JP2004241356A - 熱処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】気化器31の熱処理炉40は、基板41,42が重なり合って接合された構造となっており、基板41,42の接合部には葛折りとなったマイクロ流路43が形成されている。熱処理炉40はガラス容器53内に配設されている。基板42には、マイクロ流路43に沿って発熱抵抗膜47が成膜されており、発熱抵抗膜47には、Ni又はNi合金で形成されたリード線48,49が接続されている。リード線48,49の表面にはNiの酸化物で形成された酸化物膜50が形成されている。リード線48,49はガラス容器53を貫通して外部まで導きでており、酸化物膜50はリード線48,49及びガラス容器53に密着している。
【選択図】 図4
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理炉内において熱処理を行う熱処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年では、携帯型電話機、ノート型パソコン、デジタルカメラ、PDA(Personal Digital Assistant)及び電子手帳等といった小型の電子機器が進歩・発展を遂げている。小型の電子機器の電源としては、アルカリ乾電池及びマンガン乾電池等の一次電池並びにニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池及びリチウムイオン電池等の二次電池が用いられている。エネルギーの利用効率の観点から一次電池及び二次電池を検証すると、エネルギーの有効利用が図られているとは必ずしも言えなかった。
【0003】
そこで、燃料電池は高いエネルギー利用効率を実現することができるため、一次電池及び二次電池の代替えのために燃料電池について研究・開発が盛んに行われている。燃料電池は、燃料と大気中の酸素を電気化学的に反応させて、化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出す装置である。燃料電池に用いる燃料としては水素が挙げられるが、常温で気体であることによる取り扱い・貯蔵に問題がある。そこで、アルコール類及びガソリンといった液体燃料を用いれば、液体燃料と水蒸気を高温に加熱して反応させることによって、発電に必要な水素を取り出す熱処理装置としての改質器が必要であるが、液体燃料を貯蔵するためのシステムが比較的小型でよい。
【0004】
改質型の燃料電池を小型の電子機器の電源として用いる場合には、燃料電池だけでなく改質器も小型化する必要がある。特許文献1には、小型の改質器について記載されている。この改質器は、燃料と水蒸気の混合気が流れる反応流路を形成した基板と、この反応流路に対応するようにこの基板に設けられた薄膜ヒータと、を備える。薄膜ヒータに電力が供給されると薄膜ヒータが発熱し、反応流路に流れる混合気が薄膜ヒータの熱によって反応して、水素が生成される。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−252014号公報(第36−37頁、第40−41図)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、薄膜ヒータで発生した熱エネルギーが全て水と燃料の反応に利用されるのが望ましいが、薄膜ヒータで発生した熱エネルギーが基板を通じて外部に放出されてしまう。そのため、内部空間が真空となったガラス容器内に基板を配置することによって、熱エネルギーをガラス容器内に閉じ込めた状態とすると、熱エネルギーの損失が非常に少なくなる。
ここで、薄膜ヒータに電力を供給するために、薄膜ヒータにリード線が接続されており、このリード線はガラス容器を貫通してガラス容器外の電源部まで配線されている。ガラス容器内の真空を保って熱エネルギーの損失を防ぐために、リード線はガラス容器を貫通した部分においてガラス容器に密着しているのが望ましい。しかし、リード線とガラスとの密着性は高くないため、外気がリード線とガラス容器との間を通じてガラス容器内に漏洩してしまうことがある。そのため、熱エネルギーが損失してしまう。
そこで、本発明の目的は、外気がリード線と容器との間を通じて容器内に漏洩してしまうのを防止することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項1に記載の発明に係る熱処理装置は、例えば図4、図5に示すように、
発熱体(例えば、発熱抵抗膜47)と、
前記発熱体の熱により被熱処理原料を処理する熱処理炉(例えば、熱処理炉40)と、
前記熱処理炉を覆うとともに前記熱処理炉の周囲に密閉空間を形成した容器(例えば、ガラス容器53)と、
前記容器の外部から前記容器を貫通して前記発熱体に接続されたリード線(例えば、リード線48,49)と、
前記リード線が前記容器を貫通している部分において前記リード線と前記容器との間に介在した金属酸化物を有する酸化物膜(例えば、酸化物膜50)と、を有することを特徴とする。
【0008】
請求項1に記載の発明では、リード線を通じて発熱体に電力が供給されると、発熱体が発熱して、熱処理炉において被熱処理原料に熱処理が行われる。熱処理としては、被熱処理原料を相変化させることでも良いし、被熱処理原料を化学反応させることでも良いし、被熱処理原料の機械的特性・電気的特性を変化させることでも良い。
金属酸化物を有した酸化物膜は、例えば金属又は合金で形成されたリード線に対して密着性が高く、例えばガラスのようなリード線と異なる材質に対しても密着性が高い。そのため、容器がリード線と異なる材質であっても、外気はリード線が容器を貫通した部分において容器とリード線との間を通じて容器内に漏洩することがない。従って、容器内の密閉状態を保つことができ、発熱体から生じた熱エネルギーの損失を抑えることができる。
【0009】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の熱処理装置において、前記リード線にはニッケルが含まれ、前記酸化物膜がニッケル酸化物であることを特徴とする。
【0010】
請求項2に記載の発明では、リード線にニッケルが含まれているため、リード線は低抵抗であり、リード線において電気エネルギーが損失することが防止される。また、酸化物膜は、ニッケルの酸化物であり、例えばリード線の酸化被膜である。そのため、酸化物膜は、リード線に対して密着性が高く、リード線と異なる材質に対しても密着性が高い。そのため、容器がリード線と異なる材質であっても、外気はリード線が容器を貫通した部分において容器とリード線との間を通じて容器内に漏洩することがない。従って、容器内の密閉状態を保つことができ、発熱体から生じた熱エネルギーの損失を抑えることができる。
【0011】
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の熱処理装置において、前記酸化物膜の金属酸化物が、構成元素としてTaとSiとOとを含む無機化合物であることを特徴とする。
【0012】
請求項3に記載の発明では、酸化物膜の金属酸化物が、構成元素としてTaとSiとOとを含む無機化合物であるため、酸化物膜は、リード線に対して密着性が高く、リード線と異なる材質に対しても密着性が高い。そのため、容器がリード線と異なる材質であっても、外気はリード線が容器を貫通した部分において容器とリード線との間を通じて容器内に漏洩することがない。従って、容器内の密閉状態を保つことができ、発熱体から生じた熱エネルギーの損失を抑えることができる。
【0013】
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の熱処理装置において、前記酸化物膜の金属酸化物が、構成元素としてR(Rは希土類属の何れかの元素である。)とFeとOとを含む無機化合物であることを特徴とする。
【0014】
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の熱処理装置において、前記無機化合物中の酸素が欠損して、前記無機化合物がRFeO3−a(但し、0<a<3)であることを特徴とする。
【0015】
請求項4又は5に記載の発明では、酸化物膜の金属酸化物が、構成元素としてRとFeとOとを含む無機化合物であるため、酸化物膜は、リード線に対して密着性が高く、リード線と異なる材質に対しても密着性が高い。そのため、容器がリード線と異なる材質であっても、外気はリード線が容器を貫通した部分において容器とリード線との間を通じて容器内に漏洩することがない。従って、容器内の密閉状態を保つことができ、発熱体から生じた熱エネルギーの損失を抑えることができる。
【0016】
請求項6に記載の発明は、請求項3から5の何れか一項に記載の熱処理装置において、前記リード線が金で形成されていることを特徴とする。
【0017】
請求項7に記載の発明は、請求項4又は5に記載の熱処理装置において、前記リード線が白金で形成されていることを特徴とする。
【0018】
請求項6又は7に記載の発明では、リード線が金又は白金で形成されているため、リード線は低抵抗であり、リード線において電気エネルギーが損失することが防止される。また、酸化物膜の金属酸化物が、構成元素としてTaとSiとOとを含む無機化合物、又は、構成元素としてRとFeとOとを含む無機化合物であるため、リード線が金で形成された場合でも、リード線と酸化物膜との密着性が高い。酸化物膜の金属酸化物がリード線が構成元素としてRとFeとOとを含む無機化合物であり、リード線が白金で形成された場合でも、リード線と酸化物膜の密着性が高い。
【0019】
請求項8に記載の発明は、請求項1から7の何れか一項に記載の熱処理装置において、前記容器中の密閉空間が真空圧となっていることを特徴とする。
【0020】
請求項8に記載の発明では、金で形成されたリード線が低抵抗であるため、リード線において電気エネルギーが損失することが防止される。
【0021】
請求項9に記載の発明は、請求項1から8の何れか一項に記載の熱処理装置において、前記熱処理炉及び前記リード線を跨るように覆う、或いは前記熱処理炉及び前記発熱体を跨るように覆う、或いは前記熱処理炉、前記発熱体及び前記リード線を跨るように覆う、保護膜を備えることを特徴とする。
請求項10に記載の発明は、請求項9記載の熱処理装置において、前記保護膜は、SmFeO3、GdFeO3のいずれかを有することを特徴とする。
【0022】
請求項9及び請求項10に記載の発明では、保護膜を設けることにより熱処理炉の最表面を平坦化することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を用いて本発明の具体的な態様について説明する。ただし、発明の範囲を図示例に限定するものではない。
【0024】
図1は、本発明の熱処理装置が備わった発電システム1の基本構成を示したブロック図であり、図2は、発電システム1を部分的に破断して内部構成を概略的に示した斜視図である。
図1、図2に示すように、発電システム1は、燃料9を貯蔵した燃料容器2と、燃料容器2を着脱自在とするように設けられた発電モジュール5と、を備える。
【0025】
図2に示すように、燃料容器2は、上面に貫通孔を有するとともに下部に収納部21aを有し且つ外周部に管37を有した筐体21と、筐体21の収納部21aに収納されているとともに供給口39aが筐体21の貫通孔に挿入されているボトル39と、ボトル39内の底部からボトル39の供給口39aに導かれた供給管11と、ボトル39の供給口39aを閉塞した閉塞膜12と、を備える。ボトル39内に貯蔵された燃料9は、化学燃料と水との混合物である。化学燃料としては、メタノール(CH3OH)及びエタノール(C2H5OH)等のアルコール類並びにガソリンといった水素元素を含む化合物から選択された燃料が好ましい。本実施形態では、燃料9は、メタノール及び水が等モルで均一に混合されたものである。
【0026】
図1に示すように、発電モジュール5は、燃料容器2から供給された燃料9を改質するための改質手段3と、改質手段3により改質された燃料により発電を行う燃料電池4と、燃料電池4で発電された電気エネルギーを貯蓄し必要に応じて電気エネルギーを供給する蓄電部6と、蓄電部6から供給された電気エネルギーを発電モジュール5全体に分配する分配部60と、これら改質手段3、燃料電池4、蓄電部6及び分配60を電子制御する制御部70と、を有する。また、改質手段3は、本発明を適用した熱処理装置としての気化器31、水蒸気改質反応器32、水性シフト反応器33及び選択酸化反応器34から構成される。
【0027】
図2に示すように、発電モジュール5は筐体5aを有し、筐体5aの内部には、気化器31、水蒸気改質反応器32、水性シフト反応器33及び選択酸化反応器34が順に重ねられて設けられており、気化器31、水蒸気改質反応器32、水性シフト反応器33及び選択酸化反応器34を囲むようにして燃料電池4が設けられている。また、燃料電池4の外側であって筐体5aの外周面には、空気中の酸素を吸気するためのスリット13が形成されている。筐体5aの頭頂部には、蓄電部6(図1に図示)から外部のデバイスに電気エネルギーを供給するための端子14が設けられており、端子14の周囲であって筐体5aの頭頂部には複数の通気孔35が形成されている。筐体5aの底部には、燃料容器2と嵌合するために下方に突出する管7,8が設けられており、管7は水を排出するためのものであり、管8は燃料容器2から燃料9を吸入するためのものである。また、管7には、バルブ36が設けられており、筐体5aに設けられた水導入管38がこのバルブ36を介して管7に通じている。
【0028】
発電モジュール5の下部に燃料容器2の上部を取り付けると、発電モジュール5の管7が燃料容器2の管37に挿入され、発電モジュール5の管8が筐体21の貫通孔及びボトル39の供給口39aに挿入される。そして、発電モジュール5の管8が供給口39aに挿入されると、閉塞膜12が管8によって破られ、燃料9が供給管11内での毛細管現象等により発電モジュール5へ供給されるようになる。また、燃料電池4で生成された副生成物の水が、管7及び管37を通じてボトル39とは別の水用ボトル(図示略。燃料容器2に設けられている。)に排出されるようになる。
【0029】
気化器31は、燃料容器2のボトル39から管8を通じて供給された燃料9を加熱することで、燃料9を蒸発させるものである。気化器31においては、ボトル39から供給された燃料9が被熱処理原料である。気化器31で気化した混合気は、水蒸気改質反応器32へ供給される。なお、気化器31の詳細については後述する。
【0030】
水蒸気改質反応器32は、化学反応式(1)のように、気化器31から供給された混合気を改質触媒で水素ガスと二酸化炭素ガスに改質するものである。
CH3OH+H2O→3H2+CO2 …(1)
また、気化器31から供給された混合気が完全に水素ガスと二酸化炭素ガスに改質されない場合もあり、化学反応式(2)のように、水蒸気改質反応器32で微量の一酸化炭素ガスが生成される。
2CH3OH+H2O→5H2+CO+CO2 …(2)
水蒸気改質反応器32で生成された水素ガス、二酸化炭素ガス及び一酸化炭素に加えて未反応の水蒸気は、水性シフト反応器33へ供給される。水蒸気改質反応器32においては、気化器31から供給された混合気が被熱処理原料である。水蒸気改質反応器32の詳細については後述する。
なお、燃料9に含有した化学燃料の濃度を高くするために、化学反応式(2)の左辺の水として燃料電池4で生成された水をバルブ36で制御された水導入管38を介して水蒸気改質反応器32に導入させてもよく、またボトル39とは別の水用ボトルに溜まっている水を管37から水導入管38に毛細管現象等を利用して導入させることにより得ることもできる。
【0031】
水性シフト反応器33は、水蒸気改質反応器32から供給された混合気(水素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気及び一酸化炭素ガス)のうち一酸化炭素ガスを触媒で水性シフト反応させるものである。
CO+H2O→CO2+H2 …(3)
【0032】
水蒸気改質反応器32において未反応だった水蒸気が水性シフト反応に用いられ、混合気の水蒸気及び一酸化炭素ガス濃度は非常に希薄になる。水性シフト反応器33から選択酸化反応器34へ混合気(水素ガス、二酸化炭素ガス及び一酸化炭素ガスを含む)が選択酸化反応器34へ供給される。水性シフト反応器33においては、水蒸気改質反応器32から供給された混合気が、被熱処理原料である。水性シフト反応器33の詳細については後述する。
なお、化学反応式(3)の左辺の水は、燃料9内に含まれる化学反応式(2)で未反応の水を利用してもよく、また燃料電池4で生成された水をバルブ36で制御された水導入管38を介して水性シフト反応器33に導入させてもよく、またボトル39とは別の水用ボトルに溜まっている水を管37から水導入管38に毛細管現象等を利用して導入させることにより得ることもできる。
【0033】
選択酸化反応器34は、水性シフト反応器33から供給された混合気のうち一酸化炭素ガスを触媒によって選択し、化学反応式(4)のように一酸化炭素ガスを酸化させるものである。選択酸化反応器34においては、水性シフト反応器33から供給された混合気が被熱処理原料である。
2CO+O2→2CO2 …(4)
化学反応式(4)の左辺の酸素は、通気孔35を介して大気中から選択酸化反応器34に取り込まれる。また、選択酸化反応器34には、化学反応式(4)の化学反応を選択的に促進する触媒が形成されているため、混合気に含まれる水素はほとんど酸化しない。選択酸化反応器34から燃料電池4へ混合気が供給されるが、その混合気には一酸化炭素ガスが殆ど含まれず、水素ガス及び二酸化炭素ガスの純度が非常に高い。選択酸化反応器34に水素とそれ以外の無害の副生成物とに分離できる機構が設けられていれば、通気孔35からその副生成物を排出するようにしてもよい。
選択酸化反応器34の詳細については後述する。
【0034】
燃料電池4は、触媒微粒子が付着した燃料極(カソード)と、触媒微粒子が付着した空気極(アノード)と、燃料極と空気極との間に介装されたフィルム状のイオン伝導膜とを具備する。燃料極には、選択酸化反応器34からの混合気が供給され、空気極には、発電モジュール5の外周に設けられたスリット13を介して大気中の酸素ガスが供給される。
【0035】
電気化学反応式(5)に示すように、燃料極に水素ガスが供給されると、燃料極に付着した触媒により電子の分離した水素イオンが発生し、水素イオンがイオン伝導膜を通じて空気極へ伝導し、燃料極より電子が取り出される。また、選択酸化反応器34から供給された混合気のうち二酸化炭素ガスは、反応せずに外部に放出される。
3H2→6H++6e− …(5)
一方、電気化学反応式(6)に示すように、空気極に酸素ガスが供給されると、イオン導電膜を通過した水素イオンと、酸素ガスと、電子とが反応して、水が生成される。
6H++3/2O2+6e−→3H2O …(6)
燃料電池4で以上のような電気化学反応が起こることによって、電気エネルギーが生成される。生成された電気エネルギーは、蓄電部6に貯蓄されるようになっている。
【0036】
気化器31、水蒸気改質反応器32、水性シフト反応器33及び選択酸化反応器34は、シリコン、アルミニウム合金又はガラスからなる小型の基板に形成されたマイクロ流路に流体を流してこの流体を気化させるか又は流体の少なくとも一部に化学反応を引き起こさせるマイクロリアクタとして機能するものである。以下、気化器31、水蒸気改質反応器32、水性シフト反応器33及び選択酸化反応器34の構造について説明する。
【0037】
図3は、気化器31に備わった熱処理炉40を示した斜視図である。
気化器31の熱処理炉40は、二つの基板41,42が重なり合って接合された構造となっており、これら基板41,42の接合部には葛折りとなったマイクロ流路43が形成されている。基板41、42はシリコン結晶やアルミニウム、ガラス等から選択された材質で構成されている。
【0038】
マイクロ流路43は、基板41の一方の面に形成された葛折り状の溝を基板42に向かい合わせて、基板41と基板42を貼り合わせることによって形成され、封止されている。溝は、基板41の一方の面にフォトリソグラフィー法、エッチング法等を適宜施すことによって形成される。基板41の寸法は、一例として、長さ15〜35mm程度、幅10〜25mm程度、厚さ0.4〜1mm程度であり、基板41の一面に設けられた葛折りの溝の寸法は、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。
【0039】
図4は、マイクロ流路43に垂直な面で気化器31を破断して示した断面図である。図4に示すように、基板42の基板41に向き合った面には、マイクロ流路43に対応するように葛折り状の発熱抵抗膜47が形成されている。基板41と基板42が貼り合わせられると、基板41に形成された溝に発熱抵抗膜47が重なり、発熱抵抗膜47がマイクロ流路43の床を形成するようになる。そして、発熱抵抗膜47は、マイクロ流路43の一端から他端までマイクロ流路43に沿って形成されている。この発熱抵抗膜47は、当該発熱抵抗膜47に電力が付与されることにより発熱するものであり、例えばLa1−bSrbMnO3、Nd1−bSrbMnO3、La1−bSrbCoO3等の強磁性ペロブスカイト型複合酸化物からなる。また、発熱抵抗膜47全体を覆うように保護絶縁膜が成膜されており、保護絶縁膜は例えばSmFeO3、GdFeO3のいずれかで形成されている。
【0040】
図3、4に示すように、マイクロ流路43の一方の端部であって基板42側には供給管44が連結しており、マイクロ流路43の他方の端部であって基板41側には排出管45が連結している。供給管44は上記管8に通じており、燃料容器2から供給管44及び管8を介してマイクロ流路43に燃料9が供給されるようになっている。供給管44及び管8の間には、供給管44から管8に向けて流れる燃料の流量が制御部70により制御されたポンプが介在されている。
【0041】
発熱抵抗膜47に電力を供給して発熱抵抗膜47を発熱させるために、マイクロ流路43の一端において発熱抵抗膜47にリード線48が接続されており、マイクロ流路43の他端において発熱抵抗膜47にリード線49が接続されている。リード線48,49は、金、白金、ニッケルといった抵抗率が非常に低い金属材料で形成されており、リード線48,49の電気抵抗は、発熱抵抗膜47の電気抵抗に比較しても非常に低い。特に、リード線48,49は、金、白金といった化学的に安定した金属材料で形成されていることが望ましい。
【0042】
リード線48,49の外周表面には、金属酸化物からなる酸化物膜50が成膜されている。リード線48,49がニッケル又はニッケルを主成分とした合金の場合には、酸化物膜50は、リード線48,49の酸化被膜であることが簡易に製造できる観点から好ましい。この場合には、酸化物膜50は、ニッケル又はニッケル合金のリード線48,49を大気(酸素が含まれていれば、雰囲気は大気に限らない。)中で400℃に加熱することでリード線48,49の表面がニッケルの酸化物(NiO)に酸化されることによって形成される。ニッケル合金は、ニッケルを50%以上含有したものが望ましい。なお、リード線48,49がクロム又はクロム合金からなり、酸化物膜50がクロムの酸化被膜であっても良い。
【0043】
リード線48,49が金又は白金の場合には、酸化物膜50の金属酸化物は、TaとSiとOとを構成元素とした無機化合物が好ましい。この場合には、酸化物膜50は、酸化シリコン(SiO2)とタンタル(Ta)との焼結体をターゲットとしてスパッタリングを行うことによって、リード線48,49の表面に成膜される。このように成膜された酸化物膜50は、アモルファスとなっている。全体に対するTaの組成比をxモル%、Siの組成比をyモル%、Oの組成比をzモル%としたら、0<y≦xであり、25≦z≦50であるのが望ましい。Oの組成比が50モル%以下であれば、酸化物膜50と金のリード線48,49との密着性が高く、Oの組成比が25モル%以下であれば、酸化物膜50とガラスとの密着性が高いためである。なお、酸化物膜50に不純物が含まれていなければ、x+y+z=100である。
【0044】
また、リード線48,49が金又は白金の場合に、酸化物膜50の金属酸化物が、SmとFeとOとを構成元素とした無機化合物であっても良い。この場合には、酸化物膜50は、硝酸塩熱分解法によって成膜することができる。つまり、六水和物の硝酸サマリウム(Sm(NO3)3・6H2O)及び九水和物の硝酸鉄(Fe(NO3)3・9H2O)が所定濃度(例えば、0.3mol/l以上1.0mol/l以下)でエタノール等の有機溶剤に溶解された溶液にリード線48,49をディップ法等によりコーティングし、その後乾燥させる。そして、乾燥後にリード線48,49の周辺雰囲気を昇温させてリード線48,49及びその表面の被膜を500℃に加熱すると、リード線48,49の表面に絶縁性のSmFeO3からなる酸化物膜50が得られる。加熱温度は、500℃に限らず、500℃を越えても良く、700℃以上となれば多結晶のSmFeO3が得られる。
【0045】
SmFeO3からなる酸化物膜50は白金のリード線48,49及びガラスに対して密着性が高いが、金のリード線48,49に対しては白金ほど高くない。そこで、リード線48,49及びその表面の被膜を加熱する時に、周辺雰囲気を窒素等の不活性ガス雰囲気のような低酸素濃度雰囲気とすることによって、酸化物膜50の無機化合物中の酸素が欠損し、SmFeO3−a(但し、0<a<3)が得られる。SmFeO3−aからなる酸化物膜50は、金のリード線48,49及びガラスに対して高い密着性を示す。なお、酸化物膜50は、Smとは別の希土類元素とFeとOとを構成元素とした無機化合物からなっていても良い。この場合にも、希土類硝酸塩及び硝酸鉄を溶質とした溶液をリード線48,49にコーティングして加熱すれば良い。
【0046】
更に、気化器31は、低融点ガラスで形成されたガラス容器53を有する。ガラス容器53が内部に密閉空間55を形成し、気化器31の熱処理炉40がガラス容器53内の密閉空間55に配置されている。熱処理炉40は、ガラス容器53の内壁から離間するように、ガラス容器53の角部に形成された支持体54,54,…によって支持されている。ガラス容器53の内壁には、アルミ等で形成された輻射シールド膜51が形成されており、輻射シールド膜51は赤外線のような熱線を含む電磁波に対して高い反射性を有している。ガラス容器53の外壁にも輻射シールド膜52が形成されている。輻射シールド膜51,52がガラス容器53の表面に形成されているため、熱処理炉40で発した電磁波がガラス容器53外へほとんど伝播せずに、輻射シールド膜51,52で熱処理炉40へ反射し、ガラス容器53外への熱輻射が抑えられている。
【0047】
ガラス容器53内の密閉空間55は、気圧が非常に低く、真空圧となっている。密閉空間55が真空圧となっているため、熱伝搬する媒体がほとんどないため、熱処理炉40からガラス容器53外へ放熱することが抑えられている。
【0048】
熱処理炉40から導き出たリード線48,49はガラス容器53を貫通し、ガラス容器53の外部へと導き出ている。リード線48,49の表面に形成された酸化物膜50は、ガラス容器53を貫通している部分においてガラス容器53に密着している。上述したように、酸化物膜50の密着性はガラスやリード線48,49の金属又は合金に対して非常に高いため、外気がリード線48,49とガラス容器53との間を通じてガラス容器53内に漏洩することはない。
【0049】
また、管44,45もガラス容器53を貫通し、ガラス容器53の外部へと導き出ている。ガラス容器53は、密閉空間55を形成するための凹部を有したガラスの上箱及び下箱の凹部を向かい合わせて、上箱及び下箱の壁を合致させて接合することによって形成される。この場合、熱処理炉40を上箱及び下箱の凹部に配置して、上箱の壁と下箱の壁との間にリード線48,49を挟むようにする。管44,45は少なくともガラス容器53、輻射シールド膜51,52と接する周囲に、SmFeO3、GdFeO3、ニッケルの酸化物のような金属酸化物を被膜しておりガラス容器53,輻射シールド膜51,52と密着性が高い。
【0050】
リード線48は、ガラス容器53の外部において分配部60の一方の電極に接続されており、リード線49はガラス容器53の外部において分配部60の他方の電極に接続されている。また、分配部60は、制御部70からの制御信号に応じて発熱抵抗膜47に供給する電力を変更できる機能を有している。例えば、分配部60によって印加される電圧が一定であれば、分配部60はリード線48,49に流す電流を変更でき、分配部60によって流れる電流が一定であれば、分配部60はリード線48−リード線49に印加する電圧を変更できる。もちろん、分配部60が、電圧と電流の両方を変更できても良く、直流駆動、交流駆動のいずれであっても良い。
【0051】
制御部70は、汎用のCPU(central processing unit)等からなる演算処理装置又は専用の論理回路を有し、分配部60の電圧及び電流を示す信号をフィードバックして、分配部60から発熱抵抗膜47に付与する電力を調整するものである。これにより、発熱抵抗膜47による加熱温度が調整されるようになっている。
【0052】
図5に示すように、水蒸気改質反応器32、水性シフト反応器33及び選択酸化反応器34のいずれも、気化器31と同様に、熱処理炉40と、発熱抵抗膜47と、ガラス容器53と、輻射シールド膜51,52と、供給管44と、排出管45と、リード線48,49と、酸化物膜50と、を備える。
【0053】
水蒸気改質反応器32の供給管44は、気化器31の排出管45に通じており、水蒸気改質反応器32の排出管45は、水性シフト反応器33の供給管45に通じており、水性シフト反応器33の排出管45は、選択酸化反応器34の供給管45に通じており、選択酸化反応器34の排出管45は、燃料電池4の燃料極に通じている。また、水蒸気改質反応器32の外側に被膜された輻射シールド膜52は、気化器31の輻射シールド膜52及び水性シフト反応器33に接するように積層され、選択酸化反応器34の外側に被膜された輻射シールド膜52は水性シフト反応器33に接するように積層されている。
【0054】
水蒸気改質反応器32、水性シフト反応器33及び選択酸化反応器34の何れにおいても、マイクロ流路43の内壁及び天井(つまり、基板41の溝の壁面)には改質触媒膜46がマイクロ流路43の一端から他端までマイクロ流路43に沿って形成されている。改質触媒膜46は化学燃料を改質して水素を生成するものであり、改質触媒膜46の成分・種類などは、水蒸気改質反応器32、水性シフト反応器33、選択酸化反応器34の間で異なっていても良い。ここで、水蒸気改質反応器32の場合には、上記化学反応式(1)で示された化学反応が改質触媒膜46によって促進され、水性シフト反応器33の場合には、上記化学反応式(3)で示された化学反応が改質触媒膜46によって促進され、選択酸化反応器34の場合には、上記化学反応式(4)で示された化学反応が改質触媒膜46によって促進される。
【0055】
また、水蒸気改質反応器32、水性シフト反応器33及び選択酸化反応器34の何れにおいても、気化器31と同様に、リード線48,49がガラス容器53を貫通し、酸化物膜50がガラス容器53とリード線48,49との間に介在するとともにガラス容器53及びリード線48,49に密着している。また、水蒸気改質反応器32、水性シフト反応器33及び選択酸化反応器34の何れにおいても、気化器31と同様に、リード線48及びリード線49は分配部60に接続されており、発熱抵抗膜47による加熱温度が制御部70によって調整されるようになっている。そして水蒸気改質反応器32、水性シフト反応器33及び選択酸化反応器34のそれぞれの管44,45は少なくともガラス容器53、輻射シールド膜51,52と接する周囲に、SmFeO3、GdFeO3、ニッケルの酸化物のような金属酸化物を被膜しておりガラス容器53,輻射シールド膜51,52と密着性が高い。
【0056】
なお、水蒸気改質反応器32、水性シフト反応器33及び選択酸化反応器34については、気化器31と同様の構成要素に同様の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【0057】
次に、気化器31、水蒸気改質反応器32、水性シフト反応器33及び選択酸化反応器34の製造方法について説明する。
まず、基板41,42を準備し、基板42の一方の面に、発熱抵抗膜47を葛折り状に形成する。発熱抵抗膜47は、ペロブスカイト型複合酸化物膜を形成し、その膜をフォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて形状加工することによって得られる。ペロブスカイト型複合酸化物膜の形成方法は、以下のようになる。
【0058】
まず、硝酸ランタン塩(La(NO3)3・6H2O)、硝酸ストロンチウム塩(Sr(NO3)3)、硝酸マンガン塩(Mn(NO3)3・6H2O)をそれぞれ1メチル−2ピロリドンに溶解してから硝酸ランタン溶液、硝酸ストロンチウム溶液、硝酸マンガン溶液を混合する。溶液中の硝酸ランタン塩、硝酸ストロンチウム塩、硝酸マンガン塩のモル濃度比(組成比)は順に、1−b:b:1(但し、0<b<1)である。
【0059】
次いで、調製した溶液を基板42の表面に塗布し(手順1)、溶液を塗布した面を上に向けて基板42を真空デジケータ内にセッティングし、真空ポンプによって真空デジケータ内を真空圧とする(手順2)と、塗布した溶液が蒸発されて粘性が高まる。そして、真空デジケータ内において基板42を数回〜数十回揺動して溶液の拡散を促して(手順3)、塗布した溶液を均一な厚さの膜とする。溶液中には溶剤として1メチル−2ピロリドンが含まれており、且つ真空圧で溶液を乾燥しているため、基板42の表面に形成された膜は白濁しないで無色透明になる。
【0060】
次いで、基板42を真空デジケータから取り出して、電気炉内にセッティングし、電気炉内を真空圧にするとともに、電気炉内の温度を70分かけて室温から350℃まで上昇させて、350℃の状態を15分保持する(手順4)。この時に、基板42に表面に形成された膜が茶色に変色する。
そして、基板42の表面に形成した膜を目的の厚さにする場合には、手順1〜手順4を繰り返して積層させる。
その後、基板42を電気炉内にセッティングし、電気炉内の温度を400℃〜700℃程度に加熱する。この状態を30分〜1時間保ち、基板42の表面に形成された膜を反応させる。これにより、基板42の表面には、La1−bSrbMnO3からなるペロブスカイト型複合酸化物膜が形成される。
【0061】
基板42の表面に塗布する溶液中の硝酸ストロンチウム塩の濃度比(組成比)b、硝酸塩の濃度(硝酸ランタン塩、硝酸ストロンチウム塩、硝酸マンガン塩全体の濃度)、溶液の塗布回数を変えて、様々な条件で行った場合のペロブスカイト型複合酸化物膜のシート抵抗、膜厚、抵抗率を表1に示す。表1において、基板42の大きさは、4インチ×4インチとしている。
【表1】
【0062】
上記手順3では、基板42を揺動させていたが、スピンナーによって、基板42に対して垂直な軸周りに基板42を回転させても良い。基板42を回転させた場合に、様々な条件で行ったときのペロブスカイト型複合酸化物膜の抵抗率を表2に示す。ここで硝酸塩の濃度は表1と同様に硝酸ランタン塩、硝酸ストロンチウム塩、硝酸マンガン塩全体の濃度である。また試料番号NO.18〜No.29、NO.31は、電気炉内の温度を120分かけて室温から750℃まで昇温し、750℃で60分間焼成し続けたものであり、試料番号No.30は、電気炉内の温度を90分かけて室温から750℃まで昇温し、750℃で30分間焼成し続けたものであり、試料番号No.32は、電気炉内の温度を90分かけて室温から750℃まで昇温し、750℃で40分間焼成し続けたものである。
【表2】
【0063】
表1、表2ともにペロブスカイト型複合酸化物膜中のストロンチウムの組成比が高いと、概ね抵抗率が低くシート抵抗を下げる傾向があった。なお、硝酸ランタン塩、硝酸ストロンチウム塩、硝酸マンガン塩が1メチル−2ピロリドンに溶解された溶液を基板42に塗布したが、硝酸ネオジウム塩、硝酸ストロンチウム塩、硝酸マンガン塩が1メチル−2ピロリドンに溶解された溶液を基板42に塗布しても良い。この場合、成膜されるペロブスカイト型複合酸化物膜は、Nd1−bSrbMnO3(但し、0<b<1)からなる。また、硝酸ランタン塩、硝酸ストロンチウム塩、硝酸コバルト塩を1メチル−2ピロリドンに溶かした溶液を基板42に塗布しても良い。この場合には、成膜されるペロブスカイト型複合酸化物膜は、La1−bSrbCoO3(但し、0<b<1)からなる。何れにおいても、以上のように成膜したペロブスカイト型複合酸化物膜は、白濁しておらず、非常に滑らかで平坦な表面を有した膜である。
【0064】
次いで、基板42に成膜されたペロブスカイト型複合酸化物膜上にレジストを形成し、レジストをマスクとしてペロブスカイト型複合膜をエッチングすることによって、葛折り状となった発熱抵抗膜47に形状加工する。
【0065】
次いで、金、白金、ニッケル又はニッケル合金で形成されたリード線48を発熱抵抗膜47の一方の端に接続し、白金、ニッケル又はニッケル合金で形成されたリード線49を発熱抵抗膜47の他方の端に接続する。
【0066】
次いで、発熱抵抗膜47全体を覆うように基板42の表面に保護絶縁膜を以下のようにして成膜する。
まず、硝酸サマリウム塩(Sm(NO3)3・6H2O)及び硝酸鉄塩(Fe(NO3)3・9H2O)が一対一の割合となるように1メチル−2ピロリドンに溶解された溶液を調製する。硝酸サマリウム塩の代わりに硝酸カドリニウム塩であっても良い。
【0067】
次いで、調製した溶液を基板42(表面には発熱抵抗膜47が形成されている。)の表面に塗布し(手順1)、スピンナーによって基板42に対して垂直な軸周りに基板42を回転させて(手順2)、塗布した溶液を均一な厚さの膜とする。そして、容器を塗布した面を上に向けて基板42を真空デジケータ内にセッティングし、真空ポンプによって真空デジケータ内を真空圧とし、その状態で30分〜60分保持する(手順3)と、塗布した溶液が乾燥する。
そして、基板42の表面に形成した膜を目的の厚さにする場合には、手順1〜手順3を繰り返し、その後、基板42を電気炉内にセッティングし、電気炉内の温度を400℃〜700℃程度に加熱する。この状態を30分〜1時間保ち、基板42の表面に形成された膜を反応させる。これにより、調製した溶液に硝酸サマリウム塩が含まれている場合には、SmFeO3からなる保護絶縁膜が基板42の表面に形成され、調製した溶液に硝酸カドリニウム塩が含まれている場合には、GdFeO3からなる保護絶縁膜が基板42の表面に形成される。図6に、基板42上にリード線48として、210nmの厚さのW−Tiの合金層である下地層上に、700nmの厚さのAu層、300nmの厚さのW−Tiの合金層が順次積層された三層構造のものを用いたときに、その上方をSmFeO3からなる保護絶縁膜で覆ったときのステップカバレッジを示す断面図である。ここで実線は保護絶縁膜を成膜する前での基板42表面での段差を示し、波線は保護絶縁膜を成膜した後での基板42表面の段差を示す。横軸の長さ約22μm以上では、上記三層構造のリード線48が配置され、約10μmから22μmの間ではW−Tiの下地層の単層のみが配置されている。このように基板42とリード線48との間に段差があったものとしても、この保護絶縁膜は、その保護絶縁膜の表面の段差が緩和するように電極や発熱抵抗膜がない部分又は薄い部分を補償するように集中的に成膜される。このため、基板42と基板41との間に配置されるリード線48が埋設されるための空間の高さがほぼ一定になるので、基板42と基板41とが良好に接合できるようなリード線48のための空間の間隔を容易に設定できる。これにより、マイクロ流路43に流れる流体が基板42と基板41との間から漏洩することがない。なお、得られた保護絶縁膜の凹凸を表面粗さ測定装置で測定した場合の結果を図7に示す。図7(a)は、80nm厚のSmFeO3からなる保護絶縁膜の結果であり、横軸は表面に沿った線上の位置を表し、縦軸は基準位置からの高さを表す。図7(b)は、100nm厚のGdFeO3からなる保護絶縁膜の結果である。いずれも表面の凹凸の差は平均して10nm以内に収まっている。同様に、発熱抵抗膜47が基板41の外側又は基板42の外側に配置されている場合、基板表面では発熱抵抗膜47の厚さによる段差が生じ、発熱抵抗膜47上にリード線48が設けられた場合、さらにリード線48の厚さによる段差を生じるが、このような保護絶縁膜を、基板41又は基板42と発熱抵抗膜47とを跨るように覆いながら成膜したり、基板41又は基板42と発熱抵抗膜47とリード線48とを跨るように覆いながら成膜することで、その間に生じる段差を相殺するように最上面を平坦、平滑にできるため、設計時に従来のような凹凸のためのクリアランスを考慮する必要がないのでより省スペース化を図ることができる。また、基板41又は基板42がガラス容器53を用いることなく、隣接する構成部材と直接接触する構成であった場合、積層する際に、段差によって互いに傾くことがない。
【0068】
次いで、基板41の一方の面に、葛折り状の溝をエッチング、サンドブラスト法等により形成する。ここで、水蒸気改質反応器32、水性シフト反応器33及び選択酸化反応器34を製造する場合には、基板41に形成された溝の壁面に改質触媒膜46を成膜する。
【0069】
次いで、基板41に形成された溝と、基板42に形成された発熱抵抗膜47とを相対向するようにして、基板41に基板42を貼り合わせて接合する。これにより、マイクロ流路43が形成され、熱処理炉40が完成する。
【0070】
次に、リード線48,49の表面に酸化物膜50を形成する。
リード線48,49がニッケル又はニッケル合金からなる場合には、リード線48,49を大気中で400℃に加熱することでリード線48,49の表面に、NiOからなる酸化物膜50を形成する。
また、リード線48,49が金又は白金の場合には、酸化シリコン(SiO2)とタンタル(Ta)との焼結体をターゲットとしてスパッタリングを行うことによって、TaとSiとOとを構成元素とした無機化合物からなる酸化物膜50を形成する。
また、リード線48,49が金又は白金の場合には、他にもSmFeO3−a(但し、0<a<3)からなる酸化物膜50であってもよい。SmFeO3−aの製法は、まず六水和物の硝酸サマリウム(Sm(NO3)3・6H2O)及び九水和物の硝酸鉄(Fe(NO3)3・9H2O)がエタノール等の有機溶剤に溶解された溶液をリード線48,49にディップ法等によりコーティングし、その後乾燥させる。乾燥後、周辺雰囲気を窒素等の不活性ガス雰囲気中でリード線48,49及びその表面の被膜を500℃に加熱することによって、SmFeO3−aからなる酸化物膜50をリード線48,49の表面に形成する。
【0071】
次いで、ガラス容器53を製造するために、凹部を有したガラスの上箱及び下箱を準備し、上箱及び下箱の内壁及び外壁に輻射シールド膜51,52を形成し、上箱及び下箱の凹部に支持体54を設ける。次いで、真空雰囲気の下で、上箱の凹部と下箱の凹部を向かい合わせて、熱処理炉40を支持体54に支持するようにして、上箱の壁と下箱の壁との間にリード線48,49を挟み込んで、上箱の壁と下箱の壁とを合致させる。この状態で、上箱の壁と下箱の壁を接合することによってガラス容器53が形成され、リード線48,49がガラス容器53を貫通した状態となり、リード線48,49がガラス容器53を貫通している部分において、酸化物膜50がリード線48,49とガラス容器53との間に介在してリード線48,49及びガラス容器53に密着する。以上により、気化器31、水蒸気改質反応器32、水性シフト反応器33、選択酸化反応器34が完成する。酸化物膜50は、ガラス及びリード線48,49に対して密着性が非常に高いため、ガラス容器53内に外気がリード線48,49とガラス容器53との間を通じて漏洩することはない。
【0072】
次に、発電システム1の動作について説明する。
改質手段3を駆動するための制御信号が制御部70から分配部60に入力されると、電力が分配部60から気化器31、水蒸気改質反応器32、水性シフト反応器33及び選択酸化反応器34のそれぞれの発熱抵抗膜47にリード線48,49を介して供給され、それぞれの発熱抵抗膜47が発熱する。ここで、制御部70は、分配部60から気化器31、水蒸気改質反応器32、水性シフト反応器33の発熱抵抗膜47及び選択酸化反応器34のそれぞれの発熱抵抗膜47に与える電圧及び電流を示す信号をフィードバックし、発熱抵抗膜47が所定温度に発熱するように分配部60の電圧及び電流を制御する。
【0073】
この時、燃料9が燃料容器2のボトル39から気化器31の熱処理炉40内に供給され、燃料9が発熱抵抗膜47の熱によって蒸発し、気化器31内の気圧が高くなって、対流が生じる。従って、メタノールと水の混合気が、気化器31から水蒸気改質反応器32、水性シフト反応器33、選択酸化反応器34、燃料電池4の順に自然に流れる。
【0074】
水蒸気改質反応器32においては、混合気が供給管44から排出管45へとマイクロ流路43を流れる。混合気がマイクロ流路43を流れている時には、混合気が発熱抵抗膜47で加熱される。そして、混合気が改質触媒膜46によって促進されて、混合気が上記化学反応式(1)・(2)のような反応を起こす。
【0075】
水性シフト反応器33においては、混合気がマイクロ流路43を流れている時に発熱抵抗膜47によって加熱されて、上記化学反応式(3)のような反応を起こす。選択酸化反応器34においても同様に、混合気がマイクロ流路43を流れている時に発熱抵抗膜47によって加熱されて、上記化学反応式(4)のような反応を起こす。そして、水蒸気改質反応器32、水性シフト反応器33及び選択酸化反応器32によって生成された水素が燃料電池4の燃料極に供給されて、燃料電池4で電気化学反応が起きて、電気エネルギーが生成される。生成された電気エネルギーは、蓄電部6に貯蓄されたり、端子14を通じて外部に供給されたりする。
【0076】
以上のように本実施形態では、リード線48,49が金又は白金である場合には、リード線48,49の抵抗率が非常に低く、電気エネルギーがリード線48,49で殆ど損失しない。そして、TaとSiとOとを構成元素とした無機化合物からなる酸化物膜50は、金又は白金のリード線48,49と密着性が良い上、ガラス容器53とも密着性が高く。また、SmFeO3−aからなる酸化物膜50も、金又は白金のリード線48,49と密着性が良い上、ガラス容器53とも密着性が高い。一般的に金属酸化物は金又は白金と密着性が低いが、以上の実施形態のように成膜した酸化物膜50は、金又は白金のリード線48,49と密着性が高い。従って、外気がリード線48,49とガラス容器53との間を通じて密閉空間55に漏洩することはない。密閉空間55が真空状態を保っているから、熱処理炉40の熱が殆ど損失しない。
【0077】
リード線48,49がニッケル又はニッケル合金である場合にも、リード線48,49の抵抗率が非常に低く、電気エネルギーがリード線48,49で殆ど損失しない。更に、NiOからなる酸化物膜50は、ニッケル又はニッケル合金のリード線48,49と密着性が良い上、ガラス容器53とも密着性が高い。従って、外気がリード線48,49とガラス容器53との間を通じて密閉空間55に漏洩せずに、密閉空間55が真空状態を保っているから、熱処理炉40の熱が殆ど損失しない。
【0078】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
例えば、燃料9がメタノールと水との混合物であったが、その他のアルコール類と水との混合物であっても良いし、ガソリンと水との混合物であっても良い。但し、燃料9の種類に応じて、改質触媒膜46の種類も変更するのが望ましい。
【0079】
また、気化器31、水蒸気改質反応器32、水性シフト反応器33及び選択酸化反応器34の何れの熱処理炉40に形成された内部空間がマイクロ流路43であったが、単に空洞状のチャンバーであっても良い。
【0080】
また、上記実施形態では副生成物である一酸化炭素を除去する手段として水性シフト反応器33及び選択酸化反応器34の両方を適用したが、一酸化炭素の濃度を十分に低くすることができるのであれば、いずれか一方のみでもよい。
【0081】
また、上記発熱抵抗膜47がマイクロ流路43に沿って形状加工されているが、基板41と接合される基板42の面の一面に形成されていても良い。また、発熱抵抗膜47に保護絶縁膜を成膜せずに、発熱抵抗膜47をマイクロ流路43内に露出するように形成しても良いし、熱処理炉40の外面に形成しても良い。
【0082】
また、発熱抵抗膜47は、La1−bSrbMnO3、Nd1−bSrbMnO3、La1−bSrbCoO3等の強磁性ペロブスカイト型複合酸化物で形成されたものとして説明したが、その他の合金、金属、半導体といった材料で形成されていても良い。
【0083】
また、酸化物膜50は、リード線48,49全体に成膜しなくても良く、ガラス容器53を貫通している部分のみに成膜しても良い。
【0084】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、酸化物膜がリード線と容器のような互いに異なる複数種の材質に対して密着性が高いため、外気が容器とリード線との間を通じて容器内に漏洩することがない。従って、容器内の密閉状態を保つことができ、発熱体から生じた熱エネルギーの損失を抑えることができる。
【0085】
請求項2に記載の発明によれば、ニッケルを含んだリード線は抵抗が低いため、リード線において電気エネルギーが損失することが防止される。また、リード線の酸化被膜である酸化物膜は、酸化物膜がリード線に対して密着性が高く、容器に対しても密着性が高いため、外気が容器とリード線との間を通じて容器内に漏洩することがない。
【0086】
請求項3に記載の発明によれば、構成元素としてTaとSiとOとを含む無機化合物で形成された酸化物膜は、リード線と容器のような互いに異なる複数種の材質に対して密着性が高いため、外気が容器とリード線との間を通じて容器内に漏洩することがない。
【0087】
請求項4に記載の発明によれば、構成元素としてTaとSiとOとを含む無機化合物で形成された酸化物膜は、リード線と容器のような互いに異なる複数種の材質に対して密着性が高いため、外気が容器とリード線との間を通じて容器内に漏洩することがない。
【0088】
請求項5に記載の発明によれば、構成元素としてRとFeとOとを含む無機化合物で形成された酸化物膜は、リード線と容器のような互いに異なる複数種の材質に対して密着性が高いため、外気が容器とリード線との間を通じて容器内に漏洩することがない。
【0089】
請求項6に記載の発明によれば、金で形成されたリード線が低抵抗であるため、リード線において電気エネルギーが損失することが防止される。
【0090】
請求項7に記載の発明によれば、白金で形成されたリード線が低抵抗であるため、リード線において電気エネルギーが損失することが防止される。
【0091】
請求項8に記載の発明によれば、金で形成されたリード線が低抵抗であるため、リード線において電気エネルギーが損失することが防止される。
【0092】
請求項9及び請求項10に記載の発明によれば、保護膜を設けることにより熱処理炉の最表面を平坦化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の熱処理装置を備えた発電システムの基本構成を示したブロック図である。
【図2】発電システムを一部破断して示した斜視図である。
【図3】本発明の熱処理装置に備わった熱処理炉を示した斜視図である。
【図4】本発明の熱処理装置である気化器を示した断面図である。
【図5】本発明の熱処理装置である水蒸気改質反応器、水性シフト反応器、選択酸化反応器を示した断面図である。
【図6】本発明の熱処理装置に保護絶縁膜を設けた際の段差を示したグラフである。
【図7】保護絶縁膜の表面粗さを示したグラフである。
【符号の説明】
31 気化器(熱処理装置)
32 水蒸気改質反応器(熱処理装置)
33 水性シフト反応器(熱処理装置)
34 選択酸化反応器(熱処理装置)
40 熱処理炉
43 マイクロ流路(内部空間)
47 発熱抵抗膜(発熱体)
48,49 リード線
50 酸化物膜
53 ガラス容器
55 密閉空間
Claims (10)
- 発熱体と、
前記発熱体の熱により被熱処理原料を処理する熱処理炉と、
前記熱処理炉を覆うとともに前記熱処理炉の周囲に密閉空間を形成した容器と、
前記容器の外部から前記容器を貫通して前記発熱体に接続されたリード線と、
前記リード線が前記容器を貫通している部分において前記リード線と前記容器との間に介在した金属酸化物を有する酸化物膜と、を有することを特徴とする熱処理装置。 - 前記リード線にはニッケルが含まれ、前記酸化物膜の金属酸化物がニッケル酸化物であることを特徴とする請求項1に記載の熱処理装置。
- 前記酸化物膜の金属酸化物が、構成元素としてTaとSiとOとを含む無機化合物であることを特徴とする請求項1に記載の熱処理装置。
- 前記酸化物膜の金属酸化物が、構成元素としてR(Rは希土類属の何れかの元素である。)とFeとOとを含む無機化合物であることを特徴とする請求項1に記載の熱処理装置。
- 前記無機化合物中の酸素が欠損して、前記無機化合物がRFeO3−a(但し、0<a<3)であることを特徴とする請求項4に記載の熱処理装置。
- 前記リード線が金で形成されていることを特徴とする請求項3から5の何れか一項に記載の熱処理装置。
- 前記リード線が白金で形成されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の熱処理装置。
- 前記容器中の密閉空間が真空圧となっていることを特徴とする請求項1から7の何れか一項に記載の熱処理装置。
- 前記熱処理炉及び前記リード線を跨るように覆い、前記熱処理炉及び前記発熱体を跨るように覆い、又は、前記熱処理炉、前記発熱体及び前記リード線を跨るように覆う保護膜を備えることを特徴とする請求項1から8の何れか一項に記載の熱処理装置。
- 前記保護膜は、SmFeO3、GdFeO3のいずれかを有することを特徴とする請求項9に記載の熱処理装置。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006108104A (ja) * | 2004-10-05 | 2006-04-20 | Stmicroelectronics Inc | 燃料電池装置 |
JP2007176760A (ja) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Casio Comput Co Ltd | 反応装置および反応装置の製造方法 |
US7758822B2 (en) | 2006-01-17 | 2010-07-20 | Casio Computer Co., Ltd. | Reactor device |
CN104591073A (zh) * | 2014-12-05 | 2015-05-06 | 上海交通大学 | 一种微通道结构以及生成该微通道的方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001518688A (ja) * | 1997-10-01 | 2001-10-16 | アキュメントリクス・コーポレーション | 一体型個体酸素燃料セルおよび改良機 |
JP2003048701A (ja) * | 2001-08-01 | 2003-02-21 | Casio Comput Co Ltd | 蒸発装置、改質装置及び燃料電池システム |
JP2003168685A (ja) * | 2001-11-30 | 2003-06-13 | Casio Comput Co Ltd | 配線電極構造及びその製造方法 |
JP2003340273A (ja) * | 2002-05-30 | 2003-12-02 | Casio Comput Co Ltd | 化学反応装置及び燃料電池システム並びにその製造方法 |
JP2004075480A (ja) * | 2002-08-21 | 2004-03-11 | Casio Comput Co Ltd | 熱処理装置 |
JP2004091218A (ja) * | 2002-08-29 | 2004-03-25 | Casio Comput Co Ltd | 改質装置、改質装置の製造方法及び発電システム |
JP2004174417A (ja) * | 2002-11-28 | 2004-06-24 | Casio Comput Co Ltd | 小型化学反応装置 |
JP2008194689A (ja) * | 2008-02-18 | 2008-08-28 | Casio Comput Co Ltd | 小型化学反応装置 |
-
2003
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Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001518688A (ja) * | 1997-10-01 | 2001-10-16 | アキュメントリクス・コーポレーション | 一体型個体酸素燃料セルおよび改良機 |
JP2003048701A (ja) * | 2001-08-01 | 2003-02-21 | Casio Comput Co Ltd | 蒸発装置、改質装置及び燃料電池システム |
JP2003168685A (ja) * | 2001-11-30 | 2003-06-13 | Casio Comput Co Ltd | 配線電極構造及びその製造方法 |
JP2003340273A (ja) * | 2002-05-30 | 2003-12-02 | Casio Comput Co Ltd | 化学反応装置及び燃料電池システム並びにその製造方法 |
JP2004075480A (ja) * | 2002-08-21 | 2004-03-11 | Casio Comput Co Ltd | 熱処理装置 |
JP2004091218A (ja) * | 2002-08-29 | 2004-03-25 | Casio Comput Co Ltd | 改質装置、改質装置の製造方法及び発電システム |
JP2004174417A (ja) * | 2002-11-28 | 2004-06-24 | Casio Comput Co Ltd | 小型化学反応装置 |
JP2008194689A (ja) * | 2008-02-18 | 2008-08-28 | Casio Comput Co Ltd | 小型化学反応装置 |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006108104A (ja) * | 2004-10-05 | 2006-04-20 | Stmicroelectronics Inc | 燃料電池装置 |
JP2007176760A (ja) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Casio Comput Co Ltd | 反応装置および反応装置の製造方法 |
JP4492534B2 (ja) * | 2005-12-28 | 2010-06-30 | カシオ計算機株式会社 | 反応装置および反応装置の製造方法 |
US7758822B2 (en) | 2006-01-17 | 2010-07-20 | Casio Computer Co., Ltd. | Reactor device |
CN104591073A (zh) * | 2014-12-05 | 2015-05-06 | 上海交通大学 | 一种微通道结构以及生成该微通道的方法 |
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