(57)【要約】【課題】安定した触媒燃焼反応を起こさせることのできる発電システム、及び、その発電システムを備えた電子機器を提供する。【解決手段】発電システム１００は、燃料を改質することで改質ガスを生成する改質器３と、改質ガスから一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器４と、改質器３の熱源となる触媒燃焼器（第一の燃焼器）５と、触媒燃焼器５から供給された改質ガスに加湿を行なう加湿器６と、改質ガスの電気化学反応により電力を取り出す燃料電池７(発電セル)と、を備え、燃料を改質器３で改質ガスに生成し、生成した改質ガスを一酸化炭素除去器４で一酸化炭素を除去した後、改質器３の熱源となる触媒燃焼器５に改質ガスを供給して一部燃焼させた後に、燃料電池７に供給することによって発電する。【選択図】図１
2008066073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を改質することで改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器により生成された前記改質ガスが供給され、前記改質ガスを燃焼することで前記改質器の熱源となる第一の燃焼器と、
前記第一の燃焼器で燃焼されずに残った前記改質ガスが供給されて電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、
を備えることを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記改質器と前記第一の燃焼器との間の前記改質ガスの経路に、
前記改質器によって水素とともに生成される一酸化炭素の濃度を下げる一酸化炭素除去器を備えることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記第一の燃焼器と前記発電セルとの間の前記改質ガスの経路に、
前記改質器によって水素とともに生成される一酸化炭素の濃度を下げる一酸化炭素除去器を備えることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項４】
燃焼ガスが供給され、前記燃焼ガスを燃焼する第一の燃焼器と、
前記第一の燃焼器で燃焼されずに残った前記燃焼ガスが供給されて電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、
を備えることを特徴とする発電システム。
【請求項５】
前記発電セルの発電に使われなかった未反応の前記改質ガスを燃焼する第二の燃焼器を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の発電システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の発電システムと、前記発電システムによって発電された電気により動作する電子機器本体と、を備え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、燃料から改質された改質ガスの電気化学反応により発電する発電システム、及びその発電システムを備えた電子機器に関する。
【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、水素の電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池が自動車や携帯電子機器などに応用され始めている。水素は、常温で気体であるために取り扱い及び貯蔵方法に問題があることから、貯留した水素を燃料電池に供給するのではなく、通常はメタノール等のアルコールや炭化水素を貯留し、貯留したアルコール又は炭化水素を触媒の存在下で反応させることにより水素を主成分としたガスを生成し、水素を主成分としたガスを燃料電池に供給することが行われている。
このような燃料電池へ水素を供給するための小型の化学反応装置として、シリコンやガラスに代表される基板で微細な反応流路を形成し、流路内でメタノール水溶液等を元に小規模の化学反応を起こさせる改質器と呼ばれる装置がある。このような小型改質器を含め、容積当たりの大きな表面積をもつ微小空間で反応を行うことにより、従来よりも精密に濃度や温度を制御できる反応器をマイクロリアクターと呼んでいる。マイクロリアクターは、大量の反応生成物を得るために、従来の化学プラントのように反応容器をスケールアップするのではなく、その利点を活かして、複数並べることで生成物の量を稼ぐ発電システムが考えられている。
【０００３】
発電システムの一例として、図１１にその模式図を示す。この発電システム３００では、燃料容器３０１内のメタノール等の発電用燃料を気化器３０２により気化し、気化された発電用燃料を改質器３０３により水素ガスの他、二酸化炭素、一酸化炭素を含む改質ガスに改質し、その改質された改質ガス中の一酸化炭素を一酸化炭素除去器３０４により除去（濃度を下げ）、そして、加湿器３０６により加湿された後、一酸化炭素除去後の水素ガスを燃料電池（発電セル）３０７に供給する。燃料電池３０７では水素と酸素を電気エネルギーに変換するが、全ての水素を使い切ると発電効率の低下を招くため、改質ガス中の水素のうち７０％程度を電気エネルギーに変換し、残りの水素を触媒燃焼器３０５にて空気中の酸素との反応により燃焼させて熱エネルギーに変換し、改質器３０３及び一酸化炭素除去器３０４を加熱して所定の化学反応が進行するように改質させるための反応熱に充てている。
ところで、メタノール燃料から水素を製造するために３００℃近い高温が必要であるが、このことは真空断熱容器３１０中に改質器３０３、一酸化炭素除去器３０４及び触媒燃焼器３０５を収納することで熱損失を低減でき、改質のための反応熱は前述の通り触媒燃焼による発熱によって補うが、低熱損失条件下では、燃料電池３０７から排出される余剰の水素を全て燃焼すると熱量が余ってしまうことになる。また、燃料電池３０７の発電量の変化に伴って燃料電池３０７での水素利用率は変化するために、燃料電池３０７から排出される水素量は一定ではない。そこで、燃料電池３０７における余剰の水素を使用して燃焼する触媒燃焼器３０５における熱量は、触媒燃焼器３０５に導入する空気量によって制御することになり、さらに余剰の水素が触媒燃焼器３０５から排出されることになる。
【０００４】
また、特許文献１に示すようなシステムがある。燃料であるメタノールを燃焼器で燃焼させている。
燃料であるメタノールを燃焼して改質器の熱源とする方式の先行例としては、他に、非特許文献１に示される例もある。
【特許文献１】特開２００１−１０６５０６号公報
【非特許文献１】J. Pavio, Abstracts of the 2003 Fuel Cell Seminar, Miami Beach, 973 (2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料電池の電解質膜はイオンの導電性を高く維持するために加湿した状態で使用する必要があり、燃料極側には加湿器により適切な加湿条件で加湿された改質ガスが送り込まれるが、例えば、負荷変動により負荷が軽くなると発電セルの温度が下がり、水が燃料電池内で液化する場合がある。この現象によってガス流の脈動（フラッディング）が起こる。図１１に示す発電システムの場合、ガス流の脈動（フラッディング）が起こると燃料電池の下流に触媒燃焼器が設けられているので、触媒燃焼器における触媒燃焼反応の挙動に影響を及ぼし、改質器や一酸化炭素除去器における温度管理が難しくなるという問題がある。その結果、水素を含む改質ガスを安定して得ることができない。
それを解決するために、上記のようなメタノールを燃焼して熱源とする方式の発電システムが考えられてはいるが、このシステムでは、メタノールを触媒燃焼器の燃料として使用しているので、メタノールや水を貯留する容器や気化器がそれぞれ複数必要になるという問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、安定した触媒燃焼反応を起こさせることのできる発電システム、及びその発電システムを備えた電子機器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、発電システムにおいて、燃料を改質することで改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器により生成された前記改質ガスが供給され、前記改質ガスを燃焼することで前記改質器の熱源となる第一の燃焼器と、
前記第一の燃焼器で燃焼されずに残った前記改質ガスが供給されて電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発電システムにおいて、
前記改質器と前記第一の燃焼器との間の前記改質ガスの経路に、
前記改質器によって水素とともに生成される一酸化炭素の濃度を下げる一酸化炭素除去器を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１に記載の発電システムにおいて、
前記第一の燃焼器と前記発電セルとの間の前記改質ガスの経路に、
前記改質器によって水素とともに生成される一酸化炭素の濃度を下げる一酸化炭素除去器を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、発電システムにおいて、燃焼ガスが供給され、前記燃焼ガスを燃焼する第一の燃焼器と、
前記第一の燃焼器で燃焼されずに残った前記燃焼ガスが供給されて電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、
を備えることを特徴とする
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発電システムにおいて、
前記発電セルの発電に使われなかった未反応の前記改質ガスを燃焼する第二の燃焼器を備えていることを特徴とする。
【００１１】
請求項６の発明は、電子機器において、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発電システムと、前記発電システムによって発電された電気により動作する電子機器本体と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る発電システムによれば、燃料電池におけるガス流の脈動に影響されることなく、安定した触媒燃焼反応を起こさせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されないものとする。
［第一の実施の形態］
図１は、第一の実施の形態における発電システム１００、及び、電子機器本体１０００を含む概略構成を示したブロック図である。
発電システム１００の主要部は、液体燃料（例えば、改質により水素を生成することのできるメタノール、エタノール等、及び、それらの水との混合液）を貯留した燃料容器１と、燃料容器１から供給された混合液を気化する気化器２と、気化器２から供給された混合気を触媒により水素リッチな水素ガスに改質する改質器３と、改質器３から供給された改質ガスの中から燃料電池（発電セル）７を劣化する要因となる一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器４と、一酸化炭素除去器４から供給された改質ガス中の水素ガスの一部を燃焼させることにより改質器３を加熱する燃焼熱を発生する触媒燃焼器（第一の燃焼器）５と、触媒燃焼器５から供給された改質ガスに加湿を行なう加湿器６と、触媒燃焼器５から加湿器６を経由して加湿され供給された改質ガス中の水素ガスの電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池７と、燃料電池７から排出された水素ガスを燃焼させて除去した後、排熱させる水素燃焼器（第二の燃焼器）８と、を備えている。触媒燃焼器５は、一酸化炭素除去器４の下流で燃料電池７の上流に設けられている。なお、高温な水蒸気改質反応が起こる改質器３と、低温な選択酸化反応が起こる一酸化炭素除去器４とにより改質部が構成されている。
【００１４】
ここで、発電システム１００は、携帯電話機、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機、遊技機、家庭用電気機器、その他の電子機器に用いられる。この場合、気化器２、改質器３、一酸化炭素除去器４、触媒燃焼器５、加湿器６、燃料電池７及び水素燃焼器８からなる発電装置本体は電子機器本体に搭載されており、燃料容器１は電子機器本体を介して発電装置本体に装着された場合、燃料容器１から気化器２に混合液が供給されるようになっている。燃料電池７により生成された電気エネルギーは電子機器本体を駆動するために用いられる。
具体的には、図１に示すように、発電システム１００は、燃料電池７により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１２１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２１に接続される２次電池１２２と、それらを制御する制御部１２３も備える。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１２１は燃料電池７により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換したのちに電子機器本体１０００に供給する機能の他に、燃料電池７により生成された電気エネルギーを２次電池１２２に充電し、燃料電池７側が運転されていない時に、電子機器本体１０００に２次電池１２２側から電気エネルギーを供給する機能も果たせるようになっている。制御部１２３は気化器２、改質器３、一酸化炭素除去器４、触媒燃焼器５、加湿器６、燃料電池７、水素燃焼器８を運転するために必要な図示しないポンプやバルブ類、そして、ヒータ類、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２１等を制御し、電子機器本体１０００に安定して電気エネルギーが供給されるような制御を行なう。
【００１５】
燃料電池７は、触媒微粒子を含有又は付着させた燃料極（水素極）と、触媒微粒子を含有又は付着させた酸素極（空気極）と、燃料極と酸素極との間に挟持された固体高分子電解質膜と、を備える。
【００１６】
気化器２、改質器３、一酸化炭素除去器４、触媒燃焼器５及び水素燃焼器８は、後述するが、いずれも２枚の基板を接合した構造を有し、どちらか一方又は両方の基板の接合面に葛折り状のマイクロ流路が形成されている。触媒燃焼器５では、燃焼触媒（例えば、白金等）がマイクロ流路の壁面に形成され、改質器３では、水蒸気改質触媒（例えば、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒やＰｄ／ＺｎＯ系触媒）がマイクロ流路の壁面に形成され、一酸化炭素除去器４では、選択酸化触媒（例えば、白金等）がマイクロ流路の壁面に形成されている。水素燃焼器８では、水素の酸化を促進させる触媒（例えば、白金等）がマイクロ流路の壁面に形成されている。なお、各触媒は、少なくとも一種類以上の金属種又は少なくとも一種以上の金属酸化物が含まれていることが好ましい。
改質器３、一酸化炭素除去器４及び触媒燃焼器５は、熱損失を低減するために断熱容器１０内に収容されている。断熱容器１０は、ガラス製又は金属製の箱体であり、断熱容器１０の内壁面には、赤外線のような熱源となる電磁波に対して断熱容器１０よりも高い反射性の赤外線反射膜（例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ）が成膜され、断熱容器１０の中空の圧力が１０Ｐａ以下、望ましくは１Ｐａ以下に減圧された状態に保たれている。また、断熱容器１０内には、触媒燃焼器５の他に、改質器３及び一酸化炭素除去器４の精密な温度制御のための電熱材からなる温度センサが設けられている。温度センサは、温度変化に応じて電気抵抗が変化し、所定の印加電圧又は電流に対する抵抗値から温度を読み取ることができるものである。
【００１７】
次に、発電システム１００の動作について説明する。
気化器２、改質器３及び一酸化炭素除去器４のそれぞれの薄膜ヒータが電気により発熱し、気化器２、改質器３及び一酸化炭素除去器４がそれぞれ所定の温度になるように加熱される。この状態で、ポンプが作動すると、燃料容器１に貯留された混合液が気化器２のマイクロ流路に供給される。混合液が気化器２のマイクロ流路を流動している時に、混合液が気化して混合気が生成される。気化されて高圧になったその混合気が相対的に低圧の改質器３のマイクロ流路に供給され、マイクロ流路において混合気が流動して、混合気が触媒に接触する。混合液がメタノールと水との混合液の場合、これにより、メタノールと水が触媒の作用を受けて、化学反応式（１）のような水蒸気改質反応が起こる。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2  …（１）
また、化学反応式（１）についで逐次的に起こる化学反応式（２）によって微量の一酸化炭素ＣＯが副成される。
Ｈ２＋ＣＯ２→Ｈ２Ｏ＋ＣＯ  …（２）
【００１８】
改質器３で生成された改質ガスは一酸化炭素除去器４のマイクロ流路に供給され、更に空気が一酸化炭素除去器４のマイクロ流路に供給される。そして、このマイクロ流路においては、化学反応式（２）で微量に副成され一酸化炭素が一酸化炭素除去器４のマイクロ流路に形成された触媒の作用を受けて、化学反応式（３）に示すように選択的に酸化され、除去される。
２ＣＯ＋Ｏ２→２ＣＯ２  …（３）
そして、改質ガスがそのマイクロ流路から触媒燃焼器５に供給されるとともに、外部から触媒燃焼器５に空気が供給される。改質ガス中の水素及び供給された空気が、触媒燃焼器５のマイクロ流路を流動する。そして、改質ガス中の水素は、改質器３の熱損失分の発熱量、改質器３における改質反応熱と、一酸化炭素除去器４における一酸化炭素酸化反応熱の吸熱量との差分の熱量が得られるだけの空気中の酸素と燃焼触媒により酸化反応し、酸化反応により発生した燃焼熱は、改質器３における改質反応熱に用いられる。
触媒燃焼器５の酸化反応に使われなかった余剰の改質ガスは、加湿器６を経由して、加湿された後、さらに燃料電池７の燃料極に供給され、空気が燃料電池７の酸素極に供給される。燃料極においては、電気化学反応式（４）に示すように、改質ガス中の水素が燃料極の触媒微粒子の作用を受けて水素イオンと電子とに分離する。水素イオンは固体高分子電解質膜を通じて酸素極に伝導し、電子は燃料極により取り出される。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-  …  （４）
【００１９】
酸素極においては、電気化学反応式（５）に示すように、空気中の酸素と、固体高分子電解質膜を通過した水素イオンと、燃料極により取り出された電子とが反応して水が生成され、電力が生成される。
２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ  …  （５）
そして、燃料極からは電気化学反応式（４）に示す反応を起こさなかった未反応の水素が排出されて、水素燃焼器８に供給される。水素燃焼器８においては、水素の酸化反応により無害化されて排熱される。
なお、加湿器６としては、バブラー内の温水に配管によって改質ガスを導入して水素ガスに加湿するバブラー式の加湿器、スプレーして加湿するスプレー式の加湿器、加湿された中空糸膜に改質ガスを通すことにより加湿する膜式の加湿器等が知られている。
【００２０】
次に、上記発電システム１００を構成する改質器３の構成について説明する。
図２は、改質器３の正面、側面及び平面を示す斜視図であり、図３は図２におけるIII−III矢視断面図である。図４は流路基板３１aの上面図、図５は図４におけるV−V矢視断面図、図６は流路基板３１aの下面図である。
改質器３は、金属、セラミック、シリコン、アルミニウム、ガラス等の材料から板状に形成された流路基板３１ａと蓋基板３１ｂとを互いに重ね合わせて接合した構造を有している。流路基板３１ａの蓋基板３１ｂとの接合面には葛折り状の溝が凹んだ状態に形成されており、この溝に蓋をするように流路基板３１ａに蓋基板３１ｂを接合することによって、この溝が流路基板３１ａと蓋基板３１ｂとの接合部に設けられたマイクロ流路３１ｃとなる。ここで、流路基板３１ａと蓋基板３１ｂとが改質器３の本体であり、マイクロ流路３１ｃが本体内に形成された内部空間である。蓋基板３１ｂのみにマイクロ流路が形成されていてもよく、流路基板３１ａ及び蓋基板３１ｂの両者にマイクロ流路が形成されていてもよい。流路基板３１ａと蓋基板３１ｂは後述する陽極接合によって接合される場合、基板間の界面において、一方が可動イオンとなる酸素イオンの供給源となり、他方が酸素イオンと結合することになるため、金属（又はシリコン）基板、ガラス基板の組合せや、ガラス基板、接合用金属膜が被膜されたガラス基板の組合せや、金属基板、接合用ガラス膜が被膜された金属基板の組合せが好適である。
【００２１】
流路基板３１ａの接合面とは反対側の面には薄膜ヒータ３１ｄが形成されている。薄膜ヒータ３１ｄは電気エネルギーにより発熱する電熱膜であり、具体的には電気抵抗性発熱体、半導体性発熱体を薄膜状に成膜したものである。マイクロ流路３１cの壁面には、本発明に係る触媒３１eが形成されている。
【００２２】
図７は蓋基板３１bの上面図、図８は図７におけるVIII−VIII矢視断面図である。蓋基板３１bには、流路基板３１aのマイクロ流路３１cの両端部と対応する位置に、厚さ方向に貫通する導入孔３１ｆ、排出孔３１ｇが設けられている。導入孔３１ｆは気化器２から反応物を反応流路へ案内し、排出孔３１ｇは反応流路から生成物を排出し、一酸化炭素除去器４へ案内する。
【００２３】
ここで、触媒３１eを改質器３のマイクロ流路３１cに充填する充填方法について説明する。図９は、触媒３１eをマイクロ流路３１cに充填する第一の充填方法を経時的に示した断面図である。
【００２４】
始めに、サンドブラスト等で削ることにより葛折り状のマイクロ流路４１cが予め形成された流路基板３１aを準備し（図９（ａ）参照）、流路基板３１aの一方の面上（マイクロ流路３１cが形成された面上）にドライフィルムからなるフォトレジスト３２を貼り付ける（図９（ｂ）参照）。フォトレジスト３２を貼り付けたら、フォトレジスト３２をパターニングしてフォトレジスト３２のマイクロ流路３１cに対応する部分に開口部３３を形成する（図９（ｃ）参照）。
【００２５】
なお、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示す工程では、マイクロ流路３１cが予め形成された流路基板３１aにフォトレジスト３２を貼り付けてパターニングしているが、マイクロ流路３１cが形成される前の流路基板３１aにフォトレジスト３２を貼り付けて葛折り状にパターニングし、パターニング後のフォトレジスト３２をマスクとしてエッチングすることによってマイクロ流路３１cを形成してもよい。
【００２６】
開口部３３を形成したら、マイクロ流路３１cの内壁面及び開口部３３の内壁面を含むフォトレジスト３２の表面に、触媒前駆体を溶媒中に分散させた分散液を塗布して、触媒前駆体層３４（図９（ｄ）参照）を形成する。溶媒中に分散させる触媒前駆体は、下記乾燥・焼成工程の処理に供される前の物である。
【００２７】
触媒前駆体層３４を形成したら、フォトレジスト３２とその面上に形成された不要の触媒前駆体層３４とを、機械的力により流路基板３１aから引き剥がして除去し、マイクロ流路３１cの内壁面にのみ触媒前駆体層４４を残存させる（図９（ｅ）参照）。ただし、フォトレジスト３２を除去する場合に、流路基板３１aの表面上にレジスト残渣（スカム）が僅かに残存したときには、当該レジスト残渣を酸素プラズマアッシングにより除去するのがよい。これは、後述する接合を確実にするためである。
【００２８】
フォトレジスト３２を除去したら、流路基板３１aの他方の面上（マイクロ流路３１cが形成されていない面上）に葛折り状の金属酸化物等からなる電気発熱抵抗体であるヒータ３１dを成膜し、ヒータ３１dに加熱するための配線を接続する（図９（ｆ）参照）。ヒータ３１dを成膜したら、流路基板３１aの一方の面上に蓋基板３１aを重ね合わせ、３００〜８００℃程度の高温環境下において流路基板３１aと蓋基板３１bのうち一方側が陽極で他方側が陰極となるように１ｋＶ程度の電圧を印加し、流路基板３１aと蓋基板３１bとを陽極接合する（図９（ｇ）参照）。ヒータ３１dは、マイクロ流路３１cを流れる流体を加熱するものであるのでマイクロ流路３１cと平面的に見て重なるように配置させてもよい。またヒータは、マイクロ流路３１cが形成される前の段階で流路基板３１aに形成されていてもよい。
【００２９】
蓋基板３１bと流路基板３１aとを陽極接合したら、ヒータ３１dを作動させて流路基板３１aを加熱し、マイクロ流路３１cの内壁面に残存した触媒前駆体層３４を乾燥・焼成する。この乾燥・焼成工程は、ヒータ３１dでの加熱の代わりに、陽極接合された蓋基板３１b及び流路基板３１aを加熱炉内に入れて加熱することによってなされてもよい。触媒前駆体層３４を乾燥・焼成したら、マイクロ流路３１cの一端部３１ｈと他端部３１ｉにそれぞれ配管をそれぞれ接続し、ヒータ３１dの再度の作動により流路基板３１aを加熱した状態で一方の管から他方の管に向けてマイクロ流路３１c中で水素（水素を含む混合気体でもよい。）を流通させ、触媒前駆体層３４について水素還元処理をおこなう。
【００３０】
以上の工程を経ることで、触媒前駆体層３４が触媒３１eからなる層に化学変化し、触媒３１eを改質器３のマイクロ流路３１cに充填することができる。
【００３１】
なお、上記充填方法のその他の例として、サンドブラスト等で削ることにより葛折り状のマイクロ流路を予め形成した流路基板と蓋基板とを互いに重ね合わせて、陽極接合した後、流路基板に金属酸化物等からなる電気発熱抵抗体である葛折り状のヒータを成膜、その後、マイクロ流路の内部を、触媒前駆体を溶媒中に分散させた分散液で満たし、ヒータを作動させて分散液を乾燥させることによりマイクロ流路の内壁面に触媒前駆体層を形成、さらに、ヒータを作動させて触媒前駆体層を焼成して、水素を流通させることにより触媒前駆体層の水素還元処理を行い、このようにして触媒前駆体層が触媒からなる層に化学変化させることで、触媒を改質器のマイクロ流路に充填しても良い。
【００３２】
また、改質器３以外の気化器２、一酸化炭素除去器４、触媒燃焼器５及び水素燃焼器８も、図示しないが改質器３と同様に流路基板と蓋基板とを接合した構造を有し、流路基板と蓋基板との接合部にマイクロ流路が設けられており、蓋基板との接合面とは反対側の面に薄膜ヒータが成膜されている。
【００３３】
以上のように、本発明の第一の実施の形態によれば、一酸化炭素除去器４の下流で燃料電池７の上流に、改質器３及び一酸化炭素除去器４の熱源である触媒燃焼器５が設けられているので、改質器３で生成された水素を含む改質ガスが、一酸化炭素除去器４で一酸化炭素が除去された上で触媒燃焼器５に供給されて一部燃焼された後、加湿器６を経由して、加湿されて、燃料電池７に供給される。そのため、触媒燃焼器５における触媒燃焼反応が、燃料電池７内で発生するガス流の脈動（フラッディング）の影響を受けることなく安定した挙動を示す。その結果、触媒燃焼器５の反応熱によって加熱される改質器３や一酸化炭素除去器４の温度も変動することがなく、改質器３及び一酸化炭素除去器４において、安定した水素生成反応を起こすことができる。
また、燃料電池７の発電量の変化に伴って排出される水素分圧の変化に触媒燃焼反応が影響されることなく安定するので、この点においても改質器３及び一酸化炭素除去器４の温度が変動することなく、安定した水素生成反応を起こすことができる。
また、一酸化炭素除去器４によっても除去されなかった改質ガスに含まれる微量の一酸化炭素は、触媒燃焼器５内での酸化反応によってさらに低濃度化されるので、発電効率の向上に繋がる。
さらに、燃料電池７から排出される未反応の水素は、水素燃焼器８によって燃焼除去した後排出するので、可燃物である余剰の水素がそのまま排出されることがなく、安全である。
また、燃料を貯留する燃料容器は１つでよく、そのため気化器も分ける必要がないという、メタノールを燃焼させるシステムにない効果がある。
【００３４】
［第二の実施の形態］
図１０は、第二の実施の形態における発電システム２００の主要部の概略構成を示したブロック図である。
第二の実施の形態の発電システム２００は、第一の実施の形態の発電システム１００と同様に、燃料容器２０１と、気化器２０２と、一酸化炭素除去器２０３と、改質器２０４と、触媒燃焼器２０５と、加湿器２０６と、燃料電池２０７と、水素燃焼器２０８とを備えているが、改質器２０３の下流で一酸化炭素除去器２０４の上流に触媒燃焼器２０５が設けられており、改質器２０３で改質された改質ガスを一酸化炭素除去器２０４に供給する前に触媒燃焼器２０５を経由して、一酸化炭素除去器２０４に供給し、燃料電池７には一酸化炭素除去器２０４から改質ガスが供給される点で、第一の実施の形態と異なる。なお、その他の燃料容器２０１、気化器２０２、一酸化炭素除去器２０４、改質器２０３、触媒燃焼器２０５、加湿器２０６、燃料電池２０７、水素燃焼器２０８、断熱容器２１０の各構成については、第一の実施の形態の燃料容器１、気化器２、一酸化炭素除去器４、改質器３、触媒燃焼器５、加湿器６、燃料電池７、水素燃焼器８、断熱容器２１０とそれぞれ同様のため、その説明を省略する。
【００３５】
発電システム２００では、気化器２０２、改質器２０３及び一酸化炭素除去器２０４が加熱され、燃料容器２０１内の混合液が気化器２０２に供給されて気化して混合気が生成された後、改質器２０３にて水蒸気改質反応（上記化学反応式（１）、（２）参照）が起こる。これによって、改質器２０３で生成された改質ガスが、触媒燃焼器２０５に供給されるとともに、外部から触媒燃焼器２０５に空気が供給されて、改質ガス中の水素及び供給された空気が、触媒燃焼器２０５のマイクロ流路を流動する。そして、改質ガス中の水素は、改質器２０３の熱損失分の発熱量、改質器２０３における改質反応熱及び一酸化炭素除去器２０４における一酸化炭素酸化反応熱の発熱量が得られるだけの空気中の酸素と燃焼触媒により酸化反応する。酸化反応により発生した燃焼熱は、改質器２０３における改質反応熱、一酸化炭素除去器２０４における一酸化炭素酸化反応熱に用いられる。
触媒燃焼器２０５の酸化反応に使われなかった余剰の改質ガスは、一酸化炭素除去器２０４のマイクロ流路に供給されるとともに外部から空気が供給されて、一酸化炭素が触媒の作用を受けて選択的に酸化され、除去される（上記化学反応式（３）参照）。
そして、改質ガスが、加湿器２０６によって加湿された後、燃料電池２０７の燃料極に供給され、空気が燃料電池２０７の酸素極に供給される。燃料電池２０７においては、改質ガス中の水素の電気化学反応（上記化学反応式（４）、（５）参照）により電力が生成され、燃料極において未反応の水素は燃料極から排出された後、水素燃焼器２０８に供給される。未反応の水素が供給された水素燃焼器２０８では、水素の酸化反応により燃焼熱が発し、無害化されて排熱される。
【００３６】
以上のように、本発明の第二の実施の形態によれば、改質器２０３の下流で一酸化炭素除去器２０４の上流に改質器２０３及び一酸化炭素除去器２０４の熱源である触媒燃焼器２０５が設けられているので、改質器２０３で生成された水素を含む改質ガスが、触媒燃焼器２０５に供給されて一部燃焼された上で、一酸化炭素除去器２０４に供給されて、燃料電池２０７に供給される。そのため、触媒燃焼器２０５における触媒燃焼反応が、燃料電池２０７内で発生するガス流の脈動（フラッディング）の影響を受けることなく安定した挙動を示す。その結果、触媒燃焼器２０５の反応熱によって加熱される改質器２０３や一酸化炭素除去器２０４の温度も変動することがなく、改質器２０３及び一酸化炭素除去器２０４において安定した水素生成反応を起こすことができる。
また、燃料電池２０７の発電量の変化に伴って排出される水素分圧の変化に触媒燃焼反応が影響されることなく安定するので、この点においても改質器２０３及び一酸化炭素除去器２０４の温度が変動することなく、安定した水素生成反応を起こすことができる。
また、一酸化炭素除去器２０７での一酸化炭素選択酸化反応速度は、反応物である一酸化炭素濃度の逆数に比例することが知られていることから、一酸化炭素除去器２０４に供給して、改質ガス中の一酸化炭素濃度を酸化反応によって低濃度化し、一酸化炭素除去器２０４の供給口側での一酸化炭素濃度を低くすることによって、一酸化炭素除去器２０４での一酸化炭素除去効率を高めることができる。
さらに、一酸化炭素除去器２０４における反応は、触媒上で一酸化炭素を選択的に酸化させることによって進行させる反応であるが、改質器２０３から何らかの要因によって未反応のメタノールが少量でも混入した場合に、一酸化炭素除去のための触媒表面が流入メタノールによって覆われてしまい、一酸化炭素除去効率が極端に低下してしまうことがある。しかしながら、上述したように改質器２０３で生成された改質ガスを一旦触媒燃焼器２０５経由で、流入メタノールを触媒燃焼器２０５内で酸化除去することによって一酸化炭素除去器２０４への未反応のメタノールの流入を防止し、安定して一酸化炭素の除去を行うことができる。
なお、燃料電池２０７から排出される未反応の水素は、水素燃焼器２０８によって燃焼除去した後排出するので、可燃物である余剰の水素がそのまま排出されることがなく、安全であること、燃料を貯留する燃料容器は１つでよく、そのため気化器も分ける必要がないという、メタノールを燃焼させるシステムにない効果があることは、第一実施形態と同様である。
【００３７】
ここで、水素生成のための熱源を確保するための方法として、燃料であるメタノールを燃焼用の燃料として使用する方法と、本発明の第一及び第二の実施の形態で説明した燃料電池７（第一の実施形態），２０７（第二の実施形態）で生成した水素を燃焼する方法とにおいて、それぞれの発電効率について比較し、その結果を表１に示した。
発電効率の計算にあたって、改質器の静時の熱損失：1.5W、目標発電量：12W、燃料電池における水素利用率：0.7、ＬＨＶ基準の燃料電池効率：0.4を仮定した。
【表１】
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表１の結果より、熱源として、メタノール燃焼と、本発明の実施例１及び実施例２のように燃料電池に供給する前の改質ガスによる水素燃焼とでは、発電効率に相違がないことが認められる。一方、メタノール等の液体燃料の燃焼熱を熱源とする場合には、その燃料の蒸発時における脈動などにより燃焼挙動が不安定になることもあり、これに比して本発明は、液体燃料を使用することなく燃料電池から排出される水素を使用することから、安定した燃焼触媒反応を行うことができ、しかもエネルギー効率も高いまま確保できる点で有効である。
【００３８】
なお、上記各実施形態では、加湿器を含む例で説明したが、触媒燃焼器では水素の燃焼触媒によって生成される水分を含んだ改質ガスを燃料電池側へ供給するようにできるため、加湿器を必要としない、あるいは、より小型な加湿器を用いた発電システムを提供することも可能である。
また、上記各実施形態では、一酸化炭素除去器を含む例で説明したが、一酸化炭素除去器を必要としない発電システムにも適用することが可能である。
さらに、上記各実施形態では、改質器を含む例で説明したが、水素吸蔵合金等から水素（燃焼ガス）が供給され、その燃焼ガスを燃焼する燃焼器が、何らかの処理器（例えば、水素吸蔵合金）の熱源となる発電システム等にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第一の実施の形態における発電システム１００、及び電子機器本体１０００を含む概略構成を示したブロック図である。
【図２】改質器３の正面、側面及び平面を示す斜視図である。
【図３】図２におけるIII−III矢視断面図である。
【図４】流路基板３１aの上面図である。
【図５】図４におけるV−V矢視断面図である。
【図６】流路基板３１aの下面図である。
【図７】蓋基板３１bの上面図である。
【図８】図７におけるVIII−VIII矢視断面図である。
【図９】触媒３１eをマイクロ流路３１cに充填する第一の充填方法を経時的に示した断面図である。
【図１０】第二の実施の形態における発電システム２００の主要部の概略構成を示したブロック図である。
【図１１】従来例である発電システム３００の概略構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
【００４０】
２，２０２，３０２  気化器
３，２０３，３０３  改質器
４，２０４，３０４  一酸化炭素除去器
５，２０５，３０５  触媒燃焼器（第一の燃焼器）
６，２０６，３０６  加湿器
７，２０７，３０７  燃料電池（発電セル）
８，２０８  水素燃焼器（第二の燃焼器）
１００，２００，３００  発電システム
１０００  電子機器本体
【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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