JP2009067640A - 表面凹凸状構造体、放熱フィン、流路構造体、燃料電池装置、電子機器及び表面凹凸状構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面積が増大された構造体を提供する。
【解決手段】表面凹凸状構造体は、基体２０と、その主面に形成された凸部３０とを備え、凸部３０は基体の溝３２を有しており、表面積が増大されている。この表面凹凸状構造体は、例えば、その基体２０の表面及び前記凸部３０の表面によって画定される領域が物質が流れる流路とされ、その基体２０の主面及び前記凸部３０の表面に触媒４０が担持されるため、単位体積当たりの触媒４０の担持量を増大させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、表面凹凸状構造体、放熱フィン、流路構造体、燃料電池装置、電子機器及び表面凹凸状構造体の製造方法に関する。

エネルギー変換効率が高く、クリーンな電源として、水素を燃料とする燃料電池が自動車や携帯機器などに応用され始めている。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り取り扱いや貯蔵が困難であるといった問題があるため、代わりに、アルコール類やガソリンなどの液体燃料を用いることが提案されている。この場合には、例えば、液体燃料と高温の水蒸気とを触媒存在下で反応させることによって発電に必要な水素を取り出す改質器が用いられる。

また、改質器内においては、水素と二酸化炭素との完全な生成がなされず、僅かながら一酸化炭素が生成される場合もある。この一酸化炭素は燃料電池に対し触媒毒として作用し、発電効率や寿命を低下させる要因となる。このため、例えば、外部から取り入れた空気（酸素）と一酸化炭素とを触媒存在下中で反応させ二酸化炭素として生成する、一酸化炭素除去器を設ける場合もある。

改質器や一酸化炭素除去器といった反応装置は、例えば、ドライエッチング法やウエットエッチング法、サンドブラスト法や、機械切削加工などにより流路が形成され、その流路の壁面には、ハケ等を用いた直接塗布法や、スプレー塗布法、ディップコーティング法、スピンコーティング法やスパッタ法などによって触媒が形成される。
また、特許文献１には、シリコン基板上に形成された流路溝の表面に対して、3次元多孔質シリコンを形成し、この表面に触媒を担持させた流体流路を特徴とする技術が公開されている。
特開２００５−１６６４５３号公報

改質器に触媒の性能を上回る原料が供給された場合には、本来生成されるべき水素や二酸化炭素以外に、一酸化炭素やアルデヒド、蟻酸、蟻酸メチル等の望まれない副生成物が生成される。このような副生成物が下流の反応装置、燃料電池セルに供給されると、燃料電池システムに著しい性能劣化が生じる。また、一酸化炭素除去器に触媒の性能を上回る一酸化炭素が供給された場合には、未反応の一酸化炭素が燃料電池セルに供給され、燃料電池システムに著しい性能劣化が生じる。このため、充分な量の触媒を、反応流路に
担持する必要があるが、一方で、触媒の量を充分に確保するために改質器や一酸化炭素除去器を大きくすると、反応装置、ひいては燃料電池システムの小型化が図れないという問題もある。

本発明の課題は、構造体の表面積を増大させることである。このように表面積が増大された構造体を、例えば、反応装置における触媒が担持される部分に利用すると、触媒が担持される領域の表面積を増大させ、ひいては、単位体積当たりの触媒担持量を増大させることができる。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、基体と、前記基体の主面に形成された凸部とを備え、前記凸部は前記基体の主面に溝を有することを特徴とする表面凹凸状構造体である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の表面凹凸状構造体であって、前記凸部の表面は所定のエッチング液に対してエッチング速度が異なる複数の材料からなることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の表面凹凸状構造体であって、前記溝を複数備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の表面凹凸状構造体によってなる放熱フィンである。

請求項５に記載の発明は、一の基体と、前記一の基体の第一の主面に形成された凸部とを備え、前記凸部は前記第一の主面に溝を有し、前記第一の主面及び前記凸部の表面によって画定される領域は物質が流れる流路とされていることを特徴とする流路構造体である。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の流路構造体であって、前記凸部の表面は所定のエッチング液に対してエッチング速度が異なる複数の材料からなることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の流路構造体であって、前記溝を複数備えることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項５〜７のいずれか一項に記載の流路構造体であって、前記第一の主面側に対向するように第二の主面が配置された他の基体を更に備えることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の流路構造体であって、前記第一の主面、前記他の基体の第二の主面及び前記凸部の表面によって画定される領域は物質が流れる流路とされていることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項５〜９のいずれか一項に記載の流路構造体であって、前記凸部の表面には、前記物質の反応を促進する触媒が設けられていることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の流路構造体であって、前記物質は水素を含む燃料であり、前記反応により燃料から水素を生成することを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の流路構造体と、前記流路構造体により生成された水素により発電を行う発電セルと、を備えることを特徴とする燃料電池装置である。

請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の燃料電池装置と、前記燃料電池装置により発電された電気により動作する電子機器本体と、を備えることを特徴とする電子機器である。

請求項１４に記載の発明は、基体と、前記基体の主面に形成された凸部とを備える表面凹凸状構造体の製造方法であって、前記凸部は、それぞれ所定のエッチング液に対してエッチング速度が異なる複数の材料を含み、前記複数の材料のうち少なくとも１つ材料を優先的にエッチングすることを特徴とする。

請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の表面凹凸状構造体の製造方法であって、前記エッチングすることは、前記基体の主面に溝を形成することを含むことを特徴とする。

本発明によれば、構造体の表面積を増大させることができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１は本発明の実施形態に係る反応装置（流路構造体）１を示す斜視図であり、図２は図１のII−II矢視断面図、図３は図１のIII−III矢視断面図である。

反応装置１は、２枚の基板１０，２０及びこれら２枚の基板１０，２０の間に各基板１０，２０の対向する表面（基板１０の第一の主面、基板２０の第二の主面）にそれぞれ当接するように形成された流路形成体（凸部）３０とを含む表面凹凸状構造体と、触媒４０と、ヒーター兼温度センサ５０と、等から概略構成される。
基板１０，２０としては、例えばパイレックス（登録商標）ガラス基板や、金属基板等を用いることができる。
ヒーター兼温度センサ５０は一方の基板（他の基体）１０の表面（他の主面）に設けられている。
なお、ヒーター兼温度センサ５０が形成されていない他方の基板（一の基体）２０には、図示しないが、２つの貫通孔が形成されている。貫通孔は２枚の基板１０，２０の間に形成される反応流路２への出入口となる。

流路形成体３０は、２種類の層を交互に積層してなり、図２、図３に示すように、２枚の基板１０，２０の間に設けられることによって、葛折状の反応流路２を形成する隔壁３１となる。隔壁３１には、図２、図３に示すように、反応流路２に沿って、複数の溝３２が基板２０の一の主面に実質的に平行となるように形成されている。この複数の溝３２が形成された隔壁３１の表面に触媒４０が担持される。
触媒４０は、隔壁３１の表面に触媒分散液を塗布する直接塗布法等により形成される。ここで、触媒分散液としては、例えばアルミナ等の担体と触媒活性物質との分散液を用いることができる。

流路形成体３０を形成する２種類の層は、第１のエッチング層３３と、第１の非エッチング層３４との２種類である。ここで、非エッチング層とは、その層がエッチングされないか、又は、いずれのエッチング層よりもエッチング速度が遅い層のことである。第１のエッチング層３３及び第１の非エッチング層３４の組み合わせとしては、任意のエッチング溶液に対する溶解度が異なる物質の組み合わせを用いることができる。
例えば、第１のエッチング層３３としてニッケル、第１の非エッチング層３４として金を用い、エッチング溶液として希硝酸溶液を用いることができる。

あるいは、第１のエッチング層３３としてクロム、第１の非エッチング層３４としてニッケルまたは金を用い、エッチング溶液として硝酸二アンモニウムセリウムを用いることができる。
あるいは、第１のエッチング層３３として金、第１の非エッチング層３４としてニッケルまたはクロムを用い、エッチング溶液としてヨウ素ヨウ化カリウム溶液を用いることができる。
また、第１のエッチング層３３としてクロム及びニッケルの２層、第１の非エッチング層３４として金の１層を用い、エッチング溶液として希硝酸溶液と硝酸二アンモニウムセリウム溶液を連続的に用いてもよい。同様にして複数種の組み合わせが可能であり、また、さらに多くの種類の材料を順番に積層してもよい。

以下、第１のエッチング層３３としてニッケル、第１の非エッチング層３４として金を用いて流路形成体３０を形成する方法について図４、図５に例を挙げて説明する。なお、以下に説明する方法では、メッキ法を用いているが、メッキ法としては電解メッキ、無電解メッキ、置換メッキ、還元メッキ等の任意の方法をとることができる。メッキ法を用いることで、流路形成体３０の厚さが３μｍを超える比較的厚い場合であっても、高速に製造することができる。

〔流路形成体の第１の形成方法〕
まず、基板２０の流路形成体３０を形成する側の面に、シード層（図示せず）を形成する。シード層は、例えばＡｕ／Ｔｉをスパッタリングすることにより形成することができる。

次に、基板２０のシード層を形成した面に犠牲層（図示せず）を形成するとともに、図４（ａ）に示すように、フォトレジスト６１を塗布する。ここで、犠牲層としては、例えばＯｍｎｉＣｏａｔ（化薬マイクロケム製）を用いることができ、フォトレジスト６１としては、例えば厚膜レジストＳＵ−８（化薬マイクロケム製）を用いることができる。

次に、図４（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、反応流路２となる部分を残してフォトレジスト６１及び犠牲層を除去し、隔壁３１が形成される位置にレジスト開口部６２を形成する。

〔第１のエッチング層の形成〕
次に、レジスト開口部６２が形成された基板２０をスルファミン酸ニッケル浴に浸し、シード層に通電することでレジスト開口部６２に露出したシード層上に第１のエッチング層３３（ニッケル層）を形成する。その後、基板２０をスルファミン酸ニッケル浴から取り出し、水で洗浄する。

〔第１の非エッチング層の形成〕
次に、第１のエッチング層３３が形成された基板２０をメッキ液に浸し、シード層に通電することで第１のエッチング層３３上に第１の非エッチング層３４（金層）を形成する。ここで、メッキ液としては、例えばテンペレックス8400（日本エレクトロプレーティングエンジニアーズ製）を用いることができる。

上記第１のエッチング層３３の形成と、第１の非エッチング層３４の形成とを交互に行い、図４（ｃ）に示すように、レジスト開口部６２を第１のエッチング層３３及び第１の非エッチング層３４で埋める。

次に、図４（ｄ）に示すように、フォトレジスト６１を除去する。フォトレジスト６１として厚膜レジストＳＵ−８を用いた場合には、ＲｅｍｏｖｅｒＰＧ（化薬マイクロケム製）を用いてフォトレジスト６１を除去することができる。

その後、フォトレジスト６１を除去した基板２０をエッチング液に攪拌浸漬し、第１のエッチング層３３を優先的にエッチングする。ここで、エッチング液としては、例えば0.1規定希硝酸を用いることができる。エッチング量は浸漬時間により調整することができる。

エッチング溶液により第１のエッチング層３３がエッチングされ、第１の非エッチング層３４が残るため、図４（ｅ）に示すように、第１のエッチング層３３の部分に複数の溝３２を形成することができる。以上により、基板２０の一の主面に実質的に平行な複数の溝３２を有する流路形成体３０を形成することができる。
ここで、凸部の表面のうち、第１のエッチング層３３の露出された表面によって形成された部分を溝３２の底面と言い、また、第１の非エッチング層３４の露出された表面によって形成された部分を溝３２の壁と言う。後述する各図面及び対応する各実施形態についても同様である。なお、凸部に形成される溝は、エッチングの条件により各図面に図示したようなきれいなコ字状になるとは限らず、角に丸みを帯びた略コ字状、略Ｕ字状、略テーパ状及び略Ｖ字状等となる場合もあるが、これら図示しない他の形状を有する溝も本実施形態に含まれるものとする。

〔流路形成体の第２の形成方法〕
まず、基板２０の流路形成体３０を形成する側の面に、シード層（図示せず）を形成する。シード層は、例えばＡｕ／Ｎｉをスパッタリングすることにより形成することができる。

〔第１のエッチング層の形成〕
次に、基板２０をスルファミン酸ニッケル浴に浸し、シード層に通電することでシード層上にエッチング層３３を形成する。その後、基板２０をスルファミン酸ニッケル浴から取り出し、水で洗浄する。
〔第１の非エッチング層の形成〕
次に、第１のエッチング層３３が形成された基板２０をシアン系金メッキ液に浸し、シード層に通電することで第１のエッチング層３３上に第１の非エッチング層３４を形成する。

上記第１のエッチング層３３の形成と、第１の非エッチング層３４の形成とを交互に行い、図５（ａ）に示すように、第１のエッチング層３３及び第１の非エッチング層３４を流路形成体３０の厚さまで積層した積層体３５を形成する。

次に、積層体３５の表面に犠牲層（図示せず）を形成するとともにフォトレジスト６３を塗布する。そして、図５（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、隔壁３１となる部分を残してフォトレジスト６３及び犠牲層を除去し、反応流路２となる部分にレジスト開口部６４を形成する。

次に、図５（ｃ）に示すように、ドライエッチングによりレジスト開口部６４の積層体３５を除去する。このとき、フォトレジスト６３もドライエッチングにより除去される。

その後、フォトレジスト６３を除去した基板２０をエッチング液に攪拌浸漬し、第１のエッチング層３３を優先的にエッチングする。これにより第１のエッチング層３３がエッチングされ、第１の非エッチング層３４が残るため、図５（ｄ）に示すように、第１のエッチング層３３の部分に複数の溝３２を形成することができる。以上により、基板２０の一の主面に実質的に平行な複数の溝３２が形成された隔壁３１となる流路形成体３０を形成することができる。上述の通り、溝３２の底面は、第１のエッチング層３３の露出された表面によって形成され、また、溝３２の壁は、第１の非エッチング層３４の露出された表面と、基板１０，２０の各一の主面とによって形成されている。

なお、上記の形成方法においては、基板２０に第１のエッチング層３３を先に形成した後に第１の非エッチング層３４を形成したが、第１の非エッチング層３４を先に形成してもよい。また、基板２０に第１のエッチング層３３及び第１の非エッチング層３４を形成したが、基板１０に第１のエッチング層３３及び第１の非エッチング層３４を形成してもよい。
また、流路形成体３０の形成方法は上記２種類の方法に限られず、流路方向、即ち、基板２０の一の主面に実質的に平行な複数の溝３２が形成された隔壁３１が得られるのであれば、任意の形成方法をとることができる。

流路形成体３０を形成した後、直接塗布法、スプレー塗布法、ディップコーティング法、スピンコーティング法やスパッタ法などによって、反応流路２の壁面に触媒４０を保持させた反応装置１を形成することができる。

なお、触媒活性物質の種類は反応装置１の種類によって異なる。例えば、後述するように、反応装置１が改質器であればＣｕ／ＺｎＯ系触媒やＰｄ／ＺｎＯ系触媒等の改質触媒を用い、一酸化炭素除去器であればＰｔ／Ａｌ₂Ｏ₃等の選択酸化触媒を用い、燃焼器であればＰｔ／Ａｌ₂Ｏ₃等の燃焼触媒を用いることができる。
その後、流路形成体３０の上部に基板１０を接合することで、反応装置１が完成する。

本実施の形態においては、隔壁３１の表面に複数の溝３２が形成されているため、隔壁３１の表面に溝が形成されていない場合と対比して、隔壁３１の表面積、すなわち触媒４０の担持面積が大きくなる。このため、反応装置１の単位体積当たりの触媒４０が担持される領域の表面積を増大させ、単位体積当たりの触媒４０の担持量を増大させることができるとともに、隔壁３１を挟んだ流路間の熱交換を円滑に行うことができ、ひいては、小型の反応装置を設計することができる。

また、本実施の形態においては、複数の溝３２が流路方向に沿って形成されているため、流路方向に流れる物質の流れを妨げることがない。

なお、隔壁３１に設けられる溝３２の幅は第１のエッチング層３３の厚さにより任意に調整することができ、溝３２と溝３２の間隔は第１の非エッチング層３４の厚さにより任意に調整することができる。また、溝３２の深さは、エッチング時間により調整することができる。

例えば図６に示すように、隔壁３１の２枚の基板１０，２０と近接する部分に第１のエッチング層３３と第１の非エッチング層３４を交互に積層するとともに、中間部に他の層よりも厚い第２の非エッチング層３４ａを設けることで、隔壁３１の２枚の基板１０，２０と近接する部分のみに複数の溝３２を形成し、中間部に溝３２を形成しない流路構造とすることができる。ここで、溝３２の底面は、第１のエッチング層３３の露出された表面によって形成され、また、溝３２の壁は、第１の非エッチング層３４及び第２の非エッチング層３４ａの露出された表面と、基板１０，２０の各一の主面とによって形成されている。

また、図７に示すように、隔壁３１の一方の基板１０に近接する部分に第１のエッチング層３３と第１の非エッチング層３４を交互に積層するとともに、他方の基板２０に近接する部分に他の層よりも厚い第２の非エッチング層３４ｂを設けることで、隔壁３１の一方の基板１０に近接する部分のみに複数の溝３２を形成し、他方の基板２０に近接する部分には溝３２を形成しない流路構造とすることができる。ここで、溝３２の底面は、第１のエッチング層３３の露出された表面によって形成され、また、溝３２の壁は、第１の非エッチング層３４及び第２の非エッチング層３４ｂの露出された表面と、基板１０，２０の各一の主面とによって形成されている。

あるいは、図８に示すように、隔壁３１を１層の第１のエッチング層３３ｃ及び１層の第１の非エッチング層３４ｃのみから形成することで、一方の基板１０に近接する部分が拡幅した反応流路２を有する構造とすることができる。ここで、溝３２の底面は、第１のエッチング層３３ｃの露出された表面によって形成され、また、溝３２の壁は、第１の非エッチング層３４ｃの露出された表面と、基板１０，２０の各一の主面とによって形成されている。

また、図９に示すように、隔壁３１の２枚の基板１０，２０と近接する部分に第１のエッチング層３３と第１の非エッチング層３４を交互に積層するとともに、中間部に他の層よりも厚い第２のエッチング層３３ｄ及び２層の第２の非エッチング層３４ｄを設けることで、隔壁３１の２枚の基板１０，２０と近接する部分に複数の溝３２を形成するとともに、中間部に１本の溝３２ｄを形成した流路構造とすることができる。なお、図９において、２層の第２の非エッチング層３４ｄの間に第２のエッチング層３３ｄが形成されている。ここで、溝３２の底面は、第１のエッチング層３３及び第２のエッチング層３３ｄの露出された表面によって形成され、また、溝３２の壁は、第１の非エッチング層３４及び第２の非エッチング層３４ｄの露出された表面と、基板１０，２０の各一の主面とによって形成されている。

あるいは、図１０に示すように、隔壁３１の一方の基板１０と近接する部分に第１のエッチング層３３と第１の非エッチング層３４を交互に積層するとともに、他方の基板２０と近接する部分にそれよりも薄い第２のエッチング層３３ｅと第２の非エッチング層３４ｅを交互に積層し、中間部に他の層よりも厚い第３の非エッチング層３４ｆを設けることで、隔壁３１の一方の基板１０に近接する部分に複数の溝３２を形成するとともに、それよりも溝幅の狭い複数の溝３２ｅを他方の基板２０に近接する部分に形成した流路構造とすることができる。ここで、溝３２の底面は、第１のエッチング層３３及び第２のエッチング層３３ｅの露出された表面によって形成され、また、溝３２の壁は、第１の非エッチング層３４、第２の非エッチング層３４ｅ及び第３の非エッチング層３４ｆの露出された表面と、基板１０，２０の各一の主面とによって形成されている。

このように、溝３２の幅、溝３２と溝３２の間隔、溝３２の深さを任意に調整することで、反応流路２の表面積を定量的に調整することができる。

また、反応流路２の壁面に触媒４０を担持させる場合には、触媒４０の担持面積を定量的に調整し、反応装置１の単位体積当たりの触媒４０の担持量を定量的に調整することができる。

図１１は、本発明を適用した電子機器１００を示すブロック図である。この電子機器１００はノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、電子手帳、デジタルカメラ、携帯電話機、腕時計、ゲーム機器等といった携帯型の電子機器である。

電子機器１００は、燃料電池装置１０１と、燃料電池装置１０１により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ２０１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０１に接続される二次電池２０２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０１から供給される電気エネルギーにより駆動される電子機器本体２０３と、等から概略構成される。

燃料電池装置１０１は後述するように、電気エネルギーを生成しＤＣ／ＤＣコンバータ２０１に出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０１は燃料電池装置１０１により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換したのちに電子機器本体２０３に供給するとともに、燃料電池装置１０１により生成された電気エネルギーを二次電池２０２に充電する。

次に、燃料電池装置１０１について詳細に説明する。この燃料電池装置１０１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０１に出力する電気エネルギーを生成するものであり、燃料容器１０２、ポンプ１０３、気化器１０４、改質器１０５、一酸化炭素除去器１０６、燃料電池セル１０７、触媒燃焼器１０８等を備える。

燃料容器１０２には、液体の原燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル）と水との混合液が貯留されている。なお、液体の原燃料と水とを別々の容器に貯留してもよい。
燃料容器１０２内の混合液は、ポンプ１０３により気化器１０４に送液される。

気化器１０４は燃料容器１０２から送られた混合液を改質器１０５や図示しないヒータ等からの伝熱等により約１１０〜１６０℃程度に加熱し、気化させる。気化器１０４で気化した混合気は改質器１０５へ送られる。

改質器１０５は内部に流路が形成され、流路の壁面に改質触媒が担持されている。改質触媒としては、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒やＰｄ／ＺｎＯ系触媒等が用いられる。改質器１０５は気化器１０４から送られる混合気を約３００〜４００℃程度に加熱し、流路内の触媒により改質反応を起こさせる。すなわち、原燃料と水の触媒反応によって、燃料としての水素、二酸化炭素、及び、副生成物である微量な一酸化炭素等の混合気体（改質ガス）が生成される。

ここで、原燃料がメタノールの場合、改質器１０５では主に次式（１）に示すような主反応である水蒸気改質反応が起こる。
ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂＋ＣＯ₂ …（１）
なお、化学反応式（１）についで逐次的に起こる次式（２）のような副反応によって、副生成物として一酸化炭素が微量に（１％程度）生成される。
Ｈ₂＋ＣＯ₂→Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ …（２）
（１）式及び（２）式の反応による生成物（改質ガス）は一酸化炭素除去器１０６に送出される。

一酸化炭素除去器１０６の内部には流路が形成され、その流路の壁面に一酸化炭素を選択的に酸化する選択酸化触媒が担持されている。選択酸化触媒としては、例えばＰｔ／Ａｌ₂Ｏ₃等を用いることができる。

一酸化炭素除去器１０６には改質器１０５で生成された改質ガス及び、外部の空気が送られる。改質ガスが空気と混合して一酸化炭素除去器１０６の流路を流れ、約１１０〜１６０℃程度に加熱される。そして、改質ガスのうち一酸化炭素が触媒により次式（３）のような主反応により優先的に酸化される。これにより主生成物として二酸化炭素が生成され、改質ガス中の一酸化炭素を燃料電池セル１０７に供給可能な１０ｐｐｍ程度まで低濃度化することができる。
２ＣＯ＋Ｏ₂→２ＣＯ₂ …（３）
一酸化炭素除去器１０６を通過した改質ガスは燃料電池セル１０７に送出される。

燃料電池セル１０７は固体高分子型燃料電池であり、固体高分子電解質膜１７１と、固体高分子電解質膜１７１の両面に形成された燃料極１７２（アノード）及び酸素極１７３（カソード）と、燃料極１７２に改質ガスを供給する燃料供給流路１７４ａが設けられた燃料極セパレータ１７４と、酸素極１７３に酸素を供給する酸素供給流路１７５ａが設けられた酸素極セパレータ１７５と、が積層されている。

固体高分子電解質膜１７１は水素イオンを透過するが、酸素分子や水素分子、電子を通さない性質を有する。
燃料極１７２には燃料供給流路１７４ａを介して一酸化炭素除去器１０６から送出された改質ガスが送られる。燃料極１７２では改質ガス中の水素による次式（４）のような反応が起こる。
Ｈ₂→２H⁺＋２ｅ^- …（４）
生成した水素イオンは固体高分子電解質膜１７１を透過して酸素極１７３に到達する。生成した電子はアノード出力電極１７６に供給される。

酸素極１７３には、空気が酸素供給流路８５ａを介して送られる。酸素極１７３では固体高分子電解質膜１７１を透過した水素イオンと、空気中の酸素とカソード出力電極１７７より供給される電子とにより、次式（５）に示すように水が生成される。
２H⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ …（５）
アノード出力電極１７６及びカソード出力電極１７７は外部回路であるＤＣ／ＤＣコンバータ２０１と接続されており、アノード出力電極１７６に到達した電子はＤＣ／ＤＣコンバータ２０１を通ってカソード出力電極１７７に供給される。

触媒燃焼器１０８の内部には流路が形成され、その流路の壁面に燃料供給流路１７４ａを通過した改質ガス（オフガス）を燃焼させる燃焼触媒が担持されている。燃焼触媒としては、例えばＰｔ／Ａｌ₂Ｏ₃等を用いることができる。

触媒燃焼器１０８には燃料供給流路１７４ａを通過した改質ガス（オフガス）及び外部の空気が送られ、改質ガス中に残留する水素が空気により燃焼される。燃焼熱は改質器１０５に供給され、改質器１０５における改質反応の反応熱として用いられる。

本発明に係る反応装置１は、気化器１０４、改質器１０５、一酸化炭素除去器１０６、または触媒燃焼器１０８のいずれか少なくとも１つに適用することができる。なお、改質器１０５として用いる場合には改質触媒、一酸化炭素除去器１０６として用いる場合は選択酸化触媒、触媒燃焼器１０８として用いる場合は燃焼触媒を流路の壁面に担持させる。

上述の通り、本発明を適用することで、反応流路の壁の表面積を増大させることができ、ひいては、単位体積当たりの触媒の担持量を増大させることができるので、気化器１０４、改質器１０５、一酸化炭素除去器１０６、または触媒燃焼器１０８を小型化することができる。したがって、燃料電池装置１０１及び電子機器１００も小型化することができる。

なお、以上の実施形態においては、電子機器１００の燃料電池装置１０１について説明したが、本発明はこれに限らず、任意の反応装置に適用することができる。
また、本実施形態のうち、図４（ｅ）及び図５（ｄ）の基板２０をＳＵＳ等の金属材料によって形成することにより、本発明は、放熱フィンに適用することができる。
さらに、本実施形態は、複数の溝を基板の一の主面に実質的に平行となるように形成したものであるが、必ずしも基板に対し実質的に平行である必要はなく、溝が基板に対し所定の傾きを有するものであってもよい。即ち、基板上に形成される凸部の表面に溝を有するものであれば、その表面積を増大することができるため、本実施形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。

本発明の実施形態に係る反応装置１を示す斜視図である。 図１のII−II矢視断面図である。 図２のIII−III矢視断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は流路形成体３０の第１の形成方法を説明する説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は流路形成体３０の第２の形成方法を説明する説明図である。 隔壁３１の他の形態を示す断面図である。 隔壁３１の他の形態を示す断面図である。 隔壁３１の他の形態を示す断面図である。 隔壁３１の他の形態を示す断面図である。 隔壁３１の他の形態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る電子機器１００を示すブロック図である。

符号の説明

１ 反応装置
２ 反応流路（流路）
１０ 基板（他の基体）
２０ 基板（一の基体）
３０ 流路形成体（凸部）
３１ 隔壁
３２，３２ｄ，３２ｅ 溝
３３，３３ｃ 第１のエッチング層
３３ｄ，３３ｅ 第２のエッチング層
３４,３４ｃ 第１の非エッチング層
３４a，３４ｂ，３４ｄ，３４ｅ 第２の非エッチング層
３４ｆ 第３の非エッチング層
４０ 触媒
１００ 電子機器
１０１ 燃料電池装置
２０３ 電子機器本体

Claims (15)

1. 基体と、前記基体の主面に形成された凸部とを備え、前記凸部は前記基体の主面に溝を有することを特徴とする表面凹凸状構造体。
2. 前記凸部の表面は所定のエッチング液に対してエッチング速度が異なる複数の材料からなることを特徴とする請求項１に記載の表面凹凸状構造体。
3. 前記溝を複数備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面凹凸状構造体。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の表面凹凸状構造体によってなる放熱フィン。
5. 一の基体と、前記一の基体の第一の主面に形成された凸部とを備え、前記凸部は前記第一の主面に溝を有し、前記第一の主面及び前記凸部の表面によって画定される領域は物質が流れる流路とされていることを特徴とする流路構造体。
6. 前記凸部の表面は所定のエッチング液に対してエッチング速度が異なる複数の材料からなることを特徴とする請求項５に記載の流路構造体。
7. 前記溝を複数備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の流路構造体。
8. 前記第一の主面側に対向するように第二の主面が配置された他の基体を更に備えることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の流路構造体。
9. 前記第一の主面、前記他の基体の第二の主面及び前記凸部の表面によって画定される領域は物質が流れる流路とされていることを特徴とする請求項８に記載の流路構造体。
10. 前記凸部の表面には、前記物質の反応を促進する触媒が設けられていることを特徴とする請求項５〜９のいずれか一項に記載の流路構造体。
11. 前記物質は水素を含む燃料であり、
    前記反応により燃料から水素を生成することを特徴とする請求項１０に記載の流路構造体。
12. 請求項１１に記載の流路構造体と、
    前記流路構造体により生成された水素により発電を行う発電セルと、
    を備えることを特徴とする燃料電池装置。
13. 請求項１２に記載の燃料電池装置と、
    前記燃料電池装置により発電された電気により動作する電子機器本体と、
    を備えることを特徴とする電子機器。
14. 基体と、前記基体の主面に形成された凸部とを備える表面凹凸状構造体の製造方法であって、
    前記凸部は、それぞれ所定のエッチング液に対してエッチング速度が異なる複数の材料を含み、
    前記複数の材料のうち少なくとも１つ材料を優先的にエッチングすることを特徴とする表面凹凸状構造体の製造方法。
15. 前記エッチングすることは、前記基体の主面に溝を形成することを含むことを特徴とする請求項１４に記載の表面凹凸状構造体の製造方法。

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