专利名称：反应装置及电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及对引起反应物的反应的反应器进行收容的反应装置及电子 设备。
背景技术：
在化学反应的技术领域中，已知有将各种混合物质供给到流路中、通 过电热加热器等引起设在被温度管理的流路内的催化剂带来的化学反应、 生成希望的反应物质的化学反应装置或产生电力的电力发生器。在这样的 化学反应装置中，例如有基于包括氢原子的有机化合物生成以氢为主成分 的气体的改性器、及由氢和氧产生电力的燃料电池。
这里，通过向电阻发热体的电力供给带来的发热、及催化剂燃烧反应 的燃烧热等，供给为了使希望的化学g应持续所需要的热量。为了抑制从
反应区域向周围环境的热散逸，例如在日本特开2006-156011号公报中， 已知有将作为高温区域的改性器收容在容器内壳中、再将容器内壳收容在 容器外壳中、使位于容器内壳及容器外壳之间的间隙层低于大气压(latm) 的方法。
在上述那样的化学反应装置中，研究了提高升温速度并縮短装置的启 动时间的技术。因此，考虑将反应区域的周围减压到例如成为10Pa以下、 来使供给热量的反应区域隔热的技术。在此情况下，由于夹着划分上述反 应区域的壁的反应气体的压力与减压后的反应区域的周围压力之间的压力 差，而应力增大。此外，如果提高升温速度，则容易在划分反应区域的壁 上发生温度分布，起因于热应变的应力增大。
如果这样提高升温速度，则施加在壁上的应力增大，所以在壁的厚度 为一定的情况下，在使升温速度变快的方面存在限制。另一方面，如果使 壁的厚度变薄，则能够削减反应区域的热容量，所以能够进一步使升温速 度变快。但是，如上所述，在升温时施加在壁上的应力增大，所以在使壁 的厚度变薄的方面也产生限制。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而做出的，目的是提供一种能够抑制反应区域 的热容量增大、并且能够使升温速度变快的反应装置及电子设备。 本发明的反应装置具备
反应器，引起反应物的反应； 第一容器，收容上述反应器；以及 第二容器，收容上述第一容器；
在上述反应器与上述第一容器之间的空间中填充且密封有气体；
上述第一容器与上述第二容器之间的空间的气压比大气压低。
此外，本发明的反应装置具备.-
反应器，引起反应物的反应；
第一容器，收容上述反应器；以及
第二容器，收容上述第一容器；
上述反应器具有上述反应物流通的流路；
上述反应器的流路连通到上述反应器与上述第一容器之间的空间；
上述第一容器与上述第二容器之间的空间的气压比大气压低。
本发明的电子设备具备反应装置和电子设备主体，
上述反应装置包括-
反应器，引起反应物的反应；
第一容器，收容上述反应器；以及
第二容器，收容上述第一容器；
在上述反应器与上述第一容器之间的空间中填充且密封有气体； 上述第一容器与上述第二容器之间的空间的气压比大气压低；
本发明的电子设备具备反应装i;电子设备主体，、'一
上述反应装置包括
反应器，引起反应物的反应；
第一容器，收容上述反应器；以及
第二容器，收容上述第一容器；上述反应器具有上述反应物流通的流路；
上述反应器的流路连通到上述反应器与上述第一容器之间的空间； 上述第一容器与上述第二容器之间的空间的气压比大气压低； 上述电子设备主体通过由上述燃料电池生成的电力进行动作。 本发明通过以下的具体描述和附图能够得到充分的理解，但它们只是 用来说明的，并不限制本发明的范围。
图1是表示在隔热容器100内收容有燃料电池200的反应装置300的 内部构造的纵剖视图。
图2A是沿着切断线I1 (a) -II (a)切断时的向视剖视图，图2B是沿 着切断线II (b) -II (b)切断时的向视剖视图。
图3是表示填充在第一容器1的空间13中的气体的压力范围的曲线图。
图4A 图4G是表示将燃料电池200收容到隔热容器100内的顺序的图。
图5是表示在隔热容器100A内搭载有收容燃料电池200A、改性器 400A、催化剂燃烧器500A的反应装置300A的便携用电子设备1000A的 块图。
图6是表示搭载在电子设备1000A中的反应装置300A的内部构造的 概略剖视图。
图7是表示在隔热容器100D内搭载有收容燃料电池200D、改性器 400D、催化剂燃烧器500D的反应装置300D的便携用电子设备1000D的 块图。
图8是表示搭载在电子设备1000D中的反应装置300D的内部构造的 概略剖视图。
图9是表示在隔热容器100B内收容有燃料电池200B的反应装置300B 的内部构造的纵剖视图。
图IOA是沿着切断线X (a) -X (a)切断时的向视剖视图，图10B是 沿着切断线X (b) -X (b)切断时的向视剖视图。
图11是表示在隔热容器100C内搭载有收容燃料电池200C、改性器
7400C、催化剂燃烧器500C的反应装置300C的便携用电子设备1000C的块 图。
图12是表示搭载在电子设备1000C中的反应装置300C的内部构造的 概略剖视图。
图13是表示在隔热容器100E内搭载有收容燃料电池200E、改性器 400E、催化剂燃烧器500E的反应装置300E的便携用电子设备1000E的块 图。
图14是表示搭载在电子设备1000E中的反应装置300E的内部构造的 概略剖视图。
图15是表示在隔热容器100F内搭载有收容燃料电池200F、改性器 400F、催化剂燃烧器500F的反应装置300F的便携用电子设备1000F的块 图。
图16是表示搭载在电子设备1000F中的反应装置300F的内部构造的 概略剖视图。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。 以下，利用附图对用来实施本发明的优选实施方式进行说明。但是， 在以下所述的实施方式中，为了实施本发明而附加了技术上优选的各种限 定，但并不将发明的范围限定于以下的实施方式及图示例。 [第一实施方式]
图1是表示在隔热容器100内收容有燃料电池(反应器)200的反应装 置300的内部构造的纵剖视图，图2A是沿着切断线I1 (a) -II (a)切断时 的向视剖视图，图2B是沿着切断线I1 (b) -II (b)切断时的向视剖视图。
反应装置300具备隔热容器100、和收容在隔热容器100内的燃料电池
200。
燃料电池200是固体氧化物型燃料电池，具备在固体氧化物电解质201 的两面上形成有燃料极(阳极)202及氧极(阴极)203的单电池204，在 燃料极202上层叠有设有供给改性气体的燃料供给流路205的燃料极分离 器206，在氧极203上层叠有设有供给氧的氧供给流路207的氧极分离器208，外周部被密封部件(未图示)密封，保持各流路205、 207内的气密 性。
在燃料供给流路205内形成有绝缘膜209，在绝缘膜209的表面上形成 有薄膜加热器兼温度传感器210。此外，在氧供给流路207内也形成有绝缘 膜211，在绝缘膜211的表面上形成有薄膜加热器兼温度传感器212。
薄膜加热器兼温度传感器210、 212将燃料电池200加热到作为燃料电 池200的动作温度的600 800°C 。绝缘膜209、 211进行各分离器206、 208 与薄膜加热器兼温度传感器210、 212之间的电气绝缘，例如可以使用Si02 等，在薄膜加热器兼温度传感器210、 212中，例如可以使用Au、 Pt、 W 等。此外，在薄膜加热器兼温度传感器210、 212上，连接着用来从外部供 给电力的薄膜加热器用电极251、 252。
在固体氧化物电解质201中，可以使用氧化锆类的(Zri.xYx) 02^2 (YSZ)、镓酸镧类的(Lai-xSrx) (Ga,.y-zMgyCOz) 03、或者二氧化铈类的电 解质。在燃料极202中，可以使用Lao.84Sr0.16Mn03、 La (Ni,Bi) 03、 (La， Sr) Mn03、 In203+Sn02、 LaCo03等，在氧极203中可以使用NI、 Ni+YSZ等。 此外，在燃料极分离器206及氧极分离器208中，可以分别使用铬酸镧类 的LaCr (Mg) 03、 (La、 Sr) 0"03等、镍类合金的NiAl+Al203等、及其他 铁素体类合金、铬类合金、钛酸盐类等。这些构成材料为了削减固体氧化 物型燃料电池200的热容量并且使反应区域的温度变得均匀而被作成较薄。 另外，在图1中，以单电池为例表示，但也可以将该构造多个层叠而做成 多层电池。
并且，在燃料电池200的最上面及最下面上，为了抑制热量通过辐射 从燃料电池200散逸而形成有比第一容器1的外壁面辐射率低的低辐射率 层2B、 214。在低辐射率层213、 214中，优选地使用在红外区域中辐射率 小到百分之几左右的金属膜，例如可以使用Au、 Cu、 Rh、 Pt等。特别是, Au在红外区域中辐射率为约2%左右，在金属之中也非常小，最适合于低 辐射率层213、 214。此外，为了提高该红外线反射膜的密接强度，也可以 在成膜的面与红外线反射膜之间形成密接层(未图示)。作为密接层，例如 可以使用W、 Mo、 Ta等。
另外，作为低辐射率层213、214形成的金属膜只要形成在燃料电池200
9的最上面及最下面的整面中的至少一部分上就可以。进而，作为低辐射率
层213、 214,也可以对金属膜以外实施镜面加工等来降低辐射率。
此外，在燃料供给流路205上，连结着与改性器(未图示)连结并被 供l合由改性器生成的改性气体(氢)的燃料供给管215、和将没有被用于发 电的未反应的改性气体(氢)排出的燃料排出管216。此外，在氧供给流路 207上，连结着供给氧的氧供给管217、和将没有被用于发电的未反应的氧 排出的氧排出管218。
这些燃料供给管215、燃料排出管216、氧供给管217、以及氧排出管 218贯通后述的第一容器1及第二容器2后向外部突出。
上述那样构成的燃料电池200中，空气经由氧供给流路207送到氧极 203。在氧极203中，通过空气中的氧和从阴极输出电极254供给的电子， 如下式(1)所示那样生成氧离子。
02+4e- — 202- (1)
对于燃料极202经由燃料供给流路205输送从改性器送出的改性气体。 在氧极207中，发生透过固体氧化物电解质201的氧离子与改性气体的下 式(2)、 (3)那样的反应。
H2+02- — H20+2e- (2)
CO+O2- — C02+2e- (3)
这样，在固体氧化物型燃料电池200中，由于动作温度高到600 800 °C，所以可以将一氧化碳也作为燃料使用，能够提高发电效率。另外，产 生的电子从阳极输出电极253通过外部电路被从阴极输出电极254供给到 氧极203中。
通过燃料供给流路205的改性气体(废气)被排出到外部。 隔热容器100具备收容燃料电池200的第一容器1、和收容第一容器1 的第二容器2。第一容器1具备上面开口的箱状的容器主体11、和将容器 主体11的开口堵塞的盖部12，通过将容器主体11的开口用盖部12堵塞， 在内部中形成收容燃料电池200的空间13。第二容器2也具备上面开口的 箱状的容器主体21、和将容器主体21的开口堵塞的盖部22，通过将容器 主体21的开口用盖部22堵塞，在内部中形成收容第一容器l的空间23。 此外，第一容器1及第二容器2通过不锈钢(SUS304、 SUS316、 SUS316L)或科瓦铁镍钴合金等的金属板、玻璃基板、陶瓷等形成。
在第一容器1的内壁面(容器主体11的内壁面及盖部12的下面)上， 为了抑制来自燃料电池200的辐射传热而形成有低辐射率层14。该低辐射 率层14是与上述低辐射率层213、 214同样的结构及材料。
进而，在第一容器l的外壁面及第二容器2的内壁面上，也为了抑制 来自燃料电池200的辐射传热而形成有低辐射率层15、 24。这些低辐射率 层15、 24是与上述低辐射率层213、 214同样的结构，材料除了上述材料 以外，还可以使用Al、 Ag。
此外，低辐射率层14、 15、 24只要形成在第一容器1的内壁面、外壁 面及第二容器2的内壁面的至少一部分上就可以，此外，也可以通过对金 属膜以外实施镜面加工而降低辐射率。
此外，在第一容器1的空间13中填充且密封着气体16。气体16优选 为比空气分子量大的惰性气体，特别优选为氙。并且，调节气体16的压力， 使得在燃料电池200的燃料供给流路205及氧供给流路207内流通的流体 的压力与填充在第一容器1的空间13中的气体16的压力之差所产生的、 在形成各流路205、 207的壁面205a、 206a、 207a及208a上产生的应力为 破坏应力以下。
如果具体地利用图3说明，则设流路的破坏极限压力差(破坏应力) 为A (atm)。此外，设流路的出口的压力为p。，设在流路中入口与出口的 流体的压力差即流路的压力损失为puss (atm)。施加在流路内壁上的压力 在从P。到P。+PL。ss之间分布。此外，设燃料电池的动作温度为TH (JO,设 室温为TL (K)，并且设它们的比1VTH为a (<1)。在第一容器内在室温 Tt下封入了压力P的气体的情况下，第一容器内的气体的压力在室温TL 到TH之间从P变化为(1/a ) P。在图3中，压力P的温度变化用单点划 线表示。为了使流路的内外的压力差为破坏极限以内，压力P的温度变化
(单点划线)只要在Tl到TH的温度范围内进入到阴影之中就可以，艮口， 只要是
P。+Pl。ss—P<A，并且，(1/a) P— P。〈八 (4) 就可以。例如，在温度Tl下封入气体的情况下，可以封入由两个箭头的范 围表示的压力的气体。在式中，可以如以下这样表示。Po+PLoss— (Po+A) (5)
使流路中产生的压力差为最小的封入气体的压力在室温下为
a (2p0+pLoss) / (l+a ) ...... (6)，
此时产生的最大压力差是
{(1—a ) p0+pLoss} / (l+a )……(7)。
在封入的气体中，为了抑制从燃料电池经由气体向隔热容器传热的热 量，使用热传导率比空气小的气体。例如，可以使用二氧化碳、氟利昂气 体等。此外，可以使用Ar、 Kr、 Xe、 Rn等分子量比空气大的惰性气体。 特别是，Xe的热传导率较小，例如在IOO(TC下是1.9X10—2 (W/K m)， 与空气的100。C下的热传导率7.6X10-2 (W/K'm)相比是1/4。
进而，为了不会通过在第一容器内产生气体的自然对流而使反应区域 中发生温度分布，优选地使气体层尽可能薄。例如，可以使第一容器内的 气体的瑞利数Ra与作为自然对流发生的指标的临界瑞利数Ra (=1708)相 比足够小。瑞利数Ra用下式(8)表示。
Ra=gP PCpATd3/vk ...... (8)
这里，g是重力加速度9.8m/s2， P是气体的热膨胀率(1/K)(大约是 1/T)， P是气体的密度(kg/m3)， AT是气体层的反应附近与第一容器附近 的温度差(K)， d是气体层的厚度(m)， v是气体的运动粘性系数(m2/s)， k是气体的热传导率(J/kgK)。气体层的厚度可以设为满足
d《{(1708) vk/ [gPCp (AT/T)]} 1/3。
以下，为了表示本发明的效果，以环境温度(室温)T^25'C、燃料电 池动作温度T!^800'C、流路出口处的流体压力是pcTl.05atm、流路入口处 的流体压力是L25atm、即压力损失pL。ss"0.2tm的情况为例进行说明。为 了使在流路中产生的压力差为最小，只要封入将上述温度、压力代入到式 (6)中而得到的压力0.5atm的气体就可以。此时，在流路中产生的压力差 的最大值通过式(7)为0.75atm。这与使第一容器内部比大气压低、例如 为10Pa以下(即9.87X10—5atm以下)的真空的情况下在流路中产生的压 力差的最大值1.25atm相比，减轻了约40%的应力。
进而，使第一容器1和第二容器2之间的空间23的气压比大气压低。 该气压变低后的空间23的压力是10Pa以下，更优选的是1Pa以下。此外，关于第一容器1的外壁面与第二容器2的内壁面之间的距离，只要不比气 体分子的平均自由程相比非常接近，则传热就不会增大，例如可以设为几 毫米。通过这样使第一容器1的外壁面与第二容器2的内壁面之间的距离 为几毫米，能够将从第一容器l向第二容器2的经由间隙气体的热传导抑 制在最小限度。
接着，对将燃料电池200收容在隔热容器100内的顺序进行说明。图 4A 图4G是表示将燃料电池200收容到隔热容器100内的顺序的图。另 外，在以下的说明中，以第一容器1及第2容器2是金属的情况为例进行 说明。
首先，在燃料电池200的最上面及最下面形成低辐射率层213、 214 (参 照图4A)。作为低辐射率层213、 214形成的金属膜可以通过蒸镀或溅镀等 方法形成。此外，根据需要，也可以为了确保低辐射率层213、 214的密接 强度而形成密接层，进而，也可以为了防止密接层扩散到低辐射率层213、 214中而形成防扩散层，来做成多层构造。
接着，在第一容器1的内壁面(容器主体21的内壁面及盖部22的下 面)通过蒸镀或溅镀等方法形成金属膜作为低辐射率层14 (参照图4B)。 在容器主体11上形成有多个贯通孔255，金属膜形成在该贯通孔255以外 的部分上。接着，将燃料电池200收容到容器主体11中，并且使阴极输出 电极254、氧极输出电极253、燃料供给管215、燃料排出管216、氧供给 管217及氧排出管218贯通容器主体11的多个贯通孔255而安装(参照图 4C)。第一容器1与各管215 218通过绝缘材料、例如玻璃材料或陶瓷材 料气密密封。然后，用盖部12将容器主体11的开口堵塞，装入到真空腔 室内并进行真空排气。此时，为了使表面吸附气体脱离，例如也可以在80 'C下退火，然后，将气体16导入到真空腔室内。作为气体16，例如可以使 用0.27气压的氤气。或者，也可以在燃料电池200的动作温度、例如800 'C下填充1个大气压的氙气。然后，在真空腔室内，例如使用激光束焊接、 电弧焊接等将容器主体11与盖部12气密焊接(参照图4D)。
接着，在气密焊接后的第一容器1的外壁面与第二容器2的内壁面(容 器主体21的内壁面及盖部22的下面)上，通过蒸镀或溅镀等方法形成金 属膜作为低辐射率层15、 24 (参照图4E、图4F)。在容器主体21上形成
13有多个贯通孔256，金属膜形成在该贯通孔256以外的部分上。在外壁面上 形成有低辐射率层15的第一容器1收容在第二容器2的容器主体21中， 并且使燃料供给管215、燃料排出管216、氧供给管217及氧排出管218贯 通在容器主体21的多个贯通孔256，第二容器2与各管215 218通过绝缘 材料、例如玻璃材料或陶瓷材料气密密封。此外，此时也使薄膜加热器用 电极251、 252贯通贯通孔256。然后，通过盖部22将容器主体21的开口 堵塞，装入到真空腔室内并进行真空排气。此时，为了将表面吸附气体脱 离，也可以例如在80(TC下退火。然后，例如使用激光束焊接、电子束焊接 等将容器主体21与盖部22气密焊接(参照图4G)。
接着，基于图1及图2对具备燃料电池200的反应装置300的动作进 行说明。
首先，通过对连接在薄膜加热器兼温度传感器210、 212上的薄膜加热 器用电极251、 252施加电压而使薄膜加热器兼温度传感器210、 212发热， 在将燃料电池200加热到600 800'C左右的状态下，将改性气体从燃料供 给管215供给到燃料供给流路205中，驱动未图示的空气泵，将含有氧的 空气从氧供给管217供给到氧供给流路207中。通过这样供给到燃料电池 200中的改性气体及空气的化学反应式(1) (3)的电化学反应来取出电 力。另外，在电化学反应中没有被使用的改性气体及含有氧的空气分别被 从燃料排出管216及氧排出管218排出到隔热容器100的外部。
以上，由于具备收容燃料电池200的第一容器1、和收容第一容器1 的第二容器2，将气体16填充到第一容器1与燃料电池200之间的空间13 中且密封，使第一容器1与第二容器2之间的空间23的气压比大气压低， 所以能够降低施加在燃料电池200的燃料供给流路205及氧供给流路207 的壁面205a、 206a、 207a及208a上的压力、与第一容器1的空间13内的 压力之间的压力差带来的应力，所以能够使壁面205a、 206a、 207a及208a 变薄。结果，能够实现燃料电池200整体的薄型化，并且能够削减燃料电 池200的热容量。同时，由于通过使内包燃料电池200的第一容器1的周 围的气压比大气压低而隔热，所以能够抑制热从反应区域向周边环境的散 逸，进而能够使反应区域的升温速度变快。
特别是，由于调节气体16的压力以使在燃料电池200的各流路205、207的壁面205a、 206a、 207a及208a上产生的应力为破坏应力以下，所以 能够在防止各流路205、 207被破坏的同时实现薄型化。
此外，通过使封入在第一容器1的空间13内的气体16为氙气，能够 抑制热量从燃料电池200经由气体16向第一容器1的移动，所以能够抑制 热从反应区域向周围环境的散逸，进而能够使反应区域的升温速度变快。
进而，由于在第一容器1的内壁面、外壁面及第二容器2的内壁面上 分别形成有低辐射率层14、 25、 24，所以能够抑制来自燃料电池200的辐 射传热。并且，利用组合了使第一容器1及第二容器2的内部比大气压低 的隔热与低辐射率层14、 25、 24所带来的辐射隔热之后的较高的隔热性能， 也能够使燃料电池200的升温速度变快。 (变形例1)
图5是表示在隔热容器100A内搭载有收容燃料电池(反应器)200A、 改性器(反应器)400A、催化剂燃烧器(反应器)500A的反应装置300A 的便携用电子设备1000A的块图，图6是表示搭载在电子设备1000A中的 反应装置300A的内部构造的概略剖视图。该电子设备1000A例如是个人 笔记本电脑、PDA、电子手册、数字照相机、便携电话机、手表、寄存器 及投影机等这样的便携型的电子设备。
电子设备1000A具备电子设备主体901A、 DC/DC变换器902A、 二次 电池903A等、和后述的反应装置300A。电子设备主体901A由通过DC/DC 变换器902A或二次电池903A供给的电力驱动。DC/DC变换器902A在将 由反应装置300A生成的电能变换为适当的电压后供给到电子设备主体 901A中。此外，DC/DC变换器902A将由反应装置300A生成的电能充电 到二次电池903A中，在反应装置300A不动作时，将蓄电在二次电池903A 中的电能供给到电子设备主体901A中。
在变形例1中，燃料电池200A是固体氧化物型燃料电池，隔热容器 100A具备收容固体氧化物型燃料电池200A的第一容器laA、和收容改性 器400A及催化剂燃烧器500A的第一容器lbA，这两个第一容器laA、 lbA 收容在第二容器2A中。在第一容器laA与固体氧化物型燃料电池200A之 间的空间13A中填充且密封着气体16aA，在第一容器lbA与改性器400A 及催化剂燃烧器500A之间的空间13bA中填充且密封着气体16bA，使两
15个第一容器iaA、 ibA与第二容器2A之间的空间23A的气压比大气压低。改性器400A与燃料电池200A通过燃料供给管215A连结，催化剂燃烧器500A与燃料电池200A通过燃料排出管216A及氧排出管218A连结。此外，燃料电池200A连结着与空气泵(未图示)连接的氧供给管217A，在改性器400A上连结着混合气体供给管401A，在催化剂燃烧器500A上连结着废气排出管501A。
固体氧化物型燃料电池200A、第一容器laA、 lbA及第二容器2A的结构与上述第一实施方式的固体氧化物型燃料电池200、第一容器1及第二容器2相同，所以关于同样的部分，对同样的数字添加字母A、或在第一容器laA、 lbA中添加aA、 bA，并省略其说明。
改性器400A将储存在燃料容器600A(参照图5 )中的燃料通过泵700A供给到化油器800A中，在化油器800A中气化后，将气化后的混合气体经由混合气体供给管401A送入。这里，所谓的燃料，是化学燃料单体或化学燃料(原燃料)与水的混合物，作为化学燃料，例如可以使用甲醇、乙醇等醇类或汽油等含有氢元素的化合物。另外，也可以将化学燃料和水储存在不同的容器中。
改性器400A中没有图示的部分是，在内部的流路的壁面上担载有催化剂，并且设有薄膜加热器兼温度传感器。并且，将从化油器输送来的混合气体通过薄膜加热器兼温度传感器的热加热到约300 400'C左右，通过流路内的催化剂，如化学反应式(9)所示那样发生改性反应，接着化学反应式(9)依次发生化学反应式(10)。结果，生成氢、二氧化碳、以及作为副生成物的微量的一氧化碳等的改性气体。将生成的改性气体经由燃料供给管215A送入到燃料电池200A中。
<formula>formula see original document page 16</formula> ( 9 )
<formula>formula see original document page 16</formula> (10)
在燃料电池200A的燃料极中，发生以下的电化学反应式(11)、 (12)所示的反应，在氧极中发生以下的电化学反应式(13)所示的反应。此外，将生成的电子供给到阳极输出电极中，将生成的氧离子通过电解质供给到燃料极。
<formula>formula see original document page 16</formula> (11)CO+O2——C02+2e— (12)l/202+2e——O2— (13)
催化剂燃烧器500A将改性器400A加热，设定成为了良好地进行化学反应式(9)的反应而需要的温度。此外，将从燃料电池200A的燃料排出管216A排出的作为废气在反应中没有被使用的氢以及通过反应生成的水蒸汽或二氧化碳、和从氧排出管218A排出的作为废气且氧浓度由于发电而降低的空气，送入到催化剂燃烧器500A中再次燃烧，通过此时的燃烧热将改性器400A加热。此外，在燃烧中没有被使用的氢、二氧化碳、含有氧的空气等废气及通过燃烧生成的水等，作为排出物经由废气排出管501A被排出到隔热容器IOOA的外部。
另外，化油器也与改性器400A同样，设有薄膜加热器兼温度传感器(未图示)，由于这些薄膜加热器兼温度传感器的电阻值依存于温度，所以薄膜加热器兼温度传感器也作为测量改性器400A的温度的温度传感器发挥功能。
(变形例2)
图7是表示在隔热容器100D内搭载有收容燃料电池(反应器)200D、改性器(反应器)400D、催化剂燃烧器(反应器)500D的反应装置300D的便携用电子设备1000D的块图，图8是表示搭载在电子设备1000D中的反应装置300D的内部构造的概略剖视图。
变形例2与上述变形例1的差异是，不具备收容改性器400D及催化剂燃烧器500D的第一容器。关于图7及图8的各结构，分别添加将在图5及图6中对应的结构的各标号的末尾"A"变更为"D"的标号，并省略其说明。
如图7及图8所示，变形例2的反应装置300D具备收容固体氧化物型燃料电池200D的第一容器1D、收容第一容器1D、改性器400D及催化剂燃烧器500D的第二容器2D，使第一容器1D、改性器400D及催化剂燃烧器500D与第二容器2D之间的空间23D的气压比大气压低。改性器400D与燃料电池200D通过燃料供给管215D连结，催化剂燃烧器500D与燃料电池200D通过燃料排出管216D及氧排出管218D连结。此外，连结在空气泵(未图示)上并对燃料电池200D供给含有氧的空气的氧供给管217D连接在燃料电池200D的氧供给流路207D (未图示)上，连接在泵700D上并对燃料电池200D供给改性气体的燃料供给管215D连接在燃料电池200D的燃料供给流路205D (未图示)上。
这里，固体氧化物型燃料电池200D由于在比改性器400D及催化剂燃烧器500D更高温下动作,所以为了升温到动作温度需花费更多时间。因而，为了使反应装置300D及电子设备1000D的启动时间变快，可以使固体氧化物型燃料电池200D的升温时间变快。
变形例2由于没有具备收容升温时间更短且更低温的反应装置的第一容器，而具备收容升温时间更长且更高温的反应装置的第一容器，所以与上述变形例1同样，能够在抑制反应区域的热容量增大的同时使升温速度变快，除此以外，由于不具备收容改性器400D及催化剂燃烧器500D的第一容器，所以能够减少部件件数，并且能够改善成品率。
图9是表示在隔热容器100B内收容有燃料电池(反应器)200B的反应装置300B的内部构造的纵剖视图，图IOA是沿着切断线X (a) -X (a)切断时的向视剖视图，图IOB是沿着切断线X (b) -X (b)切断时的向视剖视图。
在第二实施方式中，与第一实施方式不同，收容在第一容器1B内的燃料电池200B的氧供给流路207B连通到第一容器1B与燃料电池200B之间的空间13B中。并且，氧供给管217B没有直接连结在氧供给流路207B上，而连通到第一容器1B的空间13B内。除此以外是与第一实施方式同样的结构，所以对于同样的部分，对同样的数字添加字母B，并省略其说明。
另外，在将第一容器1B的容器主体11B与盖部12B焊接的情况下，可以与第一实施方式同样地在真空中进行，但也可以在惰性气体环境中进
行。作为焊接方法，可以举出电子束焊接、激光焊接、电弧焊接等。
如以上那样，具备收容燃料电池200B的第一容器1B、和收容第一容器1B的第二容器2B，燃料电池200B的氧供给流路207B连通到燃料电池200B与第一容器1B之间的空间13B中，使第一容器1B与第二容器2B之间的空间23B的气压比大气压低，所以通过将含有氧的空气输送到第一容
18器1B的空间13B内，将含有氧的空气向氧极203B输送，所以能够使针对形成氧供给流路207B的壁面207aB、 208aB的内外的压力总是大致相同，
能够使压力差带来的应力与第一实施方式相比较大地降低，几乎大致成为零。此外，针对燃料极202B侧的燃料供给流路205B的壁面205aB、 206aB的内外的压力也与第一容器1B的空间13B中填充的含有氧的气体的压力、和在燃料供给流路205B内流通的改性气体的压力大致相同，所以能够使该压力差带来的应力几乎大致成为零。因而，在此情况下，也能够降低对燃料电池200B的各流路205B、 207B的壁面205aB、 206aB、 207aB及208aB施加的压力与第一容器1B的空间13B内的压力的压力差带来的应力，所以能够使壁面205aB、 206aB、 207aB及208aB变薄。
因而，能够实现燃料电池200B整体的薄型化，并且能够削减燃料电池200B的热容量。同时，由于通过使内包燃料电池200B的第一容器1的周围低于大气压，从而隔热，所以能够抑制热从反应区域向周边环境的散逸，进而能够使反应区域的升温速度变快。并且，通过组合了使第一容器1及第二容器2的内部比大气压低带来的隔热和低辐射率层14B、 15B、 24B带来的辐射隔热的高隔热性能，也能够使燃料电池200B的升温速度变快。(变形例3)
图11是表示在隔热容器100C内搭载有收容燃料电池(反应器)200C、改性器(反应器)400C、催化剂燃烧器(反应器)500C的反应装置300C的便携用电子设备1000C的块图，图12是表示搭载在电子设备1000C中的反应装置300C的内部构造的概略剖视图。
在变形例3中，燃料电池200C是固体氧化物型燃料电池，隔热容器100C具备收容固体氧化物型燃料电池200C的第一容器laC、和收容改性器400C及催化剂燃烧器500C的第一容器lbC，这两个第一容器laC、 lbC收容在第二容器2C中。使这两个第一容器laC、 lbC与第二容器2C之间的空间23C的气压比大气压低。改性器400C与燃料电池200C通过燃料供给管215C连结，催化剂燃烧器500C与燃料电池200C通过燃料排出管216C及氧排出管218C连结。此外，连结着空气泵(未图示)且对燃料电池C供给含有氧的空气的氧供给管217C及氧供给流路(未图示)与第二实施方式同样，连通到第一容器1C与燃料电池200C之间的空间13C中，在氧供给管217C及氧供给流路、和空间13C内共用空气。
除此以外，固体氧化物型燃料电池200C、第一容器1C及第二容器2C的结构与上述第一实施方式的固体氧化物型燃料电池200、第一容器1及第二容器2同样，改性器400C及催化剂燃烧器500C与变形例的改性器400A及催化剂燃烧器500A同样，所以对同样的数字添加字母C、或在第一容器laC、 lbC中添加aC、 bC，并省略其说明。(变形例4)
图13是表示在隔热容器100E内搭载有收容燃料电池(反应器)200E、改性器(反应器)400E、催化剂燃烧器(反应器)500E的反应装置300E的便携用电子设备1000E的块图，图14是表示搭载在电子设备1000E中的反应装置300E的内部构造的概略剖视图。
变形例4与上述变形例3的差异是，不具备收容改性器400C及催化剂燃烧器500C的第一容器。关于图13及图14的各结构，分别添加将在图11及图12中对应的结构的各标号的末尾"C"变更为"E"的标号，并省略其说明。
如图13及图14所示，变形例2的反应装置300E具备收容固体氧化物型燃料电池200E的第一容器1E、和收容第一容器1E、改性器400E及催化剂燃烧器500E的第二容器2E,使第一容器1E、改性器400E及催化剂燃烧器500E与第二容器2E之间的空间23E的气压比大气压低。改性器400E与固体氧化物型燃料电池200E通过燃料供给管215E连结，催化剂燃烧器500E与固体氧化物型燃料电池200E通过燃料排出管216E及氧排出管218E连结。此外，连结在空气泵(未图示)上且对固体氧化物型燃料电池200E供给含有氧的空气的氧供给管217E及燃料电池200E的氧供给流路207E (未图示)连通到第一容器1E与固体氧化物型燃料电池200E之间的空间中，连接在泵700E上且对燃料电池200E供给改性气体的燃料供给管215E连接在燃料电池200E的燃料供给流路205E (未图示)上。
变形例4的反应装置300E及电子设备IOOOE具有与上述变形例2同样的优点。即，变形例4的反应装置300E及电子设备1000E不具备收容升温时间更短且更低温的反应装置的第一容器，而具备收容升温时间更长且更高温的反应装置的第一容器，所以与上述变形例1同样，能够在抑制反应
20区域的热容量增大的同时使升温速度变快，除此以外，由于不具备收容改
性器400E及催化剂燃烧器500E的第一容器，所以能够减少部件件数，并
且能够改善成品率。
另外，在上述第二实施方式及变形例3、变形例4中，使收容在第一容器1B、 1C、 1E内的燃料电池200B、 200C、 200E的氧供给流路207B、 207C、207E及氧供给管217B、 217C、 217E连通到第一容器1B、 1C、 1E与燃料电池200B、 200C、 200E之间的空间13B、 13C、 13E中，但并不限于此。例如，如图15及图16所示，也可以是，收容在第一容器1F内的燃料电池200F的燃料供给流路205F (未图示)连通到第一容器1F与燃料电池200F之间的空间13F中，燃料供给管215F不直接连结在燃料供给流路205F而连通到第一容器1F的空间13F内，氧供给管217F与氧供给流路207F (未图示)直接连结。
此外，在上述变形例1及变形例3中，将燃料电池200A、 200D收容在一个第一容器laA、 1D中，将改性器400A、 400D及催化剂燃烧器500A、500D收容在另一个第一容器lbA、 lbD中，将这两个第一容器laA、 lbA或laD、 lbD分别收容到第二容器2A、 2D中，但并不限于此，也可以将多个反应器收容在一个第一容器中，将该第一容器收容在第二容器中，此外反应器及第一容器的个数也可以适当变更。进而，收容的反应器并不限于具有不同功能，也可以具有相同的功能。此外，在上述变形例2及变形例4中也同样可以适当变更。
进而，在上述第一实施方式、第二实施方式、变形例1至4中，设燃料电池都是固体氧化物型而进行了说明，但本发明并不限于固体氧化物型燃料电池，也可以应用在固体高分子型燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电池等中。
权利要求
1、一种反应装置，其特征在于，具备反应器，引起反应物的反应；第一容器，收容上述反应器；以及第二容器，收容上述第一容器；在上述反应器与上述第一容器之间的空间中填充且密封有气体；上述第一容器与上述第二容器之间的空间的气压比大气压低。
2、 如权利要求1所述的反应装置，其特征在于， 上述反应器具有反应物流通的流路；上述气体的压力被调节成，由于上述反应物的压力与上述气体的压力 之差而在构成上述流路的壁上产生的应力成为上述壁的破坏应力以下。
3、 如权利要求2所述的反应装置，其特征在于，在设上述壁的破坏应力为A，设上述流路的出口的上述反应物的压力为P0，设上述流路中的上述反应物的压力损失为PLoss时，上述气体的压力P在上述气体被封入时满足pQ+pL。ss— A <P< a (p。+ △)。
4、 如权利要求1所述的反应装置，其特征在于， 上述气体的热传导率比空气的热传导率小。
5、 如权利要求4所述的反应装置，其特征在于， 上述气体包括Ar、 Kr、 Xe、 Rn、 二氧化碳、氟利昂气体中的至少一种。
6、 一种反应装置，其特征在于，具备 反应器，引起反应物的反应； 第一容器，收容上述反应器；以及 第二容器，收容上述第一容器； 上述反应器具有上述反应物流通的流路；上述反应器的流路连通到上述反应器与上述第一容器之间的空间；上述第一容器与上述第二容器之间的空间的气压比大气压低。
7、 如权利要求1 6中任一项所述的反应装置，其特征在于，上述第一容器与上述第二容器之间的空间的压力是10Pa以下。
8、 如权利要求1 6中任一项所述的反应装置，其特征在于，上述第一容器的内壁面的一部分、上述第一容器的外壁面的一部分和上述第二容器的内壁面的一部分中的至少某一个的辐射率比上述第二容器的外壁面的辐射率低。
9、 如权利要求1 6中任一项所述的反应装置，其特征在于，上述第一容器的内壁面的一部分、上述第一容器的外壁面的一部分和上述第二容器的内壁面的一部分中的至少某一个被镜面加工。
10、 如权利要求1 5中任一项所述的反应装置，其特征在于，还具备供给到上述反应器中的反应物所流通的供给管；上述供给管连接在上述流路上。
11、 如权利要求6所述的反应装置，其特征在于，还具备供给到上述反应器中的反应物所流通的供给管；上述供给管连通到上述第一容器与上述第二容器之间的空间。
12、 如权利要求1 6中任一项所述的反应装置，其特征在于，上述反应物包括氧。
13、 如权利要求1 6中任一项所述的反应装置，其特征在于，上述反应器是通过燃料与氧的电化学反应来生成电力的燃料电池。
14、 一种电子设备，其特征在于，具备-权利要求13所述的反应装置；以及电子设备主体，通过由上述燃料电池生成的电力进行动作。
15、如权利要求14所述的电子设备，其特征在于，还具备改性器，从作为上述燃料的来源的原燃料生成改性气体；以及催化剂燃烧器，使从上述燃料电池排出的废气燃烧；上述改性器及上述催化剂燃烧器配置在上述第一容器与上述第二容器之间的空间中。
全文摘要
本发明的目的是提供一种能够抑制反应区域的热容量增大、并且能够使升温速度变快的反应装置及电子设备。本发明的反应装置，具备反应器，引起反应物的反应；第一容器，收容上述反应器；以及第二容器，收容上述第一容器；在上述反应器与上述第一容器之间的空间中填充且密封有气体；上述第一容器与上述第二容器之间的空间的气压比大气压低。
文档编号H01M8/04GK101465437SQ20081018590
公开日2009年6月24日 申请日期2008年12月16日 优先权日2007年12月17日
发明者中村修, 寺崎努, 盐谷雅治, 石川哲史, 远藤元气 申请人:卡西欧计算机株式会社