(57)【要約】【課題】反応器の昇温運転時に消費電力を増大させるとともに、定温運転時に消費電力を減少させる反応装置を提供する。【解決手段】反応物を反応させる内部空間が形成された反応器本体６と、反応器本体６にパターニングされた抵抗体パターン１３と、抵抗体パターン１３に導通される高電圧接点及び低電圧接点とを備え、抵抗体パターン１３に沿った高電圧接点４８と低電圧接点４９との距離が変更可能に設けられた反応装置３である。反応器６の昇温運転時に高電圧接点４８と低電圧接点４９との距離を短くすることで、両接点４８，４９間の抵抗を減らし、抵抗体パターン１３の消費電力を増大させ、反応器６を急激に昇温させることができる一方、反応器６の定温運転時に高電圧接点４８と低電圧接点４９との距離を長くすることで、両接点４８，４９間の抵抗を増大し、抵抗体パターン１３の消費電力を低減させることができる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応物を反応させる内部空間が形成された反応器本体と、
前記反応器本体に設けられた抵抗体パターンと、
前記抵抗体パターンに導通される高電圧接点及び低電圧接点とを備え、
前記抵抗体パターンに沿った前記高電圧接点と前記低電圧接点との距離が変更可能に設けられたことを特徴とする反応装置。
【請求項２】
前記抵抗体パターンに沿って３つ以上の端子を有し、
前記反応器本体の昇温運転時に前記抵抗体パターンの一端から奇数番目の端子同士を導通させるとともに、偶数番目の端子同士を導通させ、一方を高電圧接点と導通させるとともに他方を低電圧接点と導通させ、
前記反応器本体の定温運転時に前記抵抗体パターンの一端側の端子を高電圧接点と導通させるとともに他端側の端子を低電圧接点と導通させることを特徴とする請求項１に記載の反応装置。
【請求項３】
前記抵抗体パターンはその温度変化にしたがって抵抗値が変化することを特徴とする請求項１または２に記載の反応装置。
【請求項４】
反応物を反応させる内部空間が形成された反応器本体と、
前記反応器本体に設けられ、選択的に並列接続及び直列接続される抵抗体パターンと、
を備えることを特徴とする反応装置。
【請求項５】
前記抵抗体パターンは昇温運転時に並列接続され、定温運転時に直列接続されることを特徴とする請求項４に記載の反応装置。
【請求項６】
前記抵抗体パターンはその温度変化にしたがって抵抗値が変化することを特徴とする請求項４または５に記載の反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源として、水素を燃料とする燃料電池が自動車や携帯機器などに応用され始めている。
燃料電池は、燃料と大気中の酸素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装置である。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。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、液体燃料と高温の水蒸気を反応させることによって、発電に必要な水素を取り出す改質器が必要となる。
一般的に、改質器は高温の状態で燃料を改質する必要があるので、金属等の抵抗体パターンを用いた温度調整手段が必要となる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図１１は、従来の小型な改質器１００を示した図面である。図１１に示すように、改質器１００の内部にはチャンバー１０１が形成されており、チャンバー１０１内に触媒（図示略）及び抵抗体パターン１０２が設けられており、リード線１０３，１０４によって電源部１０５から抵抗体パターン１０２に通電している。また、抵抗体温度センサ１０８がチャンバー１０１内に配設され、抵抗体温度センサ１０８の配線１０９，１１０が温度測定部１１１に接続され、温度測定部１１１で熱起電力を測定することによってチャンバー１０１内の温度が測定される。
【０００４】
リード線１０３，１０４を通じて電源部１０５から抵抗体パターン１０２に電力が供給され、抵抗体パターン１０２が発熱すると、供給管１０６を通じて供給された燃料及び水が抵抗体パターン１０２によって加熱されて、燃料と水とが触媒によって反応し、水素が生成される。また、燃料と水とが反応する場合には適温があるため、温度測定部１１１で測定された温度を表す信号が制御部１１２に入力され、入力した信号に基づき制御部１１２が電源部１０５の電力を制御することで、チャンバー１０１内が適温に保たれている。
【特許文献１】特開２００３−１１７４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、本出願人は反応装置を加熱する抵抗体パターンに温度センサの機能を持たせることを提案している。
【０００６】
反応装置を急激に昇温させるためには、抵抗体パターンの発熱量を高めるために抵抗値が低いことが好ましい。一方、反応装置の定温運転時には、抵抗体の発熱量は少なくて済むので、消費電力を抑えるために抵抗体パターンの抵抗値が大きいことが好ましい。また、抵抗体パターンを温度センサとして機能させるためには、温度変化による抵抗体パターンの抵抗値の増減を大きくするために、抵抗体パターンの元となる抵抗値ができるだけ高いことが好ましい。
【０００７】
本発明の課題は、上述の要求を満たし、反応器の昇温運転時に消費電力を増大させるとともに、定温運転時に消費電力を減少させることができる反応装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、反応物を反応させる内部空間が形成された反応器本体と、前記反応器本体に設けられた抵抗体パターンと、前記抵抗体パターンに導通される高電圧接点及び低電圧接点とを備え、前記抵抗体パターンに沿った前記高電圧接点と前記低電圧接点との距離が変更可能に設けられたことを特徴とする反応装置である。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、反応器の昇温運転時に高電圧接点と低電圧接点との距離を短くすることで、両接点間の抵抗を減らし、抵抗体パターンの消費電力を増大させ、反応器を急激に昇温させることができる。一方、反応器の定温運転時に高電圧接点と低電圧接点との距離を長くすることで、両接点間の抵抗を増大し、抵抗体パターンの消費電力を低減させることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の反応装置において、前記抵抗体パターンに沿って３つ以上の端子を有し、前記反応器本体の昇温運転時に前記抵抗体パターンの一端から奇数番目の端子同士を導通させるとともに、偶数番目の端子同士を導通させ、一方を高電圧接点と導通させるとともに他方を低電圧接点と導通させ、前記反応器本体の定温運転時に前記抵抗体パターンの一端側の端子を高電圧接点と導通させるとともに他端側の端子を低電圧接点と導通させることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、反応器本体の昇温運転時に抵抗体パターンの一端から奇数番目の端子同士を導通させるとともに、偶数番目の端子同士を導通させ、一方を高電圧接点と導通させるとともに他方を低電圧接点と導通させることで、奇数番目の端子から偶数番目の端子までの抵抗を並列に接続し、抵抗体パターンの抵抗を減らす。これにより電圧が印加されたときの抵抗体パターンの消費電力を増大し、反応器を急激に昇温させることができる。
【００１２】
一方、反応器の定温運転時に抵抗体パターンの一端側の端子を高電圧接点とするとともに他端側の端子を低電圧接点とすることで、抵抗体パターンの抵抗を大きくする。これにより電圧が印加されたときの抵抗体パターンの消費電力を低減することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の反応装置において、前記抵抗体パターンの抵抗値はその温度変化にしたがって変化することを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、抵抗体パターンの抵抗値がその温度に依存して変化するので、抵抗体パターンの抵抗値の変化を計測することで、反応器本体の温度を測定することができる。また、定温運転時には抵抗体パターンの抵抗を増大させているので、温度に依存した抵抗値の変化が大きくなり、温度の測定精度を向上させることができる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、反応物を反応させる内部空間が形成された反応器本体と、前記反応器本体に設けられ、選択的に並列接続及び直列接続される抵抗体パターンと、を備えることを特徴とする反応装置である。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、並列接続することによって内部抵抗を小さくして大電流を流すとともに消費電力を増やし、速やかに加熱することができ、また直列接続にして高抵抗とすることで消費電力を抑えながら加熱することが可能となる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の反応装置において、前記抵抗体パターンは昇温運転時に並列接続され、定温運転時に直列接続されることを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の反応装置において、前記抵抗体パターンはその温度変化にしたがって抵抗値が変化することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、昇温運転時に消費電力を増大させて反応器本体を急激に昇温させることができるとともに、反応器本体の定温運転時の消費電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
図１は、発電装置１のブロック図である。図１に示すように、発電装置１は、燃料及び水を貯留した燃料容器２と、燃料容器２から供給された燃料と水から水素を生成する反応装置３と、反応装置３で生成された水素を電気化学的に反応させて電気エネルギーを得る燃料電池４と、を備えている。
【００２２】
燃料容器２内に貯留された燃料は、メタノール、エタノールなどのアルコール類やガソリンといった水素を含む化合物が適用可能である。燃料と水とは別々で、または混合された状態で燃料容器２に貯蔵されている。本実施形態では、燃料としてメタノールを用いているが、他の水素を含む化合物を用いてもよい。
【００２３】
反応装置３は気化器本体５と、改質器本体６と、ＣＯ除去器本体７とからなる。なお本実施の形態においては、改質器本体６に本発明を適用しているが、本発明を気化器本体５やＣＯ除去器本体７に適用してもよい。
【００２４】
気化器本体５は二枚の基板を接合した構造を有しており、これらの各基板のうちいずれか一方または両方の基板の接合面には、葛折り状のマイクロ流路が形成されている。この接合された二枚の基板の外壁面には、電圧が印加されることによって発熱する抵抗体パターン、発熱半導体といった電熱材からなるヒータが成膜されている。このヒータにより、燃料容器２から気化器本体５内のマイクロ流路に供給される燃料及び水が加熱されて蒸発するようになっている。
【００２５】
改質器本体６は、気化器本体５から供給された燃料（メタノール）と水の混合気を化学反応式（１）、（２）に示すように水素に改質する（改質反応）。ＣＯ除去器本体７は改質器本体６で生成された生成物の混合気中の一酸化炭素を化学反応式（３）に示すように酸化させて、一酸化炭素を除去する。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2・・・（１）
２ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→５Ｈ2＋ＣＯ＋ＣＯ2・・・（２）
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2・・・（３）
【００２６】
本実施の形態においては、後述するように、改質器本体６及びＣＯ除去器本体７が一体化されてマイクロリアクタ９が形成されている。
【００２７】
燃料電池４は、図示しないが、触媒微細粒子を担持した燃料極と、触媒微粒子を担持した空気極と、燃料極と空気極との間に介在されたフィルム状の固体高分子電解質膜と、を備えている。燃料電池４の燃料極には、ＣＯ除去器本体７から生成物の混合気が供給されており、燃料電池４の空気極には、外部からの空気が供給されている。燃料極において、電気化学反応式（４）に示すように、混合気中の水素は、燃料極の触媒粒子の作用を受けて水素イオンと電子とに分離される。水素イオンは、固体高分子電解質膜を通じて酸素極に伝導し、電子は燃料極により取り出される。酸素極において、電気化学反応式（５）に示すように、固体高分子電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を通って燃料極から酸素極に移動した電子と、空気中の酸素とが反応して水が生成される。このときの電子の移動が電気エネルギーとなる。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-・・・（４）
２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ・・・（５）
【００２８】
上記の発電装置１は、デジタルカメラ、携帯電話機器、ノート型パソコン、腕時計、ＰＤＡ，電子計算機、その他の電子機器本体に搭載されたものである。特に、気化器本体５、反応装置３、及び燃料電池４は電子機器本体に内蔵され、燃料容器２は電子機器本体に対して着脱可能に設けられている。燃料容器２は電子機器本体に装着された場合、燃料容器２内のメタノール及び水がポンプによって気化器本体５に供給され、燃料容器２内のメタノールが反応装置３の気化器本体５に供給されるようになっている。
【００２９】
次に、図２から図４を参照して、改質器本体６及びＣＯ除去器本体７を一体化したマイクロリアクタ９についてさらに詳細に説明する。
【００３０】
図２は、マイクロリアクタ９の斜視図である。図２に示すように、マイクロリアクタ９は、上基板１０、下基板１１から構成されている。上基板１０の外部には、改質器本体６において水素に改質させるメタノール等の水素を含む化合物及び水を流入させる反応供給口２１が形成されている。この反応供給口２１には、気化器本体５が接続されており、気化器本体５から気化したメタノール及び水が供給される。
【００３１】
図３は図２のIII−III線に沿って上基板１０を面方向に切断した矢視断面図であり、図４は図２のIV−IV線に沿って上基板１０を厚さ方向に切断した矢視断面図である。図２及び図４に示すように、上基板１０の下部には下基板１１が接合されている。上基板１０の上面には、図２に示すように、抵抗体パターン１３，１４が形成されている。抵抗体パターン１３，１４は、それぞれ改質反応室１８、ＣＯ除去流路２４と対応する位置に形成されている。
【００３２】
上基板１０及び下基板１１には、互いの対向面から他方の面にかけて貫通した貫通孔からなる断熱室２７、断熱室３０、３０が形成されている。断熱室２７、断熱室３０，３０にはともに断熱効果を高める輻射防止膜２８が備えられている。なお、図面を見やすくするために、図３においては反射防止膜２８の図示を省略する。上基板１０の断熱室２７，３０，３０及び下基板１１の断熱室２７，３０，３０は、互いに同一形状、同一寸法で、上基板１０、下基板１１を貼り合わせたときに同一位置で重ね合わさるように設けられている。
【００３３】
図３に示すように、この上基板１０には、下基板１１との対向面に、反応供給口２１、改質器本体６である改質反応室１８、連通流路２２、酸素補助供給口２３、ＣＯ除去器本体７であるＣＯ除去流路２４、改質触媒反応及びＣＯ除去触媒反応によって生成される二酸化炭素及び水を排出する反応排出口２６が形成されている。これら反応供給口２１、改質反応室１８、連通流路２２、酸素補助供給口２３、ＣＯ除去流路２４、反応排出口２６は、一体の溝として流路を構成しており、この改質反応室１８とＣＯ除去流路２４との間には、一酸化炭素を酸化する酸素をＣＯ除去流路２４に供給する酸素補助供給口２３を備えて、さらに改質反応室１８とＣＯ除去流路２４とを連通する連通流路２２が形成されている。反応供給口２１、酸素補助供給口２３、反応排出口２６は、上基板１０の周縁端部で開口している。酸素補助供給口２３は図示しないポンプにより、マイクロリアクタ９の外から酸素を送出するが、このとき、ポンプの流体送出方向は一方向なので改質反応室１８からの混合気やＣＯ除去流路２４での混合気が酸素補助供給口２３からマイクロリアクタ９の外側に放出されることはない。
【００３４】
この改質反応室１８の内壁面には、改質反応を触媒する改質触媒１９が備え付けられている。この改質触媒１９は、改質反応を促進するために抵抗体パターン１３から発する熱によって加熱されている。
【００３５】
抵抗体パターン１３で発した熱は改質器本体６に伝導されるが、極めて熱伝搬性の低い断熱室２７及び断熱室３０が、改質器本体６とＣＯ除去器本体７との間に介在しているために、ＣＯ除去器本体７に熱伝搬しにくくＣＯ除去器本体７と改質器本体６では温度差が生じるように設定されている。
【００３６】
ＣＯ除去流路２４の内部には、改質触媒１９によって生成される水素、水のほかに僅かに生成される一酸化炭素を、連通流路２２の酸素補助供給口２３から供給される酸素によって酸化させて一酸化炭素を除去するＣＯ除去触媒２５が備えられている。このＣＯ除去触媒２５は、一酸化炭素の酸化反応を促進するために抵抗体パターン１４から発する熱によって加熱されている。
【００３７】
改質触媒１９は、銅／酸化鉛系の触媒であって、アルミナを担体としてアルミナに銅／酸化鉛を担持させたものである。また、ＣＯ除去触媒２５は、白金系の触媒であって、アルミナに白金または白金及びルテニウムを担持させたものである。
【００３８】
また、断熱室２７，３０の内部は、１Ｐａ以下の圧力に減圧するほかに、アルゴン、ヘリウムなどの希ガスなどの断熱効果のあるガスを充填することもできる。輻射防止膜２８の材料は、アルミニウムなどの金属である。
【００３９】
ここで本発明に係る抵抗体パターン１３，１４について説明する。抵抗体パターン１３，１４は図２に示すように、上基板１０の上面の改質器本体６及びＣＯ除去器本体７に対応する位置に形成されている。
【００４０】
図５は抵抗体パターン１３，１４の構造の概略を示す縦断面図である。抵抗体パターン１３，１４は、発熱層１３ａ，１４ａと、拡散防止層１３ｂ，１４ｂと、密着層１３ｃ，１４ｃとの３層からなり、下基板１１の表面から密着層１３ｃ，１４ｃ、拡散防止層１３ｂ，１４ｂ、発熱層１３ａ，１４ａの順に形成されている。
【００４１】
発熱層１３ａ，１４ａは３層の中で最も低い抵抗率の材料であり、抵抗体パターン１３，１４に電圧が印加されると電流が集中的に流れて発熱し、この熱によって改質器本体６、ＣＯ除去器本体７を加熱する。拡散防止層１３ｂ，１４ｂは、改質器本体６、ＣＯ除去器本体７の化学反応を引き起こす温度範囲で発熱層１３ａ，１４ａが熱拡散しないように高温でも緻密な結合状態を維持できる材料で構成されている。密着層１３ｃ，１４ｃは、拡散防止層１３ｂ，１４ｂと下基板１１との密着性が優れていない場合に両者の間に介在させる密着性に優れた材料で構成されている。
【００４２】
また、抵抗体パターン１３，１４はその温度に依存して抵抗値が変化し、抵抗値の変化から温度の変化を読み取る温度センサとしても機能する。
図６は、一般的な金属の電気抵抗と温度変化との関係を示すグラフである。図６の横軸は金属の温度を表しており、縦軸は温度Ｔにおける各金属の電気抵抗Ｒ（Ｔ）を表している。
【００４３】
一般的な金属においては、例えば各金属中の不純物や格子欠陥等に起因して、電気抵抗が温度変化によって変化しない領域Ｄ１と、各金属中の原子の熱振動等に起因して、電気抵抗が温度に比例して変化する領域Ｄ２が存在する。なお、以下の説明においては、Ｄ１領域での電気抵抗を残留抵抗Ｒ（０）という。
【００４４】
Ｄ１領域においては、Ｒ（０）とＲ（Ｔ）は略等しい値となり、Ｄ２領域においては、Ｒ（Ｔ）／Ｒ（０）＝α（Ｔ−Ｔ0）・・・（６）
が成立する。ここで、αは、温度変化に伴う電気抵抗の変化率（温度係数）であり、Ｔ0はＤ１領域とＤ２領域との境界温度であり、Ｒ（Ｔ0）＝Ｒ（０）である。
以上より、予め各金属の残留抵抗Ｒ（０）と温度係数αを求めておき、Ｄ２領域において測定装置により電気抵抗Ｒ（Ｔ）を測定することで、マイクロ流路の温度Ｔを算出することができる。
【００４５】
発熱層１３ａ，１４ａを構成する物質としては、Ａｕを用いることが好ましい。Ａｕは温度係数が大きいという特性を有しているので、温度Ｔの測定誤差を抑えることができる。
【００４６】
拡散防止層１３ｂ，１４ｂの構成物質としては、比較的融点が高く、且つ反応性が低い物質を用いることが好ましいが、このような条件を満たす物質としては、例えば、Ｗが挙げられる。ここでＷからなる拡散防止層１３ｂ，１４ｂは反応性が低く、反応性が高い下基板１１との密着性が低下するおそれがあるため、拡散防止層１３ｂ，１４ｂと下基板１１との間に密着層１３ｃ，１４ｃを設けることが好ましい。
【００４７】
密着層１３ｃ，１４ｃを構成する物質としてＴａ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｃｒのうちの少なくとも一つが含まれていることが好ましい。これは、Ｔａ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｃｒは、Ｗよりも反応性が下基板１１に近く、下基板１１との密着性を保つことができるからである。
【００４８】
図７は、抵抗体パターン１３，１４の温度とＲ（Ｔ）／Ｒ（０）との関係を示したグラフである。なお、抵抗体パターン１３，１４は、下基板１１の表面に５０ｎｍ厚のＴｉからなる密着層１３ｃ，１４ｃを形成し、その上に５０ｎｍ厚のＷからなる拡散防止層１３ｂ，１４ｂを形成し、その上に２００ｎｍ厚のＡｕからなる発熱層１３ａ，１４ａを形成したものである。
【００４９】
ここで、温度Ｔが単位量変化した場合における電気抵抗Ｒ（Ｔ）／残留抵抗Ｒ（０）の変化率αは一定であるから、残留抵抗Ｒ（０）の値が小さくなるほど、電気抵抗Ｒ（Ｔ）の変化率が大きくなる。
例えば、Ｒ（Ｔ）／Ｒ（０）が１．４から１．６まで変化する場合には、Ｒ（０）＝１０（Ω）ではＲ（Ｔ）は１４（Ω）から１６（Ω）までの２（Ω）しか変化しないが、Ｒ（０）＝２０（Ω）ではＲ（Ｔ）は２８（Ω）から３２（Ω）までの４（Ω）変化する。従って、残留抵抗Ｒ（０）が大きいほうが温度Ｔの変化によって電気抵抗Ｒ（Ｔ）が大きく変位する。言い換えれば、残留抵抗Ｒ（０）が大きい材料によって抵抗体パターン１３，１４を形成すれば、わずかな温度変化ΔＴであっても、温度変化ΔＴにともなって変化する温度抵抗変化ΔＲが十分に大きいので容易に温度を細かくかつ誤差を小さく測定することができる。
なお、発熱層１３ａ，１４ａの層厚は要求される抵抗値に応じて任意に変更可能であり、層厚が薄くなるほど抵抗は大きくなる。
【００５０】
改質器本体６用の抵抗体パターン１３は、抵抗本体１５と、端子１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、引き回し線１５ｄとから構成される。図２に示すように、端子１５ａ，１５ｂは抵抗本体１５の両端部に一体に設けられている。端子１５ｃは端子１５ａ，１５ｂの近傍に設けられており、引き回し線１５ｄは抵抗本体１５の中央部分と端子１５ｃとを接続している。端子１５ａ，１５ｂ間の抵抗値は、端子１５ａ，１５ｃ間の抵抗値、及び端子１５ｂ，１５ｃ間の抵抗値よりも大きい。
【００５１】
端子１５ａ，１５ｂ，１５ｃはスイッチ装置５０（図８、図９参照）と接続され、スイッチ装置５０には２本のリード線４８，４９（図８、図９参照）が接続される。なおリード線４８は電源部６０の高電圧側の出力端子と接続される高電圧接点であり、リード線４９は電源部６０の低電圧側の出力端子と接続される低電圧接点である。リード線４８は、端子１５ａに接続されるとともにスイッチ４２の一端に接続されている。スイッチ４２の他端は端子１５ｂに接続されている。リード線４９はスイッチ４２の一端に接続され、スイッチ４３は、他端を端子１５ｂ、端子１５ｃのいずれか一方のみに選択的に接続する。なお、スイッチ４２、４３、リード線４８、４９のいずれかから端子１５ａ，１５ｂ，１５ｃのいずれかに至る配線抵抗及びスイッチ４２、４３の内部抵抗は、抵抗本体１５の抵抗に比べて無視できる程小さい。
【００５２】
このスイッチ装置５０は改質器本体６の昇温運転時と定温運転時とで端子１５ａ，１５ｂ，１５ｃとリード線４８，４９との接続を切り替える。反応装置３の起動時には、速やかに改質器６及びＣＯ除去器７がそれぞれ改質反応適正温度及びＣＯ除去反応適正温度に達するように昇温することになる。このような昇温運転時には図８（ａ）に示すように、スイッチ４２が閉じて端子１５ｂをリード線４８と導通させ、スイッチ４３が端子１５ｃとリード線４９とを導通させる。定温運転時には図８（ｂ）に示すように、スイッチ４２が開いてリード線４８と端子１５ｂとを非導通にし、スイッチ４３が端子１５ｂとリード線とを導通させる。つまり、スイッチ装置５０は、昇温運転時には抵抗本体１５を複数に分割して電気的に並列させ、低温運転時には、抵抗本体１５を電気的に直列にする。
【００５３】
例えば改質器６では、起動時に改質反応室１８を３００℃まで昇温しなければならず、スイッチ装置５０による端子１５ａ，１５ｂ，１５ｃとリード線４８，４９との接続を図８（ａ）の状態にすると、端子１５ａと端子１５ｃとの間の抵抗、及び端子１５ｂと端子１５ｃとの間の抵抗が並列に接続される。常温における端子１５ａと端子１５ｃとの間の抵抗値Ｒ（０）１及び端子１５ｂと端子１５ｃとの間の抵抗値Ｒ（０）２をそれぞれ１４Ωとすると、抵抗値Ｒ（０）１と抵抗値Ｒ（０）２の並列合成抵抗値Ｒ（０）Ｐは７Ωとなる。そして、３００℃におけるＡｕ／Ｗ／Ｔｉ系の抵抗体パターン１３の抵抗は常温の約１．７５倍の値となるので、３００℃に昇温された状態での端子１５ａと端子１５ｃとの間の抵抗値Ｒ（３００）１及び端子１５ｂと端子１５ｃとの間の抵抗値Ｒ（３００）２は、それぞれ２４．５Ωになり、抵抗値Ｒ（３００）１と抵抗値Ｒ（３００）２の並列合成抵抗値Ｒ（３００）Ｐは１２．３Ω程度となる。つまり、改質器６では昇温の際の抵抗が７Ω〜１２．３Ωに変化する。
【００５４】
抵抗体パターン１３に電力を供給する電力源として、リチウムイオン２次電池（単セル電圧３．７Ｖ）を３つ直列に接続したものを用いた場合には、出力電圧Ｅ＝１１．１Ｖとなり、図８（ａ）の状態の間、定電圧出力にして昇温すると、常温時に概ね１７．６（Ｗ）、３００℃時に概ね１０（Ｗ）の電力を消費する。このように抵抗体パターン１３にかかる消費電力が大きいとともに直列時に比べて低抵抗になったために大電流が流れるので、昇温運転時に改質反応室１８の温度を急激に上昇させることができる。
【００５５】
一方、定温運転時には改質反応室１８の温度は２５０〜３２０℃の設定温度に維持される。例えば設定温度を３００℃とし、スイッチ装置５０の接続を図８（ｂ）の状態にすると、抵抗値Ｒ（３００）１及び抵抗値Ｒ（３００）２は、それぞれ２４．５Ωなので、抵抗値Ｒ（３００）１及び抵抗値Ｒ（３００）の直列合成抵抗値Ｒ（３００）Ｓは４９Ω程度となる。２．５１（Ｗ）の電力となる。すなわち、定温運転時には昇温運転時ほどの発熱量が要求されないので、スイッチ装置５０の接続を図８（ｂ）の状態にすることで、消費電力を抑えることができる。
また、スイッチ装置５０の接続を図８（ｂ）の状態にした場合におけるリード線４８，４９間の合成抵抗の残留抵抗値Ｒ（３００）Ｓは４９Ωとなり、残留抵抗値Ｒ（０）を大きくすることで、微小な温度変化でも電気抵抗Ｒ（Ｔ）の変化が大きいので、誤差の小さい温度検出が可能となる。
【００５６】
なおスイッチ装置５０による接続の切り替えは、後述する制御部７０により制御してもよい。
【００５７】
ＣＯ除去器本体７用の抵抗体パターン１４は、抵抗本体１６と、端子１６ａ，１６ｂとから構成されている。端子１６ａ，１６ｂは抵抗本体１６の両端部に一体に設けられている。端子１６ａ，１６ｂにはリード線５１（高電圧接点），５２（低電圧接点）（図９参照）がそれぞれ１本ずつ接続される。抵抗体パターン１３はリード線４８，４９及びスイッチ装置５０を介して図示しない電源部から電力を供給され、抵抗体パターン１４はリード線５１，５２を介して図示しない電源部から電力を供給される。なおＣＯ除去除去流路２４の定温運転時の設定温度は１６０℃〜１８０℃であるので、抵抗体パターン１４には昇温運転時に抵抗体パターン１３ほどの電力が要求されない。
【００５８】
ここで、図９を用いて、抵抗体パターン１３，１４に電力を供給するための電気系統について説明する。抵抗体パターン１３はスイッチ装置５０及びリード線４８，リード線４９を介して電源部６０の電極に接続されており、電源部６０は、スイッチ装置５０及びリード線４８，４９を通じて抵抗体パターン１３に電力を供給するものである。なお抵抗体パターン１４はスイッチ装置５０を介さずにリード線５１、リード線５２を介して電源部６０の電極に接続されており、電源部６０は、リード線５１，５２を通じて抵抗体パターン１４に電力を供給する。
【００５９】
電源部６０は、抵抗体パターン１３，１４にそれぞれ適切な電力を供給するとともに、電源部６０は抵抗体パターン１３，１４に印加する電圧及び抵抗体パターン１３，１４に流す電流の少なくとも一方を測定することができる。電源部６０の電力源としては、例えばリチウムイオン２次電池等を用いることができる。また、この電力源は燃料電池４の出力を安定させる出力バッファとしても機能させることができる。
【００６０】
電源部６０は電流及び電圧の少なくとも一方の測定信号を制御部７０に出力する。制御部７０はこの測定信号により、抵抗体パターン１３，１４の電気抵抗を検知することができる。すなわち、抵抗体パターン１３，１４の電気抵抗が温度に依存するため、電源部６０によって測定された電気的特性から抵抗体パターン１３，１４の温度を算出することができ、結果として改質器本体６及びＣＯ除去器本体７の温度を算出することができる。
【００６１】
この制御部７０は、基本的には、電源部６０で測定された電気的信号に基づき、電源部６０の電力を調整するが、汎用のＣＰＵ（central processing unit）等からなる演算処理装置、又は、専用の論理回路を有し、電源部６０からの信号を処理して電源部６０を制御するものである。また、制御部７０は、フィードバックした測定信号から電気的法則にしたがって抵抗体パターン１３，１４の電気抵抗を算出する処理を行い、更に、抵抗体パターン１３，１４の電気抵抗から抵抗体パターン１３，１４の温度を算出する処理を行う。抵抗体パターン１３，１４と改質反応質１８、ＣＯ除去流路２４とが熱平衡となっていれば、抵抗体パターン１３が改質反応室１８内の温度に、抵抗体パターン１４の温度がＣＯ除去流路２４内の温度に等しい。
【００６２】
次に、マイクロリアクタ９の作用について説明する。まず、抵抗体パターン１３により改質器本体６を設定温度まで昇温させる。このときスイッチ装置５０を図８（ａ）の状態にし、この状態の間、定電圧出力にしてリード線４８，４９間の電気抵抗を低下させ、短時間に大量の電力を消費することで改質器本体６の温度を急激に上昇させる。また、抵抗体パターン１４によりＣＯ除去器本体７を設定温度まで昇温させる。
【００６３】
この間、電源部６０で電流及び電圧を測定し、電流及び電圧の測定信号が制御部７０へ出力される。測定信号が入力された制御部７０においては抵抗体パターン１３，１４の電気抵抗が算出され、結果としてそれぞれの抵抗体パターン１３，１４の温度が制御部７０において算出される。
【００６４】
改質器本体６の温度が下閾値温度よりも上昇したら、スイッチ装置５０を図８（ｂ）の状態にする。スイッチ装置５０の切り替えは制御部７０により電磁的に行われる。
【００６５】
そして制御部７０は、測定信号に応じて、改質器本体６、ＣＯ除去器本体７がそれぞれ所定の温度で安定するように、適宜制御信号を電源部６０にフィードバッグする。例えば、抵抗体パターン１３，１４の温度が上閾値温度より高くなった場合、電源部６０から抵抗体パターン１３，１４に供給される電力を現在の電力より小さくなるように制御部７０が電源部６０を制御し、抵抗体パターン１３，１４の温度が下閾値温度（但し、上閾値温度以下である。）より低くなった場合には、電源部６０から抵抗体パターン１３，１４に供給される電力を現在の電力より大きくなるように制御部７０が電源部６０を制御する。電源部６０から抵抗体パターン１３，１４に供給される電力が制御部７０によって調整されることで、抵抗体パターン１３の温度が下閾値温度と上閾値温度との間に保たれる。
【００６６】
制御部７０は、このような制御を改質器本体６、ＣＯ除去器本体７それぞれ別個に行う。つまり、改質器本体６の場合には、化学反応式（１）、（２）の反応速度が最も速くなるときの温度が、上閾値温度と下閾値温度との間になっているように、上閾値温度と下閾値温度が制御部７０に設定されている。ＣＯ除去器本体７の場合には、化学反応式（３）の反応速度が最も速くなるときの温度が、上閾値温度と下閾値温度との間になっているように、上閾値温度と下閾値温度が制御部７０に設定されている。
【００６７】
このときスイッチ装置５０が図８（ｂ）の状態であるので、リード線４８，４９間の電気抵抗を増大させ、低消費電力となる。また、残留抵抗Ｒ（０）を大きくとることで、温度変化による抵抗体パターン１３の電気抵抗Ｒ（Ｔ）の変化を検出しやすくなり、改質器本体６の温度Ｔの測定精度を向上させることができる。
【００６８】
次に、燃料容器２から供給された液体の状態のメタノール及び水を気化器本体５にて気化し、気化したメタノール及び水を改質器本体６の反応供給口２１から改質反応室１８に流入させる。改質反応室１８では、気化したメタノール及び水が改質触媒１９により化学反応式（１）、（２）の改質反応を起こし、水素、二酸化炭素、一酸化炭素を生成する。生成された水素、二酸化炭素、一酸化炭素は、改質反応室１８から連通流路２２を介してＣＯ除去流路２４に移送される。このうち一酸化炭素は、連通流路２２の酸素補助供給口２３から流入した酸素と混合され、ＣＯ除去触媒１７によって化学反応式（３）の反応を起こし、二酸化炭素となる。そしてＣＯ除去流路２４内の水素及び二酸化炭素は反応排出口２６から排出される。このうちの水素が燃料電池４内で電気化学反応式（４）、（５）の反応を引き起こす。以上のようにして燃料電池４から電力が出力される。
【００６９】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。
例えば、上記実施の形態においては、抵抗体パターン１３の抵抗本体１５の両端及び中央部に端子１５ａ，１５ｂ，１５ｃを設け、改質器本体６の昇温運転時に端子１５ａ，１５ｂをリード線４８と導通させるとともに端子１５ｃをリード線４９と導通させたが、図１０に示すように、抵抗本体１５に複数の端子１５１，１５２，…，（１５０＋２ｎ）を設けてもよい。
【００７０】
そして、昇温運転時には図１０（ａ）に示すように、抵抗本体１５の一端から奇数番目の端子１５１，１５３，…，（１５０＋２ｎ−１）をリード線４８に、偶数番目の端子１５２，１５４，…，（１５０＋２ｎ）をリード線４９と導通させることで、リード線４８，４９間の抵抗値を大幅に低下させ、抵抗体パターン１３による消費電力を増大させ、急激に改質器本体６を昇温させることができる。そして定温運転時には図１０（ｂ）に示すように、抵抗本体１５の一端の端子１５１をリード線４８に、他端の端子（１５０＋２ｎ）をリード線４９と導通させることで、リード線４８，４９間の電気抵抗を増大させ、低消費電力となるとともに、温度の測定精度を向上させることができる。なお端子の数は偶数個でもよいし、奇数個でもよい。
【００７１】
また、上記実施の形態においては、本発明を改質器本体６のみに適用したが、気化器本体５やＣＯ除去器本体７に適用してもよいし、燃料電池４に適用してもよい。また、改質器本体６とＣＯ除去器本体７とは一体であってもよいし、別々の基板に設けられていてもよい。
また上記実施形態では、高電圧接点４８をスイッチ４２の一端と接続させ、低電圧接点４９を端子１５ｂ、端子１５ｃのいずれか一方に接続させたが、高電圧接点４８と低電圧接点４９の配置を逆転して、低電圧接点４９をスイッチ４２の一端と接続させ、高電圧接点４８を端子１５ｂ、端子１５ｃのいずれか一方に接続させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る反応装置３を適用する発電装置１を示すブロック図である。
【図２】マイクロリアクタ９を示す斜視図である。
【図３】図２のIII−III線に沿った面の断面図である。
【図４】図２のIV−IV線に沿った面の断面図である。
【図５】抵抗体パターン１３，１４の構造を示す断面図である。
【図６】一般的な金属の電気抵抗と温度変化との関係を示すグラフである。
【図７】抵抗体パターン１３，１４の電気抵抗と温度変化との関係を示すグラフである。
【図８】（ａ）は改質器本体６の昇温運転時の、（ｂ）は改質器本体６の定温運転時におけるスイッチ装置５０の回路図である。
【図９】本実施形態における反応装置を示したブロック図である。
【図１０】（ａ）は改質器本体６の昇温運転時の、（ｂ）は改質器本体６の定温運転時におけるスイッチ装置の回路図である。
【図１１】従来の改質器を示した図面である。
【符号の説明】
【００７３】
３     反応装置
６     改質器
７     ＣＯ除去器
１３，１４    抵抗体パターン
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１６ａ，１６ｂ    端子
４８，５１    リード線（高電圧端子）
４９，５２    リード線（低電圧端子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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