化学反应装置及供电系统制造方法及图纸

一种化学反应装置，包括一个在其中形成反应流量路径的实心本体；和一个加热器，该加热器具有一个薄膜加热器，并由该薄膜加热器将预定量的热量供应到该反应流量路径，该薄膜加热器形成在该本体上而与该反应流量路径相对，并至少部分地暴露于该反应流量路径。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
化学反应装置及供电系统
本专利技术涉及一种化学反应装置和包括这种化学反应装置的供电系统；更特别地，涉及一种化学反应装置，它应用于包括使用燃料来发电的燃料单元的供电系统。
技术介绍
在化学反应
已经知道这样的化学反应装置，在其中将各种流化材料混合物供应到流量路径，与放置在流量路径中的催化剂发生化学反应，即催化剂反应，从而生成所需的流体材料。根据它们的应用，这些化学反应装置具有多种规模和结构。例如，在某些相对小型的化学反应装置中，使用微构形技术在硅基片中形成一个微米级或毫米级的流量路径，其中的微构形技术开发于制造半导体如半导体集成电路的技术中；然后将流体供应到该流量路径，从而产生化学反应。图25是一个剖开的平面图，表示这种常规化学反应装置的一个例子。图26是沿图25中B-B线所取的一个剖视图。该化学反应装置包括一个硅基片1。在硅基片1的一个表面上，使用开发于半导体制造技术中的微构形技术来形成一个细微的之字形流量路径2。将用于进行化学反应的各种流体供应到流量路径2中。在流量路径2的内壁表面上，根据需要形成一个用于进行化学反应的催化剂层3。-->一个用作罩的玻璃板4堆叠并粘结在硅基片1的一个表面上。在玻璃板4的对应于流量路径2的两个端部的两个预定部分中，形成入口5和出口6。在硅基片1的另一表面上形成一个依随流量路径2成之字形的薄膜加热器7。如果该化学反应装置中的化学反应(催化剂反应)在预定的加热条件下引发吸热反应，则薄膜加热器7在化学反应时向流量路径2中的催化剂层3供应预定的热能。如下对具有上述结构的化学反应装置的应用进行说明。例如，近年来已经广泛开展了将使用燃料单元的供电系统付诸实际应用的研究和开发。具有上述结构的化学反应装置可用于这种使用燃料单元的供电系统中。也就是说，通过这种化学反应装置，可由发电燃料气体产生氢气并供应到燃料单元，并可减小使用燃料单元的供电系统的尺寸。当薄膜加热器7将流量路径2的内部加热到一个预定温度的时，将上述的发电燃料气体从入口5供应到流量路径2。这使得流量路径2中的催化剂层3发生吸热反应，生成了氢气以及作为副产物的二氧化碳。在这些产物中，只有氢气可通过从氢气中去除二氧化碳来产生。通过将该氢气供应到燃料单元中可产生电能。在上述常规化学反应装置中，通过向薄膜加热器7供应电能来加热流量路径2的内部。因此，可通过控制供应到薄膜加热器7的电能而相对容易地控制流量路径2中的加热温度。但需要相对较多的电能来进行加热。另外，由于薄膜加热器7形成在硅基片1的另一表面上，热能通过硅基片1供应到流量路径2中的催化剂层3，同时辐射到周-->围。这增加了热能损失，并使能量利用恶化。
技术实现思路
本专利技术的优点在于，在化学反应装置中，可减少加热所需的能量，并可通过抑制热能损失来提高能量利用，及可精确地控制流量路径中的加热温度；该化学反应装置包括允许反应流体流动的流量路径，并通过加热流量路径内部来完成所需化学反应。本专利技术的优点还在于，当将这种化学反应装置应用于使用燃料转化型燃料单元的供电系统时，可减少用于发电而加热所需的能量，并可通过抑制热能损失来提高能量利用，及通过精确地控制用于发电的加热温度来提高发电效率，使供电系统紧凑。为实现上述优点，根据本专利技术的第一化学反应装置包括：在其中形成反应流量路径的实心本体；和加热元件，该加热元件包括薄膜加热器，并通过该薄膜加热器将预定量的热量供应到该反应流量路径；其中的薄膜加热器形成在该本体中而面朝该反应流量路径，并至少部分地暴露于该反应流量路径。该化学反应装置至少使用薄膜加热器作为加热元件，该加热元件部分地暴露于反应流量路径。在由薄膜加热器加热反应流量路径的这种结构中，能够减少供应到反应流量路径的热能损失，并提高能量利用。作为加热元件，化学反应装置还可包括形成在本体中而对应于反应流量路径的燃烧流量路径，该反应流量路径具有形成在其至少一部分中的燃烧催化剂层；并通过由燃烧催化剂层引发的、供应到燃烧流量路径的燃烧流体的燃烧反应，向反应流量路径供应预定量的热能。通过额外地利用燃烧反应加热，可减少供应到薄膜加热器的电能。-->为实现上述优点，根据本专利技术的第二化学反应装置包括：在其中形成反应流量路径的实心本体；加热元件，该加热元件包括至少一个形成在本体中而对应于反应流量路径的燃烧流量路径，该反应流量路径具有形成在其至少一部分中的燃烧催化剂层；并通过由燃烧催化剂层引发的、供应到燃烧流量路径的燃烧流体的燃烧反应，向反应流量路径供应预定量的热能。作为加热元件，该化学反应装置至少包括热能供应单元，该热能供应单元通过在燃烧催化剂层上供应到燃烧流量路径的燃烧流体的燃烧反应，向反应流量路径供应热能。因此，可通过向燃烧流量路径供应预定的燃烧流体，并通过使用燃烧反应产生的热量加热反应流量路径，来完成所需的化学反应。因此，可减少进行化学反应时外部供应的电能。这样能够提高能量利用，减小使用这种化学反应装置的装置的尺寸，并降低成本。另外，供应到燃烧流量路径的燃烧流体，主要包括至少含有氧气并供应到第一流量路径的第一流体，和含有氧气的第二流体；或者包含第三流体和第二流体，其中的第三流体通过从排放自第一流量路径的流体中分离和去除氢而制成，第二流体含有氧气；该燃烧流体从供应到第一流量路径的化学反应流体材料产生。由于这样不需要单独供应燃烧流体，能够缩小化学反应装置的尺寸并降低成本。作为加热元件，化学反应装置可还包括多个基片作为本体，以及薄膜加热器；该薄膜加热器形成在第一基片上而对应于反应流量路径，并由该薄膜加热器向反应流量路径供应预定量的热量。在这种情况下，化学反应装置还包括第二基片；该第二基片覆盖-->形成于第一基片上的薄膜加热器，并粘结到第一基片的表面上，并在与薄膜加热器相对的表面上具有隔热凹槽。通过除了燃烧反应加热之外还使用薄膜加热器加热，可减小供应到薄膜加热器上的电能，并可完成精确温度控制。因此可以高效地完成化学反应。另外，根据本专利技术的化学反应装置可还包括防辐射膜，该防辐射膜覆盖本体的至少一部分最外部表面，以抑制热量从本体的外表面辐射出去，和箱体元件；该箱体元件覆盖本体的全部最外部表面，并在其间有一个隔热空间。以这种方式，可通过抑制热能损失来提高能量利用。当本专利技术的化学反应装置应用于包括燃料转化型燃料单元的供电系统时，作为燃料蒸发器，能够向反应流量路径供应作为发电燃料的甲醇水溶液，并通过加热元件蒸发反应流量路径中的所述发电燃料。作为转化单元，能够在反应流量路径中形成一个转化催化剂层，并通过使用加热元件加热反应流量路径对反应流量路径中的发电燃料进行转化，从而产生氢气。作为一氧化碳去除单元，能够在反应流量路径中形成一个选择性氧化催化剂层，并通过使用加热元件加热反应流量路径而从含有一氧化碳的气体混合物中去除一氧化碳。可通过将这些单元产生的氢气供应到燃料单元，并使氢气和氧气相互反应而产生电能。利用这种结构，能够减小用于发电加热所需的能量，减小能量损失，提高能量利用，并从而缩小供电系统的尺寸。此外，使用同样用作加热元件的薄膜加热器加热，从而可完成精确温度控制。由于这样能够高效完成化学反应，可提高发电效率。附图说明-->图1是本专利技术化学反应装置的第一实施例的剖开的平面图。图2是本专利技术化学反应装置的第一实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学反应装置，至少包括：在其中形成反应流量路径的实心本体；至少包括薄膜加热器的加热元件，该加热元件将预定量的热量供应到该反应流量路径；其中的薄膜加热器形成在该本体上而与该反应流量路径相对，并至少部分地暴露于该反应流量路径 。

【技术特征摘要】
JP 2002-3-29 094272/2002;JP 2002-3-29 094273/20021.一种化学反应装置，至少包括：在其中形成反应流量路径的实心本体；至少包括薄膜加热器的加热元件，该加热元件将预定量的热量供应到该反应流量路径；其中的薄膜加热器形成在该本体上而与该反应流量路径相对，并至少部分地暴露于该反应流量路径。2.根据权利要求1所述的化学反应装置，其中该实心本体包括多个基片；且在其中形成反应流量路径的所述多个基片中的至少一个基片是硅基片。3.根据权利要求1所述的化学反应装置，其中在至少一部分反应流量路径中形成反应催化剂层。4.根据权利要求1所述的化学反应装置，其中该实心本体包括多个基片；该反应流量路径制成沟槽，该沟槽具有位于所述多个基片中的第一基片的一个表面中的沟槽开口端；该薄膜加热器形成在所述多个基片中的第二基片的一个表面上；且第一基片的所述一个表面与第二基片的所述一个表面相对并彼此粘结。-->5.根据权利要求1所述的化学反应装置，其中该加热元件还包括：形成在本体中而对应于反应流量路径的燃烧流量路径，该反应流量路径具有形成在其至少一部分中的燃烧催化剂层；向燃烧流量路径供应燃烧流体的燃烧流体供应单元；及通过在燃烧催化剂层上的燃烧反应向反应流量路径供应热能的热能供应单元。6.一种化学反应装置，至少包括：在其中形成反应流量路径的实心本体；加热元件，该加热元件至少包括：形成在本体中而对应于反应流量路径的燃烧流量路径，该反应流量路径具有形成在其至少一部分中的燃烧催化剂层；向燃烧流量路径供应燃烧流体的燃烧流体供应单元；和通过在燃烧催化剂层上的燃烧反应向反应流量路径供应热能的预定热能供应单元。7.根据权利要求6所述的化学反应装置，其中该实心本体包括多个基片；且在其中形成反应流量路径或燃烧流量路径的所述多个基片中的至少一个基片是硅基片。8.根据权利要求6所述的化学反应装置，还包括覆盖该本体的至少一部分最外部表面的防热辐射膜。9.根据权利要求8所述的化学反应装置，其中该防热辐射膜是下列各项中的一个：-->由从包括Au、Al和Ag的组中选择的材料制成的金属膜，以及由从包括SnO2、InO3和ZnO的组中选择的材料制成的金属氧化物膜。10.根据权利要求6所述的化学反应装置，还包括覆盖该本体的全部最外部表面的箱体元件，且其中在该箱体元件与该本体最外部表面之间的至少一部分中形成空间。11.根据权利要求10所述的化学反应装置，其中该空间处于基本上真空的状态下，或者在该空间中密封一种导热性能低于所述箱体元件的构件的导热性能的气体。12.根据权利要求1所述的化学反应装置，其中供应到燃烧流量路径的燃烧流体包括氧气。13.根据权利要求6所述的化学反应装置，其中第一流体供应到反应流量路径；且供应到燃烧流量路径的燃烧流体包括所述第一流体和含有氧气的第二流体。14.根据权利要求6所述的化学反应装置，其中第一流体供应到反应流量路径；且供应到燃烧流量路径的燃烧流体包括含有氧气的第二流体，以及第三流体，该第三流体通过从排放自反应流量路径的流体中分离和去除氢气而制成。-->15.根据权利要求6所述的化学反应装置，还包括：形成在对应于反应流量路径的一个端部和另一个端部的部分中的入口和出口；形成在对应于燃烧流量路径的一个端部和另一个端部的部分中的入口和出口；形成在反应流量路径的所述另一个端部与反应流量路径的所述出口之间并有选择地传送氢气的分离膜；及形成在反应流量路径的所述另一个端部与燃烧流量路径的所述一个端部之间的本体中的通孔，其中将第一流体供应到反应流量路径的入口，将含有氧气的第二流体供应到燃烧流量路径的入口，及将第三流体供应到该通孔，该第三流体通过从排放自反应流量路径的所述另一个端部的流体中分离和去除氢气而制成。16.根据权利要求6所述的化学反应装置，还包括：形成在对应于反应流量路径的一个端部的部分中的入口；形成在对应于燃烧流量路径的一个端部和另一个端部的部分中的入口和出口；及形成在反应流量路径的另一个端部与燃烧流量路径的所述一个端部之间的本体中的通孔，其中将第一流体供应到反应流量路径的入口；将从反应流量路径的所述另一个端部排出的流体供应到-->该通孔；及将含有氧气的第二流体供应到燃烧流量路径的入口。17.根据权利要求6所述的化学反应装置，还包括：形成在对应于反应流量路径的一个端部和另一个端部的部分中的入口和出口；形成在对应于燃烧流量路径的另一个端部的部分中的出口；形成在反应流量路径的所述另一个端部与反应流量路径的所述出口之间并有选择地传送氢气的分离膜；及形成在反应流量路径的所述另一个端部与燃烧流量路径的一个端部之间的本体中的通孔，其中将第一流体供应到反应流量路径的入口；将通过分离和去除氢气而制成的第三流体供应到燃烧流量路径的所述一个端部，该氢气来自经过通孔而从反应流量路径的所述另一个端部排出的流体中。18.根据权利要求6所述的化学反应装置，还包括：向反应流量路径供应流体的流体供应单元；及通过使用加热元件而加热反应流量路径内部来蒸发反应流量路径中的流体的蒸发单元。19.根据权利要求6所述的化学反应装置，其中在至少一部分反应流量路径中形成反应催化剂层。20.根据权利要求19所述的化学反应装置，其中-->所述反应催化剂是转化催化剂；且该化学反应装置还包括：向流量路径供应流体的流体供应单元；及转化单元，该转化单元通过使用加热元件而加热反应流量路径内部来对反应流量路径中的流体进行转化，从而产生氢气。21.根据权利要求20所述的化学反应装置，其中该流体是甲醇水溶液。22.根据权利要求19所述的化学反应装置，其中所述反应催化剂是选择性氧化催化剂，该化学反应装置还包括：向反应流量路径供应流体的流体供应单元；及转变单元，该转变单元通过使用加热元件而加热反应流量路径内部来使流体中的一氧化碳转变成反应流量路径中的二氧化碳和氢气。23.根据权利要求22所述的化学反应装置，其中该流体是氢气和一氧化碳的气体混合物。24.根据权利要求6所述的化学反应装置，其中该加热元件还包括薄膜加热器，该薄膜加热器形成在本体上而对应于反应流量路径，并将预定量的热量供应到反应流量路径。25.根据权利要求24所述的化学反应装置，其中所述实心本体包括多个基片；-->所述薄膜加热器形成在所述多个基片中的第一基片上；第二基片覆盖形成在所述第一基片上的薄膜加热器，并粘结到所述第一基片的表面上。26.根据权利要求25所述的化学反应装置，其中所述第二基片在与薄膜加热器相对的表面中具有凹槽。27.根据权利要求26所述的化学反应装置，其中所述凹槽处于基本上真空的状态下，或者在该凹槽中密封一种导热性能低于第二基片的导热性能的气体。28.一种供电系统，包括：化学反应装置，该化学反应装置至少包括：在其中形成反应流量路径的实心本体，以及加热元件，该加热元件至少包括薄膜加热器并将预定量的热量供应到该反应流量路径...

【专利技术属性】
技术研发人员：河村义裕，小椋直嗣，五十岚哲，
申请(专利权)人：卡西欧计算机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]