(57)【要約】【課題】製造を容易とすることができるとともに、剛性の高い反応器を備える反応装置を提供することを目的としている。【解決手段】反応器５００は、底板５３０と、底板５３０上に立設された仕切板５２０と、下面で開口し、開口内に仕切板５２０を収容するとともに底板５３０によって下面開口を閉塞する箱型部材５１０とを備える。仕切板５２０は、水平方向に並設する補強部５２２，５２２と、仕切部５２４，５２４，…と、互いに隣接する補強部５２２と仕切部５２４間又は仕切部５２４，５２４間に交差して設けられた折り返し部５２６，５２６，…とを備え、仕切板５２０の波高方向において折り返し部５２６，５２６，…に切り込み５２５，５２５，…が形成されている。そして、セパレート板５５０を折り返し部５２６，５２６，…の切り込み５２５，５２５，…に挿入することによって流路が上下に仕切られている。【選択図】図１
2007091548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応物の反応を起こす反応器を備える反応装置において、
前記反応器は、
中空を有する箱体と、
前記箱体内に収容された矩形波状の仕切板と、
前記仕切板の波高方向に平行に設けられ、該仕切板を波高方向に沿って分断するセパレート板と、を備え、
前記箱体の内部空間内が前記仕切板及び前記セパレート板によって仕切られて、反応物が流れる流路が形成されることを特徴とする反応装置。
【請求項２】
前記箱体は、下面で開口し、開口内に前記仕切板及び前記セパレート板を収容する箱型部材と、前記下面開口を閉塞する底板と、を有し、前記セパレート板は前記底板と平行に設けられ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】
前記仕切板は、複数の折返し部と、該各折返し部の間に設けられる複数の仕切部と、を有し、前記底板上に、波高方向が該底板と平行となるように立設されていることを特徴とする請求項２に記載の反応装置。
【請求項４】
前記仕切板は、前記仕切板の波高方向に沿って、前記折り返し部及び仕切部に切り込みが形成され、前記セパレート板は前記切り込みに挿入されていることを特徴とする請求項３に記載の反応装置。
【請求項５】
前記仕切板と前記セパレート板とは、溶接または蝋付けの何れかによって接合されていることを特徴とする請求項４に記載の反応装置。
【請求項６】
前記セパレート板に前記各仕切部に対応する切り込みが形成され、前記仕切板の一部が前記セパレート板の切り込みに挿入されていることを特徴とする請求項４に記載の反応装置。
【請求項７】
前記仕切板に形成された切り込みは、前記仕切板の前記底板に垂直な高さ方向における中央位置に形成されていることを特徴とする請求項４または６に記載の反応装置。
【請求項８】
前記折り返し部が、前記箱型部材の内面に当接していることを特徴とする請求項３から７の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項９】
前記折り返し部が、前記箱型部材の内面に、溶接または蝋付けの何れかによって接合されていることを特徴とする請求項８に記載の反応装置。
【請求項１０】
前記複数の仕切部のうち最も外側に配される仕切部の外面が、前記箱型部材の内面に当接していることを特徴とする請求項３から９の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項１１】
前記複数の仕切部のうち最も外側に配される仕切部の外面が、前記箱型部材の内面に、溶接または蝋付けの何れかによって接合されていることを特徴とする請求項１０に記載の反応装置。
【請求項１２】
前記仕切板及び前記セパレート板の縁部分が前記箱体の内面に当接していることを特徴とする請求項３から１１の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項１３】
前記仕切板及び前記セパレート板の縁部分が前記箱体の内面に溶接または蝋付けの何れかによって接合されていることを特徴とする請求項１２に記載の反応装置。
【請求項１４】
水平方向に互いに隣接する流路間に配される前記仕切部に、両流路に通じる第一貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項３から１３の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項１５】
前記セパレート板に、上下に互いに隣接する両流路に通じる第二貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１から１４の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項１６】
前記反応装置は、更に、前記反応器の全体を覆い、内部が真空圧とされる断熱容器を備えることを特徴とする請求項１から１５の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項１７】
前記反応装置は、
第１の温度に設定され、反応物の反応を起こす第１の反応部と、
前記第１の温度より低い第２の温度に設定され、反応物の反応を起こす第２の反応部と、
前記第１の反応部と前記第２の反応部との間で反応物及び生成物を送る連結管と、を備え、
前記第１の反応部及び第２の反応部の少なくとも何れか一方は、前記反応器箱を備えることを特徴とする請求項１に記載の反応装置。
【請求項１８】
前記反応装置は、更に、前記第１の反応部と前記第２の反応部と前記連結管の全体を覆い、内部が真空圧とされる断熱容器を備えることを特徴とする請求項１７に記載の反応装置。
【請求項１９】
前記第１の反応部には、第１の反応物が供給されて第１の生成物を生成し、前記第２の反応部には、前記第１の生成物が供給されて第２の生成物を生成し、
前記第１の反応物は水と炭化水素系の液体燃料が気化された混合気であって、前記第１の反応部は、前記第１の反応物の改質反応を起こす改質器であり、前記第１の生成物には水素及び一酸化炭素が含まれ、
前記第２の反応部は、前記第１の生成物に含まれる一酸化炭素を選択酸化によって除去する一酸化炭素除去器であることを特徴とする請求項１７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、反応物の反応を起こす反応装置、特に液体燃料から水素を生成する反応装置に関する。
【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の燃料電池を自動車や携帯機器などに搭載するため開発が進められている。燃料電池は、燃料と大気中の酸素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装置である。
【０００３】
燃料電池に用いる燃料としては水素単体が挙げられるが、常温、常圧で気体であることによる取り扱いに問題がある。これに対して、アルコール類及びガソリンといった水素原子を有する炭化水素系の液体燃料を改質して水素を生成する改質型燃料電池では、燃料を液体の状態で容易に保存することができる。このような燃料電池においては、液体燃料及び水を気化させる気化器、気化された液体燃料と高温の水蒸気を反応させることによって、発電に必要な水素を取り出す改質器、改質反応の副生成物である一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器等の反応器を備えた反応装置が必要となる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
このような改質型燃料電池を小型化するために、気化器、改質器、一酸化炭素除去器を積み重ねたマイクロリアクタの開発が進められている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に記載の構成においては、気化器、改質器、一酸化炭素除去器は何れも、燃料等の流路となる溝が形成された金属基板を互いに接合して形成されたものである。
【特許文献１】特開２００２−３５６３１０号公報
【特許文献２】特開２００５−１３２７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献２に記載の気化器、改質器、一酸化炭素除去器は、複数の溝が形成された金属基板を製造し、これら金属基板を互いに接合する必要があり、製造に多くの手間がかかるという問題があった。
また、このような反応器を金属基板を用いて形成する場合に、重量軽減のために金属基板の厚さを薄くした場合、その強度が低下することがある。このような反応器の熱エネルギーの損失を減らすために、真空パッケージ内に収容して、真空断熱構造とすることがあるが、その場合、反応器内と周囲の圧力差により、反応器には外側に膨張するような力が作用する。そのような力に対して反応器の強度が不足していると、反応器が変形したり、破壊されたりするという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、製造を容易とすることができるとともに、剛性の高い反応器を備える反応装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、反応物の反応を起こす反応器を備える反応装置において、前記反応器は、中空を有する箱体と、前記箱体内に収容された矩形波状の仕切板と、前記仕切板の波高方向に平行に設けられ、該仕切板を波高方向に沿って分断するセパレート板と、を備え、前記箱体の内部空間内が前記仕切板及び前記セパレート板によって仕切られて、反応物が流れる流路が形成されることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の反応装置において、前記箱体は、下面で開口し、開口内に前記仕切板及び前記セパレート板を収容する箱型部材と、前記下面開口を閉塞する底板と、を有し、前記セパレート板は前記底板と平行に設けられることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の反応装置において、前記仕切板は、複数の折返し部と、該各折返し部の間に設けられる複数の仕切部と、を有し、前記底板上に、波高方向が該底板と平行となるように立設されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の反応装置において、前記仕切板は、前記仕切板の波高方向に沿って、前記折り返し部及び仕切部に切り込みが形成され、前記セパレート板は前記切り込みに挿入されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の反応装置において、前記仕切板と前記セパレート板とは、溶接または蝋付けの何れかによって接合されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の反応装置において、前記セパレート板に前記各仕切部に対応する切り込みが形成され、前記仕切板の一部が前記セパレート板の切り込みに挿入されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項４または６に記載の反応装置において、
前記仕切板に形成された切り込みは、前記仕切板の前記底板に垂直な高さ方向における中央位置に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項３〜７のいずれか一項に記載の反応装置において、前記折り返し部が、前記箱型部材の内面に当接していることを特徴とする。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の反応装置において、前記折り返し部が、前記箱型部材の内面に、溶接または蝋付けの何れかによって接合されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、請求項３〜９のいずれか一項に記載の反応装置において、前記複数の仕切部のうち最も外側に配される仕切部の外面が、前記箱型部材の内面に当接していることを特徴とする。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の反応装置において、前記複数の仕切部のうち最も外側に配される仕切部の外面が、前記箱型部材の内面に、溶接または蝋付けの何れかによって接合されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１２に記載の発明は、請求項３〜１１のいずれか一項に記載の反応装置において、前記仕切板及び前記セパレート板の縁部分が前記箱体の内面に当接していることを特徴とする。
【００１８】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の反応装置において、前記仕切板及び前記セパレート板の縁部分が前記箱体の内面に溶接または蝋付けの何れかによって接合されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項１４に記載の発明は、請求項３〜１３のいずれか一項に記載の反応装置において、水平方向に互いに隣接する流路間に配される前記仕切部に、両流路に通じる第一貫通孔が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１５に記載の発明は、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の反応装置において、前記セパレート板に、上下に互いに隣接する両流路に通じる第二貫通孔が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１６に記載の発明は、請求項１〜１５の何れか一項に記載の反応装置において、前記反応装置は、更に、前記反応器の全体を覆い、内部が真空圧とされる断熱容器を備えることを特徴とする。
【００２２】
請求項１７に記載の発明は、請求項１に記載の反応装置において、前記反応装置は、第１の温度に設定され、反応物の反応を起こす第１の反応部と、前記第１の温度より低い第２の温度に設定され、反応物の反応を起こす第２の反応部と、前記第１の反応部と前記第２の反応部との間で反応物及び生成物を送る連結管と、を備え、前記第１の反応部及び第２の反応部の少なくとも何れか一方は、前記反応器箱を備えることを特徴とする。
【００２３】
請求項１８に記載の発明は、請求項１７に記載の反応装置において、前記反応装置は、更に、前記第１の反応部と前記第２の反応部と前記連結管の全体を覆い、内部が真空圧とされる断熱容器を備えることを特徴とする。
【００２４】
請求項１９に記載の発明は、請求項１７に記載の反応装置において、前記第１の反応部には、第１の反応物が供給されて第１の生成物を生成し、前記第２の反応部には、前記第１の生成物が供給されて第２の生成物を生成し、前記第１の反応物は水と炭化水素系の液体燃料が気化された混合気であって、前記第１の反応部は、前記第１の反応物の改質反応を起こす改質器であり、前記第１の生成物には水素及び一酸化炭素が含まれ、前記第２の反応部は、前記第１の生成物に含まれる一酸化炭素を選択酸化によって除去する一酸化炭素除去器であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る反応装置によれば、箱体内に矩形波状の仕切板と仕切板を波高方向に沿って分断するセパレート板とを収容して、仕切板及びセパレート板により箱体の内部空間内を仕切ることにより、反応物が流れる流路を形成することにより、容易に流路を形成でき、従来に比して製造の簡略化を図れる。また、仕切板及びセパレート板により箱体が補強されて、反応器の剛性を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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。
【００２７】
［第１の実施形態］
図１は、本発明に係わる反応装置の第１の実施形態における反応器５００の分解斜視図であり、図２は、本実施形態における仕切板５２０にセパレート板を組み付けた状態の反応器５００の分解斜視図である。図３(a)は反応器５００の上面図であり、(b)は側面図である。図４は、図３の切断面IV−IVに沿った面の矢視断面図であり、図５は、図３の切断面V−Vに沿った矢視断面図である。
図１〜図５に示すように、この反応器５００は、下面で開口した箱型部材５１０と、箱型部材５１０の下面開口を閉塞する底板５３０と、底板５３０上に立設されて箱型部材５１０内に収容された仕切板５２０と、箱型部材５１０内に収容されて仕切板５２０に交差して組み付けられることによって箱型部材５１０内の空間を上下に仕切るセパレート板５５０とを備える。
【００２８】
箱型部材５１０、仕切板５２０、底板５３０及びセパレート板５５０は、ステンレス鋼といった板状の金属材料からなるものでも良いし、セラミック材料からなるものでも良いし、ガラス材料からなるものでも良いし、樹脂材料からなるものでも良い。
【００２９】
図１に示すように、箱型部材５１０は下面が開口した直方体状をなしており、長方形をなした天板５１２と、天板５１２の四つの辺のうち相対する二辺において天板５１２に対して垂直に連なった状態で接続された一対の側板５１４，５１４と、天板５１２の別の相対する二辺において天板５１２に対して垂直に連なった状態で接続された一対の側板５１６，５１６とを有する。側板５１４は側板５１６に対して垂直に連なった状態で接続され、これら四枚の側板５１４，５１４，５１６，５１６によって長方形枠状に設けられている。このような箱型部材５１０の開口に、仕切板５２０及びセパレート板５５０を挿入して、箱型部材５１０内に仕切板５２０を収容した状態で箱型部材５１０の開口が底板５３０によって閉塞され、箱型部材５１０が底板５３０に接合されている。
【００３０】
底板５３０が天板５１２と平行となるように底板５３０の縁部が側板５１４，５１４，５１６，５１６の下辺部に接合されている。このように箱型部材５１０の下面開口が底板５３０によって閉塞されることで、中空を有する平行六面体状の反応容器が構成される。
【００３１】
仕切板５２０は矩形波状とされ、両側において対向した一対の補強部（隔壁）５２２，５２２と、２つの補強部５２２，５２２の間において補強部５２２，５２２に対向した７つの仕切部（隔壁）５２４，５２４，…と、仕切部５２４の四つの辺のうち一辺において隣り合う仕切部５２４と仕切部５２４との間に又は隣り合う仕切部５２４と補強部５２２との間に連結された８つの折返し部５２６，５２６，…とを有する。折り返し部５２６は、補強部５２２，５２２又は仕切部５２４，５２４，…の長手方向に対して直角となるように連結されている。補強部５２２，５２２又は仕切部５２４，５２４，…の両端部のうち片方の端部にそれぞれ交互に連結されている。
【００３２】
仕切板５２０を構成する補強部５２２，５２２、仕切部５２４，５２４，…及びこれらに一体に形成された折り返し部５２６，５２６，…の高さ方向中央位置には、補強部５２２，５２２又は仕切部５２４，５２４，…の長手方向に沿ってその中央位置にまで延在する切り込み５２５，５２５，…が形成されている。切り込み５２５は、底板５３０と平行に形成され、切り込み５２５の高さはセパレート板５５０の厚さに等しく、この切り込み５２５，５２５，…にセパレート板５５０が挿入されることにより、補強部５２２，５２２及び仕切部５２４，５２４，…の端部、折り返し部５２６，５２６，…が上下に二分割される。
【００３３】
セパレート板５５０は、底板５３０とほぼ同じ大きさをなした略矩形状の板材である。セパレート板５５０の一方の側縁部には、側縁部に対して直交するように側縁部から短手方向の中央位置にまで延在する切り込み５５５，５５５，…が形成されている。切り込み５５５は、仕切板５２０の折り返し部５２６の幅とほぼ同じ間隔で、仕切部５２４，５２４，…と平行にそれぞれ７つ形成されている。これら切り込み５５５，５５５，…の幅は、それぞれ仕切部５２４，５２４，…の厚さに等しい。また、仕切板５２０の切り込み５２５，５２５，…と、対応するセパレート板５５０の切り込み５５５，５５５，…とは、その長さの和が仕切板５２０及びセパレート板５５０の切り込み方向の長さ以上となるように形成されている。
【００３４】
そして、図２に示すように、仕切板５２０の切り込み５２５，５２５，…と、対応するセパレート板５５０の切り込み５５５，５５５，…とを互いに位置合わせした状態で、仕切板５２０の切り込み５２５，５２５，…に対してセパレート板５５０の一方の側縁部を挿入していき、セパレート板５５０の切り込み５５５，５５５，…を仕切板５２０の切り込み５２５，５２５，…が形成されていない部分に嵌め込むとともに、仕切板５２０の切り込み５２５，５２５，…をセパレート板５５０の切り込み５５５，５５５，…が形成されていない部分に嵌め込むことによって、仕切板５２０とセパレート板５５０とが組み付けられ固定されている。
【００３５】
セパレート板５５０の短手方向の両側縁部の一部には、補強部５２２，５２２の切り込み５２５，５２５，…に嵌め込まれる凸部５５７，５５７が形成されている。凸部５５７は、側縁部から突出し、セパレート板５５０の短手方向の中央位置から長手方向の他方の縁部にかけて延在している。この凸部５５７は、補強部５２２の厚み分だけ側縁部から突出しており、補強部５２２の切り欠き５２５に嵌め込まれた状態で補強部５２２の側面と面一とされている。
組み付けられた仕切板５２０及びセパレート板５５０は、好ましくは組み付け部分で溶接あるいは蝋付け等により接合されている。
【００３６】
このような仕切板５２０は波高方向が側板５１４と平行となるように箱型部材５１０に収容され、仕切板５２０の補強部５２２，５２２の外側面が仕切板５２０の両側の板状部となり、側板５１４，５１４に面した状態で当接（面接触）し、折り返し部５２６，５２６，…の外側面も側板５１６，５１６に面した状態で当接（面接触）している。好ましくは、補強部５２２，５２２の外側面と側板５１４，５１４とは溶接により接合され、折り返し部５２６，５２６，…の外側面と側板５１６，５１６も溶接により接合されている。
【００３７】
折り返し部５２６の上辺部、補強部５２２及び仕切部５２４の上辺部が箱型部材５１０の天板５１２に当接し、好ましくは溶接により接合されている。折り返し部５２６の下辺部及び箱型部材５１０の下辺部が底板５３０に当接し、好ましくは溶接により接合されている。
これらにより、箱型部材５１０、底板５３０が仕切板５２０、セパレート板５５０によって補強され、反応器５００の反応容器の剛性が高められる。
【００３８】
このように仕切板５２０が箱型部材５１０に収容されているので、箱型部材５１０と底板５３０とによる中空が補強部５２２及び仕切部５２４によって左右方向に仕切られ、セパレート板５５０によって上下方向に仕切られ、複数の空間に区画されている。
【００３９】
複数の仕切部５２４，５２４，…のうち、二枚の仕切部５２４，５２４には切り込み５２５を挟んで上下に第一貫通孔５２８a，５２８bが形成され、その他の仕切部５２４には切り込み５２５の上側のみに第一貫通孔５２８aが形成され又は下側のみに第一貫通孔５２８bが形成され、互いに水平方向に隣り合う空間がこれら第一貫通孔５２８a，５２８bを介して通じている。第一貫通孔５２８a，５２８bは、例えば長方形状をなしており、仕切部５２４の長手方向端部から離間して形成され、かつ、上辺部又は下辺部から離間して形成されている。
セパレート板５５０には、第二貫通孔５５２が形成され、互いに上下に隣り合う空間が各第二貫通孔５５２を介して通じている。具体的に、第二貫通孔５５２は、セパレート板５５０の一方の側縁部に、右側部分に５つと、左角部に１つ形成されている。第二貫通孔５５２は例えば正方形状をなしており、セパレート板５５０の一方の側縁部から離間して形成され、かつ、それぞれの切り込み５５５から離間して形成されている。これら第一貫通孔５２８a，５２８b及び第二貫通孔５５２によって、空間５１８，５１８，…と空間５１９，５１９，…とが一連の葛折り状の流路となっている。
【００４０】
これら複数の空間５１９，５１９，…のうち何れかに通じる導入口５３２が底板５３０に形成され、他の空間５１９に通じる排出口５３４が底板５３０に形成されている。
【００４１】
この反応器５００においては、導入口５３２に反応物をポンプ等によって流し込むと、反応物が空間５１８，５１８，…と空間５１９，５１９，…を流れる。反応物が空間５１８，５１８，…と空間５１９，５１９，…を流れているときに、反応物から生成物が生成される。そして、生成物が排出口５３４から外へ排出される。各空間５１８，５１９内においては反応物は仕切板５２０，５４０の波高方向に流れる。ここで、『反応物から生成物への反応』とは、『化学反応』のみならず、『状態変化』をも含む意である。
以上のように本実施形態によれば、反応器５００において、仕切板５２０及びセパレート板５５０を箱型部材５１０内に収容して、底板５３０で箱型部材５１０の下面開口を閉塞することにより、箱型部材５１０内に一連の葛折り状の流路を容易に形成することができて、その製造を容易とすることができるとともに、箱型部材５１０及び底板５３０による反応容器が仕切板５２０及びセパレート板５５０によって補強され、反応容器の剛性を高めることができる。
【００４２】
反応器５００の用途に応じて、箱型部材５１０と底板５３０のうちの少なくとも一方の外面に加熱器（例えば、電熱線、燃焼器等）を設けても良いし、仕切板５２０（主に、補強部５２２及び仕切部５２４の表面）に触媒を担持させても良いし、箱型部材５１０と底板５３０のうちの少なくとも一方の内面に触媒を担持させても良い。
【００４３】
例えば、反応器５００を気化器として用いる場合、箱型部材５１０と底板５３０のうちの少なくとも一方の外面に電熱線又は燃焼器を設ける。このようにすれば、反応物としての液体が導入口５３２から排出口５３４にまで流れる間に加熱され、液体が気化する。これにより、生成物としての気体が排出口５３４から流れ出る。
【００４４】
また、反応器５００を改質器として用いる場合、箱型部材５１０と底板５３０のうちの少なくとも一方の外面に電熱線又は燃焼器を設け、補強部５２２及び仕切部５２４の表面に改質触媒（例えば、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒、Ｐｄ/ＺｎＯ系触媒）を担持させる。このようにすれば、反応物としての燃料と水の混合気（例えば、メタノールと水の混合気）が導入口５３２から排出口５３４にまで流れる間に加熱され、改質触媒によって混合気から水素ガス等が生成される。これにより、水素ガス等を含む混合ガスが生成物として排出口５３４から流れ出る。
【００４５】
また、反応器５００を一酸化炭素除去器として用いる場合、箱型部材５１０と底板５３０のうちの少なくとも一方の外面に電熱線又は燃焼器を設け、補強部５２２及び仕切部５２４の表面に一酸化炭素選択酸化触媒（例えば、白金）を担持させる。このようにすれば、反応物としての水素ガスと酸素ガスと一酸化炭素ガスの混合気が導入口５３２から排出口５３４にまで流れる間に加熱され、一酸化炭素選択酸化触媒によって一酸化炭素ガスが選択的に酸化される。これにより、一酸化炭素ガスが除去された状態のガスが生成物として排出口５３４から流れ出る。
【００４６】
また、反応器５００を燃焼器として用いる場合、補強部５２２及び仕切部５２４の表面に燃焼触媒（例えば、白金）を担持させる。このようにすれば、反応物としての水素ガスと酸素ガスとの混合気が導入口５３２から排出口５３４にまで流れる間に水素ガスが燃焼される。これにより、生成物として水が排出口５３４から流れ出る。
【００４７】
次に、この反応器５００の熱損失を抑制するための断熱構造について説明する。図６は、本実施形態における断熱パッケージ５４０（断熱容器）を設けた状態の反応器５００の透過側面図である。断熱パッケージ５４０は、例えばステンレス鋼等といった金属材料又はセラミックからなり、断熱パッケージ５４０内に箱型部材５１０及び底板５３０を収容する。この場合、２つの管材５４２，５４４を断熱パッケージ５４０の壁面を貫通させ、断熱パッケージ５４０内において一方の管材５４２の端部を導入口５３２に接続させ、他方の管材５４４の端部を排出口５３４に接続させる。ここで、箱型部材５１０及び底板５３０を２つの管材５４２，５４４によって支持し、断熱パッケージ５４０の内面から箱型部材５１０及び底板５３０を離した状態とすると、箱型部材５１０及び底板５３０から断熱パッケージ５４０への直接的熱伝導を抑えることができて、より断熱性が向上する。また、断熱パッケージ５４０内を真空排気して内部空間を真空圧とすることにより、真空断熱構造を形成する。また、断熱パッケージ５４０の内部空間が真空圧であると、反応器５００の反応容器内は常圧であるため、箱型部材５１０及び底板５３０による反応容器が膨張する方向に応力を受ける。しかしながら、補強部５２２が箱型部材５１０の側板５１４に接合されて、側板５１４が補強され、折返し部５２６が側板５１６に接合されて、隔壁５２４の下辺部が底板５３０に接合されて、底板５３０が補強され、隔壁５２４の上辺部が天板５１２に接合されて、天板５１２が補強され、これらにより、反応容器全体が補強されて、応力により変形することが防止される。
【００４８】
［第２の実施形態］
図７は、本発明に係わる反応装置の第２の実施形態におけるマイクロリアクタモジュール６００（反応装置）の側面図である。このマイクロリアクタモジュール６００は、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、電子手帳、デジタルカメラ、携帯電話機、腕時計、レジスタ、プロジェクタといった電子機器に内蔵され、燃料電池に使用する水素ガスを生成するものである。
【００４９】
図７に示すように、このマイクロリアクタモジュール６００は、反応物の供給や生成物の排出が行われる給排部６０２と、比較的高温に設定されて改質反応が起こる高温反応部６０４（第１の反応部）と、高温反応部６０４の設定温度より低い温度に設定されて選択酸化反応が起きる低温反応部６０６（第２の反応部）と、高温反応部６０４と低温反応部６０６との間で反応物や生成物を送る連結管６０８とを具備する。
【００５０】
図８は、本実施形態におけるマイクロリアクタモジュール６００を機能ごとに分けた場合の概略側面図である。図８に示すように、給排部６０２には主に気化器６１０及び第一燃焼器６１２が設けられている。第一燃焼器６１２には空気と気体燃料（例えば、水素ガス、メタノールガス等）がそれぞれ別々にあるいは混合気として供給され、これらの触媒燃焼によって熱が発する。気化器６１０には水と液体燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、ブタン、ガソリン）がそれぞれ別々にあるいは混合された状態で燃料容器から供給され、第一燃焼器６１２における燃焼熱によって水と液体燃料が気化器６１０内において気化する。
【００５１】
高温反応部６０４には主に第二燃焼器６１４と、第二燃焼器６１４の上に設けられた改質器４００Ｂとが設けられている。第二燃焼器６１４には空気と気体燃料（例えば、水素ガス、メタノールガス等）がそれぞれ別々にあるいは混合気として供給され、これらの触媒燃焼によって熱が発する。なお、燃料電池では水素ガスの電気化学反応により電気が生成されるが、燃料電池から排出されたオフガスに含まれる未反応の水素ガスが空気と混合した状態で第一燃焼器６１２及び第二燃焼器６１４に供給されても良い。勿論、燃料容器に貯留されている液体燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、ブタン、ガソリン）が別の気化器によって気化されて、その気化した燃料と空気の混合気が第一燃焼器６１２及び第二燃焼器６１４に供給されるようにしても良い。
【００５２】
この改質器４００Ｂには気化器６１０から水と液体燃料が気化された混合気（第１の反応物）が供給され、改質器４００Ｂが第二燃焼器６１４によって加熱される。改質器４００Ｂでは水蒸気と気化された液体燃料から水素ガス等（第１の生成物）が触媒反応により生成され、更に微量ながら一酸化炭素ガスが生成される。燃料がメタノールの場合には、次式（１）、（２）のような化学反応が起こる。なお、水素が生成される反応は吸熱反応であって、第二燃焼器６１４の燃焼熱が用いられる。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2  …（１）
２ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→５Ｈ2＋ＣＯ＋ＣＯ2  …（２）
【００５３】
低温反応部６０６には主に一酸化炭素除去器５００Ｂが設けられている。一酸化炭素除去器５００Ｂには、第一燃焼器６１２によって加熱され、改質器４００Ｂから水素ガス及び上記（２）の化学反応によって生成された微量の一酸化炭素ガス等を含む混合気（第２の反応物）が供給されるとともに、更に空気が供給される。一酸化炭素除去器５００Ｂでは混合気のうち一酸化炭素が選択的に酸化され、これにより一酸化炭素が除去される。一酸化炭素が除去された状態の混合気（第２の生成物：水素ガス）が燃料電池の燃料極に供給される。
【００５４】
マイクロリアクタモジュール６００の具体的な構成について図７、図９〜図１３を用いて説明する。図９は、本実施形態におけるマイクロリアクタモジュール６００の分解斜視図であり、図１０は、図７の切断線X−Xに沿った面の矢視断面図であり、図１１は、図７の切断線XI−XIに沿った面の矢視断面図であり、図１２は、図７の切断線XII−XIIに沿った面の矢視断面図であり、図１３は、図７の切断線XIII−XIIIに沿った面の矢視断面図である。
【００５５】
図７、図９、図１０に示すように、給排部６０２は、液体燃料導入管６２２と、液体燃料導入管６２２の上端部において液体燃料導入管６２２を囲むように設けられた燃焼器プレート６２４と、液体燃料導入管６２２の周囲に配列された５本の管材６２６，６２８，６３０，６３２，６３４とを具備する。
【００５６】
液体燃料導入管６２２は、例えばステンレス鋼等の管状の金属材料からなり、液体燃料導入管６２２内には吸液材６２３が充填されている。吸液材６２３は液体を吸収するものであり、吸液材６２３は、例えば無機繊維又は有機繊維を結合材で固めたもの、無機粉末を焼結したもの、無機粉末を結合材で固めたもの、グラファイトとグラッシーカーボンの混合体、等からなる。具体的には、フェルト材、セラミック多孔質材、繊維材、カーボン多孔質材といったものが吸液材６２３として用いられる。
【００５７】
管材６２６，６２８，６３０，６３２，６３４は、例えばステンレス鋼等の管状の金属材料からなる。
【００５８】
燃焼器プレート６２４も、例えばステンレス鋼等の板状の金属材料からなる。燃焼器プレート６２４の中央部に貫通孔が形成され、その貫通孔に液体燃料導入管６２２が嵌め込まれ、液体燃料導入管６２２と燃焼器プレート６２４が接合されている。ここで、液体燃料導入管６２２は、例えば蝋付けによって燃焼器プレート６２４と接合される。蝋剤としては、液体燃料導入管６２２や燃焼器プレート６２４を流れる流体の温度のうちの最高温度よりも高い融点であり、融点が７００度以上の、金に、銀、銅、亜鉛、カドミウムを含有した金蝋や、金、銀、亜鉛、ニッケルを主成分とした蝋、或いは金、パラジウム、銀主成分とした蝋が特に好ましい。また、燃焼器プレート６２４の一方の面には隔壁が突出するように設けられている。隔壁は一部が燃焼器プレート６２４の外縁全周に亘って設けられ、他の一部が径方向に亘って設けられ、燃焼器プレート６２４が低温反応部６０６の下面に接合されることによって、接合面に燃焼用流路６２５が形成され、液体燃料導入管６２２が燃焼用流路６２５によって囲繞されている。燃焼用流路６２５の壁面には、燃焼混合気を燃焼させる燃焼用触媒が担持されている。燃焼用触媒としては、例えば白金が挙げられる。なお、液体燃料導入管６２２内の吸液材６２３は燃焼器プレート６２４の位置まで充填されている。
【００５９】
図７、図９に示すように、高温反応部６０４、低温反応部６０６及び連結管６０８は、積層された絶縁プレート６４０とベースプレート６４２とを共通の基体としている。そのため、絶縁プレート６４０が高温反応部６０４、低温反応部６０６及び連結管６０８に共通した下面となるが、連結管６０８の下面が高温反応部６０４の下面に対して面一になっているとともに、更に低温反応部６０６の下面に対して面一になっている。
【００６０】
ベースプレート６４２は、低温反応部６０６の基体となるベース部６５２と、高温反応部６０４の基体となるベース部６５４と、連結管６０８の基体となる連結ベース部６５６とからなる。ベースプレート６４２は、ベース部６５２とベース部６５４と連結ベース部６５６とを一体形成したものであり、連結ベース部６５６において括れた状態とされている。このベースプレート６４２は、例えばステンレス鋼等の板状の金属材料からなる。
【００６１】
絶縁プレート６４０は、低温反応部６０６の基体となるベース部６６２と、高温反応部６０４の基体となるベース部６６４と、連結管６０８の基体となる連結ベース部６６６とからなる。絶縁プレート６４０は、ベース部６６２とベース部６６４と連結ベース部６６６とを一体形成したものであり、連結ベース部６６６において括れた状態とされている。この絶縁プレート６４０は、例えばセラミック等の電気絶縁体からなる。
【００６２】
図９、図１１に示すように、ベースプレート６４２に絶縁プレート６４０を接合した状態で、貫通孔６７１〜６７８がベースプレート６４２のベース部６５２及び絶縁プレート６４０のベース部６６２を貫通している。図７、図９に示すように、絶縁プレート６４０のベース部６６２が低温反応部６０６の下面となるが、低温反応部６０６の下面に管材６２６，６２８，６３０，６３２，６３４及び液体燃料導入管６２２が蝋付け等により接合されている。ここで、管材６２６が貫通孔６７１に通じ、管材６２８が貫通孔６７２に通じ、管材６３０が貫通孔６７３に通じ、管材６３２が貫通孔６７４に通じ、管材６３４が貫通孔６７５に通じ、液体燃料導入管６２２が貫通孔６７８に通じている。また、図９、図１０、図１１に示すように、燃焼器プレート６２４が低温反応部６０６の下面に接合されているが、燃焼器プレート６２４の燃焼用流路６２５の一端部が貫通孔６７６に通じ、燃焼用流路６２５の他端部が貫通孔６７７に通じている。
【００６３】
図１１に示すように、ベースプレート６４２には、改質燃料供給流路７０２と、連通流路７０４と、空気供給流路７０６と、混合室７０８と、燃焼燃料供給流路７１０と、燃焼室７１２と、排ガス流路７１４と、燃焼燃料供給流路７１６と、排気室７１８とが形成されている。
【００６４】
改質燃料供給流路７０２は、貫通孔６７８から連結ベース部６５６を通ってベース部６５４の角部にまで至るよう形成されている。混合室７０８は、ベース部６５２において四角形状に形成されている。連通流路７０４は、ベース部６５４の角部から連結ベース部６５６を通って混合室７０８まで至るように形成されている。空気供給流路７０６は、貫通孔６７５から混合室７０８まで至るように形成されている。
【００６５】
燃焼室７１２は、ベース部６５４の中央部においてＣ字状に形成されている。この燃焼室７１２の壁面には、燃焼混合気を燃焼させる燃焼用触媒が担持されている。
【００６６】
燃焼燃料供給流路７１０は、貫通孔６７２から連結ベース部６５６を通って燃焼室７１２まで至るように形成されている。排ガス流路７１４は、貫通孔６７７から貫通孔６７３に至るよう形成されているとともに、燃焼室７１２から連結ベース部６５６を通って貫通孔６７３に至るように形成されている。燃焼燃料供給流路７１６は、ベース部６５２において貫通孔６７４から貫通孔６７６に至るように形成されている。排気室７１８はベース部６５２において矩形状に形成され、排気室７１８の角部に貫通孔６７１が通じている。
【００６７】
ベース部６５２上に一酸化炭素除去器５００Ｂが設けられている。この一酸化炭素除去器５００Ｂは、第１実施形態における反応器５００を応用したものであり、一酸化炭素除去器５００Ｂは図１〜図６に示された反応器５００と同様に設けられている。そして、図１２に示された一酸化炭素除去器５００Ｂの断面は図４に示された反応器５００の断面に対応し、図１３に示された一酸化炭素除去器５００Ｂの断面は図５に示された反応器５００の断面に対応する。なお、一酸化炭素除去器５００Ｂと反応器５００との間で互いに対応する部分に同一の符号を付して、互いに対応する部分の説明を省略する。
【００６８】
図７、図９に示すように、一酸化炭素除去器５００Ｂの底板５３０がベース部６５２の上面に接合されている。底板５３０によって、改質燃料供給流路７０２の一部と、排ガス流路７１４の一部と、燃焼燃料供給流路７１０の一部と、連通流路７０４の一部と、空気供給流路７０６と、混合室７０８と、燃焼燃料供給流路７１６と、排気室７１８とが蓋される。底板５３０に形成された導入口５３２は混合室７０８の角部７０９の上に位置され、底板５３０に形成された排出口５３４は排気室７１８の角部７１９の上に位置されている。
【００６９】
この一酸化炭素除去器５００Ｂにおいては、箱型部材５１０と底板５３０の内面や仕切板５２０、仕切板５４０及びセパレート板５５０に一酸化炭素選択酸化触媒（例えば、白金）が担持されている。
【００７０】
次いで、ベース部６５４上に改質器４００Ｂが設けられている。この改質器４００Ｂについて説明すると、改質器４００Ｂは、下面で開口した箱型部材４１０と、箱型部材４１０内に収容された仕切板４２０と、箱型部材４１０の下側開口を閉塞した底板４３０とを備える。
【００７１】
箱型部材４１０、仕切板４２０及び底板４３０は、ステンレス鋼といった金属材料からなるものでも良いし、セラミック材料からなるものでも良いし、ガラス材料からなるものでも良いし、樹脂材料からなるものでも良い。
【００７２】
箱型部材４１０は、正方形又は長方形をなした天板４１２と、天板４１２の四つの辺のうち相対する二辺において天板４１２に対して垂直に連なった状態で接続された一対の側板４１４，４１４と、天板４１２の別の相対する二辺において天板４１２に対して垂直に連なった状態で接続された一対の側板４１６，４１６とを有する。側板４１４は側板４１６に対して垂直に連なった状態で接続され、これら四枚の側板４１４，４１４，４１６，４１６によって正方形枠状又は長方形枠状に設けられている。
【００７３】
底板４３０が天板４１２と平行となるよう底板４３０の縁部が側板４１４，４１４，４１６，４１６の下辺部に接合されている。このように箱型部材４１０の下面開口が底板４３０によって閉塞されることで、中空を有する平行六面体状の反応容器が構成される。
【００７４】
仕切板４２０は矩形波状とされ、両側において対向した一対の補強部４２２，４２２と、２つの補強部４２２，４２２の間において補強部４２２に対向した複数の仕切部４２４，４２４，…と、仕切部４２４の四つの辺のうち一辺において隣り合う仕切部４２４と仕切部４２４との間に又は隣り合う仕切部４２４と補強部４２２との間に連結された複数の折返し部４２６，４２６，…とを有する。
【００７５】
この仕切板４２０は波高方向が側板４１４と平行となるように箱型部材４１０に収容され、仕切板４２０の補強部４２２が側板４１４に面した状態で当接（面接触）し、好ましくは補強部４２２が側板４１４に溶接により接合されている。仕切板４２０の折返し部４２６は側板４１６に面した状態で当接（面接触）し、好ましくは折返し部４２６が側板４１６に溶接により接合されている。
【００７６】
折返し部４２６の上辺部及び補強部４２２の上辺部が箱型部材４１０の天板４１２に当接し、好ましくは溶接により接合されている。折返し部４２６の下辺部及び補強部４２２の下辺部が底板４３０に当接し、好ましくは溶接により接合されている。
【００７７】
このように仕切板４２０が箱型部材４１０に収容されているので、箱型部材４１０と底板４３０とによる中空が仕切部４２４によって複数の空間４１８，４１８，…に区画されている。これら複数の空間４１８，４１８，…のうち、一方の補強部４２２と仕切部４２４との間の空間４１８に通じる導入口４３２が底板４３０に形成され、他方の補強部４２２と仕切部４２４との間の空間４１８に通じる排出口４３４が底板４３０に形成されている。
【００７８】
また、仕切部４２４の波高方向一端部には上下一対の貫通孔４２８，４２８が形成され、隣り合う空間４１８，４１８が貫通孔４２８，４２８を介して通じている。そのため、箱型部材４１０と底板４３０とによる中空が導入口４３２から排出口４３４までの流路状に設けられ、その流路が葛折り状とされている。
【００７９】
図７、図９に示すように、改質器４００の底板４３０がベース部６５４の上面に接合されている。底板４３０によって、改質燃料供給流路７０２の一部と、排ガス流路７１４の一部と、燃焼燃料供給流路７１０の一部と、連通流路７０４の一部と、燃焼室７１２とが蓋される。底板４３０に形成された導入口４３２は改質燃料供給流路７０２の端部７０３の上に位置され、底板４３０に形成された排出口４３４は連通流路７０４の端部７０５上に位置されている。
【００８０】
この改質器４００においては、箱型部材４１０と底板４３０の内面や仕切板４２０に改質触媒（例えば、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒、Ｐｄ/ＺｎＯ系触媒）が担持されている。
【００８１】
図９に示すように、改質器４００Ｂの底板４３０と一酸化炭素除去器５００Ｂの底板５３０とは連結蓋６８０によって連結された状態で一体形成されている。底板４３０と底板５３０と連結蓋６８０とを一体にした板材６９０は、連結蓋６８０において括れた状態とされている。この板材６９０がベースプレート６４２に接合されているが、板材６９０の連結蓋６８０はベースプレート６４２の連結ベース部６５６に接合され、これにより連結管６０８が構成される。この連結管６０８においては、改質燃料供給流路７０２の一部と、排ガス流路７１４の一部と、燃焼燃料供給流路７１０の一部と、連通流路７０４の一部とが連結蓋６８０によって蓋される。
【００８２】
図９等に示すように、連結管６０８の外形は角柱状とされ、連結管６０８の幅が高温反応部６０４の幅及び低温反応部６０６の幅よりも狭く、連結管６０８の高さも高温反応部６０４及び低温反応部６０６の高さよりも低い。そして、連結管６０８は高温反応部６０４と低温反応部６０６との間に架設されているが、連結管６０８は高温反応部６０４の幅方向中央部において高温反応部６０４に連結しているとともに低温反応部６０６の幅方向中央部において低温反応部６０６に連結している。
なお、上述したように、連結管６０８には、改質燃料供給流路７０２、連通流路７０４、燃焼燃料供給流路７１０及び排ガス流路７１４が設けられている。
【００８３】
次に、給排部６０２、高温反応部６０４、低温反応部６０６及び連結管６０８の内側に設けられた流路について説明する。図１４は本実施形態のマイクロリアクタモジュール６００における、気体燃料と空気からなる燃焼混合気が供給されてから、生成物である水等が排出されるまでの経路を示した図であり、図１５は本実施形態のマイクロリアクタモジュール６００における、液体燃料と水が供給されてから、生成物である水素ガスが排出されるまでの経路を示した図である。ここで図１４、図１５と図８の対応関係について説明すると、液体燃料導入管６２２が気化器６１０に相当し、燃焼用流路６２５が第一燃焼器６１２に相当し、燃焼室７１２が第二燃焼器に相当する。
【００８４】
図９に示すように、低温反応部６０６の下面つまり絶縁プレート６４０の下面には、電熱線７２０が蛇行した状態にパターニングされ、低温反応部６０６から連結管６０８を通って高温反応部６０４にかけてこれらの下面には、電熱線７２２が蛇行した状態にパターニングされている。低温反応部６０６の下面から燃焼器プレート６２４の表面を通って液体燃料導入管６２２の側面にかけて電熱線７２４がパターニングされている。ここで、液体燃料導入管６２２の側面及び燃焼器プレート６２４の表面には、窒化シリコン、酸化シリコン等の絶縁膜が成膜され、その絶縁膜の表面に電熱線７２４が形成されている。絶縁膜又は絶縁プレート６４０に電熱線７２０，７２２，７２４をパターニングすることで、印加しようとする電圧が金属材料製のベースプレート６４２、液体燃料導入管６２２、燃焼器プレート６２４等に掛かることがなく、電熱線７２０，７２２，７２４の発熱効率を向上させることができる。
【００８５】
電熱線７２０，７２２，７２４は、絶縁膜又は絶縁プレート６４０から拡散防止層、発熱層の順に積層したものである。発熱層は３層の中で最も低い抵抗率の材料（例えば、Ａｕ）であり、電熱線７２０，７２２，７２４に電圧が印加されると電流が集中的に流れて発熱する。拡散防止層は、電熱線７２０，７２２，７２４が発熱しても発熱層の材料が拡散防止層に熱拡散されにくく、且つ拡散防止層の材料が発熱層に熱拡散しにくい材料であり、比較的融点が高く且つ反応性が低い物質（例えば、Ｗ）を用いることが好ましい。また、拡散防止層が絶縁膜に対して密着性が低く剥離しやすい場合には、更に、絶縁膜と拡散防止層の間に密着層を設けるようにしてもよく、密着層としては拡散防止層に対しても絶縁膜又は絶縁プレート６４０に対しても密着性に優れた材料（例えば、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒ）からなる。電熱線７２０は、起動時に低温反応部６０６を加熱し、電熱線７２２は、起動時に高温反応部６０４及び連結管６０８を加熱し、電熱線７２４は、給排部６０２の気化器６１０及び第一燃焼器６１２を加熱する。この後、燃料電池からの水素を含むオフガスで第二燃焼器６１４が燃焼されたら、電熱線７２２は第二燃焼器６１２の補助として高温反応部６０４及び連結管６０８を加熱する。同様に、燃料電池からの水素を含むオフガスで第一燃焼器６１２が燃焼される場合、電熱線７２０は第一燃焼器６１２の補助として低温反応部６０６を加熱する。
【００８６】
また、電熱線７２０，７２２，７２４は温度に依存して電気抵抗が変化し、抵抗値の変化から温度の変化を読み取る温度センサとしても機能する。具体的には、電熱線７２０，７２２，７２４の温度は電気抵抗に比例する。
【００８７】
電熱線７２０，７２２，７２４の何れの端部も低温反応部６０６の下面に位置し、これら端部が燃焼器プレート６２４を囲むように配列されている。電熱線７２０の両端部にはそれぞれリード線７３１，７３２が接続され、電熱線７２２の両端部にはそれぞれリード線７３３，７３４が接続され、電熱線７２４の両端部にはそれぞれリード線７３５，７３６が接続されている。なお、図７においては、図面を見やすくするために、電熱線７２０，７２２，７２４及びリード線７３１〜７３６の図示を省略する。
【００８８】
また、図９に示すように、連結管６０８の表面に、ゲッター材７２８を設けるようにしてもよい。このゲッター材７２８には電熱材等のヒータが設けられ、ゲッター材７２８にはそれぞれリード線７３７，７３８が接続されている。ゲッター材７２８は加熱されることで活性化して吸着作用をもつものであり、後述する断熱パッケージ７９１の内部空間に残留する気体や、マイクロリアクタモジュール６００から断熱パッケージ７９１の内部空間に漏洩した気体や、外部から断熱パッケージ７９１内に侵入した気体を吸着することにより、断熱パッケージ７９１の内部空間の真空度が悪化して断熱効果が低下することを抑えるものである。ゲッター材７２８の材料としてはジルコニウム、バリウム、チタニウム又はバナジウムを主成分とした合金が挙げられる。なお、図７においては、図面を見やすくするために、リード線７３７，７３８の図示を省略する。
【００８９】
次に、図１６は、本実施形態のマイクロリアクタモジュール６００を覆う断熱パッケージ７９１（断熱容器）の分解斜視図である。図１６に示すように、断熱パッケージ７９１はマイクロリアクタモジュール６００の全体を覆うように構成され、高温反応部６０４、低温反応部６０６及び連結管６０８が断熱パッケージ７９１内に収容されている。断熱パッケージ７９１は、下面が開口した長方形状のケース７９２と、ケース７９２の下面開口を閉塞したプレート７９３とから構成され、プレート７９３がケース７９２に接合されている。ケース７９２及びプレート７９３のどちらも、例えばガラス等の断熱材又は金属材料からなる。また、内側となる面にはアルミニウム、金等の金属反射膜を成膜するようにしてもよい。このような金属反射膜が成膜されていると、給排部６０２、高温反応部６０４、低温反応部６０６及び連結管６０８からの輻射による熱損失を抑制することができる。
【００９０】
プレート７９３を複数の通し孔が貫通し、管材６２６，６２８，６３０，６３２，６３４、液体燃料導入管６２２及びリード線７３１〜７３８がそれぞれの通し孔に挿通された状態で、この通し孔から断熱パッケージ７９１内に外気や水分が侵入しないように、管材６２６，６２８，６３０，６３２，６３４、液体燃料導入管及びリード線７３１〜７３８とプレート７９３の貫通孔とは、例えばガラス材又は絶縁封止材で接合、封止される。また、断熱パッケージ７９１の内部空間は密閉されて真空排気され、その内部空間が真空圧とされて真空断熱構造とされる。これによって、マイクロリアクタモジュール６００の各部の熱が外部に伝搬してしまうことを抑えて、熱損失を低減することができる。  
【００９１】
管材６２６，６２８，６３０，６３２，６３４及び液体燃料導入管６２２は、一部が断熱パッケージ７９１の外側に露出される。そのため、断熱パッケージ７９１の内側においては管材６２６，６２８，６３０，６３２，６３４及び液体燃料導入管６２２が支柱としてプレート７９３に対して立った状態とされ、高温反応部６０４、低温反応部６０６及び連結管６０８が管材６２６，６２８，６３０，６３２，６３４及び液体燃料導入管６２２に支持されて、高温反応部６０４、低温反応部６０６及び連結管６０８が断熱パッケージ７９１の内面から離れている。
【００９２】
また、液体燃料導入管６２２は、平面視して高温反応部６０４、低温反応部６０６及び連結管６０８全体の重心において低温反応部６０６の下面に連結していることが望ましい。
【００９３】
なお、ゲッター材７２８は、例えば低温反応部６０６の表面に設けられるが、ゲッター材７２８の設ける位置は断熱パッケージ７９１の内側であれば特に限定されない。
【００９４】
次に、マイクロリアクタモジュール６００の動作について説明する。
まず、リード線７３７，７３８の間に電圧が印加されると、ゲッター材７２８がヒータによって加熱され、ゲッター材７２８が活性化される。これにより、断熱パッケージ７９１内のガスがゲッター材７２８に吸着され、断熱パッケージ７９１内の真空度が高まり、断熱効率が高まる。
【００９５】
また、リード線７３１，７３２の間に電圧が印加されると、電熱線７２０が発熱し、低温反応部６０６が加熱される。リード線７３３，７３４の間に電圧が印加されると、電熱線７２２が発熱し、高温反応部６０４が加熱される。リード線７３５，７３６の間に電圧が印加されると、電熱線７２４が発熱し、液体燃料導入管６２２の上部が加熱される。液体燃料導入管６２２、高温反応部６０４、低温反応部６０６及び連結管６０８が金属材料からなるため、これらの間で熱伝導しやすい。なお、電熱線７２０，７２２，７２４の電流・電圧が制御装置によって測定されることで、液体燃料導入管６２２、高温反応部６０４及び低温反応部６０６の温度が測定され、測定温度が制御装置にフィードバックされ、制御装置によって電熱線７２０，７２２，７２４の電圧が制御され、これにより液体燃料導入管６２２、高温反応部６０４及び低温反応部６０６の温度制御がなされる。
【００９６】
電熱線７２０，７２２，７２４によって液体燃料導入管６２２、高温反応部６０４及び低温反応部６０６が加熱された状態において、液体燃料導入管６２２に液体燃料と水の混合液がポンプ等によって連続的又は断続的に供給されると、混合液が吸液材６２３に吸収され、毛細管現象により混合液が液体燃料導入管６２２内の上に向かって浸透する。そして、吸液材６２３内の混合液が気化し、燃料と水の混合気が吸液材から蒸散する。吸液材６２３内にて混合液が気化するから、突沸を抑えることができ、安定して気化することができる。
【００９７】
そして、吸液材６２３から蒸散した混合気は貫通孔６７８、改質燃料供給流路７０２、導入口４３２を通って改質器４００Ｂ内に流れ込む。その後、混合気は改質器４００Ｂ内を流れている際には、混合気が加熱されて触媒反応することによって、水素ガス等が生成される（燃料がメタノールの場合には、上記化学反応式（１）、（２）を参照。）。
【００９８】
改質器４００Ｂで生成された混合気（水素ガス、二酸化炭素ガス、一酸化炭素ガス等を含む。）が排出口４３４及び連通流路７０４を通って混合室７０８へと流れ込む。一方、空気がポンプ等によって管材６３４に供給され、貫通孔６７５及び空気供給流路７０６を通って混合室７０８へ流れ込み、水素ガス等の混合気と空気が混合される。
【００９９】
そして、空気、水素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス等を含む混合気が混合室７０８から導入口５３２を通って一酸化炭素除去器５００Ｂ内へ流れ込む。混合気が一酸化炭素除去器５００Ｂ内を流れている時に、混合気中の一酸化炭素ガスが選択的に酸化され、一酸化炭素ガスが除去される。
【０１００】
そして、一酸化炭素が除去された状態の混合気が排出口５３４から排気室７１８、貫通孔６７１、管材６２６を経由して、燃料電池の燃料極等に供給される。燃料電池では水素ガスの電気化学反応により電気が生成され、未反応の水素ガス等を含むオフガスが燃料電池から排出される。
【０１０１】
以上の動作は初期段階の動作であり、その後の発電動作中は、混合液が液体燃料導入管６２２に供給され続ける。そして、燃料電池から排出されたオフガスに空気が混合され、その混合気（以下、燃焼混合気という。）が管材６３２及び管材６２８に供給される。管材６３２に供給された燃焼混合気は貫通孔６７４、燃焼燃料供給流路７１６、貫通孔７６７６を通って燃焼用流路６２５に流れ込み、燃焼混合気が燃焼用流路６２５において触媒燃焼し、燃焼熱が発する。燃焼用流路６２５が低温反応部６０６の下側において液体燃料導入管６２２を周回しているため、燃焼熱によって液体燃料導入管６２２が加熱されるとともに低温反応部６０６が加熱される。そのため、電熱線７２０，７２４に供給する電力を小さくすることができ、エネルギーの利用効率が高まる。
【０１０２】
一方、管材６２８に供給された燃焼混合気は貫通孔６７２、燃焼燃料供給流路７１０を通って燃焼室７１２へ流れ込み、燃焼混合気が燃焼室７１２において触媒燃焼する。これにより燃焼熱が発する。この燃焼熱によって改質器４００Ｂが加熱される。そのため、電熱線７２２に供給する電力を小さくすることができ、エネルギーの利用効率が高まる。
なお、燃料容器に貯留されている液体燃料が気化されて、その気化した燃料と空気の燃焼混合気が管材６２８，６３２に供給されるようにしても良い。
【０１０３】
混合液が液体燃料導入管６２２に供給された状態であって、燃焼混合気が管材６２８，６３２に供給された状態において、制御装置が電熱線７２０，７２２，７２４の抵抗値によって温度を測定しながら、電熱線７２０，７２２，７２４の印加電圧を制御するとともに、ポンプ等を制御する。制御装置によってポンプが制御されると、管材６２８，６３２に供給される燃焼混合気の流量が制御され、これにより燃焼器６１２，６１４の燃焼熱量が制御される。このように制御装置が電熱線７２０，７２２，７２４及びポンプを制御することによって、それぞれ、液体燃料導入管６２２、高温反応部６０４及び低温反応部６０６の温度制御がなされる。ここで、高温反応部６０４が２５０℃〜４００℃、好ましくは３００℃〜３８０℃、低温反応部６０６が高温反応部４より低い温度、具体的には１２０℃〜２００℃、さらに好ましくは１４０℃〜１８０℃となるよう、温度制御を行う。
【０１０４】
次いで、本実施形態におけるマイクロリアクタモジュール６００を備える発電ユニット８０１の概略構成について説明する。図１７は本実施形態におけるマイクロリアクタモジュール６００を備える発電ユニット８０１の一例を示す斜視図である。図１７に示すように、以上のようなマイクロリアクタモジュール６００は、発電ユニット８０１に組み付けて用いることができる。この発電ユニット８０１は、例えば、フレーム８０２と、フレーム８０２に対して着脱可能な燃料容器８０４と、流路、ポンプ、流量センサ及びバルブ等を有する流量制御ユニット８０６と、断熱パッケージ７９１に収容された状態のマイクロリアクタモジュール６００と、燃料電池、燃料電池を加湿する加湿器及び燃料電池で生成された副生成物を回収する回収器等を有する発電モジュール８０８と、マイクロリアクタモジュール６００及び発電モジュール８０８に空気（酸素）を供給するエアポンプ８１０と、二次電池、ＤＣ−ＤＣコンバータ及び発電ユニット８０１の出力で駆動する外部の機器と電気的に接続するための外部インターフェース等を有する電源ユニット８１２とを具備して構成される。流量制御ユニット８０６によって燃料容器８０４内の水と液体燃料の混合気がマイクロリアクタモジュール６００に供給されることで、上述のように水素リッチガスが生成され、水素リッチガスが発電モジュール８０８の燃料電池に供給され、生成された電気が電源ユニット８１２の二次電池に蓄電される。
【０１０５】
図１８は、発電ユニット８０１を電源として用いる電子機器８５１の一例を示す斜視図である。図１８に示すように、この電子機器８５１は、携帯型の電子機器であって、例えばノート型パーソナルコンピュータである。電子機器８５１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、その他の電子部品から構成された演算処理回路を内蔵するとともにキーボード８５２を備え付けた下筐体８５４と、液晶ディスプレイ８５６を備え付けた上筐体８５８と、を備える。下筐体８５４と上筐体８５８はヒンジで結合されており、上筐体８５８を下筐体８５４に重ねてキーボード８５２に液晶ディスプレイ８５６を相対させた状態で折り畳むことができるように構成されている。下筐体８５４の右側面から底面にかけて、発電ユニット８０１を装着するための装着部８６０が形成され、装着部８６０に発電ユニット８０１を装着すると、発電ユニット８０１の電気によって電子機器８５１が動作する。
【０１０６】
以上のように本発明の実施の形態によれば、底板５３０に立設された仕切板５２０を箱型部材５１０内に収容して、底板５３０で箱型部材５１０の下面開口を閉塞することにより、箱型部材５１０内に容易に流路が形成され、製造を容易とすることができる。
また、補強部５２２，５２２又は仕切部５２４，５２４，…の間に折り返し部５２６，…が設けられ、折り返し部５２６，５２６，…が箱型部材５１０の側板５１６，５１６に当接しているので、箱型部材５１０と仕切板５２０とを強固に固定することができる。さらに、折り返し部５２６，５２６，…によって、補強部５２２及び仕切部５２４をセパレート板５５０や底板５３０に対して垂直に取り付け易い。また、補強部５２２，５２２の外面が箱型部材５１０の側板５１４，５１４に当接しているので、この点においても箱型部材５１０と仕切板５２０とを強固に固定することができる。
仕切部５２４，５２４，…に第一貫通孔５２８a，５２８bが形成されているので、第一貫通孔５２８a，５２８bを介して水平方向に互いに隣接する流路間が連通されて両流路間を液体燃料が流通可能となる。
また、セパレート板５５０によって流路が上下に仕切られるので、複数段の流路を容易に製造することができ、また、仕切板５５０が水平方向に広がることを抑制することができる。そして、仕切板５２０とセパレート板５５０とは、それぞれ切り欠き５２５，５５５が形成され、これら切り欠き５２５，５５５を互いに組み付けることによって強固に接合することができる。
さらに、セパレート板５５０に第二貫通孔５５２，…が形成されているので、上下方向に互いに隣接する流路間が連通されて両流路間を液体燃料が流通可能となる。
【０１０７】
また、本発明の実施の形態によれば、高温反応部６０４が低温反応部６０６から離れ、高温反応部６０４から低温反応部６０６までの間隔が連結管６０８の長さ分となっている。従って、高温反応部６０４から低温反応部６０６への伝熱の経路が連結管６０８に限られ、高温を要しない低温反応部６０６への伝熱が限定される。特に、連結管６０８の高さ及び幅は高温反応部６０４と低温反応部６０６の高さ及び幅よりも小さいから、連結管６０８を通じた熱伝導も極力抑えられている。そのため、高温反応部６０４の熱損失を抑えることができるとともに、低温反応部６０６が設定温度以上に昇温することも抑えることができる。即ち、１つの断熱パッケージ７９１内に高温反応部６０４と低温反応部６０６を収容した場合でも、高温反応部６０４と低温反応部６０６の間で温度差を発生することができる。
【０１０８】
また、低温反応部６０６と高温反応部６０４との間を通じた流路７０２，７０４，７１０，７１４を１本の連結管６０８にまとめた状態とされているので、連結管６０８等に発生する応力を小さくすることができる。つまり、高温反応部６０４と低温反応部６０６との間には温度差があるから、低温反応部６０６よりも高温反応部６０４のほうがより膨張するが、高温反応部６０４が連結管６０８との連結部以外は自由端となっているので、連結管６０８等に発生する応力を抑えることができる。特に、連結管６０８は高さや幅が高温反応部６０４や低温反応部６０６よりも小さく、更に連結管６０８は高温反応部６０４及び低温反応部６０６の幅方向中央部において高温反応部６０４及び低温反応部６０６に連結しているから、連結管６０８、高温反応部６０４及び低温反応部６０６の応力発生を抑えることができる。
【０１０９】
管材６２６，６２８，６３０，６３２，６３４及び液体燃料導入管６２２は断熱パッケージ７９１の外側に延出しているが、これらは全て低温反応部６０６に連結されている。そのため、高温反応部６０４から断熱パッケージ７９１外への直接の伝熱を抑えることができ、高温反応部６０４の熱損失を抑えることができる。従って、１つの断熱パッケージ７９１内に高温反応部６０４と低温反応部６０６を収容した場合でも、高温反応部６０４と低温反応部６０６の間で温度差を発生することができる。
【０１１０】
連結管６０８の下面、高温反応部６０４の下面及び低温反応部６０６の下面が面一となっているため、電熱線７２２を比較的簡単にパターニングすることができ、電熱線７２２の断線を抑えることができる。
【０１１１】
また、液体燃料導入管６２２内に吸液材６２３を充填させて、液体燃料導入管６２２を気化器６１０としたので、マイクロリアクタモジュール６００の小型化・簡略化を図りつつ、混合液の気化に必要な温度状態（液体燃料導入管６２２の上部が１２０℃となる状態）とすることができる。
【０１１２】
また、燃焼器プレート６２４は液体燃料導入管６２２の上端部において液体燃料導入管６２２の周囲に設けられて、更に液体燃料導入管６２２内の吸液材６２３が燃焼器プレート６２４の高さの位置まで充填されているから、第一燃焼器６１２における燃焼熱を混合液の気化に効率よく用いることができる。
【０１１３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲に置いて種々の改良及び設計の変更を行っても良い。
例えば、仕切板５２０とセパレート板５５０とを溶接によって接合するとしたが、ガラス封止によって接合しても構わない。箱型部材５１０と仕切板５２０との接合、箱型部材５１０と底板５３０との接合及び仕切板５２０と底板５３０との接合もガラス封止によって行っても良い。
【０１１４】
また、セパレート板５５０は仕切板５２０の波高方向に一枚設けた構成としたが、複数枚のセパレート板５５０を設けて、流路を複数段に仕切っても良い。また、仕切部５２４の数や第一貫通孔５２８a，５２８b及び第二貫通孔５５２の個数や形状は適宜変更可能である。例えば、第一貫通孔５２８a，５２８bは仕切部５２４の上辺部又は下辺部から離間して形成されるとしたが、上辺部又は下辺部を切り欠いて形成しても良い。
【０１１５】
セパレート板５５０に切り欠き５５５，５５５，…が形成されているとしたが、少なくとも仕切板５２０側に切り欠き５２５，５２５，…が形成されていれば接合することができるため、セパレート板５５０に切り欠き５５５，５５５，…を特に形成せずにセパレート板５５０を仕切板５２０の切り欠き５２５，５２５，…にそのまま挿入するように構成しても良い。
【０１１６】
さらに、上記実施形態においては、底板１１７に燃焼器プレート１０６，１０８を接合することで第二燃焼器５０８を設けたが、予め下方が開口した箱体を設け、その箱体を第一改質器５０６と第二改質器５１０との間において底板１１７に接合することで、箱体の下側開口を底板１１７によって閉塞しても良い。この場合、箱体の内側が燃焼室となるが、その燃焼室を隔壁によって２つ以上に仕切って、隔壁の通し孔を形成して通じるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明に係わる反応装置の第１の実施形態における反応器の分解斜視図である。
【図２】本実施形態における反応器の一部分解斜視図である。
【図３】反応器５００の上面図及び側面図である。
【図４】図３の切断線IV−IVに沿った面の矢視断面図である。
【図５】図３の切断線V−Vに沿った面の矢視断面図である。
【図６】本実施形態における断熱パッケージを設けた状態の反応器５００の透過側面図である。
【図７】本発明に係わる反応装置の第２の実施形態におけるマイクロリアクタモジュールの側面図である。
【図８】本実施形態におけるマイクロリアクタモジュールを機能ごとに分けた場合の概略側面図である。
【図９】本実施形態におけるマイクロリアクタモジュールの分解斜視図である。
【図１０】図７の切断線X−Xに沿った面の矢視断面図である。
【図１１】図７の切断線XI−XIに沿った面の矢視断面図である。
【図１２】図７の切断線XII−XIIに沿った面の矢視断面図である。
【図１３】図７の切断線XIII−XIIIに沿った面の矢視断面図である。
【図１４】本実施形態のマイクロリアクタモジュールにおける、燃焼混合気が供給されてから、生成物である水等が排出されるまでの経路を示した図面である。
【図１５】本実施形態のマイクロリアクタモジュールにおける、液体燃料と水が供給されてから、生成物である水素リッチガスが排出されるまでの経路を示した図面である。
【図１６】本実施形態のマイクロリアクタモジュールを覆う断熱パッケージの分解斜視図である。
【図１７】本実施形態におけるマイクロリアクタモジュールを備える発電ユニットの斜視図である。
【図１８】発電ユニットを電源として用いる電子機器の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１１８】
５００  反応器
５１０  箱型部材
５１８，５１９  空間（流路）
５２０  仕切板
５２２  補強部（隔壁）
５２４  仕切部（隔壁）
５２５，５５５  切り欠き
５２６  折り返し部
５２８a，５２８b  第一貫通孔
５３０  底板
５５０  セパレート板
５５２  第二貫通孔
【図１】
2007091548.tif 000003
【図２】
2007091548.tif 000004
【図３】
2007091548.tif 000005
【図４】
2007091548.tif 000006
【図５】
2007091548.tif 000007
【図６】
2007091548.tif 000008
【図７】
2007091548.tif 000009
【図８】
2007091548.tif 000010
【図９】
2007091548.tif 000011
【図１０】
2007091548.tif 000012
【図１１】
2007091548.tif 000013
【図１２】
2007091548.tif 000014
【図１３】
2007091548.tif 000015
【図１４】
2007091548.tif 000016
【図１５】
2007091548.tif 000017
【図１６】
2007091548.tif 000018
【図１７】
2007091548.tif 000019
【図１８】
2007091548.tif 000020