(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料を貯蔵した燃料タンクと、
前記液体燃料を改質する改質装置と、
前記改質装置で改質された液体燃料を用いて発電する燃料電池と、
加湿した気体を生成する加湿機構を有し、水を含む気体を前記燃料電池の空気極に供給する加湿手段と、
前記燃料タンク及び前記加湿機構が一体とされた燃料貯蔵モジュールと、
前記改質装置及び前記燃料電池を備えた発電モジュールと、
を備え、
前記燃料貯蔵モジュールが、前記発電モジュールに対し着脱自在であることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発電装置において、
前記加湿手段が、更に、
前記加湿機構から前記燃料電池の空気極に通じる流通管と、
加湿した気体を前記加湿機構から前記流通管を通じて前記燃料電池の空気極に送る流体送出手段と、
を有することを特徴とする発電装置。
【請求項３】
請求項２に記載の発電装置において、
前記加湿機構が、水分を吸収した加湿マットを有することを特徴とする発電装置。
【請求項４】
請求項２に記載の発電装置において、
前記加湿機構が、保湿剤をフィルタに固着させた加湿フィルタを有することを特徴とする発電装置。
【請求項５】
請求項２に記載の発電装置において、
前記加湿機構が、水分を含ませたＰＴＦＥ製フィルタを有することを特徴とする発電装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の発電装置において、
前記加湿機構が、エアーフィルタを有することを特徴とする発電装置。
【請求項７】
請求項２に記載の発電装置において、
前記加湿機構が、気体分子を選択的に透過させる疎水性の中空糸脱気膜を有し、前記中空糸脱気膜で水を閉塞した機構であることを特徴とする発電装置。
【請求項８】
請求項７に記載の発電装置において、
前記水が蒸留水であることを特徴とする発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池を具備した発電装置に係り、特に燃料電池の発電効率を向上させる機構を具備した発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、携帯電話、ノート型パソコン、デジタルカメラ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、電子手帳といった小型の電子機器がめざましい進歩・発展を遂げており、その電源として、アルカリ乾電池、マンガン乾電池といった一次電池やニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、リチウムイオン電池といった二次電池が用いられている。
【０００３】
ところで、上記電子機器に搭載される一次電池や二次電池は、エネルギーの利用効率の観点から検証すると、必ずしもエネルギーの有効利用が図られているとは言えず、今日では、一次電池及び二次電池の代替品として、高いエネルギー利用効率を実現できる燃料電池の研究・開発が盛んにおこなわれている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
燃料電池は、燃料と大気中の酸素とを電気化学的に反応させて化学エネルギーを電気エネルギーに変換するものであり、将来性に富む有望な電池であると位置付けられている。燃料電池に用いる燃料としては例えば水素が挙げられるが、当該水素は常温で気体であること等の理由から、その取り扱い・貯蔵が難しい。
【０００５】
そこで、アルコールやガソリンといった液体燃料と水蒸気とを高温に加熱しながら反応させて発電に必要な水素を生成する改質装置が開発されている。今日では、改質装置と、燃料電池と、改質装置に供給するための液体燃料を貯蔵した燃料タンクとを、一体化して一つのシステムとして構成された発電装置が開発されており、当該発電装置は、その利用態様として、上記のような小型の電子機器にそのまま取り付けられ、燃料電池で生成した電気エネルギーを電子機器に供給するようになっている。
【特許文献１】特開２０００−１０６２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、上記発電装置は、その構成要素の一つとして高発電効率を実現する燃料電池を具備するが、上記のような小型の電子機器に取り付けられた状態で使用される場合には、その電子機器の小型化に伴い燃料タンクに貯蔵可能な液体燃料の貯蔵量も必然的に減少するため、高い発電効率が要求されていた。
本発明の目的は、発電効率を向上させることができる発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明の発電装置は、
液体燃料を貯蔵した燃料タンクと、
前記液体燃料を改質する改質装置と、
前記改質装置で改質された液体燃料を用いて発電する燃料電池と、
加湿した気体を生成する加湿機構を有し、水を含む気体を前記燃料電池の空気極に供給する加湿手段と、
前記燃料タンク及び前記加湿機構が一体とされた燃料貯蔵モジュールと、
前記改質装置及び前記燃料電池を備えた発電モジュールと、
を備え、
前記燃料貯蔵モジュールが、前記発電モジュールに対し着脱自在であることを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の発電装置において、
前記加湿手段が、更に、
前記加湿機構から前記燃料電池の空気極に通じる流通管と、
加湿した気体を前記加湿機構から前記流通管を通じて前記燃料電池の空気極に送る流体送出手段と、
を有することを特徴としている。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、流体送出手段が作動することにより、加湿した空気を加湿機構から流通管を通じて燃料電池の空気極に供給することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、
請求項２に記載の発電装置において、
前記加湿機構が、水分を吸収した加湿マットを有することを特徴としている。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、
請求項２に記載の発電装置において、
前記加湿機構が、予め調湿した保湿剤をフィルタに固着させた加湿フィルタを有することを特徴としている。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、
請求項２に記載の発電装置において、
前記加湿機構が、水分を含ませたＰＴＦＥ製フィルタを有することを特徴としている。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、
請求項４又は５に記載の発電装置において、
前記加湿機構が、エアーフィルタを有することを特徴としている。
【００１４】
請求項３〜６に記載の発明では、加湿機構が加湿マット、加湿フィルタ、ＰＴＦＥ製フィルタ又はエアーフィルタを有するため、流体送出手段が作動することにより、加湿マット、加湿フィルタ、ＰＴＦＥ製フィルタ又はエアーフィルタを通過する空気から加湿した気体を生成することができ、これと同時に埃や塵も除去することができる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、
請求項２に記載の発電装置において、
前記加湿機構が、気体分子を選択的に透過させる疎水性の中空糸脱気膜を有し、前記中空糸脱気膜で水を閉塞した機構であることを特徴としている。
【００１６】
請求項７に記載の発明では、加湿機構が中空糸脱気膜を有し当該中空糸脱気膜で水を閉塞した機構であるため、流体送出手段が作動して加湿機構中に吸引圧が発生することにより、閉塞された水が加湿された気体となって中空糸脱気膜を透過し、加湿機構中で、加湿した気体を生成することができる。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、
請求項７に記載の発電装置において、
前記水が蒸留水であることを特徴としている。
【００１８】
請求項８に記載の発明では、中空糸脱気膜に閉塞された水が蒸留水であるため、不純物が中空糸脱気膜面に堆積することが無く、中空糸脱気膜で閉塞される水として水道水や井戸水を用いる場合より、長期間にわたって中空糸脱気膜を使用することができる。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に記載の発明では、加湿手段によって、水を含む気体を燃料電池の空気極に供給することができ、燃料電池の発電効率を向上させることができる。また、燃料貯蔵モジュールが発電モジュールに対し着脱自在であるため、燃料貯蔵モジュールの燃料タンク中の液体燃料が無くなったら、新規の燃料タンクを交換することができ、これと同時に加湿機構も新規の加湿機構に交換することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
図１は発電装置１を一部破断して示した斜視図である。
図１に示すように、発電装置１は、燃焼用燃料９８及び発電用燃料９９を貯蔵する燃料貯蔵モジュール２と、小型改質装置５０を内蔵するとともに燃料貯蔵モジュール２の燃焼用燃料９８及び発電用燃料９９を用いて発電を行う発電モジュール３とを、備えている。
【００２６】
燃料貯蔵モジュール２は略円柱状の筐体４を有している。筐体４の頭頂部には二つの円形の貫通孔５，６が形成されている。筐体４の外周側には、加湿手段の一部として加湿した気体を流通させる第一流通管１４と、発電モジュール３で生成された副生成物の水を流通させる第一排水管７とが、形成されている。
【００２７】
燃料貯蔵モジュール２の底部には、水蒸気等の加湿した気体を生成する加湿機構１００が配設されており、加湿機構１００に第一流通管１４が通じている。
【００２８】
図１に示す通り、加湿手段の一部及び加湿気体生成手段としての加湿機構１００は円筒状の筐体１０１を有している。筐体１０１の外周部にはスリット状の複数の吸気孔１０２，１０２，…が形成されており、各吸気孔１０２を通じて筐体１０１の内部と酸素を含む大気とが互いに通じた状態となっている。各吸気孔１０２の吸気部には、気体は透過するが、液体は透過しない通気シートが設けられている。筐体１０１の内部には、リング状の加湿マット（フィルタ）１０３が配されており、更に所定量の水１０４が貯留されている。上記の通り、各吸気孔１０２には通気シートが設けられているため、水１０４が筐体１０１から漏洩することはない。加湿マット１０３は下部が水１０４中に浸漬している。加湿マット１０３は毛細管状の吸収体から構成されており、その毛管作用により水１０４を吸い上げた状態（吸収した状態）を維持している。また加湿マット１０３は単位体積あたりの表面積が大きく、表面に付着している水を蒸発しやすい構造を有している。
【００２９】
加湿機構１００の上部には、排水用の水を貯留する排水容器１６が配設されており、当該排水容器１６に上記第一排水管７が通じている。排水容器１６は外周面の一部が筐体４の外部に露出している。
【００３０】
筐体４の内部であって排水容器１６の上部には二つの第一，第二燃料タンク８，９が収納されている。第一，第二燃料タンク８，９は外周面の一部が筐体４の外部に露出している。第一燃料タンク８の内部には液体の燃焼用燃料９８が貯蔵されており、第二燃料タンク９の内部には液体の発電用燃料９９が貯蔵されている。燃焼用燃料９８は、液状の化学燃料であり、化学燃料としてはメタノール，エタノール等のアルコール類やガソリンといった水素元素を含む化合物が適用可能である。発電用燃料９９は、液状の化学燃料と水との混合液であり、化学燃料としてはメタノール，エタノール等のアルコール類やガソリンといった水素元素を含む化合物が適用可能である。本実施形態では、燃焼用燃料９８としてメタノールを用いており、発電用燃料９９としてメタノールと当該メタノールより高いモル比の水とを均一に混合した混合液を用いている。
【００３１】
第一燃料タンク８の内部には、燃焼用燃料９８を発電モジュール３に供給するための第一供給管１０が配設されている。第一供給管１０は、第一燃料タンク８の内部から第一燃料タンク８の頭頂部を貫通して第一燃料タンク８の外部へ突出し、筐体４の貫通孔５に挿入されている。貫通孔５内であって第一供給管１０より上には、閉塞膜（図示略）が貫通孔５を閉塞しており、第一燃料タンク８から外部に燃焼用燃料９８が漏出することがこの閉塞膜によって防止されている。
【００３２】
第二燃料タンク９の内部には、発電用燃料９９を発電モジュール３に供給するための第二供給管１１が配設されている。第二供給管１１は、第二燃料タンク９の内部から第二燃料タンク９の頭頂部を貫通して第二燃料タンク９の外部へ突出し、筐体４の貫通孔６に挿入されている。貫通孔６内であって第二供給管１１より上には、閉塞膜（図示略）が貫通孔６を閉塞しており、第二燃料タンク９から外部に発電用燃料９９が漏出することがこの閉塞膜によって防止されている。
【００３３】
以上の燃料貯蔵モジュール２は、筐体４、第一燃料タンク８，第二燃料タンク９，排水容器１６，加湿機構１００の筐体１０１等の部材が透明又は半透明の生分解性プラスチックで一体的に成形・構成されており、特に筐体４が発電モジュール３（後述の筐体３０）に対し着脱自在となっている。
【００３４】
加湿機構１００の水１０４及び燃焼用燃料９８は、発電用燃料９９が発電モジュール３で消費され尽くしても微量に残存する量だけ貯蔵されている。そのため、発電装置１は、発電用燃料９９がなくなるまで発電し続けて電力を供給することが可能であり、発電用燃料９９がなくなった時点で、燃料貯蔵モジュール２ごと交換すれば、再び発電に要する量の水１０４を含む加湿機構１００及び発電に要する量の燃焼用燃料９８を含む第一燃料タンク８に交換できる。
【００３５】
燃料貯蔵モジュール２では、上記に列記した部材が透明又は半透明であるため、第一燃料タンク８内の燃焼用燃料９８，第二燃料タンク９内の発電用燃料９９，排水容器１６内の副生成物の水，加湿機構１００内の水１０４等の有無や残量を目視により容易に確認することができる。
【００３６】
また、燃料貯蔵モジュール２では、上記に列記した部材が生分解性プラスチックで構成されているため、燃料貯蔵モジュール２の廃棄処理を環境に優しくおこなうことができる。すなわち、生分解性プラスチックは、土壌中に埋められた場合には土壌中の微生物等により最終的に水と二酸化炭素に分解され、焼却された場合には焼却時の発生熱量が低く焼却炉又は焼却施設に掛ける負荷が少ないため、燃料貯蔵モジュール２の廃棄処理を環境に優しくおこなうことができる。
【００３７】
次に、発電モジュール３について説明する。
発電モジュール３は、略円筒状の筐体３０と、筐体３０の内部に配設された小型改質装置５０と、小型改質装置５０の周囲であって筐体３０の外周面側に配設された燃料電池９１とを、備えている。
【００３８】
燃料電池９１の外側であって筐体３０の外周面には、空気中の酸素を吸気するための複数のスリット３１，３１，…が互いに平行に並んだ状態で形成されている。
【００３９】
筐体３０の頭頂部には、外部のデバイスに電気エネルギーを供給するための端子３２が配設されており、端子３２の周囲であって筐体３０の頭頂部には複数の通気孔３３，３３，…が形成されている。
【００４０】
筐体３０の外周側には第二排水管３４，第二流通管１５がそれぞれ配設されている。第二排水管３４は、発電モジュール３で生成された副生成物の水を流通させるためのものであって、筐体３０の底部から下方に突出して燃料貯蔵モジュール２の第一排水管７に対応する位置に配されている。加湿手段の一部としての第二流通管１５は、加湿機構１００で加湿した気体を、後述の燃料電池９１の空気極に供給するためのものであって、筐体３０の底部から下方に突出して燃料貯蔵モジュール２の第一流通管１４に対応する位置に配されている。第二流通管１５の中途部には、加湿手段の一部として、加湿した気体を加湿機構１００から燃料電池９１の空気極に送る流体送出手段としてのファン１１０が配されている。
【００４１】
筐体３０の底部であってその中央部には、第一吸入ニップル部３５及び第二吸入ニップル部３６が下方に突出するように配設されている。第一吸入ニップル部３５及び第二吸入ニップル部３６それぞれには、先端から中心線に沿って貫通する流路が形成されている。第一吸入ニップル部３５は、燃料貯蔵モジュール２の貫通孔５に対応する位置に配されており、第一燃料タンク８から燃焼用燃料９８を吸入するためのものである。第二吸入ニップル部３６は、燃料貯蔵モジュール２の貫通孔６に対応する位置に配されており、第二燃料タンク９から発電用燃料９９を吸入するためのものである。
【００４２】
以上のような燃料貯蔵モジュール２及び発電モジュール３において、燃料貯蔵モジュール２を発電モジュール３に取り付ける（接続する）と、両モジュール２，３の接続箇所の外周側では、第二排水管３４が第一排水管７と接続され、第一流通管１４が第二流通管１５と接続される。これにより、第二排水管３４が第一排水管７に通じ合い、発電モジュール３で生成された副生成物の水を、第二排水管３４から第一排水管７へと流通させて排水容器１６に排出可能な状態となるとともに、第一流通管１４が第二流通管１５に通じ合い、燃料貯蔵モジュール２の加湿機構１００で生成された加湿した気体を、第一流通管１４から第二流通管１５へと流通させて燃料電池９１の空気極に供給可能な状態となる。
【００４３】
また、燃料貯蔵モジュール２を発電モジュール３に取り付けると、両モジュール２，３の接続箇所の中央部では、第一吸入ニップル部３５が貫通孔５に挿入されて貫通孔５内の閉塞膜を突き破り、第二吸入ニップル部３６が貫通孔６に挿入されて貫通孔６内の閉塞膜を突き破る。これにより、第一吸入ニップル部３５が第一燃料タンク８の第一供給管１０と通じ合い、第一燃料タンク８に貯蔵された燃焼用燃料９８を第一供給管１０から第一吸入ニップル部３５へと供給可能な状態となるとともに、第二吸入ニップル部３６が第二燃料タンク９の第二供給管１１と通じ合い、第二燃料タンク９に貯蔵された発電用燃料９９を第二供給管１１から第二吸入ニップル部３６へと供給可能な状態となる。
なお、各貫通孔５，６内の閉塞膜は、使用前に燃焼用燃料９８及び発電用燃料９９が第一燃料タンク８及び第二燃料タンク９から漏洩するのを防止する保護膜である。
【００４４】
次に、図２〜図１５を用いて発電モジュール３に内蔵された小型改質装置５０について説明する。
図２は発電装置１の構成を示したブロック図であり、図３は小型改質装置５０の一部を破断して小型改質装置５０を示した側面図である。図４〜図１５は、順に図３中破断線Ａ−Ａ〜破断線Ｌ−Ｌに沿って破断して示した断面図である。
【００４５】
図２及び図３に示すように、小型改質装置５０は、第一燃料タンク８から供給された燃焼用燃料９８を蒸発させるための燃焼用燃料蒸発器５１と、燃焼用燃料蒸発器５１で気化した燃焼用燃料９８を酸化させて燃焼させるための燃焼器５２，５３，５４と、第二燃料タンク９から供給された発電用燃料９９を蒸発させるための発電用燃料蒸発器５５と、発電用燃料蒸発器５５で気化した発電用燃料９９を水素ガスに改質するための改質器５６と、改質器５６から供給された水素を含む混合気に含まれる一酸化炭素を除去して混合気を無毒化するための一酸化炭素除去器５７と、これら燃焼用燃料蒸発器５１、燃焼器５２，５３，５４、発電用燃料蒸発器５５、改質器５６及び一酸化炭素除去器５７を内包する断熱パッケージ５８とを、備えている。
なお、図３において断熱パッケージ５８は破断して示されている。
【００４６】
断熱パッケージ５８は、内部空間部５９を有した直方体又は立方体の箱状に形成されている。断熱パッケージ５８は、ガラス、セラミック又は金属といった比較的熱伝導率が低い断熱材で形成されている。断熱パッケージ５８の内部は、内部空間部５９が１Ｐａ以下の真空圧に設けられているか、又は内部空間部５９にフッ素を含むメタン又はエタンの多ハロゲン化誘導体ガス（フレオン（商品名）ガス）若しくは炭酸ガスが充填されている。フッ素を含むメタン又はエタンの多ハロゲン化誘導体ガスとしては、トリクロロフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン等がある。
【００４７】
断熱パッケージ５８の内壁には、Ａｕ、Ａｇ及びＡｌのうちの少なくとも一つで形成された輻射反射層が成膜されている。当該輻射反射層は電磁波に対して高い反射性を有している。断熱パッケージ５８の内壁に輻射反射層が形成されているため、断熱パッケージ５８の内部空間部５９で発した電磁波が輻射反射層で反射して電磁波が断熱パッケージ５８外へほとんど伝播しないから、熱輻射が抑えられている。
【００４８】
断熱パッケージ５８の外壁下面であって図３の左右両端部には、それぞれ支持部材６９，７０が接合されており、断熱パッケージ５８は支持部材６９，７０によって支持されている。支持部材６９，７０は、ガラス、セラミックといった比較的熱伝導率の低い断熱材で形成されている。そして図４に示す通り、支持部材６９には、上下に貫通した三つの流路孔８２，８４，８６が配管のために形成されており、支持部材７０には、上下に貫通した四つの流路孔７５，７７，７９，８１が配管のために形成されている。
【００４９】
断熱パッケージ５８内に収容された燃焼用燃料蒸発器５１は、シリコン結晶，アルミニウム，ガラス等の材料で形成された二枚の基板５１ａ，５１ｂを重ね合わせて接合した構造を有している。そして図６に示す通り、基板５１ａと基板５１ｂとの接合部には、Ｕ字状又は葛折り状の三つのマイクロ流路５１ｃ，５１ｄ，５１ｅが内部空間として形成されている。各マイクロ流路５１ｃ，５１ｄ，５１ｅは、高さが５００μｍ以下であり、幅が５００μｍ以下である。
【００５０】
詳細については後述するが、マイクロ流路５１ｃの一方の端部は流路孔７５に通じており、マイクロ流路５１ｃの他方の端部は流路孔７６に通じている。マイクロ流路５１ｄの一方の端部は流路孔７７に通じており、マイクロ流路５１ｄの他方の端部は流路孔７８に通じている。マイクロ流路５１ｅの一方の端部は流路孔７９に通じており、マイクロ流路５１ｅの他方の端部は流路孔８０に通じている。
【００５１】
マイクロ流路５１ｃ，５１ｄ，５１ｅは、基板５１ａの一方の面に形成された葛折り状（又はＵ字状）の三つの溝と基板５１ｂの一方の面に形成された葛折り状（又はＵ字状）の三つの溝とを向かい合わせて、基板５１ａと基板５１ｂとを接合することで形成されている。基板５１ａに形成された溝は、接合面を基準として基板５１ｂに形成された溝に対して対称的に形成されており、これにより、基板５１ａ，５１ｂを接合することによってマイクロ流路５１ｃ，５１ｄ，５１ｅが形成される。マイクロ流路５１ｃ，５１ｄ，５１ｅとしての溝は、基板５１ａの一方の面及び基板５１ｂの一方の面にフォトリソグラフィー法・エッチング法等を適宜施すことによって形成されている。なお、詳細については後述するが、燃焼用燃料９８は、マイクロ流路５１ｃ，５１ｄ，５２ｅを流動している時に気化するようになっている。燃焼用燃料９８の蒸発は、８０℃〜１２０℃で効率よく起こる。
なお、図３に示すように、燃焼用燃料蒸発器５１の上面つまり基板５１ａの上面に、燃焼用燃料蒸発器５１を加熱するために電気エネルギーにより発熱するヒータ７１を接合してもよい。
【００５２】
燃焼用燃料蒸発器５１の下面つまり基板５１ｂの下面であって左右両端部には、二つの断熱支持部材６１，６２が接合されており、断熱支持部材６１，６２の下面は断熱パッケージ５８の内壁底面に接合されている。燃焼用燃料蒸発器５１は、断熱支持部材６１，６２に支持されて、断熱パッケージ５８の内壁との間にスペース部５９ａを隔てて断熱パッケージ５８の内壁から離れている。平面視した場合、つまり小型改質装置５０を上から見た場合、断熱支持部材６１が支持部材６９に重なっており、断熱支持部材６２が支持部材７０に重なっている。各断熱支持部材６１，６２は、ガラス、セラミックといった比較的熱伝導率の低い断熱材で形成されている。図５に示す通り、断熱支持部材６１には、上下に貫通した三つの流路孔８２，８４，８６が配管のために形成されており、断熱支持部材６２には、上下に貫通した四つの流路孔７５，７７，７９，８１が配管のために形成されている。
【００５３】
図３に示すように、燃焼用燃料蒸発器５１の上面であって左右両端部には、発電用燃料蒸発器５５を支持するための二つの支持部材６３，６４が断熱パッケージ５８の内壁から離れるようにして接合されている。各支持部材６３，６４は、ガラス、セラミックといった比較的熱伝導率の低い材料で形成されている。小型改質装置５０を上から見た場合、支持部材６３が断熱支持部材６１に重なっており、支持部材６４が断熱支持部材６２に重なっている。図７に示す通り、支持部材６３には、上下に貫通した三つの流路孔８２，８４，８６が配管のために形成されており、支持部材６４には、上下に貫通した四つの流路孔７６，７８，８０，８１が配管のために形成されている。
【００５４】
図３に示すように、支持部材６３，６４の上には、発電用燃料蒸発器５５が断熱パッケージ５８の内壁から離れるようにして搭載されている。発電用燃料蒸発器５５は、シリコン結晶、アルミニウム、ガラス等の材料からなる二枚の基板５５ａ，５５ｂを重ね合わせて接合した構造を有している。そして図８に示す通り、基板５５ａと基板５５ｂとの接合部には、葛折り状のマイクロ流路５５ｃが内部空間として形成されている。マイクロ流路５５ｃは、高さが５００μｍ以下であり、幅が５００μｍ以下である。詳細については後述するが、マイクロ流路５５ｃの一方の端部は流路孔８２に通じており、マイクロ流路５５ｃの他方の端部は流路孔８３に通じている。
【００５５】
マイクロ流路５５ｃは、燃焼用燃料蒸発器５１のマイクロ流路５１ｃと同様に、フォトリソグラフィー法・エッチング法等によって葛折り状の溝が形成された基板５５ａ及び基板５５ｂを準備して、それぞれの溝を向かい合わせて基板５５ａと基板５５ｂとを接合することで形成されている。詳細については後述するが、発電用燃料９９は、マイクロ流路５５ｃを流動している時に気化するようになっている。発電用燃料９９の蒸発は、１００℃〜１５０℃で効率よく起こる。
【００５６】
図３に示すように、発電用燃料蒸発器５５の下面、つまり基板５５ｂの下面であってその左右両端部にはそれぞれ支持部材６３，６４が接合されており、発電用燃料蒸発器５５が燃焼用燃料蒸発器５１との間にスペース部５９ｂを隔てて燃焼用燃料蒸発器５１から離れている。
【００５７】
発電用燃料蒸発器５５の上面、つまり基板５５ａの上面には、発電用燃料蒸発器５５を加熱するための燃焼器５２が断熱パッケージ５８の内壁から離れるようにして搭載されている。図９に示す通り、燃焼器５２の内部には、葛折り状のマイクロ流路５２ｃが内部空間として形成されている。マイクロ流路５２ｃは分岐しており、端部が三つある。マイクロ流路５２ｃは、高さが５００μｍ以下であり、幅が５００μｍ以下である。詳細については後述するが、マイクロ流路５２ｃの三つの端部のうち、第一の端部は流路孔７６に通じており、第二の端部は流路孔８１に通じており、第三の端部は流路孔８４に通じている。
【００５８】
マイクロ流路５２ｃは、フォトリソグラフィー法・エッチング等によって葛折り状の溝が形成された基板５２ａを準備し、基板５２ａの溝を発電用燃料蒸発器５５の基板５５ａに向けて基板５２ａを基板５５ａに接合することによって形成される。ここで、基板５２ａに形成された溝がマイクロ流路５２ｃとなる。詳細については後述するが、気化した燃焼用燃料９８がマイクロ流路５２ｃを流動している時に酸化して燃焼するようになっている。
なお、図３に示すように、燃焼器５２の上面、つまり基板５２ａの上面に、燃焼器５２を加熱するためのヒータ７２を接合してもよい。更には、マイクロ流路５２ｃの内壁に燃焼触媒を付着させて、気化した燃焼用燃料９８を燃焼触媒で酸化させて燃焼させてもよい。
【００５９】
燃焼器５２の上面であってその左右両端部には、一酸化炭素除去器５７を支持するための二つの支持部材６５，６６が断熱パッケージ５８の内壁から離れるようにして接合されている。支持部材６５，６６は、ガラス、セラミックといった比較的熱伝導率の低い材料で形成されている。小型改質装置５０を上から見た場合、支持部材６５は支持部材６３に重なっており、支持部材６６は支持部材６４に重なっている。そして図１０に示す通り、支持部材６５には、上下に貫通した三つの流路孔８３，８４，８６が配管のために形成されており、支持部材６６には、上下に貫通した三つの流路孔７８，８０，８１が配管のために形成されている。
【００６０】
図３に示すように、支持部材６５，６６の上には、一酸化炭素除去器５７が断熱パッケージ５８の内壁から離れるようにして搭載されている。一酸化炭素除去器５７は、シリコン結晶、アルミニウム、ガラス等の材料からなる二枚の基板５７ａ，５７ｂを重ね合わせて接合した構造を有している。そして図１１に示す通り、基板５７ａと基板５７ｂとの接合部には、葛折り状のマイクロ流路５７ｃが内部空間として形成されている。マイクロ流路５７ｃは分岐しており、端部が三つある。マイクロ流路５７ｃは、高さが５００μｍ以下であり、幅が５００μｍ以下である。詳細には後述するがマイクロ流路５７ｃの三つの端部のうち、第一の端部は流路孔８５に通じており、第二の端部は流路孔８１に通じており、第三の端部は流路孔８６に通じている。
【００６１】
マイクロ流路５７ｃは、燃焼用燃料蒸発器５１のマイクロ流路５１ｃと同様に、フォトリソグラフィー法・エッチング法等によって葛折り状の溝が形成された基板５７ａ及び基板５７ｂを準備して、それぞれの溝を向かい合わせて基板５７ａと基板５７ｂとを接合することで形成されている。マイクロ流路５７ｃの内壁には、水性シフト反応用触媒膜及び選択酸化反応用触媒膜が形成されている。
【００６２】
水性シフト反応用触媒とは、化学反応式（１）のように、一酸化炭素と水を反応させて二酸化炭素と水素を生成することを促進させるものである。化学反応式（１）の水性シフト反応は、発熱反応であるので燃焼器５４は必ずしも必要がないが、一酸化炭素除去器５７が下方の発電用燃料蒸発器５５に熱を伝搬させる機能を持っているため、一酸化炭素除去器５７が１２０℃〜２００℃の状態に加温されている必要がある。そのため、燃焼器５４やヒータ７３を設けてもよく、また高密度実装のために燃焼器５４及びヒータ７３の少なくとも一方を設けないようにしてもよい。
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2  …  （１）
水性シフト反応用触媒膜は、マイクロ流路５７ｃのうち主に流路孔８５から分岐した部分までの流路に形成されている。
【００６３】
選択酸化反応用触媒とは、化学反応式（２）のように、混合気中の一酸化炭素を選択して、一酸化炭素と酸素を反応させて二酸化炭素を生成することを促進させるものである。化学反応式（２）の選択酸化反応は、発熱反応であるので燃焼器５４は必ずしも必要がないが、一酸化炭素除去器５７が下方の発電用燃料蒸発器５５に熱を伝搬させる機能を持っているため、一酸化炭素除去器５７が１２０℃〜２００℃の状態に加温されている必要がある。そのため、燃焼器５４やヒータ７３を設けてもよく、また高密度実装のために燃焼器５４及びヒータ７３の少なくとも一方を設けないようにしてもよい。
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2  …  （２）
選択酸化反応用触媒膜は、マイクロ流路５７ｃのうち主に分岐した部分から流路孔８６までの流路に形成されている。
【００６４】
図３に示すように、一酸化炭素除去器５７の下面、つまり基板５７ｂの下面であってその左右両端部にはそれぞれ支持部材６５，６６が接合されており、発電用燃料蒸発器５５が燃焼器５２との間にスペース部５９ｃを隔てて燃焼器５２から離れている。
【００６５】
一酸化炭素除去器５７の上面、つまり基板５７ａの上面には、一酸化炭素除去器５７を加熱するための燃焼器５４が断熱パッケージ５８の内壁から離れるようにして搭載されている。そして図１２に示す通り、燃焼器５４の内部には、葛折り状のマイクロ流路５４ｃが内部空間として形成されている。マイクロ流路５４ｃは、高さが５００μｍ以下であり、幅５００がμｍ以下である。マイクロ流路５４ｃは分岐しており、端部が三つある。詳細については後述するが、マイクロ流路５４ｃの三つの端部のうち、第一の端部は流路孔７８に通じており、第二の端部は流路孔８１に通じており、第三の端部は流路孔８４に通じている。
【００６６】
マイクロ流路５４ｃは、フォトリソグラフィー法・エッチング等によって葛折り状の溝が形成された基板５４ａを準備し、基板５４ａの溝を一酸化炭素除去器５７の基板５７ａに向けて基板５４ａを基板５７ａに接合することによって形成される。詳細については後述するが、気化した燃焼用燃料９８がマイクロ流路５４ｃを流動しているときに酸化して燃焼するようになっている。
なお、図３に示すように、燃焼器５４の上面、つまり基板５４ａの上面に、燃焼器５４を加熱するためのヒータ７３を接合してもよい。更には、マイクロ流路５４ｃの内壁に燃焼触媒を付着させて、気化した燃焼用燃料９８を燃焼触媒で酸化させて燃焼させてもよい。
【００６７】
燃焼器５４の上面であってその左右両端部には、改質器５６を支持するための二つの支持部材６７，６８が断熱パッケージ５８の内壁から離れるようにして接合されている。小型改質装置５０を上から見た場合、支持部材６７は支持部材６５に重なっており、支持部材６８は支持部材６６に重なっている。各支持部材６７，６８は、ガラス、セラミックといった比較的熱伝導率の低い材料で形成されている。そして図１３に示す通り、支持部材６７には、上下に貫通した三つの流路孔８３，８４，８５が配管のために形成されており、支持部材６８には、上下に貫通した二つの流路孔８０，８１が配管のために形成されている。
【００６８】
図３に示すように、支持部材６７，６８の上には、改質器５６が断熱パッケージ５８の内壁から離れるようにして搭載されている。改質器５６は、シリコン結晶、アルミニウム、ガラス等の材料からなる二枚の基板５６ａ，５６ｂを重ね合わせて接合した構造を有している。そして図１４に示す通り、基板５６ａと基板５６ｂとの接合部には、葛折り状のマイクロ流路５６ｃが内部空間として形成されている。マイクロ流路５６ｃは、高さ５００μｍ以下であり、幅５００がμｍ以下である。詳細については後述するが、マイクロ流路５６ｃの一方の端部は流路孔８３に通じており、マイクロ流路５６ｃの他方の端部は流路孔８５に通じている。
【００６９】
マイクロ流路５６ｃは、燃焼用燃料蒸発器５１のマイクロ流路５１ｃと同様に、フォトリソグラフィー法・エッチング法等によって葛折り状の溝が形成された基板５６ａ及び基板５６ｂを準備して、それぞれの溝を向かい合わせて基板５６ａと基板５６ｂとを接合することで形成されている。また、マイクロ流路５６ｃの内壁には、改質反応用触媒膜が形成されている。
【００７０】
改質反応用触媒とは、化学反応式（３）のように、メタノールと水とを反応させて二酸化炭素と水を生成することを促進させるものである。化学反応式（３）の改質反応は、吸熱反応であり、２００℃〜３００℃で効率よく起こる。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2  …  （３）
【００７１】
図３に示すように、改質器５６の下面、つまり基板５６ｂの下面であってその左右両端部にはそれぞれ支持部材６７，６８が接合されており、改質器５６が燃焼器５４との間にスペース部５９ｄを隔てて燃焼器５４から離れている。
【００７２】
改質器５６の上面、つまり基板５６ａの上面には、改質器５６を加熱するための燃焼器５３が断熱パッケージ５８の内壁から離れるように搭載されている。そして図１５に示す通り、燃焼器５３の内部には、葛折り状のマイクロ流路５３ｃが内部空間として形成されている。マイクロ流路５３ｃは、高さが５００μｍ以下であり、幅が５００μｍ以下である。マイクロ流路５３ｃは分岐しており、端部が三つある。詳細については後述するが、マイクロ流路５３ｃの三つの端部のうち、第一の端部は流路孔８０に通じており、第二の端部は流路孔８１に通じており、第三の端部は流路孔８４に通じている。
【００７３】
マイクロ流路５３ｃは、フォトリソグラフィー法・エッチング等によって葛折り状の溝が形成された基板５３ａを準備し、基板５３ａの溝を改質器５６の基板５６ａに向けて基板５６ａに基板５３ａを接合することによって形成される。詳細については後述するが、気化した燃焼用燃料９８がマイクロ流路５３ｃを流動しているときに酸化して燃焼するようになっている。なお、マイクロ流路５３ｃの内壁に燃焼触媒を付着させて、気化した燃焼用燃料９８を燃焼触媒で酸化させて燃焼させてもよい。
【００７４】
図３に示すように、燃焼器５３の上面、つまり基板５３ａの上面には、燃焼器５３を加熱するためのヒータ７４が接合されている。ヒータ７４としては、電気抵抗性発熱体、半導体性発熱体が挙げられるが、電流が流れたり電圧が印加されたりすることによって電気エネルギーで発熱するものであればよい。
【００７５】
次に、配管のために形成された流路孔７５〜８６について説明する。
流路孔７５は、支持部材７０の下端から支持部材７０、断熱パッケージ５８及び断熱支持部材６２を貫通し、燃焼用燃料蒸発器５１に形成されたマイクロ流路５１ｃの一方の端部にまで至っている。流路孔７５に対しては第一吸入ニップル部３５の流路が通じており、第一吸入ニップル部３５から流路孔７５までの間にポンプが設けられ、このポンプによって燃焼用燃料９８が第一燃料タンク８から流路孔７５まで供給されるようになっている。
【００７６】
流路孔７６は、マイクロ流路５１ｃの他方の端部から支持部材６４及び発電用燃料蒸発器５５を貫通し、燃焼器５２に形成されたマイクロ流路５２ｃの第一の端部にまで至っている。
【００７７】
流路孔７７は、支持部材７０の下端から支持部材７０、断熱パッケージ５８及び断熱支持部材６２を貫通し、燃焼用燃料蒸発器５１に形成されたマイクロ流路５１ｄの一方の端部にまで通じている。流路孔７７に対しては第一吸入ニップル部３５の流路が通じており、第一吸入ニップル部３５から流路孔７７までの間にポンプが設けられ、このポンプによって燃焼用燃料９８が第一燃料タンク８から流路孔７７まで供給されるようになっている。
【００７８】
流路孔７８は、マイクロ流路５１ｄの他方の端部から支持部材６４、発電用燃料蒸発器５５、燃焼器５２、支持部材６６及び一酸化炭素除去器５７を貫通し、燃焼器５４に形成されたマイクロ流路５４ｃの第一の端部にまで通じている。
【００７９】
流路孔７９は、支持部材７０の下端から支持部材７０、断熱パッケージ５８及び断熱支持部材６２を貫通し、燃焼用燃料蒸発器５１に形成されたマイクロ流路５１ｅの一方の端部にまで通じている。流路孔７９に対しては第一吸入ニップル部３５の流路が通じており、第一吸入ニップル部３５から流路孔７９までの間にポンプが設けられ、このポンプによって燃焼用燃料９８が第一燃料タンク８から流路７９まで供給されるようになっている。
【００８０】
流路孔８０は、マイクロ流路５１ｅの他方の端部から支持部材６４、発電用燃料蒸発器５５、燃焼器５２、支持部材６６、一酸化炭素除去器５７、燃焼器５４、支持部材６８及び改質器５６を貫通し、燃焼器５３に形成されたマイクロ流路５３ｃの第一の端部にまで通じている。
【００８１】
流路孔８１は、支持部材７０の下端から支持部材７０、断熱パッケージ５８、断熱支持部材６２、燃焼用燃料蒸発器５１、支持部材６４、発電用燃料蒸発器５５、燃焼器５２、支持部材６６、一酸化炭素除去器５７、燃焼器５４、支持部材６８及び改質器５６を貫通し、燃焼器５３に形成されたマイクロ流路５３ｃの第二の端部にまで通じている。また、流路孔８１は、途中の燃焼器５２においてマイクロ流路５２ｃの第二の端部に通じており、途中の一酸化炭素除去器５７においてマイクロ流路５７ｃの第二の端部に通じており、更に途中の燃焼器５４においてマイクロ流路５４ｃの第二の端部に通じている。また、流路孔８１からスリット３１，３１，…まで通じた流路が発電モジュール３の筐体３０に設けられており、スリット３１，３１，…から流路孔８１までの間にポンプが設けられ、このポンプによって外部の空気が流路孔８１まで吸引されるようになっている。
【００８２】
流路孔８２は、支持部材６９の下端から支持部材６９、断熱パッケージ５８、断熱支持部材６１、燃焼用燃料蒸発器５１及び支持部材６３を貫通し、発電用燃料蒸発器５５に形成されたマイクロ流路５５ｃの一方の端部にまで通じている。流路孔８２に対しては第二吸入ニップル部３６の流路が通じており、第二吸入ニップル部３６から流路孔８２までの間にポンプが設けられ、このポンプによって発電用燃料９９が第二燃料タンク９から流路孔８２まで供給されるようになっている。
【００８３】
流路孔８３は、マイクロ流路５５ｃの他方の端部から燃焼器５２、支持部材６５、一酸化炭素除去器５７、燃焼器５４及び支持部材６７を貫通し、改質器５６に形成されたマイクロ流路５６ｃの一方の端部まで通じている。
【００８４】
流路孔８５は、マイクロ流路５６ｃの他方の端部から支持部材６７及び燃焼器５４を貫通し、一酸化炭素除去器５７に形成されたマイクロ流路５７ｃの第一の端部にまで至っている。
【００８５】
流路孔８６は、マイクロ流路５７ｃの第三の端部から支持部材６５、燃焼器５２、発電用燃料蒸発器５５、支持部材６３、燃焼用燃料蒸発器５１、断熱支持部材６１、断熱パッケージ５８及び支持部材６９を貫通し、支持部材６９の下端まで通じている。流路孔８６の下端から後述する燃料電池９１の燃料極まで通じている流路が発電モジュール３の筐体３０に設けられている。
【００８６】
流路孔８４は、支持部材６９の下端から支持部材６９、断熱パッケージ５８、断熱支持部材６１、燃焼用燃料蒸発器５１、支持部材６３、発電用燃料蒸発器５５、燃焼器５２、支持部材６５、一酸化炭素除去器５７、燃焼器５４、支持部材６７及び改質器５６を貫通し、燃焼器５３に形成されたマイクロ流路５３ｃの第三の端部にまで通じている。更に、流路孔８４は、途中の燃焼器５２においてマイクロ流路５２ｃの第三の端部に通じており、更に途中の燃焼器５４においてマイクロ流路５４ｃの第三の端部に通じている。また、この流路孔８４の下端からバルブを介して通気孔３３，３３，…まで通じている流路が発電モジュール３の筐体３０に設けられており、小型改質装置５０で生成された副生成物が通気孔３３，３３，…を通じて排出されるようになっている。同様に、流路８４の下端からバルブを介して第二排水管３４まで通じている流路が筐体３０に設けられており、小型改質装置５０で生成された副生成物である水が第二排水管３４を通じて燃料貯蔵モジュール２の排水容器１６へ排水されるようになっている。
【００８７】
次に、燃料電池９１について説明する。
燃料電池９１は、改質器５６から供給される水素を取り込み、触媒微粒子を含有させた又は触媒微粒子を付着させた燃料極と、スリット３１，３１，…側に配置され、触媒微粒子を含有させた又は触媒微粒子を付着させた空気極と、燃料極と空気極との間に挟まれた高分子フィルム状の水素イオン伝導性のイオン伝導膜とを、具備する固体高分子型燃料電池である。
【００８８】
燃料電池９１においては、電気化学反応式（４）に示すように、燃料極に水素ガスが供給されると、燃料極の触媒により電子の分離した水素イオンが発生し、水素イオンがイオン伝導膜を通じて空気極へ伝導し、燃料極より電子が取り出されるようになっている。
３Ｈ2→６Ｈ+＋６ｅ-  …  （４）
一方、電気化学反応式（５）に示すように、空気極に酸素ガスが供給されると、イオン導電膜を通過した水素イオンと、酸素ガスと、電子とが反応して、水が副生成物として生成されるようになっている。
６Ｈ+＋３／２Ｏ2＋６ｅ-→３Ｈ2Ｏ  …  （５）
燃料電池９１で以上のような電気化学反応が起こることによって、電気エネルギーが生成されるようになっている。
【００８９】
上述したように、燃料電池９１の燃料極から流路孔８６まで通じている流路が発電モジュール３の筐体３０に設けられており、流路孔８６から燃料極まで水素ガス等の流体が流れるようになっている。一方、燃料電池９１の空気極からスリット３１，３１，…まで通じた流路が設けられており、スリット３１，３１，…から空気極までの間にポンプが設けられ、このポンプによって外部の空気が空気極まで吸引されるようになっている。また、燃料電池９１の空気極からバルブを介して第二排水管３４に通じている流路が筐体３０に設けられており、燃料電池９１で生成された副生成物である水が第二排水管３４を通じて燃料貯蔵モジュール２の排水容器１６へ排水されるようになっている。
【００９０】
次に、図１６のブロック図を用いて発電装置１の制御構成について説明する。
燃料電池９１で生成された電気エネルギーは、蓄電部９２に供給されるようになっている。蓄電部９２に供給された電気エネルギーは、蓄電部９２で貯蔵されるようになっている。蓄電部９２で貯蔵されたエネルギーは、配電部９３によって発電モジュール３外の外部デバイス、中央処理部９５、のファン・ポンプ・バルブ駆動部９４、温度制御部９６に供給されるようになっている。中央処理部９５は、蓄電部９２に貯蔵された電気エネルギー量に基づいて、ファン・ポンプ・バルブ駆動部９４に制御信号を適宜出力したり、温度制御部９６に制御信号を適宜出力したりするようになっている。ファン・ポンプ・バルブ駆動部９４は、中央処理部９５からの制御信号に基づいて、発電モジュール３内に設けられたファン１１０、各ポンプ及び各バルブに電気エネルギーを供給してファン１１０、各ポンプ及び各バルブを駆動するようになっている。温度制御部９６は、中央処理部９５からの制御信号に基づいて、小型改質装置５０に設けられたヒータ７４に電気エネルギーを供給して、ヒータ７４を発熱させるようになっている。以上の蓄電部９２、配電部９３、ファン・ポンプ・バルブ駆動部９４、中央処理部９５及び温度制御部９６は、発電モジュール３に内蔵されている。
【００９１】
次に、以上のように構成された発電装置１の動作について説明する。
まず、発電装置１を起動させるために、予め蓄電部９２に貯留された電気エネルギーによって中央処理部９５が動作し、中央処理部９５がファン・ポンプ・バルブ駆動部９４及び温度制御部９６に制御信号を出力する。これにより、蓄電部９２に貯留された電気エネルギーが配電部９３、温度制御部９６を通じてヒータ７４に供給されるとともに、蓄電部９２に貯留された電気エネルギーが配電部９３、ファン・ポンプ・バルブ駆動部９４を通じて発電モジュール３内のファン１１０、各バルブ及び各ポンプに供給される。これにより、ヒータ７４が発熱して、熱伝導により断熱パッケージ５８の内部全体即ち燃焼用燃料蒸発器５１、燃焼器５２〜５４、発電用燃料蒸発器５５、改質器５６及び一酸化炭素除去器５７が加熱される。
【００９２】
更に、各バルブ、各ポンプの動作により、外部の空気がスリット３１，３１，…から吸引されて流路孔８１に流れ込み、燃焼器５２のマイクロ流路５２ｃ、一酸化炭素除去器５７のマイクロ流路５７ｃ、燃焼器５４のマイクロ流路５４ｃ及び燃焼器５３のマイクロ流路５３ｃに供給される。また、各バルブ、各ポンプの動作により、第一燃料タンク８内の燃焼用燃料９８は、第一吸入ニップル部３５に吸引されて流路孔７５，７７，７９それぞれに流れ込み、燃焼用燃料蒸発器５１のマイクロ流路５１ｃ，５１ｄ，５１ｅそれぞれに供給される。また、各バルブ、各ポンプの動作により、第二燃料タンク９内の発電用燃料９９は、第二吸入ニップル部３４に吸引されて流路孔８３に流れ込み、発電用燃料蒸発器５５のマイクロ流路５５ｃに供給される。
【００９３】
燃焼用燃料蒸発器５１のマイクロ流路５１ｃ，５１ｄ，５１ｅに供給された燃焼用燃料９８は、マイクロ流路５１ｃ，５１ｄ，５１ｅを流動している時に加熱される。これにより、液体であった燃焼用燃料９８が吸熱を伴って気体に相変化する。マイクロ流路５１ｃで気化した燃焼用燃料９８は、流路孔７６を流動して燃焼器５２のマイクロ流路５２ｃに供給され、マイクロ流路５１ｄで気化した燃焼用燃料９８は、流路孔７８を流動して燃焼器５４のマイクロ流路５４ｃに供給され、マイクロ流路５１ｅで気化した燃焼用燃料９８は、流路孔８０を流動して燃焼器５３のマイクロ流路５３ｃに供給される。
【００９４】
燃焼器５２のマイクロ流路５２ｃに供給された燃焼用燃料９８がマイクロ流路５２ｃを流動している時に同じくマイクロ流路５２ｃに供給された空気中の酸素と酸化することで、マイクロ流路５２ｃにおいて燃焼が生じる。この時の燃焼熱によって断熱パッケージ５８の内部全体が加熱されるが、特に発電用燃料蒸発器５５がよく加熱される。同様に、燃焼器５３においても燃焼用燃料９８が燃焼して、燃焼熱によって断熱パッケージ５８の内部全体が加熱されるが、特に改質器５６がよく加熱される。同様に、燃焼器５４においても燃焼用燃料９８が燃焼して、燃焼熱によって断熱パッケージ５８の内部全体が加熱されるが、特に一酸化炭素除去器５７がよく加熱される。
【００９５】
マイクロ流路５２ｃ，５３ｃ，５４ｃそれぞれでの燃焼によって生成した水及び二酸化炭素は、流路孔８４を流れて通気孔３３，３３，…を通じて外部に排出されたり、第一，第二排水管３４，７を通じて排水容器１６へ排出されたりする。排水容器１６では水が貯留される。
【００９６】
発電用燃料蒸発器５５のマイクロ流路５５ｃに供給された発電用燃料９９は、マイクロ流路５５ｃを流動している時に加熱される。これにより、液体であった発電用燃料９９が吸熱を伴ってメタノールと水の混合気に相変化する。マイクロ流路５５ｃで気化した混合気は、流路孔８３を流動して改質器５６のマイクロ流路５６ｃに供給される。
【００９７】
改質器５６のマイクロ流路５６ｃに供給された混合気は、マイクロ流路５６ｃを流動している時に加熱されて、改質反応用触媒によって吸熱を伴って上記化学反応式（３）のような化学反応を起こす。これにより、水素ガスと二酸化炭素ガスが生成される。また、マイクロ流路５６ｃを流れている混合気が完全に水素ガスと二酸化炭素ガスに改質されない場合もあり、化学反応式（６）のような化学反応も僅かに起こり、二酸化炭素ガス、一酸化炭素ガス及び水素ガスが生成される。
２ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→５Ｈ2＋ＣＯ＋ＣＯ2  …  （６）
【００９８】
改質器５６のマイクロ流路５６ｃで生成された水素ガス、二酸化炭素ガス、一酸化炭素ガス及び水蒸気からなる混合気は、流路孔８５を流動して一酸化炭素除去器５７のマイクロ流路５７ｃに供給される。マイクロ流路５７ｃに供給された混合気は、流路孔８１からの合流点までに流れている時に加熱されて、水性シフト反応用触媒によって吸熱を伴って上記化学反応式（１）のような化学反応を起こす。これにより、混合気に含まれる一酸化炭素が減少し、混合気が無毒化される。
【００９９】
更に、マイクロ流路５７ｃを流れている混合気は、流路孔８１からの合流点に至るとマイクロ流路５７ｃに供給された空気と混合する。そして、空気を含む混合気が、その合流点から流路孔８６へ流れている時に加熱されて、選択酸化反応用触媒によって吸熱を伴って上記化学反応式（２）のような化学反応を起こす。ここで、選択酸化反応用触媒が化学反応式（２）の化学反応を選択的に促進するから、混合気に含まれる水素は殆ど酸化しない。
【０１００】
マイクロ流路５７ｃを流れている混合気が流路孔８６に至る時点では、その混合気には一酸化炭素が殆ど含まれず、水素ガス及び二酸化炭素ガスの濃度が非常に高い。そして、水素ガス及び二酸化炭素ガスの濃度が高い混合気は、流路孔８６を流れて、燃料電池９１の燃料極に供給される。燃料電池９１では、混合気中の水素ガスが燃料極で上記電気化学反応式（４）のような反応をし、スリット３１，３１，…を通じて空気極に酸素ガスが供給されて空気極で上記電気化学反応式（５）のような反応をする。電気化学反応式（４）、（５）のような電気化学反応によって燃料電池９１で電気エネルギーが生成され、生成された電気エネルギーは蓄電部９２に蓄電され、更には配電部９３を介して外部のデバイスに供給される。
【０１０１】
また、燃料極に供給された混合気中の二酸化炭素ガスは反応せずに、通気孔３３，３３，…を通じて外部に排気され、空気極で生成された水は、第一，第二排水管７，３４を通じて排水容器１６に排水・貯留される。
【０１０２】
ここで、発電装置１では、中央処理部９５が作動してファン・ポンプ・バルブ駆動部９４に制御信号を出力すると、各ポンプ及び各バルブの動作とは別に、ファン１１０が各ポンプ及び各バルブと同期するように作動（回転）し、加湿機構１００で加湿された気体が第一，第二流通管１４，１５を通じて燃料電池９１の空気極に供給される。詳しくは、ファン１１０が回転すると、当該ファン１１０の作用により、加湿機構１００の内部に吸引圧が発生し、外気中の空気が加湿機構１００の各吸引孔１０２から加湿マット１０３に吸引され、その吸引された空気が加湿マット１０３を通過して加湿され、その加湿された空気が第一，第二流通管１４，１５を通じて燃料電池９１の空気極に供給される。このように燃料電池９１では空気極の周囲の雰囲気が加湿されるため、燃料電池９１のイオン伝導膜を加湿した気体によって湿潤状態にすることができる。そのため、燃料電池９１のイオン伝導膜の水素イオン伝導性を向上させることができ、ひいては燃料電池９１の発電効率を向上させることができる。
【０１０３】
以上の発電装置１では、第一，第二流通管１４，１５、加湿機構１００及びファン１１０が、加湿した気体を燃料電池９１の空気極に供給する加湿手段として機能し、加湿した気体を燃料電池９１の空気極に供給するようになっている。そのため、燃料電池９１の発電効率を向上させることができ、ひいては発電装置１の発電効率を向上させることができる。また、発電装置１では、加湿機構１００に加湿マット１０３が配されているため、外気中の空気が当該加湿マット１０３を通過するときに外気中の空気から塵や埃を除去することができ、清浄な加湿した気体を燃料電池９１の空気極に供給することができる。
【０１０４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び設計の変更をおこなってもよい。
上記加湿機構１００では、吸気孔１０２を設けることによって外気中の空気を筐体１０１内に吸引してその吸引した空気を加湿した気体の媒体としたが、吸気孔１０２を設けずに水１０４を気化した水蒸気を加湿した気体として燃料電池９１の空気極に供給するようにしてもよい。この場合、燃料電池９１の空気極への水蒸気の供給に伴い、水１０４の体積が経時的に減少して筐体１０１内が減圧されることになっても、筐体１０１の内圧に応じて水１０４が気化し、筐体１０１内の圧力が増大するように緩衝するので、筐体１０１内が燃料貯蔵モジュール２の第二流通管１４に対して負圧になることはない。そのため、ファン１１０が回転することにより、水蒸気を効率よく燃料電池９１の空気極に供給することができる。
【０１０５】
また例えば、上記加湿機構１００に代えて、図１７（ａ）〜（ｃ）に示す加湿機構２００，３００，４００を適用してもよい。
【０１０６】
図１７（ａ）に示す加湿機構２００は円筒状の筐体２０１を有している。筐体２０１の底部は円形の加湿フィルタ２０２で塞がれている。加湿フィルタ２０２は周知のフィルタにシリカゲルや活性炭を固着させたものであり、予め調湿した保水力のあるシリカゲルや活性炭等の保湿剤を、水分を含ませたフィルタに固着して作製されたものである。加湿機構２００を適用した場合において、ファン１１０が回転すると、当該ファン１１０の作用により、加湿機構２００の内部に吸引圧が発生し、外気中の空気が加湿フィルタ２０２から筐体２０１の内部に向かって吸引され、その吸引された空気が加湿フィルタ２０２を通過した時に保湿剤と接触して加湿され、その加湿された空気が第一，第二流通管１４，１５を通じて燃料電池９１の空気極に供給される。加湿フィルタ２０２内の水分は、保湿剤によって吸水されているので筐体２０１の外に漏洩することはない。
【０１０７】
図１７（ｂ）に示す加湿機構３００は円筒状の筐体３０１を有している。筐体３０１の底部には円形で周知の防塵用のエアーフィルタ３０２が配されており、エアーフィルタ３０２の上部には円形の加湿フィルタ３０３が配されている。加湿フィルタ３０３は、上記加湿フィルタ２０２と同様のものである。加湿機構３００を適用した場合において、ファン１１０が回転すると、当該ファン１１０の作用により、加湿機構３００の内部に吸引圧が発生し、外気中の空気がエアーフィルタ３０２及び加湿フィルタ３０３に向かって吸引され、その吸引された空気がエアーフィルタ２０２及び加湿フィルタ３０３を通過して加湿され、その加湿された空気が第一，第二の流通管１４，１５を通じて燃料電池９１の空気極に供給される。
【０１０８】
なお、加湿フィルタ２０２，３０３に代えて、水分を含ませたＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン，Poly Tetra Fluoro Ethylen）製フィルタを配してもよい。ＰＴＦＥ製フィルタは撥水性を有するが、特に当該ＰＴＦＥ製フィルタに衝撃を与えない限り水漏れはしないので、燃料貯蔵モジュール２に衝撃の加わる可能性がない場合に有効に使用することができる。
【０１０９】
図１７（ｃ）に示す加湿機構４００は円筒状の筐体４０１を有している。筐体４０１の内部には所定の厚みを有したリング状の中空糸脱気膜４０２が配されている。筐体４０１の内部であって中空糸脱気膜４０２の外側には蒸留水４０３が充填されている。蒸留水４０３は、中空糸脱気膜４０２と筐体４０１の内壁とに閉塞された状態で充填されている。中空糸脱気膜４０２は蒸留水４０３中の気体分子を選択的に透過させる性質を具備するものである。中空糸脱気膜４０２は疎水性の材料から構成されており、蒸留水４０３が当該中空糸脱気膜４０２から漏れ出すことはない。加湿機構４００を適用した場合において、ファン１１０が回転すると、当該ファン１１０の作用により、加湿機構４００の内部に吸引圧が発生し、蒸留水４０３中の気体分子が加湿された気体となって中空糸脱気膜４０２を透過し、その加湿された気体が第一，第二の流通管１４，１５を通じて燃料電池９１の空気極に供給される。
【０１１０】
なお、加湿機構４００のように、中空糸脱気膜４０２と筐体４０１の内壁とで閉塞する水として蒸留水４０３を用いれば、不純物が中空糸脱気膜４０２の膜面に堆積することが無く、中空糸脱気膜４０２で閉塞する水として水道水や井戸水を用いる場合より、中空糸脱気膜４０２を長期間にわたって使用することができる。
【０１１１】
以上の通り、加湿機構１００に代わる加湿機構２００，３００，４００を説明したが、水蒸気等の加湿した気体を燃料電池９１の空気極に送るためのファン１１０は、上記の通りに発電モジュール３の第二流通管１５の中途部に配してもよいし、燃料貯蔵モジュール２の第二流通管１４の中途部に配してもよいし、第一，第二流通管１４，１５の各中途部の両方に配してもよいし、各加湿機構１００，２００，３００，４００の内部に配してもよい。また、ファン１１０の代替品としてエアーポンプを用いてもよい。
【０１１２】
なお上記では、排水容器１６と各加湿機構１００，４００とを別体としたが、排水容器１６と各加湿機構１００，４００とを一体化し、各加湿機構１００，４００内の水１０４及び蒸留水４０３の供給源の一部として、発電モジュール３内で生成される副生成物の水を再利用する構成としてもよい。このような構成にすることにより、各加湿機構１００，４００に貯水される水１０４及び蒸留水４０３の貯水量を少なくできるので、燃料貯蔵モジュール２をより小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】発電装置を一部破断して示した斜視図である。
【図２】発電装置の基本構成を示したブロック図である。
【図３】小型改質装置を一部破断して示した側面図である。
【図４】図３の破断線Ａ−Ａに沿って破断して示した断面図である。
【図５】図３の破断線Ｂ−Ｂに沿って破断して示した断面図である。
【図６】図３の破断線Ｃ−Ｃに沿って破断して示した断面図である。
【図７】図３の破断線Ｄ−Ｄに沿って破断して示した断面図である。
【図８】図３の破断線Ｅ−Ｅに沿って破断して示した断面図である。
【図９】図３の破断線Ｆ−Ｆに沿って破断して示した断面図である。
【図１０】図３の破断線Ｇ−Ｇに沿って破断して示した断面図である。
【図１１】図３の破断線Ｈ−Ｈに沿って破断して示した断面図である。
【図１２】図３の破断線Ｉ−Ｉに沿って破断して示した断面図である。
【図１３】図３の破断線Ｊ−Ｊに沿って破断して示した断面図である。
【図１４】図３の破断線Ｋ−Ｋに沿って破断して示した断面図である。
【図１５】図３の破断線Ｌ−Ｌに沿って破断して示した断面図である。
【図１６】発電装置の制御構成を示したブロック図である。
【図１７】加湿機構の変形例を示す図面である。
【符号の説明】
【０１１４】
１  発電装置
２  燃料貯蔵モジュール
８，９  燃料タンク
３  発電モジュール
１４  第一流通管（加湿手段の一部，流通管の一部）
１５  第二流通管（加湿手段の一部，流通管の一部）
５０  小型改質装置（改質装置）
９１  燃料電池
１００，２００，３００，４００  加湿機構（加湿手段の一部，加湿気体生成手段）
１０３  加湿マット
１１０  ファン（加湿手段の一部，流体送出手段）
２０２，３０３  加湿フィルタ
３０２  エアーフィルタ
４０２  中空糸脱気膜
４０３  蒸留水
【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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【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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