(57)【要約】【課題】電力を殆んど必要とすることなく、低温で排出燃料を希釈することができ、小型化を図ることが可能となる排出燃料の希釈機構を提供する。【解決手段】燃料を用いる装置から排出される排出燃料の濃度を、希釈室１０３で希釈する排出燃料の希釈機構であって、前記希釈室に、前記燃料を用いる装置から排出される排出燃料を供給する燃料入口１０１と、前記希釈室に、希釈剤を供給する希釈剤入口１０２と、前記燃料入口から供給された排出燃料と、前記希釈剤入口から供給された希釈剤とを混合する前記希釈室に設けられた拡散流路１０４と、前記拡散流路を経て希釈された排出燃料を前記希釈室外に排出する排出燃料の排出口１０５と、前記燃料入口に設けられた流路が絞られたノズル１０７と、を有し、前記ノズルによって前記希釈室への前記排出燃料の供給量を制限する構成とする。【選択図】            図１
2008124009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を用いる装置から排出される排出燃料の濃度を、希釈室で希釈する排出燃料の希釈機構であって、
前記希釈室に、前記燃料を用いる装置から排出される排出燃料を供給する燃料入口と、前記希釈室に、希釈剤を供給する希釈剤入口と、
前記燃料入口から供給された排出燃料と、前記希釈剤入口から供給された希釈剤とを混合する前記希釈室に設けられた拡散流路と、
前記拡散流路を経て希釈された排出燃料を前記希釈室外に排出する排出燃料の排出口と、
前記燃料入口に設けられた流路が絞られたノズルと、
を有し、前記ノズルによって前記希釈室への前記排出燃料の供給量を制限することを特徴とする排出燃料の希釈機構。
【請求項２】
前記ノズルのノズル径をｄとし、前記燃料を用いる装置から排出される排出燃料のパージ流量をＱとするとき、前記パージ流量Ｑと前記ノズル径ｄとの関係が下記の式を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の排出燃料の希釈機構。
2008124009.tif 000006
但し、
κ：排出される燃料の比熱比
ρ：密度
ｖ：音速
【請求項３】
前記拡散流路の流路幅または深さが、前記排出燃料の消炎距離よりも小さい寸法を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排出燃料の希釈機構。
【請求項４】
前記希釈剤入口は、前記拡散流路に対し、前記燃料入口の反対側に設置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の排出燃料の希釈機構。
【請求項５】
前記希釈剤入口は希釈剤である空気を供給する空気供給口として構成され、該空気供給口が自然拡散によって空気を取り込み可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の排出燃料の希釈機構。
【請求項６】
前記希釈剤入口と前記排出燃料の排出口とが共通に構成されていることを特徴とする請求項５に記載の排出燃料の希釈機構。
【請求項７】
前記拡散流路に、前記排出燃料と前記希釈剤とを反応させる燃焼触媒を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の排出燃料の希釈機構。
【請求項８】
前記触媒が、白金、パラジウム、またはそれらを含む化合物のいずれかであることを特徴とする請求項７に記載の排出燃料の希釈機構。
【請求項９】
前記触媒の電気抵抗を検出する検出器を有することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の排出燃料の希釈機構。
【請求項１０】
前記燃料を用いる装置と前記燃料入口とをつなぐ第１の燃料流路とは別に、前記燃料を用いる装置から前記拡散流路に前記排出燃料を供給するための第２の燃料流路を有し、
前記第２の燃料流路には、前記希釈室への前記排出燃料の供給量を制御する制御弁が設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の排出燃料の希釈機構。
【請求項１１】
前記燃料を用いる装置と前記燃料入口との間に、前記希釈室への前記排出燃料の供給量を制御する制御弁を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の排出燃料の希釈機構。
【請求項１２】
前記制御弁と前記燃料入口の間に、前記希釈室に供給される前記排出燃料の供給量を一定した量に制限するバッファ領域を有することを特徴とする請求項１１に記載の排出燃料の希釈機構。
【請求項１３】
前記燃料入口に設けられた流路が絞られたノズルに代え、前記燃料を用いる装置と前記燃料入口との間に、閉状態においても完全には流れを遮断しない制御弁を有することを特徴とする請求項１に記載の希釈機構。
【請求項１４】
前記制御弁は、下流圧力が外気圧以上、前記燃料を用いる装置の燃料圧力以下における第１の設定圧力を下回った際に開き、
かつ、前記第１の設定圧力よりも高い第２の設定圧力を上回った際に閉じることを特徴とする請求項１１乃至１２のいずれか１項に記載の排出燃料の希釈機構。
【請求項１５】
前記制御弁は、請求項９に記載の検出器によって検出された電気抵抗値が設定値を下回った際に開き、設定値を上回った際に閉じるように制御されることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の排出燃料の希釈機構。
【請求項１６】
前記燃料を用いる装置は筐体内に設置され、該筐体内の大気を前記希釈剤入口より、前記希釈室に取り込むことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の排出燃料の希釈機構。
【請求項１７】
前記希釈機構が、前記燃料を用いる装置が設置されている筐体内において、前記燃料を用いる装置よりも上部に配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の排出燃料の希釈機構。
【請求項１８】
前記排出燃料の排出口が、前記燃料を用いる装置へ外気を取り込むための通気孔を兼ねていることを特徴とする請求項１６乃至１７のいずれか１項に記載の排出燃料の希釈機構。
【請求項１９】
前記燃料を用いる装置が燃料タンクを有し、該燃料タンクの圧力開放弁から放出される燃料を、前記燃料入口または前記希釈剤入口より取り込むことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の排出燃料の希釈機構。
【請求項２０】
前記燃料を用いる装置が、燃料電池であることを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の排出燃料の希釈機構。
【請求項２１】
請求項２０に記載の排出燃料の希釈機構を搭載したことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排出燃料の希釈機構、および排出燃料の希釈機構を搭載した燃料電池システムに関し、特に、小型電気機器に搭載される小型燃料電池のパージ時に排出される燃料の希釈機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池は、様々なタイプのものが研究・開発されてきた。
中でも、固体高分子形燃料電池は、運転温度が比較的低いこと、電解質が高分子膜であるため、扱いやすいことなどの理由から、車載用や家庭用の発電装置として、広く研究開発が行なわれている。
一方、小型の電気機器を持ち運んで使用するためには、種々の一次電池、二次電池が使用されてきた。しかし、最近の小型電気機器の高性能化に伴い、消費電力が大きくなり、一次電池では、小型軽量で、十分なエネルギーを供給できなくなっている。
また、二次電池においては、繰り返し充電して使用できるという利点はあるものの、一回の充電で使用できるエネルギーは一次電池よりも更に少ない。
そして、二次電池の充電の為には、別の電源が必要である上、充電には通常数十分から数時間かかり、いつでもどこでもすぐに使用できる様にするということは困難である。
今後、電気機器のますますの小型、軽量化が進み、ワイヤレスのネットワーク環境が整うことにより、機器を持ち運んで使用する傾向が高まる中で、従来の一次電池、二次電池では機器の駆動に十分なエネルギーを供給することは困難である。
このような問題の解決策として、小型の燃料電池が注目されている。これは、燃料電池が小型電気機器の駆動源として有用な理由に体積当たり、重量当たりの供給可能なエネルギー量が従来の電池に比べて、数倍から十倍近くであるためである。
さらに、燃料のみを交換すれば連続して使用が可能であるため、他の二次電池の様に充電に時間がかかることもない。このような小型の燃料電池には、固体高分子形、あるいは、ダイレクトメタノール形の燃料電池が主に用いられている。
【０００３】
固体高分子形燃料電池は、電解質に高分子電解質膜を用い、両側に触媒電極層を備えた膜電極接合体に対し、一方の触媒電極層（アノード）に燃料（水素など）を、もう一方の触媒電極層（カソード）に酸化剤（空気など）を供給することで発電が行なわれる。
その際、生成物として水が発生する。アノード、および、カソードでの反応式は、以下の通りである。
アノード：  Ｈ2  →  ２Ｈ+  ＋  ２ｅ-
カソード：  １／２  Ｏ2 + ２Ｈ+ ＋  ２ｅ- →  Ｈ2Ｏ
一組の膜電極接合体の理論電圧は１．２３Ｖ程度で、通常の運転状態においては、０．７Ｖ程度で使用されることが多い。
そのため、より高い電圧が必要な場合や、高出力密度が必要な場合には、複数のセルを積層し、各燃料電池セルを電気的に直列に接続する場合が多い。
このような積層構造は燃料電池スタックと呼ばれ、通常、スタック内では、アノード流路とカソード流路は、セパレータと呼ばれる部材によって、隔離されている。
【０００４】
なお、以下の本発明を含む説明において、燃料流路とは、燃料電池システム内における燃料容器から供給された燃料が流通する流路を指している。
すなわち、燃料容器から燃料電池へ燃料を導くための流路、燃料電池中のアノードへ燃料を供給するための流路、アノード内に設けられた流路、燃料電池から燃料電池内の燃料を外部へ排出するための排出機構までの流路を指す。
特に、アノード内の流路をアノード流路、あるいは、単にアノードと呼ぶ。
燃料電池の発電中、固体高分子形燃料電池に使用される電解質膜は、空気を微量ながら透過するため、発電に伴い空気中の窒素や発生した水蒸気などの不純物ガスが徐々に燃料流路内に蓄積される。
特に、燃料利用率の高い、循環型やデッドエンド型の燃料電池においては、蓄積された不純物ガスにより、燃料電池の発電特性が低下する。
【０００５】
このようなことから、特許文献１では、デッドエンド型の燃料電池において、燃料流路内にパージバルブを備え、発電中にパージ動作を行うことにより、特性の低下を防いでいる。
このパージ動作は、不純物ガスを燃料ガスで追い出す動作である。そのため、排出されるガス中には、不純物ガスだけでなく、燃料ガスも含まれる。
燃料として水素を用いる場合、一般に空気との混合比が４〜７５％の範囲とならないように注意が払われる。
【０００６】
そこで、特許文献２においては、排出燃料を上記の範囲以外の濃度に希釈するため、つぎのような提案がなされている。
ここでは、燃料電池システムにおいて、パージした燃料ガスを希釈器内で、燃料電池から排出されるカソードオフガスによって希釈する提案がなされている。
さらに、特許文献３においては、燃料ガスをカソードオフガスと混合後、触媒を用いて燃焼させることにより、希釈後排出する提案がなされている。
このような触媒燃焼方式による場合、特に、燃料ガスを燃焼により希釈するに際し、炎を安定して維持する必要がある。
そのため、特許文献４においては、燃焼室の手前にバッファとなる容積室を設け、パージガスを滞留させることにより、間欠的なパージ動作に対して、燃焼室には、一定量の燃料が供給されるようにする提案がなされている。
また、触媒燃焼器としては、この特許文献４では、燃料と酸化剤とを十分に混合するため、燃焼部の上流側に混合ガスに圧力損失を与える整流板を設けている。さらには、上記整流板は、燃料の消炎直径以下の流路径を有することで、燃焼室の炎が上流にまで伝わらないようにしている。
一般に、微小空間では、体積に対して表面積の割合が大きくなり、熱が逃げやすくなる。従って、微小空間内では、燃焼熱が外壁に奪われてしまいやすいため、混合火炎中に火炎を維持することができない領域が存在する。このような現象は消炎現象（クエンチング現象）と呼ばれている。例えば、２つの平行壁の間隔がある大きさ以下になれば、火炎は伝播することができない。その限界値を消炎距離といい、通路が円管の場合には消炎直径という。消炎距離、および、消炎直径はガスによって異なり、例えば、水素の消炎距離は０．５１ｍｍである。従って、火炎を安定に維持するためには、消炎距離以上の空間が必要となり、逆に逆火を防止するためには、フィルタ径を消炎直径以下にしたフィルタ（消炎フィルタ）が使用される。
【特許文献１】特開２００４−１７１９６７号公報
【特許文献２】特開２００３−１３２９１５号公報
【特許文献３】特開２００５−１０８８０５号公報
【特許文献４】特開２００６−１８３９７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、排出燃料を前記の範囲以外の濃度に希釈するための上記した従来例の希釈器においては、つぎのような課題を有している。
例えば、上記した従来例の特許文献２の燃料電池システムでは、希釈にポンプやブロワで供給されるカソードオフガスを用いているため、自然拡散においては、十分な流量を得るのが困難である。
また、燃料ガス流量をコントロールするためには、流量制御バルブ、および、その制御用回路が必要なため、体積が大きくなり、また、制御のための電力が必要となる。
【０００８】
また、上記した従来例の特許文献３、４における触媒燃焼方式によって燃料ガスを希釈するものにおいては、燃焼室で炎が発生するため、局所的に高温になるという問題が生じる。
さらに、安定した炎を維持して燃料ガスを希釈するためには、特許文献４のように、燃焼部の上流側に混合ガスに圧力損失を与えるため、別部品による整流板を設け、燃料および酸化剤の供給量を正確に制御する必要が生じる。
特に、小型の燃焼室の場合には、消炎現象に対する対策が必要となる。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑み、電力を殆んど必要とすることなく、低温で排出燃料を希釈することができ、小型化を図ることが可能となる排出燃料の希釈機構を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、以下のように構成した排出燃料の希釈機構を提供するものである。
本発明の排出燃料の希釈機構は、燃料を用いる装置から排出される排出燃料の濃度を、希釈室で希釈する排出燃料の希釈機構であって、
前記希釈室に、前記燃料を用いる装置から排出される排出燃料を供給する燃料入口と、前記希釈室に、希釈剤を供給する希釈剤入口と、
前記燃料入口から供給された排出燃料と、前記希釈剤入口から供給された希釈剤とを混合する前記希釈室に設けられた拡散流路と、
前記拡散流路を経て希釈された排出燃料を前記希釈室外に排出する排出燃料の排出口と、
前記燃料入口に設けられた流路が絞られたノズルと、
を有し、前記ノズルによって前記希釈室への前記排出燃料の供給量を制限することを特徴とする。
また、本発明の排出燃料の希釈機構は、
前記ノズルのノズル径をｄとし、前記燃料を用いる装置から排出される排出燃料のパージ流量をＱとするとき、前記パージ流量Ｑと前記ノズル径ｄとの関係が下記の式を満たすように設定されていることを特徴とする。
2008124009.tif 000003
【００１１】
但し、
κ：排出される燃料の比熱比
ρ：密度
ｖ：音速
また、本発明の排出燃料の希釈機構は、前記拡散流路の流路幅または深さが、前記排出燃料の消炎距離よりも小さい寸法を有することを特徴とする。
また、本発明の排出燃料の希釈機構は、前記希釈剤入口は、前記拡散流路に対し、前記燃料入口の反対側に設置されていることを特徴とする。
また、本発明の排出燃料の希釈機構は、前記希釈剤入口は希釈剤である空気を供給する空気供給口として構成され、該空気供給口が自然拡散によって空気を取り込み可能に構成されていることを特徴とする。
また、本発明の排出燃料の希釈機構は、前記希釈剤入口と前記排出燃料の排出口とが共通に構成されていることを特徴とする。
また、本発明の排出燃料の希釈機構は、前記拡散流路に、前記排出燃料と前記希釈剤とを反応させる燃焼触媒を有することを特徴とする。
また、本発明の排出燃料の希釈機構は、前記触媒が、白金、パラジウム、またはそれらを含む化合物のいずれかであることを特徴とする。
また、本発明の排出燃料の希釈機構は、前記触媒の電気抵抗を検出する検出器を有することを特徴とする。
また、本発明の排出燃料の希釈機構は、前記燃料を用いる装置と前記燃料入口とをつなぐ第１の燃料流路とは別に、前記燃料を用いる装置から前記拡散流路に前記排出燃料を供給するための第２の燃料流路を有し、
前記第２の燃料流路には、前記希釈室への前記排出燃料の供給量を制御する制御弁が設けられていることを特徴とする。
また、本発明の排出燃料の希釈機構は、前記燃料を用いる装置と前記燃料入口との間に、前記希釈室への前記排出燃料の供給量を制御する制御弁を有することを特徴とする。
また、本発明の排出燃料の希釈機構は、前記制御弁と前記燃料入口の間に、前記希釈室に供給される前記排出燃料の供給量を一定した量に制限するバッファ領域を有することを特徴とする。
また、本発明の排出燃料の希釈機構は、前記燃料入口に設けられた流路が絞られたノズルに代え、前記燃料を用いる装置と前記燃料入口との間に、閉状態においても完全には流れを遮断しない制御弁を有することを特徴とする。
また、本発明の排出燃料の希釈機構は、前記制御弁が、下流圧力が外気圧以上、前記燃料を用いる装置の燃料圧力以下における第１の設定圧力を下回った際に開き、  かつ、前記第１の設定圧力よりも高い第２の設定圧力を上回った際に閉じることを特徴とする。
また、本発明の排出燃料の希釈機構は、前記制御弁が、上記した検出器によって検出された電気抵抗値が設定値を下回った際に開き、設定値を上回った際に閉じるように制御されることを特徴とする。
また、本発明の排出燃料の希釈機構は、前記燃料を用いる装置は筐体内に設置され、該筐体内の大気を前記希釈剤入口より、前記希釈室に取り込むことを特徴とする。
また、本発明の排出燃料の希釈機構は、該希釈機構が前記燃料を用いる装置が設置されている筐体内において、前記燃料を用いる装置よりも上部に配置されていることを特徴とする。
また、本発明の排出燃料の希釈機構は、前記排出燃料の排出口が、前記燃料を用いる装置へ外気を取り込むための通気孔を兼ねていることを特徴とする。
また、本発明の排出燃料の希釈機構は、前記燃料を用いる装置が燃料タンクを有し、該燃料タンクの圧力開放弁から放出される燃料を、前記燃料入口または前記希釈剤入口より取り込むことを特徴とする。
また、本発明の排出燃料の希釈機構は、前記燃料を用いる装置が、燃料電池であることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムは、上記した排出燃料の希釈機構を搭載したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電力を殆んど必要とすることなく、低温で排出燃料を希釈することができ、小型化を図ることが可能となる排出燃料の希釈機構を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施形態における排出燃料の希釈機構について説明する。
本実施形態における排出燃料の希釈機構は、燃料を使用する装置からの排出ガスを希釈するための燃料供給量をノズルと、該ノズルよりも外気取り込み部の断面積を十分に広くし、燃料の消炎距離よりも狭い空間で触媒燃焼させる希釈室によって構成される。
これにより、低温で安定した性能を有する小型希釈機構を実現したものである。
【００１４】
図１に、本実施形態における排出燃料の希釈機構の第１の構成を説明するための概要図を示す。
図１において、１０１は燃料入口、１０２は希釈剤入口、１０３は希釈室、１０４は拡散流路、１０５は排出口、１０６は制御（第２のバルブ）である。また、１０７はノズル、１０８は触媒（燃焼触媒）、１０９は燃料センサ、１１０はコントローラ、１１１は配線である。
【００１５】
本実施の形態の排出燃料の希釈機構においては、排出燃料および希釈剤（通常は外気）は、それぞれ燃料入口１０１、希釈剤入口１０２から希釈室１０３に供給される。供給された排出燃料および希釈剤（通常は外気）は希釈室にて混合・希釈された後、排出燃料の排出口１０５より希釈室外に排出される。
ここで、希釈剤入口１０２から供給される希釈剤は、通常は外気（空気）であることから、希釈剤入口１０２を、空気を供給する空気供給口として構成することができる。
燃料の供給は、制御バルブ１０６を設けることによって制御することができる。特に、燃料入口１０１と希釈室１０３との間にノズル１０７を設けることにより、燃料入口の圧力が高まった場合においても、ノズル１０７で流れがチョークし、希釈室１０３には所定の流量以上の燃料が流れ込まないようにすることができる。
このようなノズルを設けた場合には、制御バルブ１０６では、流量を正確に制御する必要がなくなり、ＯＮ／ＯＦＦだけの機能を有するものでも十分である。
また、後述の排出の方式によっては、制御バルブ１０６は不要となる。
【００１６】
ここで、上記ノズル１０７を設けることによって、所定の流量以上の燃料が流れ込まなくなる原理について、更に説明する。
一般的に気体が流れる流路中にノズルを設け、ノズルの上下流の圧力比が所定の値（臨界圧力比）以下になると、最狭部の気体の流速は音速と等しくなり、それ以上は流速が上がらないという現象が知られている（音速ノズル）。
ここで、臨界圧力比は、以下の式で表される。
2008124009.tif 000004
【００１７】
但し、κは比熱比であり、水素の場合は２原子分子なので１．４である。
従って、水素の臨界圧力比は０．５２８である。すなわち、下流圧力を１００ｋＰａの場合、上流圧力が１９０ｋＰａ以上であれば、流路はチョーク状態となり、流速は音速となる。
ここで、前記ノズルのノズル径をｄとし、前記燃料を用いる装置から排出される排出燃料のパージ流量をＱｓｃｃｍとすると、臨界圧力比以下では、前記パージ流量Ｑと前記ノズル径ｄとの関係において、以下の式が成り立っている。
2008124009.tif 000005
【００１８】
このとき、ρは上流側での流体の密度、ｖは音速である。水素の場合、１ａｔｍでの密度は、０．０８９９ｋｇ／ｍ3、常温での音速は約１３００ｍ／ｓである。
この原理は、例えば、流量計の校正、あるいはプロセスガスの流量コントロール（特開２００４−３６００６１号公報参照）、に用いられている。
【００１９】
希釈室１０３の拡散流路１０４には、壁面、および／または、上面、下面に触媒１０８を具備しておくことにより、触媒燃焼を用いて少ない希釈剤（空気）量で排燃料濃度を低くすることが可能である。
触媒１０８には白金やパラジウム、あるいはそれらを含む化合物のいずれかを使用することができる。
触媒１０８は、メッキのような液中での成膜やスパッタのような気相での成膜などにより形成することができる。
特に、より反応性を高めるためには、触媒層はより表面積が大きいものが好ましい。
これには、流路を複雑な形状とする方法の他、例えば、メッキを用いる場合には、アルミナなどのポーラス材を鋳型としたものが使用できる。
また、スパッタの場合には、スパッタのチャンバ雰囲気に酸素を混入させてポーラス状としたもの、白金微粒子をスラリー化して塗布したもの、等が使用できる。
【００２０】
流路幅または流路の深さを、燃料の消炎距離よりも小さい寸法にすると、炎が発生できなくなる。
この場合、炎が発生せず反応が穏やかに進むため、局所的な発熱を抑制し、希釈室内の温度をほぼ均一にすることができる。
【００２１】
また、本実施の形態では、触媒の電気抵抗を検出器により検出することができる構成とされている。これにより、希釈室内の温度、および、燃料濃度をモニタリングすることができる。
このような燃料センサ１０９として用いる触媒としては、希釈用の触媒を用いても良いし、モニタリング専用の触媒を用いても良い。
特に、モニタリングには、上記の多孔質白金の他、ワイヤ状の白金なども使用できる。
特に、排出ガスの濃度を検出する場合には、燃料センサ１０９は、排出口１０５の近傍に設置することが好ましい。
希釈室内の温度が異常に上昇したり、未処理の燃料が燃料センサ１０９である触媒に接触して燃焼すると、燃料センサ１０９の温度が上昇し、抵抗値が変化する。
このようにして、変化した抵抗値を配線１１１を介して測定し、得られた値が所定の値を超えた場合に、不図示の警告装置によってユーザーに警告を出し、あるいはコントローラ１１０によって制御バルブの流量を減らすようにすることができる。
【００２２】
希釈室内の流路は、燃料と希釈剤とが混合されやすいように、狭く、また、複雑に流れが、分離／合流を繰り返すものが好ましい。
また、排出口での流路抵抗は、逆流を防ぐために、燃料入口や希釈剤入口の流路抵抗よりも低いことが好ましく、また、十分に混合、希釈が行われる程度に流れが制限されていることが好ましい。
特に、希釈ガスを自然拡散のみによって取り込む場合のように、燃料ガスに対して、希釈ガス量を積極的に増やすことが難しい場合には、希釈剤入口と排出口とを共通のものとすることができる。
図２に、上記構成として、希釈剤入口１０１と排出口１０５とを共通のものとした本実施形態における排出燃料の希釈機構の第２の構成を示す。
この場合、希釈剤は希釈室１０３に対して燃料と反対側から供給される。排出口（兼希釈剤取り入れ口）を燃料入口に対して十分広くすることで、希釈に十分な希釈剤を自然拡散のみでも取り込むことができる。
【００２３】
燃料入口に対して、排出口の口径を広くした構成としては、例えば、図３、図４、図５、図６に示すような構成を採ることができる。
図３に本発明の実施形態における第２の構成を具体化した第１の構成例の模式的構成を示す。図３において（ａ）は模式的斜視図、（ｂ）は模式的上面図、（ｃ）はＡ−Ａ’における模式的断面図である。
構造の詳細及び作製方法は後述するが、多孔体もしくは格子状の形状を有する拡散流路１０４の孔壁面には触媒１０８が設けられている。ここで、格子の開口径、あるいは、多孔質体の孔径を燃料の消炎距離以下とする。
すなわち、燃料ガスが水素である場合は、水素の消炎距離である５００μｍ以下、例えば、３００μｍとする。さらに、構造保持と広表面積化のため、格子状流路を作製して梁として利用し、開口部を多孔質とすることも可能である。
拡散流路１０４の下面側に燃料を供給するための燃料入口１０１が設けられている。
そして、拡散流路１０４の上面側に、排出口１０５兼希釈剤入口が設けられている。
この場合のノズルとしては、上下方向には一様な間隙を有するスリット形状を採用している。ノズルサイズは、ガス種と圧力、流量によって変わるが、例えば、燃料が水素で、燃料入口での圧力が、２００ｋＰａである場合にはスリットの高さを３００μｍ、巾を４０μｍとすると、流量を１００ｃｃ／ｍｉｎ程度に制限することができる。
ノズルと拡散流路間の空間のサイズは、少なくとも一方向において、希釈される燃料に対する消炎距離以下となるように設計される。図３の場合は（ｃ）における高さ方向が消炎距離以下に設計されている。
燃料センサ１０９としては図２の説明において用いられたものと同様のものが用いられ得る。
また、図４に示される本発明の実施形態における第２の構成を具体化した第２の構成例では、円筒形状部の上面を覆うように表面に触媒を設けた多孔質体による拡散流路１０４が設けられ、拡散流路１０４の上面に排出口１０５兼希釈剤入口が設けられている。
そして、この拡散流路１０４の背面側から燃料を取り込むための燃料入口１０１が設けられている。この場合のノズルは、流路の断面は円形であり、燃料入口での圧力が、２００ｋＰａである場合には最も絞った部分の直径は１２５μｍ程度が適当である。
また、図５に示される本発明の実施形態における第２の構成を具体化した第３の構成例では、中空円筒形状部の円筒部が触媒を設けた多孔質体による拡散流路１０４で構成され、この拡散流路１０４の円筒外表面に排出口１０５兼希釈剤入口が形成されている。
そして、この中空円筒形状部の中空部に、下方から燃料入口１０１を介して燃料が取り込まれるように構成されている。
また、図６に示される本発明の実施形態における第２の構成を具体化した第４の構成例では、中空球形状部の球形部が触媒を設けた多孔質体による拡散流路１０４で構成され、この拡散流路１０４の球形外表面に排出口１０５兼希釈剤入口が形成されている。
そして、この中空球形状部の中空部に、下方から燃料入口１０１を介して燃料が取り込まれるように構成されている。
【００２４】
また、燃料入口に供給される燃料が間欠的である場合には、図７に示す本実施の形態における第３の構成を採ることができる。
この構成では、制御バルブ１０６とノズル１０７の間にバッファ領域１１２を設けることにより、希釈室１０３には常に一定した量を流しつづけることができる。
間欠的に供給される燃料を一度に希釈しようとすると、大容積の希釈室が必要になるのに対し、このようにバッファ領域１１２を設けることで、希釈室に供給される燃料の供給量を一定した量に制限することで、希釈室の容積を小さくすることができる。
【００２５】
以上の希釈機構の構成によれば、燃料電池や燃焼装置など燃料を用いる装置の排出ガスを低い温度で低濃度化することができ、またシステムの小型化を図ることが可能となり、特に、高分子電解質膜を用いた燃料電池の小型化に有用である。
【実施例】
【００２６】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、図２に示す希釈機構（ただし、制御バルブ１０６は別）を半導体加工技術を用いた作製方法について説明する。
図８に、本実施例における希釈機構の作製プロセスを説明するための工程図を示す。
図８において、１０１は燃料入口、１０４は拡散流路、１０５は排出口（希釈剤入口）、１０７はノズル、１０８は触媒、１０９は燃料センサ、１１１は配線、２０１は基板１、２０２は基板２である。
【００２７】
図８（ａ）に示す工程において、まず、本作製プロセスに用いるシリコンウェハである基板１（２０１）を用意する。
ウェハには、例えば、厚さ５２５μｍのものが用いられる。
後に使用するエッチング工程で、ＩＣＰ−ＲＩＥを使用する場合には、基板の面方位に特に制約はないが、異方性ウェットエッチングを用いる場合には、（１００）面が上になっているものが好ましい。
【００２８】
次に、図８（ｂ）に示す工程では、希釈室、燃料入口、希釈剤入口（排出口）、拡散流路を形成する。
流路パターンをフォトリソグラフィによりパターニングし、ウェハをエッチングする。
エッチングには、ＩＣＰ−ＲＩＥやＫＯＨなどを用いた異方性ウェットエッチングを使用することができる。エッチング深さは３００μｍ程度である。
また、燃料ガスが水素である場合は、拡散流路１０４の間隔は、水素の消炎距離である５００μｍ以下、例えば、３００μｍとする。
また、この場合のノズルとしては、上下方向には一様な間隙を有するスリット形状を採用している。本実施例においては、燃料が水素で、燃料入口での圧力が、２００ｋＰａであり、スリットの高さを３００μｍ、巾を４０μｍとしたため、流量は１００ｃｃ／ｍｉｎに制御できた。
エッチングの際のマスクには、厚膜のフォトレジストを使用しても良いし、アルミニウムや酸化シリコンを使用しても良い。エッチング後、マスク、フォトレジストを除去する。
【００２９】
図８（ｃ）に示す工程では、拡散流路中に触媒層を形成する。
触媒には、Ｐｔなどを使用することができる。
触媒の形成は、スパッタやメッキのほか、微粒子からなるスラリを塗布することができる。スパッタは、通常のアルゴンや窒素などの不活性ガス下で行うこともできるが、スパッタ中に酸素を混入させることで、表面積の大きな触媒層を形成することもできる。
【００３０】
図８（ｄ）に示す工程では、上板に用いるウェハである基板２（２０２）を用意する。ウェハには、シリコン、あるいは、パイレックス（登録商標）ガラスを使用することができる。厚さは例えば、５２５μｍのものが使用できる。
また、図８（ｅ）は、配線１１１、および、燃料センサ１０９を形成する工程である。
電極、配線１１１には、Ａｕなどを使用でき、スパッタやＥＢ蒸着などで薄いＣｒ層の上に成膜すると良質の膜が得られる。
さらに、燃料センサ１０９は、ＰｔやＰｄをスパッタなどで成膜することによって形成される。
配線１１１、および、燃料センサ１０９のパターニングには、フォトレジストによるリフトオフやシャドーマスクにより成膜が適している。
また、電極、配線１１１には、Ｐｔを使用することも可能で、この場合は、配線層とセンサ層を共通化できる。
【００３１】
図８（ｆ）に示す工程では、２つの基板を接着する。
接合は接着剤などを使用しても良いし、基板２（２０２）がシリコンウェハの場合には、拡散接合、パイレックス（登録商標）ガラスの場合には、陽極接合を使用することができる。
以上の各工程により、図２に示す希釈機構を作製する。
【００３２】
［実施例２］
実施例２においては、図３に示す希釈機構（ただし、制御バルブ１０６は別）を半導体加工技術を用いた作製方法について説明する。
図９に、本実施例における希釈機構の作製プロセスを説明するための工程図を示す。
図９において、１０１は燃料入口、１０４は拡散流路、１０７はノズル、１０８は触媒、１０９は燃料センサ、１１１は配線、２０１は基板１、２０２は基板２である。
【００３３】
図９（ａ）に示す工程において、まず、本作製プロセスに用いるウェハである基板１（２０１）を用意する。
ここでは、例えば、厚さ５２５μｍのものが用いられる。ウェハにはシリコンウェハを用いることができ、後に使用するエッチング工程で、ＩＣＰ−ＲＩＥを使用する場合には、基板の面方位に特に制約はない。
しかし、異方性ウェットエッチングを用いる場合には、ノズル１０７の形状に合わせて面方位を選択する。また、ウェハにガラスウェハを用いてもよい。
【００３４】
図９（ｂ）に示す工程では、燃料入口１０１、ノズル１０７を形成する。
ここでは、流路パターンをフォトリソグラフィによりパターニングし、ウェハをエッチングする。
エッチングには、ＩＣＰ−ＲＩＥやＫＯＨなどを用いた異方性ウェットエッチングを使用することができる。
エッチング深さは３００μｍ程度である。また、燃料ガスが水素である場合は、エッチング深さは、水素の消炎距離である５００μｍ以下、例えば、３００μｍとする。
また、この場合のノズルとしては、上下方向には一様な間隙を有するスリット形状を採用している。本実施例においては、燃料が水素で、燃料入口での圧力が、２００ｋＰａであり、スリットの高さを３００μｍ、巾を４０μｍとしたため、流量は１００ｃｃ／ｍｉｎに制御できた。
エッチングの際のマスクには、厚膜のフォトレジストを使用しても良いし、アルミニウムや酸化シリコンを使用しても良い。
エッチング後、マスク、フォトレジストを除去する。ガラスウェハを使用した場合には、流路はサンドブラストを使用したり、濃フッ酸によってエッチングすることにより加工できる。
【００３５】
図９（ｃ）に示す工程では、本作製プロセスに用いるウェハである基板２（２０２）を用意する。ウェハには、シリコンウェハを使用する。
図９（ｄ）に示す工程では、拡散流路１０４、および、排出口１０５（希釈剤入口）を形成する。
拡散流路１０４は、多孔質体や格子状の流路によって構成される。多孔質な流路は、ｐドープされたシリコンウェハを濃フッ酸中で陽極化成することによって作製できる。
また、格子状流路は、ＩＣＰ−ＲＩＥやＫＯＨなどを用いた異方性エッチングによって作製できる。
ここで、格子の開口径、あるいは、多孔質体のポア径を燃料の消炎直径以下とする。
すなわち、燃料ガスが水素である場合は、水素の消炎距離である５００μｍ以下、例えば、３００μｍとする。さらに、構造保持と広表面積化のため、格子状流路を作製して梁として利用し、開口部を多孔質とすることも可能である。
【００３６】
図９（ｅ）に示す工程では、拡散流路中に触媒層を形成する。
触媒には、Ｐｔなどを使用することができる。触媒の形成は、スパッタやメッキのほか、微粒子からなるスラリを塗布することができる。
スパッタは、通常のアルゴンや窒素などの不活性ガス下で行うこともできるが、スパッタ中に酸素を混入させることで、表面積の大きな触媒層を形成することもできる。成膜は、燃料流路に近い側（図の下面）から行うのが好ましい。
【００３７】
図９（ｆ）に示す工程では、配線１１１、および、燃料センサ１０９を形成する。
電極、配線１１１には、Ａｕなどを使用でき、スパッタやＥＢ蒸着などで薄いＣｒ層の上に成膜すると良質の膜が得られる。
さらに、燃料センサ１０９は、ＰｔやＰｄをスパッタなどで成膜することによって形成される。
配線１１１、および、燃料センサ１０９のパターニングには、フォトレジストによるリフトオフやシャドーマスクにより成膜が適している。また、電極、配線１１１には、Ｐｔを使用することも可能で、この場合は、配線層とセンサ層を共通化できる。
図９（ｇ）に示す工程では、２つの基板を接着する。
接合は接着剤などを使用しても良いし、基板１（２０１）がシリコンウェハの場合には、拡散接合、パイレックス（登録商標）ガラスの場合には、陽極接合を使用することができる。
以上の各工程により、図３に示す希釈機構を作製する。
【００３８】
［実施例３］
実施例３においては、本発明の希釈機構を燃料電池のパージガス処理装置として搭載した燃料電池システムについて説明する。
図１０に、本実施例の燃料電池システムの構成を説明するための概略図を示す。図１０において、１０１は燃料入口、１０２は希釈剤入口、１０５は排出口、３０１は希釈機構、３０２は燃料電池、３０３は燃料タンク、３０４はアノード、３０５はカソード、３０６は電解質膜、３０７は通気孔である。
【００３９】
本実施例において、燃料タンク３０３には燃料が蓄えられており、燃料流路（第１の燃料流路）を通過して燃料電池３０２のアノード３０４に供給される。
燃料には、例えば水素を用いることができ、水素吸蔵合金などを燃料タンク３０３に充填しておけば、より低圧で効率よく水素を蓄えることができる。
また、燃料流路（第１の燃料流路）内には燃料タンク３０３から燃料電池３０２への燃料の供給を制御する第１のバルブ（制御弁）３０８が設けられている。
また、燃料を燃料流路外に排出する第２のバルブ（制御弁）１０６が設けられている。
第２のバルブの燃料流路（第２の燃料流路）は、希釈機構３０１へと接続されている。
希釈機構へ供給された排燃料は、外気によって希釈後、排出口１０５より排出される。
一方、酸化剤としては大気を通気孔から自然拡散によって取り込むことができる。発電された電力は出力端子を介して外部機器に供給される。
【００４０】
ここで、燃料電池のパージ動作にともなう、希釈機構の動作について説明する。燃料電池のアノード室には、電解質膜やその他の部材を介して、空気が微量ではあるが侵入する。
空気中の酸素は触媒で燃料と反応して水となる。また、発電に伴ってカソードで発生した水も、電解質膜中を拡散し、アノードに達する。
すなわち、アノード中には、燃料の他に窒素や水（水蒸気）などの不純物が蓄積される。従って、アノード内での燃料濃度低下に伴う発電性能低下を防ぐためには、アノード内の不純物を排出するパージ動作が必要となる。
燃料電池にパージ命令を出すタイミングは、発電後所定の時間が経過することによっても良いし、燃料電池の電圧をモニタリングしておき、電圧が所定の値を下回った場合でも良い。
また、燃料流路内のガス濃度を測定しておき、不純物濃度が所定の値を上回るか、燃料濃度が所定の値を下回った場合でも良い。
【００４１】
ここでは、一例として、希釈機構として、実施例１に示す作製方法によって作製された希釈機構を使用する。
上記パージ命令によって、パージを行う場合、アノード容積やアノードの圧力損失、流路パターンにもよるが、アノード容積が１ｃｃ程度の小型燃料電池では、１００ｓｃｃｍ程度の流量で数秒間のパージを行う。
このとき、希釈機構のノズル１０７の直径を１２５μｍ程度とし、１００ｓｃｃｍの流量を排出した。
希釈機構に供給された燃料は、希釈流路内で希釈され、排出される。
パージ流量が多すぎ、十分に希釈できない場合には、燃料センサ１０９の検出値が増加し、第２のバルブ１０６を閉じる。
パージの終了は、一定の時間経過後でも良いし、燃料電池の電圧が所定の値を上回った場合でも良い。
また、燃料センサ１０９の値が所定の値以上になった場合でも良い。
【００４２】
また、図７のようにバッファ領域を設けても良い。
例えば、１回のパージを１００ｓｃｃｍで２秒間、パージを３０分に一度行うこととする。
バッファ領域を３ｃｃ程度とし、ノズル１０７の直径を３μｍとすると、排燃料の流量は０．１ｓｃｃｍ程度となる。
従って、パージしたガスは一度バッファ領域に蓄積され、３０分かけてゆっくりと希釈機構に供給される。
このようにすることで、希釈機構の容積を小さくできるとともに、一度に処理する排燃料の量が少ないので、発熱や排ガス量が瞬間的に増加するのを避けることができる。
【００４３】
制御バルブ１０６には、電磁力などで制御されるアクティブバルブを使用してもよいが、特開２００４−０３１１９９号公報に開示されているような、バルブが開く圧力と閉じる圧力が異なるようにヒステリシスを有する小型の減圧弁を使用することもできる。
また、この小型の減圧弁は、電力などを必要とせずに、下流側圧力を一定の値に保つ働きをし、また設定圧力を様々な値に設計することができる。
したがって、このような弁を使用し、減圧弁の下流圧力が外気圧以上、燃料電池のアノード流路の燃料圧力以下の第１の設定圧力を下回った際に開き、この第１の設定圧力よりも高い第２の設定圧力を上回った際に閉じるように設定する。
また、電磁力などで制御されるアクティブバルブを使用した際には、検出器によって検出された電気抵抗値が設定値を下回った際に開き、設定値を上回った際に閉じるように構成することができる。
このようにしておけば、希釈機構には、一度に一定量以上の燃料が流れ込むことがなく、排出ガスを適切な濃度以下に保つことができる。
さらに、上記減圧弁によれば、構成が単純な上、駆動のための動力源を必要としないため、システムの小型化、低消費電力化に適している。
【００４４】
［実施例４］
実施例４においては、本発明の希釈機構を燃料電池のパージガス処理装置として搭載した燃料電池システムの、実施例３とは異なる形態について説明する。
燃料電池と希釈機構との関係は、図１０に示された実施例３の場合と、基本的には異ならないが、本実施例でのパージは、間欠的に行うのではなく、常に不純物の侵入レートよりも多い、一定量のガスを排出し続ける構成が採られる。
【００４５】
図１１に、本実施例における第１の希釈機構の構成例を説明するための概要図を示す。本実施例の希釈機構には、図１１に示すように、第２のバルブ１０６を用いず、希釈室１０３の入口のノズル１０７によって、制限された流量のガスが、常に排出されるように構成される。
燃料に水素を使用し、ノズルの径を３μｍ、燃料電池アノード内の圧力を２００ｋＰａとした場合には、ガス流量は約０．１ｓｃｃｍとなる。
一方、燃料電池の停止時の劣化防止のためや燃料電池を長時間使用していなかったために燃料電池アノード内が大気によって置換されている場合には、起動時にアノード内の大気を燃料に置換する必要がある。
この場合、上記希釈機構では、流量が少ないため、起動に時間がかかってしまう場合がある。
【００４６】
このような際には、つぎのような第２の希釈機構の構成を採ることができる。図１２に、上記第２の希釈機構の構成例を説明するための概要図を示す。
図１２に示すように、燃料電池３０２から希釈機構への流路として、前記ノズル１０７を有する流路とは別にもう１本、第２の流路を備えるようにし、該流路中の第２のバルブ１０６を起動時に開くことにより、迅速な置換を行うようにすることができる。
第２のバルブは、燃料センサ１０９の検出する燃料濃度が、所定の値を超えた場合に閉じるようにしておけば、起動時の不純ガスを追い出した時に閉じるようにすることができる。
さらに、このようにしておけば、第２のバルブ１０６は、発電を終了し、第１のバルブ３０８を閉じた際にも開くので、アノード内を大気に置換しやすくすることができ、燃料電池の劣化を防ぐことができる。
【００４７】
さらに、燃料電池３０２の燃料流路の一部の圧力損失が大きい場合には以下のような構成が有効である。
すなわち、第１のバルブ３０８の下流で、かつ、高圧力損失部の上流で流路を分岐し、一方を燃料電池３０２に供給し、もう一方を第２の燃料入口１１３に接続する。
また、燃料電池３０２からの排出流路は、燃料入口１０１に接続する。
この構成では、起動時には、分岐点よりも上流の不純ガスは第２の流路入口１１３から、速やかに希釈機構３０１に排出され、一方、高い圧力損失部よりも下流の不純ガスは、燃料入口１０１からゆっくりと排出される。
このような起動方法を用いることによって、高い圧力損失部を有する場合にも、起動時のパージ動作を速やかに行うことができる。
また、第２の流路を設ける代わりに、ノズル１０７に代え、閉状態においても完全には流れを遮断しない制御弁を用いることができる。
すなわち、ノズル１０７の代わりに閉まりきらない制御バルブ（閉じた場合でも微小な流量があるバルブ）を第２のバルブ１０６として、図２に示すように配置することによっても、起動特性を改善することができる。
図１３に、上記ノズル１０７の代わりに閉まりきらないようにした制御バルブの構成例を示す。
図１３において、４０１は弁体、４０２は弁座、４０３はダイヤフラム、４０４はアクチュエータ、４０５はすきまである。
図１３に示すように、この制御バルブは、閉じた状態でも、すきま４０５から、わずかな量の流れが発生するように構成されている。
【００４８】
［実施例５］
実施例５においては、本発明の希釈機構を燃料電池の筐体内に設置した燃料電池システムの構成例について説明する。
図１４に、本実施例における希釈機構を搭載した第１の燃料電池システムの構成を説明するための概要図を示す。
図１４において、１０１は燃料入口、１０２は希釈剤入口、１０５は排出口、１０８は触媒、３０１は希釈機構、３０２は燃料電池、３０３は燃料タンク、３０７は通気孔、３０９は燃料電池の筐体である。
【００４９】
本実施例において、希釈剤入口１０２は燃料電池の筐体３０９の内部に設けられている。
このようにすることで、燃料電池の破損などにより、システム内でリークが発生し、筐体内に燃料が漏洩した際にも、リークした燃料を希釈剤入口１０２より希釈機構３０１に取り入れ、希釈して排出することができる。
特に、燃料が水素のように、空気よりも軽い場合には、リークした燃料は上方に拡散するので、希釈機構３０１を燃料電池システム内の上部に設けることが好ましい。
【００５０】
また、排出口１０５を大面積にし、図１５に示す第２の燃料電池システムの構成例のように、燃料電池通気孔３０７と兼ねることもできる。
また、図１６に示す第３の燃料電池システムの構成例のように、燃料タンク３０３にタンク圧力が所定の値を超えた際に開く、圧力開放弁３１０を備える場合には、圧力開放弁３１０から放出された燃料を希釈機構３０１に導くようにすることもできる。
【００５１】
［実施例６］
実施例６においては、図４に示す希釈機構（ただし、制御バルブ１０６は別）を半導体加工技術を用いた作製方法について説明する。
図１７に、本実施例における希釈機構の作製プロセスを説明するための工程図を示す。
図１７において、１０４は拡散流路、１０７はノズル、１０８は触媒、１１１は配線、２０３は基板である。
図１７（ａ）に示す工程において、まず、本作製プロセスに用いるシリコンウェハである基板２０３を用意する。
ウェハには、両面からのエッチングを行うため、両面研磨であり、かつ、エッチングのストップ層として使用できる酸化膜層が間にあるＳＯＩ（シリコンオンシンシュレータ）ウェハが好ましい。
各層の厚さは、ハンドル層３００μｍ、ＢＯＸ層１μｍ、デバイス層１μｍのものを使用する。
後に使用するエッチング工程で、ＩＣＰ−ＲＩＥを使用する場合には、基板の面方位に特に制約はないが、異方性ウェットエッチングを用いる場合には、（１００）面が上になっているものが好ましい。
【００５２】
次に、図１７（ｂ）に示す工程では、燃料入口、ノズルを流路を形成する。
流路パターンをフォトリソグラフィによりパターニングし、ウェハをエッチングする。
エッチングには、ＩＣＰ−ＲＩＥやＫＯＨなどを用いた異方性ウェットエッチングを使用することができる。
エッチング深さは３００μｍ程度で、酸化物層にあたってエッチングがストップする。ノズル形状は、通常、ＩＣＰ−ＲＩＥを用いた場合には、丸穴形状（テーパーなし）、異方性ウェットエッチングを用いた場合には、角穴テーパー形状となる。
ただし、ＩＣＰ−ＲＩＥでのレシピを調整することで若干のテーパーを持たせたり、ウェットエッチングに用いるマスクパターンを結晶面を考慮して補正した形状にすることで、丸穴テーパーノズルに近いものを作製することができる。
また、ノズル部分の開口面積の異なるマスクを２枚使用して、２段階のエッチングを行うことにより、ノズル部に絞りを形成することも可能である。
本実施例においては、燃料が水素で、燃料入口での圧力が、２００ｋＰａであり、ノズル径を１２５μｍとしたため、流量は１００ｃｃ／ｍｉｎに制御できた。エッチングの際のマスクには、厚膜のフォトレジストを使用しても良いし、アルミニウムや酸化シリコンを使用しても良い。
複数のマスクを使用する場合には、種類の異なる益子を用いても良いし、同じ種類で厚さが異なるものを使用しても良い。エッチング後、マスク、フォトレジストを除去する。
【００５３】
図１７（ｃ）に示す工程では、拡散流路を形成する。マスクを施し、フッ化水素溶液中で陽極化成を行うことで、ポーラスな拡散流路を形成することができる。
図１７（ｄ）に示す工程では、触媒層、および、配線を形成する。触媒には、Ｐｔなどを使用することができる。
触媒の形成は、スパッタやメッキのほか、微粒子からなるスラリを塗布することができる。
スパッタは、通常のアルゴンや窒素などの不活性ガス下で行うこともできるが、スパッタ中に酸素を混入させることで、表面積の大きな触媒層を形成することもできる。
また、配線は、Ａｕなどを使用でき、スパッタやＥＢ蒸着などで薄いＣｒ層の上に成膜すると良質の膜が得られる。パターニングには、フォトレジストによるリフトオフやシャドーマスクにより成膜が適している。
最後にマスクおよび、ノズル部の酸化物層をエッチングすることで、希釈器が完成する。
配線１１１、および、燃料センサ１０９のパターニングには、フォトレジストによるリフトオフやシャドーマスクによる成膜が適している。
以上の各工程により、図４に示す希釈機構を作製する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態における第１の構成を説明するための概要図。
【図２】本発明の実施形態における第２の構成を説明するための概要図。
【図３】本発明の実施形態の第２の構成を具体化した第１の構成例を説明するための概要図。
【図４】本発明の実施形態の第２の構成を具体化した第２の構成例を説明するための概要図。
【図５】本発明の実施形態の第２の構成を具体化した第３の構成例を説明するための概要図。
【図６】本発明の実施形態の第２の構成を具体化した第４の構成例を説明するための概要図。
【図７】本発明の本実施の形態における第３の構成を説明するための概要図。
【図８】本発明の実施例１における希釈機構の作製プロセスを説明するための工程図。
【図９】本発明の実施例２における希釈機構の作製プロセスを説明するための工程図。
【図１０】本発明の実施例３における希釈機構を燃料電池のパージガス処理装置として搭載した燃料電池システムの構成を説明するための概要図。
【図１１】本発明の実施例４における第１の希釈機構の構成を説明するための概要図。
【図１２】本発明の実施例４における第２の希釈機構の構成を説明するための概要図。
【図１３】本発明の実施例４における制御バルブの構成を説明するための概要を表す断面図。
【図１４】本発明の実施例５における希釈機構を搭載した第１の燃料電池システムの構成を説明するための概要図。
【図１５】本発明の実施例５における希釈機構を搭載した第２の燃料電池システムの構成を説明するための概要図。
【図１６】本発明の実施例５における希釈機構を搭載した第３の燃料電池システムの構成を説明するための概要図。
【図１７】本発明の実施例６における希釈機構の作製プロセスを説明するための工程図。
【符号の説明】
【００５５】
１０１：燃料入口
１０２：希釈剤入口
１０３：希釈室
１０４：拡散流路
１０５：排出口（希釈剤入口を兼ねる場合あり）
１０６：制御バルブ（第２のバルブ）
１０７：ノズル
１０８：触媒
１０９：燃料センサ
１１０：コントローラ
１１１：配線
１１２：バッファ領域
１１３：第２の燃料入口
２０１：基板１
２０２：基板２
２０３：マスク
３０１：希釈機構
３０２：燃料電池
３０３：燃料タンク
３０４：アノード
３０５：カソード
３０６：電解質膜
３０７：通気孔
３０８：第１のバルブ
３０９：筐体
３１０：圧力開放弁
４０１：弁体
４０２：弁座
４０３：ダイヤフラム
４０４：アクチュエータ
４０５：すきま
【図１】
2008124009.tif 000007
【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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【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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