반응장치

반응장치{REACTOR}

도 1은 본 발명에 관한 반응장치의 실시형태에 있어서의 마이크로 리액터 모듈을 비스듬히 위에서 나타낸 사시도,

도 2는 본 실시형태에 있어서의 마이크로 리액터 모듈을 비스듬히 아래에서 나타낸 사시도,

도 3은 본 실시형태에 있어서의 마이크로 리액터 모듈의 측면도,

도 4는 본 실시형태에 있어서의 마이크로 리액터 모듈을 기능마다 나눈 경우의 개략 측면도,

도 5는 본 실시형태에 있어서의 마이크로 리액터 모듈의 분해 사시도,

도 6은 도 3의 절단선 Ⅵ－Ⅵ를 따른 면의 화살표 단면도,

도 7은 도 3의 절단선 Ⅶ－Ⅶ를 따른 면의 화살표 단면도,

도 8은 도 3의 절단선 Ⅷ－Ⅷ을 따른 면의 화살표 단면도,

도 9는 도 3의 절단선 Ⅸ－Ⅸ를 따른 면의 화살표 단면도,

도 10은 도 3의 절단선 Ⅹ－Ⅹ를 따른 면의 화살표 단면도,

도 11은 도 3의 절단선 ⅩⅠ－ⅩⅠ를 따른 면의 화살표 단면도,

도 12는 도 3의 절단선 ⅩⅡ－ⅩⅡ를 따른 면의 화살표 단면도,

도 13은 본 실시형태의 마이크로 리액터 모듈에 있어서의 액체연료와 물이 공급되고 나서, 생성물인 수소 리치 가스가 배출되기까지의 경로를 나타낸 도면,

도 14는 본 실시형태의 마이크로 리액터 모듈에 있어서의 연소혼합기가 공급되고 나서, 생성물인 물 등이 배출되기까지의 경로를 나타낸 도면,

도 15는 본 실시형태에 있어서의 마이크로 리액터 모듈을 덮는 단열 패키지의 분해사시도,

도 16은 단열 패키지를 비스듬히 아래에서 나타낸 사시도,

도 17은 본 실시형태의 마이크로 리액터 모듈에 있어서의 게터재의 부착상태의 1예를 나타내는 측단면도,

도 18은 도 17에 있어서의 게터재의 다른 부착상태를 나타내는 측단면도,

도 19는 도 17에 있어서의 게터재의 다른 부착 상태를 나타내는 측단면도,

도 20은 도 17에 있어서의 게터재의 다른 부착 상태를 나타내는 측단면도,

도 21은 본 실시형태에 있어서의 마이크로 리액터 모듈을 구비하는 발전유닛의 1예를 나타내는 사시도,

도 22는 발전유닛을 전원으로서 이용하는 전자기기의 1예를 나타내는 사시도.

본 발명은 반응물의 반응을 일으키는 반응장치, 특히 진공 단열 구조를 갖는 반응장치에 관한 것이다.

근래에는 에너지 변환 효율이 높은 깨끗한 전원으로서의 연료전지의 실용화를 위한 연구, 개발이 활발하게 진행되고 있다. 연료전지는 연료와 대기중의 산소를 전기화학적으로 반응시켜서, 화학에너지로부터 전기에너지를 직접 취출하는 장치이다. 이러한 연료전지를 이용한 전원시스템을 소형화해서, 휴대기기나 전기자동차 등에 있어서 전원유닛으로서 적용할 수 있도록 하기 위한 연구, 개발도 예의 진행되고 있다.

연료전지에 이용하는 연료로서는 수소 단체(單體)를 들 수 있지만, 상온, 상압에서 기체인 것에 따른 취급에 문제가 있다. 수소 흡장(吸藏) 합금에 의해서 수소를 저장하는 시도도 있지만, 단위 체적당 수소의 저장량이 적고, 특히 휴대 전자기기와 같은 소형 전자기기의 전원의 연료 저장 수단으로서는 불충분하였다.

이에 대해, 알코올류 및 가솔린과 같은 조성에 수소원자를 갖는 액체연료를 개질해서 생성한 수소를 이용하는 개질형 연료전지에서는 연료를 액체 상태로 용이하게 보존할 수 있다. 이러한 개질형 연료전지를 구비하는 전원 시스템에 있어서는 액체연료 및 물을 기화시키는 기화기, 기화된 액체연료와 고온의 수증기를 반응시키는 것에 의해서, 발전에 필요한 수소를 취출하는 개질기, 개질 반응의 부생성물인 일산화탄소를 제거하는 일산화탄소 제거기 등의 반응기를 갖는 반응장치가 필요하게 된다.

또, 이러한 반응장치를 소형화하기 위해, 예를 들면, 홈이 형성되고, 그 홈이 상기의 각종 반응을 일으키는 반응유로로 되는 금속기판을 접합해서 형성한, 기화기, 개질기, 일산화탄소 제거기를 적층한 마이크로 리액터의 개발이 진행되고 있 다.

그런데, 기화기나 일산화탄소 제거기의 동작온도는 200℃미만이며, 개질기의 동작온도는 250℃이상이다. 개질기나 일산화탄소 제거기를 이러한 온도로 유지하고, 이들 열이 외부에 새지 않도록 해서, 안전성을 높이는 동시에, 열에너지의 손실을 저감해서 열효율을 향상시키기 위해, 이들 개질기 및 일산화탄소기의 주위를 감압한 상태로 해서 진공 단열 구조로 하는 경우가 있다.

이러한 진공 단열 구조를 형성하기 위해서는 개질기나 일산화탄소 제거기를 덮고, 내부공간을 진공압으로 하는 단열용기를 설치하게 되지만, 예를 들면, 사용중에, 단열용기에 어떠한 제조상 생긴 간극 등을 통해서 누설이 생겨 외부로부터 공기가 들어가 버리거나, 각 반응기의 표면이나 단열용기의 내면에 흡착되어 있던 잔류가스 분자가 박리한 경우, 개질기나 일산화탄소기의 주위의 진공도가 저하해서 단열성이 저하하여, 외부로 열이 누설되는 동시에, 열손실이 커져 버린다고 하는 문제가 있다. 이러한 단열용기에 있어서, 내부공간의 진공도를 높이는 수단으로서 게터재를 단열용기의 내부에 설치해서 사용하는 것이 알려져 있다. 그러나, 게터재의 실장에는 어느 정도의 용적이 필요하게 되기 때문에, 반응장치의 소형화에 대해 장해로 된다.

본 발명은 진공 단열 구조를 갖는 반응장치에 있어서, 단열용기내의 진공도를 높이면서, 반응장치를 소형화할 수 있는 이점을 가진다.

상기 이점을 얻기 위한 본 발명에 있어서의 제 1 반응장치는 간극부를 갖고 설치되고, 반응물이 공급되며, 반응물이 흐르는 반응유로가 생성되어 반응물의 반응을 일으키는 제 1 반응부 및 제 2 반응부와, 적어도 상기 제 1 반응부, 상기 제 2 반응부 및 상기 간극부의 전체를 덮고, 상기 간극부를 포함하는 내부공간이 대기압보다 낮은 기압으로 된 단열용기와, 상기 단열용기의 내부공간내의 상기 간극부를 포함하는 공간내에 설치되어 있는 적어도 1개의 게터재를 구비한다.

상기 단열용기는 판형상의 금속재료를 접합해서 형성되는 상자체로 이루어지고, 상기 제 1 반응부 및 상기 제 2 반응부의 각각은 직방체(직육면체)형상의 반응용기를 구비하며, 상기 반응유로는 상기 반응용기의 내에 격벽을 설치하는 것에 의해 형성되고, 상기 반응용기 및 상기 격벽은 판형상의 금속재료를 접합해서 형성되어 있다.

상기 제 1 반응부, 상기 제 2 반응부 및 상기 단열용기는 상자형상의 외관을 갖고, 상기 간극부에 있어서 상기 제 1 반응부의 하나의 측면과 상기 제 2 반응부의 하나의 측면이 대향해서 배치되며, 상기 게터재는 상기 단열용기의 내면의 상기 간극부에 대응하는 위치, 대향하는 상기 제 1 반응부의 측면 및 상기 제 2 반응부의 측면의 어느 한쪽의 측면의 적어도 어느 하나에 설치되어 있다.

상기 제 1 반응부는 제 1 온도로 설정되고, 상기 제 2 반응부는 상기 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도로 설정되며, 상기 반응장치는 상기 간극부에 설치되고, 상기 제 1 반응부와 상기 제 2 반응부의 사이에서 반응물 및 반응에 의해 생성되는 반응생성물을 보내는 연결부와, 예를 들면 상기 제 1 반응부에 설치되는 가열부를 추가로 구비하고, 상기 가열부는 상기 제 1 반응부를 상기 제 1 온도로 설정하고, 상기 연결부를 통해서 상기 제 2 반응부를 상기 제 2 온도로 설정한다. 상기 가열부는 기체연료의 연소반응을 촉진하는 연소용 촉매를 갖고, 기체연료를 연소시키는 연소기를 구비한다.

상기 게터재에는 해당 게터재를 가열해서 활성화하기 위한 히터가 설치되고, 상기 히터는 전열선으로 이루어지며, 상기 전열선에 전력을 공급하기 위한 배선이 상기 단열용기를 관통해서 외부로 인출되어 있다. 상기 반응장치는 상기 배선을, 상기 게터재를 가열해서 활성화한 후에, 상기 제 1 반응부 및 제 2 반응부의 어느 한쪽의 일면과 상기 단열용기의 내면의 사이에서, 예를 들면 과전류를 흘려서 구워 자르는 것에 의해서 절단하는 절단수단을 구비한다.

상기 이점을 얻기 위한 본 발명에 있어서의 제 2 반응장치는 상자형상의 외관을 갖고, 간극부를 갖고 설치되며, 반응물이 공급되고, 반응물이 흐르는 반응유로가 생성되어 반응물의 반응을 일으키는 제 1 반응부 및 제 2 반응부와, 직방체형상의 외관을 갖고, 적어도 상기 제 1 반응부, 상기 제 2 반응부 및 상기 간극부의 전체를 덮으며, 상기 간극부를 포함하는 내부공간이 대기압보다 낮은 기압으로 된 단열용기와, 상기 간극부에 있어서 상기 제 1 반응부의 하나의 측면과 상기 제 2 반응부의 하나의 측면이 대향해서 배치되고, 상기 단열용기의 내면의 상기 간극부에 대응하는 위치, 대향하는 상기 제 1 반응부의 측면 및 상기 제 2 반응부의 측면의 어느 한쪽의 측면의 적어도 어느 하나에 설치되는 적어도 1개의 게터재를 구비한다.

상기 단열용기는 판형상의 금속재료를 접합해서 형성되는 상자체로 이루어지고, 상기 제 1 반응부 및 상기 제 2 반응부에 있어서의 상기 반응유로는 직방체형상의 반응용기의 내에 격벽을 설치하는 것에 의해 형성되며, 상기 반응용기 및 상기 격벽은 판형상의 금속재료를 접합해서 형성되어 있다.

상기 게터재에는 해당 게터재를 가열해서 활성화하기 위한 히터가 설치되고, 상기 히터는 전열선으로 이루어지며, 상기 전열선에 전력을 공급하기 위한 배선이 상기 단열용기를 관통해서 외부로 인출되어 있다.

상기 이점을 얻기 위한 본 발명에 있어서의 제 3 반응장치는 간극부를 갖고 설치되고, 반응물이 공급되며, 반응물이 흐르는 반응유로가 생성되어 반응물의 반응을 일으키는 제 1 반응부 및 제 2 반응부와, 적어도 상기 제 1 반응부, 상기 제 2 반응부 및 상기 간극부의 전체를 덮고, 상기 간극부를 포함하는 내부공간이 대기압보다 낮은 기압으로 된 단열용기와, 상기 단열용기의 내부공간내의 상기 간극부를 포함하는 공간내에 설치되어 있는 적어도 1개의 게터재를 구비하고, 상기 제 1 반응부는 제 1 온도로 설정되고, 제 1 반응물이 공급되어 제 1 반응생성물을 생성하며, 상기 제 2 반응부는 상기 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도로 설정되고, 상기 제 1 반응생성물이 공급되어 제 2 반응생성물을 생성하며, 상기 제 1 반응물은 기화된 물과 조성에 수소원자를 포함하는 연료의 혼합기체이고, 상기 제 1 반응부는 상기 제 1 반응물의 개질반응을 일으키는 개질기이며, 상기 제 1 반응생성물에 일산화탄소가 포함되고, 상기 제 2 반응부는 상기 제 1 반응생성물에 포함되는 일산화탄소를 선택 산화에 의해서 제거하는 일산화탄소 제거기이다.

상기 반응장치는 물과 조성에 수소원자를 포함한 액체연료가 공급되고, 상기 물과 액체연료를 가열해서 기화하는 것에 의해서 상기 혼합기체를 생성하는 기화기를 추가로 구비한다.

상기 반응장치는 상기 간극부에 설치되고, 상기 제 1 반응부와 상기 제 2 반응부의 사이에서 반응물 및 반응에 의해 생성되는 반응생성물을 보내는 연결부와, 상기 제 1 반응부에 설치되고 상기 제 1 반응부를 상기 제 1 온도로 설정하는 예를 들면 기체연료를 연소시키는 연소기를 구비하는 가열부를 더 구비하고, 상기 가열부는 상기 연결부를 통해서 상기 제 2 반응부를 상기 제 2 온도로 설정한다.

[본 발명의 바람직한 실시형태]

이하, 본 발명에 관한 반응장치의 상세를 도면에 나타내는 실시형태에 의거해서 상세하게 설명한다.

단, 이하에 기술하는 실시형태에는 본 발명을 실시하기 위해 기술적으로 바람직한 각종 한정이 부가되어 있지만, 발명의 범위를 이하의 실시형태 및 도시예에 한정하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 관한 반응장치의 실시형태에 있어서의 마이크로 리액터 모듈을 비스듬히 위에서 나타낸 사시도이다.

도 2는 본 실시형태에 있어서의 마이크로 리액터 모듈을 비스듬히 아래에서 나타낸 사시도이다.

도 3은 본 실시형태에 있어서의 마이크로 리액터 모듈의 측면도이다.

이 마이크로 리액터 모듈(1)은 예를 들면 노트형 퍼스널 컴퓨터, PDA, 전자 수첩, 디지탈카메라, 휴대전화기, 손목시계, 레지스터, 프로젝터와 같은 전자기기에 내장되며, 연료전지에 사용하는 수소가스를 생성하는 반응장치이다.

마이크로 리액터 모듈(1)은 반응물의 공급이나 생성물의 배출이 실행되는 급배부(給排部)(2)와, 비교적 고온으로 설정되어 개질반응이 일어나는 고온반응부(제 1 반응부)(4)와, 고온 반응부(4)의 설정온도보다 낮은 온도로 설정되고 선택 산화 반응이 일어나는 저온 반응부(제 2 반응부)(6)와, 고온 반응부(4)와 저온 반응부(6)의 사이에서 반응물이나 생성물의 유입 또는 유출을 실행하기 위한 연결관(연결부)(8)을 구비한다.

도 4는 본 실시형태에 있어서의 마이크로 리액터 모듈을 기능마다 나눈 경우의 개략 측면도이다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 급배부(2)에는 주로 기화기(502) 및 제 1 연소기(504)가 설치되어 있다. 제 1 연소기(504)에는 공기와 기체연료(예를 들면, 수소가스, 메탄올가스 등)가 각각 별개로 혹은 혼합기로서 공급되고, 이들 촉매연소에 의해서 열이 발한다. 기화기(502)에는 물과 액체연료(예를 들면, 메탄올, 에탄올, 디메틸 에테르, 부탄, 가솔린)가 각각 별개로 혹은 혼합된 상태에서 연료용기로부터 공급되고, 제 1 연소기(504)에 있어서의 연소열에 의해서 물과 액체연료가 기화기(502)내에 있어서 기화한다.

고온 반응부(4)에는 주로 제 1 개질기(제 1 반응기)(506), 제 2 연소기(가열부)(508) 및 제 2 개질기(제 2 반응기)(510)가 설치되어 있다. 예를 들면, 제 1 개질기(506)가 하측으로 되고, 제 2 개질기(510)가 상측으로 되며, 제 2 연소기(508) 가 제 1 개질기(506)와 제 2 개질기(510)의 사이에 배치되도록 구성된다.

제 2 연소기(508)에는 공기와 기체연료(예를 들면, 수소가스, 메탄올가스 등)가 각각 별개로 혹은 혼합기로서 공급되고, 이들 촉매연소에 의해서 열이 발한다. 또, 연료전지에서는 수소가스의 전기화학반응에 의해 전기가 생성되고, 연료전지로부터 배출된 오프 가스에 포함되는 미반응의 수소가스가 공기와 혼합된 상태에서 제 1 연소기(504) 및 제 2 연소기(508)에 공급되어도 좋다. 물론, 연료용기에 저장되어 있는 액체연료(예를 들면, 메탄올, 에탄올, 디메틸 에테르, 부탄, 가솔린)가 별도의 기화기에 의해서 기화되고, 그 기화된 연료와 공기의 혼합기가 제 1 연소기(504) 및 제 2 연소기(508)에 공급되도록 해도 좋다.

제 1 개질기(506) 및 제 2 개질기(510)에는 기화기(502)로부터 물과 액체연료가 기화된 혼합기(제 1 반응물)가 공급되고, 제 1 개질기(506) 및 제 2 개질기(510)가 제 2 연소기(508)에 의해서 가열된다. 제 1 개질기(506) 및 제 2 개질기(510)에서는 수증기와 기화된 액체연료로부터 수소가스 등(제 1 반응생성물)이 촉매반응에 의해 생성되고, 또한 미량이지만 일산화탄소 가스가 생성된다. 액체연료가 메탄올인 경우에는 다음의 식 [1], [2]와 같은 화학반응이 일어난다. 또, 수소가 생성되는 반응은 흡열반응으로서, 제 2 연소기(508)의 연소열이 이용된다.

CH ₃ OH＋H ₂ O→3H ₂ ＋CO ₂ …[1]

2CH ₃ OH＋H ₂ O→5H ₂ ＋CO＋CO ₂ …[2]

저온 반응부(6)에는 주로 일산화탄소 제거기(512)가 설치되어 있다. 일산화 탄소 제거기(512)는 제 1 연소기(504)에 의해서 가열되며, 제 1 개질기(506) 및 제 2 개질기(510)로부터 수소가스 및 상기 [2]의 화학반응에 의해서 생성된 미량의 일산화탄소 가스 등을 포함하는 혼합기(제 2 반응물)가 공급되는 동시에, 또한 공기가 공급된다. 일산화탄소 제거기(512)에서는 혼합기 중 일산화탄소가 선택적으로 산화되고, 이것에 의해 일산화탄소가 제거된다. 일산화탄소가 제거된 상태의 혼합기(제 2 반응생성물：수소 리치 가스)가 연료전지의 연료극에 공급된다.

이하, 급배부(2), 고온 반응부(4), 저온 반응부(6) 및 연결관(8)의 구체적인 구성에 대해 도 3, 도 5~도 12를 이용해서 설명한다.

도 5는 본 실시형태에 있어서의 마이크로 리액터 모듈의 분해사시도이다.

도 6은 도 3의 절단선 Ⅵ－Ⅵ로부터 후술하는 연소기 플레이트의 평면방향을 따라서 절단한 화살표 단면도이다.

도 7은 도 3의 절단선 Ⅶ－Ⅶ로부터 후술하는 베이스 플레이트의 평면방향을 따라서 절단한 화살표 단면도이다.

도 8은 도 3의 절단선 Ⅷ－Ⅷ로부터 후술하는 하부프레임의 평면방향을 따라서 절단한 화살표 단면도이다.

도 9는 도 3의 절단선 Ⅸ－Ⅸ로부터 후술하는 중간프레임(32) 및 중간프레임(106)의 평면방향을 따라서 절단한 화살표 단면도이다.

도 10은 도 3의 절단선 Ⅹ－Ⅹ로부터 후술하는 상부프레임의 평면방향을 따라서 절단한 화살표 단면도이다.

도 11은 도 3의 절단선 ⅩⅠ－ⅩⅠ로부터 후술하는 연소기 플레이트의 평면 방향을 따라서 절단한 화살표 단면도이다.

도 12는 도 3의 절단선 ⅩⅠⅠ－ⅩⅠⅠ로부터 연결관의 연통방향과 직교하는 면방향을 따라서 절단한 화살표 단면도이다.

도 13은 본 실시형태의 마이크로 리액터 모듈에 있어서의 액체연료와 물이 공급되고 나서, 생성물인 수소 리치 가스가 배출되기까지의 경로를 나타낸 도면이다.

도 14는 본 실시형태의 마이크로 리액터 모듈에 있어서의 기체연료와 공기로 이루어지는 연소 혼합기가 공급되고 나서, 생성물인 물 등이 배출되기까지의 경로를 나타낸 도면이다.

도 3, 도 5, 도 6에 나타내는 바와 같이, 급배부(2)는 예를 들면 스텐레스강 등의 판형상의 금속재료로 이루어지는 외부 유통관(10)과, 외부 유통관(10)의 주위에 있어서 적층된 3개의 연소기 플레이트(12)를 구비한다.

외부 유통관(10)은 마이크로 리액터 모듈(1)내의 각 유체를 각각 마이크로 리액터 모듈(1)의 외부로 유통하기 위한 복수의 유로를 갖는 관으로서, 외부 유통관(10)에는 기화용 도입로(14), 공기용 도입로(16), 연소 혼합기 도입로(18), 배기가스 배출로(20), 연소 혼합기 도입로(22) 및 수소 배출로(24)가 서로 평행하게 되도록 설치되어 있다. 기화용 도입로(14), 공기용 도입로(16), 연소 혼합기 도입로(18), 배기가스 배출로(20), 연소 혼합기 도입로(22) 및 수소 배출로(24)는 외부 유통관(10)의 격벽에 의해서 간막이되어 있다. 또, 기화용 도입로(14), 공기용 도입로(16), 연소 혼합기 도입로(18), 배기가스 배출로(20), 연소 혼합기 도입로(22) 및 수소 배출로(24)가 1개의 외부 유통관(10)에 설치되어 있지만, 이들 유로(14, 16, 18, 20, 22, 24)가 별개의 관재에 설치되고, 이들 관재가 묶인 상태로 되어 있어도 좋다.

기화용 도입로(14)에는 펠트재, 세라믹 다공질재, 섬유재, 카본 다공질재 등의 흡액재가 충전되어 있다. 흡액재는 액체를 흡수하는 것으로서, 흡액재는 예를 들면, 무기섬유 또는 유기섬유를 결합재로 굳힌 것, 무기분말을 소결한 것, 무기분말을 결합재로 굳힌 것, 그래파이트와 글래시카본의 혼합체 등으로 이루어진다.

연소기 플레이트(12)도 예를 들면 스텐레스강 등의 판형상의 금속재료로 이루어진다. 연소기 플레이트(12)의 중앙부에 관통구멍이 형성되고, 그 관통구멍에 외부 유통관(10)이 끼워 넣어져, 외부 유통관(10)과 연소기 플레이트(12)가 접합되어 있다. 여기서, 외부 유통관(10)은 예를 들면 납땜에 의해서 연소기 플레이트(12)와 접합된다. 납제(brazing material)로서는 외부 유통관(10)이나 연소기 플레이트(12)를 흐르는 유체의 온도 중 최고온도보다 높은 융점이고, 융점이 700도 이상이며, 금에, 은, 동, 아연, 카드뮴을 함유한 금납이나, 금, 은, 아연, 니켈을 주성분으로 한 납, 혹은 금, 팔라듐, 은을 주성분으로 한 납이 특히 바람직하다. 또, 연소기 플레이트(12)의 한쪽의 면에는 격벽이 돌출하도록 설치되어 있다. 격벽은 일부가 연소기 플레이트(12)의 바깥가장자리 전체둘레에 걸쳐서 설치되고, 다른 일부가 직경방향에 걸쳐서 설치되며, 3개의 연소기 플레이트(12)가 외부 유통관(10)의 주위에서 접합에 의해 적층되고, 또 제일 위의 연소기 플레이트(12)가 저온 반응부(6)의 하면에 접합되는 것에 의해서, 이들 접합면에 연소용 유로(26)가 형성된다. 연소용 유로(26)의 일단부가 연소 혼합기 도입로(22)에 통하고, 연소용 유로(26)의 타단부가 배기가스 배출로(20)에 통해 있다. 연소용 유로(26)의 벽면에는 연소 혼합기를 연소시키는 연소용 촉매가 지지되어 있다. 연소용 촉매로서는 예를 들면 백금을 들 수 있다. 또, 외부 유통관(10)내의 흡액재는 연소기 플레이트(12)의 위치까지 충전되어 있다.

도 3, 도 5에 나타내는 바와 같이, 저온 반응부(6)는 베이스 플레이트(28), 하부프레임(30), 중간프레임(32), 상부프레임(34) 및 덮개 플레이트(36)를 아래부터 이들 순으로 적층한 것으로서, 직방체형상을 띠고 있다. 베이스 플레이트(28), 하부프레임(30), 중간프레임(32), 상부프레임(34) 및 덮개 플레이트(36)는 예를 들면 스텐레스강 등의 판형상의 금속재료로 이루어진다.

베이스 플레이트(28)의 폭방향 중앙부에 있어서 외부 유통관(10) 및 최상의 연소기 플레이트(12)가 베이스 플레이트(28)의 하면에 접합되어 있다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 베이스 플레이트(28)의 상면에 격벽이 돌출하도록 설치됨으로써, 혼합가스유로(38), 혼합유로(40), 일산화탄소 제거용 유로(42), 꾸불꾸불한 형상의 일산화탄소 제거용 유로(44), コ형상의 일산화탄소 제거용 유로(46), 연소 혼합기 유로(48) 및 배기가스 유로(50)로 구분되어 있다. 혼합가스유로(38)의 단부에 있어서 관통구멍(52)이 형성되고, 혼합가스유로(38)가 관통구멍(52)을 통해서 외부 유통관(10)의 기화용 도입로(14)에 통해 있다. 일산화탄소 제거용 유로(46)는 관통구멍(52)을 포위하고, 일산화탄소 제거용 유로(46)의 단부에 있어서 관통구멍(54)이 형성되며, 일산화탄소 제거용 유로(46)가 관통구멍(54)을 통해서 수소 배출로(24) 에 통해 있다. 연소 혼합기 유로(48)의 단부에 있어서 관통구멍(58)이 형성되며, 연소 혼합기 유로(48)가 관통구멍(58)을 통해서 연소 혼합기 도입로(18)에 통해 있다. 배기가스 유로(50)의 단부에 있어서 관통구멍(56)이 형성되며, 배기가스 유로(50)가 관통구멍(56)을 통해서 배기가스 배출로(20)에 통해 있다. 혼합유로(40)의 단부에 있어서 관통구멍(60)이 형성되며, 혼합유로(40)가 관통구멍(60)을 통해서 공기용 도입로(16)에 통해 있다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 하부프레임(30)의 내측에 복수의 격벽이 설치됨으로써, 하부프레임(30)의 내측이 꾸불꾸불한 형상의 일산화탄소 제거용 유로(62), 소용돌이형상의 일산화탄소 제거용 유로(64), 웰홀(well hole; 층계의 수직으로 뚫린 공간)(66), 연소 혼합기 유로(68) 및 배기가스 유로(70)로 구분되어 있다. 일산화탄소 제거용 유로(64), 연소 혼합기 유로(68) 및 배기가스 유로(70)에 있어서는 바닥판(72)이 설치되고, 베이스 플레이트(28)의 위에 하부프레임(30)이 납땜 등에 의해 접합되면 그 바닥판(72)에 의해서 혼합가스유로(38), 혼합유로(40), 일산화탄소 제거용 유로(46), 연소 혼합기 유로(48) 및 배기가스 유로(50)의 상부가 덮인다. 또, 일산화탄소 제거용 유로(64)의 한쪽의 단부가 일산화탄소 제거용 유로(62)에 통하고, 일산화탄소 제거용 유로(64)의 중도부에 있어서는 베이스 플레이트(28)의 일산화탄소 제거용 유로(42)에 통하는 웰홀(74)이 형성되며, 일산화탄소 제거용 유로(64)의 다른쪽의 단부에 있어서는 베이스 플레이트(28)의 배기가스 유로(50)에 통하는 웰홀(76)이 형성되어 있다. 일산화탄소 제거용 유로(62)는 베이스 플레이트(28)의 일산화탄소 제거용 유로(44)에 중첩되어, 일산화탄소 제거용 유로(62)와 일산화탄소 제거용 유로(44)가 연통(連通)된 상태로 되어 있다. 웰홀(66)은 베이스 플레이트(28)의 혼합유로(40)의 위에 위치하고 있다. 연소 혼합기 유로(68)에는 웰홀(69)이 형성되고, 연소 혼합기 유로(68)가 웰홀(69)을 통해서 베이스 플레이트(28)의 연소 혼합기 유로(48)에 통해 있다. 배기가스 유로(70)에는 웰홀(71)이 형성되고, 배기가스 유로(70)가 웰홀(71)을 통해서 베이스 플레이트(28)의 배기가스 유로(50)에 통해 있다. 또, 평면에서 보아, 외부 유통관(10)은 일산화탄소 제거용 유로(64)의 일부에 중첩되고, 일산화탄소 제거용 유로(64)가 외부 유통관(10)의 주위를 소용돌이치도록 구성된다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 중간프레임(32)의 내측에 복수의 격벽이 설치됨으로써, 중간프레임(32)의 내측이 꾸불꾸불한 형상의 일산화탄소 제거용 유로(78), 소용돌이형상의 일산화탄소 제거용 유로(80) 및 웰홀(82)로 구분되어 있다.

일산화탄소 제거용 유로(80)의 일부에 있어서는 바닥판(83)이 설치되고, 하부프레임(30)에 중간프레임(32)이 접합되면 그의 바닥판(83)에 의해서 하부프레임(30)의 연소 혼합기 유로(68) 및 배기가스 유로(70)의 상부가 덮인다.

일산화탄소 제거용 유로(78)는 하부프레임(30)의 일산화탄소 제거용 유로(62)에 중첩되며, 일산화탄소 제거용 유로(78)와 일산화탄소 제거용 유로(62)가 연통된 상태로 되어 있다.

일산화탄소 제거용 유로(80)는 하부프레임(30)의 일산화탄소 제거용 유로(64)에 중첩되며, 일산화탄소 제거용 유로(80)와 일산화탄소 제거용 유로(64)가 연통된 상태로 되어 있다. 웰홀(82)이 하부프레임(30)의 웰홀(66)에 중첩되며, 웰 홀(82)과 웰홀(66)이 연통된 상태로 되어 있다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 상부프레임(34)의 내측에 복수의 격벽이 설치됨으로써, 상부프레임(34)의 내측에 꾸불꾸불한 형상의 일산화탄소 제거용 유로(84)가 형성되어 있다. 또, 상부프레임(34)의 내측 전체에 바닥판(86)이 설치되고, 중간프레임(32)에 상부프레임(34)이 납땜 등에 의해 접합되면 그의 바닥판(86)에 의해서 중간프레임(32)의 일산화탄소 제거용 유로(78) 및 일산화탄소 제거용 유로(80)의 상부가 덮인다. 또, 일산화탄소 제거용 유로(84)의 일단부에 있어서는 웰홀(88)이 형성되고, 일산화탄소 제거용 유로(84)의 타단부에 있어서는 웰홀(90)이 형성되어 있다. 웰홀(88)은 중간프레임(32)의 웰홀(82)과 중첩되고, 일산화탄소 제거용 유로(84)가 웰홀(88), 웰홀(82) 및 웰홀(66)을 통해서 혼합유로(40)에 통해 있다. 웰홀(90)이 중간프레임(32)의 일산화탄소 제거용 유로(78)의 단부의 위에 위치하고, 일산화탄소 제거용 유로(84)가 웰홀(90)을 통해서 일산화탄소 제거용 유로(78)에 통해 있다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 상부프레임(34)의 위에 덮개 플레이트(36)가 납땜 등에 의해 접합됨으로써, 일산화탄소 제거용 유로(84)의 상부가 덮개 플레이트(36)에 의해서 덮여져 있다. 여기서, 일산화탄소 제거용 유로(42, 44, 46, 62, 64, 78, 80, 84)의 벽면 전체에는 일산화탄소를 선택적으로 산화시키는 일산화탄소 선택 산화용 촉매가 지지되어 있다. 일산화탄소 선택 산화용 촉매로서는 예를 들면 백금을 들 수 있다.

도 3, 도 5에 나타내는 바와 같이, 고온 반응부(4)는 베이스 플레이트(102), 하부프레임(104), 중간프레임(106), 연소기 플레이트(108), 상부프레임(110) 및 덮개 플레이트(112)를 아래부터 이들 순으로 적층한 것이며, 직방체형상을 띠고 있다. 베이스 플레이트(102), 하부프레임(104), 중간프레임(106), 연소기 플레이트(108), 상부프레임(110) 및 덮개 플레이트(112)는 예를 들면 스텐레스강 등의 판형상의 금속재료로 이루어진다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 베이스 플레이트(102)의 상면에 복수의 격벽이 돌출하도록 설치됨으로써, 공급유로(114), 꾸불꾸불한 형상의 개질용 유로(116) 및 배출유로(115)로 구분되어 있다. 공급유로(114)는 개질용 유로(116)에 연속되어 있지만, 배출유로(115)는 공급유로(114) 및 개질용 유로(116)와 독립되어 있다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 하부프레임(104)의 내측에 복수의 격벽이 설치됨으로써, 하부프레임(104)의 내측이 꾸불꾸불한 형상의 개질용 유로(118), 연소 혼합기 유로(120), 배기가스 유로(122) 및 웰홀(124)으로 구분되어 있다. 연소 혼합기 유로(120) 및 배기가스 유로(122)에 있어서는 바닥판(126)이 설치되고, 베이스 플레이트(102)에 하부프레임(104)이 납땜 등에 의해 접합됨으로써, 바닥판(126)에 의해 베이스 플레이트(102)의 공급유로(114) 및 배출유로(115)의 상부가 덮인다. 개질용 유로(118)는 베이스 플레이트(102)의 개질용 유로(116)에 중첩되며, 개질용 유로(118)와 개질용 유로(116)가 연통된 상태로 되어 있다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 중간프레임(106)의 내측에 복수의 격벽이 설치됨으로써, 중간프레임(106)의 내측이 꾸불꾸불한 형상의 개질용 유로(128), 웰홀(130), 웰홀(132) 및 웰홀(134)으로 구분되어 있다. 또, 중간프레임(106)에는 바 닥판(136)이 설치되고, 중간프레임(106)이 하부프레임(104)에 납땜 등에 의해 접합됨으로써, 바닥판(136)에 의해서 하부프레임(104)의 연소 혼합기 유로(120) 및 배기가스 유로(122)의 상부가 덮인다. 개질용 유로(128)는 하부프레임(104)의 개질용 유로(118)에 중첩되며, 개질용 유로(128)와 개질용 유로(118)가 연통된 상태로 되어 있다. 웰홀(130)은 하부프레임(104)의 웰홀(124)에 중첩되며, 웰홀(130)과 웰홀(124)이 연통된 상태로 되어 있다. 웰홀(132)은 연소 혼합기 유로(120)의 단부의 위에 위치하고, 웰홀(134)이 배기가스 유로(122)의 단부의 위에 위치하고 있다.

도 3, 도 5에 나타내는 바와 같이, 연소기 플레이트(108)가 중간프레임(106)의 위에 납땜 등에 의해 접합됨으로써, 중간프레임(106)의 개질용 유로(128)의 상부가 연소기 플레이트(108)에 의해서 덮인다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 연소기 플레이트(108)의 상면에 격벽이 돌출하도록 설치됨으로써, 연소실(138), 연소실(140), 웰홀(142) 및 웰홀(144)으로 구분되어 있다. 연소실(138)의 단부에 있어서 웰홀(146)이 형성되며, 그 웰홀(146)이 중간프레임(106)의 웰홀(132)의 위에 위치하고, 연소실(138)이 웰홀(146) 및 웰홀(132)을 통해서 하부프레임(104)의 연소 혼합기 유로(120)에 통해 있다. 연소실(138)은 연소실(140)에 통해 있다. 또, 연소실(140)의 단부에 있어서 웰홀(148)이 형성되고, 그 웰홀(148)이 중간프레임(106)의 웰홀(134)의 위에 위치하고, 연소실(140)이 웰홀(148) 및 웰홀(134)을 통해서 배기가스 유로(122)에 통해 있다. 웰홀(142)은 중간프레임(106)의 개질용 유로(128)의 단부의 위에 위치하며, 웰홀(142)이 개질용 유로(128)에 통해 있다. 웰홀(144)은 중간프레임(106)의 웰홀(130)의 위에 위치하며, 웰홀(144)이 웰홀(130) 에 통해 있다. 연소실(138) 및 연소실(140)의 벽면에는 연소 혼합기를 연소시키는 연소용 촉매가 지지되어 있다. 연소용 촉매로서는 예를 들면 백금을 들 수 있다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 상부프레임(110)의 내측에 복수의 격벽이 설치됨으로써, 상부프레임(110)의 내측에 꾸불꾸불한 형상의 개질용 유로(150)가 형성되어 있다. 또, 상부프레임(110)에 바닥판(152)이 설치되고, 상부프레임(110)이 연소기 플레이트(108)의 위에 납땜 등에 의해 접합됨으로써, 연소기 플레이트(108)의 연소실(138) 및 연소실(140)의 상부가 덮인다. 개질용 유로(150)의 일단부에 있어서는 웰홀(154)이 형성되고, 개질용 유로(150)의 타단부에 있어서는 웰홀(156)이 형성되어 있다. 웰홀(154)은 연소기 플레이트(108)의 웰홀(142)의 위에 위치하고, 개질용 유로(150)가 웰홀(154) 및 웰홀(142)을 통해서 중간프레임(106)의 개질용 유로(128)에 통해 있다. 웰홀(156)은 연소기 플레이트(108)의 웰홀(144)의 위에 위치하며, 개질용 유로(150)가 웰홀(156), 웰홀(144), 웰홀(130) 및 웰홀(124)을 통해서 배출유로(115)에 통해 있다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 상부프레임(110)의 위에 덮개 플레이트(112)가 납땜 등에 의해 접합됨으로써, 개질용 유로(150)의 상부가 덮개 플레이트(112)에 의해서 덮여져 있다. 여기서, 공급유로(114), 배출유로(115), 개질용 유로(116, 118, 128, 150)의 벽면에는 연료를 개질해서 수소를 생성하는 개질용 촉매가 지지되어 있다. 메탄올의 개질에 이용되는 개질용 촉매로서는 예를 들면 Cu/ZnO계 촉매, Pd/ZnO계 촉매를 들 수 있다.

도 3, 도 4에 나타내는 바와 같이, 연결관(8)의 외형은 각기둥형상으로 되 고, 연결관(8)의 폭이 고온 반응부(4)의 폭 및 저온 반응부(6)의 폭보다도 좁고, 연결관(8)의 높이도 고온 반응부(4) 및 저온 반응부(6)의 어느 것의 높이보다도 낮다. 연결관(8)은 고온 반응부(4)와 저온 반응부(6)의 사이에 가설되어 있으며, 연결관(8)은 고온 반응부(4)의 폭방향 중앙부에 있어서 고온 반응부(4)에 납땜 등에 의해서 접합되어 있는 동시에 저온 반응부(6)의 폭방향 중앙부에 있어서 저온 반응부(6)에 납땜 등에 의해 접합되어 있다. 또, 연결관(8)의 하면이 고온 반응부(4)의 하면 즉 베이스 플레이트(102)의 하면에 대해 면일치로 되어 있는 동시에, 또 저온 반응부(6)의 하면 즉 베이스 플레이트(28)의 하면에 대해 면일치로 되어 있다.

도 7, 도 8, 도 12에 나타내는 바와 같이, 연결관(8)에는 연결유로(162), 연결유로(164), 연결유로(166) 및 연결 유로(168)가 서로 평행하게 되도록 설치되어 있다. 연결유로(162), 연결유로(164), 연결유로(166) 및 연결유로(168)는 연결관(8)의 격벽에 의해서 간막이되어 있다. 연결유로(162)의 일단이 혼합가스 유로(38)에 통하고, 연결유로(162)의 타단이 공급유로(114)에 통해 있다. 연결유로(164)의 일단이 배출유로(115)에 통하고, 타단이 혼합유로(40)에 통해 있다. 연결유로(166)의 일단이 연소 혼합기 유로(68)에 통하고, 타단이 연소 혼합기 유로(120)에 통해 있다. 연결유로(168)의 일단이 배기가스 유로(122)에 통하고, 타단이 배기가스 유로(70)에 통해 있다.

또, 연결유로(162, 164, 166, 168)가 1개의 연결관(8)에 설치되어 있지만, 이들 유로(162, 164, 166, 168)가 별개의 관재에 설치되고, 이들 관재가 묶여 있어도 좋다. 또, 연결관(8)은 기밀성의 관점에서 접합되어 있는 베이스 플레이트(28), 하부프레임(30), 베이스 플레이트(102), 하부프레임(104)과 동일한 재질인 것이 바람직하다.

급배부(2), 고온 반응부(4), 저온 반응부(6) 및 연결관(8)의 내측에 설치된 유로의 경로는 도 13, 도 14에 나타낸 바와 같이 된다. 여기서, 도 13, 도 14와 도 4의 대응관계에 대해 설명하면, 기화용 도입로(14)가 기화기(502)의 유로에 상당하고, 개질용 유로(116, 118, 128)가 제 1 개질기(506)의 유로에 상당하며, 개질용 유로(150)가 제 2 개질기(510)의 유로에 상당하고, 일산화탄소 제거용 유로(84)의 시단부터 일산화탄소 제거용 유로(46)의 종단까지가 일산화탄소 제거기(512)의 유로에 상당하며, 연소용 유로(26)가 제 1 연소기(504)의 유로에 상당하고, 연소실(138, 140)이 제 2 연소기(508)의 유로에 상당한다.

도 2, 도 5에 나타내는 바와 같이, 저온 반응부(6)의 하면 즉 베이스 플레이트(28)의 하면, 고온 반응부(4)의 하면 즉 베이스 플레이트(102)의 하면, 및 연결관(8)의 하면에는 예를 들면 질화실리콘, 산화실리콘 등의 절연막이 전면에 형성되고, 저온 반응부(6)측의 절연막의 하면에는 전열선(170)이 사행된 상태로 패터닝되어 있다. 또, 저온 반응부(6)로부터 연결관(8)을 통해서 고온 반응부(4)에 걸친 절연막의 하면에는 전열선(172)이 사행된 상태로 패터닝되어 있다. 외부 유통관(10)의 측면, 연소기 플레이트(12)의 표면에도 질화실리콘, 산화실리콘 등의 절연막이 형성되어 있으며, 저온 반응부(6)의 하면으로부터 연소기 플레이트(12)의 표면을 통해서 외부 유통관(10)의 측면에 걸쳐 전열선(174)이 패터닝되어 있다. 전열선(170, 172, 174)은 절연막측으로부터 확산방지층, 발열층의 순으로 적층된 것이 다. 발열층은 3층중에서 가장 낮은 저항율의 재료(예를 들면, Au)이며, 전열선(170, 172, 174)에 전압이 인가되면 전류가 집중적으로 흘러 발열한다. 확산방지층은 전열선(170, 172, 174)이 발열해도 발열층의 재료가 확산방지층으로 잘 열확산되지 않고, 또한 확산방지층의 재료가 발열층에 열확산하기 어려운 재료이며, 비교적 융점이 높고 또한 반응성이 낮은 물질(예를 들면, W)을 이용하는 것이 바람직하다. 또, 확산방지층이 절연막에 대해 밀착성이 낮아 박리하기 쉬운 경우에는 절연막과 확산방지층의 사이에 밀착층을 추가로 설치하도록 해도 좋으며, 밀착층으로서는 확산방지층에 대해서도 절연막에 대해서도 밀착성이 우수한 재료(예를 들면, Ta, Mo, Ti, Cr)로 이루어진다. 전열선(170)은 기동시에 저온 반응부(6)를 가열하고, 전열선(172)은 기동시에 고온 반응부(4) 및 연결관(8)을 가열하며, 전열선(174)은 급배부(2)의 기화기(502) 및 제 1 연소기(504)를 가열한다. 이 후, 연료전지로부터의 수소를 포함하는 오프 가스로 제 2 연소기(508)가 연소되면, 전열선(172)은 제 2 연소기(508)의 보조로서 고온 반응부(4) 및 연결관(8)을 가열한다. 마찬가지로, 연료전지로부터의 수소를 포함하는 오프 가스로 제 1 연소기(504)가 연소되는 경우, 전열선(170)은 제 1 연소기(504)의 보조로서 저온 반응부(6)를 가열한다.

또, 전열선(170, 172, 174)은 온도에 의존해서 전기저항이 변화하기 때문에, 저항값의 변화로부터 온도의 변화를 판독하는 온도센서로서도 기능한다. 구체적으로는 전열선(170, 172, 174)의 온도는 전기저항에 비례한다.

전열선(170, 172, 174)의 어느 것의 단부도 베이스 플레이트(28)의 하면에 위치하고, 이들 단부가 연소기 플레이트(12)를 둘러싸도록 배열되어 있다. 전열선(170)의 양단부에는 각각 리드선(176, 178)이 접속되고, 전열선(172)의 양단부에는 각각 리드선(180, 182)이 접속되며, 전열선(174)의 양단부에는 각각 리드선(184, 186)이 접속되어 있다. 또한, 도 3에 있어서는 도면을 보기 쉽게 하기 위해, 전열선(170, 172, 174) 및 리드선(176, 178, 180, 182, 184, 186)의 도시를 생략한다.

다음에, 이 마이크로 리액터 모듈(1)의 열손실을 억제하기 위한 단열구조에 대해 설명한다.

도 15는 본 실시형태에 있어서의 마이크로 리액터 모듈을 덮는 단열 패키지의 분해사시도이다.

도 16은 본 실시형태에 있어서의 단열 패키지를 비스듬히 아래에서 나타낸 사시도이다.

도 15, 도 16에 나타내는 바와 같이, 단열 패키지(200)는 마이크로 리액터 모듈(1)의 전체를 덮도록 구성되고, 고온 반응부(4), 저온 반응부(6) 및 연결관(8)이 단열 패키지(200)내에 수용된다. 단열 패키지(200)는 하면이 개구된 장방형상의 상자체(202)와, 상자체(202)의 하면 개구를 폐색하기 위한 폐색판(204)으로 구성되며, 폐색판(204)이 상자체(202)에 접합되고, 예를 들면 유리재 또는 절연 밀봉재로 밀봉되어 있다. 상자체(202) 및 폐색판(204)은 예를 들면 스텐레스강 등의 판형상의 금속재료로 이루어진다. 또, 상자체(202) 및 폐색판(204)의 내측으로 되는 면에는 예를 들면 알루미늄, 금, 은 등의 금속반사막을 성막하도록 해도 좋다. 이러한 금속반사막이 성막되어 있으면, 급배부(2), 고온 반응부(4), 저온 반응부(6) 및 연결관(8)으로부터의 복사에 의한 열손실을 억제할 수 있다.

폐색판(204)을 복수의 통과구멍이 관통하고, 외부 유통관(10) 및 리드선(176, 178, 180, 182, 184, 186, 192, 194)이 각각의 통과구멍에 삽입통과된 상태에서 일부가 단열 패키지(200)로부터 외부로 노출된다. 이 외부에 노출되어 있는 부분으로부터 단열 패키지(200)내에 외기가 침입하지 않도록, 외부 유통관(10), 리드선(176, 178, 180, 182, 184, 186)과 폐색판(204)의 관통구멍은 예를 들면 유리재 또는 절연 밀봉재로 접합, 밀봉되어 있다. 단열 패키지(200)의 내부공간(201)은 밀폐되며, 내압이 1Torr이하로 되도록 진공 배기되고, 그 내부공간이 진공압으로 되어 진공 단열 구조로 된다. 이것에 의해서, 마이크로 리액터 모듈(1)의 각 부의 열이 외부로 전파되어 버리는 것을 억제하여, 열손실을 저감할 수 있다.

외부 유통관(10)은 단열 패키지(200)의 내측에도 외측에도 돌출된 상태로 되어 있다. 그 때문에, 단열 패키지(200)의 내측에 있어서는 외부 유통관(10)이 지주(支柱)로서 폐색판(204)에 대해 선 상태로 되고, 고온 반응부(4), 저온 반응부(6) 및 연결관(8)이 외부 유통관(10)에 지지되어, 고온 반응부(4), 저온 반응부(6) 및 연결관(8)이 단열 패키지(200)의 내면에서 떨어져 있다. 즉, 고온 반응부(4), 저온 반응부(6) 및 연결관(8)의 표면(8a) 중, 단열 패키지(200)의 내면에 대향하는 면과 단열 패키지(200)의 내면과의 거리 B는 약 1㎜로 설정되어 있다. 또, 외부 유통관(10)은 평면에서 보아 고온 반응부(4), 저온 반응부(6) 및 연결관(8) 전체의 중심(重心)에 있어서 저온 반응부(6)의 하면에 연결하고 있는 것이 바람직하다.

다음에, 본 실시형태에 있어서의 마이크로 리액터 모듈(1)에 있어서는 상기 단열 패키지(200)의 내부공간의 진공도를 높이기 위한 게터재(188)를 단열 패키지(200)내에 설치하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 게터재(188)는 가열됨으로써 활성화되어 주위의 미립자를 흡착하는 흡착 작용을 갖는 것이며, 단열 패키지(200)내의 내부공간에 잔류하는 가스나, 마이크로 리액터 모듈(1)로부터 단열 패키지(200)의 내부공간에 누설된 기체나, 외부로부터 단열 패키지(200)내에 침입한 기체를 흡착해서, 단열 패키지(200)내의 내부공간의 진공도를 높이는 것이다.

도 17은 본 실시형태의 마이크로 리액터 모듈(1)에 있어서의 게터재(188)의 부착상태의 1예를 나타내는 측단면도이고, 또 도 18~도 20은 게터재(188)의 부착상태의 다른 예를 나타내는 측단면도이다. 게터재(188)는 단열 패키지(200)의 내부공간(201)내에 설치되며, 적어도 일부가 고온 반응부(4)와 저온 반응부(6)의 사이의 간극부를 포함하는 공간내에 설치된다.

게터재(188)는 예를 들면, 도 3, 도 5, 도 17에 나타내는 바와 같이, 고온 반응부(4)와 저온 반응부(6)의 사이에 설치된 간극부에서, 저온 반응부(6)의 측면 중, 고온 반응부(4)와 대향하는 측면(6a)에 설치된다. 이 게터재(188)는 연결관(8)의 위쪽에 위치하고 있다. 여기서, 고온 반응부(4)와 저온 반응부(6)의 사이의 간극부의 거리(=연결관(8)의 길이) A는 예를 들면 약 3㎜로 되어 있다.

게터재(188)에는 전열재 등의 히터가 설치되고, 이 히터에는 배선(190)이 접속되어 있다. 배선(190)은 프린트기판에 의해, 저온 반응부(6)의 측면(6a)을 따라 서 아래쪽에 형성되고, 연소기 플레이트(12)의 주위에 있어서 베이스 플레이트(28)의 하면에 위치하며, 그의 양단부에는 각각 리드선(192, 194)이 접속되어 있다.

이러한 게터재(188)의 재료로서는 예를 들면 지르코늄, 바륨, 티타늄 또는 바나듐을 주성분으로 한 합금을 들 수 있다. 또, 배선(190)의 양단부는 게터재(188)의 히터 및 리드선(192, 194)에 접속되어 있다. 또한, 도 3에 있어서는 도면을 보기 쉽게 하기 위해, 리드선(192, 194)의 도시를 생략한다.

상기에 있어서는 게터재(188)를 저온 반응부(6)의 상기 측면(6a)에 설치하도록 했지만, 게터재(188)를 설치하는 위치는 단열 패키지(200)의 내부공간(201) 중 저온 반응부(6)와 고온 반응부(4)의 사이이면 특히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 18에 나타내는 바와 같이, 게터재(188)를, 고온 반응부(4)의 측면 중 저온 반응부(6)와의 대향하는 측(4a)에 설치하도록 해도 좋다. 이 경우, 배선(190)은 예를 들면, 고온 반응부(4)의 측면(4a)을 따라서 아래쪽으로 연장돌출하고, 연결관(8)의 표면(8a)을 통해서 베이스 플레이트(28)까지 형성하면 좋다.

또, 도 19 및 도 20에 나타내는 바와 같이, 게터재(188)를, 고온 반응부(4)와 저온 반응부(6)의 사이의 간극부에 대응하는 단열 패키지(200)의 상측 내면(상자체(202)의 내면)(202a)에 설치하도록 해도 좋다. 이 경우, 미리 게터재(188)를 단열 패키지(200)에 설치해 둘 수 있기 때문에, 작업면에서 우수하다. 도 19에 나타내는 구성에 있어서는 게터재(188)의 배선(190)은 저온 반응부(6)의 측면(6a)을 따르지 않고, 게터재(188)의 하측으로부터 연결관(8)의 표면(8a)을 통해서, 연소기 플레이트(12)의 주위에 있어서 베이스 플레이트(28)의 하면에 위치하고, 리드 선(192, 194)에 접속되도록 구성된다. 또, 도 20에 나타내는 구성에 있어서는 게터재(188)의 배선(190)은 단열 패키지(200)의 내부공간(201)에 배치되지 않으며 , 단열 패키지(200)의 외부로 직접 인출되어 있다. 이 경우, 배선작업이 용이하게 된다.

또, 상기 각 실시형태에서는 게터재(188)를 1개로 했지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 다른 위치에 복수 설치하도록 해도 좋다. 복수 설치해 두면, 내부공간(201)의 진공도가 저하한 경우에 아직 미사용인 게터재(188)를 활성화시키는 것에 의해, 재차 진공도를 높일 수 있는 점에서 바람직하다. 게터재(188)의 배치에 대해서는 단열 패키지(200)의 내부공간(201)내에서, 고온 반응부(4)와 저온 반응부(6)의 사이의 간극부를 포함하는 공간내이면 특히 한정하는 것은 아니다.

다음에, 마이크로 리액터 모듈(1)의 동작에 대해서 설명한다.

우선, 리드선(192, 194)의 사이에 전압이 인가되면, 게터재(188)가 히터에 의해서 가열되며, 게터재(188)가 활성화된다. 이것에 의해, 단열 패키지(200)내의 잔류가스가 게터재(188)에 흡착되고, 단열 패키지(200)내의 진공도가 높아지며, 단열효율이 높아진다.

여기서, 게터재(188)를 한번 활성화해서 단열 패키지(200)내의 진공도를 높인 후, 그 후에는 게터재(188)를 이용하지 않는 구성으로 하는 경우에는 배선(190)으로부터 리드선(192, 194)을 통해서 고온 반응부(4)나 저온 반응부(6)의 열에너지가 외부로 방출되는 것을 방지하기 위해, 배선(190)을 저온 반응부(6)의 하면인 베이스 플레이트(28)와, 단열 패키지(200)의 폐색판(204)의 내면(204b)과의 사이에 절단해 두는 것이 바람직하다. 이 경우, 절단방법으로서는 예를 들면 과전류를 배선(190)에 흘려 가열하는 것에 의해서 구워 자르는 방법이 이용된다.

또, 리드선(176, 178)의 사이에 전압이 인가되면, 전열선(170)이 발열하고, 저온 반응부(6)가 가열된다. 리드선(180, 182)의 사이에 전압이 인가되면, 전열선(172)이 발열하고, 고온 반응부(4)가 가열된다. 리드선(184, 186)의 사이에 전압이 인가되면, 전열선(174)이 발열하고, 급배부(2), 주로 외부 유통관(10)의 상부가 가열된다. 급배부(2), 고온 반응부(4), 저온 반응부(6) 및 연결관(8)이 금속재료로 이루어지기 때문에, 이들 사이에서 열전도하기 쉽다. 또, 전열선(170, 172, 174)의 전류/전압이 제어장치에 의해서 측정됨으로써, 급배부(2), 고온 반응부(4) 및 저온 반응부(6)의 온도가 측정되며, 측정온도가 제어장치에 피드백되고, 제어장치에 의해서 전열선(170, 172, 174)의 전압이 제어되며, 이것에 의해 급배부(2), 고온 반응부(4) 및 저온 반응부(6)의 온도 제어가 이루어진다.

전열선(170, 172, 174)에 의해서 급배부(2), 고온 반응부(4) 및 저온 반응부(6)가 가열된 상태에 있어서, 기화용 도입로(14)에 액체연료와 물의 혼합액이 외부의 펌프 등에 의해서 연속적 또는 단속적으로 공급되면, 혼합액이 흡액재에 흡수되고, 모세관현상에 의해 혼합액이 기화용 도입로(14)의 위를 향해서 침투한다. 흡액재가 연소기 플레이트(12)의 높이까지 충전되어 있기 때문에, 흡액재내의 혼합액이 기화하고, 연료와 물의 혼합기가 흡액재로부터 증산한다. 흡액재내에 있어서 혼합액이 기화하기 때문에, 범핑(bumping)을 억제할 수 있으며, 안정하게 기화할 수 있다.

그리고, 흡액재로부터 증산한 혼합기는 관통구멍(52), 혼합가스 유로(38), 연결유로(162), 공급유로(114)를 통해서 제 1 개질기(506)(개질용 유로(116, 118, 128))에 유입된다. 그 후, 혼합기는 제 2 개질기(510)(개질용 유로(150))에 유입된다. 혼합기가 개질용 유로(116, 118, 128, 150)를 흐르고 있을 때에는 혼합기가 가열되어 촉매 반응하는 것에 의해서, 수소가스 등이 생성된다(연료가 메탄올인 경우에는 상기 화학반응식 [1], [2] 참조.) .

제 1 개질기(506) 및 제 2 개질기(510)에서 생성된 혼합기(수소가스, 이산화탄소 가스, 일산화탄소 가스 등을 포함)가 웰홀(156, 144, 130, 124), 배출 유로(115) 및 연결 유로(164)를 통해서 혼합유로(40)로 유입된다. 한편, 공기가 펌프 등에 의해서 공기용 도입로(16)에 공급되고, 혼합유로(40)에 유입되어, 수소가스 등의 혼합기와 공기가 혼합된다.

그리고, 공기, 수소가스, 일산화탄소 가스, 이산화탄소 가스 등을 포함하는 혼합기가 혼합유로(40)로부터 웰홀(66, 82, 88)을 통해서 일산화탄소 제거기(512)(일산화탄소 제거용 유로(84)로부터 일산화탄소 제거용 유로(46)까지)에 흘러 들어간다. 혼합기가 일산화탄소 제거용 유로(84)로부터 일산화탄소 제거용 유로(46)에 흐르고 있을 때에, 혼합기중의 일산화탄소 가스가 선택적으로 산화되고, 일산화탄소 가스가 제거된다. 여기서, 일산화탄소 가스는 일산화탄소 제거용 유로(84)로부터 일산화탄소 제거용 유로(46)까지의 사이에서 균일적으로 반응하는 것이 아니며, 일산화탄소 제거용 유로(84)로부터 일산화탄소 제거용 유로(46)까지의 경로 중 하류(주로, 일산화탄소 제거용 유로(80)로부터 일산화탄소 제거용 유 로(46)에 걸쳐서)에 있어서 일산화탄소 가스의 반응속도가 높아진다. 일산화탄소 가스의 산화반응은 발열반응이므로, 주로 일산화탄소 제거용 유로(80)로부터 일산화탄소 제거용 유로(46)까지의 부분에서 열이 발생한다. 이 부분의 아래에 외부 유통관(10)이 위치하므로, 일산화탄소 가스의 산화반응에 의한 열이 제 1 연소기(504)의 열과 더불어 기화기(502)에서의 물과 연료의 기화열에 효율좋게 이용된다.

그리고, 일산화탄소가 제거된 상태의 혼합기가 관통구멍(54) 및 수소배출로(24)를 통해서 연료전지의 연료극 등에 공급된다. 연료전지에서는 수소배출로(24)로부터 공급되는 수소가스의 전기화학반응에 의해 전기가 생성되고, 미반응의 수소가스 등을 포함하는 오프 가스가 연료전지로부터 배출된다.

이상의 동작은 초기단계의 동작이며, 이후의 발전동작 중에는 혼합액이 기화용 도입로(14)에 계속해서 공급된다. 그리고, 연료전지로부터 배출된 오프 가스에 공기가 혼합되고, 그 혼합기(이하, 연소 혼합기라 함)가 연소 혼합기 도입로(22) 및 연소 혼합기 도입로(18)에 공급된다. 연소 혼합기 도입로(22)에 공급된 연소 혼합기는 제 1 연소기(504)의 연소용 유로(26)에 유입되고, 연소 혼합기가 연소하며, 연소열이 발한다. 연소용 유로(26)가 저온 반응부(6)의 하측에 있어서 외부 유통관(10)의 주위를 돌고 있기 때문에, 연소열에 의해서 외부 유통관(10)이 가열되는 동시에 저온 반응부(6)가 가열된다. 그 때문에, 전열선(170, 174)에 공급하는 전력을 작게 할 수 있어, 에너지의 이용 효율이 높아진다.

한편, 연소 혼합기 도입로(18)에 공급된 연소 혼합기는 제 2 연소기(508)의 연소실(138, 140)에 유입되고, 연소 혼합기가 연소한다. 이것에 의해 연소열이 발생한다. 연소실(138, 140)의 아래에 제 1 개질기(506)가 배치되고, 연소실(138, 140)의 위에 제 2 개질기(510)가 배치되어 있으므로, 연소열에 의해서 제 1 개질기(506) 및 제 2 개질기(510)가 가열된다. 제 2 연소기(508)는 상하에 제 1 개질기(506) 및 제 2 개질기(510)에 끼워져 있으므로, 면방향으로 효율적으로 열전파할 수 있는 동시에 단열 패키지(200)에서 밀봉되어 있는 공간에 노출되어 있는 부분이 적으므로 열손실이 적다. 또, 이것에 의해, 전열선(172)에 공급하는 전력을 작게 할 수 있어, 에너지의 이용 효율이 높아진다.

또한, 연료용기에 저장되어 있는 액체연료의 일부가 기화되고, 그 기화한 연료와 공기의 연소 혼합기가 연소 혼합기 도입로(18, 22)에 공급되도록 해도 좋다.

혼합액이 기화용 도입로(14)에 공급된 상태로서, 연소 혼합기가 연소 혼합기 도입로(18, 22)에 공급된 상태에 있어서, 제어장치가 전열선(170, 172, 174)의 저항값에 의해서 온도를 측정하면서, 전열선(170, 172, 174)의 인가 전압을 제어하는 동시에, 펌프 등을 제어한다. 제어장치에 의해서 펌프가 제어되면, 연소 혼합기 도입로(18, 22)에 공급되는 연소 혼합기의 유량이 제어되고, 이것에 의해 연소기(504, 508)의 연소열량이 제어된다. 이와 같이 제어장치가 전열선(170, 172, 174) 및 펌프를 제어하는 것에 의해서, 각각 급배부(2), 고온 반응부(4) 및 저온 반응부(6)의 온도제어가 이루어진다. 여기서, 고온 반응부(4)가 250℃~400℃, 바람직하게는 300℃~380℃, 저온 반응부(6)가 고온 반응부(4)보다 낮은 온도, 구체적으로는 120℃~200℃, 더욱 바람직하게는 140℃~180℃로 되도록 온도제어를 실행한다.

다음에, 본 발명에 있어서의 반응장치의 각 부의 구체적인 치수 및 구성재료의 1예에 대해 설명한다. 고온 반응부(4)는 예를 들면, 폭이 16㎜, 길이가 10㎜, 높이가 6㎜정도인 크기로 형성된다. 여기서, 제 2 연소기의 높이는 예를 들면 0.3㎜정도로 형성된다. 연결관(8)은 예를 들면, 길이가 3㎜, 높이 및 폭이 1㎜정도의 크기로 형성된다. 저온 반응부(6)는 예를 들면, 폭이 16㎜, 길이가 23㎜, 높이가 6㎜정도인 크기로 형성된다. 이것에 의해, 고온 반응부(4)와 저온 반응부(6)의 사이에는 3㎜정도의 공간이 형성되고, 이 공간을 이용해서 게터재(188)가 설치된다. 급배부(2)에 있어서의 외부 유통관(10)은 예를 들면, 길이가 7~8㎜, 종횡이 2~3㎜로 형성된다. 또, 단열 패키지(200)는 예를 들면, 높이가 9~10㎜, 폭이 20㎜, 길이가 40㎜정도로 형성된다. 그리고, 고온 반응부(4), 저온 반응부(6), 연결관(8), 외부 유통관(10), 연소기 플레이트(12) 등을 형성하는 금속재료는 예를 들면, 막두께가 0.1㎜~0.2㎜정도의 스텐레스강 SUS304로 이루어진다. 또, 단열 패키지(200)는 예를 들면, 막두께가 0.5㎜정도의 스텐레스강 SUS304로 이루어진다. 이와 같이 구성한 경우, 전열선(170)의 전력을 15W, 전열선(172)의 전력을 25W로 했을 때, 9~10초 정도로 고온 반응부(4)를 375℃, 저온 반응부(6)를 150℃으로 할 수 있으며, 비교적 단시간에 기동할 수 있다.

다음에, 본 실시형태에 있어서의 마이크로 리액터 모듈(1)을 구비하는 발전유닛(601)의 개략 구성에 대해서 설명한다.

도 21은 본 실시형태에 있어서의 마이크로 리액터 모듈을 구비하는 발전유닛의 1예를 나타내는 사시도이다.

도 22는 발전유닛을 전원으로서 이용하는 전자기기의 1예를 나타내는 사시도이다.

도 21에 나타내는 바와 같이, 이상과 같은 마이크로 리액터 모듈(1)은 발전유닛(601)에 조립해서 이용할 수 있다. 이 발전유닛(601)은 예를 들면, 프레임(602)과, 프레임(602)에 대해 착탈가능한 연료용기(604)와, 유로, 펌프, 유량센서 및 밸브 등을 갖는 유량제어유닛(606)과, 단열 패키지(200)에 수용된 상태의 마이크로 리액터 모듈(1)과, 연료전지, 연료전지를 가습하는 가습기 및 연료전지에서 생성된 부생성물을 회수하는 회수기 등을 갖는 발전모듈(608)과, 마이크로 리액터 모듈(1) 및 발전모듈(608)에 공기(산소)를 공급하는 에어펌프(610)와, 2차 전지, DC-DC컨버터 및 발전유닛(601)의 출력으로 구동하는 외부의 기기와 전기적으로 접속하기 위한 외부 인터페이스 등을 갖는 전원유닛(612)을 구비해서 구성된다. 유량제어유닛(606)에 의해서 연료용기(604)내의 물과 액체연료의 혼합기가 마이크로 리액터 모듈(1)에 공급됨으로써, 상술한 바와 같이 수소 리치 가스가 생성되고, 수소 리치 가스가 발전모듈(608)의 연료전지의 연료극에 공급되며, 생성된 전기가 전원유닛(612)의 2차 전지에 축전된다.

도 22에 나타내는 바와 같이, 전자기기(701)는 휴대형의 전자기기로서, 예를 들면 노트형 퍼스널 컴퓨터이다. 전자기기(701)는 CPU, RAM, ROM, 그 밖의 전자부품으로 구성된 연산처리회로를 내장하는 동시에 키보드(702)를 구비한 하부 케이스체(704)와, 액정 디스플레이(706)를 구비한 상부 케이스체(708)를 구비한다. 하부 케이스체(704)와 상부 케이스체(708)는 힌지부로 결합되어 있으며, 상부 케이스 체(708)를 하부 케이스체(704)에 중첩해서 키보드(702)에 액정 디스플레이(706)를 상대시킨 상태에서 접어 포갤 수 있도록 구성되어 있다. 하부 케이스체(704)의 우측면에서 저면에 걸쳐, 발전유닛(601)을 장착하기 위한 장착부(710)가 오목하게 설치되고, 장착부(710)에 발전유닛(601)을 장착하면, 발전유닛(601)의 전기에 의해서 전자기기(701)가 동작한다.

이상과 같이 본 실시형태에 따르면, 단열 패키지(200)의 내부공간(201) 중, 고온 반응부(6)와 저온 반응부(4)의 사이에 게터재(188)가 설치되어 있으므로, 게터재(188)의 흡착작용에 의해 내부공간(201)의 가스를 흡착할 수 있다. 따라서, 진공도가 높아지며, 고온 반응부(4)나 저온 반응부(6)에서 발생하는 열손실을 저감 할 수 있다. 또, 게터재(188)를 배치하는 스페이스를 새로 설치할 필요가 없으며, 단열 패키지(200)내의 스페이스를 유효하게 이용할 수 있으며, 소형화를 도모할 수 있다.

또, 게터재(188)가 저온 반응부(6)의 측면 중 고온 반응부(4)와 대향하는 측면(6a)에 설치되고, 배선(190)이 저온 반응부(6)의 측면(6a)을 따라서 형성되며, 베이스 플레이트(28)의 하면으로부터 인출되어 있으므로, 게터재(188)나 배선(190)을 저온 반응부(6)의 열에 의해 가열할 수 있으며, 열효율이 좋다.

또, 본 발명의 실시형태에 따르면, 단열 패키지(200)의 내부공간이 단열공간으로 되어 있으며, 고온 반응부(4)가 저온 반응부(6)에서 떨어져 있고, 고온 반응부(4)에서 저온 반응부(6)까지의 간격이 연결관(8)의 길이분으로 되어 있다. 따라서, 고온 반응부(4)로부터 저온 반응부(6)에의 전열의 경로가 연결관(8)에 한정되 며, 고온을 필요로 하지 않는 저온 반응부(6)에의 전열이 한정된다. 특히, 연결관(8)의 높이 및 폭은 고온 반응부(4)와 저온 반응부(6)의 높이 및 폭보다 작기 때문에, 연결관(8)을 통한 열전도도 극력 억제되어 있다. 그 때문에, 고온 반응부(4)의 열손실을 억제할 수 있는 동시에, 저온 반응부(6)가 설정온도 이상으로 온도상승하는 것도 억제할 수 있다. 즉, 1개의 단열 패키지(200)내에 고온 반응부(4)와 저온 반응부(6)를 수용한 경우에도, 고온 반응부(4)와 저온 반응부(6)의 사이에서 온도차를 발생할 수 있다.

또, 연결유로(162, 164, 166, 168)을 1개의 연결관(8)에 통합한 상태로 되어 있으므로, 연결관(8) 등에 발생하는 응력을 작게 할 수 있다. 즉, 고온 반응부(4)와 저온 반응부(6)의 사이에는 온도차가 있기 때문에, 저온 반응부(6)보다도 고온 반응부(4)쪽이 더욱 팽창하지만, 고온 반응부(4)가 연결관(8)과의 연결부 이외는 자유단으로 되어 있으므로, 연결관(8) 등에 발생하는 응력을 억제할 수 있다. 특히, 연결관(8)은 높이나 폭이 고온 반응부(4)나 저온 반응부(6)보다도 작고, 또 연결관(8)은 고온 반응부(4) 및 저온 반응부(6)의 폭방향 중앙부에 있어서 고온 반응부(4) 및 저온 반응부(6)에 연결하고 있기 때문에, 연결관(8), 고온 반응부(4) 및 저온 반응부(6)의 응력 발생을 억제할 수 있다.

저온 반응부(6)와 단열 패키지(200)의 사이에 있어서도 1개의 외부 유통관(10)이 연결되어 있기 때문에, 외부 유통관(10) 등에 발생하는 응력을 작게 할 수 있다.

또, 가령 유로(162, 164, 166, 168)를 별개의 연결용 관재로서 설치하고, 이 들 연결용 관재를 분리한 상태에서 고온 반응부(4)와 저온 반응부(6)의 사이에 가설하면, 저온 반응부(6)와 고온 반응부(4)의 변위차에 의해서 이들 연결용 관재, 저온 반응부(6), 고온 반응부(4)에 응력이 발생해 버린다. 또, 고온 반응부(4)의 고온시와 저온시의 온도차가, 저온 반응부(6)의 고온시와 저온시의 온도차보다도 크기 때문에, 고온 반응부(4)측에 외부 유통관재를 배치하면, 관재의 열팽창, 수축이 저온 반응부(6)측에 외부 유통관재를 배치했을 때의 관재의 열팽창, 수축보다도 커지므로, 단열 패키지(200)내의 기밀성이 손상되기 쉬워진다. 본 실시형태에서는 그러한 응력의 발생을 억제하고, 기밀성을 양호하게 유지할 수 있다.

외부 유통관(10), 리드선(176, 178, 180, 182, 184, 186, 192, 194)은 단열 패키지(200)의 외측으로 연장돌출하고 있지만, 이들은 모두 저온 반응부(6)에 연결되어 있다. 그 때문에, 고온 반응부(4)에서 단열 패키지(200)외로의 직접적인 전열을 억제할 수 있으며, 고온 반응부(4)의 열손실을 억제할 수 있다. 따라서, 1개의 단열 패키지(200)내에 고온 반응부(4)와 저온 반응부(6)를 수용한 경우에도 고온 반응부(4)와 저온 반응부(6)의 사이에서 온도차를 발생할 수 있다. 특히, 기화용 도입로(14), 공기용 도입로(16), 연소 혼합기 도입로(18), 배기가스 배출로(20), 연소 혼합기 도입로(22) 및 수소 배출로(24)가 1개의 외부 유통관(10)에 설치되어 있기 때문에, 외부에 노출해 있는 표면면적이 억제되며, 단열 패키지(200) 외로의 방열을 억제할 수 있어, 열손실을 억제할 수 있다.

연결관(8)의 하면, 고온 반응부(4)의 하면 및 저온 반응부(6)의 하면이 면일치로 되어 있기 때문에, 전열선(172)을 비교적 간단하게 패터닝할 수 있으며, 전열 선(172)의 단선을 억제할 수 있다.

또, 외부 유통관(10)의 기화용 도입로(14)에 흡액재를 충전시키고, 기화용 도입로(14)를 기화기(502)로 했으므로, 마이크로 리액터 모듈(1)의 소형화/간략화를 도모하면서, 혼합액의 기화에 필요한 온도상태(예를 들면 기화용 도입로(14)의 상부가 120℃로 되는 상태)로 할 수 있다.

또, 연소기 플레이트(12)는 외부 유통관(10)의 상단부에 있어서 외부 유통관(10)의 주위에 설치되어 있으므로, 또 기화용 도입로(14)내의 흡액재가 연소기 플레이트(12)의 높이의 위치까지 충전되어 있기 때문에, 제 1 연소기(504)에 있어서의 연소열을 혼합액의 기화에 효율좋게 이용할 수 있다.

또, 제 1 개질기(506)와 제 2 개질기(510)의 사이에 제 2 연소기(508)를 배치한 구조로 하고 있기 때문에, 제 2 연소기(508)의 연소열이 제 1 개질기(506)와 제 2 개질기(510)에 균등하게 전도하여, 제 1 개질기(506)와 제 2 개질기(510)의 사이에 온도차가 생기지 않는다.

급배부(2), 고온 반응부(4), 저온 반응부(6) 및 연결관(8)의 어느 부분에 있어서도, 유로를 간막이하는 격벽이 비교적 얇게 되어 있으므로, 이들 열용량을 작게 할 수 있으며, 동작의 초기단계에 있어서 급배부(2), 고온 반응부(4), 저온 반응부(6) 및 연결관(8)을 실온으로부터 고온으로 즉시 따뜻하게 할 수 있다. 또한, 전열선(170, 172, 174)에 공급하는 전력도 내릴 수 있다.

본 발명은 진공 단열 구조를 갖는 반응장치에 있어서, 단열용기내의 진공도 를 높이면서, 반응장치를 소형화할 수 있는 이점을 가진다.