(57)【要約】【課題】コンパクトでも圧力損失を小さくすることができ、更には多くの触媒を担持することができる反応器及び流路構造を提供すること。【解決手段】改質器５は、内部空間を形成した反応器本体５０１と、反応器本体５０１内に収納された流路構造５０２と、を備える。流路構造５０２は、基板５０５を基本構成として有している。基板５０５には、複数の貫通孔５０６が形成されており、これら貫通孔５０６によって反応器本体５０１内の領域５１０から領域５１１まで通じている。また、基板５０５の表層は陽極酸化により多孔質金属酸化物に変質しており、その表層に触媒成分が担持されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間を形成した反応器本体と、
前記反応器本体内の空間を二つの領域に区切る基板と、を有し、
前記基板を貫通した複数の貫通孔が前記反応器本体内の一方の領域から他方の領域に通じることを特徴とする反応器。
【請求項２】
前記貫通孔内を含み前記基板の表層が酸化され、その酸化された表層に触媒成分が担持されていることを特徴とする請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
前記基板の一方の面と他方の面のうちの少なくとも一方に電熱膜が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の反応器。
【請求項４】
前記基板は、二枚の金属板とこれら金属板の間に挟持された電熱膜とからなる合板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の反応器。
【請求項５】
前記複数の貫通孔は前記基板の厚さ方向に沿って互いに平行且つ途中で屈曲しないように直進した形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の反応器。
【請求項６】
基板を有し、複数の貫通孔が前記基板の一方の面から他方の面に貫通していることを特徴とする流路構造。
【請求項７】
前記貫通孔内を含み前記基板の表層が酸化され、その酸化された表層に触媒成分が担持されていることを特徴とする請求項６に記載の流路構造。
【請求項８】
前記基板の一方の面と他方の面のうちの少なくとも一方に電熱膜が形成されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の流路構造。
【請求項９】
前記基板が、二枚の金属板とこれら金属板の間に挟持された電熱膜とからなる合板であることを特徴とする請求項６又は７に記載の流路構造。
【請求項１０】
前記複数の貫通孔は前記基板の厚さ方向に沿って互いに平行且つ途中で屈曲しないように直進した形状に形成されていることを特徴とする請求項６〜請求項９の何れか一項に記載の流路構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の貫通孔が形成された基板を有する流路構造に関するともに、その流路構造を反応器本体の内部空間に収納した反応器に関する。
【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、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、液体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。燃料改質型の燃料電池を小型の電子機器の電源として用いる場合には、燃料電池だけでなく改質装置も小型化する必要がある。
【０００３】
一方、複数の基板を接合してなる小型のケミカルマイクロリアクタを用いることによって微量の化学反応を行うことが特許文献１に記載されており、特許文献１に記載されたケミカルマイクロリアクタを改質装置に用いる研究・開発も行われている。特許文献１に記載されたマイクロリアクタについて簡単に説明すると、まず一方の面に流路となる葛折り状の溝が形成されたポリスチレン製の第一の基板を準備し、この溝に蓋をするように第二の基板を第一の基板に紫外線硬化樹脂で接着することによって、これら二枚の基板の接合部に葛折り状の流路を形成している。このケミカルマイクロリアクタの流路に反応物を流せば、反応物が反応することにより、目的とする生成物又は中間生成物が生成される。
【特許文献１】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、ケミカルマイクロリアクタを加熱することによって、流路を流れてその流路の壁面に接触する反応物に対してケミカルマイクロリアクタの熱が伝わり、反応物の反応がより効率よく起こる。一方、流路の壁面に触媒を担持すれば、流路を流れる反応物が壁面の触媒に接触し、反応物の反応がより効率よく起こる。しかしながら、葛折り状の流路では、流路が複数箇所で折れ曲がるので流体の進行方向が変わり圧力損失が大きくなってしまう。このため、流体を送出するポンプ等の機構に要求される能力が大きくなってしまっていた。
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、コンパクトでも圧力損失を小さくすることができる反応器及び流路構造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】
【０００５】
以上の課題を解決するために、本発明の反応器は、内部空間を形成した反応器本体と、前記反応器本体内の空間を二つの領域に区切る基板と、を有し、前記基板を貫通した複数の貫通孔が前記反応器本体内の一方の領域から他方の領域に通じることを特徴とする。
【０００６】
以上のように、基板によって区切られた二つの領域のうちの一方に反応物が供給されると、供給された反応物が基板の貫通孔を通って他方の領域へと流れ、貫通孔が流路として機能する。そして、複数の貫通孔が基板を貫通しているから、一方の領域から他方の領域に流れる反応物における圧力損失が小さくなる。
また、複数の貫通孔が形成されているので、これら貫通孔の総体積に比較して多くの触媒をこれら貫通孔の壁面に担持することができる。
また、基板に複数の貫通孔が形成され、その基板が反応器本体内に収納されているから、各貫通孔を細くして基板を貫通する貫通孔の数を増やすことによって、貫通孔を通過する流体が壁に接触しやすくなり、壁と接触する確率を増大することができるので反応が効率よく起こる。
【０００７】
上記反応器において、前記貫通孔内を含み前記基板の表層が酸化され、その酸化された表層に触媒成分が担持されていることが好ましい。
【０００８】
以上のように、基板の表層が酸化されると、基板の表層が多孔質酸化物に変質するので表面積が増大して、その表層に多くの触媒成分を担持することができ、反応を促進することができる。
【０００９】
上記反応器において、前記基板の一方の面と他方の面のうちの少なくとも一方に電熱膜が形成されていることが好ましい。
【００１０】
以上のように基板に電熱膜が形成されているので、電気により電熱膜が発熱した場合に基板を伝熱する。そして、貫通孔を流動する反応物が基板に接するので、反応物が加熱されて、反応物の反応が効率よく起こる。
【００１１】
上記反応器において、前記基板は、二枚の金属板とこれら金属板の間に挟持された電熱膜とからなる合板であることが好ましい。
【００１２】
以上のように電熱膜が二枚の金属板に挟持されているので、電気により電熱膜が発熱した場合に基板が加熱されるので基板全体に温度勾配を小さくして均一な反応温度に設定でき、各貫通孔をそれぞれ通過する流体が等しい条件で反応することができる。
【００１３】
上記反応器において、前記複数の貫通孔は前記基板の厚さ方向に沿って互いに平行且つ途中で屈曲しないように直進した形状に形成されていることが好ましい。
【００１４】
本発明の流路構造は、基板を有し、複数の貫通孔が前記基板の一方の面から他方の面に貫通していることを特徴とする。
【００１５】
以上のように、反応物が基板の貫通孔を通って一方の面から他方の面へと流れ、貫通孔が流路として機能する。そして、複数の貫通孔が基板を貫通しているから、一方の領域から他方の領域に流れる反応物における圧力損失が小さくなる。
また、複数の貫通孔が形成されているので、これら貫通孔の総体積に比較して多くの触媒をこれら貫通孔の壁面に担持することができる。
各貫通孔を細くして基板を貫通する貫通孔の数を増やすことによって、貫通孔を通過する流体が貫通孔の壁に接触しやすくなり、壁と接触する確率を増大することができるので反応が効率よく起こる。
【００１６】
上記流路構造において、前記貫通孔内を含み前記基板の表層が酸化され、その酸化された表層に触媒成分が担持されていることが好ましい。
【００１７】
以上のように基板の表層に触媒成分が担持され且つ基板に複数の貫通孔が形成されているので、貫通孔内での反応が更に効率よく起こる。
【００１８】
上記流路構造において、前記基板の一方の面と他方の面のうちの少なくとも一方に電熱膜が形成されていることが好ましい。
【００１９】
以上のように基板に電熱膜が形成され且つ基板に複数の貫通孔が形成されているので、貫通孔内の反応が更に効率よく起こる。
【００２０】
上記流路構造において、前記基板が、二枚の金属板とこれら金属板の間に挟持された電熱膜とからなる合板であることが好ましい。
【００２１】
以上のように電熱膜が二枚の金属板に挟持され且つ基板に複数の貫通孔が形成されているので、基板全体に温度勾配を小さくして均一な反応温度に設定でき、各貫通孔をそれぞれ通過する流体が等しい条件で反応することができる。
【００２２】
上記流路構造において、前記複数の貫通孔は前記基板の厚さ方向に沿って互いに平行且つ途中で屈曲しないように直進した形状に形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、複数の貫通孔が基板を貫通しているから、これら貫通孔を流動する反応物における圧力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】
【００２４】
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。
【００２５】
〔第１の実施の形態〕
図１は、発電装置１を示した図面である。
この発電装置１は、デスクトップ型パーソナルコンピュータ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、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、ゲーム機器、遊技機、家庭用電気機器、その他の電子機器に備え付けられたものであり、電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。
【００２６】
発電装置１は、発電の源となる燃料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を気化させるマイクロリアクタで構成される気化器３と、燃料容器２から燃料を吸引するとともに吸引した燃料を気化器３に供給する燃料ポンプ４と、気化器３から供給された燃料の混合気を水素に改質するマイクロリアクタで構成される改質器５と、改質器５から供給された混合気から一酸化炭素を除去するマイクロリアクタで構成される一酸化炭素除去器６と、一酸化炭素除去器６から供給された混合気のうち水素と外気の酸素と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、外気の空気を吸引するとともに吸引した空気を一酸化炭素除去器６及び燃料電池７に供給する空気ポンプ８と、を備える。ここで、本発明の反応器は、気化器３、改質器５及び一酸化炭素除去器６に適用されている。
【００２７】
気化器３、燃料ポンプ４、改質器５、一酸化炭素除去器６、燃料電池７及び空気ポンプ８は、電子機器本体に搭載されている。それに対し、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おり、電子機器本体に対して燃料容器２が装着された場合に燃料容器２内の燃料が燃料ポンプ４によって気化器３に送られる。
【００２８】
燃料容器２に貯留された燃料は、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、燃料としてメタノールと水の混合液を用いている。
【００２９】
燃料電池７は、触媒微粒子及び担体微粒子からなるガス拡散層としての燃料極と、触媒微粒子及び担体微粒子からなるガス拡散層としての空気極と、燃料極と空気極との間に挟持された水素イオン伝導性の固体高分子電解質膜と、を具備する。空気極は管等を介して空気ポンプ８に通じており、空気極に空気が供給される。
【００３０】
図２は、気化器３、改質器５及び一酸化炭素除去器６の斜視図であり、図３は、図２の面III−IIIに沿う断面図である。
【００３１】
図２、図３に示すように、気化器３は、内部空間を形成した容器である反応器本体３０１と、反応器本体３０１内に収納された流路構造３０２と、を備える。
【００３２】
反応器本体３０１は、内部空間を有した直方体又は立方体の箱状に設けられている。反応器本体３０１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。また、反応器本体３０１には、内部空間から反応器本体３０１外にまで通じる流入管３０３及び流出管３０４が設けられている。流入管３０３は反応器本体３０１のうち流出管３０４と相対する位置に設けられており、この実施形態では流入管３０３が反応器本体３０１の上壁に設けられており、流出管３０４が反応器本体３０１の下壁に設けられている。流入管３０３は燃料ポンプ４に通じ、流出管３０４は後述する改質器５の流入管５０３に通じている。
【００３３】
流路構造３０２は、アルミニウム、セリウム、チタン、シリコン等のように陽極酸化により表面が多孔質になることができる金属からなる基板３０５を基本構成として有している。基板３０５の厚さは、基板３０５の面方向の長さ、幅よりも短い。この基板３０５には、この基板３０５の一方の面から他方の面にまで貫通した流路となる複数の貫通孔３０６，３０６，…が基板３０５の厚さ方向に沿って互いに平行且つ途中で屈曲しないように直進した形状に形成されている。図４には基板３０５の一部の平面図が示されているが、貫通孔３０６，３０６，…は断面が六角形状の穴であり、これら貫通孔３０６，３０６，…がハニカム状に配列されている。なお、貫通孔３０６，３０６，…が六角形状に形成されている必要はなく、三角形、四角形、それ以上の多角形状、円形状、楕円形状に形成されていても良い。また、基板３０５を平面視した場合に、貫通孔３０６，３０６，…がハニカム状に配列されている必要はなく、二次元アレイ状（例えば、マトリクス状）に配列されていれば良い。基板３０５は、貫通孔３０６を流れる流体に含まれる物質に対して反応性に乏しく、熱伝導率が高く、熱膨張率が低い方が好ましい。
【００３４】
図３に示すように、この流路構造３０２では、基板３０５の一方の面上において貫通孔３０６，３０６，…間にシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）又はシリコン窒化膜（ＳｉＮ）等の絶縁膜３０７が成膜されている。絶縁膜３０７上に、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ等の金属酸化物又はＡｕ等の金属からなる電熱膜３０８が成膜されている。電熱膜３０８は、電気抵抗性発熱体又は半導体性発熱体であり、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る。電熱膜３０８と基板３０５との間に絶縁膜３０７が介在することによって、電熱膜３０８に印加された電圧によって、より低抵抗な基板３０５に電流が流れて、電熱膜３０８が十分加熱できなくなることを避け、また電熱膜３０８を基板３０５に直接成膜した場合よりも電熱膜３０８が剥離しにくくなっている。
【００３５】
電熱膜３０８上には、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜等の保護絶縁膜３０９が成膜されている。保護絶縁膜３０９が電熱膜３０８を被覆することによって、電熱膜３０８が保護される。
【００３６】
この基板３０５が反応器本体３０１に収納されており、基板３０５は上支持部３１２によって反応器本体３０１の上壁から離れた状態に支持されているとともに下支持部３１３によって反応器本体３０１の下壁から離れた状態に支持されている。反応器本体３０１の内部空間が、この基板３０５によって、流入管３０３側の領域３１０と流出管３０４側の領域３１１とに区切られている。そして、基板３０５の一方の面が反応器本体３０１の上壁に対向し、基板３０５の他方の面が反応器本体３０１の下壁に対向し、流入管３０３側の領域３１０が貫通孔３０６，３０６，…によって流出管３０４側の領域３１１に通じている。従って、貫通孔３０６，３０６，…が流入管３０３側の領域から流出管３０４側の領域までの流路となっている。
【００３７】
また、図２に示すように、基板３０５の一部が反応器本体３０１外に延出しており、前記電熱膜３０８と一体形成された二本の配線３１４，３１５が反応器本体３０１から露出した部分において基板３０５上に形成されている。配線３１４，３１５を通じて電熱膜３０８に電圧・電流が印加されることによって、電熱膜３０８が発熱する。
なお、基板３０５が反応器本体３０１を貫通している部分において、基板３０５と反応器本体３０１との間の界面は密閉されている。
【００３８】
図２、図３に示すように、改質器５も、気化器３と同様に、内部空間を形成した反応器本体５０１と、反応器本体５０１内に収納された流路構造５０２と、を備える。また、図２、図３では、改質器５において、例えば絶縁膜５０７が絶縁膜３０７と実質的に同じであるというように、気化器３の何れかの部分に対応する部分に対して下二桁が共通する５００代の符号を付し、気化器３の何れかの部分に対応する改質器５の各部についての説明は省略し、改質器５と気化器３との互いに異なる部分について説明する。
【００３９】
改質器５においては、流入管５０３が気化器３の流出管３０４に通じており、流出管５０４が一酸化炭素除去器６の流入管６０３に通じている。
【００４０】
また、この改質器５においては、電熱膜５０８によって覆われている部分を除いて基板５０５の表層全体に改質触媒としての触媒５１６が形成されている。特に、貫通孔５０６，５０６，…内でも基板５０５の表層に触媒５１６が形成されている。触媒５１６は、基板５０５の表層を酸化させることによってその表層を多孔質金属酸化物（基板５０５がアルミニウムの場合には多孔質金属酸化物がアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）であり、基板５０５がチタンの場合には多孔質金属酸化物が酸化チタンであり、基板５０５がセリウムの場合には多孔質金属酸化物が酸化セリウムである。）に変質させ、その表層の多孔質金属酸化物を担体としてその表層に触媒成分を担持したものである。この改質器５においては、触媒成分としてＣｕ／ＺｎＯ系触媒が基板５０５の表層に担持されている。基板５０５は、貫通孔５０６を流れる流体に含まれる物質に対して耐腐蝕性に優れ、触媒を担持しやすく、熱伝導率が高く、熱膨張率が低い方が好ましい。また基板５０５の厚さは、基板５０５の面方向の長さ、幅よりも短い。複数の貫通孔５０６，５０６，…が基板５０５の厚さ方向に沿って互いに平行且つ途中で屈曲しないように直進した形状に形成されている。
【００４１】
図２、図３に示すように、一酸化炭素除去器６も、気化器３と同様に、内部空間を形成した反応器本体６０１と、反応器本体６０１内に収納された流路構造６０２と、を備える。また、図２、図３では、一酸化炭素除去器６において、例えば絶縁膜６０７が絶縁膜３０７と実質的に同じであるというように、気化器３の何れかの部分に対応する部分に対して下二桁が共通する６００代の符号を付し、気化器３の何れかの部分に対応する一酸化炭素除去器６の各部についての説明は省略し、一酸化炭素除去器６と気化器３との互いに異なる部分について説明する。
【００４２】
一酸化炭素除去器６においては、反応器本体６０１には流入管６０３、流出管６０４に加えて空気管６１７が設けられている。空気管６１７は、反応器本体６０１の内部空間のうち流入管６０３側の領域６１０に臨んでいる。更に、この空気管６１７は、空気ポンプ８に通じている。また、流入管６０３が改質器５の流出管５０４に通じており、流出管６０４が燃料電池７の燃料極に通じている。
【００４３】
また、この一酸化炭素除去器６においては、電熱膜６０８によって覆われている部分を除いて基板６０５の表層全体（貫通孔６０６，６０６，…内の表層も含む）に一酸化炭素の酸化反応用の触媒としての触媒６１６が形成されている。触媒６１６は、基板６０５の表層を酸化させることによってその表層を多孔質金属酸化物に変質させ、その表層の多孔質金属酸化物を担体としてその表層に触媒成分を担持したものである。この一酸化炭素除去器６においては、触媒成分としてＰｔ系触媒が基板６０５の表層に担持されている。基板６０５は、貫通孔６０６を流れる流体に含まれる物質に対して耐腐蝕性に優れ、触媒６１６を担持しやすく、熱伝導率が高く、熱膨張率が低い方が好ましい。また基板６０５の厚さは、基板６０５の面方向の長さ、幅よりも短い。複数の貫通孔６０６，６０６，…が基板６０５の厚さ方向に沿って互いに平行且つ途中で屈曲しないように直進した形状に形成されている。
【００４４】
気化器３、改質器５及び一酸化炭素除去器６の製造方法について説明する。
まず、平板状の基板３０５，５０５，６０５を準備し、基板３０５，５０５，６０５に対してフォトリソグラフィー法によるレジストマスクを形成し、レジストマスクを施した状態の基板３０５，５０５，６０５にエッチングを施す。これにより、基板３０５，５０５，６０５のそれぞれに貫通孔３０６，５０６，６０６が複数形成される。
【００４５】
次に、基板３０５，５０５，６０５の一方の面に、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、スパッタリング法等の気相成長法により絶縁膜３０７，５０７，６０７、電熱膜３０８，５０８，６０８（配線３１４，３１５，５１４，５１５，６１４，６１５を含む）、保護絶縁膜３０９，５０９，６０９をこの順に成膜する。
【００４６】
次に、基板５０５，６０５を電解液（例えば、リン酸（濃度４％が望ましい。）、シュウ酸（濃度５％が望ましい））に浸漬し、基板５０５，６０５を陽極として陰極を電解液に浸漬すると、基板５０５，６０５の表層が酸化する（陽極酸化法）。基板５０５，６０５の表層が陽極酸化することによって、基板５０５，６０５の表層が多孔質金属酸化物（担体）に変質する。これにより、基板５０５，６０５に担体としての機能を持たせることができる。
【００４７】
次に、基板５０５，６０５の表層に触媒成分を担持することによって、触媒５１６，６１６が形成される。基板５０５，６０５の表層が多孔質金属酸化物に変質するので、触媒成分の付着強度の向上を図ることができる。
【００４８】
次に、基板３０５，５０５，６０５を反応器本体３０１，５０１，６０１に収納し、基板３０５，５０５，６０５によって反応器本体３０１，５０１，６０１の内部空間を流入管３０３，５０３，６０３側の領域３１０，５１０，６１０と流出管３０４，５０４，６０４側の領域３１１，５１１，６１１とに区切る。ここで、貫通孔３０６，５０６，６０６によって流入管３０３，５０３，６０３側の領域３１０，５１０，６１０が流出管３０４，５０４，６０４側の領域３１１，５１１，６１１に通じるようにし、基板３０５，５０５，６０５の一部と配線３１４，３１５，５１４，５１５，６１４，６１５が反応器本体３０１，５０１，６０１から外に延出させる。
【００４９】
発電装置１の作用について説明する。
電熱膜３０８，５０８，６０８に電圧・電流が印加され、電熱膜３０８，５０８，６０８が発した熱が、基板３０５，５０５，６０５に伝達され、更にはその表面の触媒５１６，６１６まで伝達される。
【００５０】
燃料ポンプ４が作動すると、燃料が燃料容器２から気化器３の反応器本体３０１内に供給され、空気ポンプ８が作動すると、空気が外部から一酸化炭素除去器６の空気管６１７を通じて反応器本体６０１内の領域６１０に供給される。
【００５１】
気化器３においては、燃料が貫通孔３０６，３０６，…を反応器本体３０１内の領域３１０から領域３１１に向かって流れ、更に燃料が加熱されて気化する。ここで、基板３０５に多数の貫通孔３０６，３０６，…が形成されているため、基板３０５の表面積が大きく、燃料と基板３０５との接触面積が大きいので、燃料がより気化しやすい。
【００５２】
気化した燃料（メタノールと水との混合気）は流出管３０４及び流入管５０３を通って改質器５の反応器本体５０１内に供給される。改質器５においては、燃料が貫通孔５０６，５０６，…を反応器本体５０１内の領域５１０から領域５１１に向かって流れる。反応器本体５０１内においては、燃料が触媒５１６に接触して加熱されるので、燃料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、メタノールと水蒸気が反応して二酸化炭素と水素が生成される。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2  …  （１）
【００５３】
また、反応器本体５０１内では、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、メタノールと水蒸気が反応して二酸化炭素及び一酸化炭素が生成される。
２ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→５Ｈ2＋ＣＯ＋ＣＯ2  …  （２）
【００５４】
改質器５で生成された一酸化炭素、二酸化炭素及び水素等の混合気は流出管５０４及び流入管６０３を通って一酸化炭素除去器６の反応器本体６０１内に供給される。また、外部の空気が空気管６１７を通って反応器本体６０１内に供給される。そして、反応器本体６０１内の領域６１０に供給された混合気が貫通孔６０６，６０６，…を反応器本体６０１内の領域６１０から領域６１１に向かって流れる。反応器本体６０１内では、改質器５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、化学反応式（３）のように、改質器５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、空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  …  （３）
【００５５】
そして、反応器本体６０１内から混合気が流出管６０４を通って燃料電池７の燃料極に供給される。燃料電池７の燃料極では、電気化学反応式（４）に示すように、供給された混合気のうち水素ガス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される。水素イオンは固体高分子電解質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-  …  （４）
燃料電池７の燃料極に供給された混合気のうち、電気化学反応に寄与しない生成物（二酸化炭素等）は、外部に排出される。
【００５６】
燃料電池７の空気極には、空気が供給され、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物として生成される。
２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ  …  （５）
燃料電池７の空気極に供給された空気のうち電気化学反応に寄与しないガス（窒素等）と、生成水は、外部に排出される。
【００５７】
以上のように、この発電装置１では、燃料電池７において上記（４）、（５）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。生成された電気エネルギーは電子機器本体、燃料ポンプ４、電熱膜３０８，５０８，６０８の作動に用いられる。
【００５８】
以上のように、本実施の形態によれば、複数の貫通孔３０６，５０６，６０６が基板３０５，５０５，６０５を貫通しているから、貫通孔３０６，５０６，６０６を流れる燃料における圧力損失が小さくなる。特に、貫通孔３０６，５０６，６０６による流路が折れ曲がっていないので、流体は直進するため圧力損失を小さくすることができる。
【００５９】
また、複数の貫通孔５０６，６０６が基板５０５，６０５に形成されているので、貫通孔５０６，６０６それぞれの総体積に比較して多くの触媒成分を貫通孔５０６，６０６の壁面に担持することができる。そのため、燃料と触媒５１６，６１６との接触面積が大きくなり、触媒５１６，６１６による反応物の反応が更に効率よく起こる。
【００６０】
また、貫通孔３０６，５０６，６０６の断面積が小さくなるにつれて、基板３０５，５０５，６０５を貫通する貫通孔３０６，５０６，６０６の数を増やせば、反応器本体３０１，５０１，６０１の貫通孔３０６，５０６，６０６内の壁面積が増えることが可能になるので、燃料の反応が効率よく起こり、更に、貫通孔３０６，５０６，６０６の数が増えれば、流動する反応物の量を多くすることができる。
【００６１】
〔第２の実施の形態〕
次に、図５を用いて第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態における発電装置では、第１の実施の形態における発電装置１の気化器３、改質器５、一酸化炭素除去器６がそれぞれ気化器１３、改質器１５、一酸化炭素除去器６に変更されている。
【００６２】
第１の実施の形態では、気化器３が、基板３０５を有した流路構造３０２と、反応器本体３０１とを備えるが、第２の実施の形態では、気化器１３が、基板３２５を有した流路構造３２２と、反応器本体３０１とを備える。ここで、図５では、第２の実施の形態の気化器１３においては、第１の実施の形態の気化器３の何れかの部分に対応する部分に対して同一の符号を付し、気化器３の何れかの部分に対応する気化器１３の各部についての説明は省略し、気化器１３と気化器３との互いに異なる部分について説明する。
【００６３】
気化器３では基板３０５が単一の金属板であったが、この気化器１３では基板３２５が、二枚の金属板である熱伝導板３２７，３２９と、これら熱伝導板３２７，３２９の間に挟持された電熱膜３２８とからなる合板である。電熱膜３２８は、上記電熱膜３０８と同様に、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ、Ａｕ、カーボン等の電気抵抗性発熱体又は半導体性発熱体である。この電熱膜３２８が熱伝導板３２７，３２９に挟持されているので、基板３２５のどちらの外面にも電熱膜、絶縁膜、保護絶縁膜が形成されておらず、流路構造３２２を作成する際に絶縁膜及び保護絶縁膜を成膜する工程を省略することができる。熱伝導板３２７，３２９は、基板３０５と同様に、アルミニウム、セリウム、チタン、シリコン等の金属からなるが、熱伝導板３２７の金属種と熱伝導板３２９の金属種が異なっていても良い。また、熱伝導板３２７が反応器本体３０１内の領域３１０に臨んでおり、熱伝導板３２９が領域３１１に臨んでいる。そして、この基板３２５においても、複数の貫通孔３２６，３２６，…が基板３２５の一方の面から他方の面まで貫通しており、これら貫通孔３２６，３２６，…によって領域３１０から領域３１１まで通じている。なお、基板３２５の一部が反応器本体３０１の外部に延出しており、外部から電熱膜３２８に電流・電圧が印加されるようになっている。基板３２５の厚さは、基板３２５の面方向の長さ、幅よりも短い。
【００６４】
また、第２の実施の形態では、改質器５が、基板５２５を有した流路構造５２２と、反応器本体５０１とを備える。ここで、図５では、第２の実施の形態の改質器１５においては、第１の実施の形態の改質器５の何れかの部分に対応する部分に対して同一の符号を付し、改質器５の何れかの部分に対応する改質器１５の各部についての説明は省略し、改質器１５と改質器５との互いに異なる部分について説明する。
【００６５】
この改質器１５では基板５２５が二枚の熱伝導板５２７，５２９とこれら熱伝導板５２７，５２９の間に挟持された電熱膜５２８とからなる合板である。電熱膜５２８は、上記電熱膜５０８と同様に、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ、Ａｕ、カーボン等の電気抵抗性発熱体又は半導体性発熱体である。この電熱膜５２８が熱伝導板５２７，５２９に挟持されているので、基板５２５のどちらの外面にも電熱膜、絶縁膜等が形成されていない。熱伝導板５２７，５２９は、基板５０５と同様に、アルミニウム、セリウム、チタン、シリコン等の金属からなるが、熱伝導板５２７の金属種と熱伝導板５２９の金属種が異なっていても良い。また、熱伝導板５２７が反応器本体５０１内の領域５１０に臨んでおり、熱伝導板５２９が領域５１１に臨んでいる。そして、この基板５２５においても、複数の貫通孔５２６，５２６，…が基板５２５の一方の面から他方の面まで貫通しており、これら貫通孔５２６，５２６，…によって領域５１０から領域５１１まで通じている。貫通孔５２６内を含み基板５２５の表層全体（但し、貫通孔５２６，５２６，…において電熱膜５２８が露出した部分を除く。）には、触媒５３６が形成されている。触媒５３６は、熱伝導板５２７，５２９の表層を酸化させることによってその表層を多孔質金属酸化物に変質させ、その表層の多孔質金属酸化物を担体としてその表層に触媒成分（Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒）を担持したものである。なお、基板５２５の一部が反応器本体５０１の外部に延出しており、外部から電熱膜５２８に電流・電圧が印加されるようになっている。基板５２５の厚さは、基板５２５の面方向の長さ、幅よりも短い。
【００６６】
また、第２の実施の形態では、一酸化炭素除去器１６が、基板６２５を有した流路構造６２２と、反応器本体６０１とを備える。ここで、図５では、第２の実施の形態の一酸化炭素除去器１６においては、第１の実施の形態の一酸化炭素除去器６の何れかの部分に対応する部分に対して同一の符号を付し、一酸化炭素除去器６の何れかの部分に対応する一酸化炭素除去器１６の各部についての説明は省略し、一酸化炭素除去器１６と一酸化炭素除去器６との互いに異なる部分について説明する。
【００６７】
この一酸化炭素除去器１６では基板６２５が二枚の熱伝導板６２７，６２９とこれら熱伝導板６２７，６２９の間に挟持された電熱膜６２８とからなる合板である。電熱膜６２８は、上記電熱膜６０８と同様に、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ、Ａｕ、カーボン等の電気抵抗性発熱体又は半導体性発熱体である。この電熱膜６２８が熱伝導板６２７，６２９に挟持されているので、基板６２５のどちらの面にも電熱膜、絶縁膜等が形成されていない。熱伝導板６２７，６２９は、基板６０５と同様に、アルミニウム、セリウム、チタン等の金属からなるが、熱伝導板６２７の金属種と熱伝導板６２９の金属種が異なっていても良い。また、熱伝導板６２７が反応器本体６０１内の領域６１０に臨んでおり、熱伝導板６２９が領域６１１に臨んでいる。そして、この基板６２５においても、複数の貫通孔６２６，６２６，…が基板６２５の一方の面から他方の面まで貫通しており、これら貫通孔６２６，６２６，…によって領域６１０から領域６１１まで通じている。貫通孔６２６内を含み基板６２５の表層全体（但し、貫通孔６２６，６２６，…において電熱膜６２８が露出した部分を除く。）には、触媒６３６が形成されている。触媒６３６は、熱伝導板６２７，６２９の表層を酸化させることによってその表層を多孔質金属酸化物に変質させ、その表層の多孔質金属酸化物を担体としてその表層に触媒成分（Ｐｔ系触媒）を担持したものである。なお、基板６２５の一部が反応器本体６０１の外部に延出しており、外部から電熱膜６２８に電流・電圧が印加されるようになっている。基板６２５の厚さは、基板６２５の面方向の長さ、幅よりも短い。
【００６８】
上記気化器１３、改質器１５、一酸化炭素除去器１６を作成する際には、基板３２５，５２５，６２５を準備し、フォトリソグラフィー法・エッチング法により貫通孔３２６，５２６，６２６を形成し、その後陽極酸化法により基板５２５，６２５の表層を多孔質金属酸化物に変質させ、基板５２５，６２５の表層に触媒成分を担持し、熱伝導板３２５，５２５，６２５を反応器本体３０１，５０１，６０１内に収納する。
【００６９】
上記気化器１３、改質器１５及び一酸化炭素除去器１６においては、電熱膜３２８，５２８，６２８が電気により発熱し、基板３２５，５２５，６２５が加熱され、更には触媒５３６，６３６が加熱される。そして、燃料ポンプ４の作動により、燃料が気化器１３、改質器１５、一酸化炭素除去器１６、燃料電池７の順に流動する。気化器１３においては、燃料が貫通孔３２６，３２６，…を通じて領域３１０から領域３１１に向かって流れ、更に燃料が加熱されて気化する。改質器１５においては、気化した燃料が貫通孔５２６，５２６，…を通じて領域５１０から領域５１１に向かって流れ、燃料から水素及び二酸化炭素等が生成される。一酸化炭素除去器１６においては、改質器１５で生成された混合気が貫通孔６２６，６２６，…を通じて領域６１０から領域６１１に向かって流れ、一酸化炭素が酸化により除去される。
【００７０】
本実施の形態においても、複数の貫通孔３２６，５２６，６２６が基板３２５，５２５，６２５を貫通しているから、貫通孔３２６，５２６，６２６を流れる燃料における圧力損失が小さくなる。特に、貫通孔３２６，５２６，６２６が折れ曲がっていないので、圧力損失を小さくすることができる。
また、電熱膜３２８，５２８，６２８が挟持されているから、基板３２５，５２５，６２５の表面の大部分に触媒成分を担持することができる。
【００７１】
〔第３の実施の形態〕
第１の実施の形態では、流路構造３０２，５０２，６０２が別々の反応器本体３０１，５０１，６０１内に収納されているが、第３の実施の形態では、図６、図７に示すように、流路構造３０２，５０２，６０２が同一の反応器本体２１内に収納されている。ここで、図６は、気化器、改質器及び一酸化炭素除去器を一体化した反応器２０の斜視図であり、図７は、図６の面VII−VIIに沿う断面図である。なお、図６、図７に示された反応器２０は、図１に示された気化器３、改質器５及び一酸化炭素除去器６の全体に置きかえて、発電装置１に用いられる。
【００７２】
反応器本体２１は内部空間を形成したものである。反応器本体２１には、内部空間から反応器本体２１外にまで通じる流入管２２、流出管２３及び空気管２４が設けられている。流入管２２は反応器本体２１の上壁に設けられており、流出管２３は流入管２２と相対する下壁に設けられており、空気管２４は反応器本体２１の側壁に設けられている。流入管２２は燃料ポンプ４に通じ、流出管２３は燃料電池７の燃料極に通じ、空気管２４は空気ポンプ８に通じている。
【００７３】
図６、図７に示される流路構造３０２，５０２，６０２は、それぞれ第１の実施の形態の場合と同じである。図６、図７では、第１の実施の形態の流路構造３０２，５０２，６０２の何れかの部分に対応する部分に対して同一の符号を付し、図６、図７に示された流路構造３０２，５０２，６０２の各部についての説明は省略する。
【００７４】
反応器本体２１内では、流入管２２から流出管２３に向かって流路構造３０２の基板３０５、流路構造５０２の基板５０５、流路構造６０２の基板６０５の順に配列されている。そして、基板３０５の一方の面が流入管２２に相対し、基板６０５の他方の面が流出管２３に相対し、基板３０５，５０５，６０５が互いに平行となって対向している。そして、基板３０５は、反応器本体２１内の内部空間を流入管２２側の領域２５と、基板３０５と基板５０５との間の領域２６とに区切っており、基板５０５は、反応器本体２１内の内部空間を領域２６と、基板５０５と基板６０５との間の領域２７とに区切っており、基板６０５は、反応器本体２１内の内部空間を領域２７と、流出管２３側の領域２８とに区切っている。ここで、基板５０５と基板６０５との間の領域２７には、空気管２４が臨んでいる。
【００７５】
基板３０５，５０５，６０５の一部が反応器本体２１外に延出しており、配線３１４，３１５，５１４，５１５，６１４，６１５が反応器本体２１から露出した部分に形成されている。なお、配線３１４，３１５は、基板３０５上の電熱膜３０８と一体形成され、配線５１４，５１５は、基板５０５上の電熱膜５０８と一体形成され、配線６１４，６１５は、基板６０５上の電熱膜６０８と一体形成されている。
【００７６】
この反応器２０においては、電熱膜３０８，５０８，６０８が電気により発熱し、基板３０５，５０５，６０５が加熱され、更には触媒５１６，６１６が加熱される。そして、燃料ポンプ４の作動により、燃料が流入管２２から反応器本体２１内に供給される。燃料が領域２５から領域２６に向かって貫通孔３０６，３０６，…を流動している際には、加熱されて気化する。気化した燃料が領域２６から領域２７に向かって貫通孔５０６，５０６，…を流動している際には、燃料から水素及び二酸化炭素等が生成される。生成された混合気が領域２７から領域２８に向かって貫通孔６０６，６０６，…を流動している際には、一酸化炭素が混合気から酸化により除去される。
【００７７】
本実施の形態においても、複数の貫通孔３０６，５０６，６０６が基板３０５，５０５，６０５を貫通しているから、貫通孔３０６，５０６，６０６を流れる燃料における圧力損失が小さくなる。特に、貫通孔３０６，５０６，６０６が折れ曲がっていないので、圧力損失を小さくすることができる。
【００７８】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
【００７９】
例えば、基板３０５，５０５，６０５の一方の面に電熱膜３０８，５０８，６０８が成膜されているが、他方の面に電熱膜が成膜されていても良いし、両面に電熱膜が成膜されていても良い。
【００８０】
また、気化器３、気化器１３、反応器２０に液体の燃料を供給する機構が燃料ポンプ４であったが、インクジェットプリンタのヘッド（液滴吐出ヘッド）によって気化器３、気化器１３、反応器２０に燃料を液滴として供給しても良い。例えば、気化器３の場合には、反応器本体３０１の上壁内面に複数の液滴吐出ヘッドを貫通孔３０６，３０６，…に対向するように配列させ、液滴吐出ヘッドによって貫通孔３０６に向けて燃料を液滴として噴出することにより燃料を供給しても良い。
基板３０５，５０５，６０５に対してフォトリソグラフィー法によるレジストマスクによりエッチングされたが、メタルマスクを用いたサンドブラストにより貫通孔３０６，５０６，６０６を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】発電装置１のブロック図である。
【図２】気化器３、改質器５、一酸化炭素除去器６の斜視図である。
【図３】図２の面III−IIIに沿った断面図である。
【図４】基板３０５の平面図である。
【図５】気化器１３、改質器１５、一酸化炭素除去器１６の断面図である。
【図６】反応器２０の斜視図である。
【図７】図６の面VII−VIIに沿った断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
３、１３  気化器（反応器）
５、１５  改質器（反応器）
６、１６  一酸化炭素除去器（反応器）
２０  反応器
２１、３０１、５０１、６０１  反応器本体
３０２、３２２、５０２、５２２、６０２、６２２  流路構造
３０５、３２５、５０５、５２５、６０５、６２５、  基板
３０６、３２６、５０６、５２６、６０６、６２６  貫通孔
３０８、３２８、５０８、５２８、６０８、６２８  電熱膜
５１６、５３６、６１６、６３６  触媒
３２７、３２９、５２７、５２９、６２７、６２９  金属板
【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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