TWI338406B - Reactor and power supply system - Google Patents

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TWI338406B
TWI338406B TW095149198A TW95149198A TWI338406B TW I338406 B TWI338406 B TW I338406B TW 095149198 A TW095149198 A TW 095149198A TW 95149198 A TW95149198 A TW 95149198A TW I338406 B TWI338406 B TW I338406B
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Inventor
Tsutomu Terazaki
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Casio Computer Co Ltd
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1338406 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 · 本發明係關於一種反應裝置，其被供給反應物，並引起 該反應物之反應。 【先前技術】 近幾年，作爲能量變換效率高且環保的電源系統，燃料 電池受到矚目，且不斷進行用於燃料電池汽車和電氣化住 宅等等的實用化。另外，在行動裝置方面，在不斷進行小 型化、高度功能化的手機和筆記型電腦等等之中，亦正在 進行藉由使燃料電池小型化、低成本化，將燃料電池搭載 作爲電源的硏究、開發。 在此，燃料電池即是藉由例如氫所組成的燃料與氧的電 氣化學反應來產生電氣能量的裝置，於此種燃料電池，係 具備有反應裝置，其具有從例如燃料和水的混合氣體來產 生氫的重組器< 此反應裝置係夠成爲利用連接管等等來連接例如被獨立 配設的重組器或一氧化碳排除器等等的反應器，在將已蒸 發的醇類或汽油等等的液體燃料與高溫水蒸氣設定在較高 溫的重組器中，進行重組反應而取出氫的同時，在設定在 較低溫的一氧化碳排除器中除去屬於重組反應副產生物的 一氧化碳。 不過，在如上的反應裝置中，因爲構成爲重組器或一氧 化碳排除器等等的反應器係被獨立配設’以連接管等等來 使各反應器之間連接，所以不容易小型化至能夠搭載於行 動電話或筆記型電腦等等的程度。 s) 1338406 ' 另外’分別製造重組器和一氧化，碳排除器等等之反應器 的部分、反應裝置之製造步驟變得複雜，低成本化不易。 另外，也有爲了保持各反應器溫度的同時能使熱效率提 升，而設立包圍各反應器的斷熱容器來作爲中空斷熱構 造。此情況下，在斷熱容器側設置多數供給口或排出口， 用以供給反應物至各反應器或從各反應器排出產生物，在 ' 此部分中連接各反應器和斷熱容器。此時候，如果各反應 ·- 器被設定在既定的溫度，在與斷熱容器之間產生較大溫度 φ 差異的結果，於連結部分會造成較大的熱應力，而有連結 部分破損或有裂紋的疑慮。 【發明內容】 ’ 本發明之優點在於提供一種反應裝置，在比較容易製造 . 的同時，在內部有被設定在既定溫度之反應部的情況下， 能低減其產生的熱應力。 爲了獲得上述優點，本發明的反應裝置係提供一種引起 反應物之反應的反應裝置，其係由多數基板所組成’且該 $ 多數基板包含設有形成密閉區域的凹部的一對上基板以及 下基板、與設有至少互相連通之開口部的多數中間基板， 該反應裝置係具備：反應裝置主體部’由前述多數中間基 板所層積接合而形成，且包含反應部’其形成有反應物流 動的反應流路並引起反應物之反應；以及包圍部’在前述 上基板和下基板之間隔著前述層積的多數中間基板而層積 接合而形成，並且具有支撐部，其介由前述多數基板的前 述開口部與前述密閉區域連通而形成的密閉空間，除了前 述反應裝置主體部之一端部側以外皆收容於內部’且介由 1338406 則述反應裝置主體部之前述一端部側來支撐前述反應裝置 主體部。 ’ 爲了獲得上述優點’本發明的電源系統係提供一種電源 系統’其產生電力並供給於負載，並具備：反應裝置，其 被供給有發電用燃料，並從從發電用燃料產生含有氫的特 定燃料成分：以及發電部，含有燃料電池，藉由使用前述 特定燃料成分的電氣化學反應來發出前述電力的燃料電 池’前述反應裝置，其係由多數基板所組成，且該多數基 板包含設有形成密閉區域的凹部的一對上基板以及下基 板、與設有至少互相連通之開口部的多數中間基板，該反 應裝置係具備：反應裝置主體部，由前述多數中間基板所 層積接合而形成，且包含反應部，其形成有反應物流動的 反應流路並引起反應物之反應；以及包圍部，在前述上基 板和下基板之間隔著前述層積的多數中間基板而層積接合 而形成，並且具有支撐部，其介由前述多數基板的前述開 口部與前述密閉區域連通而形成的密閉空間，除了前述反 應裝置主體部之一端部側以外皆收容於內部，且介由前述 反應裝置主體部之前述一端部側來支撐前述反應裝置主體 部。 然後，本發明的反應裝置係準備了多數基板，該多數基 板係包含：一對上基板以及下基板，設有形成密閉區域的 凹部：以及多數中間基板，至少設有互相連通的開口； 並形成反應裝置主體部，其層積前述多數中間基板且藉由 例如陽極接合來進行接合，並包含反應部，形成反應物可 流動的反應流路，並引起反應物之反應，更能夠將包圔部 1338406 和前述反應裝置主體部形成爲一體.’其中該包圍部係在前 述上基板和下基板之間隔著前’述層積的多數中間基板而層 積，在例如比大氣壓低的氣壓中以陽極接合來進行接合’ 使前述開口部與前述密閉區域連通並形成密閉空間’並且 具有支撐部，其介由該密閉空間，除了前述反應裝置主體 部之一端部以外皆收容在內部’且介由前述反應裝置主體 部之前述一端部側來支撐前述反應裝置主體部。 【實施方式】 以下，根據圖面所示之實施形態來說明本發明之反應裝 置的細節。其中，在以下所述的實施形態中，爲了實施本 發明，而在技術上附加各種偏好的限定，但發明範圍並非 限定於以下的實施形態以及圖示範例° 第1圖係表示採用本發明之實施形態的反應裝置之發電 裝置1的槪略構成方塊圖。 如第1圖所示，發電裝置（電源系統）1係具備燃料容器 1 0、氣化器1 1、本發明的反應裝置（微反應器）1 2、燃料電 池1 3。 燃料容器1 0係貯留燃料以及水。作爲貯留在此燃料容器 1 0內的燃料，可採用組成上有氫原子的液體燃料，例如烴 系的液體燃料，具體而言，有甲醇、乙醇等等的醇類和二 甲基醚等等的醚類、汽油等等。 此外’在本實施形態中，使用甲醇作爲燃料，但亦可使 用其他的化合物。另外，在燃料容器1 0內，燃料和水可分 別儲存’亦可以混合的狀態來進行儲存。 氣化器1 1係使從燃料容器1 〇供給的燃料以及水氣化。 -10- 1338406 此氣化器11係具有以下構成：例郎接合二片基板，在這些 基板中的至少一邊的接合面（亦即，內側的面）形成例如婉 蜒曲折狀的微流路，另外，在各基板外側的面上，形成由 因施加電壓而發熱的發熱阻抗體、發熱半導體之電熱材料 所組成的薄膜加熱器。藉由此薄膜加熱器，使從燃料容器 1 0供給於氣化器1 1內之微流路上的燃料及水加熱並氣化。 反應裝置1 2係從以氣化器1 1供給之已氣化燃料及水蒸 氣來產生氫，該反應裝置12具備重組器（第1反應部）2〇、 一氧化碳排除器（第2反應部）21、燃燒器（加熱部）22。重組 器2 0係藉由觸媒反應引起的重組反應1來將從氣化器Η 供給之已氣化燃料（第1反應物）及水蒸氣（第1反應物）進行 重組，並產生含有氫的混合氣體（反應物產生物）。 在使用甲醇作爲燃料的情況下，在重組器20中藉由以下 化學反應式（1 )、（2)所示的重組反應，而產生含有氫的混合 氣體。此時，由（2)所示之化學反應來產生屬於副產生物的 微量一氧化碳。 除了從重組器20供給的混合氣體（反應產生物、第2反 應物）以外’還供給空氣（第2反應物）至一氧化碳排除器 21’藉由觸媒，利用下述化學反應式（3)所示之一氧化碳排 除反應’而選擇性地將這些混合氣體中的一氧化碳氧化並 排除之。 另外，將含有從空氣和燃料電池1 3排出之未反應之氫的 混合氣體（廢氣）或來自燃料容器10的一部分燃料供給至燃 燒器22，並藉由將該等氧化的觸媒所引起之燃燒反應來產 生燃燒熱。 -11- 1338406 C Η 3 Ο Η + Η 2 〇一> 3 Η 2 + C 〇 2 …（1) Η 2 + C 〇 2 —>· Η 2 Ο + C Ο · · · (2 ) 2C〇 + 〇2— 2C〇2·，·（3) 後面將描述關於以上的反應裝置12的細節，反應裝置π 係將重組器20、一氧化碳排除器2 1、燃燒器22組合成一 體化’將燃燒器22產生的燃燒熱供給至重組器20並將重 — 組器20設定在既定溫度（第1溫度），並且利用以使重組器 • 20和一氧化碳排除器21連通的後述連結部1〇〇所進行的熱 φ 傳導，來將一氧化碳排除器21設定在比重組器20之溫度 還要低的既定溫度（第2溫度），並進行上述化學反應。此 外，亦可構成爲更具備有以下構成：使燃料容器1 〇與燃燒 ' 器22之間介入其他氣化器，藉由此氣化器來氣化燃料的— - 部份，並供給至燃燒器22。 燃料電池13係藉由在反應裝置12產生之氫的電氣化學 反應來產生電氣能量的發電單元，例如具備：燃料極，已 載持觸媒微細粒子；空氣極，已載持觸媒微粒子；薄膜狀 φ 的固體高分子電解質膜，介於燃料極和空氣極之間。從一 氧化碳排除器21供給主要包含氫的混合氣體至燃料電池 13的燃料極，供給來自外部的空氣至燃料電池13的空氣 極。在燃料極中，如下述電氣化學反應式（4)所示，混合氣 體中的氫係受到燃料極之觸媒粒子的作用而分離成氫離子 和電子。然後，已分離的氫離子係通過固體高分子電解質 膜而傳導至氧極側，從燃料極取出電子。另一方面，在氧 極中，如下述電氣化學反應式（5)所示，與已移動至氧極的 電子、空氣中之氧氣' 已通過固體高分子電解質膜之氫離 -12- 1338406 ' 子反應來產生水。然後，此時的電于移動會成爲電氣能量。
Ha— 2H++2e-…（4) 2H++l/2〇2+e一 — H2〇…（5) 以上的發電裝置1係被搭載於例如數位照相機、行動電 話設備、筆記型個人電腦、手錶、PDA、電子計算機、其 他電子設備本體。在此，氣化器1 1、反應裝置1 2及燃料電 ’ 池1 3係被內建於例如電子機器主體，燃料容器10設置成 J 可裝卸於電子設備本體。在燃料容器10被安裝於電子機器 φ 主體的情況下，藉由例如泵浦來將燃料容器10內的燃料及 水供給至氣化器1 1。 接著，進一步詳細說明本發明之反應裝置12的構成。 ' 第2圖係表示本實施形態之反應裝置的斜視圖。 ^ 第3圖係沿著第2圖所示之反應裝置的I-Ι線的箭號方向 截面圖。 第4圖係表示本實施形態之反應裝置的分解斜視圖。 此外，在以下的說明中，說明以第2圖之上側的面作爲 φ 正面，以下側的面作爲反面。 如第2圖、第3圖所示，反應裝置12係構成爲層積多 數基板而形成爲平板狀，並在內部具備反應裝置本體部2。 此反應裝置本體部2係如第3圖所示，在內部具備：重 組器20的重組反應室200、一氧化碳排除器21的一氧化碳 排除流路210、燃燒器22的燃燒反應室220 » 重組反應室2 0 0係用於進行上述重組反應的腔室（反應流 路）’將用於從甲醇等等的烴以及水來產生氫的重組觸媒 2 0 1保持在內壁面。此重組觸媒2 0 1係例如銅/氧化鋅系的 -13- 1338406 觸媒，以氧化鋁作爲載體，以氧化is來載持銅/氧 另外，一氧化碳排除流路2 0Ί係用於進行上述 排除反應的腔室（反應流路），將一氧化碳排除觸媒 在內壁面，其中該一氧化碳排除觸媒211係用以· 組觸媒201而產生除了氫等等以外之副產生物的 化碳氧化並產生二氧化碳。此一氧化碳排除觸媒 如白金/氧化鋁系的觸媒，以氧化鋁作爲載體，以 載持白金或者白金及釕。 另外，燃燒反應室220係進行上述燃燒反應的| 流路），將用以高效率引起燃燒反應的例如白金系 媒221載持在內壁面。此燃燒反應室220係本發 部，變成將熱供給至重組反應室200等等。 以上的反應裝置主體部2係被配設在具備包圍3 撐部17的中空封裝部15內部。包圍部16係包圍 主體部2，介由以密閉空間9所形成的空間來將 主體部2收容於內部。另外，在包圍部16的內部 線反射膜3 1，用以將從反應裝置1 2朝向外部的熱 內部並防止散熱。 密閉空間9係由斷熱室90〜93所組成。在這當 室90〜92係介於反應裝置主體部2和包圍部16 止反應裝置12向外部散熱。 更詳細而言，斷熱室90係介於反應裝置主體部 和包圍部1 6之間，斷熱室9 1係介於反應裝置主 反面和包圍部16之間，斷熱室92係介於反應裝置 的側周面和包圍部16之間。另外，斷熱室9 3係 化鋅。 一氧化碳 21 1保持 陵藉由重 少許一氧 2 1 1係例 氧化鋁來 g室（反應 的燃燒觸 明的加熱 β 16及支 反應裝置 反應裝置 設有紅外 線反射至 中，斷熱 之間，防 2的正面 體部2的 主體部2 介於重組 -14- 1338406 反應室2 0 0和一氧化碳排除流路2 1 0之間、或燃燒反應室 220和一氧化碳排除流路2 1 0之間。 在此，雖然藉由包括後述多數流路的連結部100來連接 重組反應室200和一氧化碳排除流路2 1 0，但藉由斷熱室 93使重組反應室200和一氧化碳排除流路2 1 0產生既定的 溫度差，就重組反應室200以及燃燒反應室220的反應溫 ' 度而言，將一氧化碳排除流路210的反應溫度設定在比較 - 低的溫度。此外，在本實施的形態中，以上的密閉空間9 φ 之內部的氣壓係成爲比大氣壓還要低的真空壓，具體而 言，爲lOPa或更低的氣壓，最好是IPa或更低的氣壓》 如第3圖 '第4圖所示，支撐部17係連接包圍部]6與 ' 反應裝置本體部2的一端部（更詳細而言，比重組反應室200 J 更靠近一氧化碳排除流路210的端部），而支撐該反應裝置 本體部2’使中空封裝部15與反應裝置本體部2成一體化》 在此支撐部1 7係設有供給排除部1 8，用以將在反應裝置 本體部2的前述重組反應、前述一氧化碳排除反應以及前 φ 述燃燒反應所使用的反應物從外部供給至該反應裝置本體 部2’並且將由這些反應所產生的生成物排出至外部（參照 後述第5B圖〜第5D圖）。 如第2圖所示，此供給排除部1 8係具有在中空封裝部i 5 外面開口的反應供給口 23、氧補助供給口 24、反應排出口 25、燃料供給口 26、燃料氧供給口 27以及燃料排出口 28。 在&呈中，反應供給口 23係使在重組器20中使氫重組 之甲醇等等的烴及水流入至內部並連通於氣化器1 1。另 外，氧補助供給口 2 4係本發明的氧供給口，讓用於在一氧 -15- v £ 1338406 化碳排除器21中將一氧化碳選擇性氧化的氧流入至內 部。另外’反應排出口 25係排出由上述重組反應以及一氧 化碳排除反應所產生且主要包含氫的混合氣體，並連通於 燃料電池13的燃料極。另外，燃料供給口 26係使包含在 燃燒器22之燃燒所使用之氫的廢氣及作爲燃燒所使用之 燃料的甲_等等流入至內部。另外，燃料氧供給口 27係使 在燃燒器2 2之燃燒所使用的氧流入至內部。另外，燃料排 ' 出口 28係排出因燃燒器22的燃燒而產生的二氧化碳及 φ 水。此外’在燃料供給口 2 6以及燃料氧供給口 2 7係連接 分別壓送燃料等等的泵浦裝置（未圖示）。 如第4圖所示，以上的反應裝置12係以第一基板3、第 ’ 二基板4、第三基板5、第四基板6以及第五基板7這樣的 - 順序而層積並接合形成。 亦即，第一基板3的反面和第二基板4的正面接合，第 二基板4的反面和第三基板5的正面接合，第三基板5的 反面和第四基板6的正面接合’第四基板6的反面和第五 φ 基板7的正面接合。這些第一基板3〜第五基板7係具有平 面觀看爲大略矩形狀，沿著外緣的尺寸則大致相同，各基 板側面的至少一部分成爲互相高度相等。 另外，第一基板3係本發明的上基板，第二基板4〜第 四基板6係本發明的中間基板，第五基板7係本發明的下 基板。 此外’在本實施形態中，第一基板3〜第五基板7係玻 璃製的基板，更詳細而言，係含有可動離子的Na和Li的 玻璃基板。最好是使用例如P Y R E.X (註冊商標）基板來作爲 -16- 1338406 這種玻璃基板。另外，在第4圖和，後述的第5 A圖〜第 圖中，簡略化地表示構成反應k路的溝部46、48、構成 應流路的溝部56、58以及構成反應流路的溝部66等等 第5A圖〜第5E圖係本實施形態之反應裝置的第一基 〜第五基板的平面圖。 如第5 A圖所示，在第一基板3之反面側，亦即和第二 ' 板4之正面面對的面上係形成有矩形狀的凹部30。如同 - 述，在第五基板7的正面側，也就是與第四基板6之反 φ 面對的面上形成矩形狀的凹部70，在第一基板3和第五 板7形成爲一對，組合第一基板3之反面側與第五基板 之正面側的情況下，藉由凹部3 0和凹部7 0來形成1個 ' 閉區域。在第一基板3之凹部30的內面係設有紅外線反 膜3 1 ’用以將從反應裝置1 2放射至外部之熱線反射於凹 3 0的內部並防止散熱（參照第3圖）。 能以濺鍍法和真空蒸著法等等的氣相法來使例如金 鋁、銀或者銅等等進行成膜’藉以形成紅外線反射膜3】 φ 在重組器20之動作溫度爲數百°c之溫度區域所產生的 外線（波長5〜30" m)之反射率係成爲大約1〇〇%。此外， 以金來形成紅外線反射膜3 1的情況下，作爲密著層，將 或鈦、钽、鉬等等的層設爲底層亦可。 另外，在凹部30的內面中，也可以在例如與—氧化碳 除器21對應之區域的前述紅外線反射膜3 1上，設置例 膜狀的吸氣材料3 2。此吸氣材料3 2係由於加熱而活性{七 並吸附周遭的氣體和微粒子，吸附存在於反應裝置12之 閉空間9的氣體，能提升或者維持密閉空間9的真空度 5E 反 〇 板 基 後 面 基 7 密 射 部 紅 在 鉻 排 如 > 密 -17- 1338406 作爲這種吸氣材料32的材料，能舉出例如以锆、鋇、鈦或 者釩作爲主要成分的合金。 此外，在吸氣材料32係設有用以加熱該吸氣材料32並 使之活性化的電熱材料等等的電氣加熱器，將此電氣加熱 器的電線拉出至中空封裝部15外部亦可。 如第5B圖所示，第二基板4係在一端部（圖中左側的端 部）的角落具有三角形狀的切除部440»在此第二基板4係 設有貫通內外的兩個孔穴（開口部）40、4 1。孔穴40係沿著 第二基板4之周緣部而形成爲略c字狀，在第二基板4之 另一端部側呈開口。換言之，孔穴40係除了第二基板4之 另一端部側的一部份區域以外，設置成沿著第二基板4之 周緣部。另外’孔穴41係在第二基板4中被形成爲矩形狀。 在這些孔穴40、41的內周面上也可以設置輻射防止膜33’ 其具有將從第二基板4內側向外輻射的熱線反射至內側， 以防止散熱的隔熱效果》此外，此輻射防止膜3 3係藉由例 如鋁等等的金屬而形成。 另外’在第二基板4的正面（亦即面對第一基板3之凹部 30的面）之與例如一氧化碳排除器2 1對應的區域上，亦可 設置與上述吸氣材料32相同的吸氣材料42(參照第3圖）。 另外，吸氣材料3 2、4 2係最好設置在當反應裝置1 2運轉 中，吸氣材料3 2、4 2之溫度不超過其活性化溫度的位置。 另外，在第二基板4的反面，也就是與第三基板5的接 合面，形成有溝部（反應流路）4 6、溝部（流路）4 7 a、4 7 b、溝 部（反應流路）48以及溝部（流路）49a〜49f。構成反應流路的 溝部46係在以孔穴40包圍的區域當中，設置在比孔穴41 -18- 1338406 更靠近前述一端部側的區域’並設.置成例如蜿蜒曲折狀。 在此溝部46的內壁面支撐上述重組觸媒201 (參照第3圖）° 構成流路的溝部47a係從溝部46之端部一直設置到在以 孔穴40包圍的區域中比孔穴4 1更靠近前述另一端部側的 區域。構成流路的溝部47b係從溝部46之端部一直設置到 溝部48。 構成反應流路的溝部4 8係在以孔穴4 0包圍的區域當 中，設置於比孔穴4 1更靠近前述另一端部側的區域，並設 置成例如蜿蜒曲折狀。在此溝部48的內壁面載持上述一氧 化碳排除觸媒21 1(參照第3圖）。 構成流路的溝部49a〜49f係並列設置在和第二基板4之 前述另一端部，一邊的端部係在第二基板4之前述另一端 部側的側面呈開口，並且在另一邊的端部係呈堵塞的狀態。 如第5C圖所示，第三基板5係具有切除部540、541、切 除部59a〜59f。切除部540、541係在第三基板5的一端部 (圖中左側的端部）之2個角落設置成三角形狀。 切除部59a〜59f係在與第二基板4之溝部49a〜49f對應 的狀態下，以直線狀並列設置在第三基板5之前述另一端 部’在第二基板4和第三基板5重合的時候，變成面對溝 部49a〜49f。在這當中，切除部59a、59b、59f係一邊的端 部在第三基板5之前述另一端部側的側面呈開口，並且在 另一邊的端部呈閉塞的狀態。另外，切除部59c、59d係一 邊的端部在第三基板5之前述另一端部側的側面呈開口， 且另一邊的端部連通於後述溝部58。另外，切除部59e係 一邊的端部在第三基板5之前述另一端部側的側面呈開 •19- 1338406 口，且另一邊的端部連通於後述溝部5 7a。 另外，在此第三基板5係設#貫通內外的兩個孔穴（開口 部）50、51。 孔穴50係沿著第三基板5之周緣部而形成爲略C字狀， 且在第三基板5之另一端部側呈開口。換言之，孔穴50係 除了第三基板5之另一端部側的部份區域以外，設置成沿 著第三基板5之周緣部。另外，孔穴51係在第三基板5之 中央部形成爲矩形狀。這些孔穴50、5 1係分別對應第二基 板4的孔穴40、41，且在第二基板4和第三基板5重合的 時候，變成與孔穴40、41連通。在此孔穴50、51的內周 面係亦可設置具有斷熱效果的輻射防止膜33。 另外，在第三基板5之反面，也就是第四基板6的接合 面，如第3圖所示，作爲本發明之加熱部的薄膜加熱器55 係被設置成例如蜿蜒曲折狀。這些薄膜加熱器5 5係因施加 電壓而發熱的發熱阻抗體、發熱半導體之電熱材料，將熱 供給至重組反應室200、一氧化碳排除流路2 1 0 »在這些薄 膜加熱器55係分別連接在反應裝置12內側和外側之間通 電的電線5 5 a。 此外，薄膜加熱器55係也可以設置在第三基板5的正反 面，也可以只設置在反面。另外，因爲細的電線55a較佳， 所以在本實施形態中，可使用鐵鈷鎳合金線作爲電線5 5 a， 線徑爲0.2mm。但是，作爲電線55a，也可以採用以銅層被 覆鐵鎳合金線或鐵鎳合金之芯材的銅包鎳鐵線。 另外，在第三基板5的正面，也就是與第二基板4的接 合面，如第5 C圖所示，形成有構成反應流路的溝部5 6、 -20- 1338406 構成流路的溝部57a、57b、構成反.應流路的溝部58。構成 反應流路的溝部5 6係在以孔六5 0包圍的區域當中’設置 在比孔穴5 1更靠近前述一端部側的區域，並設置成例如蜿 蜒曲折狀。在此溝部56的內壁面載持上述重組觸媒201 (參 照第3圖）。此溝部56係對應第二基板4的溝部46的形成 區域，在第二基板4和第三基板5重合的時候，變成面對 溝部46的形成區域。 溝部57a係從溝部56之端部一直設置到切除部59e。另 外，溝部57b係從溝部56之端部一直設置到溝部58。這些 溝部57a、57b係對應第二基板4的溝部47a、47b，在第二 基板4和第三基板5重合的時候，變成面對溝部47a、47b。 構成反應流路的溝部58係在以孔穴50包圍的區域當 中，設置在比孔穴51更靠近前述另一端部側的區域’並設 置成例如蜿蜒曲折狀。此溝部5 8係對應第二基板4的溝部 4 8的形成區域，在第二基板4和第三基板5重合的時候， 變成面對溝部408的形成區域。在此溝部58的內壁面載持 上述一氧化碳排除觸媒2 1 1 (參照第3圖）。 如第5D圖所示，第四基板6係在一端部（圖中左側的端 部）的各角落具有三角形狀的切除部64 0、641。在此第四基 板6係設有貫通內外的兩個孔穴（開口部）60、61°孔穴60 係沿著第四基板6之周緣部而形成爲略C字狀，在第四基 板6之另一端部側呈開口。換言之’孔穴60係除了第四基 板6之另一端部側的部份區域以外’設置成沿著第四基板 6之周緣部。另外’孔穴61係在第四基板6之中央部形成 爲矩形狀。這些孔穴60、6 1係分別對應第三基板5的孔穴 -21- 1338406 50、51，且在第三基板5和第四基，板6重合的時候，變成 與孔穴50、51連通。在這些孔穴60、61的內周面係亦可 設置具有斷熱效果的輻射防止膜。 另外，在第四基板6的正面，也就是與第三基板5的接 合面，形成有構成反應流路的溝部66、構成流路的溝部 67a、67b及構成流路的溝部69a〜69f、與通電溝65(參照第 3圖）。 溝部66係在以孔穴60包圍的區域當中，設置在比孔穴 61更靠近前述一端部側的區域’並設置成例如蜿蜒曲折 狀。在此溝部66的內壁面載持上述重組觸媒221(參照第3 圖）° 溝部67a、67b係分別從溝部66之端部一直設置到在以 孔穴60包圍的區域當中，設置在比孔穴61更靠近前述另 一端部側的區域。 溝部69 a〜69f係在與第三基板5之切除部59a〜59f對應 的狀態下並列設置在第四基板6之前述另一端部，在第三 基板5和第四基板6重合的時候，變成面對切除部59a〜 59f。在這當中，切除部69a、69b係一邊的端部在第四基板 6之前述另一端部側的側面呈開口’並且在另—邊的端部 呈相互匯合並與溝部67b連通。另外，溝部69c〜69e係一 邊的端部在第四基板6之前述另一端部側的側面呈開口’ 並且在另一邊的端部呈閉塞的狀態。另外’切除部69f係 一邊的端部在第四基板6之前述另一端部側的側面呈開 口，且另一邊的端部連通於溝部67 a。 如第3圖所示，通電溝65係設置在第四基板6之前述— -22- 1338406 端部及前述另一端部，使連接於薄P加熱器55的電線55a 在內部通過。換言之，第四基板‘6係本發明之通電用基板。 如第5E圖所示’第五基板7係形成爲與第一基板3大略 上下成對’在一邊（圖中左側的端部）的各個角落和另一邊 的角落具有三角形狀的切除部740〜742。在此第五基板7 的正面側’亦即和第四基板6之反面面對的面上形成有矩 形狀的凹部70。在此凹部70之內面係設有與在第—基板3 之凹部30內面所設置者相同的紅外線反射膜31。 接著’將反應裝置12的製造方法分成第一基板3〜第五 基板7的製造方法和第一基板3〜第五基板7的接合方法來 加以說明。 (1)第一基板3〜第五基板7的製造方法 首先’就各基板的製造方法進行說明。在製造第一基板 3〜第五基板7時，首先，準備5片從平面觀看爲矩形狀的 玻璃基板，且正反面爲平坦甚至互相平行。 接著’從2片玻璃基板來製造第一基板3以及第五基板 具體而言，首先，對於成爲第一基板3之反面的面，利 用濺鍍法來形成後述之用於陽極接合的金屬膜之後，在各 玻璃基板的一面（將成爲第一基板3之反面、第五基板7之 正面）上利用光微影法、噴砂法來設置凹部30、70以及切 除部740〜7 42。然後，在凹部30、70內藉由濺鍍法和真空 蒸著法來形成紅外線反射膜31。藉此製造第一基板3、第 五基板7。 在此，金屬膜係在陽極接合條件時氧化並結合。作爲用 -23- 1338406 - 於此金屬膜的金屬，最好是在常溫常壓 定，合金或化合物皆可。此外，將描述在 形成成膜率高的金屬膜的情況。 形成這種金屬膜時，將玻璃基板作爲覆 於濺鍍裝置，爾後，以Ta、Ti、A1形成的 在由Ar氣體和〇2氣體組成的空氣下進行 * 法步驟中，藉由使離子衝撞上述目標物， - 被濺鍍的原子或分子，被放出的原子或分 φ 板，能在玻璃基板上形成Ta等等的金屬膜 厚最好是1 000A〜3 000A。如果進一步考慮 力膜厚是1 00 0A〜2000A就更加理想。 * 接著，從1片玻璃基板來製造第二基板 . 首先，在玻璃基板的一面（將成爲第二基相 用濺鍍法以用於陽極接合之緩衝膜以及金 行成膜，藉由光微影法和噴砂法來形成孔 46、溝部47a、47b、溝部48、溝部49a〜 ^ 440。另外，也可以對孔穴40、41的內面 真空蒸著法來形成前述輻射防止膜33。然 流路的溝部4 6、4 8內部分別塗佈作爲觸媒 之後，以例如洗塗法來分別在溝部46內 201，在溝部48內部設置一氧化碳排除觸丨 第二基板4。 在此，緩衝膜係在後述的陽極接合中在 電壓時，取入在玻璃基板內移動之鹼成分 緩衝膜，其具有阻抗率比玻璃基板還要低 F不易氧化且穩 本實施形態中， 膜對象物而裝設 板做爲目標物， 濺鍍法。在濺鍍 而從該目標放出 子衝撞到玻璃基 。此金屬膜的膜 加於基板的膜應 4。具體而言， i 4的反面），利 屬膜之順序來進 穴4 0、4 1、溝部 / 49f以及切除部 ，利用濺鍍法和 後，在構成反應 密著層的鋁溶膠 部設置重組觸媒 某21 1。藉此製造 玻璃基板上施加 的膜。做爲這種 的導電性，並且 -24- < S ) 1338406 • 具有在陽極接合時以某種程度內包难璃基板中的鹼離子之 程度的鹼離子透過性，特別是'lk〜5〇lcQ . cm左右的阻抗 率爲較佳。另外，可使用氧化物來作爲緩衝膜，特別是比 起多結晶’非晶形的（非晶質）的氧化物更佳。這是因爲， 非晶形的原子之間的距離係比多結晶的原子之間的還要 長，比起多結晶，在非晶形中鹼離子較容易透過，另外* 多結晶膜的結晶粒界係該部分變成高阻抗，電場分佈容易 變得不均勻’所以在接合反應中會在面內產生不均。具體 φ 而言，作爲緩衝膜，可使用成分元素爲Ta、Si、0的化合 物（以下稱爲「Ta-Si-Ο系材料」）、成分元素爲La、Sr、Mn、 〇且組成比爲La: Sr: Μη: 0 = 0,7: 0.3: 1: (3-x)的化合物 (以下稱爲Lao.vSruMnCh.O、鉛玻璃等等。此外，OS χ< 0.3。 ， 另外，Ta-Si-Ο系材料或LaQ 7Sr〇.3Mn〇3.x也是非晶形的氧化 物。 形成Ta-Si-Ο系材料的緩衝膜時，將玻璃基板作爲覆膜 對象物而裝設於濺鍍裝置，爾後，將Si埋入以Ta形成的 φ 板，並將之做爲目標物，在由Ar氣體和〇2氣體組成的空 氣下進行濺鍍法。在濺鍍法步驟中，藉由使離子衝撞上述 目標物，而從上述目標放出二次離子，被放出的二次離子 衝撞到玻璃基板，能在玻璃基板上形成Ta-Si-Ο系材料的 緩衝膜。 另外，在形成La〇 eruMnCh.,的緩衝膜時，首先分別將 硝酸鑭鹽（La(NO〇3 · 6H2〇)、硝酸緦鹽（Sr(N〇3)〇、硝酸錳 鹽（Μη(ΝΟ〇3· 6H2〇)溶解於1-甲基-2-吡咯啶酮之後，混合 硝酸鑭鹽溶液、硝酸緦鹽溶液、硝酸錳鹽溶液。接著，在 -25- 1338406 玻璃基板上塗佈調製出的溶液，使已塗佈溶液的面朝上並 將玻璃基板配置在真空乾燥器內，藉由真空泵而使真空乾 燥器內成爲真空壓，已塗佈的溶液被蒸發而粘性提高。接 著’從真空乾燥器取出玻璃基板，配置在電氣爐內，使電 氣爐內成爲真空壓的同時，在電氣爐內加熱玻璃基板，以 形成La〇.7SruMn〇3 x的緩衝膜》 在此，如同上述，成爲第一基板3之反面的面上只設置 用於陽極接合的金屬膜，不設置緩衝膜，但這是因爲如後 述的第9圖所示，使第二基板4之正面面對第一基板3之 反面並進行陽極接合的時候，因爲第二基板4內的鹼成分 移動至第二基板4的反面側，所以在第一基板3的反面上 並沒有必要設置緩衝膜。不過，假設在第一基板3之反面 上也設置緩衝膜而沒有任何妨礙，所以也可以在第一基板 3之反面上，設置用於陽極接合的緩衝膜以及金屬膜^ 接著，從1片玻璃基板來製造第三基板5。具體而言， 首先，在玻璃基板的一面（將成爲第三基板5的反面），利 用濺鍍法以緩衝膜以及金屬膜之順序來進行成膜之後，形 成薄膜加熱器55所用的金屬膜並進行圖案化。接著，對玻 璃基板之另一側的面（將成爲第4圖的正面），藉由光微影 法和噴砂法來形成孔穴50、51、溝部56、溝部57a、57b、 溝部58、切除部59a〜59f以及切除部540、541。另外，也 可以對孔穴5 0、5 1的內面，利用濺鍍法和真空蒸著法來形 成前述輻射防止膜33。然後，在溝部56、58內部分別塗佈 作爲觸媒密著層的鋁溶膠之後，以例如洗塗法來分別在溝 部56內部設置重組觸媒201’在溝部58內部設置一氧化碳 -26- 1338406 ' 排除觸媒211。藉此製造第三基板5。 接著’從1片玻璃基板來製造第四基板6。具體而言， 首先，在玻璃基板的一面（將成爲第四基板6的反面），利 用職鑛法以緩衝膜以及金屬膜之順序來進行成膜，藉由光 微影法和噴砂法來形成孔穴60、61、溝部66、溝部67a、 67b、溝部69a〜69f、通電溝65以及切除部640、641。另 外’也可以對孔穴60、61的內面，利用濺鍍法和真空蒸著 • 法來形成則述輻射防止膜3 3。然後，在溝部6 6內部塗佈作 φ 爲觸媒密著層的鋁溶膠之後，以例如洗塗法來設置燃燒觸 媒221。藉此製造第四基板6。 此外’在製造第二基板4〜第五基板7當中，在玻璃基 • 板上設置孔穴40、41和切除部440、切除部59a〜59f等等 - 的時候，也可以從玻璃基板的兩面施行加工。 (2)第一基板3〜第五基板7的接合方法 接著，就各基板的接合方法進行說明。 第6圖係本實施形態之反應裝置的第二基板和第三基板 $ 之接合方法的說明圖。 第7圖係本實施形態之反應裝置的第三基板和第四基板 之接合方法的說明圖。 第8圖係本實施形態之反應裝置的第四基板和第五基板 之接合方法的說明圖。 第9圖係本實施形態之反應裝置的第二基板和第一基板 之接合方法的說明圖。 首先，如第6圖所示，使第二基板4的反面和第三基板 5的正面相互面對並重合之後，將這些第二基板4以及第 -27- 1338406 三基板5配置於陽極接合裝置並進行陽極接合。 在此，爲了防止設置在第三基板5反面的金屬膜在 期間氧化，在接合的周圍空氣爲比惰性氣體或大氣壓 低之氣壓的真空中進行爲較佳。 更詳細而言，加熱第二基板4以及第三基板5之後 陰極K2接觸第三基板5之反面的同時，使陽極K1接 由第三基板5之切除部541而露出的第二基板4之前 屬膜，設定於既定的接合溫度，在第二基板4和第三 5之間施加高電壓。藉此，第二基板4的金屬膜和第 板5進行化學結合，第二基板4和第三基板5接合， 果，如第3圖〜第5圖所示，溝部46以及溝部56係 重組器20的重組反應室200，溝部48以及溝部58係 一氧化碳排除器2 1的一氧化碳排除流路2 1 0。另外， 5圖所示，溝部47a以及溝部57a係成爲通過重組反 200的流路80，溝部47b以及溝部57b係成爲連通一 碳排除流路2 1 0之端部和重組反應室200的連通流路 接著，將電線55a阻抗溶接在第二基板4以及第三基 之接合體的第三基板5之薄膜加熱器55。 接著，如第7圖所示，使第二基板4以及第三基板 接合體的反面（亦即，第三基板5的反面）和第四基板 正面互相面對之後，在電線55a通過第四基板6的通 65的狀態下，將這些第四基板6以及接合體進行陽極} 在此，爲了防止設置在第四基板6反面的金屬膜在 期間氧化，接合的周圍空氣係惰性氣體或真空中爲較 更詳細而言，加熱接合體以及第四基板6之後，使 接合 還要 ，使 觸介 述金 基板 三基 其結 成爲 成爲 如第 應室 氧化 89 ° j板5 5的 6的 電溝 妾合。 接合 佳。 陰極 -28- 1338406 K2接觸第四基板6之反面的同時，使陽極κΐ接觸介由第 四基板6之孔穴60而露出的第三基板5之前述金屬膜，設 定於既定的接合溫度’在第三基板5和第四基板6之間施 加咼電壓。藉此，第三基板5的金屬膜和第四基板6進行 化學結合’第三基板5和第四基板6接合，其結果，如第 3圖〜第5圖所示，溝部66係成爲燃燒器22的燃燒反應室 220’如第5圖所示，溝部67a、67b係分別成爲通過燃燒 反應室220的流路82、83。 另外’如第2圖、第5圖所示’在反應裝置12的外表面， 溝部49a、69a以及切除部59a端係開口作爲燃料供給口 26，溝部49b、69b以及切除部59端係開口作爲燃料氧供 給口 27’溝部49c、69c以及切除部59c端係開口作爲氧補 助供給口 24，溝部49d、69d以及切除部59d端係開口作爲 反應排出口 25’溝部49e、69e以及切除部59e端係開口作 爲反應供給口 23’溝部49f、69f以及切除部59f端係開口 作爲排出燃料口 28。另外，如第3圖〜第5圖所示，藉由 孔穴40、50、60來形成斷熱室92，藉由孔穴41、51、61 來形成斷熱室93。 接著，如第8圖所示’使第二基板4〜第四基板6之接合 體的反面（亦即’第四基板6的反面）和第五基板7的正面 互相面對之後’將這些接合體以及第五基板7進行陽極接 合。更詳細而言，加熱接合體以及第五基板7之後，使陰 極K2接觸第五基板7之反面的同時，使陽極K1接觸介由 第五基板7的切除部742而露出的第四基板6之前述金屬 膜，設定於既定的接合溫度，在第四基板6和第五基板7 -29- 1338406 ' 之間施加闻電壓。藉此，第四基板6的金屬膜和第五基板 7進行化學結合’第四基板6和第五基板7接合，其結果， 如第3圖〜第5圖所示’凹部7〇成爲斷熱室91。另外，在 已層積第二基板4〜第五基板7的基板層積體中，第二基 板4〜第五基板7之正反面上設置之用於陽極接合的所有 金屬膜係成爲接合狀態β 接著’以低熔點玻璃封著劑來塡埋第四基板6的通電溝 ' 65之端部’在大氣中使第二基板4〜第五基板7的基板層 9 積體進行暫時燒成之後，在真空中或者氮氣中進行實際燒 成並氣密封裝。 如同這般’在以層積具有通電溝65之第四基板6的基板 層積體中’以陽極接合而接合第二基板4〜第五基板7之 ' 後’以玻璃封著材料來塡埋通電溝65之端部，並且在大氣 中對該基板層積體進行暫時燒成，藉以防止用於陽極接合 的金屬膜在暫時燒成期間被氧化，所以能提升基板彼此接 合的可靠度。此外’從接合第二基板4及第三基板5之接 φ 合體的反面和第四基板6之正面開始，一直到第二基板4 〜第五基板7之基板層積體的實際燒成爲止的步驟中，最 好注意避免電線5 5 a接觸到用於陽極接合的金屬膜。 接著’在第二基板4〜第五基板7之接合體的第二基板4 的正面當中’在與—氧化碳排除器21對應的區域上以膜狀 塗佈吸氣材料而設置吸氣材料32。另外，在第一基板3的 反面當中與—氧化碳排除器21對.應的區域也設有吸氣材 料42。但也可以僅在第二基板4以及第一基板3的任一邊 設置吸氣材料。 -30- 1338406 接著，如第9圖所示，使第二基板4〜第五基板7之接合 體的正面（亦即，第二基板4的正面）和第一基板3的反面 互相面對之後’在真空中將這些接合體以及第一基板3進 行陽極接合。更詳細而言，將接合體以及第一基板3加熱 至接合溫度爲吸氣材料32、42之活性溫度以上之溫度的狀 態下’使陰極K2接觸介由第三基板5之切除部541、第四 基板6之切除部641以及第五基板7之切除部74丨而露出 - 的第二基板4之反面’並且使陽極K1接觸介由第二基板4 φ 之切除部440、第三基板5之切除部540、第四基板6之切 除部640以及第五基板7之切除部740而露出的第一基板3 之目ii述金屬膜’在ipa以下的真空中在第一基板3和第二 基板4之間施加高電壓。藉此，第—基板3的金屬膜和第 - 二基板4進行化學結合而接合第一基板3和第二基板4,其 結果’如第3圖〜第5圖所示，凹部30成爲斷熱室90，此 斷熱室90連通於上述的斷熱室91〜93,並且與這些斷熱室 9 1〜93成一體而形成密閉空間9。藉此製造反應裝置1 2。 φ 接著，就發電裝置1的動作進行說明。 首先，從燃料容器1 0供給燃料（例如甲醇等等的烴系的 液體燃料）以及水至氣化器1 1 ’並在氣化器1 1中進行氣化。 接著，已在氣化器1 1氣化的燃料及水蒸氣的混合氣體係 通過供給排除部1 8之反應供給口 2 3以及流路8 0而流入重 組反應室200時’藉由重組觸媒201來產生氫等等。此時， 在重組反應室200係加上在薄膜加熱器5 5產生的熱和在燃 燒反應室220產生的反應熱（燃燒熱）等等，並且在從反應裝 置本體部1 2內側朝向外側的熱線係藉由第一基板3以及第 -31 - 1338406 ' 五基板7的紅外線反射膜3 1而在內部反射。其結果，重組 反應室2 0 0變得比較高溫，重組觸媒2 0 1係被加熱至2 0 0 〜400°C，在本實施形態中被加熱至大約300°C。此外，重 組反應室200的重組反應係在本實施形態中藉由水蒸氣重 組法而進行，但以部分氧化重組法來進行亦可。另外，從 氣化器1 1介由反應供給口 2 3將燃料及水供給至重組反應 • 室 200 。 - 接著，在連通流路89，已產生的氫等等係與從供給排除 φ 部1 8之氧補助供給口 24流入的空氣進行混合，並流動於 一氧化碳排除流路210時，藉由一氧化碳排除觸媒211來 氧化•排除混合氣體中的一氧化碳。 ' 此時，介由兩者之間的流路部分來物理地連結重組器20 • 及燃燒器22和一氧化碳排除器21，但是在重組器20及燃 燒器2 2和一氧化碳排除器2 1之間設置斷熱室9 3，藉以削 減二者之間的連結部1 00之截面積，並抑制熱從重組器20 及燃燒器22傳導至一氧化碳排除器21，在重組器20和一 ^ 氧化碳排除器2 1之間設定了適當的溫度差。 藉此，一氧化碳排除流路2 1 0係被設定在比較低溫，一 氧化碳排除觸媒2 1 1係爲1 2 0〜2 0 0。(：，在本實施形態中爲 大約1 2 0 °C。 接著，將空氣供給至燃料電池1 3的氧極，並且從供給排 除部1 8的反應排出口 25排出一氧化碳排除流路2丨〇內之 氫等等的混合氣體，並供給至燃料電池13的燃料極時，在 燃料電池1 3中產生電氣能量。 接著’在燃料電池13的燃料極中，含有未反應之氫的混 -32- 1338406 ' 合氣體（廢氣）係通過供給排除部1 8之燃料供給口 2 6及流路 83而流入燃燒反應室220 ’並且空氣係從外部通過供給排 除部18之燃料氧供給口 27及流路83而流入燃燒反應室 220。然後’在燃燒反應室220中氫燃燒並產生燃燒熱，水 和二氧化碳等等的產生物係介由流路8 2而從供給排除部 1 8之燃料排出口 2 8被排出至外部。 藉由以上的發電裝置1之反應裝置12，藉由層積第一基 ' 板3〜第五基板7’因爲重組器20與一氧化碳排除器21係 φ 在反應裝置本體部2內連通設置，所以和過去分別製造重 組器2 0和一氧化碳排除器2 1並以連結管等等來連結的情 況不同，反應裝置本體部2係一次同時製造。另外，因爲 反應裝置本體部2和中空封裝部15係一體成型，所以和分 • 別製造反應裝置本體部2和中空封裝部15，並在中空封裝 部15內部配設反應裝置本體部2的情況不同，反應裝置12 係一次同時製造。藉此，能減少反應裝置12的製造步驟， 並降低反應裝置】2的製造成本。 φ 另外，例如，在連通於反應裝置本體部2的管線被插入 於中空封裝部1 5的情況下，會有從中空封裝部1 5和管線 之縫隙使氣體洩漏的疑慮，相對於此，因爲藉由反應裝置 1 2 ’供給排除部1 8係集中設置於與中空封裝部1 5連接的 支撐部1 7 ’所以可將中空封裝部1 5的密閉空間保持在高密 閉狀態，能夠簡化用以提高密閉空間之密閉狀態的程序。 另外，因爲在真空中使第一基板3〜第五基板7進行陽 極接合，所以在接合第一基板3〜第五基板7的同時’中 空封裝部1 5的密閉空間變成真空壓。因此，能省略分別進 -33- 1338406 • 行第一基板3〜第五基板7之接合和密閉空間內之氣體的 吸引的？呈序’減少反應裝置12之製造步驟並且簡化製造。 另外’在包圍部10的內表面和反應裝置主體部2外表面 設有吸氣材料32、42 ’並進行第一基板3和第二基板4〜 第五基板7的陽極接合時，藉由將接合溫度設在此吸氣材 料的活性化溫度以上，良好地保持密閉空間內的真空度。 ^ 另外’介由密閉空間9來使反應裝置主體部2和中空封 - 裝部15進行真空隔熱，但設有供給排除部18的支撐部17 φ 係連接於反應裝置主體部2之一氧化碳排除器2 1側的一端 部’所以將重組器20及一氧化碳排除器21內部的熱從該 一端部傳導至中空封裝部15。不過，因爲熱從反應裝置主 ' 體部2之重組器20及一氧化碳排除器21傳導至中空封裝 • 部15的位置係被整合在一處的同時，如同上述，相對於重 組器20 ’ 一氧化碳排除流路2 1 0係變得比較低溫，所以和 重組器20側連接至中空封裝部丨5的情況相比，與包圍部 1 6之間的溫度差係比較小。因此，能將介由支撐部1 7而傳 I 導至中空封裝部15的熱量降至較小。另外，在支撐部17 中，因爲支撐部17之一端部側的一氧化碳排除器21和另 一端部側的包圍部1 6的溫度差係變得比較小，所以能使支 撐部1 7的熱應力降至較小，能抑制因熱應力而造成支撐部 1 7破損或掺入碎片的情形。 另外，藉由在重組器20和一氧化碳排除器2 1之間設置 斷熱室93，來削減連接兩者之間的流路部分之截面積，抑 制從重組器20及燃燒器22傳導至一氧化碳排除器2 1的熱 量，能在重組器20和一氧化碳排除器2 1之間設定適當的 -34- 1338406 溫度差’也能將一氧化碳排除流路2 1 0設定在比較低溫。 此外’因爲第一基板3〜第五基板7係玻璃製，全部爲 同—材料，所以在反應裝置1 2動作時/停止時，亦即在各 基板升溫/降溫時，能減少由於熱膨脹量之差異所產生的熱 應力’能抑制反應裝置1 2之熱應力所造成的損壞。 另外’在斷熱室90的內面中，因爲吸氣材料32、42位 於與一氧化碳排除器2 1對應的區域，所以和位於與重組器 2〇或燃燒器22對應之區域的情況不同，能防止在反應裝置 1 2動作期間之吸氣材料3 2、4 2的活性化，並且以第一基板 3或第五基板7的前述紅外線反射膜31來確實地反射從重 組器20或燃燒器22輻射的熱線。 此外，在上述的實施形態中，雖說明了孔穴4 1、5 1、61 係在第二基板4〜第基板四6的長邊部的中間，設置成獨 立於孔穴40、50、60，將重組器20和一氧化碳排除器21 的連結部1 00設置在寬度方向上的兩端2處，但本發明並 非限定於此。 第1 ΟΑ圖〜第1 0C圖係表示本實施形態之反應裝置的第 二基板〜第四基板之其他構成範例的平面圖。 亦即，如第10A圖、第10B圖所示，在接近第二基板4 〜第四基板6的長邊部側而將孔穴40、50、60設置成一體， 使重組器20和一氧化碳排除器21的連結部100集中於1 處，設在寬度方向的中央部亦可。 另外，如第10C圖所示，也可以設置成接近第二基板4 〜第四基板6之一邊的一長邊部側。 另外，雖說明了在第二基板4〜第四基板6的短邊部中 -35- 1338406 • 間設置支撐部1 7，如第1 OB圖所示，但也可以使孔穴40A、 5 0A、6 0A介入而設置成在接近第二基板4〜第四基板6之 各長邊部的兩處，如第10C圖所示，也可以設置在接近第 二基板4〜第四基板6之另一邊的長邊部側。在此，重組 器20的熱係介由支撐部1 7而從重組器20與一氧化碳排除 器21的連結部1〇〇流動至中空封裝部15(參照第1〇圖的箭 號方向），所以如同第10B圖、第10C圖所示的構成，在反 ' 應裝置12的短邊方向上，連結部1〇〇和支撐部17的位置 φ 錯開的時候’能因熱在該短邊方向上流動而改善一氧化碳 排除器2 1的均熱性。 另外’雖說明了分別使第一基板3〜第五基板7進行陽 極接合，但也可以利用低熔點玻璃接著劑來接合至少一部 ’ 分。 另外’在使第2基板4〜第四基板6的基板層積體的所有 金屬膜被用於陽極接合的狀態之後，以玻璃封著材料來塡 埋通電溝65的端部，所以對該基板層積體進行暫時燒成， φ 作爲防止用於陽極接合的金屬膜在暫時燒成中被氧化的構 成，但在使用高度耐氧化性者來作爲陽極接合用的金屬膜 時，亦可以用其他順序來進行暫時燒成。 另外，雖說明了第一基板3〜第五基板7全部是玻璃製， 但也可以是陶瓷製。但是，從防止因熱膨脹係數差異而在 溫度變化時產生熱應力的觀點看來，最好是以同種類的材 料來形成第一基板3〜第五基板7。在第一基板3〜第五基 板7爲陶瓷製的情況下’在第一基板3〜第五基板7之間分 別夾入與第一基板3〜第五基板7大略相同平面形狀的陶 -36- 1338406 ' 瓷基材片、或者與第一基板3〜第五基板7相同材質的懸 濁液之後’使層積體進行燒成•脫脂，藉以接合第一基板 3〜第五基板7。 另外’雖說明了以第二基板4〜第四基板6的3片基板來 形成反應裝置主體部2，但也可以例如預先將第二基板4 和第三基板5形成於1片基板，從2片基板來形成反應裝 置主體部2。在此情況下，能減少基板彼此接合的次數。 • 另外’雖然說明了密閉室9的內部爲真空壓，但接合時 φ 的週遭空氣定爲氬、氦等等的稀有氣體，因此塡充稀有氣 體亦可。 【圖式簡單說明】 第1圖係表示採用本發明之實施形態的反應裝置之發電 ' 裝置的槪略構成的方塊圖。 第2圖係表示本實施形態之反應裝置的斜視圖。 第3圖係沿著第2圖所示之反應裝置的I-Ι線的箭號方向 截面圖。 φ 第4圖係表示本實施形態之反應裝置的分解斜視圖。 第5A圖〜第5E圖係本實施形態之反應裝置的第一基板 〜第五基板的平面圖。 第6圖係本實施形態之反應裝置的第二基板和第三基板 之接合方法的說明圖。 第7圖係本實施形態之反應裝置的第三基板和第四基板 之接合方法的說明圖。 第8圖係本實施形態之反應裝置的第四基板和第五基板 之接合方法的說明圖。 -37- 1338406 第9圖係本實施形態之反應裝置的第二基板和第一基板 之接合方法的說明圖。 第10圖係表示本實施形態之反應裝置的第二基板〜第 四基板之其他構成範例的平面圖。 【主要元件符號說明】
1 發電裝置 2 反應裝置主體部 3 第一基板 4 第二基板 5 第二基板 6 第四基板 7 第五基板 9 密閉空間 10 燃料容器 11 氣化器 12 反應裝置 13 燃料電池 15 中空封裝部 16 包圍部 17 支撐部 18 供給排除部 20 重組器 21 一氧化碳排除器 22 燃燒器 23 反應供給口 -38- 1338406
24 氧補助供給口 25 反應排出口 26 燃料供給口 27 燃料氧供給口 28 燃料排出口 30 凹部 3 1 紅外線反射膜 32、4 2 吸氣材料 33 輻射防止膜 40、4 1 孔穴 46、48 溝部 47a 、 47b 溝部 4 9 a 〜4 9 f 溝部 50、5 1 孔穴 55 薄膜加熱器 55a 電線 56、58 溝部 57a 、 57b 溝部 59a〜59f 切除部 60、61 孔穴 65 通電溝 66 溝部 6 7 a 〜6 7 f 溝部 70 凹部 80 〜83 流路 -39 1338406 89 連 通 流 路 9 0〜 93 斷 熱 室 100 連 結 部 200 重 組 反 應 室 201 重 組 觸 媒 210 一 氧 化 碳 排 除 流 路 21 1 一 氧 化 碳 排 除 觸 媒 220 m /Vn% 燒 反 m 室 22 1 燃 燒 觸 媒 440 切 除 部 540 、541 切 除 部 640 ' 6 4 1 切 除 部 740 〜742 切 除 部
-40-

Claims (1)

133&406 公告本
Ml I — - ―, ' 第95 1 49 1 98號「反應裝置及電源系統」專利案 (2010年9月17日修正) 十、申請專利範圍： 1 ·一種引起反應物之反應的反應裝置，其係由複數基板所 組成，且該複數基板包含設有形成密閉區域的凹部的一 對上基板以及下基板、與設有至少互相連通之開口部的 複數中間基板， 該反應裝置係具備： • 反應裝置主體部，由前述複數中間基板所層積接合 而形成，且包含反應部，其形成有反應物流動的反應流 _ 路並引起反應物之反應；以及 包圍部，在前述上基板和下基板之間夾著前述層積 ' 的複數中間基板而層積接合而形成，並且具有支撐部， 其透過前述複數基板的前述開口部與前述密閉區域連通 而形成的密閉空間，除了前述反應裝置主體部之一端部 側以外皆收容於內部，且透過前述反應裝置主體部之前 φ 述一端部側來支撐前述反應裝置主體部： 前述反應裝置主體部係在前述一端部側更具有複數 流路，該流路係供給反應物至前述反應部，並且從該反 應部排出反應產生物， 前述包圍部係在外表面具有由前述複數流路之端部 所組成的供給排除部， 前述供給排除部的前述複數流路係被設置於前述支 撐部。 2.如申請專利範圍第1項之反應裝置，其中，前述密閉空 1338406 間內之氣壓係低於大氣壓》 3·如申請專利範圍第1項之反應裝置，其中，前述反應裝 置主體部係具有： 第1反應部，被設定在第1溫度； 第2反應部’被設定在比前述第1溫度低的第2溫 度；以及 連結部，具有複數流路，並連通前述第1反應部和 前述第2反應部。 φ 4.如申請專利範圍第3項之反應裝置，其中，前述反應裝 置主體部的一端部側係設有前述第2反應部之側的端部。 5. 如申請專利範圍第3項之反應裝置，其中，前述反應裝 ♦ 置主體部係更具有加熱部，用以供給熱至前述第1反應 ' 部，並將前述第1反應部設定在前述第1溫度。 6. 如申請專利範圍第5項之反應裝置，其中，前述加熱部 係透過前述連結部而將前述第2反應部設定在前述第2 溫度。 φ 7.如申請專利範圍第3項之反應裝置，其中，前述反應裝 置主體部係更具有斷熱室，該斷熱室係藉由前述開口部 而形成在前述第1反應部和前述第2反應部之間。 8.如申請專利範圍第3項之反應裝置，其中，前述反應物 係已氣化的水及在組成上含有氫原子之燃料的混合氣 體， 前述第1反應部係重組器，其引起前述反應物的重 組反應，產生含有氫的氣體來作爲反應產生物’ 前述第2反應部係一氧化碳排除器，其供給前述反 1338406 應產生物作爲反應物，並選擇性地氧化該反應產生物所 包含的一氧化碳並排除之。 9.一種電源系統，其產生電力並供給於負載’並具備：反 應裝置’其被供給有發電用燃料，並從發電用燃料產生 含有氫的特定燃料成分；以及發電部，含有燃料電池， 藉由使用前述特定燃料成分的電氣化學反應來發出前述 電力的燃料電池， 前述反應裝置，其係由複數基板所組成，且該複數 基板包含設有形成密閉區域的凹部的一對上基板以及下 基板、與設有至少互相連通之開口部的複數中間基板， 該反應裝置係具備： 反應裝置主體部，由前述複數中間基板所層積接合 而形成，且包含反應部，其形成有反應物流動的反應流 路並引起反應物之反應；以及 包圍部，在前述上基板和下基板之間夾著前述層積 的複數中間基板而層積接合而形成，並且具有支撐部， 其透過前述複數基板的前述開口部與前述密閉區域連通 而形成的密閉空間，除了前述反應裝置主體部之一端部 側以外皆收容於內部，且透過前述反應裝置主體部之前 述一端部側來支撐前述反應裝置主體部； 前述反應裝置的前述反應裝置主體部係在前述一端 部側更具有複數流路，該流路係供給反應物至前述反應 部，並且從該反應部排出反應產生物， 前述包圍部係在外表面具有由前述多數流路之端部 所組成的供給排除部， 1338406 前述供給排除部的前述複數流路係被設置於前述支 撐部。 1 〇 .如申請專利範圍第9項之電源系統，其中，前述密閉空 間內之氣壓係低於大氣壓。 11. 如申請專利範圍第9項之電源系統，其中，前述反應裝 置之前述反應裝置主體部係具有： 第1反應部，被設定在第1溫度； 第2反應部，被設定在比前述第1溫度低的第2溫 度：以及 連結部，具有複數流路，並連通前述第1反應部和 前述第2反應部。 12. 如申請專利範圍第11項之電源系統’其中’前述反應裝 置之前述反應裝置主體部的一端部側係設有前述第2反 應部之側的端部。 1 3 .如申請專利範圍第1 1項之電源系統’其中’前述反應裝 置主體部係更具有加熱部，用以供給熱至前述第1反應 部，並將前述第1反應部設定在前述第1溫度。 1 4.如申請專利範圍第1 3項之電源系統’其中’前述加熱部 係透過前述連結部而將前述第2反應部設定在前述第2 溫度。 1 5 .如申請專利範圍第U項之電源系統，其中，前述反應裝 置主體部係更具有斷熱室，該斷熱室係藉由前述開口部 而形成在前述第1反應部和前述第2反應部之間。 16.如申請專利範圍第11項之電源系統，其中，前述發電用 燃料係已氣化的水及在組成上含有氫原子之燃料的混合 1338406 氣體， 前述第1反應部係重組器，其被供給有作爲反應物 的前述混合氣體並引起重組反應，產生含有氫的氣體來 作爲反應產生物， 前述第2反應部係一氧化碳排除器，其供給前述反 應產生物作爲反應物，並選擇性地氧化該反應產生物所 包含的一氧化碳並排除之。
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