(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、要求される生成物の量に応じて、流体の反応条件を変えることなく化学反応を行い、加熱のエネルギーに対する反応効率を低下させることなく生成物を供給することができる反応装置を提供することである。また、その反応装置を使って効率的な反応を行うことができる反応装置の運転方法を提供することである。【解決手段】  本発明は、微細な複数の流路を設け、流路で行われる化学反応を流路毎に制御することにより、要求される生成物の量を使用する流路の数で調節するとともに加熱に必要なエネルギーの調節も行うことができる。すなわち、生成物の必要量が少量であっても、加熱のエネルギー量に対する反応効率を下げることなく反応を行うことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路を並列に接続し、
前記反応用流路毎に独立して化学反応させることを特徴とする反応装置。
【請求項２】
上記反応用流路は、基板に形成した微細な溝であることを特徴とする請求項１の反応装置。
【請求項３】
上記流体は、上記反応用流路への流出入を制御する制御部により制御されていることを特徴とする請求項１の反応装置。
【請求項４】
上記制御部は、上記反応用流路の流入口又は流出口若しくはその両方に設けられていることを特徴とする請求項３の反応装置。
【請求項５】
上記制御部は、逆止弁又はバルブであることを特徴とする請求項３の反応装置。
【請求項６】
上記流体は、前記流体を上記反応用流路に供給する流体供給装置により前記反応用流路に供給されていることを特徴とする請求項１の反応装置。
【請求項７】
上記基板を複数使用することを特徴とする請求項２の反応装置。
【請求項８】
流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路と、
前記反応用流路毎に設けられ複数の前記反応用流路をそれぞれ独立して加熱する加熱手段とを有し、
複数の前記反応用流路を並列に接続し、前記反応用流路毎に独立して化学反応させることを特徴とする反応装置。
【請求項９】
上記加熱手段は、通電により発熱する抵抗発熱体からの熱で上記反応用流路を加熱することを特徴とする請求項８の反応装置。
【請求項１０】
流体の化学反応を行う複数の微細な反応用流路と、
複数の前記反応用流路毎に近接に形成され反応用流路を加熱する加熱用流路とを有し、
複数の前記反応用流路を並列に接続し、前記反応用流路毎に独立して化学反応させることを特徴とする反応装置。
【請求項１１】
流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路を並列に接続された反応装置の運転方法であって、
前記反応用流路に前記流体を流入させる工程と、
前記反応用流路毎に独立して化学反応させる工程とを有することを特徴とする反応装置の運転方法。
【請求項１２】
上記流体は、上記反応用流路への流出入を制御する制御部を上記反応用流路の流入口及び流出口に設置して上記流体を所定の時間前記反応用流路内に滞留させることを特徴とする請求項１１の反応装置の運転方法。
【請求項１３】
上記流体は、上記反応用流路への流出入を制御する制御部を上記反応用流路の流入口及び流出口に設置して前記化学反応の生成物の生成量を制御することを特徴とする請求項１１の反応装置の運転方法。
【請求項１４】
上記複数の反応用流路は、それぞれ流路毎に上記化学反応の生成物の生成量が異なっていることを特徴とする請求項１１の反応装置の運転方法。
【請求項１５】
流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路を並列に接続し、前記反応用流路毎に独立して化学反応させる反応装置と、
前記反応装置における流体の化学反応により生成される生成物を使用して発電を行う発電部とを有していることを特徴とする燃料電池。
【請求項１６】
流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路を並列に接続し、前記反応用流路毎に独立して化学反応させる反応装置と、
前記反応装置における流体の化学反応により生成される生成物を使用して発電を行う発電部とを有し、
前記発電部で発生した電力を受けて作動することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応装置に関するものであり、また、その反応装置の運転方法、その反応装置を備えた燃料電池及び電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素やメタノール等の燃料気体と酸素等の酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより発電を行う発電素子である。燃料電池は、発電により生成される生成物が水であることから環境を汚染することがない発電素子として注目されている。また、２次電池などと比べ、長寿命であることや、エネルギー密度が高いという特徴を有しており、例えば、携帯電子機器を駆動するために駆動電源への使用が試みられている。
【０００３】
ところで、半導体プロセス等を応用してシリコンウェハ上にマイクロリアクタと称される化学反応用装置を形成し、触媒を用いた化学反応により高い変動効率をもって水素を生成することが可能であり、改質器の小型化に適している。
【０００４】
そこで、小型改質器として、例えば、連続的に形成され、第１の流体物質を第２の流体物質に変換する反応流路を有し、この流路に熱量を供給する手段を備えた化学反応装置（例えば、特許文献１参照）や、改質原料を改質する室に改質原料を噴射する手段と改質原料を加熱して蒸発させるための手段と改質原料を改質する触媒とを備えた改質装置（例えば、特許文献２参照）がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２９９９４６号公報
【特許文献２】特開２００３−０４８７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の化学反応装置及び特許文献２の改質装置は、１つの基板上に１つの反応用流路を蛇行させた装置である。反応用流路を蛇行させることにより、基板上に長い流路を作ることができ、反応効率の向上を図っている。しかしながら、このような流路では、流路内での温度分布が大きくなり副反応を起こしやすいという問題が生じてしまう。また、基板の広範囲を加熱しなければならず、消費エネルギーも大きくなる。
【０００７】
さらに、１つの反応流路で生成物の量をコントロールしようとすると、反応流路内の温度を高温且つ一定に保たなければならず、生成物の生成量が少なくてもよい場合、生成物の生成量に対して必要とする熱量が大きくなってしまうという問題点がある。
【０００８】
そこで、上記のような従来の実情を鑑み、要求される生成物の量に応じて、流体の反応条件を変えることなく化学反応を行い、加熱のエネルギーに対する反応効率を低下させることなく生成物を供給することができる反応装置を提供することを目的とする。また、その反応装置を使って効率的な反応を行うことができる反応装置の運転方法の提供を目的とする。さらに、上記反応装置を備えた燃料電池及び電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の反応装置は、流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路を並列に接続し、前記反応用流路毎に独立して化学反応させることを特徴とする。
【００１０】
本発明の反応装置によれば、流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路を備え、それぞれの流路毎に独立して化学反応を行わせることができる。これにより、要求される反応生成物の量を流体の流路への供給量ではなく、反応用流路の数により調節することができる。そのため、各流路に供給される流体の量は常に一定となり、要求される反応生成物の量が変動しても、その度に反応条件を再検討する必要が無い。また、常に最適な反応条件で化学反応することができる。
【００１１】
本発明の反応装置は、流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路と、前記反応用流路毎に設けられ複数の前記反応用流路をそれぞれ独立して加熱する加熱手段とを有し、複数の前記反応用流路を並列に接続し、前記反応用流路毎に独立して化学反応させることを特徴とする。
【００１２】
本発明の反応装置によれば、流体を化学反応させる複数の反応用流路は微細であるため、反応用流路に流入する流体の量も少ないため、流体の昇温時間及び降温時間を短くすることができる。これにより、起動や停止にかかる時間も短時間で行うことができる。さらに、流路内の温度は均一となり、副反応などによる反応効率の低下を防ぐことができる。
【００１３】
また、複数の微細な反応用流路での化学反応を流路毎に制御することで、加熱に必要なエネルギーの調節も行うことができる。すなわち、要求される生成物の量が少量であっても、使用する反応用流路の数と加熱に必要なエネルギーとの調節することにより、加熱にかかる消費エネルギーに対する生成物の生成量を低下させることなく化学反応を行うことができる。さらに、反応用流路を微細にすることにより加熱する加熱手段も小さくすることができる。
【００１４】
本発明の反応装置は、流体の化学反応を行う複数の微細な反応用流路と、複数の前記反応用流路毎に近接に形成され反応用流路を加熱する加熱用流路とを有し、複数の前記反応用流路を並列に接続し、前記反応用流路毎に独立して化学反応させることを特徴とする。
【００１５】
本発明の反応装置によれば、加熱用流路を備えることにより、化学反応を行う反応用流路を加熱することができる。また、加熱用流路も微細な流路により形成することができるため、装置の小型化、薄型化を実現することができる。さらに、加熱用流路と反応用流路は、同時に作製することができるため、本発明の反応装置の製造工程数を少なくすることができる。
【００１６】
本発明の反応装置の運転方法は、流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路を並列に接続された反応装置の運転方法であって、前記反応用流路に前記流体を流入させる工程と、前記反応用流路毎に独立して化学反応させる工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の反応装置の運転方法によれば、複数の反応用流路を流路毎に制御することによって反応生成物の必要量を流路の数により調節することが可能となる。これにより、各反応用流路の反応条件を変えずに反応生成物の生成量を調節することができ、反応効率の向上や副生成物の制御等も容易に行うことができる。このとき、それぞれの反応用流路の容積を変えることにより、必要とする生成物の生成量に応じて使用する流路を選択することができ、使用する流路の数も少なくすることができる。
【００１８】
さらに、制御部や加熱手段を制御することにより、流体を流路に留めることができ、比較的長時間の反応においても十分に反応させることができ、反応効率を向上させることができる。また、長時間の反応においても、複数の流路からの生成物を、それぞれ時間をずらして排出するように制御することで、見かけ上の反応時間を短くすることもできる。さらに、流路内には反応生成物も留めておくように制御することもできる。これにより、必要とする生成物の量が急に増加しても直に対応することができる。また、流路に流体や反応生成物を留めておくことにより、流路を反応装置と接続される他の機器に対する貯蔵容器とすることもでき、その機器も制御することが可能となる。
【００１９】
本発明の燃料電池は、流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路を並列に接続し、前記反応用流路毎に独立して化学反応させる反応装置と、前記反応装置における流体の化学反応により生成される生成物を使用して発電を行う発電部とを有していることを特徴とする。
【００２０】
本発明の燃料電池によれば、反応装置が生成させる生成物の量を反応用流路の数によって調節することができる。したがって、必要とされる発電量に応じて反応装置から生成させる生成物の量を変化させることが容易であるとともに、各流路毎に反応が制御されているため、発電量に合わせて燃料を供給することができる。
【００２１】
また、反応に必要なエネルギーも流路毎に調節することが可能となり、発電部の発電量に関わらず消費エネルギーに対する発電部の発電効率を低下することを防ぐことができる。また、反応装置は、流路内に生成物を貯蔵することもできるため、必要とされる発電量が急激に増加しても貯蔵してある生成物を供給することで対応することもできる。
【００２２】
本発明の電子機器は、流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路を並列に接続し、前記反応用流路毎に独立して化学反応させる反応装置と、前記反応装置における流体の化学反応により生成される生成物を使用して発電を行う発電部とを有し、前記発電部で発生した電力を受けて作動することを特徴とする。
【００２３】
本発明の電子機器によれば、反応装置を備えることにより、生成物の生成量を流路の数によって効率的に調節することができる。すなわち、電子機器の必要とする電力量を流路の数によって調節することが可能となる。したがって、電子機器の必要とする電力量が異なるような操作を行っても安定して動かせる電子機器を提供することができる。また、使用していない流路に水素を貯蔵することも可能であるため、急激に電力を必要とする場合などにおいても、素早く対応することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の反応装置は、流体を化学反応させる複数の微細な反応用流路を備え、それぞれの流路毎に独立して化学反応を行わせることができる。これにより、要求される反応生成物の量を流体の流路への供給量ではなく、反応用流路の数により調節することができる。そのため、各流路に供給される流体の量は常に一定となり、要求される反応生成物の量が変動しても、その度に反応条件を再検討する必要が無い。また、常に最適な反応条件で化学反応することができる。また、反応用流路に流入する流体の量も少ないため、流体の昇温時間及び降温時間を短くすることができる。これにより、起動や停止にかかる時間も短時間で行うことができる。
【００２５】
さらに、流路内の温度は均一となり、副反応などによる反応効率の低下を防ぐことができる。また、複数の微細な反応用流路での化学反応を流路毎に制御することで、加熱に必要なエネルギーの調節も行うことができる。すなわち、要求される生成物の量が少量であっても、使用する反応用流路の数と加熱に必要なエネルギーとを調節することにより、加熱にかかる消費エネルギーに対する生成物の生成量を低下させることなく化学反応を行うことができる。さらに、反応用流路を微細にすることにより加熱する加熱手段も小さくすることができる。また、加熱用流路を備えることにより、化学反応を行う反応用流路を加熱することができる。
【００２６】
また、加熱用流路も微細な流路により形成することができるため、装置の小型化、薄型化を実現することができる。さらに、加熱用流路と反応用流路は、同時に作製することができるため、本発明の反応装置の製造工程数を少なくすることができる。また、本発明の反応装置を利用して形成される燃料電池及び電子機器は、必要とする電力量に合わせて柔軟に効率的に生成物を提供することが可能であり、安定した運転を行うことができる。
【００２７】
本発明の反応装置の運転方法は、複数の反応用流路を流路毎に制御することによって反応生成物の必要量を流路の数により調節することが可能となる。これにより、各反応用流路の反応条件を変えずに反応生成物の生成量を調節することができ、反応効率の向上や副生成物の制御等も容易に行うことができる。このとき、それぞれの反応用流路の容積を変えることにより、必要とする生成物の生成量に応じて使用する流路を選択することができ、使用する流路の数も少なくすることができる。
【００２８】
さらに、制御部や加熱手段を制御することにより、流体を流路に留めることができ、比較的長時間の反応においても十分に反応させることができ、反応効率を向上させることができる。また、長時間の反応においても、複数の流路からの生成物を、それぞれ時間をずらして排出するように制御することで、見かけ上の反応時間を短くすることもできる。さらに、流路内には反応生成物も留めておくように制御することもできる。これにより、必要とする生成物の量が急に増加しても直に対応することができる。また、流路に流体や反応生成物を留めておくことにより、流路を反応装置と接続される他の機器に対する貯蔵容器とすることもでき、その機器も制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の反応装置及びその反応装置の運転方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明においては、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００３０】
図１は、本発明の反応装置１の一例として反応装置の断面形状を示す斜視図である。本発明の反応装置１は、基板２に化学反応としてメタノールやエタノールといった燃料を改質する改質反応を行う複数の微細な改質流路３００と、改質流路３００毎に近接配置され発熱反応として燃料を燃焼させる燃焼反応を行う微細な燃焼流路３１０と、燃焼流路３１０での燃焼反応により発生した熱を改質流路３００に伝達するための熱伝導板２１０とを有している。
【００３１】
また、改質流路３００内には改質反応のための改質触媒２２０と流路内の燃料を加熱するヒータ２４０とを有し、燃焼流路３１０内には燃焼反応のための燃焼触媒２３０と流路内の燃料を加熱するヒータ２４０とを有している。そして、本発明の反応装置１には、各流路毎に燃料の流出入を制御することができる図示されていない制御部を有している。また、その燃料を供給する燃料供給装置を有していてもよい。
【００３２】
図１においては、３つの改質流路について説明しているが、改質流路の数は限定されるものではなく、要求される改質反応の生成物の生成量などにより適宜変更することができる。
【００３３】
改質流路３００は、微細な略矩形状であり、基板２に複数形成されている。改質流路３００は、燃焼反応を行う燃焼流路３１０を近接配置させ、燃焼流路３１０で発生する熱を改質流路３００に伝えるために改質流路３００と燃焼流路３１０との上面をつなぐように熱伝導板２１０が配置されている。また、改質流路３００は、燃料の改質反応を行うために、燃料を改質流路３００に流入させる改質流路供給口４００と燃料の改質によって発生する水素や反応生成物等を排出する改質流路排出口４１０とを有している。
【００３４】
さらに、改質流路３００の内部には、燃料を改質させるための改質触媒２２０と、改質反応を行うために改質流路３００を加熱するヒータ２４０とを有している。また、ヒータ２４０や下記に説明する燃焼流路の燃焼反応の制御を行うことができるように流路内の温度を測定する温度測定装置などを流路内に設けてもよい。温度測定装置の例としては、抵抗体の温度特性を利用して温度検出を行う温度センサ等が挙げられる。
【００３５】
改質流路３００では、改質流路供給口４００から燃料を流路内に流入させて流路内で燃料と改質触媒２２０を接触させ、ヒータ２４０及び燃焼流路３１０での燃焼反応により加熱することにより改質反応を行うことができる。尚、本発明において微細とは、非常に細かいことを示すものであり、半導体製造プロセス（マイクロエレクトロメカニカルシステム技術、所謂ＭＥＭＳ技術）を利用して形成することができる。例えば、微細な流路とは非常に細かい流路のことを示し、ＭＥＭＳ技術により形成された流路のことを示す。
【００３６】
改質流路３００は、微細な流路を形成することができるものであれば、特に限定するものではない。例えば、シリコンの板材を加工して微細な改質流路３００を形成する場合、改質流路３００は、酸化シリコンからなる膜で形成されていてもよい。また、改質流路３００を形成する板材は、シリコンだけに限られるものではなく、流路を形成した際の材質が燃料及び改質反応により発生する水素等に対し耐性を有し、改質反応での熱に対し耐性を有する材質により形成されていれば特に限定されるものではない。例えば、改質流路３００を形成する板材の材質としては、セラミックス等の材質でもよい。
【００３７】
また、改質流路３００の形状は、生成物の生成量により適宜変更され、基板２に設けられる改質流路３００の全てが同じ形状でなくてもよい。例えば、流路の断面積や流路の長さを変えた流路を形成してもよい。
【００３８】
燃焼流路３１０は、各改質流路３００に近接配置されている。また、燃焼流路３１０の上面には、改質流路３００の上面とつなぐように配置された熱伝導板２１０とを有している。燃焼流路３１０は、燃焼を行うために、燃料を燃焼流路３１０に流入させる燃焼流路供給口４２０と燃料の燃焼によって発生する生成物等を排出する燃焼流路排出口４３０とを有している。さらに、燃焼流路３１０は、燃料を燃焼させるための燃焼触媒２３０と、燃焼反応を行うために燃焼流路３１０を加熱するヒータ２４０とを有している。
【００３９】
燃焼流路３１０の内部には、燃焼流路供給口４２０から燃料を流路内に流入させて流路内で燃料と燃焼触媒２３０を接触させ、ヒータ２４０で加熱することにより燃焼反応を行うことができる。すなわち、この燃焼流路３１０は、下記で説明する熱伝導板２１０とともに、改質反応を行う改質流路３００を加熱する、詳細には、改質流路３００内の燃料を加熱する加熱手段として利用することができる。
【００４０】
また、ヒータ２４０の制御を行うことができるように流路内の温度を測定する温度測定装置などを流路内に設けてもよい。温度測定装置の例としては、抵抗体の温度特性を利用して温度検出を行う温度センサ等が挙げられる。この燃焼流路３１０も改質流路３００と同様に、ＭＥＭＳ技術を利用して形成することができる。
【００４１】
燃焼流路３１０の材質も燃焼流路３００と同様に特に限定されるものではなく、適宜変更される。また、燃焼流路３１０の形状は、特に限定されるものではなく、改質流路３００の形状や発熱量等により適宜変更することができる。また、基板２に設けられる燃焼流路３１０の全てが同じ形状でなくてもよい。さらに、改質流路３００での改質反応がヒータ２４０のみの加熱により進行する場合、燃焼流路３１０は設けなくてもよい。そして、燃焼流路３１０での燃焼反応がヒータ２４０による加熱を必要としない場合、ヒータ２４０を設けなくてもよい。
【００４２】
熱伝導板２１０は、その形状を板状とし微細な改質流路３００と微細な燃焼流路３１０の上面をつなぐように配置されている。そして、熱伝導板２１０は、燃焼流路３１０での燃焼反応により発生した熱を改質流路３００に伝えることができる。熱伝導板２１０の周囲は、略真空とすることにより断熱空間となり、燃焼流路３１０で発生した熱を効率的に改質流路３００に伝えることができる。
【００４３】
熱伝導板２１０は、燃焼流路３１０とともに改質反応を行う改質流路３００内の燃料を加熱する加熱手段として利用することができる。この熱伝導板２１０もまたＭＥＭＳ技術を利用して形成することができ、この加工方法により材質が適宜変更される。例えば、シリコンの板材を加工して熱伝導板２１０を形成する場合、熱伝導板２１０となる部分にボロン（ホウ素）を拡散させることで熱伝導板２１０を加工してもよい。また、銅、アルミニウム、ニッケル、金、銀、白金等の良熱伝導性材料で形成される金属膜を熱伝導板２１０として利用してもよい。熱伝導板２１０の形状や数は特に限定されるものではなく、改質流路３００や燃焼流路３１０の形状等により適宜変更することができる。また、熱伝導板２１０は、例えば、改質流路３００での改質反応がヒータ２４０のみの加熱により進行する場合、燃焼流路３１０と同様に熱伝導板２１０は設けなくてもよい。
【００４４】
ヒータ２４０は、微細な改質流路３００の内部及び微細な燃焼流路３１０の内部の上面に設置される発熱抵抗体であり、通電により発熱することができる。本発明において、発熱抵抗体とは、通電することにより発熱をするものである。また、ヒータ２４０の加熱には通電する必要があるため、基板２の外部から電力供給を受けることができるように電極２５０と接続されている。
【００４５】
このヒータ２４０は、改質流路３００内での改質反応及び燃焼流路３１０内での燃焼反応を行う際に通電することで発熱し、流路内の燃料を加熱することができる。すなわち、ヒータ２４０は、改質反応を行う改質流路３００内の燃料を加熱する加熱手段として利用することができる。ヒータ２４０の材質としては、通電により発熱するような高抵抗材料により形成されていれば、特に限定されるものではない。
【００４６】
このヒータ２４０もＭＥＭＳ技術により基板２を加工して形成することができる。例えば、高抵抗材料を流路内部の上面部分に蒸着などの方法を用いることにより形成することができる。ヒータ２４０は、燃焼反応による発熱のみで改質反応が進行する場合、改質流路３００に設けなくてもよい。また、ヒータ２４０は、燃焼反応が燃焼触媒２３０のみで進行する場合、燃焼流路３１０に設けなくてもよい。ヒータ２４０の設置位置は、流路の上面に限られるものではなく、流路を流れる燃料を加熱することができるのであれば、どのような位置に設置されていてもよい。
【００４７】
改質触媒２２０は、改質流路３００内部の上面にヒータ２４０の近くに形成され、改質流路３００を加熱し、内部の燃料を改質させて、水素を発生させることができる。これにより、改質流路３００に流入させる燃料を改質反応により水素に変換することができる。改質触媒２２０としては、銅やアルミニウム等の酸化物等の他にコバルト等の８族の金属から１０族の金属又はそれらをベースとした合金等が挙げられ、燃料や反応条件に応じて適宜変更することができる。
【００４８】
燃焼触媒２３０も改質触媒２２０と同様に、燃焼流路３１０の上面にヒータ２４０の近くに形成される。燃焼触媒２３０は、燃焼流路３１０内で燃料を燃焼させることにより改質流路３００に伝える熱を発生させることができる。発生した熱は熱伝導板２１０により改質流路３００に伝わり、改質流路３００内で燃料の改質を行うことができる。燃焼触媒２３０としては、白金等の金属やそれをベースとした合金または酸化物などが挙げられ、燃料に応じて適宜変更することができ、多孔質のアルミナ等を担持させたものでもよい。
【００４９】
制御部７は、改質流路３００及び燃焼流路３１０への燃料の流出入を制御することができ、各流路において独立に制御することができる。そのため、制御部７は、各流路における燃料の供給口付近又は排出口付近若しくはその両方に設置され、基板２上に設置されていても、設置されていなくてもどちらでもよい。また、基板２を形成時に形成されていてもよいが、基板２の形成後実装させてもよい。
【００５０】
制御部７としては、燃料の流れる方向を１つの方向に制御することができる逆止弁や燃料の流路への流出入を制御することができるバルブなどの装置が挙げられる。例えば、逆止弁を制御部７とすると、圧力をかけることによって燃料を流路内に流入させ、燃料の流れる方向を制限することができる。そして、燃料の反応による圧力上昇等により燃料や反応生成物の逆流も防ぐことができる。また、バルブを制御部７とすると、各流路への燃料の流出入を制御することができる。例えば、３つの流路のうち２つの流路を使用する場合、２つのバルブを開き１つを閉じることで、２つの流路に燃料を流入させることができる。
【００５１】
制御装置は、制御部７とヒータ２４０との制御をそれぞれ独立して行うことができる。例えば、所定の流路で反応を行いたい場合、所定の流路の供給口側と排出口側の制御部７を燃料が流路に供給されるように制御し、また、反応を行うためにヒータ２４０を作動させることで、燃料が加熱し、反応させることができる。この制御方法は、適宜変更することができる。また、温度測定装置等の値を参照しながらヒータ２４０と一緒に制御されていてもよい。
【００５２】
また、本発明の反応装置１には、改質流路３００や燃焼流路３１０のそれぞれの流路に燃料を供給する燃料供給装置を有してもよい。本発明において、燃料供給装置とは、流路に燃料を供給することができる装置のことを示し、燃料の流速等を制御することができる装置のことである。燃料供給装置の例としては、燃料の液滴を流路に向かって吐出することができる液滴吐出装置、所謂インクジェットノズルや、燃料を流路に向かって噴霧する噴霧装置、所謂スプレーノズルのような装置等が挙げられる。例えば、液滴吐出装置で流路に燃料を流入させると、流路内への燃料の供給の制御ができるだけでなく、燃料の流速を制御することができ、流路を通過させる時間の制御を行うことができる。これにより、反応時間の制御も行うことができる。また、噴霧装置の場合、触媒表面に直接燃料を噴霧することが可能となり、転化率や反応速度を向上させることもできる。例えば、燃料供給装置を各流路の供給口付近に設置した場合、制御部７は、供給口付近に設置しなくてもよい。また、この燃料供給装置は、流路内の温度測定装置などを参照しながら制御部７やヒータ２４０と一緒に制御装置等により制御されていてもよい。
【００５３】
上述のように、本発明の反応装置１は、基板２の中に、複数の微細な改質流路３００と燃焼流路３１０と熱伝導板２１０とヒータ２４０と改質触媒２２０と燃焼触媒２３０とを有している。これらは、ＭＥＭＳ技術を利用することにより形成することができる。例えば、図２及び図３に示されるように、流路等を形成した板状部材、ヒータ２４０等を形成した別の板状部材等を接合して基板２を形成してもよい。以下に、基板２を形成する各板状部材について説明する。
【００５４】
図２は、本発明の反応装置の基板の一例を示す分解斜視図である。基板２は、上側板材１０と、上側板材１０を接合させることにより断熱空間となる凹部２００及び凹部２００に熱交換体として機能する熱伝導板２１０とを備えた伝熱板材２０と、改質反応を行う微細な改質流路３００及び燃焼反応を行う微細な燃焼流路３１０とを備える流路形成板材３０と、改質反応に利用する燃料を改質流路３００に供給する改質流路供給口４００及び改質流路３００から反応生成物等を排出する改質流路排出口４１０、並びに、燃焼反応に利用する燃料を燃焼流路３１０に供給する燃焼流路供給口４２０及び燃焼流路３１０から反応生成物等を排出する燃焼流路排出口４３０を備える下側板材４０とを接合させることにより形成されている。
【００５５】
また、図３は、本発明の反応装置の基板の一例を示す各板材の裏側を示した斜視図である。伝熱板材２０の裏側には、流路形成板材３０の改質流路３００において改質反応の触媒となる改質触媒２２０と、燃焼流路３１０において燃焼反応の触媒となる燃焼触媒２３０と、流路内の燃料を加熱させるヒータ２４０と、ヒータ２４０に電力供給する電極２５０とを有している。また、流路形成板材３０の裏側には、凹部３２０と、下側板材４０の各供給口及び各排出口と各流路をつなぐように接続穴３３０とを有している。
【００５６】
上側板材１０は、所定の厚みを有する板状部材で、下記で説明する伝熱板材２０の凹部２００を有する面と接合される。伝熱板材２０との接合により、凹部２００を断熱空間にすることができる。上側板材１０の材質及び形状は、特に限定されるものではなく、線膨張係数や熱伝導率等、伝熱板材２０の材質や形状等により適宜選択される。例えば、伝熱板材２０にシリコンを用いた場合、シリコン、セラミックス、ガラス、ポリイミド、ポリ四フッ化エチレン、ポリジメチルシロキサン等の合成樹脂が挙げられる。
【００５７】
伝熱板材２０は、凹部２００を有する板状部材で、その凹部２００の底面に熱伝導板２１０を有している。この熱伝導板２１０は、下記で説明する改質流路３００と燃焼流路３１０との熱交換を行うための熱交換体となり、燃焼流路３１０で起こる燃焼反応により発生した熱を熱伝導板２１０を介して改質流路３００に伝えることができる。また、凹部２００を有する面の裏側には、流路形成板材３０の改質流路３００及び燃焼流路３１０に流入する燃料を加熱するヒータ２４０と、改質流路３００での改質反応における改質触媒２２０と、燃焼流路３１０での燃焼反応における燃焼触媒２３０とを有している。
【００５８】
このヒータ２４０と改質触媒２２０とは、伝熱板材２０と流路形成板材３０との接合によって、改質流路３００の内部に納まるような位置に形成されている。また、ヒータ２４０と燃焼触媒２３０とは、伝熱板材２０と流路形成板材３０との接合によって、燃焼流路３１０の内部に納まるような位置に形成されている。ヒータ２４０の電極２５０は、基板２の表面に露出するように設置され、外部より電力供給をうけることができる。伝熱板材２０の材質としては、特に限定するものではなく、例えば、シリコン等の材質によって形成された板材を利用してもよい。
【００５９】
凹部２００は、略矩形状とし伝熱板材２０の所定の面に設けられ凹部２００の底面に熱伝導板２１０を有している。凹部２００の数は、反応装置１に形成する改質流路３００の数により異なり、また、その形状は、改質流路３００の形状に合わせて適宜変更される。この凹部２００は、例えば、略真空状態で上側板材１０と接合することにより、断熱空間とすることができる。これにより、燃焼流路３１０での燃焼反応で発生する熱を熱伝導板を介して効率的に改質流路３００に伝えることができる。また、反応に関わる熱、例えば燃反応の熱やヒータ２４０等からの熱を基板２の外側に放熱しないようにすることができる。
【００６０】
流路形成板材３０は、伝熱板材２０との接触面に、改質反応を行う改質流路３００を複数有し、その改質流路３００に隣接するように燃焼反応を行う燃焼流路３１０とを備えている。また、流路形成板材３０の改質流路３００及び燃焼流路３１０を有する面の裏側には、改質流路３００及び燃焼流路３１０と対応する位置に凹部３２０を有している。
【００６１】
この凹部３２０は、下記で説明する下側板材４０との接合により断熱空間を形成し、流路で発生する熱の放出を防ぐことができる。また、各流路の両端の底面には、下側板材４０に設けられる各供給口及び各排出口と接続する接続穴３３０を有しており、この接続穴３３０は、各流路底面から流路形成板材３０の裏側に貫通するように形成されている。この接続穴３３０を介して燃料を流路内に供給又は流路から基板２の外部に排出することができる。伝熱板材２０の材質としては、特に限定するものではなく、例えば、シリコン等の材質によって形成された板材を利用してもよい。
【００６２】
凹部３２０は、流路形成板材３０の裏面において、略矩形状の開口を有し、改質流路３００及び燃焼流路３１０と対応する位置に設けられている。また、凹部３２０は、流路形成板材３０の裏面から改質流路３００及び燃焼流路３１０の流路の壁面を薄膜として残すようにＭＥＭＳ技術を利用して加工されている。例えば、改質流路３００及び燃焼流路３１０の壁面を酸化膜や窒化膜、あるいは不純物イオンの拡散層を形成し、その後、裏面側からこれらの膜や層を残すように削り取られている。
【００６３】
凹部３２０は、例えば、流路形成板材３０と下記で説明する下側板材４０とを略真空で接合させることにより、凹部３２０を断熱空間とすることができ、外部に熱を放出しないようにすることができる。また、流路形成板材３０の凹部３２０の壁面には、熱を反射させる輻射防止膜を設けてもよい。これにより、下側板材４０と断熱空間を形成する際、ヒータ２４０や反応により発生する熱を外に逃がすことを防ぐとともに発生する熱を効果的に利用することができる。
【００６４】
下側板材４０は、上記上側板材１０と同様に所定の厚みを有する板状部材で形成され、流路形成板材３０の凹部３２０を有する面と接合される。また、下側板材４０は、改質流路３００に燃料を供給する改質流路供給口４００及び燃焼流路３１０に燃料を供給する燃焼流路供給口４２０、並びに、改質流路３００から反応生成物を排出させる改質流路排出口４１０及び燃焼流路３１０から反応生成物を排出させる燃焼流路排出口４３０を有しており、流路形成板材３０の接続口３３０と対応する位置に設けられている。これら供給口及び排出口は、下側板材４０の流路形成板材３０と接合される面及びその面の反対側の面を貫通するように形成されている。これにより、基板２の外部から燃料を各流路に供給し、改質流路３００及び燃焼流路３１０において行われる改質反応及び燃焼反応の生成物を排出することができる。
【００６５】
また、下側板材４０は、流路形成板材３０との接合により、凹部３２０と断熱空間を形成する位置に熱を反射させる輻射防止膜を形成していてもよい。これにより、流路内で発生する熱を反射し、改質装置の外部に熱を放出させないようにすることができる。下側板材４０の材質及び形状は、上側板材１０と同様に、特に限定されるものではなく、線膨張係数や熱伝導率等、流路形成板材３０の材質や形状等により適宜選択される。例えば、流路形成板材３０にシリコンを用いた場合、シリコン、セラミックス、ガラス、ポリイミド、ポリ四フッ化エチレン、ポリジメチルシロキサン等の合成樹脂が挙げられる。
【００６６】
基板２は、上記板材を接合することにより形成することができる。次に、基板２を形成する上記板材の加工方法の一例について図面を参照しながら説明する。尚、図４乃至図６においては、図中１つの改質流路に対して説明されているが、下記で説明する方法を用いて複数の流路を同時に形成することもできる。また、流路の形状もパターニング等を変更することで適宜変更することもできる。パターニングやエッチングの工程は、下記に示される方法に限られるものではなく、適宜変更することができる。エッチングの方法としては、例えば、ドライエッチング（ＲＩＥ）、ウェットエッチング、紫外（ＵＶ）光エッチング、レーザーエッチング、プロトン光エッチング、電子線描画エッチング、マイクロモールディング、プラズマエッチング、溶液を使った異方性エッチング等が挙げられ、作製する基板の形状等に応じて適宜変更することができる。
【００６７】
図４は、伝熱板材２０の製造工程の一例を示した図であり、伝熱板材２０の幅方向断面と長手方向断面を示している。
【００６８】
シリコンで形成された直方体板状の伝熱板材２０は、図４（ａ）のように、高温で水蒸気を用いる等の方法で伝熱板材２０の表面に酸化膜２１を形成し、次工程でボロン拡散層を形成するために表面の一部の酸化膜２１を取り除き、図４（ｂ）のように、酸化膜２１のパターニングを行う。
【００６９】
酸化膜２１のパターニングを行った伝熱板材２０は、図４（ｃ）のように、ボロンを拡散することで、ボロン拡散層２２、２３を形成させることができる。ボロン拡散層２２は、シリコンに不純物イオンが拡散させることで、この部分の熱伝導率が局所的に高くなっている。したがって、ボロン拡散層２２は、熱伝導板として利用することができる。このボロン拡散層２２は、熱伝導板として利用することができるが、熱伝導板は、上述のように金属板等を利用することもできる。この場合、ボロン拡散層２２の部分に金属板又は金属箔を接着して熱伝導板を形成してもよい。また、ボロン拡散層２３は、後の工程のマスクにもなる。
【００７０】
伝熱板材２０は、ボロン拡散層２２、２３を形成させた後、エッチングによって、図４（ｄ）のように、上記の工程で形成された酸化膜２１を取り除くことができる。そして、図４（ｅ）のように、伝熱板材２０は、ボロン拡散層２２を有する一方の面に化学気相成長（以下、ＣＶＤ）法等により伝熱板材２０のボロン拡散層２２を有する面に酸化膜２４形成させることができる。この酸化膜２４は、後に形成する配線とボロン拡散層２２との絶縁層にもなる。
【００７１】
伝熱板材２０は、酸化膜２４を形成した後、図４（ｆ）のように、酸化膜２４の外表面にヒータを含む配線２５を形成する。この方法としては、例えば、ポリシリコンを用いたプラズマＣＶＤ法によりパターニングを行うことで形成することができる。このとき、配線２５の形成と一緒に温度検出を行えるようなセンサを含む配線を行ってもよい。
【００７２】
伝熱板材２０は、上記配線２５を形成させた後、ＣＶＤ法を用いて、図４（ｇ）のように、酸化膜２４及び配線２５を覆うように酸化膜２６を形成することができる。この酸化膜２６は、電気的な絶縁体として機能する。
【００７３】
酸化膜２６を形成した伝熱板材２０は、図４（ｈ）のように、酸化膜２６の一部をエッチングし、配線２５の一部を露出させる。この露出部が外部回路との電気的な接続部分であり、ヒータの電極２５０として利用することができる。
【００７４】
図５は、流路形成板材３０の製造工程の一例を示した図であり、流路形成板材３０の幅方向断面と長手方向断面を示している。
【００７５】
シリコンで形成された板状の流路形成板材３０は、図５（ａ）のように、高温中で水蒸気を使用する等の方法で流路形成板材３０の表面に酸化膜３１を形成し、次工程でボロン拡散層を形成するために酸化膜の表面の一部を取り除き、図５（ｂ）のように、酸化膜３１のパターニングを行う。
【００７６】
酸化膜３１のパターニングを行った流路形成板材３０は、図５（ｃ）のように、ボロンを拡散させることで、ボロン拡散層３２を形成させることができる。ボロン拡散層３２は、後の工程のマスクとして用いられる。
【００７７】
流路形成板材３０は、ボロン拡散層３２を形成させた後、酸化膜３１のパターニングを行い、流路となる部分の酸化膜３１を剥離し、ドライエッチング処理や異方性ウェットエッチング等の方法で溝３３を掘る。そして、流路形成板材３０は、溝３３を形成した面と反対側の面の酸化膜３１を剥離し、図５（ｄ）のように、溝３３を有する板材を形成することができる。この溝３３は、各板材を接合して基板を作製したとき、改質流路及び燃焼流路として利用することができる。このように、ＭＥＭＳ技術を利用することにより、断面を略矩形状とした溝３３は、容易に形成することができ、同時に複数の溝３３を形成することもできる。したがって基板に複数の微細な流路を形成することができ、反応装置の小型化や薄型化を実現することができる。
【００７８】
溝３３を形成した流路形成板材３０は、ＣＶＤ法等により、図５（ｅ）のように、溝３３を形成した面に酸化膜３４を形成し、図５（ｅ）のように、流路となる溝３３の表面を流路の壁面となる酸化膜３４で被うことができる。
【００７９】
図６は、上記伝熱板材２０と上記流路形成板材３０との接合及び基板の組立ての一例を示す図であり、伝熱板材２０と上記流路形成板材３０とを接合した板材の幅方向断面と長手方向断面を示している。
【００８０】
伝熱板材２０と流路形成板材３０とは、両基板の表面を洗浄した後、加熱又は加圧により、図６（ａ）のように、配線２５側の面と溝３３側の面とを向かい合わせ、電極２５０と流路形成板材３０とを接触させないように接合させる。
【００８１】
接合した伝熱板材２０及び流路形成板材３０は、表面のボロン拡散層２３、３２がマスクとして機能するため、異方性ウェットエッチング等により、図６（ｂ）のように、ボロン拡散層２３、３２によってマスクされていない部分を選択的に削り取ることができる。これにより、凹部２００、３２０を形成させ、酸化シリコンの薄膜で形成された流路を形成することができる。このとき、熱伝導板となるボロン拡散層２２が露出した状態となる。このように、両板材を接合した後、凹部２００、３２０を形成させることにより、薄膜同士の密着性を確保することができるとともに板材の取扱いが容易となり、作成中における構造体の損傷や破壊等の心配が無くなり、製造上の信頼性が高くなる。
【００８２】
凹部２００、３２０を形成した伝熱板材２０及び流路形成板材３０は、上側板材１０と下側板材４０を略真空中で陽極接合等により接合させることで、図６（ｃ）のように、上側板材１０と伝熱板材２０と流路形成板材３０と下側板材４０とを接合することができる。略真空中での接合によって、凹部２００、３２０が略真空の空間となり、高い断熱効果を得ることができる。断熱効果を有する空間の形成方法としては、略真空中で接合させるだけに限らず、例えば、空気、窒素、アルゴン等の熱伝導率の小さい気体の雰囲気中で接合することにより、断熱効果を得ることもできる。
【００８３】
上側板材１０と下側板材２０とを接合した伝熱板材２０及び流路形成板材３０は、レーザ加工等によって、図６（ｄ）のように、流路に燃料を供給するための供給口及び流路から反応生成物を排出する排出口を形成することができる。これにより、流路内部と流路外側が接続され、配管等により燃料の流路への流出入させることができる。また、例えば、電極２５０は、基板外部から電力供給を行うように配線することで配線２５をヒータとして利用することができる。
【００８４】
供給口及び排出口の形成と配線とを行った伝熱板材２０及び流路形成板材３０は、図６（ｅ）のように流路内に触媒層を形成させる。この触媒層を形成させる方法としては、触媒を形成させる部分を予め多孔質にし、触媒を溶解した液体を接続口から流入することで、その多孔質部分に選択的に付着させる方法や、触媒を溶解した溶液が高温になることで析出する性質を持たせ、流路内にこの触媒溶液を流入させるとともにヒータを動かしてヒータにより温度上昇した部分に選択的に触媒を析出させる方法などが挙げられる。
【００８５】
上述のように、ＭＥＭＳ技術により、微細な改質流路３００を有する基板２を形成することができる。また、改質流路３００は、複数同時に作製することができるため、基板２の製造コストを低減させることができる。
【００８６】
本発明の反応装置１は、複数の微細な改質流路３００に燃料を供給し、加熱手段により加熱を行うことで改質反応を行うことができる。この燃料の供給と加熱手段による加熱は、それぞれの改質流路３００において独立して改質反応を制御することができるため、水素といった生成物の必要量に応じて使用する流路の数を調節することができるとともに使用する流路の数に応じて加熱に必要なエネルギーの調節も可能となる。これにより、生成物の必要量が少量であっても、加熱のエネルギー量に対する生成物の生成効率を下げることなく、改質反応を行うことができる。これにより反応装置１の全体の効率を向上させることができる。以下、その本発明の反応装置１を使った改質反応について説明する。
【００８７】
基板２の流路には、改質反応を行う改質流路３００と燃焼反応を行う燃焼流路３１０とがある。燃焼流路３１０においては、基板２の燃焼流路供給口４２０付近に設置された制御部７を燃焼反応に使用される燃料を流路に流入させるように制御することにより、燃料を貯蔵するようなタンク等から燃焼流路３１０に燃料を供給することができる。また、このとき、ヒータ２４０を作動させることにより、燃焼流路３１０内を加熱することができる。燃焼流路３１０内には、燃焼反応を行うための燃焼触媒２３０が備えられているため、流路内に燃料を流入させて流路内を加熱することにより、燃料の燃焼反応を起こすことができる。このとき、発生する熱は、流路上面の熱伝導板２１０を介して隣接する改質流路３００に伝わる。そして、燃焼反応により発生した生成物は燃焼流路排出口４３０から排出される。
【００８８】
一方、改質流路３００においては、基板２の改質流路供給口４００付近に設置された制御部７を改質反応に使用される燃料を流路に流入させるように制御することにより、燃料を貯蔵するようなタンク等から改質流路３００に燃料を供給することができる。また、このとき、ヒータ２４０の作動による熱及び燃焼流路３１０での燃焼反応により発生した熱により改質流路３００内を加熱することができる。改質流路３００内には改質反応を行うための改質触媒２２０が備えられているため、流路内に燃料を流入させ、ヒータ２４０及び燃焼流路３１０からの熱で流路内を加熱することにより、改質反応を行うことができる。改質反応により発生した水素及びその他の反応生成物は改質流路排出口４１０から外部に排出される。例えば、反応装置１が燃料電池と接続されている場合、改質反応により発生した水素は燃料電池の燃料として供給され、燃料電池での発電に利用することができる。
【００８９】
１つの改質流路３００における改質反応は、反応装置１を使って上記のように行われる。本発明の反応装置１の基板２には、複数の改質流路３００を備えているため、上記のような反応を流路毎に制御することができる。また、改質流路３００及び燃焼流路３１０は、微細な流路であるため、ヒータ２４０等の加熱手段も小さくすることができる。また、温度の上昇と降下に要する時間も短くなり、起動及び停止を短時間で行うことができる。
【００９０】
このとき使用される燃料は、改質反応により水素を発生することができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、メタノール、エタノールといったアルコール系材料、天然ガス、プロパン、ナフサ、灯油、ブタンといった炭化水素を含む材料等が挙げられる。改質反応と燃焼反応に利用される燃料は異なっていてもよいが、例えば、改質反応及び燃焼反応の両方の燃料にメタノールを使用するというように、同じ燃料を使用してもよい。改質反応の燃料としては、例えば、アンモニア、ナトリウムアルミニウムハイドライドやナトリウムボロハイドライドといったケミカルハイドライドのように分解によって水素が得られる材料等が挙げられ、燃焼反応の燃料としては、改質反応で発生した水素や、例えば、反応装置１と燃料電池が接続されている場合、燃料電池から排出される未使用の水素を含む排出ガスなどが挙げられる。
【００９１】
上述のように、本発明の反応装置１は、複数の微細な改質流路３００を同時に形成する作製することができるため、装置の小型化を容易とし、基板２の製造工程数を減少させ、製造コストを低減させることができる。また、改質流路３００を加熱する燃焼流路３１０も微細であり、改質流路３００と同時に作製することができる。微細な改質流路３００で化学反応を行わせることにより、流路各々に設置させるヒータ等の熱源も小さくすることができ、加熱させる燃料の量も少ないため昇温時間及び降温時間を短くすることができる。これにより、起動や停止にかかる時間も短時間で行うことができる。また、流路内の温度分布を均一とすることができ、副反応などによる反応効率の低下を防ぐことができる。
【００９２】
そして、本発明の反応装置１は、改質流路３００を複数有し、並列に接続され、それぞれの流路毎に独立して化学反応を制御することができる。これにより、生成物の必要量を流路の数により調節することができる。生成物の生成量を流路の数により調整することで、加熱に必要なエネルギーの調整も可能となる。例えば、改質反応のような加熱を必要とする反応では、少量の燃料を使用しても多量の燃料を使用しても同様に、反応を行う温度で保たなければならない。したがって、少量の燃料を反応させる場合、加熱に必要なエネルギーに対する反応生成物の生成量すなわち反応効率は低くなってしまう。本発明の反応装置１では、生成物の生成量を流路の数によって調節するため、必要とする流路に備えた加熱手段のみを使用すればよく、加熱に必要なエネルギーの消費量も抑制することができる。すなわち、生成物の必要量が少量であっても、加熱にかかる消費エネルギー量に対する生成物の生成量を下げることなく、改質反応を行うことができる。
【００９３】
また、流路１つ１つに供給される燃料の量は常に一定であるため、反応条件も一定にすることができる。これにより、燃料の供給量によって反応条件を再検討する必要が無くなり、常に最適な条件で反応することができる。すなわち、反応効率を向上させることができる。
【００９４】
この本発明の反応装置１は、上述のように、改質流路３００を並列に接続しているが、並列に接続したそれぞれの改質流路３００の後に、直列に改質流路３００を接続させてもよい。直列に接続することにより、１つの流路では十分に反応を行えなかった場合、その流路の後の直列配置された別の流路において再度反応させて十分に反応させることができる。また、流路の使用頻度により触媒活性が低下してしまった場合においても、触媒活性が低下した流路の後ろの直列配置された別の流路で、反応を行うことができるため、反応装置１の寿命を長くすることもできる。
【００９５】
また、本発明の反応装置１は、微細な改質流路３００を複数備えた基板２を複数使用することもできる。この場合、基板２の数を増加させても１つの流路における反応条件や制御方法は、基板２を１枚使用する場合と同様に行うことができる。すなわち、基板２の数を増加させることで、容易に生成物の生成量を増加させることができる。
【００９６】
本発明の反応装置１は、複数の流路を並列運転させてそれぞれの流路において独立に反応を制御することができる。この反応の制御は、主に燃料の流路への流出入や流路の加熱により行うことができる。以下、本発明の反応装置１の加熱手段や制御部の制御により効果的に反応装置を運転する方法について図面を参照しながら説明する。
【００９７】
図７は、本発明の反応装置１の運転方法を説明する図である。本発明の反応装置１は、複数の改質流路３００に燃料タンク６から供給される燃料が流入し、流路内で改質反応が起こり、反応による生成物を排出することができる。図７のように。各改質流路３００の供給口及び排出口には、流路の供給口にバルブ７１ａ及び排出口にバルブ７１ｂを備え、バルブ７１ａ、７１ｂの開閉を制御装置７０により制御する。これにより、バルブ７１ａ、７１ｂの開閉で燃料の流出入の制御を行うことができる。すなわち、流路毎に燃料の流出入を制御することができる。
【００９８】
例えば、全ての流路を使用するような多量の生成物を必要とする場合、全てのバルブ７１ａを開き、燃料を改質流路３００に流入させて燃料を反応させる。反応後、全てのバルブ７１ｂを開き、生成物を排出させる。一方、１つの流路を使用すれば、必要とされる生成物の量をまかなうことができる場合、使用する所定の流路のバルブ７１ａを１つだけ開き、所定の流路に燃料を流入させて反応を行わせる。反応終了後、使用した所定の流路のバルブ７１ｂのみを開き、生成物を排出させる。このように、本発明の反応装置１は、要求される生成物の量により使用する流路の数により調節することができる。言い換えれば、使用する改質流路３００の数を増減させることにより、反応装置１から発生する生成物の量を調節することができる。
【００９９】
複数の改質流路３００は、それぞれ独立に制御部と加熱手段を有しており、流路毎に化学反応を制御することができる。すなわち、使用しない改質流路３００の加熱手段は、作動させなくてもよい。これにより、加熱手段にかかる消費エネルギーに対する生成物の生成量を低下させることなく、効率的に生成物を供給することができる。図８のように、制御装置７０でヒータ２４０及びバルブ７１ａ、７１ｂの制御を行うことにより、使用する改質流路３００のヒータ２４０のみを加熱することができるようになる。例えば、全ての流路を使用するような多量の生成物を必要とする場合、制御装置７０は、まず、流路の供給口側バルブ７１ａを全て開き、全ての流路に燃料を供給する。次に、全てのヒータ２４０を作動させ、改質流路３００内で燃料の改質を行う。反応終了後、全ての排出口側バルブ７１ｂ反応終了後、バルブ７１ｂを全て開き、全ての流路から生成物を排出することができる。このとき生成する生成物の量は最大となる。
【０１００】
一方、１つの流路を使用すれば要求される生成物をまかなうことができる場合、制御装置７０は、所定の流路を使用するように１つのバルブ７１ａのみを開き、所定の流路のみに燃料を供給させる。次に、所定の流路のヒータ２４０を作動させ、所定の流路で燃料の改質を行う。反応終了後、所定の流路の排出口側のバルブ７１ｂを開き、所定の流路から生成物を排出する。このように、反応装置１は、流路毎に独立して制御部や加熱装置を制御することができる。したがって、要求される生成物の量を燃料の供給量で調整するのではなく、使用する流路の数で調節することができる。これにより、個々の改質流路３００の反応条件を変えずに生成物の量を調節することができ、反応効率の向上や副生成物の制御等も容易に行うことができる。また、使用しない改質流路３００の加熱手段を作動させることがなくなり、加熱手段に使用するエネルギーに対する反応生成物の生成効率を向上させることができる。
【０１０１】
図９は、本発明の反応装置の加熱手段としてヒータと燃焼流路を使用し、改質流路と燃焼流路とにおける燃料の流れる方向が同じである場合の運転方法を説明する図である。反応装置１は、ヒータ２４０とともに燃焼流路３１０への燃料の供給を制御することも可能である。例えば、全ての流路を使用するような多量の生成物を必要とする場合は、全ての供給口側バルブ７１ａを開き改質流路３００及び燃焼流路３１０に燃料を同じ方向に流すように流入させる。次に、全てのヒータ２４０を作動させことにより、全ての燃焼流路３１０では、ヒータ２４０の加熱により燃焼反応が起こり、発生した熱を燃料流路３１０に対応する改質流路３００に伝える。燃焼流路３１０からの熱とヒータ２４０からの熱とにより改質流路３００内が加熱され、燃料の改質反応が起こる。改質反応終了後、排出口側バルブ７１ｂを全て開き、改質反応の生成物と燃焼反応の生成物とを排出することができる。
【０１０２】
一方、１つの流路を使用すれば要求される生成物をまかなうことができる場合、まず、所定の改質流路３００及び所定の改質流路３００に対応する燃焼流路３１０の２つの供給口側バルブ７１ａを開き、所定の改質流路３００及び所定の改質流路３００に対応する燃焼流路３１０に限り燃料を同じ方向に流すように流入させる。次に、所定の改質流路３００及び所定の改質流路３００に対応する燃焼流路３１０のヒータ２４０を作動させる。これにより、所定の改質流路３００に対応する燃焼流路３１０では、ヒータ２４０の加熱により燃焼反応が起こり、発生した熱を所定の改質流路３００に伝えることができる。このとき、流路の周囲は断熱空間となっているため、反応を行わない流路に熱は伝わらない。燃焼流路３１０からの熱とヒータ２４０からの熱とにより所定の改質流路３００内が加熱され、燃料の改質反応が起こる。改質反応終了後、所定の改質流路３００及び所定の改質流路３００に対応する燃焼流路３１０の排出口側バルブ７１ｂを開き、改質反応の生成物と燃焼反応の生成物を排出することができる。
【０１０３】
このように、燃焼流路３１０を備えていても、同様に要求される生成物の量を使用する流路の数により制御することができる。したがって、各改質流路３００の反応条件を変えずに生成物の量を調節することができ、反応効率の向上や副生成物の制御等も容易に行うことができる。また、使用しない改質流路３００の加熱手段を作動させることがなくなり、加熱手段にかかる消費エネルギーに対する生成物の生成量を低下させることなく効率的に生成物を生成させることができる。
【０１０４】
また、上述のように燃焼流路３１０における燃料の流れる方向は、改質流路３００における燃料の流れる方向と同じ方向であっても、逆方向になっていてもよい。改質流路３００に供給する燃料と燃焼流路３１０に供給する燃料とを流す方向を逆方向とすることにより、例えば、燃焼反応の燃料を燃料電池から排出される未使用の水素を含む排出ガスを使用する場合、燃料電池側に燃焼流路３１０の供給口を設けることで配管が容易となる。
【０１０５】
一方、改質流路３００に供給する燃料と燃焼流路３１０に供給する燃料とを流す方向を同じとする場合、例えば、改質反応と燃焼反応との燃料を同じとし、その燃料を１つのタンクから供給するような場合、供給口が近くなるため配管が容易となる。図１０は、本発明の反応装置の加熱手段としてヒータと燃焼流路を使用し、改質流路と燃焼流路とにおける燃料の流れる方向が逆方向である場合の運転方法を説明する図である。燃料を流す方向を逆方向にしても上記と同様にヒータ２４０及びバルブ７１ａ、７１ｂを制御することで、要求される生成物の量を使用する流路の数で調節することができる。
【０１０６】
１つの改質流路において、バルブとヒータは制御装置により以下のように制御することができる。図１１は、本発明の反応装置１のバルブとヒータの制御フロー図である。まず、ステップＳ１において、流路の供給口側のバルブが開く。これにより、流路に燃料を流入させることができる。
【０１０７】
次に、ステップＳ２において、流路の供給口側バルブを閉じる。ステップＳ３において、ヒータが作動する。これにより、流路の燃料を反応させることができる。
【０１０８】
反応後、ステップＳ４において、流路の排出口側のバルブが開く。これにより、生成物を排出することができる。
【０１０９】
ステップＳ５において、流路の排出口側のバルブを閉じる。最後にステップＳ６において、ヒータを停止させる。また、この制御方法とは別の方法により制御することもできる。
【０１１０】
図１２は、本発明の反応装置１のバルブとヒータの制御方法の別の例を示す制御フロー図である。まず、ステップＳ１１において、ヒータが作動する。これにより、後のステップで流入する燃料を反応させることができる。
【０１１１】
次に、ステップＳ１２において、流路の供給口側のバルブが開く。これにより、流路に燃料を流入させることができる。
【０１１２】
ステップＳ１３において、流路の供給口側バルブを閉じる。ステップＳ１４において、流路の排出口側のバルブが開く。これにより、生成物を排出することができる。
【０１１３】
ステップＳ１５において、流路の排出口側のバルブを閉じる。最後にステップＳ１６において、ヒータを停止させる。
【０１１４】
１つの改質流路におけるバルブとヒータとの制御方法を示すが、基板上のその他の流路も同様に制御することができ、同じ流路において連続して動かすこともできる。このように、ヒータとバルブを動かすことにより、例えば、改質反応に時間がかかる場合においても所定の時間流路内に燃料を留めることができ、十分に反応を行わせることができ、反応効率を向上させることができる。バルブとヒータとの制御は、上述のものに限られるものではなく、要求される生成物の量や改質反応の時間等によって適宜変更することができる。
【０１１５】
上述のようにヒータとバルブを制御することで、所定の時間流路内に燃料を留めることができる。この制御を利用して複数の流路を並列に接続し、それぞれの流路を独立して反応を行わせることにより、例えば、生成物の生成量の増減を制御しやすくしたり、見かけ上反応時間を短くしたりすることができる。
【０１１６】
図１３は、本発明の反応装置からの生成物の生成量が変化する場合の時間軸に対する流路の動作を示す図である。図中のＩｎは、流路への燃料の流入を示し、Ｏｕｔは、流路からの生成物の排出を示し、矢印の長さは反応時間を示している。本発明の反応装置は、複数の改質流路を有しており、必要とする生成物の量を使用する流路の数で調節することができる。すなわち、必要とする生成物の量が多くなった場合、使用する流路の数を増やし、少なくなった場合、使用する流路の数を減少させることで調節を行うことができる。
【０１１７】
例えば、図１３のように、ある時間において要求する生成物の量が急に増えた場合、３つの改質流路を使用して対応することができる。また、要求する生成物の量が少なくなると、使用する流路の数を減らして対応することができる。これにより、使用しない流路の加熱手段を停止させることができ、加熱にかかるエネルギーの消費を抑制することができる。すなわち、加熱手段に使用するエネルギーに対する反応効率を向上させることができる。また、この流路は、燃料や反応生成物を流路内に留めることができる。
【０１１８】
そこで、要求される生成物の生成量が少ないときに、流路内に燃料を供給して反応を行い、生成する生成物を流路内に留め、必要時にその生成物を供給することも可能である。これにより、要求される生成物の量が急に増加した場合においても、反応にかかる時間を節約することができ、直に生成物を反応装置に接続される機器に供給することができる。
【０１１９】
図１４は、本発明の反応装置の複数の流路での生成物をずらして排出した場合の各流路の作動を説明する図である。図中のＩｎは、流路への燃料の流入を示し、Ｏｕｔは、流路からの生成物の排出を示し、矢印の長さは反応時間を示している。
【０１２０】
反応装置１は、例えば、図１４のように、２つの流路を使って、交互に生成物を排出させるように運転することができ、見かけ上の反応時間を２分の１にすることができる。すなわち、見かけ上の反応時間を短縮させることができる。逆に、１つの流路における反応時間が長くても、生成物をずらして排出することにより、見かけ上の反応時間を短くすることが可能となる。これにより、例えば、反応時間が長くなることで反応生成物の収率が向上する場合、全体として生成物の収率を向上させることができる。
【０１２１】
図１５は、容積の異なる改質流路を設けた本発明の反応装置の運転方法を説明する図である。反応装置１の複数の流路は、全て同じ容積でなくてもよく、流路の断面積や長さを変えて異なる容積の流路を備えてもよい。
【０１２２】
例えば、図１５のように、容積を１とする改質流路３００ａと、改質流路３００ａの２倍の容積となる容積を２とする改質流路３００ｂと、改質流路３００ｂの２倍の容積となる容積を４とする改質流路３００ｃと、改質流路３００ｃの２倍の容積となる容積を８とする改質流路３００ｄとなるような異なる容積の流路を備えてもよい。流路で生成する生成物の量は、流路に流入する燃料の量に依存すると考えることができるので、流路の容積が大きくなれば発生する水素の量も多くなる。
【０１２３】
図１５のように、異なる容積の流路を備えることにより、要求される生成物の量に応じて使用する流路を適宜変更して対応することができる。例えば、要求される生成物の量を５とした場合、改質流路３００ａと改質流路３００ｃとに燃料を供給することで要求される生成物の量に合わせて排出することができる。したがって、使用する流路の数を少なくすることができ、制御性が向上する。
【０１２４】
上述のように、本発明の反応装置１の運転方法は、複数の流路を流路毎に制御することによって要求される生成物の量で使用する流路の数を調節することが可能となる。このとき、それぞれの改質流路３００の容積を変えることにより、必要とする生成物の量に応じて使用する流路を選択することができ、使用する流路の数も少なくすることができる。また、制御部７や加熱手段を制御することにより、燃料を流路に留めることができ、比較的長時間の反応でも十分に反応させることができ、反応効率を向上させることができる。また、長時間の反応においても、複数の流路からの生成物の排出をずらすように制御することで、見かけ上の反応時間を短くすることもできる。さらに、流路内には反応生成物も留めておくように制御することもできる。これにより、必要とする生成物の量が急に増加しても直に対応することができる。
【０１２５】
上述のように、本発明の反応装置１は、燃料を改質する改質反応を行うことができるが、本発明の反応装置１により行うことができる化学反応は、上記改質反応に限られるものではなく、例えば、加熱を必要とする化学反応にも利用することができる。
【０１２６】
次に、図１６及び図１７を参照しながら、本発明の燃料電池の一例について説明する。図１６は、本発明の燃料電池の構成を示す図である。図１６のように、本発明の燃料電池８は、燃料を改質して水素を生成することができる反応装置１に、水素と酸素によって発電を行うことができる発電部８０により構成され、反応装置１で生成する水素を発電部８０に供給できるように接続されている。反応装置１は、改質反応により燃料を水素に変換させて発電部８０に供給する。発電部８０は、水素が供給されることにより、周囲の酸素とともに発電反応を行い、発電を行うことができる。
【０１２７】
図１７は、発電部の分解斜視図である。発電部８０は、図１７のように、膜中を解離したプロトンが透過する電解質８００を挟んで、水素側電極８０１と酸素側電極８０２が形成される。それら水素側電極８０１と酸素側電極８０２との外側すなわちプロトン伝導体膜８００の反対面に、それぞれ集電体８０３、８０４が密着されている。水素側電極８０１と接する集電体８０３は、水素が流入する水素供給路を有している。また、酸素側電極８０２と接する集電体８０４は、酸素が流入する酸素供給路を有している。
【０１２８】
水素側電極８０１に反応装置１により生成された水素が供給され、酸素側電極８０２に酸素が供給されることにより、発電を行うことができる。供給された水素（Ｈ２）と酸素（Ｏ２）により、電解質８００と水素側電極８０１との界面において、Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−の反応及び電解質８００と酸素側電極８０２との界面において、１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏの反応が起こる。電解質８００と電極８０１との界面で起こる反応において、電子とプロトン（Ｈ＋）が発生し、電子は水素側電極８０１から外部回路を通り酸素側電極８０２へ移動し、プロトンは電解質８００を透過して酸素側電極８０２へ移動する。電解質８００と酸素側電極８０２との界面において、移動してきた電子及びプロトンと供給される空気中の酸素とによって水を生成させる。したがって、本発明の燃料電池８は、酸素と反応装置１で生成する水素とを供給することによって発電することができる。
【０１２９】
反応装置１は、上述のように、生成させる水素の量を改質流路３００の数によって調節することができる。すなわち、必要とする発電部８０の発電量に応じて使用する改質流路３００の数を調節することができる。例えば、反応装置１の改質流路３００を全て使用して水素を発生させ、発電部８０に供給することで発電量を多くすることができる。また、反応装置１の改質流路３００のうち一部の改質流路３００を使用することにより、発電量を少なくすることもできる。このとき、反応装置１は、使用される改質流路３００のみが加熱するように制御できるため、水素を少量生成させる場合においても、それに見合う加熱などのエネルギーを供給することができる。すなわち、必要とする発電量に応じて、加熱に係るエネルギーも調節することができる。また、反応装置１の改質流路３００は、微細な流路であるため、反応装置１を薄型や小型にすることができる。
【０１３０】
したがって、本発明の燃料電池８は、発電量を反応装置１の流路の数によって調節することができる。各流路において改質反応に必要とされるエネルギーも流路の数で調節することができるため、効率的に発電反応を行うことができる。また、反応装置１は、流路内に水素を貯蔵することもできるため、必要とされる発電量が急激に増加しても貯蔵してある水素を供給することで対応することもできる。さらに、反応装置１を薄型や小型にすることができることにより、燃料電池８も小型化薄型化が可能となる。例えば、平板型のカード状の形態をとる燃料電池とすることもできる。
【０１３１】
本発明の燃料電池は、反応装置１に搭載されている制御装置によって発電部８０の制御も行っても良い。これにより、必要とされる発電量を計算し、それに見合うように使用する流路の数を調節することができる。また、反応装置１と発電部８０の間に生成させる生成物から不純物を取り除く装置等を備え付けても良い。
【０１３２】
次に、図１８及び図１９を参照しながら、本発明の電子機器の一例として、ノート型パソコンについて説明する。上述のように、燃料電池は、小型化薄型化を可能とする。例えば、平板型であるカード状の形態をとる燃料電池カード９０とすることができる。この燃料電池カードは、図１８に示すように、電子機器であるノート型パソコン９のカード用スロット９１から挿入して装着することができる。
【０１３３】
このスロット９１は、この燃料電池カード９０専用の装着本体のハウジングに設けられた穴とすることもできるが、ＪＥＩＤＡ／ＰＣＭＣＩＡにより標準化されたサイズのスロットとすることも可能である。具体的には、具体的には、ＪＥＩＤＡ／ＰＣＭＣＩＡにより標準化されたサイズは、縦（長辺）が８５．６ｍｍ±０．２ｍｍ、横（短辺）が５４．０ｍｍ±０．１ｍｍと定められている。カードの厚みについては、タイプＩとタイプＩＩのそれぞれについて規格化されており、すなわちタイプＩについては、コネクタ部の厚みが３．３±０．１ｍｍであり、基底部の厚さが３．３±０．２ｍｍである。また、タイプＩＩについては、コネクタ部の厚さが３．３±０．１ｍｍであり、基底部の厚さが５．０ｍｍ以下で且つその厚みの標準寸法±０．２ｍｍである。
【０１３４】
なお、図１８では、スロット９１は、ノート型パソコン９のキーボード側本体の側部に設けられているが、このスロット９１が設けられる部分を図１８で破線で示すセレクタブルベイ９３の一部とすることもできる。セレクタブルベイ９３は、ノート型パソコン９に対して着脱自在な複数の機能部材であり、パソコンの拡張機能を変える場合に、セレクタブルベイ９３に組み込まれる部材を交換するものである。なお、燃料電池カード９０を使用する場合には、専用のアダプターを外付けで用いることも可能であり、また、複数の燃料電池カード９０を同時にノート型パソコン９等の情報処理装置に組み込むようにしても良い。
【０１３５】
図１９は、燃料電池カード９０の外観を示す斜視図である。燃料電池カード９０は、発電を行う本体部９００と本体部９００に水素を供給できるように接続された水素供給部９２０とを有している。本体部９００は、平板状の上側筐体９０１が下側筐体９０２に合わせられる構造とされ、図１９では図示しない螺子などによって上側筐体９０１が下側筐体９０２に固着されている。上側筐体９０１には酸素を筐体内に導入するための気体流入口として開口部９０３が複数形成されている。
【０１３６】
開口部９０３の形状は、図１９のように、矩形状としているが、他の形状にすることも可能であり、円形、楕円形、ストライプ形状、多角形形状などの各種の形にすることも可能である。また、開口部９０３は、本例では板状の上側筐体９０１を切り欠いて形成されているが、酸素側電極への酸素の供給を損なわない範囲でゴミやチリなどの侵入や付着を防止するためにこの開口部９０３に網や不織布などを設けるようにすることも可能である。
【０１３７】
燃料電池カード９０の本体部９００は、膜中を解離したプロトンが透過する電解質と、電解質を挟む水素側電極及び酸素側電極とが筐体内に納められている。水素側電極には、下記で説明する水素供給部９２０の反応装置１で生成した水素が供給され、酸素側電極には、筐体に設けられている開口部より酸素が供給され、水素と酸素が互いに混合しないようになっている。筐体内には、集電体も収められており、発生した電気を集め、電子機器であるノート型パソコンに供給することができる。電極に挟まれる電解質は、必要とする発電量に応じて複数の電解質を設置しても良い。
【０１３８】
燃料電池カード９０の水素供給部９２０は、上述のように、燃料を改質することができる反応装置１と、反応装置１に供給する燃料を貯蔵するタンク９２１とを有している。そして、反応装置１とタンク９２１とは、タンク９２１中の燃料を反応装置１に供給できるように接続されている。燃料の改質により生成した水素は、本体部９００の筐体内に設置された水素側電極に供給することができる。水素供給部９２０は、本体部９００から着脱自在とされている。さらに、タンク９２１は、燃料を注入できるような構造を有していてもよく、例えば、水素供給部９２０から取り外して燃料を十分に有している新たなものに交換することができてもよい。
【０１３９】
上述のように構成される燃料電池カード９０は、以下のように作動する。水素供給部９２０内のタンク９２１中の燃料が反応装置１に供給され、燃料の改質反応により水素を発生させる。反応装置１により発生した水素は、水素供給部９２０と接続された本体部９００の筐体内に供給される。このとき、筐体に設けられた開口部９０３より酸素が供給される。したがって、水素側電極に水素が供給され、酸素側電極に酸素が供給されることになり、上述のように、電極と電解質において発電反応が起こり、発電することができる。発生した電力を筐体内の集電体により集め、燃料電池カードを９０を挿入したノート型パソコンに電力供給することができる。
【０１４０】
ノート型パソコンといった電子機器は、例えば、演算処理を行っている状態と待機状態といったように必要とする電力量が異なることがある。上述の反応装置１を備えることにより、水素の生成量を流路の数によって効率的に調節することができる。すなわち、電子機器の必要とする電力量を流路の数によって調節することが可能となる。したがって、必要とする電力量が異なるような操作を行っても安定して動かせる電子機器を提供することができる。また、使用していない流路に水素を貯蔵することも可能であるため、急激に電力を必要とする場合などにおいても、素早く対応することができる。
【０１４１】
このノート型パソコン９は、燃料電池カード９０を電源とした電子機器であるが、本発明は、このような形態のものに限られるものではなく、ノート型パソコンの内部に、直接備え付けるように構成されたものでもよい。
【０１４２】
尚、上述のように、本発明の電子機器としてノート型パソコンを例として説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、ポータブルなファクシミリ、パソコン用周辺機器、電話機、テレビジョン受像機、通信機器、携帯端末、時計、カメラ、オーディオビデオ機器、扇風機、冷蔵庫、アイロン、ポット、掃除機、炊飯器、電磁調理器、照明器具、ゲーム機やラジコンカーなどの玩具、電動工具、医療機器、測定機器、車両搭載用機器、事務機器、健康美容器具、電子制御型ロボット、衣類電子機器、輸送機械、その他の機器等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の反応装置１の一例として反応装置の断面形状を示す斜視図である。
【図２】本発明の反応装置の基板の一例を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の反応装置の基板の一例を示す各板材の裏側を示した斜視図である。
【図４】本発明の反応装置の伝熱板材２０の製造工程の一例を示す図である。図４（ａ）は、酸化膜を形成した工程を示し、図４（ｂ）は、酸化膜の一部を取り除いた工程を示し、図４（ｃ）は、ボロン拡散層を形成した工程を示し、図４（ｄ）は、酸化膜を取り除いた工程を示し、図４（ｅ）は、酸化膜を形成した工程を示し、図４（ｆ）は、配線を形成した工程を示し、図４（ｇ）は、酸化膜を形成した工程を示し、図４（ｈ）は、酸化膜の一部を取り除いた工程を示している。
【図５】本発明の流路形成板材の製造工程の一例を示す図である。図５（ａ）は、酸化膜を形成した工程を示し、図５（ｂ）は、酸化膜の一部を取り除いた工程を示し、図５（ｃ）は、ボロン拡散層を形成した工程を示し、図５（ｄ）は、エッチングした工程を示し、図５（ｅ）は、酸化膜を形成した工程を示している。
【図６】本発明の反応装置の基板の組立ての一例を示す図である。図６（ａ）は、伝熱板材と流路形成板材とを接合させた工程を示し、図６（ｂ）は、エッチングした工程を示し、図６（ｃ）は、上側板材と下側板材とを接合させた工程を示し、図６（ｄ）は、燃料の供給口と排出口とを形成した工程を示し、図６（ｅ）は、触媒層を形成させた工程を示している。
【図７】本発明の反応装置の運転方法を説明する図である。
【図８】本発明の反応装置をヒータを制御して運転する方法を説明する図である。
【図９】本発明の反応装置をヒータ及び改質流路の燃料の流れる方向と同じ方向に燃料を流す燃焼流路を制御して運転する方法を説明する図である。
【図１０】本発明の反応装置をヒータ及び改質流路の燃料の流れる方向と逆方向に燃料を流す燃焼流路を制御して運転する方法を説明する図である。
【図１１】本発明の反応装置のバルブとヒータの制御フロー図である。
【図１２】本発明の反応装置のバルブとヒータの別の制御フロー図である。
【図１３】本発明の反応装置からの生成物の生成量が変化する場合の時間軸に対する流路の動作を示す図である。
【図１４】本発明の反応装置からの生成物をずらして排出する場合の時間軸に対する流路の動作を示す図である。
【図１５】容積の異なる改質流路を設けた本発明の反応装置の運転方法を説明する図である。
【図１６】本発明の燃料電池の構成を示す図である。
【図１７】本発明の燃料電池の発電部の構成を示す図である。
【図１８】本発明の電子機器の一例を示す図である。
【図１９】本発明の電子機器に搭載する燃料電池カードの外観を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１４４】
１  反応装置
１０  上側板材
２  基板
２０  伝熱板材
２１、２４、２６、３１、３４  酸化膜
２２、２３、３２  ボロン拡散層
２５  配線
２００、３２０  凹部
２１０  熱伝導板
２２０  改質触媒
２３０  燃焼触媒
２４０  ヒータ
２５０  電極
３０  流路形成板材
３３  溝
３００、３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ  改質流路
３１０  燃焼流路
３３０  接続口
４０  下側板材
４００  改質流路供給口
４１０  改質流路排出口
４２０  燃焼流路供給口
４３０  燃焼流路排出口
６  燃料タンク
７  制御部
７０  制御装置
７１ａ、７１ｂ  バルブ
８  燃料電池
８０  発電部
８００  電解質
８０１  水素側電極
８０２  酸素側電極
８０３、８０４  集電体
９  ノート型パソコン
９０  燃料電池カード
９００  本体部
９０１  上側筐体
９０２  下側筐体
９０３  開口部
９１  スロット
９２０  水素供給部
９２１  タンク
９３  セレクタブルベイ
【図１】
2006000771.tif 000003
【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】
2006000771.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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