(57)【要約】【課題】  改質ガス中の一酸化炭素濃度を低下させる燃料貯蔵体及び発電モジュールを提供する。【解決手段】  本発明の発電装置１は、燃料９９を貯蔵する燃料パッケージ８と、燃料から改質ガスを生成する改質反応器４２と、前記改質ガス中の一酸化炭素を除去する一酸化炭素吸着器４７と、前記改質ガス中の水素から電気エネルギーを生成する燃料電池９１とを備え、前記一酸化炭素吸着器を、前記改質反応器から前記燃料電池に至る前記改質ガスの流路中に配置する。【選択図】図１
2005108547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を封入する燃料パッケージと、前記燃料を改質されたときに生成される一酸化炭素を回収する一酸化炭素回収手段と、を有することを特徴とする燃料貯蔵体。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料貯蔵体において、
前記一酸化炭素回収手段は、一酸化炭素吸着器であることを特徴とする燃料貯蔵体。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料貯蔵体において、
前記一酸化炭素吸着器が備える一酸化炭素吸着物質が、塩化銅（Ｉ）−ピリジン錯体を担持したシリカゲル、シリカゲル担持塩化銅（Ｉ）−Ｎ，Ｎ，Ｎ´，Ｎ´−テトラメチル−１，２−エタンジアミン錯体、塩化銅（Ｉ）を担持したピリジン基を有するポリスチレン樹脂のいずれか一つであることを特徴とする燃料貯蔵体。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料貯蔵体において、
前記一酸化炭素回収手段は、前記燃料を改質した際に生成される一酸化炭素を吸着する吸着手段から脱離した一酸化炭素を回収することを特徴とする燃料貯蔵体。
【請求項５】
燃料を封入する燃料パッケージを有する燃料貯蔵体からの燃料から改質ガスを生成する改質反応器と、前記改質ガス中の一酸化炭素を取り込む一酸化炭素取り込み手段と、前記改質ガス中の水素から電気エネルギーを生成する燃料電池とを備えることを特徴とする発電モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の発電モジュールにおいて、
前記一酸化炭素取り込み手段は、一酸化炭素吸着手段であることを特徴とする発電モジュール。
【請求項７】
請求項５に記載の発電モジュールにおいて、
前記一酸化炭素取り込み手段は、一酸化炭素吸着手段及び前記一酸化炭素吸着手段で吸着された一酸化炭素を脱離するための加熱手段を有することを特徴とする発電モジュール。
【請求項８】
請求項５に記載の発電モジュールにおいて、
前記一酸化炭素取り込み手段は、一酸化炭素吸着手段及び前記一酸化炭素吸着手段で吸着された一酸化炭素を脱離するための減圧手段を有することを特徴とする発電モジュール。
【請求項９】
請求項５に記載の発電モジュールにおいて、
前記一酸化炭素取り込み手段から脱離した一酸化炭素を外に排出するための流路を有することを特徴とする発電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、効果的に一酸化炭素を取り込む燃料貯蔵体や発電モジュールに関するものである。
【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、水素を燃料とする燃料電池が自動車や携帯機器などに応用され始めている。
燃料電池式の発電システムのなかには、燃料を二酸化炭素と水素とに改質して改質ガス中の水素を選択的に取り出し、取り出した水素を用いて発電する燃料改質型のものがある。
改質型の燃料電池においては、改質ガスに含まれている一酸化炭素による電極被毒が問題となるため、一酸化炭素の除去方法として、例えば、一酸化炭素変成器出口ガス中に含まれる一酸化炭素の９５％以上を所定の反応温度でメタン化除去することが可能な一酸化炭素除去触媒に対して、一酸化炭素変成器出口ガスに酸素を含む空気中からなる酸化剤を添加した反応ガスを接触させる方法等が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−３５６３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、特許文献１に開示されていた方法を含むこれまでの除去方法でも、一酸化炭素の除去が十分ではなく、電極被毒の問題を解消することができなかった。
【０００４】
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、改質ガス中の一酸化炭素濃度を低下させて、濃度の高い水素を取り出すことができる燃料貯蔵体及び発電モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の燃料貯蔵体は、
燃料を封入する燃料パッケージと、前記燃料を改質されたときに生成される一酸化炭素を回収する一酸化炭素回収手段と、を有することを特徴とする。
前記一酸化炭素回収手段は、一酸化炭素吸着器でもよく、この場合、前記一酸化炭素吸着器が備える一酸化炭素吸着物質が、塩化銅（Ｉ）−ピリジン錯体を担持したシリカゲル、シリカゲル担持塩化銅（Ｉ）−Ｎ，Ｎ，Ｎ´，Ｎ´−テトラメチル−１，２−エタンジアミン錯体、塩化銅（Ｉ）を担持したピリジン基を有するポリスチレン樹脂のいずれか一つであってもよい。
また前記一酸化炭素回収手段は、前記燃料を改質した際に生成される一酸化炭素を吸着する吸着手段から脱離した一酸化炭素を回収するようにしてもよい。
以上の課題を解決するために、請求項５に記載の発電モジュールは、
燃料を封入する燃料パッケージを有する燃料貯蔵体からの燃料から改質ガスを生成する改質反応器と、前記改質ガス中の一酸化炭素を取り込む一酸化炭素取り込み手段と、前記改質ガス中の水素から電気エネルギーを生成する燃料電池とを備えることを特徴とする。
この発電モジュールにおいて、前記一酸化炭素取り込み手段は、一酸化炭素吸着手段であってもよい。
また前記一酸化炭素取り込み手段は、一酸化炭素吸着手段及び前記一酸化炭素吸着手段で吸着された一酸化炭素を脱離するための加熱手段を有してもよい。
そして前記一酸化炭素取り込み手段は、一酸化炭素吸着手段及び前記一酸化炭素吸着手段で吸着された一酸化炭素を脱離するための減圧手段手段を有してもよい。
前記一酸化炭素取り込み手段から脱離した一酸化炭素を外に排出するための流路を有するようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、改質反応器から生成される改質ガス中の一酸化炭素を一酸化炭素回収手段が回収することですることで、濃度の高い水素を燃料電池に供給することが可能となり、また燃料パッケージ内の燃料が空になった状態の燃料貯蔵モジュールを新規の燃料貯蔵モジュールと取り替える際に、一酸化炭素回収器も同時に取り替えることができ、一酸化炭素吸着剤の劣化による一酸化炭素吸着効果の低下を防止できる。
【０００７】
請求項５に記載の発明によれば、燃料を封入する燃料パッケージを有すると、一酸化炭素取り込み手段が燃料貯蔵体からの燃料から改質ガスを生成する改質反応器で生成された改質ガス中の一酸化炭素を取り込むので、燃料電池に一酸化炭素を曝す必要がないので一酸化炭素による燃料電池の劣化を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
【０００９】
[第１の実施の形態]
始めに、図１を参照しながら本発明に係る発電装置について説明する。図１は発電装置１を一部破断して示した斜視図である。
【００１０】
図１に示す発電装置１は燃料電池を用いて発電する燃料電池式発電装置であって、燃料９９を貯蔵する燃料貯蔵モジュール２と、燃料貯蔵モジュール２に貯蔵された燃料９９を用いて発電する発電モジュール３とを備えている。
【００１１】
燃料貯蔵モジュール２はほぼ円筒状の筐体４を有しており、筐体４が発電モジュール３に対して着脱自在に取り付けられている。筐体４の頭頂部には円形の貫通孔５が形成されており、筐体４の外周側には、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第１排水管６が形成されている。燃料貯蔵モジュール２の底部には、排水用の水を貯留する排水容器７（図２参照）が配されており、排水容器７に上記第１排水管６が接続されている。
【００１２】
筐体４の内部には燃料パッケージ８が着脱自在に収納されており、燃料パッケージ８の外周面の一部が筐体４の外部に露出している。燃料パッケージ８の内部には液体の燃料９９が貯蔵されている。燃料パッケージ８は、内部空間を有した透明又は半透明な略円筒状の容器であって、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アクリル、生分解性プラスチック等の材料から構成されている。「生分解性プラスチック」としては、石油系又は植物系原料から合成される化学合成型の有機化合物を含む高分子材料（ポリ乳酸、脂肪族系ポリエステル、共重合ポリエステル等），微生物産生型のバイオポリエステル，トウモロコシやサトウキビ等の植物系原料から抽出されるデンプン、セルロース、キチン、キトサン等からなる天然物利用型の高分子材料等を適用できる。
【００１３】
このように燃料貯蔵モジュール２では、燃料パッケージ８の外周面の一部が筐体４の外部に露出するとともに燃料パッケージ８が透明又は半透明な容器から構成されているため、燃料パッケージ８の燃料９９の有無及び残量を容易に確認できるようになっている。また、燃料パッケージ８が着脱自在に筐体４の内部に収納されているため、燃料パッケージ８内の燃料９９が無くなったら、燃料９９を貯蔵した新規の燃料パッケージ８に容易に取り替えることができる。さらに、燃料パッケージ８を生分解性プラスチックで構成した場合には、燃料パッケージ８を自然界に投棄しても大気や水質、土壌等を汚染することはないし、生分解性プラスチックそのものの熱量が低いので、燃料パッケージ８を焼却処理したとしても環境・焼却施設に与える負荷を大幅に抑えることができる。
【００１４】
燃料９９は、液状の化学燃料と水との混合物であり、化学燃料としてはメタノール，エタノールなどのアルコール類やガソリンなどの炭化水素の混合物が適用可能である。発電装置１では、燃料９９として、メタノールと水とを均一に混合した混合液（水／メタノール＝２（モル比））を用いている。
【００１５】
燃料パッケージ８の頭頂部には、燃料９９を発電モジュール３に供給するための供給口１０が設けられており、供給口１０が筐体４の貫通孔５に挿入されている。供給口１０の内部には、供給口１０全体を閉塞する閉塞膜１１が配設されている。燃料パッケージ８の内部には、図１中上下方向に延在する供給管１２が配設されており、供給管１２が供給口１０に挿入されている。供給管１２は、燃料パッケージ８の底部から供給口１０内の閉塞膜１１の直下にまで延在している。燃料パッケージ８では、閉塞膜１１により供給口１０を閉塞し、燃料９９が燃料パッケージ８の外部に漏出するのを防止できる構造となっている。
また、詳しい説明は後述するが、筐体４の内部には、選択酸化反応器４４から生成された混合気（改質ガス）中の一酸化炭素を吸着する一酸化炭素吸着器４７が格納されている。
【００１６】
次に、発電モジュール３について説明する。
図１に示す通り、発電モジュール３はほぼ円筒状の筐体３０を有している。筐体３０の内部には、上記燃料パッケージ８に貯蔵された燃料９９中のメタノールを改質して水素を生成する改質装置４０が配設されている。改質装置４０は、気化器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４がこの順に重ねられた構造を有している。
【００１７】
発電モジュール３では、気化器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４を取り囲むように燃料電池９１が配設されている。燃料電池９１は、Ｐｔ／Ｃなどの触媒微粒子を含有又は付着させた燃料極（アノード）と、Ｐｔ／Ｒｕ／Ｃなどの触媒微粒子を含有又は付着させた空気極（カソード）とを有しており、燃料極と空気極との間にフィルム状のイオン伝導膜を介在させた構造を有している。
【００１８】
燃料電池９１の外側であって筐体３０の外周面には、外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。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、副生成物の二酸化炭素、水蒸気などを排気するための複数の排気孔３３，３３，…が形成されている。
【００１９】
筐体３０の外周側には第２排水管３４が配設されている。第２排水管３４は、筐体３０の底部から下方に突出し、燃料貯蔵モジュール２の第１排水管６に対応する位置に配されている。第２排水管３４は燃料電池９１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り、燃料電池９１で生成された副生成物の水は第２排水管３４及び第１排水管６を通じて排水容器７へ排水・貯留されるようになっている。
【００２０】
筐体３０の底部の中央部には、吸入ニップル部３７が下方に突出するように配設されている。吸入ニップル部３７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。吸入ニップル部３７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、燃料パッケージ８から燃料９９を吸入するためのものである。
【００２１】
上記構成を備える発電装置１において、燃料パッケージ８を収納し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（接続する）と、両モジュール２，３の接続箇所の外周側では、燃料貯蔵モジュール２の第１排水管６が発電モジュール３の第２排水管３４に接続される。これにより、第１排水管６と第２排水管３４とが互いに通じ合い、発電モジュール３の燃料電池９１で生成された副生成物の水を、第２排水管３４から第１排水管６へと流通させて排水容器７に排水可能な状態となる。
【００２２】
一方、両モジュール２，３の接続箇所の中央部では、発電モジュール３の吸入ニップル部３７が燃料貯蔵モジュール２の貫通孔５及び燃料パッケージ８の供給口１０に挿入され、供給口１０の閉塞膜１１を突き破る。これにより、吸入ニップル部３７が燃料パッケージ８の供給管１２と通じ合い、燃料パッケージ８に貯蔵された燃料９９を供給管１２から吸入ニップル部３７へと供給可能な状態となる。
【００２３】
次に、図２を参照しながら発電装置１における発電システムについて詳細に説明する。図２は、発電装置１の発電システムの基本構成を示したブロック図である。
【００２４】
燃料パッケージ８に貯蔵された燃料９９は、まず気化器４１に供給される。気化器４１では、供給された燃料９９が加熱されて気化（蒸発）し、メタノール及び水（水蒸気）の混合気（混合気体）となって改質反応器４２に供給される。
【００２５】
改質反応器４２では、気化器４１で気化した燃料９９から水素及び二酸化炭素が生成される。具体的には、化学反応式（１）のように、気化器４１で混合気とされたメタノールと水蒸気が反応して二酸化炭素及び水素が生成される。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2  …  （１）
【００２６】
改質反応器４２では、気化器４１で混合気とされたメタノールと水蒸気が完全に二酸化炭素及び水素に改質されない場合もあり、この場合、化学反応式（２）のように、混合気とされたメタノールと水蒸気が反応して二酸化炭素、一酸化炭素及び水蒸気が生成される。
２ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→５Ｈ2＋ＣＯ＋ＣＯ2  …  （２）
改質反応器４２で生成された水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素及び水素は水性シフト反応器４３に供給される。
【００２７】
水性シフト反応器４３では、改質反応器４２から供給された混合気に含まれる一酸化炭素と水蒸気から二酸化炭素及び水素が生成される。具体的には、化学反応式（３）のように、一酸化炭素と水が反応して二酸化炭素及び水素が生成され、生成された二酸化炭素及び水素並びに水性シフト反応器４３において未反応の一酸化炭素、二酸化炭素及び水素は選択酸化反応器４４に供給される。
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2  …  （３）
【００２８】
選択酸化反応器４４では、水性シフト反応器４３から供給された混合気に含まれる一酸化炭素を選択的に酸化させて混合気中から一酸化炭素が除去される。具体的には、水性シフト反応器４３から供給された混合気のなかから特異的に選択された一酸化炭素と、上記各スリット３１を介して取り込まれた外気中の酸素とが反応して二酸化炭素が生成される。
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2  …  （４）
【００２９】
そして、本実施の形態においては、選択酸化反応器４４から生成された混合気を一酸化炭素吸着器４７に供給することで、混合気に含まれる一酸化炭素を一酸化炭素吸着剤に吸着させて更に除去する。
【００３０】
このように、燃料９９は改質装置４０の気化器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の各反応器での化学反応と一酸化炭素吸着器４７での吸着を経ることによって二酸化炭素と水素が生成される。生成された水素は燃料電池９１に供給され、生成された二酸化炭素は、副生成物として各排気孔３３から外気中に排気される。また、改質装置４０の各反応器を経て生成された水蒸気は、第１排水管６を経て燃料貯蔵モジュール２の排水容器７に排気されてもよいが排気されずに燃料電池９１の燃料極（水素極）を水素及び水蒸気雰囲気としてもよい。
【００３１】
燃料電池９１では、電気化学反応式（５）に示すように、選択酸化反応器４４から供給された水素が、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。水素イオンはイオン伝導膜を通じて空気極に伝導し、電子は燃料極により取り出される。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-  …  （５）
【００３２】
燃料電池９１では、上記各スリット３１を介して外気中の酸素が取り込まれ、この酸素が空気極に供給される。そして、電気化学反応式（６）に示すように、外気中から取り込まれた酸素と、イオン伝導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副生成物として生成される。生成された副生成物としての水は、第２排水管３４及び第１排水管６を通じて排水容器７に排水・貯留される。
２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ  …  （６）
【００３３】
以上のように、発電装置１では、燃料電池９１で上記（５），（６）に示す電気化学反応が起こることにより電気エネルギーが生成される。
【００３４】
次に、図３及び図４を参照しながら改質装置４０について説明する。図３は改質装置４０の断面図である。
【００３５】
図３に示す通り、改質装置４０は、気化器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４がこの順に積み重ねられた構造を有している。気化器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の各反応器は、内部に空間を形成した断熱パッケージ４５を有している。各断熱パッケージ４５はともに、比較的熱伝導率の低いガラスなどの断熱材から構成されており、各断熱パッケージ４５の内壁には、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌなどで形成された輻射反射膜（図示略）が成膜されている。
【００３６】
輻射反射膜は、赤外線を含む電磁波に対して高い反射率を有しており、各断熱パッケージ４５の内部で発された電磁波を反射するようになっている。したがって気化器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の各反応器では、断熱パッケージ４５に熱がほとんど伝熱されず、断熱パッケージ４５内の熱損失を抑えることができるようになっている。
【００３７】
各断熱パッケージ４５の内部は完全に密閉された空間となっており、その空間は真空とされている。ただし、各断熱パッケージ４５の内部は、フッ素を含むメタン若しく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）又は炭酸ガスで置換されてもよい。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などがある。
【００３８】
各断熱パッケージ４５の内壁の入隅には支持体４６がそれぞれ配設されており、４つの小型反応器５１が、各支持体４６に支持された状態で気化器４１、改質反応器４２及び水性シフト反応器４３の各反応器毎に１つずつ配設されている。
【００３９】
各小型反応器５１はガラス基板５３とシリコン基板５４とを互いに重ね合わせて接合した構造を有している。ガラス基板５３は、Ｎａなどを含有したイオン伝導性のガラス製基板であり、シリコン基板５４は半導性のシリコン製基板である。シリコン基板５４はアモルファスシリコンからなる基板であってもよいし、単結晶シリコン，多結晶シリコンといった結晶性シリコンからなる基板であってもよい。
【００４０】
図４には、各小型反応器５１のシリコン基板５４の断面図（中段）と、シリコン基板５４の平面図（上段）と、シリコン基板５４の底面図（下段）とが図示されている。
図４の上段に示す通り、シリコン基板５４の上面（ガラス基板５３との接合面の反対の面）には、葛折り状のヒータ５５が配設されている。ヒータ５５は、電気抵抗性発熱体，半導体性発熱体等を薄膜状に成膜したものであり、電流が流れたり電圧が印加されたりすることで発熱するものである。
【００４１】
ヒータ５５の両端部には、断熱パッケージ４５を貫通して断熱パーケージ４５の外部にまで延出するリード線（図示略）がそれぞれ接続されており、各リード線を介してヒータ５５に電気エネルギーが供給されるようになっている。各リード線が断熱パッケージ４５を貫通している箇所は完全に密閉されており、断熱パッケージ４５の内部と外部とのあいだで気体の出入りを遮断する構造になっている。
【００４２】
図４の下段に示す通り、シリコン基板５４の下面（ガラス基板５３との接合面）には、葛折り状のマイクロ流路５６が形成されている。図４の中段に示す通り、マイクロ流路５６は、断面視したときの形状が弓形状を呈した溝であって、具体的にはシリコン基板５４の下面にフォトリソグラフィー，エッチング等を適宜施すことによって形成されたものである。マイクロ流路５６は一端部５６ａから他端部５６ｂにかけて同様の幅を有しながら延在している。
【００４３】
図３に示す通り、気化器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の各反応器では、流入管６１と流出管６２とが断熱パッケージ４５を貫通した状態で１本ずつ配設されている。
【００４４】
気化器４１の流入管６１は、上記吸入ニップル部３７と小型反応器５１のマイクロ流路５６の一端部５６ａとに通じており、燃料パッケージ８に貯蔵された燃料９９が吸入ニップル部３７及び流入管６１を通じてマイクロ流路５６に供給されるようになっている。ただし、気化器４１の流入管６１と吸入ニップル部３７とのあいだにはマイクロポンプ（図示略）が配設されており、マイクロポンプによって気化器４１の流入管６１に流入する燃料９９の流量を調節できるようになっている。気化器４１の流出管６２は、小型反応器５１のマイクロ流路５６の他端部５６ｂと改質反応器４２の流入管６１とに通じている。
【００４５】
改質反応器４２の流入管６１は、気化器４１の流出管６２と小型反応器５１のマイクロ流路５６の他端部５６ｂとに通じている。改質反応器４２の流出管６２は、小型反応器５１のマイクロ流路５６の一端部５６ａと水性シフト反応器４３の流入管６１とに通じている。
【００４６】
水性シフト反応器４３の流入管６１は、改質反応器４２の流出管６２と小型反応器５１のマイクロ流路５６の一端部５６ａとに通じている。水性シフト反応器４３の流出管６２は、小型反応器５１のマイクロ流路５６の他端部５６ｂと選択酸化反応器４４の流入管６１とに通じている。
【００４７】
選択酸化反応器４４の流入管６１は、水性シフト反応器４３の流出管６２と小型反応器５１のマイクロ流路５６の他端部５６ｂとに通じており、選択酸化反応器４４の流出管６２は、一酸化炭素吸着器４７の流入管４７ｂに通じている。
【００４８】
なお、図３に示す通り、選択酸化反応器４４の小型反応器５１のマイクロ流路５６には空気流入管６３が通じている。空気流入管６３は、断熱パッケージ４５を貫通した状態でマイクロ流路５６の他端部５６ｂと上記スリット３１，３１，…（図１参照）とに通じており、外気中の酸素が各スリット３１及び空気流入管６３を介してマイクロ流路５６の他端部５６ｂに供給されるようになっている。
【００４９】
ここで、図３に示す通り、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の各小型反応器５１では、マイクロ流路５６の内壁に沿って触媒７０，７１，７２がそれぞれ配されている。具体的に触媒は一又は複数種類の無機担体に一又は複数種類の金属種又は金属酸化物を担持した不均一系触媒である。改質器４２の小型反応器５１においては、触媒６０は一種類の触媒で形成されていてもよいし、複数種類の触媒で形成されていてもよいし、マイクロ流路５６内の配置箇所によって触媒の種類が異なっていてもよい。
【００５０】
次に、図１を参照しながら一酸化炭素吸着器４７について説明する。
一酸化炭素吸着器４７は、内部に一酸化炭素吸着物質４８を格納する本体部４７ａと、本体部４７ａへ一酸化炭素を含む混合気を導入するための流入管４７ｂと、本体部４７ａから混合気を排出するための流出管４７ｃとを備える。
【００５１】
本体部４７ａは燃料貯蔵モジュール２の筐体４内に格納されており、発電モジュール３に対して燃料貯蔵モジュール２と一体に着脱可能な構造となっている。
流入管４７ｂは発電モジュール３側と燃料貯蔵モジュール２側とに分かれており、両側の流入管４７ｂ同士が互いに着脱可能な構造となっている。そして、流入管４７ｂは貫通孔５を通って、発電モジュール３側の端部が選択酸化反応器４４の流出管６２に接続し、燃料貯蔵モジュール２側の端部が本体部４７ａに接続している。
流出管４７ｃも同様に発電モジュール３側と燃料貯蔵モジュール２側とに分かれており、両側の流出管４７ｃ同士が互いに着脱可能な構造となっている。そして、流出管４７ｃは貫通孔５を通って、燃料貯蔵モジュール２側の端部が本体部４７ａに接続し、発電モジュール３側の端部が燃料電池９１の燃料極に通じている。
【００５２】
一酸化炭素吸着物質４８としては、塩化銅（Ｉ）−ピリジン錯体を担持したシリカゲル、シリカゲル担持塩化銅（Ｉ）−Ｎ，Ｎ，Ｎ´，Ｎ´−テトラメチル−１，２−エタンジアミン錯体、塩化銅（Ｉ）を担持したピリジン基を有するポリスチレン樹脂などを用いることができる。
塩化銅（Ｉ）−ピリジン錯体を担持したシリカゲルを用いる場合、図５に示すように、塩化銅（Ｉ）にピリジン又はメチルピリジン等のピリジン基がついた錯体／シリカゲルを、一酸化炭素雰囲気中にさらすことで、塩化銅（Ｉ）−ピリジン−一酸化炭素錯体、塩化銅（Ｉ）−メチルピリジン−一酸化炭素錯体が形成される。なお図中、Ｌはピリジン又はメチルピリジンである。
これにより、シリカゲルに担持されたモル比１：１の塩化銅（Ｉ）−ピリジン錯体や、塩化銅（Ｉ）−メチルピリジン錯体に対して、モル比１の一酸化炭素を吸着できる。
また、３０°、一気圧程度で吸着可能であるため、一酸化炭素の吸着作業を簡易な装置で効率よく行うことができる。
【００５３】
続いて、発電装置１の動作について説明する。
発電装置１が起動すると発電装置１の発電システムが機能し始め、気化器４１、改質反応器４２、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４の各反応器のヒータ５５が発熱する。これと同時に、発電モジュール３内のマイクロポンプ等の部材が作動し、燃料パッケージ８に貯蔵された燃料９９が吸入ニップル部３７に吸引されて気化器４１の流入管６１を通じて気化器４１の小型反応器５１のマイクロ流路５６に供給されるとともに、外気中の酸素が各スリット３１から吸引されて燃料電池９１の空気極に供給される。
【００５４】
気化器４１に供給された燃料９９は、マイクロ流路５６の内部を一端部５６ａから５６ｂに向けて流動しながらヒータ５５の熱を受けて気化し、メタノールと水蒸気の混合気に相変化する。すると、マイクロ流路５６の内部圧が上昇して対流が生じ、当該混合気は、気化器４１の流出管６２から改質反応器４２、水性シフト反応器４３、選択酸化反応器４４及び燃料電池９１へと各流入管６１及び流出管６２を介して順に流動する。
【００５５】
改質反応器４２では、気化器４１で生成された混合気が、小型反応器５１のマイクロ流路５６の内部を他端部５６ｂから一端部５６ａに向けて流動する。このとき、当該混合気は、ヒータ５５により加熱されながら触媒７０の触媒作用を受けて上記化学反応式（１）のような反応を起こし、メタノールと水蒸気の混合気から水素及び二酸化炭素が生成される。また改質反応器４２では、混合気が水素及び二酸化炭素に完全に改質されない場合もあり、この場合、上記化学反応式（２）に示すように、メタノールと水蒸気の混合気から二酸化炭素、一酸化炭素及び水蒸気が生成される。すなわち、改質反応器４２では、上記化学反応式（１）にしたがってメタノールが水素に転化する反応と、上記化学反応式（２）にしたがって一酸化炭素が生成される反応とがほぼ同時に起こる。
【００５６】
水性シフト反応器４３では、改質反応器４２で生成された水素、一酸化炭素、二酸化炭素及び水蒸気からなる混合気が、小型反応器５１のマイクロ流路５６の内部を一端部５６ａから他端部５６ｂに向けて流動する。このとき、当該混合気は、ヒータ５５により加熱されながら触媒７１の触媒作用を受けて上記化学反応式（３）のような反応を起こし、一酸化炭素と水蒸気から二酸化炭素が生成されて一酸化炭素の無毒化が図られる。
【００５７】
選択酸化反応器４４では、水性シフト反応器４３で生成された二酸化炭素と水性シフト反応器４３において未反応の一酸化炭素、水素及び二酸化炭素とからなる混合気が、流入管６１から小型反応器５１のマイクロ流路５６の他端部５６ｂに流入する。また選択酸化反応器４４では、各スリット３１から吸引された外気中の酸素も、空気流入管６３から小型反応器５１のマイクロ流路５６の他端部５６ｂに流入する。
【００５８】
これにより、選択酸化反応器４４では、水性シフト反応器４３の小型反応器５１から流入管６１を通じてきた混合気と空気流入管６３を通じてきた外気中の酸素とが、小型反応器５１のマイクロ流路５６の他端部５６ｂで互いに合流して混じり合い（混合され）、一酸化炭素、水素及び二酸化炭素からなる混合気（外気中の酸素を含む。）が、小型反応器５１のマイクロ流路５６の内部を他端部５６ｂから一端部５６ａに向けて流動する。このとき、当該混合気は、ヒータ５５により加熱されながら触媒７２の触媒作用を受けて上記化学反応式（４）のような反応（選択酸化反応）を起こし、一酸化炭素と酸素から二酸化炭素が生成される。
【００５９】
選択酸化反応器４４では、小型反応器５１の触媒７２が上記化学反応式（４）のような反応を選択的に促進するため、マイクロ流路５６を流動する混合気においては水素がほとんど酸化されないことが好ましい。また、マイクロ流路５６を流動している混合気が選択酸化反応器４４の流出管６２に至る時点では、当該混合気中の一酸化炭素濃度は減少し、水素及び二酸化炭素の濃度が非常に高くなっている。改質反応器４２で生成された一酸化炭素を十分除去できるのであれば、水性シフト反応器４３及び選択酸化反応器４４のうちいずれか一方のみを配するようにしてもよい。
【００６０】
次に、選択酸化反応器４４からの混合気は流入管４７ｂを通って一酸化炭素吸着器４７の本体部４７ａ内に導入され、本体部４７ａ内の一酸化炭素吸着物質４８により混合気中のほとんどの一酸化炭素が吸着・除去される。
【００６１】
燃料電池９１では、改質装置４０から供給された水素、水蒸気及び二酸化炭素の混合流体のうちの水素が、燃料極で上記電気化学反応式（５）に示すような反応を起こして水素イオンと電子とに分離する。水素イオンはイオン伝導膜を通じて空気極に伝導し、電子は燃料極により取り出される。また燃料電池９１では、上記各スリット３１を介して外気中の酸素が取り込まれてこの酸素が空気極に供給される。そして、外気中から取り込まれた酸素と、イオン伝導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、空気極で上記電気化学反応式（６）に示すような反応を起こし、副生成物としての水が生成される。
【００６２】
燃料電池９１では、上記電気化学反応式（５），（６）のような電気化学反応が起こることにより電気エネルギーが生成される。生成された電気エネルギーは、発電装置１内部に設けられた二次電池等の充電部（図示略）を充電し、この充電部から発電モジュール３の端子３２を通じて外部デバイス（図示略）に供給されたり、各ヒータ５５、マイクロポンプその他の部材を駆動するためのエネルギーとして利用される。また、燃料電池９１の空気極で生成された副生成物の水は、第２排水管３４及び第１排水管６を通じて燃料貯蔵モジュール２に移動して排水容器７に排水・貯留される。なお、燃料電池９１の燃料極に水素とともに供給された水蒸気及び二酸化炭素のうち、水蒸気も第２配水管３４及び第１配水管６を通じて燃料貯蔵モジュール２に移動して排水容器７に排水・貯留されるようにしてもよく、二酸化炭素は、各排気孔３３から排気されるようにしてもよい。
【００６３】
以上のように、本実施形態では、一酸化炭素吸着器４７を燃料貯蔵モジュール２内に設けることにより、一酸化炭素濃度が極めて低くすることができると共に、燃料パッケージ８を取り替える際に、一酸化炭素吸着器４７も同時に取り替えることができるので、一酸化炭素吸着材料４８の劣化による一酸化炭素吸着効果の低下を防止することができる。
なお、本実施の形態においては、一酸化炭素吸着器４７を選択酸化反応器４４と燃料電池９１の間に介在させる構成としたが、これに限らず、混合気中に一酸化炭素が含まれることになる改質反応器４２から燃料電池９１までの間のいずれの位置に配置してもよい。
【００６４】
また、図示は省略するが、一酸化炭素吸着器４７と燃料電池９１の間に、混合気中の水素のみを通過させ、二酸化炭素を通過させない水素分離膜を取り付けたり、あるいは二酸化炭素除去器を取り付けてもよい。
二酸化炭素除去器としては、混合気中から二酸化炭素を分離する二酸化炭素分離膜や、二酸化炭素を吸着する二酸化炭素吸着剤を利用するものが挙げられる。二酸化炭素分離膜としては、酢酸セルロース、ポリイミド又はポリスルホン酸から構成されるものが挙げられ、二酸化炭素吸着剤としては、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、ゼオライト又は活性炭から構成されるものが挙げられる。このようにすることで燃料電池９１の燃料極に供給される流体中の水素濃度を高くし、効率的に発電することができる。
【００６５】
[第２の実施の形態]
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図６は、発電装置の構成の概略を示すブロック図である。なお、本実施の形態において、上述の第１の実施の形態と同じ構成となる部分には、図面中同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
【００６６】
本実施の形態の発電装置１００は、発電モジュール３内に一酸化炭素吸着器４７が配設され、燃料貯蔵モジュール２内に一酸化炭素吸着器４７が吸着した一酸化炭素を回収する一酸化炭素回収器４９が配設されている。また、改質反応器４２と一酸化炭素吸着器４７との間の第１流路１０１には弁１０２（第１弁）が取り付けられており、一酸化炭素吸着器４７から一酸化炭素回収器４９に至る第２流路１０３には三方コック１０４とポンプ１０５（移動手段）が取り付けられており、同じく一酸化炭素吸着器４７から一酸化炭素回収器４９に至る第３流路１０６には弁１０７（第２弁）が取り付けられている。
なお、上記第１の実施の形態で示した水性シフト反応器４３と選択酸化反応器４４については図示を省略しているが、これら反応器４３，４４は改質反応器４２から燃料電池９１までの間、例えば、第１流路１０１に配置するものとする。
【００６７】
この発電装置１００の動作について説明すると、発電装置１００が起動する前の状態では、まず、第１弁１０２は開状態で、第２弁１０７は閉状態となっている。また、三方コック１０４は一酸化炭素吸着器４７からの混合気が第２流路１０３から第４流路１０８（燃料電池９１に繋がる流路）に至るような位置に固定されている。
【００６８】
そして、発電装置１００が起動すると、上述の第１の実施の形態と同様に、発電装置１００の発電システムが機能し始め、気化器４１に供給された燃料９９がヒータ５５の熱を受けて気化し、メタノールと水蒸気の混合気に相変化する。次に、改質反応器４２において、上記化学反応式（２）に示したように、メタノールと水蒸気の混合気から二酸化炭素、一酸化炭素及び水蒸気が生成される。
そして、水性シフト反応器４３と選択酸化反応器４４を通過した後、混合気は第１流路１０１を通って一酸化炭素吸着器４７の本体部４７ａ内に導入され、本体部４７ａ内の一酸化炭素吸着物質４８により混合気中のほとんどの一酸化炭素が吸着・除去される。
【００６９】
その後、一酸化炭素吸着器４７を経て生成された水素、二酸化炭素及び水蒸気は一酸化炭素吸着器４７と第４流路１０８とのみを連通するように三方コック１０４を回転させ、この混合気が燃料電池９１の燃料極に供給される。燃料電池９１の燃料極での電気化学反応が起こった後の二酸化炭素は各排気孔３３から外気中に排気される。
次に、燃料電池９１での発電が停止されると、第１弁１０２は閉状態となり、三方コック１０４は一酸化炭素吸着器４７内の流体が、第２流路１０３及び第４流路１０８に流れないように回転される。なお、第２弁１０７は閉状態のままとなっている。
【００７０】
そして、一酸化炭素吸着器４７に設けたヒーター４７ｄを駆動して一酸化炭素吸着剤４８を所定温度（例えば７０℃程度）まで暖めると、一酸化炭素吸着剤４８に吸着していた一酸化炭素が一酸化炭素吸着剤４８から脱離する。
一酸化炭素吸着器４７内の一酸化炭素濃度は図示しない濃度センサーにより測定されており、一酸化炭素濃度の上昇速度が一定値以下となると、一酸化炭素の脱離がほぼ完了したと判断し、三方コック１０４は一酸化炭素吸着器４７内の雰囲気と一酸化炭素回収器４９内の雰囲気のみが連通するように回転される。ポンプ１０５の駆動により一酸化炭素吸着器４７内の脱離した一酸化炭素を含んだガスを一酸化炭素回収器４９内に導入すると共に、第２弁１０７を開状態にすることにより、一酸化炭素回収器４９内の空気を第３流路１０６を通って一酸化炭素吸着器内４７に導入し、一酸化炭素吸着器４７内のガスと一酸化炭素回収器４９内の空気とを入れ替える。
【００７１】
入れ替え作業が終了すると、第２弁１０７は再び閉状態となり、ポンプ１０５は駆動を停止し、更にヒーター４７ｄの駆動が停止する。
そして、一酸化炭素吸着器４７内の温度が一定値以下になると、一酸化炭素吸着器４７からの混合気が第２流路１０３から第４流路１０８に至るような位置に三方コック１０４が固定され、その後、図示しない表示ランプが消えることで、燃料貯蔵モジュール２の取り替え作業が可能であることを知らせる。
【００７２】
以上のように、本実施形態では、一酸化炭素吸着器４７を発電モジュール３内に設け、一酸化炭素吸着器４７に吸着した一酸化炭素を回収する一酸化炭素回収器４９を燃料貯蔵モジュール２内に設けるので、混合気から濃度の高い水素を取り出すことができると共に、燃料パッケージ８を取り替える際に、一酸化炭素回収器４９も同時に取り替えることができるので、一酸化炭素吸着材料４８の劣化による一酸化炭素吸着効果の低下を防止することができる。
なお、本実施の形態においては、一酸化炭素吸着剤４８に吸着した一酸化炭素を脱離するために一酸化炭素吸着剤４８を７０℃程度まで暖めるものとしたが、これに限らず、例えば、３０℃程度の常温下で、一酸化炭素吸着器の本体部４７ａ内を０．１〜０．４ａｔｍ程度に減圧してもよい。減圧手段としては、一酸化炭素吸着器４７と連通した真空ポンプを適用することができる。なお、本実施の形態に係る発電装置１００をノートパソコン等に用いる場合には、ノートパソコン駆動時の発熱を利用して一酸化炭素吸着剤４８を７０℃程度に暖めることは容易である。
[第３の実施の形態]
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
図７は、発電装置２００の構成の概略を示すブロック図である。なお、本実施の形態において、上述の第１及び第２の実施の形態と同じ構成となる部分には、図面中同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
本実施の形態の発電装置２００は、発電モジュール３内に一酸化炭素吸着器４７が配設され、燃料パッケージ８内に一酸化炭素吸着器４７が吸着した一酸化炭素を回収する一酸化炭素回収器４９が配設されており、一酸化炭素回収器４９と燃料パッケージ８内の燃料とは、燃料パッケージ内を移動可能な蓋部材１１０により区分されている。
【００７３】
また、一酸化炭素吸着器４７内に空気を送り込むピストン２０１（移動手段）と、改質反応器４２と一酸化炭素吸着器４７との間の第１流路２０２には弁２０３（第１弁）が取り付けられており、一酸化炭素吸着器４７から一酸化炭素回収器４９に至る第２流路２０４には三方コック２０５が取り付けられている。
なお、上記第１の実施の形態で示した水性シフト反応器４３と選択酸化反応器４４については図示を省略しているが、これら反応器は改質反応器４２から燃料電池９１までの間、例えば、第１流路２０２に配置するものとする。
この発電装置２００の動作について説明すると、第１弁２０３は開状態で、三方コック２０５は一酸化炭素吸着器４７からの混合気が第２流路２０４から第３流路２０６（燃料電池９１に繋がる流路）に至るような位置に固定されている。なお、ピストン２０１は駆動停止状態になっている。
【００７４】
そして、発電装置２００が起動すると、上述の第１の実施の形態と同様に、発電装置２００の発電システムが機能し始め、気化器４１に供給された燃料９９がヒータ５５の熱を受けて気化し、メタノールと水蒸気の混合気に相変化する。次に、改質反応器４２において、上記化学反応式（２）に示したように、メタノールと水蒸気の混合気から二酸化炭素、一酸化炭素及び水蒸気が生成される。
そして、水性シフト反応器４３と選択酸化反応器４４を通過した後、混合気は第１流路２０２を通って一酸化炭素吸着器の本体部４７ａ内に導入され、本体部４７ａ内の一酸化炭素吸着物質４８により混合気中のほとんどの一酸化炭素が吸着・除去される。
【００７５】
その後、一酸化炭素吸着器４７を経て生成された水素、二酸化炭素及び水蒸気は第３流路２０６を通って燃料電池９１の燃料極に供給される。燃料電池９１の燃料極での電気化学反応が起こった後の二酸化炭素は各排気孔３３から外気中に排気される。
次に、燃料電池９１での発電が停止されると、第１弁２０３は閉状態とし、三方コック２０５は、一酸化炭素吸着器４７内の雰囲気が一酸化炭素回収器４９及び第３流路２０６に漏洩しないように閉状態としておく。一酸化炭素吸着器４７に設けたヒーター４７ｄを駆動することにより一酸化炭素吸着剤４８を所定温度（例えば７０℃程度）まで暖めると、一酸化炭素吸着剤４８に吸着していた一酸化炭素が一酸化炭素吸着剤４８から脱離する。
【００７６】
一酸化炭素吸着器４７内の一酸化炭素濃度は図示しない濃度センサーにより測定されており、一酸化炭素濃度の上昇速度が一定値以下となると、一酸化炭素の脱離がほぼ完了したと判断し、三方コック２０５を一酸化炭素吸着器４７と一酸化炭素回収器４９とのみが連通するように回転する。
次に、ピストン２０１を駆動してピストン２０１内の空気を本体部４７ａ内に導入すると、本体部４７ａ内の一酸化炭素を含んだガスは、空気により押圧され、第２流路２０４を通じて一酸化炭素回収器４９内に移動する。
【００７７】
一酸化炭素回収器４９内の蓋部材１１０は、一酸化炭素を含んだガスにより押圧され、図７に矢印で示すように、燃料９９の消費により燃料パッケージ８内にできた空間に移動する。これにより燃料パッケージ８内全体を一酸化炭素回収器４９として利用することができる。
そして、ピストン２０１が完全に下方まで押し下げられると、ヒーター４７ｄの駆動が停止し、一酸化炭素吸着器４７内の温度が一定値以下になると、三方コック２０５は一酸化炭素回収器４９内の雰囲気が第２流路２０４及び第３流路２０６に漏洩しないように回転され、その後、図示しない表示ランプが消えることで、燃料貯蔵モジュール２の取り替え作業が可能であることを知らせる。
【００７８】
以上のように、本実施形態では、一酸化炭素吸着器４７を発電モジュール３内に設け、一酸化炭素吸着器４７に吸着した一酸化炭素を回収する一酸化炭素回収器４９を燃料パッケージ８内に設けるので、一酸化炭素を十分除去できるとともに除去した一酸化炭素を効果的に回収することができる。また混合気から濃度の高い水素を取り出すことができると共に、燃料パッケージ８を取り替える際に、一酸化炭素回収器４９も同時に取り替えることができるので、一酸化炭素吸着材料４８の劣化による一酸化炭素吸着効果の低下を防止することができる。更に、蓋部材１１０の移動により、燃料パッケージ８の全体を一酸化炭素回収器４９として利用できるので、大量の一酸化炭素を回収できる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】発電装置の一部破断斜視図である。
【図２】発電装置の発電システムの基本構成を示したブロック図である。
【図３】改質装置の断面図である。
【図４】各小型反応器のシリコン基板を示す図面である。
【図５】一酸化炭素吸着物質の組成を示す図面である。
【図６】発電装置の構成を示す図面である。
【図７】発電装置の構成を示す図面である。
【符号の説明】
【００８０】
１  発電装置
２  燃料貯蔵モジュール
３  発電モジュール
４０  改質装置
４１  気化器
４２  改質反応器
４３  水性シフト反応器
４４  選択酸化反応器
４７  一酸化炭素吸着器
４８  一酸化炭素吸着物質
５１  小型反応器
５３  ガラス基板
５４  シリコン基板
５５  ヒータ
５６  マイクロ流路
７０，７１，７２  触媒
９１  燃料電池
９９  燃料
１００  発電装置
１０５  ポンプ
２００  発電装置
２０１  ピストン
【図１】
2005108547.tif 000003
【図２】
2005108547.tif 000004
【図３】
2005108547.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005108547.tif 000007
【図６】
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【図７】
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