反応装置及び電子機器
【課題】反応領域の熱容量が増大することを抑制しつつ昇温速度が速くされた反応装置及び電子機器を提供する。
【解決手段】断熱容器１００は、反応物の反応を起こす反応器（例えば、燃料電池２００）を収容する第一の容器１と、第一の容器１を収容する第二の容器２と、を備え、反応器と第一の容器１との間の空間１３に気体１６が充填され且つ密封され、第一の容器１と第二の容器２との間の空間２３の気圧は大気圧よりも低い。
【解決手段】断熱容器１００は、反応物の反応を起こす反応器（例えば、燃料電池２００）を収容する第一の容器１と、第一の容器１を収容する第二の容器２と、を備え、反応器と第一の容器１との間の空間１３に気体１６が充填され且つ密封され、第一の容器１と第二の容器２との間の空間２３の気圧は大気圧よりも低い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応物の反応を起こす反応器を収容する反応装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学反応の技術分野では、種々の混合物質を流路に供給し、電熱ヒータなどで温度管理された流路内に設けられた触媒による化学反応を起こさせて、所望の反応物質を生成する化学反応装置あるいは電力を発生する電力発生器が知られている。このような化学反応装置には、例えば、水素原子を含む有機化合物をもとに水素を主成分とするガスを生成する改質器や、水素と酸素から電力を発生する燃料電池がある。
ここで、所望の化学反応を持続させるためには、高温の反応領域を必要とする。例えば、メタノールを水蒸気改質反応によって水素に改質する場合には約３００℃、固体酸化物燃料電池によって水素と酸素から電力を得る場合には約８００℃に、反応領域の温度を保持しなければならない。これらの温度への昇温あるいは温度維持に必要な熱量は、抵抗発熱体への電力供給による発熱や、触媒燃焼反応の燃焼熱などによって供給される。システムの熱効率を良くするためには、反応温度への昇温及び温度維持に必要な熱量をできる限り抑制する必要がある。反応領域から周囲環境への熱の散逸を抑えるために、例えば、高温領域である改質器を容器内殻に収容し、さらに容器内殻を容器外殻に収容し、容器内殻及び容器外殻の間に位置する間隙層を大気圧よりも低く真空圧にする方法が知られている（特許文献参照）。
【特許文献１】特開２００６−１５６０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、化学反応装置において装置の起動時間を短縮することが好ましい。起動時間の短縮を実現するために、昇温速度を上げることとなるが、その手段として、反応領域の熱容量を削減することが考えられる。そのためには、反応領域の体積を小さくするとよいが、体積が小さくなると、特に平板型の反応装置の場合、反応領域の内部と外部を仕切る壁が薄くなるため、強度が弱くなってしまう。
一方、昇温速度を上げる手段として、熱量が供給される反応領域を断熱して、反応領域から周囲環境への熱の散逸を抑制することが考えられる。そのためには、反応領域の周囲を例えば１０Ｐａ以下となるように減圧するとよいが、この場合、上述の反応領域を画定する壁を挟んだ反応ガスの圧力と減圧された反応領域の周囲の圧力との圧力差に起因する応力が増大する。さらに、昇温速度を上げることにより、反応領域を画定する壁に温度分布が生じやすくなり、このためにも、熱ひずみに起因する応力が増大する。そして、これらの増大した応力が反応領域を画定する壁に加わることとなる。
従って、従来昇温速度を速くするため真空圧にすることにより断熱を行うと、壁に加えられる応力が増大するため、壁の厚みをある程度厚くする必要があり、これにより壁の熱容量が増大してしまい、これに伴い昇温速度も遅くなってしまうというジレンマがあった。 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、反応領域の熱容量が増大することを抑制しつつ昇温速度を速くすることができる反応装置及び電子機器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、請求項１の発明の反応装置は、
反応物の反応を起こす反応器と、
前記反応器を収容する第一の容器と、
前記第一の容器を収容する第二の容器と、を備え、
前記反応器と前記第一の容器との間の空間に気体が充填され且つ密封され、
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の気圧は大気圧よりも低いことを特徴とする。
【０００５】
請求項２の発明は、請求項１に記載の反応装置において、
前記反応器は、反応物が流通する流路を有し、
前記気体は、前記反応物の圧力と前記気体の圧力との差によって前記流路を構成する壁に生じる応力が前記壁の破壊応力以下となるように前記気体の圧力が調整されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の反応装置において、
前記気体は、空気より熱伝導率が小さいことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３に記載の反応装置において、
前記気体は、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ、二酸化炭素、フレオンガスのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする。
請求項５の発明の反応装置は、
反応物の反応を起こす反応器と、
前記反応器を収容する第一の容器と、
前記第一の容器を収容する第二の容器と、を備え、
前記反応器は、前記反応物が流通する流路を有し、
前記反応器の流路は、前記反応器と前記第一の容器との間の空間に連通しており、
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の気圧は大気圧よりも低いことを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の圧力が、１０Ｐａ以下であることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記第一の容器の内壁面の一部と、前記第一の容器の外壁面の一部と、前記第二の容器の内壁面の一部と、のうちいずれか少なくとも一つが、前記第二の容器の外壁面よりも輻射率が低いことを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項７に記載の反応装置において、
前記第二の容器の外壁面よりも輻射率の低い領域には、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｌを含む低輻射率層が形成されていることを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記第一の容器の内壁面の一部と、前記第一の容器の外壁面の一部と、前記第二の容器の内壁面の一部と、のうちいずれか少なくとも一つが、鏡面加工されていることを特徴とする。
請求項１０の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記反応器に供給する反応物が流通する供給管を更に備え、
前記供給管は前記流路に接続していることを特徴とする。
請求項１１の発明は、請求項５に記載の反応装置において、
前記反応器に供給する反応物が流通する供給管を更に備え、
前記供給管は前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間に連通していることを特徴とする。
請求項１２の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記反応物は、酸素を含むことを特徴とする。
請求項１３の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記反応物は、水素を含むことを特徴とする。
請求項１４の発明は、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記反応器は燃料と酸素の電気化学反応により電力を生成する燃料電池であることを特徴とする。
請求項１５の発明の電子機器は、
請求項１４に記載の反応装置と、
前記燃料電池により生成された電力により動作する電子機器本体と、を備え、
前記燃料電池と前記第一の容器との間の空間に気体が充填され且つ密封され、
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の気圧は大気圧よりも低いことを特徴とする。
請求項１６の発明は、請求項１５に記載の電子機器において、
前記燃料のもとなる原燃料から改質ガスを生成する改質器と、
前記燃料電池から排出されたオフガスを燃焼する触媒燃焼器と、を更に備え、
前記改質器及び前記触媒燃焼器は、前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間に配置されていることを特徴とする。
請求項１７の発明の電子機器は、
燃料と酸素の電気化学反応により電力を生成する燃料電池を収容する第一の容器と、
前記第一の容器を収容する第二の容器と、
前記燃料のもとなる原燃料から改質ガスを生成する改質器と、
前記燃料電池から排出されたオフガスを燃焼する触媒燃焼器と、
前記燃料電池により生成された電力により動作する電子機器本体と、を備え、
前記燃料電池と前記第一の容器との間の空間に気体が充填され且つ密封され、
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の気圧は大気圧よりも低く、
前記改質器及び前記触媒燃焼器は、前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間に配置されていることを特徴とする。
請求項１８の発明は、請求項１７に記載の電子機器において、
前記燃料電池は、燃料又は酸素が流通する流路を有し、
前記気体は、前記反応物の圧力と前記気体の圧力との差によって前記流路を構成する壁に生じる応力が前記壁の破壊応力以下となるように前記気体の圧力が調整されていることを特徴とする。
請求項１９の発明の電子機器は、
燃料と酸素の電気化学反応により電力を生成する燃料電池を収容する第一の容器と、
前記第一の容器を収容する第二の容器と、
前記燃料のもとなる原燃料から改質ガスを生成する改質器と、
前記燃料電池から排出されたオフガスを燃焼する触媒燃焼器と、
前記燃料電池により生成された電力により動作する電子機器本体と、を備え、
前記燃料電池は、前記燃料又は酸素が流通する流路を有し、
前記燃料電池の流路は、前記燃料電池と前記第一の容器との間の空間に連通しており、
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の気圧は大気圧よりも低いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、反応領域の熱容量が増大することを抑制しつつ昇温速度が速くされた反応装置及び電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【０００８】
[第一の実施の形態]
図１は、断熱容器１００内に燃料電池（反応器）２００が収容された反応装置３００の内部構造を示す縦断面図、図２(a)は、切断線II(a)−II(a)に沿って切断した際の矢視断面図、図２(b)は、切断線II(b)−II(b)に沿って切断した際の矢視断面図である。
反応装置３００は、断熱容器１００と、断熱容器１００内に収容された燃料電池２００と、を備える。
【０００９】
燃料電池２００は、固体酸化物型燃料電池であり、固体酸化物電解質２０１の両面に燃料極（アノード）２０２及び酸素極（カソード）２０３が形成された単電池２０４を備え、燃料極２０２に改質ガスを供給する燃料供給流路２０５が設けられた燃料極セパレータ２０６と、酸素極２０３に酸素を供給する酸素供給流路２０７が設けられた酸素極セパレータ２０８と、が積層され、外周部が封止材（図示しない）により封止されて各流路２０５，２０７内の気密性を保持している。
燃料供給流路２０５内には、絶縁膜２０９が形成され、絶縁膜２０９の表面に薄膜ヒータ兼温度センサ２１０が形成されている。また。酸素供給流路２０７内にも、絶縁膜２１１が形成され、絶縁膜２１１の表面に薄膜ヒータ兼温度センサ２１２が形成されている。
薄膜ヒータ兼温度センサ２１０，２１２は燃料電池２００の動作温度である６００〜８００℃まで燃料電池２００を加熱する。絶縁膜２０９，２１１は、各セパレータ２０６，２０８と薄膜ヒータ兼温度センサ２１０，２１２との電気的絶縁をしており、例えばＳｉＯ2等を用いることができ、薄膜ヒータ兼温度センサ２１０，２１２には、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ等を使用することができる。また、薄膜ヒータ兼温度センサ２１０，２１２に、外部から電力を供給するための薄膜ヒータ用電極２５１，２５２が接続されている。
【００１０】
固体酸化物電解質２０１には、ジルコニア系の（Ｚｒ1-xＹx）Ｏ2-x/2（ＹＳＺ）、ランタンガレード系の（Ｌａ1-xＳｒx）（Ｇａ1-y-zＭｇyＣｏz）Ｏ3や、その他、セリア系の電解質を用いることができる。燃料極２０２にはＬａ0.84Ｓｒ0.16ＭｎＯ3、Ｌａ（Ｎｉ，Ｂｉ）Ｏ3、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ3、Ｉｎ2Ｏ3＋ＳｎＯ2、ＬａＣｏＯ3等を、酸素極２０３にはＮｉ、Ｎｉ＋ＹＳＺ等を用いることができる。また、燃料極セパレータ２０６及び酸素極セパレータ２０８にはランタンクロマイト系のＬａＣｒ（Ｍｇ）Ｏ3、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｒＯ3等、ニッケル系合金のＮｉＡｌ＋Ａｌ2Ｏ3等、その他、フェライト系合金、クロム系合金、チタネート系等をそれぞれ用いることができる。これらの構成材料は、固体酸化物型燃料電池２００の熱容量を削減し、かつ、反応領域の温度を均一にするために薄く作られる。なお、図１では、単セルを例として示しているが、この構造を複数積層して多層セルとしても良い。
【００１１】
そして、燃料電池２００の最上面及び最下面に、輻射によって燃料電池２００から熱量が散逸することを抑えるために、第一の容器１の外壁面よりも輻射率の低い低輻射率層２１３，２１４が形成されている。低輻射率層２１３，２１４には、赤外領域において輻射率が数％程度と小さい金属膜を用いることが好ましく、例えば、Ａｕ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ等を用いることができる。特に、Ａｕは赤外領域で輻射率が約２％程度と金属の中でも非常に小さく低輻射率層２１３，２１４に最適である。また、この赤外線反射膜の密着強度を高めるために、成膜する面と赤外線反射膜との間に密着層（図示しない）を形成しても良い。密着層としては、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ等を用いることができる。
なお、低輻射率層２１３，２１４として形成する金属膜は、燃料電池２００の最上面及び最下面の全面のうち少なくとも一部に形成すれば良い。さらに、低輻射率層２１３，２１４として、金属膜以外に鏡面加工を施すなどして輻射率を低減しても良い。
【００１２】
また、燃料供給流路２０５には、改質器（図示しない）に連結されて改質器で生成された改質ガス（水素）が供給される燃料供給管２１５と、発電に使用されなかった未反応の改質ガス（水素）を排出する燃料排出管２１６とが連結されている。また、酸素供給流路２０７には、酸素を供給する酸素供給管２１７と、発電に使用されなかった未反応の酸素を排出する酸素排出管２１８とが連結されている。
これら燃料供給管２１５、燃料排出管２１６、酸素供給管２１７及び酸素排出管２１８は、後述の第一の容器１及び第二の容器２を貫通して外部に突出している。
【００１３】
上述のように構成された燃料電池２００は、酸素極２０３には空気が酸素供給流路２０７を介して送られる。酸素極２０３では空気中の酸素とカソード出力電極２５４より供給される電子により、次式（１）に示すように酸素イオンが生成される。
Ｏ２+４ｅ-→２Ｏ２-・・・（１）
燃料極２０２には燃料供給流路２０５を介して、改質器から送出された改質ガスが送られる。酸素極２０７では固体酸化物電解質２０１を透過した酸素イオンと、改質ガスとの次式（２）、（３）のような反応が起こる。
Ｈ２+Ｏ２-→Ｈ２Ｏ+２ｅ-・・・（２）
ＣＯ+Ｏ２-→ＣＯ２+２ｅ-・・・（３）
【００１４】
このように、固体酸化物型燃料電池２００では、動作温度が６００〜８００℃と高いために、一酸化炭素をも燃料として用いることができ、発電効率を向上させることができる。なお、発生した電子はアノード出力電極２５３より外部回路を通ってカソード出力電極２５４より酸素極２０３に供給される。
燃料供給流路２０５を通過した改質ガス（オフガス）は外部に排出される。
【００１５】
断熱容器１００は、燃料電池２００を収容する第一の容器１と、第一の容器１を収容する第二の容器２と、を備える。第一の容器１は、上面が開口した箱状の容器本体１１と、容器本体１１の開口を塞ぐ蓋部１２と、を備え、容器本体１１の開口を蓋部１２で塞ぐことによって内部に燃料電池２００を収容する空間１３が形成される。第二の容器２も、上面が開口した箱状の容器本体２１と、容器本体２１の開口を塞ぐ蓋部２２と、を備え、容器本体２１の開口を蓋部２２で塞ぐことによって内部に第一の容器１を収容する空間２３が形成される。また、第一の容器１及び第二の容器２は、ステンレス（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ）やコバール合金等の金属板や、ガラス基板、セラミックス等により形成されている。
第一の容器１の内壁面（容器本体１１の内壁面及び蓋部１２の下面）には、燃料電池２００からの輻射伝熱を抑えるために、低輻射率層１４が形成されている。この低輻射率層１４は、上述の低輻射率層２１３，２１４と同様の構成及び材料である。
さらに、第一の容器１の外壁面及び第二の容器２の内壁面にも、燃料電池２００からの輻射伝熱を抑えるために、低輻射率層１５，２４が形成されている。これら低輻射率層１５，２４は、上述の低輻射率層２１３，２１４と同様の構成であり、材料は上述の材料に加えてＡｌ，Ａｇを使用することができる。
また、低輻射率層１４，１５，２４は、第一の容器１の内壁面、外壁面や第二の容器２の内壁面の少なくとも一部に形成すれば良く、また、金属膜以外に鏡面加工を施すことによって輻射率を低減させても良い。
【００１６】
また、第一の容器１の空間１３には気体１６が充填され且つ密封されている。気体１６は、空気より分子量の大きい希ガスであることが好ましく、特にキセノンがより好ましい。そして、燃料電池２００の燃料供給流路２０５や酸素供給流路２０７内を流通する流体の圧力と、第一の容器１の空間１３に充填される気体１６の圧力との差によって生じる各流路２０５，２０７を形成する壁面２０５a，２０６ａ，２０７aおよび２０８ａに生じる応力が破壊応力以下となるように、気体１６の圧力が調整されている。
具体的に図３を用いて説明すると、流路の破壊限界圧力差をΔ（atm）とする。また、流路の出口における圧力をｐ０、流路で入口と出口における流体の圧力差、すなわち、流路の圧力損失をｐＬｏｓｓ（atm）とする。流路の内壁にかかる圧力は、ｐ０からｐ０+ｐＬｏｓｓの間で分布している。また、燃料電池の動作温度をＴＨ（Ｋ）、室温をＴＬ（Ｋ）、またこれらの比ＴＬ／ＴＨをα（＜１）とする。第一の容器内に室温ＴＬにおいて圧力Ｐのガスを封入した場合、第一の容器内の気体の圧力は室温ＴＬからＴＨまでの間にＰから（１／α）Ｐまで変化する。図３において圧力Ｐの温度変化は一点鎖線で示されている。流路の内外の差圧を破壊限界以内にするためには、圧力Ｐの温度変化（一点鎖線）が、ＴＬからＴＨの温度範囲内で網掛けの中に入っていれば良い。すなわち、
ｐ０+ｐＬｏｓｓ−Ｐ＜Δ、かつ、（１／α）Ｐ−ｐ０＜Δ・・・（４）
であれば良い。例えば、温度ＴＬにおいて気体を封入する場合には、両矢印の範囲で示された圧力の気体を封入することができる。式では以下のように表すことができる。
ｐ０+ｐＬｏｓｓ−Δ＜Ｐ＜α（ｐ０+Δ）・・・（５）
流路に生じる圧力差を最小にする封入気体の圧力は、室温において、
α（２ｐ０+ｐＬｏｓｓ）／（１+α）・・・（６）
となり、このとき生じる最大圧力差は、
{（１−α）ｐ０+ｐＬｏｓｓ}／（１+α）・・・（７）
である。
封入する気体には、燃料電池から気体を介して断熱容器へと伝熱する熱量を抑えるため、空気と比較して熱伝導率の小さい気体を用いる。例えば、二酸化炭素、フレオンガスなどを用いることができる。また、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎなどの空気より分子量の大きい希ガスを用いることができる。特にＸｅは熱伝導率が小さく、例えば１０００℃において１．９×１０−２（Ｗ／Ｋ・ｍ）であり、空気の１００℃における熱伝導率が７．６×１０−２（Ｗ／Ｋ・ｍ）と比較すると１／４である。
さらに、第一の容器内で気体の自然対流が生じることによって反応領域に温度分布が生じないようにするために、気体の層はできるだけ薄くすることが好ましい。例えば、第一の容器内の気体のレイリー数Ｒａが、自然対流発生の指標である臨界レイリー数Ｒａ（＝１７０８）よりも十分小さくなるようにすることができる。レイリー数Ｒａは次式（８）で表される。
Ｒａ＝ｇβρＣｐΔＴｄ３／ｖｋ・・・（8）
ここで、ｇは重力加速度９．８ｍ／ｓ２、βはガスの熱膨張率（１／Ｋ）（これはほぼ１／Ｔ）、ρはガスの密度（ｋｇ／ｍ３）、ΔＴは気体の層の反応近傍と第一の容器の近傍の温度差（Ｋ）、ｄはガス層の厚さ（ｍ）、ｖはガスの動粘性係数（ｍ２／ｓ）、ｋは気体の熱伝導率（Ｊ／ｋｇＫ）である。気体の層の厚さは、
ｄ＜＜{（１７０８）ｖｋ／［ｇρＣｐ（ΔＴ／Ｔ）］}１／３
を満たすような厚みにすることができる。
【００１７】
以下に、本発明の効果を示すために、環境温度(室温)TL＝25 ℃、燃料電池動作温度TH=800 ℃、流路入口での流体圧力がｐ0＝1.05 atm、流路出口での流体圧力が1.25 atm、すなわち圧力損失ｐLoss=0.2 atmである場合を例にとって説明する。流路に生じる圧力差を最小にするためには、式(６)に上記温度、圧力を代入して得られる圧力0.5 atmの気体を封入すればよい。このとき、流路に生じる圧力差の最大値は、式(7)により0.75 atmとなる。これは、第一の容器内部を大気圧よりも低く、例えば、１０Ｐａ以下（即ち、９．８７×１０-5atm以下）といった真空とした場合に流路に生じる圧力差の最大値1.25 atmと比較すると、約40％もの応力軽減となっている。
【００１８】
さらに、第一の容器１と第二の容器２との間の空間２３の気圧は大気圧よりも低くされている。この気圧が低くされた空間２３の圧力は、１０Ｐａ以下であり、さらに１Ｐａ以下であることがより好ましい。また、第一の容器１の外壁面と第二の容器２の内壁面との間の距離は、気体分子の平均自由工程と比較して極端に近づけなければ伝熱が増大することなく、例えば数ミリメートルにすることができる。このように第一の容器１の外壁面と第二の容器２の内壁面との間の距離を数ミリメートルとすることにより、第一の容器１から第二の容器２への間隙気体を介した熱伝導を最小限に抑えることができる。
【００１９】
次に、断熱容器１００内に燃料電池２００を収容する手順について説明する。図４(a)〜(g)は、断熱容器１００内に燃料電池２００を収容する手順を示した図である。なお、以下の説明では、第一の容器１及び第二の容器２が金属の場合を例に挙げて説明する。
まず、燃料電池２００の最上面及び最下面に低輻射率層２１３，２１４を形成する（図４(a)参照）。低輻射率層２１３，２１４として形成する金属膜は、蒸着あるいはスパッタ等の手法で形成することができる。また、必要に応じて、低輻射率層２１３，２１４の密着強度を確保するために密着層を、さらには密着層が低輻射率層２１３，２１４に拡散することを防ぐため拡散防止層を形成し、多層膜構造としても良い。
次に、第一の容器１の内壁面（容器本体１１の内壁面及び蓋部１２の下面）に蒸着あるいはスパッタ等の手法で低輻射率層１４として金属膜を形成する（図４(b)参照）。容器本体１１には複数の貫通孔２５５が形成されていて、金属膜はこの貫通孔２５５以外の部分に形成する。そして、燃料電池２００を容器本体１１に収容するとともに、カソード出力電極２５４、アノード出力電極２５３、燃料供給管２１５、燃料排出管２１６、酸素供給管２１７及び酸素排出管２１８を容器本体１１の複数の貫通孔２５５を貫通させて取り付ける（図４(c)参照）。第一の容器１と各管２１５〜２１８とは絶縁材、例えば、ガラス材やセラミック材で気密封止する。その後、蓋部１２で容器本体１１の開口を塞ぎ、真空チャンバ内に入れて真空排気する。このとき表面吸着ガスを脱離するために例えば８００℃でアニールしても良い、その後、真空チャンバ内に気体１６を導入する。気体１６としては、例えば、０．２７気圧のキセノンガスを用いることができる。あるいは、燃料電池２００の動作温度、例えば８００℃において１気圧のキセノンガスを充填しても良い。その後、真空チャンバ内において、例えばレーザビーム溶接、アーク溶接などを用いて容器本体１１と蓋部１２とを気密溶接する（図４(d)参照）。
【００２０】
続いて、気密溶接された第一の容器１の外壁面と第二の容器２（容器本体１１の内壁面及び蓋部１２の下面）の内壁面に、蒸着あるいはスパッタ等の手法により低輻射率層１５，２４として金属膜を形成する（図４(e)、(f)参照）。容器本体２１には複数の貫通孔２５６形成されていて、金属膜はこの貫通孔２５６以外の部分に形成する。外壁面に低輻射率層１５を形成した第一の容器１は、第二の容器２の容器本体２１に収容するとともに、燃料供給管２１５、燃料排出管２１６、酸素供給管２１７及び酸素排出管２１８を容器本体２１の複数の貫通孔２５６を貫通させて、第二の容器２と各管２１５〜２１８とは絶縁材、例えば、ガラス材やセラミック材で気密封止する。また、このとき薄膜ヒータ用電極２５１，２５２も貫通孔２５６を貫通させておく。その後、蓋部２２で容器本体２１の開口を塞ぎ、真空チャンバ内に入れて真空排気する。このとき表面吸着ガスを脱離するために例えば８００℃でアニールしても良い。その後、例えばレーザビーム溶接、電子ビーム溶接などを用いて容器本体２１と蓋部２２とを気密溶接する（図４(g)参照）。
【００２１】
次に、燃料電池２００を備えた反応装置３００の動作について図１及び図２に基づいて説明する。
まず、薄膜ヒータ兼温度センサ２１０，２１２に接続された薄膜ヒータ用電極２５１，２５２に電圧を印加して薄膜ヒータ兼温度センサ２１０，２１２を発熱させることにより燃料電池２００を６００〜８００℃程度に加熱した状態で、改質ガスを燃料供給管２１５から燃料供給流路２０５に供給し、図示しない空気ポンプを駆動して、酸素を含む空気を酸素供給管２１７から酸素供給流路２０７に供給する。このようにして燃料電池２００に供給された改質ガス及び空気による化学反応式（１）〜（３）の電気化学反応により電力が取り出される。なお、電気化学反応で使用されなかった改質ガスや酸素を含む空気は、それぞれ燃料排出管２１６や酸素排出管２１８から断熱容器１００の外部に排出される。
【００２２】
以上のように、燃料電池２００を収容する第一の容器１と、第一の容器１を収容する第二の容器２とを備え、第一の容器１と燃料電池２００との間の空間１３に気体１６が充填され且つ密封され、第一の容器１と第二の容器２との間の空間２３の気圧は大気圧よりも低くされているので、燃料電池２００の燃料供給流路２０５及び酸素供給流路２０７の壁面２０５a，２０６ａ，２０７aおよび２０８ａに加わる圧力と、第一の容器１の空間１３内の圧力との差圧による応力の軽減を図ることができるので、壁面２０５ａ，２０６ａ，２０７ａおよび２０８ａを薄くすることができる。その結果、燃料電池２００全体の薄型化を図ることができるとともに、燃料電池２００の熱容量を削減することができる。同時に、燃料電池２００を内包する第一の容器１の周囲の気圧を大気圧よりも低くすることにより断熱しているので、反応領域から周辺環境への熱の散逸を抑制することができ、ひいては、反応領域の昇温速度を速くすることができる。
特に、燃料電池２００の各流路２０５，２０７の壁面２０５a，２０６ａ，２０７aおよび２０８ａに生じる応力が、破壊応力以下となるように気体１６の圧力が調整されているので、各流路２０５，２０７が破壊されることを防止しながら、薄型化を図ることができる。
また、第一の容器１の空間１３内に封入する気体１６をキセノンとすることにより、燃料電池２００から気体１６を介した第一の容器１への熱量の移動を抑制することができるので、反応領域から周囲環境への熱の散逸を抑制し、ひいては、反応領域の昇温速度を速くすることができる。
さらに、第一の容器１の内壁面、外壁面及び第二の容器２の内壁面に、低輻射率層１４，１５，２４がそれぞれ形成されているので、燃料電池２００からの輻射伝熱を抑えることができる。そして、第一の容器１及び第二の容器２の内部を大気圧よりも低くすることによる断熱と低輻射率層１４，１５，２４による輻射断熱を組み合わせた高い断熱性能によっても、燃料電池２００の昇温速度を速くすることができる。
【００２３】
（変形例１）
図５は断熱容器１００Ａ内に燃料電池（反応器）２００Ａ、改質器（反応器）４００Ａ、触媒燃焼器（反応器）５００Ａが収容された反応装置３００Ａを搭載した携帯用の電子機器１０００Ａを示すブロック図であり、図６は、電子機器１０００Ａに搭載された反応装置３００Ａの内部構造を示す概略断面図である。この電子機器１０００Ａは、例えばノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、電子手帳、デジタルカメラ、携帯電話機、腕時計、レジスタ及びプロジェクタ等といった携帯型の電子機器である。
【００２４】
電子機器１０００Ａは、電子機器本体９０１Ａ、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０２Ａ、二次電池９０３Ａ等と、後述の反応装置３００Ａとを備える。電子機器本体９０１ＡはＤＣ／ＤＣコンバータ９０２Ａまたは二次電池９０３Ａにより供給される電力により駆動する。ＤＣ／ＤＣコンバータ９０２Ａは反応装置３００Ａにより生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換したのちに電子機器本体９０１Ａに供給する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０２Ａは反応装置３００Ａにより生成された電気エネルギーを二次電池９０３Ａに充電し、反応装置３００Ａが動作していない時に、二次電池９０３Ａに蓄電された電気エネルギーを電子機器本体９０１Ａに供給する。
【００２５】
変形例１では、燃料電池２００Ａは、固体酸化物型燃料電池であり、断熱容器１００Ａは、固体酸化物型燃料電池２００Ａを収容する第一の容器１ａＡと、改質器４００Ａ及び触媒燃焼器５００Ａを収容する第一の容器１ｂＡと、を備え、これら二つの第一の容器１aＡ，１bＡが第二の容器２Ａに収容されている。第一の容器１aＡと固体酸化物型燃料電池２００Ａとの間の空間１３ａＡに気体１６ａＡが充填され且つ密封され、第一の容器１ｂＡと改質器４００Ａ及び触媒燃焼器５００Ａとの間の空間１３ｂＡに気体１６ｂＡが充填され且つ密封され、二つの第一の容器１ａＡ，１ｂＡと第二の容器２Ａとの間の空間２３Ａの気圧は大気圧よりも低くされている。改質器４００Ａと燃料電池２００Ａとは燃料供給管２１５Ａにより連結され、触媒燃焼器５００Ａと燃料電池２００Ａとは燃料排出管２１６Ａ及び酸素排出管２１８Ａにより連結されている。また、燃料電池２００Ａは、空気ポンプ（図示しない）に接続された酸素供給管２１７Ａが連結され、改質器４００Ａには混合気供給管４０１Ａが連結され、触媒燃焼器５００Ａにはオフガス排出管５０１Ａが接続されている。
固体酸化物型燃料電池２００Ａ、第一の容器１aＡ，１bＡ及び第二の容器２Ａの構成は、上述した第一の実施の形態の固体酸化物型燃料電池２００、第一の容器１及び第二の容器２と同様のため、同様の構成部分については同様の数字に英字Ａ、又は第一の容器１aＡ，１bＡにおいてはaＡ，bＡを付してその説明を省略する。
【００２６】
改質器４００Ａは、燃料容器６００Ａ（図５参照）に貯蔵されている燃料が、ポンプ７００Ａによって気化器８００Ａに供給され、気化器８００Ａで気化された後、気化した混合気が混合気供給管４０１Ａを介して送り込まれる。ここで、燃料とは、化学燃料単体、あるいは化学燃料（原燃料）と水との混合物であり、化学燃料としては、例えばメタノール、エタノール等のアルコール類やガソリンといった水素元素を含む化合物を使用することができる。なお、化学燃料と水とを別々の容器に貯蔵しても良い。
改質器４００Ａは、図示しないが、内部の流路の壁面に触媒が担持されており、また、薄膜ヒータ兼温度センサが設けられている。そして、気化器から送られてきた混合気を、薄膜ヒータ兼温度センサの熱により約３００〜４００℃程度に加熱し、流路内の触媒により化学反応式（９）に示すように改質反応が起こり、化学反応式（９）についで逐次的に化学反応式（１０）が起こる。その結果、水素、二酸化炭素及び副生成物である微量な一酸化炭素等の改質ガスが生成される。生成された改質ガスは、燃料供給管２１５Ａを介して燃料電池２００Ａに送り込まれる。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ２・・・（9）
Ｈ２＋ＣＯ２→Ｈ２Ｏ＋ＣＯ・・・（10）
【００２７】
燃料電池２００Ａの燃料極では次の電気化学反応式（１１）、（１２）に示す反応、酸素極では次の電気化学反応式（１３）に示す反応が起こる。また、生成した電子はアノード出力電極に供給され、生成した酸素イオンは電解質を通過して燃料極に供給される。
Ｈ2＋Ｏ2-→Ｈ2Ｏ＋２ｅ- …（11）
ＣＯ＋Ｏ2-→ＣＯ2＋２ｅ- …（12）
１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｏ2- …（13）
【００２８】
触媒燃焼器５００Ａは改質器４００Ａを加熱して化学反応式（９）の反応を良好に行うために必要な温度に設定する。また、燃料電池２００Ａの燃料排出管２１６Ａから排出されたオフガスである反応に使用されなかった水素及び反応により生成された水蒸気や二酸化炭素と、酸素排出管２１８Ａから排出されたオフガスである発電によって酸素濃度が低減された空気とが、触媒燃焼器５００Ａに送り込まれて再び燃焼し、このときの燃焼熱によって改質器４００Ａを加熱している。また、燃焼に使用されなかった水素、二酸化炭素、酸素を含む空気等のオフガスや燃焼によって生成された水等は、排出物としてオフガス排出管５０１Ａを介して断熱容器１００Ａの外部に排出される。
【００２９】
なお、気化器も改質器４００Ａと同様に薄膜ヒータ兼温度センサ（図示しない）が設けられており、これら薄膜ヒータ兼温度センサの電気抵抗値は温度に依存するので、薄膜ヒータ兼温度センサが気化器、改質器４００Ａの温度を測定する温度センサとしても機能する。
【００３０】
（変形例２）
図７は、断熱容器１００Ｄ内に燃料電池（反応器）２００Ｄ、改質器（反応器）４００Ｄ、触媒燃焼器（反応器）５００Ｄが収容された反応装置３００Ｄを搭載した携帯用の電子機器１０００Ｄを示すブロック図であり、図８は、電子機器１０００Ｄに搭載された反応装置３００Ｄの内部構造を示す概略断面図である。
変形例２と上述の変形例１との違いは、改質器４００Ｄ及び触媒燃焼器５００Ｄを収容する第一の容器を備えない点である。図７及び図８における各構成に関しては、それぞれ図５及び図６において対応する構成の各符号の末尾「Ａ」を「Ｄ」に変更したものを付してその説明を省略する。
【００３１】
図７及び図８に示すように、変形例２の反応装置３００Ｄは、固体酸化物型燃料電池２００Ｄを収容する第一の容器１Ｄと、第一の容器１Ｄ、改質器４００Ｄ及び触媒燃焼器５００Ｄを収容する第二の容器２Ｄとを備え、第一の容器１Ｄ、改質器４００Ｄ及び触媒燃焼器５００Ｄと、第二の容器２Ｄとの間の空間２３Ｄの気圧は大気圧よりも低くされている。改質器４００Ｄと燃料電池２００Ｄとは燃料供給管２１５Ｄにより連結され、触媒燃焼器５００Ｄと燃料電池２００Ｄとは燃料排出管２１６Ｄ及び酸素排出管２１８Ｄにより連結されている。また、空気ポンプ（図示しない）に接続されて燃料電池２００Ｄに酸素を含む空気を供給する酸素供給管２１７Ｄは燃料電池２００Ｄの酸素供給流路２０７Ｄ（図示しない）に接続され、ポンプ７００Ｄに接続されて燃料電池２００Ｄに改質ガスを供給する燃料供給管２１５Ｄは燃料電池２００Ｄの燃料供給流路２０５Ｄ（図示しない）に接続されている。
【００３２】
ここで、固体酸化物型燃料電池２００Ｄは、改質器４００Ｄ及び触媒燃焼器５００Ｄと比べてより高温で動作するため、動作温度まで昇温するのにより多く時間がかかる。従って、反応装置３００Ｄ並びに電子機器１０００Ｄの起動時間を早くするためには、固体酸化物型燃料電池２００Ｄの昇温時間を速くするとよい。
変形例２は、昇温時間がより短いより低温の反応装置を収容する第一の容器を備えずに、昇温時間がより長いより高温の反応装置を収容する第一の容器を備えるようにしたので、上述の変形例１と同様、反応領域の熱容量が増大することを抑制しつつ昇温速度を速くすることができることに加えて、改質器４００Ｄ及び触媒燃焼器５００Ｄを収容する第一の容器を備えないので、部品点数を減らすことができ、ひいては、歩留まりを低減することができる。
【００３３】
[第二の実施の形態]
図９は、断熱容器１００Ｂ内に燃料電池（反応器）２００Ｂが収容された反応装置３００Ｂの内部構造を示す縦断面図、図１０(a)は、切断線X(a)−X(a)に沿って切断した際の矢視断面図、図１０(b)は、切断線X(b)−X(b)に沿って切断した際の矢視断面図である。
第二の実施の形態では、第一の実施の形態と異なり、第一の容器１Ｂ内に収容された燃料電池２００Ｂの酸素供給流路２０７Ｂが、第一の容器１Ｂと燃料電池２００Ｂとの間の空間１３Ｂに連通している。そして、酸素供給管２１７Ｂは、酸素供給流路２０７Ｂに直接、連結しておらず、第一の容器１Ｂの空間１３Ｂ内に連通している。その他は、第一の実施の形態と同様の構成であるので、同様の構成部分には同様の数字に英字Ｂを付してその説明を省略する。
【００３４】
なお、第一の容器１Ｂの容器本体１１Ｂと蓋部１２Ｂとを溶接する場合は、第一の実施の形態と同様に真空中で行うことができるが、不活性ガス雰囲気中で行っても良い。溶接方法としては、電子ビーム溶接、レーザー溶接、アーク溶接等が挙げられる。
【００３５】
以上のように、燃料電池２００Ｂを収容する第一の容器１Ｂと、第一の容器１Ｂを収容する第二の容器２Ｂとを備え、燃料電池２００Ｂの酸素供給流路２０７Ｂが、燃料電池２００Ｂと第一の容器１Ｂとの間の空間１３Ｂに連通し、第一の容器１Ｂと第二の容器２Ｂとの間の空間２３Ｂの気圧は大気圧よりも低くされているので、第一の容器１Ｂの空間１３Ｂ内に酸素を含む空気を送ることで、酸素極２０３Ｂへ酸素を含む空気が送られるため、酸素供給流路２０７Ｂを形成する壁面２０７aＢ，２０８ａＢへの内外の圧力は常にほぼ同じにすることができ、圧力差による応力を第一の実施の形態と比べて大きく低減し、ほぼゼロにすることができる。また、燃料極２０２Ｂ側の燃料供給流路２０５Ｂの壁面２０５aＢ，２０６ａＢへの内外の圧力も、第一の容器１Ｂの空間１３Ｂに充填された酸素を含むガスの圧力と、燃料供給流路２０５Ｂ内を流通する改質ガスの圧力とがほぼ同じであるので、その圧力差による応力をほぼゼロにすることができる。したがって、この場合も、燃料電池２００Ｂの各流路２０５Ｂ，２０７Ｂの壁面２０５aＢ，２０６ａＢ，２０７aＢおよび２０８ａＢに加わる圧力と、第一の容器１Ｂの空間１３Ｂ内の圧力との差圧による応力の軽減を図ることができるので、壁面２０５ａＢ，２０６ａＢ，２０７ａＢおよび２０８ａＢを薄くすることができる。
したがって、燃料電池２００Ｂ全体の薄型化を図ることができるとともに、燃料電池２００Ｂの熱容量を削減することができる。同時に、燃料電池２００Ｂを内包する第一の容器１の周囲を大気圧よりも低くすることにより断熱しているので、反応領域から周辺環境への熱の散逸を抑制することができ、ひいては、反応領域の昇温速度を速くすることができる。そして、第一の容器１及び第二の容器２の内部を大気圧よりも低くすることによる断熱と低輻射率層１４Ｂ，１５Ｂ，２４Ｂによる輻射断熱を組み合わせた高い断熱性能によっても、燃料電池２００Ｂの昇温速度を速くすることができる。
【００３６】
（変形例３）
図１１は、断熱容器１００Ｃ内に燃料電池（反応器）２００Ｃ、改質器（反応器）４００Ｃ、触媒燃焼器（反応器）５００Ｃが収容された反応装置３００Ｃを搭載した携帯用の電子機器１０００Ｃを示すブロック図であり、図１２は、電子機器１０００Ｃに搭載された反応装置３００Ｃの内部構造を示す概略断面図である。
変形例３では、燃料電池２００Ｃは、固体酸化物型燃料電池であり、断熱容器１００Ｃは、固体酸化物型燃料電池２００Ｃを収容する第一の容器１ａＣと、改質器４００Ｃ及び触媒燃焼器５００Ｃを収容する第一の容器１ｂＣと、を備え、これら二つの第一の容器１aＣ，１bＣが第二の容器２Ｃに収容されている。二つの第一の容器１ａＣ，１ｂＣと第二の容器２Ｃとの間の空間２３Ｃの気圧は大気圧よりも低くされている。改質器４００Ｃと燃料電池２００Ｃとは燃料供給管２１５Ｃにより連結され、触媒燃焼器５００Ｃと燃料電池２００Ｃとは燃料排出管２１６Ｃ及び酸素排出管２１８Ｃにより連結されている。また、空気ポンプ（図示しない）に接続されて燃料電池２００Ｃに酸素を含む空気を供給する酸素供給管２１７Ｃ及び酸素供給流路（図示しない）は、第二の実施の形態と同様に、第一の容器１Ｃと燃料電池２００Ｃとの間の空間１３Ｃに連通し、酸素供給管２１７Ｃ及び酸素供給流路と、空間１３Ｃ内とで空気が共有されている。
その他、固体酸化物型燃料電池２００Ｃ、第一の容器１Ｃ及び第二の容器２Ｃの構成は、上述した第一の実施の形態の固体酸化物型燃料電池２００、第一の容器１及び第二の容器２と同様であり、改質器４００Ｃや触媒燃焼器５００Ｃは変形例１の改質器４００Ａや触媒燃焼器５００Ａと同様のため、同様の数字に英字Ｃ、又は第一の容器１aＣ，１bＣにおいてはaＣ，bＣを付してその説明を省略する。
【００３７】
（変形例４）
図１３は、断熱容器１００Ｅ内に燃料電池（反応器）２００Ｅ、改質器（反応器）４００Ｅ、触媒燃焼器（反応器）５００Ｅが収容された反応装置３００Ｅを搭載した携帯用の電子機器１０００Ｅを示すブロック図であり、図１４は、電子機器１０００Ｅに搭載された反応装置３００Ｅの内部構造を示す概略断面図である。
変形例４と上述の変形例３との違いは、改質器４００Ｃ及び触媒燃焼器５００Ｃを収容する第一の容器を備えない点である。図１３及び図１４における各構成に関しては、それぞれ図１１及び図１２において対応する構成の各符号の末尾「Ｃ」を「Ｅ」に変更したものを付してその説明を省略する。
【００３８】
図１３及び図１４に示すように、変形例２の反応装置３００Ｅは、固体酸化物型燃料電池２００Ｅを収容する第一の容器１Ｅと、第一の容器１Ｅ、改質器４００Ｅ及び触媒燃焼器５００Ｅを収容する第二の容器２Ｅとを備え、第一の容器１Ｅ、改質器４００Ｅ及び触媒燃焼器５００Ｅと、第二の容器２Ｅとの間の空間２３Ｅの気圧は大気圧よりも低くされている。改質器４００Ｅと固体酸化物型燃料電池２００Ｅとは燃料供給管２１５Ｅにより連結され、触媒燃焼器５００Ｅと固体酸化物型燃料電池２００Ｅとは燃料排出管２１６Ｅ及び酸素排出管２１８Ｅにより連結されている。また、空気ポンプ（図示しない）に接続されて固体酸化物型燃料電池２００Ｅに酸素を含む空気を供給する酸素供給管２１７Ｅ及び燃料電池２００Ｅの酸素供給流路２０７Ｅ（図示しない）は、第一の容器１Ｅと固体酸化物型燃料電池２００Ｅとの間の空間に連通され、ポンプ７００Ｅに接続されて燃料電池２００Ｅに改質ガスを供給する燃料供給管２１５Ｅは燃料電池２００Ｅの燃料供給流路２０５Ｅ（図示しない）に接続されている。
【００３９】
変形例４の反応装置３００Ｅ並びに電子機器１０００Ｅは、上述の変形例２と同様の利点を有する。即ち、変形例４の反応装置３００Ｅ並びに電子機器１０００Ｅは、昇温時間がより短いより低温の反応装置を収容する第一の容器を備えずに、昇温時間がより長いより高温の反応装置を収容する第一の容器を備えるようにしたので、上述の変形例１と同様、反応領域の熱容量が増大することを抑制しつつ昇温速度を速くすることができることに加えて、改質器４００Ｅ及び触媒燃焼器５００Ｅを収容する第一の容器を備えないので、部品点数を減らすことができ、ひいては、歩留まりを低減することができる。
【００４０】
なお、上述の第二の実施の形態及び変形例３，変形例４では、第一の容器１Ｂ，１Ｃ，１Ｅ内に収容された燃料電池２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｅの酸素供給流路２０７Ｂ，２０７Ｃ，２０７Ｅ及び酸素供給管２１７Ｂ，２１７Ｃ，２１７Ｅが、第一の容器１Ｂ，１Ｃ，１Ｅと燃料電池２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｅとの間の空間１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｅに連通するようにしたが、これに限るものではない。例えば、図１５及び図１６に示すように、第一の容器１Ｆ内に収容された燃料電池２００Ｆの燃料供給流路２０５Ｆ（図示しない）が、第一の容器１Ｆと燃料電池２００Ｆとの間の空間１３Ｆに連通して、燃料供給管２１５Ｆが、燃料供給流路２０５Ｆに直接連結せずに第一の容器１Ｆの空間１３Ｆ内に連通して、酸素供給管２１７Ｆと酸素供給流路２０７Ｆ（図示しない）とが直接連結するようにしてもよい。
【００４１】
また、上述の変形例１及び変形例３では、一方の第一の容器１aＡ，１Ｄに燃料電池２００Ａ，２００Ｄを収容し、他方の第一の容器１bＡ，１ｂＤに改質器４００Ａ，４００Ｄ及び触媒燃焼器５００Ａ，５００Ｄを収容し、これら二つの第一の容器１aＡ，１bＡ又は１Ｄ，１bＤを第二の容器２Ａ，２Ｄにそれぞれ収容するとしたが、これに限らず、一つの第一の容器に複数の反応器を収容し、この第一の容器を第二の容器に収容してもよく、また、反応器及び第一の容器の個数は適宜変更してよい。さらに、収容する反応器は異なる機能を有するものに限らず、同じ機能を有するものであってもよい。また、上述の変形例２及び変形例４においても、同様に適宜変更してよい。
さらに、上述の第一の実施の形態、第二の実施の形態、変形例１乃至４においては、燃料電池はいずれも固体酸化物型であるとして説明したが、本発明は、固体酸化物型燃料電池に限らず、固体高分子型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池等にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】断熱容器１００内に燃料電池２００が収容された反応装置３００の内部構造を示す縦断面図である。
【図２】(a)は、図１の切断線II(a)−II(a)に沿って切断した際の矢視断面図、(b)は、切断線II(b)−II(b)に沿って切断した際の矢視断面図である。
【図３】第一の容器１の空間１３に充填する気体の圧力範囲を示したグラフである。
【図４】(a)〜(g)は、断熱容器１００内に燃料電池２００を収容する手順を示した図である。
【図５】断熱容器１００Ａ内に燃料電池２００Ａ、改質器４００Ａ、触媒燃焼器５００Ａが収容された反応装置３００Ａを搭載した携帯用の電子機器１０００Ａを示すブロック図である
【図６】電子機器１０００Ａに搭載された反応装置３００Ａの内部構造を示す概略断面図である。
【図７】断熱容器１００Ｄ内に燃料電池２００Ｄ、改質器４００Ｄ、触媒燃焼器５００Ｄが収容された反応装置３００Ｄを搭載した携帯用の電子機器１０００Ｄを示すブロック図である
【図８】電子機器１０００Ｄに搭載された反応装置３００Ｄの内部構造を示す概略断面図である。
【図９】断熱容器１００Ｂ内に燃料電池２００Ｂが収容された反応装置３００Ｂの内部構造を示す縦断面図である。
【図１０】(a)は、図９の切断線X(a)−X(a)に沿って切断した際の矢視断面図、(b)は、切断線X(b)−X(b)に沿って切断した際の矢視断面図である。
【図１１】断熱容器１００Ｃ内に燃料電池２００Ｃ、改質器４００Ｃ、触媒燃焼器５００Ｃが収容された反応装置３００Ｃを搭載した携帯用の電子機器１０００Ｃを示すブロック図である。
【図１２】電子機器１０００Ｃに搭載された反応装置３００Ｃの内部構造を示す概略断面図である。
【図１３】断熱容器１００Ｅ内に燃料電池２００Ｅ、改質器４００Ｅ、触媒燃焼器５００Ｅが収容された反応装置３００Ｅを搭載した携帯用の電子機器１０００Ｅを示すブロック図である。
【図１４】電子機器１０００Ｅに搭載された反応装置３００Ｅの内部構造を示す概略断面図である。
【図１５】断熱容器１００Ｆ内に燃料電池２００Ｆ、改質器４００Ｆ、触媒燃焼器５００Ｆが収容された反応装置３００Ｆを搭載した携帯用の電子機器１０００Ｆを示すブロック図である。
【図１６】電子機器１０００Ｆに搭載された反応装置３００Ｆの内部構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１，１aＡ，１bＡ，１Ｂ，１aＣ，１bＣ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ 第一の容器
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ 第二の容器
１３，１３aＡ，１３bＡ，１３Ｂ，１３aＣ，１３bＣ，１３Ｄ，１３Ｅ，１３Ｆ 空間
１４，１４aＡ，１４bＡ，１４Ｂ，１４aＣ，１４bＣ，１４Ｄ，１４Ｅ，１４Ｆ 低輻射率層
１５，１５aＡ，１５bＡ，１５Ｂ，１５aＣ，１５bＣ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｆ 低輻射率層
２３，２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅ，２３Ｆ 空間
２４，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆ 低輻射率層
１６，１６ａＡ，１６ｂＡ，１６Ｂ，１６ａＣ，１６ｂＣ，１６Ｄ，１６Ｅ，１６Ｆ 気体
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ 断熱容器
２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｄ，２００Ｅ，２００Ｆ 燃料電池（反応器）
２０５，２０５Ａ，２０５Ｂ，２０５Ｃ，２０５Ｄ，２０５Ｅ，２０５Ｆ 燃料供給流路
２０７，２０７Ａ，２０７Ｂ，２０７Ｃ，２０７Ｄ，２０７Ｅ，２０７Ｆ 酸素供給流路
３００，３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｃ，３００Ｄ，３００Ｅ，３００Ｆ 反応装置
４００Ａ，４００Ｃ，４００Ｄ，４００Ｅ，４００Ｆ 改質器（反応器）
５００Ａ，５００Ｃ，５００Ｄ，５００Ｅ，５００Ｆ 触媒燃焼器（反応器）
９０１Ａ，９０１Ｃ，９０１Ｄ，９０１Ｅ，９０１Ｆ 電子機器本体
１０００Ａ，１０００Ｃ，１０００Ｄ，１０００Ｅ，１０００Ｆ 電子機器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応物の反応を起こす反応器を収容する反応装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学反応の技術分野では、種々の混合物質を流路に供給し、電熱ヒータなどで温度管理された流路内に設けられた触媒による化学反応を起こさせて、所望の反応物質を生成する化学反応装置あるいは電力を発生する電力発生器が知られている。このような化学反応装置には、例えば、水素原子を含む有機化合物をもとに水素を主成分とするガスを生成する改質器や、水素と酸素から電力を発生する燃料電池がある。
ここで、所望の化学反応を持続させるためには、高温の反応領域を必要とする。例えば、メタノールを水蒸気改質反応によって水素に改質する場合には約３００℃、固体酸化物燃料電池によって水素と酸素から電力を得る場合には約８００℃に、反応領域の温度を保持しなければならない。これらの温度への昇温あるいは温度維持に必要な熱量は、抵抗発熱体への電力供給による発熱や、触媒燃焼反応の燃焼熱などによって供給される。システムの熱効率を良くするためには、反応温度への昇温及び温度維持に必要な熱量をできる限り抑制する必要がある。反応領域から周囲環境への熱の散逸を抑えるために、例えば、高温領域である改質器を容器内殻に収容し、さらに容器内殻を容器外殻に収容し、容器内殻及び容器外殻の間に位置する間隙層を大気圧よりも低く真空圧にする方法が知られている（特許文献参照）。
【特許文献１】特開２００６−１５６０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、化学反応装置において装置の起動時間を短縮することが好ましい。起動時間の短縮を実現するために、昇温速度を上げることとなるが、その手段として、反応領域の熱容量を削減することが考えられる。そのためには、反応領域の体積を小さくするとよいが、体積が小さくなると、特に平板型の反応装置の場合、反応領域の内部と外部を仕切る壁が薄くなるため、強度が弱くなってしまう。
一方、昇温速度を上げる手段として、熱量が供給される反応領域を断熱して、反応領域から周囲環境への熱の散逸を抑制することが考えられる。そのためには、反応領域の周囲を例えば１０Ｐａ以下となるように減圧するとよいが、この場合、上述の反応領域を画定する壁を挟んだ反応ガスの圧力と減圧された反応領域の周囲の圧力との圧力差に起因する応力が増大する。さらに、昇温速度を上げることにより、反応領域を画定する壁に温度分布が生じやすくなり、このためにも、熱ひずみに起因する応力が増大する。そして、これらの増大した応力が反応領域を画定する壁に加わることとなる。
従って、従来昇温速度を速くするため真空圧にすることにより断熱を行うと、壁に加えられる応力が増大するため、壁の厚みをある程度厚くする必要があり、これにより壁の熱容量が増大してしまい、これに伴い昇温速度も遅くなってしまうというジレンマがあった。 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、反応領域の熱容量が増大することを抑制しつつ昇温速度を速くすることができる反応装置及び電子機器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、請求項１の発明の反応装置は、
反応物の反応を起こす反応器と、
前記反応器を収容する第一の容器と、
前記第一の容器を収容する第二の容器と、を備え、
前記反応器と前記第一の容器との間の空間に気体が充填され且つ密封され、
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の気圧は大気圧よりも低いことを特徴とする。
【０００５】
請求項２の発明は、請求項１に記載の反応装置において、
前記反応器は、反応物が流通する流路を有し、
前記気体は、前記反応物の圧力と前記気体の圧力との差によって前記流路を構成する壁に生じる応力が前記壁の破壊応力以下となるように前記気体の圧力が調整されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の反応装置において、
前記気体は、空気より熱伝導率が小さいことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３に記載の反応装置において、
前記気体は、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ、二酸化炭素、フレオンガスのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする。
請求項５の発明の反応装置は、
反応物の反応を起こす反応器と、
前記反応器を収容する第一の容器と、
前記第一の容器を収容する第二の容器と、を備え、
前記反応器は、前記反応物が流通する流路を有し、
前記反応器の流路は、前記反応器と前記第一の容器との間の空間に連通しており、
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の気圧は大気圧よりも低いことを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の圧力が、１０Ｐａ以下であることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記第一の容器の内壁面の一部と、前記第一の容器の外壁面の一部と、前記第二の容器の内壁面の一部と、のうちいずれか少なくとも一つが、前記第二の容器の外壁面よりも輻射率が低いことを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項７に記載の反応装置において、
前記第二の容器の外壁面よりも輻射率の低い領域には、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｌを含む低輻射率層が形成されていることを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記第一の容器の内壁面の一部と、前記第一の容器の外壁面の一部と、前記第二の容器の内壁面の一部と、のうちいずれか少なくとも一つが、鏡面加工されていることを特徴とする。
請求項１０の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記反応器に供給する反応物が流通する供給管を更に備え、
前記供給管は前記流路に接続していることを特徴とする。
請求項１１の発明は、請求項５に記載の反応装置において、
前記反応器に供給する反応物が流通する供給管を更に備え、
前記供給管は前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間に連通していることを特徴とする。
請求項１２の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記反応物は、酸素を含むことを特徴とする。
請求項１３の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記反応物は、水素を含むことを特徴とする。
請求項１４の発明は、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記反応器は燃料と酸素の電気化学反応により電力を生成する燃料電池であることを特徴とする。
請求項１５の発明の電子機器は、
請求項１４に記載の反応装置と、
前記燃料電池により生成された電力により動作する電子機器本体と、を備え、
前記燃料電池と前記第一の容器との間の空間に気体が充填され且つ密封され、
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の気圧は大気圧よりも低いことを特徴とする。
請求項１６の発明は、請求項１５に記載の電子機器において、
前記燃料のもとなる原燃料から改質ガスを生成する改質器と、
前記燃料電池から排出されたオフガスを燃焼する触媒燃焼器と、を更に備え、
前記改質器及び前記触媒燃焼器は、前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間に配置されていることを特徴とする。
請求項１７の発明の電子機器は、
燃料と酸素の電気化学反応により電力を生成する燃料電池を収容する第一の容器と、
前記第一の容器を収容する第二の容器と、
前記燃料のもとなる原燃料から改質ガスを生成する改質器と、
前記燃料電池から排出されたオフガスを燃焼する触媒燃焼器と、
前記燃料電池により生成された電力により動作する電子機器本体と、を備え、
前記燃料電池と前記第一の容器との間の空間に気体が充填され且つ密封され、
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の気圧は大気圧よりも低く、
前記改質器及び前記触媒燃焼器は、前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間に配置されていることを特徴とする。
請求項１８の発明は、請求項１７に記載の電子機器において、
前記燃料電池は、燃料又は酸素が流通する流路を有し、
前記気体は、前記反応物の圧力と前記気体の圧力との差によって前記流路を構成する壁に生じる応力が前記壁の破壊応力以下となるように前記気体の圧力が調整されていることを特徴とする。
請求項１９の発明の電子機器は、
燃料と酸素の電気化学反応により電力を生成する燃料電池を収容する第一の容器と、
前記第一の容器を収容する第二の容器と、
前記燃料のもとなる原燃料から改質ガスを生成する改質器と、
前記燃料電池から排出されたオフガスを燃焼する触媒燃焼器と、
前記燃料電池により生成された電力により動作する電子機器本体と、を備え、
前記燃料電池は、前記燃料又は酸素が流通する流路を有し、
前記燃料電池の流路は、前記燃料電池と前記第一の容器との間の空間に連通しており、
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の気圧は大気圧よりも低いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、反応領域の熱容量が増大することを抑制しつつ昇温速度が速くされた反応装置及び電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【０００８】
[第一の実施の形態]
図１は、断熱容器１００内に燃料電池（反応器）２００が収容された反応装置３００の内部構造を示す縦断面図、図２(a)は、切断線II(a)−II(a)に沿って切断した際の矢視断面図、図２(b)は、切断線II(b)−II(b)に沿って切断した際の矢視断面図である。
反応装置３００は、断熱容器１００と、断熱容器１００内に収容された燃料電池２００と、を備える。
【０００９】
燃料電池２００は、固体酸化物型燃料電池であり、固体酸化物電解質２０１の両面に燃料極（アノード）２０２及び酸素極（カソード）２０３が形成された単電池２０４を備え、燃料極２０２に改質ガスを供給する燃料供給流路２０５が設けられた燃料極セパレータ２０６と、酸素極２０３に酸素を供給する酸素供給流路２０７が設けられた酸素極セパレータ２０８と、が積層され、外周部が封止材（図示しない）により封止されて各流路２０５，２０７内の気密性を保持している。
燃料供給流路２０５内には、絶縁膜２０９が形成され、絶縁膜２０９の表面に薄膜ヒータ兼温度センサ２１０が形成されている。また。酸素供給流路２０７内にも、絶縁膜２１１が形成され、絶縁膜２１１の表面に薄膜ヒータ兼温度センサ２１２が形成されている。
薄膜ヒータ兼温度センサ２１０，２１２は燃料電池２００の動作温度である６００〜８００℃まで燃料電池２００を加熱する。絶縁膜２０９，２１１は、各セパレータ２０６，２０８と薄膜ヒータ兼温度センサ２１０，２１２との電気的絶縁をしており、例えばＳｉＯ2等を用いることができ、薄膜ヒータ兼温度センサ２１０，２１２には、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ等を使用することができる。また、薄膜ヒータ兼温度センサ２１０，２１２に、外部から電力を供給するための薄膜ヒータ用電極２５１，２５２が接続されている。
【００１０】
固体酸化物電解質２０１には、ジルコニア系の（Ｚｒ1-xＹx）Ｏ2-x/2（ＹＳＺ）、ランタンガレード系の（Ｌａ1-xＳｒx）（Ｇａ1-y-zＭｇyＣｏz）Ｏ3や、その他、セリア系の電解質を用いることができる。燃料極２０２にはＬａ0.84Ｓｒ0.16ＭｎＯ3、Ｌａ（Ｎｉ，Ｂｉ）Ｏ3、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ3、Ｉｎ2Ｏ3＋ＳｎＯ2、ＬａＣｏＯ3等を、酸素極２０３にはＮｉ、Ｎｉ＋ＹＳＺ等を用いることができる。また、燃料極セパレータ２０６及び酸素極セパレータ２０８にはランタンクロマイト系のＬａＣｒ（Ｍｇ）Ｏ3、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｒＯ3等、ニッケル系合金のＮｉＡｌ＋Ａｌ2Ｏ3等、その他、フェライト系合金、クロム系合金、チタネート系等をそれぞれ用いることができる。これらの構成材料は、固体酸化物型燃料電池２００の熱容量を削減し、かつ、反応領域の温度を均一にするために薄く作られる。なお、図１では、単セルを例として示しているが、この構造を複数積層して多層セルとしても良い。
【００１１】
そして、燃料電池２００の最上面及び最下面に、輻射によって燃料電池２００から熱量が散逸することを抑えるために、第一の容器１の外壁面よりも輻射率の低い低輻射率層２１３，２１４が形成されている。低輻射率層２１３，２１４には、赤外領域において輻射率が数％程度と小さい金属膜を用いることが好ましく、例えば、Ａｕ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ等を用いることができる。特に、Ａｕは赤外領域で輻射率が約２％程度と金属の中でも非常に小さく低輻射率層２１３，２１４に最適である。また、この赤外線反射膜の密着強度を高めるために、成膜する面と赤外線反射膜との間に密着層（図示しない）を形成しても良い。密着層としては、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ等を用いることができる。
なお、低輻射率層２１３，２１４として形成する金属膜は、燃料電池２００の最上面及び最下面の全面のうち少なくとも一部に形成すれば良い。さらに、低輻射率層２１３，２１４として、金属膜以外に鏡面加工を施すなどして輻射率を低減しても良い。
【００１２】
また、燃料供給流路２０５には、改質器（図示しない）に連結されて改質器で生成された改質ガス（水素）が供給される燃料供給管２１５と、発電に使用されなかった未反応の改質ガス（水素）を排出する燃料排出管２１６とが連結されている。また、酸素供給流路２０７には、酸素を供給する酸素供給管２１７と、発電に使用されなかった未反応の酸素を排出する酸素排出管２１８とが連結されている。
これら燃料供給管２１５、燃料排出管２１６、酸素供給管２１７及び酸素排出管２１８は、後述の第一の容器１及び第二の容器２を貫通して外部に突出している。
【００１３】
上述のように構成された燃料電池２００は、酸素極２０３には空気が酸素供給流路２０７を介して送られる。酸素極２０３では空気中の酸素とカソード出力電極２５４より供給される電子により、次式（１）に示すように酸素イオンが生成される。
Ｏ２+４ｅ-→２Ｏ２-・・・（１）
燃料極２０２には燃料供給流路２０５を介して、改質器から送出された改質ガスが送られる。酸素極２０７では固体酸化物電解質２０１を透過した酸素イオンと、改質ガスとの次式（２）、（３）のような反応が起こる。
Ｈ２+Ｏ２-→Ｈ２Ｏ+２ｅ-・・・（２）
ＣＯ+Ｏ２-→ＣＯ２+２ｅ-・・・（３）
【００１４】
このように、固体酸化物型燃料電池２００では、動作温度が６００〜８００℃と高いために、一酸化炭素をも燃料として用いることができ、発電効率を向上させることができる。なお、発生した電子はアノード出力電極２５３より外部回路を通ってカソード出力電極２５４より酸素極２０３に供給される。
燃料供給流路２０５を通過した改質ガス（オフガス）は外部に排出される。
【００１５】
断熱容器１００は、燃料電池２００を収容する第一の容器１と、第一の容器１を収容する第二の容器２と、を備える。第一の容器１は、上面が開口した箱状の容器本体１１と、容器本体１１の開口を塞ぐ蓋部１２と、を備え、容器本体１１の開口を蓋部１２で塞ぐことによって内部に燃料電池２００を収容する空間１３が形成される。第二の容器２も、上面が開口した箱状の容器本体２１と、容器本体２１の開口を塞ぐ蓋部２２と、を備え、容器本体２１の開口を蓋部２２で塞ぐことによって内部に第一の容器１を収容する空間２３が形成される。また、第一の容器１及び第二の容器２は、ステンレス（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ）やコバール合金等の金属板や、ガラス基板、セラミックス等により形成されている。
第一の容器１の内壁面（容器本体１１の内壁面及び蓋部１２の下面）には、燃料電池２００からの輻射伝熱を抑えるために、低輻射率層１４が形成されている。この低輻射率層１４は、上述の低輻射率層２１３，２１４と同様の構成及び材料である。
さらに、第一の容器１の外壁面及び第二の容器２の内壁面にも、燃料電池２００からの輻射伝熱を抑えるために、低輻射率層１５，２４が形成されている。これら低輻射率層１５，２４は、上述の低輻射率層２１３，２１４と同様の構成であり、材料は上述の材料に加えてＡｌ，Ａｇを使用することができる。
また、低輻射率層１４，１５，２４は、第一の容器１の内壁面、外壁面や第二の容器２の内壁面の少なくとも一部に形成すれば良く、また、金属膜以外に鏡面加工を施すことによって輻射率を低減させても良い。
【００１６】
また、第一の容器１の空間１３には気体１６が充填され且つ密封されている。気体１６は、空気より分子量の大きい希ガスであることが好ましく、特にキセノンがより好ましい。そして、燃料電池２００の燃料供給流路２０５や酸素供給流路２０７内を流通する流体の圧力と、第一の容器１の空間１３に充填される気体１６の圧力との差によって生じる各流路２０５，２０７を形成する壁面２０５a，２０６ａ，２０７aおよび２０８ａに生じる応力が破壊応力以下となるように、気体１６の圧力が調整されている。
具体的に図３を用いて説明すると、流路の破壊限界圧力差をΔ（atm）とする。また、流路の出口における圧力をｐ０、流路で入口と出口における流体の圧力差、すなわち、流路の圧力損失をｐＬｏｓｓ（atm）とする。流路の内壁にかかる圧力は、ｐ０からｐ０+ｐＬｏｓｓの間で分布している。また、燃料電池の動作温度をＴＨ（Ｋ）、室温をＴＬ（Ｋ）、またこれらの比ＴＬ／ＴＨをα（＜１）とする。第一の容器内に室温ＴＬにおいて圧力Ｐのガスを封入した場合、第一の容器内の気体の圧力は室温ＴＬからＴＨまでの間にＰから（１／α）Ｐまで変化する。図３において圧力Ｐの温度変化は一点鎖線で示されている。流路の内外の差圧を破壊限界以内にするためには、圧力Ｐの温度変化（一点鎖線）が、ＴＬからＴＨの温度範囲内で網掛けの中に入っていれば良い。すなわち、
ｐ０+ｐＬｏｓｓ−Ｐ＜Δ、かつ、（１／α）Ｐ−ｐ０＜Δ・・・（４）
であれば良い。例えば、温度ＴＬにおいて気体を封入する場合には、両矢印の範囲で示された圧力の気体を封入することができる。式では以下のように表すことができる。
ｐ０+ｐＬｏｓｓ−Δ＜Ｐ＜α（ｐ０+Δ）・・・（５）
流路に生じる圧力差を最小にする封入気体の圧力は、室温において、
α（２ｐ０+ｐＬｏｓｓ）／（１+α）・・・（６）
となり、このとき生じる最大圧力差は、
{（１−α）ｐ０+ｐＬｏｓｓ}／（１+α）・・・（７）
である。
封入する気体には、燃料電池から気体を介して断熱容器へと伝熱する熱量を抑えるため、空気と比較して熱伝導率の小さい気体を用いる。例えば、二酸化炭素、フレオンガスなどを用いることができる。また、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎなどの空気より分子量の大きい希ガスを用いることができる。特にＸｅは熱伝導率が小さく、例えば１０００℃において１．９×１０−２（Ｗ／Ｋ・ｍ）であり、空気の１００℃における熱伝導率が７．６×１０−２（Ｗ／Ｋ・ｍ）と比較すると１／４である。
さらに、第一の容器内で気体の自然対流が生じることによって反応領域に温度分布が生じないようにするために、気体の層はできるだけ薄くすることが好ましい。例えば、第一の容器内の気体のレイリー数Ｒａが、自然対流発生の指標である臨界レイリー数Ｒａ（＝１７０８）よりも十分小さくなるようにすることができる。レイリー数Ｒａは次式（８）で表される。
Ｒａ＝ｇβρＣｐΔＴｄ３／ｖｋ・・・（8）
ここで、ｇは重力加速度９．８ｍ／ｓ２、βはガスの熱膨張率（１／Ｋ）（これはほぼ１／Ｔ）、ρはガスの密度（ｋｇ／ｍ３）、ΔＴは気体の層の反応近傍と第一の容器の近傍の温度差（Ｋ）、ｄはガス層の厚さ（ｍ）、ｖはガスの動粘性係数（ｍ２／ｓ）、ｋは気体の熱伝導率（Ｊ／ｋｇＫ）である。気体の層の厚さは、
ｄ＜＜{（１７０８）ｖｋ／［ｇρＣｐ（ΔＴ／Ｔ）］}１／３
を満たすような厚みにすることができる。
【００１７】
以下に、本発明の効果を示すために、環境温度(室温)TL＝25 ℃、燃料電池動作温度TH=800 ℃、流路入口での流体圧力がｐ0＝1.05 atm、流路出口での流体圧力が1.25 atm、すなわち圧力損失ｐLoss=0.2 atmである場合を例にとって説明する。流路に生じる圧力差を最小にするためには、式(６)に上記温度、圧力を代入して得られる圧力0.5 atmの気体を封入すればよい。このとき、流路に生じる圧力差の最大値は、式(7)により0.75 atmとなる。これは、第一の容器内部を大気圧よりも低く、例えば、１０Ｐａ以下（即ち、９．８７×１０-5atm以下）といった真空とした場合に流路に生じる圧力差の最大値1.25 atmと比較すると、約40％もの応力軽減となっている。
【００１８】
さらに、第一の容器１と第二の容器２との間の空間２３の気圧は大気圧よりも低くされている。この気圧が低くされた空間２３の圧力は、１０Ｐａ以下であり、さらに１Ｐａ以下であることがより好ましい。また、第一の容器１の外壁面と第二の容器２の内壁面との間の距離は、気体分子の平均自由工程と比較して極端に近づけなければ伝熱が増大することなく、例えば数ミリメートルにすることができる。このように第一の容器１の外壁面と第二の容器２の内壁面との間の距離を数ミリメートルとすることにより、第一の容器１から第二の容器２への間隙気体を介した熱伝導を最小限に抑えることができる。
【００１９】
次に、断熱容器１００内に燃料電池２００を収容する手順について説明する。図４(a)〜(g)は、断熱容器１００内に燃料電池２００を収容する手順を示した図である。なお、以下の説明では、第一の容器１及び第二の容器２が金属の場合を例に挙げて説明する。
まず、燃料電池２００の最上面及び最下面に低輻射率層２１３，２１４を形成する（図４(a)参照）。低輻射率層２１３，２１４として形成する金属膜は、蒸着あるいはスパッタ等の手法で形成することができる。また、必要に応じて、低輻射率層２１３，２１４の密着強度を確保するために密着層を、さらには密着層が低輻射率層２１３，２１４に拡散することを防ぐため拡散防止層を形成し、多層膜構造としても良い。
次に、第一の容器１の内壁面（容器本体１１の内壁面及び蓋部１２の下面）に蒸着あるいはスパッタ等の手法で低輻射率層１４として金属膜を形成する（図４(b)参照）。容器本体１１には複数の貫通孔２５５が形成されていて、金属膜はこの貫通孔２５５以外の部分に形成する。そして、燃料電池２００を容器本体１１に収容するとともに、カソード出力電極２５４、アノード出力電極２５３、燃料供給管２１５、燃料排出管２１６、酸素供給管２１７及び酸素排出管２１８を容器本体１１の複数の貫通孔２５５を貫通させて取り付ける（図４(c)参照）。第一の容器１と各管２１５〜２１８とは絶縁材、例えば、ガラス材やセラミック材で気密封止する。その後、蓋部１２で容器本体１１の開口を塞ぎ、真空チャンバ内に入れて真空排気する。このとき表面吸着ガスを脱離するために例えば８００℃でアニールしても良い、その後、真空チャンバ内に気体１６を導入する。気体１６としては、例えば、０．２７気圧のキセノンガスを用いることができる。あるいは、燃料電池２００の動作温度、例えば８００℃において１気圧のキセノンガスを充填しても良い。その後、真空チャンバ内において、例えばレーザビーム溶接、アーク溶接などを用いて容器本体１１と蓋部１２とを気密溶接する（図４(d)参照）。
【００２０】
続いて、気密溶接された第一の容器１の外壁面と第二の容器２（容器本体１１の内壁面及び蓋部１２の下面）の内壁面に、蒸着あるいはスパッタ等の手法により低輻射率層１５，２４として金属膜を形成する（図４(e)、(f)参照）。容器本体２１には複数の貫通孔２５６形成されていて、金属膜はこの貫通孔２５６以外の部分に形成する。外壁面に低輻射率層１５を形成した第一の容器１は、第二の容器２の容器本体２１に収容するとともに、燃料供給管２１５、燃料排出管２１６、酸素供給管２１７及び酸素排出管２１８を容器本体２１の複数の貫通孔２５６を貫通させて、第二の容器２と各管２１５〜２１８とは絶縁材、例えば、ガラス材やセラミック材で気密封止する。また、このとき薄膜ヒータ用電極２５１，２５２も貫通孔２５６を貫通させておく。その後、蓋部２２で容器本体２１の開口を塞ぎ、真空チャンバ内に入れて真空排気する。このとき表面吸着ガスを脱離するために例えば８００℃でアニールしても良い。その後、例えばレーザビーム溶接、電子ビーム溶接などを用いて容器本体２１と蓋部２２とを気密溶接する（図４(g)参照）。
【００２１】
次に、燃料電池２００を備えた反応装置３００の動作について図１及び図２に基づいて説明する。
まず、薄膜ヒータ兼温度センサ２１０，２１２に接続された薄膜ヒータ用電極２５１，２５２に電圧を印加して薄膜ヒータ兼温度センサ２１０，２１２を発熱させることにより燃料電池２００を６００〜８００℃程度に加熱した状態で、改質ガスを燃料供給管２１５から燃料供給流路２０５に供給し、図示しない空気ポンプを駆動して、酸素を含む空気を酸素供給管２１７から酸素供給流路２０７に供給する。このようにして燃料電池２００に供給された改質ガス及び空気による化学反応式（１）〜（３）の電気化学反応により電力が取り出される。なお、電気化学反応で使用されなかった改質ガスや酸素を含む空気は、それぞれ燃料排出管２１６や酸素排出管２１８から断熱容器１００の外部に排出される。
【００２２】
以上のように、燃料電池２００を収容する第一の容器１と、第一の容器１を収容する第二の容器２とを備え、第一の容器１と燃料電池２００との間の空間１３に気体１６が充填され且つ密封され、第一の容器１と第二の容器２との間の空間２３の気圧は大気圧よりも低くされているので、燃料電池２００の燃料供給流路２０５及び酸素供給流路２０７の壁面２０５a，２０６ａ，２０７aおよび２０８ａに加わる圧力と、第一の容器１の空間１３内の圧力との差圧による応力の軽減を図ることができるので、壁面２０５ａ，２０６ａ，２０７ａおよび２０８ａを薄くすることができる。その結果、燃料電池２００全体の薄型化を図ることができるとともに、燃料電池２００の熱容量を削減することができる。同時に、燃料電池２００を内包する第一の容器１の周囲の気圧を大気圧よりも低くすることにより断熱しているので、反応領域から周辺環境への熱の散逸を抑制することができ、ひいては、反応領域の昇温速度を速くすることができる。
特に、燃料電池２００の各流路２０５，２０７の壁面２０５a，２０６ａ，２０７aおよび２０８ａに生じる応力が、破壊応力以下となるように気体１６の圧力が調整されているので、各流路２０５，２０７が破壊されることを防止しながら、薄型化を図ることができる。
また、第一の容器１の空間１３内に封入する気体１６をキセノンとすることにより、燃料電池２００から気体１６を介した第一の容器１への熱量の移動を抑制することができるので、反応領域から周囲環境への熱の散逸を抑制し、ひいては、反応領域の昇温速度を速くすることができる。
さらに、第一の容器１の内壁面、外壁面及び第二の容器２の内壁面に、低輻射率層１４，１５，２４がそれぞれ形成されているので、燃料電池２００からの輻射伝熱を抑えることができる。そして、第一の容器１及び第二の容器２の内部を大気圧よりも低くすることによる断熱と低輻射率層１４，１５，２４による輻射断熱を組み合わせた高い断熱性能によっても、燃料電池２００の昇温速度を速くすることができる。
【００２３】
（変形例１）
図５は断熱容器１００Ａ内に燃料電池（反応器）２００Ａ、改質器（反応器）４００Ａ、触媒燃焼器（反応器）５００Ａが収容された反応装置３００Ａを搭載した携帯用の電子機器１０００Ａを示すブロック図であり、図６は、電子機器１０００Ａに搭載された反応装置３００Ａの内部構造を示す概略断面図である。この電子機器１０００Ａは、例えばノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、電子手帳、デジタルカメラ、携帯電話機、腕時計、レジスタ及びプロジェクタ等といった携帯型の電子機器である。
【００２４】
電子機器１０００Ａは、電子機器本体９０１Ａ、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０２Ａ、二次電池９０３Ａ等と、後述の反応装置３００Ａとを備える。電子機器本体９０１ＡはＤＣ／ＤＣコンバータ９０２Ａまたは二次電池９０３Ａにより供給される電力により駆動する。ＤＣ／ＤＣコンバータ９０２Ａは反応装置３００Ａにより生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換したのちに電子機器本体９０１Ａに供給する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０２Ａは反応装置３００Ａにより生成された電気エネルギーを二次電池９０３Ａに充電し、反応装置３００Ａが動作していない時に、二次電池９０３Ａに蓄電された電気エネルギーを電子機器本体９０１Ａに供給する。
【００２５】
変形例１では、燃料電池２００Ａは、固体酸化物型燃料電池であり、断熱容器１００Ａは、固体酸化物型燃料電池２００Ａを収容する第一の容器１ａＡと、改質器４００Ａ及び触媒燃焼器５００Ａを収容する第一の容器１ｂＡと、を備え、これら二つの第一の容器１aＡ，１bＡが第二の容器２Ａに収容されている。第一の容器１aＡと固体酸化物型燃料電池２００Ａとの間の空間１３ａＡに気体１６ａＡが充填され且つ密封され、第一の容器１ｂＡと改質器４００Ａ及び触媒燃焼器５００Ａとの間の空間１３ｂＡに気体１６ｂＡが充填され且つ密封され、二つの第一の容器１ａＡ，１ｂＡと第二の容器２Ａとの間の空間２３Ａの気圧は大気圧よりも低くされている。改質器４００Ａと燃料電池２００Ａとは燃料供給管２１５Ａにより連結され、触媒燃焼器５００Ａと燃料電池２００Ａとは燃料排出管２１６Ａ及び酸素排出管２１８Ａにより連結されている。また、燃料電池２００Ａは、空気ポンプ（図示しない）に接続された酸素供給管２１７Ａが連結され、改質器４００Ａには混合気供給管４０１Ａが連結され、触媒燃焼器５００Ａにはオフガス排出管５０１Ａが接続されている。
固体酸化物型燃料電池２００Ａ、第一の容器１aＡ，１bＡ及び第二の容器２Ａの構成は、上述した第一の実施の形態の固体酸化物型燃料電池２００、第一の容器１及び第二の容器２と同様のため、同様の構成部分については同様の数字に英字Ａ、又は第一の容器１aＡ，１bＡにおいてはaＡ，bＡを付してその説明を省略する。
【００２６】
改質器４００Ａは、燃料容器６００Ａ（図５参照）に貯蔵されている燃料が、ポンプ７００Ａによって気化器８００Ａに供給され、気化器８００Ａで気化された後、気化した混合気が混合気供給管４０１Ａを介して送り込まれる。ここで、燃料とは、化学燃料単体、あるいは化学燃料（原燃料）と水との混合物であり、化学燃料としては、例えばメタノール、エタノール等のアルコール類やガソリンといった水素元素を含む化合物を使用することができる。なお、化学燃料と水とを別々の容器に貯蔵しても良い。
改質器４００Ａは、図示しないが、内部の流路の壁面に触媒が担持されており、また、薄膜ヒータ兼温度センサが設けられている。そして、気化器から送られてきた混合気を、薄膜ヒータ兼温度センサの熱により約３００〜４００℃程度に加熱し、流路内の触媒により化学反応式（９）に示すように改質反応が起こり、化学反応式（９）についで逐次的に化学反応式（１０）が起こる。その結果、水素、二酸化炭素及び副生成物である微量な一酸化炭素等の改質ガスが生成される。生成された改質ガスは、燃料供給管２１５Ａを介して燃料電池２００Ａに送り込まれる。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ２・・・（9）
Ｈ２＋ＣＯ２→Ｈ２Ｏ＋ＣＯ・・・（10）
【００２７】
燃料電池２００Ａの燃料極では次の電気化学反応式（１１）、（１２）に示す反応、酸素極では次の電気化学反応式（１３）に示す反応が起こる。また、生成した電子はアノード出力電極に供給され、生成した酸素イオンは電解質を通過して燃料極に供給される。
Ｈ2＋Ｏ2-→Ｈ2Ｏ＋２ｅ- …（11）
ＣＯ＋Ｏ2-→ＣＯ2＋２ｅ- …（12）
１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｏ2- …（13）
【００２８】
触媒燃焼器５００Ａは改質器４００Ａを加熱して化学反応式（９）の反応を良好に行うために必要な温度に設定する。また、燃料電池２００Ａの燃料排出管２１６Ａから排出されたオフガスである反応に使用されなかった水素及び反応により生成された水蒸気や二酸化炭素と、酸素排出管２１８Ａから排出されたオフガスである発電によって酸素濃度が低減された空気とが、触媒燃焼器５００Ａに送り込まれて再び燃焼し、このときの燃焼熱によって改質器４００Ａを加熱している。また、燃焼に使用されなかった水素、二酸化炭素、酸素を含む空気等のオフガスや燃焼によって生成された水等は、排出物としてオフガス排出管５０１Ａを介して断熱容器１００Ａの外部に排出される。
【００２９】
なお、気化器も改質器４００Ａと同様に薄膜ヒータ兼温度センサ（図示しない）が設けられており、これら薄膜ヒータ兼温度センサの電気抵抗値は温度に依存するので、薄膜ヒータ兼温度センサが気化器、改質器４００Ａの温度を測定する温度センサとしても機能する。
【００３０】
（変形例２）
図７は、断熱容器１００Ｄ内に燃料電池（反応器）２００Ｄ、改質器（反応器）４００Ｄ、触媒燃焼器（反応器）５００Ｄが収容された反応装置３００Ｄを搭載した携帯用の電子機器１０００Ｄを示すブロック図であり、図８は、電子機器１０００Ｄに搭載された反応装置３００Ｄの内部構造を示す概略断面図である。
変形例２と上述の変形例１との違いは、改質器４００Ｄ及び触媒燃焼器５００Ｄを収容する第一の容器を備えない点である。図７及び図８における各構成に関しては、それぞれ図５及び図６において対応する構成の各符号の末尾「Ａ」を「Ｄ」に変更したものを付してその説明を省略する。
【００３１】
図７及び図８に示すように、変形例２の反応装置３００Ｄは、固体酸化物型燃料電池２００Ｄを収容する第一の容器１Ｄと、第一の容器１Ｄ、改質器４００Ｄ及び触媒燃焼器５００Ｄを収容する第二の容器２Ｄとを備え、第一の容器１Ｄ、改質器４００Ｄ及び触媒燃焼器５００Ｄと、第二の容器２Ｄとの間の空間２３Ｄの気圧は大気圧よりも低くされている。改質器４００Ｄと燃料電池２００Ｄとは燃料供給管２１５Ｄにより連結され、触媒燃焼器５００Ｄと燃料電池２００Ｄとは燃料排出管２１６Ｄ及び酸素排出管２１８Ｄにより連結されている。また、空気ポンプ（図示しない）に接続されて燃料電池２００Ｄに酸素を含む空気を供給する酸素供給管２１７Ｄは燃料電池２００Ｄの酸素供給流路２０７Ｄ（図示しない）に接続され、ポンプ７００Ｄに接続されて燃料電池２００Ｄに改質ガスを供給する燃料供給管２１５Ｄは燃料電池２００Ｄの燃料供給流路２０５Ｄ（図示しない）に接続されている。
【００３２】
ここで、固体酸化物型燃料電池２００Ｄは、改質器４００Ｄ及び触媒燃焼器５００Ｄと比べてより高温で動作するため、動作温度まで昇温するのにより多く時間がかかる。従って、反応装置３００Ｄ並びに電子機器１０００Ｄの起動時間を早くするためには、固体酸化物型燃料電池２００Ｄの昇温時間を速くするとよい。
変形例２は、昇温時間がより短いより低温の反応装置を収容する第一の容器を備えずに、昇温時間がより長いより高温の反応装置を収容する第一の容器を備えるようにしたので、上述の変形例１と同様、反応領域の熱容量が増大することを抑制しつつ昇温速度を速くすることができることに加えて、改質器４００Ｄ及び触媒燃焼器５００Ｄを収容する第一の容器を備えないので、部品点数を減らすことができ、ひいては、歩留まりを低減することができる。
【００３３】
[第二の実施の形態]
図９は、断熱容器１００Ｂ内に燃料電池（反応器）２００Ｂが収容された反応装置３００Ｂの内部構造を示す縦断面図、図１０(a)は、切断線X(a)−X(a)に沿って切断した際の矢視断面図、図１０(b)は、切断線X(b)−X(b)に沿って切断した際の矢視断面図である。
第二の実施の形態では、第一の実施の形態と異なり、第一の容器１Ｂ内に収容された燃料電池２００Ｂの酸素供給流路２０７Ｂが、第一の容器１Ｂと燃料電池２００Ｂとの間の空間１３Ｂに連通している。そして、酸素供給管２１７Ｂは、酸素供給流路２０７Ｂに直接、連結しておらず、第一の容器１Ｂの空間１３Ｂ内に連通している。その他は、第一の実施の形態と同様の構成であるので、同様の構成部分には同様の数字に英字Ｂを付してその説明を省略する。
【００３４】
なお、第一の容器１Ｂの容器本体１１Ｂと蓋部１２Ｂとを溶接する場合は、第一の実施の形態と同様に真空中で行うことができるが、不活性ガス雰囲気中で行っても良い。溶接方法としては、電子ビーム溶接、レーザー溶接、アーク溶接等が挙げられる。
【００３５】
以上のように、燃料電池２００Ｂを収容する第一の容器１Ｂと、第一の容器１Ｂを収容する第二の容器２Ｂとを備え、燃料電池２００Ｂの酸素供給流路２０７Ｂが、燃料電池２００Ｂと第一の容器１Ｂとの間の空間１３Ｂに連通し、第一の容器１Ｂと第二の容器２Ｂとの間の空間２３Ｂの気圧は大気圧よりも低くされているので、第一の容器１Ｂの空間１３Ｂ内に酸素を含む空気を送ることで、酸素極２０３Ｂへ酸素を含む空気が送られるため、酸素供給流路２０７Ｂを形成する壁面２０７aＢ，２０８ａＢへの内外の圧力は常にほぼ同じにすることができ、圧力差による応力を第一の実施の形態と比べて大きく低減し、ほぼゼロにすることができる。また、燃料極２０２Ｂ側の燃料供給流路２０５Ｂの壁面２０５aＢ，２０６ａＢへの内外の圧力も、第一の容器１Ｂの空間１３Ｂに充填された酸素を含むガスの圧力と、燃料供給流路２０５Ｂ内を流通する改質ガスの圧力とがほぼ同じであるので、その圧力差による応力をほぼゼロにすることができる。したがって、この場合も、燃料電池２００Ｂの各流路２０５Ｂ，２０７Ｂの壁面２０５aＢ，２０６ａＢ，２０７aＢおよび２０８ａＢに加わる圧力と、第一の容器１Ｂの空間１３Ｂ内の圧力との差圧による応力の軽減を図ることができるので、壁面２０５ａＢ，２０６ａＢ，２０７ａＢおよび２０８ａＢを薄くすることができる。
したがって、燃料電池２００Ｂ全体の薄型化を図ることができるとともに、燃料電池２００Ｂの熱容量を削減することができる。同時に、燃料電池２００Ｂを内包する第一の容器１の周囲を大気圧よりも低くすることにより断熱しているので、反応領域から周辺環境への熱の散逸を抑制することができ、ひいては、反応領域の昇温速度を速くすることができる。そして、第一の容器１及び第二の容器２の内部を大気圧よりも低くすることによる断熱と低輻射率層１４Ｂ，１５Ｂ，２４Ｂによる輻射断熱を組み合わせた高い断熱性能によっても、燃料電池２００Ｂの昇温速度を速くすることができる。
【００３６】
（変形例３）
図１１は、断熱容器１００Ｃ内に燃料電池（反応器）２００Ｃ、改質器（反応器）４００Ｃ、触媒燃焼器（反応器）５００Ｃが収容された反応装置３００Ｃを搭載した携帯用の電子機器１０００Ｃを示すブロック図であり、図１２は、電子機器１０００Ｃに搭載された反応装置３００Ｃの内部構造を示す概略断面図である。
変形例３では、燃料電池２００Ｃは、固体酸化物型燃料電池であり、断熱容器１００Ｃは、固体酸化物型燃料電池２００Ｃを収容する第一の容器１ａＣと、改質器４００Ｃ及び触媒燃焼器５００Ｃを収容する第一の容器１ｂＣと、を備え、これら二つの第一の容器１aＣ，１bＣが第二の容器２Ｃに収容されている。二つの第一の容器１ａＣ，１ｂＣと第二の容器２Ｃとの間の空間２３Ｃの気圧は大気圧よりも低くされている。改質器４００Ｃと燃料電池２００Ｃとは燃料供給管２１５Ｃにより連結され、触媒燃焼器５００Ｃと燃料電池２００Ｃとは燃料排出管２１６Ｃ及び酸素排出管２１８Ｃにより連結されている。また、空気ポンプ（図示しない）に接続されて燃料電池２００Ｃに酸素を含む空気を供給する酸素供給管２１７Ｃ及び酸素供給流路（図示しない）は、第二の実施の形態と同様に、第一の容器１Ｃと燃料電池２００Ｃとの間の空間１３Ｃに連通し、酸素供給管２１７Ｃ及び酸素供給流路と、空間１３Ｃ内とで空気が共有されている。
その他、固体酸化物型燃料電池２００Ｃ、第一の容器１Ｃ及び第二の容器２Ｃの構成は、上述した第一の実施の形態の固体酸化物型燃料電池２００、第一の容器１及び第二の容器２と同様であり、改質器４００Ｃや触媒燃焼器５００Ｃは変形例１の改質器４００Ａや触媒燃焼器５００Ａと同様のため、同様の数字に英字Ｃ、又は第一の容器１aＣ，１bＣにおいてはaＣ，bＣを付してその説明を省略する。
【００３７】
（変形例４）
図１３は、断熱容器１００Ｅ内に燃料電池（反応器）２００Ｅ、改質器（反応器）４００Ｅ、触媒燃焼器（反応器）５００Ｅが収容された反応装置３００Ｅを搭載した携帯用の電子機器１０００Ｅを示すブロック図であり、図１４は、電子機器１０００Ｅに搭載された反応装置３００Ｅの内部構造を示す概略断面図である。
変形例４と上述の変形例３との違いは、改質器４００Ｃ及び触媒燃焼器５００Ｃを収容する第一の容器を備えない点である。図１３及び図１４における各構成に関しては、それぞれ図１１及び図１２において対応する構成の各符号の末尾「Ｃ」を「Ｅ」に変更したものを付してその説明を省略する。
【００３８】
図１３及び図１４に示すように、変形例２の反応装置３００Ｅは、固体酸化物型燃料電池２００Ｅを収容する第一の容器１Ｅと、第一の容器１Ｅ、改質器４００Ｅ及び触媒燃焼器５００Ｅを収容する第二の容器２Ｅとを備え、第一の容器１Ｅ、改質器４００Ｅ及び触媒燃焼器５００Ｅと、第二の容器２Ｅとの間の空間２３Ｅの気圧は大気圧よりも低くされている。改質器４００Ｅと固体酸化物型燃料電池２００Ｅとは燃料供給管２１５Ｅにより連結され、触媒燃焼器５００Ｅと固体酸化物型燃料電池２００Ｅとは燃料排出管２１６Ｅ及び酸素排出管２１８Ｅにより連結されている。また、空気ポンプ（図示しない）に接続されて固体酸化物型燃料電池２００Ｅに酸素を含む空気を供給する酸素供給管２１７Ｅ及び燃料電池２００Ｅの酸素供給流路２０７Ｅ（図示しない）は、第一の容器１Ｅと固体酸化物型燃料電池２００Ｅとの間の空間に連通され、ポンプ７００Ｅに接続されて燃料電池２００Ｅに改質ガスを供給する燃料供給管２１５Ｅは燃料電池２００Ｅの燃料供給流路２０５Ｅ（図示しない）に接続されている。
【００３９】
変形例４の反応装置３００Ｅ並びに電子機器１０００Ｅは、上述の変形例２と同様の利点を有する。即ち、変形例４の反応装置３００Ｅ並びに電子機器１０００Ｅは、昇温時間がより短いより低温の反応装置を収容する第一の容器を備えずに、昇温時間がより長いより高温の反応装置を収容する第一の容器を備えるようにしたので、上述の変形例１と同様、反応領域の熱容量が増大することを抑制しつつ昇温速度を速くすることができることに加えて、改質器４００Ｅ及び触媒燃焼器５００Ｅを収容する第一の容器を備えないので、部品点数を減らすことができ、ひいては、歩留まりを低減することができる。
【００４０】
なお、上述の第二の実施の形態及び変形例３，変形例４では、第一の容器１Ｂ，１Ｃ，１Ｅ内に収容された燃料電池２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｅの酸素供給流路２０７Ｂ，２０７Ｃ，２０７Ｅ及び酸素供給管２１７Ｂ，２１７Ｃ，２１７Ｅが、第一の容器１Ｂ，１Ｃ，１Ｅと燃料電池２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｅとの間の空間１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｅに連通するようにしたが、これに限るものではない。例えば、図１５及び図１６に示すように、第一の容器１Ｆ内に収容された燃料電池２００Ｆの燃料供給流路２０５Ｆ（図示しない）が、第一の容器１Ｆと燃料電池２００Ｆとの間の空間１３Ｆに連通して、燃料供給管２１５Ｆが、燃料供給流路２０５Ｆに直接連結せずに第一の容器１Ｆの空間１３Ｆ内に連通して、酸素供給管２１７Ｆと酸素供給流路２０７Ｆ（図示しない）とが直接連結するようにしてもよい。
【００４１】
また、上述の変形例１及び変形例３では、一方の第一の容器１aＡ，１Ｄに燃料電池２００Ａ，２００Ｄを収容し、他方の第一の容器１bＡ，１ｂＤに改質器４００Ａ，４００Ｄ及び触媒燃焼器５００Ａ，５００Ｄを収容し、これら二つの第一の容器１aＡ，１bＡ又は１Ｄ，１bＤを第二の容器２Ａ，２Ｄにそれぞれ収容するとしたが、これに限らず、一つの第一の容器に複数の反応器を収容し、この第一の容器を第二の容器に収容してもよく、また、反応器及び第一の容器の個数は適宜変更してよい。さらに、収容する反応器は異なる機能を有するものに限らず、同じ機能を有するものであってもよい。また、上述の変形例２及び変形例４においても、同様に適宜変更してよい。
さらに、上述の第一の実施の形態、第二の実施の形態、変形例１乃至４においては、燃料電池はいずれも固体酸化物型であるとして説明したが、本発明は、固体酸化物型燃料電池に限らず、固体高分子型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池等にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】断熱容器１００内に燃料電池２００が収容された反応装置３００の内部構造を示す縦断面図である。
【図２】(a)は、図１の切断線II(a)−II(a)に沿って切断した際の矢視断面図、(b)は、切断線II(b)−II(b)に沿って切断した際の矢視断面図である。
【図３】第一の容器１の空間１３に充填する気体の圧力範囲を示したグラフである。
【図４】(a)〜(g)は、断熱容器１００内に燃料電池２００を収容する手順を示した図である。
【図５】断熱容器１００Ａ内に燃料電池２００Ａ、改質器４００Ａ、触媒燃焼器５００Ａが収容された反応装置３００Ａを搭載した携帯用の電子機器１０００Ａを示すブロック図である
【図６】電子機器１０００Ａに搭載された反応装置３００Ａの内部構造を示す概略断面図である。
【図７】断熱容器１００Ｄ内に燃料電池２００Ｄ、改質器４００Ｄ、触媒燃焼器５００Ｄが収容された反応装置３００Ｄを搭載した携帯用の電子機器１０００Ｄを示すブロック図である
【図８】電子機器１０００Ｄに搭載された反応装置３００Ｄの内部構造を示す概略断面図である。
【図９】断熱容器１００Ｂ内に燃料電池２００Ｂが収容された反応装置３００Ｂの内部構造を示す縦断面図である。
【図１０】(a)は、図９の切断線X(a)−X(a)に沿って切断した際の矢視断面図、(b)は、切断線X(b)−X(b)に沿って切断した際の矢視断面図である。
【図１１】断熱容器１００Ｃ内に燃料電池２００Ｃ、改質器４００Ｃ、触媒燃焼器５００Ｃが収容された反応装置３００Ｃを搭載した携帯用の電子機器１０００Ｃを示すブロック図である。
【図１２】電子機器１０００Ｃに搭載された反応装置３００Ｃの内部構造を示す概略断面図である。
【図１３】断熱容器１００Ｅ内に燃料電池２００Ｅ、改質器４００Ｅ、触媒燃焼器５００Ｅが収容された反応装置３００Ｅを搭載した携帯用の電子機器１０００Ｅを示すブロック図である。
【図１４】電子機器１０００Ｅに搭載された反応装置３００Ｅの内部構造を示す概略断面図である。
【図１５】断熱容器１００Ｆ内に燃料電池２００Ｆ、改質器４００Ｆ、触媒燃焼器５００Ｆが収容された反応装置３００Ｆを搭載した携帯用の電子機器１０００Ｆを示すブロック図である。
【図１６】電子機器１０００Ｆに搭載された反応装置３００Ｆの内部構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１，１aＡ，１bＡ，１Ｂ，１aＣ，１bＣ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ 第一の容器
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ 第二の容器
１３，１３aＡ，１３bＡ，１３Ｂ，１３aＣ，１３bＣ，１３Ｄ，１３Ｅ，１３Ｆ 空間
１４，１４aＡ，１４bＡ，１４Ｂ，１４aＣ，１４bＣ，１４Ｄ，１４Ｅ，１４Ｆ 低輻射率層
１５，１５aＡ，１５bＡ，１５Ｂ，１５aＣ，１５bＣ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｆ 低輻射率層
２３，２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅ，２３Ｆ 空間
２４，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆ 低輻射率層
１６，１６ａＡ，１６ｂＡ，１６Ｂ，１６ａＣ，１６ｂＣ，１６Ｄ，１６Ｅ，１６Ｆ 気体
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ 断熱容器
２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｄ，２００Ｅ，２００Ｆ 燃料電池（反応器）
２０５，２０５Ａ，２０５Ｂ，２０５Ｃ，２０５Ｄ，２０５Ｅ，２０５Ｆ 燃料供給流路
２０７，２０７Ａ，２０７Ｂ，２０７Ｃ，２０７Ｄ，２０７Ｅ，２０７Ｆ 酸素供給流路
３００，３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｃ，３００Ｄ，３００Ｅ，３００Ｆ 反応装置
４００Ａ，４００Ｃ，４００Ｄ，４００Ｅ，４００Ｆ 改質器（反応器）
５００Ａ，５００Ｃ，５００Ｄ，５００Ｅ，５００Ｆ 触媒燃焼器（反応器）
９０１Ａ，９０１Ｃ，９０１Ｄ，９０１Ｅ，９０１Ｆ 電子機器本体
１０００Ａ，１０００Ｃ，１０００Ｄ，１０００Ｅ，１０００Ｆ 電子機器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応物の反応を起こす反応器と、
前記反応器を収容する第一の容器と、
前記第一の容器を収容する第二の容器と、を備え、
前記反応器と前記第一の容器との間の空間に気体が充填され且つ密封され、
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の気圧は大気圧よりも低いことを特徴とする反応装置。
【請求項２】
前記反応器は、反応物が流通する流路を有し、
前記気体は、前記反応物の圧力と前記気体の圧力との差によって前記流路を構成する壁に生じる応力が前記壁の破壊応力以下となるように前記気体の圧力が調整されていることを特徴とする請求項１に記載の反応装置。
【請求項３】
前記気体は、空気より熱伝導率が小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の反応装置。
【請求項４】
前記気体は、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ、二酸化炭素、フレオンガスのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項３に記載の反応装置。
【請求項５】
反応物の反応を起こす反応器と、
前記反応器を収容する第一の容器と、
前記第一の容器を収容する第二の容器と、を備え、
前記反応器は、前記反応物が流通する流路を有し、
前記反応器の流路は、前記反応器と前記第一の容器との間の空間に連通しており、
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の気圧は大気圧よりも低いことを特徴とする反応装置。
【請求項６】
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の圧力が、１０Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項７】
前記第一の容器の内壁面の一部と、前記第一の容器の外壁面の一部と、前記第二の容器の内壁面の一部と、のうちいずれか少なくとも一つが、前記第二の容器の外壁面よりも輻射率が低いことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項８】
前記第二の容器の外壁面よりも輻射率の低い領域には、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｌを含む低輻射率層が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の反応装置。
【請求項９】
前記第一の容器の内壁面の一部と、前記第一の容器の外壁面の一部と、前記第二の容器の内壁面の一部と、のうちいずれか少なくとも一つが、鏡面加工されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項１０】
前記反応器に供給する反応物が流通する供給管を更に備え、
前記供給管は前記流路に接続していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項１１】
前記反応器に供給する反応物が流通する供給管を更に備え、
前記供給管は前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間に連通していることを特徴とする請求項５に記載の反応装置。
【請求項１２】
前記反応物は、酸素を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項１３】
前記反応物は、水素を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項１４】
前記反応器は燃料と酸素の電気化学反応により電力を生成する燃料電池であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の反応装置と、
前記燃料電池により生成された電力により動作する電子機器本体と、を備え、
前記燃料電池と前記第一の容器との間の空間に気体が充填され且つ密封され、
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の気圧は大気圧よりも低いことを特徴とする電子機器。
【請求項１６】
前記燃料のもとなる原燃料から改質ガスを生成する改質器と、
前記燃料電池から排出されたオフガスを燃焼する触媒燃焼器と、を更に備え、
前記改質器及び前記触媒燃焼器は、前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間に配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の電子機器。
【請求項１７】
燃料と酸素の電気化学反応により電力を生成する燃料電池を収容する第一の容器と、
前記第一の容器を収容する第二の容器と、
前記燃料のもとなる原燃料から改質ガスを生成する改質器と、
前記燃料電池から排出されたオフガスを燃焼する触媒燃焼器と、
前記燃料電池により生成された電力により動作する電子機器本体と、を備え、
前記燃料電池と前記第一の容器との間の空間に気体が充填され且つ密封され、
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の気圧は大気圧よりも低く、
前記改質器及び前記触媒燃焼器は、前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間に配置されていることを特徴とする電子機器。
【請求項１８】
前記燃料電池は、燃料又は酸素が流通する流路を有し、
前記気体は、前記反応物の圧力と前記気体の圧力との差によって前記流路を構成する壁に生じる応力が前記壁の破壊応力以下となるように前記気体の圧力が調整されていることを特徴とする請求項１７に記載の電子機器。
【請求項１９】
燃料と酸素の電気化学反応により電力を生成する燃料電池を収容する第一の容器と、
前記第一の容器を収容する第二の容器と、
前記燃料のもとなる原燃料から改質ガスを生成する改質器と、
前記燃料電池から排出されたオフガスを燃焼する触媒燃焼器と、
前記燃料電池により生成された電力により動作する電子機器本体と、を備え、
前記燃料電池は、前記燃料又は酸素が流通する流路を有し、
前記燃料電池の流路は、前記燃料電池と前記第一の容器との間の空間に連通しており、
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の気圧は大気圧よりも低いことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
反応物の反応を起こす反応器と、
前記反応器を収容する第一の容器と、
前記第一の容器を収容する第二の容器と、を備え、
前記反応器と前記第一の容器との間の空間に気体が充填され且つ密封され、
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の気圧は大気圧よりも低いことを特徴とする反応装置。
【請求項２】
前記反応器は、反応物が流通する流路を有し、
前記気体は、前記反応物の圧力と前記気体の圧力との差によって前記流路を構成する壁に生じる応力が前記壁の破壊応力以下となるように前記気体の圧力が調整されていることを特徴とする請求項１に記載の反応装置。
【請求項３】
前記気体は、空気より熱伝導率が小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の反応装置。
【請求項４】
前記気体は、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎ、二酸化炭素、フレオンガスのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項３に記載の反応装置。
【請求項５】
反応物の反応を起こす反応器と、
前記反応器を収容する第一の容器と、
前記第一の容器を収容する第二の容器と、を備え、
前記反応器は、前記反応物が流通する流路を有し、
前記反応器の流路は、前記反応器と前記第一の容器との間の空間に連通しており、
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の気圧は大気圧よりも低いことを特徴とする反応装置。
【請求項６】
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の圧力が、１０Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項７】
前記第一の容器の内壁面の一部と、前記第一の容器の外壁面の一部と、前記第二の容器の内壁面の一部と、のうちいずれか少なくとも一つが、前記第二の容器の外壁面よりも輻射率が低いことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項８】
前記第二の容器の外壁面よりも輻射率の低い領域には、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｌを含む低輻射率層が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の反応装置。
【請求項９】
前記第一の容器の内壁面の一部と、前記第一の容器の外壁面の一部と、前記第二の容器の内壁面の一部と、のうちいずれか少なくとも一つが、鏡面加工されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項１０】
前記反応器に供給する反応物が流通する供給管を更に備え、
前記供給管は前記流路に接続していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項１１】
前記反応器に供給する反応物が流通する供給管を更に備え、
前記供給管は前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間に連通していることを特徴とする請求項５に記載の反応装置。
【請求項１２】
前記反応物は、酸素を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項１３】
前記反応物は、水素を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項１４】
前記反応器は燃料と酸素の電気化学反応により電力を生成する燃料電池であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の反応装置と、
前記燃料電池により生成された電力により動作する電子機器本体と、を備え、
前記燃料電池と前記第一の容器との間の空間に気体が充填され且つ密封され、
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の気圧は大気圧よりも低いことを特徴とする電子機器。
【請求項１６】
前記燃料のもとなる原燃料から改質ガスを生成する改質器と、
前記燃料電池から排出されたオフガスを燃焼する触媒燃焼器と、を更に備え、
前記改質器及び前記触媒燃焼器は、前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間に配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の電子機器。
【請求項１７】
燃料と酸素の電気化学反応により電力を生成する燃料電池を収容する第一の容器と、
前記第一の容器を収容する第二の容器と、
前記燃料のもとなる原燃料から改質ガスを生成する改質器と、
前記燃料電池から排出されたオフガスを燃焼する触媒燃焼器と、
前記燃料電池により生成された電力により動作する電子機器本体と、を備え、
前記燃料電池と前記第一の容器との間の空間に気体が充填され且つ密封され、
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の気圧は大気圧よりも低く、
前記改質器及び前記触媒燃焼器は、前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間に配置されていることを特徴とする電子機器。
【請求項１８】
前記燃料電池は、燃料又は酸素が流通する流路を有し、
前記気体は、前記反応物の圧力と前記気体の圧力との差によって前記流路を構成する壁に生じる応力が前記壁の破壊応力以下となるように前記気体の圧力が調整されていることを特徴とする請求項１７に記載の電子機器。
【請求項１９】
燃料と酸素の電気化学反応により電力を生成する燃料電池を収容する第一の容器と、
前記第一の容器を収容する第二の容器と、
前記燃料のもとなる原燃料から改質ガスを生成する改質器と、
前記燃料電池から排出されたオフガスを燃焼する触媒燃焼器と、
前記燃料電池により生成された電力により動作する電子機器本体と、を備え、
前記燃料電池は、前記燃料又は酸素が流通する流路を有し、
前記燃料電池の流路は、前記燃料電池と前記第一の容器との間の空間に連通しており、
前記第一の容器と前記第二の容器との間の空間の気圧は大気圧よりも低いことを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−１４２７７８（Ｐ２００９−１４２７７８Ａ）
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２４６４５（Ｐ２００７−３２４６４５）
【出願日】平成１９年１２月１７日（２００７．１２．１７）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１７日（２００７．１２．１７）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
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