JP4525035B2 - 反応器及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、屈曲した流路を有する反応器及びその製造方法に関する。

近年では、高いエネルギー利用効率を実現できる燃料電池についての研究・開発が盛んにおこなわれている。燃料電池は、燃料と大気中の酸素と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ものであり、将来性に富む有望な電池であると位置付けられている。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を貯蔵するためのシステムが比較的小型になるが、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生成する改質装置を必要とする。燃料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装置も小型化する必要がある。

一方、複数の基板を接合してなる小型のケミカルマイクロリアクタを用いることによって微量の化学反応を行うことが特許文献１に記載されており、特許文献１に記載されたケミカルマイクロリアクタを改質装置に用いる研究・開発も行われている。特許文献１に記載されたマイクロリアクタについて簡単に説明すると、ポリスチレン製の第一の基板の一方の面に葛折り状の溝を形成し、この溝に蓋をするように第二の基板を第一の基板に紫外線硬化樹脂で接着することによって、溝からなる流路をこれら二枚の基板の接合部に形成している。このケミカルマイクロリアクタの流路に反応物を流せば、反応物が反応することにより、目的とする生成物又は中間生成物が生成される。
特開２００２−１０２６８１号公報

ところで、第一の基板に葛折り状の溝を形成する際には、葛折り状の開口部を有するマスクをフォトリソグラフィー法により形成し、そのマスクをした状態でエッチング法又はサンドブラスト法を行うことによって、マスクの開口部とほぼ同形状の溝を第一の基板に形成する。しかし、マスクの強度に問題があるため、エッチング法又はサンドブラスト法を行っている際にマスクの開口部の屈曲部の形状が崩れてしまい、溝の屈曲部を精度良く形成することができず、結局流路の屈曲部を精度良く形成することができない。またウェットエッチではエッチャントが屈曲部に回り込みにくいために十分エッチングできないといった問題があった。
そこで、本発明は、上記のような問題点を解決しようとしてなされたものであり、精度の良い流路の屈曲部を形成することができる反応器及びその製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、
第一基板の一方の面にいずれも直線状である複数の第一溝を形成する第一溝形成工程と、
前記第一溝形成工程において前記第一基板の一方の面に形成された前記複数の第一溝の壁面に第一触媒を形成する第一触媒形成工程と、
第二基板の一方の面にいずれも直線状である複数の第二溝を形成する第二溝形成工程と、
前記第二溝形成工程において前記第二基板の一方の面に形成された前記複数の第二溝の壁面に第二触媒を形成する第二触媒形成工程と、
次いで、前記第一基板の前記複数の第一溝がそれぞれ、その少なくとも一部を、前記第二基板の前記複数の第二溝のうち少なくとも一の一部に重ね、その重なった部分において、前記第一基板の前記複数の第一溝と前記第二の基板の前記複数の第二溝を交差させるように位置合わせして前記第一基板の一方の面を前記第二基板の一方の面に貼り合わせ、前記第一基板の一方の面を前記第二基板の一方の面に接合して、前記複数の第一溝と前記複数の第二溝とによって全体として流路を形成する基板接合工程と、を含み、
前記第一触媒形成工程は、
前記第一基板の一方の面に第一ドライフィルムレジストを被覆し、前記第一ドライフィルムレジストのうち前記複数の第一溝に位置する部分にいずれも該複数の第一溝の形状に対応した矩形状である第一開口部を設ける工程と、
次いで、前記第一基板の一方の面に前記第一ドライフィルムレジストを被覆したまま、前記複数の第一溝の壁面に前記第一触媒を成膜する工程と、
次いで、前記第一ドライフィルムレジストを、前記第一触媒のうち前記第一ドライフィルムレジストの上面に形成された部分とともに剥離する工程と、を含み、
前記第二触媒形成工程は、
前記第二基板の一方の面に第二ドライフィルムレジストを被覆し、前記第二ドライフィルムレジストのうち前記複数の第二溝に位置する部分にいずれも該複数の第二溝の形状に対応した矩形状である第二開口部を設ける工程と、
次いで、前記第二基板の一方の面に前記第二ドライフィルムレジストを被覆したまま、前記複数の第二溝の壁面に前記第二触媒を成膜する工程と、
次いで、前記第二ドライフィルムレジストを、前記第二触媒のうち前記第二ドライフィルムレジストの上面に形成された部分とともに剥離する工程と、を含むことを特徴とする反応器の製造方法である。
請求項２に係る発明は、
前記基板接合工程は、前記複数の第一溝と前記複数の第二溝とによって全体として葛折り状の流路が形成されるように位置合わせし、前記流路における葛折り状の部分が前記第一基板の一方の面又は前記第二基板の一方の面に沿って屈曲する全ての部分において、前記第一基板と前記第二基板との間で連通していることを特徴とする請求項１に記載の反応器の製造方法である。
請求項３に係る発明は、
前記第一触媒を製膜する工程は、前記第一基板の一方の面に前記第一触媒をディップコート法又はスピンコート法により製膜することを特徴とする請求項１又は２に記載の反応器の製造方法である。
請求項４に係る発明は、
前記第一溝形成工程は、
前記第一基板の一方の面に前記複数の第一溝に対応する複数の第三開口部を有し、前記複数の第三開口部が全て直線状である第一レジストを形成する工程と、
次いで、前記第一レジストをマスクとして、エッチング法又はサンドブラスト法により前記複数の第三開口部にそれぞれ対応する前記複数の第一溝を形成する工程と、
次いで、前記第一基板の一方の面に形成された前記第一レジストを除去する工程と、を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の反応器の製造方法である。
請求項５に係る発明は、
前記第一レジストを除去する工程は、除去液を用いて前記第一レジストを除去する、又は、前記第一レジストを機械的に剥離する、のいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の反応器の製造方法である。
請求項６に係る発明は、
前記第一レジストを形成する工程において、前記第一レジストは、更に、前記複数の第二溝の少なくとも一部に対応する複数の第四開口部を有し、前記複数の第四開口部が全て直線状であり、
前記第一溝を形成する工程において、更に、前記複数の第四開口部にそれぞれ対応する複数の第三溝を形成し、
前記基板接合工程は、前記複数の第二溝と前記複数の第三溝とが連通するように位置合わせすることを特徴とする請求項４又は５に記載の反応器の製造方法である。
請求項７に係る発明は、
前記複数の第一溝同士の間が０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の反応器の製造方法である。
請求項８に係る発明は、
前記第一基板及び前記第二基板のうちの少なくとも一方の基板の他方の面に薄膜ヒータを形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の反応器の製造方法。
請求項９に係る発明は、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法により製造される反応器である。

本発明では、第一基板の溝の一部を第二基板の溝の一部に重ね、その重なった部分において第一基板の溝と第二の基板の溝を交差させるように、第一基板の一方の面を第二基板の一方の面に接合することによって、第一基板の溝と第二基板の溝が連なった流路を形成している。この流路は、第一基板の溝と第二基板の溝の交差部において屈曲している。ここで、第一基板に形成する溝も、第二基板の溝に形成する溝も直線状にすると、どちらの溝にも屈曲部がないので、どちらの溝も精度良く形成することができる。

本発明によれば、第一基板の溝も、第二基板の溝も精度良く形成することできるので、これら溝からなる流路の屈曲部、つまり、これら溝の交差部を精度良く形成することができる。

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〜図７を参照して反応器５０の製造方法について説明する。ここで、図１〜図６それぞれにおいて、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図であり、（ｂ）に示された切断線Ａ−Ａに沿った断面図が（ａ）に示されている。図７において、（ａ）、（ｂ）は断面図であり、（ｃ）は平面図であり、（ｃ）に示された切断線Ａ−Ａに沿った断面が（ａ）に示されており、切断線Ｂ−Ｂに沿った断面が（ｂ）に示されている。

図１に示すように、両面が平坦な四角形状の第一基板５１を準備する。第一基板５１は、シリコン、アルミニウム、ガラス等の材料から板状に形成されたものである。第一基板５１の一方の面５２にマスク（レジスト）８１を成膜し、マスク８１を露光・現像することによって、マスク８１に平面視直線状の複数の開口部８２，８２，…を互いに平行となるように形成する。ここで、開口部８２，８２，…内では、第一基板５１の一方の面５２が露出している。

次に、マスク８１を施した状態で、第一基板５１の一方の面５２に対してエッチング法又はサンドブラスト法等を行うことによって、開口部８２，８２，…内において第一基板５１に溝５３，５３，…を形成する。開口部８２，８２，…が直線状であり、開口部８２，８２，…に屈曲部がないので、溝５３，５３，…を精度良く形成することができる。従って、溝５３，５３，…の間の間隔をより狭くするように、溝５３，５３，…を形成しても、隣り合う溝５３，５３が繋がることがない。

次に、除去液（剥離液）を用いてマスク８１を除去する（図２（ａ）、（ｂ）参照。）。なお、除去液を用いずに、マスク８１を機械的に剥離しても良い。

次に、ドライフィルムレジストを第一基板５１の一方の面５２に被膜し、ドライフィルムレジストの溝５３，５３，…に位置する部分に開口部を設け、開口部のあるドライフィルムレジストを被膜したままその面に触媒を形成することにより、溝５３，５３，…の壁面に触媒５４を成膜する。そして、ドライフィルムレジストを上面に形成された触媒とともに剥離すると、溝５３，５３，…の壁面には触媒５４が残留する（図３（ａ），（ｂ）参照。）。ここで、触媒５４の成分は、製造する反応器の使用目的に応じて適宜選択する。
製造しようとする反応器を、反応物としてのメタノールを水素に改質する改質器として用いる場合には、触媒５４は、メタノールと水の混合気を水素と二酸化炭素に改質する（下記化学反応式（１）参照。）触媒とし、具体的には担体としてアルミニウム酸化物に銅及び亜鉛を担持させたＣｕＯ−ＺｎＯ系触媒（ＣｕＯ／ＺｎＯ／Ａｌ₂Ｏ₃）とする。
ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂＋ＣＯ₂ … （１）

また、製造しようとする反応器を、水素、二酸化炭素及び一酸化炭素等の混合気から反応物としての一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器として用いる場合には、触媒５４は、一酸化炭素と水を反応させて二酸化炭素及び水素を生成する（下記化学反応式（２）参照。）触媒としたり、混合気に含まれる一酸化炭素を選択的に酸化させる（下記化学反応式（３）参照。）触媒としたりする。一酸化炭素を選択的に酸化させる触媒としては、担体としてのアルミニウム酸化物に白金を担持させたＰｔ系触媒（Ｐｔ／Ａｌ₂Ｏ₃）がある。
ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂ … （２）
２ＣＯ＋Ｏ₂→２ＣＯ₂ … （３）

また、製造しようとする反応器を、反応物としてのメタノールを燃焼させる燃焼器として用いる場合には、触媒５４は、メタノールの酸化を促進する触媒とし、具体的には担体としてのアルミニウム酸化物に白金を担持させたＰｔ系触媒（Ｐｔ／Ａｌ₂Ｏ₃）とする。

また、製造しようとする反応器を、液体の反応物を気化させる気化器として用いる場合には、溝５３に触媒５４を形成しなくても良い。

触媒５４を形成する方法としては、開口部のあるドライフィルムレジストを被膜したまま、以下の（ａ）〜（ｄ）のように第一基板５１の一方の面５２に触媒の膜を形成し、ドライフィルムレジストを除去することによって溝５３の壁面にのみ触媒５４を残留させる。
（ａ）触媒微粒子を分散媒に分散させた触媒分散液を、第一基板５１の一方の面５２に塗布してコーティングする。
（ｂ）第一基板５１の一方の面５２に担体膜（アルミナ、シリカ等）を形成した後、その担体膜に触媒を吸着させる。
（ｃ）第一基板５１の一方の面５２にゾルゲル法により担体膜（アルミナ、シリカ等）を形成した後、触媒微粒子を分散媒に分散させた触媒分散液を第一基板５１の一方の面５２に塗布することによって触媒微粒子を担体膜に担持させる。
（ｄ）スパッタリング法、ＰＶＤ法等により触媒の膜を成膜する。

（ｃ）の方法について更に詳細に説明する。まず、アルミニウムイソプロポキシドを水に溶かし、濃度０．１〜２ｍｏｌ／ｌのアルミニウムイソプロポキシド水溶液を調製する。次に、調製した水溶液を加熱すると水溶液中で加水分解が起こり、水酸化アルミニウムの微粒子とイソプロピルアルコールに分解してゾルが得られる。ここで、加熱温度及びその加熱温度の保持時間に応じて水酸化アルミニウムの粒子径を調製することができるが、溶液を８０℃で２４時間保持すると、１０ｎｍ程度の水酸化アルミニウムの粒子径を得ることができる。そして、発生したイソプロピルアルコールを十分に揮発させた後、水酸化アルミニウム粒子の成長を止めるために安定剤をゾルに投入する。使用する安定剤としては酸又はアルカリで良いが、水酸化アルミニウム１ｍｏｌに対して０．１ｍｏｌの硝酸を投入することによって、水酸化アルミニウム粒子の成長が止まる。このように調製したゾルを室温まで冷却し、ゾルに第一基板５１を浸漬する（ディップコート法）。そして、ゾルから第一基板５１を引き上げた後に、酸素が存在する雰囲気（大気）中で第一基板５１を３６０℃に焼成することにより、γ−アルミナの前駆体であるベーマイト膜が担体膜として溝５３，５３，…の壁面及び第一基板５１の一方の面５２のうち溝５３，５３，…が形成されていない部分に設けられたドライフィルムレジスト上に形成される。次に、触媒分散液に第一基板５１を浸漬する（ディップコート法）と、触媒が担体膜に担持される。以上により、触媒の膜がべた一面に形成され、その後ドライフィルムレジストを除去することにより溝５３，５３，…の壁面に触媒５４が残留する。なお、ゾルや触媒分散液を第一基板５１の一方の面５２にコーティングする方法は、ディップコート法でなく、スピンコート法、その他の塗布法であっても良い。

次に、図４に示すように、平面視して第一基板５１と同じ形状の第二基板６１を準備する。第二基板６１は、両面が平坦な板状の基板であり、シリコン、アルミニウム、ガラス等の材料から板状に形成されたものである。そして、第二基板６１の一方の面６２にマスク（レジスト）８３を成膜し、マスク８３を露光・現像することによって、マスク８３に平面視直線状の複数の開口部８４，８４，…を形成する。ここで、開口部８４，８４，…内では、第二基板６１の一方の面６２が露出している。ここで、開口部８４の長手方向一方の端部が、図１に示された開口部８２の長手方向の一方の端部に対応し、その開口部８４の長手方向他方の端部が、隣りの開口部８２の長手方向の一方の端部に対応するように、開口部８４，８４，…を形成する。

次に、マスク８３を施した状態で、第二基板６１の一方の面６２に対してエッチング法、サンドブラスト法等を行うことによって、開口部８４，８４，…内において第二基板６１に溝６３，６３，…（図５（ａ），（ｂ）参照。）を形成する。開口部８４，８４，…が直線状であり、開口部８４，８４，…に屈曲部がないので、溝６３，６３，…を精度良く形成することができる。従って、溝６３，６３，…の間の間隔をより狭くするように、溝６３，６３，…を形成しても、隣り合う溝６３，６３が繋がることがない。

１
次に、除去液（剥離液）を用いてマスク８３を除去する（図５（ａ）、（ｂ）参照。）。なお、除去液を用いずに、マスク８３を機械的に剥離しても良い。

次に、ドライフィルムレジストを第二基板６１の一方の面６２に被膜し、ドライフィルムレジストの溝６３，６３，…に位置する部分に開口部を設け、この第二基板６１の一方の面６２のうち溝６３，６３，…が形成されていない部分に設けられたドライフィルムレジストをマスクとして溝６３，６３，…の壁面及びドライフィルムレジストマスク上面に触媒６４を成膜する。ドライフィルムレジストを上面に形成された触媒とともに剥離する（図６（ａ），（ｂ）参照。）。ここで、触媒６４の形成方法は、触媒５４の形成方法と同じであり、触媒６４の成分も触媒５４の成分と同じである。次に、端に位置する溝５３の一方の端部に対応する位置及びもう一方の端に位置する溝５３の他方の端部に対応する位置に、開口部を有するレジストマスクを設けて、第二基板６１の一方の面６２から他方の面に貫通する貫通孔６５及び第二基板６１の一方の面６２から他方の面に貫通する貫通孔６６を形成し、レジストマスクを除去する。

図７に示すように、第一基板５１の一方の面５２を第二基板６１の一方の面６２に貼り合わせて、平面視して第一基板５１の外形に第二基板６１の外形を合わせ、第一基板５１を第二基板６１に接合する。ここで、一方の端に位置する溝５３の端部を貫通孔６５に合わせ、他方の端に位置する溝５３の端部を貫通孔６６に位置合わせする。更に、溝５３の一端部に溝６３の一端部を位置合わせし、その溝６３の他端部を隣りの溝５３の一端部に位置合わせし、隣り合う溝５３，５３に溝６３を平面視して直交させ、溝５３の端部とその隣りの溝５３の端部が溝６３を介して連なるように第一基板５１を第二基板６１に接合する。これにより、溝５３，５３，…及び溝６３，６３，…を組み合わせて、貫通孔６５から貫通孔６６まで通じた平面視葛折り状の流路７１を形成することができる。ここで、溝５３，５３，…及び溝６３，６３，…を精度良く形成することができたので、流路７１の屈曲部、つまり、溝５３と溝６３の交差部を精度良く形成することができる。
従来の製造方法では隣接する溝同士の間が０．３５ｍｍ程度になったが、本実施形態の製造方法では隣接する溝５３，５３同士の間が０．１ｍｍ以下とすることができ、溝の幅を０．２ｍｍにすると、基板内に占めるチャネル面積の割合が３６％から６６％に向上し、溝の面積をともに同じにすると本実施形態の基板の大きさは、従来の製造方法による基板に対して半分にすることができる。

次に、第一基板５１の他方の面に葛折り状の薄膜ヒータ７２を形成する。薄膜ヒータ７２は、電気抵抗性発熱体，半導体性発熱体等を薄膜状に成膜したものであり、電流が流れたり電圧が印加されたりすることによる電気エネルギーで発熱するものである。

以上により、反応器５０が完成する。
以上のような製造方法では、直線状の溝５３，５３，…と溝６３，６３，…を別々の基板５１，６１に形成したので、流路７１の屈曲部を精度良く形成することができる。そのため、溝５３，５３，…の間隔を狭くして溝５３，５３，…を形成することができ、更には溝６３，６３，…の間隔を狭くして溝６３，６３，…形成することができる。従って、流路７１の占める面積をより大きくすることができる。

完成した反応器５０においては、接合された二枚の基板５１，６１が反応器５０の本体となり、溝５３，５３，…同士を溝５７，５７，…によって互いに連通させることにより、葛折り状の流路７１が反応器５０の本体内部に形成されている。ここで、溝５３の延在方向は、溝５７の延在方向に直交している。

以上のように製造した反応器５０の使用方法について説明する。薄膜ヒータ７２に電力を付与することによって薄膜ヒータ７２を発熱させた状態で、流体の反応物を一方の貫通孔６５に流し込む。そうすると、反応物が流路７１を貫通孔６６まで流動し、薄膜ヒータ７２の熱によって反応物が加熱され、反応物が反応する。ここで、溝５３，５３，…、溝６３，６３，…の壁面に触媒５４，６４を形成した場合には、反応物が流路７１を流動している時に触媒５４，６４の作用及び熱を受けて反応し、反応物から生成物が生成される。また、反応物が液体であり、溝５３，５３，…、溝６３，６３，…の壁面に触媒５４，６４を形成しなかった場合には、反応物が薄膜ヒータ７２の熱により気体に状態変化する。

なお、第二基板６１の一方の面６２に溝６３，６３，…を形成する際に、図８に示すように更に平面視直線状の溝６７，６７，…を面６２に形成しても良い。ここで、溝５３，５３，…の長手方向中央部に対応する位置に溝６７，６７，…を配置するように、溝６７，６７，…を第一基板５１の溝５３，５３，…よりも短く形成する。勿論、溝６３，６３，…に形成された触媒６４と同様の触媒６８（図９に図示）を溝６７，６７，…の壁面に形成しても良い。

図９に示すように、上記反応器５０を製造する場合と同様に、このような第二基板６１の面６２を第一基板５１の一方の面５２に貼り合わせ、一方の端に位置する溝５３の端部を貫通孔６５に合わせ、他方の端に位置する溝５３の端部を貫通孔６６に位置合わせし、溝６７を溝６３の長手方向中央部に位置合わせする。更に、溝５３の一端部に溝６３の一端部を位置合わせし、その溝６３の他端部を隣りの溝５３の一端部に位置合わせし、隣り合う溝５３，５３に溝６３を平面視して直交させ、溝５３の端部とその隣りの溝５３の端部が溝６３を介して連なるように第一基板５１を第二基板６１に接合する。これにより、溝５３，５３，…、溝６３，６３，…及び溝６７，６７，…を組み合わせて、貫通孔６５から貫通孔６６まで通じた平面視葛折り状の流路７１を形成することができる。次に、第一基板５１の他方の面に葛折り状の薄膜ヒータ７２を形成し、反応器６０が完成する。

以上のように製造した反応器５０及び反応器６０を用いた発電装置１について図１０を用いて説明する。
図１０は、発電装置１を示したブロック図である。
この発電装置１は、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、家庭用電気機器、その他の電子機器に備え付けられたものであり、電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。

発電装置１は、発電の源となる第一燃料を貯留した第一の燃料容器２と、第二燃料を貯留した第二の燃料容器４と、第一の燃料容器２から供給された第一燃料を気化させる第一の気化器３と、第一の燃料容器２から第一燃料を吸引するとともに吸引した第一燃料を第一の気化器３に供給する第一の燃料ポンプ７と、第二の燃料容器２から供給された第二燃料を気化させる第二の気化器１５と、第二の燃料容器４から第二燃料を吸引するとともに吸引した第二燃料を第二の気化器１５に供給する第二の燃料ポンプ８と、第二の気化器１５から供給された第二燃料を触媒により燃焼させる第一の燃焼器５及び第二の燃焼器６と、第一の気化器３から供給された第一燃料の混合気を水素に改質する改質器９と、改質器９から供給された混合気から一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器１０と、一酸化炭素除去器１０から供給された混合気のうち水素と外気の酸素との電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池１１と、外気の空気を吸引するとともに吸引した空気を第一の燃焼器５、第二の燃焼器６、一酸化炭素除去器１０及び燃料電池１１に供給する空気ポンプ１２と、を備える。

第一の気化器３、第一の燃焼器５、第二の燃焼器６、第一の燃料ポンプ７、第二の燃料ポンプ８、改質器９、一酸化炭素除去器１０、燃料電池１１、空気ポンプ１２及び第二の気化器１５は、電子機器本体に搭載されている。それに対し、第一の燃料容器２及び第二の燃料容器４は、電子機器本体に対して着脱自在となるように設けられている。

第一の燃料容器２に貯留された第一燃料は、液状の化学燃料と水の混合液であり、化学燃料としてはメタノール，エタノール等のアルコール類やガソリンといった水素元素を含む化合物が適用可能である。ここでは特に、第一燃料としてメタノールと水の混合液を用いている。第二の燃料容器４に貯留された第二燃料は、メタノール，エタノール等のアルコール類やガソリンといった水素元素を含む化合物である。ここでは特に、第二燃料としてメタノールを用いている。

ここで、上記構成要素のうち第一の気化器３、第一の燃焼器５、第二の燃焼器６、改質器９、一酸化炭素除去器１０及び第二の気化器１５に対して、上記のように製造された反応器５０及び反応器６０のうちの少なくとも一方を適用することができる。

反応器５０又は反応器６０を第一の気化器３、第二の気化器１５として用いる場合には、触媒５４，６４，６８を形成しない。反応器５０又は反応器６０を第一の燃焼器５、第二の燃焼器６として用いる場合には、触媒５４，６４，６８として第二燃料の酸化を促進する触媒を用いる。反応器５０又は反応器６０を改質器９として用いる場合には、触媒５４，６４，６８として第一燃料を水素と二酸化炭素に改質する触媒を用いる。反応器５０又は反応器６０を一酸化炭素除去器１０として用いる場合には、一酸化炭素を選択的に酸化させる触媒を用いる。

第二の気化器１５では、第二の燃料ポンプ８から第二の気化器１５の貫通孔６５に流入した第二燃料が薄膜ヒータ７２により加熱されて気化する。

第一の燃焼器５及び第二の燃焼器６では、第二の気化器１５の貫通孔６６から排出された第二燃料が第一の燃焼器５及び第二の燃焼器６の貫通孔６５に流入し、更に空気が空気ポンプ１２から第一の燃焼器５及び第二の燃焼器６の貫通孔６５に流入する。そして、第二燃料と空気が第一の燃焼器５及び第二の燃焼器６の流路７１を流動している時に反応して、燃焼熱が発生する。第一の燃焼器５及び第二の燃焼器６において生成された生成物は、貫通孔６６から外部に排出される。また、第一の燃焼器５は第一の気化器３に組み付けられており、第二の燃焼器６は改質器９に組み付けられており、燃焼熱が第一の気化器３及び改質器９それぞれに伝熱する。

第一の燃料ポンプ７から第一の気化器３の貫通孔６５に流入した第一燃料が第一の気化器３の流路７１の流動中に第一の燃焼器５における燃焼熱等により加熱されて気化し、メタノールと水（水蒸気）の混合気が生成される。第一の気化器３において生成された混合気は、第一の気化器３の貫通孔６６から排出され、改質器９の貫通孔６５に流入する。

改質器９では、第一の気化器３から改質器９の貫通孔６５に流入した第一燃料の混合気が改質器９の流路７１の流動中に水素及び二酸化炭素に改質される（上記化学反応式（１）参照。）。改質器９では、メタノールと水蒸気が完全に二酸化炭素及び水素に改質されない場合もあり、この場合、化学反応式（４）のように、メタノールと水蒸気が反応して二酸化炭素及び一酸化炭素が生成される。
２ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→５Ｈ₂＋ＣＯ＋ＣＯ₂ … （４）
改質器９で生成された一酸化炭素、二酸化炭素及び水素等の混合気は、改質器９の貫通孔６６から排出され、一酸化炭素除去器１０の貫通孔６５に流入する。

一酸化炭素除去器１０では、改質器９から一酸化炭素除去器１０の貫通孔６５に流入した混合気が一酸化炭素除去器１０の流路７１を流動している時に、混合気に含まれる一酸化炭素が選択的に酸化され、混合気中から一酸化炭素が除去される（上記化学反応器（３）参照。）。
そして、混合気が一酸化炭素除去器１０の貫通孔６５から排出され、燃料電池１１の燃料極に流入する。

燃料電池１１は、触媒微粒子及び担体微粒子からなるガス拡散層としての燃料極と、触媒微粒子及び担体微粒子からなるガス拡散層としての空気極と、燃料極と空気極との間に挟持された水素イオン伝導性の固体高分子電解質膜と、を具備する。

燃料電池１１の燃料極には、一酸化炭素除去器１０から混合気が供給され、電気化学反応式（５）に示すように、混合気のうち水素ガスが燃料極の触媒微粒子の作用を受けて水素イオンと電子とに分離される。水素イオンは固体高分子電解質膜を通じて空気極に伝導し、電子は燃料極により取り出される。
Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- … （５）
燃料電池１１の燃料極に供給された混合気のうち、電気化学反応に寄与しない生成物（二酸化炭素等）は、外部に排出される。

燃料電池１１の空気極には、空気が空気ポンプ１２から供給され、電気化学反応式（６）に示すように、空気中の酸素と、固体高分子電解質膜を通過した水素イオンと、燃料極により取り出された電子とが反応して水が生成物として生成される。
２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ … （６）
燃料電池１１の空気極に供給された空気のうち電気化学反応に寄与しないガス（窒素等）と、生成水は、外部に排出される。

以上のように、この発電装置１では、燃料電池１１において上記（５）、（６）に示す電気化学反応が起こることにより電気エネルギーが生成される。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び設計の変更をおこなっても良い。

反応器５０を製造する際の一工程を説明するための図面である。 図１の次の工程を説明するための図面である。 図２の次の工程を説明するための図面である。 図３の次の工程を説明するための図面である。 図４の次の工程を説明するための図面である。 図５の次の工程を説明するための図面である。 図７の次の工程を説明するための図面である。 図５の代わりの工程を説明するための図面である。 図８の工程を経て製造された反応器６０を示した図面である。 反応器５０、６０を用いた発電装置１のブロック図である。

符号の説明

５０、６０ … 反応器
５１ … 第一基板
５３ … 溝
５４ … 触媒
６１ … 第二基板
６３ … 溝
６４ … 触媒
６７ … 溝
６８ … 触媒
７１ … 流路
７２ … 薄膜ヒータ

Claims (9)

1. 第一基板の一方の面にいずれも直線状である複数の第一溝を形成する第一溝形成工程と、
   前記第一溝形成工程において前記第一基板の一方の面に形成された前記複数の第一溝の壁面に第一触媒を形成する第一触媒形成工程と、
   第二基板の一方の面にいずれも直線状である複数の第二溝を形成する第二溝形成工程と、
   前記第二溝形成工程において前記第二基板の一方の面に形成された前記複数の第二溝の壁面に第二触媒を形成する第二触媒形成工程と、
   次いで、前記第一基板の前記複数の第一溝がそれぞれ、その少なくとも一部を、前記第二基板の前記複数の第二溝のうち少なくとも一の一部に重ね、その重なった部分において、前記第一基板の前記複数の第一溝と前記第二の基板の前記複数の第二溝を交差させるように位置合わせして前記第一基板の一方の面を前記第二基板の一方の面に貼り合わせ、前記第一基板の一方の面を前記第二基板の一方の面に接合して、前記複数の第一溝と前記複数の第二溝とによって全体として流路を形成する基板接合工程と、を含み、
   前記第一触媒形成工程は、
   前記第一基板の一方の面に第一ドライフィルムレジストを被覆し、前記第一ドライフィルムレジストのうち前記複数の第一溝に位置する部分にいずれも該複数の第一溝の形状に対応した矩形状である第一開口部を設ける工程と、
   次いで、前記第一基板の一方の面に前記第一ドライフィルムレジストを被覆したまま、前記複数の第一溝の壁面に前記第一触媒を成膜する工程と、
   次いで、前記第一ドライフィルムレジストを、前記第一触媒のうち前記第一ドライフィルムレジストの上面に形成された部分とともに剥離する工程と、を含み、
   前記第二触媒形成工程は、
   前記第二基板の一方の面に第二ドライフィルムレジストを被覆し、前記第二ドライフィルムレジストのうち前記複数の第二溝に位置する部分にいずれも該複数の第二溝の形状に対応した矩形状である第二開口部を設ける工程と、
   次いで、前記第二基板の一方の面に前記第二ドライフィルムレジストを被覆したまま、前記複数の第二溝の壁面に前記第二触媒を成膜する工程と、
   次いで、前記第二ドライフィルムレジストを、前記第二触媒のうち前記第二ドライフィルムレジストの上面に形成された部分とともに剥離する工程と、を含むことを特徴とする反応器の製造方法。
2. 前記基板接合工程は、前記複数の第一溝と前記複数の第二溝とによって全体として葛折り状の流路が形成されるように位置合わせし、前記流路における葛折り状の部分が前記第一基板の一方の面又は前記第二基板の一方の面に沿って屈曲する全ての部分において、前記第一基板と前記第二基板との間で連通していることを特徴とする請求項１に記載の反応器の製造方法。
3. 前記第一触媒を製膜する工程は、前記第一基板の一方の面に前記第一触媒をディップコート法又はスピンコート法により製膜することを特徴とする請求項１又は２に記載の反応器の製造方法。
4. 前記第一溝形成工程は、
   前記第一基板の一方の面に前記複数の第一溝に対応する複数の第三開口部を有し、前記複数の第三開口部が全て直線状である第一レジストを形成する工程と、
   次いで、前記第一レジストをマスクとして、エッチング法又はサンドブラスト法により前記複数の第三開口部にそれぞれ対応する前記複数の第一溝を形成する工程と、
   次いで、前記第一基板の一方の面に形成された前記第一レジストを除去する工程と、を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の反応器の製造方法。
5. 前記第一レジストを除去する工程は、除去液を用いて前記第一レジストを除去する、又は、前記第一レジストを機械的に剥離する、のいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の反応器の製造方法。
6. 前記第一レジストを形成する工程において、前記第一レジストは、更に、前記複数の第二溝の少なくとも一部に対応する複数の第四開口部を有し、前記複数の第四開口部が全て直線状であり、
   前記第一溝を形成する工程において、更に、前記複数の第四開口部にそれぞれ対応する複数の第三溝を形成し、
   前記基板接合工程は、前記複数の第二溝と前記複数の第三溝とが連通するように位置合わせすることを特徴とする請求項４又は５に記載の反応器の製造方法。
7. 前記複数の第一溝同士の間が０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の反応器の製造方法。
8. 前記第一基板及び前記第二基板のうちの少なくとも一方の基板の他方の面に薄膜ヒータを形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の反応器の製造方法。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法により製造される反応器。

Images