(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に流れ抵抗を与えて気泡を除去し、気化させるよう複数の突起で形成される気泡除去手段を具備した蒸発部と、
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する蓋を含み、
前記燃料導入部から前記蒸発部への出口が狭くなるよう形成されることを特徴とする、薄型改質器。
【請求項２】
前記燃料導入部の出口は、１０〜１００μｍの幅サイズを有するものであ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】
前記改質部は、流路の断面の狭い連結部を介して前記連結部の流路面積より大きい前記ＣＯ除去部の流路拡大部に連結されたものであることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の薄型改質器。
【請求項４】
前記ＣＯ除去部は、多数の隔壁を介して流路が形成され、前記流路を形成する隔壁にＰｔ、Ｐｔ／Ｒｕ、Ｃｕ／ＣｅＯ／Ａｌ２Ｏ３のいずれか一つから成る触媒が蒸着形成されることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の薄型改質器。
【請求項５】
前記ＣＯ除去部は多数の隔壁を介して流路が形成され、前記流路にはＰｔ、Ｐｔ／Ｒｕ、Ｃｕ／ＣｅＯ／Ａｌ２Ｏ３のいずれか一つから成る粒子状の触媒が充填されたものであることを特徴とする、請求項１又は請求項２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、より詳しくは蒸発部に気泡除去手段を具備して液体燃料から気体燃料への気化時発生する気泡発生を効果的に除去して蒸発部内の圧力上昇を防ぎ、かつ熱伝達効率を向上させ蒸発部内に液体燃料を滴状で供給して気化させることで液体燃料のバック圧による逆流を防ぐ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よって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】
従来の改質器では、図１に示すように特許文献１の改質装置２５０がある。このような従来の小型改質装置２５０は蒸発室２５２に空洞２５４が設けられており、この空洞２５４に蒸発用ヒーター２５６が設けられている。さらに上記空洞２５４には燃料噴射手段２５８が設けられており、この燃料噴射手段２５８は燃料であるメチルアルコールと水の混合液２６０を上記空洞２５４に噴射する。こうして噴射された燃料混合液２６０は蒸発用ヒーター２５６によって加熱されて、蒸発する。上記のように混合液２６０が気化して成るガスはマイクロ流路２６２内に流れ、マイクロ流路２６２内に設けられた改質触媒２６４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２５８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２５８を利用して燃料を噴射させると、燃料混合液２６０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２５８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２５８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、改質装置２５０の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３００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３００は高温ガスなどの加熱媒体が通過する加熱媒体通路３０５が複数設けられ、加熱媒体通路３０５を流れる加熱媒体により加熱板３１２及び隣接する被加熱板３１３を加熱する。上記被加熱板３１３には、通路間隙ｄ２を有する被蒸発液体通路３１６が設けられており、さらに被加熱板３１３の被蒸発液体通路３１６側の面には、高さｄ１の畝状の凸としたフィン部分３１７が複数設けられている。このような凸としたフィン部分３１７の高さｄ１は通路間隙ｄ２より低く設定されているので、被蒸発液体から発生した気泡は凸としたフィン部分３１７を越えて容易に成長することができるので、伝熱面に被蒸発液体の薄層が形成され、熱伝達効率を高めることができる。
【０００９】
即ち、このような従来の方式は蒸発部においてチャンネル間隙の３０％程度以下に該当する凸としたフィン部分３１７を設けて、蒸発される際に生成した気泡が凸としたフィン部分３１７を越えて容易に成長するようになることで、全体的に伝熱面に薄層の蒸発部が形成されるようにして熱伝達効率を高める方法である。しかしながら、こうするためには、凸としたフィン部分３１７と通路３１６部分の高さを異にしなけらばならないので、ドライエッチング（Ｄｒｙ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）工程を２回するなど製造工程上の困難がある。
【００１０】
図３では、さらに他の改質器４００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４０１の一側に流路が拡張された気化部４０３が位置し、その後流側に改質部４０４とＣＯ除去部４０５が順に位置し、その後流側に水素排気口４１０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４０３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し、蒸発部の内部ではその間々に気泡が生成され圧力が上昇し、燃料導入部側へのバック圧（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すべき要求が求められている。
【特許文献１】特開２００３−０４８７０１号
【特許文献２】特開２００４−２７５８０７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原料を滴状にして供給することにより、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バック圧（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】
また、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バック圧（ｂａｃｋ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を大きく減らすことが可能である改善された薄型改質器を提供することである。
【００１５】
そして、本発明によれば、蒸発部内にアイランド（ｉｓｌａｎｄ）形態の突起を設けて気化時発生する液体燃料の気泡の除去を円滑にすることによって、バック圧（ｂａｃｋ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の圧力上昇を抑制し、かつ熱伝達効率を高めて効率的な液体燃料の気化による性能改善を実現可能になるように改善した薄型改質器を提供することである。
【００１６】
さらに、本発明は蒸発部内に液体燃料を滴状にして供給し気泡の発生なしに円滑に気化させることによって、液体燃料のバック圧による逆流を防止し、全体的な装置の小型化を実現可能にな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】
【００１７】
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に流れ抵抗を与えて気泡を除去し、気化させる気泡除去手段を具備した蒸発部と、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する蓋とを含んで上記蒸発部内において原料の気泡生成を抑制し、熱伝達効率を向上させることを特徴とする薄型改質器を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、蒸発部の構造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。
【００１９】
そして、燃料導入部から蒸発部に連結され液体燃料が注入される入口流路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バック圧（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。
【００２０】
さらに、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バック圧（ｂａｃｋ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を大きく減らすことができ、流路が拡張されることで生じる蒸発部内の圧力現象はバック圧（ｂａｃｋ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）により代替可能である。
【００２１】
しかも、本発明によれば、蒸発部内にアイランド（ｉｓｌａｎｄ）形態の突起を設けて気化時発生する液体燃料の気泡の除去を円滑にすることによって、バック圧（ｂａｃｋ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の圧力上昇を抑制し、かつ熱伝達効率を高めて効率的な液体燃料の気化が行われる効果を奏する。
【００２２】
さらに、本発明によれば、 蒸発部内に液体燃料を滴状にして供給し気泡の発生なしに円滑に気化させることによって、液体燃料のバック圧による逆流を防止し、全体的な装置の小型化を実現することができるように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】
【００２３】
以下、本発明の好ましき実施例を図面を用いてより詳しく説明する。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
そして、上記基板１０の流路内に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４及び図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の流路２２は基板１０の一側角に形成され、狭い出口２４を形成して滴(液滴) 状で液体燃料を、後ほど説明する蒸発部３０に供給する構造から成る。
【００２７】
また、上記燃料導入部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に連結して形成され、上記基板１０のほぼ中央に位置する。そして上記蒸発部３０は燃料、即ちメタノール水溶液が液体から気体に転換される部分として特別に流路を具備せず空間を開放することによって、液体から気体への体積拡大時、最大限蒸発空間を確保することができる。
【００２９】
このように上記蒸発部３０は、燃料導入部２０に比べて流路が大きく拡大された構造を備えて燃料が液体から気体への転換時、流路体積増加によるバック圧の増加を最小化させ、安定した蒸発が行われるようにするものである。
【００３０】
さらに、上記蒸発部３０は上記燃料導入部２０の出口２４から形成されメタノール水溶液が気化される部分であって、上記出口２４は１０〜１００μｍ程度の狭いチャンネルを有する。このような出口２４は、燃料噴射時少量の噴射により滴状のように噴射する役目を果たすこと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、その狭いチャンネル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に転換時発生するバック圧に対抗する役目を果たす。また、上記蒸発部３０はその熱源として加熱手段３６を設けており、上記加熱手段３６は図７に示すように、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蒸発部３０を加熱する。
【００３１】
また本発明は、上記蒸発部３０内に上記燃料導入部２０の後流側において液状の燃料に流れ抵抗を与えて気泡を除去して、気化させる気泡除去手段３２を設ける。
【００３２】
上記気泡除去手段３２は、アイランド（Ｉｓｌａｎｄ）形態の突起部分であり液体から気体転換時に発生する気泡（Ｂ）が流路を塞いだり、後ほど説明する改質部４０の入口４０ａ部分を塞ぐことにより生ずる蒸発部３０の圧力増加を抑制するために設けた部分である。
【００３３】
このような突起は、蒸発部３０において気泡の生成時早く消滅できるように蒸発部３０の全域に亘って多数個が突出された構造であり、もし蒸発部３０を流路の形態にして設けると、蒸発部３０の角部分などにおいて気泡が発生される場合、後から押し付ける液体燃料の流入圧力だけでは容易に除去されない場合がある。しかしながら、蒸発部４０内で気泡除去手段３２を突起形態にして設けると、上記突起の間で発生する気泡（Ｂ）は、図５に示すように、四方から圧力（Ｐ）を受けるので容易に除去可能である。
【００３４】
また本発明は、上記蒸発部３０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の後流側に形成され、上記流路４２は上記蒸発部３０の内部空間に入口４０ａを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。
【００３５】
したがって、上記改質部４０の流路４２は上記蒸発部３０の全体長さに応じてその一側におい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では燃料を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。
【００３６】
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とガスが流れるようにすることも可能である。
【００３７】
即ち、上記改質部４０では、図７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内に充填され得る。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。
【００３８】
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るようになり、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３６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。
【００３９】
このような改質部４０の加熱手段４８は、図８に示すように、基板１０の下部面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。
【００４０】
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で発生し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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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に流入する。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、粒子状の触媒６６’から成ることができる。即ち、上記触媒６６’は図７に示すように、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。
【００４８】
このようなＣＯ除去部６０の粒子状触媒６６’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。
【００４９】
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の下部側に形成されたＣＯ除去部６０用加熱手段６８を介して得る。
【００５０】
上記ＣＯ除去部６０の加熱手段６８は、図８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を加熱させるものである。
【００５１】
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。
【００５２】
また本発明は、図６（ａ）及び図７（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。
【００５３】
さらにこのような蓋１００は、好ましくは図６（ｂ）及び図７（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。
【００５４】
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を介して生成された水素ガスとＣＯ２を含む反応ガスを基板１０の外部に排出させる。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改質され、水素ガスとＣＯ２を含む反応ガスで排出されるようにするのである。
【００５５】
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の燃料導入部２０の内部流路２２に進入する。このような液体燃料は基板１０のほぼ中央に配置された蒸発部３０側に滴状で流入される。
【００５６】
このように流入される液体燃料の流量は、ほぼ１０〜１００ｃｃ／ｍｉｎしかならない。このような燃料導入部２０を通過した液体燃料は蒸発部３０に導入され改質に必要な温度、即ち２５０〜２９０℃の間の温度に気化される。
【００５７】
したがって、蒸発部３０では液体から気体に転換される距離は短いが、気化段階に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の流路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ことは円滑になるが、気化時瞬間的に体積が拡大されバック圧が増加し、それにより原料の逆流現象が生じる。
【００５８】
しかし、本発明では蒸発部３０の入口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、燃料導入部２０から蒸発部３０に連結される出口２４を狭くしてノズルのような役目を果たすことで原料を滴状のように噴射することができ、このような構造は蒸発部３０入口側の内部圧力を高めて気化時発生する気体のバック圧に効果的に対抗することが可能になるようにする。
【００５９】
そして、このような蒸発部３０はその間々に気泡除去手段３２がアイランドのように突出された突起を設けて液体から気体への相変換時に発生する気泡を効果的に除去して蒸発部３０内における圧力増加を防止し、熱伝達効率を高めることができる。
【００６０】
その後、上記気化された燃料は蒸発部３０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。
【００６１】
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、ＣＯ除去部６０の流路拡大部５４においてその流路面積を急激に拡大させ圧力を低めることで、当該流路拡大部５４の圧力が改質部４０より著しく低くなるようにする。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
一方、本発明は上記で加熱手段が蒸発部の下に形成されたもので説明したが、上記加熱手段は蒸発部の下で除去され改質部のみを加熱手段が過熱させるように構成可能なものである。
【００６８】
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、本発明をこのように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】
【００６９】
【図１】従来の技術による多層型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分解斜視図である。
【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】本発明の一実施例による薄型改質器を示す平面図である。
【図６】本発明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７】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８】本発明の薄型改質器に具備された加熱手段が基板の底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】
【００７０】
１  本発明の好ましき一実施例による薄型改質器
１０  基板                      
２０  燃料導入部
２２、４２、６２  流路
２４  狭い出口
３０  蒸発部                   
３２  気泡除去手段
３６  加熱手段
４０  改質部                   
４０ａ  改質部入口
４４  隔壁
４６、４６’  改質部触媒
４８  加熱手段           
５０  連結部                    
５４  流路拡大部
６０  ＣＯ除去部                
６４  隔壁
６６、６６’  ＣＯ除去部触媒
１００  蓋
１１２  空気流入口              
１１４  反応ガス排出口
２５０  改質装置 
２５２  蒸発室
２５４  空洞
２５６  蒸発用ヒーター
２５８  燃料噴射手段
２６０  混合液
２６２  マイクロ流路
２６４  改質触媒
３００、４００  従来の改質器
３０５  加熱媒体通路
３２１  加熱板
３１３  被加熱板
３１６  液体通路
３１７  フィン部分              
４０１  基板
４０３  気化部
４０４  改質部               
４０５  ＣＯ除去部
４１０  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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