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。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, although various technically preferable limitations for implementing the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.
図１は、斜め上から示したマイクロリアクタモジュール１の斜視図であり、図２は、斜め下から示したマイクロリアクタモジュール１の斜視図であり、図３は、マイクロリアクタモジュール１の側面図である。
FIG. 1 is a perspective view of the microreactor module 1 shown obliquely from above, FIG. 2 is a perspective view of the microreactor module 1 shown obliquely from below, and FIG. 3 is a side view of the microreactor module 1.
このマイクロリアクタモジュール１は、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、プロジェクタ等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反応装置である。マイクロリアクタモジュール１は、反応物の供給や生成物の排出が行われる給排部２と、後述する低温反応部６での適正反応温度範囲に対して相対的に高温な改質反応が起こる高温反応部４と、高温反応部４での適正反応温度範囲に対して相対的に低温な選択酸化反応が起きる低温反応部６と、高温反応部４と低温反応部６との間で反応物や生成物の流入又は流出を行うための連結管８とを具備する。高温反応部４と低温反応部６の対向基板面に平行で且つマイクロリアクタモジュール１全体の短手方向を幅方向Ｘとし、マイクロリアクタモジュール１全体の長手方向を長さ方向Ｙとし、高温反応部４と低温反応部６の対向基板面に平行で且つマイクロリアクタモジュール１全体の厚さ方向を高さ方向Ｚとする。連結管８は、高温反応部４と低温反応部６とが互いに対向する対向面同士の間に配置され、高温反応部４と一箇所で連結され、低温反応部６と一箇所で連結されている。より具体的には、幅方向Ｘにおいて、連結管８は、高温反応部４の中央部と連結するとともに、低温反応部６の中央部と連結している。また、高さ方向Ｚにおいて、連結管８は、高温反応部４の下端部と連結するとともに、低温反応部６の下端部と連結している。連結管８における幅方向Ｘの幅は、高温反応部４の対向面における幅方向Ｘの幅より短く、低温反応部６の対向面における幅方向Ｘの幅より短い。連結管８における高さ方向Ｚの高さは、高温反応部４の対向面における高さ方向Ｚの高さより短く、低温反応部６の対向面における高さ方向Ｚの高さより短い。幅方向Ｘにおける高温反応部４側の連結管８の熱膨張を均等に分散させるために、連結管８は、幅方向Ｘにおいて、高温反応部４の中央に位置することが好ましく、幅方向Ｘにおける低温反応部６側の連結管８の熱膨張を均等に分散させるために、連結管８は、幅方向Ｘにおいて、低温反応部６の中央に位置することが好ましい。また、連結管８は後述する高温反応部４の下面に設けられている電熱線１７２が連結管８の下面を引き回して形成するため、高温反応部４の下面及び連結管８の下面を段差がないようにした方が好ましいために、高温反応部４の下端部と低温反応部６の下端部との位置に配置されている。
The microreactor module 1 is a reaction device that generates hydrogen gas used in a fuel cell, which is built in an electronic device such as a notebook personal computer, a PDA, an electronic notebook, a digital camera, a mobile phone, a wristwatch, a register, or a projector. The microreactor module 1 is a high-temperature reaction in which a relatively high temperature reforming reaction occurs in an appropriate reaction temperature range in a supply / discharge unit 2 in which reactants are supplied and products are discharged and a low-temperature reaction unit 6 described later. Reaction product and production between the high temperature reaction part 4 and the low temperature reaction part 6 in which the selective oxidation reaction relatively low with respect to the appropriate reaction temperature range in the high temperature reaction part 4 and the high temperature reaction part 4 occurs. And a connecting pipe 8 for inflow or outflow of goods. The high temperature reaction part 4 and the low temperature reaction part 6 are parallel to the opposing substrate surfaces, and the short direction of the entire microreactor module 1 is the width direction X, and the long direction of the entire microreactor module 1 is the length direction Y. The thickness direction of the microreactor module 1 is parallel to the counter substrate surface of the low temperature reaction section 6 and is defined as the height direction Z. The connecting pipe 8 is disposed between the opposing surfaces of the high-temperature reaction unit 4 and the low-temperature reaction unit 6, and is connected to the high-temperature reaction unit 4 at one location, and is connected to the low-temperature reaction unit 6 at one location. Yes. More specifically, in the width direction X, the connecting pipe 8 is connected to the central part of the high temperature reaction part 4 and is connected to the central part of the low temperature reaction part 6. Further, in the height direction Z, the connecting pipe 8 is connected to the lower end of the high temperature reaction unit 4 and is connected to the lower end of the low temperature reaction unit 6. The width in the width direction X of the connecting pipe 8 is shorter than the width in the width direction X on the facing surface of the high temperature reaction portion 4 and shorter than the width in the width direction X on the facing surface of the low temperature reaction portion 6. The height in the height direction Z of the connecting pipe 8 is shorter than the height in the height direction Z on the facing surface of the high temperature reaction portion 4 and shorter than the height in the height direction Z on the facing surface of the low temperature reaction portion 6. In order to evenly disperse the thermal expansion of the connecting pipe 8 on the high temperature reaction section 4 side in the width direction X, the connecting pipe 8 is preferably located in the center of the high temperature reaction section 4 in the width direction X. In order to evenly disperse the thermal expansion of the connecting pipe 8 on the low temperature reaction section 6 side, the connecting pipe 8 is preferably located at the center of the low temperature reaction section 6 in the width direction X. In addition, since the connecting pipe 8 is formed by a heating wire 172 provided on the lower surface of the high temperature reaction section 4 described later, drawing the lower surface of the connecting pipe 8, there is a step between the lower surface of the high temperature reaction section 4 and the lower surface of the connecting pipe 8. Since it is preferable not to have it, it arrange | positions in the position of the lower end part of the high temperature reaction part 4, and the lower end part of the low temperature reaction part 6. FIG.
図４は、マイクロリアクタモジュール１を機能ごとに分けた場合の概略側面図である。図４に示すように、給排部２には主に気化器５０２及び第一燃焼器５０４が設けられている。第一燃焼器５０４には、少なくとも一部が気化されている燃料（例えば、水素ガス、メタノールガス等）と、この燃料を燃焼するための酸素を含む空気等の酸素源となる気体と、がそれぞれ別々に或いは混合気として供給され、これらの気体が第一燃焼器５０４内の触媒によって燃焼して熱を発する。気化器５０２には水と液体燃料（例えば、メタノール、エタノール等のアルコール類、ジメチルエーテル等のエーテル類、ガソリン等の化石燃料）がそれぞれ別々に或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５０４における燃焼熱が気化器５０２内に伝搬することによって水と液体燃料が気化器５０２内において気化する。
FIG. 4 is a schematic side view when the microreactor module 1 is divided for each function. As shown in FIG. 4, the supply / discharge unit 2 is mainly provided with a carburetor 502 and a first combustor 504. The first combustor 504 includes a fuel that is at least partially vaporized (for example, hydrogen gas, methanol gas, and the like) and a gas that serves as an oxygen source such as air containing oxygen for burning the fuel. These gases are supplied separately or as an air-fuel mixture, and these gases are burned by the catalyst in the first combustor 504 to generate heat. The vaporizer 502 is supplied with water and liquid fuel (for example, alcohols such as methanol and ethanol, ethers such as dimethyl ether, and fossil fuels such as gasoline) from the fuel container separately or mixed. The heat of combustion in the combustor 504 propagates into the vaporizer 502, whereby water and liquid fuel are vaporized in the vaporizer 502.
高温反応部４には主に第一改質器５０６、第二燃焼器５０８及び第二改質器５１０が設けられている。第一改質器５０６及び第二改質器５１０は、ともに燃料を改質して水素を生成する改質器であり、互いに連通する構造になっている。第一改質器５０６が下側となり、第二改質器５１０が上側となり、第二燃焼器５０８が第一改質器５０６と第二改質器５１０の間に挟まれている。
The high temperature reaction section 4 is mainly provided with a first reformer 506, a second combustor 508, and a second reformer 510. The first reformer 506 and the second reformer 510 are both reformers that generate hydrogen by reforming the fuel, and are configured to communicate with each other. The first reformer 506 is on the lower side, the second reformer 510 is on the upper side, and the second combustor 508 is sandwiched between the first reformer 506 and the second reformer 510.
第二燃焼器５０８には、少なくとも一部が気化されている燃料（例えば、水素ガス、メタノールガス等）と、酸素を含む空気等の酸素源となる気体と、がそれぞれ別々に或いは混合気として供給され、これらの気体が第二燃焼器５０８内の触媒によって燃焼して熱を発する。なお、水素ガスが供給されて電気化学反応を発生した後に燃料電池から排出されたオフガス中に未反応の水素ガスが含まれている場合があり、第一燃焼器５０４及び第二燃焼器５０８の少なくともいずれか一方は、この未反応の水素ガスを、酸素を含んだ空気等の気体で燃焼して熱を発するようにしても良い。勿論、第一燃焼器５０４及び第二燃焼器５０８の少なくともいずれか一方は、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、ブタン、ジメチルエーテル、ガソリン）を、別の気化器によって気化し、その気化した燃料を、酸素を含んだ空気等の気体で燃焼するようにしても良い。
In the second combustor 508, a fuel (for example, hydrogen gas, methanol gas, etc.) at least a part of which is vaporized and a gas serving as an oxygen source such as air containing oxygen are separately or as an air-fuel mixture. Then, these gases are burned by the catalyst in the second combustor 508 to generate heat. Note that in some cases, unreacted hydrogen gas is included in the off-gas discharged from the fuel cell after the hydrogen gas is supplied to generate an electrochemical reaction, and the first combustor 504 and the second combustor 508 At least one of them may emit heat by burning this unreacted hydrogen gas with a gas such as oxygen-containing air. Of course, at least one of the first combustor 504 and the second combustor 508 vaporizes the liquid fuel (for example, methanol, ethanol, butane, dimethyl ether, gasoline) stored in the fuel container by another vaporizer. The vaporized fuel may be combusted with a gas such as air containing oxygen.
第二燃焼器５０８が、燃料電池から排出されたオフガスを燃焼する場合、まず起動時に、第一改質器５０６及び第二改質器５１０が後述する電熱線１７２によって加熱されて水素を生成し、この水素が供給される燃料電池から水素を含むオフガスが定常的に排出されてきたら、第二燃焼器５０８はオフガス中の水素を燃焼して第一改質器５０６及び第二改質器５１０を加熱する。電熱線１７２は、第二燃焼器５０８が主熱源になると、補助的な熱源に切り替わるよう印加電圧を低くする。加熱された第一改質器５０６及び第二改質器５１０では水と燃料から水素ガス等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り、第二燃焼器５０８の燃焼熱が用いられる。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 …（１）
２ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→５Ｈ2＋ＣＯ＋ＣＯ2 …（２）
When the second combustor 508 burns off-gas discharged from the fuel cell, first, at the start, the first reformer 506 and the second reformer 510 are heated by a heating wire 172 described later to generate hydrogen. When the off-gas containing hydrogen is steadily discharged from the fuel cell to which this hydrogen is supplied, the second combustor 508 burns the hydrogen in the off-gas, and the first reformer 506 and the second reformer 510. Heat. When the second combustor 508 becomes the main heat source, the heating wire 172 lowers the applied voltage so as to switch to the auxiliary heat source. In the heated first reformer 506 and second reformer 510, hydrogen gas and the like are generated from water and fuel by a catalytic reaction, and a carbon monoxide gas is further generated in a small amount. When the fuel is methanol, chemical reactions such as the following formulas (1) and (2) occur. Note that the reaction in which hydrogen is generated is an endothermic reaction, and the combustion heat of the second combustor 508 is used.
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (1)
2CH 3 OH + H 2 O → 5H 2 + CO + CO 2 (2)
低温反応部６には主に一酸化炭素除去器５１２が設けられている。一酸化炭素除去器５１２は、第一燃焼器５０４によって加熱された状態で、第一改質器５０６及び第二改質器５１０から水素ガス、一酸化炭素ガス等を含む混合気が供給され、更に空気が供給される。一酸化炭素除去器５１２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（水素リッチガス）が燃料電池の燃料極に供給される。
The low temperature reaction unit 6 is mainly provided with a carbon monoxide remover 512. The carbon monoxide remover 512 is supplied with an air-fuel mixture containing hydrogen gas, carbon monoxide gas, and the like from the first reformer 506 and the second reformer 510 while being heated by the first combustor 504. Furthermore, air is supplied. The carbon monoxide remover 512 selectively oxidizes carbon monoxide from the air-fuel mixture, thereby removing the carbon monoxide. An air-fuel mixture (hydrogen-rich gas) from which carbon monoxide has been removed is supplied to the fuel electrode of the fuel cell.
以下、給排部２、高温反応部４、低温反応部６及び連結管８の具体的な構成について図３、図５〜図１３を用いて説明する。ここで、図５はマイクロリアクタモジュール１の分解斜視図であり、図６（ａ）、図６（ｂ）はそれぞれ外部流通管１０のある状態、ない状態で図３の切断線VI−VIから後述する燃焼器プレート１２の平面方向に沿って切断した矢視断面図であり、図７は図３の切断線VII−VIIから後述するベースプレート２８及びベースプレート１０２の平面方向に沿って切断した矢視断面図であり、図８は図３の切断線VIII−VIIIから後述する下部枠３０及び下部枠１０４の平面方向に沿って切断した矢視断面図であり、図９は図３の切断線IX−IXから後述する中部枠３２及び中部枠１０６の平面方向に沿って切断した矢視断面図であり、図１０は図３の切断線X−Xから後述する上部枠３４及び上部枠１１０の平面方向に沿って切断した矢視断面図であり、図１１は図３の切断線XI−XIから後述する燃焼器プレート１０８の平面方向に沿って切断した矢視断面図であり、図１２は図３の切断線XII−XIIから連結管８の連通方向と直交する面方向に沿って切断した矢視断面図である。図１３は、図７の切断線XIII−XIIIから低温反応部６の厚さ方向に沿って切断した矢視断面図である。
Hereinafter, specific configurations of the supply / discharge unit 2, the high temperature reaction unit 4, the low temperature reaction unit 6, and the connecting pipe 8 will be described with reference to FIGS. 3 and 5 to 13. Here, FIG. 5 is an exploded perspective view of the microreactor module 1, and FIGS. 6 (a) and 6 (b) will be described later from the section line VI-VI in FIG. 3 with and without the external flow pipe 10, respectively. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the plane direction of the combustor plate 12, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the plane direction of the base plate 28 and the base plate 102 described later from the cutting line VII-VII in FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the plane of the lower frame 30 and the lower frame 104, which will be described later, from the cutting line VIII-VIII in FIG. 3, and FIG. 9 is a cutting line IX- in FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the plane direction of the middle frame 32 and the middle frame 106, which will be described later, from IX, and FIG. 10 is a plane direction of the upper frame 34 and the upper frame 110, which will be described later, from a cutting line XX in FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the plane direction of the combustor plate 108 to be described later from the cutting line XI-XI in FIG. 3, and FIG. 12 is orthogonal to the communication direction of the connecting pipe 8 from the cutting line XII-XII in FIG. It is arrow sectional drawing cut | disconnected along the surface direction to do. FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line XIII-XIII in FIG. 7 along the thickness direction of the low-temperature reaction part 6.
図３、図５、図６、図１３に示すように、給排部２は、熱膨張に対する柔軟性を備え、熱伝導性及び耐腐食性に優れたステンレス鋼（SUS304）等の金属材料からなる外部流通管１０と、外部流通管１０の周りにおいて積層された三枚の燃焼器プレート１２とを具備する。燃焼器プレート１２は硬蝋付けによって外部流通管１０と接合されており、蝋剤としては、外部流通管１０や燃焼器プレート１２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。
As shown in FIGS. 3, 5, 6, and 13, the supply / exhaust portion 2 is made of a metal material such as stainless steel (SUS304) that has flexibility against thermal expansion and is excellent in thermal conductivity and corrosion resistance. And the three combustor plates 12 stacked around the outer circulation pipe 10. The combustor plate 12 is joined to the external flow pipe 10 by hard soldering, and the wax has a melting point higher than the highest temperature of the fluid flowing through the external flow pipe 10 or the combustor plate 12, A gold wax having a melting point of 700 ° C. or more containing gold, silver, copper, zinc and cadmium, a wax based on gold, silver, zinc and nickel, or a wax based on gold, palladium and silver. Particularly preferred.
外部流通管１０は、マイクロリアクタモジュール１内の各流体をそれぞれマイクロリアクタモジュール１の外部に流通する複数の流路を有する管であり、外部流通管１０には、気化用導入路１４、空気用導入路１６、燃焼混合気導入路１８、排ガス排出路２０、燃焼混合気導入路２２及び水素排出路２４が互いに平行となるよう設けられている。気化用導入路１４、空気用導入路１６、燃焼混合気導入路１８、排ガス排出路２０、燃焼混合気導入路２２及び水素排出路２４は、外部流通管１０の隔壁２９によって仕切られている。なお、気化用導入路１４、空気用導入路１６、燃焼混合気導入路１８、排ガス排出路２０、燃焼混合気導入路２２及び水素排出路２４が１つの外部流通管１０に設けられているが、外部流通管１０は、これらの流路１４，１６，１８，２０，２２，２４が別々の管材に設けられ、これら管材が束ねられたものであっても良い。外部流通管１０の水素排出路２４は後述する発電モジュール６０８の燃料極に連結されており、外部流通管１０の気化用導入路１４は後述する流量制御ユニット６０６を介して燃料容器６０４に連結されている。
The external circulation pipe 10 is a pipe having a plurality of flow paths through which each fluid in the microreactor module 1 is circulated to the outside of the microreactor module 1. The external circulation pipe 10 includes a vaporization introduction path 14 and an air introduction path. 16, the combustion mixture introduction path 18, the exhaust gas discharge path 20, the combustion mixture introduction path 22, and the hydrogen discharge path 24 are provided in parallel to each other. The vaporization introduction path 14, the air introduction path 16, the combustion mixture introduction path 18, the exhaust gas discharge path 20, the combustion mixture introduction path 22, and the hydrogen discharge path 24 are partitioned by a partition wall 29 of the external circulation pipe 10. The vaporization introduction path 14, the air introduction path 16, the combustion mixture introduction path 18, the exhaust gas discharge path 20, the combustion mixture introduction path 22 and the hydrogen discharge path 24 are provided in one external flow pipe 10. The external flow pipe 10 may be one in which these flow paths 14, 16, 18, 20, 22, 24 are provided in separate pipes and these pipes are bundled. The hydrogen discharge path 24 of the external flow pipe 10 is connected to a fuel electrode of a power generation module 608 described later, and the vaporization introduction path 14 of the external flow pipe 10 is connected to a fuel container 604 via a flow rate control unit 606 described later. ing.
気化用導入路１４には、フェルト材、セラミック多孔質材、繊維材、カーボン多孔質材等の吸液材３３が充填されている。吸液材３３は液体を吸収するものであり、吸液材３３としては無機繊維又は有機繊維を結合材で固めたものであったり、無機粉末を焼結したものであったり、無機粉末を結合材で固めたものであったり、グラファイトとグラッシーカーボンの混合体であったりする。
The vaporization introduction path 14 is filled with a liquid absorbing material 33 such as a felt material, a ceramic porous material, a fiber material, and a carbon porous material. The liquid absorbing material 33 absorbs liquid, and the liquid absorbing material 33 is obtained by solidifying inorganic fibers or organic fibers with a binder, sintered inorganic powder, or binding inorganic powder. It may be hardened with a material or a mixture of graphite and glassy carbon.
燃焼器プレート１２も耐腐食性に優れたステンレス鋼（SUS304）等の金属材料からなる。燃焼器プレート１２の中央部に貫通孔２７が形成され、その貫通孔２７に外部流通管１０が嵌め込まれ、外部流通管１０と燃焼器プレート１２が接合されている。また、燃焼器プレート１２の一方の面には隔壁３１が突出するように設けられている。隔壁３１は一部が燃焼器プレート１２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、三枚の燃焼器プレート１２が外部流通管１０の周囲で蝋付け接合により積層され、更に一番上の燃焼器プレート１２が低温反応部６の下面に接合されることによって、これら接合面に燃焼用流路２６が形成される。燃焼用流路２６の一端部が燃焼混合気導入路２２に通じ、燃焼用流路２６の他端部が排ガス排出路２０に通じている。燃焼用流路２６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、白金等が挙げられる。
なお、外部流通管１０内の吸液材３３は燃焼器プレート１２の位置まで充填されている。
The combustor plate 12 is also made of a metal material such as stainless steel (SUS304) having excellent corrosion resistance. A through hole 27 is formed at the center of the combustor plate 12, and the external circulation pipe 10 is fitted into the through hole 27, and the external circulation pipe 10 and the combustor plate 12 are joined. Further, a partition wall 31 is provided on one surface of the combustor plate 12 so as to protrude. A part of the partition wall 31 is provided over the entire outer edge of the combustor plate 12, and another part of the partition wall 31 is provided in the radial direction, and the three combustor plates 12 are brazed around the outer circulation pipe 10. When the uppermost combustor plate 12 is joined to the lower surface of the low-temperature reaction section 6, the combustion channel 26 is formed on the joined surfaces. One end of the combustion flow path 26 communicates with the combustion mixture introduction path 22, and the other end of the combustion flow path 26 communicates with the exhaust gas discharge path 20. A combustion catalyst for burning the combustion air-fuel mixture is carried on the wall surface of the combustion channel 26. An example of the combustion catalyst is platinum.
The liquid absorbing material 33 in the external circulation pipe 10 is filled up to the position of the combustor plate 12.
図３、図５に示すように、低温反応部６は、ベースプレート２８、下部枠３０、中部枠３２、上部枠３４及び蓋プレート３６を下からこれらの順に積層したものであり、直方体状に呈している。ベースプレート２８、下部枠３０、中部枠３２、上部枠３４及び蓋プレート３６は耐腐食性に優れたステンレス鋼（SUS304）等の金属材料からなる。
As shown in FIGS. 3 and 5, the low temperature reaction unit 6 is formed by laminating a base plate 28, a lower frame 30, a middle frame 32, an upper frame 34, and a lid plate 36 in this order from the bottom, and has a rectangular parallelepiped shape. ing. The base plate 28, the lower frame 30, the middle frame 32, the upper frame 34, and the lid plate 36 are made of a metal material such as stainless steel (SUS304) having excellent corrosion resistance.
ベースプレート２８の幅方向中央部において、外部流通管１０及び最上の燃焼器プレート１２がベースプレート２８の下面に接合されている。図７に示すように、ベースプレート２８の上面に隔壁４１が突出するように設けられることで、混合ガス流路３８、混合流路４０、一酸化炭素除去用流路４２、葛折り状の一酸化炭素除去用流路４４、コ字状の一酸化炭素除去用流路４６、燃焼混合気流路４８及び排ガス流路５０に区分けされている。混合ガス流路３８の端部において貫通孔５２が形成され、混合ガス流路３８が貫通孔５２を介して外部流通管１０の気化用導入路１４に通じている。一酸化炭素除去用流路４６は貫通孔５２を囲繞し、一酸化炭素除去用流路４６の端部において貫通孔５４が形成され、一酸化炭素除去用流路４６が貫通孔５４を介して水素排出路２４に通じている。燃焼混合気流路４８の端部において貫通孔５８が形成され、燃焼混合気流路４８が貫通孔５８を介して燃焼混合気導入路１８に通じている。排ガス流路５０の端部において貫通孔５６が形成され、排ガス流路５０が貫通孔５６を介して排ガス排出路２０に通じている。混合流路４０の端部において貫通孔６０が形成され、混合流路４０が貫通孔６０を介して空気用導入路１６に通じている。ベースプレート２８の下面には、貫通孔５２、貫通孔５４、貫通孔５６、貫通孔５８、貫通孔６０を除いて底板５３が設けられている。
The outer circulation pipe 10 and the uppermost combustor plate 12 are joined to the lower surface of the base plate 28 at the center in the width direction of the base plate 28. As shown in FIG. 7, by providing a partition wall 41 projecting from the upper surface of the base plate 28, a mixed gas channel 38, a mixed channel 40, a carbon monoxide removal channel 42, a twisted monoxide It is divided into a carbon removal channel 44, a U-shaped carbon monoxide removal channel 46, a combustion mixture channel 48 and an exhaust gas channel 50. A through hole 52 is formed at the end of the mixed gas flow path 38, and the mixed gas flow path 38 communicates with the vaporization introduction path 14 of the external flow pipe 10 through the through hole 52. The carbon monoxide removal channel 46 surrounds the through hole 52, a through hole 54 is formed at the end of the carbon monoxide removal channel 46, and the carbon monoxide removal channel 46 passes through the through hole 54. It leads to a hydrogen discharge path 24. A through hole 58 is formed at the end of the combustion mixture flow path 48, and the combustion mixture flow path 48 communicates with the combustion mixture introduction path 18 through the through hole 58. A through hole 56 is formed at the end of the exhaust gas channel 50, and the exhaust gas channel 50 communicates with the exhaust gas discharge channel 20 through the through hole 56. A through hole 60 is formed at the end of the mixing channel 40, and the mixing channel 40 communicates with the air introduction path 16 through the through hole 60. A bottom plate 53 is provided on the lower surface of the base plate 28 except for the through hole 52, the through hole 54, the through hole 56, the through hole 58, and the through hole 60.
図８に示すように、下部枠３０の内側に隔壁４３が設けられることで、下部枠３０の内側が葛折り状の一酸化炭素除去用流路６２、渦巻き状の一酸化炭素除去用流路６４、吹抜け孔６６、燃焼混合気流路６８及び排ガス流路７０に区分けされている。一酸化炭素除去用流路６４、燃焼混合気流路６８及び排ガス流路７０においては底板７２が設けられ、ベースプレート２８に下部枠３０が蝋付け等で接合されるとその底板７２によって混合ガス流路３８、混合流路４０、一酸化炭素除去用流路４６、燃焼混合気流路４８及び排ガス流路５０の上が蓋される。また、一酸化炭素除去用流路６４の一方の端部６４ａが一酸化炭素除去用流路６２に通じ、一酸化炭素除去用流路６４の中途部においてはベースプレート２８の一酸化炭素除去用流路４２に通じる吹抜け孔７４が形成され、一酸化炭素除去用流路６４の他方の端部６４ｂにおいてはベースプレート２８の排ガス流路５０に通じる吹抜け孔７６が形成されている。一酸化炭素除去用流路６２がベースプレート２８の一酸化炭素除去用流路４４と平面視して一致するように、隔壁４３は隔壁４１と重なり、一酸化炭素除去用流路６２と一酸化炭素除去用流路４４が吹き抜けた状態とされている。吹抜け孔６６はベースプレート２８の混合流路４０の上に位置している。燃焼混合気流路６８には吹抜け孔６９が形成され、燃焼混合気流路６８が吹抜け孔６９を介してベースプレート２８の燃焼混合気流路４８に通じている。排ガス流路７０には吹抜け孔７１が形成され、排ガス流路７０が吹抜け孔７１を介してベースプレート２８の排ガス流路５０に通じている。
なお、平面視して、外部流通管１０は一酸化炭素除去用流路６４の一部に重なり、一酸化炭素除去用流路６４が外部流通管１０の周りを渦巻いた構造となっている。
As shown in FIG. 8, the partition 43 is provided inside the lower frame 30, so that the inner side of the lower frame 30 has a twisted carbon monoxide removal channel 62 and a spiral carbon monoxide removal channel. 64, a blow-through hole 66, a combustion mixture passage 68, and an exhaust gas passage 70. A bottom plate 72 is provided in the carbon monoxide removal channel 64, the combustion mixture channel 68 and the exhaust gas channel 70. When the lower frame 30 is joined to the base plate 28 by brazing or the like, the bottom plate 72 causes the mixed gas channel to flow. 38, the mixture channel 40, the carbon monoxide removal channel 46, the combustion mixture channel 48 and the exhaust gas channel 50 are covered. One end portion 64a of the carbon monoxide removal flow path 64 communicates with the carbon monoxide removal flow path 62, and the carbon monoxide removal flow in the base plate 28 is provided in the middle of the carbon monoxide removal flow path 64. A blow-through hole 74 communicating with the passage 42 is formed, and a blow-through hole 76 communicating with the exhaust gas flow path 50 of the base plate 28 is formed at the other end portion 64 b of the carbon monoxide removal flow path 64. The partition wall 43 overlaps with the partition wall 41 so that the carbon monoxide removal channel 62 and the carbon monoxide removal channel 44 in plan view coincide with each other, and the carbon monoxide removal channel 62 and the carbon monoxide. The removal channel 44 is blown through. The blow-through hole 66 is located on the mixing channel 40 of the base plate 28. A blow-through hole 69 is formed in the combustion mixture flow path 68, and the combustion mixture flow path 68 communicates with the combustion mixture flow path 48 of the base plate 28 via the blow-through hole 69. An exhaust hole 71 is formed in the exhaust gas flow path 70, and the exhaust gas flow path 70 communicates with the exhaust gas flow path 50 of the base plate 28 via the blow through hole 71.
When viewed from above, the external circulation pipe 10 has a structure in which the carbon monoxide removal flow path 64 overlaps with a part of the carbon monoxide removal flow path 64 and the carbon monoxide removal flow path 64 spirals around the external flow pipe 10.
図９に示すように、中部枠３２の内側に隔壁４５が設けられることで、中部枠３２の内側が葛折り状の一酸化炭素除去用流路７８、渦巻き状の一酸化炭素除去用流路８０及び吹抜け孔８２に区分けされている。一酸化炭素除去用流路８０の一部においては底板８３が設けられ、下部枠３０に中部枠３２が蝋付け等で接合されるとその底板８３によって下部枠３０の燃焼混合気流路６８及び排ガス流路７０の上方が蓋される。一酸化炭素除去用流路７８が下部枠３０の一酸化炭素除去用流路６２と平面視して一致するように、隔壁４５は隔壁４３と重なり、一酸化炭素除去用流路７８と一酸化炭素除去用流路６２が吹き抜けた状態とされている。一酸化炭素除去用流路８０が下部枠３０の一酸化炭素除去用流路６４と平面視して一致するように、隔壁４５は隔壁４３と重なり、一酸化炭素除去用流路８０と一酸化炭素除去用流路６４が吹き抜けた状態とされている。吹抜け孔８２が下部枠３０の吹抜け孔６６に重なり、吹抜け孔８２と吹抜け孔６６が連通した状態とされている。
As shown in FIG. 9, the partition 45 is provided inside the middle frame 32, so that the inside of the middle frame 32 has a twisted carbon monoxide removal channel 78 and a spiral carbon monoxide removal channel. 80 and a blow-through hole 82. A part of the carbon monoxide removal channel 80 is provided with a bottom plate 83. When the middle frame 32 is joined to the lower frame 30 by brazing or the like, the bottom plate 83 causes the combustion mixture channel 68 and exhaust gas of the lower frame 30 to be joined. The upper part of the flow path 70 is covered. The partition wall 45 overlaps the partition wall 43 so that the carbon monoxide removal channel 78 and the carbon monoxide removal channel 62 of the lower frame 30 coincide with each other in plan view, and the carbon monoxide removal channel 78 and the monoxide are oxidized. The carbon removal channel 62 is blown through. The partition wall 45 overlaps the partition wall 43 so that the carbon monoxide removal channel 80 and the carbon monoxide removal channel 64 of the lower frame 30 coincide with each other in plan view, and the carbon monoxide removal channel 80 and the monoxide are oxidized. The carbon removal channel 64 is blown through. The blow-through hole 82 is overlapped with the blow-through hole 66 of the lower frame 30 so that the blow-through hole 82 and the blow-through hole 66 are in communication with each other.
図１０に示すように、上部枠３４の内側に隔壁４７が設けられることで、上部枠３４の内側に葛折り状の一酸化炭素除去用流路８４が形成されている。また、上部枠３４の内側全体に底板８６が設けられ、中部枠３２に上部枠３４が蝋付け等で接合されるとその底板８６によって中部枠３２の一酸化炭素除去用流路７８及び一酸化炭素除去用流路８０の上方が蓋される。また、一酸化炭素除去用流路８４の一端部においては吹抜け孔８８が形成され、一酸化炭素除去用流路８４の他端部においては吹抜け孔９０が形成されている。吹抜け孔８８は中部枠３２の吹抜け孔８２に重なり、一酸化炭素除去用流路８４が吹抜け孔８８、吹抜け孔８２及び吹抜け孔６６を介して混合流路４０に通じている。吹抜け孔９０が中部枠３２の一酸化炭素除去用流路７８の端部の上に位置し、一酸化炭素除去用流路８４が吹抜け孔９０を通じて一酸化炭素除去用流路７８に通じている。
As shown in FIG. 10, the partition wall 47 is provided on the inner side of the upper frame 34, so that a distorted carbon monoxide removal channel 84 is formed on the inner side of the upper frame 34. Further, a bottom plate 86 is provided on the entire inner side of the upper frame 34. When the upper frame 34 is joined to the middle frame 32 by brazing or the like, the carbon monoxide removal flow path 78 and the monoxide are removed by the bottom plate 86. The upper part of the carbon removal channel 80 is covered. A blow-through hole 88 is formed at one end of the carbon monoxide removal channel 84, and a blow-through hole 90 is formed at the other end of the carbon monoxide removal channel 84. The blow-through hole 88 overlaps the blow-through hole 82 of the middle frame 32, and the carbon monoxide removal flow path 84 communicates with the mixing flow path 40 through the blow-through hole 88, the blow-through hole 82, and the blow-through hole 66. The blow-through hole 90 is positioned on the end of the carbon monoxide removal flow path 78 of the middle frame 32, and the carbon monoxide removal flow path 84 communicates with the carbon monoxide removal flow path 78 through the blow-through hole 90. .
図５に示すように、上部枠３４の上に蓋プレート３６が接合されることで、一酸化炭素除去用流路８４の上方が蓋プレート３６によって蓋されている。ここで、一酸化炭素除去用流路４２，４４，４６，４６，６２，６４，７８，８０，８４の壁面全体には、一酸化炭素を選択的に酸化させる一酸化炭素選択酸化用触媒が担持されている。ここで壁面となる、ベースプレート２８、下部枠３０、中部枠３２、上部枠３４の所定箇所には、互いに接合される前に予め一酸化炭素選択酸化用触媒が担持されている。一酸化炭素選択酸化用触媒としては白金等が挙げられる。
As shown in FIG. 5, the lid plate 36 is joined onto the upper frame 34, so that the upper side of the carbon monoxide removal channel 84 is covered with the lid plate 36. Here, a carbon monoxide selective oxidation catalyst that selectively oxidizes carbon monoxide is formed on the entire wall surfaces of the carbon monoxide removal flow paths 42, 44, 46, 46, 62, 64, 78, 80, and 84. It is supported. Here, a catalyst for selective oxidation of carbon monoxide is supported in advance at predetermined portions of the base plate 28, the lower frame 30, the middle frame 32, and the upper frame 34, which are the wall surfaces, before being joined to each other. Examples of the catalyst for selective oxidation of carbon monoxide include platinum.
図３、図５に示すように、高温反応部４は、ベースプレート１０２、下部枠１０４、中部枠１０６、燃焼器プレート１０８、上部枠１１０及び蓋プレート１１２を下からこれらの順に積層したものであり、直方体状に呈している。ベースプレート１０２、下部枠１０４、中部枠１０６、燃焼器プレート１０８、上部枠１１０及び蓋プレート１１２は耐腐食性に優れたステンレス鋼（SUS304）等の金属材料からなる。
As shown in FIGS. 3 and 5, the high temperature reaction unit 4 is formed by laminating a base plate 102, a lower frame 104, a middle frame 106, a combustor plate 108, an upper frame 110 and a lid plate 112 in this order from the bottom. It has a rectangular parallelepiped shape. The base plate 102, the lower frame 104, the middle frame 106, the combustor plate 108, the upper frame 110, and the lid plate 112 are made of a metal material such as stainless steel (SUS304) having excellent corrosion resistance.
図７に示すように、ベースプレート１０２には、底板１１３が設けられており、底板１１３の上面に隔壁１０３が突出するように設けられることで、供給流路１１４、葛折り状の改質用流路１１６及び排出流路１１５に区分けされている。供給流路１１４は改質用流路１１６に連なっているが、排出流路１１５は供給流路１１４及び改質用流路１１６から独立している。
As shown in FIG. 7, the base plate 102 is provided with a bottom plate 113, and the partition wall 103 is provided on the upper surface of the bottom plate 113 so that the supply channel 114, the distorted reforming flow is provided. It is divided into a channel 116 and a discharge channel 115. The supply flow path 114 is continuous with the reforming flow path 116, but the discharge flow path 115 is independent of the supply flow path 114 and the reforming flow path 116.
図８に示すように、下部枠１０４の内側に隔壁１０５が設けられることで、下部枠１０４の内側が葛折り状の改質用流路１１８、燃焼混合気流路１２０、排ガス流路１２２及び吹抜け孔１２４に区分けされている。燃焼混合気流路１２０及び排ガス流路１２２においては底板１２６が設けられ、ベースプレート１０２に下部枠１０４が接合されることで、底板１２６によりベースプレート１０２の供給流路１１４及び排出流路１１５が蓋される。改質用流路１１８がベースプレート１０２の改質用流路１１６と平面視して一致するように隔壁１０５が隔壁１０３と重なり、改質用流路１１８と改質用流路１１６が吹き抜けた状態とされている。
As shown in FIG. 8, the partition wall 105 is provided inside the lower frame 104, so that the reforming flow path 118, the combustion mixture flow path 120, the exhaust gas flow path 122, and the blow-through are formed inside the lower frame 104. It is divided into holes 124. A bottom plate 126 is provided in the combustion mixture flow channel 120 and the exhaust gas flow channel 122, and the lower frame 104 is joined to the base plate 102, so that the supply flow channel 114 and the discharge flow channel 115 of the base plate 102 are covered by the bottom plate 126. . The partition wall 105 overlaps the partition wall 103 so that the reforming channel 118 and the reforming channel 116 of the base plate 102 coincide with each other in plan view, and the reforming channel 118 and the reforming channel 116 are blown through. It is said that.
図９に示すように、中部枠１０６の内側に隔壁１０７が設けられることで、中部枠１０６の内側が葛折り状の改質用流路１２８、吹抜け孔１３０、吹抜け孔１３２及び吹抜け孔１３４に区分けされている。また、中部枠１０６には底板１３６が設けられ、中部枠１０６が下部枠１０４に接合されることで、底板１３６によって下部枠１０４の燃焼混合気流路１２０及び排ガス流路１２２の上方が蓋される。改質用流路１２８が下部枠１０４の改質用流路１１８と平面視して一致するように隔壁１０７が隔壁１０５と重なり、改質用流路１２８と改質用流路１１８が吹き抜けた状態とされている。吹抜け孔１３０は下部枠１０４の吹抜け孔１２４に重なり、吹抜け孔１３０と吹抜け孔１２４が吹き抜けた状態とされている。吹抜け孔１３２は燃焼混合気流路１２０の端部の上に位置し、吹抜け孔１３４が排ガス流路１２２の端部の上に位置している。
As shown in FIG. 9, the partition wall 107 is provided inside the middle frame 106, so that the inside of the middle frame 106 is formed into a distorted reforming flow path 128, a blow hole 130, a blow hole 132, and a blow hole 134. It is divided. The middle frame 106 is provided with a bottom plate 136, and the middle frame 106 is joined to the lower frame 104, so that the bottom plate 136 covers the combustion mixture flow path 120 and the exhaust gas flow path 122 of the lower frame 104. . The partition wall 107 overlaps with the partition wall 105 so that the reforming channel 128 coincides with the reforming channel 118 of the lower frame 104 in plan view, and the reforming channel 128 and the reforming channel 118 are blown through. It is in a state. The blow-through hole 130 is overlapped with the blow-through hole 124 of the lower frame 104, and the blow-through hole 130 and the blow-through hole 124 are blown through. The blow-through hole 132 is located on the end of the combustion mixture flow path 120, and the blow-through hole 134 is located on the end of the exhaust gas flow path 122.
図３、図５に示すように、燃焼器プレート１０８が中部枠１０６の上に接合されることで、中部枠１０６の改質用流路１２８が燃焼器プレート１０８によって蓋される。図１１に示すように、燃焼器プレート１０８には、底板１４１が設けられ、底板１４１の上面に隔壁１０９が突出するように設けられることで、燃焼室１３８、燃焼室１４０、吹抜け孔１４２及び吹抜け孔１４４に区分けされている。燃焼室１３８の端部において吹抜け孔１４６が形成され、その吹抜け孔１４６が中部枠１０６の吹抜け孔１３２の上に位置し、燃焼室１３８が吹抜け孔１４６及び吹抜け孔１３２を介して下部枠１０４の燃焼混合気流路１２０に通じている。燃焼室１３８は燃焼室１４０に通じている。また、燃焼室１４０の端部において吹抜け孔１４８が形成され、その吹抜け孔１４８が中部枠１０６の吹抜け孔１３４の上に位置し、燃焼室１４０が吹抜け孔１４８及び吹抜け孔１３４を介して排ガス流路１２２に通じている。吹抜け孔１４２は中部枠１０６の改質用流路１２８の端部の上に位置し、吹抜け孔１４２が改質用流路１２８に通じている。吹抜け孔１４４は中部枠１０６の吹抜け孔１３０の上に位置し、吹抜け孔１４４が吹抜け孔１３０に通じている。燃焼室１３８及び燃焼室１４０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。ここで壁面となる、燃焼器プレート１０８、及び上部枠１１０の所定箇所には、互いに接合される前に予め燃焼用触媒が担持されている。燃焼用触媒としては、白金等が挙げられる。
As shown in FIGS. 3 and 5, the combustor plate 108 is joined onto the middle frame 106, whereby the reforming flow path 128 of the middle frame 106 is covered with the combustor plate 108. As shown in FIG. 11, the combustor plate 108 is provided with a bottom plate 141, and a partition wall 109 is provided on the upper surface of the bottom plate 141 so that the combustion chamber 138, the combustion chamber 140, the blow-through hole 142, and the blow-through are formed. It is divided into holes 144. A blow-through hole 146 is formed at the end of the combustion chamber 138, the blow-through hole 146 is positioned on the blow-through hole 132 of the middle frame 106, and the combustion chamber 138 is formed in the lower frame 104 via the blow-through hole 146 and the blow-through hole 132. It leads to the combustion mixture flow path 120. The combustion chamber 138 communicates with the combustion chamber 140. In addition, a blow-through hole 148 is formed at the end of the combustion chamber 140, the blow-through hole 148 is located on the blow-through hole 134 of the middle frame 106, and the combustion chamber 140 flows through the blow-through hole 148 and the blow-through hole 134. It leads to the road 122. The blow-through hole 142 is located on the end of the reforming flow path 128 of the middle frame 106, and the blow-through hole 142 communicates with the reforming flow path 128. The blow-through hole 144 is located on the blow-through hole 130 of the middle frame 106, and the blow-through hole 144 communicates with the blow-through hole 130. A combustion catalyst for burning the combustion mixture is carried on the wall surfaces of the combustion chamber 138 and the combustion chamber 140. Here, the combustion catalyst is supported in advance at predetermined portions of the combustor plate 108 and the upper frame 110 which are the wall surfaces before being joined to each other. An example of the combustion catalyst is platinum.
図１０に示すように、上部枠１１０の内側に隔壁１１１が設けられることで、上部枠１１０の内側に葛折り状の改質用流路１５０が形成されている。また、上部枠１１０に底板１５２が設けられ、上部枠１１０が燃焼器プレート１０８の上に蝋付け等で接合されることで、燃焼器プレート１０８の燃焼室１３８及び燃焼室１４０の上方が蓋される。改質用流路１５０の一端部においては吹抜け孔１５４が形成され、改質用流路１５０の他端部においては吹抜け孔１５６が形成されている。吹抜け孔１５４は燃焼器プレート１０８の吹抜け孔１４２の上に位置し、改質用流路１５０が吹抜け孔１５４及び吹抜け孔１４２を介して中部枠１０６の改質用流路１２８に通じている。吹抜け孔１５６は燃焼器プレート１０８の吹抜け孔１４４の上に位置し、改質用流路１５０が吹抜け孔１５６、吹抜け孔１４４、吹抜け孔１３０及び吹抜け孔１２４を介して排出流路１１５に通じている。
As shown in FIG. 10, by providing the partition wall 111 inside the upper frame 110, a twisted reforming flow path 150 is formed inside the upper frame 110. In addition, a bottom plate 152 is provided on the upper frame 110, and the upper frame 110 is joined to the combustor plate 108 by brazing or the like, so that the upper portions of the combustion chamber 138 and the combustion chamber 140 of the combustor plate 108 are covered. The A blow-through hole 154 is formed at one end of the reforming flow path 150, and a blow-through hole 156 is formed at the other end of the reforming flow path 150. The blow-through hole 154 is located on the blow-through hole 142 of the combustor plate 108, and the reforming flow path 150 communicates with the reforming flow path 128 of the middle frame 106 through the blow-through hole 154 and the blow-through hole 142. The blow-through hole 156 is located on the blow-through hole 144 of the combustor plate 108, and the reforming flow path 150 communicates with the discharge flow path 115 through the blow-through hole 156, the blow-through hole 144, the blow-through hole 130, and the blow-through hole 124. Yes.
図５に示すように、上部枠１１０の上に蓋プレート１１２が蝋付け等で接合されることで、改質用流路１５０の上方が蓋プレート１１２によって蓋されている。ここで、供給流路１１４、排出流路１１５、改質用流路１１６，１１８，１２８，１５２の壁面には、燃料を改質して水素を生成する改質用触媒が担持されている。ここで壁面となる、ベースプレート１０２、下部枠１０４、中部枠１０６、燃焼器プレート１０８、上部枠１１０及び蓋プレート１１２の所定箇所には、互いに接合される前に予め燃焼用触媒が担持されている。メタノールの改質に用いられる改質用触媒としては、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒、Ｐｔ／ＺｎＯ系触媒等が挙げられる。
As illustrated in FIG. 5, the lid plate 112 is joined to the upper frame 110 by brazing or the like, so that the upper portion of the reforming flow path 150 is covered with the lid plate 112. Here, reforming catalysts for reforming the fuel to generate hydrogen are supported on the wall surfaces of the supply channel 114, the discharge channel 115, and the reforming channels 116, 118, 128, and 152. Here, a combustion catalyst is supported in advance at predetermined portions of the base plate 102, the lower frame 104, the middle frame 106, the combustor plate 108, the upper frame 110, and the lid plate 112, which are the wall surfaces, before being joined to each other. . Examples of the reforming catalyst used for reforming methanol include a Cu / ZnO-based catalyst and a Pt / ZnO-based catalyst.
図３、図４に示すように、連結管８の外形は角柱状とされ、連結管８の幅が高温反応部４の幅及び低温反応部６の幅よりも狭く、連結管８の高さも高温反応部４及び低温反応部６のいずれの高さよりも低い。即ち、連結管８の長さ方向、つまり長さ方向Ｙにこれらを投影した場合の投影面積については、連結管８の投影面積が高温反応部４の投影面積より小さく、低温反応部６の投影面積よりも小さい。従って、高温反応部４から低温反応部６へ連結管８を通じて熱伝導しにくい。
連結管８は高温反応部４と低温反応部６との間に架設されており、連結管８は高温反応部４の幅方向中央部において高温反応部４に蝋付け等で接合しているとともに低温反応部６の幅方向中央部において低温反応部６に蝋付け等で接合している。また、連結管８の下面が高温反応部４の下面つまりベースプレート１０２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６の下面つまりベースプレート２８の下面に対して面一になっている。
なお、高温反応部４と低温反応部６との間には１本の連結管８が唯一架設され、他のものは架設されていない。
As shown in FIGS. 3 and 4, the outer shape of the connecting pipe 8 is a prismatic shape, the width of the connecting pipe 8 is narrower than the width of the high temperature reaction section 4 and the width of the low temperature reaction section 6, and the height of the connection pipe 8 is also high. It is lower than any height of the high temperature reaction part 4 and the low temperature reaction part 6. That is, as for the projected area when these are projected in the length direction of the connecting pipe 8, that is, the length direction Y, the projected area of the connecting pipe 8 is smaller than the projected area of the high temperature reaction section 4, and the projection of the low temperature reaction section 6 Smaller than the area. Therefore, it is difficult to conduct heat from the high temperature reaction section 4 to the low temperature reaction section 6 through the connecting pipe 8.
The connecting pipe 8 is installed between the high temperature reaction part 4 and the low temperature reaction part 6, and the connecting pipe 8 is joined to the high temperature reaction part 4 by brazing or the like at the center in the width direction of the high temperature reaction part 4. The low temperature reaction part 6 is joined to the low temperature reaction part 6 by brazing or the like at the center in the width direction. Further, the lower surface of the connecting pipe 8 is flush with the lower surface of the high temperature reaction unit 4, that is, the lower surface of the base plate 102, and further flush with the lower surface of the low temperature reaction unit 6, that is, the lower surface of the base plate 28. Yes.
In addition, between the high temperature reaction part 4 and the low temperature reaction part 6, the one connection pipe 8 is constructed only, and the other is not constructed.
図７、図８、図１２に示すように、連結管８には、連結流路１６２、連結流路１６４、連結流路１６６及び連結流路１６８が互いに平行となるよう設けられている。連結流路１６２、連結流路１６４、連結流路１６６及び連結流路１６８は連結管８の隔壁１６３によって仕切られている。連結流路１６２の一端が混合ガス流路３８に通じ、連結流路１６２の他端が供給流路１１４に通じている。連結流路１６４の一端が排出流路１１５に通じ、他端が混合流路４０に通じている。連結流路１６６の一端が燃焼混合気流路６８に通じ、他端が燃焼混合気流路１２０に通じている。連結流路１６８の一端が排ガス流路１２２に通じ、他端が排ガス流路７０に通じている。
なお、連結流路１６２，１６４，１６６，１６８が１つの連結管８に設けられているが、これらの流路１６２，１６４，１６６，１６８が別々の管材に設けられ、これら管材が束ねられていても良い。連結管８は、気密性の観点から接合しているベースプレート２８、下部枠３０、ベースプレート１０２、下部枠１０４と同じ材質であることが好ましい。
As shown in FIGS. 7, 8, and 12, the connecting pipe 8 is provided with a connecting channel 162, a connecting channel 164, a connecting channel 166, and a connecting channel 168 that are parallel to each other. The connection channel 162, the connection channel 164, the connection channel 166, and the connection channel 168 are partitioned by a partition wall 163 of the connection pipe 8. One end of the connection channel 162 communicates with the mixed gas channel 38, and the other end of the connection channel 162 communicates with the supply channel 114. One end of the connection channel 164 communicates with the discharge channel 115 and the other end communicates with the mixing channel 40. One end of the connection channel 166 communicates with the combustion mixture channel 68, and the other end communicates with the combustion mixture channel 120. One end of the connection channel 168 communicates with the exhaust gas channel 122 and the other end communicates with the exhaust gas channel 70.
In addition, although the connection flow paths 162, 164, 166, and 168 are provided in one connection pipe 8, these flow paths 162, 164, 166, and 168 are provided in separate pipe materials, and these pipe materials are bundled. May be. The connecting pipe 8 is preferably made of the same material as the base plate 28, the lower frame 30, the base plate 102, and the lower frame 104 that are joined from the viewpoint of airtightness.
上述したように、給排部２、高温反応部４、低温反応部６及び連結管８では隔壁（底板、天板、側板、外板を含む。）によって流路が仕切られており、どの部分においても隔壁の厚みは０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下とされ、好ましくは０．１ｍｍとされている。つまり、高温反応部４では、ベースプレート１０２の隔壁１０３、下部枠１０４の隔壁１０５及び中部枠１０６の隔壁１０７が面方向で互いに重なり合うことによって蛇行した側壁が形成され、この側壁に加えてベースプレート１０２の底板１１３の上面及び燃焼器プレート１０８の底板１４１の下面によって改質用流路１１６、供給流路１１４、排出流路１１５が仕切られている。そして、燃焼器プレート１０８の底板１４１の上面、隔壁１０９及び上部枠１１０の底板１５２の下面によって、燃焼室１３８，１４０が仕切られている。さらに、上部枠１１０の底板１５２の上面、隔壁１１１、蓋プレート１１２の下面によって改質用流路１５０が仕切られている。
低温反応部６では、ベースプレート２８の隔壁４１、下部枠３０の隔壁４３、及び中部枠３２の隔壁４５は、面方向で互いに重なり合うことによって蛇行した側壁が形成され、この側壁に加えてベースプレート２８の底板５３の上面及び上部枠３４の底板８６によって各流路が仕切られている。そして、さらに、上部枠３４の底板８６の上面、隔壁４７、蓋プレート３６の下面によって一酸化炭素除去用流路８４が仕切られている。
As described above, the flow path is partitioned by the partition walls (including the bottom plate, the top plate, the side plate, and the outer plate) in the supply / discharge unit 2, the high temperature reaction unit 4, the low temperature reaction unit 6 and the connecting pipe 8. In this case, the thickness of the partition wall is 0.1 mm or more and 0.2 mm or less, preferably 0.1 mm. That is, in the high temperature reaction part 4, the partition wall 103 of the base plate 102, the partition wall 105 of the lower frame 104, and the partition wall 107 of the middle frame 106 overlap each other in the plane direction, and a meandering sidewall is formed. The reforming flow path 116, the supply flow path 114, and the discharge flow path 115 are partitioned by the upper surface of the bottom plate 113 and the lower surface of the bottom plate 141 of the combustor plate 108. The combustion chambers 138 and 140 are partitioned by the upper surface of the bottom plate 141 of the combustor plate 108, the lower surface of the partition plate 109 and the bottom plate 152 of the upper frame 110. Further, the reforming flow path 150 is partitioned by the upper surface of the bottom plate 152 of the upper frame 110, the partition wall 111, and the lower surface of the lid plate 112.
In the low-temperature reaction part 6, the partition wall 41 of the base plate 28, the partition wall 43 of the lower frame 30, and the partition wall 45 of the middle frame 32 are formed to meander to form a meandering side wall. Each flow path is partitioned by the upper surface of the bottom plate 53 and the bottom plate 86 of the upper frame 34. Further, the carbon monoxide removal channel 84 is partitioned by the upper surface of the bottom plate 86 of the upper frame 34, the partition wall 47, and the lower surface of the lid plate 36.
給排部２、高温反応部４、低温反応部６及び連結管８の内側に設けられた流路の経路は図１４、図１５に示すようになる。ここで図１４、図１５と図４の対応関係について説明すると、気化用導入路１４が気化器５０２の流路に相当し、改質用流路１１６，１１８，１２８が第一改質器５０６の流路に相当し、改質用流路１５０が第二改質器５１０の流路に相当し、一酸化炭素除去用流路８４の始端から一酸化炭素除去用流路４６の終端までが一酸化炭素除去器５１２の流路に相当し、燃焼用流路２６が第一燃焼器５０４の流路に相当し、燃焼室１３８，１４０が第二燃焼器５０８の燃焼室に相当する。
The flow paths of the flow paths provided inside the supply / discharge section 2, the high temperature reaction section 4, the low temperature reaction section 6 and the connecting pipe 8 are as shown in FIGS. Here, the correspondence relationship between FIGS. 14, 15, and 4 will be described. The vaporization introduction path 14 corresponds to the flow path of the vaporizer 502, and the reforming flow paths 116, 118, and 128 correspond to the first reformer 506. The reforming flow path 150 corresponds to the flow path of the second reformer 510 and extends from the start end of the carbon monoxide removal flow path 84 to the end of the carbon monoxide removal flow path 46. The carbon monoxide remover 512 corresponds to the flow path, the combustion flow path 26 corresponds to the flow path of the first combustor 504, and the combustion chambers 138 and 140 correspond to the combustion chambers of the second combustor 508.
図２、図５に示すように、低温反応部６の下面つまりベースプレート２８の下面、高温反応部４の下面つまりベースプレート１０２の下面、及び連結管８の下面には窒化シリコン、酸化シリコン等の図示しない絶縁膜が全面に形成され、低温反応部６側の絶縁膜の下面には電熱線１７０が、平面視して一酸化炭素除去器５１２の流路の少なくとも一部と重なるように蛇行した状態にパターニングされ、低温反応部６から連結管８を通って高温反応部４にかけた絶縁膜の下面には、電熱線１７２が平面視して第一改質器５０６及び第二改質器５１０の流路の少なくとも一部と重なるように蛇行した状態にパターニングされている。外部流通管１０の側面、燃焼器プレート１２の表面にも、窒化シリコン、酸化シリコン等の図示しない絶縁膜が形成されており、低温反応部６の下面から燃焼器プレート１２の表面を通って外部流通管１０の側面にかけて電熱線１７４がパターニングされている。電熱線１７０，１７２，１７４は、絶縁膜側から拡散防止層、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１７０，１７２，１７４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１７０，１７２，１７４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。密着層は、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用いられる層であり、拡散防止層に対しても絶縁膜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１７０は、起動時に低温反応部６を加熱し、電熱線１７２は、起動時に高温反応部４及び連結管８を加熱し、電熱線１７４は、給排部２の気化器５０２及び第一燃焼器５０４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５０８が燃焼されたら、電熱線１７２は第二燃焼器５０８の補助として高温反応部４及び連結管８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５０４が燃焼される場合、電熱線１７０は第一燃焼器５０４の補助として低温反応部６を加熱する。
As shown in FIGS. 2 and 5, silicon nitride, silicon oxide, or the like is illustrated on the lower surface of the low temperature reaction unit 6, that is, the lower surface of the base plate 28, the lower surface of the high temperature reaction unit 4, that is, the lower surface of the base plate 102, and the lower surface of the connecting pipe 8. An insulating film is formed on the entire surface, and the heating wire 170 meanders on the lower surface of the insulating film on the low temperature reaction portion 6 side so as to overlap with at least a part of the flow path of the carbon monoxide remover 512 in a plan view. On the lower surface of the insulating film that is patterned to the high temperature reaction section 4 from the low temperature reaction section 6 through the connecting pipe 8, the heating wire 172 is viewed in plan view in the first reformer 506 and the second reformer 510. It is patterned so as to meander so as to overlap at least a part of the flow path. An insulating film (not shown) such as silicon nitride or silicon oxide is also formed on the side surface of the external flow pipe 10 and the surface of the combustor plate 12, and the external surface passes through the surface of the combustor plate 12 from the lower surface of the low temperature reaction unit 6. A heating wire 174 is patterned over the side surface of the flow pipe 10. The heating wires 170, 172, and 174 are laminated in the order of the diffusion prevention layer and the heat generation layer from the insulating film side. The heat generating layer is a material having the lowest resistivity among the three layers (for example, Au). When a voltage is applied to the heating wires 170, 172, and 174, a current flows intensively and heat is generated. The diffusion prevention layer is a material in which the material of the heat generation layer is not easily diffused into the diffusion prevention layer even when the heating wires 170, 172, and 174 generate heat, and the material of the diffusion prevention layer is difficult to thermally diffuse into the heat generation layer. It is preferable to use a substance (for example, W) having a high target melting point and low reactivity. The adhesion layer is a layer used when the diffusion preventing layer has low adhesion to the insulating film and is easily peeled off, and is a material having excellent adhesion to both the diffusion preventing layer and the insulating film (for example, , Ta, Mo, Ti, Cr). The heating wire 170 heats the low-temperature reaction unit 6 at startup, the heating wire 172 heats the high-temperature reaction unit 4 and the connecting pipe 8 at startup, and the heating wire 174 is connected to the vaporizer 502 and the first in the supply / discharge unit 2. The combustor 504 is heated. Thereafter, when the second combustor 508 is burned with off-gas containing hydrogen from the fuel cell, the heating wire 172 heats the high-temperature reaction section 4 and the connecting pipe 8 as an aid to the second combustor 508. Similarly, when the first combustor 504 is burned with off-gas containing hydrogen from the fuel cell, the heating wire 170 heats the low-temperature reaction unit 6 as an auxiliary to the first combustor 504.
また、電熱線１７０，１７２，１７４は温度に依存して電気抵抗が変化するので、所定の印加電圧に対する抵抗値から温度の値を読み取ることができる温度センサとしても機能する。具体的には、電熱線１７０，１７２，１７４の温度は電気抵抗に比例する。
In addition, since the electric resistance of the heating wires 170, 172, and 174 changes depending on the temperature, the heating wires 170, 172, and 174 also function as temperature sensors that can read the temperature value from the resistance value with respect to a predetermined applied voltage. Specifically, the temperature of the heating wires 170, 172, and 174 is proportional to the electrical resistance.
電熱線１７０，１７２，１７４の何れの端部もベースプレート２８の下面に位置し、これら端部が燃焼器プレート１２を囲むように配列されている。電熱線１７０の両端部にはそれぞれリード線１７６，１７８が接続され、電熱線１７２の両端部にはそれぞれリード線１８０，１８２が接続され、電熱線１７４の両端部にはそれぞれリード線１８４，１８６が接続されている。なお、図３においては、図面を見やすくするために、電熱線１７０，１７２，１７４及びリード線１７６，１７８，１８０，１８２，１８４，１８６の図示を省略する。
Any end portions of the heating wires 170, 172, and 174 are located on the lower surface of the base plate 28, and these end portions are arranged so as to surround the combustor plate 12. Lead wires 176 and 178 are connected to both ends of the heating wire 170, lead wires 180 and 182 are connected to both ends of the heating wire 172, and lead wires 184 and 186 are connected to both ends of the heating wire 174, respectively. Is connected. In FIG. 3, the heating wires 170, 172, 174 and the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, 186 are omitted for easy understanding of the drawing.
図１６、図１７に示すように、このマイクロリアクタモジュール１は断熱パッケージ２００を具備し、高温反応部４、低温反応部６及び連結管８が断熱パッケージ２００に収容されている。断熱パッケージ２００は、下面が開口した長方形状の箱体２０２と、箱体２０２の下面開口を閉塞したベースプレート２０４とから構成され、ベースプレート２０４が箱体２０２にガラス材又は絶縁封止材で接合されている。箱体２０２及びベースプレート２０４のどちらもガラス、セラミック等の断熱材からなり、内側となる面にはアルミニウム、金等の金属反射膜が成膜されている。このような金属反射膜が成膜されていると、給排部２、高温反応部４、低温反応部６及び連結管８からの輻射熱を反射して断熱パッケージ２００の外に伝搬することを抑制する。断熱パッケージ２００は内圧が１Torr以下になるように、マイクロリアクタモジュール１との間の内部空間が真空排気されている。給排部２の外部流通管１０は、一部が断熱パッケージ２００から露出されており、後述する発電モジュール６０８の燃料極に連結され、さらに流量制御ユニット６０６を介して燃料容器６０４に連結されている。リード線１７６，１７８，１８０，１８２，１８４，１８６は、一部が断熱パッケージ２００から露出されている。外部流通管１０並びにリード線１７６，１７８，１８０，１８２，１８４，１８６においてそれぞれ断熱パッケージ２００から露出している部分から断熱パッケージ２００内に外気が侵入して内圧が上がるような隙間が生じないように、外部流通管１０並びにリード線１７６，１７８，１８０，１８２，１８４，１８６は断熱パッケージ２００のベースプレート２０４にガラス材又は絶縁封止材で接合されている。断熱パッケージ２００の内部空間の内圧を低く維持できるので、マイクロリアクタモジュール１が発する熱を伝搬する媒体が希薄になり、内部空間でのまた熱対流が抑えられるのでマイクロリアクタモジュール１の保温効果が増える。
As shown in FIGS. 16 and 17, the microreactor module 1 includes a heat insulation package 200, and the high temperature reaction unit 4, the low temperature reaction unit 6, and the connecting pipe 8 are accommodated in the heat insulation package 200. The heat insulating package 200 includes a rectangular box 202 having an open bottom surface and a base plate 204 that closes the bottom opening of the box 202. The base plate 204 is joined to the box 202 with a glass material or an insulating sealing material. ing. Both the box 202 and the base plate 204 are made of a heat insulating material such as glass or ceramic, and a metal reflective film such as aluminum or gold is formed on the inner surface. When such a metal reflective film is formed, it is possible to suppress the radiant heat from the supply / discharge unit 2, the high temperature reaction unit 4, the low temperature reaction unit 6, and the connection pipe 8 from being reflected and propagated outside the heat insulation package 200. To do. In the heat insulation package 200, the internal space between the microreactor module 1 is evacuated so that the internal pressure becomes 1 Torr or less. A part of the external circulation pipe 10 of the supply / discharge section 2 is exposed from the heat insulating package 200, and is connected to a fuel electrode of a power generation module 608 described later, and further connected to a fuel container 604 via a flow rate control unit 606. Yes. A part of the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, 186 is exposed from the heat insulating package 200. In the external circulation pipe 10 and the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, and 186, there is no gap that causes the outside air to enter the heat insulating package 200 from the portion exposed from the heat insulating package 200 and the internal pressure increases. In addition, the external circulation pipe 10 and the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, and 186 are joined to the base plate 204 of the heat insulation package 200 with a glass material or an insulating sealing material. Since the internal pressure of the internal space of the heat insulating package 200 can be kept low, the medium that propagates the heat generated by the microreactor module 1 becomes dilute, and heat convection in the internal space is suppressed, so that the heat retention effect of the microreactor module 1 is increased.
そして、断熱パッケージ２００で封止された空間において、マイクロリアクタモジュール１の高温反応部４及び低温反応部６の間には所定の距離の連結管８が介在しているが、連結管８の容積は高温反応部４及び低温反応部６の容積に対して極めて小さいので、連結管８による高温反応部４から低温反応部６への熱の伝搬は抑えられ、高温反応部４と低温反応部６との間では、反応に必要な熱勾配を維持できるとともに高温反応部４内の温度を均等にしやすく、低温反応部６内の温度を均等にしやすくすることができる。
And in the space sealed with the heat insulation package 200, the connecting pipe 8 of a predetermined distance is interposed between the high temperature reaction part 4 and the low temperature reaction part 6 of the microreactor module 1, but the volume of the connecting pipe 8 is Since the volume of the high temperature reaction part 4 and the low temperature reaction part 6 is extremely small, the propagation of heat from the high temperature reaction part 4 to the low temperature reaction part 6 by the connecting pipe 8 is suppressed, and the high temperature reaction part 4 and the low temperature reaction part 6 In the meantime, the thermal gradient required for the reaction can be maintained, the temperature in the high temperature reaction unit 4 can be easily equalized, and the temperature in the low temperature reaction unit 6 can be easily equalized.
図３、図５に示すように、低温反応部６の表面には、経時的にマイクロリアクタモジュール１から漏洩し得る流体、経時的にマイクロリアクタモジュール１から発生する流体、また箱体２０２とベースプレート２０４との接合時に十分な真空排気ができずに残存する外気の一部、経時的に断熱パッケージ２００内に侵入する外気といった断熱パッケージ２００の内部空間の圧力を上げる要因を吸着することで断熱パッケージ２００の内部空間から除去するゲッター材１８８が設けられ、ゲッター材１８８には電熱材等のヒータが設けられ、このヒータには配線１９０が接続されている。配線１９０の両端部は燃焼器プレート１２の周囲においてベースプレート２８の下面に位置し、配線１９０の両端部にはそれぞれリード線１９２，１９４が接続されている。ゲッター材１８８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、ゲッター材１８８の材料としてはジルコニウム、バリウム又はチタニウムを主成分とした合金が挙げられる。なお、図３においては、図面を見やすくするために、リード線１９２，１９４の図示を省略する。リード線１９２，１９４は、一部が断熱パッケージ２００から露出されており、露出している部分から断熱パッケージ２００内に外気が侵入して内圧が上がるような隙間が生じないように、リード線１９２，１９４は断熱パッケージ２００のベースプレート２０４にガラス材又は絶縁封止材で接合されている。リード線１７６，１７８，１８０，１８２，１８４，１８６，１９２，１９４を有する配線群１９７は、各リード線同士の間隔が均等となるよう離間していることが望ましく、外部流通管１０の周囲に配置されることが望ましい。
As shown in FIGS. 3 and 5, the surface of the low-temperature reaction unit 6 includes a fluid that can leak from the microreactor module 1 over time, a fluid that is generated from the microreactor module 1 over time, and a box 202 and a base plate 204. By adsorbing factors that increase the pressure in the internal space of the heat insulating package 200 such as a part of the remaining outside air that cannot be sufficiently evacuated at the time of joining, and outside air that enters the heat insulating package 200 over time, the heat insulating package 200 A getter material 188 to be removed from the internal space is provided, and a heater such as an electric heating material is provided in the getter material 188, and a wiring 190 is connected to the heater. Both ends of the wiring 190 are positioned on the lower surface of the base plate 28 around the combustor plate 12, and lead wires 192 and 194 are connected to both ends of the wiring 190, respectively. The getter material 188 is activated by being heated and has an adsorption action. Examples of the material of the getter material 188 include an alloy mainly composed of zirconium, barium, or titanium. In FIG. 3, the lead wires 192 and 194 are not shown to make the drawing easier to see. The lead wires 192 and 194 are partially exposed from the heat insulation package 200, and the lead wires 192 are not formed so that a gap is not generated such that outside air enters the heat insulation package 200 from the exposed portion and the internal pressure increases. , 194 are joined to the base plate 204 of the heat insulating package 200 by a glass material or an insulating sealing material. The wiring group 197 having the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, 186, 192, and 194 is preferably separated so that the intervals between the lead wires are equal, and around the outer circulation pipe 10. It is desirable to be arranged.
このようにベースプレート２０４を複数の通し孔１９５、１９６が貫通し、外部流通管１０及びリード線１７６，１７８，１８０，１８２，１８４，１８６，１９２，１９４がそれぞれの通し孔に挿通された状態でこれら貫通孔がガラス材又は絶縁封止材で封止されている。断熱パッケージ２００の内部空間は密閉されており、その内部空間が真空圧とされているので、断熱効果が高いものとされている。そのため、熱損失を抑えることができる。
In this way, with the plurality of through holes 195 and 196 penetrating the base plate 204, the external flow pipe 10 and the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, 186, 192 and 194 are inserted through the respective through holes. These through holes are sealed with a glass material or an insulating sealing material. Since the internal space of the heat insulation package 200 is sealed and the internal space is at a vacuum pressure, the heat insulation effect is high. Therefore, heat loss can be suppressed.
外部流通管１０は断熱パッケージ２００の内側にも外側にも突出した状態とされている。そのため、断熱パッケージ２００の内側においては外部流通管１０が支柱としてベースプレート２０４に対して立った状態とされ、高温反応部４、低温反応部６及び連結管８が外部流通管１０に支持されて、高温反応部４、低温反応部６及び連結管８が断熱パッケージ２００の内面から離れている。
The external circulation pipe 10 is in a state of protruding both inside and outside the heat insulating package 200. Therefore, inside the heat insulation package 200, the external circulation pipe 10 is in a state of standing with respect to the base plate 204 as a support, and the high temperature reaction section 4, the low temperature reaction section 6 and the connection pipe 8 are supported by the external circulation pipe 10, The high temperature reaction unit 4, the low temperature reaction unit 6, and the connecting pipe 8 are separated from the inner surface of the heat insulating package 200.
また、外部流通管１０は、平面視して高温反応部４、低温反応部６及び連結管８全体の重心において低温反応部６の下面に連結していることが望ましい。
なお、仮に外部流通管１０及びリード線１７６，１７８，１８０，１８２，１８４，１８６，１９２，１９４が高温反応部４に設けられている場合、高温反応部４は動作時に高温に保持する必要があるため、外部流通管１０及びリード線１７６，１７８，１８０，１８２，１８４，１８６，１９２，１９４まで高温になってしまい、外部流通管１０及びリード線１７６，１７８，１８０，１８２，１８４，１８６，１９２，１９４から断熱パッケージ２００に伝熱して逃げる熱量が大きくなってしまうが、外部流通管１０及びリード線１７６，１７８，１８０，１８２，１８４，１８６，１９２，１９４は低温反応部６に設けられているので、外部流通管１０及びリード線１７６，１７８，１８０，１８２，１８４，１８６，１９２，１９４から断熱パッケージ２００に伝熱して逃げる熱量が小さく、外部流通管１０及びリード線１７６，１７８，１８０，１８２，１８４，１８６，１９２，１９４において断熱パッケージ２００の外部に露出している部分から放熱される熱量も小さくて済み、速やかに高温反応部４、低温反応部６を加熱でき、且つ加熱温度を安定して保持することが容易となる。
Further, it is desirable that the external circulation pipe 10 is connected to the lower surface of the low temperature reaction part 6 at the center of gravity of the high temperature reaction part 4, the low temperature reaction part 6 and the connection pipe 8 in plan view.
If the external flow pipe 10 and the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, 186, 192, 194 are provided in the high temperature reaction section 4, the high temperature reaction section 4 needs to be kept at a high temperature during operation. Therefore, the external flow pipe 10 and the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, 186, 192, and 194 become high temperature, and the external flow pipe 10 and the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, and 186 are heated. , 192, 194 heat transfer to the heat insulation package 200 increases, but the external flow pipe 10 and the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, 186, 192, 194 are provided in the low temperature reaction section 6. The external flow pipe 10 and the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, 186, 192, 194 The amount of heat that is transferred to the heat insulation package 200 and escapes is small, and heat is radiated from the portions of the external circulation pipe 10 and the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, 186, 192, and 194 that are exposed to the outside of the heat insulation package 200. The amount of heat generated can be small, the high-temperature reaction section 4 and the low-temperature reaction section 6 can be quickly heated, and the heating temperature can be easily maintained stably.
なお、ゲッター材１８８は低温反応部６の表面に設けられているが、ゲッター材１８８の設ける位置は断熱パッケージ２００の内側であれば特に限定されない。
The getter material 188 is provided on the surface of the low temperature reaction part 6, but the position where the getter material 188 is provided is not particularly limited as long as it is inside the heat insulating package 200.
次に、マイクロリアクタモジュール１の動作について説明する。
まず、リード線１９２，１９４の間に電圧が印加されると、ゲッター材１８８がヒータによって加熱され、ゲッター材１８８が活性化される。これにより、断熱パッケージ２００内の圧力を上げる要因がゲッター材１８８に吸着され、断熱パッケージ２００内の真空度が高まり、断熱効率が高まる。
Next, the operation of the microreactor module 1 will be described.
First, when a voltage is applied between the lead wires 192 and 194, the getter material 188 is heated by the heater, and the getter material 188 is activated. Thereby, the factor which raises the pressure in the heat insulation package 200 is adsorbed by the getter material 188, the degree of vacuum in the heat insulation package 200 increases, and the heat insulation efficiency increases.
また、リード線１７６，１７８の間に電圧が印加されると、電熱線１７０が発熱し、低温反応部６が加熱される。リード線１８０，１８２の間に電圧が印加されると、電熱線１７２が発熱し、高温反応部４が加熱される。リード線１８４，１８６の間に電圧が印加されると、電熱線１７４が発熱し、給排部２主に外部流通管１０の上部が加熱される。給排部２、高温反応部４、低温反応部６及び連結管８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、温度に抵抗値が依存される抵抗体としての電熱線１７０，１７２，１７４のそれぞれの電圧降下による電位或いは電流が制御装置によって測定されることで、給排部２、高温反応部４及び低温反応部６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、測定温度が所望の温度範囲内になるように制御装置によって電熱線１７０，１７２，１７４の出力電圧が制御され、これにより給排部２、高温反応部４及び低温反応部６の温度制御がなされる。
Further, when a voltage is applied between the lead wires 176 and 178, the heating wire 170 generates heat and the low temperature reaction part 6 is heated. When a voltage is applied between the lead wires 180 and 182, the heating wire 172 generates heat and the high temperature reaction unit 4 is heated. When a voltage is applied between the lead wires 184 and 186, the heating wire 174 generates heat, and the upper part of the external circulation pipe 10 is heated mainly in the supply / discharge section 2. Since the supply / discharge part 2, the high temperature reaction part 4, the low temperature reaction part 6 and the connecting pipe 8 are made of a metal material, heat conduction between them is easy. In addition, the electric potential or electric current by each voltage drop of the heating wires 170, 172, and 174 as the resistors whose resistance value depends on the temperature is measured by the control device, so that the supply / discharge unit 2, the high temperature reaction unit 4 and The temperature of the low-temperature reaction unit 6 is measured, the measured temperature is fed back to the control device, and the output voltage of the heating wires 170, 172, 174 is controlled by the control device so that the measured temperature is within the desired temperature range. Temperature control of the supply / discharge unit 2, the high temperature reaction unit 4, and the low temperature reaction unit 6 is performed.
電熱線１７０，１７２，１７４によって給排部２、高温反応部４及び低温反応部６が加熱された状態において、気化用導入路１４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３３に吸収され、毛細管現象により混合液が気化用導入路１４の上に向かって浸透する。吸液材３３が燃焼器プレート１２の高さまで充填されているから、燃焼器プレート１２での発熱のために吸液材３３内の混合液が気化し、燃料と水の混合気が吸液材３３から蒸散する。吸液材３３は、多孔質であるために内部の多数の微細な空間に仕切された室でそれぞれ混合液を気化するから、比較的大きな空間で発生するような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。
In a state where the supply / discharge section 2, the high temperature reaction section 4 and the low temperature reaction section 6 are heated by the heating wires 170, 172 and 174, the liquid mixture of liquid fuel and water is continuously or intermittently supplied to the vaporization introduction path 14 by a pump or the like. When the liquid is supplied, the liquid mixture is absorbed by the liquid absorbing material 33, and the liquid mixture permeates toward the vaporization introduction path 14 by capillary action. Since the liquid absorbing material 33 is filled up to the height of the combustor plate 12, the mixed liquid in the liquid absorbing material 33 is vaporized due to heat generation in the combustor plate 12, and the mixture of fuel and water is the liquid absorbing material. Evaporate from 33. Since the liquid-absorbing material 33 is porous, the liquid mixture is vaporized in each of the chambers partitioned into a large number of fine spaces, so that bumping that occurs in a relatively large space can be suppressed and stable. And can be vaporized.
そして、吸液材３３から蒸散した混合気は貫通孔５２、混合ガス流路３８、連結流路１６２、供給流路１１４を通って第一改質器５０６（改質用流路１１６，１１８，１２８）に流れ込む。その後、混合気は第二改質器５１０（改質用流路１５０）に流れ込む。混合気が改質用流路１１６，１１８，１２８，１５０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）。
Then, the air-fuel mixture evaporated from the liquid absorbing material 33 passes through the through-hole 52, the mixed gas flow path 38, the connection flow path 162, and the supply flow path 114, and the first reformer 506 (reforming flow paths 116, 118, 128). Thereafter, the air-fuel mixture flows into the second reformer 510 (reforming channel 150). When the air-fuel mixture flows through the reforming channels 116, 118, 128, and 150, the air-fuel mixture is heated and undergoes a catalytic reaction to generate hydrogen gas or the like (when the fuel is methanol). , See the chemical reaction formulas (1) and (2) above).
第一改質器５０６及び第二改質器５１０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。）が吹抜け孔１５６，１４４，１３０，１２４、排出流路１１５及び連結流路１６４を通って混合流路４０へと流れ込む。一方、空気がマイクロリアクタモジュール１の外部に設けられたポンプ等によって空気用導入路１６から貫通孔６０に供給され、混合流路４０へ流れ込み、水素ガス等の混合気と空気が混合される。
The air-fuel mixture (including hydrogen gas, carbon dioxide gas, carbon monoxide gas, etc.) generated by the first reformer 506 and the second reformer 510 is blown through holes 156, 144, 130, and 124, and discharge channels. It flows into the mixing channel 40 through 115 and the connecting channel 164. On the other hand, air is supplied from the air introduction path 16 to the through-hole 60 by a pump or the like provided outside the microreactor module 1, flows into the mixing flow path 40, and the air-fuel mixture such as hydrogen gas is mixed with air.
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流路４０から吹抜け孔６６，８２，８８を通って一酸化炭素除去器５１２（一酸化炭素除去用流路８４から一酸化炭素除去用流路４６まで）へ流れ込む。混合気が一酸化炭素除去用流路８４から一酸化炭素除去用流路４６へ流れている時に、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。ここで、一酸化炭素ガスは一酸化炭素除去用流路８４から一酸化炭素除去用流路４６までの間で均一的に反応するのではなく、一酸化炭素除去用流路８４から一酸化炭素除去用流路４６までの経路のうち下流（主に、一酸化炭素除去用流路８０から一酸化炭素除去用流路４６にかけて）において一酸化炭素ガスの反応速度が高くなる。一酸化炭素ガスの酸化反応は発熱反応であるので、主に一酸化炭素除去用流路８０から一酸化炭素除去用流路４６までの部分で熱が発生する。この部分の下に外部流通管１０が位置するので、一酸化炭素ガスの酸化反応による熱が第一燃焼器５０４の熱とあいまって気化器５０２での水と燃料の気化熱に効率よく用いられる。
An air-fuel mixture containing air, hydrogen gas, carbon monoxide gas, carbon dioxide gas, etc. passes through the blowout holes 66, 82, 88 from the mixing flow path 40, and the carbon monoxide remover 512 (the carbon monoxide removal flow path). 84 to the carbon monoxide removal channel 46). When the air-fuel mixture flows from the carbon monoxide removal flow path 84 to the carbon monoxide removal flow path 46, the carbon monoxide gas in the air-fuel mixture is selectively oxidized and the carbon monoxide gas is removed. Here, the carbon monoxide gas does not react uniformly between the carbon monoxide removal flow path 84 and the carbon monoxide removal flow path 46, but from the carbon monoxide removal flow path 84. The reaction rate of the carbon monoxide gas is increased downstream (mainly from the carbon monoxide removal flow path 80 to the carbon monoxide removal flow path 46) in the path to the removal flow path 46. Since the oxidation reaction of the carbon monoxide gas is an exothermic reaction, heat is generated mainly from the carbon monoxide removal channel 80 to the carbon monoxide removal channel 46. Since the external circulation pipe 10 is located under this portion, the heat generated by the oxidation reaction of the carbon monoxide gas is combined with the heat of the first combustor 504 and is efficiently used for the heat of vaporization of water and fuel in the vaporizer 502. .
そして、一酸化炭素が除去された状態の混合気が貫通孔５４及び水素排出路２４を通って燃料電池の燃料極等に供給される。燃料電池では水素排出路２４からの水素ガスの電気化学反応により電気が生成されるが、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。
Then, the air-fuel mixture from which carbon monoxide has been removed is supplied to the fuel electrode of the fuel cell through the through hole 54 and the hydrogen discharge passage 24. In the fuel cell, electricity is generated by an electrochemical reaction of hydrogen gas from the hydrogen discharge path 24, but off-gas including unreacted hydrogen gas and the like is discharged from the fuel cell.
以上の動作は初期段階の動作であり、発電中は混合液が気化用導入路１４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。）が燃焼混合気導入路２２及び燃焼混合気導入路１８に供給される。燃焼混合気導入路２２に供給された燃焼混合気は第一燃焼器５０４の燃焼用流路２６に流れ込み、燃焼混合気が燃焼する。これにより低温反応部６の下側において外部流通管１０を周回している第一燃焼器５０４が外部流通管１０を加熱するとともに低温反応部６を低温に加熱する。そのため、電熱線１７０，１７４の消費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。
The above operation is an initial operation, and the mixed liquid continues to be supplied to the vaporization introduction path 14 during power generation. Then, air is mixed with the off-gas discharged from the fuel cell, and the mixture (hereinafter referred to as combustion mixture) is supplied to the combustion mixture introduction path 22 and the combustion mixture introduction path 18. The combustion mixture supplied to the combustion mixture introduction path 22 flows into the combustion channel 26 of the first combustor 504, and the combustion mixture burns. As a result, the first combustor 504 circulating around the external flow pipe 10 below the low temperature reaction section 6 heats the external flow pipe 10 and heats the low temperature reaction section 6 to a low temperature. Therefore, the power consumption of the heating wires 170 and 174 can be reduced, and the energy utilization efficiency is increased.
一方、燃焼混合気導入路１８に供給された燃焼混合気は第２燃焼器５０８の燃焼室１３８，１４０へ流れ込み、燃焼混合気が燃焼する。これにより燃焼熱が発生し、第２燃焼器５０８の下の第一改質器５０６及び第２燃焼器５０８の上の第二改質器５１０を高温に加熱する。第２燃焼器５０８は上下に第一改質器５０６及び第二改質器５１０に挟まれているので、面方向に効率的に熱伝搬できるとともに断熱パッケージ２００で封止されている空間に露出している部分が少ないので熱損失が少なく、電熱線１７２の消費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。また燃焼性のある水素を、マイクロリアクタモジュール１や燃料電池を備えた発電ユニットの外に、高濃度に排出しないので安全性を向上することができる。
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燃焼混合気導入路１８，２２に供給されるようにしても良い。
On the other hand, the combustion mixture supplied to the combustion mixture introduction path 18 flows into the combustion chambers 138 and 140 of the second combustor 508, and the combustion mixture burns. As a result, combustion heat is generated, and the first reformer 506 below the second combustor 508 and the second reformer 510 above the second combustor 508 are heated to a high temperature. Since the second combustor 508 is vertically sandwiched between the first reformer 506 and the second reformer 510, heat can be efficiently propagated in the surface direction and exposed to the space sealed by the heat insulating package 200. Since there are few parts, there is little heat loss, the power consumption of the heating wire 172 can be made small, and the utilization efficiency of energy increases. Further, since hydrogen having combustibility is not discharged at a high concentration outside the power generation unit including the microreactor module 1 and the fuel cell, safety can be improved.
The liquid fuel stored in the fuel container may be vaporized, and the vaporized fuel / air combustion mixture may be supplied to the combustion mixture introduction paths 18 and 22.
混合液が気化用導入路１４に供給された状態であって、燃焼混合気が燃焼混合気導入路１８，２２に供給された状態において、制御装置が電熱線１７０，１７２，１７４の抵抗によって温度を測定しながら、電熱線１７０，１７２，１７４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、燃焼混合気導入路１８，２２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５０４，５０８の燃焼熱量が制御される。このように制御装置が電熱線１７０，１７２，１７４及びポンプを制御することによって、それぞれ高温反応部４、低温反応部６及び給排部２の温度制御がなされる。ここで、高温反応部４が２５０℃〜４００℃好ましくは３００℃〜３８０℃、低温反応部６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。より詳細には、図１３に示すように、低温反応部６の底板５３近傍に位置する線Ｌ１が１５０℃、吸液材３３の上端に位置する線Ｌ２が１２０℃、ベースプレート２０４の外表面の位置の線Ｌ３が８０℃、吸液材３３の下方に位置する線Ｌ４が６５℃となるような温度分布となることが好ましい。
In a state where the mixed liquid is supplied to the vaporization introduction passage 14 and the combustion mixture is supplied to the combustion mixture introduction passages 18 and 22, the controller controls the temperature by the resistance of the heating wires 170, 172 and 174. The voltage applied to the heating wires 170, 172, and 174 is controlled while the pump is controlled. When the pump is controlled by the control device, the flow rate of the combustion mixture supplied to the combustion mixture introduction passages 18 and 22 is controlled, whereby the amount of combustion heat of the combustors 504 and 508 is controlled. As described above, the control device controls the heating wires 170, 172, 174 and the pump, thereby controlling the temperatures of the high temperature reaction unit 4, the low temperature reaction unit 6 and the supply / discharge unit 2, respectively. Here, the high temperature reaction part 4 is 250 ° C. to 400 ° C., preferably 300 ° C. to 380 ° C., and the low temperature reaction part 6 is lower than the high temperature reaction part 4, specifically 120 ° C. to 200 ° C., more preferably 140 ° C. to Temperature control is performed so that it may become 180 degreeC. More specifically, as shown in FIG. 13, the line L1 located near the bottom plate 53 of the low temperature reaction part 6 is 150 ° C., the line L2 located at the upper end of the liquid absorbent 33 is 120 ° C., and the outer surface of the base plate 204 is The temperature distribution is preferably such that the position line L3 is 80 ° C. and the line L4 located below the liquid absorbent 33 is 65 ° C.
つまり、断熱パッケージ２００内を高温に保持するとともに、断熱パッケージ２００外に放熱する熱量を抑制するために断熱パッケージ２００から露出している外部流通管１０及び配線群１９７を高温反応部４側ではなく低温反応部６側に設けている。さらに第一燃焼器５０４の燃焼熱が外部流通管１０に伝搬して、気化用導入路１４内の吸液材３３を下から上に向かうに従って徐々に温度が高くして効率的に燃料を気化できるように、第一燃焼器５０４が吸液材３３の上部の周囲のみに配置されている。
That is, while keeping the inside of the heat insulation package 200 at a high temperature, the external flow pipe 10 and the wiring group 197 exposed from the heat insulation package 200 in order to suppress the amount of heat dissipated to the outside of the heat insulation package 200 is not the high temperature reaction section 4 side. It is provided on the low temperature reaction part 6 side. Further, the combustion heat of the first combustor 504 is propagated to the external flow pipe 10, and the temperature is gradually increased from the bottom to the top of the liquid absorbing material 33 in the vaporization introduction path 14, and the fuel is efficiently vaporized. The first combustor 504 is disposed only around the upper part of the liquid absorbing material 33 so as to be able to do so.
また、気化用導入路１４内の吸液材３３に吸い込まれた燃料や空気用導入路１６から導入される空気は、それぞれ高温反応部４や低温反応部６に到達する前に、第一燃焼器５０４の燃焼熱のみばかりでなく、予め排ガス排出路２０及び水素排出路２４から排出されるガスの熱によって加熱されている。
Further, the fuel sucked into the liquid absorbing material 33 in the vaporization introduction path 14 and the air introduced from the air introduction path 16 are first combusted before reaching the high temperature reaction section 4 and the low temperature reaction section 6, respectively. Not only the combustion heat of the vessel 504 but also the heat of the gas discharged from the exhaust gas discharge path 20 and the hydrogen discharge path 24 in advance.
同様に、燃焼混合気導入路１８や燃焼混合気導入路２２からそれぞれ導入される混合気は、第二燃焼器５０８や第一燃焼器５０４に到達する前に、予め排ガス排出路２０及び水素排出路２４から排出されるガスの熱によって加熱されている。
したがって、気化用導入路１４、空気用導入路１６、燃焼混合気導入路１８及び燃焼混合気導入路２２の流体を、排ガス排出路２０及び水素排出路２４の流体の熱で加熱しながら、排ガス排出路２０及び水素排出路２４の流体を、気化用導入路１４、空気用導入路１６、燃焼混合気導入路１８及び燃焼混合気導入路２２の流体で冷却するので、効率的な熱交換が行うことができる。
このため、排ガス排出路２０及び水素排出路２４の流体を冷却する冷却手段を別途用いなくてよい或いは冷却手段を小型化することができる。
Similarly, the air-fuel mixture introduced from the combustion mixture introduction passage 18 and the combustion mixture introduction passage 22 is preliminarily disposed in the exhaust gas discharge passage 20 and the hydrogen discharge before reaching the second combustor 508 and the first combustor 504. It is heated by the heat of the gas discharged from the passage 24.
Accordingly, while the fluid in the vaporization introduction path 14, the air introduction path 16, the combustion mixture introduction path 18, and the combustion mixture introduction path 22 is heated by the heat of the fluid in the exhaust gas discharge path 20 and the hydrogen discharge path 24, the exhaust gas Since the fluid in the discharge passage 20 and the hydrogen discharge passage 24 is cooled by the fluid in the vaporization introduction passage 14, the air introduction passage 16, the combustion mixture introduction passage 18 and the combustion mixture introduction passage 22, efficient heat exchange can be achieved. It can be carried out.
For this reason, it is not necessary to separately use cooling means for cooling the fluid in the exhaust gas discharge path 20 and the hydrogen discharge path 24, or the cooling means can be downsized.
図１８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１は、発電ユニット６０１に組み付けて用いることができる。この発電ユニット６０１は、フレーム６０２と、フレーム６０２に対して着脱可能な燃料容器６０４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６０６と、断熱パッケージ２００に収容された状態のマイクロリアクタモジュール１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６０８と、マイクロリアクタモジュール１及び発電モジュール６０８に空気（酸素）を供給するエアポンプ６１０と、二次電池、ＤＣ−ＤＣコンバータ及び発電ユニット６０１が発電ユニット６０１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６１２とを具備する。流量制御ユニット６０６によって燃料容器６０４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１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、水素リッチガスが燃料電池である発電モジュール６０８の燃料極に供給され、生成された電気が電源ユニット６１２の二次電池に蓄電される。
As shown in FIG. 18, the microreactor module 1 as described above can be used by being assembled in the power generation unit 601. The power generation unit 601 includes a frame 602, a fuel container 604 that can be attached to and detached from the frame 602, a flow rate control unit 606 having a flow path, a pump, a flow rate sensor, a valve, and the like, and a state in which the heat generation unit 601 is accommodated in the heat insulation package 200. The microreactor module 1, a power generation module 608 having a fuel cell, a humidifier for humidifying the fuel cell, and a recovery device for recovering by-products generated in the fuel cell, and air (oxygen) to the microreactor module 1 and the power generation module 608 And a power supply unit 612 having an external interface for electrically connecting a secondary battery, a DC-DC converter, and an external device driven by the output of the power generation unit 601. To do. By supplying the mixture of water and liquid fuel in the fuel container 604 to the microreactor module 1 by the flow rate control unit 606, hydrogen rich gas is generated as described above, and the hydrogen rich gas is the fuel of the power generation module 608 that is a fuel cell. The electricity generated and supplied to the electrodes is stored in the secondary battery of the power supply unit 612.
図１９は、発電ユニット６０１を電源として用いた電子機器７０１の斜視図である。図１９に示すように、この電子機器７０１は、携帯型の電子機器であって、特にノート型パーソナルコンピュータである。電子機器７０１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７０２を備え付けた下筐体７０４と、液晶ディスプレイ７０６を備え付けた上筐体７０８と、を備える。下筐体７０４と上筐体７０８はヒンジ部７１２で結合されており、上筐体７０８を下筐体７０４に重ねてキーボード７０２に液晶ディスプレイ７０６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７０４の右側面から底面にかけて、発電ユニット６０１を装着するための装着部７１０が凹設され、装着部７１０に発電ユニット６０１を装着すると、発電ユニット６０１の電気によって電子機器７０１が動作する。
FIG. 19 is a perspective view of an electronic device 701 using the power generation unit 601 as a power source. As shown in FIG. 19, the electronic device 701 is a portable electronic device, and in particular a notebook personal computer. The electronic device 701 includes a lower housing 704 that includes an arithmetic processing circuit composed of a CPU, a RAM, a ROM, and other electronic components and includes a keyboard 702, and an upper housing 708 that includes a liquid crystal display 706. Prepare. The lower casing 704 and the upper casing 708 are connected by a hinge portion 712, and the upper casing 708 is overlapped with the lower casing 704 and can be folded with the liquid crystal display 706 facing the keyboard 702. Has been. A mounting portion 710 for mounting the power generation unit 601 is recessed from the right side surface to the bottom surface of the lower housing 704, and when the power generation unit 601 is mounted on the mounting portion 710, the electronic device 701 operates by electricity of the power generation unit 601. .
以上のように本実施の形態によれば、断熱パッケージ２００の内部空間が断熱空間となっており、高温反応部４が低温反応部６から離れ、高温反応部４から低温反応部６までの間隔が連結管８の長さ分となっている。従って、高温反応部４から低温反応部６への伝熱の経路が連結管８に限られ、高温を要しない低温反応部６への伝熱が限定される。特に、連結管８の高さ及び幅は高温反応部４と低温反応部６の高さ及び幅よりも小さいから、連結管８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４の熱損失を抑えることができるとともに、低温反応部６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２００内に高温反応部４と低温反応部６を収容した場合でも、高温反応部４と低温反応部６の間で温度差を発生することができる。
As described above, according to the present embodiment, the internal space of the heat insulation package 200 is a heat insulation space, the high temperature reaction unit 4 is separated from the low temperature reaction unit 6, and the distance from the high temperature reaction unit 4 to the low temperature reaction unit 6 is. Is the length of the connecting pipe 8. Therefore, the heat transfer path from the high temperature reaction section 4 to the low temperature reaction section 6 is limited to the connecting pipe 8, and the heat transfer to the low temperature reaction section 6 that does not require high temperature is limited. In particular, since the height and width of the connecting pipe 8 are smaller than the height and width of the high temperature reaction section 4 and the low temperature reaction section 6, heat conduction through the connecting pipe 8 is suppressed as much as possible. Therefore, the heat loss of the high temperature reaction part 4 can be suppressed, and the temperature increase of the low temperature reaction part 6 above the set temperature can be suppressed. That is, even when the high temperature reaction unit 4 and the low temperature reaction unit 6 are accommodated in one heat insulating package 200, a temperature difference can be generated between the high temperature reaction unit 4 and the low temperature reaction unit 6.
また、連結流路１６２，１６４，１６６，１６８を１本の連結管８にまとめた状態とされているので、連結管８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４と低温反応部６との間には温度差があるから、低温反応部６よりも高温反応部４のほうがより膨張するが、高温反応部４が連結管８との連結部以外は自由端となっているので、連結管８等に発生する応力を抑えることができ、特に連結管８の曲げ応力の発生を抑えることができる。特に、連結管８は高さや幅が高温反応部４や低温反応部６よりも小さく、更に連結管８は高温反応部４及び低温反応部６の幅方向中央部において高温反応部４及び低温反応部６に連結しているから、連結管８、高温反応部４及び低温反応部６の応力発生を抑えることができる。
低温反応部６と断熱パッケージ２００との間においても一本の外部流通管１０が連結されているから、外部流通管１０等に発生する応力を小さくすることができる。
なお、仮に流路１６２，１６４，１６６，１６８を別々の連結管材に設け、これら連結管材を離した状態で高温反応部４と低温反応部６との間に架設すると、低温反応部６と高温反応部４の変位差によってこれら連結管材、低温反応部６、高温反応部４に応力が発生してしまう。また、高温反応部４の高温時と低温時との温度差が、低温反応部６の高温時と低温時との温度差よりも大きいために、高温反応部４側に外部流通管材を配置すると、管材の熱膨張、収縮が、低温反応部６側に外部流通管材を配置したときの管材の熱膨張、収縮よりも大きくなるので、断熱パッケージ２００内の気密性が損なわれやすくなる。本実施形態では、そのような応力の発生を抑え、気密性を保持することができる。
In addition, since the connecting flow paths 162, 164, 166, and 168 are combined into one connecting pipe 8, the stress generated in the connecting pipe 8 and the like can be reduced. That is, since there is a temperature difference between the high temperature reaction unit 4 and the low temperature reaction unit 6, the high temperature reaction unit 4 expands more than the low temperature reaction unit 6, but the high temperature reaction unit 4 is connected to the connection pipe 8. Since the portion other than the portion is a free end, the stress generated in the connecting pipe 8 or the like can be suppressed, and in particular, the occurrence of bending stress in the connecting pipe 8 can be suppressed. In particular, the connecting pipe 8 is smaller in height and width than the high temperature reaction part 4 and the low temperature reaction part 6, and the connecting pipe 8 further includes the high temperature reaction part 4 and the low temperature reaction at the center in the width direction of the high temperature reaction part 4 and the low temperature reaction part 6. Since it is connected to the part 6, it is possible to suppress the generation of stress in the connecting pipe 8, the high temperature reaction part 4 and the low temperature reaction part 6.
Since the single external circulation pipe 10 is connected between the low temperature reaction part 6 and the heat insulation package 200, the stress generated in the external circulation pipe 10 and the like can be reduced.
In addition, if the flow paths 162, 164, 166, and 168 are provided in separate connecting pipe materials and are installed between the high temperature reaction section 4 and the low temperature reaction section 6 in a state where these connection pipe materials are separated, the low temperature reaction section 6 and the high temperature reaction section 6 Due to the difference in displacement of the reaction part 4, stress is generated in the connecting pipe material, the low temperature reaction part 6, and the high temperature reaction part 4. Moreover, since the temperature difference between the high temperature and the low temperature of the high temperature reaction part 4 is larger than the temperature difference between the high temperature and the low temperature of the low temperature reaction part 6, when an external circulation pipe is arranged on the high temperature reaction part 4 side, Since the thermal expansion and contraction of the pipe material is larger than the thermal expansion and contraction of the pipe material when the external circulation pipe material is arranged on the low temperature reaction part 6 side, the airtightness in the heat insulating package 200 is easily impaired. In the present embodiment, the generation of such stress can be suppressed and the airtightness can be maintained.
外部流通管１０、リード線１７６，１７８，１８０，１８２，１８４，１８６，１９２，１９４は断熱パッケージ２００の外側に延出しているが、これらは全て低温反応部６に連結されている。そのため、高温反応部４から断熱パッケージ２００外への直接の放熱を抑えることができ、高温反応部４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２００内に高温反応部４と低温反応部６を収容した場合でも、高温反応部４と低温反応部６の間で温度差を発生することができる。特に、気化用導入路１４、空気用導入路１６、燃焼混合気導入路１８、排ガス排出路２０、燃焼混合気導入路２２及び水素排出路２４が１本の外部流通管１０にまとめて設けられているから、管の露出している表面の面積が抑えられ、管の表面から断熱パッケージ２００外へ放熱を抑えることができ、熱損失を抑えることができる。
The external circulation pipe 10 and the lead wires 176, 178, 180, 182, 184, 186, 192, and 194 extend to the outside of the heat insulation package 200, but they are all connected to the low temperature reaction unit 6. Therefore, direct heat radiation from the high temperature reaction part 4 to the outside of the heat insulation package 200 can be suppressed, and heat loss of the high temperature reaction part 4 can be suppressed. Therefore, even when the high temperature reaction unit 4 and the low temperature reaction unit 6 are accommodated in one heat insulating package 200, a temperature difference can be generated between the high temperature reaction unit 4 and the low temperature reaction unit 6. In particular, the vaporization introduction path 14, the air introduction path 16, the combustion mixture introduction path 18, the exhaust gas discharge path 20, the combustion mixture introduction path 22, and the hydrogen discharge path 24 are collectively provided in one external circulation pipe 10. Therefore, the area of the exposed surface of the tube can be suppressed, heat radiation can be suppressed from the surface of the tube to the outside of the heat insulating package 200, and heat loss can be suppressed.
連結管８の下面、高温反応部４の下面及び低温反応部６の下面が面一となって段差がないため、電熱線１７２を比較的簡単にパターニングすることができ、電熱線１７２の断線を抑えることができる。
Since the lower surface of the connecting pipe 8, the lower surface of the high temperature reaction unit 4, and the lower surface of the low temperature reaction unit 6 are flush with each other and there is no step, the heating wire 172 can be patterned relatively easily, and the heating wire 172 is disconnected. Can be suppressed.
また、外部流通管１０の気化用導入路１４に吸液材３３を充填させて、気化用導入路１４を気化器５０２としたので、マイクロリアクタモジュール１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（気化用導入路１４の上部が１２０℃となる状態）とすることができる。
In addition, since the vaporization introduction path 14 of the external flow pipe 10 is filled with the liquid absorbing material 33 and the vaporization introduction path 14 is used as the vaporizer 502, the liquid mixture can be obtained while miniaturizing and simplifying the microreactor module 1. It is possible to achieve a temperature state necessary for vaporization (a state where the upper portion of the vaporization introduction path 14 is 120 ° C.).
また、燃焼器プレート１２は外部流通管１０の上端部において外部流通管１０の周囲に設けられているので、更に気化用導入路１４内の吸液材３３が燃焼器プレート１２の高さの位置まで充填されているから、第一燃焼器５０４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。
Further, since the combustor plate 12 is provided around the external circulation pipe 10 at the upper end portion of the external circulation pipe 10, the liquid absorbing material 33 in the vaporization introduction path 14 is further positioned at the height of the combustor plate 12. Therefore, the combustion heat in the first combustor 504 can be efficiently used for vaporizing the mixed liquid.
また、第一改質器５０６と第二改質器５１０との間に第二燃焼器５０８を挟んだ構造としているため、第二燃焼器５０８の燃焼熱が第一改質器５０６と第二改質器５１０に均等に伝導し、第一改質器５０６と第二改質器５１０との間に温度差が生じない。
Further, since the second combustor 508 is sandwiched between the first reformer 506 and the second reformer 510, the combustion heat of the second combustor 508 is changed between the first reformer 506 and the second reformer 506. Conducted uniformly to the reformer 510, and no temperature difference occurs between the first reformer 506 and the second reformer 510.
給排部２、高温反応部４、低温反応部６及び連結管８のどの部分においても、流路を仕切る隔壁が薄くされているので、これらの熱容量を小さくすることができ、動作の初期段階において給排部２、高温反応部４、低温反応部６及び連結管８を室温から高温にすぐに温めることができる。更に、電熱線１７０，１７２，１７４の消費電力も下げることができる。
In any part of the supply / discharge section 2, the high temperature reaction section 4, the low temperature reaction section 6 and the connecting pipe 8, the partition walls partitioning the flow path are made thin, so that these heat capacities can be reduced, and the initial stage of operation. The heating / discharging part 2, the high temperature reaction part 4, the low temperature reaction part 6 and the connecting pipe 8 can be immediately heated from room temperature to high temperature. Furthermore, the power consumption of the heating wires 170, 172, and 174 can be reduced.
〔変形例１〕
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び設計の変更をおこなっても良い。
[Modification 1]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the present invention.
図２０は、連結管８を連結管８Ａに変更した場合の、図１２に対応する断面図である。図２０に示すように、連結管８Ａは円柱状とされ、連結管８Ａ内には、断面円形状の連結流路１６２Ａ、連結流路１６４Ａ、連結流路１６６Ａ及び連結流路１６８Ａが互いに平行となるよう設けられている。連結流路１６２Ａ、連結流路１６４Ａ、連結流路１６６Ａ、連結流路１６８Ａはそれぞれ連結流路１６２、連結流路１６４、連結流路１６６、連結流路１６８に対応する。
FIG. 20 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 12 when the connecting pipe 8 is changed to the connecting pipe 8A. As shown in FIG. 20, the connecting pipe 8A has a columnar shape, and in the connecting pipe 8A, a connecting channel 162A having a circular cross section, a connecting channel 164A, a connecting channel 166A, and a connecting channel 168A are parallel to each other. It is provided to be. The connecting channel 162A, the connecting channel 164A, the connecting channel 166A, and the connecting channel 168A correspond to the connecting channel 162, the connecting channel 164, the connecting channel 166, and the connecting channel 168, respectively.
〔変形例２〕
図２１は、連結管８を連結管８Ｂに変更した場合の、図１２に対応する断面図である。この連結管８Ｂも角柱状とされているが、連結流路１６２Ｂ、連結流路１６４Ｂ、連結流路１６６Ｂ、連結流路１６８Ｂが断面円形状とされている。連結流路１６２Ｂ、連結流路１６４Ｂ、連結流路１６６Ｂ、連結流路１６８Ｂはそれぞれ連結流路１６２、連結流路１６４、連結流路１６６、連結流路１６８に対応する。
[Modification 2]
FIG. 21 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 12 when the connecting pipe 8 is changed to the connecting pipe 8B. The connecting pipe 8B is also formed in a prismatic shape, but the connecting channel 162B, the connecting channel 164B, the connecting channel 166B, and the connecting channel 168B are circular in cross section. The connection channel 162B, the connection channel 164B, the connection channel 166B, and the connection channel 168B correspond to the connection channel 162, the connection channel 164, the connection channel 166, and the connection channel 168, respectively.
〔変形例３〕
図２２は、連結管８を連結管８Ｃに変更した場合の、図１２に対応する断面図である。この連結管８Ｃは三角柱状とされ、連結流路１６２Ｃ、連結流路１６４Ｃ、連結流路１６６Ｃ、連結流路１６８Ｃが断面三角形状とされている。連結流路１６２Ｃ、連結流路１６４Ｃ、連結流路１６６Ｃ、連結流路１６８Ｃはそれぞれ連結流路１６２、連結流路１６４、連結流路１６６、連結流路１６８に対応する。
[Modification 3]
FIG. 22 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 12 when the connecting pipe 8 is changed to the connecting pipe 8C. The connecting pipe 8C has a triangular prism shape, and the connecting channel 162C, the connecting channel 164C, the connecting channel 166C, and the connecting channel 168C have a triangular cross section. The connecting channel 162C, the connecting channel 164C, the connecting channel 166C, and the connecting channel 168C correspond to the connecting channel 162, the connecting channel 164, the connecting channel 166, and the connecting channel 168, respectively.
〔変形例４〕
図２３は、連結管８を連結管８Ｄに変更した場合の、図１２に対応する断面図である。この連結管８Ｄは角柱状とされ、連結流路１６２Ｄ、連結流路１６４Ｄ、連結流路１６６Ｄ、連結流路１６８Ｄが断面円形状とされている。連結流路１６２Ｄ、連結流路１６４Ｄ、連結流路１６６Ｄ、連結流路１６８Ｄはそれぞれ連結流路１６２、連結流路１６４、連結流路１６６、連結流路１６８に対応する。
[Modification 4]
FIG. 23 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 12 when the connecting pipe 8 is changed to the connecting pipe 8D. The connecting pipe 8D has a prismatic shape, and the connecting channel 162D, the connecting channel 164D, the connecting channel 166D, and the connecting channel 168D have a circular cross section. The connection channel 162D, the connection channel 164D, the connection channel 166D, and the connection channel 168D correspond to the connection channel 162, the connection channel 164, the connection channel 166, and the connection channel 168, respectively.
〔変形例５〕
図２４は、連結管８を連結管８Ｅに変更した場合の、図１２に対応する断面図である。この連結管８Ｅは角柱状とされ、連結流路１６２Ｅ、連結流路１６４Ｅ、連結流路１６６Ｅ、連結流路１６８Ｅが断面四角形状とされている。また、連結流路１６２Ｅ、連結流路１６４Ｅ、連結流路１６６Ｅ及び連結流路１６８Ｅは連結管８Ｅの幅方向及び高さ方向に沿った断面において幅方向に沿って一列に配列されている。連結流路１６２Ｅ、連結流路１６４Ｅ、連結流路１６６Ｅ、連結流路１６８Ｅはそれぞれ連結流路１６２、連結流路１６４、連結流路１６６、連結流路１６８に対応する。
[Modification 5]
FIG. 24 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 12 when the connecting pipe 8 is changed to the connecting pipe 8E. The connecting pipe 8E has a prismatic shape, and the connecting channel 162E, the connecting channel 164E, the connecting channel 166E, and the connecting channel 168E have a rectangular cross section. In addition, the connection channel 162E, the connection channel 164E, the connection channel 166E, and the connection channel 168E are arranged in a line along the width direction in a cross section along the width direction and the height direction of the connection pipe 8E. The connection channel 162E, the connection channel 164E, the connection channel 166E, and the connection channel 168E correspond to the connection channel 162, the connection channel 164, the connection channel 166, and the connection channel 168, respectively.
〔変形例６〕
図２５は、連結管８を連結管８Ｆに変更した場合の、図１２に対応する断面図である。この連結管８Ｆは角柱状とされ、連結流路１６２Ｆ、連結流路１６４Ｆ、連結流路１６６Ｆ、連結流路１６８Ｆが断面円形状とされている。また、連結流路１６２Ｆ、連結流路１６４Ｆ、連結流路１６６Ｆ及び連結流路１６８Ｆは連結管８Ｆの幅方向及び高さ方向に沿った断面において幅方向に沿って一列に配列されている。連結流路１６２Ｆ、連結流路１６４Ｆ、連結流路１６６Ｆ、連結流路１６８Ｆはそれぞれ連結流路１６２、連結流路１６４、連結流路１６６、連結流路１６８に対応する。
[Modification 6]
FIG. 25 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 12 when the connecting pipe 8 is changed to the connecting pipe 8F. The connecting pipe 8F has a prismatic shape, and the connecting channel 162F, the connecting channel 164F, the connecting channel 166F, and the connecting channel 168F have a circular cross section. The connection channel 162F, the connection channel 164F, the connection channel 166F, and the connection channel 168F are arranged in a line along the width direction in a cross section along the width direction and the height direction of the connection tube 8F. The connection channel 162F, the connection channel 164F, the connection channel 166F, and the connection channel 168F correspond to the connection channel 162, the connection channel 164, the connection channel 166, and the connection channel 168, respectively.
図２６は、マイクロリアクタモジュール１の比較例であるマイクロリアクタモジュール１Ｃの斜視図であり、マイクロリアクタモジュール１の連結管８の代わりに連結管８の各流路を４つに分岐した連結管８Ｇ、連結管８Ｈ、連結管８Ｉ、連結管８Ｊを設けている。なお、高温反応部４Ｃのベースプレート１０２Ａ、下部枠１０４Ａ、中部枠１０６Ａ、燃焼器プレート１０８Ａ、上部枠１１０Ａによる流路構造は、連結管８Ｇ、連結管８Ｈ、連結管８Ｉ、連結管８Ｊのレイアウトに合わせてマイクロリアクタモジュール１の高温反応部４の、ベースプレート１０２、下部枠１０４、中部枠１０６、燃焼器プレート１０８、上部枠１１０による流路構造と異なっており、低温反応部６Ｃのベースプレート２８Ａ、下部枠３０Ａ、中部枠３２Ａ、上部枠３４Ａによる流路構造は、連結管８Ｇ、連結管８Ｈ、連結管８Ｉ、連結管８Ｊのレイアウトに合わせてマイクロリアクタモジュール１の低温反応部６のベースプレート２８、下部枠３０、中部枠３２、上部枠３４による流路構造と異なっている。
マイクロリアクタモジュール１Ｃは高温反応部４Ｃの熱膨張が大きいのに対して低温反応部６Ｃの熱膨張が小さいために、幅方向Ｘ方向と高さ方向Ｚ方向において、連結管８Ｇ及び連結管８Ｈは、高温反応部４Ｃとの連結箇所で拡張する方向に応力がかかり、低温反応部６Ｃとの連結箇所で縮小する方向に応力がかかり、連結箇所が破損しやすくなる。同様に、連結管８Ｉ及び連結管８Ｊは、高温反応部４Ｃとの連結箇所で拡張する方向に応力がかかり、低温反応部６Ｃとの連結箇所で縮小する方向に応力がかかり、連結箇所が破損しやすくなる。
これに対して、本実施形態及び変形例におけるマイクロリアクタモジュール１では、連結管８は、高温反応部４と連結される箇所が一箇所なので、当該箇所がＸ方向及びＺ方向において歪みを生じることがほとんどなく、低温反応部６と連結される箇所が一箇所なので、当該箇所がＸ方向及びＺ方向において歪みを生じることがほとんどない。
FIG. 26 is a perspective view of a microreactor module 1C that is a comparative example of the microreactor module 1. Instead of the connecting pipe 8 of the microreactor module 1, a connecting pipe 8G in which each flow path of the connecting pipe 8 is branched into four, and a connecting pipe 8H, connecting pipe 8I, and connecting pipe 8J are provided. The flow path structure of the base plate 102A, the lower frame 104A, the middle frame 106A, the combustor plate 108A, and the upper frame 110A of the high-temperature reaction unit 4C is the layout of the connection pipe 8G, the connection pipe 8H, the connection pipe 8I, and the connection pipe 8J. In addition, the flow path structure of the high temperature reaction section 4 of the microreactor module 1 is different from that of the base plate 102, the lower frame 104, the middle frame 106, the combustor plate 108, and the upper frame 110, and the base plate 28A and the lower frame of the low temperature reaction section 6C. The flow path structure of 30A, the middle frame 32A, and the upper frame 34A has a base plate 28 and a lower frame 30 of the low-temperature reaction unit 6 of the microreactor module 1 according to the layout of the connecting pipe 8G, connecting pipe 8H, connecting pipe 8I, and connecting pipe 8J. The flow path structure is different from the middle frame 32 and the upper frame 34.
In the microreactor module 1C, the thermal expansion of the high temperature reaction part 4C is large, whereas the thermal expansion of the low temperature reaction part 6C is small. Therefore, in the width direction X direction and the height direction Z direction, the connection pipe 8G and the connection pipe 8H are Stress is applied in the direction of expansion at the connection point with the high temperature reaction part 4C, stress is applied in the direction of reduction at the connection part with the low temperature reaction part 6C, and the connection part is easily damaged. Similarly, the connecting pipe 8I and the connecting pipe 8J are stressed in the direction of expansion at the connection point with the high temperature reaction part 4C, and stressed in the direction of reduction at the connection part with the low temperature reaction part 6C, and the connection part is broken. It becomes easy to do.
On the other hand, in the microreactor module 1 according to the present embodiment and the modified example, the connecting pipe 8 is connected to the high-temperature reaction unit 4 in one place, so that the place may be distorted in the X direction and the Z direction. Since there is almost no place connected to the low temperature reaction part 6, the place hardly causes distortion in the X direction and the Z direction.
