(57)【要約】【課題】流路圧力損失を増加させずに触媒材料の担持量を増加させて、収量を向上し得る触媒構造体、触媒構造体の製造方法及び反応器を提供する。【解決手段】触媒構造体は、基板上に線状に形成された複数の突起を有している。複数の突起の間隙は、原料流体を通過させる流路を形成している。複数の突起は、基部及び先端部から構成されている。基部の突起の高さ方向に対して垂直な複数の断面のうちの少なくとも１つが、触媒材料で形成されている。  触媒構造体の製造方法は、触媒構造体を製造するに当たり、基板上に基板と所定の間隙を設けて線状突起形成用部材を配置し、線状突起形成用部材上から触媒材料粉末を噴射して、原料流体を通過させる流路となる間隙を形成するように複数の突起を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に線状に形成された複数の突起を有しており、
上記複数の突起の間隙が、原料流体を通過させる流路を形成しており、
上記複数の突起が、基部及び先端部から構成されており、
上記基部の上記突起の高さ方向に対して垂直な複数の断面のうちの少なくとも１つが、触媒材料で形成されている
ことを特徴とする触媒構造体。
【請求項２】
上記複数の突起の全部又は一部における上記先端部が線状形状の反応促進材で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の触媒構造体。
【請求項３】
上記複数の突起の全部又は一部における上記先端部を形成する線状形状の反応促進材が、触媒材料で形成されている、又は上記複数の突起の全部又は一部における上記基部より高い熱伝導性を有する非触媒材料で形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の触媒構造体。
【請求項４】
上記複数の突起の全部又は一部における上記基部が触媒材料からなる多孔質体で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の触媒構造体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の触媒構造体を用いた反応器であって、
上記触媒構造体が、上記原料流体を反応させる反応領域に配設されている
ことを特徴とする反応器。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の触媒構造体を製造するに当たり、
基板上に該基板と所定の間隙を設けて線状突起形成用部材を配置し、該線状突起形成用部材上から触媒材料粉末を噴射して、上記原料流体を通過させる流路となる間隙を形成するように複数の突起を形成する
ことを特徴とする触媒構造体の製造方法。
【請求項７】
上記線状突起形成用部材を突起形成後に除去することを特徴とする請求項６に記載の触媒構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒構造体、触媒構造体の製造方法及び反応器に関する。更に詳細には、本発明は、原料流体を反応させて生成物を得る反応器において、単位反応器体積及び単位時間当たりの生成物量、すなわち収量を向上し得る触媒構造体、触媒構造体の製造方法及び反応器に関する。なお、原料流体としては、燃料電池や内燃機関へ供給する改質ガスを得るための燃料ガスを挙げることができる。
【背景技術】
【０００２】
プレートフィン型反応器は、粒子触媒反応器と比較して、原料流体の圧力損失が低く、原料流体の供給装置を小型化でき、更に、触媒層への伝熱促進等による反応速度向上、高い熱分配性での温度均一化による制御性の改善によって、反応器を含めたシステム効率が向上できることは公知である。
【０００３】
従来、プレートフィン型反応器を作製する際には、プレートフィン型反応器における基板と同材によって、原料流体流路を兼ねる突起部を形成し、更に基板及び突起部へ触媒材料を塗布又は付着させて、触媒層を形成させる方法を適用することが一般的である（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２３９４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このようなプレートフィン型反応器においては、システムの小型化や高効率化のため、収量の向上は常に求められている。
【０００６】
また、プレートフィン型反応器の収量を向上させるため、触媒材料の担持量を増やした場合、プレートフィン型反応器の原料流体流路が狭まり、流路圧力損失が増大し、それに伴い原料流体の供給量が低下して、結果として収量を向上させることは難しくなる。
【０００７】
そのため、供給する原料流体の圧力を上げて、原料流体の供給量を保つ必要があるが、その場合には、原料流体の供給に大きなエネルギーが必要となり、システム効率が低下する。逆に、流路圧力損失の増加を回避するため、プレートフィン型反応器の原料流体の流路を拡げると、プレートフィン型反応器自体が大型化してしまい、結果としてシステムが大型化してしまう。このように、プレートフィン型反応器においては、触媒材料の担持量を増加すると、流路圧力損失も増加するという、トレードオフの関係を有するという問題点があった。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的とするところは、流路圧力損失を増加させずに触媒材料の担持量を増加させて、収量を向上し得る触媒構造体、触媒構造体の製造方法及び反応器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。そして、その結果、触媒材料の塗布ないし付着対象であるプレートフィン型反応器の基板と同材で形成していた突起の少なくとも一部を触媒材料に置き換えた特定の構造を有する触媒構造体を用いる構成とすることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の触媒構造体は、基板上に線状に形成された複数の突起を有しており、該複数の突起の間隙が、原料流体を通過させる流路を形成しており、該複数の突起が、基部及び先端部から構成されており、該基部の該突起の高さ方向に対して垂直な複数の断面のうちの少なくとも１つが、触媒材料で形成されているものである。
【００１１】
また、本発明の触媒構造体の製造方法は、上記本発明の触媒構造体を製造するに当たり、基板上に該基板と所定の間隙を設けて線状突起形成用部材を配置し、該線状突起形成用部材上から触媒材料粉末を噴射して、上記原料流体を通過させる流路となる間隙を形成するように複数の突起を形成する製造方法である。
【００１２】
更に、本発明の反応器は、上記本発明の触媒構造体を用いたものである。
そして、本発明の反応器においては、上記触媒構造体が、上記原料流体を反応させる反応領域に配設されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、基板上に線状に形成された複数の突起を有しており、該複数の突起の間隙が、原料流体を通過させる流路を形成しており、該複数の突起が、基部及び先端部から構成されており、該基部の該突起の高さ方向に対して垂直な複数の断面のうちの少なくとも１つが、触媒材料で形成されている構成とした。そのため、流路圧力損失を増加させずに触媒材料の担持量を増加させて、収量を向上し得る触媒構造体、触媒構造体の製造方法及び反応器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る反応器の概略を示す斜視図である。
【図２】図１に示す反応器のＩＩ−ＩＩ線に沿った模式的な拡大断面図である。
【図３】図２に示す反応器における触媒構造体のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った模式的な拡大断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る反応器の模式的な拡大断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る反応器の模式的な拡大断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る反応器の模式的な拡大断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る触媒構造体の製造方法の一例を示す説明図である。
【図８】本発明の第６の実施形態に係る触媒構造体の製造方法の他の一例を示す説明図である。
【図９】本発明の第７の実施形態に係る触媒構造体の製造方法の更に他の一例を示す説明図である。
【図１０】反応器の構築手順の若干例を示す説明図である。
【図１１】実施例１の触媒構造体の断面の状態を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の触媒構造体、触媒構造体の製造方法及び反応器について詳細に説明する。
【００１６】
まず、本発明の一実施形態に係る触媒構造体及び反応器について詳細に説明する。本実施形態の触媒構造体は、基板上に線状に形成された複数の突起を有しており、該複数の突起の間隙が、原料流体を通過させる流路を形成しており、該複数の突起が、基部及び先端部から構成されており、該基部の該突起の高さ方向に対して垂直な複数の断面のうちの少なくとも１つが、触媒材料で形成されているものである。
【００１７】
このように、プレートフィン型反応器の基板と同材で形成していた突起の少なくとも一部を触媒材料に置き換えた、すなわち、基部の突起の高さ方向に対して垂直な断面で観察される少なくとも１つの切断部位が、触媒材料で形成されている特定の構造を有する触媒構造体とした。そのため、これを用いた反応器においては、流路圧力損失を増加させずに触媒材料の担持量を増加させて、収量を向上させることができる。
【００１８】
また、本実施形態の反応器は、上記触媒構造体を用いた反応器であって、該触媒構造体が、上記原料流体を反応させる反応領域に配設されているものである。
【００１９】
このように、上記触媒構造体を所定の位置に配設することにより、収量を向上させることができるため、小型でシステム効率の高い反応器とすることができる。
【００２０】
以下、本発明の若干の実施形態に係る触媒構造体及び反応器について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００２１】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る触媒構造体及び反応器について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る反応器の概略を示す斜視図である。図２は、図１に示す反応器のＩＩ−ＩＩ線に沿った模式的な拡大断面図である。図３は、図２に示す反応器における触媒構造体のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った模式的な拡大断面図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態の反応器１は、隔壁等で区画された原料流体を反応させる反応領域２に触媒構造体１０が配設されている。
【００２３】
また、図２及び図３に示すように、本実施形態の反応器１における触媒構造体１０は、基板１１条に線状に形成された複数の突起１３を有している。そして、複数の突起１３の間隙が、原料流体を通過させる流路αを形成している。また、複数の突起１３が、基部１５及び先端部１７から構成されている。更に、基部１５の突起の高さ方向に対して垂直な複数の断面のうちの少なくとも１つ（図３参照。）が、触媒材料で形成されている。なお、図２に示すように、複数の突起１３の間隙であって且つ基板１３の表面上の部位に触媒材料が配設されていてもよい。
【００２４】
なお、本発明において「線状に形成された突起」とは、突起が実線のように連続しているものだけでなく、突起の一部が欠落して例えば破線のように連続していないものも含む意味に解釈しなければならない。
【００２５】
また、本発明において「突起の基部」とは、突起において、後述する突起の先端部以外の部位をいう。
【００２６】
更に、本発明において「突起の先端部」とは、突起において、大きい場合でも突起先端から突起の高さの半分までの部位をいい、小さい場合でも突起先端から従来触媒層の突起部境界面までの部位をいう。なお、ここで「従来触媒層」とは、従来、基板及同材により形成された突起部に触媒材料を塗布等して形成された触媒層を意味する。
【００２７】
このように、プレートフィン型反応器の基板と同材で形成していた突起の少なくとも一部を触媒材料に置き換えた、すなわち、基部の突起の高さ方向に対して垂直な断面で観察される少なくとも１つの切断部位が、触媒材料で形成されている特定の構造を有する触媒構造体とした。そのため、これを用いた反応器においては、流路圧力損失を増加させずに触媒材料の担持量を増加させて、収量を向上させることができる。また、収量を向上させることができるため、小型でシステム効率の高い反応器とすることができる。以下、各構成について更に詳細に説明する。
【００２８】
基板１１としては、例えば、ステンレスからなる板材など、従来のプレートフィン型反応器において用いられているものを適宜選択して適用することができる。
【００２９】
突起１３としては、例えば、触媒材料などの反応促進材を適用することができるが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、先端部の反応促進材としては、基部より高い熱伝導性を有する非触媒材料を適用することもできる。非触媒材料であっても触媒材料などにより形成された基部より高い熱伝導性を有することにより、触媒材料への熱供給速度を向上させて、収量をより向上させることができる。また、例えば、非触媒材料であっても触媒材料などにより形成された基部より高い剛性や耐衝撃性などの高い機械的強度を有することにより、突起、更には触媒構造体や反応器の耐久性を向上させることができるという利点もある。
【００３０】
また、突起１３の少なくとも一部は、多孔質体であることが好ましい。突起の少なくとも一部が多孔質体であると、突起内に原料流体がスムーズに拡散することができ、触媒材料と原料流体との接触頻度が高くなり、収量をより向上させることができる。
【００３１】
触媒材料としては、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）等の金属や酸化物、また、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２），酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等の酸化物を挙げることができる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００３２】
先端部の反応促進材としての触媒材料は、基部より高い熱伝導性を有していてもよい。このような触媒材料としては、例えば、ニッケルワイヤなど触媒機能を有する金属のワイヤや、多孔質ワイヤに触媒材料を担持させたもの、樹脂ワイヤに触媒材料を担持させたもの、更には、触媒材料の焼結ワイヤなどを挙げることができる。ワイヤのような比較的蜜な構造を有すると基部より高い機械的強度を有することとなる。この場合、突起、更には触媒構造体や反応器の耐久性を向上させることができるという利点もある。
【００３３】
先端部の反応促進材としての基部より高い熱伝導性を有する非触媒材料としては、例えば、ステンレスワイヤを挙げることができる。また、上述したように、ワイヤのような比較的密な構造を有すると基部より高い機械的強度を有することとなる。この場合、突起、更には触媒構造体や反応器の耐久性を向上させることができるという利点もある。
【００３４】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る触媒構造体及び反応器について図面を参照しながら詳細に説明する。図４は、図１にしめすような反応器における図１と同様の位置での断面図、すなわち、本発明の第２の実施形態に係る反応器の模式的な拡大断面図である。なお、上記実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００３５】
図４に示すように、本実施形態の反応器１における触媒構造体１０は、基板１１上に線状に形成された複数の突起１３を有している。そして、複数の突起１３の間隙が、原料流体を通過させる流路αを形成している。また、基板１１は、ステンレス板により構成されている。更に、複数の突起１３が、基部１５ａ及び先端部１７ａから構成されている。また、基部１５ａは、触媒材料からなる多孔質体で形成されている。更に、先端部１７ａは、線状形成の反応促進材の一例である触媒材料（例えば、ニッケルワイヤ）で形成されている。なお、基部１５ａと先端部１７ａの触媒材料は、同一材料であっても異種材料であってもよい。また、図４に示すように、複数の突起１３の間隙であって且つ基板１３の表面上の部位に触媒材料が配設されていてもよい。
【００３６】
このように、プレートフィン型反応器の基板と同材で形成していた突起の基部及び先端部を触媒材料で形成し、更に基部については触媒材料からなる多孔質体で形成された触媒構造体とした。そのため、これを用いた反応器においては、流路圧力損失を増加させずに触媒材料の担持量を増加させて、収量を向上させることができる。また、収量を向上させることができるため、小型でシステム効率の高い反応器とすることができる。更に、突起、更には触媒構造体や反応器の耐久性を向上させることができるという利点もある。
【００３７】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る触媒構造体及び反応器について図面を参照しながら詳細に説明する。図５は、図１に示すような反応器における図１と同様の位置での断面図、すなわち、本発明の第３の実施形態に係る反応器の模式的な拡大断面図である。なお、上記実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
図５に示すように、本実施形態の反応器１における触媒構造体１０は、基板１１上に線状に形成された複数の突起１３を有している。そして、複数の突起１３の間隙が、原料流体を通過させる流路αを形成している。また、基板１１は、ステンレス板により構成されている。更に、複数の突起１３が、基部１５ａ及び先端部１７ｂから構成されている。また、基部１５ａは、触媒材料からなる多孔質体で形成されている。更に、先端部１７ｂは、線状形状の反応促進材の一例であって、基部１５ａより高い熱伝導性を有する非触媒材料（例えば、ステンレスワイヤ）で形成されている。なお、図５に示すように、複数の突起１３の間隙であって且つ基板１３の表面上の部位に触媒材料が配設されていてもよい。
【００３９】
このように、プレートフィン型反応器の基板と同材で形成していた突起の基部を触媒材料からなる多孔質体で形成された触媒構造体とした。そのため、これを用いた反応器においては、流路圧力損失を増加させずに触媒材料の担持量を増加させて、収量を向上させることができる。また、収量を向上させることができるため、小型でシステム効率の高い反応器とすることができる。更に、非触媒材料であっても、ワイヤのような比較的蜜な構造を有するため、触媒材料からなる多孔質体により形成された基部より高い熱伝導性を有する。そのため、触媒材料への熱供給速度を向上させて、収量をより向上させることができる。更にまた、突起、更には触媒構造体や反応器の耐久性を向上させることができるという利点もある。
【００４０】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る触媒構造体及び反応器について図面を参照しながら詳細に説明する。図６は、図１に示すような反応器における図１と同様の位置での断面図、すなわち、本発明の第４の実施形態に係る反応器の模式的な拡大断面図である。なお、上記実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
図６に示すように、本実施形態の反応器１における触媒構造体１０は、基板１１上に線状に形成された複数の突起１３を有している。そして、複数の突起１３の間隙が、原料流体を通過させる流路αを形成している。また、基板１１は、ステンレス板により構成されている。更に、複数の突起１３が、基部及び先端部から構成されている。更にまた、突起１３の全体（基部及び先端部）は、全て触媒材料からなる多孔質体で形成されている。なお、図６に示すように、複数の突起１３の間隙であって且つ基板１３の表面上の部位に触媒材料が配設されていてもよい。
【００４２】
このように、プレートフィン型反応器の基板と同材で形成していた突起の全体（基部及び先端部）を触媒材料からなる多孔質体で形成された触媒構造体とした。そのため、これを用いた反応器においては、流路圧力損失を増加させずに触媒材料の担持量を増加させて、収量を向上させることができる。また、収量を向上させることができるため、小型でシステム効率の高い反応器とすることができる。
【００４３】
次に、本発明の一実施形態に係る触媒構造体の製造方法について詳細に説明する。本実施形態の触媒構造体の製造方法は、上記本発明の一実施形態に係る触媒構造体を製造するに当たり、基板上に該基板と所定の間隙を設けて線状突起形成用部材を配置し、該線状突起形成用部材上から触媒材料粉末を噴射して、上記原料流体を通過させる流路となる間隙を形成するように複数の突起を形成する触媒構造体の製造方法である。
【００４４】
このように、プレートフィン型反応器の基板と同材で形成していた突起の少なくとも一部を、基板に対して所定の間隙を設けて線状突起形成用部材を配置し、更に所定の位置から触媒材料粉末を噴射することなどによって、触媒材料で形成することにより、０．１μｍ以上１０００μｍ以下のようなμｍ単位の微細な構造を有する触媒構造体を作製することができる。これにより、流路圧力損失を増加させずに触媒材料の担持量を増加させて、これを用いた反応器の収量を向上させることができる。
【００４５】
なお、エンドミルやスパッタリング、放電加工等の研磨や研削によって、μｍ単位の微細な構造を有する触媒構造体、特に突起の一部が多孔質体であるような触媒構造体を作製することは困難である。一方、上記のように、基板に対して所定の位置に線状突起形成用部材を配置し、更に所定の位置から触媒材料粉末を噴射することとすれば、比較的簡素な工程により、触媒構造体を作製することができる。
【００４６】
触媒材料粉末を噴射する際には、触媒材料粉末をヘリウム（Ｈｅ）や窒素（Ｎ２）などのキャリアガスと混合して最適な流速を持たせて、不活性雰囲気や真空雰囲気などの適切な雰囲気下、基板や線状突起形成用部材に噴射するガスデポジション法を適用することが好ましい。なお、触媒材料粉末の噴射に際して、ガスデポジション法として、エアロゾルデポジション法、パウダーデポジション法、ウォームスプレー法、サーマルスプレー法、コールドスプレー法などを適用することができる。
【００４７】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係る触媒構造体の製造方法について図面を参照しながら詳細に説明する。図７は、第５の実施形態に係る触媒構造体の製造方法の要領を示す説明図である。なお、本実施形態の触媒構造体の製造方法は、上記本発明の第２の実施形態に係る触媒構造体の製造方法の一例である。
【００４８】
図７に示すように、ステンレスからなる基板１１上に、基板１１と所定の間隙βを設けてニッケルワイヤからなる線状突起形成用部材２０を配置する（図７（ａ）参照。）。次いで、減圧された状態ないし真空状態の雰囲気下、線状突起形成用部材２０上からガスデポジション装置の噴射ノズル４０から触媒材料粉末３０を噴射する（図７（ｂ）参照。）。これにより、図７（ｃ）に示すような、基板１１上に、触媒材料からなる多孔質体で形成された基部１５ａとニッケルワイヤで形成された先端部１７ａから構成された、突起１３が形成される（なお、図示しないが突起は線状形状である。）。また、このような操作を複数回繰り返す、又は複数箇所で同時に行うことなどにより、所定の触媒構造体を得ることができる。更に、形成された突起において、剛性が要求される場合には焼成処理を実施してもよい。
【００４９】
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態に係る触媒構造体の製造方法について図面を参照しながら詳細に説明する。図８は、第６の実施形態に係る触媒構造体の製造方法の要領を示す説明図である。なお、本実施形態の触媒構造体の製造方法は、上記本発明の第３の実施形態に係る触媒構造体の製造方法の一例である。
【００５０】
図８に示すように、ステンレスからなる基板１１上に、基板１１と所定の間隙βを設けてステンレスワイヤからなる線状突起形成用部材２０を配置する（図８（ａ）参照。）。次いで、減圧された状態ないし真空状態の雰囲気下、線状突起形成用部材２０上からガスデポジション装置の噴射ノズル４０から触媒材料粉末３０を噴射する（図８（ｂ）参照。）。これにより、図８（ｃ）に示すような、基板１１上に、触媒材料からなる多孔質体で形成された基部１５ａとステンレスワイヤで形成された先端部１７ｂから構成された、突起１３が形成される（なお、図示しないが突起は線状形状である。）。また、このような操作を複数回繰り返す、又は複数箇所で同時に行うことなどにより、所定の触媒構造体を得ることができる。更に、形成された突起において、剛性が要求される場合には焼成処理を実施してもよい。
【００５１】
（第７の実施形態）
次に、本発明の第７の実施形態に係る触媒構造体の製造方法について図面を参照しながら詳細に説明する。図９は、第７の実施形態に係る触媒構造体の製造方法の要領を示す説明図である。なお、本実施形態の触媒構造体の製造方法は、上記本発明の第４の実施形態に係る触媒構造体の製造方法の一例である。
【００５２】
図９に示すように、ステンレスからなる基板１１上に、基板１１と所定の間隙βを設けてステンレスワイヤからなる線状突起形成用部材２０を配置する（図９（ａ）参照。）。次いで、減圧された状態ないし真空状態の雰囲気下、線状突起形成用部材２０上からガスデポジション装置の噴射ノズル４０から触媒材料粉末３０を噴射する（図９（ｂ）参照。）。これにより、触媒材料からなる多孔質体で形成された基部１５ａとステンレスワイヤで形成された先端部１７ｂから構成された、突起１３が形成される（図９（ｃ）参照。）。その後、線状突起形成部材２０であるステンレスワイヤを除去することにより、図９（ｄ）に示すように、基板１１上に、触媒材料からなる多孔質体で全体が形成された、突起１３が形成される（なお、図示しないが突起は線状形状である。）。また、このような操作を複数回繰り返す、又は複数箇所で同時に行うことなどにより、所定の触媒構造体を得ることができる。更に、形成された突起において、剛性が要求される場合には焼成処理を実施してもよい。
【００５３】
なお、触媒材料からなる多孔質体で全体が形成された突起は、線状突起形成用部材として多孔質のものを用いた場合には、線状突起形成用部材を除去することなく、形成することができることは言うまでもない。
【００５４】
上記のようにして得られた基板の一方の面に所定の突起が形成された触媒構造体１０を用いて、例えば、図１０に示すような各種の手順によって、所定の反応器１を得ることができる。このとき、複数の突起の間隙に形成される流路αよりも、触媒構造体を組み合わせることにより形成される流路γが大きくなるように反応器１を構築することによって、所定の突起によって形成される反応面積が増加し、原料流体と触媒材料との接触頻度が高くなり、収量をより向上させることができる。
【実施例】
【００５５】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明する。
【００５６】
（実施例１）
基板として、ステンレス板を用いた。また、線状突起形成用部材としてステンレスワイヤを用いた。更に、触媒材料粉末として、酸化ニッケルと酸化アルミニウムの混合粉末を用いた。
【００５７】
チャンバ内で、基板上に、基板と少なくとも線状突起形成用部材の直径と同等又はそれより大きい間隙を設けて線状突起形成用部材を配置した。次いで、チャンバ内を減圧して、真空状態にした。更に、エアロゾルデポジション装置の噴射ノズルから触媒材料粉末を、高速のヘリウムガス流れに乗せて噴射することによって、基板上に、触媒材料からなる多孔質体から形成された基部と線状突起形成用部材である反応促進材から形成された先端部とから構成された突起を形成して、本例の触媒構造体を得た。
【００５８】
チャンバ内を常圧に戻して、触媒構造体を取り出し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により触媒構造体の断面を観察した。図１１は、実施例１の触媒構造体の断面の状態を示す走査型電子顕微鏡写真である。図１１より、突起の高さは、線状突起形成用部材である反応促進材の直径と同等又はそれより大きいことが確認できた。なお、突起の高さは、２０μｍ程度、流路αの幅は１０μｍ程度である。
【００５９】
このように、突起の高さを高くすることによって、触媒材料と原料流体の接触面積を増大させ、収量を向上させることができる。
【００６０】
また、突起の基部を触媒材料からなる多孔質体で形成することによって、原料流体が突起の基部内にまで拡散でき、原料流体と触媒材料との接触頻度が高くなり、収量を向上させることができる。
【００６１】
（実施例２）
実施例１で得た触媒構造体から、線状突起形成用部材を除去して、本例の触媒構造体を得た。
【００６２】
原料流体の反応において触媒作用を示さない線状突起形成用部材であるステンレスワイヤを除去することによって、反応器の体積を減らして熱容量を下げることができる。更に、ステンレスワイヤが除去されて形成された触媒材料で形成された突起先端面は、原料流体との接触面となるため、接触面増加により、収量を向上させることができると考えられる。
更に、形成された突起において、剛性が要求される場合には焼成処理を実施してもよい。
【００６３】
以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
【００６４】
例えば、上述した各実施形態に記載した構成は、各実施形態毎に限定されるものではなく、例えば基板と線状突起形成用部材の組合せや、突起における基部や先端部の構成材料の組合せなどの細部を変更したり、各実施形態の構成を上述した各実施形態以外の組合せにしたりすることができる。
【００６５】
例えば、反応器の反応領域において反応させる原料流体として、浄化対象である排気ガスを適用する場合も、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６６】
１  反応器
２  反応領域
１０  触媒構造体
１１  基板
１３  突起
１５，１５ａ  基部
１７，１７ａ，１７ｂ  先端部
２０  線状突起形成用部材
３０  触媒材料粉末
４０  噴射ノズル
α、γ  流路
β  間隙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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