KR20050100593A - 마이크로 리액터 및 그 제조방법 - Google Patents

마이크로 리액터 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20050100593A
KR20050100593A KR1020057004340A KR20057004340A KR20050100593A KR 20050100593 A KR20050100593 A KR 20050100593A KR 1020057004340 A KR1020057004340 A KR 1020057004340A KR 20057004340 A KR20057004340 A KR 20057004340A KR 20050100593 A KR20050100593 A KR 20050100593A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal
flow path
microreactor
metal substrate
microgroove
Prior art date
Application number
KR1020057004340A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100783168B1 (ko
Inventor
히로시 야기
다케시 키하라
코이치 스즈키
Original Assignee
다이니폰 인사츠 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤 filed Critical 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤
Publication of KR20050100593A publication Critical patent/KR20050100593A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100783168B1 publication Critical patent/KR100783168B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/56—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids
    • C01B3/58—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids including a catalytic reaction
    • C01B3/583—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids including a catalytic reaction the reaction being the selective oxidation of carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0093—Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/323—Catalytic reaction of gaseous or liquid organic compounds other than hydrocarbons with gasifying agents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00783—Laminate assemblies, i.e. the reactor comprising a stack of plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00819—Materials of construction
    • B01J2219/00822—Metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00819—Materials of construction
    • B01J2219/00835—Comprising catalytically active material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00873—Heat exchange
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0435—Catalytic purification
    • C01B2203/044—Selective oxidation of carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4998—Combined manufacture including applying or shaping of fluent material
    • Y10T29/49982—Coating

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

마이크로 리액터의 구성을, 한쪽 면에 미세홈부를 구비한 금속기판과, 이 금속기판의 다른 면에 절연막을 통하여 설치된 발열체와, 미세홈부내에 담지된 촉매와, 미세홈부를 덮도록 금속기판에 접합된 원료 도입구와 가스 배출구를 갖는 커버 부재를 구비하는 것으로 한다. 이러한 마이크로 리액터는, 열전도율이 높고 열용량이 작은 금속기판을 사용하고 있으므로, 발열체로부터 담지촉매에의 열의 전달효율이 높게 되고, 또한 금속기판의 가공이 용이하여, 제조가 간편하게 된다.

Description

마이크로 리액터 및 그 제조방법{MICROREACTOR AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}
본 발명은 수소제조용 개질기에 사용하는 마이크로 리액터, 특히 메탄올 등의 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터와, 이 마이크로 리액터의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 지구환경보호의 관점에서 이산화탄소 등의 지구온난화 가스의 발생이 없고, 또, 에너지효율이 높은 점에서, 수소를 연료와 하는 것이 주목받고 있다. 특히, 연료전지는 수소를 직접 전력으로 변환할 수 있는 점이나, 발생하는 열을 이용하는 코제네레이션 시스템에 있어서 높은 에너지 변환효율이 가능한 점에서 주목받고 있다. 지금까지 연료전지는 우주개발이나 해양개발 등의 특수한 조건에서 채용되어 왔지만, 최근에는 자동차나 가정용 분산전원용도에의 개발이 진행되고 있고, 또, 휴대기기용의 연료전지도 개발되고 있다.
연료전지중에서, 천연가스, 가솔린, 부탄가스, 메탄올 등의 탄화수소계 연료를 개질하여 얻어지는 수소가스와, 공기중의 산소와 전기화학적으로 반응시켜서 전기를 끌어내는 연료전지는, 일반적으로 탄화수소계 연료를 수증기 개질하여 수소가스를 생성하는 개질기와, 전기를 발생시키는 연료전지 본체 등으로 구성된다.
메탄올 등을 원료로 하여 수증기 개질에 의해 수소가스를 얻기 위한 개질기에서는, 주로 Cu-Zn계 촉매를 사용하고, 흡열반응에 의해 원료의 수증기 개질이 행해진다. 산업용의 연료전지에서는, 기동·정지가 빈번하게 행해지는 일이 없기 때문에, 개질기의 온도변동은 발생하기 어렵다. 그러나, 자동차용이나 휴대기기용의 연료전지에서는, 기동·정지가 빈번에 이루어지기 때문에, 정지상태로부터 시동했을 때의 개질기의 상승이 빠른(메탄올의 수증기 개질온도에 도달할 때까지의 시간이 짧음)것이 요구된다.
한편, 특히 휴대기기용에서는, 연료전지의 소형화가 필수적이고, 개질기의 소형화가 여러가지로 검토되고 있다. 예를 들면, 실리콘 기판이나 세라믹스 기판에 마이크로 채널을 형성하고, 이 마이크로 채널내에 촉매를 담지한 마이크로 리액터가 개발되어 있다(일본 특개 2002-252014호 공보).
그렇지만, 종래의 마이크로 리액터는 열의 이용효율이 나빠, 정지상태로부터 시동했을 때의 개질기의 상승 속도가 느리다는 문제가 있었다. 또, 마이크로 머신에 의한 가공 등을 필요로 하여, 제조 코스트가 높다는 문제도 있었다. 또한, 휴대기기용의 연료전지에서는, 마이크로 리액터에 허용되는 스페이스의 제한이 엄격하여, 더한층의 소형화가 강하게 요망되고 있다.
또, 종래의 마이크로 리액터는 반응효율이 낮아, 보다 반응효율의 높은 마이크로 리액터가 요망되고 있다. 또, 종래의 마이크로 리액터는 제조단계에서 촉매가 열에 의해 실활(失活)될 우려가 있어, 사용할 수 있는 촉매가 제한되거나, 제조공정 관리가 어렵다는 문제도 있었다.
또한, 종래의 마이크로 리액터에 의한 수소제조에서는, 수소제조의 각 공정(혼합, 개질, CO제거)용의 마이크로 리액터를 준비하고, 이들 복수의 마이크로 리액터를 배관으로 접속한 것으로, 필요로 하는 스페이스가 커져, 휴대기기용의 연료전지와 같이, 마이크로 리액터에 허용되는 스페이스의 제한이 엄격한 경우, 소형화에 중대한 지장을 초래하고 있었다.
또, 사용중에 1개의 공정용의 마이크로 리액터에 있어서 촉매의 실활이나 열화가 발생하여, 그 기능이 없어지면, 정상적으로 기능하고 있는 마이크로 리액터를 포함하여 복수의 마이크로 리액터 전체를 교환할 필요가 있어, 러닝코스트 저감에 지장을 초래한다는 문제가 있었다.
도 1은 본 발명의 마이크로 리액터의 1실시형태를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시되는 마이크로 리액터의 II-II에서의 확대 종단면도이다.
도 3은 도 1에 도시되는 마이크로 리액터의 금속기판의 미세홈부 형성면측을 도시하는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 마이크로 리액터의 다른 실시형태를 도시한 도 2 상당의 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 마이크로 리액터의 1실시형태를 도시하는 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시되는 마이크로 리액터의 II-II선에서의 확대 종단면도이다.
도 7은 도 5에 도시되는 마이크로 리액터의 III-III선에서의 확대 종단면도이다.
도 8은 도 5에 도시되는 마이크로 리액터(1)에서, 발열체 보호층(7)을 박리한 상태를 도시하는 사시도이다.
도 9는 도 5에 도시되는 마이크로 리액터의 1단째의 금속기판의 미세홈부 형성면측을 도시하는 사시도이다.
도 10은 도 5에 도시되는 마이크로 리액터의 2단째의 금속기판의 미세홈부 형성면측을 도시하는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 마이크로 리액터의 다른 실시형태를 도시한 도 6 상당의 종단면도이다.
도 12는 본 발명의 마이크로 리액터의 1실시형태를 도시하는 사시도이다.
도 13은 도 12에 도시되는 마이크로 리액터의 A-A선에서의 확대 종단면도이다.
도 14는 도 12에 도시되는 마이크로 리액터를 구성하는 금속기판의 미세홈부 형성면측을 도시하는 사시도이다.
도 15는 본 발명의 마이크로 리액터의 다른 실시형태를 도시한 도 13 상당의 종단면도이다.
도 16은 본 발명의 마이크로 리액터의 다른 실시형태를 도시하는 사시도이다.
도 17은 도 16에 도시되는 마이크로 리액터의 B-B선에서의 확대 종단면도이다.
도 18은 도 16에 도시되는 마이크로 리액터를 구성하는 금속기판의 미세홈부 형성면측을 도시하는 사시도이다.
도 19는 본 발명의 마이크로 리액터의 다른 실시형태를 도시한 도 17 상당의 종단면도이다.
도 20은 본 발명의 마이크로 리액터의 1실시형태를 도시하는 사시도이다.
도 21은 도 20에 도시되는 마이크로 리액터의 I-I선에서의 확대 종단면도이다.
도 22는 도 20에 도시되는 마이크로 리액터의 구성부재를 이간시킨 상태를 나타내는 사시도이다.
도 23은 본 발명의 마이크로 리액터를 구성하는 단위 유로부재내의 유로의 예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 24는 연결부재의 연결부가 형성된 면을 도시한 도면이다.
도 25는 도 24에 도시되는 연결부재의 단면도이며, 도 25A는 II-II선에서의 단면도이고, 도 25B는 III-III선에서의 단면도이다.
도 26은 본 발명의 마이크로 리액터의 다른 예를 설명하기 위한 도 21 상당의 종단면도이다.
도 27은 본 발명의 마이크로 리액터를 구성하는 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)의 다른 예를 도시하는 종단면도이다.
도 28은 단위 마이크로 리액터의 제작 방법의 1예를 도시하는 공정도이다.
도 29는 단위 마이크로 리액터의 제작 방법의 다른 예를 도시하는 공정도이다.
도 30A∼도 30D는 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 1실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 31A∼도 31C는 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 1실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 32A∼도 32D는 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 다른 실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 33A∼도 33C는 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 다른 실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 34A∼도 34D는 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 1실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 35A∼도 35D는 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 1실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 36A∼도 36D는 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 1실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 37A∼도 37D는 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 1실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 38A∼도 38D는 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 1실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 39A∼도 39D는 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 다른 실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 40A∼도 40D는 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 다른 실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 41A∼도 41C는 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 1실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 42A∼도 42C는 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 1실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 43A∼도 43C는 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 다른 실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 44A∼도 44C는 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 다른 실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 45A∼도 45C는 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 다른 실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 46A∼도 46C는 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 다른 실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 47A∼도 47C는 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 다른 실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 48A∼도 48C는 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 다른 실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
그래서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해서 이루어진 것이다. 그 목적은, 소형이고 고효율의 수소제조용 개질기를 가능하게 하는 마이크로 리액터와, 이 마이크로 리액터를 간편하게 제조하는 것이 가능한 제조방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터에 있어서, 한쪽 면에 미세홈부를 구비한 금속기판과, 이 금속기판의 다른 면에 절연막을 통하여 설치된 발열체와, 상기 미세홈부내에 담지된 촉매와, 상기 미세홈부를 덮도록 상기 금속기판에 접합되어 원료 도입구와 가스 배출구를 갖는 커버 부재를 구비하는 구성으로 했다.
또, 본 발명은 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서, 금속기판의 한쪽 면에 미세홈부를 형성하는 공정과, 상기 금속기판을 양극산화하여 금속산화막으로 이루어지는 절연막을 형성하는 공정과, 상기 미세홈부가 형성되어 있지 않은 상기 금속기판면의 상기 금속산화막상에 발열체를 설치하는 공정과, 상기 미세홈부내에 촉매를 담지하는 공정과, 원료 도입구와 가스 배출구가 형성된 커버 부재를, 상기 미세홈부를 덮도록 상기 금속기판에 접합하는 공정을 갖는 구성으로 했다.
또, 본 발명은 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서, 금속기판의 한쪽 면에 미세홈부를 형성하는 공정과, 상기 미세홈부가 형성되어 있지 않은 상기 금속기판면상에 절연막을 설치하는 공정과, 상기 절연막상에 발열체를 설치하는 공정과, 상기 미세홈부내에 촉매를 담지하는 공정과, 원료 도입구와 가스 배출구가 형성된 커버 부재를, 상기 미세홈부를 덮도록 상기 금속기판에 접합하는 공정을 갖는 구성으로 했다.
또, 본 발명은 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서, 금속기판의 한쪽 면에 미세홈부를 형성하는 공정과, 상기 금속기판을 양극산화하여 금속산화막으로 이루어지는 절연막을 형성하는 공정과, 상기 미세홈부내에 촉매를 담지하는 공정과, 원료 도입구와 가스 배출구가 형성된 커버 부재를, 상기 미세홈부를 덮도록 상기 금속기판에 접합하는 공정과, 상기 미세홈부가 형성되어 있지 않은 상기 금속기판면의 상기 금속산화막상에 발열체를 설치하는 공정을 갖는 구성으로 했다.
또, 본 발명은, 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서, 금속기판의 한쪽 면에 미세홈부를 형성하는 공정과, 상기 미세홈부내에 촉매를 담지하는 공정과, 원료 도입구와 가스 배출구가 형성된 커버 부재를, 상기 미세홈부를 덮도록 상기 금속기판에 접합하는 공정과, 상기 미세홈부가 형성되어 있지 않은 상기 금속기판면상에 절연막을 설치하는 공정과, 상기 절연막상에 발열체를 설치하는 공정을 갖는 구성으로 했다.
상기의 본 발명에 의하면, 마이크로 리액터를 구성하는 금속기판이, 실리콘 기판이나 세라믹스 기판에 비해, 열전도율이 높아 열용량이 작으므로, 발열체로부터 담지촉매에 고효율로 열이 전달되어, 정지상태로부터 시동했을 때의 상승 속도가 빠르고, 또한, 발열체에의 투입 전력의 이용 효율이 높은 수소제조용 개질기가 가능하게 되고, 또, 금속기판에의 미세홈부의 형성은, 마이크로 머신에 의한 가공을 필요로 하지 않고, 에칭가공 등의 저렴한 가공방법에 의해 용이하게 행할 수 있으므로, 마이크로 리액터의 제조 코스트 저감이 가능하게 된다.
또, 본 발명은 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터에 있어서, 촉매를 담지한 미세홈부를 한쪽 면에 구비한 복수의 금속기판을 상기 미세홈부 형성면이 동일 방향으로 되도록 다단으로 적층하고, 각 단의 금속기판의 상기 미세홈부를 연결하기 위한 관통구멍을 각 금속기판에 구비하여, 적어도 1개의 금속기판은 상기 미세홈부가 형성되어 있지 않은 면에 절연막을 통하여 설치된 발열체를 구비하고, 다단의 최외부에 위치하고 상기 미세홈부가 노출되어 있는 상기 금속기판에, 가스 배출구를 갖는 커버 부재를 접합하여 구비하는 구성으로 했다.
또, 본 발명은 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서, 복수의 금속기판의 한쪽 면에 미세홈부와 이 미세홈부의 소정 위치에 개구를 갖는 관통구멍을 형성하는 공정과, 상기 금속기판을 양극산화하여 금속산화막으로 이루어지는 절연막을 형성하는 공정과, 적어도 1개의 상기 금속기판의 상기 미세홈부가 형성되어 있지 않은 면의 상기 금속산화막상에 발열체를 설치하는 공정과, 복수의 상기 금속기판의 미세홈부내에 촉매를 담지하는 공정과, 상기 복수의 금속기판을 다단으로 적층할 때에 접합되는 부위의 상기 금속산화막을 제거하는 공정과, 상기 복수의 금속기판을 각 금속기판의 미세홈부가 상기 관통구멍을 통하여 연결되도록 다단으로 적층하여 접합하고, 또한, 가스 배출구가 형성된 커버 부재를, 다단의 최외부에 위치하고 상기 미세홈부가 노출되어 있는 상기 금속기판에 접합하는 공정를 갖는 구성으로 했다.
또, 본 발명은 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서, 복수의 금속기판의 한쪽 면에 미세홈부와 이 미세홈부의 소정 위치에 개구를 갖는 관통구멍을 형성하는 공정과, 상기 미세홈부가 형성되어 있지 않은 상기 금속기판면상에 절연막을 설치하는 공정과, 적어도 1개의 상기 금속기판의 상기 절연막상에 발열체를 설치하는 공정과, 복수의 상기 금속기판의 미세홈부내에 촉매를 담지하는 공정과, 상기 복수의 금속기판을, 각 금속기판의 미세홈부가 상기 관통구멍을 통하여 연결되도록 다단으로 적층하여 접합하고, 또한, 가스 배출구가 형성된 커버 부재를, 다단의 최외부에 위치하고 상기 미세홈부가 노출되어 있는 상기 금속기판에 접합하는 공정을 갖는 구성으로 했다.
또, 본 발명은 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서, 복수의 금속기판의 한쪽 면에 미세홈부와 이 미세홈부의 소정 위치에 개구를 갖는 관통구멍을 형성하는 공정과, 상기 금속기판을 양극산화하여 금속산화막으로 이루어지는 절연막을 형성하는 공정과, 복수의 상기 금속기판의 미세홈부내에 촉매를 담지하는 공정과, 상기 복수의 금속기판을 다단으로 적층할 때에 접합되는 부위의 상기 금속산화막을 제거하는 공정과, 상기 복수의 금속기판을, 각 금속기판의 미세홈부가 상기 관통구멍을 통하여 연결되도록 다단으로 적층하여 접합하고, 또한, 가스 배출구가 형성된 커버 부재를, 다단의 최외부에 위치하고 상기 미세홈부가 노출되어 있는 상기 금속기판에 접합하는 공정과, 다단의 최외부에 위치하는 적어도 한쪽의 상기 금속산화막상에 발열체를 설치하는 공정을 갖는 구성으로 했다.
또 본 발명은, 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서, 복수의 금속기판의 한쪽 면에 미세홈부와 이 미세홈부의 소정 위치에 개구를 갖는 관통구멍을 형성하는 공정과, 복수의 상기 금속기판의 미세홈부내에 촉매를 담지하는 공정과, 상기 복수의 금속기판을, 각 금속기판의 미세홈부가 상기 관통구멍을 통하여 연결되도록 다단으로 적층하여 접합하고, 또한, 가스 배출구가 형성된 커버 부재를, 다단의 최외부에 위치하고 상기 미세홈부가 노출되어 있는 상기 금속기판에 접합하는 공정과, 다단의 최외부에 위치하는 적어도 한쪽의 상기 금속기판면상에 절연막을 설치하고, 이 절연막상에 발열체를 설치하는 공정을 갖는 구성으로 했다.
상기의 본 발명에 의하면, 다단으로 적층한 각 금속기판의 촉매를 담지한 미세홈부에서, 원료의 혼합, 기화, 혼합 기체의 개질, 불순물 제거를 행할 수 있고, 커버 부재의 가스 배출구로부터 고순도의 수소가스를 얻을 수 있기 때문에, 복수의 마이크로 리액터를 접속관으로 접속하는 경우에 비해, 스페이스 효율이 높은 수소제조용 개질기가 가능하게 된다. 또, 마이크로 리액터를 구성하는 금속기판이 실리콘 기판이나 세라믹스 기판에 비해, 열전도율이 높고 열용량이 작으므로, 발열체로부터 담지촉매에 고효율로 열이 전달되어, 정지상태로부터 시동했을 때의 상승 속도가 빠르고, 또한, 발열체에의 투입 전력의 이용효율이 높은 수소제조용 개질기가 가능하게 된다. 또한, 금속기판에의 미세홈부의 형성은 마이크로 머신에 의한 가공을 필요로 하지 않아, 에칭 가공 등의 저렴한 가공방법에 의해 용이하게 행할 수 있으므로, 마이크로 리액터의 제조 코스트 저감이 가능하게 된다.
또, 본 발명은 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터에 있어서, 미세홈부를 한쪽 면에 구비한 금속기판에, 원료 도입구와 가스 배출구를 갖는 금속 커버 부재가 상기 미세홈부를 덮도록 접합되어서 이루어지는 접합체와, 이 접합체의 내부에 위치하는 상기 미세홈부와 상기 금속 커버 부재로 구성된 유로와, 이 유로의 내벽면의 전체면에 담지된 촉매를 구비하는 구성으로 했다.
또, 본 발명은 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터에 있어서, 미세홈부를 한쪽 면에 구비하고, 또한, 이 미세홈부의 패턴이 서로 면대칭 관계에 있는 1조의 금속기판을 상기 미세홈부가 대향하도록 접합하여 이루어지는 접합체와, 이 접합체의 내부에서 대향하고 있는 상기 미세홈부에서 구성된 유로와, 이 유로의 내벽면의 전체면에 담지된 촉매와, 상기 유로의 일방의 단부에 위치하는 원료 도입구와, 상기 유로의 타방의 단부에 위치하는 가스 배출구를 구비하는 구성으로 했다.
또, 본 발명은 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서, 금속기판의 한쪽 면에 미세홈부를 형성하는 홈부형성 공정과, 원료 도입구와 가스 배출구를 갖는 금속 커버 부재를, 상기 미세홈부를 덮도록 상기 금속기판에 접합하여, 유로를 구비한 접합체를 형성하는 접합공정과, 상기 유로의 내벽면에 금속산화막을 형성하는 표면처리 공정과, 상기 유로의 내벽면에 상기 금속산화막을 통하여 촉매를 담지하는 촉매담지 공정을 갖는 구성으로 했다.
또, 본 발명은 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서, 1조의 금속기판의 한쪽 면에, 면대칭이 되는 패턴으로 미세홈부를 형성하는 홈부형성 공정과, 상기 1조의 금속기판을 상기 미세홈부가 대향하도록 접합하여, 유로를 구비한 접합체를 형성하는 접합공정과, 상기 유로의 내벽면에 금속산화막을 형성하는 표면처리 공정과, 상기 유로의 내벽면에 상기 금속산화막을 통하여 촉매를 담지하는 촉매담지 공정을 갖는 구성으로 했다.
또, 본 발명은 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서, 금속기판의 한쪽 면에 미세홈부를 형성하는 홈부형성 공정과, 상기 미세홈부의 내벽면에 금속산화막을 형성하는 표면처리 공정과, 원료 도입구와 가스 배출구를 갖는 금속 커버 부재를, 상기 미세홈부를 덮도록 상기 금속기판에 접합하여, 유로를 구비한 접합체를 형성하는 접합공정과, 상기 유로의 내벽면에 상기 금속산화막을 통하여 촉매를 담지하는 촉매담지 공정을 갖는 구성으로 했다.
또, 본 발명은 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서, 1조의 금속기판의 한쪽 면에, 면대칭이 되는 패턴으로 미세홈부를 형성하는 홈부형성 공정과, 상기 미세홈부의 내벽면에 금속산화막을 형성하는 표면처리 공정과, 상기 1조의 금속기판을 상기 미세홈부가 대향하도록 접합하여, 유로를 구비한 접합체를 형성하는 접합공정과, 상기 유로의 내벽면에 상기 금속산화막을 통하여 촉매를 담지하는 촉매담지 공정을 갖는 구성으로 했다.
상기의 본 발명에 의하면, 촉매가 유로의 내벽면의 전체면에 담지된 것으로 함으로써 반응면적이 확대되어, 반응효율이 향상되고, 스페이스의 유효 이용이 가능하게 되고, 또, 마이크로 리액터를 구성하는 금속기판이 실리콘 기판이나 세라믹스 기판에 비해, 열전도율이 높아 열용량이 작으므로, 발열체로부터 담지촉매에 고효율로 열이 전달되고, 정지상태로부터 시동했을 때의 상승 속도가 빠르고, 또한, 발열체에의 투입 전력의 이용효율이 높은 수소제조용 개질기가 가능하게 된다.
또, 접합공정에 의해 유로를 구비한 접합체가 형성된 후에 촉매가 담지되므로, 접합공정에서의 촉매의 열 실활의 우려가 없고, 촉매의 선택폭이 넓어지고, 또한, 접합공정까지 완료시켜서 복수의 접합체를 준비해 두고, 이들 접합체에 원하는 촉매를 담지시킴으로써, 상이한 반응에 사용되는 마이크로 리액터, 예를 들면 메탄올의 개질용, 일산화탄소 산화용의 각 마이크로 리액터를 용도 에 따라 제조할 수 있어, 제조공정의 간소화가 가능하다. 또, 금속기판에의 미세홈부의 형성은 마이크로 머신에 의한 가공을 필요로 하지 않고, 에칭 가공 등의 저렴한 가공방법에 의해 용이하게 행할 수 있고, 또한, 연마공정도 불필요하기 때문에, 마이크로 리액터의 제조 코스트 저감이 가능하게 된다. 또, 유로의 내벽면에 모서리부를 존재시키지 않도록 한 경우, 촉매담지 공정에서의 담지량의 편차가 억제되어, 촉매를 균일하게 담지시킬 수 있다.
또, 본 발명은 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터에 있어서, 유로를 내부에 갖고, 이 유로의 일방의 단부가 도입구를 이루고, 타방의 단부가 배출구를 이루는 복수개의 단위 유로부재와, 이 단위 유로부재를 다단상태에서 유지하는 연결부재를 적어도 구비하고, 상기 연결부재는 단위 유로부재의 도입구가 위치하는 부위, 배출구가 위치하는 부위에서 단위 유로부재를 밀착시켜서 유지하기 위한 복수의 연결부와, 원료 도입구와, 가스 배출구를 갖고, 적어도 1개의 상기 단위 유로부재는 유로내에 촉매를 담지한 단위 마이크로 리액터이며, 상기 연결부재의 원료 도입구로부터 원료를 도입하고, 복수개의 상기 단위 유로부재중, 상기 단위 마이크로 리액터로 소정의 반응을 행하여, 상기 연결부재의 가스 배출구로부터 원하는 생성 가스를 얻는 구성으로 했다.
상기의 본 발명에 의하면, 다단상태에서 연결 유지하고 있는 단위 유로부재중, 원하는 단위 유로부재가, 유로내에 촉매를 담지한 단위 마이크로 리액터로 되어 있으므로, 스페이스의 이용효율이 향상되고, 또, 단위 마이크로 리액터의 단수, 단위 마이크로 리액터에 담지하는 촉매종의 선택에 의해, 원하는 성능, 특성을 갖는 수소제조용의 마이크로 리액터로 할 수 있다. 또한, 각 단위 유로부재를 제거해 가능하게 함으로써, 촉매의 실활이나 열화가 발생한 단위 마이크로 리액터만을 교환하여, 마이크로 리액터 전체로서의 기능을 유지할 수 있다. 또, 접합체를 형성한 후에 촉매를 담지하여 단위 마이크로 리액터로 함으로써, 동일구조의 단위 유로부재(접합체)을 사용하여, 요구되는 기능에 따른 촉매를 담지한 단위 마이크로 리액터를 편입하는 것이 가능하게 되어, 마이크로 리액터의 제조 코스트, 러닝 코스트가 저감된다. 또, 원하는 단위 마이크로 리액터에 발열체를 구비하거나, 단위 유로부재간에 단열용의 공극이나 단열재를 개재시킴으로써, 단위 마이크로 리액터마다 최적의 온도로 할 수 있다. 반응효율의 향상과 열의 유효 이용이 가능하다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
[마이크로 리액터]
먼저, 본 발명의 마이크로 리액터에 대해 설명한다.
<마이크로 리액터의 제 1 실시형태>
도 1은 본 발명의 마이크로 리액터의 1실시형태를 도시하는 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시되는 마이크로 리액터의 II-II선에서의 확대 종단면도이다. 도 1 및 도 2에서, 본 발명의 마이크로 리액터(1)는 금속기판(2)과, 이 금속기판(2)의 한쪽 면(2a)에 형성된 미세홈부(3)와, 이 미세홈부(3) 내부 및 금속기판(2)의 양면(2a, 2b)과 측면(2c)에 형성된 금속산화막으로 이루어지는 절연막(4)과, 금속기판(2)의 표면(2b)상에 절연막(4)을 통하여 설치된 발열체(5)와, 미세홈부(3)내에 담지된 촉매(C)와, 상기 미세홈부(3)를 덮도록 금속기판(2)에 접합된 커버 부재(8)를 구비하고 있다. 또, 발열체(5)에는 전극(6, 6)이 형성되고, 이 전극(6, 6)이 노출하는 전극 개구부(7a, 7a)를 갖는 발열체 보호층(7)이 발열체(5)를 덮도록 설치되어 있다. 또, 상기 커버 부재(8)에는 원료 도입구(8a)와 가스 배출구(8b)가 설치되어 있다.
도 3은 도 1에 도시되는 마이크로 리액터(1)의 금속기판(2)의 미세홈부(3) 형성면측을 도시하는 사시도이다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 미세홈부(3)는 빗 형상의 리브(2A, 2B)를 남기도록 형성되고, 단부(3a)로부터 단부(3b)까지 연속되는 형상이다. 그리고, 커버 부재(8)의 원료 도입구(8a)를 단부(3a)에 위치시키고, 가스 배출구(8b)를 단부(3b)에 위치시킴으로써, 원료 도입구(8a)로부터 가스 배출구(8b)까지 연속한 유로가 구성된다.
본 발명의 마이크로 리액터(1)를 구성하는 금속기판(2)은 양극산화에 의해 금속산화막(절연막(4))을 형성할 수 있는 금속을 사용할 수 있다.
이러한 금속으로서는, 예를 들면 Al, Si, Ta, Nb, V, Bi, Y, W, Mo, Zr, Hf 등을 들 수 있다. 이들 금속중에서, 특히 Al이 가공적성이나, 열용량, 열전도율 등의 특성, 단가의 점에서 바람직하게 사용된다. 금속기판(2)의 두께는 마이크로 리액터(1)의 크기, 사용하는 금속의 열용량, 열전도율 등의 특성, 형성하는 미세홈부(3)의 크기 등을 고려하여 적당하게 설정할 수 있는데, 예를 들면 50∼2000㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다.
이러한 금속기판(2)에의 양극산화에 의한 금속산화막(절연막(4))의 형성은 금속기판(2)을 외부전극의 양극에 접속한 상태에서, 양극 산화용액에 침지하여 음극과 대향시키고 통전함으로써 행할 수 있다. 금속산화막(절연막(4))의 두께는 예를 들면 5∼150㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다.
금속기판(2)에 형성되는 미세홈부(3)는 도 3에 도시되는 바와 같은 형상에 한정되는 것은 아니고, 미세홈부(3)내에 담지하는 촉매(C)의 양이 많아지고, 또한, 원료가 촉매(C)와 접촉하는 유로 길이가 길어지는 임의의 형상으로 할 수 있다. 통상, 미세홈부(3)의 깊이는 100∼1000㎛ 정도의 범위내, 폭은 100∼1000㎛ 정도의 범위내에서 설정할 수 있고, 유로 길이는 30∼300mm 정도의 범위로 할 수 있다. 본 발명에서는, 미세홈부(3) 내부에도 금속산화막으로 이루어지는 절연막(4)이 형성되어 있으므로, 미세구멍을 갖는 금속산화막의 표면구조에 의해, 촉매(C)의 담지량이 증대하는 동시에, 안정한 촉매담지가 가능하게 된다.
촉매(C)으로서는, 종래부터 수증기 개질에 사용되고 있는 공지의 촉매를 사용할 수 있다.
본 발명의 마이크로 리액터(1)를 구성하는 발열체(5)는 흡열반응인 원료의 수증기 개질에 필요한 열을 공급하기 위한 것이고, 카본 페이스트, 니크롬(Ni-Cr 합금), W(텅스텐), Mo(몰리브덴) 등의 재질을 사용할 수 있다. 이 발열체(5)는 예를 들면 폭 10∼200㎛ 정도의 세선을 미세홈부(3)가 형성되어 있는 영역에 상당하는 금속기판면(2b)(절연막(4)) 상의 영역 전체면에 둘러친 것과 같은 형상으로 할 수 있다.
이러한 발열체(5)에는 통전용의 전극(6, 6)이 형성되어 있다. 통전용의 전극(6, 6)은 Au, Ag, Pd, Pd-Ag 등의 도전재료를 사용하여 형성할 수 있다.
발열체 보호층(7)은 상기의 전극(6, 6)을 노출시키기 위한 전극 개구부(7a, 7b)를 갖고, 발열체(5)를 덮도록 배열 설치되어 있다. 이 발열체 보호층(7)은 예를 들면 감성 폴리이미드, 바니시상의 폴리이미드 등에 의해 형성할 수 있다. 또, 발열체 보호층(7)의 두께는 사용하는 재료 등을 고려하여 적당하게 설정할 수 있는데, 예를 들면 2∼25㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다.
본 발명의 마이크로 리액터(1)를 구성하는 커버 부재(8)는 Al합금, Cu합금, 스테인레스 재료 등을 사용할 수 있다. 또한 커버 부재(8)의 두께는 사용하는 재료 등을 고려하여 적당하게 설정할 수 있고, 예를 들면 20∼200㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다. 커버 부재(8)가 구비하는 원료 도입구(8a)와 가스 배출구(8b)는 금속기판(2)에 형성된 미세홈부(3)의 유로의 양 단부(3a, 3b)에 위치하도록 설치되어 있다.
<마이크로 리액터의 제 2 실시형태>
도 4는 본 발명의 마이크로 리액터의 다른 실시형태를 도시하는 도 2 상당의 종단면도이다. 도 4에서, 본 발명의 마이크로 리액터(1')는 금속기판(2')과, 이 금속기판(2')의 한쪽 면(2'a)에 형성된 미세홈부(3)와, 금속기판(2')의 다른 면(2'b)에 형성된 절연막(4')과, 금속기판(2')의 표면(2'b)상에 절연막(4')을 통하여 설치된 발열체(5)와, 미세홈부(3)내에 담지된 촉매(C)와, 상기 미세홈부(3)를 덮도록 금속기판(2')에 접합된 커버 부재(8)를 구비하고 있다. 또, 발열체(5)에는 전극(6, 6)이 형성되고, 이 전극(6, 6)이 노출되는 전극 개구부(7a, 7a)를 갖는 발열체 보호층(7)이 발열체(5)를 덮도록 설치되어 있다. 또, 상기 커버 부재(8)에는, 원료 도입구(8a)와 가스 배출구(8b)가 설치되어 있다.
이러한 마이크로 리액터(1')는 금속부재(2'), 절연층(4')이 상이한 점, 및, 미세홈부(3)내에 금속산화막(절연층(4))이 형성되어 있지 않은 점을 제외하고, 상기의 마이크로 리액터(1)와 동일하게 하고, 동일한 구성부재에는 동일한 부재번호를 붙이고, 설명은 생략한다.
본 발명의 마이크로 리액터(1')를 구성하는 금속기판(2')은 Al 기판, Cu 기판, 스테인레스 기판 등중 어느 하나를 사용할 수 있다. 또, 금속기판(2')의 두께는 마이크로 리액터(1')의 크기, 사용하는 금속의 열용량, 열전도율 등의 특성, 형성하는 미세홈부(3)의 크기 등을 고려하여 적당하게 설정할 수 있는데, 예를 들면 50∼2000㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다.
금속기판(2')의 면(2'b)에 형성된 절연막(4')은 예를 들면 폴리이미드, 세라믹(Al2O3, SiO2) 등에 의해 형성된 것으로 할 수 있다. 이러한 절연막(4')의 두께는, 사용하는 재료의 특성 등을 고려하여 적당하게 설정할 수 있고, 예를 들면 1∼30㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 마이크로 리액터(1, 1')는 금속기판(2, 2')를 사용하고 있고, 이것들은 실리콘 기판이나 세라믹스 기판에 비해, 열전도율이 높고 열용량이 작으므로, 발열체(5)로부터 담지촉매(C)에 고효율로 열이 전달되고, 정지상태로부터 시동했을 때의 상승이 빠르고, 또한, 발열체에의 투입 전력의 이용효율의 높은 수소제조용 개질기가 가능하게 된다.
<마이크로 리액터의 제 3 실시형태>
도 5는 본 발명의 마이크로 리액터의 1실시형태를 도시하는 사시도이며, 도 6은 도 5에 도시되는 마이크로 리액터의 II-II선에서의 확대 종단면도이며, 도 7은 도 5에 도시되는 마이크로 리액터의 III-III선에서의 확대 종단면도이다.
도 5 내지 도 7에서, 본 발명의 마이크로 리액터(11)는 금속기판(12)과 금속기판(22)이 접합된 2단 구조이다. 1단째의 금속기판(12)은 한쪽 면(12a)에 형성된 미세홈부(13)와, 이 미세홈부(13)의 소정 개소에 개구를 갖는 관통구멍(19)과, 이 관통구멍(19) 내부와 미세홈부(13) 내부 및 금속기판(12)의 다른쪽 면(12b)과 측면(12c)에 형성된 금속산화막으로 이루어지는 절연막(14)과, 금속기판(12)의 표면(12b)상에 절연막(14)을 통하여 설치된 발열체(15)와, 미세홈부(13)내에 담지된 촉매(C1)를 구비하고 있다. 또, 발열체(15)에는 전극(16, 16)이 형성되고, 이 전극(16, 16)이 노출되는 전극 개구부(17a, 17a)와, 상기의 관통구멍(19)의 개구가 노출되는 개구부(17b)를 갖는 발열체 보호층(17)이 발열체(15)를 덮도록 설치되어져 있다.
한편, 2단째의 금속기판(22)은 한쪽 면(22a)에 형성된 미세홈부(23)와, 이 미세홈부(23)의 소정 개소에 개구를 갖는 관통구멍(29)과, 이 관통구멍(29) 내부와 미세홈부(23) 내부 및 금속기판(22)의 측면(22c)에 형성된 금속산화막으로 이루어지는 절연막(24)과, 미세홈부(23)내에 담지된 촉매(C2)와, 미세홈부(23)를 덮도록 면(22a)에 접합된 커버 부재(28)를 구비하고 있다. 이 커버 부재(28)에는 가스 배출구(28a)가 설치되어 있다.
도 8은 도 5에 도시되는 마이크로 리액터(11)에서, 발열체 보호층(17)을 박리한 상태를 도시하는 사시도이다. 도 8에 도시되는 바와 같이, 발열체(15)는 금속기판(12)의 표면(12b)상에 절연층(14)을 통하여 설치되어 있다. 그리고, 발열체 보호층(17)의 개구부(17b)가 원료 도입구가 된다. 또한, 관통구멍(19)을 둘러싸도록 발열체(15)를 설치해도 좋다.
도 9는 도 5에 도시되는 마이크로 리액터(11)를 구성하는 1단째의 금속기판(12)의 미세홈부(13) 형성면측을 도시하는 사시도이다. 도 9에 도시되는 바와 같이, 미세홈부(13)는 빗 형상의 리브(12A, 12B)를 남기도록 형성되고, 단부(13a)로부터 단부(13b)까지 연속되는 형상이다. 그리고, 미세홈부(13)에 단부(13a)에는, 관통구멍(19)의 개구가 노출되어 있다.
또, 도 10은 도 5에 도시되는 마이크로 리액터(11)를 구성하는 2단째의 금속기판(22)의 미세홈부(23) 형성면측을 도시하는 사시도이다. 도 10에 도시되는 바와 같이, 미세홈부(23)는 빗 형상의 리브(22A, 22B)를 남기도록 형성되고, 단부(23a)로부터 단부(23b)까지 연속되는 형상이다. 그리고, 미세홈부(23)의 단부(23a)에는, 관통구멍(29)의 개구가 노출되어 있어, 이 관통구멍(29)의 타방의 개구는, 2단 적층구조에 있어서 상기의 금속기판(12)의 미세홈부(13)의 단부(13b)에 위치하고 있다. 또, 마이크로 리액터(11)에서는, 커버 부재(28)의 가스 배출구(28a)가 미세홈부(23)의 단부(23b)에 위치하고 있다. 이것에 의해, 도 7에 화살표 a로 나타내어지는 바와 같이, 원료 도입구인 발열체 보호층(17)의 개구부(17b)로부터 1단째의 금속기판(12)의 관통구멍(19)을 경유하여 단부(13a)로부터 미세홈부(13)를 흐르고, 단부(13b)로부터 2단째의 금속기판(22)의 관통구멍(29)을 경유하여 단부(23a)로부터 미세홈부(23)를 흐르고, 단부(23b)로부터 가스 배출구(28a)를 통과하여 외부에 이르기까지의 연속된 유로가 구성된다.
본 발명의 마이크로 리액터(11)를 구성하는 금속기판(12, 22)은 양극산화에 의해 금속산화막(절연막(14, 24))을 형성할 수 있는 금속을 사용할 수 있다. 이러한 금속으로서는, 예를 들면 Al, Si, Ta, Nb, V, Bi, Y, W, Mo, Zr, Hf 등을 들 수 있다. 이들 금속중에서, 특히 Al이 가공적성이나, 열용량, 열전도율 등의 특성, 단가의 점에서 바람직하게 사용된다. 금속기판(12, 22)의 두께는 마이크로 리액터(11)의 크기, 사용하는 금속의 열용량, 열전도율 등의 특성, 형성하는 미세홈부(13, 23)의 크기 등을 고려하여 적당하게 설정할 수 있는데, 예를 들면 50∼2000㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다.
이러한 금속기판(12, 22)에의 양극산화에 의한 금속산화막(절연막(14, 24))의 형성은, 금속기판(12, 22)을 외부전극의 양극에 접속한 상태에서, 양극산화용액에 침지하여 음극과 대향시키고 통전함으로써 행할 수 있다. 금속산화막(절연막(14, 24))의 두께는, 예를 들면 5∼150㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다.
금속기판(12, 22)에 형성되는 미세홈부(13, 23)는 도 9, 도 10에 도시되는 바와 같은 형상에 한정되는 것은 아니고, 미세홈부(13, 23)내에 담지하는 촉매(C1, C2)의 양이 많아지고, 또한, 원료가 촉매(C1, C2)와 접촉하는 유로 길이가 길어지는 임의의 형상으로 할 수 있다. 통상, 미세홈부(13, 23)의 깊이는 50∼1000㎛ 정도의 범위내, 폭은 50∼1000㎛ 정도의 범위내에서 설정할 수 있고, 유로 길이는 30∼400mm 정도의 범위로 할 수 있다.
본 발명에서는, 미세홈부(13, 23) 내부에도 금속산화막으로 이루어지는 절연막(14, 24)이 형성되어 있으므로, 미세구멍을 갖는 금속산화막의 표면구조에 의해, 촉매(C1, C2)의 담지량이 증대하는 동시에, 안정한 촉매담지가 가능하게 된다.
촉매(C1, C2)로서는, 종래부터 수증기 개질에 사용되고 있는 공지의 촉매를 사용할 수 있다. 예를 들면 1단째의 금속기판(12)의 미세구멍부(13)에서 원료의 혼합과, 혼합된 원료의 기화, 및, 혼합 기체의 개질을 행하고, 2단째의 금속기판(22)의 미세구멍부(23)에서 개질 기체로부터의 불순물 제거를 행하는 경우, 촉매(C1)로서 Cu-ZnO/Al2O3 등, 촉매(C2)로서 Pt/Al2O3 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 마이크로 리액터(11)를 구성하는 발열체(15)는 흡열반응인 원료의 수증기 개질에 필요한 열을 공급하기 위한 것으로, 카본 페이스트, 니크롬(Ni-Cr 합금), W(텅스텐), Mo(몰리브덴) 등의 재질을 사용할 수 있다. 이 발열체(15)는, 예를 들면 폭 10∼200㎛ 정도의 세선을 미세홈부(13)가 형성되어 있는 영역에 상당하는 금속기판면(12b)(절연막(14))상의 영역 전체면이며, 관통구멍(19)을 막지 않도록 둘러친 형상으로 할 수 있다. 또한, 본 실시형태와 같이 발열체를 1개의 금속기판에만 설치하는 경우, 혼합 기체의 개질을 행하는 금속기판에 설치하는 것이 바람직하다.
이러한 발열체(15)에는 통전용의 전극(16, 16)이 형성되어 있다. 통전용의 전극(16, 16)은, Au, Ag, Pd, Pd-Ag 등의 도전 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
발열체 보호층(17)은 상기의 전극(16, 16)을 노출시키기 위한 전극 개구부(17a, 17a)와, 상기의 관통구멍(19)의 개구를 노출시키기 위한 개구부(17b)를 갖고, 발열체(15)를 덮도록 배열 설치되어 있다. 이 발열체 보호층(17)은, 예를 들면 감광성 폴리이미드, 바니시상의 폴리이미드 등에 의해 형성할 수 있다. 또, 발열체 보호층(17)의 두께는 사용하는 재료 등을 고려하여 적당하게 설정할 수 있는데, 예를 들면 2∼25㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다.
본 발명의 마이크로 리액터(11)를 구성하는 커버 부재(28)는 Al합금, Cu합금, 스테인레스 재료 등을 사용할 수 있다. 또, 커버 부재(28)의 두께는 사용하는 재료 등을 고려하여 적당하게 설정할 수 있고, 예를 들면 20∼400㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다. 커버 부재(28)가 구비하는 가스 배출구(28a)는 금속기판(22)에 형성된 미세홈부(23)의 유로의 단부(23b)에 위치하도록 설치되어 있다.
<마이크로 리액터의 제 4 실시형태>
도 11은 본 발명의 마이크로 리액터의 다른 실시형태를 도시하는 도 6 상당의 종단면도이다. 도 11에서, 본 발명의 마이크로 리액터(11')는 금속기판(12')과 금속기판(22')이 접합된 2단구조이며, 1단째의 금속기판(12')은 한쪽 면(12'a)에 형성된 미세홈부(13)와, 이 미세홈부(13)의 소정 개소에 개구를 갖는 관통구멍(19)(도시 생략)과, 금속기판(12')의 다른 면(12'b)에 형성된 절연막(14')과, 금속기판(12')의 표면(12'b)상에 절연막(14')을 통하여 설치된 발열체(15)와, 미세홈부(13)내에 담지된 촉매(C1)를 구비하고 있다. 또, 발열체(15)에는 전극(16, 16)이 형성되고, 이 전극(16, 16)이 노출되는 전극 개구부(17a, 17a)와, 상기의 관통구멍(19)의 개구가 노출되는 개구부(17b)(도시 생략)를 갖는 발열체 보호층(17)이 발열체(15)를 덮도록 설치되어 있다.
한편, 2단째의 금속기판(22')은 한쪽 면(22'a)에 형성된 미세홈부(23)와, 이 미세홈부(23)의 소정 개소에 개구를 갖는 관통구멍(29)(도시 생략)과, 미세홈부(23)내에 담지된 촉매(C2)와, 미세홈부(23)를 덮도록 면(22'a)에 접합된 커버 부재(28)를 구비하고 있다. 커버 부재(28)에는, 가스 배출구(28a)가 설치되어 있다.
이러한 마이크로 리액터(11')는 금속부재(12', 22'), 절연층(14', 24')이 상이한 점, 및, 미세홈부(13, 23)내, 관통구멍(19, 29)내에 금속산화막(절연층(14, 24))이 형성되어 있지 않은 점을 제외하고, 상기의 마이크로 리액터(11)와 동일하며, 동일한 구성부재에는 동일한 부재번호를 붙이고 설명은 생략한다.
본 발명의 마이크로 리액터(11')를 구성하는 금속기판(12', 22')은, Al 기판, Cu 기판, 스테인레스 기판 등중 어느 하나를 사용할 수 있다. 또, 금속기판(12', 22')의 두께는, 마이크로 리액터(11')의 크기, 사용하는 금속의 열용량, 열전도율 등의 특성, 형성하는 미세홈부(13)의 크기 등을 고려하여 적당하게 설정할 수 있는데, 예를 들면 50∼2000㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다.
금속기판(12')의 면(12'b)에 형성된 절연막(14’)은 예를 들면 폴리이미드, 세라믹(Al2O3, SiO2) 등에 의해 형성된 것으로 할 수 있다. 이러한 절연막(14')의 두께는, 사용하는 재료의 특성 등을 고려하여 적당히 설정할 수 있고, 예를 들면 1∼30㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 마이크로 리액터(11, 11')는, 2단으로 적층한 각 금속기판(12, 22이나 12', 22')의 촉매를 담지한 미세홈부(13, 23)에서, 원료의 혼합, 기화, 혼합 기체의 개질, 불순물 제거의 일련의 조작을 행할 수 있고, 커버 부재(28)의 가스 배출구(28a)로부터 고순도의 수소가스를 얻을 수 있다. 이 때문에, 복수의 마이크로 리액터를 접속관으로 접속하는 경우에 비해, 스페이스 효율이 대폭 향상된다. 또, 금속기판(12, 12', 22, 22')을 사용하고 있고, 이것들은 실리콘 기판이나 세라믹스 기판에 비해, 열전도율이 높고 열용량이 작으므로, 발열체(15)로부터 담지촉매(C1, C2)에 고효율로 열이 전달되어, 정지상태로부터 시동했을 때의 상승이 빠르고, 또한, 발열체에의 투입 전력의 이용 효율이 높은 수소제조용 개질기가 가능하게 된다.
또한, 상기의 마이크로 리액터의 실시형태는 1예이며, 예를 들면 3단 이상의 다단 구조로 해도 좋고, 이 경우, 발열체는 적어도 혼합 기체의 개질을 행하는 금속기판에 설치하는 것이 바람직하다.
<마이크로 리액터의 제 5 실시형태>
도 12는 본 발명의 마이크로 리액터의 1실시형태를 도시하는 사시도이며, 도 13은 도 12에 도시되는 마이크로 리액터의 A-A선에서의 확대 종단면도이다. 도 12 및 도 13에서, 본 발명의 마이크로 리액터(101)는 한쪽 면(102a)에 미세홈부(103)가 형성된 금속기판(102)과, 미세홈부(103)를 덮도록 금속기판(102)의 면(102a)에 접합된 금속 커버 부재(104)로 이루어지는 접합체(115)를 갖고 있다. 이 접합체(115)의 내부에는, 미세홈부(103)와 금속 커버 부재(104)로 구성된 유로(105)가 형성되어 있고, 이 유로(105)의 내벽면의 전체면에 금속산화막(106)을 통하여 촉매(C)가 담지되어 있다. 또, 상기 금속 커버 부재(104)에는, 원료 도입구(104a)와 가스 배출구(104b)가 설치되어 있고, 이것들은 유로(105)의 각 단부에 위치해 있다. 상기의 금속산화막(106)은 절연막이며, 유로(105)의 내벽면 이외에, 접합체(115)의 표면(금속기판(102)의 표면(102b), 측면(102c), 및, 금속 커버 부재(104)의 표면)에도 형성되어 있다. 그리고, 금속기판(102)의 표면(102b)상의 금속산화막(106)을 통하여 발열체(107)가 설치되어 있고, 발열체(107)에는 전극(108, 108)이 형성되고, 이 전극(108, 108)이 노출되는 전극 개구부(109a, 109a)를 갖는 발열체 보호층(109)이 발열체(107)를 덮도록 설치되어 있다.
도 14는 도 12에 도시되는 마이크로 리액터(101)의 금속기판(102)의 미세홈부(103) 형성면측을 도시하는 사시도이다. 도 14에 도시되는 바와 같이, 미세홈부(103)는 빗 형상의 리브(102A, 102B)의 각 선단부에서 180도 되꺾이도록 형성되고, 단부(103a)로부터 단부(103b)까지 사행(蛇行)하면서 연속되는 형상이다. 또, 유로(105)의 유체의 흐름 방향에 수직한 단면에서의 미세홈부(103)의 내벽면의 형상은 대략 반원형상이다. 또한, 빗 형상의 리브(102A, 102B)의 각 선단부에서의 유로의 되꺾임은 모서리부가 없는 둥근 형태를 갖는 것으로 되어 있다. 그리고, 금속 커버 부재(104)의 원료 도입구(104a)가 미세홈부(103)의 단부(103a)에 위치하고, 가스 배출구(104b)가 미세홈부(103)의 단부(103b)에 위치하도록 구성되어 있다.
마이크로 리액터(101)를 구성하는 금속기판(102)은 양극산화에 의해 금속산화막(절연막)(106)을 형성할 수 있는 금속을 사용할 수 있다. 이러한 금속으로서는, 예를 들면 Al, Si, Ta, Nb, V, Bi, Y, W, Mo, Zr, Hf 등을 들 수 있다. 이들 금속중에서, 특히 Al이 가공적성이나, 열용량, 열전도율 등의 특성, 단가의 점에서 바람직하게 사용된다. 금속기판(102)의 두께는 마이크로 리액터(101)의 크기, 사용하는 금속의 열용량, 열전도율 등의 특성, 형성하는 미세홈부(103)의 크기 등을 고려하여 적당하게 설정할 수 있는데, 예를 들면 50∼2000㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다.
금속기판(102)에 형성되는 미세홈부(103)는 도 14에 도시되는 바와 같은 형상에 한정되는 것은 아니고, 미세홈부(103)내에 담지하는 촉매(C)의 양이 많아지고, 또한, 원료가 촉매(C)와 접촉하는 유로 길이가 길어지는 임의의 형상으로 할 수 있다. 특히, 유로(105)의 유체의 흐름 방향을 따라 내벽면에 모서리부(예를 들면 유로의 방향이 변화되는 개소에서, 내벽면이 절곡되어 있는 부위)가 존재하지 않는 미세홈부(103)의 형상이 바람직하다. 또, 유로(105)의 유체의 흐름 방향에 수직한 단면에서의 미세홈부(103)의 내벽면의 형상은 원호형상 내지 반원형상, 또는, ∪자 형상이 바람직하다. 이러한 미세홈부(103)의 깊이는, 예를 들면 100∼1000㎛ 정도의 범위내, 폭은 100∼1000㎛ 정도의 범위내에서 설정할 수 있고, 유로 길이는 30∼300mm 정도의 범위로 할 수 있다.
본 실시예에서는 유로(105)의 내벽면에 금속산화막(106)이 형성되어 있으므로, 미세구멍을 갖는 금속산화막의 표면구조에 의해, 촉매(C)의 담지량이 증대하는 동시에, 안정한 촉매담지가 가능하게 된다.
촉매(C)로서는, 종래부터 수증기 개질에 사용되고 있는 공지의 촉매를 사용할 수 있다.
마이크로 리액터(101)를 구성하는 금속 커버 부재(104)는 양극산화에 의해 금속산화막(절연막)(106)을 형성할 수 있는 금속을 사용할 수 있다. 이러한 금속으로서는, 예를 들면 Al, Si, Ta, Nb, V, Bi, Y, W, Mo, Zr, Hf 등을 들 수 있다. 이들 금속중에서, 특히 Al이 가공적성이나, 열용량, 열전도율 등의 특성, 단가의 점에서 바람직하게 사용된다. 또, 금속 커버 부재(104)의 두께는 사용하는 재료 등을 고려하여 적당하게 설정할 수 있고, 예를 들면 20∼200㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다. 금속 커버 부재(104)가 구비하는 원료 도입구(104a)와 가스 배출구(104b)는 금속기판(102)에 형성된 미세홈부(103)의 양 단부(103a, 103b)에 위치하도록 설치되어 있다.
금속기판(102)과 금속 커버 부재(104)가 접합되어서 이루어지는 접합체(115)에의 양극산화에 의한 금속산화막(절연막)(106)의 형성은, 접합체(115)를 외부전극의 양극에 접속한 상태에서, 양극산화 용액에 침지하여 음극과 대향시키고 통전함으로써 행할 수 있다. 금속산화막(절연막)(106) 두께는, 예를 들면 5∼150㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다.
마이크로 리액터(101)를 구성하는 발열체(107)는 흡열반응인 원료의 수증기 개질 등에 필요한 열을 공급하기 위한 것으로, 카본 페이스트, 니크롬(Ni-Cr 합금), W(텅스텐), Mo(몰리브덴) 등의 재질을 사용할 수 있다. 이 발열체(107)는, 예를 들면 폭 10∼200㎛ 정도의 세선을 미세홈부(103)가 형성되어 있는 영역에 상당하는 금속기판면(102b)(금속산화막(106))상의 영역 전체면에 둘러친 것과 같은 형상으로 할 수 있다.
이러한 발열체(107)에는 통전용의 전극(108, 108)이 형성되어 있다. 통전용의 전극(108, 108)은 Au, Ag, Pd, Pd-Ag 등의 도전재료를 사용하여 형성할 수 있다.
발열체 보호층(109)은 상기의 전극(108, 108)을 노출시키기 위한 전극 개구부(109a, 109a)를 갖고, 발열체(107)를 덮도록 배열 설치되어 있다. 이 발열체 보호층(109)은 예를 들면 감광성 폴리이미드, 바니시상의 폴리이미드 등에 의해 형성할 수 있다. 또, 발열체 보호층(109)의 두께는 사용하는 재료 등을 고려하여 적당하게 설정할 수 있는데, 예를 들면 2∼25㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다.
<마이크로 리액터의 제 6 실시형태>
도 15는 본 발명의 마이크로 리액터의 다른 실시형태를 도시한 도 13 상당의 종단면도이다. 도 15에서, 본 발명의 마이크로 리액터(121)는 한쪽 면(122a)에 미세홈부(123)가 형성된 금속기판(122)과, 이 미세홈부(123)를 덮도록 금속기판(122)의 면(122a)에 접합된 금속 커버 부재(124)로 이루어지는 접합체(135)를 갖고 있다. 이 접합체(135)의 내부에는, 미세홈부(123)와 금속 커버 부재(124)로 구성된 유로(125)이 형성되어 있고, 이 유로(125)의 내벽면의 전체면에 금속산화막(126)을 통하여 촉매(C)가 담지되어 있다. 상기의 금속 커버 부재(124)에는, 원료 도입구(124a)와 가스 배출구(124b)가 설치되어 있고, 이것들은 유로(125)의 각 단부에 위치해 있다. 또, 접합체(135)의 표면(금속기판(122)의 표면(122b))에는 절연막(130)이 형성되어 있고, 이 절연막(130)상에 발열체(127)가 설치되어 있다. 이 발열체(127)에는 전극(128, 128)이 형성되고, 이 전극(128, 128)이 노출되는 전극 개구부(129a, 129a)를 갖는 발열체 보호층(129)이 발열체(127)를 덮도록 설치되어 있다.
이러한 마이크로 리액터(121)를 구성하는 금속기판(122)은 Cu, 스테인레스, Fe, Al 등의 보헤마이트 처리에 의해 금속산화막의 형성이 가능한 재료를 사용할 수 있다. 또, 금속기판(122)의 두께는 마이크로 리액터(121)의 크기, 사용하는 금속의 열용량, 열전도율 등의 특성, 형성되는 미세홈부(123)의 크기 등을 고려하여 적당하게 설정할 수 있는데, 예를 들면 50∼2000㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다.
금속기판(122)이 갖는 미세홈부(123)는 상기의 실시형태의 미세홈부(103)와 동일하게 할 수 있다.
마이크로 리액터(121)를 구성하는 금속 커버 부재(124)는 Cu, 스테인레스, Fe, Al 등의 보헤마이트 처리에 의해 금속산화막의 형성이 가능한 재료를 사용할 수 있다. 또, 금속 커버 부재(124)의 두께는 사용하는 재료 등을 고려하여 적당하게 설정할 수 있고, 예를 들면 20∼200㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다. 금속 커버 부재(124)가 구비하는 원료 도입구(124a)와 가스 배출구(124b)는 금속기판(122)에 형성된 미세홈부(123)의 양 단부에 위치하도록 설치되어 있다.
금속기판(122)과 금속 커버 부재(124)가 접합되어서 이루어지는 접합체(135)의 유로(125)에의 보헤마이트 처리에 의한 금속산화막(126)의 형성은, 예를 들면 알루미나 졸과 같은 보헤마이트 알루미나가 분산되어 있는 상태의 현탁액을 사용하고, 이 현탁액의 점도를 충분하게 저하시킨 것을 유로(125)내에 부어 넣고, 그 후, 건조시키고, 보헤마이트 피막을 유로내면에 고정화시키는 것(워시 코팅 처리)에 의해 행할 수 있다. 이러한 보헤마이트 처리에 의해 형성되는 금속산화막(126)은 산화알루미늄 박막이며, 두께는 예를 들면 0.5∼5.0㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다.
금속기판(122)의 면(122b)에 형성된 절연막(130)은 예를 들면 폴리이미드, 세라믹(Al2O3, SiO2) 등에 의해 형성된 것으로 할 수 있다. 이러한 절연막(130)의 두께는 사용하는 재료의 특성 등을 고려하여 적당하게 설정할 수 있고, 예를 들면 1∼30㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다.
마이크로 리액터(121)를 구성하는 촉매(C), 발열체(127), 전극(128, 128), 발열체 보호층(129)은 각각 마이크로 리액터(101)를 구성하는 촉매(C), 발열체(107), 전극(108, 108), 발열체 보호층(109)과 동일하게 할 수 있어, 여기에서의 설명은 생략한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 마이크로 리액터(101, 121)는 촉매(C)가 유로(105, 125)의 내벽면의 전체면에 담지되어 있음으로써 반응면적이 확대되어, 높은 반응효율이 얻어진다. 또, 금속기판(102, 122)과 금속 커버 부재(104, 124)를 사용하고 있고, 이것들은 실리콘 기판이나 세라믹스 기판에 비해, 열전도율이 높고 열용량이 작으므로, 발열체(107, 127)로부터 담지촉매(C)에 고효율로 열이 전달되어, 정지상태로부터 시동했을 때의 상승이 빠르고, 또한, 발열체에의 투입 전력의 이용효율이 높은 수소제조용 개질기가 가능하게 된다.
<마이크로 리액터의 제 7 실시형태>
도 16은 본 발명의 마이크로 리액터의 다른 실시형태를 도시하는 사시도이며, 도 17은 도 16에 도시되는 마이크로 리액터의 B-B선에서의 확대 종단면도이다. 도 16 및 도 17에서, 본 발명의 마이크로 리액터(141)는 한쪽 면(142a)에 미세홈부(143)가 형성된 금속기판(142)과, 한쪽 면(144a)에 미세홈부(145)가 형성된 금속기판(144)이, 미세홈부(143)와 미세홈부(145)가 대향하도록 접합된 접합체(155)를 갖고 있다. 이 접합체(155)의 내부에는, 대향하는 미세홈부(143, 145)로 구성된 유로(146)가 형성되어 있고, 이 유로(146)의 내벽면의 전체면에 금속산화막(147)을 통하여 촉매(C)가 담지되어 있다. 또, 상기의 접합체(155)의 일방의 단면에는, 유로(146)의 양 단부가 노출되어 있고, 각각 원료 도입구(146a)와 가스 배출구(146b)를 구성하고 있다. 상기의 금속산화막(147)은 절연막이며, 유로(146)의 내벽면 이외에, 접합체(155)의 표면(금속기판(142)의 표면(142b), 측면(142c), 및, 금속기판(144)의 표면(144b), 측면(144c))에도 형성되어 있다. 그리고, 금속기판(142)의 표면(142b)상의 금속산화막(147)을 통하여 발열체(148)가 설치되어 있고, 발열체(148)에는 전극(149, 149)이 형성되고, 이 전극(149, 149)이 노출되는 전극 개구부(150a, 150a)를 갖는 발열체 보호층(150)이 발열체(148)를 덮도록 설치되어 있다.
도 18은 도 16에 도시되는 마이크로 리액터(141)의 금속기판(142)의 미세홈부(143) 형성면측과, 금속기판(144)의 미세홈부(145) 형성면측을 도시하는 사시도이다. 도 18에 도시되는 바와 같이, 미세홈부(143)는 빗 형상의 리브(142A, 142B)의 각 선단부에서 180도 되꺾이도록 형성되고, 단부(143a)로부터 단부(143b)까지 사행하여 연속되는 형상이다. 또, 미세홈부(145)도 빗 형상의 리브(144A, 144B)의 각 선단부에서 180도 되꺾이도록 형성되고, 단부(145a)로부터 단부(145b)까지 사행하여 연속되는 형상이다. 그리고, 미세홈부(143)와 미세홈부(145)는 금속기판(142, 144)의 접합면에 대해 대칭관계에 있는 패턴 형상이다. 따라서, 금속기판(142, 144)의 접합에 의해, 미세홈부(143)의 단부(143a)가 미세홈부(145)의 단부(145a)상에 위치하고, 미세홈부(143)의 단부(143b)가 미세홈부(145)의 단부(145b)상에 위치하고, 미세홈부(143)와 미세홈부(145)가 완전하게 대향하고 있다. 이러한 미세홈부(143, 145)로 구성되는 유로(146)는 그 유체의 흐름 방향에 수직한 단면에서의 내벽면의 형상이 대략 원형상이다. 또한, 빗 형상의 리브(142A, 142B)나 리브(144A, 144B)의 각 선단부에서의 유로(146)의 되꺾임은 모서리부가 없는 둥근 형태를 갖는 것으로 되어 있다. 그리고, 미세홈부(143)의 단부(143a)와 미세홈부(145)의 단부(145a)가 원료 도입구(146a)를 이루고, 미세홈부(143)의 단부(143b)와 미세홈부(145)의 단부(145b)가 가스 배출구(146b)를 이루고 있다.
마이크로 리액터(141)를 구성하는 금속기판(142, 144)은 양극산화에 의해 금속산화막(절연막)(147)을 형성할 수 있는 금속을 사용할 수 있다. 이러한 금속으로서는, 상기의 실시형태의 금속기판(102)과 동일한 것을 사용할 수 있다. 또, 금속기판(142, 144)의 두께는 마이크로 리액터(141)의 크기, 사용하는 금속의 열용량, 열전도율 등의 특성, 형성하는 미세홈부(143, 145)의 크기 등을 고려하여 적당하게 설정할 수 있는데, 예를 들면 400∼1000㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다.
금속기판(142, 144)에 형성되는 미세홈부(143, 145)는, 도 18에 도시되는 형상에 한정되지 않고, 미세홈부(143, 145)내에 담지하는 촉매(C)의 양이 많아지고, 또한, 원료가 촉매(C)와 접촉하는 유로 길이가 길어지는 임의의 형상으로 할 수 있다. 특히, 유로(146)의 유체의 흐름 방향을 따라 내벽면에 모서리부(예를 들면 유로의 방향이 변화되는 개소에서, 내벽면이 절곡되어 있는 부위)가 존재하지 않는 미세홈부(143, 145)의 형상이 바람직하다. 또, 유체의 흐름 방향에 수직한 단면에서의 미세홈부(143, 145)의 내벽면의 형상은 원호형상 내지 반원형상, 또는, ∪자 형상이 바람직하고, 이것에 의해, 미세홈부(143, 145)로 구성되는 유로(146)의 유체의 흐름 방향에 수직한 단면에서의 내벽면의 형상은 대략 원형상이 된다. 이러한 미세홈부(143, 145)의 깊이는, 예를 들면 100∼1000㎛ 정도의 범위내, 폭은 100∼1000㎛ 정도의 범위내에서 설정할 수 있고, 유로 길이는 30∼300mm 정도의 범위로 할 수 있다.
본 실시예에서는 유로(146)의 내벽면에 금속산화막(147)이 형성되어 있으므로, 미세구멍을 갖는 금속산화막의 표면구조에 의해, 촉매(C)의 담지량이 증대하는 동시에, 안정한 촉매담지가 가능하게 된다.
촉매(C)로서는, 종래부터 수증기 개질에 사용되고 있는 공지의 촉매를 사용할 수 있다.
금속기판(142, 144)이 접합되어서 이루어지는 접합체(155)에의 양극산화에 의한 금속산화막(절연막)(147)의 형성은 접합체(155)를 외부전극의 양극에 접속한 상태에서, 양극산화 용액에 침지하여 음극과 대향시켜 전류가 통전함으로써 행할 수 있다. 금속산화막(절연막)(147)의 두께는, 예를 들면 5∼150㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다.
마이크로 리액터(141)를 구성하는 촉매(C), 발열체(148), 전극(149, 149), 발열체 보호층(150)은 각각 마이크로 리액터(101)를 구성하는 촉매(C), 발열체(107), 전극(108, 108), 발열체 보호층(109)과 동일하게 할 수 있고, 여기에서의 설명은 생략한다.
<마이크로 리액터의 제 8 실시형태>
도 19는 본 발명의 마이크로 리액터의 다른 실시형태를 도시한 도 17 상당의 종단면도이다. 도 19에서, 본 발명의 마이크로 리액터(161)는 한쪽 면(162a)에 미세홈부(163)가 형성된 금속기판(162)과, 한쪽 면(164a)에 미세홈부(165)이 형성된 금속기판(164)이, 미세홈부(163)와 미세홈부(165)를 대향시키도록 접합된 접합체(175)를 갖고 있다. 이 접합체(175)의 내부에는, 대향하는 미세홈부(163, 165)로 구성된 유로(166)가 형성되어 있고, 이 유로(166)의 내벽면의 전체면에 금속산화막(167)을 통하여 촉매(C)가 담지되어 있다. 또, 상기의 접합체(175)의 일방의 단면에는, 유로(166)의 양 단부가 노출되어 있고, 각각 원료 도입구(도시 생략)와 가스 배출구(도시 생략)을 구성하고 있다. 또, 접합체(175)의 표면(금속기판(162)의 표면(162b))에는 절연막(171)이 형성되어 있고, 이 절연막(171)상에는 발열체(168)가 설치되어 있다. 이 발열체(168)에는 전극(169,169)이 형성되고, 이 전극(169,169)이 노출되는 전극 개구부(170a, 170a)를 갖는 발열체 보호층(170)이 발열체(168)를 덮도록 설치되어 있다.
이러한 마이크로 리액터(161)를 구성하는 금속기판(162, 164)는 Cu, 스테인레스, Fe, Al 등의 보헤마이트 처리에 의해 금속산화막의 형성이 가능한 재료를 사용할 수 있다. 또, 금속기판(162, 164)의 두께는 마이크로 리액터(161)의 크기, 사용하는 금속의 열용량, 열전도율 등의 특성, 형성하는 미세홈부(163, 165의 크기 등을 고려하여 적당하게 설정할 수 있는데, 예를 들면 400∼1000㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다.
금속기판(162, 164)이 갖는 미세홈부(163, 165)는 상기의 제 3 실시형태의 미세홈부(143, 145)와 동일한 방법으로 할 수 있다.
금속기판(162, 164)이 접합되어서 이루어지는 접합체(175)의 유로(166)에의 보헤마이트 처리에 의한 금속산화막(167)의 형성은 상기의 제 2 실시형태의 접합체(135)에 대한 보헤마이트 처리와 동일하게 행할 수 있다. 이 보헤마이트 처리에 의해 형성되는 금속산화막(167)은 산화알루미늄 박막이며, 두께는 예를 들면 0.5∼5.0㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다.
또, 금속기판(162)의 면(162b)에 형성된 절연막(171)은 상기의 제 2 실시형태의 절연막(130)과 동일하게 할 수 있다.
또, 마이크로 리액터(161)를 구성하는 촉매(C), 발열체(168), 전극(169,169), 발열체 보호층(170)은 각각 상기의 제 1 실시형태의 마이크로 리액터(101)를 구성하는 촉매(C), 발열체(107), 전극(108, 108), 발열체 보호층(109)과 동일하게 할 수 있어, 여기에서의 설명은 생략한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 마이크로 리액터(141, 161)에서는, 촉매(C)가 유로(146, 166)의 내벽면의 전체면에 담지됨으로 인해 반응면적이 확대되어, 높은 반응효율이 얻어진다. 또, 금속기판(142, 144), 및 금속기판(162, 164)을 사용하고 있고, 이것들은 실리콘 기판이나 세라믹스 기판에 비해, 열전도율이 높고 열용량이 작으므로, 발열체(148, 168)로부터 담지촉매(C)에 고효율로 열이 전달되어, 정지상태로부터 시동했을 때의 상승이 빠르고, 또한, 발열체에의 투입 전력의 이용효율이 높은 수소제조용 개질기가 가능하게 된다.
또한, 상기의 마이크로 리액터의 실시형태는 일례이며, 예를 들면 원료 도입구와 가스 배출구의 위치는 미세홈부의 형상을 변화시킴으로써 임의의 위치로 할 수 있다.
<마이크로 리액터의 제 9 실시형태>
도 20은 본 발명의 마이크로 리액터의 1실시형태를 도시하는 사시도이며, 도 21은 도 20에 도시되는 마이크로 리액터의 1-1선에서의 확대 종단면도이며, 도 22는 도 20에 도시되는 마이크로 리액터의 구성부재를 이간시킨 상태를 도시하는 사시도이다. 도 20∼도 22에서, 본 발명의 마이크로 리액터(201)는, 3개의 단위 유로부재(202a, 202b, 202c)가 3단의 다단상태에서 연결부재(204)와 고정부재(206)로 연결유지된 것이다. 또, 각 단위 유로부재(202a, 202b, 202c) 사이에는 공극(207)이 설치되어 있다.
단위 유로부재(202a, 202b, 202c)는 유로를 내부에 갖고, 이 유로의 일방의 단부가 도입구를 이루고, 타방의 단부가 배출구를 이루는 것이다. 그리고, 3개의 단위 유로부재(202a, 202b, 202c)중, 단위 유로부재(202b, 202C)는 유로내에 촉매를 담지한 단위 마이크로 리액터이다. 즉, 도 21에 도시되는 바와 같이, 각 단위 유로부재(202a, 202b, 202c)는 미세홈부(212)가 형성된 금속기판(211)과, 미세홈부(214)가 형성된 금속기판(213)이, 미세홈부(212)와 미세홈부(214)가 대향하도록 접합되고, 주위에 금속산화막(절연층)(216)이 형성된 접합체(210)를 갖고 있다. 이 접합체(210)의 내부에는, 대향하는 미세홈부(212, 214)에서 구성된 유로(215)가 형성되어 있다. 그리고, 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)(202b, 202c)에서는, 유로(215)의 내벽면의 전체면에 금속산화막(216)을 통하여 각각 촉매(C1, C2)가 담지되어 있다. 또한, 도시예에서는, 유로(215)의 내벽면에 촉매를 담지하고 있지 않은 단위 유로부재(202a)에서도, 접합체(210)내의 유로(215)의 내벽면에 금속산화막(216)을 갖고 있지만, 이 금속산화막(216)을 갖고 있지 않는 것이라도 좋다.
단위 유로부재(202a, 202b, 202c)를 구성하는 상기의 접합체(210)는, 도 22에 도시되는 바와 같이, 동일한 방향에 1조의 돌출부(210a, 210b)를 갖고 있다. 도 23은 단위 유로부재(202a)를 예로 한 유로(215)의 상태를 설명하기 위한 사시도이다. 도 23에 도시되는 바와 같이, 유로(215)는 돌출부(210a)에 위치하는 단부로부터 돌출부(210b)에 위치하는 단부까지 사행하여 연속되는 형상이다. 그리고, 돌출부(210a)에 위치하는 유로(215)의 단부가 도입구(203a)를 이루고, 돌출부(210b)에 위치하는 유로(215)의 단부가 배출구(203b)를 이루고 있다. 구체적으로는, 단위 유로부재(202a), 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)(202c)에서는, 돌출부(210a)에 위치하는 유로(215)의 단부가 도입구(203a)를 이루고, 돌출부(210b)에 위치하는 유로(215)의 단부가 배출구(203b)를 이루고 있다. 또, 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)(202b)에서는, 돌출부(210a)에 위치하는 유로(215)의 단부가 배출구(203b)를 이루고, 돌출부(210b)에 위치하는 유로(215)의 단부가 도입구(203a)를 이루고 있다. 따라서, 1단째의 단위 유로부재로부터 3단째의 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)를 향하여, 돌출부(210a)측에서는 도입구(203a), 배출구(203b), 도입구(203a)의 순으로 배열되고, 돌출부(210b)측에서는 배출구(203b), 도입구(203a), 배출구(203b)의 순으로 배열되어 있다.
또, 각 단위 유로부재(202a, 202b, 202c)를 구성하는 접합체(210)의 한쪽 면에는 발열체(217)가 설치되어 있고, 발열체(217)에는 전극(218, 218)이 형성되고, 이 전극(218, 218)의 일부를 노출시키도록 발열체 보호층(219)이 발열체(217)를 덮도록 설치되어 있다. 도 22에서는, 단위 유로부재(202a)의 발열체 보호층(219)을 이간시킨 상태를 도시하고 있다. 또한, 도시예에서는, 단위 마이크로 리액터가 아닌 단위 유로부재(202a)에도 발열체(217), 전극(218, 218)이 설치되어 있는데, 단위 마이크로 리액터인 단위 유로부재에만 발열체(217), 전극(218, 218)을 설치하도록 해도 좋다.
연결부재(204)는 각 단위 유로부재(202a, 202b, 202c)를 다단상태에서 유지하는 것이며, 블록체(221a, 221b)로 블록체(221c)를 협지하는 형상의 구조체(221)를 갖고 있다. 도 24는 연결부재(204)의 연결부가 형성된 면을 도시하는 도면이고, 도 25는 도 24에 도시되는 연결부재의 단면도이며, 도 25A는 II-II선에서의 단면도, 도 25B는 III-III선에서의 단면도이다. 도 24 및 도 25에 도시되는 바와 같이, 블록체(221a, 221b)의 한쪽 면에는, 각 단위 유로부재(202a, 202b, 202c)를 도입구(203a)나 배출구(203b)가 위치하는 접합체(210)의 돌출부(210a, 210b)로 밀착시켜서 유지하기 위한 복수의 연결부(222)가 설치되어 있다. 또, 블록체(221a)의 반대면에는 원료 도입구(223)가, 블록체(221b)의 반대면에는 가스 배출구(224)가 각각 설치되어 있다.
블록체(221a)에 설치되어 있는 연결부(222)는 원료 도입구(223)와 내부 유로(226)에 접속된 도입 연결부(222a)와, 내부연통로(225a)에서 서로 접속된 1조의 단이행 연결부(222d, 222e)로 이루어지고, 이것들이 일렬로 배열되어 있다. 또, 블록체(221b)에 설치되어 있는 연결부(222)는 내부연통로(225b)에서 서로 접속된 1조의 단이행 연결부(222b, 222c)와, 가스 배출 입구(224)와 내부 유로(227)로 접속된 배출 연결부(222f)로 이루어지고, 이것들이 일렬로 배열되어 있다. 그리고, 각 연결부(222(222a, 222b, 222c, 222d, 222e, 222f))내에는, 각 단위 유로부재(202a, 202b, 202c)를 구성하는 접합체(210)의 돌출부(210a, 210b)를 기밀, 액밀 상태로 밀착유지하기 위한 패킹(228)이 배열 설치되어 있다. 또한, 각 연결체(222)의 치수는, 연결유지하는 단위 유로부재의 돌출부(210a, 210b)의 형상에 대응시켜서 적당하게 설정한다.
상기의 연결부재(204)는, 도입 연결부(222a)와 단이행 연결부(222b)에 1단째의 단위 유로부재(202a)의 돌출부(210a)와 돌출부(210b)를 각각 삽입하여 밀착유지하고, 단이행 연결부(222c와 222d)에 2단째의 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)(202b)의 돌출부(210b)와 돌출부(210a)를 각각 삽입하여 밀착유지하고, 단이행 연결부(222e)와 배출 연결부(222f)에 3단째의 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)(202c)의 돌출부(210a)와 돌출부(210b)를 각각 삽입하여 밀착유지하고 있다. 또한, 상기의 패킹(228)은, 연결부재(204)에 의한 각 단위 유로부재(202a, 202b, 202c)의 밀착유지를 보다 확실한 것으로 하기 위한 것으로, 예를 들면, O링, 실리콘 러버 등의 탄력성을 갖는 재료로 이루어지는 것으로 할 수 있다. 또, 연결부재(204)에 의한 각 단위 유로부재(202a, 202b, 202c)의 밀착유지를 보다 확실한 것으로 하기 위해서, 돌출부(210a)와 돌출부(210b)의 주위에 실리콘 러버 등의 탄력성을 갖는 보조부재를 설치해도 좋다.
고정부재(206)는 상기의 연결부재(204)에 의해 다단상태로 유지된 각 단위 유로부재(202a, 202b, 202c)의 다른 단부를 고정하는 것이며, 프레임(231)과, 이 프레임(231)내를 3단으로 칸막기 위한 분리 부재(232a, 232b)를 구비하고 있다. 이 고정부재(206)는 분리 부재(232a, 232b)로 칸막이된 수납 공간(233a, 233b, 233c)에, 각 단위 유로부재(202a, 202b, 202c)의 단부를 삽입하도록 배치함으로써, 다단상태로 고정, 지지할 수 있다.
상술한 바와 같은 마이크로 리액터(201)에서는, 연결부재(204)의 원료 도입구(223)로부터 도입된 원료는, 내부 유로(226)를 통과하여, 도입 연결부(222a)로부터 1단째의 단위 유로부재(202a)의 도입구(203a)에 도달한다. 그리고, 단위 유로부재(202a)의 유로(215)내에서 원하는 원료혼합이 행해진 후, 배출구(203b)로부터 단이행 연결부(222b), 내부연통로(225b)를 경유하여 단이행 연결부(222c)로부터 2단째의 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)(202b)의 도입구(203a)에 도달한다. 그리고, 단위 마이크로 리액터(202b)의 촉매(C1)가 담지된 유로(215)내를 통과한 후, 배출구(203b)에서 단이행 연결부(222d), 내부연통로(225a)를 경유하여 단이행 연결부(222e)에 보내지고, 3단째의 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)(202c)의 도입구(203a)에 도달한다. 그리고, 단위 마이크로 리액터(202c)의 촉매(C2)가 담지된 유로(215)내를 통과한 후, 배출구(203b)로부터 배출 연결부(222f), 내부 유로(227)을 통과하여 가스 배출구(224)에 도달한다.
상기의 마이크로 리액터(201)에서는, 각 단위 유로부재(202a, 202b, 202c)에 각각 발열체(217)가 배열 설치되고, 각 단위 유로부재간에는 공극(207)이 존재하고 있으므로, 각 단위 유로부재간에서의 열의 불필요한 전도가 방지되어, 단위 마이크로 리액터(202b, 202c)에서 각각 알맞은 온도설정이 가능하게 되어 있다.
또, 본 발명에서는, 예를 들면 도 26에 도시되는 바와 같이, 발열체(217)를 갖는 단위 마이크로 리액터를 2단째의 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)(202b)만으로 하고, 1단째의 단위 유로부재(202a')와 3단째의 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)(202c')는 발열체(217)를 구비하지 않는 것이라도 좋다. 그리고, 1단째의 단위 유로부재(202a')과 2단째의 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)(202b) 사이에는 단열용의 공극(207)을 설치하고, 2단째의 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)(202b)와 3단째의 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)(202c') 사이에는, 단열재(208)를 개재시킨 것으로 해도 좋다. 단열재(208)로서는, 예를 들면 글래스울, 세라믹스 기판 등을 사용할 수 있다.
또, 연결부재(204)의 원료 도입구(223)와 가스 배출구(224)와의 위치관계는, 도시예의 것에 한정되지 않고, 예를 들면 내부 유로(227)을 구부려서 형성함으로써, 원료 도입구(223)와 가스 배출구(224)를 동일 높이로 배열 설치해도 좋다.
상기의 마이크로 리액터(201)는 3개의 단위 유로부재중, 2개를 단위 마이크로 리액터로 한 3단구조이지만, 본 발명에서는, 단위 유로부재의 개수는 2개, 또는 4개 이상이어도 되고, 또한 단위 유로부재중 단위 마이크로 리액터로 하는 개수에 특별히 제한은 없다. 그리고, 단위 유로부재의 단수에 따라 연결부재(4)의 단이행 연결부의 수를 설정한다. 즉, 본 발명에서는, n(n은 2 이상의 정수)개의 단위 유로부재를 갖는 경우, 연결부재의 연결부중, 서로 내부연통로로 접속된 단이행 연결부를 (n-1)조 설치할 수 있다. 그리고, 1단째의 단위 유로부재는, 도입구를 도입 연결부에, 배출구를 단이행 연결부에, 각각 연결유지하고, 2단째부터 (n-1)단째의 단위 유로부재에 대해서는, 도입구를 전단의 단이행 연결부와 내부연통로로 접속된 단이행 연결부에, 배출구를 다른 조의 단이행 연결부에, 각각 연결유지하고, n단째의 단위 유로부재는, 도입구를 전단의 단이행 연결부와 내부연통로로 접속된 단이행 연결부에, 배출구를 배출 연결부에, 각각 연결유지함으로써, 본 발명의 마이크로 리액터를 구성할 수 있다.
여기에서, 상기의 마이크로 리액터(201)를 구성하는 각 부재에 대해 설명한다.
먼저, 단위 유로부재(202a, 202b, 202c)를 구성하는 부재에 대해 설명한다. 접합체(210)를 구성하는 금속기판(211, 213)은 양극산화에 의해 금속산화막(절연막)(216)을 형성할 수 있는 금속을 사용할 수 있다. 이러한 금속으로서는, 예를 들면 Al, Si, Ta, Nb, V, Bi, Y, W, Mo, Zr, Hf 등을 들 수 있다. 이들 금속중에서, 특히 Al이 가공적성이나, 열용량, 열전도율 등의 특성, 단가의 점에서 바람직하게 사용된다. 또, 접합체(210)를 구성하는 금속기판(211, 213)으로서, Cu, 스테인레스, Fe, Al 등의 보헤마이트 처리에 의해 금속산화막(216)의 형성이 가능한 재료를 사용할 수도 있다. 이 경우, 금속기판(211, 213)의 주위에 존재하는 금속산화막(216)은, 동일하게 보헤마이트 처리에 의해 형성해도 좋고, 또는, 절연재료를 함유하는 페이스트를 사용한 스크린 인쇄 등의 인쇄법이나, 스퍼터링, 진공증착 등의 진공성막법에 의해 폴리이미드, 세라믹(Al2O3, SiO2) 등을 형성해도 된다.
금속기판(211, 213)의 두께는, 단위 유로부재(202a, 202b, 202c)의 크기, 사용하는 금속의 열용량, 열전도율 등의 특성, 형성하는 미세홈부(212, 214)의 크기 등을 고려하여 적당하게 설정할 수 있는데, 예를 들면 400∼1000㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다.
금속기판(211, 213)에 형성되는 미세홈부(212, 214)는 도시된 형상에 한정되는 것은 아니고, 미세홈부(212, 214)내에 담지하는 촉매의 양이 많아지고, 또한, 원료가 촉매와 접촉하는 유로 길이가 길어지는 임의의 형상으로 할 수 있다. 미세홈부(212, 214)의 깊이는, 예를 들면, 100∼1000㎛ 정도의 범위내, 폭은 100∼1000㎛ 정도의 범위내에서 설정할 수 있고, 유로 길이는 30∼300mm 정도의 범위로 할 수 있다.
본 실시예에서는 유로(215)의 내벽면에 금속산화막(216)이 형성되어 있으므로, 미세구멍을 갖는 금속산화막의 표면구조에 의해, 촉매(C1, C2)의 담지량이 증대하는 동시에, 안정한 촉매담지가 가능하게 된다.
촉매(C1, C2)로서는, 종래부터 수소제조에 사용되고 있는 공지의 촉매를 사용할 수 있다. 예를 들면, 1단째의 단위 유로부재(202a)에서 원료의 혼합, 기화가 행해지고, 2단째의 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)(202b)가 혼합 기체의 개질, 3단째의 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)(202c)가 개질기체로부터의 불순물 제거를 행하는 경우, 촉매(C1)로서 Cu-ZnO/Al2O3 등, 촉매(C2)로서 Pt/Al2O3 등을 사용할 수 있다.
발열체(217)는 각 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)로 필요한 열을 공급하기 위한 것으로, 카본 페이스트, 니크롬(Ni-Cr 합금), W(텅스텐), Mo(몰리브덴) 등의 재질을 사용할 수 있다. 이 발열체(217)는, 예를 들면 폭 10∼200㎛ 정도의 세선을, 미세홈부가 형성되어 있는 영역에 상당하는 접합체(210)상의 영역 전체면에 둘러친 형상으로 할 수 있다.
이러한 발열체(217)에는, 통전용의 전극(218, 218)이 형성되어 있다. 통전용의 전극(218, 218)은 Au, Ag, Pd, Pd-Ag 등의 도전 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
발열체 보호층(219)은 상기의 전극(218, 218)의 일부를 노출시켜, 발열체(217)를 덮도록 배열 설치되어 있다. 이 발열체 보호층(219)은, 예를 들면 감광성 폴리이미드, 바니시상의 폴리이미드 등에 의해 형성할 수 있다. 또, 발열체 보호층(219)의 두께는, 사용하는 재료 등을 고려하여 적당하게 설정할 수 있는데, 예를 들면 2∼25㎛ 정도의 범위에서 설정할 수 있다.
또, 연결부재(204)의 재질은 스테인레스, Al, Fe, Cu 등으로 할 수 있고, 기계가공 및 확산접합이나 납땜 등을 사용하여 원하는 구조체 형상으로 할 수 있다. 예를 들면 연결부재(4)를 이루는 구조체(221)를, 도 25A, B에 도시되는 바와 같이, 5개의 1점쇄선 L1∼L5로 분할한 6개의 부재로 이루어지는 것으로 할 수 있다. 그리고, 6개의 부재에 있어서, 미리 한쪽 면에 연결부(222), 내부연통로(225a, 225b), 내부 유로(226, 227) 등을 구성하기 위한 홈부나 관통구멍을 형성한다. 그리고, 이들 6개의 부재를 소정의 순으로 확산접합하여 일체화함으로써, 연결부재(204)를 형성할 수 있다.
또한 패킹(228)은 종래 공지의 여러 재질로 이루어지는 O링, 실리콘 러버 등을 사용할 수 있다.
또, 고정부재(206)의 재질은 연결부재(204)와 동일한 것을 들 수 있다.
또한, 상기의 마이크로 리액터의 실시형태는 일례이며, 본 발명은 이것들에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 단위 유로부재(202a, 202b, 202c)의 구조는 촉매를 담지하는 것이 가능한 유로를 내부에 갖고, 이 유로의 일방의 단부가 도입구를 이루고, 타방의 단부가 배출구를 이루는 것이면, 특별히 제한은 없다. 따라서, 도 27A에 도시되는 바와 같이, 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)(202b)로서, 한쪽 면에 미세홈부(243)가 형성된 금속기판(242)과, 미세홈부(243)를 덮도록 금속기판(242)에 접합된 금속 커버 부재(244)와, 주위에 금속산화막(246)을 구비한 접합체(241)를 갖는 것이라도 좋다. 접합체(241)의 내부에는, 미세홈부(243)와 금속 커버 부재(244)로 구성된 유로(245)가 형성되어 있고, 이 유로(245)의 내벽면의 전체면에 금속산화막(246)을 통하여 촉매(C1)가 담지되어 있다. 또, 도 27B에 도시되는 바와 같이, 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)(202b)로서, 금속산화막(256)을 통하여 촉매(C1)가 담지된 미세홈부(253)가 한쪽 면에 형성되어 있는 금속기판(252)과, 미세홈부(253)를 덮도록 금속기판(252)에 접합된 금속 커버 부재(254)로 이루어지는 접합체(251)를 갖는 것이라도 좋다. 접합체(251)의 내부에는, 미세홈부(253)와 금속 커버 부재(254)로 구성된 유로(255)가 형성되어 있고, 또, 금속기판(252)의 주위에는 금속산화막(절연막)(256)이 형성되어 있다.
다음에, 상기의 접합체(210)를 구비한 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)(202b)를 예로, 도 28을 참조하면서 제작 방법에 대해 설명한다.
도 28에 있어서, 금속기판(211)의 한쪽 면에 미세홈부(212)를 형성하고, 금속기판(213)의 한쪽 면에 미세홈부(214)를 형성한다(도 28A). 이 미세홈부(212, 214)는, 금속기판(211, 213)에 소정의 개구 패턴을 갖는 레지스트를 형성하고, 이 레지스트를 마스크로 하여 습식 에칭에 의해 형성할 수 있어, 마이크로 머신에 의한 가공을 불필요하게 할 수 있다.
다음에 금속기판(211, 213)을 미세홈부(212)와 미세홈부(214)가 대향하도록 접합하여 접합체(210)를 형성한다(도 28B). 이것에 의해, 미세홈부(212)와 미세홈부(214)가 대향하여 유로(215)가 형성된다. 상기의 금속기판(211, 213)의 접합은, 예를 들면 확산접합이나 납땜(외상) 등에 의해 행할 수 있다.
다음에 접합체(210)를 양극산화하고, 유로(215)내벽면을 포함하는 전체면에 금속산화막(절연막)(216)을 형성하여 단위 유로부재(202b)로 한다(도 28C). 이 금속산화막(절연막)(216)의 형성은, 접합체(210)를 외부전극의 양극에 접속한 상태에서, 양극산화 용액에 침지하여 음극과 대향시키고 통전함으로써 행할 수 있다. 또한, 금속기판(211, 213)으로서, 양극산화가 불가능하고 보헤마이트 처리가 가능한 금속재료를 사용한 경우에는, 보헤마이트 처리에 의해 금속산화막(216)을 형성한다.
다음에 단위 유로부재(202b)의 유로(215)의 내벽면의 전체면에 금속산화막(절연막)(216)을 통하여 촉매(C1)를 담지시켜서 단위 마이크로 리액터(202b)로 한다(도 28D). 금속산화막(절연막)(216)상에의 촉매(C1)의 담지는 예를 들면 촉매 현탁액을 접합체(210)의 유로(215)내에 흘려서 충전하고, 또는, 촉매 현탁액내에 접합체(210)를 침지하고, 그 후에 촉매 현탁액을 유로(215)로부터 뽑아서 건조함으로써 행할 수 있다.
또한, 금속기판(211, 213)에 미세홈부(212, 214)를 형성한 후, 금속기판(211, 213)에 양극산화를 시행하여 금속산화막을 형성하고, 다음에 접합면이 되는 면에 존재하는 금속산화막을 연마 제거한 후, 금속기판(211, 213)을 접합하고, 이어서, 촉매(C1)를 금속산화막에 담지시켜도 된다.
이어서, 금속기판(211)측의 금속산화막(절연막)(216)상에 발열체를 설치하고, 또한, 통전용의 전극을 형성하고, 발열체 보호층을 발열체상에 형성하여, 단위 마이크로 리액터(202b)를 얻을 수 있다.
발열체의 형성방법으로서는, 상기의 재료를 함유하는 페이스트를 사용하여 스크린인쇄에 의해 형성하는 방법, 상기의 재료를 함유하는 페이스트를 사용하여 도포막을 형성하고, 그 후에 에칭 등에 의해 패터닝 하는 방법, 상기의 재료를 사용하여 진공성막법에 의해 박막을 형성하고, 그 후에 에칭 등에 의해 패터닝 하는 방법 등을 들 수 있다. 또, 통전용의 전극은, 예를 들면 상기의 도전 재료를 함유하는 페이스트를 사용하여 스크린인쇄에 의해 형성할 수 있다. 또, 발열체 보호층은, 예를 들면 상기의 재료를 함유하는 페이스트를 사용하여 스크린인쇄에 의해 소정의 패턴으로 형성할 수 있다.
상기한 바와 같이, 유로(215)를 구비한 접합체(210)가 형성된 후에 촉매(C1)를 담지시켜서 단위 마이크로 리액터(202b)로 함으로써, 접합공정에서의 열에 의한 촉매의 실활의 우려가 없고, 촉매의 선택폭이 넓어진다. 또, 금속산화막(절연막)(216)을 형성공정까지 완료시킨 복수의 단위 유로부재를 준비해 둠으로써, 원하는 촉매를 담지시키는 것 만으로 요구되는 기능을 갖춘 단위 마이크로 리액터로 할 수 있다.
또한, 상기의 접합체(241)를 구비한 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)(202b)는, 상기의 제작 예에 있어서, 금속기판(213) 대신에, 금속 커버 부재(244)를 금속기판(211)에 접합함으로써, 마찬가지로 제작할 수 있다.
다음에 상기의 접합체(251)를 구비한 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)(202b)를 예로, 도 29를 참조하면서 제작 방법에 대해 설명한다.
도 29에 있어서, 먼저, 금속기판(252)의 한쪽 면에 미세홈부(253)를 형성한다(도 29A). 이 미세홈부(53)의 형성은 상기의 미세홈부(212, 214)의 형성과 마찬가지로 행할 수 있다.
다음에 금속기판(252)을 양극산화하여 미세홈부(253) 내부를 포함하는 전체면에 금속산화막(256)을 형성한다(도 29B). 또한, 금속기판(252)으로서, 양극산화가 불가능하고 보헤마이트 처리가 가능한 금속재료를 사용한 경우에는, 보헤마이트 처리에 의해 금속산화막(256)을 형성한다.
이어서, 미세홈부(253)내에 촉매(C1)를 담지시킨다(도 29C). 이 촉매담지는 미세홈부(253)가 형성되어 있는 금속기판(252)의 면을 원하는 촉매 현탁액에 침지하고, 건조함으로써 행할 수 있다.
다음에, 금속기판(252)의 미세홈부(253) 형성면측을 연마하고, 금속 커버 부재(254)와의 접합면이 되는 면을 노출시킨다(도 29D). 그 후에 금속기판(252)과 금속 커버 부재(254)를 접합하여 접합체(251)를 형성한다(도 29E). 이 접합에 의해, 접합체(251)내에는 유로(255)가 형성된다.
이어서, 금속기판(252)의 금속산화막(절연막)(256)상에 발열체를 설치하고, 또한, 통전용의 전극을 형성하고, 발열체 보호층을 발열체상에 형성하여, 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)(202b)를 얻을 수 있다.
또한, 상기의 마이크로 리액터의 실시형태는 일례이며, 본 발명은 이것들에 한정되는 것은 아니다.
[마이크로 리액터의 제조방법]
다음에 본 발명의 마이크로 리액터의 제조방법에 대하여 설명한다.
<제조방법의 제 1 실시형태>
도 30 및 도 31은 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 1실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 30, 도 31에서는, 상기의 마이크로 리액터(1)를 예로 하여 설명한다. 본 발명의 제조방법에서는, 먼저, 금속기판(2)의 한쪽 면(2a)에 미세홈부(3)를 형성한다(도 30A). 이 미세홈부(3)는 금속기판(2)의 면(2a)에 소정의 개구 패턴을 갖는 레지스트를 형성하고, 이 레지스트를 마스크로 하여 습식 에칭에 의해 빗 형상의 리브(2A, 2B)를 남기도록 금속기판(2)을 에칭하여 형성할 수 있고, 마이크로 머신에 의한 가공을 불필요하게 할 수 있다. 사용하는 금속기판(2)의 재질은, 다음 양극산화 공정에서 양극산화가 가능한 Al, Si, Ta, Nb, V, Bi, Y, W, Mo, Zr, Hf 등을 들 수 있다.
다음에, 미세홈부(3)를 형성한 금속기판(2)을 양극산화 하고, 미세홈부(3) 내부를 포함하는 전체면에 금속산화막(절연막(4))을 형성한다(도 30B). 이 금속산화막(절연막(4))의 형성은 금속기판(2)을 외부전극의 양극에 접속한 상태에서, 양극산화 용액에 침지하여 음극과 대향시키고 통전함으로써 행할 수 있다.
이어서, 미세홈부(3)가 형성되어 있지 않은 금속기판(2)의 면(2b)의 금속산화막(절연막(4))상에 발열체(5)를 설치하고, 또한, 통전용의 전극(6, 6)을 형성한다(도 30C). 발열체(5)는 카본 페이스트, 니크롬(Ni-Cr 합금), W, Mo 등의 재질을 사용하여 형성할 수 있다. 발열체(5)의 형성방법으로서는, 상기의 재료를 함유하는 페이스트를 사용하여 스크린인쇄에 의해 형성하는 방법, 상기의 재료를 함유하는 페이스트를 사용하여 도포막을 형성하고, 그 후에 에칭 등에 의해 패터닝 하는 방법, 상기 재료를 사용하여 진공성막법에 의해 박막을 형성하고, 그 후에 에칭 등에 의해 패터닝 하는 방법 등을 들 수 있다.
또, 통전용의 전극(6, 6)은, Au, Ag, Pd, Pd-Ag 등의 도전 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 예를 들면 상기의 도전 재료를 함유하는 페이스트를 사용하여 스크린인쇄에 의해 형성할 수 있다.
다음에 전극(6, 6)이 노출되도록 발열체 보호층(7)을 발열체(5)상에 형성한다(도 30D). 발열체 보호층(7)은 폴리이미드, 세라믹(Al2O3, SiO2) 등의 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 예를 들면 상기 재료를 함유하는 페이스트를 사용하여 스크린 인쇄에 의해 전극 개구부(7a, 7a)를 갖는 패턴으로 형성할 수 있다.
이어서, 미세홈부(3)내에 촉매(C)를 담지시킨다(도 31A). 이 촉매담지는 금속기판(2)의 미세홈부(3)가 형성되어 있는 면(2a)을 원하는 촉매용액내에 침지하여 행할 수 있다.
다음에 금속기판(2)을 연마하여 금속기판(2)의 면(2a)을 노출시키고(도 31B), 그 후에 커버 부재(8)를 금속기판면(2a)에 접합하여 본 발명의 마이크로 리액터(1)를 얻을 수 있다(도 31C). 커버 부재(8)는 Al합금, Cu합금, 스테인레스 재료 등을 사용할 수 있다. 이 커버 부재(8)의 금속기판면(2a)에의 접합은, 예를 들면 확산접합, 납땜 등에 의해 행할 수 있다. 또한, 이 접합시, 커버 부재(8)에 설치되어 있는 원료 도입구(8a)와 가스 배출구(8b)가 금속기판(2)에 형성된 미세홈부(3)의 유로의 양 단부에 일치하도록 위치맞춤된다.
또, 본 발명의 제조방법에서는, 발열체(5), 전극(6, 6), 발열체 보호층(7)의 형성은 금속기판(2)과 커버 부재(8)의 접합후에 행해도 좋다.
<제조방법의 제 2 실시형태>
도 32 및 도 33은 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 다른 실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 32, 도 33에서는, 상기의 마이크로 리액터(1')를 예로 하여 설명한다. 본 발명의 제조방법에서는, 먼저, 금속기판(2')의 한쪽 면(2'a)에 미세홈부(3)를 형성한다(도 32A). 금속기판(2')은 Al 기판, Cu 기판, 스테인레스 기판 등 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 이 미세홈부(3)의 형성은 상기의 금속기판(2)에의 미세홈부(3)의 형성과 동일하게 하여 행할 수 있다.
다음에, 미세홈부(3)가 형성되어 있지 않은 금속기판(2')의 면(2'b)상에 절연막(4')을 형성한다(도 32B). 이 절연막(4')은, 예를 들면 폴리이미드, 세라믹(Al2O3, SiO2) 등을 사용하여 형성할 수 있다. 절연막(4')의 형성은, 예를 들면 상기의 절연재료를 함유하는 페이스트를 사용한 스크린인쇄 등의 인쇄법에 의해, 또는, 상기 절연재료를 사용한 스퍼터링, 진공증착 등의 진공성막법에 의해 박막을 형성하고, 경화시킴으로써 행할 수 있다.
이어서, 절연막(4')상에 발열체(5)를 설치하고, 또한, 통전용의 전극(6, 6)을 형성한다(도 32C). 이러한 발열체(5), 전극(6, 6)의 형성은 상기의 마이크로 리액터(1)의 제조방법과 동일하게 행할 수 있다.
다음에 전극(6, 6)이 노출되도록 발열체 보호층(7)을 발열체(5)상에 형성한다(도 32D). 이 발열체 보호층(7)의 형성은 상기의 마이크로 리액터(1)의 제조방법과 마찬가지로 행할 수 있다.
이어서, 미세홈부(3)내에 촉매(C)를 담지시킨다(도 33A). 이 촉매담지는 금속기판(2')의 미세홈부(3)가 형성되어 있는 면(2'a)을 원하는 촉매용액내에 침지하여 행할 수 있다.
다음에 금속기판(2')을 연마하여 금속기판면(2'a)을 노출시키고(도 33B), 그 후 커버 부재(8)를 금속기판면(2'a)에 접합하여 본 발명의 마이크로 리액터(1')를 얻을 수 있다(도 33C). 이 커버 부재(8)의 접합은, 상기의 마이크로 리액터(1)의 제조방법과 동일하게 행할 수 있다.
이러한 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법에서는, 금속기판을 사용하므로, 미세홈부의 형성에서 마이크로 머신 가공을 행할 필요가 없고, 에칭 가공 등의 저렴한 가공방법에 의해 용이하게 행할 수 있어, 마이크로 리액터의 제조 코스트 저감이 가능하게 된다.
또, 본 발명의 제조방법에서는, 절연막(4'), 발열체(5), 전극(6, 6), 발열체 보호층(7)의 형성은 금속기판(2')과 커버 부재(8)의 접합후에 행해도 된다.
<제조방법의 제 3 실시형태>
도 34 내지 도 38은, 상기의 마이크로 리액터(11)를 예로 한 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 1실시형태를 설명하기 위한 공정도이다. 또한, 각 도면은 도 6, 도 7에 상당하는 위치에서의 단면형상으로 도시하고 있다.
본 발명의 제조방법에서는, 먼저, 금속기판(12)의 한쪽 면(12a)에 미세홈부(3)를 형성하는 동시에, 관통구멍(19)을 형성한다(도 34A, 도 34B). 이 미세홈부(13)는, 금속기판(12)의 면(12a)에 미세홈부(13)에 대응한 소정의 개구 패턴을 갖는 레지스트를 형성하고, 금속기판(12)의 면(12b)에 관통구멍(19)을 형성하기 위한 개구 패턴을 갖는 레지스트를 형성한다. 그리고, 이 레지스트를 마스크로 하여 습식 에칭에 의해 빗 형상의 리브(12A, 12B)를 남기도록 면(12a)측으로부터 금속기판(12)을 하프에칭하여 미세홈부(13)를 형성하고, 동시에 양면 에칭에 의해 관통구멍(19)을 형성할 수 있다. 따라서, 마이크로 머신에 의한 가공은 불필요하게 된다. 사용하는 금속기판(12)의 재질은, 다음 양극산화 공정에서 양극산화가 가능한 Al, Si, Ta, Nb, V, Bi, Y, W, Mo, Zr, Hf 등을 들 수 있다.
다음에, 미세홈부(13)와 관통구멍(19)을 형성한 금속기판(12)을 양극산화 하고, 미세홈부(13) 내부와 관통구멍(19) 내부를 포함하는 전체면에 금속산화막(절연막(14))을 형성한다(도 34C, 도 34D). 이 금속산화막(절연막(14))의 형성은 금속기판(12)을 외부전극의 양극에 접속한 상태에서, 양극산화 용액에 침지하여 음극과 대향시키고 통전함으로써 행할 수 있다.
이어서, 미세홈부(13)가 형성되어 있지 않은 금속기판(12)의 면(12b)의 금속산화막(절연막(14))상에, 관통구멍(19)을 막지 않도록 발열체(15)를 설치하고, 또한, 통전용의 전극(16, 16)을 형성한다(도 35A, 도 35B). 발열체(15)는 카본 페이스트, 니크롬(Ni-Cr 합금), W, Mo 등의 재질을 사용하여 형성할 수 있다. 발열체(15)의 형성방법으로서는, 상기의 재료를 함유하는 페이스트를 사용하여 스크린인쇄에 의해 형성하는 방법, 상기의 재료를 함유하는 페이스트를 사용하여 도포막을 형성하고, 그 후에 에칭 등에 의해 패터닝하는 방법, 상기 재료를 사용하여 진공성막법에 의해 박막을 형성하고, 그 후, 에칭 등에 의해 패터닝 하는 방법 등을 들 수 있다.
또, 통전용의 전극(16, 16)은 Au, Ag, Pd, Pd-Ag 등의 도전 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 예를 들면 상기의 도전 재료를 함유하는 페이스트를 사용하여 스크린인쇄에 의해 형성할 수 있다.
다음에 전극(16, 16)과 관통구멍(19)이 노출되도록 발열체 보호층(17)을 발열체(15)상에 형성한다(도 35C, 도 35D). 발열체 보호층(17)은 폴리이미드, 세라믹(Al2O3, SiO2) 등의 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 예를 들면 상기 재료를 함유하는 페이스트를 사용하여 스크린인쇄에 의해 전극 개구부(17a, 17a)와 개구부(17b)를 갖는 패턴으로 형성할 수 있다.
이어서, 미세홈부(13)내에 촉매(C1)를 담지시킨다(도 36A, 도 36B). 이 촉매담지는 금속기판(12)의 미세홈부(13)가 형성되어 있는 면(12a)을 원하는 촉매용액내에 침지하여 행할 수 있다.
다음에 금속기판(12)을 연마하여, 금속기판(22)과의 접합면이 되는 금속기판(12)의 면(12a)을 노출시킨다(도 36C, 도 36D).
한편, 상기의 금속기판(12)과 동일하게, 금속기판(22)의 한쪽 면(22a)에 미세홈부(23)를 형성하는 동시에, 관통구멍(29)을 형성한다(도 37A, 도 37B). 이어서, 미세홈부(23)와 관통구멍(29)을 형성한 금속기판(22)을 양극산화 하고, 미세홈부(23) 내부와 관통구멍(29) 내부를 포함하는 전체면에 금속산화막(절연막(24))을 형성한다(도 37C, 도 37D).
이어서, 미세홈부(23)내에 촉매(C2)를 담지시킨다(도 38A, 도 38B). 이 촉매담지는 금속기판(22)의 미세홈부(23)가 형성되어 있는 면(22a)을 원하는 촉매용액내에 침지하여 행할 수 있다.
다음에 금속기판(22)의 양면을 연마하고, 커버 부재(28)와의 접합면이 되는 금속기판(22)의 면(22a)과, 금속기판(12)과의 접합면이 되는 금속기판(22)의 면(22b)을 노출시킨다(도 38C, 도 38D).
이어서, 상기의 금속기판(12)의 면(12a)과 금속기판(22)의 면(22b)을 접합하고, 또한, 커버 부재(28)를 금속기판면(22a)에 접합하여 본 발명의 마이크로 리액터(11)를 얻을 수 있다. 커버 부재(28)는 Al합금, Cu합금, 스테인레스 재료 등을 사용할 수 있다. 금속기판(12)과 금속기판(22)의 접합, 및, 금속기판(22)과 커버 부재(28)의 접합은, 예를 들면 확산접합, 납땜 등에 의해 행할 수 있다. 또한, 이 접합시, 금속기판(22)의 관통구멍(29)이 금속기판(12)에 형성된 미세홈부(13)의 유로의 단부(13b)에 일치하고, 커버 부재(28)에 설치되어 있는 가스 배출구(28a)가 금속기판(22)에 형성된 미세홈부(23)의 유로의 단부(23b)에 일치하도록 위치맞춤을 한다.
또, 본 발명의 제조방법에서는, 다음과 같은 공정으로 해도 된다. 먼저, 상기의 금속기판(12), 금속기판(22), 커버 부재(28)의 접합을 행한다. 그 후, 금속기판(12)의 면(12b)상의 금속산화막(절연막)(14)에, 발열체(15), 전극(16, 16), 발열체 보호층(17)을 형성해도 된다.
<제조방법의 제 4 실시형태>
도 39 및 도 40은, 상기의 마이크로 리액터(11')를 예로 한 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 다른 실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 39 및 도 40에서, 본 발명의 제조방법에서는, 먼저, 금속기판(12')의 한쪽 면(12'a)에 미세홈부(13)와 관통구멍(19)(도시 생략)을 형성한다(도 39A). 금속기판(12')은 Al 기판, Cu 기판, 스테인레스 기판 등 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 이 미세홈부(13)와 관통구멍(19)의 형성은 상기의 금속기판(112)에의 미세홈부(13)와 관통구멍(19)의 형성과 동일하게 하여 행할 수 있다.
다음에 미세홈부(13)가 형성되어 있지 않은 금속기판(12')의 면(12'b)상에, 관통구멍(19)(도시 생략)을 막지 않도록 절연막(14')을 형성한다(도 39B). 이 절연막(14')은 예를 들면 폴리이미드, 세라믹(Al2O3, SiO2) 등을 사용하여 형성할 수 있다. 절연막(14')의 형성은, 예를 들면 상기의 절연재료를 함유하는 페이스트를 사용한 스크린인쇄 등의 인쇄법에 의해, 또는, 상기 절연재료를 사용한 스퍼터링, 진공증착 등의 진공성막법에 의해 박막을 형성하고, 경화시킴으로써 행할 수 있다.
이어서, 절연막(14')상에 발열체(15)을 설치하고, 또한, 통전용의 전극(16, 16)을 형성한다(도 39C). 이러한 발열체(15), 전극(16, 16)의 형성은 상기의 마이크로 리액터(11)의 제조방법과 동일하게 행할 수 있다.
다음에 전극(16, 16)과 관통구멍(19)(도시 생략)이 노출되도록 발열체 보호층(17)을 발열체(15)상에 형성한다(도 39D). 이 발열체 보호층(17)의 형성은 상기의 마이크로 리액터(11)의 제조방법과 마찬가지로 행할 수 있다.
이어서, 미세홈부(13)내에 촉매(C1)를 담지시킨다(도 40A). 이 촉매담지는 금속기판(12')의 미세홈부(13)가 형성되어 있는 면(12'a)을 원하는 촉매용액내에 침지하여 행할 수 있다.
다음에 금속기판(12')을 연마하고, 금속기판(22')과 접합되는 금속기판면(12'a)을 노출시킨다(도 40B).
한편, 상기의 금속기판(12')과 동일하게, 금속기판(22')의 한쪽 면(22'a)에 미세홈부(23)를 형성하는 동시에, 관통구멍(29)(도시 생략)을 형성하고, 이어서, 미세홈부(23)내에 촉매(C2)를 담지시키고, 금속기판(22')을 연마하고, 커버 부재(28)와의 접합면이 되는 금속기판(22')의 면(22'a)과, 금속기판(12')과의 접합면이 되는 금속기판(22')의 면(22'b)을 노출시킨다(도 40C).
이어서, 상기의 금속기판(12')의 면(12'a)과 금속기판(22')의 면(22'b)을 접합하고, 또한, 커버 부재(28)를 금속기판면(22'a)에 접합하여 본 발명의 마이크로 리액터(11')를 얻을 수 있다(도 40D). 이 금속기판(12')과 금속기판(22')과의 접합, 및, 금속기판(22')과 커버 부재(28)와의 접합은 상기의 마이크로 리액터(11)의 제조방법과 동일하게 행할 수 있다.
이러한 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법에서는, 금속기판을 사용하므로, 미세홈부의 형성에서 마이크로 머신 가공을 행할 필요가 없이, 에칭 가공 등의 저렴한 가공방법에 의해 용이하게 행할 수 있어, 마이크로 리액터의 제조 코스트 저감이 가능하게 된다.
또, 본 발명의 제조방법에서는, 절연막(14')상에의 발열체(15), 전극(16, 16), 발열체 보호층(17)의 형성을, 금속기판(12')과 금속기판(22')과 커버 부재(28)의 접합후에 행해도 좋다.
<제조방법의 제 5 실시형태>
도 41 및 도 42는 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 1실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 41, 도 42에서는, 상기의 마이크로 리액터(101)를 예로 하여 설명한다.
본 발명의 제조방법에서는, 먼저, 홈부형성 공정에 있어서, 금속기판(102)의 한쪽 면(102a)에 미세홈부(103)를 형성한다(도 41A). 이 미세홈부(103)는, 금속기판(102)의 면(102a)에 소정의 개구 패턴을 갖는 레지스트를 형성하고, 이 레지스트를 마스크로 하여 습식 에칭에 의해 빗 형상의 리브(102A, 102B)를 남기도록 금속기판(102)을 에칭하여 형성할 수 있어, 마이크로 머신에 의한 가공을 불필요하게 할 수 있다. 형성되는 미세홈부(103)는, 단면이 원호 형상 내지 반원 형상, 또는, ∪자 형상이 바람직하고, 또, 유체의 흐름 방향을 따른 벽면에 모서리부가 존재하지 않는 것이 바람직하다. 이러한 형상으로 함으로써, 후공정의 촉매담지 공정에서 모서리부에 촉매가 퇴적되는 것이 방지되어, 균일한 촉매담지가 가능하게 된다. 사용하는 금속기판(102)의 재질은, 다음 표면처리 공정에서 양극산화에 의해 금속산화막의 형성이 가능한 Al, Si, Ta, Nb, V, Bi, Y, W, Mo, Zr, Hf 등을 들 수 있다.
다음에, 접합공정에서, 금속 커버 부재(4)를 금속기판면(102a)에 접합하여 접합체(115)를 형성한다(도 41B). 금속 커버 부재(104)의 재질도, 다음 표면처리 공정에서 양극산화에 의해 금속산화막의 형성이 가능한 Al, Si, Ta, Nb, V, Bi, Y, W, Mo, Zr, Hf 등을 사용할 수 있다. 이 금속 커버 부재(104)의 금속기판면(102a)에의 접합은, 예를 들면 확산접합, 납땜 등에 의해 행할 수 있다. 이 접합시, 금속 커버 부재(104)에 설치되어 있는 원료 도입구(104a)와 가스 배출구(104b)가, 금속기판(102)에 형성된 미세홈부(103)의 유로의 양 단부에 일치하도록 위치맞춤을 한다. 이와 같이 형성한 접합체(115)에는, 미세홈부(103)가 금속 커버 부재(104)로 덮혀서 유로(105)가 형성되어 있다.
다음에, 표면처리 공정에서, 접합체(115)를 양극산화 하고, 유로(105)내벽면을 포함하는 전체면에 금속산화막(절연막)(106)을 형성한다(도 41C). 이 금속산화막(절연막)(106)의 형성은, 접합체(115)를 외부전극의 양극에 접속한 상태에서, 양극산화 용액에 침지하여 음극과 대향시키고 통전함으로써 행할 수 있다.
이어서, 촉매담지 공정에서, 유로(105)의 내벽면의 전체면에 금속산화막(절연막)(106)를 통하여 촉매(C)를 담지한다(도 42A). 금속산화막(절연막)(106)상에의 촉매(C)의 담지는, 예를 들면 촉매 현탁액을 접합체(115)의 유로(105)내에 흘려서 충전하고, 또는, 촉매 현탁액내에 접합체(115)를 침지하고, 그 후에 촉매 현탁액을 유로(105)로부터 뽑아서 건조함으로써 행할 수 있다. 이 촉매담지 공정에서는 전술한 바와 같이, 미세홈부(3)의 단면형상이 원호형상 내지 반원형상, 또는, ∪자 형상이고, 유체의 흐름 방향을 따른 벽면에 모서리부가 존재하지 않을 경우, 촉매가 퇴적되기 쉬운 모서리부가 유로(105)내에 거의 존재하지 않게 되어, 균일한 촉매담지가 가능하게 된다. 또한, 상기의 건조시에, 진동 또는 회전을 접합체(115)에 부여함으로써, 보다 균일한 촉매담지가 가능하게 된다.
이어서, 금속기판(102)의 면(102b)측의 금속산화막(절연막)(106)상에 발열체(107)를 설치하고, 또한, 통전용의 전극(108, 108)을 형성한다(도 42B). 발열체(107)는 카본 페이스트, 니크롬(Ni-Cr 합금), W, Mo 등의 재질을 사용하여 형성할 수 있다. 발열체(107)의 형성방법으로서는, 상기의 재료를 함유하는 페이스트를 사용하여 스크린인쇄에 의해 형성하는 방법, 상기의 재료를 함유하는 페이스트를 사용하여 도포막을 형성하고, 그 후에 에칭 등에 의해 패터닝 하는 방법, 상기 재료를 사용하여 진공성막법에 의해 박막을 형성하고, 그 후에 에칭 등에 의해 패터닝 하는 방법 등을 들 수 있다.
또, 통전용의 전극(108, 108)은, Au, Ag, Pd, Pd-Ag 등의 도전 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 예를 들면, 상기의 도전 재료를 함유하는 페이스트를 사용하여 스크린 인쇄에 의해 형성할 수 있다.
이어서, 전극(108, 108)이 노출되도록 발열체 보호층(109)을 발열체(107)상에 형성한다(도 42C). 발열체 보호층(109)은 폴리이미드, 세라믹(Al2O3, SiO2) 등의 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 예를 들면 상기 재료를 함유하는 페이스트를 사용하여 스크린인쇄에 의해 전극 개구부(109a, 109a)를 갖는 패턴으로 형성할 수 있다.
또, 본 발명의 제조방법에서는, 다음과 같은 공정으로 해도 된다. 먼저, 미세홈부(103)를 형성한 금속기체(102)에 양극산화를 시행한 전체면에 금속산화막(절연막)(106)을 형성한다. 다음에 접합면이 되는 면(102a)에 존재하는 금속산화막(106)을 연마하여 제거한 후, 금속기판(102)과 커버 부재(104)를 접합한다. 그 후, 유로(105)의 내벽면인 금속산화막(106)에 촉매(C)를 담지시킨다.
<제조방법의 제 6 실시형태>
도 43 및 도 44는 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 다른 실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 43, 도 44에서는, 상기의 마이크로 리액터(121)를 예로 하여 설명한다.
본 발명의 제조방법에서는, 먼저, 홈부형성 공정에서, 금속기판(122)의 한쪽 면(122a)에 미세홈부(123)를 형성한다(도 43A). 사용하는 금속기판(122)은 후공정의 표면처리 공정에서 보헤마이트 처리에 의한 금속산화막의 형성이 가능한 재료, 예를 들면 Cu, 스테인레스, Fe, Al 등을 사용할 수 있다. 또, 미세홈부(123)의 형성은, 상기의 실시형태에서의 금속기판(102)에의 미세홈부(103)의 형성과 동일하게 하여 행할 수 있다.
다음에, 접합공정에서, 미세홈부(123)가 형성되어 있지 않은 금속기판(122)의 면(122b)상에 절연막(130)을 형성한 후, 미세홈부(123)가 형성되어 있는 금속기판면(122a)에 금속 커버 부재(124)를 접합하여 접합체(135)를 형성한다(도 43B).
절연막(130)은, 예를 들면 폴리이미드, 세라믹(Al2O3, SiO2) 등을 사용하여 형성할 수 있다. 절연막(130)의 형성은, 예를 들면 상기의 절연재료를 함유하는 페이스트를 사용한 스크린인쇄 등의 인쇄법에 의해, 또는, 상기 절연재료를 사용한 스퍼터링, 진공증착 등의 진공성막법에 의해 박막을 형성하고, 경화 시킴으로써 행할 수 있다. 또한, 절연막(130)의 형성을 금속기판(122)과 금속 커버 부재(124)와의 접합후에 행해도 좋다.
금속 커버 부재(124)의 재질은, 다음 표면처리 공정에서 보헤마이트 처리에 의한 금속산화막의 형성이 가능한 재료, 예를 들면 Cu, 스테인레스, Fe, Al 등을 사용할 수 있다. 이 금속 커버 부재(124)의 금속기판면(122a)에의 접합은, 예를 들면 확산접합, 납땜 등에 의해 행할 수 있다. 이 접합시, 금속 커버 부재(124)에 설치되어 있는 원료 도입구(124a)와 가스 배출구(124b)가, 금속기판(122)에 형성된 미세홈부(123)의 유로의 양 단부에 일치하도록 위치맞춤을 한다. 이와 같이 형성한 접합체(135)에는, 미세홈부(123)가 금속 커버 부재(124)로 덮혀서 유로(125)가 형성되어 있다.
다음에 표면처리 공정에서, 접합체(135)의 유로(125)의 내벽면에 금속산화막(126)을 형성한다(도 43C). 이 금속산화막(126)의 형성은 보헤마이트 처리에 의해 행할 수 있고, 예를 들면 알루미나 졸과 같은 보헤마이트 알루미나가 분산되어 있는 상태의 현탁액을 사용하고, 이 현탁액의 점도를 충분하게 저하시킨 것을 유로(125)내에 부어 넣고, 그 후에 건조시켜, 보헤마이트 피막을 유로내면에 고정화시키는 것(워시 코트 처리)에 의해 행할 수 있다.
이어서, 촉매담지 공정에서, 유로(125)의 내벽면의 전체면에 금속산화막(126)을 통하여 촉매(C)를 담지한다(도 44A). 금속산화막(126)상에의 촉매(C)의 담지는, 상기의 실시형태에서의 촉매담지 공정과 동일하게 하여 행할 수 있다. 본 실시예태에서도, 미세홈부(123)의 단면 형상이 원호 형상 내지 반원 형상, 또는, ∪자 형상이고, 유체의 흐름 방향을 따른 벽면에 모서리부가 존재하지 않을 경우, 촉매가 퇴적되기 쉬운 모서리부가 유로(125)내에 거의 존재하지 않게 되어, 균일한 촉매담지가 가능하게 된다. 또, 건조시에, 진동 또는 회전을 접합체(135)에 부여함으로써, 보다 균일한 촉매담지가 가능하게 된다.
이어서, 금속기판(122)의 면(122b)측의 절연막(130)상에 발열체(127)를 설치하고, 또한, 통전용의 전극(128,128)을 형성한다(도 44B). 그 후에 전극(128, 128)이 노출되도록 발열체 보호층(129)을 발열체(127)상에 형성한다(도 42C). 발열체(127), 전극(128, 128), 발열체 보호층(129)의 재질, 형성방법은 상기의 실시형태와 동일하게 할 수 있다.
또, 본 발명의 제조방법에서는, 다음과 같은 공정으로 해도 좋다. 먼저, 미세홈부(123)를 형성한 금속기체(122)에 양극산화를 시행하고 전체면에 금속산화막(절연막)(126)을 형성한다. 다음에 접합면이 되는 면(122a)에 존재하는 금속산화막(126)을 연마하여 제거한다. 그 후에 금속기판(122)과 커버 부재(124)을 접합한다. 이어서, 유로(125)의 내벽면인 금속산화막(126)에 촉매(C)를 담지시킨다. 그리고, 금속기판(122)의 면(122b)상에 절연막(130)을 형성하고, 이 절연막(130)상에, 발열체(127), 전극(128, 128), 발열체 보호층(129)을 형성한다.
<제조방법의 제 7 실시형태>
도 45 및 도 46은 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 다른 실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 45, 도 46에서는, 상기의 마이크로 리액터(141)를 예로 하여 설명한다.
본 발명의 제조방법에서는, 먼저, 홈부형성 공정에서, 금속기판(142)의 한쪽 면(142a)에 미세홈부(143)를 형성하고, 금속기판(144)의 한쪽 면(144a)에 미세홈부(145)를 형성한다(도 45A). 이 미세홈부(143, 145)는 금속기판(142, 144)의 면(142a, 144a)에 소정의 개구 패턴을 갖는 레지스트를 형성하고, 이 레지스트를 마스크로 하여 습식 에칭에 의해 빗 형상의 리브(142A, 142B), 리브(144A, 144B)를 남기도록 금속기판(142, 144)을 에칭하여 형성할 수 있어, 마이크로 머신에 의한 가공을 불필요하게 할 수 있다.
금속기판(142, 144)은 형성되는 미세홈부(143)와 미세홈부(145)의 패턴 형상이 금속기판(142, 144)의 접합면(142a,144a)에 대해 대칭관계에 있는 1조의 금속기판을 이룬다. 또, 미세홈부(143, 145)는, 단면이 원호형상 내지 반원형상, 또는, U자형상이 바람직하고, 또, 유체의 흐름 방향을 따른 벽면에 모서리부가 존재하지 않는 것(빗 형상의 리브(142A, 142B)나 리브(144A, 144B)의 각 선단부에서의 되꺾임 부위는 모서리부가 없이 둥근 형태를 갖는 것)이 바람직하다. 이러한 형상으로 함으로써, 후공정의 촉매담지 공정에서 모서리부에 촉매가 퇴적되는 것이 방지되어, 균일한 촉매담지가 가능하게 된다. 사용하는 금속기판(142, 144)의 재질은, 다음의 표면처리 공정에서 양극산화에 의해 금속산화막의 형성이 가능한 Al, Si, Ta, Nb, V, Bi, Y, W, Mo, Zr, Hf 등을 들 수 있다.
다음에, 접합공정에서, 1조의 금속기판(142, 144)을, 미세홈부(143)와 미세홈부(145)가 대향하도록, 면(142a,144a)로 접합하여 접합체(155)를 형성한다(도 45B).
상기한 바와 같이, 미세홈부(143)와 미세홈부(145)는, 금속기판(142, 144)의 접합면(142a,144a)에 대해 대칭관계에 있는 패턴 형상이기 때문에, 금속기판(142, 144)의 접합에 의해, 미세홈부(143)와 미세홈부(145)가 완전하게 대향하여 유로(146)가 형성된다. 이 유로(146)의 유체의 흐름 방향에 수직한 단면에서의 내벽면의 형상은 대략 원 형상이다. 상기의 금속기판(142, 144)의 접합은, 예를 들면 확산접합, 납땜 등에 의해 행할 수 있다.
다음에, 표면처리 공정에서, 접합체(155)를 양극산화 하고, 유로(146)내벽면을 포함하는 전체면에 금속산화막(절연막)(147)을 형성한다(도 45C). 이 금속산화막(절연막)(147)의 형성은, 접합체(155)를 외부전극의 양극에 접속한 상태에서, 양극산화 용액에 침지하고 음극과 대향시켜 통전함으로써 행할 수 있다.
이어서, 촉매담지 공정에서, 유로(146)의 내벽면의 전체면에 금속산화막(절연막)(147)을 통하여 촉매(C)를 담지한다(도 46A). 금속산화막(절연막)(147)상에의 촉매(C)의 담지는, 예를 들면 촉매 현탁액을 접합체(155)의 유로(146)내에 흘려서 충전하고, 또는, 촉매 현탁액내에 접합체(155)를 침지하고, 그 후에 잉어 현탁액을 유로(146)로부터 뽑아서 건조함으로써 행할 수 있다. 이 촉매담지 공정에서는, 전술한 바와 같이, 미세홈부(143, 145)의 단면형상이 원호형상 내지 반원형상, 또는, ∪자 형상이고, 유체의 흐름 방향을 따른 벽면에 모서리부가 존재하지 않는 경우, 촉매가 퇴적되기 쉬운 모서리부가 유로(146)내에 존재하지 않게 되어, 균일한 촉매담지가 가능하게 된다. 또한, 상기의 건조시에, 진동 또는 회전을 접합체(155)에 부여함으로써, 보다 균일한 촉매담지가 가능하게 되나.
이어서, 금속기판(142)의 면(142b)측의 금속산화막(절연막)(147)상에 발열체(148)를 설치하고, 또한, 통전용의 전극(149, 149)을 형성한다(도 46B). 발열체(148)는 카본 페이스트, 니크롬(Ni-Cr 합금), W, Mo 등의 재질을 사용하여 형성할 수 있다. 발열체(148)의 형성방법으로서는, 상기의 재료를 함유하는 페이스트를 사용하여 스크린인쇄에 의해 형성하는 방법, 상기의 재료를 함유하는 페이스트를 사용하여 도포막을 형성하고, 그 후에 에칭 등에 의해 패터닝 하는 방법, 상기 재료를 사용하여 진공성막법에 의해 박막을 형성하고, 그 후에 에칭 등에 의해 패터닝 하는 방법 등을 들 수 있다.
또, 통전용의 전극(149, 149)은 Au, Ag, Pd, Pd-Ag 등의 도전 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 예를 들면 상기의 도전 재료를 함유하는 페이스트를 사용하여 스크린인쇄에 의해 형성할 수 있다.
이어서, 전극(149, 149)이 노출되도록 발열체 보호층(150)을 발열체(148)상에 형성한다(도 46C). 발열체 보호층(150)은 폴리이미드, 세라믹(Al2O3, SiO2) 등의 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 예를 들면 상기 재료를 함유하는 페이스트를 사용하여 스크린인쇄에 의해 전극 개구부(150a, 150a)를 갖는 패턴으로 형성할 수 있다.
또, 본 발명의 제조방법에서는, 다음과 같은 공정으로 해도 좋다. 먼저, 미세홈부(143, 145)를 형성한 금속기체(142,144)에 양극산화를 시행하여 전체면에 금속산화막(절연막)(147)을 형성한다. 다음에 접합면이 되는 면(142a,144a)에 존재하는 금속산화막(147)을 연마하여 제거한다. 그 후에 금속기판(142)과 금속기판(144)을 접합한다. 이어서, 유로(146)의 내벽면인 금속산화막(147)에 촉매(C)를 담지시킨다.
<제조방법의 제 8 실시형태>
도 47 및 도 48은 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법의 다른 실시형태를 설명하기 위한 공정도이다.
도 47, 도 48에서는, 상기의 마이크로 리액터(161)를 예로 하여 설명한다.
본 발명의 제조방법에서는, 먼저, 홈부형성 공정에서, 금속기판(162)의 한쪽 면(162a)에 미세홈부(163)를 형성하고, 금속기판(164)의 한쪽 면(164a)에 미세홈부(165)를 형성한다(도 47A). 이 미세홈부(163,165)의 형성은, 상기의 제 3 실시형태에서의 금속기판(142, 144)에의 미세홈부(143, 145)의 형성과 동일하게 하여 행할 수 있다. 또, 사용하는 금속기판(162, 164)은, 후공정의 표면처리 공정에서 보헤마이트 처리에 의한 금속산화막의 형성이 가능한 재료, 예를 들면 Cu, 스테인레스, Fe, Al 등을 사용할 수 있다.
다음에 접합공정에서, 미세홈부(163)가 형성되어 있지 않은 금속기판(162)의 면(162b)상에 절연막(171)을 형성한 후, 1조의 금속기판(162, 164)을 미세홈부(163)와 미세홈부(165)가 대향하도록, 면(162a, 164a)로 접합하여 접합체(175)를 형성한다(도 47B).
절연막(171)은, 예를 들면 폴리이미드, 세라믹(Al2O3, SiO2) 등을 사용하여 형성할 수 있다. 절연막(171)의 형성은, 예를 들면 상기의 절연재료를 함유하는 페이스트를 사용한 스크린인쇄 등의 인쇄법에 의해, 또는, 상기 절연재료를 사용한 스퍼터링, 진공증착 등의 진공성막법에 의해 박막을 형성하고, 경화 시킴으로써 행할 수 있다. 또한, 절연막(171)의 형성은 금속기판(162, 164)의 접합후에 행해도 좋다.
상기의 금속기판(162, 164)의 접합은, 예를 들면 확산접합, 납땜 등에 의해 행할 수 있다. 이 접합에서, 미세홈부(163)와 미세홈부(165)는 금속기판(162, 164)의 접합면(162a,164a)에 대해 대칭관계에 있는 패턴 형상이기 때문에, 미세홈부(163)와 미세홈부(165)가 완전하게 대향하여 유로(166)가 형성되고, 이 유로(166)의 유체의 흐름 방향에 수직한 단면에서의 내벽면의 형상은 대략 원 형상이 된다.
다음에 표면처리 공정에서, 접합체(175)의 유로(166)의 내벽면에 금속산화막(167)을 형성한다(도 47C). 이 금속산화막(167)의 형성은, 보헤마이트 처리에 의해 행할 수 있고, 예를 들면 알루미나 졸과 같은 보헤마이트 알루미나가 분산되어져 있는 상태의 현탁액을 사용하고, 이 현탁액의 점도를 충분하게 저하시킨 것을 유로(166)내에 부어 넣고, 그 후에 건조시켜, 보헤마이트 피막을 유로 내면에 고정화시키는 것(워시 코트 처리)에 의해 행할 수 있다.
이어서, 촉매담지 공정에서, 유로(166)의 내벽면의 전체면에 금속산화막(167)을 통하여 촉매(C)를 담지한다(도 48A). 금속산화막(167)상에의 촉매(C)의 담지는, 상기의 제 3 실시형태에서의 촉매담지 공정과 동일하게 하여 행할 수 있다. 본 실시예에서도 미세홈부(163,165)의 단면형상이 원호형상 내지 반원형상, 또는, ∪자 형상이고, 유체의 흐름 방향을 따른 벽면에 모서리부가 존재하지 않는 경우, 촉매가 퇴적되기 쉬운 모서리부가 유로(166)내에 존재하지 않게 되어, 균일한 촉매담지가 가능하게 된다. 또, 건조시에, 진동 또는 회전을 접합체(175)에 부여함으로써, 보다 균일한 촉매담지가 가능하게 된다.
이어서, 금속기판(162)의 면(162b)측의 절연막(171)상에 발열체(168)를 설치하고, 또한, 통전용의 전극(169,169)을 형성한다(도 48B). 그 후에 전극(169,169)이 노출되도록 발열체 보호층(170)을 발열체(168)상에 형성한다(도 48C). 발열체(168), 전극(169,169), 발열체 보호층(170)의 재질, 형성방법은 상기의 제 3 실시형태와 동일하게 할 수 있다.
또, 본 발명의 제조방법에서는, 다음과 같은 공정으로 해도 좋다. 먼저, 미세홈부(163,165)를 형성한 금속기체(162,164)에 양극산화를 시행하여 전체면에 금속산화막(절연막)(167)을 형성한다. 다음에 접합면이 되는 면(162a, 164a)에 존재하는 금속산화막(167)을 연마하여 제거한다. 그 후에 금속기판(162)과 금속기판(164)을 접합한다. 이어서, 유로(166)의 내벽면인 금속산화막(167)에 촉매(C)를 담지시킨다.
이와 같은 본 발명의 마이크로 리액터 제조방법에서는, 접합공정에 의해 유로를 구비한 접합체가 형성된 후에 촉매가 담지되므로, 접합공정에서의 열에 의한 촉매의 실활의 우려가 없고, 촉매의 선택폭이 넓어지고, 또한, 접합공정까지 완료시켜서 복수의 접합체를 준비해 두고, 이들 접합체에 원하는 촉매를 담지시킴으로써, 다른 반응에 사용되는 마이크로 리액터, 예를 들면 메탄올의 개질용, 일산화탄소의 산화용의 각 마이크로 리액터를 제조할 수 있어, 제조공정의 간소화가 가능하다. 또, 금속기판을 사용하므로, 미세홈부의 형성으로 마이크로 머신 가공을 행할 필요가 없고, 에칭 가공 등의 저렴한 가공방법에 의해 용이하게 행할 수 있고, 또한, 연마공정도 불필요하기 때문에, 마이크로 리액터의 제조 코스트 저감이 가능하게 된다. 또, 유로의 내벽면에 모서리부를 존재시키지 않도록 한 경우, 촉매담지 공정에서의 담지량의 편차가 억제되어, 촉매를 균일하게 담지시킬 수 있다.
또한, 상기의 마이크로 리액터 제조방법의 실시형태는 1예이고, 본 발명은 이것들에 한정되는 것은 아니다.
다음에 보다 구체적인 실시예를 도시하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
(실시예 1)
기재로서 두께 1000㎛의 Al 기판(250mm×250mm)을 준비하고, 이 Al 기판의 양면에 감광성 레지스트 재료(도쿄오카고교(주)제 OFPR)을 디핑법에 의해 도포(막두께 7㎛(건조시))했다. 다음에 Al 기판의 미세홈부를 형성하는 쪽의 레지스트 도포막상에, 폭 1500㎛의 스트라이프 형상의 차광부가 피치 2000㎛로 좌우로 번갈아 돌출(돌출 길이 30mm)한 형상의 포토마스크를 배치하고, 이 포토마스크를 통하여 레지스트 도포막을 노광하고, 탄산수소나트륨 용액을 사용하여 현상했다. 이것에 의해, Al 기판의 한쪽 면에는, 폭 500㎛의 스트라이프 형상의 개구부가 피치 2000㎛로 배열되고, 인접하는 스트라이프 형상의 개구부가, 그 단부에서 번갈아 연속하는 것과 같은 레지스트 패턴이 형성되었다.
다음에, 상기의 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 하기의 조건으로 Al 기판을 에칭했다. 이 에칭은 Al 기판의 한쪽 면으로부터 하프 에칭에 의해 미세홈부를 형성하는 것이며, 에칭에 요한 시간은 3분 이었다.
(에칭 조건)
·온도: 20℃
·에칭액(HCl) 농도: 200g/L
(35%HCl을 순수중에 200g 용해하여 1L로 함)
상기의 에칭 처리가 종료된 후, 수산화 나트륨 용액을 사용하여 레지스트 패턴을 제거하고, 수세했다. 이것에 의해, Al 기판의 한쪽 면에, 폭 1000㎛, 깊이 650㎛, 길이 30mm의 스트라이프 형상의 미세홈이 2000㎛의 피치로 형성되고, 인접하는 미세홈의 단부에서 번갈아 연속되는(도 3에 도시되는 바와 같은)미세홈부(유로 길이 300mm)가 형성되었다.
다음에 상기의 Al 기판을 외부전극의 양극에 접속하고, 양극산화 용액(4%옥살산 용액)에 침지하고 음극과 대향시키고, 하기의 조건으로 통전함으로써, 산화알루미늄 박막을 형성하여 절연막으로 했다. 또한, 형성한 산화알루미늄 박막의 두께를 엘립소미터로 측정한 결과, 약 30㎛ 였다.
(양극산화의 조건)
·욕온: 25℃
·전압: 25V(DC)
·전류밀도: 100A/m2
이어서, 미세홈부가 형성되어 있지 않은 Al 기판의 산화알루미늄 박막상에 하기 조성의 발열체용 페이스트를 스크린인쇄에 의해 인쇄하고, 200℃로 경화시켜서 발열체를 형성했다. 형성한 발열체는 폭 100㎛의 세선을 미세홈부가 형성되어 있는 영역에 상당하는 영역(35mm×25mm) 전체면을 덮도록 Al 기판상에 선간격 100㎛로 둘러 친 형상으로 했다.
(발열체용 페이스트의 조성)
·카본 분말 … 20중량부
·미분말 실리카 … 25중량부
·크실렌페놀 수지 … 36중량부
·부틸카르비톨 … 19중량부
또, 하기 조성의 전극용 페이스트를 사용하여, 스크린인쇄에 의해 발열체의 소정의 2개소에 전극(0.5mm×0.5mm)을 형성했다.
(전극용 페이스트의 조성)
·은도금 동분말 … 90중량부
·페놀수지 … 6.5중량부
·부틸카르비톨 … 3.5중량부
다음에 발열체상에 형성된 2개의 전극을 노출하도록, 하기 조성의 보호층용 페이스트를 이용하여, 스크린인쇄에 의해 발열체 보호층(두께 20㎛)을 발열체상에 형성했다.
(보호층용 페이스트의 조성)
·수지분 농도 … 30중량부
·실리카 필러 … 10중량부
·락톤계 용제(펜타1-4-락톤) … 60중량부
이어서, Al 기판의 미세홈부 형성면측을 하기 조성의 촉매 수용액내에 침지(10분간)하고, 그 후 250℃, 6시간의 건조 환원처리를 시행하여, 미세홈부내에 촉매를 담지시켰다.
(촉매 수용액의 조성)
·Al … 41.2중량%
·Cu … 2.6중량%
·Zn … 2.8중량%
다음에 Al 기판의 미세홈부 형성면측을 알루미나 분말에 의해 연마하여 Al면을 노출시켰다. 이어서, 커버 부재로서, 두께 100㎛의 Al판을 Al 기판면에 하기의 조건으로 확산 접합했다. 이 Al판에는, 2개소의 개구부(원료 도입구와 가스 배출구, 각 개구부의 치수는 0.6mm×0.6mm)이 설치되어 있고, 각 개구부가 Al 기판에 형성된 미세홈부의 유로의 양 단부에 일치하도록 위치맞춤을 했다.
(확산접합 조건)
·분위기: 진공중
·접합온도: 300℃
·접합시간: 8시간
이것에 의해, 본 발명의 마이크로 리액터를 얻을 수 있었다.
(실시예 2)
[1단째의 금속기판의 제작]
기재로서 두께 1000㎛의 스테인레스 기판(SUS304, 250mm×250mm)을 준비하고, 이 스테인레스 기판의 양면에 감광성 레지스트 재료(도쿄오카고교(주)제 OFPR)를 디핑법에 의해 도포(막두께 7㎛(건조시))했다. 다음에 스테인레스 기판의 미세홈부를 형성하는 쪽의 레지스트 도포막상에, 폭 1500㎛의 스트라이프 형상의 차광부가 피치 2000㎛로 좌우로 번갈아 돌출(돌출 길이 30mm)한 형상의 포토마스크를 배치하고, 또한 타방의 레지스트 도포막상에 개구 직경800㎛의 원형개구를 갖는 포토마스크를 배치하고, 이들 포토마스크를 통하여 레지스트 도포 막을 노광하고, 탄산수소나트륨 용액을 사용하여 현상했다. 이것에 의해, 스테인레스 기판의 한쪽 면에는, 폭 500㎛의 스트라이프 형상의 개구부가 피치 2000㎛로 배열되고, 인접하는 스트라이프 형상의 개구부가, 그 단부에서 번갈아 연속되는 레지스트 패턴이 형성되었다. 또, 스테인레스 기판의 다른쪽 면에는, 개구 직경 800㎛의 원형 개구를 갖는 레지스트 패턴이 형성되었다. 이 원형개구는 반대면의 스트라이프 형상 개구부의 소정 부위에 대응하는 위치였다.
다음에, 상기의 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 하기의 조건으로 스테인레스 기판을 에칭했다. 이 에칭은, 스테인레스 기판의 한쪽 면으로부터 하프 에칭에 의해 미세홈부를 형성하고, 다른쪽 면으로부터의 에칭에 의해 관통구멍을 형성하는 것이며, 에칭에 요한 시간은 25분 이었다.
(에칭 조건)
·온도: 80℃
·에칭액(염화제2철 용액) 비중: 45보메(°B'e)
상기의 에칭 처리가 종료된 후, 수산화 나트륨 용액을 사용하여 레지스트 패턴을 제거하고, 수세했다. 이것에 의해, 스테인레스 기판의 한쪽 면에, 폭 1000㎛, 깊이 650㎛, 길이 30mm의 스트라이프 형상의 미세홈이 2000㎛의 피치로 형성되고, 인접하는 미세홈의 단부에서 번갈아 연속되는(도 9에 도시되는 바와 같은) 미세홈부(유로 길이 300mm)가 형성되었다. 또, 이 연속되는 미세홈부의 단부에는, 도 9에 도시되는 바와 같이, 형성된 관통구멍의 개구가 위치하는 것이었다.
다음에 미세홈부가 형성되어 있지 않은 스테인레스 기판면에, 절연막용 도포액으로서 폴리이미드 전구체 용액(도레이(주)제 포토니스)을 스크린인쇄에 의해 상기의 관통 구멍을 막지 않도록 인쇄하고, 350℃에서 경화시켜서 두께 20㎛의 절연막을 형성했다.
이어서, 스테인레스 기판의 절연막상에 하기 조성의 발열체용 페이스트를 스크린인쇄에 의해 인쇄하고, 200℃로 경화시켜서 발열체를 형성했다. 형성한 발열체는, 폭 100㎛의 세선을, 미세홈부가 형성되어 있는 영역에 상당하는 영역(35mm×25mm) 전체면을 덮도록, 또한, 관통구멍을 막지 않도록, 절연막상에 선간격 100㎛로 둘러 친 형상으로 했다.
(발열체용 페이스트의 조성)
·카본 분말 … 20중량부
·미분말 실리카 … 25중량부
·크실렌페놀 수지 … 36중량부
·부틸카르비톨 … 19중량부
또, 하기 조성의 전극용 페이스트를 사용하여, 스크린인쇄에 의해 발열체의 소정의 2개소에 전극(0.5mm×0.5mm)을 형성했다.
(전극용 페이스트의 조성)
·은도금 동분말 … 90중량부
·페놀수지 … 6.5중량부
·부틸카르비톨 … 3.5중량부
다음에 발열체상에 형성된 2개의 전극과, 관통구멍의 개구를 노출하도록, 하기 조성의 보호층용 페이스트를 사용하여, 스크린인쇄에 의해 발열체 보호층(두께 20㎛)을 발열체상에 형성했다.
(보호층용 페이스트의 조성)
·수지분 농도 … 30중량부
·실리카 필러 … 10중량부
·락톤계 용제(펜타1-4-락톤) … 60중량부
이어서, 스테인레스 기판의 미세홈부 형성면측을 하기 조성의 촉매 수용액내에 침지(10분간)하고, 그 후에 250℃, 6시간의 건조 환원처리를 시행하여, 미세홈부내에 촉매를 담지시켰다.
(촉매 수용액의 조성)
·Al … 41.2중량%
·Cu … 2.6중량%
·Zn … 2.8중량%
다음에 스테인레스 기판의 미세홈부 형성면측을 알루미나 분말에 의해 연마하여 스테인레스 기판면을 노출시켰다. 이것에 의해, 1단째의 금속기판을 준비했다.
[2단째의 금속기판의 제작]
한편, 상기와 동일한 스테인레스 기판을 준비하고, 이 스테인레스 기판의 양면에 상기와 동일하게 감광성의 레지스트 도포 막을 형성했다. 다음에 스테인레스 기판의 미세홈부를 형성하는 쪽의 레지스트 도포막상에, 폭 1500㎛의 스트라이프 형상의 차광부가 피치 2000㎛로 좌우로 번갈아 돌출(돌출 길이 30mm) 한 형상의 포토마스크를 배치하고, 또, 다른쪽 레지스트 도포막상에 개구 직경 800㎛의 원형 개구를 갖는 포토마스크를 배치하고, 이들 포토마스크를 통하여 레지스트 도포막을 노광하고, 탄산수소나트륨 용액을 사용하여 현상했다. 이것에 의해 스테인레스 기판의 한쪽 면에는, 폭 500㎛의 스트라이프 형상의 개구부가 피치 2000㎛로 배열되고, 인접하는 스트라이프 형상의 개구부가, 그 단부에서 번갈아 연속되는 레지스트 패턴이 형성되었다. 또, 스테인레스 기판의 다른쪽 면에는, 개구 직경 800㎛의 원형 개구를 갖는 레지스트 패턴이 형성되었다. 이 원형 개구는 반대면의 스트라이프 형상 개구부의 소정 부위에 대응하는 위치였다.
다음에 상기의 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상기와 동일한 조건으로 스테인레스 기판을 에칭했다. 이 에칭은 스테인레스 기판의 한쪽 면으로부터 하프 에칭에 의해 미세홈부를 형성하고, 다른쪽 면으로부터의 에칭에 의해 관통구멍을 형성하는 것이며, 에칭에 요한 시간은 25분 이었다.
상기의 에칭 처리가 종료한 후, 수산화 나트륨 용액을 사용하여 레지스트 패턴을 제거하고, 수세했다. 이것에 의해 스테인레스 기판의 한쪽 면에, 폭 1000㎛, 깊이 650㎛, 길이 30mm의 스트라이프 형상의 미세홈이 2000㎛의 피치 로 형성되고, 인접하는 미세홈의 단부에서 번갈아 연속되는(도 10에 도시되는 바와 같은) 미세홈부(유로 길이 300mm)가 형성되었다. 또, 이 연속되는 미세홈부의 단부에는, 도 10에 도시되는 바와 같이, 형성된 관통구멍의 개구가 위치하는 것이었다.
이어서, 스테인레스 기판의 미세홈부 형성면측을 하기 조성의 촉매 수용액내에 침지(10분간)하고, 그 후에 500℃, 1시간의 건조 환원처리를 시행하여, 미세홈부내에 촉매를 담지시켰다.
(촉매 수용액의 조성)
·Pt … 0.4중량%
·Fe … 0.2중량%
·모르데나이트[Na8(A8Si40O96)·24H2O] … 9.4중량%
다음에 스테인레스 기판의 미세홈부 형성면측을 알루미나 분말에 의해 연마하여 스테인레스 기판면을 노출시켰다. 이것에 의해 2단째의 금속기판을 준비했다.
[접합공정]
상기의 1단째의 금속기판의 미세홈부 형성면과, 2단째의 미세홈부 형성면의 반대면을 하기의 조건으로 확산 접합했다. 이 접합시, 2단째의 금속기판의 관통구멍이, 1단째의 금속기판에 형성된 미세홈부의 유로의 단부(1단째의 금속기판에서의 관통구멍이 형성되어 있는 단부와는 다른 단부)에 일치하도록 위치맞춤을 행했다.
(확산접합조건)
·분위기: 진공중
·접합온도: 1000℃
·접합시간: 12시간
이어서, 커버 부재로서, 두께 0.3㎛의 스테인레스판을 2단째의 금속기판면의 미세홈부 형성면에 하기의 조건으로 확산 접합했다. 이 스테인레스판에는 1개소의 개구부(가스 배출구: 개구부의 치수는 0.6mm×0.6mm)이 설치되어 있고, 이 개구부가 2단째의 금속기판에 형성된 미세홈부의 유로의 단부(2단째의 금속기판에서의 관통구멍이 형성되어 있는 단부와는 다른 단부)에 일치하도록 위치맞춤을 행했다.
(확산접합 조건)
·분위기: 진공중
·접합온도: 1000℃
·접합시간: 12시간
이것에 의해 본 발명의 마이크로 리액터를 얻을 수 있었다.
(실시예 3)
금속기판으로서 두께 1000㎛의 Al 기판(250mm×250mm)을 준비하고, 이 Al 기판의 양면에 감광성 레지스트 재료(도쿄오카고교(주)제 OFPR)를 디핑법에 의해 도포(막두께 7㎛(건조시))했다. 다음에 Al 기판의 미세홈부를 형성하는 쪽의 레지스트 도포막상에, 폭 1500㎛의 스트라이프 형상의 차광부가 피치 2000㎛로 좌우로 번갈아 돌출(돌출 길이 30mm)한 형상의 포토마스크를 배치했다. 또한, 이 포토마스크에 있어서, 상기의 스트라이프 형상의 차광부가 베이스부로부터 돌출하는 부위는, 90°의 각도를 이루는 것이 아니고, 반경 1750㎛의 R형상을 이루는 것으로 했다. 이어서, 이 포토마스크를 통하여 레지스트 도포막을 노광하고, 탄산수소나트륨 용액을 사용하여 현상했다. 이것에 의해 Al 기판의 한쪽 면에는, 폭 500㎛의 스트라이프 형상의 개구부가 피치 2000㎛로 배열되고, 인접하는 스트라이프 형상의 개구부가 그 단부에서 번갈아 연속되는 레지스트 패턴이 형성되었다.
다음에 상기의 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 하기의 조건으로 Al 기판을 에칭(3분간)했다.
(에칭 조건)
·온도: 20℃
·에칭액(HCl) 농도: 200g/L
(35% HCl을 순수중에 200g 용해하여 1L로 만듦)
상기의 에칭 처리가 종료한 후, 수산화 나트륨 용액을 사용하여 레지스트 패턴을 제거하고, 수세했다. 이것에 의해 Al 기판의 한쪽 면에, 폭 1000㎛, 깊이 650㎛, 길이 30mm의 스트라이프 형상의 미세홈이 2000㎛의 피치로 형성되고, 인접하는 미세홈의 단부에서 번갈아 연속되는 형상(도 14에 도시되는 바와 같은 180도 되꺾이면서 사행하여 연속되는 형상)의 미세홈부(유로 길이 300mm)가 형성되었다. 이 미세홈부의 되꺾임 부위는, 모서리부가 없는 둥근 형태를 갖는 것이고, 유체의 흐름 방향을 따라 내벽면에 모서리부가 존재하지 않는 것이었다. 또, 미세홈부의 유체의 흐름 방향에 수직한 단면에서의 내벽면의 형상은 대략 반원 형상이었다.
이어서, 금속 커버 부재로서 두께 100㎛의 Al판을 준비하고, 이 Al판을, 상기한 바와 같이 미세홈부를 형성한 Al 기판에, 미세홈부를 덮도록 하기의 조건으로 확산 접합하여 접합체를 제작했다. 이 Al판에는, 2개소의 개구부(원료 도입구와 가스 배출구, 각 개구부의 치수는 0.6mm×0.6mm)가 설치되어 있고, 각 개구부가 Al 기판에 형성된 미세홈부의 유로의 양 단부에 일치하도록 위치맞춤을 했다. 이것에 의해 원료 도입구와 가스 배출구를 연결하는 유로가 접합체내에 형성되었다.
(확산접합 조건)
·분위기: 진공중
·접합온도: 1300℃
·접합시간: 8시간
다음에 상기의 접합체를 외부전극의 양극에 접속하고, 양극산화 용액(4%옥살산 용액)에 침지하고 음극과 대향시키고, 하기의 조건으로 통전함으로써, 유로 내부를 포함하는 접합체 표면에 산화알루미늄 박막을 형성하여 절연막으로 했다. 또한, 형성한 산화알루미늄 박막의 두께를 엘립소미터로 측정한 결과, 약 30㎛ 이었다.
(양극산화의 조건)
·욕온: 25℃
·전압: 25V(DC)
·전류밀도: 100A/m2
이어서, 접합체의 유로내에 하기 조성의 촉매 현탁액을 충전하여 방치(15분간)하고, 그 후에 촉매 현탁액을 뽑고, 1120℃, 3시간의 건조 환원처리를 시행하여 유로내 전체면에 촉매를 담지시켰다.
(촉매 현탁액의 조성)
·Al … 41.2중량%
·Cu … 2.6중량%
·Zn … 2.8중량%
이어서, 미세홈부가 형성되어 있지 않은 Al 기판의 산화알루미늄 박막상에 하기 조성의 발열체용 페이스트를 스크린인쇄에 의해 인쇄하고, 200℃에서 경화시켜 발열체를 형성했다. 형성한 발열체는, 폭 100㎛의 세선을, 미세홈부가 형성되어 있는 영역에 상당하는 영역(35mm×25mm) 전체면을 덮도록 Al 기판상에 선간격 100㎛로 둘러 친 형상으로 했다.
(발열체용 페이스트의 조성)
·카본 분말 … 20중량부
·미분말 실리카 … 25중량부
·크실렌페놀 수지 … 36중량부
·부틸카르비톨 … 19중량부
또, 하기 조성의 전극용 페이스트를 사용하여, 스크린인쇄에 의해 발열체의 소정의 2개소에 전극(0.5mm×0.5mm)을 형성했다.
(전극용 페이스트의 조성)
·은도금 동분말 … 90중량부
·페놀수지 … 6.5중량부
·부틸카르비톨 … 3.5중량부
다음에 발열체상에 형성된 2개의 전극을 노출하도록, 하기 조성의 보호층용 페이스트를 사용하여, 스크린인쇄에 의해 발열체 보호층(두께 20㎛)을 발열체상에 형성했다.
(보호층용 페이스트의 조성)
·수지분 농도 … 30중량부
·실리카 필러 … 10중량부
·락톤계 용제(펜타1-4-락톤) … 60중량부
이것에 의해 본 발명의 마이크로 리액터를 얻을 수 있었다.
(실시예 4)
금속기판으로서 두께 1000㎛의 Al 기판(250mm×250mm)을 준비하고, 이 Al 기판의 양면에 감광성 레지스트 재료(도쿄오카고교(주)제 OFPR)를 디핑법에 의해 도포(막두께 7㎛(건조시))했다. 다음에 Al 기판의 미세홈부를 형성하는 쪽의 레지스트 도포막상에, 폭 1500㎛의 스트라이프 형상의 차광부가 피치 2000㎛로 좌우로 번갈아 돌출(돌출 길이 30mm)한 형상의 포토마스크를 배치했다. 또한, 이 포토마스크에서, 상기의 스트라이프 형상의 차광부가 베이스부로부터 돌출하는 부위는, 90°의 각도를 이루는 것이 아니고, 반경 1750㎛의 R형상을 이루는 것으로 했다. 상기와 동일한 Al 기판을 준비하고, 동일하게 감광성 레지스트 재료를 도포하고, Al 기판의 미세홈부를 형성하는 쪽의 레지스트 도포막상에, 포토마스크를 배치했다. 이 포토마스크는 Al 기판면에 대해, 상기의 포토마스크와 면대칭이 되는 것으로 했다.
이어서, 상기의 1조의 금속기판에 대해, 각각 포토마스크를 통하여 레지스트 도포막을 노광하고, 탄산수소나트륨 용액을 사용하여 현상했다. 이것에 의해 각 Al 기판의 한쪽 면에는, 폭 500㎛의 스트라이프 형상의 개구부가 피치 2000㎛로 배열되고, 인접하는 스트라이프 형상의 개구부가 그 단부에서 번갈아 연속하는 레지스트 패턴이 형성되었다.
다음에 상기의 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 하기의 조건으로 Al 기판을 에칭(3분간)했다.
(에칭 조건)
·온도: 20℃
·에칭액(HCl) 농도: 200g/L
(35% HCl을 순수중에 200g 용해하여 1L로 만듦)
상기의 에칭처리가 종료한 후, 수산화 나트륨 용액을 사용하여 레지스트 패턴을 제거하고, 수세했다. 이것에 의해 1조의 Al 기판은, 그 한쪽의 면에, 폭 1000㎛, 깊이 650㎛, 길이 30mm의 스트라이프 형상의 미세홈이 2000㎛의 피치로 형성되고, 인접하는 미세홈의 단부에서 번갈아 연속되는 형상(도 18에 도시되는 바와 같은 180도 되꺾이면서 사행하여 연속되는 형상)의 미세홈부(유로 길이 300mm)가 형성되었다. 이 미세홈부의 되꺾임 부위는, 모서리부가 없는 둥근 형태를 갖는 것이며, 유체의 흐름 방향을 따라 내벽면에 모서리부가 존재하지 않는 것이었다. 또, 미세홈부의 유체의 흐름 방향에 수직한 단면에서의 내벽면의 형상은 대략 반원 형상이었다.
이어서, 상기의 1조의 Al 기판을, 서로의 미세홈부가 대향하도록 하기의 조건으로 확산 접합하여 접합체를 제작했다. 이 접합에서는, 1조의 Al 기판의 미세홈부끼리가 완전하게 대향하도록 위치맞춤을 했다. 이것에 의해 접합체의 일단면에 원료 도입구와 가스 배출구가 존재하는 유로가 접합체내에 형성되었다.
(확산접합 조건)
·분위기: 진공중
·접합온도: 300℃
·접합시간: 8시간
다음에 상기의 접합체를 외부전극의 양극에 접속하고, 양극산화 용액(4%옥살산 용액)에 침지하고 음극과 대향시키고, 하기의 조건으로 통전함으로써, 유로 내부를 포함하는 접합체 표면에 산화알루미늄 박막을 형성하여 절연막으로 했다. 또한, 형성한 산화알루미늄 박막의 두께를 엘립소미터로 측정한 결과, 약 30㎛ 이었다.
(양극산화의 조건)
·욕온: 25℃
·전압: 25V(DC)
·전류밀도: 100A/m2
이어서, 접합체의 유로내에 하기 조성의 촉매 현탁액을 충전하여 방치(15분간)하고, 그 후에 촉매 현탁액을 뽑고, 120℃, 3시간의 건조환원 처리를 시행하고, 유로내 전체면에 촉매를 담지시켰다.
(촉매 현탁액의 조성)
·Al … 41.2중량%
·Cu … 2.6중량%
·Zn … 2.8중량%
이어서, 한쪽의 Al 기판의 산화알루미늄 박막상에, 실시예 3과 동일하게 하여 발열체, 전극, 발열체 보호층을 형성했다.
이것에 의해 본 발명의 마이크로 리액터를 얻을 수 있었다.
(실시예 5)
금속기판으로서 두께 1000㎛의 SUS304 기판(250mmx250mm)을 준비하고, 이 SUS304 기판의 양면에 감광성 레지스트 재료(도쿄오카고교(주)제 OFPR)를 디핑법에 의해 도포(막두께 7㎛(건조시))했다. 다음에 SUS304 기판의 미세홈부를 형성하는 쪽의 레지스트 도포막상에, 폭 1500㎛의 스트라이프 형상의 차광부가 피치 2000㎛로 좌우로 번갈아 돌출(돌출 길이 30mm)한 형상의 포토마스크를 배치했다. 또한, 이 포토마스크에서, 상기의 스트라이프 형상의 차광부가 베이스부로부터 돌출하는 부위는, 90°의 각도를 갖는 것이 아니고, 반경 1750㎛의 R형상을 이루는 것으로 했다. 상기와 같은 SUS304 기판을 준비하고, 동일하게 감광성 레지스트 재료를 도포하고, SUS304 기판의 미세홈부를 형성하는 쪽의 레지스트 도포막상에, 포토마스크를 배치했다. 이 포토마스크는, SUS304 기판면에 대해, 상기의 포토마스크와 면대칭이 되는 것으로 했다.
이어서, 상기의 1조의 금속기판(SUS304기판)에 대해, 각각 포토마스크를 통하여 레지스트 도포막을 노광하고, 탄산수소나트륨 용액을 사용하여 현상했다. 이것에 의해 각 SUS304 기판의 한쪽 면에는, 폭 500㎛의 스트라이프 형상의 개구부가 피치 2000㎛로 배열되고, 인접하는 스트라이프 형상의 개구부가, 그 단부에서 번갈아 연속하는 레지스트 패턴이 형성되는 상기의 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 하기의 조건으로 SUS304 기판을 에칭(3분간)했다.
(에칭 조건)
·온도: 80℃
·에칭액(염화제2철 용액) 비중농도: 45보메(°B'e)
상기의 에칭처리가 종료한 후, 수산화 나트륨 용액을 사용하여 레지스트 패턴을 제거하고, 수세했다. 이것에 의해 1조의 SUS304 기판은, 그 한쪽의 면에, 폭 1000㎛, 깊이 650㎛, 길이 30mm의 스트라이프 형상의 미세홈이 2000㎛의 피치로 형성되고, 인접하는 미세홈의 단부에서 번갈아 연속되는 형상(도 18에 도시하는 바와 같은 180도 되꺾이면서 사행하여 연속되는 형상)의 미세홈부(유로 길이 300mm)이 형성되었다. 이 미세홈부의 되꺾임 부위는, 모서리부가 없는 둥근 형태를 갖는 것이며, 유체의 흐름 방향을 따라 내벽면에 모서리부가 존재하지 않는 것이었다. 또, 미세홈부의 유체의 흐름 방향에 수직한 단면에서의 내벽면의 형상은 대략 반원 형상이었다.
이어서, 이 SUS304 기판과 다른 한쪽의 SUS304 기판으로 이루어지는 1조의 SUS304 기판을, 서로의 미세홈부가 대향하도록 하기의 조건으로 확산 접합하여 접합체를 제작했다. 이 접합에서는, 1조의 SUS304 기판의 미세홈부끼리가 완전하게 대향하도록 위치맞춤을 했다. 이것에 의해 접합체의 일단면에 원료 도입구와 가스 배출구가 존재하는 유로가 접합체내에 형성되었다.
(확산접합 조건)
·분위기: 진공중
·접합온도: 1000℃
·접합시간: 12시간
다음에 상기의 접합체를 구성하는 한쪽 SUS304 기판의 미세홈부가 형성되어 있지 않은 면에, 절연막용 도포액으로서 폴리이미드 전구체 용액(도레이(주)제 포토니스)을 스크린인쇄에 의해 인쇄하고, 350℃에서 경화시켜서 두께 20㎛의 절연막을 형성했다.
이어서, 상기의 접합체의 유로 내벽면에, 하기의 조건으로 보헤마이트 처리를 시행하고, 산화알루미늄 박막을 형성했다. 또한, 형성한 산화알루미늄 박막의 두께를 엘립소미터로 측정한 결과, 약 5㎛ 이었다.
(보헤마이트 처리의 조건)
알루미나 졸 520(닛산카가쿠(주)제)을 사용하여, 점도가 15∼20mPa·s인 알루미나 졸 현탁액을 조제하고, 이 알루미나 졸 현탁액을 접합체의 유로내에 부어 넣고, 120℃, 3시간의 건조를 행하여, 유로 내부에 보헤마이트 막을 고정했다.
이어서, 접합체의 유로내 전체면에, 실시예 4와 동일하게 하여 촉매를 담지시켰다. 그 후에 일방의 SUS304 기판에 형성한 절연막상에, 실시예 3과 동일하게 하여, 발열체, 전극, 발열체 보호층을 형성했다.
이것에 의해 본 발명의 마이크로 리액터를 얻을 수 있었다.
(실시예 6)
[접합체의 제작]
금속기판으로서 두께 1000㎛의 Al 기판(250mm×250mm)을 준비하고, 이 Al 기판의 양면에 감광성 레지스트 재료(도쿄오카고교(주)제 OFPR)를 디핑법에 의해 도포(막두께 7㎛(건조시)) 했다. 다음에 Al 기판의 미세홈부를 형성하는 쪽의 레지스트 도포막상에, 폭 1500㎛의 스트라이프 형상의 차광부가 피치 2000㎛로 좌우로 번갈아 연장되어 있는(길이 30mm) 형상의 포토마스크를 배치했다. 이어서, 이 포토마스크를 통하여 레지스트 도포막을 노광하고, 탄산수소나트륨 용액을 사용하여 현상했다. 이것에 의해 Al 기판의 한쪽 면에는, 폭 500㎛의 스트라이프 형상의 개구부가 피치 2000㎛로 배열되고, 인접하는 스트라이프 형상의 개구부가, 그 단부에서 번갈아 연속한 사행한 패턴이고, 또한, 양 단부가 동일 방향을 향하고, 다른 스트라이프 형상의 개구부보다도 5mm 긴 레지스트 패턴이 형성되었다.
다음에 상기의 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 하기의 조건으로 Al 기판을 에칭(3분간)했다.
(에칭 조건)
·온도: 20℃
·에칭액(HCl) 농도: 200g/L
35% HCl을 순수중에 200g 용해하여 1L로 만듦)
상기의 에칭처리가 종료된 후, 수산화 나트륨 용액을 사용하여 레지스트 패턴을 제거하고, 수세했다. 이것에 의해 Al 기판의 한쪽 면에, 폭 1000㎛, 깊이 650㎛, 길이 30mm의 스트라이프 형상의 미세홈이 2000㎛의 피치로 형성되고, 인접하는 미세홈의 단부에서 번갈아 연속되는 형상(도 23에 도시하는 바와 같은 180도 되꺾이면서 사행하여 연속되는 형상)의 미세홈부(유로 길이 300mm)가 형성되었다.
이어서, 금속 커버 부재로서 두께 100㎛의 Al판을 준비하고, 이 Al판을 상기한 바와 같이 미세홈부를 형성한 Al 기판에, 미세홈부를 덮도록 하기의 조건으로 확산 접합했다.
(확산접합 조건)
·분위기: 진공중
·접합온도: 300℃
·접합시간: 8시간
이것에 의해 도 22에 도시되는 바와 같은 외형 형상을 갖는 접합체를 형성했다. 이 접합체의 치수는 25mm×35mm, 두께 1.4mm이고, 동일한 방향에 2개의 돌출부(길이 5mm, 폭 5mm)를 15mm의 거리를 두고 가지고, 이 돌출부의 선단에는 유로의 도입구와 배출구가 위치하는 것이었다.
이러한 접합체를 3개 제작하고, 각 접합체를 외부전극의 양극에 접속하고, 양극산화 용액(4%옥살산 용액)에 침지하여 음극과 대향시키고, 하기의 조건으로 통전함으로써, 유로 내부를 포함하는 접합체 표면에 산화알루미늄 박막(절연막)을 형성한 단위 유로부재로 했다. 또한, 형성한 산화알루미늄 박막의 두께를 엘립소미터로 측정한 결과, 약 30㎛ 이었다.
(양극산화의 조건)
·욕온: 25℃
·전압: 25V(DC)
·전류밀도: 100A/m2
[1단째용의 단위 유로부재]
1개의 단위 유로부재의 산화알루미늄 박막상에 하기 조성의 발열체용 페이스트를 스크린인쇄에 의해 인쇄하고, 200℃에서 경화시켜서 발열체를 형성했다. 형성한 발열체는, 폭 100㎛의 세선을, 미세홈부가 형성되어 있는 영역에 상당하는 영역(35mm×25mm) 전체면을 덮도록 Al 기판상에 선간격 100㎛로 둘러친 형상으로 했다.
(발열체용 페이스트의 조성)
·카본 분말 … 20중량부
·미분말 실리카 … 25중량부
·크실렌페놀 수지 … 36중량부
·부틸카르비톨 … 19중량부
또, 하기 조성의 전극용 페이스트를 사용하여, 스크린인쇄에 의해 발열체의 소정의 2개소에, 접합체의 측면에 도달하도록 전극을 형성했다.
(전극용 페이스트의 조성)
·은도금 동분말 … 90중량부
·페놀수지 … 6.5중량부
·부틸카르비톨 … 3.5중량부
다음에 발열체상에 형성된 2개의 전극의 단부를 노출하도록, 하기 조성의 보호층용 페이스트를 사용하여, 스크린인쇄에 의해 발열체 보호층(두께 20㎛)을 발열체상에 형성했다.
(보호층용 페이스트의 조성)
·수지분 농도 … 30중량부
·실리카 필러 … 10중량부
·락톤계 용제(펜타1-4-락톤) … 60중량부
이것에 의해 1단째의 단위 유로부재로 만들었다.
[2단째용의 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)]
다른 단위 유로부재의 유로내에 하기 조성의 촉매 현탁액을 충전하여 방치(15분간)하고, 그 후에 촉매 현탁액을 뽑고, 120℃, 3시간의 건조 환원처리를 시행하여, 유로내 전체면에 촉매(C1)를 담지시켰다.
(촉매 현탁액의 조성)
·Al … 41.2중량%
·Cu … 2.6중량%
·Zn … 2.8중량%
이어서, Al 기판의 산화알루미늄 박막상에, 상기의 1단째의 단위 유로부재와 동일하게, 발열체, 전극, 발열체 보호층을 형성하고, 2단째의 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)를 제작했다.
[3단째용의 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)]
다른 단위 유로부재의 유로내에 하기 조성의 촉매 현탁액을 충전하여 방치(15분간)하고, 그 후에 촉매 현탁액을 뽑고, 120℃, 3시간의 건조 환원처리를 시행하여, 유로내 전체면에 촉매(C2)를 담지시켰다.
(촉매 현탁액의 조성)
·Pt … 0.4중량%
·Fe … 0.2중량%
·모르데나이트(Na8(Al8Si40O96)·24H2O) … 9.4중량%
이어서, Al 기판의 산화알루미늄 박막상에, 상기의 1단째의 단위 유로부재와 동일하게, 발열체, 전극, 발열체 보호층을 형성하고, 3단째의 단위 유로부재(단위 마이크로 리액터)를 제작했다.
[연결부재의 제작]
평탄면(30mm×20mm)을 갖는 스테인레스판재를 6개 준비하고, 각 스테인레스 기판의 일방의 평탄면에 연결부, 내부 연통로, 내부 유로 등을 구성하기 위한 소정의 홈부나 관통구멍을 기계가공에 의해 형성했다. 이들 6개의 스테인레스 기판을 소정의 적층 순서로 확산 접합하여 일체화 함으로써, 30mm×20mm×12mm의 연결부재를 제작했다. 이 연결부재는, 30mm×12mm의 면에 6개의 연결부(폭 5.1mm, 높이 1.41mm, 깊이 5mm)를 갖고, 그 반대면에 원료 도입구와 가스 배출구를 갖고, 내부에 내부 연통로와 내부 유로를 구비한, 도 24, 도 25에 도시되는 바와 같은 구조(구조체의 외형은 장방형체이며 도 24, 도 25와는 다름)였다. 이 연결부재에서는, 1열에 배열된 각 3개의 연결부의 피치(단위 유로부재의 다단 피치에 상당)는 2mm이고, 각 배열의 거리(단위 유로부재의 도입구와 배출구의 거리에 상당)는 20mm 이었다. 또한, 각 연결부에는 실리콘 러버제의 패킹을 장착했다.
[고정부재의 제작]
스테인레스재를 사용하여, 폭이 25mm×1.41mm인 수납 공간을, 2mm 피치로 3단 구비한 고정부재를 제작했다.
[마이크로 리액터의 제작]
전술한 바와 같이 제작한 연결부재에, 1단째용부터 3단째용의 순서가 되도록 각 단위 유로부재(2단째, 3단째는 단위 마이크로 리액터)의 돌출부를 삽입하여 연결하고, 또, 고정부재에 의해 각 단위 유로부재의 연결단부와 반대측의 단부를 고정했다.
이것에 의해 본 발명의 마이크로 리액터를 얻을 수 있었다.
(실시예 7)
실시예 1과 동일하게 하여, Al 기판에 미세홈부를 형성했다.
다음에 이 Al 기판에, 실시예 1과 동일하게 하여, 양극산화에 의해 산화알루미늄 박막을 형성했다.
이어서, Al 기판의 미세홈부 형성면측을 하기 조성의 촉매 수용액내에 침지(2시간)하고, 그 후에 350℃, 1시간의 건조 환원처리를 시행하여, 미세홈부내에 촉매를 담지시켰다.
(촉매 수용액의 조성)
·Al … 41.2중량%
·Cu … 2.6중량%
·Zn … 2.8중량%
다음에 Al 기판의 미세홈부 형성면측을 알루미나 분말에 의해 연마하여 Al면을 노출시켰다. 이어서, 커버 부재로서, 두께 100㎛의 Al판을 Al 기판면에 하기의 조건으로 납땜(외상)에 의해 접합했다. 이 Al판에는, 2개소의 개구부(원료 도입구와 가스 배출구, 각 개구부의 치수는 0.6mm×0.6mm)가 설치되어 있고, 각 개구부가 Al 기판에 형성된 미세홈부의 유로의 양 단부에 일치하도록 위치맞춤을 했다.
(납땜 접합 조건)
·납땜재료: 알루미4004(후루가와스카이(주)제)
·분위기: 진공중
·납땜 온도: 600℃
·납땜 시간: 3분간
이어서, 접합한 Al 기판의 산화알루미늄 박막상에, 실시예 1과 동일하게 하여, 발열체, 전극, 발열체 보호층을 형성했다.
이것에 의해 본 발명의 마이크로 리액터를 얻을 수 있었다.
(실시예 8)
[1단째의 금속기판의 제작]
실시예 2의 [1단째의 금속기판의 제작]과 동일하게 하여, 스테인레스 기판의 한쪽 면에, 폭 1000㎛, 깊이 650㎛, 길이 30mm의 스트라이프 형상의 미세홈을 2000㎛의 피치로 형성하고, 인접하는 미세홈의 단부에서 번갈아 연속되는(도 9에 도시한 바와 같은) 미세홈부(유로 길이 300mm)를 형성했다. 이 연속되는 미세홈부의 단부에는, 도 9에 도시되는 바와 같이, 형성된 관통구멍의 개구가 위치하는 것이었다.
이어서, 스테인레스 기판의 미세홈부 형성면측을 하기 조성의 촉매 수용액내에 침지(2시간)하고, 그 후에 350℃, 1시간의 건조환원 처리를 시행하고, 미세홈부내에 촉매를 담지시켰다.
(촉매 수용액의 조성)
·Al … 41.2중량%
·Cu … 2.6중량%
·Zn … 2.8중량%
다음에 스테인레스 기판의 미세홈부 형성면측을 알루미나 분말에 의해 연마하여 스테인레스 기판면을 노출시켰다. 이것에 의해 1단째의 금속기판을 준비했다.
[2단째의 금속기판의 제작]
실시예 2의 [2단째의 금속기판의 제작]과 동일하게 하여, 스테인레스 기판의 한쪽 면에, 폭 1000㎛, 깊이 650㎛, 길이 30mm의 스트라이프 형상의 미세홈을 2000㎛의 피치로 형성하고, 인접하는 미세홈의 단부에서 번갈아 연속되는(도 10에 도시되는 바와 같은) 미세홈부(유로 길이 300mm)를 형성했다. 이 연속되는 미세홈부의 단부에는, 도 10에 도시되는 바와 같이, 형성된 관통구멍의 개구가 위치하는 것이었다.
이어서, 스테인레스 기판의 미세홈부 형성면측을 하기 조성의 촉매 수용액내에 침지(10분간)하고, 그 후에 500℃, 1시간의 건조 환원처리를 시행하여, 미세홈부내에 촉매를 담지시켰다.
(촉매 수용액의 조성)
·Pt … 0.4중량%
·Fe … 0.2중량%
·모르데나이트[Na8(Al8Si40O96)·24H2O] … 9.4중량%
다음에 스테인레스 기판의 미세홈부 형성면측을 알루미나 분말에 의해 연마하여 스테인레스 기판면을 노출시켰다. 이것에 의해 2단째의 금속기판을 준비했다.
[접합공정]
상기의 1단째의 금속기판의 미세홈부 형성면과, 2단째의 미세홈부 형성면의 반대면을 실시예 2와 동일한 조건으로 확산 접합했다.
이어서, 커버 부재로서 두께 0.3㎛의 스테인레스판을 2단째의 금속기판면의 미세홈부 형성면에, 실시예 2와 동일한 조건으로 확산 접합했다. 이 스테인레스판에는, 1개소의 개구부(가스 배출구: 개구부의 치수는 0.6mm×0.6mm)가 설치되어 있고, 이 개구부가 2단째의 금속기판에 형성된 미세홈부의 유로의 단부(2단째의 금속기판에서의 관통구멍이 형성되어 있는 단부와는 다른 단부)에 일치하도록 위치맞춤을 행했다.
다음에 1단째의 금속기판면에, 실시예 2와 동일하게 하여, 절연막, 발열체, 전극, 발열체 보호층을 형성했다.
이것에 의해 본 발명의 마이크로 리액터를 얻을 수 있었다.
(실시예 9)
먼저, 실시예 3과 동일하게 하여, Al 기판의 한쪽 면에, 폭 1000㎛, 깊이 650㎛, 길이 30mm의 스트라이프 형상의 미세홈을 2000㎛의 피치로 형성하고, 인접하는 미세홈의 단부에서 번갈아 연속되는 형상(도 14에 도시되는 바와 같은 180도 되꺾이면서 사행하여 연속되는 형상)의 미세홈부(유로 길이 300mm)를 형성했다.
다음에 상기의 Al 기판을 외부전극의 양극에 접속하고, 실시예 3과 동일한 조건으로 미세홈부를 포함하는 Al 기판 표면에 산화알루미늄 박막을 형성하여 절연막으로 했다. 이어서, Al 기판의 접합면측(미세홈부 형성면측)을, 알루미나 분말로 연마하여 산화알루미늄 박막을 제거하고, Al 기판을 노출시켰다.
이어서, 금속 커버 부재로서 두께 100㎛의 Al판을 준비하고, 이 Al판을, 상기한 바와 같이 미세홈부에 산화알루미늄 박막을 형성한 Al 기판에, 미세홈부를 덮도록 납땜에 의해 접합하여 접합체를 제작했다. 이 Al판에는, 2개소의 개구부(원료 도입구와 가스 배출구, 각 개구부의 치수는 0.6mm×0.6mm)이 설치되어 있고, 각 개구부가 Al 기판에 형성된 미세홈부의 유로의 양 단부에 일치하도록 위치맞춤을 했다. 이것에 의해 원료 도입구와 가스 배출구를 연결하는 유로가 접합체내에 형성되었다. 또한, 납땜의 조건은 실시예 7과 동일한 조건으로 했다.
이어서, 접합체의 유로내에, 실시예 3과 동일한 조성의 촉매 현탁액을 충전하고, 실시예 3과 동일한 조건으로, 유로내 전체면에 촉매를 담지시켰다.
이어서, 미세홈부가 형성되어 있지 않은 Al 기판의 산화알루미늄 박막상에, 실시예 3과 동일하게 하여, 발열체, 전극, 발열체 보호층을 형성했다.
이것에 의해 본 발명의 마이크로 리액터를 얻을 수 있었다.
(실시예 10)
먼저, 실시예 4와 동일하게 하여, 면대칭인 미세홈부를 구비한 1조의 Al 기판을 제작했다.
다음에 상기의 각 Al 기판을 외부전극의 양극에 접속하고, 실시예 4와 동일한 조건으로 미세홈부를 포함하는 Al 기판 표면에 산화알루미늄 박막을 형성하여 절연막으로 했다.
이어서, 각 Al 기판의 접합면에 존재하는 산화알루미늄 박막을 알루미나 분말을 사용해서 연마하여 제거하고, Al 기판을 노출시켰다.
이어서, 상기의 1조의 Al 기판을, 서로의 미세홈부가 대향하도록 납땜에 의해 접합하여 접합체를 제작했다. 이 접합에서는, 1조의 Al 기판의 미세홈부끼리가 완전하게 대향하도록 위치맞춤을 했다. 이것에 의해 접합체의 일단면에 원료 도입구와 가스 배출구가 존재하는 유로가 접합체내에 형성되었다. 또한, 납땜의 조건은, 실시예 7과 동일한 조건으로 했다.
이어서, 접합체의 유로내에, 실시예 4와 동일한 조성의 촉매 현탁액을 충전하고, 실시예 4와 동일한 조건으로, 유로내 전체면에 촉매를 담지시켰다.
이어서, 일방의 Al 기판의 산화알루미늄 박막상에, 실시예 3과 동일하게 하여, 발열체, 전극, 발열체 보호층을 형성했다.
이것에 의해 본 발명의 마이크로 리액터를 얻을 수 있었다.
(실시예 11)
먼저, 실시예 5와 동일하게 하여, 면대칭인 미세홈부를 구비한 1조의 SUS304 기판을 제작했다.
이어서, 상기의 각 SUS304 기판의 미세홈부를 형성한 면에, 실시예 5와 동일한 조건으로 보헤마이트 처리를 시행하여, 산화알루미늄 박막을 형성했다. 이어서, 각 SUS304 기판의 접합면에 존재하는 산화알루미늄 박막을 알루미나 분말을 사용해서 연마하여 제거하고, SUS304 기판을 노출시켰다.
이어서, 이 1조의 SUS304 기판을, 서로의 미세홈부가 대향하도록, 실시예 5와 동일한 조건으로 확산 접합하여 접합체를 제작했다. 이 접합에서는, 1조의 SUS304 기판의 미세홈부끼리가 완전하게 대향하도록 위치맞춤을 했다. 이것에 의해 접합체의 일단면에 원료 도입구와 가스 배출구가 존재하는 유로가 접합체내에 형성되었다.
이어서, 접합체의 유로내 전체면에, 실시예 4와 동일하게 하여 촉매를 담지시켰다. 그 후에 일방의 SUS304 기판상에, 실시예 5와 동일하게 하여 절연막을 형성하고, 이 절연막상에, 실시예 3과 동일하게 하여 발열체, 전극, 발열체 보호층을 형성했다.
이것에 의해 본 발명의 마이크로 리액터를 얻을 수 있었다.
(실시예 12)
[접합체의 제작]
먼저, 실시예 6의 [접합체의 제작]과 동일하게 하여, 폭 1000㎛, 깊이 650㎛, 길이 30mm의 스트라이프 형상의 미세홈이 2000㎛의 피치로 형성된 Al 기판을 제작했다.
다음에 이 Al 기판을 외부전극의 양극에 접속하고, 실시예 6과 동일한 조건으로 양극산화를 시행하여, 미세홈부를 포함하는 Al 기판 표면에 산화알루미늄 박막(절연막)을 형성했다. 이어서, 미세홈부가 형성되어 있는 면을 알루미나 분말로 연마하여 산화알루미늄 박막을 제거하고, Al 기판면(접합면)을 노출시켰다.
이어서, 금속 커버 부재로서 두께 100㎛의 Al판을 준비하고, 이 Al판을 상기한 바와 같이 미세홈부를 형성한 Al 기판에, 미세홈부를 덮도록, 실시예 6과 동일한 조건으로 납땜에 의해 접합했다. 이것에 의해 도 22에 도시되는 바와 같은 외형 형상을 갖는 접합체를 3개 제작하고, 단위 유로부재로 했다. 이 접합체의 치수는, 25mm×35mm, 두께 1.4mm이고, 동일한 방향으로 2개의 돌출부(길이 5mm, 폭 5mm)를 15mm의 거리를 두고 가지고, 이 돌출부의 선단에는 유로의 도입구와 배출구가 위치하는 것이었다.
상기의 3개의 단위 유로부재를 사용하여, 실시예 6과 동일하게, 1단면용의 단위 유로부재, 2단면용의 단위 유로부재, 3단면용의 단위 유로부재를 제작하고, 본 발명의 마이크로 리액터를 제작했다.
본 발명은 메탄올의 개질, 일산화탄소의 산화 등의 반응으로 이루어지는 수소제조의 용도에 이용할 수 있다.

Claims (58)

  1. 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터에 있어서,
    한쪽 면에 미세홈부를 구비한 금속기판과, 이 금속기판의 다른 면에 절연막을 통하여 설치된 발열체와, 상기 미세홈부내에 담지된 촉매와, 상기 미세홈부를 덮도록 상기 금속기판에 접합되어 원료 도입구와 가스 배출구를 갖는 커버 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속기판은 Al 기판, Cu 기판, 스테인레스 기판중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 절연막은 상기 금속기판을 양극산화하여 형성한 금속산화막인 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 미세홈부내에도 상기 금속산화막을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 금속기판은 Al 기판인 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 발열체의 전극만이 노출되도록 상기 발열체를 덮은 발열체 보호층을 구비한 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  7. 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서,
    금속기판의 한쪽 면에 미세홈부를 형성하는 공정과,
    상기 금속기판을 양극산화하여 금속산화막으로 이루어지는 절연막을 형성하는 공정과,
    상기 미세홈부가 형성되어 있지 않은 상기 금속기판면의 상기 금속산화막상에 발열체를 설치하는 공정과,
    상기 미세홈부내에 촉매를 담지하는 공정과,
    원료 도입구와 가스 배출구가 형성된 커버 부재를 상기 미세홈부를 덮도록 상기 금속기판에 접합하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터의 제조방법.
  8. 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서,
    금속기판의 한쪽 면에 미세홈부를 형성하는 공정과,
    상기 미세홈부가 형성되어 있지 않은 상기 금속기판면상에 절연막을 설치하는 공정과,
    상기 절연막상에 발열체를 설치하는 공정과,
    상기 미세홈부내에 촉매를 담지하는 공정과,
    원료 도입구와 가스 배출구가 형성된 커버 부재를 상기 미세홈부를 덮도록 상기 금속기판에 접합하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터의 제조방법.
  9. 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터에 있어서,
    촉매를 담지한 미세홈부를 한쪽 면에 구비한 복수의 금속기판을, 상기 미세홈부 형성면이 동일한 방향이 되도록 다단으로 적층하고, 각 단의 금속기판의 상기 미세홈부를 연결하기 위한 관통구멍을 각 금속기판에 구비하고, 적어도 1개의 금속기판은 상기 미세홈부가 형성되어 있지 않은 면에 절연막을 통하여 설치된 발열체를 구비하고, 다단의 최외부에 위치하고 상기 미세홈부가 노출되어 있는 상기 금속기판에, 가스 배출구를 갖는 커버 부재를 접합하여 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 금속기판은 Al 기판, Cu 기판, 스테인레스 기판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 절연막은 상기 금속기판을 양극산화하여 형성한 금속산화막인 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 미세홈부내에도 상기 금속산화막을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 금속기판은 Al 기판인 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 발열체는 다단의 최외부에 위치하는 금속기판에 설치되어 있고, 상기 발열체의 전극 및 이 금속기판의 관통구멍의 개구를 노출하도록 상기 발열체를 덮은 발열체 보호층을 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  15. 제 9 항에 있어서, 상기 금속기판이 2개로 이루어지는 2단 적층구조이고, 1단째에서는 원료의 혼합과, 혼합된 원료의 기화와, 혼합 기체의 개질이 행해지고, 2단째에서는 개질된 기체로부터의 불순물의 제거가 행해지는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  16. 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서,
    복수의 금속기판의 한쪽 면에 미세홈부와 이 미세홈부의 소정 위치에 개구를 갖는 관통구멍을 형성하는 공정과,
    상기 금속기판을 양극산화하여 금속산화막으로 이루어지는 절연막을 형성하는 공정과,
    적어도 1개의 상기 금속기판의 상기 미세홈부가 형성되어 있지 않은 면의 상기 금속산화막상에 발열체를 설치하는 공정과,
    복수의 상기 금속기판의 미세홈부내에 촉매를 담지하는 공정과,
    상기 복수의 금속기판을 다단으로 적층할 때에 접합되는 부위의 상기 금속산화막을 제거하는 공정과,
    상기 복수의 금속기판을, 각 금속기판의 미세홈부가 상기 관통구멍을 통하여 연결되도록 다단으로 적층하여 접합하고, 또한, 가스 배출구가 형성된 커버 부재를 다단의 최외부에 위치하고 상기 미세홈부가 노출되어 있는 상기 금속기판에 접합하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터의 제조방법.
  17. 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서,
    복수의 금속기판의 한쪽 면에 미세홈부와 이 미세홈부의 소정 위치에 개구를 갖는 관통구멍을 형성하는 공정과,
    상기 미세홈부가 형성되어 있지 않은 상기 금속기판면상에 절연막을 설치하는 공정과,
    적어도 1개의 상기 금속기판의 상기 절연막상에 발열체를 설치하는 공정과,
    복수의 상기 금속기판의 미세홈부내에 촉매를 담지하는 공정과,
    상기 복수의 금속기판을, 각 금속기판의 미세홈부가 상기 관통구멍을 통하여 연결되도록 다단으로 적층하여 접합하고, 또한, 가스 배출구가 형성된 커버 부재를, 다단의 최외부에 위치하고 상기 미세홈부가 노출되어 있는 상기 금속기판에 접합하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터의 제조방법.
  18. 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터에 있어서,
    미세홈부를 한쪽 면에 구비한 금속기판에, 원료 도입구와 가스 배출구를 갖는 금속 커버 부재가 상기 미세홈부를 덮도록 접합되어서 이루어지는 접합체와, 이 접합체의 내부에 위치하는 상기 미세홈부와 상기 금속 커버 부재로 구성 된 유로와, 이 유로의 내벽면의 전체면에 담지된 촉매를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 유로는 유체의 흐름 방향을 따라 내벽면에 모서리부가 존재하지 않는 것으로 하는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 유로는 내벽면에 금속산화막을 통하여 촉매를 담지하고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 금속산화막은 상기 금속기판 및 상기 금속 커버 부재의 양극산화에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 금속산화막은 보헤마이트 처리에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  23. 제 18 항에 있어서, 상기 금속기판은 상기 미세홈부 형성면의 반대측의 면에 절연막을 통하여 발열체를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  24. 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터에 있어서, 미세홈부를 한쪽 면에 구비하고, 또한, 이 미세홈부의 패턴이 서로 면대칭 관계에 있는 1조의 금속기판을, 상기 미세홈부가 대향하도록 접합하여 이루어지는 접합체와, 이 접합체의 내부에서 대향하고 있는 상기 미세홈부로 구성된 유로와, 이 유로의 내벽면의 전체면에 담지된 촉매와, 상기 유로의 일방의 단부에 위치하는 원료 도입구와, 상기 유로의 타방의 단부에 위치하는 가스 배출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 유로는 유체의 흐름 방향을 따라 내벽면에 모서리부가 존재하지 않고, 유로의 흐름 방향에 수직한 단면에서의 내벽면 형상은 거의 원 형상 또는 타원 형상인 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  26. 제 24 항에 있어서, 상기 유로는 내벽면에 금속산화막을 통하여 촉매를 담지하고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 금속산화막은 상기 금속기판의 양극산화에 의해 형성된 것인 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 금속산화막은 보헤마이트 처리에 의해 형성된 것인 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  29. 제 24 항에 있어서, 적어도 한쪽의 상기 금속기판은 상기 미세홈부 형성면의 반대측의 면에 절연막을 통하여 발열체를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  30. 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서,
    금속기판의 한쪽 면에 미세홈부를 형성하는 홈부형성 공정과,
    원료 도입구와 가스 배출구를 갖는 금속 커버 부재를, 상기 미세홈부를 덮도록 상기 금속기판에 접합하여, 유로를 구비한 접합체를 형성하는 접합공정과,
    상기 유로의 내벽면에 금속산화막을 형성하는 표면처리 공정과,
    상기 유로의 내벽면에 상기 금속산화막을 통하여 촉매를 담지하는 촉매담지 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터의 제조방법.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 표면처리 공정에서는 상기 금속기판 및 상기 금속 커버 부재의 양극산화에 의해 상기 금속산화막을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터의 제조방법.
  32. 제 30 항에 있어서, 상기 표면처리 공정에서는 보헤마이트 처리에 의해 상기 금속산화막을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터의 제조방법.
  33. 제 30 항에 있어서, 상기 홈부형성 공정에서는 단면이 ∪자 형상 또는 반원 형상이 되고, 또한 흐름 방향을 따른 벽면에 모서리부가 존재하지 않도록 미세홈부를 금속기판에 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터의 제조방법.
  34. 제 30 항에 있어서, 상기 촉매담지 공정에서는, 상기 접합체의 유로내에 촉매 현탁액을 충전한 후, 이 촉매 현탁액을 뽑아서 유로내를 건조하는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터의 제조방법.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 촉매담지 공정의 건조시에 진동 또는 회전을 상기 접합체에 부여하는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터의 제조방법.
  36. 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서,
    1조의 금속기판의 한쪽 면에, 면대칭이 되는 패턴으로 미세홈부를 형성하는 홈부형성 공정과,
    상기 1조의 금속기판을 상기 미세홈부가 대향하도록 접합하여, 유로를 구비한 접합체를 형성하는 접합공정과,
    상기 유로의 내벽면에 금속산화막을 형성하는 표면처리 공정과,
    상기 유로의 내벽면에 상기 금속산화막을 통하여 촉매를 담지하는 촉매담지 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터의 제조방법.
  37. 제 36 항에 있어서, 상기 표면처리 공정에서는 상기 금속기판의 양극산화에 의해 상기 금속산화막을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터의 제조방법.
  38. 제 36 항에 있어서, 상기 표면처리 공정에서는 보헤마이트 처리에 의해 상기 금속산화막을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터의 제조방법.
  39. 제 36 항에 있어서, 상기 홈부형성 공정에서는 단면이 ∪자 형상 또는 반원형상이 되고, 또한, 흐름 방향을 따른 벽면에 모서리부가 존재하지 않도록 미세홈부를 금속기판에 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터의 제조방법.
  40. 제 36 항에 있어서, 상기 촉매담지 공정에서는 상기 접합체의 유로내에 촉매 현탁액을 충전한 후, 이 촉매 현탁액을 뽑아서 유로내를 건조하는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터의 제조방법.
  41. 제 40 항에 있어서, 상기 촉매담지 공정의 건조시에, 진동 또는 회전을 상기 접합체에 부여하는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터의 제조방법.
  42. 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터에 있어서,
    유로를 내부에 갖고, 이 유로의 일방의 단부가 도입구를 이루고, 타방의 단부가 배출구를 이루는 복수개의 단위 유로부재와, 이 단위 유로부재를 다단상태로 유지하는 연결부재를 적어도 구비하고,
    상기 연결부재는, 단위 유로부재의 도입구가 위치하는 부위, 배출구가 위치하는 부위에서 단위 유로부재를 밀착시켜서 유지하기 위한 복수의 연결부와, 원료 도입구와, 가스 배출구를 갖고,
    적어도 1개의 상기 단위 유로부재는 유로내에 촉매를 담지한 단위 마이크로 리액터이고,
    상기 연결부재의 원료 도입구로부터 원료를 도입하고, 복수개의 상기 단위 유로부재중, 상기 단위 마이크로 리액터에서 소정의 반응을 행하고, 상기 연결부재의 가스 배출구로부터 원하는 생성 가스를 얻는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  43. 제 42 항에 있어서,
    n(n은 2 이상의 정수)개의 단위 유로부재를 갖고,
    상기 연결부는, 상기 원료 도입구에 접속된 도입 연결부와, 상기 가스 배출구에 접속된 배출 연결부와, 서로 내부연통로로 접속된 (n-1)조의 단이행 연결부로 이루어지고,
    1단째의 단위 유로부재는 도입구를 상기 도입 연결부에, 배출구는 상기 단이행 연결부에 각각 연결 유지되고,
    2단째부터 (n-1)단째의 단위 유로부재는 도입구를 전단의 단이행 연결부와 내부 연통로로 접속된 단이행 연결부에, 배출구는 다른 조의 단이행 연결부에 각각 연결 유지되고,
    n단째의 단위 유로부재는 도입구를 전단의 단이행 연결부와 내부연통로로 접속된 단이행 연결부에, 배출구가 상기 배출 연결부에 각각 연결 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  44. 제 42 항에 있어서, 상기 단위 유로부재는 떼어내기 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  45. 제 42 항에 있어서, 상기 단위 마이크로 리액터는 단위 유로부재의 유로 내벽면에 금속산화막을 통하여 촉매를 담지하고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  46. 제 42 항에 있어서, 각 단위 유로부재는 동일구조이고, 단위 마이크로 리액터로 하여, 유로내에 담지하는 촉매종이 다른 복수의 단위 마이크로 리액터를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  47. 제 42 항에 있어서, 발열체를 구비한 단위 마이크로 리액터를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  48. 제 42 항에 있어서, 원하는 인접하는 단의 단위 유로부재간에 단열용의 공극 및/또는 단열재가 개재하는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  49. 제 42 항에 있어서, 연결부재에 의해 다단상태로 유지된 복수의 단위 유로부재의 다른 단부는 고정부재로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  50. 제 42 항에 있어서, 단위 유로부재는 유로를 구성하기 위한 미세홈부가 형성된 1조의 금속기판을 상기 미세홈부끼리가 대향하도록 접합한 접합체, 또는, 유로를 구성하기 위한 미세홈부가 형성된 금속기판면에 금속 커버 부재를 접합한 접합체를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  51. 제 50 항에 있어서, 상기 단위 마이크로 리액터는 상기 접합체를 형성한 후, 유로내에 촉매를 담지한 것인 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  52. 제 50 항에 있어서, 상기 단위 마이크로 리액터는 접합전의 미세홈부내에 촉매를 담지한 것인 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터.
  53. 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서,
    금속기판의 한쪽 면에 미세홈부를 형성하는 공정과,
    상기 금속기판을 양극산화하여 금속산화막으로 이루어지는 절연막을 형성하는 공정과,
    상기 미세홈부내에 촉매를 담지하는 공정과,
    원료 도입구와 가스 배출구가 형성된 커버 부재를 상기 미세홈부를 덮도록 상기 금속기판에 접합하는 공정과,
    상기 미세홈부가 형성되어 있지 않은 상기 금속기판면의 상기 금속산화막상에 발열체를 설치하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터의 제조방법.
  54. 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서,
    금속기판의 한쪽 면에 미세홈부를 형성하는 공정과,
    상기 미세홈부내에 촉매를 담지하는 공정과,
    원료 도입구와 가스 배출구가 형성된 커버 부재를 상기 미세홈부를 덮도록 상기 금속기판에 접합하는 공정과,
    상기 미세홈부가 형성되어 있지 않은 상기 금속기판면상에 절연막을 설치하는 공정과,
    상기 절연막상에 발열체를 설치하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터의 제조방법.
  55. 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서,
    복수의 금속기판의 한쪽 면에 미세홈부와 이 미세홈부의 소정 위치에 개구를 갖는 관통구멍을 형성하는 공정과,
    상기 금속기판을 양극산화하여 금속산화막으로 이루어지는 절연막을 형성하는 공정과,
    복수의 상기 금속기판의 미세홈부내에 촉매를 담지하는 공정과,
    상기 복수의 금속기판을 다단으로 적층할 때에 접합되는 부위의 상기 금속산화막을 제거하는 공정과,
    상기 복수의 금속기판을, 각 금속기판의 미세홈부가 상기 관통구멍을 통하여 연결되도록 다단으로 적층하여 접합하고, 또한, 가스 배출구가 형성된 커버 부재를, 다단의 최외부에 위치하고 상기 미세홈부가 노출되어 있는 상기 금속기판에 접합하는 공정과,
    다단의 최외부에 위치하는 적어도 한쪽의 상기 금속산화막상에 발열체를 설치하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터의 제조방법.
  56. 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서,
    복수의 금속기판의 한쪽 면에 미세홈부와 이 미세홈부의 소정 위치에 개구를 갖는 관통구멍을 형성하는 공정과,
    복수의 상기 금속기판의 미세홈부내에 촉매를 담지하는 공정과,
    상기 복수의 금속기판을, 각 금속기판의 미세홈부가 상기 관통구멍을 통하여 연결되도록 다단으로 적층하여 접합하고, 또한, 가스 배출구가 형성된 커버 부재를, 다단의 최외부에 위치하고 상기 미세홈부가 노출되어 있는 상기 금속기판에 접합하는 공정과,
    다단의 최외부에 위치하는 적어도 한쪽의 상기 금속기판면상에 절연막을 설치하고, 이 절연막상에 발열체를 설치하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터의 제조방법.
  57. 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서,
    금속기판의 한쪽 면에 미세홈부를 형성하는 홈부형성 공정과,
    상기 미세홈부의 내벽면에 금속산화막을 형성하는 표면처리 공정과,
    원료 도입구와 가스 배출구를 갖는 금속 커버 부재를, 상기 미세홈부를 덮도록 상기 금속기판에 접합하여, 유로를 구비한 접합체를 형성하는 접합공정과,
    상기 유로의 내벽면에 상기 금속산화막을 통하여 촉매를 담지하는 촉매담지 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터의 제조방법.
  58. 원료를 개질하여 수소가스를 얻기 위한 마이크로 리액터의 제조방법에 있어서,
    1조의 금속기판의 한쪽 면에, 면대칭이 되는 패턴으로 미세홈부를 형성하는 홈부형성 공정과,
    상기 미세홈부의 내벽면에 금속산화막을 형성하는 표면처리 공정과,
    상기 1조의 금속기판을 상기 미세홈부가 대향하도록 접합하여, 유로를 구비한 접합체를 형성하는 접합공정과,
    상기 유로의 내벽면에 상기 금속산화막을 통하여 촉매를 담지하는 촉매담지 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 리액터의 제조방법.
KR1020057004340A 2003-02-06 2004-02-05 마이크로 리액터 및 그 제조방법 KR100783168B1 (ko)

Applications Claiming Priority (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003029321 2003-02-06
JPJP-P-2003-00029321 2003-02-06
JP2003196461 2003-07-14
JPJP-P-2003-00196461 2003-07-14
JPJP-P-2003-00313535 2003-09-05
JP2003313535 2003-09-05
JPJP-P-2003-00347963 2003-10-07
JP2003347963 2003-10-07

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050100593A true KR20050100593A (ko) 2005-10-19
KR100783168B1 KR100783168B1 (ko) 2007-12-07

Family

ID=32854417

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020057004340A KR100783168B1 (ko) 2003-02-06 2004-02-05 마이크로 리액터 및 그 제조방법

Country Status (4)

Country Link
US (2) US7803328B2 (ko)
KR (1) KR100783168B1 (ko)
DE (1) DE112004000052T5 (ko)
WO (1) WO2004069738A1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100723142B1 (ko) * 2006-02-16 2007-05-30 삼성전기주식회사 마이크로 채널 내에 촉매필터를 구비한 개질 기
KR100744940B1 (ko) * 2006-06-14 2007-08-01 삼성전기주식회사 연료 개질 기 및 그 제작 방법
KR100755608B1 (ko) * 2006-04-19 2007-09-06 삼성전기주식회사 마이크로 유로 내의 촉매 충전방법

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4580664B2 (ja) * 2004-03-01 2010-11-17 大日本印刷株式会社 マイクロリアクターおよびその製造方法
KR100764404B1 (ko) * 2005-12-29 2007-10-05 삼성전기주식회사 마이크로 연료전지용 세라믹 다층 기판 개질 기 및 그제조방법
KR101223627B1 (ko) * 2006-02-03 2013-01-17 삼성에스디아이 주식회사 연료 개질장치 및 그 제조 방법
JP2008126191A (ja) * 2006-11-24 2008-06-05 Dainippon Printing Co Ltd マイクロリアクター
JP5272320B2 (ja) * 2007-03-29 2013-08-28 株式会社日立製作所 水素供給装置とその製造方法、及びそれを用いた分散電源と自動車
EP2072115A1 (en) * 2007-12-21 2009-06-24 Corning Incorporated Microreactor assembly incorporating an interconnecting element
FR2937655A1 (fr) * 2008-10-29 2010-04-30 Renault Sas Procedes de depot d'un catalyseur par voie sol/gel, par suspension ou par depot chimique en phase vapeur sur un reacteur microstructure
KR101178203B1 (ko) 2009-12-18 2012-08-30 한국과학기술연구원 생화학적 시료를 광학적으로 분석하기 위한 미세유체 장치
DE102012203202A1 (de) * 2012-03-01 2013-09-05 Lars Nordwig Vorrichtung zur thermochemischen Spaltung von Wasser
KR101401355B1 (ko) * 2012-11-21 2014-06-02 한국과학기술연구원 탄화수소 개질용 마이크로 채널 반응기
CN107921400B (zh) * 2015-06-10 2020-10-27 康宁股份有限公司 具有可调传热能力的连续流动反应器
US10214772B2 (en) * 2015-06-22 2019-02-26 Fluxergy, Llc Test card for assay and method of manufacturing same
CN109502546A (zh) * 2018-10-29 2019-03-22 山西潞安煤基合成油有限公司 甲烷二氧化碳干重整反应器

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5139648A (en) * 1988-12-27 1992-08-18 Uop Hydrocarbon conversion process using pillared clay and a silica-substituted alumina
JPH06111838A (ja) 1992-09-30 1994-04-22 Toshiba Corp 改質器、改質システム、及び燃料電池システム
US5611214A (en) 1994-07-29 1997-03-18 Battelle Memorial Institute Microcomponent sheet architecture
US5811062A (en) * 1994-07-29 1998-09-22 Battelle Memorial Institute Microcomponent chemical process sheet architecture
JPH10330101A (ja) * 1997-05-27 1998-12-15 Sanyo Electric Co Ltd 水素製造装置及び水素製造方法
DE19754012C2 (de) * 1997-12-05 1999-11-11 Dbb Fuel Cell Engines Gmbh Anlage zur Wasserdampfreformierung eines Kohlenwasserstoffs
DE19926025A1 (de) * 1999-05-28 2000-11-30 Atotech Deutschland Gmbh Verfahren zum Herstellen von Mikrobauteilen
US6969506B2 (en) * 1999-08-17 2005-11-29 Battelle Memorial Institute Methods of conducting simultaneous exothermic and endothermic reactions
JP2001146401A (ja) 1999-11-16 2001-05-29 Mitsubishi Electric Corp 積層型改質器
JP2001302203A (ja) 2000-04-20 2001-10-31 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> メタノールの改質方法及びメタノール改質用連続触媒体の製造方法
DE10036602A1 (de) * 2000-07-27 2002-02-14 Cpc Cellular Process Chemistry Mikroreaktor für Reaktionen zwischen Gasen und Flüssigkeiten
US7048897B1 (en) * 2000-08-28 2006-05-23 Motorola, Inc. Hydrogen generator utilizing ceramic technology
JP3858653B2 (ja) * 2000-12-21 2006-12-20 カシオ計算機株式会社 電源システム
WO2002085072A1 (en) * 2001-04-17 2002-10-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Insulating layer for a heating element
US6670305B2 (en) * 2001-05-09 2003-12-30 The University Of Chicago Free-standing monolithic catalyst with micro-scale channel dimensions
US6828055B2 (en) * 2001-07-27 2004-12-07 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Bipolar plates and end plates for fuel cells and methods for making the same
JP4682476B2 (ja) 2001-08-01 2011-05-11 カシオ計算機株式会社 加熱装置、改質装置及び燃料電池システム
JP2003151577A (ja) 2001-11-12 2003-05-23 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池セルユニット
US6713519B2 (en) * 2001-12-21 2004-03-30 Battelle Memorial Institute Carbon nanotube-containing catalysts, methods of making, and reactions catalyzed over nanotube catalysts
EP1362827B1 (en) * 2002-05-16 2008-09-03 Micronit Microfluidics B.V. Method of fabrication of a microfluidic device
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
FR2909544B1 (fr) * 2006-12-07 2009-08-28 Oreal Dispositif de refroidissement

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100723142B1 (ko) * 2006-02-16 2007-05-30 삼성전기주식회사 마이크로 채널 내에 촉매필터를 구비한 개질 기
KR100755608B1 (ko) * 2006-04-19 2007-09-06 삼성전기주식회사 마이크로 유로 내의 촉매 충전방법
KR100744940B1 (ko) * 2006-06-14 2007-08-01 삼성전기주식회사 연료 개질 기 및 그 제작 방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2004069738A1 (ja) 2004-08-19
KR100783168B1 (ko) 2007-12-07
DE112004000052T5 (de) 2005-08-11
US20060051260A1 (en) 2006-03-09
US8123825B2 (en) 2012-02-28
US20100296985A1 (en) 2010-11-25
US7803328B2 (en) 2010-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100783168B1 (ko) 마이크로 리액터 및 그 제조방법
US7857874B2 (en) Micro-reactor and method of manufacturing the same
US7867346B2 (en) Junction substrate and method of bonding substrates together
JP4504751B2 (ja) 水素製造用のマイクロリアクター
TWI357675B (ko)
JP4414780B2 (ja) 水素製造用のマイクロリアクターおよびその製造方法
JP4559790B2 (ja) 水素製造用のマイクロリアクターおよびその製造方法
JP4537685B2 (ja) 水素製造用のメンブレンリアクター
JP4867357B2 (ja) 水素製造用のマイクロリアクター
JP4486429B2 (ja) 水素製造用のマイクロリアクターおよびその製造方法
JP5038619B2 (ja) マイクロリアクターおよびその製造方法
JP2004331434A (ja) 水素製造用のマイクロリアクターおよびその製造方法
JP4438569B2 (ja) 反応器
JP4877211B2 (ja) マイクロリアクターおよびその製造方法
KR100828489B1 (ko) 마이크로 리액터 및 그 제조 방법
JP2007296495A (ja) マイクロリアクターおよびその製造方法
JP2007008731A (ja) 水素製造装置およびその製造方法
JP2009082803A (ja) マイクロリアクターおよびその製造方法
JP2008114162A (ja) マイクロリアクターおよびその製造方法
JP2008100163A (ja) マイクロリアクターおよびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]
LAPS Lapse due to unpaid annual fee