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JP5130684B2 - 反応装置及び電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、一酸化炭素を酸化により除去する一酸化炭素除去器と、燃料と水を気化する気化器とを組み込んだ反応装置及び電子機器に関する。
近年、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注目されるようになり、燃料電池自動車や電化住宅などへの実用化が進められてきている。燃料電池とは、水素と酸素の電気化学反により電気エネルギーを生成する装置であり、このような燃料電池には、燃料と水との混合気から水素を生成する反応装置が接続されている。例えば特許文献１に記載された反応装置（３０）は、リング状に設けられた燃焼器（５０、５１）と、その燃焼器の上に設けられた気化器（３５）と、その気化器の上において渦巻き状に設けられた改質器（２１、３２）と、その改質器の外周側端部に連通した一酸化炭素除去器（３４）とを備える。この反応装置においては、燃焼器によって加熱された加熱ガスが気化器の外側に接するように流れることによって気化器が加熱され、その後加熱ガスが改質器の外側に接しながら改質器に沿って渦巻き状に流れることによって改質器が加熱される。そして、加熱された気化器では燃料と水が加熱により気化し、気化した燃料と水の混合気が改質器に送られ、改質器においては燃料と水から水素ガスや一酸化炭素ガス等が生成され、その生成ガスが改質器から一酸化炭素除去器に送られ、一酸化炭素除去器においては一酸化炭素が酸化により除去される。このようにして得られた水素ガスが燃料電池に送られ、燃料電池において電気エネルギーが得られる。
一方、小型化・高機能化が進められている携帯電話機やノート型パソコン等においても、電源として燃料電池を搭載するための研究・開発が進められている。燃料電池を携帯電話機やノート型パソコンのような小型な機器に搭載する場合、燃料電池のみならず反応装置も小型化しなければならい。反応装置を小型化する技術として、例えば特許文献２に記載されたものがあり、この反応装置（１）は一酸化炭素除去器（２ｃ）、改質器（２ｂ）、気化器（２ａ）を下から順に積み重ねたものである。一酸化炭素除去器、改質器及び気化器は何れも、溝が形成された２枚の基板を接合することによってその溝を流路としたものである。また、電気的に発熱する発熱体が別個に一酸化炭素除去器、改質器、気化器に設けられ、一酸化炭素除去器、改質器及び気化器の間に空隙が設けられることで、一酸化炭素除去器、改質器、気化器においてそれぞれ最適な温度設定が可能とされている。
特開２００１−１１８５９５号公報 特開２００５−１３２７１２号公報
しかしながら、特許文献１に記載された反応装置では、燃焼器によって生じた熱はガスを媒介として気化器や改質器に交換され、更にその加熱ガスは気化器や改質器を加熱した後に排出されるので、熱利用効率が悪かった。
また、特許文献２に記載された反応装置では、改質器、一酸化炭素除去器、気化器を別々に加熱し、それらの間に設けられた空隙により改質器、一酸化炭素除去器及び気化器の間で熱伝導が起こらないので、熱利用効率が悪かった。
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、熱利用効率を上げることができる反応装置及び電子機器を提供することを目的とする。
以上の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、
一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器と、燃料を気化する気化器とを有する反応装置において、
前記気化器が前記一酸化炭素除去器の内部に設けられ、前記一酸化炭素除去器が複数の板材のそれぞれの間に枠材を挟みこれらの板材及び枠材を積層したものであり、前記板材のうち枠材に挟まれた板材は複数の孔が貫通するようハニカム状に設けられ、前記気化器が前記板材及び前記枠材の積層方向に前記一酸化炭素除去器に挿入されるよう設けられていることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の反応装置において、
前記気化器で気化した燃料を改質して改質生成物を生成する改質器を更に備えることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の反応装置において、
前記一酸化炭素除去器には、前記気化器で気化された燃料を前記一酸化炭素除去器外に排出する流路と、前記改質器から改質生成物を取り込む流路と、を備えることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器と、燃料を気化する気化器とを有する反応装置において、
前記気化器が前記一酸化炭素除去器の内部に設けられ、
前記気化器が、前記一酸化炭素除去器の外面から前記一酸化炭素除去器の内部に挿入されるように設けられた筒部と、前記筒部内に充填され、液体を吸収する吸液材とを備えることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器と、燃料を気化する気化器とを有する反応装置において、
前記気化器が前記一酸化炭素除去器の内部に設けられ、
前記一酸化炭素除去器の内部において前記気化器の周りに設けられた電熱線を更に備えることを特徴とする。
請求項６に係る発明は、一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器と、燃料を気化する気化器とを有する反応装置において、
前記気化器が前記一酸化炭素除去器の内部に設けられ、
前記一酸化炭素除去器の内部において前記気化器の周りに設けられた燃焼器を更に備えることを特徴とする。
請求項７に係る発明は、請求項４に記載の反応装置において、
前記吸液材が前記燃焼器に対応する位置まで充填されていることを特徴とする。
請求項８に係る発明は、電子機器において、
請求項１に記載の反応装置と、
前記気化器で気化した燃料を改質して改質生成物を生成する改質器と、
前記改質生成物によって発電する燃料電池と、
前記燃料電池から供給される電力によって動作する電子機器本体と、
を備えることを特徴とする。
本発明によれば、一酸化炭素除去器においては一酸化炭素の酸化により熱が生じ、気化器が一酸化炭素除去器の内部に挿入されるように設けられているから、一酸化炭素除去器で生じた熱が気化器での気化に用いられ、一酸化炭素除去器の発熱と気化器の吸熱のバランスが良くなる。一酸化炭素除去器で生じた熱は一酸化炭素除去器の内部に籠もりやすく、一酸化炭素除去器の内部の温度が上昇しやすくなるが、気化器が一酸化炭素除去器の内部にまで挿入されるように設けられているから、一酸化炭素除去器の内部の温度が高温になりすぎることがない。そのため、熱の利用効率が向上する。
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明を適用した反応装置１００と、その反応装置１００を用いた発電装置との構成を示したブロック図である。この発電装置は、例えばノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、その他の電子機器に備え付けられるものであり、これらの電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。
この発電装置は、小型な反応装置１００と、燃料カートリッジ１０１と、燃料電池型発電セル１０２と、を備える。燃料カートリッジ１０１には、燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、ブタン、ガソリン）と水が別々に又は混合した状態で貯留されている。図示しないマイクロポンプによって燃料と水が混合した状態で反応装置１００に供給される。
反応装置１００は、気化器１１１と、改質器１１３と、一酸化炭素除去器１１５と、第１燃焼器１１９と、第２燃焼器１２３とを備える。
燃料カートリッジ１０１から反応装置１００に供給された燃料と水は気化器１１１に送られる。燃料と水が気化器１１１において気化され、燃料と水の混合気が流路１１２を通じて気化器１１１から改質器１１３に送られる。気化器１１１での燃料と水の気化は、第１燃焼器１１９の燃焼熱、一酸化炭素除去器１１５の反応熱等を吸熱して引き起こされる。
改質器１１３は、気化した水と燃料から水素ガス等を触媒反応により生成し、更に微量ながら一酸化炭素ガスを生成する。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改質器１１３で起こる。なお、水素が生成される反応は吸熱反応であって、第２燃焼器１２３の燃焼熱等が用いられる。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 …（１）
Ｈ2＋ＣＯ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ …（２）
改質器１１３で生成された一酸化炭素を含む水素ガス等の改質生成物は一酸化炭素除去器１１５に送られ、更に外部の空気が流路１１６を通じて一酸化炭素除去器１１５に送られる。一酸化炭素除去器１１５は、副生された一酸化炭素を触媒により優先的に酸化させることで、一酸化炭素を選択的に除去する。このように一酸化炭素が酸化する反応は、発熱反応である。なお、一酸化炭素を除去した混合気体を改質ガスという。
燃料電池型発電セル１０２は、燃料極１０２ａと、酸素極１０２ｂと、燃料極１０２ａと酸素極１０２ｂとの間に挟まされた電解質膜１０２ｃとを有する。一酸化炭素除去器１１５中の改質ガスは流路１１７を通じて反応装置１００から排出されて燃料電池型発電セル１０２の燃料極１０２ａに供給され、更に外部の空気が酸素極１０２ｂに送られる。そして、燃料極１０２ａに供給された改質ガス中の水素が、電解質膜１０２ｃを介して、酸素極１０２ｂに供給された空気中の酸素と電気化学反応することによって、燃料極１０２ａと酸素極１０２ｂとの間で電力が生じる。燃料極１０２ａと酸素極１０２ｂによって出力された電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を介して規格化されて、上述した電子機器等の負荷１０５に出力する。このとき、燃料電池型発電セル１０２からの電力によって二次電池１０４をいったんチャージし、二次電池１０４からＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を介して負荷１０５に出力するようにしてもよい。
電解質膜１０２ｃが水素イオン透過性の電解質膜（例えば、固体高分子電解質膜）の場合には、燃料極１０２ａでは次式（３）のような反応が起き、燃料極１０２ａで生成された水素イオンが電解質膜１０２ｃを透過し、酸素極１０２ｂでは次式（４）のような反応が起こる。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- …（３）
２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ …（４）
燃料極１０２ａで電気化学反応せずに残った水素ガス等が空気と混合されて、水素ガスと空気等の混合気が流路１１８を通じて第１燃焼器１１９に供給されるとともに、流路１２２を通じて第２燃焼器１２３に供給される。燃焼器１１９，１２３は、水素ガスを触媒反応により燃焼させる。これにより燃焼熱が発する。そして、排ガスが第２燃焼器１２３から流路１２４を通じて外部に排出される。第１燃焼器１１９の排ガスは流路１２１を通って流路１２４に送られ、更に流路１２４を通じて外部に排出される。なお、燃料極１０２ａから燃焼器１１９，１２３へ水素が供給されずに、別途、気体燃料（水素、メタノール蒸気等）が空気と混合して燃焼器１１９，１２３へ供給されても良い。
次に、反応装置１００の具体的構成について説明する。図２は反応装置１００の斜視図であり、図３は反応装置１００の分解斜視図である。
図２及び図３に示すように、反応装置１００は、六面体箱状の断熱パッケージ１３０と、断熱パッケージ１３０内に収容された反応装置本体１５０と、断熱パッケージ１３０の下面に取り付けられたマニホールド１４０とを有する。
マニホールド１４０は、燃料導入管１４１と、空気導入管１４２と、第１のオフガス導入管１４３と、第２のオフガス導入管１４４と、改質ガス排出管１４５と、排管１４６とを一体形成したものである。このマニホールド１４０はステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）といった金属材料からなる。
断熱パッケージ１３０は、天板と４枚の側板とからなる箱体１３１と、箱体１３１の下面開口を塞いだ底板１３２とを有する。箱体１３１及び底板１３２はステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）といった金属材料からなる。この断熱パッケージ１３０の内面には、アルミニウム、金、銀、銅といった金属反射膜が成膜され、反応装置本体１５０から発した熱線・電磁波が金属反射膜によって反射される。また、断熱パッケージ１３０内が大気圧より低い雰囲気となっており好ましくは１Ｐａ以下に設定されている。
底板１３２には、燃料導入孔１３２ａ、空気導入管１３２ｂ、第１のオフガス導入孔１３２ｃ、第２のオフガス導入孔１３２ｄ、改質ガス排出孔１３２ｅ及び排出孔１３２ｆが貫通している。底板１３２にはマニホールド１４０が接合等により取り付けられている。燃料導入管１４１が燃料導入孔１３２ａに、空気導入管１４２が空気導入管１３２ｂに、第１のオフガス導入管１４３が第１のオフガス導入孔１３２ｃに、第２のオフガス導入管１４４が第２のオフガス導入孔１３２ｄに、改質ガス排出管１４５が改質ガス排出孔１３２ｅに、排管１４６が排出孔１３２ｆに連通している。
図４は、反応装置本体１５０の分解斜視図である。図４に示すように、反応装置本体１５０は、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）といった金属材料からなる部材１〜４２の積層体であって、部材１〜４２を下からこれらの順に積み重ねてこれらを接合したものである。
図５〜図１１には、部材１〜４２の下面図を示す。図５〜図１１に示すように、部材１〜４２のうち部材１及び部材３１は複数の管を束ねて一体形成したものである。部材２，４，６，８，１０，１２，１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８，３０，３２，３４，３６，３８，４０，４２（以下、これらを板材と称する。）は四角形、具体的には正方形の板材であり、平面視してこれらの外縁を成す四角形は互いに一致する。部材３，５，７，９，１１，１３，１５，１７，１９，２１，２３，２５，２７，２９，３３，３５，３７，３９，４１（以下、これらを枠材と称する。）は四角形、具体的には正方形の板状枠体であり、平面視してこれらの外形を成す四角形枠は枠の形状、寸法が互いに一致しており、それぞれ上下に積層される板材２，４，６，８，１０，１２，１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８，３０，３２，３４，３６，３８，４０，４２との間を所定の間隔だけ離間させるためのギャップ材として機能する。更に、平面視して部材２，４，６，８，１０，１２，１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８，３０，３２，３４，３６，３８，４０，４２の外縁を成す四角形は、部材３，５，７，９，１１，１３，１５，１７，１９，２１，２３，２５，２７，２９，３３，３５，３７，３９，４１の外縁を成す四角形に一致する。部材１〜４２が積層されることによって、これらのうち枠材３，５，７，９，１１，１３，１５，１７，１９，２１，２３，２５，２７，２９，３３，３５，３７，３９，４１の上下が塞がれ、枠材３，５，７，９，１１，１３，１５，１７，１９，２１，２３，２５，２７，２９，３３，３５，３７，３９，４１の内側に室が形成される。
図５（ａ）に示すように、部材１（以下、集合パイプ１と称する。）は、燃料導入管１ａを中心として空気導入管１ｂ、第１のオフガス導入管１ｃ、第２のオフガス導入管１ｄ、改質ガス排出管１ｅ及び排管１ｆを束ねて、これらを一体形成したものである。図３に示すように、集合パイプ１は断熱パッケージ１３０の内側において底板１３２に接合されている。燃料導入管１ａが燃料導入孔１３２ａに、空気導入管１ｂが空気導入管１３２ｂに、第１のオフガス導入管１ｃが第１のオフガス導入孔１３２ｃに、第２のオフガス導入管１ｄが第２のオフガス導入孔１３２ｄに、改質ガス排出管１ｅが改質ガス排出孔１３２ｅに、排管１ｆが排出孔１３２ｆに連通している。
図５（ｂ）に示すように、板材２の中央部には貫通孔２ａが形成され、貫通孔２ａの周囲においても貫通孔２ｂ〜２ｆが形成されている。図４に示すように、板材２が集合パイプ１に積み重ねられて接合されている。貫通孔２ａが燃料導入管１ａに、貫通孔２ｂが空気導入管１ｂに、貫通孔２ｃが第１のオフガス導入管１ｃに、貫通孔２ｄが第２のオフガス導入管１ｄに、貫通孔２ｅが改質ガス排出管１ｅに、貫通孔２ｆが排管１ｆに連通している。
図５（ｃ）に示すように、枠材３の内側には枠材３と同じ高さの仕切片３ｇが設けられている。この仕切片３ｇは枠材３の内縁、特に１つの角から対角に向かって枠体３の内側に張り出している。枠材３の内側に区画される空間の中央部には、仕切片３ｇによって形成された貫通孔３ａが設けられ、さらに貫通孔３ａの周囲において貫通孔３ｂ〜３ｄ、貫通孔３ｆ及びスリット３ｅが形成され、枠体３の内側に枠材３の高さ分の空間である室３ｊが形成されている。スリット３ｅの一端部が開き、スリット３ｅと室３ｊが通じている。枠材３が板材２に積み重ねられて接合され、スリット３ｅの下が板材２によって塞がれている。貫通孔３ａが貫通孔２ａに、貫通孔３ｂが貫通孔２ｂに、貫通孔３ｃが貫通孔２ｃに、貫通孔３ｄが貫通孔２ｄに、貫通孔３ｆが貫通孔２ｆに連通している。また、スリット３ｅの他端部に貫通孔２ｅが通じている。
図５（ｄ）に示すように、板材４の中央部には貫通孔４ａが形成され、貫通孔４ａの周囲においても貫通孔４ｂ〜４ｄ及び貫通孔４ｆが形成されている。また、板材４はハニカム状とされ、板材４を貫通した複数の孔４ｇが点在している。板材４が枠材３に積み重ねられて接合され、スリット３ｅの上が板材４によって塞がれている。貫通孔４ａが貫通孔３ａに、貫通孔４ｂが貫通孔３ｂに、貫通孔４ｃが貫通孔３ｃに、貫通孔４ｄが貫通孔３ｄに、貫通孔４ｆが貫通孔３ｆに連通している。スリット３ｅには孔４ｇが重ならず、スリット３ｅの上が板材４によって塞がれている。
図５（ｅ）に示すように、枠材５の内側には、枠材５の角から枠材５の内側に向かって張り出した枠材５と同じ高さの仕切片５ｇが設けられている。枠材５の内側に区画される空間の中央部には、仕切片３ｇによって形成された貫通孔５ａが設けられ、さらに貫通孔５ａの周囲において貫通孔５ｂ〜５ｄ及び貫通孔５ｆが形成され、枠材５の内側に枠材５の高さ分の空間である室５ｊが形成されている。枠材５が板材４に積み重ねられて接合されている。貫通孔５ａが貫通孔４ａに、貫通孔５ｂが貫通孔４ｂに、貫通孔５ｃが貫通孔４ｃに、貫通孔５ｄが貫通孔４ｄに、貫通孔５ｆが貫通孔４ｆに連通している。
図５（ｆ）に示すように、板材６の中央部には貫通孔６ａが形成され、貫通孔６ａの周囲においても貫通孔６ｂ〜６ｄ及び貫通孔６ｆが形成されている。また、板材６はハニカム状とされ、板材６を貫通した複数の孔６ｇが点在している。板材６が枠材５に積み重ねられて接合されている。貫通孔６ａが貫通孔５ａに、貫通孔６ｂが貫通孔５ｂに、貫通孔６ｃが貫通孔５ｃに、貫通孔６ｄが貫通孔５ｄに、貫通孔６ｆが貫通孔５ｆに連通している。
図６、図７に示された枠材７，９，１１，１３は、枠材５と同様に設けられている。つまり、枠材７，９，１１，１３は、それぞれ枠材７，９，１１，１３の高さ分の空間である室７ｊ，９ｊ，１１ｊ，１３ｊが区画され、貫通孔５ａと同様の形状及び寸法で且つ仕切片７ｇ，９ｇ，１１ｇ，１３ｇによって形成された、貫通孔５ａを含め互いに連通する貫通孔７ａ，９ａ，１１ａ，１３ａがそれぞれ設けられ、貫通孔５ｂと同様の形状及び寸法で且つ貫通孔５ｂを含め互いに連通する貫通孔７ｂ，９ｂ，１１ｂ，１３ｂがそれぞれ設けられ、貫通孔５ｃと同様の形状及び寸法で且つ貫通孔５ｃを含め互いに連通する貫通孔７ｃ，９ｃ，１１ｃ，１３ｃがそれぞれ設けられ、貫通孔５ｄと同様の形状及び寸法で且つ貫通孔５ｄを含め互いに連通する貫通孔７ｄ，９ｄ，１１ｄ，１３ｄがそれぞれ設けられ、貫通孔５ｆと同様の形状及び寸法で且つ貫通孔５ｆを含め互いに連通する貫通孔７ｆ，９ｆ，１１ｆ，１３ｆがそれぞれ設けられている。図６に示された板材８，１０，１２は板材６と同様に設けられている。つまり、板材８，１０，１２は、貫通孔６ａと同様の形状及び寸法で且つ貫通孔６ａを含め互いに連通する貫通孔８ａ，１０ａ，１２ａがそれぞれ設けられ、貫通孔６ｂと同様の形状及び寸法で且つ貫通孔６ｂを含め互いに連通する貫通孔８ｂ，１０ｂ，１２ｂがそれぞれ設けられ、貫通孔６ｃと同様の形状及び寸法で且つ貫通孔６ｃを含め互いに連通する貫通孔８ｃ，１０ｃ，１２ｃがそれぞれ設けられ、貫通孔６ｄと同様の形状及び寸法で且つ貫通孔６ｄを含め互いに連通する貫通孔８ｄ，１０ｄ，１２ｄがそれぞれ設けられ、貫通孔６ｆと同様の形状及び寸法で且つ貫通孔６ｆを含め互いに連通する貫通孔８ｆ，１０ｆ，１２ｆがそれぞれ設けられ、貫通孔６ａと同様の形状及び寸法で且つ貫通孔６ａを含め互いに連通する貫通孔８ａ，１０ａ，１２ａがそれぞれ設けられ、孔６ｇと同様の形状及び寸法で且つ孔６ｇを含め、室７ｊ、９ｊ、１１ｊを介して互いに連通する貫通孔８ｇ，１０ｇ，１２ｇがそれぞれ設けられている。これらの部材７〜１２は枠材５や板材６に重なるようにしてこれらの順に積層され、接合されている。
図７（ｂ）に示すように、板材１４には貫通孔１４ａ〜１４ｄ及び貫通孔１４ｆが形成されている。また、板材１４はハニカム状とされ、板材１４を貫通した複数の孔１４ｇが点在している。板材１４が枠材１３に積み重ねられて接合されている。貫通孔１４ａが貫通孔１３ａに、貫通孔１４ｂが貫通孔１３ｂに、貫通孔１４ｃが貫通孔１３ｃに、貫通孔１４ｄが貫通孔１３ｄに、貫通孔１４ｆが貫通孔１３ｆに連通している。なお、後述する燃焼室１５ｆに対応する面には、貫通孔１４ｆを除き孔１４ｇが設けられていない。
図７（ｃ）に示すように、枠材１５の内側には、枠材１５の角から枠材１５の内側に向かって張り出した枠材１５と同じ高さの仕切片１５ｇが設けられている。枠材１５の内側に区画されている空間の中央部には、仕切片１５ｇによって形成された貫通孔１５ａが設けられ、さらに貫通孔１５ａの周囲において貫通孔１５ｂ〜１５ｄが形成され、貫通孔１５ａを囲むようにＣ字状の燃焼室１５ｆが形成され、枠材１５の内側に室１５ｊが形成されている。枠材１５が板材１４に積み重ねられて接合され、室１５ｊ及び燃焼室１５ｆの下が板材１４によって塞がれている。貫通孔１５ａが貫通孔１４ａに、貫通孔１５ｂが貫通孔１４ｂに、貫通孔１５ｃが貫通孔１４ｃに、貫通孔１５ｄが貫通孔１４ｄに連通している。また、燃焼室１５ｆに貫通孔１４ｆが通じるが、どの孔１４ｇも燃焼室１５ｆに通じない。燃焼室１５ｆは、仕切り１５ｉによって出入口が仕切られている。
図７（ｄ）に示すように、板材１６には貫通孔１６ａ〜１６ｄ、スリット１６ｆ及び貫通孔１６ｈが形成されている。また、板材１６はハニカム状とされ、板材１６を貫通した複数の孔１６ｇが点在している。板材１６が枠材１５に積み重ねられて接合され、室１５ｊ及び燃焼室１５ｆの上が板材１６によって塞がれている。貫通孔１６ａが貫通孔１５ａに、貫通孔１６ｂが貫通孔１５ｂに、貫通孔１６ｃが貫通孔１５ｃに、貫通孔１６ｄが貫通孔１５ｄに連通している。スリット１６ｆは、仕切り１５ｉ及び後述する仕切り１７ｉより右側に位置している。なお、燃焼室１５ｆ及び後述する燃焼室１７ｆに対応する面には、スリット１６ｆを除き孔１６ｇが設けられていない。スリット１６ｆが燃焼室１５ｆに通じるとともに、貫通孔１６ｈが燃焼室１５ｆに通じる。どの孔１６ｇも燃焼室１５ｆに通じない。
図７（ｅ）に示すように、枠材１７の内側には、枠材１７の角から枠材１７の内側に向かって張り出した枠材１７と同じ高さの仕切片１７ｇが設けられている。枠材１７の内側に区画されている空間の中央部には、仕切片１７ｇによって形成された中央部に貫通孔１７ａが設けられ、貫通孔１７ａの周囲において貫通孔１７ｂ〜１７ｄ及び貫通孔１７ｈが形成され、貫通孔１７ａを囲むようにＣ字状の燃焼室１７ｆが形成され、枠材１７の内側に室１７ｊが形成されている。枠材１７が板材１６に積み重ねられて接合され、室１７ｊ及び燃焼室１７ｆの下が板材１６によって塞がれている。貫通孔１７ａが貫通孔１６ａに、貫通孔１７ｂが貫通孔１６ｂに、貫通孔１７ｃが貫通孔１６ｃに、貫通孔１７ｄが貫通孔１６ｄに、貫通孔１７ｈが貫通孔１６ｈに連通している。燃焼室１７ｆは、仕切り１７ｉによって出入口が仕切られている。また、燃焼室１７ｆにスリット１６ｆが通じるが、どの孔１６ｇも燃焼室１７ｆに通じない。
図７（ｆ）に示すように、板材１８には貫通孔１８ａ〜１８ｄ、スリット１８ｆ及び貫通孔１８ｈが形成されている。貫通孔１８ａの径は貫通孔１７ａの径よりも小さい。また、板材１８はハニカム状とされ、板材１８を貫通した複数の孔１８ｇが点在している。板材１８が枠材１７に積み重ねられて接合され、室１７ｊ及び燃焼室１７ｆの上が板材１８によって塞がれている。貫通孔１８ａが貫通孔１７ａに、貫通孔１８ｂが貫通孔１７ｂに、貫通孔１８ｃが貫通孔１７ｃに、貫通孔１８ｄが貫通孔１７ｄに、貫通孔１８ｈが貫通孔１８ｈに連通している。スリット１８ｆは、仕切り１７ｉ及び後述する仕切り１９ｉより左側に位置している。なお、燃焼室１７ｆ及び後述する燃焼室１９ｆに対応する面には、スリット１８ｆを除き孔１８ｇが設けられていないので、スリット１８ｆが燃焼室１７ｆに通じ、どの孔１８ｇも燃焼室１７ｆに通じない。
図８（ａ）に示すように、枠材１９の内側には、枠材１９の角から枠材１９の内側に向かって張り出した枠材１９と同じ高さの仕切片１９ｇが設けられている。枠材１７の内側に区画されている空間の中央部には、仕切片１９ｇによって形成された貫通孔１９ａが設けられ、さらに貫通孔１９ａの周囲において貫通孔１９ｂ，１９ｃ及び貫通孔１９ｈが設けられ、貫通孔１９ａを囲むように燃焼室１９ｆが形成され、枠材１９の内側に枠材１９の高さ分の空間である室１９ｊが形成されている。枠材１９が板材１８に積み重ねられて接合され、室１９ｊ及び燃焼室１９ｆの下が板材１８によって塞がれている。貫通孔１９ａが貫通孔１８ａに、貫通孔１９ｂが貫通孔１８ｂに、貫通孔１９ｃが貫通孔１８ｃに、貫通孔１９ｈが貫通孔１８ｈに連通している。燃焼室１９ｆは、仕切り１９ｉによって出入口が仕切られている。また、燃焼室１９ｆに貫通孔１８ｄ及びスリット１８ｆが通じるが、どの孔１８ｇも燃焼室１９ｆに通じない。
図８（ｂ）に示すように、板材２０には貫通孔２０ａ〜２０ｃ及び貫通孔２０ｈが形成されている。また、板材２０はハニカム状とされ、板材２０を貫通した複数の孔２０ｇが点在している。板材２０が枠材１９に積み重ねられて接合され、室１９ｊ及び燃焼室１９ｆの上が板材２０によって塞がれている。貫通孔２０ａが貫通孔１９ａに、貫通孔２０ｂが貫通孔１９ｂに、貫通孔２０ｃが貫通孔１９ｃに、貫通孔２０ｈが貫通孔１８ｈに連通している。燃焼室１９ｆに対応する面には、孔２０ｇが設けられていないので、どの孔２０ｇも燃焼室１９ｆに通じない。
図８（ｃ）に示すように、枠材２１の内側には、枠材２１の角から枠材２１の内側に向かって張り出した枠材２１と同じ高さの仕切片２１ｇが設けられている。枠材２１の内側に区画されている空間には、仕切片２１ｇによって形成された貫通孔２１ａ及びスリット２１ｂ，２１ｃ，２１ｈが設けられ、枠材２１の内側に室２１ｊが形成されている。枠材２１が板材２０に積み重ねられて接合され、スリット２１ｂ，２１ｃ，２１ｈの下が板材２０によって塞がれ、室２１ｊの下も板材２０によって塞がれている。貫通孔２１ａが貫通孔１８ａに連通している。また、スリット２１ｂの端部に貫通孔２０ｂが通じ、スリット２１ｃの端部に貫通孔２０ｃが通じ、スリット２１ｈの端部に貫通孔２０ｈが通じている。仕切片２１ｇは後述する電熱線１６１の熱を下方に位置する気化器１１１に効率よく伝搬するため、スリット２１ｂ，２１ｃ，２１ｈの周囲を幅広に覆っている。
図８（ｄ）に示すように、板材２２の中央部には貫通孔２２ａ〜２２ｃ及び貫通孔２２ｈが形成されている。また、板材２２はハニカム状とされ、板材２２を貫通した複数の孔２２ｇが点在している。板材２２が枠材１９に積み重ねられて接合され、スリット２１ｂ，２１ｃ，２１ｈの上が板材２２によって塞がれ、室２１ｊの上が板材２２によって塞がれている。貫通孔２２ａが貫通孔２１ａに連通している。貫通孔２２ｂがスリット２１ｂの端部に、貫通孔２２ｃがスリット２１ｃの端部に、貫通孔２２ｈがスリット２１ｈの端部に通じている。また、板材２２の上面（裏面）には、貫通孔２２ａ〜２２ｃ及び貫通孔２２ｈの周囲に電熱線１６１が設けられている。
図８（ｅ）に示すように、枠材２３の内側には、枠材２３の角から枠材２３の内側に向かって張り出した枠材２３と同じ高さの仕切片２３ｇが設けられている。枠材２３の内側に区画されている空間には、仕切片２３ｇによって形成された貫通孔２３ａ〜２３ｃ及び貫通孔２３ｈが設けられ、枠材２３の内側に室２３ｊが形成されている。枠材２３が板材２２に積み重ねられて接合され、室２３ｊの下が板材２２によって塞がれている。貫通孔２３ａが貫通孔２２ａに、貫通孔２３ｂが貫通孔２２ｂに、貫通孔２３ｃが貫通孔２２ｃに、貫通孔２３ｈが貫通孔２２ｈに連通している。
図８（ｆ）、図９（ｂ）に示された板材２４，２６は板材２２と同様に設けられている。つまり、板材２４，２６には、貫通孔２２ａと同様の形状及び寸法で且つ貫通孔２２ａを含め互いに連通する貫通孔２４ａ，２６ａがそれぞれ設けられ、貫通孔２２ｂと同様の形状及び寸法で且つ貫通孔２２ｂを含め互いに連通する貫通孔２４ｂ，２６ｂがそれぞれ設けられ、貫通孔２２ｃと同様の形状及び寸法で且つ貫通孔２２ｃを含め互いに連通する貫通孔２４ｃ，２６ｃがそれぞれ設けられ、貫通孔２２ｈと同様の形状及び寸法で且つ貫通孔２２ｈを含め互いに連通する貫通孔２４ｈ，２６ｈがそれぞれ設けられ、孔２２ｇと同様の位置、形状及び寸法で且つ孔２２ｇを含め互いに連通する貫通孔２４ｇ，２６ｇがそれぞれ設けられている。図９（ａ）、図９（ｃ）に示された枠材２５，２７は枠材２３と同様に設けられている。これらの部材２４〜２７は枠材２２や板材２４に重なるようにしてこれらの順に積層され、接合されている。つまり、枠材２５，２７には、貫通孔２３ａと同様の形状及び寸法で且つ貫通孔２３ａを含め互いに連通する貫通孔２５ａ，２７ａがそれぞれ設けられ、貫通孔２３ｂと同様の形状及び寸法で且つ貫通孔２３ｂを含め互いに連通する貫通孔２５ｂ，２７ｂがそれぞれ設けられ、貫通孔２３ｃと同様の形状及び寸法で且つ貫通孔２３ｃを含め互いに連通する貫通孔２５ｃ，２７ｃがそれぞれ設けられ、貫通孔２３ｈと同様の形状及び寸法で且つ貫通孔２３ｈを含め互いに連通する貫通孔２５ｈ，２７ｈがそれぞれ設けられている。
図９（ｄ）に示すように、板材２８の中央部には貫通孔２８ａ〜２８ｃ及び貫通孔２８ｈが形成されている。また、板材２８はハニカム状とされ、板材２８を貫通した複数の孔２８ｇが点在している。板材２８が枠材２７に積み重ねられて接合され、室２７ｊの上が板材２８によって塞がれている。貫通孔２８ａが貫通孔２７ａに、貫通孔２８ｂが貫通孔２７ｂに、貫通孔２８ｃが貫通孔２７ｃに、貫通孔２８ｈが貫通孔２７ｈに連通している。後述するスリット２９ｂに対応する面には孔２８ｇが設けられていない。
図９（ｅ）に示すように、枠材２９の内側には、枠材２９の角から枠材２９の内側に向かって張り出した枠材２９と同じ高さの仕切片２９ｇが設けられている。枠材２９の内側に区画されている空間の中央には、仕切片２９ｇによって形成された貫通孔２９ａ，２９ｃ，２９ｈ及びスリット２９ｂが形成され、枠材２９の内側に室２９ｊが形成されている。スリット２９ｂの一端部が開き、室２９ｊとスリット２９ｂが通じている。枠材２９が板材２８に積み重ねられて接合され、室２９ｊ及びスリット２９ｂの下が板材２８によって塞がれている。貫通孔２９ａが貫通孔２８ａに、貫通孔２９ｃが貫通孔２８ｃに、貫通孔２９ｈが貫通孔２８ｈに連通している。また、スリット２９ｂの他端部に貫通孔２８ｂが通じている。
図９（ｆ）に示すように、板材３０の中央部には貫通孔３０ａ〜３０ｃ及び貫通孔３０ｈが形成されている。板材３０が枠材２９に積み重ねられて接合されて、室２９ｊ及びスリット２９ｂの上が板材３０によって塞がれている。貫通孔３０ａが貫通孔２９ａに、貫通孔３０ｃが貫通孔２９ｃに、貫通孔３０ｈが貫通孔２９ｈに連通している。また、貫通孔２９ｂがスリット２９ｂの他端部に通じている。
図１０（ａ）に示すように、部材３１は、改質器１１３と一酸化炭素除去器１１５との間に設けられている集合パイプであって、貫通孔３１ａ〜３１ｃ及び貫通孔３１ｈが形成されている。図１０（ｂ）に示された板材３２は板材３０と同様に設けられている。板材３０の中央部と板材３２の中央部との間に部材３１が挟まれ、部材３１が板材３１及び板材３２に接合されている。そして、貫通孔３２ａ、貫通孔３１ａ及び貫通孔３０ａが連通し、貫通孔３２ｂ、貫通孔３１ｂ及び貫通孔３０ｂが連通し、貫通孔３２ｃ、貫通孔３１ｃ及び貫通孔３０ｃが連通し、貫通孔３２ｈ、貫通孔３１ｈ及び貫通孔３０ｈが連通している。板材３２の下面には、リード線１６６，１６７に接続されている電熱線１６５が貫通孔３１ａ〜３１ｃ及び貫通孔３１ｈの周囲に設けられている。
図１０（ｃ）に示された枠材３３は枠材２９と同様に設けられている。枠材３３が板材３２に積み重ねられて接合され、室３３ｊ及びスリット３３ｂの下が板材３２によって塞がれている。仕切片２９ｇによって形成された貫通孔３３ａが貫通孔３２ａに、貫通孔３３ｃが貫通孔３２ｃに、貫通孔３３ｈが貫通孔３２ｈに連通している。また、スリット３３ｂの端部に貫通孔３２ｂが通じている。
図１０（ｄ）に示すように、板材３４の中央部には貫通孔３４ａ，３４ｃ，３４ｈが形成されている。また、板材３４はハニカム状とされ、板材３４を貫通した複数の孔３４ｇが点在している。板材３４が枠材３３に積み重ねられて接合され、室３３ｊ及びスリット３３ｂの上が板材３４によって塞がれている。貫通孔３４ａが貫通孔３３ａに、貫通孔３４ｃが貫通孔３３ｃに、貫通孔３４ｈが貫通孔３３ｈに連通している。
図１０（ｅ）に示された枠材３５は枠材２３と同様に設けられている。枠材３５が板材３４に積み重ねられて接合され、室３５ｊの下が板材３４によって塞がれている。仕切片３５ｇによって形成された貫通孔３５ａが貫通孔３４ａに、貫通孔３５ｃが貫通孔３４ｃに、貫通孔３５ｈが貫通孔３４ｈに連通している。
図１０（ｆ）に示された板材３６は板材２６と同様に設けられている。板材３６が枠材３５に積み重ねられて接合され、室３５ｊの上が板材３６によって塞がれている。貫通孔３６ａが貫通孔３６ａに、貫通孔３６ｂが貫通孔３５ｂに、貫通孔３６ｃが貫通孔３５ｃに、貫通孔３６ｈが貫通孔３５ｈに連通している。
図１１（ａ）に示された枠材３７は枠材２３と同様に設けられている。枠材３７が板材３６に積み重ねられて接合され、室３７ｊの下が板材３６によって塞がれている。仕切片３７ｇによって形成された貫通孔３７ａが貫通孔３６ａに、貫通孔３７ｂが貫通孔３６ｂに、貫通孔３７ｃが貫通孔３６ｃに、貫通孔３７ｈが貫通孔３６ｈに連通している。
図１１（ｂ）に示すように、板材３８の中央部には貫通孔３８ａ〜３８ｃ，３８ｈが形成されている。また、板材３８はハニカム状とされ、板材３８を貫通した複数の孔３８ｇが点在している。板材３８が枠材３３に積み重ねられて接合され、室３７ｊの上が板材３３によって塞がれている。貫通孔３４ａが貫通孔３３ａに、貫通孔３４ｃが貫通孔３３ｃに、貫通孔３４ｈが貫通孔３３ｈに連通している。
図１１（ｃ）に示すように、枠材３９の内側には、枠材３９の角から枠材３９の内側に向かって張り出した枠材３９と同じ高さの仕切片３９ｇが設けられている。枠材３９の内側が区画されている空間には、仕切片３９ｇによって形成された貫通孔３９ｂ，３９ｃ，３９ｈ及びスリット３９ａが設けられ、枠材３９の内側に室３９ｊが形成されている。スリット３９ａの一端部が開き、室３９ｊとスリット３９ａが通じている。枠材３９が板材３８に積み重ねられて接合され、室３９ｊ及びスリット３９ａの下が板材３８によって塞がれている。貫通孔３９ｂが貫通孔３８ｂに、貫通孔３９ｃが貫通孔３８ｃに、貫通孔３９ｈが貫通孔３８ｈに連通している。また、スリット３９ａの他端部に貫通孔３８ａが通じている。
図１１（ｄ）に示すように、板材４０の中央部には貫通孔４０ｃ，４０ｈが形成されている。板材４０が枠材３９に積み重ねられて接合され、室３９ｊ及びスリット３９ａの上が板材４０によって塞がれている。貫通孔４０ｃが貫通孔３９ｃに、貫通孔４０ｈが貫通孔３９ｈに連通している。
図１１（ｅ）に示すように、枠材４１の内側には、枠材４１の内縁から枠材４１の内側に向かって張り出した仕切片４１ｇが設けられている。仕切片４１ｇにはスリット４１ｃ，４１ｈが設けられている。スリット４１ｃ，４１ｈの一端部が開き、スリット４１ｃ、４１ｈが枠材４１の内側の室４１ｊに通じている。枠材４１が板材４０に積み重ねられて接合され、室４１ｊ及びスリット４１ｃ，４１ｈの下が板材４０によって塞がれている。スリット４１ｃの他端部に貫通孔４０ｃが通じ、スリット４０ｈの他端部に貫通孔４０ｈが通じている。
図１１（ｆ）に示すように、板材４２は平板である。板材４２が枠材４１に積み重ねられて接合され、室４１ｊ及びスリット４１ｃ，４１ｈの上が板材４２によって塞がれている。
図１２は、反応装置１００の縦断面斜視図であり、図１３（ａ）は、反応装置１００の反応装置本体１５０及びマニホールド１４０を主に示した斜視図であり、図１３（ｂ）は、反応装置本体１５０及びマニホールド１４０を主に示した側面図である。図１４、図１５は、図１に示された反応装置１００の各部と、図５〜図１１に示された部材１〜４２が積層されることで形成された経路との対応関係を示したものである。なお、図１３においては、反応装置１００の内部に設けられた気化器１１１、第１燃焼器１１９及び第２燃焼器１２３等を見やすくするために改質器１１３及び一酸化炭素除去器１１５を２点鎖線で示している。
図１４に示すように、燃料導入管１４１から貫通孔１７ａまでが気化器１１１に相当する。つまり、図１２、図１３に示すように部材１〜１７が積層され、断熱パッケージ１３０の底板１３２の上面に部材１（集合パイプ１）が接合され、底板１３２の下面にマニホールド１４０が接合されることによって、燃料導入管１４１、燃料導入孔１３２ａ、燃料導入管１ａ及び貫通孔２ａ〜１７ａが連なって筒状になり、これにより気化器１１１が構築される。この筒部内にはつまり燃料導入管１４１から貫通孔１６ａにかけて、吸液材１１１ａが充填されている。この吸液材１１１ａの上端が板材１８の下面から離れて、貫通孔１７ａにおいては吸液材１１１ａの上端と板材１８の下面の間の内部空間が形成されている。なお、吸液材１１１ａが充填される領域は、特に限定はしないが、燃料導入管１４１から貫通孔１５ａにかけてでも良いし、燃料導入管１４１から貫通孔１４ａにかけてでも良いし、燃料導入管１４１から貫通孔１３ａにかけてでも良い。
吸液材１１１ａは液体を吸収するものであり、吸液材１１１ａ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。具体的には、フェルト材、セラミック多孔質材、繊維材、カーボン多孔質材といったものが吸液材１１１ａとして用いられる。燃料カートリッジ１０１から送られた燃料と水は吸液材１１１ａの下端から吸液材１１１ａに吸収され、吸液材１１１ａの毛細管現象によって吸液材１１１ａの上端へと浸透する。吸液材１１１ａに吸収された燃料と水の混合液は吸液材１１１ａの内部上端近傍において熱により気化し、燃料と水の混合気が吸液材１１１ａの上端から出る。
気化器１１１の上側を加熱するために、気化器１１１の上端部の周囲に第２燃焼器１２３が構築される。図１５に示すように、燃焼室１９ｆから燃焼室１５ｆまでが第２燃焼器１２３に相当する。つまり、図１２、図１３に示すように、部材１４〜２０が積層され、燃焼室１５ｆ、１７ｆ、１９ｆの上下が塞がれ、燃焼室１５ｆと燃焼室１７ｆがスリット１６ｆにより連通し、燃焼室１７ｆと燃焼室１９ｆがスリット１８ｆにより連通し、これにより第２燃焼器１２３が構築される。また、燃焼室１５ｆ，１７ｆ，１９ｆに面した部分（例えば、板材２０の下面中央部、板材１８，１６の両面中央部、板材１４の上面中央部）には、燃焼用触媒（例えば、白金）が担持されている。第２燃焼器１２３に供給された気体燃料（水素等）が燃焼用触媒によって燃焼し（酸化し）、これにより燃焼熱が生じる。第２燃焼器１２３の燃焼熱によって気化器１１１の動作温度が１３０〜１５０℃にされている。
吸液材１１１ａが燃料導入管１４１から貫通孔１６ａ又は貫通孔１５ａにかけて充填されている場合、吸液材１１１ａの上端は第２燃焼器１２３の内側に位置していることになる。また、吸液材１１１ａが燃料導入管１４１から貫通孔１４ａ、貫通孔１３ａ又は貫通孔１３ａよりも下にかけて充填されている場合、吸液材１１１ａの上端は第２燃焼器１２３の下方外側に位置していることになる。
第２燃焼器１２３のほかに補助的に電熱線１６１（図８（ｄ）に図示）が設けられている。この電熱線１６１は金といった電熱材（電気抵抗材）をパターニングしたものであり、板材２２の上面中央部に形成されている。電熱線１６１の両端にはそれぞれリード線１６２，１６３が接続されている。図２、図３等に示すように、リード線１６２，１６３は底板１３２を貫通して、断熱パッケージ１３０の外に延出している。なお、電熱線１６１の電気抵抗が温度に依存するため、電熱線１６１はその電流及び電圧により温度を測定する温度センサとしても機能する。第２燃焼器１２３及び電熱線１６１は、気化器１１１及び一酸化炭素除去器１１５を所定の温度に加熱するために用いられる。
図１５に示すように、オフガス導入管１４４から貫通孔１８ｄまでが流路１２２に相当し、気体燃料と空気の混合気が流路１２２によって第２燃焼器１２３に送られる。貫通孔１４ｆから排管１４６までが流路１２４に相当し、二酸化炭素、水蒸気等の排ガスが流路１２４によって送られて外部に排出される。つまり、図１２、図１３に示すように部材１〜１８の積層と、底板１３２と集合パイプ１の接合と、底板１３２とマニホールド１４０の接合とによって、オフガス導入管１４４、オフガス導入孔１３２ｄ、オフガス導入管１ｄ及び貫通孔２ｄ〜１８ｄが連なる。これにより流路１２２が構築され、その流路１２２が貫通孔１９ｄにおいて燃焼室１９ｆに通じている。同様に、排管１４６、排出孔１３２ｆ、排管１ｆ及び貫通孔２ｆ〜１４ｆが連なることにより、流路１２４が構築され、その流路１２４が貫通孔１４ｆにおいて燃焼室１５ｆに通じている。
図１４に示すように、貫通孔１８ａからスリット３９ａまでが流路１１２に相当する。つまり、図１２、図１３に示すように、部材１８〜４０が積層され、貫通孔１８ａからスリット３９ａまでが連なり、管状の流路１１２が構築される。流路１１２は貫通孔１８ａにおいて気化器１１１に通じている。気化器１１１で気化した水と燃料の混合気は、流路１１２によって改質器１１３に送られる。
図１４に示すように、室３９ｊから室３３ｊまでが改質器１１３に相当する。つまり、図１２、図１３に示すように部材３２〜４０が積層され、室３３ｊ，３５ｊ，３７ｊ，３９ｊの上下が塞がれ、孔３４ｇによって室３３ｊと室３５ｊが通じ、孔３６ｇによって室３５ｊと室３７ｊが通じ、孔３８ｇによって室３７ｊと室３９ｊが通じ、これにより改質器１１３が構築される。室３３ｊ，３５ｊ，３７ｊ，３９ｊに面した部分（例えば、板材４０の下面、板材３８，３６，３４の両面、板材３２の上面）には、改質用触媒（例えば、燃料がメタノールの場合、Ｐｄ／ＺｎＯ系触媒）が担持されている。気化器１１１から送られてきた燃料と水の混合気は改質器１１３内において改質用触媒により改質反応し、水素等が生成される。
改質反応には熱が必要であるため、改質器１１３を加熱する第１燃焼器１１９が改質器１１３の上に設けられ、補助的に電熱線１６５が改質器１１３の下に設けられている。この電熱線１６５は金といった電熱材（電気抵抗材）を蛇行した形状にパターニングしたものであり、板材３２の下面に形成されている。電熱線１６５の両端にはそれぞれリード線１６６，１６７が接続されている。リード線１６６，１６７は底板１３２を貫通して、断熱パッケージ１３０の外に延出している。なお、電熱線１６５の電気抵抗が温度に依存するため、電熱線１６５はその電流及び電圧により温度を測定する温度センサとしても機能する。
図１５に示すように、室４１ｊが第１燃焼器１１９に相当する。つまり、図１２，図１３に示すように、部材４０〜４２が積層されることで、室４１ｊの上下が塞がれ、第１燃焼器１１９が構築される。室４１ｊに面した部分（板材４０の上面、板材４２の下面）には、燃焼用触媒（例えば、白金）が担持されている。第１燃焼器１１９に供給された気体燃料（水素等）が燃焼用触媒によって燃焼し、これにより燃焼熱が生じる。第１燃焼器１１９の燃焼熱や電熱線１６５の発熱によって改質器１１３の動作温度が３６０〜３８０℃にされている。
図１５に示すように、オフガス導入管１４３からスリット４１ｃまでが流路１１８に相当し、流路１１７から燃料電池型発電セル１０２に供給された水素のうち、燃料電池型発電セル１０２で電気化学反応せずに残った分である気体燃料と空気の混合気が流路１１８によって第１燃焼器１１９に送られる。また、室４１ｊが第１燃焼器１１９に相当する。スリット４１ｈから貫通孔１６ｈまでが流路１２１に相当し、水、二酸化炭素等の排ガスが流路１２１によって流路１２４へ送られ、流路１２４から外部に排出される。つまり、図１２、図１３に示すように部材１〜４２の積層と、底板１３２と集合パイプ１の接合と、底板１３２とマニホールド１４０の接合とによって、オフガス導入管１４３、オフガス導入孔１３２ｃ、オフガス導入管１ｃ、貫通孔２ｃ〜２０ｃ、スリット２１ｃ、貫通孔２２ｃ〜４０ｃ及びスリット４１ｃが連なる。これにより流路１１８が構築され、その流路１１８がスリット４１ｃの端部において室４１ｊに通じている。同様に、貫通孔１６ｈ〜２０ｈ、スリット２１ｈ、貫通孔２２ｈ〜４０ｈ及びスリット４１ｈが連なることにより、流路１２１が構築され、その流路１２１がスリット４１ｈの端部において室４１ｊに通じている。
図１４に示すように、スリット３３ｂからスリット２９ｂまでが流路１１４に相当する。つまり、図１２、図１３に示すように、部材２８〜３４が積層され、貫通孔３０ｂ〜３２ｂが連なり、更に貫通孔３０ｂにスリット２９ｂが連なり、貫通孔３２ｂにスリット３３ｂが連なり、流路１１４が構築される。流路１１４はスリット３３ｂの端部において改質器１１３に通じ、スリット２９ｂの端部において一酸化炭素除去器１１５に通じている。改質器１１３で生成された水素、一酸化炭素等は、流路１１４によって一酸化炭素除去器１１５に送られる。
図１４に示すように、空気導入管１４２から貫通孔２８ｂまでが流路１１６に相当し、室２９ｊから室３ｊまでが一酸化炭素除去器１１５に相当する。つまり、図１２、図１３に示すように部材１〜３０が積層され、室３ｊ〜２９ｊの上下が塞がれ、これら室３ｊ〜２９ｊがそれぞれの間の板材の孔によって通じ、これにより一酸化炭素除去器１１５が構築される。また、部材１〜３０の積層と、底板１３２と集合パイプ１の接合と、底板１３２とマニホールド１４０の接合とによって、空気導入管１４２、空気導入孔１３２ｂ、空気導入管１ｂ、貫通孔２ｂ〜２０ｂ、スリット２１ｂ及び貫通孔２２ｂ〜２８ｂが連なる。これにより流路１１６が構築され、その流路１１６がスリット２９ｂを介して室２９ｊに通じ、空気が流路１１６により一酸化炭素除去器１１５に送られる。室３ｊ〜２９ｊに面した部分（例えば、板材３０の下面、板材２８，２６，２４，２２，２０，１８，１６，１４，１２，１０，８，６，４の両面、板材２の上面）には、選択酸化用触媒（例えば、白金）が担持されている。改質器１１３から送られてきた水素、一酸化炭素等は流路１１６により送られた空気と混合し、一酸化炭素除去器１１５内を流動する。一酸化炭素除去器１１５内においては、一酸化炭素が選択酸化用触媒により優先的に酸化し、これにより一酸化炭素が除去される。
図１４に示すように、スリット３ｅから改質ガス排出管１４５までが流路１１７に相当し、水素等の改質ガスが流路１１７によって一酸化炭素除去器１１５から外部に送られる。つまり、図１２、図１３に示すように部材１〜３の積層と、底板１３２と集合パイプ１の接合と、底板１３２とマニホールド１４０の接合とによって、改質ガス排出管１４５、改質ガス排出孔１３２ｅ、改質ガス排出管１ｅ、貫通孔２ｅ及びスリット３ｅが連なる。これにより流路１１７が構築され、その流路１１７がスリット３ｅの端部において室３ｊに通じている。
以上に説明してきたように、部材１〜３０の積層によって一酸化炭素除去器１１５、気化器１１１及び第２燃焼器１２３が構築される。図１２に示すように、気化器１１１は一酸化炭素除去器１１５の下から一酸化炭素除去器１１５の内部に挿入されるように設けられ、第２燃焼器１２３が一酸化炭素除去器１１５の内部において気化器１１１の上端部の周りに設けられ、電熱線１６１が一酸化炭素除去器１１５の内部において第２燃焼器１２３の上に設けられている。このような配置関係になることによって、第２燃焼器１２３で生じた熱と、一酸化炭素除去器１１５で生じた熱と、気化器１１１での気化に用いられる熱とのバランスが良くなる。そのため、一酸化炭素除去器１１５及び気化器１１１を適切な温度（１３０〜１５０℃）で動作させることができるうえ、熱の利用効率が向上する。なお、気化器１１１で気化した混合気を気化器１１１から排出して改質器１１３へ送るための管状の流路１１２は、気化器１１１とは逆に一酸化炭素除去器１１５の上から一酸化炭素除去器１１５の内部に挿入するように設けられ、一酸化炭素除去器１１５の内部において気化器１１１に通じている。
特に、一酸化炭素除去器１１５で生じた熱は一酸化炭素除去器１１５の内部に籠もりやすく、一酸化炭素除去器１１５の内部の温度が上昇しやすくなるが、気化器１１１が一酸化炭素除去器１１５の内部にまで挿入されるように設けられているから、一酸化炭素除去器１１５の内部の温度が高温になりすぎることがない。
また、一酸化炭素除去器１１５の温度分布は内部が高く、外側が低くなり、気化器１１１の温度分布についても上端部が高く、下端部が低くなる傾向がある。そのため、吸液材１１１ａに吸収された燃料と水の混合液は吸液材１１１ａの上端部側の内部及び表面において混合液の気化が行われるのに対し下端部内部及び表面では気化が起こりにくい。そのため、吸液材１１１ａ内にて気化した気体が逆流して吸液材１１１ａの下端から下へ放出されることがない。それゆえ、吸液材１１１ａへの混合液の浸透量が安定し、ひいては吸液材１１１ａの上端側から蒸散される気体の量も安定することができ、突沸による流量変化を小さくすることができる。
また、改質器１１３及び第１燃焼器１１９を有する上部積層体（部材３２〜４２）と、一酸化炭素除去器１１５、気化器１１１及び第２燃焼器１２３を有する下部積層体（部材１〜３０）とでは動作温度が異なり、上部積層体の動作温度が３６０〜３８０℃であり、下部積層体の動作温度が１３０〜１５０℃である。ここで、高温な上部積層体と低温な下部積層体との間に間隔が設けられ、上部積層体及び下部積層体よりも細い集合パイプ状の部材３１が下部積層体と下部積層体を連結している。そのため、上部積層体から下部積層体への熱伝導経路が部材３１に限定されるので、上部積層体と下部積層体との間で温度差を生じさせることができる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
上記実施形態では、部材２〜３１を積層することによって、貫通孔２ａ〜１７ａが連なって気化器１１１が設けられ、貫通孔１８ａ〜３１ａが連なって流路１１２が設けられた。その代わりに、貫通孔２ａ〜３１ａを囲んだものを部材２〜３１には設けず、図１６に示すような２段パイプ１７０を部材２〜３０の下部積層体に下から上へ貫通させても良い。この場合、２段パイプ１７０のうち径の大きい部分１７１が貫通孔２ａ〜１７ａに相当し、２段パイプ１７０のうち径の小さい部分１７２が貫通孔１８ａ〜３８ａに相当し、２段パイプ１７０の上端部が板材３１に下面に接合し、径の小さい部分１７２内の中空が板材３２の貫通孔３２ａに通じる。更に、２段パイプ１７０の外周面に選択酸化用触媒を担持することによって選択酸化触媒が室３ｊ〜２９ｊに面し、また、２段パイプ１７０の外周面と部材２〜３１との接触面を接合する。
〔第２の実施の形態〕
図１７は、第２実施形態における反応装置２００の縦断面図である。
この反応装置２００も、第１実施形態の反応装置１００と同様に小型であり、燃料電池型発電セル及び燃料カートリッジとともに電子機器に搭載される。
反応装置２００は、内部中空を有した断熱パッケージ２３０と、断熱パッケージ２３０内に収容された反応装置本体２５０とを有する。断熱パッケージ２３０はステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）といった金属材料からなり、断熱パッケージ２３０の内面にアルミニウム、金、銀、銅といった金属反射膜が成膜され、断熱パッケージ２３０内が真空状態とされている。
反応装置本体２５０は、下部積層体２５１と、上部積層体２５２と、下部積層体２５１を下から上に貫通した気化器パイプ２７０と、を備える。
気化器パイプ２７０は２段状に設けられている。つまり、気化器パイプ２７０は、下部の大径筒部２７１と、大径筒部２７１の径よりも小さい径を有し、大径筒部２７１の上端に接続した小径筒部２７２とを有し、大径筒部２７１と小径筒部２７２を一体形成してものである。大径筒部２７１の上端部の外周面には電熱線がパターニングされていたり、大径筒部２７１の上端部の周囲であって下部積層体２５１の内部に燃焼器が設けられていたりし、大径筒部２７１の上部が電熱線や燃焼器によって加熱される。
気化器パイプ２７０の大径筒部２７１には吸液材２７３が充填され、吸液材２７３の上端が小径筒部２７２の下端から離れて、大径筒部２７１の中空上部には内部空間が形成されている。吸液材２７３は液体を吸収するものであり、吸液材２７３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。このように気化器パイプ２７０の大径筒部２７１に吸液材２７３が充填されて、大径筒部２７１及び給液材２７３等から気化器が構成される。
下部積層体２５１は、複数の板材２０１，２０３，２０５，２０７，２０９，２１１，２１３のそれぞれの間に枠材２０２，２０４，２０６，２０８，２１０，２１２を挟持して、これらを接合したものである。板材・枠材２０１〜２１３が積層されることによって、枠材２０２，２０４，２０６，２０８，２１０，２１２の上下が塞がれ、枠材２０２，２０４，２０６，２０８，２１０，２１２の内側に室２０２ｊ，２０４ｊ，２０６ｊ，２０８ｊ，２１０ｊ，２１２ｊが形成される。
また、板材２０３，２０５，２０７，２０９，２１１はハニカム状に設けられ、複数の孔２０３ｇ，２０５ｇ，２０７ｇ，２０９ｇ，２１１ｇが板材２０３，２０５，２０７，２０９，２１１に形成されている。
板材２０３，２０５，２０７，２０９，２１１の両面に選択酸化用触媒（例えば、白金）が担持され、板材２０１の上面に選択酸化用触媒が担持され、板材２１３の下面に選択酸化用触媒が担持されている。気化器パイプ２７０の外周面にも選択酸化用触媒が担持されている。このように選択酸化用触媒が担持されることで、下部積層体２５１が一酸化炭素除去器として機能する。
板材２０１，２０３，２０５，２０７，２０９の中央部には貫通孔が形成され、それらの貫通孔に気化器パイプ２７０の大径筒部２７１が挿入されている。また、板材２１１，２１３の中央部にも貫通孔が形成され、それら貫通孔に気化器パイプ２７０の小径筒部２７２が挿入されている。このように下部積層体２５１に気化器パイプ２７０が下から上に貫通することによって、大径筒部２７１等からなる気化器は下部積層体２５１（一酸化炭素除去器）の内部に挿入されるように設けられ、燃焼器やヒータが下部積層体２５１の内部においてその気化器の上端部の周りに設けられている。
気化器パイプ２７０の大径筒部２７１が断熱パッケージ２３０を貫通して断熱パッケージ２３０の外へ延出している。板材２０１の下面に改質ガス排出管２４５が接合され、室２０２ｊがその改質ガス排出管２４５の中空に連通している。この改質ガス排出管２４５は断熱パッケージ２３０を貫通して断熱パッケージ２３０の外へ延出している。板材２１３の上面に空気導入管２４２が接合され、室２１２ｊがその空気導入管２４２の中空に連通している。この空気導入管２４２は断熱パッケージ２３０を貫通して断熱パッケージ２３０の外へ延出している。
上部積層体２５２は、複数の板材２１４，２１６，２１８それぞれの間に枠材２１５，２１７を挟持して、これらを接合したものである。これら板材・枠材２１４〜２１８が積層されることによって、枠材２１５，２１７の上下が塞がれ、枠材２１５，２１７の内側に室２１５ｊ，２１７ｊが形成される。
板材２１６はハニカム状に設けられ、複数の孔２１６ｇが板材２１６形成されている。この板材２１６の両面に改質用触媒（例えば、Ｐｄ／ＺｎＯ系触媒）が担持され、板材２１８の下面に改質用触媒が担持され、板材２１４の上面に改質用触媒が担持されている。これにより、上部積層体２５２が改質器として機能する。
板材２１４の下面に小径筒部２７２の上端が接合され、室２１５ｊが小径筒部２７２の中空に連通している。板材２１４と板材２１３との間にパイプ２３１が介在し、室２１５ｊと室２１２ｊがパイプ２３１によって通じている。
また、板材２１４の下面に電熱線がパターニングされていたり、板材２１８の上側に燃焼器が設けられていたりし、上部積層体２５２が電熱線や燃焼器によって加熱される。
次に、反応装置２００の動作について説明する。
上部積層体２５２に設けられた燃焼器や電熱線によって上部積層体２５２が加熱され、気化器パイプ２７０の周囲に設けられた燃焼器や電熱線によって気化器パイプ２７０や下部積層体２５１が加熱される。
また、燃料カートリッジ１０１から燃料と水の混合液が気化器パイプ２７０の下部開口に送られると、混合液が吸液材２７３に吸収される。吸液材２７３に吸収された混合液は毛細管現象により吸液材２７３の上端へと浸透し、吸液材２７３の上端近傍において熱により上端内部及び表面で気化し、燃料と水の混合気が吸液材２７３の上端側から上へ蒸散する。
吸液材２７３の上端側から蒸散した混合気は小径筒部２７２を通って上部積層体２５２の内部に送られる。上部積層体２５２の室２１５ｊ，２１７ｊにおいて混合気が流動しているときに、改質用触媒の作用によってその混合気が水素や一酸化炭素等が生成される（燃料がメタノールの場合、上記化学反応式（１）、（２）参照）。
上部積層体２５２で生成された水素ガス等はパイプ２３１を通って下部積層体２５１の内部に送られ、更に外部の空気が空気導入管２４２を通じて下部積層体２５１の内部に送られる。上部積層体２５２から下部積層体２５１に送られたガスが室２０２ｊ，２０４ｊ，２０６ｊ，２０８ｊ，２１０ｊ，２１２ｊを流動しているときに、そのガスのうち一酸化炭素が触媒により優先的に酸化し、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ガスが改質ガス排出管２４５を通って排出され、そのガスが燃料電池型発電セルに送られる。
気化器となる大径筒部２７１の上端部が下部積層体２５１の下端から内部にまで挿入されることによって、下部積層体２５１の内部で一酸化炭素の酸化により発した熱と、吸液材２７３内で気化に用いられる熱とのバランスが良くなる。そのため、下部積層体２５１と大径筒部２７１を適切な温度（１３０〜１５０℃）で動作させることができ、下部積層体２５１の内部が高温になりすぎることもなく、熱の利用効率が向上する。また、大径筒部２７１の上端部の温度が高く、下端部の温度が低くなるような温度分布が大径筒部２７１に生じ、吸液材２７３に吸収された燃料と水の混合液は吸液材２７３の上端部近傍において蒸発しやすくなり、それゆえ吸液材２７３から蒸散される気体の量が安定する。
本発明を適用した実施形態における反応装置を用いた発電装置が示されたブロック図である。 本発明を適用した実施形態における反応装置が示された斜視図である。 上記反応装置を部分的に分解した状態で示した分解斜視図である。 上記反応装置の本体を分解した状態で示した分解斜視図である。 上記反応装置本体の構成要素を示した下面図である。 上記反応装置本体の構成要素を示した下面図である。 上記反応装置本体の構成要素を示した下面図である。 上記反応装置本体の構成要素を示した下面図である。 上記反応装置本体の構成要素を示した下面図である。 上記反応装置本体の構成要素を示した下面図である。 上記反応装置本体の構成要素を示した下面図である。 上記反応装置を破断した状態で示した斜視図である。 上記反応装置本体を主に示した斜視図である。 上記反応装置の内部の経路を示した図である。 上記反応装置の内部の経路を示した図である。 変形例の反応装置に用いられる２段パイプを示した斜視図である。 本発明を適用した第２実施形態における反応装置を示した縦断面図である。
符号の説明
２、４、６、８、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２ 板材
３、５、７、９、１１、１３、１５、１７、１９、２１、２３、２５、２７、２９、３３、３５、３７、３９、４１ 枠材
１００ 反応装置
１１１ 気化器
１１１ａ 吸液材
１１２ 流路
１１３ 改質器
１１５ 一酸化炭素除去器
１１９ 第１燃焼器
１２３ 第２燃焼器
１６１ 電熱線
２００ 反応装置
２０１、２０３、２０５、２０７、２０９、２１１、２１３ 板材
２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、２１２ 枠材
２５１ 下部積層体（一酸化炭素除去器）
２５２ 上部積層体（改質器）
２７０ 気化器パイプ
２７１ 大径筒部（気化器）
２７２ 小径筒部（流路）
２７３ 吸液材

Claims (8)

  1. 一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器と、燃料を気化する気化器とを有する反応装置において、
    前記気化器が前記一酸化炭素除去器の内部に設けられ、
    前記一酸化炭素除去器が複数の板材のそれぞれの間に枠材を挟みこれらの板材及び枠材を積層したものであり、前記板材のうち枠材に挟まれた板材は複数の孔が貫通するようハニカム状に設けられ、前記気化器が前記板材及び前記枠材の積層方向に前記一酸化炭素除去器に挿入されるよう設けられていることを特徴とする反応装置。
  2. 前記気化器で気化した燃料を改質して改質生成物を生成する改質器を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の反応装置。
  3. 前記一酸化炭素除去器には、前記気化器で気化された燃料を前記一酸化炭素除去器外に排出する流路と、前記改質器から改質生成物を取り込む流路と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の反応装置。
  4. 一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器と、燃料を気化する気化器とを有する反応装置において、
    前記気化器が前記一酸化炭素除去器の内部に設けられ、
    前記気化器が、前記一酸化炭素除去器の外面から前記一酸化炭素除去器の内部に挿入されるように設けられた筒部と、前記筒部内に充填され、液体を吸収する吸液材とを備えることを特徴とする反応装置。
  5. 一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器と、燃料を気化する気化器とを有する反応装置において、
    前記気化器が前記一酸化炭素除去器の内部に設けられ、
    前記一酸化炭素除去器の内部において前記一酸化炭素除去器及び前記気化器を加熱する電熱線を更に備えることを特徴とする反応装置。
  6. 一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器と、燃料を気化する気化器とを有する反応装置において、
    前記気化器が前記一酸化炭素除去器の内部に設けられ、
    前記一酸化炭素除去器の内部において前記一酸化炭素除去器及び前記気化器を加熱する燃焼器を更に備えることを特徴とする反応装置。
  7. 前記一酸化炭素除去器の内部において前記筒部の端部の周りに設けられた燃焼器を更に備え、
    前記吸液材が前記燃焼器に対応する位置まで充填されていることを特徴とする請求項４に記載の反応装置。
  8. 請求項１に記載の反応装置と、
    前記気化器で気化した燃料を改質して改質生成物を生成する改質器と、
    前記改質生成物によって発電する燃料電池と、
    前記燃料電池から供給される電力によって動作する電子機器本体と、
    を備えることを特徴とする電子機器。
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