(57)【要約】【課題】小型化を図れるとともに、反応ガスの流量変動を安定化させて良好な改質反応を起こすことができ、また、反応流路内の触媒の剥離を防止することができる反応器、反応器の製造方法及び発電システムを提供する。【解決手段】反応器１０は、流路基板１の上下面１a，１bに形成された流路溝１８と、流路溝１８を覆うことによって流路基板１との間に反応流路１２を形成する第一及び第二の蓋基板２，３と、を備える。そして、反応流路１２内に多孔質部１１a，１１bが設けられている。【選択図】図４
2009179525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板で形成され、反応物の反応を起こす反応器において、
前記複数の基板の少なくとも一つの基板であって、少なくとも片側の面に形成された溝を有する第一の基板と、
前記第一の基板の前記片側の面と接合して、前記溝を覆うことによって反応流路を形成する第二の基板と、を備え、
前記第二の基板の前記反応流路の入口側及び出口側を形成する位置の少なくとも一方に、前記第二の基板の前記第一の基板と接合する面側と前記接合する面と反対の面側とが貫通する微細孔が設けられていることを特徴とする反応器。
【請求項２】
前記微細孔は多孔質体であることを特徴とする請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
前記第二の基板はシリコン基板であり、前記多孔質体は、陽極化成法又は深堀エッチング法によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の反応器。
【請求項４】
燃料を供給することによって改質ガスを生成する改質器であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の反応器。
【請求項５】
複数の基板で形成され、反応物の反応を起こす反応器の製造方法において、
前記複数の基板の少なくとも一つの基板である第一の基板の少なくとも片側の面に溝を形成し、
前記第一の基板と前記片側の面と接合して、前記溝を覆うことによって前記反応を起こす反応流路を形成する第二の基板の、前記第一の基板と接合することによって前記反応流路の入口側及び出口側を形成する位置の少なくとも一方に、前記第二の基板の前記第一の基板と接合する面側と前記接合する面と反対の面側とが貫通する微細孔を形成することを特徴とする反応器の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の反応器と、
電気化学反応により発電する発電セルと、を備えたことを特徴とする発電システム。
【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器、反応器の製造方法及び発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題から高効率でクリーンなエネルギー源として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・開発が盛んに行われている。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づけられている。
燃料電池に用いる燃料としての水素は、常温で気体であるため、取り扱いや貯蔵に問題がある。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器も小型化する必要がある。
燃料電池へ水素を供給するための小型の改質器として、Ｓｉやガラスに代表される基板で微細な反応流路を形成し、さらに触媒を付与した流路内でメタノール水溶液等を原料として水素を得るような小規模の化学反応を起こさせる小型の化学反応装置（マイクロ改質器）がある。マイクロ改質器を含め、容積当たりの表面積が大きい微小空間で反応を行うことにより、従来よりも格段に精密に濃度や温度を制御できる小型の化学反応器はマイクロリアクターと呼ばれており、大量の反応生成物を得るために、従来の化学プラントでは反応容器をスケールアップすることによって実現してきたが、このマイクロリアクターの利点を活かすために、小型のものを複数並べることで生成物の量を稼ぐシステムが考えられている。
【０００３】
改質器や一酸化炭素除去器内の反応を安定化させるために多孔質体を用いた例として、
改質器や一酸化炭素除去器において、各触媒層のガス流路よりも小径の孔を有する圧損板を、触媒層の下流側に配置して、被反応ガスの流速面分布を均一化したことで反応を安定化すると同時に、剥がれた触媒のフィルターとしても機能させるという技術がある（例えば、特許文献１参照）。この圧損板には、ＳＵＳなどの金属板に複数の孔を穿孔した多孔板を用いている。
【特許文献１】特開２０００−３１９００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、マイクロ改質器では、微小流路内に反応に適した触媒を搭載し、燃料ガスとの接触作用により、燃料を改質させるという方法があるが、反応流路前後での反応ガスの圧力制御は容易ではない。反応中に圧力変化が生じると、反応が不安定になるのは勿論のこと、特に、マイクロ改質器の後段に接続した燃料電池反応の大きな負荷変動やガス流路の切り替え時、さらには流路とその他の部分（例えば、燃料電池など）を接続する配管に不慮の破損や脱離等が起こった場合など、そこで急激に生じる圧力変化は触媒の剥がれの原因となる。従来の圧力を制御する手段として、上述のように圧損板を改質器の内部に備えていたが、マイクロ改質器に適用しようとした場合、改質器が大型化したり、それにより熱容量が増大して熱効率が悪くなるなど、不都合が生じる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型化を図れるとともに、反応ガスの流量変動を安定化させて良好な改質反応を起こすことができる反応器、反応器の製造方法及び発電システム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】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、複数の基板で形成され、反応物の反応を起こす反応器において、
前記複数の基板の少なくとも一つの基板であって、少なくとも片側の面に形成された溝を有する第一の基板と、
前記第一の基板の前記片側の面と接合して、前記溝を覆うことによって反応流路を形成する第二の基板と、を備え、
前記第二の基板の前記反応流路の入口側及び出口側を形成する位置の少なくとも一方に、前記第二の基板の前記第一の基板と接合する面側と前記接合する面と反対の面側とが貫通する微細孔が設けられていることを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の反応器において、
前記微細孔は多孔質体であることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載の反応器において、
前記第二の基板はシリコン基板であり、前記多孔質体は、陽極化成法又は深堀エッチング法によって形成されていることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の反応器において、
燃料を供給することによって改質ガスを生成する改質器であることを特徴とする。
請求項５の発明は、複数の基板で形成され、反応物の反応を起こす反応器の製造方法において、
前記複数の基板の少なくとも一つの基板である第一の基板の少なくとも片側の面に溝を形成し、
前記第一の基板と前記片側の面と接合して、前記溝を覆うことによって前記反応を起こす反応流路を形成する第二の基板の、前記第一の基板と接合することによって前記反応流路の入口側及び出口側を形成する位置の少なくとも一方に、前記第二の基板の前記第一の基板と接合する面側と前記接合する面と反対の面側とが貫通する微細孔を形成することを特徴とする。
請求項６の発明は、発電システムにおいて、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の反応器と、
電気化学反応により発電する発電セルと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、小型化を図れるとともに、反応ガスの流量変動を安定化させて良好な改質反応を起こすことができる。
【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ものとする。
［反応器］
図１(a)は、第一の蓋基板２の上面図、図１(b)は、第一の蓋基板２の下面図、図２(a)は、流路基板１の上面図、図２(b)は、流路基板１の下面図、図３は、切断線I−I、切断線II−IIに沿って切断した際の、第一の蓋基板２、流路基板１及び第二の蓋基板３の矢視断面図、図４は、反応器１０の断面図である。
図４に示すように、反応器１０は、流路基板１と、流路基板１の上部に設けられた第一の蓋基板２と、流路基板１の下部に設けられた第二の蓋基板３と、を備えている。
流路基板１としては、例えば、シリコン基板、特にｎ型シリコン基板等を使用することが好ましい。また、厚さは６００μｍ程度が好ましい。流路基板１には、上下面１a，１bに貫通する流路溝１８a，１８bが二カ所に形成されている。これら流路溝１８a，１８bの上端部には、多孔質部１１a，１１bが平面視矩形状にそれぞれ設けられており、多孔質部１１a，１１bは流路基板１の上下面１a，１bに露出している。多孔質部１１a，１１bは後述する陽極化成法によって形成することができる。
【０００９】
二つの流路溝１８a，１８bのうち一方の流路溝１８aは、第一の蓋基板２と流路基板１とを接合した際に、後述する流路溝２１の端部２１aに対応する位置に形成され、他方の流路溝１８bは流路溝２１の端部２１bに対応する位置に形成されている。図２(b)に示すように、流路溝１８aの下端部は、流路基板１の一方の側面に貫通し、後述の混合気を反応流路１２内に供給する供給口１９aに連通している。さらに、流路溝１８bの下端部は、流路基板１の供給口１９aとは反対側の側面に貫通し、反応流路１２内に供給して反応した混合気を排出する排出口１９bに連通している。
【００１０】
第一の蓋基板２としては、例えば、ガラス基板やシリコン基板等を使用することができる。第一の蓋基板２の下面２bには、蛇行した流路溝２１が形成されている。流路溝２１は、第一の蓋基板２の上面２aには貫通していない。そして、流路溝２１の内壁面には触媒層２２が担持されている。触媒層２２としては、例えば、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒やＰｄ／ＺｎＯ系触媒等が挙げられる。
また、第一の蓋基板２の上面２aには電気抵抗体からなる薄膜ヒータ２３が流路溝２１に沿って蛇行して形成されている。薄膜ヒータ２３の両端部には、電極配線部であるＡｕ膜２５を介して、コバール線２４が接続されており、電圧が印加されることによって吸熱反応である改質反応時に熱源となるとともに、触媒層２２の焼成時に用いられたりする。
第二の蓋基板３としては、例えば、ガラス基板やシリコン基板等を使用することができる。
【００１１】
そして、上記第一の蓋基板２、流路基板１及び第二の蓋基板３が接合されることによって流路溝２１、流路溝１８a，１８bが反応流路１２となり、この反応流路１２に供給口１９a及び排出口１９bが連通している。そして、反応流路１２の供給口１９a側及び排出口１９b側に多孔質部１１a，１１bが設けられている。なお各基板の接合は、流路基板１がシリコン基板で、第一の蓋基板２及び第二の蓋基板３がガラス基板の場合、陽極接合が好ましい。
このように構成された反応器１０においては、例えば後述するように、供給口１９aから反応物が供給されて反応流路１２内を流れて触媒層２２と反応した後、生成物として排出口１９bから排出される。ここで、反応流路１２の供給口１９a側や排出口１９b側で圧力損失が急激に変化した場合であっても、反応流路１２内を流れる反応物は、圧力損失となる多孔質体１１によって、流量変動が緩和される。そのため反応流路内１２での反応に対して、反応物流量は安定し、適切な反応が行われる。また反応流路内の急激な流量変動、圧力変動が起こらないため、流体による触媒への物理的負荷も低減でき触媒層２２の剥がれも防止できる。
【００１２】
次に、反応器１０の製造方法について説明する。
図５(a)〜(h)は、流路基板１の製造方法を示した工程図である。
まず、図５(a)の基板１３の上面１３aにスパッタリングによりＳｉＯ２膜１４を形成する（図５(b)参照）。次いで、ＳｉＯ２膜１４の上面及び基板１３の下面１３bにドライフィルムフォトレジスト１５を貼り付け、フォトリソグラフィー法により、ドライフィルムフォトレジスト１５の、上述の第一の蓋基板２の流路溝２１の両端部２１a，２１bに対応する位置が開口するように、レジストパターニングを行い、ＣＦ４を用いて両端部２１a，２１bに対応する位置のＳｉＯ２膜１４を除去する（図５(c)参照）。この状態で、フッ化水素、エタノール及び水を用いて基板１３を陽極酸化すると、ドライフィルムフォトレジスト１５をパターニングしていない部分だけが多孔質化して多孔質部１１a，１１bが形成される（図５(d)参照）。多孔質部１１a，１１bの厚さは１５μｍ程度が好ましい。さらに、ドライフィルムフォトレジスト１５剥離後、ＣＦ４を用いて基板１３の上面１３a及び下面１３bに残っているＳｉＯ２膜１４を除去する（図５(e)参照）。次いで、基板１３の上面１３a及び多孔質部１１a，１１bの下面に当たる部分以外の流路基板１３の下面１３bに、ドライフィルムフォトレジスト１７を貼り付ける（図５(f)参照）。そして、水酸化テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）水溶液中で湿式異方性エッチングを行う（図５(g)参照）。その後、再びドライフィルムフォトレジスト１７を除去することによって、流路内に多孔質部１１a，１１bを備えた流路基板１が形成される（図５(h)参照）。
【００１３】
一方、第一の蓋基板２は以下の手順で製造する。
図示しないが、例えば、まず基板の上面（流路溝と反対側の面）に薄膜ヒータ２３をフォトリソグラフィー法にて形成する。その後ガラス基板等の下面に、予めサンドブラスト等で所定の形状に流路溝２１を形成しておき、流路溝２１が設けられている下面にドライフィルムフォトレジストを貼り付ける。次に、フォトリソグラフィー法によりドライフィルムフォトレジストの流路溝２１に対応する部分を除去する。次いで、触媒層２２を基板の上面に形成する。触媒層２２は、例えば、Ｐｄ／ＺｎＯ触媒からなる触媒粒子を分散媒に分散させた触媒溶液を基板の上面にコーティングすることによって形成される。分散媒には必要に応じて、触媒粒子を分散性を高めるための分散剤や、分散した触媒粒子が凝集し沈降しないようにする増粘剤等を用いても良い。
コーティングした触媒溶液が乾燥したら、ピーリング（引き剥がし）法を用いてドライフィルムフォトレジストとともにその上面に付着した触媒層を基板から剥離する。このとき、流路溝２１の内壁に担持されている触媒は触媒層２２として残る。剥離後は必要があればピーリング法により残ったドライフィルムフォトレジストのわずかな残渣（スカム）をプラズマアッシングにより除去する（ディスカム）。このようにして第一の蓋基板２を形成する。
【００１４】
上述のようにして形成した流路基板１の上面１aに、図４に示すように、第一の蓋基板２を接合させ、流路基板１の下面１bに第二の蓋基板３を接合させることによって反応器１０を製造する。流路基板１と第一の蓋基板２及び流路基板１と第二の蓋基板３との接合は、例えば陽極接合や蝋付け等の接合方法により行うことができる。
【００１５】
（変形例）
流路基板は上述した流路基板１に限らず、以下に示す手順によって製造した流路基板１Ａとしても良い。図６(a)〜(g)は、流路基板１Ａの製造方法を示した工程図である。
この流路基板１Ａは、図６(g)に示すように、上記流路基板１と異なり、圧損部材として多孔質部１１a，１１bの代わりに多数の微細孔１７Ａ，１７Ａ，…を有する構成となっている。このような流路基板１Ａとしては、シリコン基板を用いることが好ましく、上記流路基板１のようにｎ型シリコン基板でなくとも良い。また、厚さとしては例えば６００μｍ程度が好ましい。
流路基板１Ａの製造方法としては、まず、図６(a)のように基板１３Ａの上面１３aＡにドライフィルムフォトレジスト１５Ａを貼り付け、フォトリソグラフィー法によりパターニングを行う（図６(b)参照）。その後、Deep RIE（Reactive Ion Etching）によって基板１３Ａの上面１３aＡの一部を図６(c)のように深堀エッチングを行う。これによって微細孔１７Ａ，１７Ａ，…が形成される。次いで、ドライフィルムレジスト１５Ａを除去する（図６(d)参照）。次いで、基板１３Ａの上面１３aＡ及び下面１３bＡに、再度ドライフィルムフォトレジスト１６Ａを貼り付け、下面１３bＡの微細孔１７Ａ，１７Ａ，…に対応した位置が開口するようにレジストパターニングをおこなった後（図６(e)参照）、水酸化テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）水溶液中で湿式異方性エッチングを行う（図６(f)参照）。その後、再び上下面１３aＡ，１３bＡのドライフィルムレジスト１６Ａを除去することによって流路内に多数の微細孔１７Ａ，１７Ａ，…を備えた流路基板１Ａが形成される（図６(g)参照）。
【００１６】
［発電システム］
次に、反応器１０を用いた発電システム２００について説明する。
図７は、発電システム２００の概略構成を示したブロック図である。
この発電システム２００は、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、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２１０を動作させるための電源として用いられる。
【００１７】
発電システム２００は、メタノール等の燃料と水を別々に又は混合した状態で貯留した燃料容器２０１と、燃料容器２０１から供給された燃料と水を気化させる気化器２０２と、気化器２０２から供給された燃料と水の混合気から下記化学反応式（１）によって水素を含む改質ガスを生成する改質器（反応器）２０３と、改質器２０３から供給された改質ガス中の副生成物の一酸化炭素を下記化学反応式（２）のように酸化させることで改質ガスに含まれる一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器２０４と、一酸化炭素除去器２０４から後述の第三のＯＮ−ＯＦＦバルブＶ３を介して供給された生成ガス（一酸化炭素除去器２０４で、一酸化炭素除去された改質ガス）に含まれる水素ガスと外気の酸素ガスとの電気化学反応により電気エネルギーを生成する発電セル２０５と、改質器２０３、一酸化炭素除去器２０４を加熱して化学反応式（１）、（２）の反応を良好に行うために必要な温度に設定する燃焼触媒が設けられた触媒燃焼器２０６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２０４及び燃料電池型発電セル２０５に供給するエアポンプＰ２を備える。
【００１８】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2  …（１）
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2  …（２）
【００１９】
上記化学反応式（１）で示される反応が生じる改質器２０３として、上述の反応器１０を用いることができる。
【００２０】
なお、燃料容器２０１に貯留された燃料は、メタノールの代わりに、エタノール等のアルコール類やジメチルエーテル等のエーテル類やガソリン等の炭化水素といった水素原子を含む有機化合物が適用可能である。
【００２１】
発電セル２０５は、図示しないが、触媒微細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、を備えている。発電セル２０５の燃料極には、一酸化炭素除去器２０４から第三のＯＮ−ＯＦＦバルブＶ３を介して、生成ガスが供給されており、発電セル２０５の空気極には、エアポンプＰ２から空気が供給されている。燃料極において、電気化学反応式（３）に示すように、生成ガス中の水素は、燃料極の触媒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、電気化学反応式（４）に示すように、固体高分子電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を通って燃料極から酸素極に移動した電子と、空気中の酸素とが反応して水が生成される。このときの電子の移動が電気エネルギーとなる。
なお、燃料極側では未反応の多くの水素はオフガスとして触媒燃焼器２０６に送られて燃焼される。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-・・・（３）
２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ・・・（４）
【００２２】
また、燃料容器２０１と気化器２０２との間には、燃料容器２０１から気化器２０２に燃料を送り込む燃料ポンプＰ１、流量センサＳ及び第一のＯＮ−ＯＦＦバルブＶ１が順に接続され、一酸化炭素除去器２０４と触媒燃焼器２０６との間には第二のＯＮ−ＯＦＦバルブＶ２が接続され、一酸化炭素除去器２０４と発電セル２０５との間には第三のＯＮ−ＯＦＦバルブＶ３が接続されている。さらに、発電セル２０５や一酸化炭素除去器２０４、触媒燃焼器２０６に空気を供給するエアポンプＰ２を備え、エアポンプＰ２と一酸化炭素除去器２０４との間には第一の可変バルブＶ１１、エアポンプＰ２と触媒燃焼器２０６との間には第二の可変バルブＶ１２が接続されている。
第一のＯＮ−ＯＦＦバルブＶ１は、その開閉動作で燃料容器２０１から気化器２０２への燃料の流通を遮断又は許容するようになっており、発電システム２００の起動時に開放して燃料を流通させ、停止時に閉鎖して燃料の流通を遮断する。
第二のＯＮ−ＯＦＦバルブＶ２は、その開閉動作で一酸化炭素除去器２０４から触媒燃焼器２０６への水素ガスの流通を遮断又は許容するようになっており、発電システム２００の起動時に閉鎖して水素ガスの流通を遮断し、停止時に開放して水素ガスを流通させる。
第三のＯＮ−ＯＦＦバルブＶ３は、その開閉動作で一酸化炭素除去器２０４から発電セル２０５への水素ガスの流通を遮断又は許容するようになっており、発電システム２００の起動時に開放して水素ガスを流通させ、停止時に閉鎖して水素ガスの流通を遮断する。
また、第一の可変バルブＶ１１は、その開閉動作でエアポンプＰ２から一酸化炭素除去器２０４への空気の流通を遮断又は流量調整を行っており、第二の可変バルブＶ１２は、その開閉動作でエアポンプＰ２から発電セル２０５への空気の流通を遮断又は流量調整を行っている。
【００２３】
なお、燃料ポンプＰ１、エアポンプＰ２はドライバを介して制御部２０９に電気的に接続されている。制御部２０９は、例えば汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等から構成されているもので、燃料ポンプＰ１、エアポンプＰ２に制御信号を送信し、燃料ポンプＰ１及びエアポンプＰ２の各ポンピング動作（送出量の調整を含む。）を制御するようになっている。
また、制御部２０９には、第一〜第三のＯＮ−ＯＦＦバルブＶ１〜Ｖ３、第一及び第二の可変バルブＶ１１，Ｖ１２がドライバを介して電気的に接続され、流量センサＳも電気的に接続されている。制御部２０９は流量センサＳの測定結果を受けて燃料及び水の流量を認識することができるとともに、第一〜第三のＯＮ−ＯＦＦバルブＶ１〜Ｖ３、第一及び第二の可変バルブＶ１１，Ｖ１２の開閉動作（開き量の調整を含む。）を制御することができるようになっている。
さらに、制御部２０９には、気化器２０２、改質器２０３、一酸化炭素除去器２０４及び触媒燃焼器２０６をそれぞれ加熱する電気ヒータがドライバを介して電気的に接続され、電気ヒータの発熱量とその停止とを制御するとともに、温度によって変化する電気ヒータの抵抗値等の電気的特性を計測することによって各反応器２０２，２０３，２０４，２０６の温度を検出している。
【００２４】
また、発電システム２００は、発電セル２０５により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ２０７と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０７に接続される２次電池２０８も備える。これらＤＣ／ＤＣコンバータ２０７及び２次電池２０８は制御部２０９に接続されて、電子機器本体２１０に安定して電気エネルギーが供給されるように制御されている。
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０７は発電セル２０５により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換したのちに電子機器本体２１０に供給する機能の他に、発電セル２０５により生成された電気エネルギーを２次電池２０８に充電し、発電セル２０５側が運転されていない時に、電子機器本体２１０に２次電池２０８側から電気エネルギーを供給する機能も果たせるようになっている。
【００２５】
次に、発電システム２００の動作について説明する。
発電システム２００が作動し、制御部２０９が燃料ポンプＰ１及びエアポンプＰ２を作動させ、さらに電気ヒータを発熱させる。ここで、発電システム２００の作動は外部電子機器から通信用端子、通信用電極を介して制御部２０９に作動信号が入力されることによって開始する。
【００２６】
燃料ポンプＰ１が作動すると、第一のＯＮ−ＯＦＦバルブＶ１を介して燃料容器２０１内の燃料が気化器２０２に向けて送られた後、気化器２０２で供給された燃料が加熱されて気化（蒸発）し、メタノール及び水（水蒸気）の混合気となって改質器２０３に供給される。改質器２０３では、混合気中のメタノールと水蒸気が触媒により反応して二酸化炭素及び水素を含む改質ガスが生成される（上記化学反応式（１）参照）。また、改質器２０３では、化学反応式（１）についで逐次的に一酸化炭素が生成される（上記化学反応式（２）参照）。そして、改質器２０３で生成された一酸化炭素、二酸化炭素及び水素等からなる改質ガスが一酸化炭素除去器２０４に供給される。
【００２７】
一酸化炭素除去器２０４では、改質器２０３から供給された改質ガス中の一酸化炭素と、第一の可変バルブＶ１１を介して供給された空気に含まれる酸素とが反応して二酸化炭素が生成される（上記化学反応式（３）参照）。
【００２８】
このように気化器２０２、改質器２０３及び一酸化炭素除去器２０４を経て水素と二酸化炭素等を含む生成ガスが生成され、生成ガスは、開放された第三のＯＮ−ＯＦＦバルブＶ３を介して、図示しない加湿器によって加湿された後、発電セル２０５の燃料極に供給される。
発電セル２０５の燃料極に供給された生成ガス中の水素が上記電気化学反応式（４）に示すように水素イオンと電子とに分離する。
【００２９】
一方、エアポンプＰ２を介して図示しない加湿器によって加湿された空気が発電セル２０５の酸素極に供給される。酸素極に供給された空気は、空気中の酸素が上記電気化学反応式（５）に示すように水素イオンと電子と反応し、水が生成される。
【００３０】
ここで、燃料極側では未反応の水素はオフガスとして触媒燃焼器２０６に送られて燃焼されて外部に排出される。
酸素極側では、供給された空気が副生成物である水とともに外部に排出される。
そして、発電セル２０５によって生成された電気エネルギーはＤＣ／ＤＣコンバータ２０７に供給され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０７によって直流電流の所定電圧に変換され、外部電子機器に供給されるとともに二次電池２０８にも充電される。外部電子機器は、供給された電気エネルギーにより動作する。
【００３１】
一方、発電システム２００の停止時には、第一のＯＮ−ＯＦＦバルブＶ１を閉鎖して燃料の供給を停止するとともに、第三のＯＮ−ＯＦＦバルブＶ３を閉鎖して第二のＯＮ−ＯＦＦバルブＶ２を開放する。これによって一酸化炭素除去器２０４から発電セル２０５に送られる生成ガスの流通が遮断されて触媒燃焼器２０６へと送られる。発電セル２０５にはエアポンプＰ２からの空気のみが供給される。
【００３２】
以上のように、流路基板１と、第一及び第二の蓋基板２，３とを備え、流路基板１、第一及び第二の蓋基板２，３を接合することによって形成される反応流路１２の供給口１９a及び排出口１９b側に多孔質部１１a，１１bが設けられているので、発電システム２００の停止時に燃料の供給を停止させて、第三のＯＮ−ＯＦＦバルブＶ３を閉鎖するとともに第二のＯＮ−ＯＦＦバルブＶ２を開放することによって、生成ガスを触媒燃焼器２０６に送り込んだ場合に、改質器２０３の後段側の圧力損失が急激に減少しても、排出口１９b側の多孔質部１１bによって圧力変動を緩和することができ、改質ガスの急激な流速変化を低減することができる。その結果、改質反応は安定し、また改質器２０３内の触媒層２２の剥離を防止することができる。
また、定常運転中に改質器２０３の前段側の圧力損失が急激に減少しても、供給口１９a側の多孔質部１１aによって圧力変動を緩和することができ、改質ガスの急激な流速変化を低減することができる。その結果、気化器２０２の脈動を緩和でき、改質反応が安定し、また、改質ガスの流量変動が安定することから触媒層２２の剥離を防止することができる。
すなわち、反応器１０を用いる反応の前段及び後段で発生した流体の圧力や流量などの急激な変動が起こっても、反応器１０内の触媒反応を安定して行うことができ、また触媒層２２の剥離を防止できる。
さらに、反応流路１２内の供給口１９a側及び排出口１９b側に陽極化成法によって多孔質部１１a，１１bを設け、このような多孔質部１１a，１１bを設けた流路基板１と、第一及び第二の蓋基板２，３を接合することによって、容易に反応器１０を製造することができるとともに、従来のように大型化することなく小型化も図れる。
【００３３】
なお、反応器１０を改質器２０３に適用した発電システムで詳述したが、もちろんこれに限定されず、例えば一酸化炭素除去器２０４、触媒燃焼器２０６にも適用できる。反応器１０の供給口１９ａ側及び排出口１９ｂ側に相当する部分に多孔質部１１ａ、１１ｂを形成したが、例えば、反応器１０の後段に流体の急激な圧力変化、流量変化、流速変化を生じさせることが無ければ、供給口１９ａ側の多孔質部１１ａだけでもよく、反応器１０の前段に流体の急激な圧力変化、流量変化、流速変化を生じさせることが無ければ、供給口１９ｂ側の多孔質部１１ｂだけでもよく、すなわち多孔質部１１ａ、１１ｂどちらか一方でも構わない。さらに発電システム２００は、固体高分子型燃料電池システムで詳述したが、固体酸化物型燃料電池システムに用いても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】(a)は、第一の蓋基板２の上面図、(b)は、第一の蓋基板２の下面図である。
【図２】(a)は、流路基板１の上面図、(b)は、流路基板１の下面図である。
【図３】切断線I−I、切断線II−IIに沿って切断した際の、第一の蓋基板２、流路基板１及び第二の蓋基板３の矢視断面図である。
【図４】反応器１０の断面図である。
【図５】(a)〜(h)は、流路基板１の製造方法を示した工程図である。
【図６】(a)〜(g)は、流路基板１Ａの製造方法を示した工程図である。
【図７】発電システム２００の概略構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  流路基板
２  第一の蓋基板
３  第二の蓋基板
１０  反応器
１１a，１１b  多孔質部
１２  反応流路
１３  基板
１a，１３a  上面
１b，１３b  下面
１７Ａ  微細孔
１８，２１  流路溝
１９a  供給口（入口）
１９b  排出口（出口）
２００  発電システム
２０３  改質器
２０５  発電セル
【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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