JP2005327729A - 燃料電池システム用改質装置及びこれに使用される反応基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料を含む反応物の流れを可能にし，プレートタイプに積層構造を実現できる燃料電池システム用改質装置，及びこれに使用される反応基板の製造方法を提供する。
【解決手段】燃料が流れる溝状の移動チャンネル３２ｃと，その移動チャンネルに形成された触媒層３２ｅとを含む反応基板３２ａと，熱エネルギーによる燃料の改質反応によって水素を発生させる改質反応部３２とを含み，移動チャンネル３２ｃは，底面と側面とのコーナー部位がＲ形状に形成されることを特徴とする燃料電池システム用改質装置３０と，これに使用される反応基板３２ａの製造方法が開示される。
【選択図】図３

Description

本発明は燃料電池システム用改質装置及びこれに使用される反応基板の製造方法に関する。

燃料電池は，メタノール，エタノール，天然ガスのような炭化水素系の物質内に含まれている水素と酸素の電気化学的な反応によって，電気エネルギーを発生させる発電システムである。

このような燃料電池において，近年開発されている高分子電解質型燃料電池（以下，便宜上ＰＥＭＦＣという）は，出力特性が優れていて作動温度が低く，速い始動特性及び応答特性を有するので，自動車のような移動用電源はもちろん，住宅，公共建物のような分散用電源及び電子機器用のような小型電源など，広い応用範囲を持つという長所を有する。

このようなＰＥＭＦＣ方式を採用した燃料電池システムは，スタック，改質装置，燃料タンク，及び燃料ポンプなどを備える。スタックは，複数の単位セルからなる電気発生集合体を形成し，燃料ポンプは，燃料タンク内の燃料を改質装置に供給する機能を持つ。そして，改質装置は，燃料を改質して水素を発生させ，この水素をスタックに供給する機能を持つ。

この中で改質装置は，熱エネルギーによる化学触媒反応によって，燃料より水素を発生させるが，熱エネルギーを発生させる熱源部と，この熱エネルギーを吸収して燃料より水素を発生させる改質反応部などを含んで構成される。

しかし，従来による燃料電池システムの改質装置は，上述のような熱源部，改質反応部などが容器形態に構成され，これら各々が配管によって連結されて分散配置され，反応部間の熱交換が直接的に行われないため，熱伝達面では不利であるという問題点があった。また，各反応部が分散配置されることによって，システムの構成がコンパクトにならないという問題点もあった。

そこで，本発明は上述の問題点を勘案したものであって，その目的は，改質装置の各反応部間の熱交換を直接的に行えるようにして，熱伝達を迅速に行うことが可能な燃料電池システム用改質装置，及びこれに使用される反応基板の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，燃料が流れる溝状の移動チャンネルと，移動チャンネルに形成された触媒層とを含む反応基板とを有し，熱エネルギーによる燃料の改質反応によって水素を発生させる改質反応部を含み，上記溝状の移動チャンネルの底面と側面とのコーナー部位がＲ形状に形成される燃料電池システム用改質装置が提供される。

上記の燃料電池システム用改質装置は，コーナー部位が１０μｍ〜２０μｍの曲率半径を有するＲ形状に形成されることも可能である。

上記の燃料電池システム用改質装置は，底面と側面のなす角度が鈍角，例えば，１２０゜〜１３０゜に形成されるように構成することもできる。

この燃料電池システム用改質装置は，移動チャンネルが，反応基板の一面に対して任意の間隔をおいて突出形成されるリブの間の空間として構成されることも可能である。

また，燃料電池システム用改質装置は，反応基板の一面に密着配置される蓋プレートを含むことができる。

燃料電池システム用改質装置は，移動チャンネルの表面に触媒層を支持するための支持層を形成することもできる。

この燃料電池システム用改質装置は，反応基板が，シリコン，ガラス，及びステンレスからなる群より選択されるいずれか一つの素材からなることができる。この場合，支持層は，アルミナ，シリカ，及びチタニアからなる群より選択されるいずれか一つの素材からなることができる。

燃料電池システム用改質装置は，燃料が流れる移動チャンネルに触媒層を形成している熱源部用反応基板を有し，燃料の酸化反応によって熱エネルギーを発生させる熱源部をさらに含み，熱源部用反応基板が改質反応部に密着配置される構成にすることもできる。

燃料電池システム用改質装置は，水素の流れる移動チャンネルに触媒層を形成している一酸化炭素低減用反応基板を有し，水素中に含まれている一酸化炭素の濃度を低減させる少なくとも一つの一酸化炭素低減部をさらに含み，一酸化炭素低減用反応基板が熱源部に密着配置される構成にすることもできる。

燃料電池システム用改質装置は，改質反応部用反応基板，熱源部用反応基板，及び一酸化炭素低減部用反応基板が積層され，この反応基板のうちの最表面に位置する反応基板に密着配置される蓋プレートを含むことができる。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，（ａ）基板の上面を異方性エッチングして，底面と側面のコーナー部位が角形をなすチャンネルパターンを形成する段階と，（ｂ）上記のチャンネルパターンを等方性エッチングして，コーナー部位が円弧状をなすチャンネルを形成する段階と，（ｃ）チャンネルの表面に支持層を形成する段階と，（ｄ）支持層上に触媒層を形成する段階を含む，燃料電池システム用改質装置に使用される反応基板の製造方法が提供される。

上記の反応基板の製造方法において，この基板が，シリコン，ガラス，及びステンレスからなる群より選択されるいずれか一つの素材からなることができる。

また，反応基板の製造方法において，支持層は，アルミナ，シリカ，及びチタニアのからなる群より選択されるいずれか一つの素材からなることができる。

上記の反応基板の製造方法は，上記（ｂ）段階で，コーナー部位が１０μｍ〜２０μｍの曲率半径を有するＲ形状に形成することができる。

また，反応基板の製造方法は，底面と側面の間の角度が１２０゜〜１３０゜に形成される上記チャンネルを形成することもできる。

本発明によれば，反応基板で改質装置を構成することにより，積層が可能であり，改質装置の各反応部で必要とする熱エネルギーを迅速に伝達することができる。したがって，改質装置の熱効率及びシステム全体の性能をさらに向上させることができる。

以下に，添付した図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する発明特定事項については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は，本発明の第１実施形態に適用される燃料電池システムの，全体的な構成を概略的に示した説明図である。

この図１を参照して本発明に適用される燃料電池システム１００を説明すれば，この燃料電池システム１００は，燃料を改質して水素を発生させ，この水素を酸素と電気化学的に反応させて電気エネルギーを発生させる，高分子電解質型燃料電池方式で構成される。

このような燃料電池システム１００に使用される燃料は，メタノール，エタノール又は天然ガスなどのような水素を含有した液体，あるいは気体の燃料を用いることができる。しかし，本実施形態で説明する以下の燃料は，便宜上液体からなる燃料とする。なお，以下の説明が，気体の燃料を用いた場合にも同様に適用されることは，言うまでもない。

本システム１００は，水素と反応する酸素として，別途の保存手段に保存された純粋な酸素を用いることができ，また，酸素を含有している空気をそのまま使用することもできる。しかし，以下では，酸素を含有している空気をそのまま使用する場合を例として説明する。

燃料電池システム１００は，水素と酸素の反応によって電気エネルギーを発生させるスタック１０と，燃料を改質して水素を発生させ，この水素をスタック１０に供給する，第１実施形態による改質装置３０と，燃料を改質装置３０に供給する燃料供給ユニット５０と，空気をスタック１０に供給する空気供給ユニット７０とを含んで構成される。

スタック１０は，水素と酸素の電気化学的な反応を利用して電気エネルギーを発生させる電気発生部１１を備える。この電気発生部１１は，通常の膜−電極アセンブリを中心に，その両面にセパレータ（バイポーラプレートともいう）を密着配置して形成する最小単位の燃料電池で構成される。したがって，第１実施形態では，電気発生部１１を複数備え，これらを連続的に配置することによって，電気発生部１１の集合体構造によるスタック１０を形成することができる。このようなスタック１０の構成は，通常の高分子電解質型燃料電池のスタックにも使用することができるので，本明細書でその詳細な説明は省略する。

第１実施形態において，改質装置３０は，熱エネルギーによる燃料の改質反応，例えば，水蒸気改質，部分酸化又は自熱反応などの化学的な触媒反応によって，燃料より水素を発生させる構造を備える。このような改質装置３０の構成は，図２〜図４を参照して後で更に説明する。

燃料供給ユニット５０は，改質装置３０に燃料を供給するためのものであって，燃料を保存する燃料タンク５１と，燃料タンク５１から燃料を排出させるための，通常の構造の燃料ポンプ５３とを備えている。

空気供給ユニット７０は，所定のポンピング力で空気を吸入し，この空気をスタック１０の電気発生部１１に供給する空気ポンプ７１を含む。本発明において，空気供給ユニット７０は上記のような空気ポンプ７１を備えることに限定されず，通常の構造のファンを備えることもできる。

図２は，本発明の第１実施形態による燃料電池システム用改質装置の構成を示した分解斜視図であり，図３は，図２の結合断面構成図である。

図２より，第１実施形態による改質装置３０は，熱エネルギーによる燃料の改質触媒反応によって燃料より水素を発生させる，プレートタイプの改質反応部３２で構成される。

このような改質反応部３２は，燃料の流れ及び燃料の改質触媒反応を可能にする反応基板３２ａと，この反応基板３２ａに密着配置される蓋プレート３５とを含む。

反応基板３２ａは，燃料が流れる溝状の移動チャンネル３２ｃを有し，移動チャンネル３２ｃに触媒層３２ｅが形成されている本体３２ｂを備える。ここで，触媒層３２ｅは，燃料の改質反応を促進させる通常の触媒物質を，移動チャンネル３２ｃにコーティングして形成されることができる。そして，移動チャンネル３２ｃの表面と触媒層３２ｅとの間には，この触媒層３２ｅを支持する支持層３２ｄを備えている。

このような反応基板３２ａの構造を，図４を参照してさらに具体的に説明すれば，反応基板３２ａの本体３２ｂは，所定の幅と長さを有するほぼ四角形のプレート形状からなり，シリコン，ガラス又はステンレス素材で形成されることができる。

このような反応基板３２ａにおいて，移動チャンネル３２ｃは，本体３２ｂの上面で任意の間隔をおいて突出形成されたリブ３２ｈの間の空間によって形成されることができる。移動チャンネル３２ｃは，リブ３２ｈの間の空間を形成する溝の底面（Ｂ）と側面（Ｗ）とで構成される。このような移動チャンネル３２ｃは，本体３２ｂの一面に対して任意の間隔をおいて直線状に配置され，その両端を交互に連結して形成されている。もちろん，このような移動チャンネル３２ｃの配置構造は上記の例に限定されるわけではない。

第１実施形態で，移動チャンネル３２ｃは，底面（Ｂ）と側面（Ｗ）とによって形成されるが，底面（Ｂ）と側面（Ｗ）のコーナー部位がＲ形状となるように形成される。ここで，コーナー部位がＲ形状という表現は，溝状の移動チャンネル３２ｃの底面（Ｂ）と側面（Ｗ）の接合部が，湾曲した形状であることを示している。この時，移動チャンネル３２ｃは，底面（Ｂ）と側面（Ｗ）のコーナー部位が１０〜２０μｍの曲率半径（Ｒ）を有するＲ形状に形成される。そして，このような移動チャンネル３２ｃは，底面（Ｂ）の延長線と側面（Ｗ）の延長線のなす角度（θ）が鈍角，例えば，１２０゜〜１３０゜に形成されることもできる。また，移動チャンネル３２ｃは，図３または図４のような略台形に限定されず，例えば，略正方形や略長方形に形成されることも可能である。

支持層３２ｄは，移動チャンネル３２ｃの表面に対して触媒層３２ｅを支持するための接着層であって，通常のゾル−ゲル（ｓｏｌ−ｇｅｌ）方法によって移動チャンネル３２ｃの表面に形成される。その材質には，触媒層を容易に保持することが可能なアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３），シリカ（ＳｉＯ_２）又はチタニア（ＴｉＯ_２）を用いることができる。そして，触媒層３２ｅは，上記のようなゾル−ゲル方法で支持層３２ｄ上に形成される。触媒層３２ｅの材質には，銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ）又は白金（Ｐｔ）を用いることが可能であるが，本発明に用いる触媒層の材質が，上記のものに限定されるわけではなく，合金も使用可能である。

蓋プレート３５は，反応基板３２ａに相応する大きさに形成され，反応基板３２ａの移動チャンネル３２ｃを除いた残りの部分に密着される。蓋プレート３５と反応基板３２ｃは，通常の接合手段によって接合できる。したがって，蓋プレート３５が反応基板３２ａの上面に密着配置されることにより，第１実施形態による改質反応部３２は，移動チャンネル３２ｃによる燃料の移動通路４２を形成することができる。

上記のように構成される本発明の第１実施形態による改質装置を採用した燃料電池システム１００の使用時には，燃料ポンプ５１を稼動させて改質反応部３２の移動通路４２に燃料を供給する。そうすると，燃料が移動通路４２に沿って流れ，第１実施形態による改質反応部３２において，触媒層３２ｅによる燃料の改質反応により水素が発生する。

上述したような構成で水素をスタック１０に供給し，これと同時に空気ポンプ７１を稼動させて空気をスタック１０に供給すれば，このスタック１０の電気発生部１１では，水素と酸素の反応によって，予め設定された容量の電気エネルギーを出力させることができる。

図５は，本発明の第１実施形態による燃料電池システム用改質装置に使用される，反応基板の製造方法を説明するためのフローチャートである。

図５より，本発明の第１実施形態による燃料電池システム用改質装置に使用される反応基板の製造方法は，基板の上面を異方性エッチングして，底部と壁部の継手部位が垂直をなすチャンネルパターンを形成する段階（ステップＳ１０）と，チャンネルパターンを等方性エッチングして，底面と側面のコーナー部位がＲ形状をなす移動チャンネルを形成する段階（ステップＳ２０）と，移動チャンネルの表面に支持層を形成する段階（ステップＳ３０）と，支持層上に触媒層を形成する段階（ステップＳ４０）とを含む。

図６ａ〜図６ｄは，それぞれ本発明の第１実施形態による燃料電池システム用改質装置に使用される反応基板の製造方法を説明するための図である。

図６ａは，ステップＳ１０について図示している。ステップＳ１０は，シリコン，ガラス又はステンレス素材などからなる基板本体３２ｂの上面に第１マスクパターン（Ｍ）を形成した後，基板本体３２ｂの上面を異方性エッチングして，４００μｍの幅と２４０μｍの深さを有する溝状のチャンネルパターン３２ｐを形成する段階である。このようなチャンネルパターン３２ｐは，溝の底面（Ｂ）と側面（Ｗ）とで構成されるが，異方性エッチングの固有な特性により，底面（Ｂ）と側面（Ｗ）のコーナー部位は，角形をなしている。ここで，本実施形態において，基板の材質としてシリコン，ガラス又はステンレス素材を用いる理由は，これらの素材が容易にエッチング可能なものだからであるが，本発明に用いる基板素材は上記のものに限定されず，エッチングが可能な素材であれば，基板として使用しうる。

図６ｂは，ステップＳ２０について図示している。ステップＳ２０は，ステップＳ１０での第１マスクパターン（Ｍ）を除去した後，第２マスクパターン（Ｍ’）をチャンネルパターン３２ｐ（図６ａ）のリブ表面に形成して，基板本体を等方性エッチングする段階である。このステップＳ２０で，コーナー部位が１０μｍ〜２０μｍの曲率半径を有するＲ形状に形成され，底面（Ｂ）の延長線と側面（Ｗ）の延長線のなす角度が鈍角，例えば，１２０゜〜１３０゜となる移動チャンネル３２ｃが形成される。また，第２マスクパターンの幅（Ｍ’）が，第１マスクパターンの幅（Ｍ）より狭く形成されるべきであることは，言うまでもない。

図６ｃは，ステップＳ３０について図示している。ステップＳ３０は，一般的なゾル−ゲル方法により，移動チャンネル３２ｃの表面にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３），シリカ（ＳｉＯ_２）又はチタニア（ＴｉＯ_２）からなる支持層３２ｄを形成する段階である。

図６ｄは，ステップＳ４０について図示している。ステップＳ４０は，ゾル−ゲル方法により支持層３２ｄ上に銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ）又は白金（Ｐｔ）などからなる触媒層３２ｅを形成する段階である。

上述のような一連の製造工程を通じて，本発明の第１実施形態による反応基板３２ａの製造を完了する。

本発明の第１実施形態は上述の製造方法による一例であって，下記の実施例および比較例を通じてより明確に理解することができる。

＜実施例＞

シリコン（Ｓｉ）基板を用意し，８０℃の温度で３０重量％のＫＯＨ溶液を使用し，基板本体の上面に対して２時間異方性エッチングを施した。このような異方性エッチング工程を通じて，基板本体の上面に，底部と壁部の継手部位が垂直をなすチャンネルパターンを形成した。その後，ＨＦ，Ｈ_２Ｏ，ＨＮＯ_３をそれぞれ１：１：８の質量比で混合したエッチング溶液を用い，上述のチャンネルパターンを常温で０.５〜４分間等方性エッチングし，底面と側面のコーナー部位がＲ形状をなし，底面の延長線と側面の延長線のなす角度が鈍角となるチャンネルを形成した。その後，アルミニウムイソプロピル基を前駆物質とし，０.０７ｍｏｌのＨＣｌぺプチゼーション作用剤（Ｐｅｐｔｉｚａｔｉｏｎ ａｇｅｎｔ）と３ｇ/１００ｍｌのＰＶＡ（ポリビニルアルコール）の安定剤を使用して，９０℃の温度で３時間ゾル−ゲル方法によりチャンネルの表面にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）支持層を形成した。その後，ゾル−ゲル方法で支持層上に触媒層を形成した。

＜比較例＞

シリコン（Ｓｉ）基板を用意し，８０℃の温度で３０重量％のＫＯＨ溶液を使用し，基板本体の上面に対して２時間異方性エッチングを施した。このような異方性エッチング工程を通じて，基板本体の上面に底面と側面のコーナー部位が角形をなすチャンネルを形成した。その後，チャンネルに上記実施例と同様の支持層と触媒層を形成した。

図７は，上記の実施例によって製造された反応基板の部分拡大写真である。なお，図中に記載されている長さと角度は，それぞれ曲率半径と，底面の延長線と側面の延長線のなす角度を示している。上記の実施例により，底面と側面のコーナー部位が１０μｍ〜２０μｍの曲率半径を有するＲ形状となり，底面の延長線と側面の延長線のなす角度が１２０゜〜１３０゜となるチャンネルを形成した場合，支持層が，底面と側面のコーナー部位から脱離せず，浮き上がらないことが分かった。

図８は，上記の比較例によって製造された反応基板の部分拡大写真である。上記の比較例を通じて底面と側面のコーナー部位が角形をなすチャンネルを形成した場合，支持層がゲル化する際に，支持層に作用する表面張力が底面と側面の垂直方向に進行できなくなり，支持層が，底面と側面のコーナー部位から脱離したり，浮き上がったりすることが分かった。

したがって，本発明の第１実施形態による改質装置用反応基板において，移動チャンネルを形成する底面と側面のコーナー部位がＲ形状となるように形成し，この底面の延長線と側面の延長線のなす角度が鈍角をなすように形成することによって，移動チャンネルの表面に支持層を形成および焼成する過程で，支持層が底面と側面の継手部位より脱離するなどの問題点を解決することができる。これは，支持層がゲル化する際に，支持層に作用する表面張力が底面と側面のコーナー部位に接触した状態で上記の角度方向に沿って作用するためである。

図９は，本発明の第２実施形態による改質装置の構成を示した断面構成図である。

図９に示したように，第２実施形態による改質装置３０Ａは，第１実施形態で示したような改質反応部３２に密着配置される，プレートタイプの熱源部３１から構成される。

この熱源部３１は，燃料と空気の酸化反応により，予め設定された温度範囲の熱エネルギーを発生させ，この熱エネルギーを改質反応部３２に提供するためのものである。

第２実施形態において，熱源部３１は，改質反応部３２の第１反応基板３２ａに密着配置される第２反応基板３１ａを含む。

具体的に説明すると，第２反応基板３１ａは，第１反応基板３２ａに相応する大きさに形成され，図９のように第１反応基板３２ａの下面に密着配置される。第２反応基板３１ａは，燃料の流れる移動チャンネル３１ｃと，移動チャンネル３１ｃの表面に形成される支持層３１ｄと，この支持層３１ｄ上に形成される触媒層３１ｅとを含む。ここで触媒層３１ｅは，燃料の酸化反応を促進させるための通常の触媒物質からなる。

このような第２反応基板３１ａでは，移動チャンネル３１ｃを除いた残りの部分が第１反応基板３２ａの下面に密着され，通常の接合手段によって第１反応基板３２ａと接合するようになる。従って，第２実施形態による熱源部３１は，第２反応基板３１ａが第１反応基板３２ａの一面に密着配置されることにより，移動チャンネル３１ｃによる燃料の移動通路４１を形成することができる。

上述のように構成される第２実施形態による改質装置３０Ａにおいて，システムの作用時，燃料を熱源部３１の移動通路４１に供給すれば，この熱源部３１では，触媒層３１ｅによる燃料の酸化反応によって，予め設定された温度範囲の熱エネルギーを発生させることができる。

第２実施形態では，改質反応部３２の第１反応基板３２ａと熱源部３１の第２反応基板３１ａとが密着配置されているので，改質反応部３２は，熱エネルギーを吸収して燃料の改質反応を起こしながら水素を発生させることが可能である。

本実施形態による改質装置３０Ａの残りの構成及び第２反応基板３１ａの製造方法は，上記第１実施形態と同一であるので詳細な説明は省略する。

図１０は，本発明の第３実施形態による改質装置の構成を示した断面構成図である。

図１０より，本実施形態による改質装置３０Ｂは，上記第２実施形態と同じ熱源部３１に密着配置される，プレートタイプの一酸化炭素低減部３３を含み，改質反応部３２，熱源部３１，及び一酸化炭素低減部３３による積層構造を有することができる。

一酸化炭素低減部３３は，改質反応部３２で発生する水素ガスの水性ガス転換触媒反応又は選択的酸化触媒反応により，水素ガス中に含まれている一酸化炭素の濃度を低減させるためのものである。

本実施形態で，一酸化炭素低減部３３は，水素ガスの選択的酸化反応を行うためのものであって，熱源部３１の第２反応基板３１ａに密着配置される第３反応基板３３ａを含むことができる。

具体的に説明すると，第３反応基板３３ａは第２反応基板３１ａに相応する大きさに形成され，図１０に示したように第２反応基板３１ａの下面に密着配置される。第３反応基板３３ａは，選択的酸化触媒反応のための水素ガスと空気の流れを可能にする移動チャンネル３３ｃと，移動チャンネル３３ｃの表面に形成される支持層３３ｄと，この支持層３３ｄ上に形成される触媒層３３ｅとを含むことができる。ここで，触媒層３３ｅは，水素ガス中に含まれている一酸化炭素と空気中に含まれている酸素との選択的酸化反応を促進させるための，通常の触媒物質からなる。

このような第３反応基板３３ａは，移動チャンネル３３ｃを除いた残りの部分が第２反応基板３１ａの下面に密着され，通常の接合手段によって第２反応基板３１ａと接合される。従って，本実施形態による一酸化炭素低減部３３は，第３反応基板３３ａが第２反応基板３１ａの下面に密着配置されることによって，移動チャンネル３３ｃによる水素ガスと空気の移動通路４３を形成することができる。

上記のように構成される本実施形態による改質装置３０Ｂにおいて，システムの作用時に改質反応部３２より発生する水素ガスと空気を，一酸化炭素低減部３３の移動通路４３に供給する。そうすると，一酸化炭素低減部３３では，水素ガス中に含まれている一酸化炭素と空気中に含まれている酸素が触媒層３３ｅによって選択的酸化反応を起こしながら，一酸化炭素の濃度が低減された水素を排出させることができる。

本実施形態による改質装置３０Ｂの残りの構成及び第３反応基板３３ａの製造方法は，上述した第１実施形態あるいは第２実施形態と同一であるので，詳細な説明は省略する。

以上説明したように，本発明の各実施形態によれば，プレートタイプの簡単な構造に改質装置を構成することにより，システム全体の大きさをコンパクトにすることができる。

加えて，本発明の各実施形態によれば，反応基板を製造する工程において，等方性エッチングと異方性エッチングを通じて底面と側面のコーナー部位がＲ形状をなし，底面と側面のなす角度が鈍角をなす移動チャンネルを形成することによって，触媒層を支持する支持層の接着性能を向上させ，底面と側面のコーナー部位より支持層が脱離することを防止することができる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明に適用される燃料電池システムの全体的な構成を概略的に示したブロック図である。 本発明の第１実施形態による燃料電池システム用改質装置の構成を示した分解斜視図である。 図２の結合断面構成図である。 図３に示したチャンネルを拡大した部分詳細図である。 本発明の第１実施形態による燃料電池システム用改質装置に使用される反応基板の製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の第１実施形態による燃料電池システム用改質装置に使用される反応基板の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による燃料電池システム用改質装置に使用される反応基板の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による燃料電池システム用改質装置に使用される反応基板の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による燃料電池システム用改質装置に使用される反応基板の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施例によって製造された反応基板の部分拡大写真である。 本発明の比較例によって製造された反応基板の部分拡大写真である。 本発明の第２実施形態による改質装置の構成を示した断面構成図である。 本発明の第３実施形態による改質装置の構成を示した断面構成図である。

符号の説明

１０ スタック
１１ 電気発生部
３０ 改質装置
３０Ａ 改質装置
３０Ｂ 改質装置
３１ 熱源部
３１ａ 第２反応基板
３２ 改質反応部
３２ａ 第１反応基板
３２ｂ 反応基板本体
３２ｃ 移動チャンネル
３２ｄ 支持層
３２ｅ 触媒層
３２ｈ リブ
３２ｐ チャンネルパターン
３３ 一酸化炭素低減部
３３ａ 第３反応基板
３３ｃ 移動チャンネル
３３ｄ 支持層
３３ｅ 触媒層
３５ 蓋プレート
４１ 移動通路
４２ 移動通路
４３ 移動通路
５０ 燃料供給ユニット
５１ 燃料タンク
５３ 燃料ポンプ
７０ 空気供給ユニット
７１ 空気ポンプ
１００ 燃料電池システム

Claims (17)

1. 燃料が流れる溝状の移動チャンネルと前記移動チャンネルに形成された触媒層とを含む反応基板を有し，熱エネルギーによる前記燃料の改質反応によって水素を発生させる改質反応部を含み，
   前記移動チャンネルの底面と側面とのコーナー部位がＲ形状に形成されることを特徴とする燃料電池システム用改質装置。
2. 前記コーナー部位は，１０μｍ〜２０μｍの曲率半径を有するＲ形状に形成されることを特徴とする，請求項１に記載の燃料電池システム用改質装置。
3. 前記底面と前記側面のなす角度が鈍角に形成されることを特徴とする，請求項１または２に記載の燃料電池システム用改質装置。
4. 前記底面と前記側面のなす角度が１２０゜〜１３０゜であることを特徴とする，請求項１，２，３のいずれかに記載の燃料電池システム用改質装置。
5. 前記移動チャンネルが，前記反応基板の一面に対して任意の間隔をおいて突出形成されるリブの間の空間であることを特徴とする，請求項１に記載の燃料電池システム用改質装置。
6. 前記反応基板の一面に密着配置される蓋プレートを含むことを特徴とする，請求項５に記載の燃料電池システム用改質装置。
7. 前記移動チャンネルの表面に，前記触媒層を支持するための支持層が形成されることを特徴とする，請求項１に記載の燃料電池システム用改質装置。
8. 前記反応基板が，シリコン，ガラス，及びステンレスからなる群より選択されるいずれか一つの素材から形成されることを特徴とする，請求項１に記載の燃料電池システム用改質装置。
9. 前記支持層が，アルミナ，シリカ，及びチタニアからなる群より選択されるいずれか一つの素材から形成されることを特徴とする，請求項７に記載の燃料電池システム用改質装置。
10. 前記燃料が流れる移動チャンネルと前記移動チャンネルに形成された前記触媒層とを含む熱源部用反応基板を有し，前記燃料の酸化反応によって前記熱エネルギーを発生させる熱源部をさらに含み，
    前記熱源部用反応基板が前記改質反応部に密着配置されることを特徴とする，請求項１に記載の燃料電池システム用改質装置。
11. 前記燃料が流れる移動チャンネルと前記移動チャンネルに形成された前記触媒層とを含む一酸化炭素低減用反応基板を有し，前記燃料中に含まれている一酸化炭素の濃度を低減させる少なくとも一つの一酸化炭素低減部をさらに含み，
    前記一酸化炭素低減用反応基板が前記熱源部に密着配置されることを特徴とする，請求項１０に記載の燃料電池システム用改質装置。
12. 前記改質反応部用反応基板，前記熱源部用反応基板，及び前記一酸化炭素低減部用反応基板が積層され，この反応基板のうちの最表面に位置する反応基板に密着配置される蓋プレートを含むことを特徴とする，請求項１１に記載の燃料電池システム用改質装置。
13. （ａ）基板の上面を異方性エッチングして，底面と側面とのコーナー部位が角形をなすチャンネルパターンを形成する段階と；
    （ｂ）前記チャンネルパターンを等方性エッチングして，前記コーナー部位がＲ形状をなすチャンネルを形成する段階と；
    （ｃ）前記チャンネルの表面に支持層を形成する段階と；
    （ｄ）前記支持層上に触媒層を形成する段階と；
    を含むことを特徴とする，燃料電池システム用改質装置に使用される反応基板の製造方法。
14. 前記基板が，シリコン，ガラス，及びステンレスからなる群より選択されるいずれか一つの素材から形成されることを特徴とする，燃料電池システム用改質装置に使用される請求項１３に記載の反応基板の製造方法。
15. 前記支持層は，アルミナ，シリカ，及びチタニアからなる群より選択されるいずれか一つの素材から形成されることを特徴とする，燃料電池システム用改質装置に使用される請求項１３に記載の反応基板の製造方法。
16. 前記（ｂ）段階で，前記コーナー部位が１０μｍ〜２０μｍの曲率半径を有するＲ形状に形成されることを特徴とする，請求項１３に記載の燃料電池システム用改質装置に使用される反応基板の製造方法。
17. 前記底面と前記側面とのなす角度が１２０゜〜１３０゜に形成されることを特徴とする，請求項１３に記載の燃料電池システム用改質装置に使用される反応基板の製造方法。