(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に用いられる薄型改質器であって、
内部に流路を形成する基板と、
前記基板の流路内に燃料を流入させる燃料導入部と、
前記基板内で前記燃料導入部の後流側において液状の燃料が気化する気体膨脹部と、前記気体膨脹部と連通して気化時の背圧を収容する背圧収容部とを含み、前記気化時に発生する背圧を抑制して背圧が前記燃料導入部側にかかるのを遮断する蒸発部と、
前記蒸発部の後流側に流路を形成し、吸熱反応により燃料を水素ガスに改質させる改質部と、
前記改質部の後流側に流路を形成し、発熱反応により前記水素ガスと共に含まれたＣＯガスを除去するＣＯ除去部と、
前記基板の上部を覆って内部流路を外部から遮蔽させる蓋とを含み、
前記蒸発部の前記気体膨脹部と前記背圧収容部が、複数の蒸発部の隔壁によって区分けされ、
前記蒸発部の隔壁の間には貫通口が形成され、前記気体膨脹部と前記背圧収容部を相互連通して、前記気体膨脹部から前記背圧収容部に向けた燃料気体の流れを許容することを特徴とする薄型改質器。
【請求項２】
前記燃料導入部はその形成位置が前記基板のほぼ中央に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の薄型改質器。
【請求項３】
前記燃料導入部は隔壁が基板に形成され、その隔壁の一側には出口を形成し滴状の液体燃料を供給するものであることを特徴とする、請求項２に記載の薄型改質器。
【請求項４】
前記貫通口は、その大きさが前記燃料導入部の出口より大きく形成され液体燃料が前記燃料導入部から気体膨脹部に流入されると、その液体燃料の周りを通して前記気体膨脹部から前記背圧収容部に向けた燃料気体の流れを許容するものであることを特徴とする、請求項３に記載の薄型改質器。
【請求項５】
前記貫通口は、前記燃料導入部の出口に隣接して形成されたものであることを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の薄型改質器。
【請求項６】
前記蒸発部は、前記基板の下部面に電気的抵抗回路がパターンで形成された加熱手段を具備し、前記基板を介して蒸発部を加熱させるものであることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の薄型改質器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に用いられる薄型改質器に関し、より詳しくは燃料導入部を基板の中央に形成し、蒸発部内に液体燃料を滴状にして供給し、蒸発部内で空間を開放させ液体燃料を膨張させることにより液体燃料の蒸発中に発生する背圧（ｂａｃｋ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の上昇を減少させることができ、それにより背圧による燃料の逆流を防止し原料の注入圧力を高める必要がなく、流路内で円滑な気体流れを誘導して改質性能を向上させるように改善した薄型改質器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ＰＤＡ、デジタルカメラ、ノート型パソコンなど携帯用小型電子機器の使用が増加しており、特に携帯電話用ＤＭＢ放送が開始されるに至り携帯用小型端末機において電源性能の向上が要求されている。現在、一般的に使用されているリチウムイオン２次電池は、その容量がＤＭＢ放送を２時間視聴できるレベルであり、性能向上が進んではいるが、より根本的な解決方案として小型燃料電池に対する期待が高まっている。
【０００３】
このような小型燃料電池を実現することが可能な方式としては、燃料極にメタノールを直接供給する直接メタノール（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ）方式と、メタノールから水素を抽出して燃料極に注入するＲＨＦＣ（Ｒｅｆｏｒｍｅｄ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）方式があり、ＲＨＦＣ方式はＰＥＭ（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ）方式のように水素を燃料に使用するために高出力化、単位体積当たり実現可能な電力容量、そして水以外の反応物がない点で長所があるが、システムに改質器（Ｒｅｆｏｒｍｅｒ）が追加されなければならないので小型化に不利な短所も有している。
【０００４】
このように燃料電池が高い電源出力密度を得るためには、液体燃料を水素ガスなどの気体燃料にすべく改質器（Ｒｅｆｏｒｍｅｒ）が必須的に使用される。このような改質器はメタノール水溶液を気化させる蒸発部と、２５０℃乃至２９０℃の温度で触媒反応により燃料であるメタノールを水素に転換する改質部と、そして副産物であるＣＯを除去するＣＯ除去部（またはＰＲＯＸ部）とで構成されている。上記改質部においては吸熱反応の反応効率を良好にするために温度を２５０℃乃至２９０℃の間に保持させ、発熱反応が行われるＣＯ除去部においても１７０℃乃至２００℃程度の温度に一定に保持させなければならない。
【０００５】
従来の改質器としては、図１に示すように特許文献１の従来の小型改質装置２００がある。このような従来の小型改質装置２００は蒸発室２０２に空洞２０４が設けられており、この空洞２０４に蒸発用のヒーター２０６が設けられている。さらに上記の空洞２０４には燃料噴射手段２０８が設けられており、この燃料噴射手段２０８は燃料であるメチルアルコールと水の混合液２１０を上記の空洞２０４に噴射する。こうして噴射された燃料の混合液２１０は蒸発用のヒーター２０６によって加熱されて、蒸発する。上記のように混合液２１０が気化して成るガスはマイクロ流路２１２内に流れ、マイクロ流路２１２内に設けられた改質触媒２１４によって水素と二酸化炭素に改質される。
【０００６】
しかしながら、上記のような従来の方式は、蒸発器の効率を増加させるために燃料注入口に噴射手段２０８を設けて燃料を噴射させ改質原料に対する表面積を拡大することで蒸発を促進することができる長所がある。なお、このような従来の技術は燃料噴射手段２０８を利用して燃料を噴射させると、燃料の混合液２１０が滴状を呈しながら改質原料の体積に対する表面積の割合が大きくなり同じ熱量が与えられた際、改質原料が効率的に蒸発する。
【０００７】
しかし、このような従来の技術は燃料噴射手段２０８を別に設けなければならないという負担感があり、燃料噴射手段２０８を通して出る原料の流路を別に制御しなければならないなど、別の制御部の設置が必要である。そのため、このような従来の構造は装置が複雑になるばかりでなく、小型化にも困難がある。
【０００８】
図２では、さらに他の従来の改質器２５０として、特許文献２に提示された構造がある。このような従来の改質器２５０は小型の燃料改質器として大量の燃料を効率的に改質することができるようにして、燃料電池を小型化する。このような従来の改質器２５０はシリコン基板２５２上に薄い微細な流路溝２５４と改質空間２５６を形成し、この流路溝２５４と改質空間２５６に触媒を付着させて炭化水素燃料を改質して水素を発生させ、上記流路溝２５４と改質空間２５６を蓋板２６０で覆う。
【０００９】
しかしながら、このような従来の改質器２５０は液体燃料の気化中に液体燃料が膨張するので、上記の流路溝２５４内に燃料を注入するためには高圧で容量の大きい燃料注入ポンプ（図示せず）を必要とする。
【００１０】
図３では、さらに他の従来の改質器３５０として、特許文献３に提示された構造が示されている。このような従来の技術は基板３５１の一側に流路が拡張された気化部３５３が位置し、その後流側に改質部３５４とＣＯ除去部３５５が順に位置し、その後流側に水素排気口３６０が位置している。しかしながら、このような従来の技術は気化部３５３においては流路が拡張されるが、液体燃料が気化されながら発生する気泡現象を解除させることができないものである。
【００１１】
そのため、上記のような従来の改質装置はその蒸発部において燃料が液体から気体に変わりながら瞬間的に体積が膨張すると、燃料導入部側への背圧（ｂａｃｋ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）がかかって燃料の流入を妨げるという短所がある。従って、当業界ではこのような蒸発部の構造を改善して低い供給圧力でも燃料流入が可能で、小型かつ改質性能の優れた薄型改質器の要求が求められているのである。
【特許文献１】特開２００３−０４８７０１号
【特許文献２】特開２００５−１６６４５３号
【特許文献３】特開２００４−０８９７４８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記のような従来の問題点を解消するためのもので、その目的は蒸発部の構造を変更することで基板の中央において原料を滴状にして供給するので、原料体積に対する表面積の割合が大きくなり同じ熱量で蒸発させた際、蒸発効率を増加させることができるように改善した薄型改質器を提供することである。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、液体燃料の瞬間的な気体膨脹時に発生する背圧（ｂａｃｋ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）によって生じる燃料注入の逆流現象を効果的に抑制することができるように改善した薄型改質器を提供することである。
【００１４】
さらに、本発明の他の目的は、蒸発部の空間を大きく拡大して開放することで気体が膨張可能な空間を充分確保し、蒸発部から燃料導入部にかかる背圧（ｂａｃｋ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を大きく減らすことができ、流路が拡張されることにより生じる内部圧力の減少は背圧によって代替することができ蒸発部において圧力平衡を成すことができるように改善した薄型改質器を提供することである。
【００１５】
そして、本発明は他の目的として、蒸発部の領域を気体膨脹部と背圧収容部に分けて適宜調節することで背圧（ｂａｃｋ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の圧力上昇を抑制し、原料注入を高める必要がなく、かつ効率的で円滑な原料気体の流れを誘導し全体的な装置の小型化を実現しながら、改質性能が向上されるように改善した薄型改質器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記のような目的を達成するために本発明は、燃料電池に用いられる薄型改質器であって、内部に流路を形成する基板と、上記基板の流路内に燃料を流入させる燃料導入部と、上記基板内で上記燃料導入部の後流側において液状の燃料が気化する気体膨脹部と、気化時の背圧を収容する背圧収容部とを含み、背圧が上記燃料導入部側にかかるのを遮断する蒸発部と、上記蒸発部の後流側に流路を形成し、吸熱反応により燃料を水素ガスに改質させる改質部と、上記改質部の後流側に流路を形成し、発熱反応により上記水素ガスと共に含まれたＣＯガスを除去するＣＯ除去部と、上記基板の上部を覆って内部流路を外部から遮蔽させる蓋と、を含んで構成されることを特徴とする薄型改質器を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、原料導入部と蒸発部の位置及び構造などを変更することで原料を滴状にして供給するので、原料体積に対する表面積の割合が大きくなり同じ熱量で蒸発させた際、蒸発効率を増加させることが可能である。
【００１８】
そして、燃料導入部の出口が狭くて液体燃料の注入する部分の圧力が大きくなるので、瞬間的な気体膨脹時発生する背圧（ｂａｃｋ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）によって生じる燃料注入の逆流現象を効果的に抑制することが可能である。
【００１９】
さらに、蒸発部には気体膨脹部と背圧収容部を形成して液体燃料の膨張空間を大きく拡大させ開放することにより蒸発部で発生する背圧（ｂａｃｋ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を大きく減らすことができ、流路が拡張されることにより生じる内部圧力の減少は燃料気化時に発生する背圧によって代替可能なものである。従って、蒸発部における圧力平衡を成して液体燃料の円滑な導入が可能となる。
【００２０】
しかも、本発明によれば、  蒸発部の領域を気体膨脹部と背圧収容部に分けて適宜調節することで背圧（ｂａｃｋ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の圧力上昇を抑制し、原料注入を高める必要がなく、効率的で円滑な原料気体の流れを誘導して全体的な装置の小型化を実現しながらも改質性能を向上させることができる改善された効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましき実施例について図面を用いてより詳しく説明する。
【００２２】
本発明の好ましき一実施例による薄型改質器１は、図４に示すように、内部に流路を形成した基板１０を具備する。上記基板１０はシリコン、金属、ガラス、セラミック及び耐熱プラスチックなどを用いることができ、内部には基板１０の一面をエッチング（Ｅｔｃｈｉｎｇ）などにより蝕刻して形成した凹んだ流路が隔壁を介して一定形態に形成されている。
【００２３】
即ち、上記基板１０の一側面はエッチング処理され、蝕刻処理をして所望の形態の流路を凹になるように形成する。
【００２４】
そして、上記基板１０の中央には上記基板１０の流路内に外部から燃料を流入させる燃料導入部２０が具備され、上記燃料導入部２０は図５に示すように、その形成位置が上記基板１０のほぼ中央に形成されるものであって、上記燃料導入部２０を区分けする隔壁２２が基板１０に形成され、その隔壁２２の一側には狭い出口２４を形成して滴（液滴）  状の液体燃料を、後ほど説明する蒸発部３０に供給する構造である。
【００２５】
上記隔壁２２は、好ましくは、四角形の断面を形成しており、その一側に出口２４が形成され液体燃料の排出が行われる。
【００２６】
このように、上記燃料導入部２０の出口２４は液体燃料噴射時、小量を滴状に噴射する役目を果たすようになり同じ熱量が供給された際にも蒸発効率を高めることができ、その狭い出口２４の大きさのためメタノール液体を流入する部分の圧力が高くなって燃料が液体から気体への転換時発生する背圧に対抗する役目を果たす。
【００２７】
また、上記のような燃料導入部２０側に液体燃料であるメタノールが供給されるためには、上記基板１０の上部に覆われる蓋１００のほぼ中央に燃料導入口１１０が形成され上記燃料導入部２０に液体燃料を供給する。
【００２８】
そして、上記燃料導入部２０の出側には液体燃料を加熱させ気体状態に気化させる蒸発部３０が形成される。上記蒸発部３０は液体状態の燃料を気化させ気体状態に供給することで、後ほど説明する改質部４０で燃料の改質反応が良好に行われるようにするものであって、上記燃料導入部２０を取り囲む形態で形成され、上記基板１０のほぼ中央に位置する。
【００２９】
上記蒸発部３０は、上記基板１０内で上記液状の燃料が気化する気体膨脹部３２と、気化時の背圧を収容する背圧収容部３４とを含み蒸発部２０において液体燃料の気化時、背圧生成を最小限に抑制させ、上記燃料導入部２０側に及ぼさないようにする。
【００３０】
即ち、上記気体膨脹部３２と上記背圧収容部３４は、図５及び図６に示すように、上記蒸発部３０の中央を区分けする複数の蒸発部の隔壁３６ａ、３６ｂによって区分けされ、上記蒸発部の隔壁３６ａ、３６ｂとの間には貫通口３８が形成され、上記貫通口３８は図５に示すように、上記燃料導入部２０の出口２４に隣接して形成される。
【００３１】
上記貫通口３８は、その大きさが上記出口２４より大きく形成され、後ほど説明するように、液体燃料が燃料導入部２０から気体膨脹部３２に流入されると、その液体燃料の周りを通して上記気体膨脹部３２から上記背圧収容部３４に燃料気体の流れを許容する。
【００３２】
このような蒸発部３０は、液体燃料、即ちメタノール水溶液が液体から気体に気化される場合、上記気体膨脹部３２において空間を大きく開放することによって、液体から気体への体積膨張時、最大限蒸発空間を確保することができ、それにより気体の体積増加による背圧の上昇を最小化させ、蒸発部３０において安定した蒸発が行われるようにする。
【００３３】
さらに上記蒸発部３０は、上記気体膨脹部３２と上記背圧収容部３４が上記蒸発部３０の中央を横切る複数の蒸発部の隔壁３６ａ、３６によって区分けされ、上記蒸発部３０の隔壁３６ａ、３６ｂとの間の貫通口３８を介して互いに連通されているので、上記気体膨脹部３２において上昇した背圧は貫通口３８を通して背圧収容部３４側に伝達されることにより蒸発部３０内の背圧上昇をさらに防止することができる。そして、上記背圧収容部３４は上記燃料導入部２０を取り囲む形態になっており、燃料導入部２０の出口２４を除いた隔壁２２によってその空間が区分けされている。
【００３４】
なお、上記蒸発部３０はその熱源として加熱手段３５を具備しており、上記過熱手段３５は図９に示すように、上記基板１０の下部面１０ａに電気的抵抗回路がパターンで形成され上記基板１０を介してその上部側の蒸発部３０を加熱させる。
【００３５】
また本発明は、上記蒸発部３０の出口３９の後流側に上記基板１０内で燃料が通過する流路４２を形成し、吸熱反応により燃料を水素ガスに改質させる改質部４０が形成される。上記改質部４０は基板１０の一側に蒸発部３０の出口３９の後流側に形成され、該流路４２は上記蒸発部３０の出口３９と介して連結された構造である。そして上記改質部４０の流路４２は一定の蛇行パターン（Ｓｅｒｐｅｎｔｉｎｅ  Ｐａｔｔｅｒｎ）を形成するように隔壁４４が形成される。
【００３６】
したがって、上記改質部４０の流路４２は上記蒸発部３０の全体長さに沿ってジグザグの蛇行で形成され、上記改質部４０の流路４２内には液体燃料を水素気体に改質させる触媒４６が形成された構造である。上記改質部４０では気化された燃料が触媒反応により水素の豊富な改質ガスに転換され、上記改質部４０の触媒４６ではＣｕ／ＺｎＯまたはＣｕ／ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３が使用され、上記触媒４６は、好ましくは、上記流路４２を形成する隔壁４４に蒸着によって形成可能である。
【００３７】
しかも、上記のような触媒は隔壁４４に蒸着などにより形成されるものとは異なって、粒子状で充填されることもでき、その粒子らの間を燃料ガスが流れるようにすることも可能である。
【００３８】
即ち、上記改質部４０では、図８に示すように、本発明の変形実施例の改質器１’の触媒４６’として、Ｃｕ／ＺｎＯまたはＣｕ／ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３から成る粒子らが上記改質部４０の流路４２内に充電され得る。このような場合、上記触媒４６’粒子らの大きさは改質部４０前方側の蒸発部３０に、または改質部４０後方側の連結部５０側にすり抜けない大きい大きさで形成され得る。
【００３９】
このように、上記改質部４０は吸熱反応を伴う触媒反応によりメタノールなどの炭化水素系燃料を水素ガスに改質させ、この過程で必要な熱源は基板１０の下部側に形成された加熱手段４８によって得る。上記改質部４０の加熱手段４８は上記基板１０の下部面に電気的抵抗回路がパターンで形成され上記基板１０を介してその上部側の改質部４０を加熱させるものであって、上記蒸発部３０の加熱手段３５と一体となった一つの電気抵抗回路パターンで形成され得る。
【００４０】
このような改質部４０の加熱手段４８は、図９に示すように、基板１０の下部面１０ａに形成され上記基板１０を介して改質部４０の温度を一定温度、好ましくは、２５０〜２９０℃間の温度に維持するようになる。
【００４１】
さらに、本発明は上記基板１０の改質部４０後流側において流路を形成し、上記改質部４０で発生された改質ガス内に含まれたＣＯガスを除去するＣＯ除去部６０を具備する。
【００４２】
上記ＣＯ除去部６０は、上記基板１０内で上記燃料導入部２０の他側に流路６２を形成し、発熱反応により上記水素ガスと共に含まれたＣＯガスを除去する。
【００４３】
このようなＣＯ除去部６０は、上記改質部４０から発生された水素ガス、一酸化炭素及び二酸化炭素などを含む改質ガスが供給され、これは流路の断面が縮小された狭い連結部５０を介して行われる。上記連結部５０は上記基板１０の角に沿って延長され、上記ＣＯ除去部６０の入口側には上記連結部５０の流路面積より大きい流路拡大部５４が具備される。
【００４４】
このように改質ガスに含まれた水素ガス、一酸化炭素及び二酸化炭素などの気体は面積の狭い連結部５０を通過した後、面積の大きい流路拡大部５４に放出されるので、その部分において圧力降下が起こり、低い圧力状態で上記ＣＯ除去部６０に流入される。
【００４５】
一方、上記ＣＯ除去部６０は上記改質部４０でのように多数の隔壁６４を介して流路６２が形成され、上記流路６２の入側、即ち流路拡大部５４には上記基板１０上に覆われる蓋１００上に空気流入口１１２が配置される。
【００４６】
そして、上記流路６２内には上記改質部４０で生成されたＣＯガスを除去させる触媒６６が蒸着などでコーティングされた構造である。
【００４７】
このようなＣＯ除去部６０は改質部４０から流入される改質ガスを空気中の酸素と反応させＣＯを除去し、このようなＣＯ除去部６０で用いられる触媒６６は、好ましくはＰｔ、Ｐｔ／Ｒｕ、Ｃｕ／ＣｅＯ／Ａｌ２Ｏ３などが使用可能である。
【００４８】
また、上記ＣＯ除去部６０で用いられる触媒６６は、上記とは異なって、図８に示すように、粒子状の触媒６６’から成ることができる。即ち、上記触媒６６’は、好ましくは、Ｐｔ、Ｐｔ／Ｒｕ、Ｃｕ／ＣｅＯ／Ａｌ２Ｏ３のいずれか一つから成る粒子状を具備することができる。
【００４９】
このようなＣＯ除去部６０の粒子状触媒６６’らもその入側の流路拡大部５４側に、またはＣＯ除去部６０の出側の反応ガス排出口１１４側にすり抜けない大きい大きさで形成され得る。
【００５０】
上記ＣＯ除去部６０は発熱反応を伴う触媒反応により人体に有害なＣＯを人体に無害なＣＯ２に変換させて処理し、この過程で必要な熱源は基板１０の下部面１０ａに形成されたＣＯ除去部用の加熱手段６８を介して得る。
【００５１】
上記ＣＯ除去部６０の加熱手段６８は、図９に示すように、基板１０の下部面に電気的抵抗回路がパターンで形成され、上記基板１０を介してその上部側のＣＯ除去部６０を加熱させる。
【００５２】
このようなＣＯ除去部６０の加熱手段６８も電気抵抗回路パターンでなっており適切な電源供給及び制御により上記ＣＯ除去部６０を一定温度、好ましくは１７０℃〜２００℃に維持するようになる。
【００５３】
また本発明は、図７（ａ）及び図８（ａ）に示すように、上記基板１０の上部を覆って内部空間を外部から遮蔽させる平板型蓋１００を含む。上記蓋１００は基板１０と同じシリコン、金属、ガラス、セラミック及び耐熱プラスチックなどの材料を使用することができ、上記基板１０の上部面にボンディング接合で一体化され得る。
【００５４】
さらにこのような蓋１００は、好ましくは図７（ｂ）及び図８（ｂ）に示すように、上記燃料導入部２０、蒸発部３０、改質部４０及びＣＯ除去部６０の空間または流路に対応するように凹んだ空間又は流路１０１を形成し上記基板１０と蓋１００が内部に形成する空間又は流路の大きさをより大きく拡大させることが可能である。
【００５５】
なお、上記蓋１００は基板１０に接着され一体化された状態で上記ＣＯ除去部６０の流路６２の出側部分に反応ガス排出口１１４を形成する。即ち、上記ＣＯ除去部６０を介して生成させた水素ガスとＣＯ２を含む反応ガスを上記反応ガス排出口１１４を通して基板１０の外部に排出させる。
【００５６】
そのため、上記蓋１００は燃料導入部２０側に燃料導入口１１０が形成され、ＣＯ除去部６０の入側の流路拡大部５４には空気流入口１１２が形成され、ＣＯ除去部６０の出側には反応ガス排出口１１４が形成され液状の燃料が燃料導入口１１０を通して流入され、改質された後、水素ガスとＣＯ２を含む反応ガスとして反応ガス排出口１１４を通して外部へ排出される。
【００５７】
上記のように構成された本発明による薄型改質器１は、蓋１００の燃料導入口１１０を通して液状の燃料が基板１０のほぼ中央に配置された燃料導入部２０の内部に進入する。このような液体燃料は燃料導入部２０の出口２４を通して基板１０の蒸発部３０側に滴状で流入される。
【００５８】
このように流入される液体燃料の流量は、１０〜１００μｍ／ｍｉｎであり、少ない流量である。このような燃料導入部２０を通過した液体燃料はその出口２４を通して蒸発部３０の気体膨脹部３２に導入され改質に必要な温度、即ち２５０〜２９０℃の間の温度に気化しながらその体積が膨張される。
【００５９】
したがって、蒸発部３０の気体膨脹部３２では気化段階で瞬間的に燃料の体積増加が１８００倍程度起こるようになる。この際蒸発部３０は、もしその流路がが狭ければ内部圧力が増加しメタノール混合ガスを触媒層に伝達するには円滑になるが、気化時瞬間的に体積が拡大され背圧増加による原料の逆流現象が起こる。
【００６０】
しかし、本発明では蒸発部３０の気体膨脹部３２で気体が広く広がることができるように流路空間が大きく拡大されており、上記の気体膨張部３２は隔壁３６ａ、３６ｂに形成された貫通口３８を介して背圧収容部３４に連通されている。従って、気化させた燃料は図６で矢印で示すように、気体膨脹部３２に流入される液体燃料の外側を通り抜けて上記気体膨脹部３２から背圧収容部３４側に移動され、蒸発部３０内で燃料の膨張による背圧上昇をさらに抑制する。
【００６１】
一方、このように気化された液体による背圧上昇が燃料導入部２０側に影響を及ぼすが、上記燃料導入部２０から蒸発部３０に連結される出口２４は、ほぼその大きさが１０〜１００μｍ程度に狭く構成され、まるでノズルのような役目を果たすことにより蒸発部３０の入口側の内部圧力を高めるようになるので、それにより燃料気体の背圧（ｂａｃｋ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）による液体燃料の逆流は発生しない。
【００６２】
このように蒸発部３０の気体膨脹部３２から背圧収容部３４側に移動した燃料気体は、再び気体膨脹部３２側に移動し、蒸発部３０の出口３９を通してその後流側に形成された改質部４０に流入され吸熱反応を伴う触媒反応を経るようになり、この過程で２５０〜２９０℃の間の温度で水素ガス、ＣＯ、ＣＯ２とを含む改質ガスが発生される。
【００６３】
そして、このような改質ガスは流路断面積の小さい連結部５０を介してその後流側のＣＯ除去部６０に移動され、この過程で高温、高圧状態の改質ガスは狭い連結部５０を通過し、上記流路拡大部５４はその流路面積を急激に拡大させ圧力を低めることで該流路拡大部５４の圧力が改質部４０の圧力より著しく低くなるようにする。
【００６４】
また、上記改質ガスは流路拡大部５４に位置した蓋１００の空気流入口１１２を通して空気流入が行われる状態でＣＯ除去部６０を通過するようになる。
【００６５】
上記ＣＯ除去部６０では、１７０〜２００℃程度の温度で発熱反応が伴われながら選択酸化の触媒反応が起こり、改質ガス内のＣＯはＣＯ２に変換され人体に無害に除去されるのである。
【００６６】
このような状態でＣＯ除去部６０を通過すると水素ガスとＣＯ２を含む反応ガスが生成され、これは蓋１００の反応ガス排出口１１４を通して外部に排出される。また、本発明は上記ＣＯ除去部６０の酸化反応に必要な空気を外部から供給しなければならないが、このような場合、蓋１００の空気流入口１１２を通して空気を供給するポンプ（図示せず）は容量の小さい小型で具備することが可能である。即ち、改質ガスが改質部４０から流路断面積の狭い連結部５０を通してＣＯ除去部６０の入側の流路拡大部５４に移動するので、上記流路拡大部５４では内部の圧力降下により上記改質部４０に比べて著しく圧力が低くなるため上記空気流入口１１２を通して容易に外部空気が流入され得る。
【００６７】
従って、上記空気流入口１１２に空気を提供するポンプは従来に比べて小さい大きさの小型になることが可能である。
【００６８】
一方、本発明は上記で加熱手段３５が蒸発部３０の下に形成されたもので説明したが、上記加熱手段３５は蒸発部３０の下で除去され改質部４０とＣＯ除去部６０のみを加熱手段４８、６８が過熱されるようにし、上記蒸発部３０は改質部４０とＣＯ除去部６０から伝熱される熱量により加熱されるように構成可能なものである。
【００６９】
上記において本発明は、特定の実施例に関して図示して説明したが、これは唯例示的に本発明を説明するために記載されたものであり、本発明をこのような特定構造に制限するものではない。当業界において通常の知識を有する者であれば、上述した特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域を外れない範囲内において本発明を多様に修正及び変更させることが可能であることがわかる。しかしながら、このような修正および変更構造は全て本発明の権利範囲内に含まれるものであることを明らかにして置く。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】従来の技術による改質装置を示す断面図である。
【図２】従来の技術による他の構造の改質装置を示す構造図であって、ａは斜視図で、ｂは断面図である。
【図３】従来の技術によるさらに他の構造の改質装置を示す斜視図である。
【図４】本発明による薄型改質器を示す分解斜視図である。
【図５】本発明による薄型改質器を示す平面図である。
【図６】本発明による薄型改質器に具備された蒸発部の気体流れを詳細に示す作動説明図である。
【図７】本発明の一実施例による薄型改質器の断面図であって、ａは平らな蓋構造を示す断面図であり、ｂは凹んだ流路を形成した蓋構造の断面図である。
【図８】本発明に従って粒子状触媒を有する他の実施例の薄型改質器を示す断面図であって、ａは平らな蓋構造を示す断面図であり、ｂは凹んだ流路を形成した蓋構造の断面図である。
【図９】本発明による薄型改質器に具備された加熱手段が基板の下面に電気的抵抗回路パターンで形成されたものを示す底面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１、１’  本発明の好ましき一実施例による薄型改質器、
１０  基板
１０ａ  下面部、
２０  燃料導入部、
２２  隔壁、
２４  出口、
２５  加熱手段、
３０  蒸発部、
３２  気体膨脹部、
３４  背圧収容部、
３５  加熱手段、
３６ａ、３６ｂ  隔壁、
３８  貫通口、
３９  出口、
４０  改質部、
４２  流路、
４４  隔壁、
４６、４６’  触媒、
４８  加熱手段、
５０  連結部、
５４  流路拡大部、
６０  ＣＯ除去部、
６２  流路、
６４  隔壁、
６６、６６’  触媒、
６８  加熱手段、
１００  蓋、
１０１  流路、
１１０  燃料導入口、
１１２  空気流入口、
１１４  反応ガス排出口、
２００  従来の小型改質装置、
２０２  蒸発室、
２０４  空洞、
２０６  ヒーター、
２０８  燃料噴射手段、
２１０  混合液、
２１２  マイクロ流路、
２１４  改質触媒、
２５０  従来の改質器、
２５２  シリコン基板、
２５４  流路溝、
２５６  改質空間、
２６０  蓋板、
３５０  従来の改質器、
３５１  基板、
３５３  気化部、
３５４  改質部、
３５５  ＣＯ除去部、
３６０  水素排気口
【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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