the selective oxidation reactor 44, the internal space in the heat insulation package 52 is provided in a vacuum or a reduced pressure atmosphere, or the heat insulation package 52. The interior space is filled with a refrigerant such as polyhalogenated derivative gas (Freon (trade name) gas) or carbon dioxide gas in which methyl or ethyl group hydrogen is replaced with chlorine or fluorine. Examples of the multihalogenated derivative gas include trichlorofluoromethane and dichlorodifluoromethane.

蒸発器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の何れについても、断熱パッケージ５２の内部空間の入隅には、支持体５３，５３，…がそれぞれ配設されている。そして、反応容器本体５０は、これら支持体５３，５３，…により支持された状態で断熱パッケージ５２の内壁から離れるようにして、断熱パッケージ５２の内側に配設されている。   In any of the evaporator 41, the reforming reactor 42, the aqueous shift reactor 43, and the selective oxidation reactor 44, supports 53, 53,. ing. The reaction vessel main body 50 is disposed inside the heat insulation package 52 so as to be separated from the inner wall of the heat insulation package 52 while being supported by these supports 53, 53,.

次に、反応容器本体５０について図４、図５を用いて説明する。ここで、図４は反応容器本体５０を斜視して示した透視図であり、図５は図４のV-V線に沿った断面図である。   Next, the reaction vessel main body 50 will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 4 is a perspective view showing the reaction container body 50 in a perspective view, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line V-V in FIG.

蒸発器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の何れの反応容器本体５０も、シリコン結晶、アルミニウム、ガラス等の材料から四角形の平板状に形成された二枚の基板５４，５５から構成されている。これら基板５４，５５を貼り合わせることによって、内部空間としてのチャンバー５６がこれら基板５４，５５の接合部に形成され、反応容器本体５０が形成されている。   The reaction vessel main body 50 of each of the evaporator 41, the reforming reactor 42, the aqueous shift reactor 43, and the selective oxidation reactor 44 is formed of a rectangular flat plate made of a material such as silicon crystal, aluminum, or glass. The board | substrates 54 and 55 are comprised. By laminating these substrates 54 and 55, a chamber 56 as an internal space is formed at the joint between these substrates 54 and 55, and the reaction vessel body 50 is formed.

具体的には、第一基板５４の一方の面には実質的に平面視四角形をした凹部５６ａが形成されており、第一基板５４の凹部５６ａ側の面を第二基板５５に向かい合わせて第一基板５４と第二基板５５を接合することによって薄型直方体状のチャンバー５６が形成されている。なお、図５において第一基板５４が第二基板５５よりも厚く示されているが、ほぼ同じ厚さであっても良い。第一基板５４、第二基板５５はいずれもシリコン基板、ガラス基板、アルミニウム等の金属基板から選択できるが熱伝導率の低いものが好ましい。   Specifically, a concave portion 56 a having a substantially square shape in plan view is formed on one surface of the first substrate 54, and the surface on the concave portion 56 a side of the first substrate 54 faces the second substrate 55. A thin rectangular parallelepiped chamber 56 is formed by bonding the first substrate 54 and the second substrate 55. Although the first substrate 54 is shown to be thicker than the second substrate 55 in FIG. 5, the thickness may be substantially the same. Both the first substrate 54 and the second substrate 55 can be selected from a metal substrate such as a silicon substrate, a glass substrate, and aluminum, but preferably have a low thermal conductivity.

また、第一基板５４の一つの角部には、反応容器本体５０の外側から凹部５６ａに通じる切欠き５７ａが形成され、この第一基板５４の一つの角部に対角に位置する第二基板５５における角部には、反応容器本体５０の外側から凹部５６ａに通じる切欠き５８ａが形成されており、第一基板５４と第二基板５５が接合されることによってこれら切欠き５７ａ，５８ａがチャンバー５６まで通じる流路口となる。これら流路口は、第一基板５４及び第二基板５５を平面視した場合のチャンバー５６の対角位置に配設されている。一方の切欠き５７ａからなる流路口には流入管５７（図３に図示）が接続されており、他方の切欠き５８ａからなる流路口には流出管５８が接続されている。流入管５７は断熱パッケージ５２を貫通して反応容器本体５０から断熱パッケージ５２の外部にまで延出しており、流出管５８も断熱パッケージ５２を貫通して反応容器本体５０から断熱パッケージ５２の外部にまで延出している。   In addition, a notch 57a is formed at one corner of the first substrate 54 from the outside of the reaction vessel main body 50 to the recess 56a, and a second corner located diagonally at one corner of the first substrate 54 is formed. A notch 58a is formed at the corner of the substrate 55 from the outside of the reaction vessel main body 50 to the recess 56a. When the first substrate 54 and the second substrate 55 are joined, the notches 57a and 58a are formed. It becomes a channel opening leading to the chamber 56. These channel openings are arranged at diagonal positions of the chamber 56 when the first substrate 54 and the second substrate 55 are viewed in plan. An inflow pipe 57 (shown in FIG. 3) is connected to the flow path opening made of one notch 57a, and an outflow pipe 58 is connected to the flow path opening made of the other notch 58a. The inflow pipe 57 passes through the heat insulation package 52 and extends from the reaction container body 50 to the outside of the heat insulation package 52, and the outflow pipe 58 also passes through the heat insulation package 52 and extends from the reaction container body 50 to the outside of the heat insulation package 52. It extends to.

蒸発器４１の流入管５７は図１に示された吸入ニップル部３７に通じており、燃料タンク８に貯蔵された燃料９が吸入ニップル部３７及び流入管５７を通じて蒸発器４１のチャンバー５６に供給されるようになっている。また、蒸発器４１の流入管５７と吸入ニップル部３７との間には、ポンプ（図示略）が設けられており、このポンプによって蒸発器４１の流入管５７に流れ込む燃料９の流量を調節できるようになっている。   The inflow pipe 57 of the evaporator 41 communicates with the suction nipple portion 37 shown in FIG. 1, and the fuel 9 stored in the fuel tank 8 is supplied to the chamber 56 of the evaporator 41 through the suction nipple portion 37 and the inflow pipe 57. It has come to be. A pump (not shown) is provided between the inflow pipe 57 of the evaporator 41 and the suction nipple portion 37, and the flow rate of the fuel 9 flowing into the inflow pipe 57 of the evaporator 41 can be adjusted by this pump. It is like that.

また、図３に示すように、蒸発器４１の流出管５８は改質反応器４２の流入管５７に通じており、改質反応器４２の流出管５８は水性シフト反応器４３の流入管５７に通じており、水性シフト反応器４３の流出管５８は選択酸化反応器４４の流入管５７に通じている。選択酸化反応器４４の流出管５８は、後述する燃料電池９１の燃料極にまで通じている。また、選択酸化反応器４４のチャンバー５６には空気導入管６０が通じており、この空気導入管６０は断熱パッケージ５２を貫通して外部にまで延出している。この空気導入管６０はバルブ又はポンプを介してスリット１３にまで通じており、酸素を含む外気がスリット１３及び空気導入管６０を介して選択酸化反応器４４のチャンバー５６に供給されるようになっている。   Further, as shown in FIG. 3, the outflow pipe 58 of the evaporator 41 communicates with the inflow pipe 57 of the reforming reactor 42, and the outflow pipe 58 of the reforming reactor 42 is connected to the inflow pipe 57 of the aqueous shift reactor 43. The outflow pipe 58 of the aqueous shift reactor 43 communicates with the inflow pipe 57 of the selective oxidation reactor 44. The outflow pipe 58 of the selective oxidation reactor 44 leads to a fuel electrode of a fuel cell 91 described later. An air introduction pipe 60 communicates with the chamber 56 of the selective oxidation reactor 44. The air introduction pipe 60 extends through the heat insulating package 52 to the outside. The air introduction pipe 60 leads to the slit 13 through a valve or a pump, and outside air containing oxygen is supplied to the chamber 56 of the selective oxidation reactor 44 through the slit 13 and the air introduction pipe 60. ing.

図５に示すように、蒸発器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の何れの反応容器本体５０でも、第一基板５４の凹部５６ａの底面には、電熱膜５１が成膜されている。電熱膜５１は、電気抵抗性発熱体、半導体性発熱体を薄膜状に形成したものであり、電流が流れたり電圧が印加されたりすることによって電気エネルギーで発熱するものである。第一基板５４の離れた二箇所それぞれには電熱膜５１まで通じたスルーホールが形成されており、これらスルーホールに導電性材料が埋め込まれている。これらスルーホールの導電性材料にはリード線（図示略）がそれぞれ接続されており、どちらのリード線も断熱パッケージ５２を貫通して外部にまで延出しており、リード線を通じて電熱膜５１に電気エネルギーが供給されるようになっている。   As shown in FIG. 5, in any reaction vessel body 50 of the evaporator 41, the reforming reactor 42, the aqueous shift reactor 43, and the selective oxidation reactor 44, the bottom surface of the recess 56 a of the first substrate 54 is electrically heated. A film 51 is formed. The electrothermal film 51 is formed by forming an electric resistance heating element and a semiconductor heating element in a thin film shape, and generates heat by electric energy when a current flows or a voltage is applied. Through holes extending to the electrothermal film 51 are formed at two locations apart from the first substrate 54, and a conductive material is embedded in these through holes. Lead wires (not shown) are respectively connected to the conductive materials of these through holes, and both lead wires extend through the heat insulating package 52 to the outside and are electrically connected to the electrothermal film 51 through the lead wires. Energy is being supplied.

図５に示すように、蒸発器４１を除く改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の何れの反応容器本体５０でも、触媒膜５９が電熱膜５１に積層されてチャンバー５６内において露出している。触媒膜５９は、担体に触媒を分散させ、その担体に触媒を担持したものである。担体としては、金属酸化物等の多孔質性物質を用いることができる。触媒としては、一つ又は複数の金属種、一つ又は複数の金属酸化物、これら金属種と金属酸化物を組み合わせたものを用いることができる。特に、触媒膜５９に含まれる触媒は不均一系触媒である。   As shown in FIG. 5, in any reaction vessel main body 50 of the reforming reactor 42, the aqueous shift reactor 43, and the selective oxidation reactor 44 excluding the evaporator 41, the catalyst film 59 is laminated on the electrothermal film 51 to form a chamber. 56 is exposed. The catalyst film 59 is obtained by dispersing a catalyst on a carrier and carrying the catalyst on the carrier. As the carrier, a porous substance such as a metal oxide can be used. As the catalyst, one or more metal species, one or more metal oxides, or a combination of these metal species and metal oxides can be used. In particular, the catalyst contained in the catalyst film 59 is a heterogeneous catalyst.

また、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の間で、触媒膜５９は同じ材料で形成されていても良いし、異なる材料で形成されていても良い。また、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４何れでも、一つの反応器の触媒膜５９が一種類の材料で形成されていても良いし、複数種類の材料で形成されてチャンバー５６内の場所によって異なっていても良い。   Further, between the reforming reactor 42, the aqueous shift reactor 43, and the selective oxidation reactor 44, the catalyst film 59 may be formed of the same material, or may be formed of different materials. In any of the reforming reactor 42, the aqueous shift reactor 43, and the selective oxidation reactor 44, the catalyst film 59 of one reactor may be formed of one kind of material, or may be formed of a plurality of kinds of materials. It may be different depending on the place in the chamber 56.

特に、改質反応器４２の触媒膜５９には、化学反応式（１）のようにメタノールと水とを反応させて二酸化炭素と水を生成することを促進させる触媒が担持されている。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 … （１） In particular, the catalyst film 59 of the reforming reactor 42 carries a catalyst that promotes the production of carbon dioxide and water by reacting methanol and water as in chemical reaction formula (1).
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (1)

改質反応器４２の触媒膜５９に含まれる触媒としては、Ｃｕ／Ｚｎ系触媒（Ｃｕ／ＺｎＯ触媒も含む。）が挙げられる。   Examples of the catalyst included in the catalyst film 59 of the reforming reactor 42 include a Cu / Zn-based catalyst (including a Cu / ZnO catalyst).

また、水性シフト反応器４３の触媒膜５９には、化学反応式（２）のように一酸化炭素と水を反応させて二酸化炭素と水素を生成することを促進させる触媒が担持されている。
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2 … （２） The catalyst film 59 of the aqueous shift reactor 43 carries a catalyst that promotes the generation of carbon dioxide and hydrogen by reacting carbon monoxide and water as in chemical reaction formula (2).
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (2)

また、選択酸化反応器４４の触媒膜５９には、化学反応式（３）のように混合気中の一酸化炭素を選択して、一酸化炭素と酸素を反応させて二酸化炭素を生成することを促進させる触媒が担持されている。
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2 … （３） The catalyst film 59 of the selective oxidation reactor 44 selects carbon monoxide in the air-fuel mixture as shown in chemical reaction formula (3), and reacts carbon monoxide with oxygen to generate carbon dioxide. The catalyst which promotes is carried.
2CO + O 2 → 2CO 2 (3)

ここで触媒膜５９の熱伝導率は第一基板５４の熱伝導率よりも高くなるように設計されている。例えば、改質反応器４２において、Ｃｕ／Ｚｎ系触媒の触媒膜５９の熱伝導率はおおよそ３〜１０〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕であるから、第一基板５４がガラスのように１〜２〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕の低熱伝導率材料である。触媒膜５９の熱伝導率が第一基板５４の熱伝導率よりも高いと、電熱膜５１で発した熱が第一基板５４よりも触媒膜５９側に伝導するので、吸熱反応である触媒反応が効率よく起こる。   Here, the thermal conductivity of the catalyst film 59 is designed to be higher than the thermal conductivity of the first substrate 54. For example, in the reforming reactor 42, the thermal conductivity of the catalyst film 59 of the Cu / Zn-based catalyst is approximately 3 to 10 [W / m · K], so the first substrate 54 is 1 to 2 like glass. [W / m · K] Low thermal conductivity material. If the thermal conductivity of the catalyst film 59 is higher than the thermal conductivity of the first substrate 54, the heat generated by the electrothermal film 51 is conducted to the catalyst film 59 side than the first substrate 54, and thus a catalytic reaction that is an endothermic reaction. Happens efficiently.

なお、本実施形態では蒸発器４１のチャンバー５６内には触媒膜が設けられていない。   In this embodiment, no catalyst film is provided in the chamber 56 of the evaporator 41.

次に、燃料電池９１について説明する。燃料電池９１は、触媒を担持させた燃料極（カソード）と、触媒を担持させた空気極（アノード）と、燃料極と空気極との間に挟ま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。   Next, the fuel cell 91 will be described. The fuel cell 91 includes a fuel electrode (cathode) carrying a catalyst, an air electrode (anode) carrying a catalyst, and a film-like ion conductive membrane sandwiched between the fuel electrode and the air electrode. It has.

燃料電池９１においては、電気化学反応式（４）に示すように、燃料極に水素ガスが供給されると、燃料極の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、燃料極から電子が取り出されるようになっている。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- … （４）
一方、電気化学反応式（５）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ようになっている。
２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ … （５）
燃料電池９１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ようになっている。 In the fuel cell 91, as shown in the electrochemical reaction formula (4), when hydrogen gas is supplied to the fuel electrode, hydrogen ions from which electrons are separated are generated by the catalyst of the fuel electrode, and the hydrogen ions are ion-conducting membrane. It is conducted to the air electrode through, and electrons are taken out from the fuel electrode.
H 2 → 2H + + 2e − (4)
On the other hand, as shown in the electrochemical reaction equation (5), when oxygen gas is supplied to the air electrode, hydrogen ions that have passed through the ion conductive film, oxygen gas, and electrons react to generate water as a by-product. It is generated as a product.
2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O (5)
Electrical energy is generated by the electrochemical reaction as described above occurring in the fuel cell 91.

次に、燃料電池式発電システム１の動作について説明する。
まず、燃料電池式発電システム１が起動すると、蒸発器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４それぞれの電熱膜５１に電気エネルギーが供給され、電熱膜５１が発熱する。電熱膜５１で発した熱が触媒膜５９及び反応容器本体５０に伝導するが、触媒膜５９の熱伝導率が第一基板５４の熱伝導率よりも高いため、触媒膜５９に熱伝導しやすい。 Next, the operation of the fuel cell power generation system 1 will be described.
First, when the fuel cell type power generation system 1 is activated, electric energy is supplied to the electrothermal films 51 of the evaporator 41, the reforming reactor 42, the aqueous shift reactor 43, and the selective oxidation reactor 44, and the electrothermal film 51 generates heat. To do. The heat generated by the electrothermal film 51 is conducted to the catalyst film 59 and the reaction vessel main body 50. However, since the thermal conductivity of the catalyst film 59 is higher than the thermal conductivity of the first substrate 54, the heat is easily conducted to the catalyst film 59. .

一方、発電モジュール３内の各バルブ・各ポンプの動作により、外部の空気がスリット１３，１３，…に吸引されて燃料電池９１の空気極及び選択酸化反応器４４のチャンバー５６に供給されるとともに、燃料タンク８内の燃料９が吸入ニップル部３７に吸引され蒸発器４１の流入管５７を通じて蒸発器４１のチャンバー５６に供給される。   On the other hand, by the operation of each valve and each pump in the power generation module 3, external air is sucked into the slits 13, 13,... And supplied to the air electrode of the fuel cell 91 and the chamber 56 of the selective oxidation reactor 44. The fuel 9 in the fuel tank 8 is sucked into the suction nipple portion 37 and supplied to the chamber 56 of the evaporator 41 through the inflow pipe 57 of the evaporator 41.

燃料９は蒸発器４１のチャンバー５６を流れている時に蒸発器４１の電熱膜５１の熱によって蒸発する。燃料９の気化により燃料９がメタノールと水との混合気に相変化し、蒸発器４１のチャンバー５６内の気圧が高くなって対流が生じ、混合気が流体として化学的に変化しながら蒸発器４１から改質反応器４２、水性シフト反応器４３、選択酸化反応器４４及び燃料電池９１までこの順に流動する。   The fuel 9 is evaporated by the heat of the electrothermal film 51 of the evaporator 41 while flowing through the chamber 56 of the evaporator 41. The vaporization of the fuel 9 causes the fuel 9 to undergo a phase change to a mixture of methanol and water, the atmospheric pressure in the chamber 56 of the evaporator 41 increases and convection occurs, and the evaporator changes while the mixture changes chemically as a fluid. From 41 to the reforming reactor 42, the aqueous shift reactor 43, the selective oxidation reactor 44 and the fuel cell 91 flow in this order.

混合気は改質反応器４２のチャンバー５６を流動している時に改質反応器４２の電熱膜５１によって加熱され、更に改質反応器４２の触媒膜５９によって上記化学反応式（１）のような反応が促進される。これにより、改質反応器４２では、混合気から水素ガスと二酸化炭素ガスが生成される。   The air-fuel mixture is heated by the electrothermal film 51 of the reforming reactor 42 while flowing in the chamber 56 of the reforming reactor 42, and further, by the catalyst film 59 of the reforming reactor 42, the chemical reaction formula (1) above. Reaction is promoted. Thereby, in the reforming reactor 42, hydrogen gas and carbon dioxide gas are generated from the air-fuel mixture.

また、改質反応器４２のチャンバー５６を流れている混合気が完全に水素ガスと二酸化炭素ガスに改質されない場合もあり、化学反応式（６）のような化学反応も僅かに起こり、二酸化炭素ガス、一酸化炭素ガス及び水が生成される。
２ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→５Ｈ2＋ＣＯ＋ＣＯ2 … （６） In addition, the air-fuel mixture flowing through the chamber 56 of the reforming reactor 42 may not be completely reformed to hydrogen gas and carbon dioxide gas, and a chemical reaction such as the chemical reaction formula (6) slightly occurs, and the dioxide dioxide. Carbon gas, carbon monoxide gas and water are produced.
2CH 3 OH + H 2 O → 5H 2 + CO + CO 2 (6)

改質反応器４２のチャンバー５６で生成された水素ガス、二酸化炭素ガス、一酸化炭素ガス及び水蒸気からなる混合気は、水性シフト反応器４３のチャンバー５６に供給される。水性シフト反応器４３のチャンバー５６に供給された混合気は、そのチャンバー５６を流動している時に水性シフト反応器４３の電熱膜５１によって加熱され、更に水性シフト反応器４３の触媒膜５９によって上記化学反応式（２）のような反応が促進される。これにより、混合気が無毒化される。   The air-fuel mixture composed of hydrogen gas, carbon dioxide gas, carbon monoxide gas and water vapor generated in the chamber 56 of the reforming reactor 42 is supplied to the chamber 56 of the aqueous shift reactor 43. The air-fuel mixture supplied to the chamber 56 of the aqueous shift reactor 43 is heated by the electrothermal film 51 of the aqueous shift reactor 43 while flowing through the chamber 56, and further, the catalyst film 59 of the aqueous shift reactor 43 performs the above operation. Reaction such as chemical reaction formula (2) is promoted. Thereby, the air-fuel mixture is detoxified.

そして、水性シフト反応器４３を流動した混合気は、選択酸化反応器４４のチャンバー５６に供給される。また、外気中の空気がスリット１３及び空気導入管６０を通じて選択酸化反応器４４のチャンバー５６に供給され、混合気と空気が混合する。空気を含む混合気が、選択酸化反応器４４のチャンバー５６を流動している時に選択酸化反応器４４の電熱膜５１によって加熱され、更に選択酸化反応器４４の触媒膜５９によって上記化学反応式（３）のような反応が促進される。ここで、選択酸化反応器４４の触媒膜５９が化学反応式（３）の化学反応を選択的に促進するから、混合気に含まれる水素は殆ど酸化しない。   Then, the air-fuel mixture that has flowed through the aqueous shift reactor 43 is supplied to the chamber 56 of the selective oxidation reactor 44. Further, air in the outside air is supplied to the chamber 56 of the selective oxidation reactor 44 through the slit 13 and the air introduction pipe 60, and the air-fuel mixture and air are mixed. The air-fuel mixture containing air is heated by the electrothermal film 51 of the selective oxidation reactor 44 when flowing in the chamber 56 of the selective oxidation reactor 44, and further, the above chemical reaction formula ( The reaction as in 3) is promoted. Here, since the catalyst film 59 of the selective oxidation reactor 44 selectively promotes the chemical reaction of the chemical reaction formula (3), hydrogen contained in the air-fuel mixture is hardly oxidized.

選択酸化反応器４４のチャンバー５６を流れている混合気が流出管５８に至る時点では、その混合気には一酸化炭素が殆ど含まれず、水素ガス及び二酸化炭素ガスの濃度が非常に高い。そして、水素ガス及び二酸化炭素ガスの濃度が高い混合気は、選択酸化反応器４４の流出管５８を流れて、燃料電池９１の燃料極に供給される。燃料電池９１では、混合気中の水素ガスが燃料極で上記電気化学反応式（４）のような反応をし、スリット１３，１３，…を通じて空気極に酸素ガスが供給されて空気極で上記電気化学反応式（５）のような反応をする。電気化学反応式（４）、（５）のような電気化学反応によって燃料電池９１で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外部のデバイスに供給されたり、内部の電熱膜５１、ポンプ、バルブその他を駆動するためのエネルギーに利用されたり、内部の蓄電部に貯蔵されたりする。また、空気極で生成された水は、通気孔３３，３３，…を通じて外部に排出されたり、排水管３４，６を通じて排水容器７に排水されたりする。排水容器７では水が貯留される。   When the air-fuel mixture flowing through the chamber 56 of the selective oxidation reactor 44 reaches the outflow pipe 58, the air-fuel mixture hardly contains carbon monoxide, and the concentrations of hydrogen gas and carbon dioxide gas are very high. The air-fuel mixture having a high concentration of hydrogen gas and carbon dioxide gas flows through the outflow pipe 58 of the selective oxidation reactor 44 and is supplied to the fuel electrode of the fuel cell 91. In the fuel cell 91, hydrogen gas in the gas mixture reacts as shown in the electrochemical reaction formula (4) at the fuel electrode, and oxygen gas is supplied to the air electrode through the slits 13, 13,. Reaction is performed as shown in the electrochemical reaction formula (5). Electric energy is generated in the fuel cell 91 by an electrochemical reaction such as the electrochemical reaction formulas (4) and (5). The generated electrical energy is supplied to an external device, used as energy for driving the internal electrothermal film 51, a pump, a valve, and the like, or stored in an internal power storage unit. Further, the water generated at the air electrode is discharged to the outside through the vent holes 33, 33,... Or drained into the drainage container 7 through the drain pipes 34, 6. Water is stored in the drainage container 7.

次に、本実施形態の効果について説明する。
電熱膜５１に触媒膜５９が直接積層されているので、触媒膜５９に熱伝導しやすくなる。そのため、電熱膜５１で加熱を開始してから触媒膜５９が所望の温度（改質反応器４２の場合には２８０℃）にまで上昇するのに要する時間を短縮することができ、燃料９の触媒反応が効率よく起こるまでの時間も短縮することができる。 Next, the effect of this embodiment will be described.
Since the catalyst film 59 is directly laminated on the electrothermal film 51, heat conduction to the catalyst film 59 is facilitated. Therefore, the time required for the catalyst film 59 to rise to a desired temperature (280 ° C. in the case of the reforming reactor 42) after heating is started by the electrothermal film 51 can be shortened. The time until the catalytic reaction occurs efficiently can also be shortened.

また、第一基板５４の熱伝導率よりも触媒膜５９の熱伝導率が高いため、電熱膜５１で発した熱が第一基板５４よりも触媒膜５９に伝導しやすい。そのため、電熱膜５１で加熱を開始してから触媒膜５９が所望の温度にまで上昇するのに要する時間を短縮することができるとともに、電熱膜５１で発した熱が第一基板５４の加熱よりも触媒膜５９の加熱に効率よく用いられ、電熱膜５１の省エネルギーを図ることができる。   Further, since the thermal conductivity of the catalyst film 59 is higher than the thermal conductivity of the first substrate 54, the heat generated by the electrothermal film 51 is more easily conducted to the catalyst film 59 than the first substrate 54. Therefore, it is possible to shorten the time required for the catalyst film 59 to rise to a desired temperature after heating is started by the electrothermal film 51, and the heat generated by the electrothermal film 51 is less than the heating of the first substrate 54. Is also used efficiently for heating the catalyst film 59, and energy saving of the electrothermal film 51 can be achieved.

また、反応容器本体５０の内部空間が直方体状のチャンバー５６であるため、第一基板５４及び第二基板５５の一部がチャンバー５６内へ突出していない。そのため、反応容器本体５０の熱容量が小さく、電熱膜５１で発した熱が触媒膜５９の加熱に効率よく用いられる。更に、チャンバー５６で生じる圧力損失が小さく、燃料９をチャンバー５６に供給して生成物をチャンバー５６から排出するために要する負荷が軽減される。   In addition, since the internal space of the reaction vessel main body 50 is a rectangular parallelepiped chamber 56, a part of the first substrate 54 and the second substrate 55 does not protrude into the chamber 56. Therefore, the heat capacity of the reaction vessel main body 50 is small, and the heat generated by the electrothermal film 51 is efficiently used for heating the catalyst film 59. Furthermore, the pressure loss generated in the chamber 56 is small, and the load required to supply the fuel 9 to the chamber 56 and discharge the product from the chamber 56 is reduced.

以下、改質反応器４２の反応容器本体５０を変形した場合について例を挙げて説明するが、改質反応器４２の場合と同様に水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４それぞれの反応容器本体５０も以下のように変形することができる。   Hereinafter, the case where the reaction vessel main body 50 of the reforming reactor 42 is deformed will be described by way of example. However, similarly to the case of the reforming reactor 42, the reaction vessels of the aqueous shift reactor 43 and the selective oxidation reactor 44, respectively. The main body 50 can also be modified as follows.

〔変形例１〕
図６には、変形した反応容器本体１５０が示されている。
反応容器本体１５０が図４に示された反応容器本体５０と異なることは、流入口１５７ａ、流出口１５８ａの軸方向である。つまり、図４に示された反応容器本体５０では、切欠き５７ａ，５８ａによる流路口の軸方向がチャンバー５６の平面形状四角形の辺に対して直交しているのに対し、図６に示された反応容器本体１５０では、流入口１５７ａ、流出口１５８ａの軸方向が平面視してチャンバー１５６の対角線に一致している。また、図４に示された反応容器本体５０では、チャンバー５６の平面視形状が四角形でも特に長方形であるのに対し、図６に示された反応容器本体１５０では、チャンバー１５６の平面視形状が正方形である。チャンバー１５６の平面視形状が正方形であっても、チャンバー１５６の立体形状は直方体状である。 [Modification 1]
FIG. 6 shows a deformed reaction vessel main body 150.
The reaction vessel main body 150 differs from the reaction vessel main body 50 shown in FIG. 4 in the axial direction of the inflow port 157a and the outflow port 158a. That is, in the reaction vessel main body 50 shown in FIG. 4, the axial direction of the flow path opening by the notches 57a and 58a is orthogonal to the side of the planar square of the chamber 56, whereas FIG. In the reaction vessel main body 150, the axial directions of the inlet 157a and the outlet 158a coincide with the diagonal line of the chamber 156 in plan view. Further, in the reaction vessel main body 50 shown in FIG. 4, the planar view shape of the chamber 56 is square or particularly rectangular, whereas in the reaction vessel main body 150 shown in FIG. 6, the planar view shape of the chamber 156 is It is a square. Even if the planar view shape of the chamber 156 is a square, the three-dimensional shape of the chamber 156 is a rectangular parallelepiped shape.

以上のことを除いて、反応容器本体１５０は反応容器本体５０と同一構成をしている。つまり、凹部が形成された第一基板にその凹部を蓋するように第二基板を第一基板に接合することによって、内部空間であるチャンバー１５６を有した反応容器本体１５０が形成される。また、その第一基板の凹部の壁面に電熱膜が成膜され、電熱膜に触媒膜が積層されている。更には、触媒膜の熱伝導率が第一基板の熱伝導率よりも高い。   Except for the above, the reaction vessel main body 150 has the same configuration as the reaction vessel main body 50. That is, the reaction vessel body 150 having the chamber 156 that is the internal space is formed by bonding the second substrate to the first substrate so as to cover the first substrate on which the recess is formed. An electrothermal film is formed on the wall surface of the recess of the first substrate, and a catalyst film is laminated on the electrothermal film. Furthermore, the thermal conductivity of the catalyst film is higher than the thermal conductivity of the first substrate.

〔変形例２〕
図７には、別の反応容器本体２５０が示されている。
反応容器本体２５０が図４に示された反応容器本体５０と異なることは、チャンバー２５６の形状である。つまり、図４に示された反応容器本体５０では、チャンバー５６の平面視形状が四角形でも特に長方形であるのに対し、図７に示された反応容器本体２５０では、チャンバー２５６の平面視形状が菱形である。チャンバー２５６が平面視菱形を呈していても、チャンバー２５６の立体形状は六面体状である。 [Modification 2]
FIG. 7 shows another reaction vessel main body 250.
The reaction vessel body 250 is different from the reaction vessel body 50 shown in FIG. 4 in the shape of the chamber 256. That is, in the reaction vessel main body 50 shown in FIG. 4, the planar view shape of the chamber 56 is square or particularly rectangular, whereas in the reaction vessel main body 250 shown in FIG. It is a diamond. Even if the chamber 256 has a rhombus in plan view, the three-dimensional shape of the chamber 256 is a hexahedron.

また、図４に示された反応容器本体５０では、チャンバー５６の四つの角部がそれぞれ第一基板５４の角の近傍に位置しているのに対し、図７に示されたチャンバー２５６の四つの角部がそれぞれ基板の辺の中点の近傍に位置している。また、図７に示された反応容器本体２５０では、流入口２５７ａ、流出口２５８ａの軸方向が平面視してチャンバー２５６の対角線に一致している。   Further, in the reaction vessel main body 50 shown in FIG. 4, the four corners of the chamber 56 are positioned in the vicinity of the corners of the first substrate 54, respectively, whereas the four corners of the chamber 256 shown in FIG. Each corner is located near the midpoint of the side of the substrate. In the reaction vessel main body 250 shown in FIG. 7, the axial directions of the inlet 257a and the outlet 258a coincide with the diagonal line of the chamber 256 in plan view.

以上のことを除いて、反応容器本体２５０は反応容器本体５０と同一構成をしている。つまり、凹部が形成された第一基板にその凹部を蓋するように第二基板を第一基板に接合することによって、内部空間であるチャンバー２５６を有した反応容器本体２５０が形成される。また、その第一基板の凹部の壁面に電熱膜が成膜され、電熱膜に触媒膜が積層されている。更には、触媒膜の熱伝導率が第一基板の熱伝導率よりも高い。   Except for the above, the reaction vessel body 250 has the same configuration as the reaction vessel body 50. That is, the reaction vessel body 250 having the chamber 256 that is the internal space is formed by bonding the second substrate to the first substrate so as to cover the concave portion on the first substrate on which the concave portion is formed. An electrothermal film is formed on the wall surface of the recess of the first substrate, and a catalyst film is laminated on the electrothermal film. Furthermore, the thermal conductivity of the catalyst film is higher than the thermal conductivity of the first substrate.

〔変形例３〕
図８には、別の反応容器本体３５０が示されている。
反応容器本体３５０が図５に示された反応容器本体５０と異なることは、反応容器本体３５０には燃焼器３６１が備え付けられていることである。つまり、第二基板３５５は第一基板３５４と第三基板３７０との間に挟まれた状態でそれぞれの基板３５４，３７０に接合されている。第一基板３５４と第二基板３５５の接合部には、上記化学反応式（１）の反応が起こるチャンバー３５６が形成されており、第二基板３５５と第三基板３７０の接合部には、燃料を酸素と反応させて燃焼させるための燃焼用チャンバー３７１が形成されている。 [Modification 3]
FIG. 8 shows another reaction vessel main body 350.
The reaction vessel body 350 is different from the reaction vessel body 50 shown in FIG. 5 in that the reaction vessel body 350 is provided with a combustor 361. That is, the second substrate 355 is bonded to the substrates 354 and 370 while being sandwiched between the first substrate 354 and the third substrate 370. A chamber 356 in which the reaction of the chemical reaction formula (1) occurs is formed at the joint between the first substrate 354 and the second substrate 355, and the fuel at the joint between the second substrate 355 and the third substrate 370 is formed. Is formed with a combustion chamber 371 for reacting oxygen with oxygen and burning it.

第三基板３７０の第二基板３５５側の面には平面視四角形の凹部３７１ａが形成されており、第三基板３７０に第二基板３５５を接合することによって凹部３７１ａに蓋をして、燃焼用チャンバー３７１が形成されている。この燃焼用チャンバー３７１は薄型の直方体状に設けられている。   A concave portion 371a having a square shape in a plan view is formed on the surface of the third substrate 370 on the second substrate 355 side, and the concave portion 371a is covered with the third substrate 370 by bonding the second substrate 355, and is used for combustion. A chamber 371 is formed. The combustion chamber 371 is provided in a thin rectangular parallelepiped shape.

また、第二基板３５５の第三基板３７０側の面であって燃焼用チャンバー３７１の内壁面を形成した部分には、燃焼用触媒３７２が設けられている。この燃焼用触媒３７２は、燃料９のメタノールを酸化させることを促進するものである。また、図示は省略するが、第三基板３７０側面には、燃焼用チャンバー３７１にまで通じる流入口及び流出口が設けられている。燃料タンク８から燃料９が流入口を通じて燃焼用チャンバー３７１に供給されるようになっているとともに外部から空気がスリット１３（図１に図示）及び流入口を通じて燃焼用チャンバー３７１に供給され、生成物が燃焼用チャンバー３７１から流出口及び通気孔３３（図１に図示）を通じて外部に排出されるようになっている。燃料９のうちメタノールが燃焼用チャンバー３７１中で酸化する。   A combustion catalyst 372 is provided on a portion of the second substrate 355 on the third substrate 370 side where the inner wall surface of the combustion chamber 371 is formed. The combustion catalyst 372 promotes oxidation of methanol of the fuel 9. Although not shown, an inlet and an outlet that lead to the combustion chamber 371 are provided on the side surface of the third substrate 370. Fuel 9 is supplied from the fuel tank 8 to the combustion chamber 371 through the inlet, and air is supplied from the outside to the combustion chamber 371 through the slit 13 (shown in FIG. 1) and the inlet, and the product Is discharged from the combustion chamber 371 to the outside through the outlet and the vent hole 33 (shown in FIG. 1). Methanol of the fuel 9 is oxidized in the combustion chamber 371.

第一基板３５４の第二基板３５５側の面には平面視四角形の凹部３５６ａが形成されており、第一基板３５４に第二基板３５５を接合することによって凹部３５６ａに蓋をして、チャンバー３５６が形成されている。第二基板３５５の第一基板３５４側の面であってチャンバー３５６の内壁面を形成した部分には、電気抵抗性発熱体、半導体性薄膜発熱体等の電熱膜３５１が形成されている。電熱膜３５１上には触媒膜３５９が成膜されており、この触媒膜３５９がチャンバー３５６内において露出している。触媒膜３５９は、多孔質性物質等の担体に金属、金属酸化物等の触媒を分散させ、その担体に触媒を担持したものである。この触媒膜３５９の熱伝導率は第二基板３５５の熱伝導率よりも高い。以上のことを除いて、反応容器本体３５０は反応容器本体５０と同一構成をしている。   A concave portion 356a having a rectangular shape in plan view is formed on the surface of the first substrate 354 on the second substrate 355 side. The concave portion 356a is covered by bonding the second substrate 355 to the first substrate 354, and the chamber 356 is covered. Is formed. On the surface of the second substrate 355 on the first substrate 354 side where the inner wall surface of the chamber 356 is formed, an electrothermal film 351 such as an electric resistance heating element or a semiconductor thin film heating element is formed. A catalyst film 359 is formed on the electrothermal film 351, and this catalyst film 359 is exposed in the chamber 356. The catalyst film 359 is obtained by dispersing a catalyst such as a metal or a metal oxide on a carrier such as a porous substance and carrying the catalyst on the carrier. The thermal conductivity of the catalyst film 359 is higher than the thermal conductivity of the second substrate 355. Except for the above, the reaction vessel main body 350 has the same configuration as the reaction vessel main body 50.

この反応容器本体３５０においては、起動時には電熱膜３５１によって反応容器本体３５０全体の加熱を行う。そして、電熱膜３５１によって燃焼用触媒３７２が所定温度（２５０℃〜３００℃）まで昇温したら、燃焼用チャンバー３７１に燃料９を燃焼用チャンバー３７１に流入させ、燃焼用触媒３７２によって燃料９を触媒反応させることによって燃料９を燃焼させる。これにより、燃焼熱によってチャンバー３５６内の混合気が加熱されるとともに電熱膜３５１の発熱によって混合気が補助的に加熱され、触媒膜３５９によって混合気の触媒反応が促進される。   In the reaction vessel main body 350, the entire reaction vessel main body 350 is heated by the electrothermal film 351 at the time of activation. When the combustion catalyst 372 is heated to a predetermined temperature (250 ° C. to 300 ° C.) by the electrothermal film 351, the fuel 9 is caused to flow into the combustion chamber 371 and the fuel 9 is catalyzed by the combustion catalyst 372. The fuel 9 is burned by reacting. Thus, the air-fuel mixture in the chamber 356 is heated by the combustion heat, and the air-fuel mixture is supplementarily heated by the heat generated by the electrothermal film 351, and the catalytic reaction of the air-fuel mixture is promoted by the catalyst film 359.

〔変形例４〕
図９には、別の反応容器本体４５０が示されている。この反応容器本体４５０においては、図８に示された反応容器本体３５０と同様に燃焼器４６１が備え付けられている。但し、反応容器本体３５０の燃焼器３６１では内部空間として直方体状のチャンバー３７１中で触媒燃焼が行われているのに対し、反応容器本体４５０の燃焼器４６１では内部空間として葛折り状のマイクロ流路４７１中で触媒燃焼が行われている。つまり、第三基板４７０の第二基板４５５側の面には葛折り状の溝４７１ａが形成されており、第三基板４７０の溝４７１ａ側の面を第二基板４５５に向かい合わせて接合することによってマイクロ流路４７１が形成されている。また、第三基板４７０の溝４７１ａの壁面には燃焼用触媒４７２が形成されており、燃焼用触媒４７２がマイクロ流路４７１内で露出している。このマイクロ流路４７１の一方の端部は吸入ニップル部３７及びスリット１３（図１に図示）に通じており、マイクロ流路４７１の他方の端部は通気孔３３に通じている。そして、燃料タンク８から燃料９が吸入ニップル部３７を通じてマイクロ流路４７１の一方の端部に供給されるとともに外部から空気がスリット１３を通じてマイクロ流路４７１の一方の端部に供給され、燃料９がマイクロ流路４７１を流動している時に燃料９が燃焼用触媒４７２によって燃焼し、生成物がマイクロ流路４７１の他方の端部から通気孔３３を通じて外部に排出されるようになっている。以上のことを除いて反応容器本体４５０は反応容器本体３５０と同じ構成をしている。 [Modification 4]
FIG. 9 shows another reaction vessel main body 450. In the reaction vessel main body 450, a combustor 461 is provided in the same manner as the reaction vessel main body 350 shown in FIG. However, in the combustor 361 of the reaction vessel main body 350, catalytic combustion is performed in a rectangular parallelepiped chamber 371 as an internal space, whereas in the combustor 461 of the reaction vessel main body 450, a distorted micro flow is used as the internal space. Catalytic combustion is performed in the passage 471. That is, the groove 471a is formed on the surface of the third substrate 470 on the second substrate 455 side, and the surface of the third substrate 470 on the groove 471a side is opposed to the second substrate 455 and bonded. Thus, a micro flow channel 471 is formed. Further, a combustion catalyst 472 is formed on the wall surface of the groove 471 a of the third substrate 470, and the combustion catalyst 472 is exposed in the micro flow channel 471. One end of the micro channel 471 communicates with the suction nipple portion 37 and the slit 13 (shown in FIG. 1), and the other end of the micro channel 471 communicates with the vent hole 33. The fuel 9 is supplied from the fuel tank 8 through the suction nipple portion 37 to one end portion of the micro flow path 471 and air is supplied from the outside through the slit 13 to one end portion of the micro flow path 471. However, the fuel 9 is combusted by the combustion catalyst 472 while flowing in the micro flow channel 471, and the product is discharged from the other end of the micro flow channel 471 to the outside through the vent hole 33. Except for the above, the reaction vessel main body 450 has the same configuration as the reaction vessel main body 350.

〔変形例５〕
図１０には別の反応容器本体５５０の透視図が示されており、図１１には、図１０のXI-XI線に沿った断面の一部が示されている。この反応容器本体５５０が図４に示された反応容器本体５０と異なることは、反応容器本体５０には直方体状の内部空間としてチャンバー５６が形成されているのに対し、この反応容器本体５５０には葛折り状の内部空間としてマイクロ流路５５６が形成されていることである。つまり、第一基板５５４の第二基板４５５側の面には葛折り状の溝５５６ａが形成されており、第一基板５５４の溝５５６ａ側の面を第二基板５５５に向かい合わせて接合することによってマイクロ流路５５６が形成されている。マイクロ流路５５６の一方の端部において第二基板５５５には、マイクロ流路５５６まで通じた流入口５５７ａが形成されており、マイクロ流路５５６の他方の端部において第二基板５５５には、マイクロ流路５５６まで通じた流出口５５８ａが形成されている。 [Modification 5]
FIG. 10 shows a perspective view of another reaction vessel main body 550, and FIG. 11 shows a part of a cross section taken along line XI-XI of FIG. The reaction vessel main body 550 is different from the reaction vessel main body 50 shown in FIG. 4 in that a chamber 56 is formed as a rectangular parallelepiped internal space in the reaction vessel main body 50. Is that the micro flow path 556 is formed as a twisted internal space. That is, the groove 556a is formed on the surface of the first substrate 554 on the second substrate 455 side, and the surface of the first substrate 554 on the groove 556a side is opposed to the second substrate 555 and bonded. Thus, a micro flow channel 556 is formed. The second substrate 555 has an inflow port 557a at one end of the micro flow channel 556, and the second substrate 555 at the other end of the micro flow channel 556. An outlet 558a that leads to the microchannel 556 is formed.

また、第一基板５５４の溝５５６ａの壁面には電熱膜５５１が形成されている。マイクロ流路５５６の両端それぞれにおいて第一基板５５４には電熱膜５５１まで通じたスルーホールが形成されており、これらスルーホールに導電性材料が埋め込まれている。外部まで導かれたリード線がスルーホールで導電性材料に接続されており、リード線を通じて電熱膜５５１に電気エネルギーが供給されるようになっている。   In addition, an electrothermal film 551 is formed on the wall surface of the groove 556 a of the first substrate 554. At both ends of the microchannel 556, through holes are formed in the first substrate 554 to the electrothermal film 551, and a conductive material is embedded in these through holes. A lead wire led to the outside is connected to a conductive material through a through hole, and electric energy is supplied to the electrothermal film 551 through the lead wire.

電熱膜５５１上には、触媒膜５５９が成膜されている。触媒膜５５９はマイクロ流路５５６内において露出している。触媒膜５５９は、多孔質性物質等の担体に金属、金属酸化物等の触媒を担持したものである。触媒膜５５９の熱伝導率は第一基板５５４の熱伝導率よりも高い。   A catalyst film 559 is formed on the electrothermal film 551. The catalyst film 559 is exposed in the micro flow channel 556. The catalyst film 559 is obtained by supporting a catalyst such as a metal or metal oxide on a carrier such as a porous substance. The thermal conductivity of the catalyst film 559 is higher than the thermal conductivity of the first substrate 554.

この反応容器本体５５０では、マイクロ流路５５６の深さが次式（Ａ）を満たすように設計されている。ここで、マイクロ流路５５６の深さをｄchaとし、マイクロ流路５５６内での各化学種の有効拡散係数をＤmとし、マイクロ流路５５６の一方の端部（流入口５５７ａ）から他方の端部（流出口５５８ａ）までの長さをＬchaとし、マイクロ流路５５６内での混合気の平均流速をｖとする。

Figure 0004961657
The reaction vessel body 550 is designed such that the depth of the microchannel 556 satisfies the following formula (A). Here, the depth of the microchannel 556 is d cha , the effective diffusion coefficient of each chemical species in the microchannel 556 is D m, and the other end of the microchannel 556 (inlet 557a) is the other. The length to the end portion (outflow port 558a) is L cha, and the average flow rate of the air-fuel mixture in the microchannel 556 is v.
Figure 0004961657

また、この反応容器本体５５０では、触媒膜５５９の膜厚が次式（Ｂ）を満たすように設計されている。ここで、触媒膜５５９内での各化学種の有効拡散係数をＤeAとし、触媒膜５５９の膜厚をｄcatとする。

Figure 0004961657
Further, the reaction vessel body 550 is designed so that the thickness of the catalyst film 559 satisfies the following formula (B). Here, the effective diffusion coefficient of each species in the catalyst layer 559 and D eA, the thickness of the catalyst film 559 and d cat.
Figure 0004961657

更に、この反応容器本体５５０では、触媒膜５５９の膜厚ｄcatとマイクロ流路５５６の深さｄchaとの比が次式（Ｃ）を満たすように設計されている。

Figure 0004961657
Further, the reaction vessel main body 550 is designed so that the ratio of the film thickness d cat of the catalyst film 559 to the depth d cha of the microchannel 556 satisfies the following formula (C).
Figure 0004961657

まず、式（Ａ）について説明する。流体がマイクロ流路５５６の深さ方向に分子拡散し、触媒膜５５９に到達するまでの時間をｔchaとしたら、次式（Ｄ）が成立する。

Figure 0004961657
First, formula (A) will be described. If the time required for the fluid to molecularly diffuse in the depth direction of the microchannel 556 and reach the catalyst film 559 is t cha , the following equation (D) is established.
Figure 0004961657

また、マイクロ流路５５６の一方の端部から他方の端部までの反応時間、つまり、混合気が平均流速ｖでマイクロ流路５５６の一方の端部から他方の端部までに流れる時間をｔreacとしたら、次式（Ｅ）が成立する。

Figure 0004961657
Also, the reaction time from one end of the microchannel 556 to the other end, that is, the time during which the air-fuel mixture flows from one end of the microchannel 556 to the other end at the average flow velocity v is t. If reac , the following equation (E) is established.
Figure 0004961657

反応時間ｔreacと拡散時間ｔchaとの比を変えてメタノール転化率（燃料９中のメタノールが全て化学反応式（１）のように改質した場合を１とする。）を計算すると、メタノール転化率とｔcha／ｔreacとの関係は図１２に示すようになる。図１２からわかるように、ｔcha／ｔreac＝０．１を境にメタノールの転化率が変わっている。すなわちｔcha／ｔreac≦０．１の場合には拡散速度が反応速度よりも速く、転化率が触媒膜５５９の反応性能に依存した反応律速となる。一方、ｔcha／ｔreac＞０．１の場合には、拡散速度が反応速度よりも遅く、転化率がマイクロ流路５５６内の拡散速度に依存した拡散律速となる。従って、ｔcha／ｔreac≦０．１を満たせば触媒膜５５９の触媒の性能を最大限に利用することができ、ｔcha／ｔreac≦０．１に対して式（Ｄ）、（Ｅ）を代入すると、式（Ａ）が成立する。式（Ａ）は、触媒を有するマイクロリアクタである改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の何れにも適用可能であるが、流体となっている分子がマイクロリアクタの流路内にいるうちに、反応に要する温度に設定されている溝の表面に接することで気化反応を含む化学反応を引き起こすために拡散律速させないための条件式なので、触媒のない蒸発器４１であっても、流れる流体の種類に大きな変化がないので適用することが可能である。すなわち、ここでいう反応とは反応物の化学変化を伴う反応のみならず、反応物の状態変化を伴うものも反応とする。 When the ratio of the reaction time t reac and the diffusion time t cha is changed to calculate the methanol conversion rate (when methanol in the fuel 9 is all reformed as in the chemical reaction formula (1), 1), methanol is calculated. The relationship between the conversion rate and t cha / t reac is as shown in FIG. As can be seen from FIG. 12, the conversion rate of methanol changes at t cha / t reac = 0.1. That is, in the case of t cha / t reac ≦ 0.1, the diffusion rate is faster than the reaction rate, and the conversion rate becomes the reaction rate-limiting depending on the reaction performance of the catalyst film 559. On the other hand, in the case of t cha / t reac > 0.1, the diffusion rate is slower than the reaction rate, and the conversion rate becomes a diffusion rate control depending on the diffusion rate in the microchannel 556. Accordingly, if t cha / t reac ≦ 0.1 is satisfied, the catalyst performance of the catalyst membrane 559 can be utilized to the maximum, and the equations (D) and (E) are obtained for t cha / t reac ≦ 0.1. ) Is substituted, the formula (A) is established. Expression (A) can be applied to any of the reforming reactor 42, the aqueous shift reactor 43, and the selective oxidation reactor 44, which are microreactors having a catalyst. The evaporator 41 without a catalyst is a conditional equation for preventing diffusion-control in order to cause a chemical reaction including a vaporization reaction by contacting the surface of the groove set to the temperature required for the reaction while inside. However, since there is no great change in the type of flowing fluid, it can be applied. That is, the reaction here refers not only to a reaction accompanied by a chemical change of the reactant, but also a reaction accompanied by a change in the state of the reactant.

次に、式（Ｂ）について説明する。触媒膜５５９内での分子輸送形態は、触媒膜の細孔径が１ｎｍ〜１５ｎｍ程度であるから、細孔径と分子の平均自由行程との比が０．１以下になり、クヌーセン（Knudsen）拡散となる。   Next, the formula (B) will be described. The molecular transport mode in the catalyst membrane 559 is such that the pore size of the catalyst membrane is about 1 nm to 15 nm, so the ratio of the pore size to the mean free path of the molecule is 0.1 or less, and Knudsen diffusion and Become.

また、触媒膜５５９の厚さ方向に分子拡散する時間をｔcatとしたら、次式（Ｆ）が成立する。

Figure 0004961657
Further, when the time for molecular diffusion in the thickness direction of the catalyst film 559 is t cat , the following equation (F) is established.
Figure 0004961657

反応時間ｔreacと拡散時間ｔcatとの比を変えてメタノール転化率を計算すると、ｔcat／ｔreac≦０．１の場合には拡散速度が反応速度よりも速く、転化率が触媒膜５５９の反応性能に依存した反応律速となる。一方、ｔcat／ｔreac＞０．１の場合には、拡散速度が反応速度よりも遅く、転化率が触媒膜５５９内の拡散速度に依存した拡散律速となる。従って、ｔcat／ｔreac≦０．１を満たせば触媒膜５５９の触媒の性能を最大限に利用することができ、ｔcat／ｔreac≦０．１に対して式（Ｅ）、（Ｆ）を代入すると、式（Ｂ）が成立する。 When the methanol conversion rate is calculated by changing the ratio between the reaction time t reac and the diffusion time t cat , when t cat / t reac ≦ 0.1, the diffusion rate is faster than the reaction rate, and the conversion rate is the catalyst film 559. The reaction rate depends on the reaction performance. On the other hand, in the case of t cat / t reac > 0.1, the diffusion rate is slower than the reaction rate, and the conversion rate becomes the diffusion rate controlling depending on the diffusion rate in the catalyst film 559. Therefore, if t cat / t reac ≦ 0.1 is satisfied, the catalyst performance of the catalyst film 559 can be utilized to the maximum, and the equations (E) and (F) can be used for t cat / t reac ≦ 0.1. ) Is substituted, the formula (B) is established.

次に、式（Ｃ）について説明する。
改質反応器４２の反応容器本体５５０であり且つ触媒膜５５９の触媒をＣｕＺｎ系触媒である場合、マイクロ流路５５６内での各化学種（Ｈ2、ＣＯ2、ＣＨ3ＯＨ、Ｈ2Ｏ）の有効拡散係数Ｄmとメタノール転化率との関係を次の表１に示す。

Figure 0004961657
Next, Formula (C) will be described.
When the reaction vessel main body 550 of the reforming reactor 42 and the catalyst of the catalyst film 559 are CuZn-based catalysts, the chemical species (H 2 , CO 2 , CH 3 OH, H 2 O in the micro flow channel 556 are used. ) shows the relationship between the effective diffusion coefficient D m and methanol conversion in the following Table 1.
Figure 0004961657

また、改質反応器４２の反応容器本体５５０であり且つ触媒膜５５９の触媒をＣｕＺｎ系触媒である場合、触媒膜５５９内での各化学種（Ｈ2、ＣＯ2、ＣＨ3ＯＨ、Ｈ2Ｏ）の有効拡散係数ＤeAを表２に示す。

Figure 0004961657
When the reaction vessel main body 550 of the reforming reactor 42 and the catalyst of the catalyst film 559 are CuZn-based catalysts, the chemical species (H 2 , CO 2 , CH 3 OH, H 2 in the catalyst film 559 are used. Table 2 shows the effective diffusion coefficient D eA of O).
Figure 0004961657

表１から有効拡散係数Ｄmの最大値は２．５４×１０-4〔ｍ2／ｓ〕であり、表２から改質反応器４２内での原料系の流体物質ＣＨ3ＯＨ、生成系の流体物質Ｈ2Ｏ、Ｈ2、ＣＯ2のうちの有効拡散係数ＤeAの最小値は３．１×１０-7〔ｍ2／ｓ〕である。これらの値を式（Ａ）、式（Ｂ）に代入すると、ｄcat／ｄchaの最小値０．０３５６が求まる。 From Table 1, the maximum value of the effective diffusion coefficient D m is 2.54 × 10 −4 [m 2 / s], and from Table 2, the raw material fluid substance CH 3 OH in the reforming reactor 42, the production system Among the fluid substances H 2 O, H 2 , and CO 2 , the minimum effective diffusion coefficient De A is 3.1 × 10 −7 [m 2 / s]. By substituting these values into equations (A) and (B), the minimum value 0.0356 of d cat / d cha is obtained.

一方、表１から有効拡散係数Ｄmの最小値は５．２４×１０-5〔ｍ2／ｓ〕であり、表２から有効拡散係数ＤeAの最大値は１．４×１０-6〔ｍ2／ｓ〕である。これらの値を式（Ａ）、式（Ｂ）に代入すると、ｄcat／ｄchaの最大値０．０１６３が求まる。従って、式（Ｃ）が求まる。
上記（Ｃ）は、水性シフト反応器４３或いは選択酸化反応器４４であっても、流れる流体の種類に大きな変化がないので適用することが可能である。 On the other hand, from Table 1, the minimum value of the effective diffusion coefficient D m is 5.24 × 10 −5 [m 2 / s], and from Table 2, the maximum value of the effective diffusion coefficient D eA is 1.4 × 10 −6 [ m 2 / s]. By substituting these values into formulas (A) and (B), a maximum value 0.0163 of d cat / d cha is obtained. Therefore, the formula (C) is obtained.
The above (C) can be applied to the aqueous shift reactor 43 or the selective oxidation reactor 44 because there is no significant change in the type of fluid flowing.

以下に、実施例を挙げることにより、本発明について更に具体的に説明する。
実施例１では、図８に示された反応容器本体３５０を用いて電熱膜３５１で加熱した場合に、加熱開始時刻からの時間と触媒膜３５９の温度との関係をシミュレーションによって求めた。シミュレーションの条件としては、電熱膜３５１の発熱量を１０〔Ｗ〕とし、第一基板３５４を熱伝導率１．３〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕、厚さ０．７ｍｍのガラス基板とし、第二基板３５５を熱伝導率１４８〔Ｗ／ｍ・ｋ〕、厚さ０．６ｍｍのシリコン基板とし、第三基板３７０を熱伝導率１．３〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕、厚さ０．７ｍｍのガラス基板とした。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
In Example 1, when the electrothermal film 351 was heated using the reaction vessel main body 350 shown in FIG. 8, the relationship between the time from the heating start time and the temperature of the catalyst film 359 was obtained by simulation. As conditions for the simulation, the heating value of the electrothermal film 351 is 10 [W], the first substrate 354 is a glass substrate having a thermal conductivity of 1.3 [W / m · K] and a thickness of 0.7 mm, The substrate 355 is a silicon substrate having a thermal conductivity of 148 [W / m · k] and a thickness of 0.6 mm, and the third substrate 370 is a thermal conductivity of 1.3 [W / m · K] and a thickness of 0.7 mm. A glass substrate was used.

比較例では、図１７に示された反応容器本体６００を用いて電熱膜６０１で加熱した場合に、加熱開始時刻からの時間と触媒膜６０９の温度との関係をシミュレーションによって求めた。反応容器本体６００は、図１０、図１１に示す反応容器本体５５０の電熱膜５５１と同様の電熱膜６０１をマイクロ流路６０６の葛折り状の溝６０６ａの表面ではなく、第二基板６０４の下面側に配置させた以外は反応容器本体５５０と実質的に同様である。このため、葛折り状の溝６０６ａには触媒膜６０９のみが成膜され、第二基板６０４の葛折り状の溝６０６ａが形成された面を第一基板６０５で覆っている。シミュレーションの条件としては、電熱膜６０１の発熱量を２０Ｗとし、第一基板５４を熱伝導率１４８〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕、厚さ０．６ｍｍのシリコン基板とし、第二基板５５を熱伝導率１．３〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕、厚さ０．７ｍｍのガラス基板とした。   In the comparative example, the relationship between the time from the heating start time and the temperature of the catalyst film 609 was obtained by simulation when the electrothermal film 601 was heated using the reaction vessel main body 600 shown in FIG. The reaction vessel main body 600 has an electric heating film 601 similar to the electric heating film 551 of the reaction vessel main body 550 shown in FIGS. 10 and 11, not the surface of the twisted groove 606 a of the microchannel 606, but the lower surface of the second substrate 604. The reaction vessel body 550 is substantially the same as the reaction vessel body 550 except that it is disposed on the side. Therefore, only the catalyst film 609 is formed in the twisted groove 606a, and the surface of the second substrate 604 where the twisted groove 606a is formed is covered with the first substrate 605. As simulation conditions, the heating value of the electrothermal film 601 is 20 W, the first substrate 54 is a silicon substrate having a thermal conductivity of 148 [W / m · K] and a thickness of 0.6 mm, and the second substrate 55 is thermally conductive. The glass substrate had a rate of 1.3 [W / m · K] and a thickness of 0.7 mm.

実施例１と比較例のシミュレーション結果を図１３に示す。図１３において、横軸は加熱開始時刻からの時間を表し、縦軸は触媒膜５９の温度を示す。図１３からわかるように、実施例１は比較例よりも触媒膜の温度が上昇しやすい。   The simulation results of Example 1 and the comparative example are shown in FIG. In FIG. 13, the horizontal axis represents the time from the heating start time, and the vertical axis represents the temperature of the catalyst film 59. As can be seen from FIG. 13, in Example 1, the temperature of the catalyst membrane is more likely to rise than in the comparative example.

実施例２では、図８に示された反応容器本体３５０を用いて電熱膜３５１で加熱した場合に、加熱開始時刻からの時間と触媒膜３５９の温度との関係をシミュレーションによって求めた。シミュレーションの条件としては、電熱膜３５１の発熱量を１０Ｗとし、第一基板３５４を熱伝導率１．３〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕、厚さ０．７ｍｍのガラス基板とし、第二基板３５５を熱伝導率１．３〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕、厚さ０．７ｍｍのガラス基板とし、第三基板３７０を熱伝導率１．３〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕、厚さ０．７ｍｍのガラス基板とした。ここで、第二基板３５５をシリコン基板からガラス基板とすることによって基板自体の熱容量が小さくなるので、基板での熱のロスが少なくなり、迅速に触媒温度の高くすることができる。   In Example 2, when the electrothermal film 351 was heated using the reaction vessel main body 350 shown in FIG. 8, the relationship between the time from the heating start time and the temperature of the catalyst film 359 was obtained by simulation. As conditions for the simulation, the heating value of the electrothermal film 351 is 10 W, the first substrate 354 is a glass substrate having a thermal conductivity of 1.3 [W / m · K] and a thickness of 0.7 mm, and the second substrate 355 is A glass substrate having a thermal conductivity of 1.3 [W / m · K] and a thickness of 0.7 mm is used, and the third substrate 370 is a glass having a thermal conductivity of 1.3 [W / m · K] and a thickness of 0.7 mm. A substrate was used. Here, since the heat capacity of the substrate itself is reduced by changing the second substrate 355 from a silicon substrate to a glass substrate, heat loss at the substrate is reduced, and the catalyst temperature can be quickly increased.

実施例２と実施例１のシミュレーション結果を図１４に示す。図１４において、横軸は加熱開始時刻からの時間を表し、縦軸は触媒膜の温度を示す。図１４からわかるように、実施例２のガラス基板は、実施例１のシリコン基板からなる第二基板３５５よりも厚いにも関わらず熱容量が小さいため触媒膜の温度が上昇しやすい。   The simulation results of Example 2 and Example 1 are shown in FIG. In FIG. 14, the horizontal axis represents the time from the heating start time, and the vertical axis represents the temperature of the catalyst membrane. As can be seen from FIG. 14, although the glass substrate of Example 2 is thicker than the second substrate 355 made of the silicon substrate of Example 1, the temperature of the catalyst film is likely to rise because the heat capacity is small.

実施例３では、図４、図５に示された反応容器本体５０を電熱膜５１で加熱した場合に、加熱開始時刻からの時間と、切欠き５８ａで形成された流出口における各種気体の濃度との関係をシミュレーションによって求め、その結果を図１５に示した。また、加熱開始時刻からの時間と、流出口におけるメタノール転化率との関係をシミュレーションによって求め、その結果を図１６に示した。シミュレーションの条件としては、チャンバー５６の大きさは幅を１７〔ｍｍ〕とし、長さを２０〔ｍｍ〕とし、深さを１．２〔ｍｍ〕とし、燃料９のスチームカーボン比を１．２とした。スチームカーボン比とは、原料炭化水素（ここでは、燃料９のメタノール）中の炭素原子に対する改質スチームの水分子の比を言い、Ｈ2Ｏ／Ｃで表される。図１５において、横軸は加熱開始時刻からの時間を表し、縦軸は各種気体の濃度を表す。図１６において、横軸は加熱開始時刻からの時間を表し、縦軸はメタノール転化率を表す。 In Example 3, when the reaction vessel main body 50 shown in FIGS. 4 and 5 is heated by the electrothermal film 51, the time from the heating start time and the concentration of various gases at the outlet formed by the notch 58a. The relationship is obtained by simulation, and the result is shown in FIG. Moreover, the relationship between the time from the heating start time and the methanol conversion rate at the outlet was determined by simulation, and the results are shown in FIG. The simulation conditions are as follows: the chamber 56 has a width of 17 [mm], a length of 20 [mm], a depth of 1.2 [mm], and a steam carbon ratio of the fuel 9 of 1.2. It was. The steam carbon ratio is a ratio of water molecules of the reformed steam to carbon atoms in the raw material hydrocarbon (here, methanol of the fuel 9), and is represented by H 2 O / C. In FIG. 15, the horizontal axis represents the time from the heating start time, and the vertical axis represents the concentration of various gases. In FIG. 16, the horizontal axis represents the time from the heating start time, and the vertical axis represents the methanol conversion rate.

燃料電池式発電システムの燃料貯蔵モジュール及び発電モジュールを一部破断して示した斜視図である。It is the perspective view which partially cut and showed the fuel storage module and power generation module of a fuel cell type power generation system. 上記燃料電池式発電システムの基本構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the basic composition of the said fuel cell type electric power generation system. 上記発電モジュールに内蔵された小型改質装置を一部破断して示した側面図である。It is the side view which fractured | ruptured and showed the small reformer built in the said electric power generation module. 蒸発器、改質反応器、水性シフト反応器及び選択酸化反応器の反応容器本体を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the reaction container main body of an evaporator, a reforming reactor, an aqueous shift reactor, and a selective oxidation reactor. 図４に示されたV-V線に沿った断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV shown in FIG. 4. 図４に示された反応容器本体とは別の反応容器本体を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the reaction container main body different from the reaction container main body shown by FIG. 図４、図６に示された反応容器本体とは別の反応容器本体を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the reaction container main body different from the reaction container main body shown by FIG. 4, FIG. 図４、図６、図７に示された反応容器本体とは別の反応容器本体を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the reaction container main body different from the reaction container main body shown by FIG.4, FIG.6, FIG.7. 図４、図６、図７、図８に示された反応容器本体とは別の反応容器本体を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the reaction container main body different from the reaction container main body shown by FIG.4, FIG.6, FIG.7 and FIG. 図４、図６、図７、図８、図９に示された反応容器本体とは別の反応容器本体を示した斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a reaction vessel body different from the reaction vessel body shown in FIGS. 4, 6, 7, 8, and 9. 図１０に示されたXI-XI線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the XI-XI line | wire shown by FIG. 反応時間と拡散時間の比と、メタノール転化率との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between ratio of reaction time and diffusion time, and methanol conversion. 実施例１において加熱時間と触媒膜の温度との関係を示したグラフである。4 is a graph showing a relationship between a heating time and a temperature of a catalyst film in Example 1. 実施例１及び実施例２において加熱時間と触媒膜の温度との関係を示したグラフである。6 is a graph showing the relationship between the heating time and the temperature of the catalyst film in Example 1 and Example 2. 実施例３において加熱時間と各種気体の濃度との関係を示したグラフである。6 is a graph showing the relationship between the heating time and the concentrations of various gases in Example 3. 実施例３において加熱時間とメタノール転化率との関係を示したグラフである。4 is a graph showing the relationship between heating time and methanol conversion rate in Example 3. 比較例として用いた反応容器本体を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the reaction container main body used as a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

４０ … 改質装置
４１ … 蒸発器（反応器）
４２ … 改質反応器（反応器）
４３ … 水性シフト反応器（反応器）
４４ … 選択酸化反応器（反応器）
５０、１５０、２５０、３５０、４５０、５５０ … 反応容器本体
５１、３５１、４５１、５５１ … 電熱膜
５４、３５４、４５４、５５４ … 第一基板
５５、３５５、４５５、５５５ … 第二基板
５６、１５６、２５６、３５６、４５６ … チャンバー（内部空間）
５９ … 触媒膜
５５６ … マイクロ流路（内部空間） 40 ... reformer 41 ... evaporator (reactor)
42 ... Reforming reactor (reactor)
43… Aqueous shift reactor (reactor)
44… Selective oxidation reactor (reactor)
50, 150, 250, 350, 450, 550... Reaction vessel main bodies 51, 351, 451, 551... Electrothermal films 54, 354, 454, 554... First substrate 55, 355, 455, 555. 256, 356, 456 ... chamber (internal space)
59 ... Catalyst membrane 556 ... Micro flow path (internal space)

Claims (5)

メタノールと水との混合気を反応物として水素と二酸化炭素を生成する、反応律速である改質反応を起こすマイクロリアクタであって、
前記反応物が供給される反応流路の内部空間面に露出された触媒膜が形成された反応容器本体を具備し、
前記触媒膜は、Ｃｕ／Ｚｎ系触媒で構成され、
前記改質反応の反応温度は２８０℃であり、
前記反応流路はマイクロ流路であって、その流路断面形状は矩形状であり、前記マイクロ流路の一端から他端まで、葛折り状であり、
前記触媒膜の厚さ、前記マイクロ流路の長さをそれぞれｄ cat 、Ｌchaとし、前記マイクロ流路を流れる流体の平均流速をｖ、前記反応物の前記触媒膜内の有効拡散係数のうち最も小さい有効拡散係数をＤeAとした場合、次式（Ｂ）を満たすことを特徴とする反応器。
Figure 0004961657
 A microreactor that generates a hydrogen and carbon dioxide reaction using a mixture of methanol and water as a reactant, and that initiates a reaction-controlled reforming reaction,
Said reactant comprising a reaction vessel main body in which the catalyst layer exposed to the inner space surface is formed of the reaction channel to be supplied,
The catalyst film is composed of a Cu / Zn-based catalyst,
The reaction temperature of the reforming reaction is 280 ° C.
The reaction channel is a micro channel, the channel cross-sectional shape is a rectangular shape, from one end of the micro channel to the other end, is a twisted shape,
The thickness of the catalyst membrane and the length of the microchannel are d cat and Lcha , respectively, the average flow velocity of the fluid flowing through the microchannel is v, and the effective diffusion coefficient of the reactant in the catalyst membrane is A reactor characterized by satisfying the following formula (B), where D eA is the smallest effective diffusion coefficient .
Figure 0004961657
 前記内部空間の壁面に成膜された電熱膜を具備することを特徴とする請求項１に記載の反応器。   The reactor according to claim 1, further comprising an electrothermal film formed on a wall surface of the internal space. 前記触媒膜の熱伝導率が前記反応容器本体の熱伝導率よりも高い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 the thermal conductivity of the catalyst film is higher than the thermal conductivity of the reaction vessel main body. メタノールと水との混合気を反応物として水素と二酸化炭素を生成する、反応律速である改質反応を起こすマイクロリアクタであって、
前記反応物が供給される反応流路の内部空間面に露出された触媒膜が形成された反応容器本体を具備し、
前記触媒膜は、Ｃｕ／Ｚｎ系触媒で構成され、
前記改質反応の反応温度は２８０℃であり、
前記反応流路はマイクロ流路であって、その流路断面形状は矩形状であり、前記マイクロ流路の一端から他端まで、葛折り状であり、
前記マイクロ流路の深さ、長さをそれぞれｄcha、Ｌchaとし、前記マイクロ流路を流れる流体の平均流速をｖ、前記反応物の前記マイクロ流路内の有効拡散係数のうち最も小さい有効拡散係数をＤmとした場合、次式（Ａ）を満たすことを特徴とする反応器。
Figure 0004961657
 A microreactor that generates a hydrogen and carbon dioxide reaction using a mixture of methanol and water as a reactant, and that initiates a reaction-controlled reforming reaction,
Said reactant comprising a reaction vessel main body in which the catalyst layer exposed to the inner space surface is formed of the reaction channel to be supplied,
The catalyst film is composed of a Cu / Zn-based catalyst,
The reaction temperature of the reforming reaction is 280 ° C.
The reaction channel is a micro channel, the channel cross-sectional shape is a rectangular shape, from one end of the micro channel to the other end, is a twisted shape,
The depth and length of the microchannel are dcha and Lcha , respectively, the average flow velocity of the fluid flowing through the microchannel is v , and the smallest effective diffusion coefficient among the effective diffusion coefficients of the reactant in the microchannel A reactor characterized by satisfying the following formula (A) when the diffusion coefficient is D m .
Figure 0004961657
 前記内部空間の壁面に成膜された電熱膜を具備することを特徴とする請求項４に記載の反応器。 The reactor according to claim 4 , further comprising an electrothermal film formed on a wall surface of the internal space.
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