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JP4341587B2 - 反応装置 - Google Patents

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JP4341587B2 JP2005169188A JP2005169188A JP4341587B2 JP 4341587 B2 JP4341587 B2 JP 4341587B2 JP 2005169188 A JP2005169188 A JP 2005169188A JP 2005169188 A JP2005169188 A JP 2005169188A JP 4341587 B2 JP4341587 B2 JP 4341587B2
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Description

本発明は、燃料電池装置に用いる気化器、改質器、ＣＯ除去器等の異なる動作温度の反応器を一体化した反応装置に関する。
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。
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。アルコール類及びガソリンといった液体燃料を用いる場合には、液体燃料を気化させる気化器、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、改質反応の副産物である一酸化炭素を除去するＣＯ除去器等が必要となる（例えば特許文献１参照）。
特開２００２−３５６３１０号公報
ところで、本出願人は、小型の電子機器に燃料電池を搭載するために、気化器、改質器、ＣＯ除去器が一体となった反応装置を開発している。しかし、気化器やＣＯ除去器の動作温度が例えば約２００℃未満であるのに対し、改質器の動作温度が約２５０℃以上と温度差が著しいため、改質器の熱が伝搬して気化器及びＣＯ除去器の温度が上昇しないようにこれらの比較的低温の反応炉を比較的高温の反応炉である改質器から十分長い距離だけ隔離する必要があり、小型化を阻害する要因となっていた。このように小型化実装できないといたずらに熱容量が大きくなってしまい、エネルギー効率を向上させるために反応装置全体の熱損失を低減させる必要があった。
本発明の課題は、低温反応部と高温反応部との間の長さを長くすることなく、低温反応部と高温反応部との温度差を維持することである。
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、燃料を改質するために複数の反応器を有する反応装置において、前記複数の反応器のうち少なくとも水素及び一酸化炭素を含む混合気から一酸化炭素を除去するＣＯ除去器を有し且つ所定の温度で反応を引きおこす低温反応部と、前記低温反応部と離間して設けられ、燃料を改質して水素を生成する改質器を有し且つ前記低温反応部より高温で反応を引きおこす高温反応部と、前記低温反応部と前記高温反応部との間を連結する連結管と、を有し、前記低温反応部及び前記高温反応部のうち一方は、前記低温反応部及び前記高温反応部の他方に対向する面をそれぞれ有し、前記低温反応部及び前記高温反応部の少なくとも一方は、前記低温反応部及び前記高温反応部の他方に対向する面に対して後退した切り欠けを有し、前記連結管は、前記低温反応部及び前記高温反応部の少なくとも一方と前記切り欠けにおいて接続されるとともに、前記切り欠けとの接続部分において前記高温反応部と前記低温反応部との配列方向に対して垂直な面に平行な面内における一方向である幅方向に沿った長さが前記切り欠けよりも短くされるとともに、前記平行な面内において前記一方向と垂直な他方向である高さ方向に沿った長さが前記切り欠けよりも短くされ、且つ前記低温反応部と前記高温反応部との間の長さよりも長くされていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、前記低温反応部と前記高温反応部の少なくとも一方は、複数の金属板で形成されていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、前記低温反応部に設けられた流入管と、前記流入管に接するように設けられた流出管と、を有することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、前記低温反応部、前記高温反応部及び前記連結管を内部に収容する断熱容器を更に有し、前記流入管及び前記流出管は、それぞれ前記断熱容器を貫通して設けられることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、前記低温反応部及び高温反応部の他方に対向する面は平面であることを特徴とする。
本発明によれば、低温反応部と高温反応部との間の長さを長くすることなく、低温反応部と高温反応部との温度差を維持することができる。
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。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る反応装置１０が適用される発電装置１００のブロック図である。この発電装置１００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、電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。
発電装置１００は、燃料容器１０１と、燃料容器１０１と連結自在であり、燃料容器１０１から供給された燃料を改質する反応炉を含む反応装置１０と、反応装置１０で改質された水素により発電する燃料電池装置１０２と、を備える。燃料容器１０１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、図示しないマイクロポンプにより燃料及び水の混合液を反応装置１０に供給してもよく、或いは燃料容器１０１内で燃料と水が予め混合されていてもよい。
図２は、反応装置１０を下側から見た斜視図である。反応装置１０は、図２に示すように、高温反応部１１と、低温反応部１２とを備えている。高温反応部１１は、２００℃を超える反応を引きおこす反応部であり、燃料容器１０１内の燃料を改質して水素を生成する水蒸気改質反応を引きおこす改質器１４と、改質器１４の改質反応を促進するために改質器１４を高温に加熱する高温燃焼器１６と、特に発電装置１００の起動時のように、高温燃焼器１６が高温に加熱できない状態であっても改質器１４を速やかに加熱するための補助熱源として用いられる電気発熱抵抗体である高温ヒータ（図示しない）と、を有している。
低温反応部１２は、２００℃未満で反応を引きおこす反応部であり、改質器１４に供給する燃料や水を予め気化させる反応炉である気化器１３と、改質器１４で改質する際に副生成物として生じる二酸化炭素を除去する反応炉であるＣＯ除去器１５と、ＣＯ除去器１５での反応並びに気化器１３での気化反応に要する比較的低温の熱源となる低温燃焼器１７と、特に発電装置１００の起動時のように、低温燃焼器１７が十分加熱できない状態であっても気化器１３やＣＯ除去器１５を速やかに加熱するための補助熱源として用いられる電気発熱抵抗体である低温ヒータ（図示しない）と、を有している。
高温反応部１１、低温反応部１２は、いずれも例えばステンレス（ＳＵＳ３０４）製のような複数の金属板に後述する流路を形成したものを貼り合わせて形成されている。このため高温ヒータは絶縁膜を介して改質器１４の金属板に貼り合わされており、及び低温ヒータは絶縁膜を介してＣＯ除去器１５の金属板或いは低温燃焼器１７の金属板に貼り合わされている。
気化器１３は、燃料容器１０１から供給された燃料と水を気化させる反応炉である。改質器１４は、気化器１３から供給された燃料と水の混合気を化学反応式（１）のように反応させ、主生成物である水素ガス、二酸化炭素ガス及び副生成物である一酸化炭素の混合気体を生成する。改質器１４は、また一部に、化学反応式（２）のような反応も引きおこし、微量の一酸化炭素を生成する。ＣＯ除去器１５は、改質器１４で生成された一酸化炭素を化学反応式（３）のように選択的に酸化させることで混合気体から除去する。以下、この一酸化炭素を除去した水素リッチの混合気体を改質ガスという。なお、化学反応式（３）は発熱反応であるが、反応を開始する際に熱を加えることで反応速度を向上することが可能となる。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 …（１）
２ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→５Ｈ2＋ＣＯ＋ＣＯ2 …（２）
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2 …（３）
燃料電池装置１０２の燃料極側には反応装置１０から改質ガスが供給される。改質ガスのうちの水素ガスは電気化学反応式（４）に示すように、燃料極に設けられた触媒により水素イオンと電子とに分離される。水素イオンは燃料電池装置１０２の電解質膜を通過して酸素極側へ移動し、電子は外部回路を経て酸素極に移動する。酸素極側では、電気化学反応式（５）に示すように、電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を経て酸素極から供給される電子と、外気から供給される酸素ガスとの化学反応により水を生成する。この燃料極と酸素極の電極電位の差から電気エネルギーを取り出すことができる。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- …（４）
２Ｈ+＋２ｅ-＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ …（５）
高温燃焼器１６は、燃料電池装置１０２の燃料極側に供給された改質ガスのうち、上記電界化学反応せずに残った水素ガス（以下、オフガスという）の一部に酸素を混在させて燃焼し高温反応部１１を２５０℃以上、例えば約２５０〜４００℃に加熱する。低温燃焼器１７は、高温燃焼器１６と同様に、オフガスの一部に酸素を混在させて燃焼し低温反応部１２を高温燃焼器１６よりも低温に、２００℃未満、例えば約１１０〜１９０℃に加熱する。高温ヒータは起動時に高温燃焼器１６の代わりに高温反応部１１を加熱し、低温ヒータは起動時に低温燃焼器１７の代わりに低温反応部１２を加熱する。
図２は、反応装置１０を示す斜視図である。反応装置１０は断熱パッケージ２０に収納されている。断熱パッケージ２０の内側面と反応装置の外側面との間は図示しないスペーサーを介して隙間が設けられている。また、断熱パッケージ２０の内部空間には断熱効果のあるように低圧（０．０３Ｐａ以下）に維持されており、反応装置１０から断熱パッケージ２０外部への熱損失を抑えている。、断熱パッケージ２０の内部空間には、若干の気体が存在するが、いずれも高温反応部１１及び低温反応部１２での温度範囲内で不活性のアルゴン、ヘリウムなどの希ガスが好ましいが、これに限られない。
断熱パッケージ２０には、例えばステンレス（ＳＵＳ３０４）等の金属板を用いることができる。また、断熱パッケージ２０の内面には、反応装置１０からの輻射による熱損失を抑制するために、輻射防止膜が形成されている。輻射防止膜には、例えば金（Ａｕ）等を用いることができる。
反応装置１０は、図２に示すように、高温反応部１１と、低温反応部１２とが離間して設けられている。なお、高温反応部１１及び低温反応部１２の外周面には、断熱パッケージ２０の内面と同様の輻射防止膜が形成されていることが好ましい。
低温反応部１２における高温反応部１１との対向面１２Ａ側の端部の４隅、具体的には金属板５２、５６の各２箇所には、切り欠き（凹部）２１，２２，２３，２４が設けられている。４つの切り欠き２１，２２，２３，２４部分は、低温反応部１２内の流路と連通されており、４本の連結管２５，２６，２７，２８とそれぞれ接続されている。４本の連結管２５，２６，２７，２８の他方の端部は、高温反応部１１の低温反応部１２側の端部の４隅に接続されている。４本の連結管２５，２６，２７，２８の高温反応部１１と低温反応部１２との間の長さＬ1は低温反応部１２の切り欠き２１，２２，２３，２４の長手方向の長さＬ2よりも充分に長い。また、４本の連結管２５，２６，２７，２８の外径は、切り欠き２１，２２，２３，２４の幅Ｗ及び高さＨに比べて充分に小さい。つまり、低温反応部１２は、連結管２５，２６，２７，２８と連結する箇所が高温反応部１１との対向面１２Ａに対して相対的に後退している。
このような構造の反応装置１０では、高温反応部１１と低温反応部１２との間隔が（Ｌ1−Ｌ2）だけ空き、両者の間が低圧の断熱ガスが満たされた断熱空間となる。したがって、高温反応部１１から低温反応部１２への熱移動の経路が４本の連結管２５，２６，２７，２８に限られ、高温を要しない低温反応部１２への伝熱が限定されるため、高温反応部１１の熱損失、及び低温反応部１２の設定温度以上の温度上昇を防ぐことができる。長さ（Ｌ1−Ｌ2）は、３ｍｍ以下が望ましい。
また、高温反応部１１から低温反応部１２への熱移動の経路長（Ｌ1）を充分に長くとって高温反応部１１から低温反応部１２への熱移動を抑制することができるので、高温反応部１１及び低温反応部１２での温度差を容易に維持することができる。さらに、長さＬ2の切り欠き２１，２２，２３，２４を設けることで、低温反応部１２を切り欠き２１，２２，２３，２４の長さＬ2だけ高温反応部１１側に寄せることができるので、高温反応部１１から低温反応部１２への熱移動を防ぎながら、反応装置１０の長さを短くすることができ、装置を小型化することができる。
なお、切り欠き２１，２２，２３，２４及び連結管２５，２６，２７，２８を設ける位置は４隅に限らず、例えば高温反応部１１側の端面の中央部に設けてもよい。また、切り欠き２１，２２，２３，２４及び連結管２５，２６，２７，２８を低温反応部１２に設ける代わりに高温反応部１１側に設けてもよいし、両方に設けてもよい。また、切り欠き２１，２２，２３，２４の形状は図２に示すような矩形に限らず、例えば円柱状に形成してもよい。
低温反応部１２の上部には、外部から反応装置１０へ流出入する流体（燃料及び水、酸素（空気）、改質ガス、オフガス、及び排ガス）の流路となる集合配管３０が設けられている。高温反応部１１、低温反応部１２には、例えばステンレス（ＳＵＳ３０４）製のような金属板に後述する流路を形成したものを貼り合わせて形成することができる。また、連結管２５，２６，２７，２８、及び集合配管３０には、高温反応部１１及び低温反応部１２と同様の素材を用いることができ、例えばステンレス（ＳＵＳ３０４）等の金属を用いることができる。
図３は集合配管３０の水平断面図である。集合配管３０は、図３に示すように、燃料容器１０１から気化器１３に水を含む燃料を供給するための液体燃料配管３１、高温燃焼器１６及び低温燃焼器１７に燃焼用の空気を供給するための空気供給配管３２、ＣＯ除去器１５にＣＯ除去用の空気（酸素）を供給するための空気供給配管３３、燃料電池１０２から高温燃焼器１６及び低温燃焼器１７にオフガスを供給するためのオフガス供給管３４、ＣＯ除去器１５から燃料電池１０２に改質ガスを供給するための改質ガス搬送管３５、及び高温燃焼器１６及び低温燃焼器１７でそれぞれオフガスを燃焼した際に発生する排気ガスを排出するための排気管３６が一体に形成されている。集合配管３０は断熱パッケージ２０を貫通しており、外部の燃料容器１０１、燃料電池装置１０２、図示しない空気ポンプ等に接続されている。
このように、反応装置１０に流出入する流体の配管を集中させて低温反応部１２に設けることで、別々の配管を設けるのに比べ、外部に露出する面積が減って集合配管３０から断熱パッケージ２０の外部へ流出する熱量を低減することができる。また、配管を集合させることで機械的応力に対する剛性が向上し、熱応力による歪みを低減することができる。また、高温反応部１１から高温反応部１１よりも著しく低温である断熱パッケージ２０の外部へつながる配管を設けず、断熱パッケージ２０の外部への熱量の流出を低温反応部１２からに限定することで、さらに熱損失を低減することができる。
以下、反応装置１０の内部構造について説明する。
図４は図２の切断線IV−IVに沿って高温反応部１１及び低温反応部１２を水平方向に切断した際の矢視断面図であり、図５は図２の切断線V−Vに沿って高温反応部１１及び低温反応部１２を水平方向に切断した際の矢視断面図であり、図６は図２の切断線VI−VIに沿って高温反応部１１及び低温反応部１２を水平方向に切断した際の矢視断面図であり、図７は図２の切断線VII−VIIに沿って高温反応部１１を垂直方向に切断した際の矢視断面図である。
図４〜６に示すように、低温反応部１２は、気化器１３である気化流路４１が設けられた上層の金属基板５２、ＣＯ除去器１５であるＣＯ除去流路４３が設けられた中間層の金属基板５４、及び低温燃焼器１７である燃焼流路４４が設けられた下層の金属基板５６の三層を有している。また、気化流路４１が開放されていればそれを封止するための上蓋となる金属基板が設けられ、燃焼流路４４が開放されていればそれを封止するための下蓋となる金属基板が設けられている。これらの金属基板はいずれもステンレス（ＳＵＳ３０４）等の金属基板を用いることが可能となる。
図４〜６に示すように、高温反応部１１には、低温反応部１２寄りの部分に改質器１４が設けられ、その反対側に高温燃焼器１６が設けられている。改質器１４及び高温燃焼器１６は、例えばステンレス（ＳＵＳ３０４）等の金属基板からなる上層金属基板５１、中層金属基板５３、下層金属基板５５を有している。下層金属基板５５には、改質器１４の改質流路４２となる上側が開放された溝が設けられている。中層金属基板５３には、改質器１４の改質流路４２となる厚さ方向に貫通した孔が設けられている。上層金属基板５１には、改質器１４の改質流路４２となる下側が開放された溝が設けられている。上層金属基板５１、中層金属基板５３、下層金属基板５５が積層されることによって溝、孔が互いに重なり合い、上層金属基板５１、中層金属基板５３、下層金属基板５５に互いに連通した改質流路４２が形成される。上層金属基板５１では、溝の一端に改質流路４２と連結管２７とを連通するための連通溝５７が設けられ、溝の他端に改質流路４２と連結管２８とを連通するための連通溝５８が設けられている。また、図４〜７に示すように、低温反応部１２から離れた端部に高温燃焼器１６である燃焼流路４５が設けられている。燃焼流路４５には、上層金属基板５１、中層金属基板５３、下層金属基板５５にそれぞれ形成された貫通孔が互いに重なることによってなる燃焼流路４５が設けられている。下層金属基板５５には、燃焼流路４５の一端と連結管２５とを連通するための接続路５０となる溝が設けられ、燃焼流路４５の他端と連結管２６とを連通するための接続路４９となる溝が設けられている。
図４に示すように、気化流路４１は金属基板５２に葛折り状に設けられており、一端に金属基板５４及び金属基板５６を介して集合配管３０の液体燃料配管３１が接続され、他端が連結管２７に接続されている。連結管２７は一端が気化流路４１に接続され、他端が改質流路４２に接続されている。上層金属基板５１、中層金属基板５３、下層金属基板５５の改質流路４２は葛折り状に設けられており、上層金属基板５１において一端が連結管２７に接続され、他端が連結管２８に接続されている。改質流路４２には、化学反応式（１）または（２）の改質反応を触媒する改質触媒が設けられている。改質触媒は、例えば銅／酸化鉛系の触媒であって、アルミナを担体としてアルミナに銅／酸化鉛を担持させたものである。
連結管２８は一端が改質流路４２に接続され、他端が低温反応部１２のＣＯ除去流路４３への接続流路４６に接続されている。接続流路４６は、金属基板５２を貫通して中間層の金属基板５４と連通され、低温反応部１２の上層の金属基板５２に接続された連結管２８と金属基板５４に設けられたＣＯ除去流路４３とを接続する。
図５に示すように、ＣＯ除去流路４３は金属基板５４に葛折り状に設けられており、一端が接続流路４６及び空気供給配管３３に接続され、他端が改質ガス搬送管３５に接続されている。ＣＯ除去流路４３には、化学反応式（３）の酸化反応を触媒するＣＯ除去触媒が設けられている。ＣＯ除去触媒は、白金系の触媒であって、アルミナに白金または白金及びルテニウムを担持させたものである。
図６に示すように、低温反応部１２の下層の金属基板５６には、葛折り状に設けられた燃焼流路４４の他に、混合流路４７、排気流路４８が設けられている。
燃焼流路４４は一端が混合流路４７に接続され、他端が排気管３６と接続されている。燃焼流路４４には、オフガス中の水素の酸化反応を触媒する燃焼触媒が設けられている。燃焼触媒は、例えばアルミナを担体として白金を担持させたものである。
混合流路４７はオフガス供給管３４及び空気供給配管３２に接続されるとともに、連結管２６及び燃焼流路４４に接続されている。混合流路４７はオフガスと空気とを混合し、混合気体を連結管２６及び燃焼流路４４に所定の比率（例えば、連結管２６：燃焼流路＝１．３７：１）となるように供給する。
連結管２６の一端は混合流路４７に接続され、他端は連結管２６を介して高温反応部１１に設けられた接続路４９に接続されている。接続路４９は一端が連結管２６に接続され、他端が燃焼流路４５に接続されている。
燃焼流路４５は図７に示すように葛折り状に設けられており、一端が接続路４９に接続され、他端が接続路５０に接続されている。燃焼流路４５には、燃料の酸化反応を触媒する燃焼触媒が設けられている。燃焼触媒は、燃焼流路４４と同様の燃焼触媒を用いることができる。
接続路５０は一端が燃焼流路４５に接続され、他端が連結管２５に接続されている。連結管２５は一端が接続路５０に接続され、他端が排気流路４８に接続されている。
金属基板５６に設けられた排気流路４８は燃焼流路４４を囲むように下層の外周部に配設されており、一端が連結管２５に接続されるとともに、他端が燃焼流路４４とともに排気管３６と接続されている。排気流路４８を流れる排気ガスは、高温燃焼器１６から排出されたガスであるため比較的高温であり、低温燃焼器１７の加熱を補助する機能も有する。
なお、液体燃料配管３１は、下層及び中間層を貫通して上層に通じている。また、空気供給配管３３及び改質ガス搬送管３５は、下層を貫通して中間層に通じている。
以下に、反応装置１０の動作について説明する。まず、図示しない高温ヒータ及び低温ヒータに電圧を印加して高温反応部１１を高温、例えば２５０〜４００℃の設定温度に、低温反応部１２を高温反応部１１よりも低温、例えば１１０〜１９０℃の設定温度に加熱する。
高温反応部１１及び低温反応部１２が設定温度まで上昇したら、液体燃料配管３１から燃料及び水を気化流路４１に供給する。気化流路４１では燃料及び水が加熱されて気化する。気化した燃料及び水は連結管２７を経て改質流路４２に流入する。
改質流路４２では、改質反応により水素ガス、二酸化炭素ガス及び僅かな一酸化炭素の混合気体となる。改質反応により生成した混合気体は、連結管２８及び接続流路４６を経てＣＯ除去流路４３に流入する。
ＣＯ除去流路４３では、空気供給配管３３から供給される酸素が混合気体と混合され、混合気体に僅かに含まれる一酸化炭素が選択的に酸化される。一酸化炭素が除去された混合気体（改質ガス）は改質ガス搬送管３５から燃料電池装置１０２に送出される。
燃料電池装置１０２の燃料極側で電気化学反応するために導入された改質ガスのうち未反応のオフガスは、オフガス供給管３４より混合流路４７へ供給される。混合流路４７では、オフガスが空気供給配管３２から供給される空気と混合される。オフガスと空気の混合気体は連結管２６、接続路４９を経て燃焼流路４５で燃焼されるとともに、燃焼流路４４で燃焼される。このときの高温燃焼器１６及び低温燃焼器１７はオフガスの流量により制御することができ、オフガスの流量は燃焼流路４４及び燃焼流路４５の流路の幅及び深さにより設定することができる。
燃焼流路４５の排ガスは接続路５０、連結管２５及び燃焼流路４４を囲むように低温反応部１２の外周部に配設された排気流路４８を経て排気管３６から外部に放出される。このとき排気流路４８を通過する高温の排ガスを低温反応部１２の熱源として利用することができる。
燃焼流路４４の排ガスは燃焼流路４５の排ガスとともに排気管３６から外部に放出される。
燃焼流路４５における燃焼反応により充分な熱量が得られるようになったら、高温ヒータの運転を停止或いは発熱を低減し、高温反応部１１の主熱源を燃焼流路４５が主熱源となるように切り替える。
燃焼流路４４における燃焼反応、及び排気流路４８を通過する高温の排ガスにより低温反応部１２を加熱するのに充分な熱量が得られるようになったら、低温ヒータの運転を停止或いは発熱を低減し、低温反応部１２の主熱源を燃焼流路４４が主熱源となるように切り替える。以後、反応装置に燃料、水、空気を供給し続けることで、連続して発電することができる。
なお、液体燃料配管３１のみから燃料及び酸素を燃焼流路４４、燃焼流路４５に供給してもよい。
また、燃料とオフガスを併用して高温燃焼器１６及び低温燃焼器１７を発熱させてもよい。この場合、内部の流路構造により、液体燃料配管３１またはオフガス供給管３４から燃料またはオフガスが所定の比率で燃焼流路４４、燃焼流路４５に分配されるとともに、空気供給配管３２から空気が燃焼流路４４、燃焼流路４５に分配されるようにしてもよい。
以上の実施の形態においては、メタノールを燃料として用いたが、これに限らず、メタノールの代わりに、エタノール等のアルコール類やガソリンといった水素原子を含む化合物を燃料として用いることができ、あわせて燃焼触媒や改質触媒も適宜変更可能であることはもちろんである。
発電装置１００のブロック図である。 反応装置１０の斜視図である。 図２の切断線III−IIIの矢視断面図である。 図２の切断線IV−IVの矢視断面図である。 図２の切断線V−Vの矢視断面図である。 図２の切断線VI−VIの矢視断面図である。 図２の切断線VII−VIIの矢視断面図である。
符号の説明
１０ 反応装置
１１ 高温反応部
１２ 低温反応部
１３ 気化器
１４ 改質器
１５ 除去器
１６ 高温燃焼器
１７ 低温燃焼器
２０ 断熱パッケージ
２１，２２，２３，２４ 切り欠き（凹部）
２５，２６，２７，２８ 連結管
３０ 集合配管

Claims (5)

  1. 燃料を改質するために複数の反応器を有する反応装置において、
    前記複数の反応器のうち少なくとも水素及び一酸化炭素を含む混合気から一酸化炭素を除去するＣＯ除去器を有し且つ所定の温度で反応を引きおこす低温反応部と、
    前記低温反応部と離間して設けられ、燃料を改質して水素を生成する改質器を有し且つ前記低温反応部より高温で反応を引きおこす高温反応部と、
    前記低温反応部と前記高温反応部との間を連結する連結管と、
    を有し、
    前記低温反応部及び前記高温反応部のうち一方は、前記低温反応部及び前記高温反応部の他方に対向する面をそれぞれ有し、
    前記低温反応部及び前記高温反応部の少なくとも一方は、前記低温反応部及び前記高温反応部の他方に対向する面に対して後退した切り欠けを有し、
    前記連結管は、前記低温反応部及び前記高温反応部の少なくとも一方と前記切り欠けにおいて接続されるとともに、前記切り欠けとの接続部分において前記高温反応部と前記低温反応部との配列方向に対して垂直な面に平行な面内における一方向である幅方向に沿った長さが前記切り欠けよりも短くされるとともに、前記平行な面内において前記一方向と垂直な他方向である高さ方向に沿った長さが前記切り欠けよりも短くされ、且つ前記低温反応部と前記高温反応部との間の長さよりも長くされていることを特徴とする反応装置。
  2. 前記低温反応部と前記高温反応部の少なくとも一方は、複数の金属板で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の反応装置。
  3. 前記低温反応部に設けられた流入管と、
    前記流入管に接するように設けられた流出管と、
    を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の反応装置。
  4. 前記低温反応部、前記高温反応部及び前記連結管を内部に収容する断熱容器を更に有し、
    前記流入管及び前記流出管は、それぞれ前記断熱容器を貫通して設けられることを特徴とする請求項３に記載の反応装置。
  5. 前記低温反応部及び高温反応部の他方に対向する面は平面であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の反応装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100646985B1 (ko) 2005-06-24 2006-11-23 삼성에스디아이 주식회사 평판형 연료개질 시스템 및 이를 구비한 연료전지 시스템
JP2008171745A (ja) * 2007-01-15 2008-07-24 Casio Comput Co Ltd 輻射防止膜、反応装置、燃料電池装置、電子機器、熱線反射膜、及び断熱容器
JP5023716B2 (ja) * 2007-01-25 2012-09-12 カシオ計算機株式会社 蒸発型ゲッター材、ゲッターポンプ、減圧構造、反応装置、発電装置及び電子機器
CN101678242B (zh) * 2007-05-16 2013-01-02 排放技术有限公司 用于移动地生成氨的蒸发装置及其制造方法
JP2008305707A (ja) * 2007-06-08 2008-12-18 Casio Comput Co Ltd 反応装置、燃料電池装置及び電子機器
JP5309482B2 (ja) * 2007-06-18 2013-10-09 カシオ計算機株式会社 反応装置、発電装置及び電子機器
JP2009262018A (ja) * 2008-04-23 2009-11-12 Kyocera Corp 反応装置
DE102009025135A1 (de) * 2009-06-17 2010-12-23 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Vorrichtung zur Verdampfung einer Harnstoff-Wasser-Lösung
KR102103113B1 (ko) * 2019-09-24 2020-04-22 박현영 개질기 단열구조체 및 그 시공방법

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3129670B2 (ja) * 1997-02-28 2001-01-31 三菱電機株式会社 燃料改質装置
DE19727589B4 (de) * 1997-06-28 2004-07-08 Ballard Power Systems Ag Vorrichtung und Verfahren zum Starten der Vorrichtung zur Erzeugung von wasserstoffreichem Gas
US6569553B1 (en) * 2000-08-28 2003-05-27 Motorola, Inc. Fuel processor with integrated fuel cell utilizing ceramic technology
JP4284028B2 (ja) 2001-03-29 2009-06-24 大阪瓦斯株式会社 一酸化炭素除去方法及びこれを用いた燃料電池システムの運転方法
JP4128804B2 (ja) 2002-02-05 2008-07-30 荏原バラード株式会社 燃料改質器
JP4423847B2 (ja) * 2002-10-25 2010-03-03 カシオ計算機株式会社 小型化学反応装置
JP4278393B2 (ja) 2003-01-10 2009-06-10 新日本石油株式会社 水素製造装置および燃料電池システム
JP2004303695A (ja) 2003-04-01 2004-10-28 Toshiba Corp 高温体収納装置
KR100542201B1 (ko) * 2004-03-03 2006-01-10 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템의 개질기 및 이를 채용한 연료 전지시스템

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