(57)【要約】【課題】  リアクタにおける熱損失を抑えつつ、比較的小さいスペースに複数のリアクタを設置することができるリアクタの配置方法を提供すること。【解決手段】  マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆを相似形状に設け、底角１１から離れるにつれて温度が低くなるような温度勾配をマイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆに発生させる。マイクロリアクタ３Ａの底辺１６をマイクロリアクタ３Ｂの辺１５に接し、マイクロリアクタ３Ｂの底辺１６をマイクロリアクタ３Ｃの辺１５に接し、マイクロリアクタ３Ｃの底辺１６をマイクロリアクタ３Ｄの辺１５に接し、マイクロリアクタ３Ｄの底辺１６をマイクロリアクタ３Ｅの辺１５に接し、マイクロリアクタ３Ｅの底辺１６をマイクロリアクタ３Ｆの辺１５に接し、マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆの底角１１を揃える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の反応炉を備えた反応装置において、
前記複数の反応炉はそれぞれ高温反応部及び前記高温反応部より低い温度で反応する低温反応部を有し、
互いに隣り合う前記反応炉の高温反応部同士が接していることを特徴とする反応装置。
【請求項２】
前記複数の反応炉の高温反応部は、互いに寸法の異なることを特徴とする請求項１に記載の反応装置。
【請求項３】
前記複数の反応炉の低温反応部は、互いに寸法の異なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の反応装置。
【請求項４】
前記複数の反応炉の高温反応部の大きさが互いに指数関数的に異なっていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項５】
前記複数の反応炉の低温反応部の大きさが互いに指数関数的に異なっていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項６】
前記複数の反応炉の高温反応部は、互いに相似形であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項７】
前記複数の反応炉の低温反応部は、互いに相似形であることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項８】
前記複数の反応炉の高温反応部を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項９】
前記複数の反応炉の高温反応部はそれぞれ多角形であり、少なくとも一部の前記高温反応部の２／３以上の辺が隣接する高温反応部に接していることを特徴とする請求項１から請求項８の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項１０】
前記高温反応部と前記低温反応部とは互いに連結されていることを特徴とする請求項１から請求項９の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項１１】
前記複数の反応炉の形状は多角形であり、
前記多角形の２／３以上の辺が、互いに接していることを特徴とする請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項１２】
前記複数の反応炉の高温反応部はそれぞれ扇形であることを特徴とすることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項１３】
前記複数の反応炉の形状は扇形であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項１４】
前記複数の反応炉の形状は扇形であり、前記複数の反応炉のうちの第一扇形反応炉と第二扇形反応炉とは互いに扇形の頂角の角度が異なることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項１５】
前記複数の反応炉の高温反応部はともに所定の点に接するように配置され、前記複数の反応炉がそれぞれ前記所定の点の周回に配列されていることを特徴とする請求項１から請求項１４の何れか一項に記載の反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の反応炉を備えた反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、高いエネルギー利用効率を実現できる燃料電池についての研究・開発が盛んにおこなわれている。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から電気エネルギーを直接取り出すものであり（例えば、特許文献１参照）、将来性に富む有望な電源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水素が挙げられるが、常温で気体であることによる取り扱い・貯蔵に問題がある。そこで、アルコール類及びガソリンといった液体燃料を用いれば液体燃料を貯蔵するためのシステムが比較的小型になるが、燃料と水蒸気を高温に加熱して反応させることによって発電に必要な水素を生成する改質装置を必要とする。
【０００３】
一方、複数の基板を接合した小型のケミカルマイクロリアクタの開発が行われている（例えば、特許文献２参照）。ケミカルマイクロリアクタは、ポリスチレン製の第１基板の一方の面に溝を形成し、この溝に蓋をするよう第１基板に第２基板を紫外線硬化樹脂で接着したものである。接合面に形成された溝が流路となるので、溝の壁面に改質用触媒を形成し、燃料と水蒸気を溝に流せば、燃料と水が触媒反応によって水素に改質されることが可能であり、このようなケミカルマイクロリアクタを燃料電池の水素改質器に応用することも可能である。水蒸気改質反応は常温で起こりにくいため、ケミカルマイクロリアクタを加熱する必要がある。
【特許文献１】特開２００３−３０８８６３号公報
【特許文献２】特開２００２−１０２６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池の出力により駆動する電子機器で消費される電力に応じて燃料電池の発電力を高めたり、低くしたりする必要があるが、この電子機器の最大消費電力に合わせて燃料電池を大型化するほかにケミカルマイクロリアクタで生成する水素の生成量を増大させることが行われている。水素の生成量を増やすためには、ケミカルマイクロリアクタを大型化したり、多数のケミカルマイクロリアクタを設置したりすることが一般的である。
【０００５】
ところが、大きいケミカルマイクロリアクタを設置すると、システム全体が大型化するので、出来る限り小さいスペースにケミカルマイクロリアクタを設置することが望まれる。また、上述したようにケミカルマイクロリアクタによる水蒸気改質反応には、熱が用いられるため、ケミカルマイクロリアクタにおける熱損失を出来る限り少なくすることが望まれる。
【０００６】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解決しようとしてなされたものであり、反応炉における熱損失を抑えた構造の反応装置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】
【０００７】
以上の課題を解決するために、本発明における反応装置は、
複数の反応炉を備えた反応装置において、
前記複数の反応炉はそれぞれ高温反応部及び前記高温反応部より低い温度で反応する低温反応部を有し、
互いに隣り合う前記反応炉の高温反応部同士が接していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、各反応炉の隣接する高温反応部が接するように配置されているのでこれらの間で保温されるので、熱損失を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１０】
図１は、発電装置１のブロック図である。
発電装置１は、燃料と水を貯留した燃料容器２と、燃料容器２から供給された燃料と水から水素を生成する反応炉であるマイクロリアクタ３と、マイクロリアクタ３で生成された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４と、を備える。
【００１１】
燃料容器２内に貯留された燃料は、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。燃料と水は別々で燃料容器２に貯蔵されても良いし、混合された状態で燃料容器２に貯蔵されても良い。本実施形態では、燃料としてメタノールを用いている。
【００１２】
マイクロリアクタ３は、燃料容器２から供給された燃料と水を８０℃〜１２０℃の温度で気化させる気化器５と、化学反応式（１）、（２）に示すように気化器５から供給された燃料と水の混合気を２５０℃以上の温度で水素に改質する改質器６と、化学反応式（３）に示すように改質器６で生成された生成物の混合気中の一酸化炭素を１５０℃〜２００℃の温度で酸化させることによって一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器７と、を備える。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2  …（１）
２ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→５Ｈ2＋ＣＯ＋ＣＯ2  …（２）
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2  …（３）
【００１３】
燃料電池４は、触媒微粒子を担持した燃料極と、触媒微粒子を担持した空気極と、燃料極と空気極との間に介在されたフィルム状の固体高分子電解質膜と、を備える。燃料電池４の燃料極には、一酸化炭素除去器７から生成物の混合気が供給され、燃料電池４の空気極には、外部から空気が供給される。燃料極においては、電気化学反応式（４）に示すように、混合気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。酸素極においては、電気化学反応式（５）に示すように、酸素極に移動した電子と、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が反応して水が生成される。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-  …（４）
２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ  …（５）
【００１４】
上記発電装置１は、デジタルカメラ、携帯電話機、ノート型パソコン、腕時計、ＰＤＡ、電子計算機、その他の電子機器に搭載されたものである。特に、マイクロリアクタ３及び燃料電池４は電子機器本体に内蔵され、燃料容器２は電子機器本体に対して着脱可能に設けられている。燃料容器２が電子機器本体に装着された場合、燃料容器２内の燃料及び水がポンプによってマイクロリアクタ３に供給されるようになっている。
【００１５】
ところで、電子機器の消費電力が大きくなるにつれて燃料電池４において生成されるべき電気エネルギーも大きくなり、マイクロリアクタ３において生成されるべき水素の量が増え、電子機器の消費電力が小さくなるにつれて燃料電池４において生成されるべき電気エネルギーも小さくなり、マイクロリアクタ３において生成されるべき水素の量が減る。
【００１６】
このように、電子機器本体が消費する電力はそれぞれの電子機器の定格出力や電子機器の使用頻度に応じて異なるが、定格出力が異なる又は単位時間辺りの消費電力が異なるさまざまな電子機器や電子機器の利用に対応するように、本実施形態では、発電装置１に複数のマイクロリアクタ３が設けられている。つまり異なる定格出力の複数の電子機器に要求されるそれぞれ水素生成量の複数のマイクロリアクタ３を適宜設置することによって、種々の電子機器に対応できるので汎用性が広がり、また無駄な設置スペースを少ないレイアウトで反応に利用する全体の熱効率を良くする。
【００１７】
図２を用いてマイクロリアクタ３の構造について説明する。マイクロリアクタ３は、図２に示すような三角形状の基板１０の後述する溝２０〜２４が設けられている面側に、この基板１０と略同一形状の基板（図示略）を接合し、互いに連結された溝２０〜２４を封止したものである。基板１０の形状が直角二等辺三角形となっているので、辺１４と辺１５と底辺１６の長さの比率は１：１：２1/2である。二つの底角１１，１２のうち一方の底角１１の近傍には、燃料容器２から燃料と水を取り込むための取込口１９が形成されている。取込口１９は基板１０の一方の面から他方の面に貫通している。また、取込口１９の周辺には、台形状の溝２０が形成されている。溝２０の４つの角のうち取込口１９の対角には、溝２１が連なっている。溝２０及び溝２１は、底角１２と頂角１３との間の辺１４に平行な仮想線１７，１８で基板１０を区切った場合に最も辺１４寄りの領域（辺１４と仮想線１８との間の領域）を占めている。溝２０及び溝２１は、流体が流れる流路であって気化器５の流路であり、燃料容器２から燃料を気化して改質器６に送出するものである。ここで仮に溝２１の細い流路に液相の燃料と気化した燃料との界面２１ａがあるように設計すると、液相の燃料と気相の燃料との界面面積が小さいために、十分気化する熱量が液相の燃料に加わった場合、界面以外に液相の燃料の各所で突沸して流速が不規則且つ断続的に変化してしまい、定量的且つ連続的に気化した燃料を改質器６に供給することが困難となる。そこで、取込口１９と溝２１との間に、溝２１よりも幅の広いプール状の溝２０を設けているので、取込口１９から取り込まれた燃料は表面張力によって溝２０内で矢印２０ｂのように進み、溝２０での液相の燃料と気化した燃料との界面２０ａを形成する。界面２０ａの面積は溝２１の液相の燃料と気化した燃料との界面２１ａの面積よりも広くなるので、熱量に対して十分気化する面積が確保でき、燃料が溝２０内で突沸することなく矢印２０ｃのように気化することができる。界面２０ａは取込口１９からの燃料の取り込み量を制御することによってほぼ一定の面積になるので、定量的に液相の燃料を定量的且つ連続的に供給することができ、気化した燃料が改質器６で改質しきれなくなるといったことを抑制できる。
【００１８】
溝２１は、溝２０の角から頂角１３の近傍まで葛折り状となって形成されている。また、溝２１には頂角１３の近傍で溝２２が連なっている。この溝２２は、頂角１３と底角１１との間の辺１５に平行に沿って頂角１３の近傍から底角１１の近傍まで一直線状に形成されている。溝２２には、葛折り状の溝２３が連なっている。溝２３は、辺１４に平行な仮想線１７，１８で基板１０を区切った場合に最も底角１１寄りの領域（仮想線１７と底角１１との間の領域）を占めている。溝２３は、流体が流れる流路であって改質器６の流路である。
【００１９】
溝２３には、葛折り状の溝２４が連なっている。溝２４は、流体が流れる流路であって一酸化炭素除去７の流路であり、辺１４に平行な仮想線１７，１８で基板１０を区切った場合に中央の領域（仮想線１７と仮想線１８との間の領域）を占めている。溝２３と溝２４の合流部には、外部から空気を取り込むための取込口２５が形成され、取込口２５は基板１０の一方の面から他方の面に貫通している。また、溝２４の突き当たり近傍には、溝２４から燃料電池４の燃料極に生成物を送り出すための排出口２６が形成され、排出口２６は基板１０の一方の面から他方の面に貫通している。
【００２０】
溝２３の壁面には、燃料と水を水素と二酸化炭素に改質するための水蒸気改質触媒（例えば、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒）が形成され、溝２４の壁面には、一酸化炭素を選択的に酸化させるための選択酸化触媒（例えば、Ｐｔ）が形成されている。
【００２１】
基板１０の溝２０〜２４が設けられた面を覆うように、基板１０と略同一形状の対向基板を接合することにより、マイクロリアクタ３が構成される。そして、マイクロリアクタ３の外壁面、つまり、二枚の基板の接合面とは反対の面の最も高温で反応する部位である改質器６の基板１０又は対向基板には、改質器６と同一形状の発熱抵抗体、発熱半導体等の電熱材からなる薄膜ヒータ及び燃料を燃焼して発熱する燃焼器の少なくともいずれか一つを備える温度制御手段が形成されている。マイクロリアクタ３は、最も高温で反応する改質器６、次に高温で反応する一酸化炭素除去器７、その次に高温で反応する気化器５という順に温度制御手段との間の距離を長くして、放射的拡散する熱の伝搬性を利用した温度勾配を持たせることで、改質器６、一酸化炭素除去器７、気化器５を適温に加熱することができる。
【００２２】
燃料と水は取込口１９から溝２０内に供給され、燃料と水が反応しながら溝２０，２１，２２，２３，２４の順に排出口２６まで流れる。燃料と水は、排出口２６まで流動している間に反応する。
【００２３】
具体的には、燃料と水が流体として、気化器５の溝２０，２１を流動している時は温度制御手段により加熱されて蒸発する。
【００２４】
気化したことにより高圧となった燃料と水が、より低圧側の改質器６の溝２３を流動している時は温度制御手段により加熱され、水蒸気改質触媒により水素や二酸化炭素等に改質される。
【００２５】
溝２３において生成された生成物の混合気が、取込口２５から供給された空気と混合され、混合気のうち一酸化炭素が一酸化炭素除去器７の溝２４内を流動している間に温度制御手段により加熱され、選択酸化触媒の作用により酸化される。
【００２６】
次に、以上のように平面視して直角二等辺三角形に設けられたマイクロリアクタ３を複数配置する方法について説明するとともに、これらマイクロリアクタ３からなる反応装置について説明する。図３は、複数のマイクロリアクタ３を配置した状態を示した平面図である。これらマイクロリアクタ３を配列したものが、本発明の反応装置を適用した実施形態における反応装置である。図３においては、それぞれのマイクロリアクタ３に識別符号Ａ〜Ｆを付すが、Ａ〜Ｆの並び順がこれらマイクロリアクタ３の大きさの並び順を表す。
【００２７】
図３に示すように、それぞれの辺の比を２1/2倍ずつ大きくしてそれぞれの流路の面積比が２倍となるよう複数個のマイクロリアクタ３を準備する。そして、或るマイクロリアクタ３の底辺１６に、このマイクロリアクタ３の辺１４〜１６に対してそれぞれ２1/2倍の長さの辺１４〜１６を有した別のマイクロリアクタ３の辺１５を接した状態で、両方のマイクロリアクタ３の高温となる底角１１を揃える。このようにして、複数のマイクロリアクタ３を揃えた底角１１を中心にして反時計回り又は時計回りに大きくなるよう、所定の点（ここでは、複数のマイクロリアクタ３の底角１１が揃った点）の周回に配列させる。
【００２８】
図３においては、マイクロリアクタ３Ａ〜マイクロリアクタ３Ｆの相似比は、マイクロリアクタ３Ａ：マイクロリアクタ３Ｂ：マイクロリアクタ３Ｃ：マイクロリアクタ３Ｄ：マイクロリアクタ３Ｅ：マイクロリアクタ３Ｆ＝１：２1/2：２2/2：２3/2：２4/2：２5/2である。
【００２９】
したがって、マイクロリアクタ３Ａの改質器６の流路ＱＡの面積：マイクロリアクタ３Ｂの改質器６の流路ＱＢの面積：マイクロリアクタ３Ｃの改質器６の流路ＱＣの面積：マイクロリアクタ３Ｄの改質器６の流路ＱＤの面積：マイクロリアクタ３Ｅの改質器６の流路ＱＥの面積：マイクロリアクタ３Ｆの改質器６の流路ＱＦの面積＝１：２：２2：２3：２4：２5と指数関数的に異なり、マイクロリアクタ３Ａの一酸化炭素除去器７の流路ＲＡの面積：マイクロリアクタ３Ｂの一酸化炭素除去器７の流路ＲＢの面積：マイクロリアクタ３Ｃの一酸化炭素除去器７の流路ＲＣの面積：マイクロリアクタ３Ｄの一酸化炭素除去器７の流路ＲＤの面積：マイクロリアクタ３Ｅの一酸化炭素除去器７の流路ＲＥの面積：マイクロリアクタ３Ｆの一酸化炭素除去器７の流路ＲＦの面積＝１：２：２2：２3：２4：２5と指数関数的に異なり、マイクロリアクタ３Ａの気化器５の流路ＳＡの面積：マイクロリアクタ３Ｂの気化器５の流路ＳＢの面積：マイクロリアクタ３Ｃの気化器５の流路ＳＣの面積：マイクロリアクタ３Ｄの気化器５の流路ＳＤの面積：マイクロリアクタ３Ｅの気化器５の流路ＳＥの面積：マイクロリアクタ３Ｆの気化器５の流路ＳＦの面積＝１：２：２2：２3：２4：２5と指数関数的に異なる。
【００３０】
そして、マイクロリアクタ３Ａの底辺１６をマイクロリアクタ３Ｂの辺１５に接し、マイクロリアクタ３Ｂの底辺１６をマイクロリアクタ３Ｃの辺１５に接し、マイクロリアクタ３Ｃの底辺１６をマイクロリアクタ３Ｄの辺１５に接し、マイクロリアクタ３Ｄの底辺１６をマイクロリアクタ３Ｅの辺１５に接し、マイクロリアクタ３Ｅの底辺１６をマイクロリアクタ３Ｆの辺１５に接し、マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆの底角１１を揃えた状態で、マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆを配列した。また、マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆを、底角１１を中心にして時計回りの順に大きくなるよう配列した。
【００３１】
このように、各マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆの底角１１を互いに接するように設けたため、マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆの各改質器６が互いに隣接するとともに底角１１の位置に対して最も内側に配置させ、マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆの各一酸化炭素除去器７が互いに隣接するとともにマイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆの各改質器６の外側に配置させ、つまり底角１１の位置に対して改質器６の外側に配置させ、マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆの各気化器５が互いに隣接するとともにマイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆの各一酸化炭素除去器７の外側に配置させ、つまり底角１１の位置に対して一酸化炭素除去器の外側に配置させている。このため、マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆの改質器６の少なくとも一つに対応する位置或いは底角１１の位置に一つないしは複数の温度制御手段を配置させることで、温度制御手段は、マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆの改質器６を中心に加熱して放射状に熱拡散するので、マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆの各改質器６を均等且つ一酸化炭素除去器７及び気化器５に対して相対的に高温に加熱でき、マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆの各一酸化炭素除去器７を均等且つ改質器６より低く気化器５より高温に加熱でき、マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆの各気化器５を均等且つ各改質器６及び一酸化炭素除去器７に対して相対的に低温に加熱でき、複数のマイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆを効率よく発熱することができる。温度制御手段は各改質器６での温度が均一になるようにマイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆの改質器６と同一形状に形成されることが好ましい。
【００３２】
そしてマイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆを選択的に動作すれば、１段階毎に０〜６３段階の６４階調の水素発生量を制御することができる。このため、燃料電池４で生成できる電力量も１段階毎に０〜６３段階の６４階調にすることが可能であり、要求する定格出力が異なる複数種のデバイス、またはデバイスでの消費電力の変化に迅速に対応することができる。
【００３３】
図３のように配列したマイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆを、ガラス等の断熱材からなる断熱パッケージ内に収容し、断熱パッケージ内の圧力を１Ｐａ以下の真空圧にすれば、マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆで発した熱を損失することを防止することができる。
【００３４】
以上のように、底角１１を中心に高温となる各マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆの改質器６を配置したので熱損失を抑えることができ、また底辺１６に隣りのマイクロリアクタの辺１５を接するように、つまりマイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆの改質器６同士、一酸化炭素除去器７同士、気化器５同士を互いに隣接するように配列したので温度制御手段からの距離が比較的均等なため、マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆ間で横方向の隣接する流路同士の間に温度勾配がなく、改質器６のそれぞれの流路ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤ、ＱＥ、ＱＦが均一な温度に保温でき、一酸化炭素除去器７のそれぞれの流路ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤ、ＲＥ、ＲＦが均一な温度に保温でき、気化器５のそれぞれの流路ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤ、ＱＥ、ＱＦが均一な温度に保温できる。そのため、マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆで発した熱を有効利用することができ、熱損失を抑えることができる。また、底角１１を中心にしてマイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆを配列したので、小さいスペースにマイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆを配置することができる。また、各マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆを相似形としたので設計が容易である。
【００３５】
なお、図４に示すように、複数のマイクロリアクタ３を配置しても良い。図４は、複数のマイクロリアクタ３を配置した状態を示した平面図である。図４においては、それぞれのマイクロリアクタ３に識別符号Ａ〜Ｄ、ａ〜ｄを付すが、Ａ〜Ｄ、ａ〜ｄの並び順がこれらマイクロリアクタ３の大きさの並び順を表し、大文字の識別符号と小文字の識別符号が同じである場合に、同じ大きさを表す。
【００３６】
図４に示すように、各辺の長さが２1/2倍ずつ長くして改質器６の流路ＱＡ〜ＱＤの面積が２倍ずつ大きくなるよう複数個のマイクロリアクタ３Ａ〜３Ｄを準備するが、同じ大きさのマイクロリアクタ３を二つ準備する。つまり改質器６の流路Ｑの面積、一酸化炭素除去器７の流路Ｒの面積、気化器５の流路Ｒの面積がマイクロリアクタ３Ａのそれらと等しいマイクロリアクタ３ａと、改質器６の流路Ｑの面積、一酸化炭素除去器７の流路Ｒの面積、気化器５の流路Ｒの面積がマイクロリアクタ３Ｂのそれらと等しいマイクロリアクタ３ｂと、改質器６の流路Ｑの面積、一酸化炭素除去器７の流路Ｒの面積、気化器５の流路Ｒの面積がマイクロリアクタ３Ｃのそれらと等しいマイクロリアクタ３ｃと、改質器６の流路Ｑの面積、一酸化炭素除去器７の流路Ｒの面積、気化器５の流路Ｒの面積がマイクロリアクタ３Ｄのそれらと等しいマイクロリアクタ３ｄと、が設けられている。マイクロリアクタ３Ａとマイクロリアクタ３ａ、マイクロリアクタ３Ｂとマイクロリアクタ３ｂ、マイクロリアクタ３Ｃとマイクロリアクタ３ｃ、マイクロリアクタ３Ｄとマイクロリアクタ３ｄ、は互いにマイクロリアクタ３Ａの辺１５及びマイクロリアクタ３Ｄの辺１６上の軸Ｘに対して線対称の構造となる。つまり、マイクロリアクタ３ａ、マイクロリアクタ３ｂ、マイクロリアクタ３ｃ、マイクロリアクタ３ｄは、図２に示すマイクロリアクタ３の鏡像体となる。そして、マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｄは、或るマイクロリアクタ３の底辺１６にそれの２1/2倍の長さのマイクロリアクタ３の辺１５を接した状態で、両方のマイクロリアクタ３の高温となる底角１１を揃える。マイクロリアクタ３ａ〜３ｄは、或るマイクロリアクタ３の底辺１６にそれの２1/2倍の長さのマイクロリアクタ３の辺１５を接した状態で、両方のマイクロリアクタ３の高温となる底角１１を揃える。このようにして、４つのマイクロリアクタ３を揃えた底角１１を中心にして反時計回り又は時計回りに大きくなるよう周回に配列させる。このように配列すると、最も小さいマイクロリアクタ３の辺１５と最も大きいマイクロリアクタ３の底辺１６が一直線状になる。
【００３７】
図４においては、マイクロリアクタ３Ａ〜マイクロリアクタ３Ｄ、マイクロリアクタ３ａ〜３ｄの相似比は、マイクロリアクタ３Ａ：マイクロリアクタ３Ｂ：マイクロリアクタ３Ｃ：マイクロリアクタ３Ｄ：マイクロリアクタ３ａ：マイクロリアクタ３ｂ：マイクロリアクタ３ｃ：マイクロリアクタ３ｄ＝１：２1/2：２2/2：２3/2：１：２1/2：２2/2：２3/2である。
【００３８】
したがって、マイクロリアクタ３Ａの改質器６の流路ＱＡの面積：マイクロリアクタ３Ｂの改質器６の流路ＱＢの面積：マイクロリアクタ３Ｃの改質器６の流路ＱＣの面積：マイクロリアクタ３Ｄの改質器６の流路ＱＤの面積：マイクロリアクタ３ａの改質器６の流路Ｑａの面積：マイクロリアクタ３ｂの改質器６の流路Ｑｂの面積：マイクロリアクタ３ｃの改質器６の流路Ｑｃの面積：マイクロリアクタ３ｄの改質器６の流路Ｑｄの面積＝１：２：２2：２3：１：２：２2：２3と指数関数的に異なり、マイクロリアクタ３Ａの一酸化炭素除去器７の流路ＲＡの面積：マイクロリアクタ３Ｂの一酸化炭素除去器７の流路ＲＢの面積：マイクロリアクタ３Ｃの一酸化炭素除去器７の流路ＲＣの面積：マイクロリアクタ３Ｄの一酸化炭素除去器７の流路ＲＤの面積：マイクロリアクタ３ａの一酸化炭素除去器７の流路Ｒａの面積：マイクロリアクタ３ｂの一酸化炭素除去器７の流路Ｒｂの面積：マイクロリアクタ３ｃの一酸化炭素除去器７の流路Ｒｃの面積：マイクロリアクタ３ｄの一酸化炭素除去器７の流路Ｒｄの面積＝１：２：２2：２3：１：２：２2：２3と指数関数的に異なり、マイクロリアクタ３Ａの気化器５の流路ＳＡの面積：マイクロリアクタ３Ｂの気化器５の流路ＳＢの面積：マイクロリアクタ３Ｃの気化器５の流路ＳＣの面積：マイクロリアクタ３Ｄの気化器５の流路ＳＤの面積：マイクロリアクタ３ａの気化器５の流路Ｓａの面積：マイクロリアクタ３ｂの気化器５の流路Ｓｂの面積：マイクロリアクタ３ｃの気化器５の流路Ｓｃの面積：マイクロリアクタ３ｄの気化器５の流路Ｓｄの面積＝１：２：２2：２3：１：２：２2：２3と指数関数的に異なる。
【００３９】
そして、マイクロリアクタ３Ａの底辺１６をマイクロリアクタ３Ｂの対応しない辺１５に接し、マイクロリアクタ３Ｂの底辺１６をマイクロリアクタ３Ｃの対応しない辺１５に接し、マイクロリアクタ３Ｃの底辺１６をマイクロリアクタ３Ｄの対応しない辺１５に接し、マイクロリアクタ３Ａの辺１５にマイクロリアクタ３ａの対応する辺１５を接し、マイクロリアクタ３ａの底辺１６をマイクロリアクタ３ｂの対応しない辺１５に接し、マイクロリアクタ３ｂの底辺１６をマイクロリアクタ３ｃの対応しない辺１５に接し、マイクロリアクタ３ｃの底辺１６をマイクロリアクタ３ｄの対応しない辺１５に接し、マイクロリアクタ３ｄの底辺１６にマイクロリアクタ３Ｄの対応する底辺１６を接し、マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｄ、マイクロリアクタ３ａ〜３ｄの底角１１を揃えた状態で、マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｄ、マイクロリアクタ３ａ〜３ｄを配列した。また、マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｄを、底角１１を中心にして時計回りの順に大きくなるよう配列し、また、マイクロリアクタ３ａ〜３ｂを、底角１１を中心にして半時計回りの順に大きくなるよう配列した。
【００４０】
図４のように配列したマイクロリアクタ３Ａ〜３Ｄ，３ａ〜３ｄを、ガラス等の断熱材からなる断熱パッケージ内に収容し、断熱パッケージ内の圧力を真空圧にすれと良い。このような構造であれば、マイクロリアクタ３Ａ〜３Ｄ、３ａ〜３ｄの最も高温で反応する改質器６が外部に露出されることがなく、順次高温で反応する一酸化炭素除去器７、気化器５がその周囲に放射状に配置されているので熱の伝搬効率が良く、熱損失が小さい。
【００４１】
また、図３〜図４では、マイクロリアクタ３の平面視形状が直角二等辺三角形であるが、図５に示したマイクロリアクタ３０Ａ〜３０Ｆのように、鈍角３１を有する三角形状に設けられていても良い。マイクロリアクタ３０Ａ〜３０Ｆはそれぞれ相似であり、マイクロリアクタ３０Ａ〜３０Ｆの相似比は、マイクロリアクタ３０Ａ：マイクロリアクタ３０Ｂ：マイクロリアクタ３０Ｃ：マイクロリアクタ３０Ｄ：マイクロリアクタ３０Ｅ：マイクロリアクタ３０Ｆ＝１：２1/2：２2/2：２3/2：２4/2：２5/2である。マイクロリアクタ３０Ａ〜３０Ｆの二つの鋭角３２，３３のうち一方の鋭角３２は３０°である。何れのマイクロリアクタ３０Ａ〜３０Ｆでも、鋭角３２が高温となり、鋭角３２から離れて辺３４（鋭角３２の対側の辺である。）に向かうにつれて温度が低くなるよう温度勾配が発生する。
【００４２】
そして、マイクロリアクタ３０Ａの辺３６をマイクロリアクタ３０Ｂの対応しない辺３５に接し、マイクロリアクタ３０Ｂの辺３６をマイクロリアクタ３０Ｃの対応しない辺３５に接し、マイクロリアクタ３０Ｃの辺３６をマイクロリアクタ３０Ｄの対応しない辺３５に接し、マイクロリアクタ３０Ｄの辺３６をマイクロリアクタ３０Ｅの対応しない辺３５に接し、マイクロリアクタ３０Ｅの辺３６をマイクロリアクタ３０Ｆの対応しない辺３５に接し、マイクロリアクタ３０Ａ〜３０Ｆの鋭角３２を揃えた状態で、マイクロリアクタ３０Ａ〜３０Ｆを配列した。また、マイクロリアクタ３０Ａ〜３０Ｆを、鋭角３２を中心にして時計回りの順に大きくなるよう配列した。
【００４３】
図５のように配列したマイクロリアクタ３０Ａ〜３０Ｆを、ガラス等の断熱材からなる断熱パッケージ内に収容し、断熱パッケージ内の圧力を真空圧にすると良い。
【００４４】
なお、図５のように配列させたマイクロリアクタ３０Ａ〜３０Ｆと辺３５に関して線対称となるよう複数のマイクロリアクタを配列しても良い。
【００４５】
また、図３〜図４では、マイクロリアクタ３の平面視形状が直角二等辺三角形であるが、図６に示したマイクロリアクタ４０Ａ〜４０Ｆのように、四角形特に台形に設けられても良い。マイクロリアクタ４０Ａ〜４０Ｆはそれぞれ相似であり、マイクロリアクタ４０Ａ〜４０Ｆの相似比は、マイクロリアクタ４０Ａ：マイクロリアクタ４０Ｂ：マイクロリアクタ４０Ｃ：マイクロリアクタ４０Ｄ：マイクロリアクタ４０Ｅ：マイクロリアクタ４０Ｆ＝１：２1/2：２2/2：２3/2：２4/2：２5/2である。マイクロリアクタ４０Ａ〜４０Ｆの何れでも、下底４５を挟む二つの角４１，４２のうち角４１は３０°である。上底４７を挟む二つの角４３，４４のうち角４３は角４１の対角であり、角４４は角４２の対角である。何れのマイクロリアクタ４０Ａ〜４０Ｆでも、角４２が高温となり、角４２から離れて辺４６（角４２と角４３とに挟まれた辺である。）に向かうにつれて温度が低くなるよう温度勾配が発生する。
【００４６】
そして、マイクロリアクタ４０Ａの辺４８をマイクロリアクタ４０Ｂの対応しない下底４５に接し、マイクロリアクタ４０Ｂの辺４８をマイクロリアクタ４０Ｃの対応しない下底４５に接し、マイクロリアクタ４０Ｃの辺４８をマイクロリアクタ４０Ｄの対応しない下底４５に接し、マイクロリアクタ４０Ｄの辺４８をマイクロリアクタ４０Ｅの対応しない下底４５に接し、マイクロリアクタ４０Ｅの辺４８をマイクロリアクタ４０Ｆの対応しない下底４５に接し、マイクロリアクタ４０Ａ〜４０Ｆの角４１を揃えた状態で、マイクロリアクタ４０Ａ〜４０Ｆを配列した。また、マイクロリアクタ４０Ａ〜４０Ｆを、角４１を中心にして時計回りの順に大きくなるよう配列した。
【００４７】
図６のように配列したマイクロリアクタ４０Ａ〜４０Ｆを、ガラス等の断熱材からなる断熱パッケージ内に収容し、断熱パッケージ内の圧力を真空圧にすると良い。
【００４８】
なお、図５、図６に示した何れのマイクロリアクタ３０Ａ〜３０Ｆ、４０Ａ〜４０Ｆは、気化器と、改質器と、一酸化炭素除去器とから構成され、マイクロリアクタ３の代わりに設置可能である。
【００４９】
また上記各実施形態では、各マイクロリアクタのそれぞれの気化器と、改質器と、一酸化炭素除去器と、が２の自然数の比となるような指数関数的な大きさの相似形として、燃料電池４への水素供給量を多階調に制御するようにしたが、これに限らず、図７に示すように扇状のマイクロリアクタ５０Ａ〜５０Ｆで構成された円形状の反応装置としてもよい。マイクロリアクタ５０Ａ〜５０Ｆの何れでも、高温反応部となる改質器６の平面視形状が扇形である。また、マイクロリアクタ５０Ａ〜５０Ｆは、頂角１１の角度が互いに異なる。
【００５０】
マイクロリアクタ５０Ａは、改質器６の流路ＱＡと、一酸化炭素除去器７の流路ＲＡと、気化器５の流路ＳＡとを備える。マイクロリアクタ５０Ｂは、改質器６の流路ＱＢと、一酸化炭素除去器７の流路ＲＢと、気化器５の流路ＳＢとを備える。マイクロリアクタ５０Ｃは改質器６の流路ＱＣと、一酸化炭素除去器７の流路ＲＣと、気化器５の流路ＳＣとを備える。マイクロリアクタ５０Ｄは改質器６の流路ＱＤと、一酸化炭素除去器７の流路ＲＤと、気化器５の流路ＳＤとを備える。マイクロリアクタ５０Ｅは改質器６の流路ＱＥと、一酸化炭素除去器７の流路ＲＥと、気化器５の流路ＳＥとを備える。マイクロリアクタ５０Ｆは改質器６の流路ＱＦと、一酸化炭素除去器７の流路ＲＦと、気化器５の流路ＳＦとを備える。そして、流路ＱＡの面積：流路ＱＢの面積：流路ＱＣの面積：流路ＱＤの面積：流路ＱＥの面積：流路ＱＦの面積＝流路ＲＡの面積：流路ＲＢの面積：流路ＲＣの面積：流路ＲＤの面積：流路ＲＥの面積：流路ＲＦの面積＝流路ＳＡの面積：流路ＳＢの面積：流路ＳＣの面積：流路ＳＤの面積：流路ＳＥの面積：流路ＳＦの面積＝１：２：２2：２3：２4：２5と指数関数的に異なるように設定されている。
【００５１】
ここで一例として、図８に示すように、マイクロリアクタ５０Ｃの改質器６の流路ＱＣは流路ＱＣ１、ＱＣ２、ＱＣ３、ＱＣ４でから構成され、流路ＱＣ１〜ＱＣ４はそれぞれマイクロリアクタ５０Ａの改質器６の流路ＱＡと同一形状、同一寸法になっている。マイクロリアクタ５０Ｃの一酸化炭素除去器７の流路ＲＣは流路ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３、ＲＣ４から構成され、流路ＲＣ１〜ＲＣ４はそれぞれマイクロリアクタ５０Ａの一酸化炭素除去器７の流路ＲＡと同一形状、同一寸法になっている。マイクロリアクタ５０Ｃの気化器５の流路ＳＣは流路ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、ＳＣ４から構成され、流路ＳＣ１〜ＳＣ４はそれぞれマイクロリアクタ５０Ａの気化器５の流路ＳＡと同一形状、同一寸法になっている。そして流路ＱＣ１〜ＱＣ４のそれぞれの溝２０〜２４は連結されている。
【００５２】
すなわち、マイクロリアクタ５０Ｂ、マイクロリアクタ５０Ｃ、マイクロリアクタ５０Ｄ、マイクロリアクタ５０Ｅの改質器６の流路ＱＡ、ＱＢ、ＱＣ、ＱＤ、ＱＥ、ＱＦはそれぞれ、マイクロリアクタ５０Ａの改質器６の流路ＱＡが、２、２2、２3、２4、２5個並設されたものであり、マイクロリアクタ５０Ｂ、マイクロリアクタ５０Ｃ、マイクロリアクタ５０Ｄ、マイクロリアクタ５０Ｅの一酸化炭素除去器７の流路ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤ、ＲＥ、ＲＦはそれぞれ、マイクロリアクタ５０Ａの改質器６の流路ＲＡが、２、２2、２3、２4、２5個並設されたものであり、マイクロリアクタ５０Ｂ、マイクロリアクタ５０Ｃ、マイクロリアクタ５０Ｄ、マイクロリアクタ５０Ｅの気化器５の流路ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤ、ＳＥ、ＳＦはそれぞれ、マイクロリアクタ５０Ａの改質器６の流路ＳＡが、２、２2、２3、２4、２5個並設されたものである。
【００５３】
マイクロリアクタ５０Ａ〜５０Ｆは、互いに独立して取込口１９を駆動し、互いに独立して取込口２５を駆動し、互いに独立して排出口２６を駆動することができる。すなわち、例えば、マイクロリアクタ５０Ｃでは、４つの取込口１９を同時に開放して燃料を取り込み、４つの取込口２５を同時に開放して酸素を取り込み、４つの排出口２６を同時に開放して燃料電池４に水素を供給することができる。
【００５４】
このようにマイクロリアクタ５０Ａ〜５０Ｆでは、各頂角１１が接するように構成され、頂角１１を中心に改質器６の流路ＱＡ〜ＱＤと同一形状である円形の温度制御手段が基板に形成されているので、各改質器６の流路ＱＡ〜ＱＤでの温度が互いに等しくなり、また頂角１１から各一酸化炭素除去器７の流路ＲＡ〜ＲＤまでの距離が互いに等しく、換言すれば温度制御手段から各一酸化炭素除去器７の流路ＲＡ〜ＲＤまでの距離が互いに等しいので、各一酸化炭素除去器７の流路ＲＡ〜ＲＤでの温度が互いに等しくなり、さらに、頂角１１から各気化器５の流路ＳＡ〜ＳＤまでの距離が互いに等しく、換言すれば温度制御手段から各気化器５の流路ＳＡ〜ＳＤまでの距離が互いに等しいので、各気化器５の流路ＳＡ〜ＳＤでの温度が互いに等しくなるようになっている。このように外側に配置されるほど低温反応となるように反応炉を配置した円形状にしたので中央に配置された温度制御手段から放射状に伝搬する熱を各改質器６に均等に伝搬し、各一酸化炭素除去器７に均等に伝搬し、各気化器５に均等に伝搬する。
【００５５】
そしてマイクロリアクタ５０Ａ〜５０Ｆのレイアウトでは、反応に最も高温の熱を要する各改質器６が外部に露出されることがないように改質器６の周囲を、反応に次に高温の熱を要する各一酸化炭素除去器７が囲むように配置されるので、各改質器６での放射熱損失を抑えることができる。更には、各一酸化炭素除去器７が外部に露出されることがないように一酸化炭素除去器７の周囲を、反応に次に高温の熱を要する各気化器５が囲むように配置されるので、各一酸化炭素除去器７での熱損失を抑えることができる。
【００５６】
また、１段階毎に０〜６３段階の６４階調の水素発生量を制御することができる。このため、燃料電池４で生成できる電力量も１段階毎に０〜６３段階の６４階調にすることが可能であり、要求する定格出力が異なる複数種のデバイス、またはデバイスでの消費電力の変化に迅速に対応することができる。
【００５７】
また上記各実施形態では、隣接するマイクロリアクタ同士の間で熱伝搬ができる構造であったが、温度制御手段の熱が選択されていないマイクロリアクタ３にまで伝搬することで発熱効率が低下することを防止するために、例えばマイクロリアクタ３Ａ（３ａ、３０Ａ、４０Ａも同様）の辺１６とマイクロリアクタ３Ｂ（３ｂ、３０Ｂ、４０Ｂも同様）の辺１５との境界、マイクロリアクタ３Ｂ（３ｂ、３０Ｂ、４０Ｂも同様）の辺１６とマイクロリアクタ３Ｃ（３ｃ、３０Ｃ、４０Ｃも同様）の辺１５との境界、マイクロリアクタ３Ｃ（３ｃ、３０Ｃ、４０Ｃも同様）の辺１６とマイクロリアクタ３Ｄ（３ｄ、３０Ｄ、４０Ｄも同様）の辺１５との境界、マイクロリアクタ３Ｄ（３ｄ、３０Ｄ、４０Ｄも同様）の辺１６とマイクロリアクタ３Ｅ（３０Ｅ、４０Ｅも同様）の辺１５との境界、マイクロリアクタ３Ｅ（３０Ｅ、４０Ｅも同様）の辺１６とマイクロリアクタ３Ｆ（３０Ｆ、４０Ｆも同様）の辺１５との境界、に断熱構造として基板内に１Ｐａ以下の真空溝を設けて、隣接するマイクロリアクタ３同士の間での熱の伝搬を抑制してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】発電装置１のブロック図である。
【図２】マイクロリアクタ３の基板１０の平面図である。
【図３】底角１１を中心にした周方向にマイクロリアクタ３Ａ〜３Ｆを配列してなる反応装置の平面図である。
【図４】底角１１を中心にした周方向にマイクロリアクタ３Ａ〜３Ｄ，３ａ〜３ｄを配列してなる反応装置の平面図である。
【図５】角３２を中心にした周方向にマイクロリアクタ３０Ａ〜３０Ｆを配列してなる反応装置の平面図である。
【図６】角４１を中心にした周方向にマイクロリアクタ４０Ａ〜４０Ｆを配列してなる反応装置の平面図である。
【図７】角１１を中心にして周方向にマイクロリアクタ５０Ａ〜５０Ｆを配列してなる反応装置の平面図である。
【図８】マイクロリアクタ５０Ｃを示した平面図である。
【符号の説明】
【００５９】
３Ａ〜３Ｆ、３ａ〜３ｆ、３０Ａ〜３０Ｆ、４０Ａ〜４０Ｆ、５０Ａ〜５０Ｆ  マイクロリアクタ
【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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