JP2007091499A

JP2007091499A - 反応装置

Info

Publication number: JP2007091499A
Application number: JP2005280407A
Authority: JP
Inventors: Naotomo Miyamoto; 直知宮本; Tadao Yamamoto; 忠夫山本; Masaharu Shiotani; 雅治塩谷
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2007-04-12

Abstract

【課題】気体流入出用として使用される管材の耐変形性能及び耐破壊性能を向上させることのできる反応装置を提供する。
【解決手段】断熱パッケージ２００と、断熱パッケージ２００内に収容され、反応物の反応を起こす高温反応部４と、高温反応部４よりも低温で反応物の反応を起こす低温反応部６と、高温反応部４と低温反応部６との間に架設され、高温反応部４と低温反応部６との間で反応物及び生成物を送る連結部８と、低温反応部６に接続されるとともに断熱パッケージ２００を貫通して設けられ、高温反応部４又は低温反応部６に反応物の供給又は高温反応部４又は低温反応部６から生成物の排出を行う複数の管材１５，１７，１９，２１，２３とを備えている。そして、複数の管材１５，１７，１９，２１，２３は超弾性効果を有する材料により形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、液体燃料を改質する反応装置、特に燃料電池に供給する水素を生成する反応装置に関する。

近年では、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源として、燃料電池が自動車や携帯機器などに応用され始めている。燃料電池は、燃料と大気中の酸素を電気化学的に反応させて、化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出す装置である。

燃料電池に用いる燃料としては水素単体が挙げられるが、そのまま常温、常圧で気体であることによる取り扱いに問題がある。水素吸蔵合金によって水素を貯蔵する試みもあるが、単位体積当たりの水素の貯蔵量が少なく、特に携帯電子機器のような小型の電子機器の電源の燃料貯蔵手段としては不十分であった。これに対してアルコール類といった水素原子を有する液体燃料を改質して水素を生成する改質型燃料電池では、燃料を液体の状態で容易に保存でき、燃料の単位体積当たりの水素量も比較的多い。このような燃料電池を用いると、液体燃料を気化させる気化器、液体燃料と高温の水蒸気を反応させることによって、発電に必要な水素を取り出す改質器、改質反応の副生成物である一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器等が必要となることがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−３５６３１０号公報

気化器、一酸化炭素除去器、改質器は、加熱されることによって動作する。これらを少なくとも１つ備える反応装置では、熱エネルギーを有効活用するために、熱エネルギーの一部が外部に放出されないように、改質器及び一酸化炭素除去器を断熱して反応器を保温することが好ましい。そこで、本発明者らはこれら改質器及び一酸化炭素除去器を内部が減圧雰囲気の断熱パッケージに収容して封止している。断熱パッケージは、このような化学反応器に反応物の供給又は生成物の排出を行う複数の管材が貫通されている。
断熱パッケージの内部は、化学反応器の熱によって断熱パッケージの外部より高温になってしまうため、これら管材は、断熱パッケージの内部と外部で熱の不均一による膨張の差が生じてしまう。このときの応力が特に管材の接合部分近傍に集中して管材に歪みが発生し亀裂や損壊をもたらして流体が漏洩してしまうといった問題を生じる恐れがあった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、気体流入出用として使用される管材の耐変形性能及び耐破壊性能を向上させることのできる反応装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、
断熱パッケージと、
前記断熱パッケージ内に収容され、反応物の反応を起こす反応部と、
前記反応部に接続されるとともに前記断熱パッケージを貫通して設けられ、前記反応部に反応物の供給又は前記反応部から生成物の排出を行う複数の管材と、を備え、
前記複数の管材のうち少なくとも１つは、超弾性効果を有する材料により形成されていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の反応装置において、
前記反応部は、前記断熱パッケージと離間した状態で前記複数の管材によって支持されていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の反応装置において、
前記反応部は、
反応物の反応を起こす高温反応部と、
前記高温反応部よりも低温で反応物の反応を起こす低温反応部と、
を有することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３に記載の反応装置において、
前記高温反応部と前記低温反応部との間に架設され、前記高温反応部と前記低温反応部との間で反応物及び生成物を送る連結部を有することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項３または４に記載の反応装置において、
前記低温反応部は、前記断熱パッケージと離間した状態で前記複数の管材によって支持されていることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項３〜５のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記低温反応部は一酸化炭素除去部を有することを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項３〜６のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記高温反応部は水素改質部を有することを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記複数の管材の内面にメッキ処理が施されていることを特徴とする。

本発明に係る反応装置によれば、超弾性効果を有する材料で形成されている管材にかかる応力を緩和でき、耐変形性能及び耐破壊性能の向上を図ることができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

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。

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パイプ群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水素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送るための連結管８とを具備する。

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、パイプ群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。

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る。第一改質器５０６が低温反応部６寄りに配設され、第二改質器５１０が第一改質器５０６よりも低温反応部６から離れた位置に配設され、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、第一改質器５０６及び第二改質器５１０を適正温度範囲になるように加熱するものであり、これら第一改質器５０６、第二燃焼器５０８、第二改質器５１０がこの順に並んで配列されている。

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、燃料電池がマイクロリアクタモジュール１から供給された水素ガスによっ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、ガソリン等）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。

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、第一改質器５０６及び第二改質器５１０が運転温度まで昇温した状態になると、これらが改質反応によって気化された燃料を水素に改質し、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）

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、これにより次式（３）のような化学反応が起こり、一酸化炭素が除去される。
ＣＯ＋１／２Ｏ_２→ＣＯ_２ …（３）
一酸化炭素が除去された状態の水素を主体とする混合気が燃料電池の燃料極に供給される。

以下、パイプ群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９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は図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２９（ベース部２８及びベース部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からベースプレート２９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からベースプレート２９の平面方向に沿って切断した矢視断面図である。

図３、図５、図６に示すように、パイプ群２は、超弾性材料又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液体燃料導入管１０と、液体燃料導入管１０の上端部において液体燃料導入管１０を囲むように設けられた超弾性材料又はステンレス鋼（SUS304）等の金属材料からなる燃焼器プレート１２と、ステンレス鋼（SUS304）等の金属材料からなり、液体燃料導入管１０の周囲に配列された５本の管材１５，１７，１９，２１，２３とを具備する。燃焼器プレート１２は硬蝋付けによって液体燃料導入管１０及び低温反応部６と接合されており、蝋剤としては、液体燃料導入管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。燃焼器プレート１２は、液体燃料導入管１０が低温反応部６に接合されるためのフランジとしても機能する。

液体燃料導入管１０は、マイクロリアクタモジュール１の外部に流通する気化用導入路１４が設けられている。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もよく、無機粉末を焼結したものでもよく、無機粉末を結合材で固めたものでもよく、グラファイトとグラッシーカーボンの混合体でもよい。

管材１５，１７，１９，２１，２３にはそれぞれ空気用導入路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及び水素ガス用排出路２４が設けられている。管材１５，１７，１９，２１，２３は、それらのフランジによって低温反応部６の下面に接合され、低温反応部６内の各流路と連結している。
また、液体燃料導入管１０及び管材１５，１７，１９，２１，２３は何れの部分でも肉厚が０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下とされ、好ましくは０．１ｍｍとされている。管材１５，１７，１９，２１，２３はいずれも内径が０．４ｍｍとなっており、液体燃料導入管１０の内径は管材１５，１７，１９，２１，２３の内径よりも十分長い。

管材１５，１７，１９，２１，２３は、超弾性材料からなる。超弾性材料とは、弾性域を超えて変形ひずみを加え通常の金属の弾性域を越えて変形をしたものが、外部応力を除くと変形ひずみが消えて元の形状に戻る性質を有している。
通常の金属材料は、弾性限界を超える外部応力を加えると、特定の結晶面を境にして原子が隣の原子との結合の手を切り離してずれ、次の原子と結合の手を結ぶ塑性変形が生じる。塑性変形が起こると、外部応力を除いても弾性変形分しかひずみが戻らず、原子がずれた分の永久変形が残る。
一方、超弾性材料は、外部応力のない状態でオーステナイト相という結晶構造をとるが、これに外部応力を加えると、応力誘起マルテンサイト相という結晶構造に相変態して変形する。オーステナイト相から応力誘起マルテンサイト相へは、結合の手を切り離すことなく相変態するため、外部応力を除くと、エネルギー的に不安定なマルテンサイト相から直ちに元のオーステナイト相に戻り、元の形状に戻る。このような超弾性材料は、外部応力により比例限界の１０倍もの変形を加えた場合でも、外部応力を除くとひずみが消え、永久変形が残らないという性質（超弾性効果）を有する。
図２０は、超弾性を示す材料の特性を示しており、ｓｔ１以上の応力を受けて変形しても、その外部応力が小さくなるとそれに応じてひずみ量（変形量）が小さくなり、自力で元の形状に復元しようとする。かかる応力がｓｔ２以下となると元の形状と同じになり、ヒステリシスループを描く。後述するが低温反応部６と断熱パッケージ２００との温度差による熱膨張によって管材１５，１７，１９，２１，２３にかかる最大応力は約１００ＭＰａなので、管材１５，１７，１９，２１，２３の超弾性材料は復元可能な応力の最大値ｓｔmaxが１００ＭＰa（ｋｇｆ／ｍｍ²）以上の超弾性を有すればよい。つまり、管材１５，１７，１９，２１，２３は、管材１５，１７，１９，２１，２３にかかる最大応力に対して復元可能な応力の最大値ｓｔmaxがそれ以上であればよい。
具体的に超弾性効果を有する材料としては、Ｎｉ及びＴｉを含む超弾性合金（Ｎｉ−Ｔｉ合金）、特に、Ｎｉ及びＴｉを含む合金が、さらにクロムを含む超弾性合金（Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｒ合金）やニッケル−チタン−銅系の合金等がある。具体的には、ＮＴ−Ｎ（古河テクノマテリアル社製）を用いることができる。この材料は、超弾性材料に作用する応力が３００〜９００ｋｇｆ／ｍｍ²の範囲で超弾性効果を発揮し、耐変形、耐破壊の材料となりえる。
なお、超弾性合金の中には水素を吸収し脆化してしまう化学的特性を持つものがあるため、そのような材料を用いた場合、管材１５，１７，１９，２１，２３の内面には水素に対して不活性なニッケルや金によるメッキ処理が施されていることが好ましい。

燃焼器プレート１２は、ステンレス鋼（SUS304）等の金属材料又は液体燃料導入管１０と同様に超弾性材料からなる。燃焼器プレート１２の中央部に貫通孔１２Ａが形成され、その貫通孔１２Ａに液体燃料導入管１０が嵌め込まれ、液体燃料導入管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１２Ｂが凸設されている。隔壁１２Ｂ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、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、接合面に燃焼用流路２６が形成され、液体燃料導入管１０が燃焼用流路２６によって囲繞されている。燃焼器プレート１２は何れの部分でも肉厚が０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下とされ、好ましくは０．１ｍｍとされている。
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、白金が挙げられる。なお、液体燃料導入管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。

図３、図５に示すように、高温反応部４、低温反応部６及び連結管８は、積層された絶縁プレート２９０とベースプレート２９を共通の基体としている。そのため、絶縁プレート２９０が高温反応部４、低温反応部６及び連結管８に共通した下面となるが、連結管８の下面が高温反応部４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の下面に対して面一になっている。

ベースプレート２９は、低温反応部６の基体となるベース部２８と、高温反応部４の基体となるベース部１０２と、連結管８の基体となる連結ベース部７とからなり、これらを一体形成したものであり、連結ベース部７において括れた状態とされている。このベースプレート２９は、ステンレス鋼（SUS304）等の金属材料からなる。絶縁プレート２９０は、低温反応部６の基体となるベース部２９６と、高温反応部４の基体となるベース部２９４と、連結管８の基体となる連結ベース部２９８とからなり、これらを一体形成したものであり、連結ベース部２９７において括れた状態とされている。この絶縁プレート２９０は、セラミック等の電気絶縁体からなり、電熱線１７０、電熱線１７２、電熱線１７４が導電性のベースプレート２９に導通しないように介在している。
ベース部２９６には、液体燃料導入管１０に連通するための貫通孔２９６Ａと、管材１５の空気用導入路１６に連通するための貫通孔２９６Ｂ、管材１７の燃焼混合気導入路１８に連通するための貫通孔２９６Ｂ、管材１９の排ガス排出路２０に連通するための貫通孔２９６Ｂ、管材２１の燃焼混合気導入路２２に連通するための貫通孔２９６Ｂ、管材２３の水素ガス用排出路２４に連通するための貫通孔２９６Ｂと、後述するベースプレート２９の貫通孔５３、５５に連通する貫通孔２９６Ｃ、２９６Ｃと、が設けられている。

そして、低温反応部６は、ベース部２９６、ベース部２８、下部枠３０、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。下部枠３０、上部枠３４及び蓋プレート３６は何れもステンレス鋼（SUS304）等の金属材料からなり、更に何れの部分でも肉厚が０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下とされ、好ましくは０．１ｍｍとされている。
高温反応部４は、ベース部２９４と、ベース部２９４に接合されたベース部１０２と、ベース部１０２に重ねられた改質器ベース体１０４と、改質器ベース体１０４の一部を覆った第一箱体１１０と、改質器ベース体１０４の別の一部を覆った第二箱体１１２と、第一箱体１１０と第二箱体１１２との間に挟まれた燃焼器プレート１０６，１０８とを備え、直方体状に呈している。改質器ベース体１０４、第一箱体１１０、第二箱体１１２及び燃焼器プレート１０６，１０８は何れもステンレス鋼（SUS304）等の金属材料からなり、更に何れの部分でも肉厚が０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下とされ、好ましくは０．１ｍｍとされている。
連結管８は、連結ベース部２９８と、連結ベース部２９８に接合された連結ベース部７と、連結ベース部７に接合された連結蓋２８０とを備える。連結蓋２８０は、ステンレス鋼（SUS304）等の金属材料からなり、更に何れの部分でも肉厚が０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下とされ、好ましくは０．１ｍｍとされている。連結ベース部７を連結蓋２８０が閉じるように接合することによって、改質燃料供給流路３８、混合流路４０、燃焼燃料供給流路４８、及び排ガス流路５０が形成される。

図１０は、ベースプレート２９に絶縁プレート２９０を接合した状態の斜視図である。図７、図１０に示すように、貫通孔５１，５２，５３，５４，５５，５６，５８，６０がベースプレート２９のベース部２８を貫通している。ここで、貫通孔５２はベース部２９６の貫通孔２９６Ａに連通し、貫通孔５１，５４，５６，５８，６０は、ベース部２９６の各貫通孔２９６Ｂに連通し、貫通孔５３，５５は、ベース部２９６の各貫通孔２９６Ｃに連通している。
したがって、図２、図３、図５〜図７、図２１に示すように、絶縁プレート２９０のベース部２９６が低温反応部６の下面となり、低温反応部６の下面に管材１５，１７，１９，２１，２３及び液体燃料導入管１０が接合され、液体燃料導入管１０の気化用導入路１４が貫通孔２９６Ａを介して貫通孔５２に通じ、管材１５の空気用導入路１６が貫通孔２９６Ｂを介して貫通孔６０に通じ、管材１７の燃焼混合気導入路１８が貫通孔２９６Ｂを介して貫通孔５８に通じ、管材１９の排ガス排出路２０が貫通孔２９６Ｂを介して貫通孔５６に通じ、管材２１の燃焼混合気導入路２２が貫通孔２９６Ｂを介して貫通孔５１に通じ、管材２３の水素ガス用排出路２４が貫通孔２９６Ｂを介して貫通孔５４に通じている。また、図２、図５、図６、図２１に示すように、燃焼器プレート１２が低温反応部６の下面に接合され、燃焼器プレート１２の燃焼用流路２６の一端部が貫通孔２９６Ｃを介して貫通孔５３に通じ、燃焼用流路２６の他端部が貫通孔２９６Ｃを介して貫通孔５５に通じている。

図７、図１０に示すように、ベースプレート２９には、一方の面に改質燃料供給流路３８と、混合流路４０と、一酸化炭素除去用流路４２と、一酸化炭素除去用流路４４と、燃焼燃料供給流路４７と、燃焼燃料供給流路４８と、連通流路４９と、排ガス流路５０となる溝が形成されるように、これらの溝よりも高さが一段高くなっているステージ４１及びステージ４３がそれぞれベース部２８及びベース部１０２に設けられている。

改質燃料供給流路３８は、低温反応部６の貫通孔５２から連結ベース部７を通って高温反応部４のベース部１０２の角部にまで至るよう形成されている。混合流路４０は、低温反応部６の貫通孔６０から連結ベース部７を通って高温反応部４のベース部１０２にまで至るよう形成されている。燃焼燃料供給流路４８は、低温反応部６の貫通孔５８から連結ベース部７を通って高温反応部４のベース部１０２に至るよう形成されている。排ガス流路５０は低温反応部６の貫通孔５６から貫通孔５５に至るよう形成されているとともに、貫通孔５６から連結ベース部７を通って高温反応部４のベース部１０２に至るように形成されている。ここで、連結ベース部７の上方には連結蓋２８０が接合されているが、この連結蓋２８０によって改質燃料供給流路３８、混合流路４０、燃焼燃料供給流路４８及び排ガス流路５０が連結ベース部７において覆われている。

連通流路４９は、ベース部１０２において直線状の溝によって形成されている。一酸化炭素除去用流路４２は、ベース部２８において矩形状の溝によって形成されている。一酸化炭素除去用流路４６は、貫通孔５２を囲むように迂回した形状の溝によって形成され、一酸化炭素除去用流路４６の一端部の底で貫通孔５４が開口している。燃焼燃料供給流路４７は、ベース部２８において貫通孔５１から貫通孔５３へ至るような溝によって形成されている。

一酸化炭素除去用流路４４は、ベース部２８において蛇行状に形成されている。ここで、一酸化炭素除去用流路４４を形成する四枚の隔壁４５は、ベース部２８のステージ４１より一段低いベース面３９に起立するように設けられている。隔壁４５は、ベース部２８のベース面３９に蝋付けで接合されている。
図１１は、ベースプレート２９に改質器ベース体１０４、下部枠３０及び連結蓋２８０を接合した状態の斜視図であるが、図１１等に示すように、ベースプレート２９のベース部２８の上に下部枠３０が接合されているが、隔壁４５が下部枠３０の内側において下部枠３０の上端の高さまでわたっており、蛇行状の一酸化炭素除去用流路４４が下部枠３０まで吹き抜けた状態とされている。

図８、図１１、図２１に示すように、下部枠３０の内側に隔壁３１が設けられることで、下部枠３０の内側が渦巻き状の一酸化炭素除去用流路６４、吹抜け孔６６及び一酸化炭素除去用流路４４に区分けされている。一酸化炭素除去用流路６４においては底板７２が設けられ、ベース部２８に下部枠３０が接合されると、つまりその底板７２がステージ４１に接合されると、一酸化炭素除去用流路４６及び燃焼燃料供給流路４７が蓋されるとともに、改質燃料供給流路３８、混合流路４０、燃焼燃料供給流路４８及び排ガス流路５０のそれぞれの一部が蓋される。

また、一酸化炭素除去用流路６４の一方の端部が一酸化炭素除去用流路４４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部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の他方の端部においてはベース部２８の一酸化炭素除去用流路４６の端部に通じる吹抜け孔７６が形成されている。吹抜け孔６６はベース部２８の混合流路４０の上に位置している。
なお、平面視して、液体燃料導入管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が液体燃料導入管１０の周りを渦巻く。

図１２は下部枠３０に上部枠３４を接合した状態の斜視図である。図９、図１２に示すように、上部枠３４は下面に底板８６が設けられ、底板３５の上面であって上部枠３４の内側に隔壁３５が設けられることで、上部枠３４の内側に蛇行状の一酸化炭素除去用流路８４が形成されている。また、下部枠３０に上部枠３４が接合されるとその底板８６によって一酸化炭素除去用流路６４及び一酸化炭素除去用流路４４が仕切られる。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は下部枠３０の吹抜け孔６６に重なり、一酸化炭素除去用流路８４が吹抜け孔８８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が一酸化炭素除去用流路４４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を介して一酸化炭素除去用流路４４に通じている。

図１、図３、図５等に示すように、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が蓋プレート３６によって蓋されている。ここで、ベース面３９の上面及び底板８６の上下面を含む一酸化炭素除去用流路４２，４４，４６，６４，８４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。一酸化炭素選択酸化用触媒としては白金が挙げられる。

図５、図１１に示すように、改質器ベース体１０４は、底板１１７の一方の面に四枚の隔壁１１９，１２１，１２３，１２５を立設したものである。底板１１７の他方の面をベース部１０２に接合することにで、底板１１７によってベース部１０２における改質燃料供給流路３８、混合流路４０、燃焼燃料供給流路４８、連通流路４９、排ガス流路５０が覆われている。

底板１１７の角部近傍に吹抜け孔１１４が形成され、吹抜け孔１１４が改質燃料供給流路３８の端部の上に位置している。底板１１７の別の角部近傍に吹抜け孔１１５が形成され、吹抜け孔１１５が混合流路４０の端部の上に位置している。隔壁１２１と隔壁１２３の間の底板１１７においては吹抜け孔１５４が隔壁１２１寄りに形成され、吹抜け孔１５５が隔壁１２３寄りに形成され、吹抜け孔１５４が連通流路４９の一端部の上に位置し、吹抜け孔１５５が連通流路４９の他端部の上に位置しており、吹抜け孔１５４及び吹抜け孔１５５が連通流路４９を介して連通している。隔壁１２１と隔壁１２３の中間においては吹抜け孔１３２，１３４が形成され、吹抜け孔１３２が燃焼燃料供給流路４８の端部の上に位置して燃焼燃料供給流路４８と連通し、吹抜け孔１３４が排ガス流路５０の端部の上に位置して排ガス流路５０と連通している。

第一箱体１１０は下面が開口した直方体状を呈しており、第一箱体１１０の開口に隔壁１１９，１２１を挿入して、第一箱体１１０に隔壁１１９，１２１が収容した状態で第一箱体１１０の開口が底板１１７によって閉塞され、第一箱体１１０が底板１１７に接合されている。隔壁１１９，１２１は第一箱体１１０の上面に接合され、隔壁１１９，１２１によって蛇行状の改質用流路１１６が第一箱体１１０の内側に形成されている。ここで、吹抜け孔１１４が改質用流路１１６の一端部にあり、吹抜け孔１５４が改質用流路１１６の他端部にある。改質用流路１１６の壁面、底面、天井面全体には、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。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系触媒が挙げられる。

このように第一箱体１１０が隔壁１１９，１２１を上から覆って底板１１７に接合され、第一箱体１１０の内部空間に改質器用触媒が設けられることで、第一改質器５０６が形成される。

第二箱体１１２は下面が開口した直方体状を呈しており、第二箱体１１２の開口に隔壁１２３，１２５を挿入して、第二箱体１１２内に隔壁１２３，１２５が収容した状態で第二箱体１１２の開口が底板１１７によって閉塞され、第二箱体１１２が底板１１７に接合されている。隔壁１２３，１２５は第二箱体１１２の上面に接合され、隔壁１２３，１２５によって蛇行状の改質用流路１５０が第二箱体１１２の内側に形成されている。ここで、吹抜け孔１５５が改質用流路１５０の一端部にあり、吹抜け孔１１５が改質用流路１５０の他端部にある。改質用流路１５０の壁面、底面、天井面全体には、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。改質用触媒としては、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒、Ｐｔ／ＺｎＯ系触媒が挙げられる。

このように第二箱体１１２が隔壁１２３，１２５を上から覆って底板１１７に接合され、第二箱体１１２の内部空間に改質用触媒が設けられることで、第二改質器５１０が形成される。

図１３は、燃焼器プレート１０６，１０８の斜視図である。図１３に示すように、燃焼器プレート１０６の一方の面には、隔壁１３９が下の縁を除いた縁に沿って凸設され、更に中央には別の隔壁１４１が上下に延在するよう凸設されている。そして、燃焼器プレート１０６の隔壁１３９，１４１に燃焼器プレート１０８が接合されることで、燃焼室１３８，１４０がその下側を開口した状態の燃焼器用箱体が形成される。ただし、隔壁１４１は燃焼器プレート１０６上部の縁まで達していないので、隔壁１４１の右側の燃焼室１３８及び左側の燃焼室１４０は互いに連通している。更に、図５、図１３に示すように、燃焼器プレート１０６，１０８が第一箱体１１０と第二箱体１１２の間で改質器ベース体１０４の底板１１７に接合されることで、燃焼室１３８，１４０の下側開口が底板１１７によって塞がれる。ここで、図８及び図９に示すように、吹抜け孔１３２が燃焼室１３８にあり、吹抜け孔１３４が燃焼室１４０にある。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。燃焼用触媒としては、白金等が挙げられる。

このように、燃焼器プレート１０６，１０８の間に形成された燃焼室１３８，１４０の下側開口を塞ぐように燃焼器プレート１０６，１０８が底板に接合され、燃焼室１３８，１４０に燃焼用触媒が設けられることで第二燃焼器５０８が形成される。

燃焼器プレート１０６は第一箱体１１０に密接し、燃焼器プレート１０８は第二箱体１１２に密接している。そのため、第一改質器５０６、第二改質器５１０が第二燃焼器５０８を挟んだ状態で改質器ベース体１０４の底板１１７と平行な方向に沿って積層されている。第二燃焼器５０８は、第一改質器５０６及び第二改質器５１０を均等に加熱するように加熱手段となる。

図１等に示すように、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の高さのいずれよりも低い。そして、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いるが、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に連結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に連結している。
なお、上述したように、連結管８には、改質燃料供給流路３８、混合流路４０、燃焼燃料供給流路４８及び排ガス流路５０が設けられている。

パイプ群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の流路に相当する。

図２、図５に示すように、低温反応部６の下面つまり絶縁プレート２９０の下面には、電熱線１７０が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にかけてこれらの下面には、電熱線１７２が蛇行した状態にパターニングされている。低温反応部６の下面から燃焼器プレート１２の表面を通って液体燃料導入管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は低温反応部６を所定の適正温度範囲に加熱するためのヒータであり、電熱線１７２は高温反応部４を所定の適正温度範囲に加熱するためのヒータであり、電熱線１７２は気化器５０２を所定の適正温度範囲に加熱するためのヒータである。ここで、液体燃料導入管１０の側面及び燃焼器プレート１２の表面には、窒化シリコン、酸化シリコン等の絶縁膜が成膜され、その絶縁膜の表面に電熱線１７４が形成されている。絶縁膜又は絶縁プレート２９０に電熱線１７０，１７２，１７４をパターニングすることで、印加しようとする電圧が金属材料製のベースプレート２９、液体燃料導入管１０、燃焼器プレート１２等に掛かることがなく、電熱線１７０，１７２，１７４の発熱効率を向上させることができる。

電熱線１７０，１７２，１７４は、絶縁膜又は絶縁プレート２９０側から密着層、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。拡散防止層には、発熱層の材料が拡散防止層や密着層に対して拡散しないように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又は絶縁プレート２９０に対して密着性が優れていない場合に用いられるものであり、拡散防止層に対しても絶縁膜又は絶縁プレート２９０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、パイプ群２の気化器５０２及び第一燃焼器５０４を加熱する。この後、マイクロリアクタモジュール１から排出された水素ガスによって発電する燃料電池から、電気化学反応に用いられずに残った水素を含むオフガスが排気される。このオフガスを第二燃焼器５０８に導入して燃焼させたら、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が第一燃焼器５０４で燃焼される場合、電熱線１７０及び電熱線１７４は第一燃焼器５０４の補助として低温反応部６及びパイプ群２を加熱する。

また、電熱線１７０，１７２，１７４は温度の変化に応じて電気抵抗が変化するので、所定の印加電圧又は電流に対する抵抗値から温度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。

電熱線１７０，１７２，１７４の何れの端部も低温反応部６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。

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ケース２０２と、ケース２０２の下面開口を閉塞したベースプレート２０４とを有し、ベースプレート２０４がケース２０２に接合されている。ケース２０２及びベースプレート２０４のどちらも肉厚が０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度のステンレス鋼（SUS304）等の金属からなる。断熱パッケージ２００は、パイプ群２、高温反応部４、低温反応部６及び連結管８からの熱輻射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１Ｐａ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減圧排気されている。パイプ群２の水素ガス用排出路２４の管材２３は、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、液体燃料導入管１０は流量制御ユニット６０６を介して燃料容器６０４に連結されている。
リード線１７６，１７８，１８０，１８２，１８４，１８６，１９２，１９４を有する配線群１９７は、一部が断熱パッケージ２００から露出されている。液体燃料導入管１０並びにリード線１７６，１７８，１８０，１８２，１８４，１８６，１９２，１９４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、液体燃料導入管１０並びにリード線１７６，１７８，１８０，１８２，１８４，１８６，１９２，１９４は断熱パッケージ２００のベースプレート２０４に金属蝋、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は金属性なので導電性を示すが、リード線１７６，１７８，１８０，１８２，１８４，１８６，１９２，１９４が高融点絶縁体で被覆されているので、リード線１７６，１７８，１８０，１８２，１８４，１８６，１９２，１９４が断熱パッケージ２００とそれぞれ導通することはない。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。
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。

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減圧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、チタニウム又はバナジウムを主成分とした合金が挙げられる。なお、図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に金属、ガラス材又は絶縁封止材で接合されている。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、液体燃料導入管１０の周囲に配置されることが望ましい。

このように、ベースプレート２０４を複数の通し孔２０６が貫通し、管材１５，１７，１９，２１，２３、液体燃料導入管１０及びリード線１７６，１７８，１８０，１８２，１８４，１８６，１９２，１９４がそれぞれの通し孔２０６に挿通された状態で金属又はガラス封止されている。断熱パッケージ２００の内部空間は密閉されているが、その内部空間が減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。

管材１５，１７，１９，２１，２３及び液体燃料導入管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の内側においては管材１５，１７，１９，２１，２３及び液体燃料導入管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が管材１５，１７，１９，２１，２３及び液体燃料導入管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。

また、液体燃料導入管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、仮に液体燃料導入管１０、パイプ群２、配線群１９７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、液体燃料導入管１０、パイプ群２、配線群１９７まで高温になってしまい、液体燃料導入管１０、パイプ群２、配線群１９７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、液体燃料導入管１０、パイプ群２、配線群１９７は低温反応部６に設けられているので、液体燃料導入管１０、パイプ群２、配線群１９７から断熱パッケージ２００に伝熱して逃げる熱量が小さく、液体燃料導入管１０、パイプ群２、配線群１９７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少なくて済む。

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。

ここで、管材１５，１７，１９，２１，２３の上端部は、フランジ状に形成されており、フランジ部分が低温反応部６の下面に当たるベースプレート２９６に固定されている。ベースプレート２９６は低温反応部６と同様に１２０℃〜２００℃、さらに好ましくは１４０℃〜１８０℃に加熱され、断熱パッケージ２００は８０℃程度に加熱され、ベースプレート２９と断熱パッケージ２００とは数十℃の温度差が生じる。そのため、液体燃料導入管１０を中心として周囲に正五角形状に設けられた管材１５，１７，１９，２１，２３は、ベースプレート２９との接続部分と、ベースプレート２０４との接触部分との間の部分、すなわち、断熱パッケージ２００内に収容される部分に熱膨張による応力（例えば１００ＭＰa程度）がかかる。そして、この応力によって管材１５，１７，１９，２１，２３には変形が生じるが、上述したように管材１５，１７，１９，２１，２３は超弾性効果を有する材料により形成されているから、変形したとしても元の形状に戻り、折れ曲がることもない。液体燃料導入管１０は、その管径が管材１５，１７，１９，２１，２３の管径よりも長いために、応力に対する耐性が管材１５，１７，１９，２１，２３よりもあるが、応力の歪みにより流体を漏洩しないように、管材１５，１７，１９，２１，２３同様に超弾性材料により形成されていてもよい。同様に配線群１９７も配線軸を超弾性材料によって形成されていてもよい。

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内のガス等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内の減圧度が高まり、断熱効率が高まる。

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、液体燃料導入管１０の上部が加熱される。液体燃料導入管１０、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、電熱線１７０，１７２，１７４の電流・電圧が制御装置によって測定されることで、液体燃料導入管１０、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、制御装置によって電熱線１７０，１７２，１７４の電圧が制御され、これにより液体燃料導入管１０、高温反応部４及び低温反応部６の温度制御がなされる。

電熱線１７０，１７２，１７４によって液体燃料導入管１０、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。そして、混合液が吸液材３３内で加熱されて気化し、燃料と水の混合気が吸液材３３から蒸散する。多孔質の吸液材３３では、微細な孔に仕切られた多数の微細な液面から気化されていく。このため、各孔にはそれぞれ少量の混合液しかないので、過剰に熱量が加えられても突沸することなく定量的に安定して気化することができる。

そして、吸液材３３から蒸散した混合気は貫通孔５２、改質燃料供給流路３８、吹抜け孔１１４を通って第一改質器５０６（改質用流路１１６）に流れ込む。その後、混合気は吹抜け孔１５４、連通流路４９、吹抜け孔１５５を通って第二改質器５１０（改質用流路１５０）に流れ込む。混合気が改質用流路１１６，１５０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。）。

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１１５を通って混合流路４０へと流れ込む。一方、空気がポンプ等によって空気用導入路１６に供給され、貫通孔６０を介して混合流路４０へ流れ込み、水素ガス等の混合気と空気が混合される。

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６６，８８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４４、一酸化炭素除去用流路６４（一酸化炭素除去用流路４２を含む）を経由して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６４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６４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。この部分の下に液体燃料導入管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水と燃料の気化熱に効率よく用いられる。

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及び水素ガス用排出路２４を通って燃料電池の燃料極等に供給される。燃料電池では水素ガスの電気化学反応により電気が生成され、未反応の水素ガス等を含むオフガスが燃料電池から排出される。

以上の動作は初期段階の動作であるが、その後も続けて混合液が気化用導入路１４に供給される。そして、燃料電池から排出されたオフガスに酸素（空気でもよい）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貫通孔５１、燃焼燃料供給流路４７、貫通孔５３を通って燃焼用流路２６に流れ込み、燃焼混合気が燃焼用流路２６において触媒燃焼する。これにより燃焼熱が発するが、燃焼用流路２６が低温反応部６の下側において液体燃料導入管１０を周回しているため、燃焼熱によって液体燃料導入管１０つまり気化器５０２が加熱されるとともに低温反応部６が加熱される。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。

一方、燃焼混合気導入路１８に供給された燃焼混合気は貫通孔５８、燃焼燃料供給流路４８、吹抜け孔１３２を通って燃焼室１３８，１４０へ流れ込み、燃焼混合気が燃焼室１３８，１４０において触媒燃焼する。これにより燃焼熱が発するが、燃焼室１３８，１４０の両側に第一改質器５０６、第二改質器５１０が配置されているので、燃焼熱によって第一改質器５０６及び第二改質器５１０が加熱される。そのため、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。ここで、高温反応部４は低温反応部６よりも高温に保持しなければならないので、第二燃焼器５０８での単位時間あたりのオフガスの水素供給量を第一燃焼器５０４での単位時間あたりのオフガスの水素供給量より多くするか、第一燃焼器５０４での冷媒となる酸素（空気）の単位時間あたりの供給量を第二燃焼器５０８での酸素（空気）の単位時間あたりの供給量より多くするようにしてもよい。
なお、燃料容器６０４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。

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の可変抵抗値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及びパイプ群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２１の低温反応部６のベース部２９６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。
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から露出している液体燃料導入管１０、パイプ群２、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の燃焼熱が液体燃料導入管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。

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、加湿器及び回収器等を有する発電セル６０８と、エアポンプ６１０と、二次電池、ＤＣ−ＤＣコンバータ及び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、上述のように水素ガスが生成され、水素ガスが発電セル６０８の燃料電池に供給され、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。

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形成されている。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。

以上のように本実施の形態によれば、複数の管材１５，１７，１９，２１，２３は、超弾性効果を有する材料により形成されているので、低温反応部６と断熱パッケージ２００との温度差による熱膨張により、比較的細い管材１５，１７，１９，２１，２３に応力が加わり、低温反応部６のベースプレート２９６との接続部分と断熱パッケージ２００のベースプレート２０４との接触部分との間で変形が生じるが、応力が除かれることにより元の形状に自力で復元する。よって、管材１５，１７，１９，２１，２３の耐変形性能及び耐破壊性能を向上させることができる。
また、管材１５，１７，１９，２１，２３のうち、流通する流体中に水素を含む管の内面にはメッキ処理が施されているので、水素を吸収して脆化することを抑えることができる。

改質器５０６、燃焼器５０８、改質器５１０が改質器ベース体１０４の底板１１７に平行な方向に積層され、箱体１１０，１１２、燃焼器プレート１０６，１０８が底板１１７に接合されているから、箱体１１０，１１２同士や箱体１１０，１１２と燃焼器プレート１０６，１０８を接合せずとも済み、接合面を少なくすることができる。そのため、内部の反応物や生成物が漏洩しないような反応装置を提供することができる。

また、ベースプレート２９のベース部１０２の上に改質器ベース体１０４が接合され、ベースプレート２９の別のベース部２８の上に一酸化炭素除去器５１２が設けられているから、第一改質器５０６、第二改質器５１０、第二燃焼器５０８、一酸化炭素除去器５１２のベースとなる部分がベースプレート２９として共有化されている。そのため、マイクロリアクタモジュール１の部品点数がその共有に係る分だけ低減され、改質器５０７，５１０と一酸化炭素除去器５１２との接合プロセスも不要となるから、マイクロリアクタモジュール１の製造プロセスの簡略化を図ることができる。

また、改質器ベース体１０４の底板１１７に立設された隔壁１１９，１２１，１２３，１２５に箱体１１０，１１２を覆うことで改質器５０６，５１０が設けられるから、改質器５０６．５１０の内側に流路を形成する場合に箱体１１０，１１２に隔壁を設ける必要がない。そのため、改質器５０６，５１０の接合面が減り、底板１１７と箱体１１０，１１２とを接合する場合に隔壁同士を接合する接合プロセスも不要となるから、改質器５０６，５１０の製造プロセスの簡略化を図ることができる。

また、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の適正温度及び低温反応部６の適正温度の差を保持でき、さらに高温反応部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の間で適正な温度差を発生することができる。

また、低温反応部６と高温反応部４との間を通じた流路３８，４０，４８，５０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。

管材１５，１７，１９，２１，２３、液体燃料導入管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外への直接の伝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。

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いるため、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。

また、液体燃料導入管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。

また、燃焼器プレート１２は液体燃料導入管１０の上端部において液体燃料導入管１０の周囲に設けられて、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。

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。

パイプ群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パイプ群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。

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。

上記実施形態において、管材の本数は上述の本数に限定されるものではなく、適宜変更可能である。さらに、全ての管材１５，１７，１９，２１，２３が超弾性を有する材料により形成されていなくとも、少なくともいずれか１本が超弾性を有する材料により形成されていれば良い。特に各管材内に流す流体の流量が異なる場合、流量の多い管材は、径が長く応力に対して耐性があり、流量の少ない管材は、径は短く応力に対して耐性が不十分であった場合、管材の径の短いもののみ超弾性材料で形成してもよく、また、管材の肉厚が多の管材よりも薄くもののみ超弾性材料で形成してもよい。
また、上記実施形態では、底板１１７に燃焼器プレート１０６，１０８を接合することで第二燃焼器５０８を設けたが、予め下方が開口した箱体を設け、その箱体を第一改質器５０６と第二改質器５１０との間において底板１１７に接合することで、箱体の下側開口を底板１１７によって閉塞しても良い。この場合箱体の内側が燃焼室となるが、その燃焼室を隔壁によって２つ以上に仕切って、隔壁に通し孔を形成して通じるようにしても良い。

斜め上から示したマイクロリアクタモジュール１の斜視図である。斜め下から示したマイクロリアクタモジュール１の斜視図である。マイクロリアクタモジュール１の側面図である。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。マイクロリアクタモジュール１の分解斜視図である。図３の切断線VI−VIに沿った面の矢視断面図である。図３の切断線VII−VIIに沿った面の矢視断面図である。図３の切断線VIII−VIIIに沿った面の矢視断面図である。図３の切断線IX−IXに沿った面の矢視断面図である。絶縁プレート２９０にベースプレート２９を接合した状態の斜視図である。ベースプレート２９に改質器ベース体１０４及び下部枠３０を接合した状態の斜視図である。改質器ベース体１０４に箱体１１０等を接合し更に下部枠３０に上部枠３４を接合した状態の斜視図である。第二燃焼器５０８の分解斜視図である。液体燃料と水が供給されてから、生成物である水素ガスが排出されるまでの経路を示した図面である。燃焼混合気が供給されてから、生成物である水等が排出されるまでの経路を示した図面である。マイクロリアクタモジュール１の断熱パッケージ２００の分解斜視図である。斜め下から示した断熱パッケージ２００の斜視図である。発電ユニット６０１の斜視図である。電子機器７０１の斜視図である。超弾性効果を有する材料の特性を示した図である。図７の切断線XXI−XXIに沿った面の矢視断面図である。

符号の説明

１マイクロリアクタモジュール
４高温反応部
６低温反応部
８連結管
１５，１９，２１，２３管材
２００断熱パッケージ

Claims

断熱パッケージと、
前記断熱パッケージ内に収容され、反応物の反応を起こす反応部と、
前記反応部に接続されるとともに前記断熱パッケージを貫通して設けられ、前記反応部に反応物の供給又は前記反応部から生成物の排出を行う複数の管材と、を備え、
前記複数の管材のうち少なくとも１つは、超弾性効果を有する材料により形成されていることを特徴とする反応装置。
前記反応部は、前記断熱パッケージと離間した状態で前記複数の管材によって支持されていることを特徴とする請求項１に記載の反応装置。
前記反応部は、
反応物の反応を起こす高温反応部と、
前記高温反応部よりも低温で反応物の反応を起こす低温反応部と、
を有することを特徴とする請求項１または２に記載の反応装置。
前記高温反応部と前記低温反応部との間に架設され、前記高温反応部と前記低温反応部との間で反応物及び生成物を送る連結部、
を有することを特徴とする請求項３に記載の反応装置。
前記低温反応部は、前記断熱パッケージと離間した状態で前記複数の管材によって支持されていることを特徴とする請求項３または４に記載の反応装置。
前記低温反応部は一酸化炭素除去部を有することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の反応装置。
前記高温反応部は水素改質部を有することを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の反応装置。
前記複数の管材の内面にメッキ処理が施されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の反応装置。