KR20070070111A - 반응장치 - Google Patents

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Abstract

반응물의 반응을 일으키는 반응장치는 밀폐영역을 형성하는 오목부가 설치된 한쌍의 상부기판 및 하부기판과, 적어도 서로 연통하는 개구부가 설치된 복수의 중간기판을 포함하는 복수의 기판으로 이루어지고, 상기 복수의 중간 기판이 적층되고 접합되어 형성되고, 반응물이 흐르는 반응유로가 형성되어 반응물의 반응을 일으키는 반응부를 포함하는 반응장치 본체부와, 상기 상부기판과 하부기판의 사이에 상기 적층된 복수의 중간기판을 끼워서 적층되고 접합되어 형성되고, 상기 복수의 기판에 있어서의 상기 개구부와 상기 밀폐영역이 연통해서 형성되는 밀폐공간을 통해서, 상기 반응장치 본체부의 일단부측을 제외하고 내부에 수용하는 동시에, 상기 반응장치 본체부의 상기 일단부측을 통해서 상기 반응장치 본체부를 지지하는 지지부를 갖는 포위부를 구비해서 구성된다.
반응유로, 포위부, 밀폐영역, 일산화탄소제거기, 양극접합

Description

반응장치{REACTOR}
도 1은 본 발명에 관한 실시형태의 반응장치를 적용한 발전장치의 개략 구성을 나타내는 블럭도,
도 2는 본 실시형태에 있어서의 반응장치를 나타내는 사시도,
도 3은 도 2에 나타내는 반응장치의 I－I선을 따른 화살표 단면도,
도 4는 본 실시형태에 있어서의 반응장치를 나타내는 분해 사시도,
도 5의 (a)∼(e)는 본 실시형태의 반응장치에 있어서의 제 1 기판∼제 ５ 기판의 평면도,
도 6은 본 실시형태의 반응장치에 있어서의 제 2 기판과 제 3 기판의 접합 방법을 설명하는 도면,
도 7은 본 실시형태의 반응장치에 있어서의 제 3 기판과 제 4 기판의 접합 방법을 설명하는 도면,.
도 8은 본 실시형태의 반응장치에 있어서의 제 4 기판과 제 ５ 기판의 접합 방법을 설명하는 도면,
도 9는 본 실시형태의 반응장치에 있어서의 제 2 기판과 제 1 기판의 접합 방법을 설명하는 도면,
도 10은 본 실시형태의 반응장치에 있어서의 제 2 기판∼제 4 기판의 다른 구성예를 나타내는 평면도.
본 발명은 반응물이 공급되고, 해당 반응물의 반응을 일으키는 반응장치에 관한 것이다.
근래, 에너지 변환효율이 높은 깨끗한 전원시스템으로서 연료전지가 주목받게 되어, 연료전지 자동차나 전화(電化)주택 등으로의 실용화가 진행되고 있다. 또, 모바일수단으로서 소형화, 고기능화가 진행되고 있는 휴대전화나 노트북 컴퓨터 등에 있어서도, 연료전지를 소형화, 저비용화하는 것에 의해, 전원으로서 연료전지를 탑재하기 위한 연구, 개발이 진행되고 있다.
여기서, 연료전지라는 것은 예를 들면 수소로 이루어지는 연료와 산소의 전기화학반응에 의해 전기에너지를 생성하는 장치이며, 이러한 연료전지에는 예를 들면, 연료와 물의 혼합기(混合氣)로부터 수소를 생성하는 개질기를 갖는 반응장치를 구비하는 것이 있다.
이 반응장치는 예를 들면 독립해서 배치설치된 개질기나 일산화탄소제거기 등의 반응기를 연결파이프 등으로 연결함으로써 구성되어 있고, 기화된 알콜류나 가솔린 등의 액체연료와 고온의 수증기를 비교적 고온으로 설정된 개질기에 있어서 개질반응시켜 수소를 꺼내는 동시에, 개질반응의 부생성물인 일산화탄소를 비교적 저온으로 설정된 일산화탄소제거기에 있어서 제거하도록 되어 있다.
그러나, 이상과 같은 반응장치에 있어서는 개질기나 일산화탄소제거기 등의 반응기가 독립해서 배치설치되고, 각 반응기간을 연결파이프 등으로 연결해서 구성되어 있기 때문에, 휴대전화나 노트북 컴퓨터 등에 탑재할 수 있을 정도로 소형화하는 것이 곤란하였다.
또, 개질기나 일산화탄소제거기 등의 반응기를 개별적으로 제조하는 분만큼, 반응장치의 제조 공정이 복잡하게 되어, 저비용화하는 것이 곤란하였다.
또, 각 반응기의 온도를 유지하는 동시에 열효율을 향상시키기 위해, 각 반응기를 둘러싸는 단열용기를 설치하고, 중공 단열구조로 하는 경우가 있다. 이 경우, 각 반응기로의 반응물의 공급이나 각 반응기로부터의 생성물의 배출을 위한 복수의 공급구나 배출구가 단열용기측에 설치되고, 그 부분에 있어서 각 반응기와 단열용기가 접속되게 된다. 이 때, 각 반응기가 소정의 온도로 설정되어 있으면, 단열용기와의 사이에 비교적 큰 온도차가 생기는 결과, 접속부분에 비교적 큰 열응력이 작용해 버려, 접속부분이 파손되거나 균열이 생길 우려가 있었다. 　
본 발명은 비교적 용이하게 제조하는 동시에, 소정의 온도로 설정되는 반응부를 내부에 가질 경우에 생기는 열응력을 저감할 수 있는 반응장치를 제공할 수 있는 이점을 갖는다.
상기 이점을 얻기 위한 본 발명에 있어서의 반응장치는 밀폐영역을 형성하는 오목부가 설치된 한쌍의 상부기판 및 하부기판과, 적어도 서로 연통하는 개구부가 설치된 복수의 중간기판을 포함하는 복수의 기판으로 이루어지고, 상기 복수의 중간기판이 적층되고 접합되어 형성되고, 반응물이 흐르는 반응유로가 형성되어 반응물의 반응을 일으키는 반응부를 포함하는 반응장치 본체부와, 상기 상부기판과 하부기판의 사이에 상기 적층된 복수의 중간기판을 끼워서 적층되고 접합되어 형성되고, 상기 복수의 기판에 있어서의 상기 개구부와 상기 밀폐영역이 연통해서 형성되는 밀폐 공간을 통해서, 상기 반응장치 본체부의 일단부측을 제외하고 내부에 수용하는 동시에, 상기 반응장치 본체부의 상기 일단부측을 통해서 상기 반응장치 본체부를 지지하는 지지부를 갖는 포위부를 구비해서, 반응물의 반응을 일으키는 반응장치가 제공된다.
상기 이점을 얻기 위한 본 발명에 있어서의 전원시스템은 발전용 연료가 공급되고 발전용 연료로부터 수소를 포함하는 특정의 연료성분을 생성하는 반응장치와, 상기 특정의 연료성분을 이용한 전기화학반응에 의해 상기 전력을 발전하는 연료전지를 포함하는 발전부를 구비하고, 상기 반응장치는 밀폐영역을 형성하는 오목부를 갖는 한쌍의 상부기판 및 하부기판과, 적어도 서로 연통하는 개구부를 갖는 복수의 중간기판을 포함하는 복수의 기판으로 이루어지고, 상기 복수의 중간기판이 적층되고 접합되어 형성되고, 반응물이 흐르는 반응유로가 형성되어 반응물의 반응을 일으키는 반응부를 포함하는 반응장치 본체부와, 상기 상부기판과 하부기판의 사이에 상기 적층된 복수의 중간기판을 끼워서 적층되고 접합되어 형성되고, 상기 복수의 기판에 있어서의 상기 개구부와 상기 밀폐영역이 연통해서 형성되는 밀폐공간을 통해서 상기 반응장치 본체부의 일단부측을 제외하고 내부에 수용하는 동시 에, 상기 반응장치 본체부의 상기 일단부측을 통해서 상기 반응장치 본체부를 지지하는 지지부를 갖는 포위부를 구비하고, 생성한 전력을 부하에 공급하는 전원시스템이 제공된다.
그리고, 본 발명에 있어서의 반응장치는 밀폐영역을 형성하는 오목부가 설치된 한쌍의 상부기판 및 하부기판과, 적어도 서로 연통하는 개구가 설치된 복수의 중간기판을 포함하는 복수의 기판을 준비하고, 상기 복수의 중간기판을 적층하고, 예를 들면 양극접합에 의해서 접합해서, 반응물이 흐르는 반응유로를 형성하고, 반응물의 반응을 일으키는 반응부를 포함하는 반응장치 본체부를 형성하고, 상기 상부기판 및 하부기판의 사이에 상기 적층된 복수의 중간기판을 끼워서 적층하고, 예를 들면 대기압보다 낮은 기압중에서 양극접합에 의해서 접합해서, 상기 개구부와 상기 밀폐영역을 연통시켜 밀폐공간을 형성하고, 해당 밀폐공간을 통해서 상기 반응장치 본체부의 일단부를 제외하고 내부에 수용하는 동시에, 상기 반응장치 본체부의 상기 일단부측을 통해서 상기 반응장치 본체부를 지지하는 지지부를 갖는 포위부를, 상기 반응장치 본체부와 일체로 형성할 수 있다.
이하, 본 발명에 관한 반응장치의 상세를 도면에 나타내는 실시형태에 의거해서 설명한다. 단, 이하에 기술하는 실시형태에는 본 발명을 실시하기 위해 기술적으로 바람직한 각종 한정이 부가되어 있지만, 발명의 범위를 이하의 실시형태 및 도시예에 한정하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 관한 실시형태의 반응장치를 적용한 발전장치(1)의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 발전장치(전원시스템)(1)는 연료용기(10)와, 기화기(11)와, 본 발명에 관한 반응장치(마이크로 리액터)(12)와, 연료전지(13)를 구비하고 있다.
연료용기(10)는 연료 및 물을 저장하는 것이다. 이 연료용기(10)내에 저장되는 연료로서는 조성에 수소원자를 갖는 액체연료, 예를 들면 탄화수소계의 액체연료를 적용할 수 있으며, 구체적으로는 메탄올, 에탄올 등의 알콜류나, 디메틸에테르 등의 에테르류, 가솔린 등이 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는 연료로서 메탄올을 이용하고 있지만, 다른 화합물을 이용해도 좋다. 또, 연료용기(10)내에는 연료와 물과는 개별적으로 저장되어 있어도 좋으며, 혼합된 상태로 저장되어 있어도 좋다.
기화기(11)는 연료용기(10)로부터 공급되는 연료 및 물을 기화시키는 것이다. 이 기화기(11)는 예를 들면 2매의 기판이 접합되고, 이들 기판의 적어도 한쪽의 접합면, 즉 내측의 면에 예를 들면 지그재그형상의 마이크로 유로가 형성되고, 또 각 기판의 외측의 면에, 전압이 인가되는 것에 의해서 발열하는 발열저항체, 발열반도체와 같은 전열재로 이루어지는 박막히터가 성막된 구조를 갖고 있다. 이 박막히터에 의해, 연료용기(10)로부터 기화기(11)내의 마이크로 유로에 공급되는 연료 및 물이 가열되어 기화된다.
반응장치(12)는 기화기(11)로부터 공급되는 기화된 연료 및 수증기로부터 수소를 생성하는 것으로서, 개질기(제 1 반응부)(20)와, 일산화탄소 제거기(제 2 반응부)(21)와, 연소기(가열부)(22)를 구비하고 있다. 개질기(20)는 기화기(11)로부 터 공급되는 기화된 연료(제 1 반응물) 및 수증기(제 1 반응물)를 촉매 반응에 의한 개질반응에 의해서 개질하고, 수소를 포함하는 혼합기(반응물 생성물)를 생성하는 것이다.
연료로서 메탄올을 이용하는 경우, 개질기(20)에 있어서는 하기의 화학반응식 [1], [2]에 나타내는 개질반응에 의해서 수소를 포함하는 혼합기가 생성된다. 이 때 [2]에 나타내는 화학반응에 의해서 부생성물로서 미량의 일산화탄소가 생성된다.
일산화탄소 제거기(21)는 개질기(20)로부터 공급되는 혼합기(반응생성물, 제 2 반응물) 이외에 공기(제 2 반응물)가 공급되고, 이들 혼합기내의 일산화탄소를 촉매에 의해, 하기의 화학반응식 [3]에 나타내는 일산화탄소 제거 반응에 의해서 선택적으로 산화해서 제거하는 것이다.
또, 연소기(22)는 공기와 연료전지(13)로부터 배출되는 미반응의 수소를 포함하는 혼합기(오프가스)나 연료용기(10)로부터의 일부의 연료가 공급되고, 이들을 산화하는 촉매에 의한 연소반응에 의해서 연소열을 발하는 것이다.
CH3OH＋H2O →3H2＋CO2…[1]
H2＋CO2 →H2O＋CO…[2]
2CO＋O2 →2CO2…[3]
이상의 반응장치(12)의 상세에 대해서는 후술하겠지만, 반응장치(12)는 개질기(20), 일산화탄소 제거기(21) 및 연소기(22)를 조립해서 일체화된 것이며, 연소 기(22)에서 발생하는 연소열이 개질기(20)에 공급되어 개질기(20)가 소정의 온도(제 1 온도)로 설정되는 동시에, 개질기(20)와 일산화탄소 제거기(21)를 연통하는 후술하는 연결부(100)를 통한 열전도에 의해 일산화탄소 제거기(21)가 개질기(20)의 온도보다 낮은 소정의 온도(제 2 온도)로 설정되어, 상기의 화학반응이 실행되도록 되어 있다. 또한, 연료용기(10)와 연소기(22)의 사이에 별도로 기화기가 개재되어, 연료의 일부가 이 기화기에 의해서 기화되며, 연소기(22)로 공급되는 구성을 더 구비하고 있는 것으로 해도 좋다.
연료전지(13)는 반응장치(12)에서 생성된 수소의 전기화학반응에 의해 전기에너지를 생성하는 발전 셀로서, 예를 들면, 촉매 미세입자를 담지(擔持)한 연료극과, 촉매 미립자를 담지한 공기극과, 연료극과 공기극의 사이에 개재된 필름형상의 고체 고분자 전해질막을 구비하고 있다. 연료전지(13)의 연료극에는 일산화탄소 제거기(21)로부터 주로 수소를 포함하는 혼합기가 공급되어 있으며, 연료전지(13)의 공기극에는 외부로부터의 공기가 공급되어 있다. 연료극에 있어서는 하기의 전기화학반응식 [4]에 나타내는 바와 같이, 혼합기중의 수소는 연료극의 촉매입자의 작용을 받아 수소이온과 전자로 분리된다. 그리고, 분리된 수소이온은 고체 고분자 전해질막을 통해서 산소극으로 전도하고, 전자는 연료극에 의해 꺼내어진다. 한편, 산소극에 있어서는 하기의 전기화학반응식 [5]에 나타내는 바와 같이, 산소극으로 이동한 전자와, 공기중의 산소와, 고체 고분자 전해질막을 통과한 수소이온이 반응하여 물이 생성된다. 그리고, 이 때의 전자의 이동이 전기에너지로 된다.
H2 →2H＋＋e-…[4]
2H+＋1/2O2＋e- →H2O…[5]
이상의 발전장치(1)는 예를 들면, 디지털카메라, 휴대전화기기, 노트북컴퓨터, 손목시계, PDA, 전자계산기, 그 밖의 전자기기 본체에 탑재되는 것이다. 여기서, 기화기(11), 반응장치(12) 및 연료전지(13)는 예를 들면 전자기기 본체에 내장되고, 연료용기(10)는 전자기기 본체에 대해 착탈가능하게 설치된다. 연료용기(10)가 전자기기 본체에 장착된 경우, 연료용기(10)내의 연료 및 물은 예를 들면 펌프에 의해서 기화기(11)에 공급된다.
다음에, 본 발명에 있어서의 반응장치(12)의 구성에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 실시형태에 있어서의 반응장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 반응장치의 I-I선을 따른 화살표 단면도이다.
도 4는 본 실시형태에 있어서의 반응장치를 나타내는 분해 사시도이다.
또한, 이하의 설명에 있어서는 도 2의 상측의 면을 표면으로 하고, 하측의 면을 이면으로 해서 설명한다.
도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이, 반응장치(12)는 복수의 기판을 적층해서 구성되어 평판형상으로 형성되어 있고, 내부에 반응장치 본체부(2)를 구비하고 있다.
이 반응장치 본체부(2)는 도 3에 나타내는 바와 같이, 내부에 개질기(20)의 개질반응실(200)과, 일산화탄소 제거기(21)의 일산화탄소 제거 유로(210)와, 연소기(22)의 연소반응실(220)을 구비하고 있다.
개질반응실(200)은 상기의 개질반응을 실행하기 위한 방(반응유로)으로서, 메탄올 등의 탄화수소 및 물로부터 수소를 생성하기 위한 개질촉매(201)를 내벽면에 담지하고 있다. 이 개질촉매(201)는 예를 들면 동/산화납계의 촉매이며, 알루미나를 담체(擔體)로 해서 알루미나에 동/산화납을 담지시킨 것이다.
또, 일산화탄소 제거 유로(210)는 상기의 일산화탄소 제거 반응을 실행하기 위한 방(반응유로)으로서, 개질촉매(201)에 의해서 수소 등의 그 밖에 약간 생성되는 일산화탄소를 산화해서 이산화탄소를 생성하기 위한 일산화탄소 제거 촉매(211)를 내벽면에 담지하고 있다. 이 일산화탄소 제거 촉매(211)는 예를 들면 백금/알루미나계의 촉매로서, 알루미나에 백금 또는 백금 및 루테늄을 담지시킨 것이다.
또, 연소반응실(220)은 상기의 연소반응을 실행하기 위한 방(반응유로)이며, 연소반응을 효율좋게 일으키기 위한 예를 들면 백금계의 연소촉매(221)를 내벽면에 담지하고 있다. 이 연소반응실(220)은 본 발명에 있어서의 가열부이며, 개질반응실(200) 등에 열을 공급하도록 되어 있다.
이상의 반응장치 본체부(2)는 포위부(16) 및 지지부(17)를 구비한 중공 패키지부(15)의 내부에 배치설치되어 있다. 포위부(16)는 반응장치 본체부(2)를 포위하는 것이며, 밀폐공간(9)에 의해서 형성되는 공간을 통해서 반응장치 본체부(2)를 내부에 수용하고 있다. 또, 포위부(16)의 내면에는 반응장치(12)로부터 외부를 향 하는 열선을 내부에 반사해서 방열을 방지하는 적외선 반사막(31)이 설치되어 있다.
밀폐공간(9)은 단열실(90∼93)로 이루어진다. 이 중, 단열실(90∼92)은 반응장치 본체부(2)와 포위부(16)의 사이에 개재되어 있으며, 반응장치(12)의 외부로의 방열을 방지하도록 되어 있다.
더욱 상세하게는 단열실(90)은 반응장치 본체부(2)의 표면과 포위부(16)의 사이에 개재되어 있고, 단열실(91)은 반응장치 본체부(2)의 이면과 포위부(16)의 사이에 개재되어 있으며, 단열실(92)은 반응장치 본체부(2)의 측둘레면과 포위부(16)의 사이에 개재되어 있다. 또, 단열실(93)은 개질반응실(200)과 일산화탄소 제거 유로(210)의 사이나, 연소반응실(220)과 일산화탄소 제거 유로(210)의 사이에 개재되어 있다.
여기서, 개질반응실(200)과 일산화탄소 제거 유로(210)는 후술하는 복수의 유로를 포함하는 연결부(100)에 의해서 접속되어 있지만, 단열실(93)에 의해서 개질반응실(200)과 일산화탄소 제거 유로(210)에 소정의 온도차를 발생시켜, 개질반응실(200) 및 연소반응실(220)에 있어서의 반응온도에 대해, 일산화탄소 제거 유로(210)에 있어서의 반응온도를 비교적 낮은 온도로 설정하도록 되어 있다. 또한, 이상의 밀폐공간(9)의 내부는 본 실시형태에 있어서는 대기압보다 낮은 기압의 진공압으로 되어 있으며 구체적으로는 10Pa나 그보다 낮은 기압, 바람직하게는 1Pa나 그보다 낮은 기압으로 되어 있다.
지지부(17)는 도 3, 도 4에 나타내는 바와 같이, 포위부(16)와 반응장치 본 체부(2)의 일단부, 더욱 상세하게는 개질반응실(200)보다 일산화탄소 제거 유로(210)에 근접하는 단부를 접속해서 해당 반응장치 본체부(2)를 지지하는 것이며, 중공패키지부(15)를 반응장치 본체부(2)와 일체화시키고 있다.
이 지지부(17)에는 반응장치 본체부(2)에서의 상기 개질반응, 상기 일산화탄소 제거 반응 및 상기 연소반응에 이용되는 반응물을 외부로부터 해당 반응장치 본체부(2)에 공급하는 동시에, 이들 반응에 의해 생기는 생성물을 외부로 배출하는 급배부(給排部)(18)(후술하는 도 5의 (b)∼(d) 참조)가 설치되어 있다.
이 급배부(18)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 중공 패키지부(15)의 외면에 개구된 반응공급구(23), 산소보조공급구(24), 반응배출구(25), 연료공급구(26), 연료산소공급구(27) 및 연료배출구(28)를 갖고 있다.
이 중, 반응공급구(23)는 개질기(20)에 있어서 수소에 개질시키는 메탄올 등의 탄화수소 및 물을 내부에 유입시키는 것으로서, 기화기(11)에 연통되어 있다. 또, 산소보조공급구(24)는 본 발명에 있어서의 산소공급구이며, 일산화탄소 제거기(21)에 있어서 일산화탄소를 선택 산화하기 위한 산소를 내부에 유입시키는 것이다. 또, 반응배출구(25)는 상기의 개질반응 및 일산화탄소 제거 반응에 의해서 생성되는 주로 수소를 포함하는 혼합기를 배출하는 것이며, 연료전지(13)의 연료극에 연통되어 있다. 또, 연료공급구(26)는 연소기(22)에서의 연소에 이용하는 수소를 포함하는 오프가스나 연소에 이용하는 연료로서의 메탄올 등을 내부에 유입시키는 것이다. 또, 연료산소공급구(27)는 연소기(22)에서의 연소에 이용하는 산소를 내부에 유입시키는 것이다. 또, 연료배출구(28)는 연소기(22)에 있어서의 연소에 의해 서 생성되는 이산화산소 및 물을 배출하는 것이다. 또, 연료공급구(26) 및 연료산소공급구(27)에는 각각 연료 등을 압송하는 펌프장치(도시하지 않음) 등이 접속되어 있다.
이상의 반응장치(12)는 도 4에 나타내는 바와 같이, 제 1 기판(3), 제 2 기판(4), 제 3 기판(5), 제 4 기판(6) 및 제 5 기판(7)을 이 순서로 적층하고 접합해서 형성되어 있다.
즉, 제 1 기판(3)의 이면과 제 2 기판(4)의 표면이 접합되고, 제 2 기판(4)의 이면과 제 3 기판(5)의 표면이 접합되며, 제 3 기판(5)의 이면과 제 4 기판(6)의 표면이 접합되고, 제 4 기판(6)의 이면과 제 5 기판(7)의 표면이 접합되어 있다. 이들 제 1 기판(3)∼제 5 기판(7)은 평면에서 보아 대략 직사각형형상을 갖고, 바깥가장자리를 따른 치수가 대략 동일하게 되어 있으며, 각 기판의 측면의 적어도 일부는 서로 면일치로 되어 있다.
또, 제 1 기판(3)은 본 발명에 있어서의 상부기판이고, 제 2 기판(4)∼ 제 4 기판(6)은 본 발명에 있어서의 중간기판이며, 제 5 기판(7)은 본 발명에 있어서의 하부기판이다.
또한, 본 실시형태에 있어서는 제 1 기판(3)∼제 5 기판(7)은 유리제의 기판으로서, 더욱 상세하게는 가동이온으로 되는 Na나 Li를 함유한 유리기판이다. 이러한 유리기판으로서는 예를 들면 파이렉스(Pyrex; 등록상표) 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 도 4와 후술하는 도 5의 (a)∼(e)에 있어서는 반응유로를 이루는 홈부(46, 48), 반응유로를 이루는 홈부(56, 58) 및 반응유로를 이루는 홈부(66) 등 을 간략화해서 나타내고 있다.
도 5의 (a)∼(e)는 본 실시형태의 반응장치에 있어서의 제 1 기판∼제 ５ 기판의 평면도이다.
도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제 1 기판(3)의 이면측, 즉 제 2 기판(4)의 표면과 대향하는 면에는 직사각형 형상의 오목부(30)가 형성되어 있다. 후술하는 바와 같이, 제 5 기판(7)의 표면측, 즉 제 4 기판(6)의 이면과 대향하는 면에는 직사각형 형상의 오목부(70)가 형성되어 있으며, 제 1 기판(3)과 제 5 기판(7)은 한쌍으로 형성되고, 제 1 기판(3)의 이면측과 제 5 기판(7)의 표면측을 맞춘 경우, 오목부(30)와 오목부(70)에 의해서 1개의 밀폐영역이 형성되도록 되어 있다. 제 1 기판(3)에 있어서의 오목부(30)의 내면에는 반응장치(12)로부터 외부로 방사되는 열선을 오목부(30)의 내부에 반사해서 방열을 방지하는 적외선 반사막(31)(도 3 참조)이 설치되어 있다.
이 적외선 반사막(31)은 예를 들면 금, 알루미늄, 은 또는 동 등을 스퍼터법이나 진공증착법 등의 기상법에 의해서 성막하는 것에 의해 형성되어 있으며, 개질기(20)의 동작온도인 수백 ℃의 온도영역에서 발생하는 적외선(파장 5∼30㎛)의 반사율이 대략 100%로 되어 있다. 또한, 적외선 반사막(31)을 금으로 형성하는 경우, 밀착성을 높이기 위해, 밀착층으로서 크롬이나 티타늄, 탄탈륨, 몰리브덴 등의 층을 하지(下地)로서 설치하도록 해도 좋다.
또, 오목부(30)의 내면 중, 예를 들면 일산화탄소 제거기(21)에 대응하는 영역의 상기 적외선 반사막(31)상에, 예를 들면 막형상의 게터재(32)를 설치하도록 해도 좋다. 이 게터재(32)는 가열에 의해 활성화되어 주위의 가스나 미립자를 흡착하는 것으로서, 반응장치(12)의 밀폐공간(9)에 존재하는 가스를 흡착해서, 밀폐공간(9)의 진공도를 높이거나 혹은 유지할 수 있다. 이러한 게터재(32)의 재료로서는 예를 들면 지르코늄, 바륨, 티타늄 또는 바나듐을 주성분으로 한 합금을 들 수 있다.
또한, 게터재(32)에, 해당 게터재(32)를 가열해서 활성화하기 위한 전열재 등의 전기히터가 설치되고, 이 전기히터의 전선이 중공 패키지부(15)의 외부로 인출되도록 해도 좋다.
제 2 기판(4)은 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 일단부(도면 중, 좌측 단부)의 모서리부에 삼각형상의 절결부(잘라냄부)(440)를 갖고 있다. 이 제 2 기판(4)에는 표리에 관통하는 2개의 구멍(개구부)(40, 41)이 설치되어 있다. 구멍(40)은 제 2 기판(4)의 주연부를 따라서 대략 C자 형상으로 형성되어 있으며, 제 2 기판(4)의 타단부의 측에서 개구되어 있다. 즉, 구멍(40)은 제 2 기판(4)의 타단부의 측의 일부 영역을 제외하고, 제 2 기판(4)의 주연부를 따라서 설치되어 있다. 또, 구멍(41)은 제 2 기판(4)의 중앙부에 있어서 직사각형 형상으로 형성되어 있다. 이들 구멍(40, 41)의 내주면에, 제 2 기판(4)의 내측에서 밖으로 복사되는 열선을 내측에 반사해서 방열을 방지하여 단열효과를 갖는 복사방지막(33)을 설치하도록 해도 좋다. 또한, 이 복사방지막(33)은 예를 들면 알루미늄 등의 금속에 의해서 형성된다.
또, 제 2 기판(4)의 표면, 즉 제 1 기판(3)의 오목부(30)와 대향하는 면의 예를 들면 일산화탄소 제거기(21)에 대응하는 영역에, 상술한 게터재(32)와 마찬가지의 게터재(42)(도 3 참조)를 설치하도록 해도 좋다. 또한, 게터재(32, 42)는 반응장치(12)의 운전중에, 게터재(32, 42)의 온도가 그 활성화온도를 넘지 않는 위치에 설치하도록 하는 것이 바람직하다.
또, 제 2 기판(4)의 이면, 즉 제 3 기판(5)과의 접합면에는 홈부(반응유로)(46), 홈부(유로)(47a, 47b), 홈부(반응유로)(48) 및 홈부(유로)(49a∼49f)가 형성되어 있다. 반응유로를 이루는 홈부(46)는 구멍(40)으로 둘러싸인 영역 중, 구멍(41)보다 상기 일단부의 측의 영역에 예를 들면 지그재그형상으로 설치되어 있다. 이 홈부(46)의 내벽면에는 상기의 개질촉매(201)(도 3 참조)가 담지되어 있다.
유로를 이루는 홈부(47a)는 홈부(46)의 단부로부터, 구멍(40)으로 둘러싸인 영역 중 구멍(41)보다 상기 타단부의 측의 영역에까지 설치되어 있다. 유로를 이루는 홈부(47b)는 홈부(46)의 단부로부터 홈부(48)에까지 설치되어 있다.
반응유로를 이루는 홈부(48)는 구멍(40)으로 둘러싸인 영역 중, 구멍(41)보다 상기 타단부의 측의 영역에 예를 들면 지그재그형상으로 설치되어 있다. 이 홈부(48)의 내벽면에는 상기의 일산화탄소 제거 촉매(211)(도 3 참조)가 담지되어 있다.
유로를 이루는 홈부(49a∼49f)는 제 2 기판(4)의 상기 타단부에 나란히 설치되어 있으며, 한쪽의 단부에 있어서 제 2 기판(4)의 상기 타단부측의 측면에 개구되는 동시에, 다른쪽의 단부에 있어서 폐쇄된 상태로 되어 있다.
제 3 기판(5)은 도 5의 (c)에 나타내는 바와 같이, 절결부(540, 541)와, 절 결부(59a∼59f)를 갖고 있다. 절결부(540, 541)는 제 3 기판(5)의 일단부(도면 중, 좌측 단부)의 2개의 모서리부에 삼각형상으로 설치되어 있다.
절결부(59a∼59f)는 제 2 기판(4)의 홈부(49a∼49f)에 대응한 상태에서 제 3 기판(5)의 상기 타단부에 직선형상으로 병설(竝設)되어 있으며, 제 2 기판(4)과 제 3 기판(5)이 중첩될 때, 홈부(49a∼49f)와 대향하도록 되어 있다. 이 중, 절결부(59a, 59b, 59f)는 한쪽의 단부에 있어서 제 3 기판(5)의 상기 타단부측의 측면에 개구되는 동시에, 다른쪽의 단부에 있어서 폐쇄된 상태로 되어 있다. 또, 절결부(59c, 59d)는 한쪽의 단부에 있어서 제 3 기판(5)의 상기 타단부측의 측면에 개구되는 동시에, 다른쪽의 단부에 있어서 후술하는 홈부(58)에 연통되어 있다. 또, 절결부(59e)는 한쪽의 단부에 있어서 제 3 기판(5)의 상기 타단부측의 측면에 개구되는 동시에, 다른쪽의 단부에 있어서 후술하는 홈부(57a)에 연통되어 있다.
또, 이 제 3 기판(5)에는 표리에 관통하는 2개의 구멍(개구부)(50, 51)이 설치되어 있다.
구멍(50)은 제 3 기판(5)의 주연부를 따라서 대략 C자 형상으로 형성되어 있으며, 제 3 기판(5)의 타단부의 측에서 개구되어 있다. 즉, 구멍(50)은 제 3 기판(5)의 타단부의 측의 일부 영역을 제외하고, 제 3 기판(5)의 주연부를 따라서 설치되어 있다. 또, 구멍(51)은 제 3 기판(5)의 중앙부에 있어서 직사각형 형상으로 형성되어 있다. 이들 구멍(50, 51)은 제 2 기판(4)의 구멍(40, 41)에 각각 대응하고 있으며, 제 2 기판(4)과 제 3 기판(5)이 중첩될 때, 구멍(40, 41)과 연통하도록 되어 있다. 이들 구멍(50, 51)의 내주면에도 단열효과를 갖는 복사방지막(33)을 설치하도록 해도 좋다.
또, 제 3 기판(5)의 이면, 즉 제 4 기판(6)과의 접합면에는 도 3에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 있어서의 가열부로서의 박막히터(55)가 예를 들면 지그재그형상으로 설치되어 있다. 이 박막히터(55)는 전압이 인가되는 것에 의해서 발열하는 발열저항체, 발열반도체와 같은 하는 전열재이며, 개질반응실(200)이나 일산화탄소 제거 유로(210)에 열을 공급하도록 되어 있다. 이 박막히터(55)에는 반응장치(12)의 내측과 외측의 사이에서 통전하는 전선(55a)이 접속되어 있다.
또한, 박막히터(55)는 제 3 기판(5)의 표면이면에 설치되는 것으로 해도 좋으며, 이면에만 설치되는 것으로 해도 좋다. 또, 전선(55a)은 가느다란 쪽이 바람직하기 때문에, 본 실시형태에 있어서는 전선(55a)으로서 코바르선(kovar wire)을 이용하고, 선직경을 0. 2㎜로 하였다. 단, 전선(55a)으로서는 철니켈합금선이나, 철니켈합금의 심재를 동층으로 피복한 쥬메트선(Jumet wire) 등을 이용하는 것으로 해도 좋다.
또, 제 3 기판(5)의 표면, 즉 제 2 기판(4)과의 접합면에는 도 5의 (c)에 나타내는 바와 같이, 반응유로를 이루는 홈부(56), 유로를 이루는 홈부(57a, 57b) 및 반응유로를 이루는 홈부(58)가 형성되어 있다. 반응유로를 이루는 홈부(56)는 구멍(50)으로 둘러싸인 영역 중, 구멍(51)보다 상기 일단부의 측의 영역에 예를 들면 지그재그형상으로 설치되어 있다. 이 홈부(56)의 내벽면에는 상기의 개질촉매(201)(도 3 참조)가 담지되어 있다. 이 홈부(56)는 제 2 기판(4)의 홈부(46)의 형성영역에 대응하고 있으며, 제 2 기판(4)과 제 3 기판(5)이 중첩될 때, 홈부(46) 의 형성영역과 대향하도록 되어 있다.
홈부(57a)는 홈부(56)의 단부로부터 절결부(59e)에까지 설치되어 있다. 또, 홈부(57b)는 홈부(56)의 단부로부터 홈부(58)에까지 설치되어 있다. 이들 홈부(57a, 57b)는 제 2 기판(4)의 홈부(47a, 47b)에 대응하고 있으며, 제 2 기판(4)과 제 3 기판(5)이 중첩될 때, 홈부(47a, 47b)와 대향하도록 되어 있다.
반응유로를 이루는 홈부(58)는 구멍(50)으로 둘러싸인 영역 중, 구멍(51)보다 상기 타단부의 측의 영역에 예를 들면 지그재그형상으로 설치되어 있다. 이 홈부(58)는 제 2 기판(4)의 홈부(48)의 형성영역에 대응하고 있으며, 제 2 기판(4)과 제 3 기판(5)이 중첩될 때, 홈부(48)의 형성영역과 대향하도록 되어 있다. 이 홈부(58)의 내벽면에는 상기의 일산화탄소 제거 촉매(211)(도 3 참조)가 담지되어 있다.
제 4 기판(6)은 도 5의 (d)에 나타내는 바와 같이, 일단부(도면중, 좌측 단부)의 각 모서리부에 삼각형상의 절결부(640, 641)를 갖고 있다. 이 제 4 기판(6)에는 표리에 관통하는 2개의 구멍(개구부)(60, 61)이 설치되어 있다. 구멍(60)은 제 4 기판(6)의 주연부를 따라서 대략 C자형상으로 형성되어 있으며, 제 4 기판(6)의 타단부의 측에서 개구되어 있다. 즉, 구멍(60)은 제 4 기판(6)의 타단부의 측의 일부 영역을 제외하고, 제 4 기판(6)의 주연부를 따라서 설치되어 있다. 또, 구멍(61)은 제 4 기판(6)의 중앙부에 있어서 직사각형 형상으로 형성되어 있다. 이들 구멍(60, 61)은 제 3 기판(5)의 구멍(50, 51)에 각각 대응하고 있으며, 제 3 기판(5)과 제 4 기판(6)이 중첩될 때에, 구멍(50, 51)과 연통하도록 되어 있다. 이들 구멍(60, 61)의 내주면에도 단열효과를 갖는 복사방지막(33)을 설치하도록 해도 좋다.
또, 제 4 기판(6)의 표면, 즉 제 3 기판(5)과의 접합면에는 반응유로를 이루는 홈부(66), 유로를 이루는 홈부(67a, 67b) 및 유로를 이루는 홈부(69a∼69f)와, 통전홈(65)(도 3 참조)이 형성되어 있다.
홈부(66)는 구멍(60)으로 둘러싸인 영역 중, 구멍(61)보다 상기 일단부의 측의 영역에 예를 들면 지그재그형상으로 설치되어 있다. 이 홈부(66)의 내벽면에는 상술한 연소촉매(221)(도 3 참조)가 담지되어 있다.
홈부(67a, 67b)는 각각 홈부(66)의 단부로부터, 구멍(60)으로 둘러싸인 영역 중 구멍(61)보다 상기 타단부의 측의 영역에까지 설치되어 있다.
홈부(69a∼69f)는 제 3 기판(5)의 절결부(59a∼59f)에 대응한 상태에서 제 4 기판(6)의 상기 타단부에 나란히 설치되어 있고, 제 3 기판(5)과 제 4 기판(6)이 중첩될 때, 절결부(59a∼59f)와 대향하도록 되어 있다. 이 중, 홈부(69a, 69b)는 한쪽의 단부에 있어서 제 4 기판(6)의 상기 타단부측의 측면에 개구되는 동시에, 다른쪽의 단부에 있어서 합류하고, 홈부(67b)에 연통되어 있다. 또, 홈부(69c∼69e)는 한쪽의 단부에 있어서 제 4 기판(6)의 상기 타단부측의 측면에 개구되는 동시에, 다른쪽의 단부에 있어서 폐쇄된 상태로 되어 있다. 또, 홈부(69f)는 한쪽의 단부에 있어서 제 4 기판(6)의 상기 타단부측의 측면에 개구되는 동시에, 다른쪽의 단부에 있어서 홈부(67a)에 연통되어 있다.
통전홈(65)은 도 3에 나타내는 바와 같이, 제 4 기판(6)의 상기 일단부 및 상기 타단부에 설치되어 있고, 박막히터(55)에 접속된 전선(55a)을 내부에 통과시키도록 되어 있다. 즉, 제 4 기판(6)은 본 발명에 있어서의 통전용 기판으로 되어 있다.
제 5 기판(7)은 도 5의 (e)에 나타내는 바와 같이, 제 1 기판(3)과 대략 상하 대칭으로 형성되어 있으며, 일단부(도면 중, 좌측 단부)의 각 모서리부와 타단부의 모서리부에 삼각형상의 절결부(740∼742)를 갖고 있다. 이 제 5 기판(7)의 표면측, 즉 제 4 기판(6)의 이면과 대향하는 면에는 직사각형 형상의 오목부(70)가 형성되어 있다. 이 오목부(70)의 내면에는 제 1 기판(3)의 오목부(30)의 내면에 설치된 것과 마찬가지의 적외선 반사막(31)이 설치되어 있다.
계속해서, 반응장치(12)의 제조방법을 제 1 기판(3)∼제 5 기판(7)의 제조방법과, 제 1 기판(3)∼제 5 기판(7)의 접합방법으로 나누어 설명한다.
[1] 제 1 기판(3)∼제 5 기판(7)의 제조방법
우선, 각 기판의 제조방법에 대해서 설명한다. 제 1 기판(3)∼제 5 기판(7)을 제조하기 위해서는 우선, 평면에서 보아 직사각형 형상을 이룬 유리기판으로서, 표면이면이 평탄하고 또한 서로 평행한 것을 5매 준비한다.
다음에, 2매의 유리기판으로부터 제 1 기판(3) 및 제 5 기판(7)을 제조한다.
구체적으로는 우선, 제 1 기판(3)의 이면으로 되는 면에 대해, 후술하는 양극(陽極)접합을 위한 금속막을 스퍼터링에 의해서 성막한 후, 각 유리기판의 한쪽면(제 1 기판(3)의 이면으로 되는 면, 제 5 기판(7)의 표면으로 되는 면)을 포토리소그래피법이나 샌드블라스트법에 의해서 오목부(30, 700) 및 절결부(740∼742)를 마련한다. 그리고, 오목부(30, 70)내에 스퍼터링이나 진공증착법에 의해서 적외선 반사막(31)을 성막한다. 이것에 의해, 제 1 기판(3), 제 5 기판(7)이 제조된다.
　여기서, 금속막은 양극접합 조건시에 산화되어 결합하는 것이다. 이 금속막에 이용되는 금속으로서는 상온상압하에서는 잘 산화되지 않고 안정한 것이 바람직하며, 합금이나 화합물이어도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는 성막레이트가 높은 금속막을 성막한 경우에 대해서 기술한다.
이러한 금속막을 성막하기 위해서는 유리기판을 피막대상물로서 스퍼터링장치에 세팅하고, 그 후, Ta, Ti, Al 등으로 형성된 판을 타겟으로 해서 Ar가스와 O2가스로 이루어지는 분위기하에서 스퍼터링을 실행한다. 스퍼터링 공정에서는 상기 타겟에 이온이 충돌하는 것에 의해서 해당 타겟으로부터 스퍼터된 원자나 분자가 방출되고, 방출된 원자나 분자가 유리기판에 충돌하며, Ta 등의 금속막이 유리기판에 성막된다. 이 금속막의 막두께는 1000Å∼3000Å으로 하는 것이 바람직하다. 더 나아가서는 기판에 가해지는 막의 응력을 고려하면 막두께는 1000Å∼2000Å으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
다음에, 1매의 유리기판으로부터 제 2 기판(4)을 제조한다. 구체적으로는 우선, 유리기판의 한쪽면(제 2 기판(4)의 이면으로 되는 면)에 대해, 스퍼터링에 의해서 양극접합을 위한 완충막 및 금속막을 이 순서로 성막하고, 포토리소그래피법이나 샌드블라스트법에 의해서 구멍(40, 41), 홈부(46), 홈부(47a, 47b), 홈부(48), 홈부(49a∼49f) 및 절결부(440)를 형성한다. 또, 구멍(40, 41)의 내면에 대해, 스퍼터링이나 진공증착법에 의해서 상기 복사방지막(33)을 성막하도록 해도 좋다. 그리고, 반응유로를 이루는 홈부(46, 48)의 내부에 각각 촉매밀착층으로서의 알루미나졸을 도포한 후, 홈부(46)의 내부에 개질촉매(201), 홈부(48)의 내부에 일산화탄소 제거 촉매(211)를 예를 들면 워시코트법으로 마련한다. 이것에 의해, 제 2 기판(4)이 제조된다.
여기서, 완충막은 후술하는 양극접합에 있어서 유리기판에 전압이 인가될 때, 유리기판내에서 이동하는 알칼리성분을 받아들이는 막이다. 이러한 완충막으로서는 유리기판보다 저항율이 낮은 도전성이고 또한 양극접합시에 유리기판내의 알칼리이온을 어느 정도 내포하는 정도의 알칼리이온 투과성을 가지며, 특히 1k∼50㏀·㎝정도의 저항율의 물질이 바람직하다. 또, 완충막으로서 산화물을 이용할 수 있으며, 특히 다결정보다 아몰퍼스(비정질)의 산화물이 바람직하다. 이것은 아몰퍼스의 원자간의 거리는 다결정의 원자간보다 길고, 아몰퍼스쪽이 다결정보다 알칼리이온이 투과하기 쉬우며, 또 다결정막의 결정입계는 그 부분이 고저항으로 되어, 전계분포가 불균일하게 되기 쉽기 때문에 접합반응에 면내 불균일이 생겨 버리기 때문이다. 구체적으로는 완충막으로서, Ta와 Si와 O를 성분원소로 하는 화합물(이하 「Ta-Si-O계 재료」로 함)이나, La와 Sr과 Mn과 O를 성분원소로 하는 동시에 그들 조성비를 La： Sr： Mn： O = 0.7： 0.3： 1：（3-x）로 하는 화합물(이하, La0.7 Sr0 .3MnO3 -x로 한다), 납유리 등을 이용할 수 있다. 또한, 0≤x＜0. 3이다. 또, Ta-Si-O계 재료도 La0 .7Sr0 .3MnO3 -x도 아몰퍼스의 산화물이다.
Ta-Si-O계 재료의 완충막을 성막하기 위해서는 유리기판을 피막 대상물로 해서 스퍼터링장치에 세팅하고, 그 후, Ta로 형성된 판에 Si를 매립한 것을 타겟으로 해서 Ar가스와 O2가스로 이루어지는 분위기하에서 스퍼터링을 실행한다. 스퍼터링 공정에서는 상기 타겟에 이온이 충돌하는 것에 의해서 해당 타겟으로부터 2차 이온이 방출되고, 방출된 2차 이온이 유리기판에 충돌하며, Ta-Si-O계 재료의 완충막이 유리기판에 성막된다.
또, La0 .7Sr0 .3MnO3 -x의 완충막을 성막하기 위해서는 우선, 질산란타넘염(La(NO3)3·6H0 .7O), 질산스트론튬염(Sr(NO3)3), 질산망간염(Mn(NO3)3·6H2O)을 각각 1메틸-2피롤리돈에 용해하고 나서 질산란타넘용액, 질산스트론튬용액, 질산망간용액을 혼합한다. 다음에, 조제한 용액을 유리기판에 도포하고, 용액을 도포한 면을 위를 향하게 해서 유리기판을 진공 디지케이터(Digicator)내에 세팅하고, 진공펌프에 의해서 진공 디지케이터내를 진공압으로 하면, 도포한 용액이 증발되어 점성이 높아진다. 다음에, 유리기판을 진공 디지케이터로부터 꺼내어 전기로내에 세팅하고, 상기 로내를 진공압으로 하는 동시에, 상기 로내에서 유리기판을 가열하면, La0.7Sr0.3MnO3-x의 완충막이 형성된다.
여기서, 상술과 같이, 제 1 기판(3)의 이면으로 되는 면에는 양극접합을 위한 금속막만을 설치하고, 완충막은 설치하지 않는 것으로 했지만, 이것은 후술하는 도 9에 나타내는 제 2 기판(4)의 표면과 제 1 기판(3)의 이면을 서로 마주보게 해서 양극접합했을 때, 제 2 기판(4)내의 알칼리성분은 제 2 기판(4)의 이면측으로 이동하기 때문에, 제 1 기판(3)의 이면에는 완충막을 설치할 필요가 없기 때문이다. 그러나, 가령 제 1 기판(3)의 이면에도 완충막을 설치하도록 해도 하등의 지장은 없기 때문에, 제 1 기판(3)의 이면의 이면에도, 양극접합을 위한 완충막 및 금속막을 설치하도록 해도 좋다.
다음에, 1매의 유리기판으로부터 제 3 기판(5)을 제조한다. 구체적으로는 우선, 유리기판의 한쪽면(제 3 기판(5)의 이면으로 되는 면)에 대해, 스퍼터링에 의해서 완충막 및 금속막을 이 순서로 성막한 후, 박막히터(55)용의 금속막을 성막하고 패터닝한다. 다음에, 유리기판의 반대측의 면(도 4의 상면으로 되는 면)에 대해, 포토리소그래피법이나 샌드블라스트법에 의해서 구멍(50, 51), 홈부(56), 홈부(57a, 57b), 홈부(58), 절결부(59a∼59f) 및 절결부(540, 541)를 형성한다. 또, 구멍(50, 51)의 내면에 대해, 스퍼터링이나 진공증착법에 의해서 상기 복사방지막(33)을 성막하도록 해도 좋다. 그리고, 홈부(56, 58)의 내부에 각각 촉매밀착층으로서의 알루미나졸을 도포한 후, 홈부(56)의 내부에 개질촉매(201), 홈부(58)의 내부에 일산화탄소 제거 촉매(211)를 각각, 예를 들면 워시코트법으로 마련한다. 이것에 의해, 제 3 기판(5)이 제조된다.
다음에, 1매의 유리기판으로부터 제 4 기판(6)을 제조한다. 구체적으로는 우선, 유리기판의 한쪽면(제 4 기판(6)의 이면으로 되는 면)에 대해, 스퍼터링에 의해서 완충막 및 금속막을 이 순서로 성막하고, 포토리소그래피법이나 샌드블라스트법에 의해서 구멍(60, 61), 홈부(66), 홈부(67a, 67b), 홈부(69a∼69f), 통전홈(65) 및 절결부(640, 641)를 형성한다. 또, 구멍(60, 61)의 내면에 대해, 스퍼터 링이나 진공증착법에 의해서 상기 복사방지막(33)을 성막하도록 해도 좋다. 그리고, 홈부(66)의 내부에 촉매밀착층으로서의 알루미나졸을 도포한 후, 연소촉매(221)를 예를 들면 워시코트법으로 마련한다. 이것에 의해, 제 4 기판(6)이 제조된다.
또한, 제 2 기판(4)∼제 5 기판(7)의 제조에 있어서, 유리기판에 구멍(40, 41)이나 절결부(440), 절결부(59a∼59f) 등을 마련할 때는 유리기판의 양면으로부터 가공을 실시하는 것으로 해도 좋다.
[2] 제 1 기판(3)∼제 5 기판(7)의 접합방법
다음에, 각 기판의 접합방법에 대해서 설명한다.
도 6은 본 실시형태의 반응장치에 있어서의 제 2 기판과 제 3 기판의 접합 방법을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 실시형태의 반응장치에 있어서의 제 3 기판과 제 4 기판의 접합 방법을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 실시형태의 반응장치에 있어서의 제 4 기판과 제 ５ 기판의 접합 방법을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 실시형태의 반응장치에 있어서의 제 2 기판과 제 1 기판의 접합 방법을 설명하는 도면이다.
우선, 도 6에 나타내는 바와 같이, 제 2 기판(4)의 이면과 제 3 기판(5)의 표면을 대향시켜 중첩시킨 후, 이들 제 2 기판(4) 및 제 3 기판(5)을 양극접합장치에 세팅해서 양극접합한다.
여기서, 제 3 기판(5)의 이면에 설치된 금속막이 접합중에 산화되는 것을 방지하기 위해, 접합분위기는 불활성가스 또는 대기압보다 낮은 기압의 진공중에서 실행하는 것이 바람직하다.
더욱 상세하게는 제 2 기판(4) 및 제 3 기판(5)을 가열한 후, 제 3 기판(5)의 이면에 음극(K2)을 접촉시키는 동시에, 제 3 기판(5)의 절결부(541)를 통해서 노출하는 제 2 기판(4)의 상기 금속막에 양극(K1)을 접촉시켜, 소정의 접합온도로 설정하고, 제 2 기판(4)과 제 3 기판(5)의 사이에 고전압을 인가한다. 이것에 의해, 제 2 기판(4)의 금속막과 제 3 기판(5)이 화학결합해서, 제 2 기판(4)과 제 3 기판(5)이 접합되고, 그 결과, 도 3∼도 5에 나타내는 바와 같이, 홈부(46) 및 홈부(56)가 개질기(20)의 개질반응실(200)이 되고, 홈부(48) 및 홈부(58)가 일산화탄소 제거기(21)의 일산화탄소 제거 유로(210)가 된다. 또, 도 5에 나타내는 바와 같이, 홈부(47a) 및 홈부(57a)가 개질반응실(200)에 통과하는 유로(80)가 되며, 홈부(47b) 및 홈부(57b)가 일산화탄소 제거 유로(210)의 단부와 개질반응실(200)을 연통하는 연통유로(89)가 된다.
다음에, 제 2 기판(4) 및 제 3 기판(5)의 접합체에 있어서의 제 3 기판(5)의 박막히터(55)에 전선(55a)을 저항 용접한다.
다음에, 도 7에 나타내는 바와 같이, 제 2 기판(4) 및 제 3 기판(5)의 접합체의 이면, 즉 제 3 기판(5)의 이면과 제 4 기판(6)의 표면을 서로 마주보게 한 후, 제 4 기판(6)의 통전홈(65)에 전선(55a)을 통과시킨 상태에서, 이들 제 4 기판(6) 및 접합체를 양극접합한다.
여기서, 제 4 기판(6)의 이면에 설치된 금속막이 접합중에 산화되는 것을 방지하기 위해, 접합 분위기는 불활성가스 또는 진공중이 바람직하다.
더욱 상세하게는 접합체 및 제 4 기판(6)을 가열한 후, 제 4 기판(6)의 이면에 음극(K2)을 접촉시키는 동시에, 제 4 기판(6)의 구멍(60)을 통해서 노출된 제 3 기판(5)의 상기 금속막에 양극(K1)을 접촉시켜, 소정의 접합 온도로 설정하고, 제 3 기판(5)과 제 4 기판(6)의 사이에 고전압을 인가한다. 이것에 의해, 제 3 기판(5)의 금속막과 제 4 기판(6)이 화학결합해서, 제 3 기판(5)과 제 4 기판(6)이 접합되고, 그 결과, 도 3∼도 5에 나타내는 바와 같이, 홈부(66)가 연소기(22)의 연소반응실(220)이 되고, 도 5에 나타내는 바와 같이, 홈부(67a, 67b)가 연소반응실(220)에 통과하는 유로(82, 83)로 각각 된다.
또, 도 2, 도 5에 나타내는 바와 같이, 반응장치(12)의 외면에 있어서, 홈부(49a, 69a) 및 절결부(59a)의 끝이 연료공급구(26)로서 개구되고, 홈부(49b, 69b) 및 절결부(59b)의 끝이 연료산소공급구(27)로서 개구되며, 홈부(49c, 69c) 및 절결부(59c)의 끝이 산소보조공급구(24)로서 개구되고, 홈부(49d, 69d) 및 절결부(59d)의 끝이 반응배출구(25)로서 개구되며, 홈부(49e, 69e) 및 절결부(59e)의 끝이 반응공급구(23)으로서 개구되고, 홈부(49f, 69f) 및 절결부(59f)의 끝이 연료배출구(28)로서 개구된다. 또, 도 3∼도 5에 나타내는 바와 같이, 구멍(40, 50, 60)에 의해서 단열실(92)이 형성되고, 구멍(41, 51, 61)에 의해서 단열실(93)이 형성된다.
다음에, 도 8에 나타내는 바와 같이, 제 2 기판(4)∼ 제 4 기판(6)의 접합체 의 이면, 즉 제 4 기판(6)의 이면과 제 5 기판(7)의 표면을 서로 마주보게 한 후, 이들 접합체 및 제 5 기판(7)을 양극접합한다. 더욱 상세하게는 접합체 및 제 5 기판(7)을 가열한 후, 제 5 기판(7)의 이면에 음극(K2)을 접촉시키는 동시에, 제 5 기판(7)의 절결부(742)를 통해서 노출된 제 4 기판(6)의 상기 금속막에 양극(K1)을 접촉시키고, 소정의 접합온도로 설정해서, 제 4 기판(6)과 제 5 기판(7)의 사이에 고전압을 인가한다. 이것에 의해, 제 4 기판(6)의 금속막과 제 5 기판(7)이 화학결합해서, 제 4 기판(6)과 제 5 기판(7)이 접합되고, 그 결과, 도 3∼도 5에 나타내는 바와 같이, 오목부(70)가 단열실(91)이 된다. 또, 제 2 기판(4)∼제 5 기판(7)의 적층된 기판 적층체에 있어서, 제 2 기판(4)∼제 5 기판(7)의 표면이면에 설치된 양극접합용의 모든 금속막이 접합상태로 된다.
다음에, 제 4 기판(6)의 통전홈(65)의 단부를 저융점유리 밀봉제로 매립하고, 제 2 기판(4)∼제 5 기판(7)의 기판적층체를 대기중에서 가(假)소성한 후, 진공중 또는 질소분위기중에서 본소성해서 기밀하게 밀봉한다.
이와 같이, 통전홈(65)을 갖는 제 4 기판(6)의 적층된 기판적층체에 있어서, 제 2 기판(4)∼제 5 기판(7)을 양극접합에 의해서 접합한 후, 통전홈(65)의 단부를 유리밀봉재로 매립하고 나서 해당 기판적층체에 대해 대기중에서의 가소성을 실행하는 것에 의해, 양극접합에 이용되는 금속막이 가소성중에 산화되는 것이 방지되기 때문에, 기판끼리의 접합의 신뢰성을 높일 수 있다. 또, 제 2 기판(4) 및 제 3 기판(5)의 접합체의 이면과 제 4 기판(6)의 표면의 접합으로부터, 제 2 기판(4)∼제 5 기판(7)의 기판적층체의 본소성까지의 공정에 있어서는 전선(55a)이 양극접합 용의 금속막에 접촉하지 않도록 주의하는 것이 바람직하다.
다음에, 제 2 기판(4)∼제 5 기판(7)의 접합체에 있어서의 제 2 기판(4)의 표면 중, 일산화탄소 제거기(21)에 대응하는 영역에 게터재를 막형상으로 도포해서 게터재(32)를 마련한다. 또, 제 1 기판(3)의 이면 중 일산화탄소 제거기(21)에 대응하는 영역에도 게터재(42)를 마련한다. 단, 제 2 기판(4) 및 제 1 기판(3)의 어느 한쪽에만 게터재를 마련하는 것으로 해도 좋다.
다음에, 도 9에 나타내는 바와 같이, 제 2 기판(4)∼제 5 기판(7)의 접합체의 표면, 즉 제 2 기판(4)의 표면과 제 1 기판(3)의 이면을 서로 마주 보게 한 후, 이들 접합체 및 제 1 기판(3)을 진공중에 있어서 양극접합한다. 더욱 상세하게는 접합체 및 제 1 기판(3)을, 접합온도로서 게터재(32, 42)의 활성온도 이상의 온도로 가열한 상태에서, 제 3 기판(5)의 절결부(541), 제 4 기판(6)의 절결부(641) 및 제 5 기판(7)의 절결부(741)를 통해서 노출하는 제 2 기판(4)의 이면에 음극(K2)을 접촉시키는 동시에, 제 2 기판(4)의 절결부(440), 제 3 기판(5)의 절결부(540), 제 4 기판(6)의 절결부(640) 및 제 5 기판(7)의 절결부(740)를 통해서 노출하는 제 1 기판(3)의 상기 금속막에 양극(K1)을 접촉시켜, 1Pa이하의 진공중에서 제 1 기판(3)과 제 2 기판(4)의 사이에 고전압을 인가한다. 이것에 의해, 제 1 기판(3)의 금속막과 제 2 기판(4)이 화학결합해서 제 1 기판(3)과 제 2 기판(4)이 접합되고, 그 결과, 도 3∼도 5에 나타내는 바와 같이, 오목부(30)가 단열실(90)이 되고, 이 단열실(90)은 상술한 단열실(91∼93)에 연통하는 동시에, 이들 단열실(91∼93)과 일체로 되어 밀폐공간(9)를 형성한다. 이것에 의해, 반응장치(12)가 제조된다.
계속해서, 발전장치(1)의 동작에 대해서 설명한다.
우선, 연료(예를 들면, 메탄올 등의 탄화수소계의 액체연료) 및 물이 연료용기(10)로부터 기화기(11)로 공급되어, 기화기(11)에 있어서 기화한다.
다음에, 기화기(11)에 의해 기화한 연료 및 수증기의 혼합기가 급배부(18)의 반응공급구(23) 및 유로(80)를 통해 개질반응실(200)에 유입되면, 개질촉매(201)에 의해서 수소 등이 생성된다. 이 때, 개질반응실(200)에는 박막히터(55)에 의해 발생하는 열이나, 연소반응실(220)에서 발생하는 반응열(연소열) 등이 부가되는 동시에, 반응장치(12)의 내측에서 외측을 향하는 열선을 제 1 기판(3) 및 제 5 기판(7)의 적외선 반사막(31)이 내부에 반사하는 결과, 개질반응실(200)은 비교적 고온으로 되며, 개질촉매(201)는 200∼400℃, 본 실시형태에 있어서는 약 300℃로 가열된다. 또한, 개질반응실(200)에 있어서의 개질반응은 본 실시형태에 있어서는 수증기개질법에 의해서 실행되지만, 부분산화개질법에 의해서 실행되는 것으로 해도 좋다. 또, 개질반응실(200)에는 연료 및 물이 기화기(11)로부터 반응공급구(23)를 통해서 공급된다.
다음에, 생성된 수소 등과 급배부(18)의 산소보조공급구(24)로부터 유입된 공기가 연통유로(89)에 있어서 혼합되어 일산화탄소 제거 유로(210)를 유동하면, 혼합기중의 일산화탄소가 일산화탄소 제거 촉매(211)에 의해서 산화·제거된다.
이 때, 개질기(20) 및 연소기(22)와 일산화탄소 제거기(21)는 양자간의 유로 부분을 통해서 물리적으로 연결되어 있지만, 개질기(20) 및 연소기(22)와 일산화탄소 제거기(21)간에 단열실(93)이 설치되어 있는 것에 의해, 양자간의 연결부(100) 의 단면적이 삭감되어, 개질기(20) 및 연소기(22)로부터 일산화탄소 제거기(21)로의 열의 전파가 억제되어, 개질기(20)와 일산화탄소 제거기(21)의 사이에 적당한 온도차가 마련된다.
이것에 의해, 일산화탄소 제거 유로(210)는 비교적 저온으로 설정되며, 일산화탄소 제거 촉매(211)는 120∼200℃, 본 실시형태에 있어서는 약 120℃로 된다.
다음에, 공기가 연료전지(13)의 산소극에 공급되는 동시에, 일산화탄소 제거 유로(210)내의 수소 등의 혼합기가 급배부(18)의 반응배출구(25)로부터 배출되어 연료전지(13)의 연료극에 공급되면, 연료전지(13)에 있어서 전기에너지가 생성된다.
다음에, 연료전지(13)의 연료극에 있어서 미반응으로 된 수소를 포함하는 혼합기(오프가스)가 급배부(18)의 연료공급구(26) 및 유로(83)를 통해서 연소반응실(220)에 유입되는 동시에, 외부로부터 공기가 급배부(18)의 연료산소공급구(27) 및 유로(83)를 통해서 연소반응실(220)에 유입된다. 그리고, 연소반응실(220)에 있어서 수소가 연소해서 연소열이 발생하고, 물이나 이산화탄소 등의 생성물이 유로(82)를 통해서 급배부(18)의 연료배출구(28)로부터 외부로 배출된다.
이상의 발전장치(1)에 있어서의 반응장치(12)에 의하면, 제 1 기판(3)∼제 5 기판(7)을 적층함으로써 반응장치 본체부(2)내에 개질기(20)와 일산화탄소 제거기(21)가 연통해서 설치되어 있으므로, 개질기(20)와 일산화탄소 제거기(21)를 개별로 제조해서 연결파이프 등으로 연결하는 종래의 경우와 달리, 반응장치 본체부(2)가 한번에 제조되어, 반응장치(12)를 소형화할 수 있다. 또, 반응장치 본체 부(2)와 중공패키지부(15)가 일체로 형성되어 있으므로, 반응장치 본체부(2)와 중공 패키지부(15)를 개별로 제조해서 중공 패키지부(15)의 내부에 반응장치 본체부(2)를 배치설치하는 경우와 달리, 반응장치(12)가 한번에 제조된다. 이것에 의해, 반응장치(12)의 제조공정을 삭감할 수 있어, 반응장치(12)의 제조비용을 저감할 수 있다.
또, 예를 들면, 반응장치 본체부(2)에 연통되는 관이 중공 패키지부(15)에 삽입되는 경우에는 중공 패키지부(15)와 관의 간극으로부터 기체가 누설되어 버릴 우려가 있는데 반해, 반응장치(12)에 의하면, 급배부(18)가 중공 패키지부(15)에 접속된 지지부(17)에 집중해서 설치되어 있기 때문에, 중공 패키지부(15)의 밀폐공간을 높은 밀폐상태로 유지하는 것이 가능하게 되며, 밀폐공간의 밀폐상태를 높게 하기 위한 수고가 간략화된다.
또, 제 1 기판(3)∼제 5 기판(7)이 진공중에서 양극접합되어 있으므로, 제 1 기판(3)∼제 5 기판(7)의 접합과 동시에 중공 패키지부(15)의 밀폐공간이 진공압으로 된다. 따라서, 제 1 기판(3)∼제 5 기판(7)의 접합과 밀폐공간내의 기체의 흡인을 개별로 실행하는 수고를 생략할 수 있어, 반응장치(12)의 제조공정을 삭감하는 동시에, 제조를 용이하게 할 수 있다.
또, 포위부(16)의 내면과 반응장치 본체부(2)의 외면에 게터재(32, 42)가 설치되고, 제 1 기판(3)과 제 2 기판(4)∼제 5 기판(7)의 양극접합시에, 접합온도를 이 게터재의 활성화온도 이상으로 하는 것에 의해, 밀폐공간내의 진공도를 양호하게 유지할 수 있다.
또, 반응장치 본체부(2)와 중공 패키지부(15)는 밀폐공간(9)을 통해서 진공 단열되어 있지만, 급배부(18)가 설치된 지지부(17)가 반응장치 본체부(2)의 일산화탄소 제거기(21)측의 일단부와 접속되어 있으므로, 개질기(20) 및 일산화탄소 제거기(21)의 내부의 열은 해당 일단부에서 중공 패키지부(15)로 전파한다. 그러나, 반응장치 본체부(2)의 개질기(20) 및 일산화탄소 제거기(21)로부터 중공 패키지부(15)로 열이 전파하는 위치가 1개소로 통합되는 동시에, 상술과 같이 일산화탄소 제거 유로(210)는 개질기(20)에 대해 비교적 저온으로 되어 있기 때문에, 개질기(20)측이 중공 패키지부(15)에 접속되는 경우에 비해, 포위부(16)와의 온도차는 비교적 작다. 이 때문에, 지지부(17)를 통해서 중공 패키지부(15)에 전파되는 열량을 비교적 작게 할 수 있다. 또, 지지부(17)에 있어서, 지지부(17)의 일단부측의 일산화탄소 제거기(21)와 타단부측의 포위부(16)의 온도차가 비교적 작게 되어 있기 때문에, 지지부(17)에 가해지는 열응력을 비교적 작게 할 수 있어, 열응력에 의해서 지지부(17)가 파손되거나, 균열이 생기는 것을 억제할 수 있다.
또, 개질기(20)와 일산화탄소 제거기(21)의 사이에는 단열실(93)이 설치되어 있는 것에 의해, 양자간을 접속하는 유로부분의 단면적이 삭감되어, 개질기(20) 및 연소기(22)로부터 일산화탄소 제거기(21)에 전파되는 열량이 억제되고, 개질기(20)와 일산화탄소 제거기(21)의 사이에 적당한 온도차를 마련할 수 있으며, 일산화탄소 제거 유로(210)는 비교적 저온으로 설정할 수 있다.
또한, 제 1 기판(3)∼제 5 기판(7)은 유리제이며, 모두 동일 재료로 하고 있으므로, 반응장치(12)의 동작시/정지시, 즉 각 기판의 온도상승/온도하강시에 있어 서, 열팽창량의 차에 의해 생기는 열응력을 저감할 수 있어, 반응장치(12)의 열응력에 의한 파손을 억제할 수 있다.
또, 게터재(32, 42)는 단열실(90의 내면에 있어서, 일산화탄소 제거기(21)에 대응하는 영역에 위치해 있으므로, 개질기(20)나 연소기(22)에 대응하는 영역에 위치하는 경우와 달리, 반응장치(12)의 동작중에서의 게터재(32, 42)의 활성화를 방지하는 동시에, 개질기(20)나 연소기(22)로부터 복사되는 열선을 제 1 기판(3)이나 제 5 기판(7)의 상기 적외선 반사막(31)에 의해 확실하게 반사할 수 있다.
또한, 상기의 실시형태에 있어서는 구멍(41, 51, 61)은 제 2 기판(4)∼ 제 4 기판(6)의 긴변부의 중간에 있어서 구멍(40, 50, 60)과 독립해서 설치되고, 개질기(20)와 일산화탄소 제거기(21)의 연결부(100)를 폭방향의 양단 2개소에 설치하는 것으로서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
도 10의 (a)∼(c)는 본 실시형태의 반응장치에 있어서의 제 2 기판∼ 제 4 기판의 다른 구성예를 나타내는 평면도이다.
즉, 도 10의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 제 2 기판(4)∼ 제 4 기판(6)의 긴변부측에 근접해서 구멍(40, 50, 60)과 일체로 설치되고, 개질기(20)와 일산화탄소 제거기(21)의 연결부(100)를 1개소에 집중해서, 폭방향 중앙부에 설치하는 것으로 해도 좋다.
또, 도 10의 (c)에 나타내는 바와 같이, 제 2 기판(4)∼ 제 4 기판(6)의 한쪽의 긴변부측에 근접해서 설치하는 것으로 해도 좋다.
또, 지지부(17)는 제 2 기판(4)∼ 제 4 기판(6)의 짧은변부의 중간에 설치되 는 것으로서 설명했지만, 도 10의 (b)에 나타내는 바와 같이, 구멍(40A, 50A, 60A)을 개재시켜 제 2 기판(4)∼제 4 기판(6)의 각 긴변부측 2개소에 근접해서 설치되는 것으로 해도 좋고, 도 10의 (c)에 나타내는 바와 같이, 제 2 기판(4)∼ 제 4 기판(6)의 다른쪽의 긴변부측에 근접해서 설치되는 것으로 해도 좋다. 여기서, 개질기(20)의 열은 개질기(20)와 일산화탄소 제거기(21)의 연결부(100)로부터 지지부(17)를 통해서 중공 패키지부(15)에 흐르기 때문에(도 10의 화살표선 참조), 도 10의 (b), (c)에 나타내는 구성과 같이, 연결부(100)와 지지부(17)의 위치가 반응장치(12)의 짧은변방향에 있어서 어긋나 있는 경우에는 해당 짧은변방향으로 열이 흐름으로써 일산화탄소 제거기(21)의 균열성(均熱性)을 양호하게 할 수 있다.
또, 제 1 기판(3)∼제 5 기판(7)을 각각 양극접합하는 것으로 해서 설명했지만, 적어도 일부를 저융점유리 결착제에 의해서 접합하는 것으로 해도 좋다.
또, 제 2 기판(4)∼ 제 4 기판(6)의 기판 적층체에 있어서의 모든 금속막을 양극접합에 이용된 상태로 한 후, 통전홈(65)의 단부를 유리밀봉재로 매립하고 나서, 해당 기판 적층체에 대해 가(임시)소성을 실행하는 것으로서, 양극접합에 이용되는 금속막이 가소성중에 산화되는 것을 방지하는 구성으로 했지만, 양극접합용의 금속막으로서 내산화성이 강한 것을 이용하는 경우에는 다른 순서로 가소성을 실행하는 것으로 해도 좋다.
또, 제 1 기판(3)∼제 5 기판(7)을 모두 유리제로서 설명했지만, 세라믹제로 해도 좋다. 단, 열팽창계수의 차이에 의해서 온도변화시에 열응력이 생기는 것을 방지하는 관점으로부터는 제 1 기판(3)∼제 5 기판(7)은 동종의 재료에 의해서 형 성되는 것이 바람직하다. 제 1 기판(3)∼제 5 기판(7)을 세라믹제로 하는 경우에는 제 1 기판(3)∼제 5 기판(7)과 대략 동일한 평면형상의 세라믹 그린시트 또는 제 1 기판(3)∼제 5 기판(7)과 동일한 재질의 현탁액을 제 1 기판(3)∼제 5 기판(7)의 사이에 각각 끼운 후, 적층체를 소성·탈지함으로써 제 1 기판(3)∼제 5 기판(7)을 접합할 수 있다.
또, 반응장치 본체부(2)를 제 2 기판(4)∼ 제 4 기판(6)의 3매의 기판으로부터 형성하는 것으로서 설명했지만, 예를 들면, 제 2 기판(4)과 제 3 기판(5)을 미리 1매의 기판에 형성하는 것에 의해, 반응장치 본체부(2)를 2매의 기판으로 형성하는 것으로 해도 좋다. 이 경우에는 기판끼리의 접합의 회수를 줄일 수 있다.
또, 밀폐공간(9)의 내부는 진공압인 것으로서 설명했지만, 접합시의 분위기를 아르곤, 헬륨 등의 희가스분위기로 하는 것에 의해서 희가스로 충전하는 것으로 해도 좋다.
본 발명에 의하면, 반응장치를 소형화할 수 있는 동시에, 제조를 용이하게 할 수 있어 저비용화할 수 있다. 또, 포위부와의 온도차를 저감해서 지지부에 대한 열응력을 저감할 수 있다.

Claims (20)

  1. 반응물의 반응을 일으키는 반응장치로서,
    밀폐영역을 형성하는 오목부가 설치된 한쌍의 상부기판 및 하부기판과, 적어도 서로 연통하는 개구부가 설치된 복수의 중간기판을 포함하는 복수의 기판으로 이루어지고, 상기 복수의 중간기판이 적층되고 접합되어 형성되고, 반응물이 흐르는 반응유로가 형성되어 반응물의 반응을 일으키는 반응부를 포함하는 반응장치 본체부와,
    상기 상부기판과 하부기판의 사이에 상기 적층된 복수의 중간기판을 끼워서 적층되고 접합되어 형성되고, 상기 복수의 기판에 있어서의 상기 개구부와 상기 밀폐영역이 연통해서 형성되는 밀폐공간을 통해서, 상기 반응장치 본체부의 일단부측을 제외하고 내부에 수용하는 동시에, 상기 반응장치 본체부의 상기 일단부측을 통해서 상기 반응장치 본체부를 지지하는 지지부를 갖는 포위부를 구비하는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀폐공간내는 대기압보다 낮은 기압으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응장치 본체부는 또한 상기 반응부에 반응물의 공급을 실행하는 동시에, 해당 반응부로부터 반응생성물의 배출을 실행하는 복수의 유로를 상기 일단부측에 갖고,
    상기 포위부는 상기 복수의 유로의 단부로 이루어지는 급배부를 외면에 갖는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 급배부의 상기 복수의 유로는 상기 지지부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응장치 본체부는,
    제 1 온도로 설정되는 제 1 반응부와,
    상기 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도로 설정되는 제 2 반응부와,
    복수의 유로를 갖고 상기 제 1 반응부와 상기 제 2 반응부를 연통하는 연결부를 갖는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 반응장치 본체부의 일단부측은 상기 제 2 반응부가 설치된 측의 단부인 것을 특징으로 하는 반응장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 반응장치 본체부는 상기 제 1 반응부에 열을 공급하고, 상기 제 1 반응부를 상기 제 1 온도로 설정하는 가열부를 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가열부는 상기 연결부를 통해서 상기 제 2 반응부를 상기 제 2 온도로 설정하는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 반응장치 본체부는 상기 제 1 반응부와 상기 제 2 반응부의 사이에, 상기 개구부에 의해 형성되는 단열실을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 반응장치.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 반응물은 기화된 물과 조성에 수소원자를 포함하는 연료의 혼합 기체이고,
    상기 제 1 반응부는 상기 반응물의 개질반응을 일으키고, 수소를 포함하는 가스를 반응생성물로서 생성하는 개질기이며,
    상기 제 2 반응부는 반응물로서 상기 반응생성물이 공급되고, 해당 반응생성 물에 포함되는 일산화탄소를 선택 산화에 의해서 제거하는 일산화탄소 제거기인 것을 특징으로 하는 반응장치.
  11. 전력을 생성해서 부하에 공급하는 전원시스템으로서,
    발전용 연료가 공급되고 발전용 연료로부터 수소를 포함하는 특정의 연료성분을 생성하는 반응장치와, 상기 특정의 연료성분을 이용한 전기화학반응에 의해 상기 전력을 발전하는 연료전지를 포함하는 발전부를 구비하고,
    상기 반응장치는,
    밀폐영역을 형성하는 오목부를 갖는 한쌍의 상부기판 및 하부기판과, 적어도 서로 연통하는 개구부를 갖는 복수의 중간기판을 포함하는 복수의 기판으로 이루어지고, 상기 복수의 중간기판이 적층되고 접합되어 형성되고, 반응물이 흐르는 반응유로가 형성되어 반응물의 반응을 일으키는 반응부를 포함하는 반응장치 본체부와,
    상기 상부기판과 하부기판의 사이에 상기 적층된 복수의 중간기판을 끼워서 적층되고 접합되어 형성되고, 상기 복수의 기판에 있어서의 상기 개구부와 상기 밀폐영역이 연통해서 형성되는 밀폐공간을 통해서 상기 반응장치 본체부의 일단부측을 제외하고 내부에 수용하는 동시에, 상기 반응장치 본체부의 상기 일단부측을 통해서 상기 반응장치 본체부를 지지하는 지지부를 갖는 포위부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전원시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 밀폐공간내는 대기압보다 낮은 기압으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전원시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 반응장치에 있어서의 상기 반응장치 본체부는 또 상기 반응부에 반응물의 공급을 실행하는 동시에 해당 반응부로부터 반응생성물의 배출을 실행하는 복수의 유로를 상기 일단부측에 갖고, 상기 포위부는 상기 복수의 유로의 단부로 이루어지는 급배부를 외면에 갖는 것을 특징으로 하는 전원시스템.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 급배부의 상기 복수의 유로는 상기 지지부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전원시스템.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 반응장치에 있어서의 상기 반응장치 본체부는,
    제 1 온도로 설정되는 제 1 반응부와,
    상기 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도로 설정되는 제 2 반응부와,
    복수의 유로를 갖고 상기 제 1 반응부와 상기 제 2 반응부를 연통하는 연결부를 갖는 것을 특징으로 하는 전원시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 반응장치에 있어서의 상기 반응장치 본체부의 일단부측은 상기 제 2 반응부가 설치된 측의 단부인 것을 특징으로 하는 전원시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 반응장치 본체부는 상기 제 1 반응부에 열을 공급하고, 상기 제 1 반응부를 상기 제 1 온도로 설정하는 가열부를 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 전원시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 가열부는 상기 연결부를 통해서 상기 제 2 반응부를 상기 제 2 온도로 설정하는 것을 특징으로 하는 전원시스템.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 반응장치 본체부는 상기 제 1 반응부와 상기 제 2 반응부의 사이에, 상기 개구부에 의해 형성되는 단열실을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 전원시스템.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 발전용 연료는 기화된 물과 조성에 수소원자를 포함하는 연료의 혼합기체이고,
    상기 제 1 반응부는 상기 혼합기체가 반응물로서 공급되어 개질반응을 일으키고, 수소를 포함하는 가스를 반응생성물로서 생성하는 개질기이며,
    상기 제 2 반응부는 반응물로서 상기 반응생성물이 공급되고, 해당 반응생성물에 포함되는 일산화탄소를 선택 산화에 의해서 제거하는 일산화탄소 제거기인 것을 특징으로 하는 전원시스템.
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