JP2003245562A

JP2003245562A - マイクロ触媒反応器の製造方法

Info

Publication number: JP2003245562A
Application number: JP2002047940A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Notaki; 友博野瀧; Osamu Hasegawa; 修長谷川; Takeshi Tsuno; 武志津野; Masahiro Funayama; 正宏舩山; Satoshi Tawara; 諭田原; Takayuki Goto; 崇之後藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-02-25
Filing date: 2002-02-25
Publication date: 2003-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】触媒層を常温で形成することができ、触媒層
の厚さを簡単に制御することができ、微小空間の所望の
場所に触媒層を低コストで形成することができるととも
に、良好な基板と触媒層との密着性も提供できるマイク
ロ触媒反応器の製造方法を得る。【解決手段】表面に複数の溝部１２を設けた平板状の
基板１１と、前記溝部１２の内側に形成した触媒層１３
とを有し、被処理ガスを前記触媒層１３と接触させるよ
うにしたマイクロ触媒反応器の製造方法において、前記
触媒層１３が、触媒微粉末をキャリアガスとともに微小
孔ノズルの先端から前記溝部の内側に吹き付けることに
より形成されることを特徴とする製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ触媒反応
器の製造方法に関するものであり、詳しくは、触媒層を
常温で形成することができ、触媒層の厚さを簡単に制御
することができ、微小空間の所望の場所に触媒層を低コ
ストで形成することができるとともに、良好な基板と触
媒層との密着性も提供できるマイクロ触媒反応器の製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ触媒反応器やその他の用途の基
板に所望の触媒層を形成する方法は、従来から数多く提
案されている。例えば、特開平６−２０５９９２号公報
には、特定の水溶性混合液を含む不均質水溶性触媒のス
ラリーを調製し、溝部を有する触媒支持体の表面にこれ
を塗布する方法が開示されている。また、特開平５−１
８６２０３号公報には、金属素材の表面に多孔質性の触
媒担体層を付着形成させ、その触媒担体層に触媒活性物
質を含浸法により担持させた触媒エレメントが開示され
ている。しかしながら、前記の従来技術はいわゆる塗布
法または含浸法を採用するものであり、このような方法
では触媒層を基板上に薄く塗布することができず、結果
として触媒層の表面積が小さくなり反応効率が低下する
とともに、反応器全体が大型化するという問題点があ
る。さらに前記の従来の方法は焼成ステップをさらに含
むことから、コスト高となり、また基板および触媒層間
が剥離したり、触媒活性が低下したり、短寿命となる等
の問題点もある。また従来の方法ではマイクロ触媒反応
器のもつ微小空間の所望の場所に触媒層を形成すること
が不可能であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、触媒層を常温で形成することができ、触媒層の厚
さを簡単に制御することができ、微小空間の所望の場所
に触媒層を低コストで形成することができるとともに、
良好な基板と触媒層との密着性も提供できるマイクロ触
媒反応器の製造方法の提供にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、表面
に複数の溝部を設けた平板状の基板と、前記溝部の内側
に形成した触媒層とを有し、被処理ガスを前記触媒層と
接触させるようにしたマイクロ触媒反応器の製造方法に
おいて、前記触媒層が、触媒微粉末をキャリアガスとと
もに微小孔ノズルの先端から前記溝部の内側に吹き付け
ることにより形成されることを特徴とするマイクロ触媒
反応器の製造方法である。請求項２の発明は、平板状の
基板を用意し、前記基板を構成する材料を微粉末とし、
前記粉末をキャリアガスとともに微小孔ノズルの先端か
ら前記基板に吹き付けて凸部を形成することにより、表
面に複数の溝部を設けた平板状の基板を作製し、その
後、前記触媒層が形成されることを特徴とする請求項１
に記載のマイクロ触媒反応器の製造方法である。請求項
３の発明は、円筒パイプの外表面の少なくとも１部に触
媒層を形成し、前記円筒パイプを複数本束ね、被処理ガ
スを前記触媒層と接触させるようにしたマイクロ触媒反
応器の製造方法において、前記触媒層が、触媒微粉末を
キャリアガスとともに微小孔ノズルの先端から前記円筒
パイプの外表面に吹き付けることにより形成されること
を特徴とするマイクロ触媒反応器の製造方法である。請
求項４の発明は、平板状の基板表面の少なくとも１部に
表面に微細な凹凸を有する触媒層を形成し、被処理ガス
が前記触媒層と接触するようにしたマイクロ触媒反応器
の製造方法において、前記触媒層が、触媒微粉末をキャ
リアガスとともに微小孔ノズルの先端から前記基板の表
面に吹き付けることにより形成されることを特徴とする
マイクロ触媒反応器の製造方法である。請求項５の発明
は、平板状の基板上に網部材を積層し、前記網部材なら
びに基板表面上に触媒層を形成し、複合体を作製し、前
記複合体を複数枚積層し、被処理ガスが前記触媒層と接
触するようにしたマイクロ触媒反応器の製造方法におい
て、前記触媒層が、触媒微粉末をキャリアガスとともに
微小孔ノズルの先端から前記基板の表面に吹き付けるこ
とにより形成されることを特徴とするマイクロ触媒反応
器の製造方法である。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳しく説明
する。本発明の第１の実施形態は、表面に複数の溝部を
設けた平板状の基板と、前記溝部の内側に特定の方法に
より形成した触媒層とを有し、被処理ガスを前記触媒層
と接触させるようにしたマイクロ触媒反応器の製造方法
である。図１は、第１の実施形態において、本発明の製
造方法により得られるマイクロ触媒反応器の構成単位を
説明するための図である。図１において、マイクロ触媒
反応器の構成単位１０は、平板状の基板１１の表面に複
数の溝部１２が設けられ、その溝部１２の内側に触媒層
１３が形成されている。図１の態様におけるマイクロ触
媒反応器の構成単位１０は、例えばサイズとして、基板
１１の厚さｔが１５０μｍあるいはそれ以下、溝部１２
の深さｄおよび幅ｗが１００μｍあるいはそれ以下であ
る。なお触媒層１３の厚さは、例えば０．１μｍ〜１０
ｍｍ、好ましくは０．１μｍ〜２０μｍの範囲で常温で
制御することができ、また微小領域である溝部１２の底
部および側部にも触媒層１３を所望の薄さで形成するこ
とが可能である。そして被処理ガスが触媒層１３と接触
することにより、被処理ガス中のターゲットとなる物質
が化学反応を起こし、分解または改質する。

【０００６】触媒層１３の形成方法としては、２００μ
ｍ以下、好ましくは０．０１μｍ〜５０μｍ、さらに好
ましくは０．１μｍ〜１μｍの粒径の触媒粉末をキャリ
アガスとともに微小孔ノズルの先端から溝部１２の内側
に吹き付ける方法が採用される。この方法は公知であ
り、例えば特公平３−１４５１２号公報に記載されてい
るが、以下、簡単に説明する。図２は、触媒層の形成方
法を説明するための装置の概略図である。前記のような
粒径で例示される触媒微粉末２１の適量を容器２２内に
入れ、容器２２内にＡｒ、Ｈｅ等の不活性ガスを、ボン
ベ２３からバルブ２４、導管２５を介して容器２２の下
面からキャリアガスとして吹き込み、触媒微粉末２１を
容器２２内で浮遊状態に維持し、エアロゾルとする。次
に、エアロゾルを微小孔ノズル２７からチャンバ２６の
内部に設置された基板２８に向かって吹き付け、基板２
８の表面に設けられた溝部の内側に触媒層を形成するこ
とができる。なお基板ホルダ２９は基板２８を支持する
とともに、基板２８を微小孔ノズル２７に対して任意の
吹き付け角度となるように動作可能である。基板処理後
のチャンバ２６内の雰囲気は、フィルタ３０を介して外
部に排出可能である。なお、図示していないが、チャン
バ２６内にＨ_２等の還元性ガス、Ｎ_２等の非酸化性ガス
等の適当な１種または２種以上をパージすることも可能
である。

【０００７】図３は、図２の触媒層の形成方法を説明す
るための装置の概略図において、微小孔ノズル２７と基
板２８の位置関係を説明するための図である。図３にお
いて、微小孔ノズル２７から基板２８に向かってエアロ
ゾル３１を吹き付け、触媒層１３を形成する。すなわ
ち、エアロゾル３１を微小孔ノズル２７から噴出させる
事で、その中に含まれる触媒微粉末を加速し、溝部１２
の内側に衝突させることで層として堆積させる。得られ
た触媒層１３は、接着剤を用いずとも基板２８と良好に
密着している。微小孔ノズル２７と基板２８との距離
は、微小孔ノズル２７のサイズ、吹き付け時間、チャン
バ２６の雰囲気圧力、溝部１２の寸法等を勘案して適宜
決定すればよいが、例えば１．５ｍｍ以下である。ま
た、前記吹き付けは、触媒微粉末２１が超音速で基板２
８の溝部１２に衝突するように調整するのが好ましい。
微小孔ノズル２７のサイズを適宜変更したり、吹き付け
時間を調整したり、触媒微粉末濃度（キャリアガス単位
体積あたりの触媒粒子数）を調整したり、吹き付け速度
を調整したり、触媒微粉末の粒径を調節したりすること
により、触媒層の幅および厚さを簡単に制御することが
できる。また図３で示すように、本発明によれば、微小
領域である溝部１２の底部３２だけではなく、前記のよ
うに基板ホルダ２９の微小孔ノズル２７に対する角度を
変えることにより、側部３３にも触媒層１３を所望の薄
さで形成することが可能である。

【０００８】図４および図５は、このようにして得られ
たマイクロ触媒反応器の構成単位１０を利用した反応器
の一例を説明するための図である。図４（ａ）におい
て、該構成単位１０をシートａとし、これとは別に触媒
層１３を形成しない他は同じ構造の構成単位をシートｂ
としている。なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）における
Ａ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。図５におい
て、図４（ａ）に示すようにシートａおよびシートｂ
が、溝部が直交する位置関係でもって交互に積層され、
そのヘッド部およびボトム部にはヘッダーブロック１０
１およびボトムブロック１０２がそれぞれ固着され、密
閉空間を形成している。そして燃料流体入口部１０３か
ら燃料ガスが導入され、図４（ａ）のシートａにおける
燃料流体入口通路１０４を経て触媒層１３のある溝部を
通過し、触媒反応（例えば発熱反応）が生じる。反応後
の燃料ガスは、図４（ａ）に示す排ガス通路１０５を経
て排ガス出口部１０６から排出される。同時に、２次流
体入口部１０７から２次流体が導入され、図４（ａ）の
シートｂにおける２次流体入口通路１０８を経て溝部
（触媒層は形成されていない）を通過し、ここで、例え
ばシートａおよびシートｂ間で熱交換反応が生じる。熱
交換後の２次流体は、図４（ａ）に示す２次流体出口通
路１０９を経て２次流体出口部１１０から排出される。
なお、燃料流体入口通路１０４、排ガス通路１０５、２
次流体入口通路１０８、２次流体出口通路１０９は、図
５における反応器の縦方向のすべてのシートａ，ｂにお
いて連通している。

【０００９】本発明で使用する基板の材料は、とくに制
限されないが、例えばステンレス、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｉ等
の半導体、Ａｌ_２Ｏ_３等のセラミックス、ガラス、アク
リル樹脂、ポリカーボネート樹脂等のプラスチック等の
材料を例示することができる。基板に設けられる複数の
溝部は、通常互いに平行または実質上平行であり、その
断面は四角形以外に、三角形、六角形、その他の不規則
形状であることができる。

【００１０】本発明で使用する触媒は、被処理ガスに応
じて適宜選択すればよく、とくに制限されないが、例え
ばＰｔ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕ等を例示することがで
きる。また触媒粉末は触媒担体に触媒活性成分を担持し
たものを用いることができ、このような担体としては、
例えばＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＺｎＯ、Ｃｅ
Ｏ_２等を例示することができる。本発明によれば、触媒
を触媒担体に予め担持させる必要がなく、この点も有利
である。

【００１１】本発明の第２の実施形態は、平板状の基板
を用意し、前記基板を構成する材料を微粉末とし、前記
粉末をキャリアガスとともに微小孔ノズルの先端から前
記基板に吹き付けて凸部を形成することにより、表面に
複数の溝部を設けた平板状の基板を作製し、その後、前
記触媒層が形成されることを特徴とする前記のマイクロ
触媒反応器の製造方法である。図６は、本発明の第２の
実施形態における製造方法を説明するための概略図であ
る。図６の実施形態によれば、平板状の基板４１を縦、
横方向に動作可能とし、その表面に、基板構成材料微粉
末をキャリアガスとともに微小孔ノズル４２の先端から
基板４１に吹き付けて凸部を形成している。結果として
基板４１の表面には複数の溝部４３が形成されることに
なる。なお、前記凸部の形成方法は、前記第１の実施形
態と同じ条件の吹き付け方法を採用することができる。
このようにして作製した溝部４３が設けられた基板４１
に対し、前記第１の実施形態と同じ条件の吹き付け方法
を採用することにより、微小孔ノズル４４により触媒層
４５を形成することができる。なお、凸部のサイズ（溝
部の内部の寸法）は、前記と同様に適宜決定することが
でき、とくに制限されないが、例えば溝部の深さおよび
幅はそれぞれ１００μｍあるいはそれ以下である。この
本発明の第２の実施形態においても、触媒層を常温で形
成することができ、触媒層の厚さを簡単に制御すること
ができ、微小空間の所望の場所に触媒層を低コストで形
成することができるとともに、良好な基板と触媒層との
密着性も提供でき、また形成された凸部の機械的強度お
よび基板との密着性も良好である。

【００１２】本発明の第３の実施形態は、円筒パイプの
表面の少なくとも１部に触媒層を特定の方法により形成
し、前記円筒パイプを複数本束ね、被処理ガスを前記触
媒層と接触させるようにしたマイクロ触媒反応器の製造
方法である。図７は、本発明の第３の実施形態における
製造方法を説明するための概略図である。図７の実施形
態によれば、（ａ）に示したように、例えば長さ１０ｍ
ｍ〜１００ｍｍ、外径１００μｍ〜６０００μｍ、内径
８０μｍ〜５０００μｍの円筒パイプ５１の表面の少な
くとも１部に、触媒微粉末をキャリアガスとともに微小
孔ノズル５２の先端から円筒パイプ５１の外表面に吹き
付けることにより、触媒層５３が形成されている。続い
て（ｂ）に示すように、触媒層５３が形成された円筒パ
イプ５１を複数本束ねる。束ねられた円筒パイプは、例
えば（ｃ）に示すようにマイクロ蒸気発生器に用いるこ
とができる。図７（ｃ）のマイクロ蒸気発生器は、反応
容器５４内に、前記の束ねられた円筒パイプ群５５を、
その触媒層が反応容器５４内に位置するように置かれた
ものであり、例えば被処理ガスとしてのＣＨ_４燃料ガス
を燃料流体入口部５６から反応容器内５４を通過させ排
ガス出口部５７から排出される際に、被処理ガスが触媒
層と接触し発熱反応が生じ、これと同時に任意の２次流
体５８を円筒パイプ５１の一方の端部５９１からパイプ
内部を通過させることにより熱交換が生じ、２次流体が
加熱され、他方の端部５９２から排出されるというもの
である。なお、前記触媒層５３の形成方法は、前記第１
の実施形態と同じ条件の吹き付け方法を採用することが
できる。この本発明の第３の実施形態においても、触媒
層を常温で形成することができ、触媒層の厚さを簡単に
制御することができ、微小空間の所望の場所に触媒層を
低コストで形成することができるとともに、良好な基板
と触媒層との密着性も提供できる。

【００１３】本発明の第４の実施形態は、平板状の基板
表面の少なくとも１部に表面に微細な凹凸を有する触媒
層を特定の方法により形成し、被処理ガスが前記触媒層
と接触するようにしたマイクロ触媒反応器の製造方法で
ある。図８は、本発明の第４の実施形態における製造方
法を説明するための概略図である。図８（ａ）におい
て、平板状の基板６１の表面の少なくとも１部に、微細
な凹凸を有する触媒層６２が形成されている。図８
（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図８
（ｂ）に示したように、触媒層６２は、高さｈ１が５μ
ｍ、ｈ２が３μｍ、幅ｗ１が５μｍ、ｗ２が３μｍとし
て、厚さｔが０．１ｍｍである基板６１の表裏に設けら
れている。なお、触媒層６２の間隔は３μｍである。そ
して図８（ａ）に示すように燃料流体入口通路６３、２
次流体入口通路６３’、排ガス通路７３、２次流体出口
通路７３’を有する基板６１と、孔部６４を有する基板
６５が交互に積層され、そのヘッド部およびボトム部に
はヘッダーブロック６６およびボトムブロック６７がそ
れぞれ固着され、密閉空間を形成している。そして燃料
流体入口部６８から燃料ガスが導入され、図８（ａ）の
基板６５における孔部６４および基板６１における燃料
流体入口通路６３を経て基板６１の表裏に設けられた触
媒層６２と接触し、触媒反応（例えば発熱反応）が生じ
る。反応後の流体は、基板６１における排ガス通路７３
と基板６５における孔部６４を経て排ガス出口部６９か
ら排出される。同時に、２次流体入口部７０から２次流
体が導入され、基板６５における孔部７１、基板６１に
おける２次流体入口通路６３’を経て基板６５における
孔部７１を通過する。このとき、例えば前記発熱反応に
より生じた熱が、熱交換反応により２次流体を加熱す
る。２次流体も前記燃料ガスと同様に反応器内を進んで
いくが、通路が別々に設けられているため両者が接触す
ることはない。熱交換後の２次流体は、基板６１におけ
る２次流体出口通路７３’を経て２次流体出口部７２か
ら排出される。なお、孔部６４と燃料流体入口通路６
３、孔部６４と排ガス出口通路７３、孔部７１と２次流
体入口通路６３’、孔部７１と２次流体出口通路７３’
はそれぞれ、図８における反応器の縦方向の全ての基板
において連通している。また、前記触媒層６２の形成
は、公知のマスク成膜法を利用して、前記第１の実施形
態と同じ条件の吹き付け方法により行うことができる。
この本発明の第４の実施形態においても、触媒層を常温
で形成することができ、触媒層の厚さを簡単に制御する
ことができ、微小空間の所望の場所に触媒層を低コスト
で形成することができるとともに、良好な基板と触媒層
との密着性も提供できる。更に、触媒層６２の表面に設
けた微小な凹凸形状により、触媒層６２の表面積を大き
くすることができる。

【００１４】本発明の第５の実施形態は、平板状の基板
上に網部材を積層し、前記網部材ならびに基板表面上に
特定の方法により触媒層を形成し、複合体を作製し、前
記複合体を複数枚積層し、被処理ガスが前記触媒層と接
触するようにしたマイクロ触媒反応器の製造方法であ
る。図９は、本発明の第５の実施形態における製造方法
を説明するための概略図である。図９（ａ）において、
例えばＳＵＳシート、Ｎｉシート、Ｃｕシート等の平板
状の基板８１上に、ＳＵＳ、Ｎｉ、Ｃｕ等からなる網部
材８２を積層する。両者の接合は、例えば公知のスポッ
ト溶接やろう付け等により行うことができる。なお、前
記のような網部材は公知であり市販されてもいる。次
に、図９（ｂ）において、触媒微粉末をキャリアガスと
ともに微小孔ノズル８３の先端から網部材８２ならびに
基板８１の表面上に吹き付けることにより、触媒層８４
が形成され、複合体８５となる。なお、触媒層８４の形
成方法は、前記第１の実施形態と同じ条件の吹き付け方
法を採用することができる。続いて、図９（ｃ）におい
て、複合体８５を複数枚積層し接合して積層体８５０と
した後、図９（ｄ）に示すように積層体８５０を容器８
６内に入れ、燃料流体入口部８７を備えたヘッダーブロ
ック８８で容器８６を密閉し、燃料ガスを燃料ガス入口
部８７から容器８６内に導入し、触媒層８４との接触に
よる触媒反応を経た後、排ガス出口部８９から排出され
る。この本発明の第５の実施形態においても、触媒層を
常温で形成することができ、触媒層の厚さを簡単に制御
することができ、微小空間の所望の場所に触媒層を低コ
ストで形成することができるとともに、良好な基板と触
媒層との密着性も提供できる。

【００１５】前記の本発明の第１〜第５の実施形態によ
れば、触媒層を常温で形成することができ、触媒層の厚
さを簡単に制御することができ、微小空間の所望の場所
に触媒層を低コストで形成することができるとともに、
良好な基板と触媒層との密着性も提供できる。なお、本
発明によれば触媒層の厚さは０．１μｍ単位で制御可能
である。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに説明す
る。実施例１図１に示したようなマイクロ触媒反応器の構成単位を、
図２に示した装置により作製した。すなわち、図１に示
したように、溝部１２が８０本設けられたステンレス製
の平板状の基板１１を用意した。基板１１の厚さｔは１
００μｍ、溝部の深さｄは６０μｍ、幅ｗは１５０μｍ
である。なお溝部の長さは１４ｍｍである。次に、図２
に示したように、触媒として粒径１μｍのＲｕ−ＹＳＺ
（イットリア安定化ジルコニア）の適量を０．０２リッ
トル容の容器２２内に入れ、容器２２内にＨｅをボンベ
２３からバルブ２４、導管２５を介して容器２２の下面
からキャリアガスとして吹き込み、触媒を容器２２内で
浮遊状態に維持し、エアロゾルを調製した。次に、エア
ロゾルを０．４ｍｍ×５ｍｍの口径サイズを有する微小
孔ノズル２７からチャンバ２６の内部に設置された基板
２８に向かって超音速で吹き付け、基板２８の表面に設
けられた溝部の内側（底部および側部）に触媒層を形成
した。基板処理後のチャンバ２６内の雰囲気は、フィル
タ３０を介して外部に排出した。なお、得られた触媒層
１３は、接着剤を用いずとも基板２８と良好に密着して
いた。また、微小孔ノズル２７と基板２８との距離は、
３ｍｍとし、溝部全体への均一な吹き付け時間を５分と
することにより、触媒層の厚さを１μｍとした。また、
吹き付けはすべて常温で行った。

【００１７】実施例２図６に示すように、本発明の第２の実施形態によりマイ
クロ触媒反応器を作製した。すなわち、厚さが１００μ
ｍのＣｕ製基板に、粒径０．５μｍのＣｕ粉末をキャリ
アガスとともに微小孔ノズル４２の先端から基板４１に
吹き付けて凸部を形成した。その結果、溝部の深さｄが
６０μｍ、幅ｗが１５０μｍである８０本の溝部を基板
上に設けることができた。なお、吹き付け条件は、実施
例１と同様である。形成された凸部の機械的強度および
基板との密着性が良好であることが確認された。

【００１８】実施例３図７に示すように、本発明の第３の実施形態によりマイ
クロ触媒反応器を作製した。すなわち、長さ１０ｍｍ、
外径１００μｍ、内径８０μｍのＳＵＳ製円筒パイプ５
１の表面に、触媒として粒径０．５μｍのＲｕ−ＹＳＺ
の触媒粉末をキャリアガスとともに微小孔ノズル５２の
先端から円筒パイプ５１の外表面に吹き付け、触媒層５
３を形成した。吹き付け条件は実施例１と同じであり、
触媒層５３は、接着剤を用いずとも円筒パイプ５１と良
好に密着していた。続いて、触媒層５３が形成された円
筒パイプ５１を２５００本束ね、これを図５（ｃ）に示
すようにマイクロ蒸気発生器に用いた。被処理ガスとし
てのＣＨ_４燃料ガスを燃料流体入口部５６から容量３ｃ
ｃの反応容器５４内に入れ、排ガス出口部５７から排出
された。その際、被処理ガスが触媒層と接触し発熱反応
が生じたが、これと同時に水を円筒パイプ５１の一方の
端部５９１からパイプ内部を通過させることにより熱交
換が生じ、水が加熱され水蒸気が発生し、他方の端部５
９２から排出された。

【００１９】実施例４図８に示すように、本発明の第４の実施形態によりマイ
クロ触媒反応器を作製した。すなわち、縦１０ｍｍ、横
２０ｍｍの平板状の基板６１の表面の少なくとも１部
に、触媒層６２を高さｈ１が５μｍ、ｈ２が３μｍ、幅
ｗ１が５μｍ、Ｗ２が３μｍというパターンの繰返しで
マスク成膜法により４００パターン形成した。なお、吹
き付け条件は、実施例１と同様である。また基板６１と
同様のサイズを有する基板６５を基板の表裏に接着し
た。なおこの際、触媒層６２は基板６５における孔部６
４内に配置するようにした。そして図８と同様に基板６
１と基板６５の積層体のヘッド部およびボトム部にヘッ
ダーブロック６６およびボトムブロック６７を固着し、
密閉空間を形成した。続いて燃料流体入口部６８から燃
料ガスを導入し、基板６５における孔部６４および基板
６１における燃料流体入口通路６３を経て基板６１の表
裏に設けられた触媒層６２と接触させ発熱反応を生じさ
せ、同時に、２次流体入口部７０から水を導入し、熱交
換により水を加熱し、水蒸気を発生させ、２次流体出口
部７２から排出した。

【００２０】実施例５図９に示すように、本発明の第５の実施形態によりマイ
クロ触媒反応器を作製した。ＳＵＳシートからなる平板
状の基板８１上に、φ０．１ｍｍのＳＵＳ線からなる網
部材８２を積層した。両者の接合はスポット溶接により
行った。次に、実施例１と同様の吹き付け条件により触
媒微粉末をキャリアガスとともに微小孔ノズル８３の先
端から網部材８２ならびに基板８１上に吹き付け、厚さ
１μｍの触媒層８４を形成し、複合体８５を作製した。
続いて、複合体８５を１００枚積層し接合して積層体８
５０とし、これを容器８６内に入れ、燃料流体入口部８
７を備えたヘッダーブロック８８で容器８６を密閉し、
燃料流体．０を燃料流体入口部８７から容器８６内に導
入し、触媒層８４との接触による触媒反応を経た後、排
ガス出口部８９から排出した。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、触媒層を常温で形成す
ることができ、触媒層の厚さを簡単に制御することがで
き、微小空間の所望の場所に触媒層を低コストで形成す
ることができるとともに、良好な基板と触媒層との密着
性も提供できるマイクロ触媒反応器の製造方法が提供さ
れる。本発明により得られたマイクロ触媒反応器は、例
えばアンモニア合成、自動車排ガス浄化、メタノール合
成、ＮＯｘ除去、熱交換器等に幅広く利用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法により得られるマイクロ触媒
反応器の構成単位を説明するための図である。

【図２】触媒層の形成方法を説明するための装置の概略
図である。

【図３】図２の触媒層の形成方法を説明するための装置
の概略図において、微小孔ノズルと基板の位置関係を説
明するための図である。

【図４】マイクロ触媒反応器の構成単位を利用した反応
器の一例を説明するための図である。

【図５】マイクロ触媒反応器の構成単位を利用した反応
器の一例を説明するための図である。

【図６】本発明の第２の実施形態における製造方法を説
明するための概略図である。

【図７】本発明の第３の実施形態における製造方法を説
明するための概略図である。

【図８】本発明の第４の実施形態における製造方法を説
明するための概略図である。

【図９】本発明の第５の実施形態における製造方法を説
明するための概略図である。

【符号の説明】

１０マイクロ触媒反応器の構成単位１１，２８，４１，６１，６５，８１基板１２，４３溝部１３，４５，５３，６２，８４触媒層２１触媒微粉末２２容器２３ボンベ２４バルブ２５導管２６チャンバ２７，４２，４４，５２，８３微小孔ノズル２９基板ホルダ３１キャリアガス３２底部３３側部１０１，６６，８８ヘッダーブロック１０２，６７ボトムブロック１０３，５６，６８，８７燃料流体入口部１０４，６３燃料流体入口通路１０５，７３排ガス通路１０６，５７，８９排ガス出口部１０７，５９１，７０２次流体入口部１０８，６３’ ２次流体入口通路１０９，７３’ ２次流体出口通路１１０，５９２，７２２次流体出口部５１円筒パイプ５４反応容器５５円筒パイプ群５８２次流体６４，７１孔部８２網部材８６容器

フロントページの続き (72)発明者津野武志神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者舩山正宏神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者田原諭神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者後藤崇之神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１三菱重工業株式会社基盤技術研究所内Ｆターム(参考） 4G069 AA03 AA08 BA05B BC40B BC70B DA06 EA06 EA11 EB03 EE07 FA03 FB24 FB80 4G075 AA03 AA37 BB10 BD14 CA02 CA54 DA02 EB15 EE23 FB02 FB04 FB06 FB12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に複数の溝部を設けた平板状の基板
と、前記溝部の内側に形成した触媒層とを有し、被処理
ガスを前記触媒層と接触させるようにしたマイクロ触媒
反応器の製造方法において、前記触媒層が、触媒微粉末をキャリアガスとともに微小
孔ノズルの先端から前記溝部の内側に吹き付けることに
より形成されることを特徴とするマイクロ触媒反応器の
製造方法。
【請求項２】平板状の基板を用意し、前記基板を構成
する材料を微粉末とし、前記粉末をキャリアガスととも
に微小孔ノズルの先端から前記基板に吹き付けて凸部を
形成することにより、表面に複数の溝部を設けた平板状
の基板を作製し、その後、前記触媒層が形成されること
を特徴とする請求項１に記載のマイクロ触媒反応器の製
造方法。
【請求項３】円筒パイプの外表面の少なくとも１部に
触媒層を形成し、前記円筒パイプを複数本束ね、被処理
ガスを前記触媒層と接触させるようにしたマイクロ触媒
反応器の製造方法において、前記触媒層が、触媒微粉末をキャリアガスとともに微小
孔ノズルの先端から前記円筒パイプの外表面に吹き付け
ることにより形成されることを特徴とするマイクロ触媒
反応器の製造方法。
【請求項４】平板状の基板表面の少なくとも１部に表
面に微細な凹凸を有する触媒層を形成し、被処理ガスが
前記触媒層と接触するようにしたマイクロ触媒反応器の
製造方法において、前記触媒層が、触媒微粉末をキャリアガスとともに微小
孔ノズルの先端から前記基板の表面に吹き付けることに
より形成されることを特徴とするマイクロ触媒反応器の
製造方法。
【請求項５】平板状の基板上に網部材を積層し、前記
網部材ならびに基板表面上に触媒層を形成し、複合体を
作製し、前記複合体を複数枚積層し、被処理ガスが前記
触媒層と接触するようにしたマイクロ触媒反応器の製造
方法において、前記触媒層が、触媒微粉末をキャリアガスとともに微小
孔ノズルの先端から前記基板の表面に吹き付けることに
より形成されることを特徴とするマイクロ触媒反応器の
製造方法。