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JP4075436B2 - Chemical reactor and fuel cell system - Google Patents
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JP4075436B2 - Chemical reactor and fuel cell system - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は化学反応装置およびこの化学反応装置を具備する燃料電池システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
化学反応の技術分野では、流体化された混合物質を流路内に設けられた触媒による化学反応(触媒反応)により、所望の流体物質を生成する化学反応装置が知られている。従来のこのような化学反応装置には、半導体集積回路などの半導体製造技術で蓄積された微細加工技術を用いて、シリコン基板上にミクロンオーダーあるいはミリメートルオーダーの流路を形成したものがある。
【0003】
図12は従来のこのような化学反応装置の一例の透過平面図を示し、図13はそのB−B線に沿う断面図を示したものである。この化学反応装置はシリコン基板1を備えている。シリコン基板1の一面には、半導体製造技術で蓄積された微細加工技術を用いて、蛇行した微小な流路2が形成されている。流路2の内壁面には触媒層3が設けられている。
【0004】
シリコン基板1の一面には蓋となるガラス板4が接合されている。ガラス板4の流路2の両端部に対応する所定の2箇所には流入口5および流出口6が設けられている。シリコン基板1の他面には蛇行した薄膜ヒータ7が設けられている。薄膜ヒータ7は、この化学反応装置における化学反応(触媒反応)が所定の熱条件による吸熱反応を伴うとき、化学反応時に流路2内の触媒層3に所定の熱エネルギーを供給するためのものである。
【0005】
次に、上記構成の化学反応装置の使用例について説明する。例えば、近年、実用化に向けて研究開発が目覚ましい燃料改質型の燃料電池を用いた燃料電池システムでは、上記構成の化学反応装置を用いて、例えばメタノール水溶液を蒸発(気化)させて得られた発電用燃料ガス(CH3OH+H2O)から水素を生成して燃料電池に供給するように構成することがある。
【0006】
すなわち、薄膜ヒータ7の発熱により流路2内が所定の温度となるように加熱した状態において、上記発電用燃料ガス(CH3OH+H2O)が流入口5を介して流路2内に供給されると、流路2内の触媒層3による吸熱反応が生じて、水素と副生成物としての二酸化炭素が生成される。そして、この生成物のうち、二酸化炭素を水素から分離して除去すると、水素のみを生成することができ、これを燃料電池に供給して発電を行うようにすることができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の化学反応装置では、薄膜ヒータ7に電力を供給して発熱させて流路2内を加熱するようにしていたため、加熱のために比較的大きな電力を要するという問題があった。また、薄膜ヒータ7はシリコン基板1の他面側に設けられているため、シリコン基板1を介して流路2内の触媒層3に熱エネルギーを供給するとともに周囲へも放熱されてしまい、熱エネルギーの損失が大きく、エネルギーの利用効率が悪いという問題があった。
そこで、この発明は、所定の流路内を加熱するに要するエネルギーを削減し、且つ、熱エネルギーの損失を低減して、エネルギーの利用効率を良くすることができる化学反応装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、第1基板と、該第1基板の一面および他面にそれぞれ接合された第2基板および第3基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に設けられた微小な第1流路と、前記第1基板と前記第3基板との間に設けられた微小な第2流路と、前記第1流路内の少なくとも一部に設けられた反応触媒層と、該第2流路内の少なくとも一部に設けられた燃焼触媒層とを備え、前記第2基板の前記第1流路の一端部に対応する箇所に設けられた流入口と、前記第2基板の前期第1流路の他端部に対応する箇所に設けられた流出口と、前記第3基板の前記第2流路の一端部に対応する箇所に設けられた流入口と、前記第3基板の前期第2流路の他端部に対応する箇所に設けられた流出口とを備え、前記第2基板の流入口が、前記第3基板における前記第3基板の流出口の位置に対応するように、前記第2基板に有し、前記第2基板の流出口が、前記第3基板における前記第3基板の流入口の位置に対応するように、前記第2基板に有し、前記第1流路に第1の流体が供給され、前記第2の流路に燃焼用流体が供給され、前記第2流路内に供給された前記燃焼用流体を前記燃焼触媒層上で燃焼反応により燃焼させ、この燃焼により発生した熱エネルギーで前記第1流路内を加熱し、前記第2基板の流入口には前記第1の流体が供給され、前記第3基板の流入口には、酸素を含む第2の流体、および前記第2基板の流出口から流出される流体から水素を分離除去した第3の流体が供給されることを特徴とするものである。
請求項に記載の発明は、請求項に記載の発明において、前記第2基板の前記第1流路の一端部に対応する箇所に設けられた流入口と、前記第2基板の前期第1流路の他端部に対応する箇所に設けられた流出口と、前記第3基板の前記第2流路の一端部に対応する箇所に設けられた流入口と、前記第3基板の前期第2流路の他端部に対応する箇所に設けられた流出口とを備え、前記第2基板の流入口が、前記第3基板における前記第3基板の流出口の位置に対応するように、前記第2基板に有し、前記第2基板の流出口が、前記第3基板における前記第3基板の流入口の位置に対応するように、前記第2基板に有し、前記第1流路の他端部と前記第2基板の流出口との間に設けられた、水素を選択透過する分離膜と、前記第1流路の他端部と前記第2流路の一端部との間における前記第1基板に設けられた連通孔とを備え、前記第2基板の流入口には前記第1の流体が供給され、前記第3基板の流入口には酸素を含む第2の流体が供給され、前記連通孔には前記第1流路の他端部から流出する流体から水素を分離除した第3の流体が供給されることを特徴とするものである。
請求項に記載の発明は、第1基板と、該第1基板の一面および他面にそれぞれ接合された第2基板および第3基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に設けられた微小な第1流路と、前記第1基板と前記第3基板との間に設けられた微小な第2流路と、前記第1流路内の少なくとも一部に設けられた反応触媒層と、該第2流路内の少なくとも一部に設けられた燃焼触媒層とを備え、前記第2基板の前記第1流路の一端部に対応する箇所に設けられた流入口と、前記第3基板の前記第2流路の一端部に対応する箇所に設けられた流入口と、前記第3基板の前期第2流路の他端部に対応する箇所に設けられた流出口と、を備え、前記第2基板の流入口が、前記第3基板における前記第3基板の流出口の位置に対応するように、前記第2基板に有し、前記第1流路に第1の流体が供給され、前記第2の流路に燃焼用流体が供給され、前記第2流路内に供給された前記燃焼用流体を前記燃焼触媒層上で燃焼反応により燃焼させ、この燃焼により発生した熱エネルギーで前記第1流路内を加熱し、前記第1流路の他端部と前記第2流路の一端部との間における前記第1基板に設けられた連通孔とを備え、前記第2基板の流入口には前記第1の流体が供給され、前記連通孔には前記第1流路の他端部から流出する流体が供給され、前記第3基板の流入口には酸素を含む第2の流体が供給されることを特徴とするものである。
請求項に記載の発明は、第1基板と、該第1基板の一面および他面にそれぞれ接合された第2基板および第3基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に設けられた微小な第1流路と、前記第1基板と前記第3基板との間に設けられた微小な第2流路と、前記第 1流路内の少なくとも一部に設けられた反応触媒層と、該第2流路内の少なくとも一部に設けられた燃焼触媒層とを備え、前記第2基板の前記第1流路の一端部に対応する箇所に設けられた流入口と、前記第2基板の前期第1流路の他端部に対応する箇所に設けられた流出口と、前記第3基板の前期第2流路の他端部に対応する箇所に設けられた流出口と、を備え、前記第2基板の流入口が、前記第3基板における前記第3基板の流出口の位置に対応するように、前記第2基板に有し、前記第1流路に第1の流体が供給され、前記第2の流路に燃焼用流体が供給され、前記第2流路内に供給された前記燃焼用流体を前記燃焼触媒層上で燃焼反応により燃焼させ、この燃焼により発生した熱エネルギーで前記第1流路内を加熱し、前記第1流路の他端部と前記第2基板の流出口との間に設けられた、水素を選択透過する分離膜と、前記第1流路の他端部と前記第2流路の一端部との間における前記第1基板に設けられた連通孔とを備え、前記第2基板の流入口には前記第1の流体および酸素を含む第2の流体が供給され、前記第2流路の一端部には、前記連通孔を介して前記第1流路の他端部から流出する流体から水素が分離除去された第3の流体が供給されることを特徴とするものである。
請求項に記載の発明は、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、前記第1基板は1枚であることを特徴とするものである。
請求項に記載の発明は、請求項に記載の発明において、前記第1流路は前記第2基板の前記第1基板との対向面に設けられ、前記第2流路は前記第3基板の前記第1基板との対向面に設けられていることを特徴とするものである。
請求項に記載の発明は、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、前記第1基板は積層された2枚の基板からなることを特徴とするものである。
請求項に記載の発明は、請求項に記載の発明において、前記第1流路は前記第1基板の前記第2基板との対向面に設けられ、前記第2流路は前記第1基板の前記第3基板との対向面に設けられていることを特徴とするものである。
請求項に記載の発明は、請求項1〜のいずれかに記載の発明において、前記第1流路内の少なくとも一部に改質触媒を有し、前記第1の流体を前記第1流路において改質することで水素を精製することを特徴とするものである。
請求項10に記載の発明は、請求項1〜のいずれかに記載の発明において、前記第1流路内の少なくとも一部に選択酸化触媒を有し、前記第1の流体中に含まれる一酸化炭素を前記第1流路において二酸化炭素に酸化することを特徴とするものである。
請求項11に記載の発明は、請求項の化学反応装置と、該化学反応装置によって生成された水素と酸素とを反応させて発電を行う燃料電池と、を備えることを特徴とするものである。
そして、この発明によれば、第1基板の他面側に設けられた第2流路内に供給された燃焼用流体を燃焼触媒上で燃焼反応により燃焼させ、この燃焼により発生した熱エネルギーで第1基板の一面側に設けられた第1流路内を加熱するようにしているので、第1流路を加熱するために電力を供給することを不要とすることができる。また、第2流路を実質的に形成するために第1基板の他面に接合された第3基板により、第2流路内で発生した熱エネルギーの拡散を抑制することができ、したがって第1流路内を加熱する際の熱エネルギーの損失を低減することができる。更に、この化学反応装置を、燃料改質型の燃料電池を用いた燃料電池システムにおける燃料蒸発部や改質部、または一酸化炭素除去部に良好に適用することができ、発電動作のための加熱に要するエネルギーを削減し、且つ、熱エネルギーの損失を低減して、発電動作に係わるエネルギーの利用効率を良くして小型化することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1はこの発明の一実施形態としての化学反応装置の透過平面図を示し、図2はそのA−A線に沿う断面図を示したものである。この化学反応装置は主シリコン基板11および燃焼用シリコン基板12を備えている。両シリコン基板11、12は、接着剤(図示せず)を介して接着されているが、ただ単に密接されていてもよい。両シリコン基板11、12の寸法は、一例として、長さ15〜35mm程度、幅10〜25mm程度、厚さ0.4〜1.0mm程度である。
【0010】
主シリコン基板11の一面および燃焼用シリコン基板12の他面には、それぞれ、半導体製造技術で蓄積された微細加工技術を用いて、蛇行した微小な流路13、14が形成されている。両流路13、14の寸法は、一例として、幅0.2〜0.8mm程度、深さ0.2〜0.6mm程度であり、全長は30〜1000mm程度である。
【0011】
主シリコン基板11の流路13の内壁面には反応触媒層15が設けられている。この反応触媒層15は流路13の内壁面全体に設けられていてもよいし、部分的に設けられていてもよい。燃焼用シリコン基板12の流路14の内壁面には燃焼触媒層16が設けられている。この燃焼触媒層16は流路14の内壁面全体に設けられていてもよいし、部分的に設けられていてもよい。ここで、燃焼触媒層16は、例えばPt、Au、Agなどからなっている。
【0012】
主シリコン基板11の一面および燃焼用シリコン基板12の他面には、それぞれ、蓋となる厚さ0.7mm程度の主ガラス基板17および燃焼用ガラス基板18が陽極接合処理により接合されている。
【0013】
ここで、代表として、主シリコン基板11の一面に主ガラス基板17を接合する陽極接合処理について説明する。主シリコン基板11の一面に主ガラス基板17を重ね合わせ、主シリコン基板11側を陽極とし、主ガラス基板17側を陰極とする。そして、主シリコン基板11および主ガラス基板17を400〜600℃程度に加熱した状態で、両極間に1kV程度の直流電圧を印加する。
【0014】
すると、主ガラス基板17内の不純物である陽イオンが主シリコン基板11から離れる方向に移動し、主ガラス基板17の主シリコン基板11側の界面に酸素イオンの濃度の高い層が現れる。すると、主シリコン基板11の主ガラス基板17側の界面のシリコン原子と主ガラス基板17の主シリコン基板11側の界面の酸素イオンとが結合し、強固な接合界面が得られる。
【0015】
この場合、主シリコン基板11および主ガラス基板17を400〜600℃程度に加熱し、両極間に1kV程度の直流電圧を印加するのは、主ガラス基板17内の不純物である陽イオンが主シリコン基板11から離れる方向に移動する速度を高くするためである。
【0016】
主ガラス基板17の流路13の両端部に対応する所定の2箇所には流入口19および流出口20が設けられている。燃焼用ガラス基板18の流路14の両端部に対応する所定の2箇所には流入口21および流出口22が設けられている。この場合、主ガラス基板17の流入口19および流出口20の配置と燃焼用ガラス基板18の流入口21および流出口22の配置とは互いに逆となっている。ここで、両流路13、14は、図1では平面的に一致しているが、例えば図3に示すように、一致していなくてもよく、要は、両流路13、14が多くの部分で平面的に重なっていればよい。
【0017】
次に、この発明に係る化学反応装置を燃料改質型の燃料電池を用いた燃料電池システムに適用した場合について説明する。図4は燃料電池システム30の要部のブロック図を示したものである。この燃料電池システム30は、発電用燃料部31、燃焼用流体部32、燃料蒸発部33、改質部34、一酸化炭素除去部35、発電部36、充電部37などを備えている。
【0018】
発電用燃料部31は、発電用燃料(例えばメタノール水溶液)が封入された燃料パックなどからなり、発電用燃料を燃料蒸発部33に供給する。燃焼用流体部32は、燃焼用ガス(例えば水素ガス)が封入されたボンベなどからなり、燃焼用ガスを燃料蒸発部33、改質部34および一酸化炭素除去部35に供給する。なお、後述するように、発電用燃料に基づくガスの一部を燃焼用ガスとして用いて、燃焼用流体部32を備えないようにしてもよい。
【0019】
燃料蒸発部33は、一例として、図1および図2に示すような構造となっている。ただし、この場合、主シリコン基板11の流路13内には反応触媒層15は設けられていない。そして、燃料蒸発部33では、まず、燃焼用流体部32からの燃焼用ガスおよび大気中から逆止弁を介して取り込まれた酸素(空気)(第2の流体)からなる燃焼用流体が燃焼用ガラス基板18の流入口21を介して燃焼用シリコン基板12の流路14内に供給されると、この供給された燃焼用流体が燃料触媒層16上で燃焼反応により燃焼し、この燃焼により熱エネルギーが発生する。燃焼ガスは燃焼用ガラス基板18の流出口22から大気中に放出される。
【0020】
次に、燃料蒸発部33では、発電用燃料部31からの発電用燃料(第1の流体、例えばメタノール水溶液)が主ガラス基板17の流入口19を介して主シリコン基板11の流路13内に少量供給されると、流路13内において、燃焼用シリコン基板13の流路14内で発生した熱エネルギーの供給を受けて、発電用燃料を蒸発(気化)させ、この発電用燃料が気化された発電用燃料ガス(例えば発電用燃料がメタノール水溶液の場合、CH3OH+H2O)を主ガラス基板17の流出口20から流出させる。
【0021】
このように、燃料蒸発部33では、燃焼用シリコン基板12の流路14内に供給された燃焼用ガスおよび酸素を燃焼触媒16上で燃焼反応により燃焼させ、この燃焼により発生した熱エネルギーで主シリコン基板11の流路13内を加熱するようにしているので、流路13を加熱するためのヒータを備えず、加熱のために電力を供給することを不要とすることができる。また、燃焼用シリコン基板12の他面に接合された燃焼用ガラス基板18により、流路14内で発生した熱エネルギーの拡散をある程度防止することができる。したがって、主シリコン基板11の流路13内を加熱する際の熱エネルギーの損失を低減することができる。なお、以下の改質部34および一酸化炭素除去部35の場合も同様である。これらにより、発電動作に係わるエネルギーの利用効率を良くして小型化することができる。
【0022】
次に、燃料蒸発部33で発電用燃料が気化された発電用燃料ガス(CH3OH+H2O)は改質部34に供給される。この場合、改質部34も、一例として、図1および図2に示すような構造となっている。ただし、この場合、主シリコン基板11の流路13内には反応触媒層15が設けられ、反応触媒層15は、例えばCu、ZnO、Al23などの改質触媒からなっている。そして、改質部34では、まず、上記の場合と同様に、燃焼用流体部32からの燃焼用ガスおよび大気中から逆止弁を介して取り込まれた酸素の供給により、燃焼用シリコン基板12の流路14内において熱エネルギーが発生し、燃焼ガスは燃焼用ガラス基板18の流出口22から大気中に放出される。
【0023】
次に、改質部34では、燃料蒸発部33からの発電用燃料ガス(CH3OH+H2O)が主ガラス基板17の流入口19を介して主シリコン基板11の流路13内に供給されると、流路13内において、燃焼用シリコン基板12の流路14内で発生した熱エネルギーの供給を受けて、次の式(1)に示すような吸熱反応を引き起こし、水素と副生成物の二酸化炭素とを生成する。
CH3OH+H2O→3H2+CO2……(1)
【0024】
上記式(1)の左辺における水(H2O)は、反応の初期では、発電用燃料部31の燃料に含まれているものでよいが、後述する発電部36の発電に伴い生成される水を回収して改質部34に供給することが可能である。発電部36の発電中の上記式(1)の左辺のおける水(H2O)の供給源は、発電部36のみでもよく、発電部36および発電用燃料部31でも、また発電用燃料部31のみでもよい。なお、このとき微量ではあるが、一酸化炭素が改質部34内で生成されることがある。
【0025】
そして、上記式(1)の右辺の生成物(水素、二酸化炭素)および微量の一酸化炭素は改質部34の主ガラス基板17の流出口20から流出される。改質部34の主ガラス基板17の流出口20から流出された生成物のうち、気化状態の水素および一酸化炭素は一酸化炭素除去部35に供給され、二酸化炭素は分離されて大気中に放出される。
【0026】
次に、一酸化炭素除去部35も、一例として、図1および図2に示すような構造となっている。ただし、この場合、反応触媒層15は、例えばPt、Al23などの選択酸化触媒からなっている。そして、一酸化炭素除去部35では、まず、上記の場合と同様に、燃焼用流体部32からの燃焼用ガスおよび大気中から逆止弁を介して取り込まれた酸素の供給により、燃焼用シリコン基板12の流路14内において熱エネルギーが発生し、燃焼ガスは燃焼用ガラス基板18の流出口22から大気中に放出される。
【0027】
次に、一酸化炭素除去部35では、改質部34からの気化状態の水素および一酸化炭素が主ガラス基板17の流入口19を介して主シリコン基板11の流路13内に供給されると、燃焼用シリコン基板12の流路14内で発生した熱エネルギーの供給を受けて、流路13内に供給された水素、一酸化炭素、水のうち、一酸化炭素と水とが反応し、次の式(2)に示すように、水素と副生成物の二酸化炭素とが生成される。
CO+H2O→H2+CO2……(2)
【0028】
上記式(2)の左辺における水(H2O)は反応の初期では、発電用燃料部31の燃料に含まれているものでよいが、発電部36の発電に伴い生成される水を回収して一酸化炭素除去部35を供給することが可能である。また、一酸化炭素除去部35における反応式(2)の左辺のおける水の供給源は、発電部36のみでもよく、発電部36および発電用燃料部31でも、また発電用燃料部31のみでもよい。
【0029】
そして、最終的に一酸化炭素除去部35の主ガラス基板17の流出口20に到達する流体はそのほとんどが水素、二酸化炭素となる。なお、一酸化炭素除去部35の主ガラス基板17の流出口20に到達する流体に極微量の一酸化炭素が含まれている場合、残存する一酸化炭素を大気中から逆止弁を介して取り込まれた酸素に接触させることで、次の式(3)に示すように、二酸化炭素が生成され、これにより一酸化炭素が確実に除去される。
CO+(1/2)O2→CO2……(3)
【0030】
上記一連の反応後の生成物は水素および二酸化炭素(場合によって微量の水を含む)で構成されるが、これらの生成物のうち、二酸化炭素は水素から分離されて大気中に放出される。したがって、一酸化炭素除去部35から発電部36には水素のみが供給される。なお、一酸化炭素除去部35は、燃料蒸発部33と改質部34との間に設けてもよい。
【0031】
次に、発電部36は、図5に示すように、周知の固体高分子型の燃料電池からなっている。すなわち、発電部36は、Pt、Cなどの触媒が付着された炭素電極からなるカソード41と、Pt、Ru、Cなどの触媒が付着された炭素電極からなるアノード42と、カソード41とアノード42との間に介在されたフィルム状のイオン導電膜43と、を有して構成され、カソード41とアノード42との間に設けられた2次電池やコンデンサなどからなる充電部37に電力を供給するものである。
【0032】
この場合、カソード41の外側には空間部44が設けられている。この空間部44内には一酸化炭素除去部35からの水素が供給され、カソード41に水素が供給される。また、アノード42の外側には空間部45が設けられている。この空間部45内には大気中から逆止弁を介して取り込まれた酸素が供給され、アノード42に酸素が供給される。
【0033】
そして、カソード41側では、次の式(4)に示すように、水素から電子(e-)が分離した水素イオン(プロトン;H+)が発生し、イオン導電膜43を介してアノード42側に通過するとともに、カソード41により電子(e-)が取り出されて充電部37に供給される。
3H2→6H++6e-……(4)
【0034】
一方、アノード42側では、次の式(5)に示すように、充電部37を経由して供給された電子(e-)とイオン導電膜43を通過した水素イオン(H+)と酸素とが反応して副生成物の水が生成される。
6H++(3/2)O2+6e-→3H2O……(5)
【0035】
以上のような一連の電気化学反応(式(4)および式(5))は概ね室温〜80℃程度の比較的低温の環境下で進行し、電力以外の副生成物は、基本的に水のみとなる。発電部36で生成された電力は充電部37に供給され、これにより充電部37が充電される。
【0036】
発電部36で生成された副生成物としての水は回収される。この場合、上述の如く、発電部36で生成された水の少なくとも一部を改質部34に供給するようにすると、発電用燃料部31内に当初封入される水の量を減らすことができ、また回収される水の量を減らすことができる。
【0037】
ところで、現在、研究開発が行われている燃料改質方式の燃料電池に適用されている燃料としては、少なくとも、水素元素を含む液体燃料又は液化燃料又は気体燃料であって、発電部36により、比較的高いエネルギー変換効率で電気エネルギーを生成することができる燃料であればよく、上記のメタノールの他、例えば、エタノール、ブタノールなどのアルコール系の液体燃料や、ジメチルエーテル、イソブタン、天然ガス(CNG)などの常温常圧で気化される炭化水素からなる液体燃料、あるいは、水素ガスなどの気体燃料などを良好に適用することができる。
【0038】
次に、この発明に係る化学反応装置による改質部34のさらに他の第1〜第6の例について説明する。図6はこの発明に係る改質部34のさらに他の第1の例を示す図2同様の断面図である。この例では、発電用燃料ガス(例えばCH3OH+H2O)が燃焼用ガス(例えば水素)を含んでいる場合に、発電用燃料ガスが主ガラス基板17の流入口19に供給されるとともに、燃焼用ガラス基板18の流入口21にも、この発電用燃料ガスと大気中から逆止弁を介して取り込まれた酸素とが供給される。このようにした場合には、燃料用ガス部32を別に用意する必要はない。
【0039】
次に、図7はこの発明に係る改質部34のさらに他の第2の例を示す図2同様の断面図である。この例では、外部に分離部51を備え、主ガラス基板17の流出口20から流出された発電用生成物が燃焼可能な成分(例えば未反応の発電用燃料)を含んでいる場合に、この発電用生成物が分離部51に供給されて、取り出したい発電用生成物(水素)と燃焼可能な成分とに分離され、燃焼用ガラス基板18の流入口21にこの分離された燃焼可能な成分と大気中から逆止弁を介して取り込まれた酸素とが供給される。
【0040】
この場合、分離方法としては、取り出したい発電用生成物と燃焼可能な成分とのうちのいずれかが常温以上で液化し、両者の沸点に差がある場合には、液化分離法を使用することができる。また、選択透過性を有する膜例えばH2を選択透過させるPb膜などの分離膜で分離する方法もある。
【0041】
次に、図8はこの発明に係る改質部34のさらに他の第3の例を示す図2同様の断面図である。この例では、主シリコン基板11の流路13の流出口20のシリコン基板17側の部分に分離膜53が設けられるとともに、流出口20と燃焼用シリコン基板12の流路14の流入口21との間における両シリコン基板11、12に連通孔52が設けられている。分離膜53は、例えばH2を選択透過させるPb膜などからなっている。
【0042】
そして、この例では、主シリコン基板11の流路13の流出口20の部分において、発電用生成物のうち、水素は分離膜53を透過するため、流出口20から流出する。一方、発電用生成物のうちの水素以外の成分は連通孔52内に導入されて、燃焼用シリコン基板12の流路14の流入口21の部分に導入され、大気中から逆止弁および燃焼用ガラス基板18の流入口21を介して取り込まれた酸素と混合される。すなわち、この構成は実質的に上記図7における分離部51を分離膜53によって代用したものであり、この場合、図7に示す分離部51を必要としないので、装置を簡素化、小型化することができる。
【0043】
次に、図9はこの発明に係る改質部34のさらに他の第4の例を示す図2同様の断面図である。この例では、図8と同様に主シリコン基板11の流路13の流出口20と燃焼用シリコン基板12の流路14の流入口21との間に連通孔52が設けられているが、主ガラス基板17の流出口20および分離膜53は設けられていない。そして、この例では、主シリコン基板11の流路13から連通孔52を介して燃焼用ガラス基板18の流路14の流入口21の部分に発電用生成物が導入され、発電用生成物が燃焼可能な成分(例えば未反応の発電用燃料)を含んでいる場合に、この発電用生成物の一部および大気中から逆止弁および燃焼用ガラス基板18の流入口21を介して取り込まれた酸素が燃料触媒層16上で燃焼反応により燃焼し、発電用生成物および燃焼ガスが燃焼用ガラス基板18の流出口22から流出される。この流出流体のうちの少なくとも燃焼ガスは分離されて大気中に放出される。この場合も、図7の構成に比し、装置を簡素化し小型化することができる。
【0044】
次に、図10はこの発明に係る改質部34のさらに他の第5の例を示す図2同様の断面図である。この例では、図8と同様に主シリコン基板11の流路13の流出口20のシリコン基板17側の部分に分離膜53が設けられるとともに、主シリコン基板11の流路13の流出口20と燃焼用シリコン基板12の流路14の流入口21との間に連通孔52が設けられているが、燃料用ガラス基板18の流入口21が設けられていない。そして、この例では、主ガラス基板17の流入口19に発電用燃料ガスおよび大気中から逆止弁を介して取り込まれた酸素が供給され、主ガラス基板17の流出口20から発電用生成物のうち分離膜53を透過した水素が流出され、発電用生成物のうちの水素以外の成分は連通孔52内に導入され、燃焼用シリコン基板12の流路14に導入され、燃焼ガスが燃焼用ガラス基板18の流出口22から流出される。この場合も、図7の構成に比し、装置を簡素化し小型化することができる。
【0045】
次に、図11はこの発明に係る改質部34のさらに他の第6の例を示す図2同様の断面図である。この例では、図2に示す主シリコン基板11の流路13形成面がガラス基板61の一面に接合され、図2に示す燃焼用シリコン基板12の流路14形成面が同ガラス基板61の他面に接合されている。この場合、主シリコン基板11の流路13の両端部に対応する所定の2箇所には流入口19および流出口20が設けられている。燃焼用シリコン基板12の流路14の両端部に対応する所定の2箇所には流入口21および流出口22が設けられている。そして、この例では、ガラス基板61は1枚であるので、装置を薄型化することができる。
【0046】
ところで、シリコン基板11、12の代わりに、ガラス基板やアルミニウム基板などを用いるようにしてもよい。また、ガラス基板17、18、61の代わりに、アルミニウム基板などを用いるようにしてもよい。そして、特に、図11に示す例の場合には、1枚の基板61の材質や厚さを変えることにより、燃焼用基板12の流路14から主基板11の流路13への伝熱性を制御することができる。なお、図6〜図10にそれぞれ示す各例の場合にも、図11に示すような3層構造としてもよいことはもちろんである。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、第1基板の他面側に設けられた第2流路内に供給された燃焼用流体を燃焼触媒上で燃焼反応により燃焼させ、この燃焼により発生した熱エネルギーで第1基板の一面側に設けられた第1流路内を加熱することができる
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態としての化学反応装置の透過平面図。
【図2】図1のA−A線に沿う断面図。
【図3】この発明に係る化学反応装置の他の例の図1同様の透過平面図。
【図4】この発明に係る化学反応装置を備えた燃料電池システムの一例の要部のブロック図。
【図5】図4に示す燃料電池システムの発電部の概略構成図。
【図6】この発明に係る化学反応装置のさらに他の第1の例の図2同様の断面図。
【図7】この発明に係る化学反応装置のさらに他の第2の例の図2同様の断面図。
【図8】この発明に係る化学反応装置のさらに他の第3の例の図2同様の断面図。
【図9】この発明に係る化学反応装置のさらに他の第4の例の図2同様の断面図。
【図10】この発明に係る化学反応装置のさらに他の第5の例の図2同様の断面図。
【図11】この発明に係る化学反応装置のさらに他の第6の例の図2同様の断面図。
【図12】従来の化学反応装置の一例の透過平面図。
【図13】図11のB−B線に沿う断面図。
【符号の説明】
11 主シリコン基板
12 燃焼用シリコン基板
13、14 流路
15 反応触媒層
16 燃焼触媒層
17 主ガラス基板
18 燃焼用ガラス基板
19、21 流入口
20、22 流出口
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a chemical reaction device and a fuel cell system including the chemical reaction device.
[0002]
[Prior art]
In the technical field of chemical reaction, there is known a chemical reaction device that generates a desired fluid substance from a fluidized mixed substance by a chemical reaction (catalytic reaction) by a catalyst provided in a flow path. Some of such conventional chemical reaction apparatuses have micron-order or millimeter-order flow paths formed on a silicon substrate using microfabrication techniques accumulated in semiconductor manufacturing techniques such as semiconductor integrated circuits.
[0003]
FIG. 12 shows a transmission plan view of an example of such a conventional chemical reaction apparatus, and FIG. 13 shows a cross-sectional view along the line BB. This chemical reaction apparatus includes a silicon substrate 1. On one surface of the silicon substrate 1, a meandering minute flow path 2 is formed by using a fine processing technique accumulated in a semiconductor manufacturing technique. A catalyst layer 3 is provided on the inner wall surface of the flow path 2.
[0004]
A glass plate 4 serving as a lid is bonded to one surface of the silicon substrate 1. An inflow port 5 and an outflow port 6 are provided at two predetermined positions corresponding to both ends of the flow path 2 of the glass plate 4. A meandering thin film heater 7 is provided on the other surface of the silicon substrate 1. The thin-film heater 7 is for supplying predetermined thermal energy to the catalyst layer 3 in the flow path 2 during the chemical reaction when the chemical reaction (catalytic reaction) in this chemical reaction apparatus involves an endothermic reaction under a predetermined thermal condition. It is.
[0005]
Next, a usage example of the chemical reaction apparatus having the above configuration will be described. For example, in a fuel cell system using a fuel reforming type fuel cell whose research and development has been remarkable for practical use in recent years, it is obtained by evaporating (vaporizing), for example, an aqueous methanol solution using the chemical reaction device having the above configuration. Fuel gas for power generation (CHThreeOH + H2O) may generate hydrogen and supply it to the fuel cell.
[0006]
That is, in the state where the flow path 2 is heated to a predetermined temperature by the heat generated by the thin film heater 7, the power generating fuel gas (CHThreeOH + H2When O) is supplied into the flow path 2 via the inlet 5, an endothermic reaction is generated by the catalyst layer 3 in the flow path 2 to generate hydrogen and carbon dioxide as a by-product. If carbon dioxide is separated from hydrogen and removed from the product, only hydrogen can be generated, and this can be supplied to the fuel cell to generate power.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the said conventional chemical reaction apparatus, since electric power was supplied to the thin film heater 7 and it was made to heat | fever-generate and the inside of the flow path 2 was heated, there existed a problem that comparatively big electric power was required for heating. Further, since the thin film heater 7 is provided on the other surface side of the silicon substrate 1, heat energy is supplied to the catalyst layer 3 in the flow path 2 through the silicon substrate 1 and is also radiated to the surroundings. There was a problem that energy loss was large and energy utilization efficiency was poor.
Therefore, the present invention provides a chemical reaction apparatus that can reduce energy required for heating the inside of a predetermined flow path, reduce heat energy loss, and improve energy use efficiency. Objective.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  The invention according to claim 1 is provided between the first substrate, the second substrate and the third substrate bonded to one surface and the other surface of the first substrate, and the first substrate and the second substrate, respectively. A small first flow path provided, a small second flow path provided between the first substrate and the third substrate,A reaction catalyst layer provided in at least a part of the first flow path;A combustion catalyst layer provided in at least a part of the second flow path,An inlet provided at a location corresponding to one end of the first flow path of the second substrate; an outlet provided at a location corresponding to the other end of the first flow path of the second substrate; An inlet provided at a location corresponding to one end of the second flow path of the third substrate, and an outlet provided at a location corresponding to the other end of the second flow path of the third substrate. And the second substrate has an inflow port corresponding to the position of the outflow port of the third substrate in the third substrate, and the outflow port of the second substrate has So as to correspond to the position of the inlet of the third substrate in the third substrate;A first fluid is supplied to the first flow path, a combustion fluid is supplied to the second flow path, and the combustion fluid supplied into the second flow path is burned on the combustion catalyst layer. It burns by reaction and the inside of the first flow path is heated by the heat energy generated by the combustion.The first fluid is supplied to the inlet of the second substrate, and the second fluid containing oxygen flows out of the inlet of the third substrate and the outlet of the second substrate. A third fluid is supplied by separating and removing hydrogen from the fluid.It is characterized by this.
  Claim2The invention described in claim1In the invention described inAn inlet provided at a location corresponding to one end of the first flow path of the second substrate; an outlet provided at a location corresponding to the other end of the first flow path of the second substrate; An inlet provided at a location corresponding to one end of the second flow path of the third substrate, and an outlet provided at a location corresponding to the other end of the second flow path of the third substrate. And the second substrate has an inflow port corresponding to the position of the outflow port of the third substrate in the third substrate, and the outflow port of the second substrate has So as to correspond to the position of the inlet of the third substrate in the third substrate;A separation membrane that selectively permeates hydrogen, provided between the other end of the first flow path and the outlet of the second substrate; the other end of the first flow path; and the second flow path A communication hole provided in the first substrate between the first substrate, the first fluid is supplied to the inlet of the second substrate, and oxygen is contained in the inlet of the third substrate. A second fluid is supplied, and hydrogen is separated and removed from the fluid flowing out from the other end of the first flow path into the communication hole.LastThe third fluid is supplied.
  Claim3The invention described inA first substrate, a second substrate and a third substrate bonded to one surface and the other surface of the first substrate, respectively, and a minute first flow path provided between the first substrate and the second substrate A minute second flow path provided between the first substrate and the third substrate, a reaction catalyst layer provided in at least a part of the first flow path, and the second flow path A combustion catalyst layer provided on at least a part of the second substrate, an inlet provided at a position corresponding to one end of the first flow path of the second substrate, and the second flow of the third substrate. An inflow port provided at a location corresponding to one end of the path, and an outflow port provided at a location corresponding to the other end of the second flow path of the third substrate, An inflow port is provided in the second substrate so as to correspond to the position of the outflow port of the third substrate in the third substrate, and the first flow path is provided in the first channel. The combustion fluid is supplied to the second flow path, and the combustion fluid supplied into the second flow path is burned by a combustion reaction on the combustion catalyst layer, The inside of the first flow path is heated with the generated thermal energy,A communication hole provided in the first substrate between the other end portion of the first flow path and one end portion of the second flow path; and the first fluid is provided at an inlet of the second substrate. Is supplied, a fluid flowing out from the other end of the first flow path is supplied to the communication hole, and a second fluid containing oxygen is supplied to the inlet of the third substrate. To do.
  Claim4The invention described inA first substrate, a second substrate and a third substrate bonded to one surface and the other surface of the first substrate, respectively, and a minute first flow path provided between the first substrate and the second substrate A minute second flow path provided between the first substrate and the third substrate, and the first substrate One end of the first flow path of the second substrate, comprising: a reaction catalyst layer provided in at least part of the first flow path; and a combustion catalyst layer provided in at least part of the second flow path. An inlet provided at a location corresponding to the portion, an outlet provided at a location corresponding to the other end of the first flow path of the second substrate, and a second flow path of the third substrate. An outlet provided at a location corresponding to the other end, and the second substrate inlet corresponds to the position of the third substrate outlet on the third substrate. The first fluid is supplied to the first flow path, the combustion fluid is supplied to the second flow path, and the combustion fluid supplied into the second flow path is burned. Combusting by a combustion reaction on the catalyst layer, heating the inside of the first flow path with the heat energy generated by the combustion,A separation membrane that selectively permeates hydrogen, provided between the other end of the first flow path and the outlet of the second substrate; the other end of the first flow path; and the second flow path A communication hole provided in the first substrate between the first substrate and the first fluid at an inlet of the second substrate.And a second fluid containing oxygenAnd a third fluid from which hydrogen is separated and removed from the fluid flowing out from the other end of the first channel through the communication hole is supplied to one end of the second channel. It is characterized by.
  Claim5The invention described in claim1-4In the invention according to any one of the above, the number of the first substrates is one.
  Claim6The invention described in claim5The first flow path is provided on a surface of the second substrate facing the first substrate, and the second flow path is provided on a surface of the third substrate facing the first substrate. It is characterized by being.
  Claim7The invention described in claim1-4In any one of the inventions, the first substrate is composed of two stacked substrates.
  Claim8The invention described in claim7The first flow path is provided on a surface of the first substrate facing the second substrate, and the second flow path is provided on a surface of the first substrate facing the third substrate. It is characterized by being.
  Claim9The invention described in claim 18In the invention described in any of the above,At least part of the first flow pathReforming catalystHaveThe hydrogen is purified by reforming the first fluid in the first flow path.
  Claim10The invention described in claim 18In the invention described in any of the above,At least part of the first flow pathSelective oxidation catalystHaveIn the first fluidincludeCarbon monoxide is carbon dioxide in the first flow path.OxidizedIt is characterized by doing.
  Claim11The invention described in claim9And a fuel cell that generates electric power by reacting hydrogen and oxygen generated by the chemical reaction device.
  And according to this invention, the combustion fluid supplied in the 2nd flow path provided in the other surface side of the 1st board | substrate is burned by a combustion reaction on a combustion catalyst, and the thermal energy generated by this combustion is used. Since the inside of the first flow path provided on the one surface side of the first substrate is heated, it is not necessary to supply electric power to heat the first flow path. In addition, the third substrate bonded to the other surface of the first substrate to substantially form the second flow path can suppress the diffusion of thermal energy generated in the second flow path, and thus Loss of heat energy when heating the inside of one flow path can be reduced. Furthermore, this chemical reaction apparatus can be applied well to a fuel evaporation section, a reforming section, or a carbon monoxide removing section in a fuel cell system using a fuel reforming type fuel cell. The energy required for heating can be reduced, and the loss of thermal energy can be reduced, so that the energy use efficiency related to the power generation operation can be improved, and the size can be reduced.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a transmission plan view of a chemical reaction apparatus as one embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a cross-sectional view along the line AA. This chemical reaction apparatus includes a main silicon substrate 11 and a combustion silicon substrate 12. The two silicon substrates 11 and 12 are bonded via an adhesive (not shown), but may simply be in close contact. The dimensions of the silicon substrates 11 and 12 are, for example, a length of about 15 to 35 mm, a width of about 10 to 25 mm, and a thickness of about 0.4 to 1.0 mm.
[0010]
On one surface of the main silicon substrate 11 and the other surface of the combustion silicon substrate 12, meandering minute flow paths 13 and 14 are formed using the fine processing technology accumulated in the semiconductor manufacturing technology. The dimensions of both the flow paths 13 and 14 are, for example, a width of about 0.2 to 0.8 mm, a depth of about 0.2 to 0.6 mm, and a total length of about 30 to 1000 mm.
[0011]
A reaction catalyst layer 15 is provided on the inner wall surface of the flow path 13 of the main silicon substrate 11. The reaction catalyst layer 15 may be provided on the entire inner wall surface of the flow path 13 or may be provided partially. A combustion catalyst layer 16 is provided on the inner wall surface of the flow path 14 of the combustion silicon substrate 12. The combustion catalyst layer 16 may be provided on the entire inner wall surface of the flow path 14 or may be provided partially. Here, the combustion catalyst layer 16 is made of, for example, Pt, Au, Ag, or the like.
[0012]
On one surface of the main silicon substrate 11 and the other surface of the combustion silicon substrate 12, a main glass substrate 17 and a combustion glass substrate 18 each having a thickness of about 0.7 mm are bonded by anodic bonding.
[0013]
Here, as a representative, an anodic bonding process for bonding the main glass substrate 17 to one surface of the main silicon substrate 11 will be described. A main glass substrate 17 is superposed on one surface of the main silicon substrate 11, and the main silicon substrate 11 side is used as an anode, and the main glass substrate 17 side is used as a cathode. Then, with the main silicon substrate 11 and the main glass substrate 17 heated to about 400 to 600 ° C., a DC voltage of about 1 kV is applied between the two electrodes.
[0014]
Then, cations that are impurities in the main glass substrate 17 move away from the main silicon substrate 11, and a layer having a high oxygen ion concentration appears at the interface of the main glass substrate 17 on the main silicon substrate 11 side. Then, silicon atoms at the interface on the main glass substrate 17 side of the main silicon substrate 11 and oxygen ions on the interface on the main silicon substrate 11 side of the main glass substrate 17 are combined to obtain a strong bonding interface.
[0015]
In this case, the main silicon substrate 11 and the main glass substrate 17 are heated to about 400 to 600 ° C. and a DC voltage of about 1 kV is applied between the two electrodes because the cations that are impurities in the main glass substrate 17 are the main silicon. This is to increase the moving speed in the direction away from the substrate 11.
[0016]
An inlet 19 and an outlet 20 are provided at two predetermined locations corresponding to both ends of the flow path 13 of the main glass substrate 17. An inlet 21 and an outlet 22 are provided at two predetermined locations corresponding to both ends of the flow path 14 of the glass substrate 18 for combustion. In this case, the arrangement of the inlet 19 and outlet 20 of the main glass substrate 17 and the arrangement of the inlet 21 and outlet 22 of the combustion glass substrate 18 are opposite to each other. Here, although both the flow paths 13 and 14 correspond planarly in FIG. 1, it does not need to correspond, for example, as shown in FIG. It is sufficient that the two portions overlap in a plane.
[0017]
Next, the case where the chemical reaction apparatus according to the present invention is applied to a fuel cell system using a fuel reforming type fuel cell will be described. FIG. 4 shows a block diagram of the main part of the fuel cell system 30. The fuel cell system 30 includes a power generation fuel section 31, a combustion fluid section 32, a fuel evaporation section 33, a reforming section 34, a carbon monoxide removal section 35, a power generation section 36, a charging section 37, and the like.
[0018]
The power generation fuel unit 31 includes a fuel pack in which power generation fuel (for example, aqueous methanol solution) is sealed, and supplies the power generation fuel to the fuel evaporation unit 33. The combustion fluid section 32 is formed of a cylinder filled with a combustion gas (for example, hydrogen gas), and supplies the combustion gas to the fuel evaporation section 33, the reforming section 34, and the carbon monoxide removal section 35. As will be described later, a part of the gas based on the power generation fuel may be used as the combustion gas so that the combustion fluid portion 32 is not provided.
[0019]
The fuel evaporating unit 33 has a structure as shown in FIGS. 1 and 2 as an example. However, in this case, the reaction catalyst layer 15 is not provided in the flow path 13 of the main silicon substrate 11. In the fuel evaporation section 33, first, a combustion fluid composed of combustion gas from the combustion fluid section 32 and oxygen (air) (second fluid) taken in from the atmosphere via a check valve is burned. When supplied into the flow path 14 of the combustion silicon substrate 12 through the inlet 21 of the glass substrate 18, the supplied combustion fluid burns on the fuel catalyst layer 16 by a combustion reaction, Thermal energy is generated. Combustion gas is discharged into the atmosphere from the outlet 22 of the glass substrate 18 for combustion.
[0020]
Next, in the fuel evaporation section 33, the power generation fuel (first fluid, for example, aqueous methanol solution) from the power generation fuel section 31 passes through the inlet 19 of the main glass substrate 17 in the flow path 13 of the main silicon substrate 11. When a small amount is supplied, the heat energy generated in the flow path 14 of the combustion silicon substrate 13 is received in the flow path 13 to evaporate (vaporize) the power generation fuel, and the power generation fuel is vaporized. Generated power generation gas (for example, when the power generation fuel is an aqueous methanol solution, CHThreeOH + H2O) flows out from the outlet 20 of the main glass substrate 17.
[0021]
Thus, in the fuel evaporation section 33, the combustion gas and oxygen supplied into the flow path 14 of the combustion silicon substrate 12 are burned by the combustion reaction on the combustion catalyst 16, and the main energy is generated by the heat energy generated by this combustion. Since the inside of the flow path 13 of the silicon substrate 11 is heated, a heater for heating the flow path 13 is not provided, and it is not necessary to supply electric power for heating. Further, the combustion glass substrate 18 bonded to the other surface of the combustion silicon substrate 12 can prevent diffusion of thermal energy generated in the flow path 14 to some extent. Therefore, the loss of heat energy when heating the flow path 13 of the main silicon substrate 11 can be reduced. The same applies to the following reformer 34 and carbon monoxide remover 35. As a result, it is possible to improve the utilization efficiency of energy related to the power generation operation and reduce the size.
[0022]
Next, the fuel gas for power generation (CHThreeOH + H2O) is supplied to the reforming section 34. In this case, the reforming part 34 also has a structure as shown in FIGS. 1 and 2 as an example. However, in this case, a reaction catalyst layer 15 is provided in the flow path 13 of the main silicon substrate 11, and the reaction catalyst layer 15 is, for example, Cu, ZnO, Al2OThreeIt consists of reforming catalysts such as. In the reforming unit 34, first, as in the above case, the combustion silicon substrate 12 is supplied by supplying the combustion gas from the combustion fluid unit 32 and the oxygen taken in from the atmosphere through the check valve. Thermal energy is generated in the flow path 14, and the combustion gas is released into the atmosphere from the outlet 22 of the glass substrate 18 for combustion.
[0023]
Next, in the reforming unit 34, the power generation fuel gas (CH from the fuel evaporation unit 33)ThreeOH + H2When O) is supplied into the flow path 13 of the main silicon substrate 11 through the inlet 19 of the main glass substrate 17, the thermal energy generated in the flow path 14 of the combustion silicon substrate 12 in the flow path 13. To generate an endothermic reaction as shown in the following formula (1) to generate hydrogen and by-product carbon dioxide.
CHThreeOH + H2O → 3H2+ CO2...... (1)
[0024]
Water on the left side of the above formula (1) (H2O) may be contained in the fuel of the power generation fuel unit 31 at the initial stage of the reaction, but recovers water generated by the power generation of the power generation unit 36 described later and supplies it to the reforming unit 34. It is possible. Water (H on the left side of the above formula (1) during power generation by the power generation unit 362The supply source of O) may be only the power generation unit 36, the power generation unit 36 and the power generation fuel unit 31, or only the power generation fuel unit 31. At this time, although it is a small amount, carbon monoxide may be generated in the reforming unit 34.
[0025]
Then, the product (hydrogen, carbon dioxide) and a small amount of carbon monoxide on the right side of the formula (1) flow out from the outlet 20 of the main glass substrate 17 of the reforming unit 34. Of the products flowing out from the outlet 20 of the main glass substrate 17 of the reforming unit 34, hydrogen and carbon monoxide in a vaporized state are supplied to the carbon monoxide removing unit 35, and carbon dioxide is separated into the atmosphere. Released.
[0026]
Next, the carbon monoxide removing unit 35 has a structure as shown in FIGS. 1 and 2 as an example. However, in this case, the reaction catalyst layer 15 is made of, for example, Pt, Al2OThreeIt consists of a selective oxidation catalyst. Then, in the carbon monoxide removal unit 35, as in the case described above, combustion silicon is supplied by supplying the combustion gas from the combustion fluid unit 32 and oxygen taken in from the atmosphere via the check valve. Thermal energy is generated in the flow path 14 of the substrate 12, and the combustion gas is released into the atmosphere from the outlet 22 of the glass substrate 18 for combustion.
[0027]
Next, in the carbon monoxide removal unit 35, vaporized hydrogen and carbon monoxide from the reforming unit 34 are supplied into the flow path 13 of the main silicon substrate 11 through the inlet 19 of the main glass substrate 17. In response to the supply of thermal energy generated in the flow path 14 of the combustion silicon substrate 12, carbon monoxide and water react among the hydrogen, carbon monoxide, and water supplied in the flow path 13. As shown in the following formula (2), hydrogen and by-product carbon dioxide are generated.
CO + H2O → H2+ CO2(2)
[0028]
Water on the left side of the above formula (2) (H2O) may be contained in the fuel of the power generation fuel unit 31 at the initial stage of the reaction, but the water generated by the power generation of the power generation unit 36 is recovered and the carbon monoxide removal unit 35 is supplied. Is possible. Further, the water supply source in the left side of the reaction formula (2) in the carbon monoxide removal unit 35 may be only the power generation unit 36, the power generation unit 36 and the power generation fuel unit 31, or only the power generation fuel unit 31. Good.
[0029]
And most of the fluid finally reaching the outlet 20 of the main glass substrate 17 of the carbon monoxide removing section 35 is hydrogen and carbon dioxide. In addition, when a trace amount of carbon monoxide is contained in the fluid reaching the outlet 20 of the main glass substrate 17 of the carbon monoxide removal unit 35, the remaining carbon monoxide is removed from the atmosphere through a check valve. By contacting with the incorporated oxygen, as shown in the following formula (3), carbon dioxide is generated, and carbon monoxide is surely removed.
CO + (1/2) O2→ CO2...... (3)
[0030]
The product after the series of reactions is composed of hydrogen and carbon dioxide (including a trace amount of water in some cases). Among these products, carbon dioxide is separated from hydrogen and released into the atmosphere. Accordingly, only hydrogen is supplied from the carbon monoxide removal unit 35 to the power generation unit 36. Note that the carbon monoxide removal unit 35 may be provided between the fuel evaporation unit 33 and the reforming unit 34.
[0031]
Next, as shown in FIG. 5, the power generation unit 36 is composed of a known solid polymer fuel cell. That is, the power generation unit 36 includes a cathode 41 made of a carbon electrode to which a catalyst such as Pt and C is attached, an anode 42 made of a carbon electrode to which a catalyst such as Pt, Ru, and C is attached, and a cathode 41 and an anode 42. A film-like ion conductive film 43 interposed between and a power supply to a charging unit 37 including a secondary battery or a capacitor provided between the cathode 41 and the anode 42. To do.
[0032]
In this case, a space 44 is provided outside the cathode 41. Hydrogen is supplied from the carbon monoxide removing unit 35 into the space 44 and hydrogen is supplied to the cathode 41. A space 45 is provided outside the anode 42. Oxygen taken in from the atmosphere through the check valve is supplied into the space 45 and oxygen is supplied to the anode 42.
[0033]
On the cathode 41 side, as shown in the following formula (4), electrons (e-) Separated hydrogen ions (protons; H+) Are generated and pass through the ion conductive film 43 to the anode 42 side, and electrons (e-) Is taken out and supplied to the charging unit 37.
3H2→ 6H++ 6e-...... (4)
[0034]
On the other hand, on the anode 42 side, as shown in the following formula (5), the electrons (e-) And hydrogen ions (H+) And oxygen react to produce by-product water.
6H++ (3/2) O2+ 6e-→ 3H2O ...... (5)
[0035]
The series of electrochemical reactions as described above (formula (4) and formula (5)) proceed in a relatively low temperature environment of about room temperature to about 80 ° C., and by-products other than electric power are basically water. It becomes only. The electric power generated by the power generation unit 36 is supplied to the charging unit 37, whereby the charging unit 37 is charged.
[0036]
Water as a by-product generated in the power generation unit 36 is recovered. In this case, as described above, if at least a part of the water generated by the power generation unit 36 is supplied to the reforming unit 34, the amount of water initially sealed in the power generation fuel unit 31 can be reduced. In addition, the amount of recovered water can be reduced.
[0037]
By the way, the fuel applied to the fuel cell of the fuel reforming method currently being researched and developed is at least a liquid fuel, a liquefied fuel or a gaseous fuel containing hydrogen element, Any fuel can be used as long as it can generate electric energy with a relatively high energy conversion efficiency. In addition to the above methanol, alcohol-based liquid fuels such as ethanol and butanol, dimethyl ether, isobutane, and natural gas (CNG) It is possible to satisfactorily apply liquid fuel made of hydrocarbons vaporized at room temperature and normal pressure, such as gas fuel such as hydrogen gas.
[0038]
Next, still another first to sixth examples of the reforming unit 34 by the chemical reaction device according to the present invention will be described. FIG. 6 is a sectional view similar to FIG. 2, showing still another first example of the reforming section 34 according to the present invention. In this example, power generation fuel gas (for example, CHThreeOH + H2When O) contains a combustion gas (for example, hydrogen), the power generation fuel gas is supplied to the inlet 19 of the main glass substrate 17 and also to the inlet 21 of the combustion glass substrate 18. Fuel gas and oxygen taken in from the atmosphere through a check valve are supplied. In such a case, it is not necessary to prepare the fuel gas section 32 separately.
[0039]
Next, FIG. 7 is a sectional view similar to FIG. 2 showing still another second example of the reforming section 34 according to the present invention. In this example, when the separation unit 51 is provided outside and the power generation product discharged from the outlet 20 of the main glass substrate 17 contains combustible components (for example, unreacted power generation fuel), The power generation product is supplied to the separation unit 51 and separated into a power generation product (hydrogen) to be taken out and a combustible component, and the separated combustible component is introduced into the inlet 21 of the glass substrate 18 for combustion. And oxygen taken in from the atmosphere through a check valve.
[0040]
In this case, as a separation method, if any of the power generation product to be taken out and combustible components is liquefied at room temperature or higher and there is a difference between the boiling points, use the liquefaction separation method. Can do. There is also a method of separation with a separation membrane such as a selectively permeable membrane such as a Pb membrane that selectively permeates H2.
[0041]
Next, FIG. 8 is a sectional view similar to FIG. 2 showing still another third example of the reforming section 34 according to the present invention. In this example, a separation membrane 53 is provided on the silicon substrate 17 side portion of the outlet 20 of the flow path 13 of the main silicon substrate 11, and the inlet 21 of the outlet 14 and the flow path 14 of the combustion silicon substrate 12. Communication holes 52 are provided in the silicon substrates 11 and 12 between the two. The separation membrane 53 is made of, for example, a Pb membrane that selectively transmits H2.
[0042]
In this example, in the portion of the outlet 20 of the flow path 13 of the main silicon substrate 11, hydrogen out of the power generation product passes through the separation membrane 53 and flows out from the outlet 20. On the other hand, components other than hydrogen in the power generation product are introduced into the communication hole 52 and introduced into the inlet 21 of the flow path 14 of the combustion silicon substrate 12 to check valves and combustion from the atmosphere. It is mixed with oxygen taken in through the inlet 21 of the glass substrate 18. That is, this configuration substantially substitutes the separation part 51 in FIG. 7 with the separation membrane 53. In this case, the separation part 51 shown in FIG. 7 is not required, and thus the apparatus is simplified and miniaturized. be able to.
[0043]
Next, FIG. 9 is a sectional view similar to FIG. 2, showing still another fourth example of the reforming section 34 according to the present invention. In this example, a communication hole 52 is provided between the outlet 20 of the flow path 13 of the main silicon substrate 11 and the inlet 21 of the flow path 14 of the combustion silicon substrate 12 as in FIG. The outlet 20 and the separation membrane 53 of the glass substrate 17 are not provided. In this example, the power generation product is introduced from the flow path 13 of the main silicon substrate 11 into the inlet 21 of the flow path 14 of the combustion glass substrate 18 through the communication hole 52, and the power generation product is When combustible components (for example, unreacted power generation fuel) are included, a part of the power generation product and the atmosphere are taken in through the check valve and the inlet 21 of the combustion glass substrate 18. Oxygen thus burned by the combustion reaction on the fuel catalyst layer 16, and the power generation product and the combustion gas flow out from the outlet 22 of the combustion glass substrate 18. At least the combustion gas of the effluent fluid is separated and released into the atmosphere. Also in this case, the apparatus can be simplified and downsized as compared with the configuration of FIG.
[0044]
Next, FIG. 10 is a sectional view similar to FIG. 2, showing still another fifth example of the reforming section 34 according to the present invention. In this example, the separation membrane 53 is provided on the silicon substrate 17 side portion of the outlet 20 of the flow path 13 of the main silicon substrate 11 as in FIG. 8, and the outlet 20 of the flow path 13 of the main silicon substrate 11 Although the communication hole 52 is provided between the inflow port 21 of the flow path 14 of the combustion silicon substrate 12, the inflow port 21 of the fuel glass substrate 18 is not provided. In this example, the power generation fuel gas and oxygen taken in from the atmosphere through the check valve are supplied to the inlet 19 of the main glass substrate 17, and the power generation product is output from the outlet 20 of the main glass substrate 17. Among them, hydrogen that has permeated through the separation membrane 53 flows out, and components other than hydrogen in the power generation product are introduced into the communication hole 52 and introduced into the flow path 14 of the combustion silicon substrate 12, and the combustion gas burns. It flows out from the outlet 22 of the glass substrate 18 for use. Also in this case, the apparatus can be simplified and downsized as compared with the configuration of FIG.
[0045]
Next, FIG. 11 is a sectional view similar to FIG. 2, showing yet another sixth example of the reforming section 34 according to the present invention. In this example, the flow channel 13 formation surface of the main silicon substrate 11 shown in FIG. 2 is bonded to one surface of the glass substrate 61, and the flow channel 14 formation surface of the combustion silicon substrate 12 shown in FIG. It is joined to the surface. In this case, an inlet 19 and an outlet 20 are provided at two predetermined locations corresponding to both ends of the flow path 13 of the main silicon substrate 11. An inlet 21 and an outlet 22 are provided at two predetermined locations corresponding to both ends of the flow path 14 of the combustion silicon substrate 12. In this example, since the number of the glass substrates 61 is one, the apparatus can be thinned.
[0046]
By the way, instead of the silicon substrates 11 and 12, a glass substrate, an aluminum substrate, or the like may be used. Further, instead of the glass substrates 17, 18, 61, an aluminum substrate or the like may be used. In particular, in the case of the example shown in FIG. 11, the heat conductivity from the flow path 14 of the combustion substrate 12 to the flow path 13 of the main substrate 11 can be improved by changing the material and thickness of the single substrate 61. Can be controlled. Of course, each of the examples shown in FIGS. 6 to 10 may have a three-layer structure as shown in FIG.
[0047]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention, the combustion fluid supplied into the second flow path provided on the other surface side of the first substrate is burned by the combustion reaction on the combustion catalyst, and is generated by this combustion. In the first flow path provided on the one surface side of the first substrate with the thermal energyCan be heated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a transparent plan view of a chemical reaction apparatus as one embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a transmission plan view similar to FIG. 1 of another example of the chemical reaction device according to the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of a main part of an example of a fuel cell system including a chemical reaction device according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a power generation unit of the fuel cell system shown in FIG. 4;
6 is a sectional view similar to FIG. 2 of still another first example of the chemical reaction device according to the present invention.
FIG. 7 is a sectional view similar to FIG. 2 of still another second example of the chemical reaction device according to the present invention.
FIG. 8 is a sectional view of still another third example of the chemical reaction device according to the present invention, similar to FIG.
FIG. 9 is a sectional view similar to FIG. 2 of still another fourth example of the chemical reaction device according to the present invention.
FIG. 10 is a sectional view similar to FIG. 2 of still another fifth example of the chemical reaction device according to the present invention.
FIG. 11 is a sectional view similar to FIG. 2 of still another sixth example of the chemical reaction device according to the present invention.
FIG. 12 is a transmission plan view of an example of a conventional chemical reaction apparatus.
13 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
[Explanation of symbols]
11 Main silicon substrate
12 Silicon substrate for combustion
13, 14 flow path
15 Reaction catalyst layer
16 Combustion catalyst layer
17 Main glass substrate
18 Glass substrate for combustion
19, 21 Inlet
20, 22 Outlet

Claims (11)

第1基板と、該第1基板の一面および他面にそれぞれ接合された第2基板および第3基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に設けられた微小な第1流路と、前記第1基板と前記第3基板との間に設けられた微小な第2流路と、前記第1流路内の少なくとも一部に設けられた反応触媒層と、該第2流路内の少なくとも一部に設けられた燃焼触媒層とを備え、前記第2基板の前記第1流路の一端部に対応する箇所に設けられた流入口と、前記第2基板の前期第1流路の他端部に対応する箇所に設けられた流出口と、前記第3基板の前記第2流路の一端部に対応する箇所に設けられた流入口と、前記第3基板の前期第2流路の他端部に対応する箇所に設けられた流出口とを備え、前記第2基板の流入口が、前記第3基板における前記第3基板の流出口の位置に対応するように、前記第2基板に有し、前記第2基板の流出口が、前記第3基板における前記第3基板の流入口の位置に対応するように、前記第2基板に有し、前記第1流路に第1の流体が供給され、前記第2の流路に燃焼用流体が供給され、前記第2流路内に供給された前記燃焼用流体を前記燃焼触媒層上で燃焼反応により燃焼させ、この燃焼により発生した熱エネルギーで前記第1流路内を加熱し、前記第2基板の流入口には前記第1の流体が供給され、前記第3基板の流入口には、酸素を含む第2の流体、および前記第2基板の流出口から流出される流体から水素を分離除去した第3の流体が供給されることを特徴とする化学反応装置。A first substrate, a second substrate and a third substrate bonded to one surface and the other surface of the first substrate, respectively, and a minute first flow path provided between the first substrate and the second substrate A minute second flow path provided between the first substrate and the third substrate, a reaction catalyst layer provided in at least a part of the first flow path, and the second flow path A combustion catalyst layer provided on at least a part of the first substrate, an inlet provided at a position corresponding to one end of the first flow path of the second substrate, and the first flow of the second substrate. An outflow port provided at a location corresponding to the other end of the path, an inflow port provided at a location corresponding to one end of the second flow path of the third substrate, and a second phase of the third substrate. An outlet provided at a location corresponding to the other end of the flow path, and the inlet of the second substrate is the third substrate in the third substrate The second substrate has the second substrate so as to correspond to the position of the outflow port, and the second substrate has an outflow port corresponding to the position of the inflow port of the third substrate in the third substrate. a substrate, the first fluid is supplied to the first passage, the combustion fluid is supplied to the second flow path, the combustion of the combustion fluid supplied to the second flow path The first flow path is heated by the heat energy generated by the combustion reaction on the catalyst layer, and the first fluid is supplied to the inlet of the second substrate, and the third substrate The chemical reaction apparatus is characterized in that a second fluid containing oxygen and a third fluid obtained by separating and removing hydrogen from the fluid flowing out from the outlet of the second substrate are supplied to the inlet . 請求項に記載の発明において、前記第2基板の前記第1流路の一端部に対応する箇所に設けられた流入口と、前記第2基板の前期第1流路の他端部に対応する箇所に設けられた流出口と、前記第3基板の前記第2流路の一端部に対応する箇所に設けられた流入口と、前記第3基板の前期第2流路の他端部に対応する箇所に設けられた流出口とを備え、前記第2基板の流入口が、前記第3基板における前記第3基板の流出口の位置に対応するように、前記第2基板に有し、前記第2基板の流出口が、前記第3基板における前記第3基板の流入口の位置に対応するように、前記第2基板に有し、前記第1流路の他端部と前記第2基板の流出口との間に設けられた、水素を選択透過する分離膜と、前記第1流路の他端部と前記第2流路の一端部との間における前記第1基板に設けられた連通孔とを備え、前記第2基板の流入口には前記第1の流体が供給され、前記第3基板の流入口には酸素を含む第2の流体が供給され、前記連通孔には前記第1流路の他端部から流出する流体から水素を分離除した第3の流体が供給されることを特徴とする化学反応装置。The invention according to claim 1 , wherein the inlet is provided at a position corresponding to one end of the first flow path of the second substrate, and corresponds to the other end of the first flow path of the second substrate. An outlet provided at a position where the second substrate is provided, an inlet provided at a location corresponding to one end of the second flow path of the third substrate, and the other end of the second flow path of the third substrate. An outlet provided in a corresponding location, and the second substrate has an inlet in the second substrate so as to correspond to the position of the outlet of the third substrate in the third substrate, The second substrate has an outlet of the second substrate so that the outlet of the third substrate corresponds to a position of the inlet of the third substrate in the third substrate, and the other end of the first flow path and the second substrate A separation membrane selectively permeating hydrogen provided between the substrate outlet and the other end of the first flow path and one end of the second flow path; A communication hole provided in the first substrate between the first substrate, the first fluid is supplied to the inlet of the second substrate, and the second fluid containing oxygen is supplied to the inlet of the third substrate. There is provided, a chemical reactor, wherein a third fluid which is separated by dividing the hydrogen from the fluid flowing from the other end of the first flow path is supplied to the communication hole. 第1基板と、該第1基板の一面および他面にそれぞれ接合された第2基板および第3基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に設けられた微小な第1流路と、前記第1基板と前記第3基板との間に設けられた微小な第2流路と、前記第1流路内の少なくとも一部に設けられた反応触媒層と、該第2流路内の少なくとも一部に設けられた燃焼触媒層とを備え、前記第2基板の前記第1流路の一端部に対応する箇所に設けられた流入口と、前記第3基板の前記第2流路の一端部に対応する箇所に設けられた流入口と、前記第3基板の前期第2流路の他端部に対応する箇所に設けられた流出口と、を備え、前記第2基板の流入口が、前記第3基板における前記第3基板の流出口の位置に対応するように、前記第2基板に有し、前記第1流路に第1の流体が供給され、前記第2の流路に燃焼用流体が供給され、前記第2流路内に供給された前記燃焼用流体を前記燃焼触媒層上で燃焼反応により燃焼させ、この燃焼により発生した熱エネルギーで前記第1流路内を加熱し、前記第1流路の他端部と前記第2流路の一端部との間における前記第1基板に設けられた連通孔とを備え、前記第2基板の流入口には前記第1の流体が供給され、前記連通孔には前記第1流路の他端部から流出する流体が供給され、前記第3基板の流入口には酸素を含む第2の流体が供給されることを特徴とする化学反応装置。 A first substrate, a second substrate and a third substrate bonded to one surface and the other surface of the first substrate, respectively, and a minute first flow path provided between the first substrate and the second substrate A minute second flow path provided between the first substrate and the third substrate, a reaction catalyst layer provided in at least a part of the first flow path, and the second flow path A combustion catalyst layer provided on at least a part of the second substrate, an inlet provided at a position corresponding to one end of the first flow path of the second substrate, and the second flow of the third substrate. An inflow port provided at a location corresponding to one end of the path, and an outflow port provided at a location corresponding to the other end of the second flow path of the third substrate, An inflow port is provided in the second substrate so as to correspond to the position of the outflow port of the third substrate in the third substrate, and the first flow path is provided in the first channel. The combustion fluid is supplied to the second flow path, and the combustion fluid supplied into the second flow path is burned by a combustion reaction on the combustion catalyst layer. The inside of the first flow path is heated by the generated thermal energy, and a communication hole is provided in the first substrate between the other end portion of the first flow path and one end portion of the second flow path. The first fluid is supplied to the inlet of the second substrate, the fluid flowing out from the other end of the first flow path is supplied to the communication hole, and the inlet of the third substrate is supplied to the inlet of the third substrate. A chemical reaction apparatus, wherein a second fluid containing oxygen is supplied. 第1基板と、該第1基板の一面および他面にそれぞれ接合された第2基板および第3基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に設けられた微小な第1流路と、前記第1基板と前記第3基板との間に設けられた微小な第2流路と、前記第1流路内の少なくとも一部に設けられた反応触媒層と、該第2流路内の少なくとも一部に設けられた燃焼触媒層とを備え、前記第2基板の前記第1流路の一端部に対応する箇所に設けられ た流入口と、前記第2基板の前期第1流路の他端部に対応する箇所に設けられた流出口と、前記第3基板の前期第2流路の他端部に対応する箇所に設けられた流出口と、を備え、前記第2基板の流入口が、前記第3基板における前記第3基板の流出口の位置に対応するように、前記第2基板に有し、前記第1流路に第1の流体が供給され、前記第2の流路に燃焼用流体が供給され、前記第2流路内に供給された前記燃焼用流体を前記燃焼触媒層上で燃焼反応により燃焼させ、この燃焼により発生した熱エネルギーで前記第1流路内を加熱し、前記第1流路の他端部と前記第2基板の流出口との間に設けられた、水素を選択透過する分離膜と、前記第1流路の他端部と前記第2流路の一端部との間における前記第1基板に設けられた連通孔とを備え、前記第2基板の流入口には前記第1の流体および酸素を含む第2の流体が供給され、前記第2流路の一端部には、前記連通孔を介して前記第1流路の他端部から流出する流体から水素が分離除去された第3の流体が供給されることを特徴とする化学反応装置。 A first substrate, a second substrate and a third substrate bonded to one surface and the other surface of the first substrate, respectively, and a minute first flow path provided between the first substrate and the second substrate A minute second flow path provided between the first substrate and the third substrate, a reaction catalyst layer provided in at least a part of the first flow path, and the second flow path A combustion catalyst layer provided on at least a part of the first substrate, an inlet provided at a position corresponding to one end of the first flow path of the second substrate, and the first flow of the second substrate. An outlet provided at a location corresponding to the other end of the path; and an outlet provided at a location corresponding to the other end of the second flow path of the third substrate, the second substrate. Having an inflow port in the second substrate so as to correspond to the position of the outflow port of the third substrate in the third substrate, and in the first channel. The combustion fluid is supplied to the second flow path, and the combustion fluid supplied into the second flow path is burned by a combustion reaction on the combustion catalyst layer. A separation membrane that selectively permeates hydrogen provided between the other end of the first flow path and the outlet of the second substrate, heating the inside of the first flow path with the generated thermal energy ; A communication hole provided in the first substrate between the other end of the first flow path and one end of the second flow path, and the first fluid and A second fluid containing oxygen is supplied, and at one end of the second flow path, hydrogen is separated and removed from the fluid flowing out from the other end of the first flow path through the communication hole. A chemical reaction apparatus characterized by being supplied with a fluid. 請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、前記第1基板は1枚であることを特徴とする化学反応装置。In the invention described in claim 1, a chemical reactor, wherein the first substrate is one. 請求項に記載の発明において、前記第1流路は前記第2基板の前記第1基板との対向面に設けられ、前記第2流路は前記第3基板の前記第1基板との対向面に設けられていることを特徴とする化学反応装置。6. The invention according to claim 5 , wherein the first flow path is provided on a surface of the second substrate facing the first substrate, and the second flow path is opposed to the first substrate of the third substrate. A chemical reaction device provided on a surface. 請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、前記第1基板は積層された2枚の基板からなることを特徴とする化学反応装置。In the invention described in claim 1, wherein the first substrate is chemical reaction apparatus characterized by comprising the two substrates are laminated. 請求項に記載の発明において、前記第1流路は前記第1基板の前記第2基板との対向面に設けられ、前記第2流路は前記第1基板の前記第3基板との対向面に設けられていることを特徴とする化学反応装置。8. The invention according to claim 7 , wherein the first flow path is provided on a surface of the first substrate facing the second substrate, and the second flow path is opposed to the third substrate of the first substrate. A chemical reaction device provided on a surface. 請求項1〜のいずれかに記載の発明において、前記第1流路内の少なくとも一部に改質触媒を有し、前記第1の流体を前記第1流路において改質することで水素を精製することを特徴とする化学反応装置。The invention according to any one of claims 1 to 8 , wherein a reforming catalyst is provided in at least a part of the first flow path, and hydrogen is obtained by reforming the first fluid in the first flow path. A chemical reaction device characterized in that 請求項1〜のいずれかに記載の発明において、前記第1流路内の少なくとも一部に選択酸化触媒を有し、前記第1の流体中に含まれる一酸化炭素を前記第1流路において二酸化炭素に酸化することを特徴とする化学反応装置。The invention according to any one of claims 1 to 8 , wherein a selective oxidation catalyst is provided in at least part of the first flow path, and carbon monoxide contained in the first fluid is converted into the first flow path. A chemical reaction device characterized in that it is oxidized to carbon dioxide. 請求項の化学反応装置と、該化学反応装置によって生成された水素と酸素とを反応させて発電を行う燃料電池と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。A fuel cell system comprising: the chemical reaction device according to claim 9 ; and a fuel cell that generates electricity by reacting hydrogen and oxygen generated by the chemical reaction device.
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