(57)【要約】【課題】容易に結晶化でき、高温環境下において金属基板が歪んだ際に起こりやすい絶縁膜の亀裂、剥離を防止することができ、金属基板と薄膜ヒータとの間の電気的絶縁の信頼性を高めることができる絶縁膜を備える反応装置、及び電子機器を提供する。【解決手段】反応物の反応を起こすマイクロリアクタ１は、金属基板である上板２及び底板３等から構成されてなり、底板３とその表面に設けられる薄膜ヒータ３２との間に絶縁膜３１として、Ｇｄ2Ｏ3膜が形成されている。【選択図】      図２
2008284503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応物の反応を起こす反応装置において、
金属基板を含み、前記金属基板の表面の絶縁性を必要とする部分に結晶構造を有するＧｄ2Ｏ3膜が設けられていることを特徴とする反応装置。
【請求項２】
前記Ｇｄ2Ｏ3膜は、ビクスバイト構造の結晶構造であることを特徴とする請求項１に記載の反応装置。
【請求項３】
前記Ｇｄ2Ｏ3膜は、Ｂ型の結晶構造であることを特徴とする請求項１に記載の反応装置。
【請求項４】
前記Ｇｄ2Ｏ3膜は、前記金属基板と、前記金属基板の表面に設けられるヒータとの間に介在される絶縁膜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項５】
前記ヒータが発熱抵抗体であることを特徴とする請求項４に記載の反応装置。
【請求項６】
前記ヒータは、前記金属基板のＧｄ2Ｏ3膜の表面に成膜された密着層と、前記密着層上に成膜された拡散防止層と、前記拡散防止層上に成膜された発熱層とを備えた構造であることを特徴とする請求項４に記載の反応装置。
【請求項７】
前記反応物としての燃料と水から水素を生成する改質器を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項８】
発電セルであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の反応装置と、前記反応装置によって発電された電気により動作する電子機器本体と、を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁膜を備え、反応物の反応を起こす反応装置、及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコン、携帯電話、デジタルカメラ等の電子機器の小型化、軽量化が非常に意識され、それに伴い、機器内に搭載される部品自体の小型化が要求されている。そこで、半導体デバイスの開発で蓄積されたシリコンウエハの加工技術を利用した、小型のセンサ、ポンプ、アクチュエータ、モーター、化学反応器等のマイクロデバイスを生み出す技術としてＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術が知られている。例えば、改質型燃料電池の分野においてＭＥＭＳ技術は、気化器、改質器、一酸化炭素除去器を積み重ねたマイクロリアクタモジュールと言われる小型の改質型反応装置に用いられている。
マイクロリアクタモジュールの各反応器（マイクロリアクタ）は、基板に微細な溝を形成し、溝が形成された基板を接合したものであり、その溝が流路となる。また、各反応流路には、反応を促進させるための触媒が形成されている。図１７は基板がガラス基板である場合の図で、基板４００には薄膜ヒータ兼温度センサ４０５と、絶縁保護層４０６とが形成されている。図１７(a)は、基板４００の平面図、図１７(b)は(a)の切断線XVII−XVIIに沿って切断した際の矢視断面図である。図１７(b)に示されるように、基板４００の表面に密着層４０１、拡散防止層４０２、発熱抵抗層４０３、拡散防止層４０４からなる薄膜ヒータ兼温度センサ４０５と、絶縁保護層４０６とが形成されている。なお、図面の関係上、流路は図示していない。このような薄膜ヒータ兼温度センサは水蒸気改質器において２８０〜４００℃、一酸化炭素除去器において１００〜１８０℃と、所望の温度制御の役割と、温度センシングの役割を担っている。
【０００３】
ところで、基板として金属を用いた場合、金属は熱伝導率が高く、熱容量が小さいので発熱体である薄膜ヒータから担持触媒への熱伝導を速く行うことができ、それにより有効な熱利用、高速起動が実現されるなどの利点がある。金属製のマイクロリアクタとして、Ａｌ、Ｃｕ、ステンレス等の基板からなり、金属基板自体を陽極酸化して金属酸化膜を形成し、その上に発熱体を形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、金属基板の他に、Ｓｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｖ，Ｂｉ，Ｙ，Ｗ，Ｍｏ，Ｚｒ，Ｈｆ等の陽極酸化可能な材料が対象基板として使用されている。
【特許文献１】特開２００４−２５６３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のようにマイクロリアクタを、金属基板を元に作製した場合、基板及び薄膜ヒータ（兼温度センサ）は、ともに電気伝導性を有していること、薄膜ヒータ（兼温度センサ）には電圧が印加されることから、金属基板と薄膜ヒータ（兼温度センサ）との間には絶縁膜が必要となる。上記特許文献１に記載の金属製のマイクロリアクタの場合、絶縁膜として基板自体を陽極酸化させ、膜厚５〜１５０μｍの絶縁膜を設けている。しかしながら、陽極酸化により形成された絶縁膜は、しばしば膜が細孔質となり、高絶縁耐圧の絶縁膜は期待できない。また、絶縁膜の膜厚が５〜１５０μｍと厚いため、金属基板も厚くなり、反応器の熱容量がその分増加することを考慮すると高速起動に向かないという問題がある。さらに、マイクロリアクタは高温環境下で作動されるため、選択する基板としては高耐熱性を有する金属（例えば、Ｎｉ，Ｎｉ−Ｃｒ合金、インコネル等のＮｉ含有合金）を使用しなければならないという制限もある。なお、希土類元素のうち対象基板として挙げられているものはＹのみであった。
【０００５】
一方、高絶縁耐圧材料として知られるＳｉＯ2膜を金属基板上に蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、塗布法等で製膜した場合、成膜されたＳｉＯ2膜は、通常、アモルファス（非晶質）構造となる。アモルファス構造のＳｉＯ2は図１８に示すように、線膨張係数が０．５〜０．６（×１０-6／℃）であり、金属の線膨張係数１０〜１４（×１０-6／℃）に対して二桁も小さい。室温より高い環境下で用いるマイクロリアクタにおいてこのような基板と膜との熱膨張係数の不一致は、熱により基板が歪んだ際に絶縁膜の亀裂、剥離を引き起こし、最終的には金属基板と薄膜ヒータ（兼温度センサ）間の電気的絶縁の信頼性をも低下させてしまうことから、ＳｉＯ2膜を使用することは好ましくない。高速起動を目的とする場合には、特に前記問題が発生しやすい。
なお、この問題は小型反応器のみならず、高温作動デバイス(例えば、６００℃〜９００℃もの高温で作動する固体酸化物型燃料電池)共通の問題である。
なお、図１８に示すように、結晶化したＳｉＯ2である水晶（α−石英）では、線膨張係数はａ軸方向については６〜９（×１０-6／℃）、ｃ軸方向については１２〜１４（×１０-6／℃）である。このように同じ材料でもアモルファス（非晶質）と結晶とでは線膨張係数が１桁以上変化する。従って、比較的大きな線膨張係数を有する金属基板上において、設ける絶縁膜は結晶の絶縁膜が適していると言えるが、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、塗布法等で成膜される代表的な絶縁膜であるＳｉＯ2膜は、通常アモルファス構造となり、焼成プロセス等の容易な手段で結晶化させることが困難である。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、容易に結晶化でき、高温環境下において金属基板が歪んだ際に起こりやすい絶縁膜の亀裂、剥離を防止することができ、金属基板と薄膜ヒータとの間の電気的絶縁の信頼性を高めることのできる絶縁膜を備える反応装置、及び電子機器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、反応物の反応を起こす反応装置において、
金属基板を含み、前記金属基板の表面の絶縁性を必要とする部分に結晶構造を有するＧｄ2Ｏ3膜が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の反応装置において、
前記Ｇｄ2Ｏ3膜は、ビクスバイト構造であることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１に記載の反応装置において、
前記Ｇｄ2Ｏ3膜は、Ｂ型の結晶構造であるであることを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記Ｇｄ2Ｏ3膜は、前記金属基板と、前記金属基板の表面に設けられるヒータとの間に介在される絶縁膜であることを特徴とする。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項４に記載の反応装置において、
前記ヒータが発熱抵抗体であることを特徴とする。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項４に記載の反応装置において、
前記ヒータは、前記金属基板のＧｄ2Ｏ3膜の表面に成膜された密着層と、前記密着層上に成膜された拡散防止層と、前記拡散防止層上に成膜された発熱層とを備えた構造であることを特徴とする。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の前記反応装置において、前記反応物としての燃料と水から水素を生成する改質器を含むことを特徴とする。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の前記反応装置において、発電セルであることを特徴とする。
【００１４】
請求項９の発明は、電子機器において、請求項１〜８のいずれか一項に記載の反応装置と、前記反応装置によって発電された電気により動作する電子機器本体と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、金属基板と薄膜ヒータとの間に、絶縁膜として結晶構造を有するＧｄ2Ｏ3膜を形成することによって、金属基板との熱膨張係数の差を小さくすることができる。その結果、高温環境下で金属基板が歪んだ際に起こりやすい絶縁膜の亀裂や剥離を防止することができ、絶縁膜としての信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
図１は、本発明に係る反応装置の実施形態におけるマイクロリアクタ１の分解斜視図である。
マイクロリアクタ１は、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、電子手帳、デジタルカメラ、携帯電話機、腕時計、レジスタ、プロジェクタといった電子機器に内蔵され、発電セル（燃料電池）に使用する水素ガスを生成する反応装置である。
マイクロリアクタ１は、矩形薄板状の天板２及び底板３と、天板２と底板３との間に天板２の下面及び底板３の上面に対して垂直となるように立設される平面視Ｌ字型の枠体４，４と、枠体４，４の内側で枠体４，４の長手方向内壁面に対して垂直となるように設けられる薄板状の例として三つの隔壁５，５，…とを備えている。三つの隔壁５，５，…によって、枠体４，４の内側が葛折り状の流路６に仕切られている。隔壁５，５，…の高さは周囲の枠体４の高さにほぼ等しい。また、枠体４，４の各両端部間には、流路６に通じるように隙間（流入口、流出口）が形成されている。
天板２、底板３、枠体４，４及び隔壁５，５，…は、いずれも耐熱性の良い、例えばＮｉ、Ｎｉ−Ｃｒ合金、インコネル等のＮｉ含有合金等の金属材料からなる。底板３、枠体４，４、隔壁５，５，…及び天板２は蝋付けにより接合されている。また、マイクロリアクタ１の流路６を形成する底板３の上面、天板２の下面、枠体４，４の内側面及び隔壁５，５，…の両側面に触媒が担持されている。触媒としては、少なくとも一種類以上の金属種又は少なくとも一種以上の金属酸化物が含まれていることが好ましく、具体的には白金触媒、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒、Ｐｄ／ＺｎＯ系触媒等が挙げられる。
【００１７】
図２(a)は、底板３の下面図、図２(b)は、図２(a)の切断線II−IIに沿って切断した際の矢視断面図である。（わかりやすくするため、図２(b)において、流路側の面の構成は省略している。）
底板３の下面には、全面に絶縁膜３１が形成されている。絶縁膜３１は、結晶構造を有するＧｄ2Ｏ3膜である。結晶構造としてはＣ型（ビクスバイト構造）である。（詳細は後述する。）結晶構造を有することにより、アモルファスに比べて密に原子が充填されるので、熱による膨張が大きくなり、その結果、線膨張係数が１０×１０-6／℃高くなることから金属基板である底板３の線膨張係数に近くなる点で好ましい。ビクスバイト構造を有するＧｄ2Ｏ3膜は、Ｇｄ2Ｏ3膜をターゲット材料としてスパッタ法により成膜することができる。また、結晶化を高めるために、成膜後、大気雰囲気中や不活性ガス中においてアニールを行うことが好ましい。成膜方法はスパッタ法に限らず、蒸着法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法、塗布法等でも構わない。金属基板の膜厚は０．５ｍｍ以下であり、その基板厚との関係から、絶縁膜３１の膜厚は、２００〜６００ｎｍ程度の範囲が好ましい。
【００１８】
絶縁膜３１の表面には、薄膜ヒータ３２が蛇行した状態にフォトリソ技術によりパターニングされている。薄膜ヒータ３２は、絶縁膜３１側から順に、金属密着層３３、拡散防止層３４、発熱抵抗層３５を積層したものである。発熱抵抗層３５は、三つの層の中で最も低い抵抗率の材料（例えば、Ａｕ）であり、薄膜ヒータ３２に電圧が印加されると電流が集中的に流れて発熱する。拡散防止層３４は、薄膜ヒータ３２が発熱しても発熱抵抗層３５の材料が拡散防止層３４に熱拡散されにくく、かつ拡散防止層３４の材料が発熱抵抗層３５に熱拡散しにくい材料であり、比較的融点が高くかつ反応性が低い物質（例えば、Ｗ）を用いることが好ましい。また、金属密着層３３は、拡散防止層３４が絶縁膜３１に対して密着性が低く剥離しやすいことを防止するために設けられ、拡散防止層３４に対しても絶縁膜３１に対しても密着性に優れた材料（例えば、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒ）からなる。金属密着層３３の膜厚は、１００〜２００ｎｍ、拡散防止層３４の膜厚は、５０〜１００ｎｍ、発熱抵抗層３５の膜厚は、２００〜４００ｎｍが好ましい。薄膜ヒータ３２は、起動時にマイクロリアクタ１を加熱し、温度に依存して電気抵抗が変化するため、抵抗値の変化から温度の変化を読み取る温度センサとしても機能する。具体的には、薄膜ヒータ３２の温度が電気抵抗に対して線形に変化する領域を用いる。
【００１９】
上述の構成からなるマイクロリアクタ１においては、薄膜ヒータ３２に接続されたリード線（図示しない）に電圧を印加して、薄膜ヒータ３２を発熱させることによりマイクロリアクタ１を加熱させ、反応物を流路６に送り込むことによって、反応物が流路６を流動している際に、反応物が反応する。
【００２０】
図３は、底板３Ａの変形例を示したものであり、図３(a)は底板３Ａに枠体４Ａ，４Ａを接合した際の上面図で、図３(b)は、図３(a)の切断線III−IIIに沿って切断した際の矢視断面図である。（わかりやすくするため、図３(b)において、流路側の蓋面の詳細構成は省略している。）
図３(a)に示すように、底板３Ａの上面で隔壁５Ａ，５Ａ，…を除いた箇所に絶縁膜３１Ａを蛇行して形成している。このように、流路と同じ側に薄膜ヒータを配置する構成でもよいが、この場合は、図３(b)に示すように触媒との絶縁性を確保するために、絶縁保護層を成膜する必要があり、絶縁膜３１Ａ上に四つの層（金属密着層３３Ａ、拡散防止層３４Ａ、発熱抵抗層３５Ａ、拡散防止層３６Ａ）からなる薄膜ヒータ３２Ａを蛇行した状態でパターニングし、その上に絶縁保護層３７Ａが成膜されることになる。絶縁保護層３７ＡとしてはＧｄ2Ｏ3膜が望ましいが、膜が薄いならばＳｉＯ2膜でもよい。
【００２１】
以上のように、金属基板である底板３と、この基板に設けられた薄膜ヒータ３２との間に、絶縁膜３１である結晶構造（ビクスバイト構造）を有するＧｄ2Ｏ3膜が介在しており、Ｇｄ2Ｏ3膜は金属と熱膨張係数が非常に近いため、底板３の金属基板との熱膨張係数の差を小さくすることができる。その結果、室温より高い温度環境下で金属基板が歪んだ際に起こりやすい絶縁膜３１の亀裂や剥離を防止することができ、絶縁膜３１としての信頼性を高めることができる。また、Ｇｄ2Ｏ3膜は、成膜直後でも結晶性を有しており、容易に結晶化したものを得ることができる。また、Ｇｄ2Ｏ3膜は融点（２３４０℃）が高いため、高温環境下でも耐え得ることができる。また、不活性ガス中でアニール化することができるので、底板３である金属基板に成膜する際に、大気に晒されることがないため金属基板の酸化を防止することができる。さらに、Ｇｄ2Ｏ3膜は難還元性であるから、酸素欠損しづらい。よって、絶縁性が劣化することなく、絶縁膜３１として好適に使用することができる。
【００２２】
［応用例１］
次に、応用例としてマイクロリアクタモジュール１００について説明する。
図４は、マイクロリアクタモジュール１００を斜め下から示した斜視図、図５は、マイクロリアクタモジュール１００の分解斜視図、図６は、マイクロリアクタモジュール１００を機能毎に分けた場合の概略側面図、図７は、マイクロリアクタモジュール１００と発電セル（燃料電池）１６０を備える発電システム５００、及び、電子機器本体６００を含むブロック図である。
マイクロリアクタモジュール１００は、ベースプレート１０１、下部枠１０２、中部枠１０３、燃焼器プレート１０４、上部枠１０５、蓋プレート１０６を積層してなる高温反応部１０７と、ベースプレート１１１、下部枠１１２、中部枠１１３、上部枠１１５及び蓋プレート１１６を積層した低温反応部１１７と、高温反応部１０７と低温反応部１１７との間に架設された連結管１２１と、低温反応部１１７の下面に連結した多管材１２２と、多管材１２２の周りにおいて積層された３枚の燃焼器プレート１２３と、低温反応部１１７の下面にパターニングされた電熱線（薄膜ヒータ）１２４と、低温反応部１１７から連結管１２１、高温反応部１０７にかけての下面にパターニングされた電熱線（薄膜ヒータ）１２５と、低温反応部１１７の下面から燃焼器プレート１２３の外面にかけてパターニングされた電熱線（薄膜ヒータ）１２６とを備える。
また、パターニングされた電熱線１２４と、低温反応部１１７の下面（ベースプレート１１１）との間及びパターニングされた電熱線１２５と、高温反応部１０７の下面（ベースプレート１０１）との間には、それぞれ全面に亘って絶縁膜１３１が形成されている。絶縁膜１３１は、上述した絶縁膜３１と同様にスパッタ法により成膜されたビクスバイト構造を有するＧｄ2Ｏ3膜である。成膜方法としては、スパッタ法に限らず、蒸着法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法、塗布法等でも構わない。絶縁膜１３１の膜厚は、２００〜６００ｎｍ程度の範囲が好ましい。
【００２３】
３枚の燃焼器プレート１２３は外周部に側壁及び流路を仕切るリブが設けられた凹部を持つプレートであり、中央部に貫通孔が形成され、その貫通孔に多管材１２２が嵌め込まれる。燃焼器プレート１２３が多管材１２２の周囲で接合により積層され、更に一番上の燃焼器プレート１２３が低温反応部１１７の下面に接合されることによってこれらの接合面内に流路が形成されており、３枚の燃焼器プレート１２３によって第一燃焼器１４１（図６）が構成されている。第一燃焼器１４１には空気と気体燃料（例えば、水素ガス、メタノールガス等）がそれぞれ別々にあるいは混合気として多管材１２２を通って供給され、燃料器プレート１２３間の流路において塗布されている触媒により触媒燃焼が起こる。
また、多管材１２２には、水と液体燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、ブタン、ガソリン）がそれぞれ別々にあるいは混合された状態で燃料容器から供給され、第一燃焼器１４１における燃焼熱によって水と液体燃料が気化する気化器１４２（図６）を構成している。気化した燃料と水の混合気は、ベースプレート１１１の流路、連結管１２１を通って高温反応部１０７の下部の内側に送られる。
高温反応部１０７の下部はベースプレート１０１、下部枠１０２、中部枠１０３を積層したものであり、これらの積層体の内側に流路が形成され、これによって第一改質器１４３（図６）が構成される。この第一改質器１４３の流路を気化された混合気が流れて水素等が触媒反応により生成される。混合気中の液体燃料がメタノールの場合には、次式（１）のような反応になる。さらに次式（２）のような反応により、微量ながら副生成物である一酸化炭素が生成される。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2  …（１）
Ｈ2＋ＣＯ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ  …（２）
【００２４】
この触媒反応には熱が必要だが、電熱線１２５や燃焼器プレート１０４により熱エネルギーが供給される。燃焼器プレート１０４は外周部に側壁及び流路を仕切るリブが設けられた凹部を持つプレートである。ここで、燃焼器プレート１０４が上部枠１０５と接合することでその接合面内に燃焼室が形成され、これによって第二燃焼器１４４（図６）が構成される。気体燃料（例えば、水素ガス、メタノールガス等）と空気の混合気が多管材１２２、ベースプレート１１１の流路、連結管１２１を通って燃焼室（第二燃焼器１４４（図６））に供給され、燃焼室において触媒燃焼が起こる。第二燃焼器１４４（図６）によって高温反応部１０７は、２８０〜４００℃程度に加熱される。
【００２５】
ベースプレート１０１、下部枠１０２、中部枠１０３の積層体から混合気が更に上部枠１０５の内側に送られる。上部枠１０５の内側には複数の隔壁が設けられ、上部枠１０５の上側開口が蓋プレート１０６によって閉塞されることによって上部枠１０６の内側に流路が形成され、これによって第二改質器１４５（図６）が構成される。上部枠１０６の内側に送られた混合気は上部枠１０６の内側の流路を流れて水素等が触媒反応により生成され、さらに微量ながら副生成物である一酸化炭素が生成される（上記式（１）、（２）参照）。そして、水素等を含む混合気が連結管１２１を通って低温反応部の内側に送られる。
【００２６】
低温反応部１１７はベースプレート１１１、下部枠１１２、中部枠１１３、上部枠１１５、蓋プレート１１６を積層したものであるが、これらの積層体の内側に流路が形成され、これによって一酸化炭素除去器１４６（図６）が構成される。一酸化炭素除去器１４６の流路を混合気が流れて混合気中の、上記（２）式で生成された一酸化炭素が次式（３）式のように選択的に酸化される。
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2  …（３）
一酸化炭素の選択酸化反応は室温よりも高い温度（１００〜１８０℃程度）で起こるので、低温反応部１１７が電熱線１２４や燃焼器プレート１２３によって加熱される。低温反応部１１７で一酸化炭素を除去した水素リッチガスが多管材１２２を通って発電セル１６０の燃料極に供給される。発電セル１６０では酸素極に空気が供給され、酸素と水素の電気化学反応により電気エネルギーが生成される。
そして、図７に示すように、発電システム５００は、発電セル１６０により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１７１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７１に接続される２次電池１７２と、それらを制御する制御部１７３も備える。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１７１は発電セル１６０により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換したのちに電子機器本体６００に供給する機能の他に、発電セル１６０により生成された電気エネルギーを２次電池１７２に充電し、燃料電池７側が運転されていない時に、電子機器本体６００に２次電池１７２側から電気エネルギーを供給する機能も果たせるようになっている。制御部１７３は気化器１４２、第一、二改質器１４３、１４５、一酸化炭素除去器１４６、第二燃焼器１４４、発電セル１６０を運転するために必要な図示しないポンプやバルブ類、そして、ヒータ類、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７１等を制御し、電子機器本体６００に安定して電気エネルギーが供給されるような制御を行なう。
【００２７】
高温反応部１０７、低温反応部１１７、連結管１２１は断熱パッケージ（図示しない）内に収容されているが、断熱パッケージ内が真空圧とされているので、断熱効果が高くなっている。また、断熱パッケージ内にはゲッター材１３２が設けられ、リード線１５１，１５２、配線１３３を通じてゲッター材１３２のヒータに電圧を印加すると、ゲッター材１３２が活性化して、断熱パッケージ内の真空度が高まる。リード線１５１，１５２のほかにも何本かリード線が設けられているが、リード線１５３，１５４は電熱線１２４に接続され、リード線１５５，１５６は電熱線１２５に接続され、リード線１５７，１５８は電熱線１２６に接続されている。
【００２８】
以上のように、マイクロリアクタモジュール１００において、ベースプレート１０１，１１１の下面と、この下面に設けられた電熱線１２４，１２５との間に結晶構造（ビクスバイト構造）を有するＧｄ2Ｏ3膜（絶縁膜１３１）を設けるので、室温より高い環境下で金属と熱膨張係数が非常に近いため、ベースプレート１０１，１１１の歪みによる絶縁膜１３１の亀裂や剥離を防止することができ、絶縁耐圧としての性能に優れたものとすることができる。
【００２９】
［応用例２］
上述した応用例１は、水素製造を行うための化学反応器を想定していたが、これに限らず、改質器等を含む固体酸化物型の発電セル（燃料電池）のように高温作動（６００〜９００℃）するデバイスにも、結晶構造（ビクスバイト構造）を有するＧｄ2Ｏ3膜からなる絶縁膜を用いることができる。図８は、固体酸化物型の発電セル２００の概略断面図である。
発電セル２００は、箱型状をなした金属容器２１０と、金属容器２１０内に設けられた膜電極接合体２２０と、金属容器２１０内が膜電極接合体２２０によって仕切られることにより金属容器２１０内の上側と下側とにそれぞれ形成される燃料取り込み部２１１及び酸素取り込み部２１２とを備えている。
金属容器２１０は、耐熱性の良いＮｉ、Ｎｉ−Ｃｒ合金、インコネル等の合金からなるものである。膜電極接合体２２０は、燃料極膜２２１、固体酸化物電解質膜２２２及び酸素極膜２２３を備え、金属容器２１０内の燃料極膜２２１は燃料取り込み部２１１側に配されており、酸素極膜２２３は金属容器２１０内の酸素取り込み部２１２側に配されている。固体酸化物電解質膜２２２は、燃料極膜２２１及び酸素極膜２２３の間に介在し、燃料極膜２２１、固体酸化物電解質膜２２２及び酸素極膜２２３が接合されている。燃料極膜２２１の固体酸化物電解質膜２２２と反対側の面には、陽極側の集電体２２４が設けられ、酸素極膜２２３の固体酸化物電解質膜２２２と反対側の面には、陰極側の集電体２２５が設けられている。金属容器２１０内の内側面には、絶縁膜であるＧｄ2Ｏ3膜２３１が形成されている。絶縁膜２３１は、上述した絶縁膜３１と同様にスパッタ法により成膜された結晶構造（ビクスバイト構造）を有するＧｄ2Ｏ3膜である。成膜方法としては、スパッタ法に限らず、蒸着法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法、塗布法等でも構わない。
そして、燃料極膜２２１、固体酸化物電解質膜２２２、酸素極膜２２３及び二つの集電体２３４，２３５は、いずれも金属容器２１０の上面及び下面に対して平行となるように金属容器２１０内の互いに対向する内側面に形成された絶縁膜２３１，２３１間に渡って設けられている。
【００３０】
固体酸化物電解質膜２２２は、酸素極膜２２３から燃料極膜２２１へ酸素イオンを運ぶ役割を有し、酸素イオンを透過させる性質をもつ。固体酸化物電解質膜２２２は、酸化還元雰囲気中で安定なＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）等が用いられる。
酸素極膜２２３では導入される空気中の酸素が電極上で吸着、解離し反応場において、電子と結合して酸素イオンを生成する。従って、酸化雰囲気中で安定な多孔質材料で、電子伝導性の良い、例えば、Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ3が用いられる。
燃料極膜２２１では導入される水素が酸素イオンと反応して、水蒸気と電子を生成する。従って、還元雰囲気下で安定な多孔質材料で、水素との親和性が良く、電子伝導率が高い、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺ（サーメット）が用いられる。
集電体２２４，２２５は、集電板の役割を担うことから電子伝導率が高く、イオン導電率の低い、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金が用いられる。
【００３１】
金属容器２１０の外側面には、改質器に連結されて改質器で生成された燃料（Ｈ2）を燃料取り込み部２１１に取り込む燃料供給管２４１と、発電に使用されなかった未反応の燃料（Ｈ2）を排出する燃料排出管２４２とが外側面を貫通して設けられている。また、金属容器２１０の外側面に、酸素取り込み部２１２に酸素を取り込む酸素供給管２４３と、発電に使用されなかった未反応の酸素を排出する酸素排出管２４４とが外側面を貫通して設けられている。
【００３２】
金属容器２１０の上面には、全面に絶縁膜２３２が形成されている。絶縁膜２３２は、上述した絶縁膜３１と同様にスパッタ法により成膜された結晶構造（ビクスバイト構造）を有するＧｄ2Ｏ3膜である。成膜方法としては、スパッタ法に限らず、蒸着法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法、塗布法等でも構わない。絶縁膜２３２の膜厚は、２００〜６００ｎｍ程度の範囲が好ましい。
絶縁膜２３２上には、薄膜ヒータ２３３が蛇行した状態にフォトリソ技術によりパターニングされている。薄膜ヒータ２３３は、絶縁膜２３２側から順に、金属密着層（例えば、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒ）、拡散防止層（例えば、Ｗ）、発熱抵抗層（例えば、Ａｕ）を積層したものである。金属密着層の膜厚は、１００〜２００ｎｍ、拡散防止層の膜厚は、５０〜１００ｎｍ、発熱抵抗層の膜厚は、２００〜４００ｎｍが好ましい。薄膜ヒータ２３３は、起動時に金属容器２１０を加熱し、温度に依存して電気抵抗が変化するため、抵抗値の変化から温度の変化を読み取る温度センサとしても機能する。具体的には、薄膜ヒータ２３３の温度が電気抵抗に対して線形に変化する領域を用いる。
【００３３】
上述の構成からなる発電セル２００においては、薄膜ヒータ２３３に接続されたリード線（図示しない）に電圧を印加して、薄膜ヒータ２３３を発熱させることにより金属容器２１０を７００℃〜１０００℃程度に加熱した状態で、水素を燃料供給管２４１から燃料取り込み部２１１に供給し、膜電極接合体２２０での電気化学反応に使用されなかった水素は燃料排出管２４２から排出される。一方、酸素を含む空気が酸素供給管２４３から酸素取り込み部２１２に供給され、酸素が酸素極膜２２３でイオン化して固体酸化物電解質膜２２２を透過する。膜電極接合体２２０での電気化学反応に使用されなかった酸素は酸素排出管２４４から排出される。固体酸化物電解質膜２２２を透過した酸素イオンは、燃料極膜２２１で水素と反応し、水が燃料取り込み部２１１内に生成される。このとき生じた電子は、陰極側の集電体２２５から、配線を介して外部回路を通って陽極側の集電体２２４に戻り伝導する。生成された水は、水蒸気の状態となっており、燃料排出管２４２から排出される。このように酸素イオンの移動に伴い、電気エネルギーが生成される。
【００３４】
［応用例３］
図９は、固体酸化物型の別の発電セル３００の概略断面図である。
図９に示す発電セル３００は、上述した発電セル２００のように金属容器２１０を使用するのではなく、二枚の金属基板３１１，３１２を使用したものである。具体的には、発電セル３００は、上下に互いに対向して配された二枚の金属基板３１１，３１２と、二枚の金属基板３１１，３１２間に両金属基板３１１，３１２と平行となるように設けられた膜電極接合体３２０と、膜電極接合体３２０を金属基板３１１，３１２に固定する支柱部３１３，３１４と、膜電極接合体３２０によって仕切られることにより膜電極接合体３２０と下側の金属基板３１１との間に形成される燃料取り込み部３１５と、膜電極接合体３２０と上側の金属基板３１２との間に形成される酸素取り込み部３１６とを備えている。
下側の金属基板３１１の上面の周縁部には、上方に立設する支柱部３１３が枠状に形成され、上側の金属基板３１２の下面の周縁部には、下方に立設する支柱部３１４が枠状に形成されている。これら支柱部３１３，３１４は、セラミック等の絶縁材料から形成されている。
【００３５】
膜電極接合体３２０は、下側の支柱部３１３，３１３と上側の支柱部３１４，３１４との間に挟持されており、これによって下側の金属基板３１１と膜電極接合体３２０の間及び上側の金属基板３１２と膜電極接合体３２０の間に空間が形成されている。膜電極接合体３２０は、燃料極膜３２１、固体酸化物電解質膜３２２及び酸素極膜３２３を備え、燃料極膜３２１は燃料取り込み部３１５側に面して配されており、酸素極膜３２３は酸素取り込み部３１６側に面して配されている。固体酸化物電解質膜３２２は、燃料極膜３２１及び酸素極膜３２３の間に介在し、燃料極膜３２１、固体酸化物電解質膜３２２及び酸素極膜３２３が接合されている。燃料極膜３２１の固体酸化物電解質膜３２２と反対側の面には、陽極側の集電体３２４が設けられ、酸素極膜３２３の固体酸化物電解質膜３２２と反対側の面には、陰極側の集電体３２５が設けられている。そして、燃料極膜３２１、固体酸化物電解質膜３２２、酸素極膜３２３及び二つの集電体３２４，３２５は、いずれも二つの金属基板３１１，３１２に対して平行となるように、左右両側の支柱部３１３，３１３，３１４，３１４に渡って設けられている。
【００３６】
固体酸化物電解質膜３２２、燃料極膜３２１、酸素極膜３２３は、上述したものと同様のため、その説明を省略する。
下側の支柱部３１３の外側面には、改質器に連結されて改質器で生成された燃料（Ｈ2）を燃料取り込み部３１５に取り込む燃料供給管３４１と、発電に使用されなかった未反応の燃料（Ｈ2）を排出する燃料排出管３４２とが外側面を貫通して設けられている。また、上側の支柱部３１４の外側面に、酸素取り込み部３１６に酸素を取り込む酸素供給管３４３と、発電に使用されなかった未反応の酸素を排出する酸素排出管３４４とが外側面を貫通して設けられている。
【００３７】
上側の金属基板３１２の上面には、全面に絶縁膜３３２が形成されている。絶縁膜３３２は、上述した絶縁膜３１と同様にスパッタ法により成膜された結晶構造（ビクスバイト構造）を有するＧｄ2Ｏ3膜である。成膜方法としては、スパッタ法に限らず、蒸着法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法、塗布法等でも構わない。絶縁膜３３２の膜厚は、２００〜６００ｎｍ程度の範囲が好ましい。
絶縁膜３３２上には、薄膜ヒータ３３３が蛇行した状態にフォトリソ技術によりパターニングされている。薄膜ヒータ３３３は、絶縁膜３３２側から順に、金属密着層（例えば、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒ）、拡散防止層（例えば、Ｗ）、発熱抵抗層（例えば、Ａｕ）を積層したものである。金属密着層の膜厚は、１００〜２００ｎｍ、拡散防止層の膜厚は、５０〜１００ｎｍ、発熱抵抗層の膜厚は、２００〜４００ｎｍが好ましい。薄膜ヒータ３３３は、起動時に金属容器を加熱し、温度に依存して電気抵抗が変化するため、抵抗値の変化から温度の変化を読み取る温度センサとしても機能する。具体的には、薄膜ヒータ３３３の温度が電気抵抗に対して線形に変化する領域を用いる。
【００３８】
上述の構成からなる発電セル３００においても、薄膜ヒータ３３３に接続されたリード線に電圧を印加して、薄膜ヒータ３３３を発熱させることにより金属基板３１１，３１２等からなる筐体を６００〜９００℃程度に加熱した状態で、水素を燃料供給管３４１から燃料取り込み部３１５に供給し、膜電極接合体３２０での電気化学反応に使用されなかった水素は燃料排出管３４２から排出される。一方、酸素を含む空気が酸素供給管３４３から酸素取り込み部３１６に供給し、酸素が酸素極膜３２３でイオン化して固体酸化物電解質膜３２２を透過する。膜電極接合体３２０での電気化学反応に使用されなかった未反応の酸素は酸素排出管３４４から排出される。固体酸化物電解質膜３２２を透過した酸素イオンは、燃料極膜３２１で水素と反応し、水が燃料取り込み部３１５内に生成される。このとき生じた電子は、陰極側の集電体３２５から、配線を介して外部回路を通って陽極側の集電体３２４に戻り伝導する。生成された水は、水蒸気の状態となっており、燃料排出管３４２から排出される。このように酸素イオンの移動に伴い、電気エネルギーが生成される。
【００３９】
以上のように、図８及び図９に示す固体酸化物型の発電セル２００，３００において、金属容器２１０，金属基板３１２の上面と、この上面に設けられた薄膜ヒータ２３３，３３３との間に結晶構造（ビクスバイト構造）を有するＧｄ2Ｏ3膜（絶縁膜２３２，３３２）を設けるので、作動温度が６００〜９００℃と非常に高い場合にも、金属と熱膨張係数が非常に近いため、金属容器２１０，金属基板３１２の歪みによる絶縁膜２３２，３３２の亀裂や剥離を防止することができ、絶縁耐圧としての性能に優れたものとすることができる。
なお、ここでは発電セルが固体酸化物型の例を述べたが、溶融炭酸塩形等の別の発電セルであってもよい。
【００４０】
［実施例］
次に、成膜したＧｄ2Ｏ3膜が結晶化すること、薄膜ヒータに電圧を印加した場合にＧｄ2Ｏ3膜が絶縁破壊しにくいことを、以下の実施例を挙げて説明する。
《Ｇｄ2Ｏ3膜のＸ線回折測定》
熱酸化膜付きＮｉ基板上に、スパッタ技術を用いてＧｄ2Ｏ3膜（３５０ｎｍ）を成膜した。スパッタ条件は、ターゲット材料：Ｇｄ2Ｏ3膜、基板温度：３００℃、到達圧力：５×１０-4Ｐａ、プロセスガスＡｒ＋３％Ｏ2流量：５０ｓｃｃｍ、スパッタ圧力：０．６７Ｐａ、スパッタ電力：３００Ｗとした。
Ｇｄ2Ｏ3膜は室温においてＣ型（ビクスバイト構造）を有しており、ＩＣＤＤカードにより、格子定数は１．０８１ｎｍと報告されている。図１０は、成膜直後のＧｄ2Ｏ3膜のＸ線回折測定の結果である。アモルファス（非晶質）構造を有する材料特有の幅広いピーク構造とは異なり、比較的鋭いピークが観測されている。結果より見積もられる格子定数は１．０８８ｎｍと、格子が若干伸長した結晶であると理解できる。（図中矢印はビクスバイト構造により指数付けしたことを示す。以下同様。）
図１１は、アルゴン雰囲気下で温度８００℃、保持時間３０分でアニールを行ったＧｄ2Ｏ3膜のＸ線回折測定結果である。焼成温度は８００℃、保持時間は３０分で行った。アニールした試料は成膜直後の膜に比べて、それぞれのピークは鋭くなり、測定データにより算出された格子定数は、１．０８１ｎｍと見積もられ、アニール効果によりさらに結晶性が向上し、カード記載の格子定数と一致したと考えられる。Ｇｄ2Ｏ3膜は成膜直後において、すでに結晶性を有しており、焼成工程（アニール工程）で結晶性をより高めることができる膜であると言える。
また、Ｇｄ2Ｏ3膜はアニール後に急冷することや、スパッタ成膜の条件変更によりＢ型の結晶構造を有した膜を作製することができ、Ｂ型の膜もＣ型同様、線膨張係数は金属のそれに近い。図１２は８００℃でアニールした後、急冷した際の室温でのＸ線回折測定結果である。（ここで、数字の上のバーは格子面の表裏を区別するために用いる表記法で座標軸をとった場合に、バーは負の方向を示すものである。）
【００４１】
《Ｇｄ2Ｏ3膜の絶縁耐圧評価》
次に、結晶Ｇｄ2Ｏ3膜の絶縁保護膜としての性能評価を行った。評価は、図１３のような試料３Ｂを用いて絶縁耐圧試験を行った。図１３(a)は、試料３Ｂの平面図、図１３(b)は、図１３(a)の切断線XIII−XIIIに沿って切断した際の矢視断面図であり、試料３ＢであるＮｉ基板にスパッタ技術を用いてＧｄ2Ｏ3膜３１Ｂを３５０ｎｍ成膜した。その上には密着層３３ＢとしてＴａ膜（５０ｎｍ）、拡散防止層３４ＢとしてＷ膜（１００ｎｍ）、Ａｕ膜３５Ｂ（５００ｎｍ）を同様にスパッタ技術により成膜し、フォトリソ技術を用いて図１３のような面積４ｍｍ2角パッドの薄膜ヒータ３２Ｂを作成した。
絶縁膜のＧｄ2Ｏ3膜の絶縁定圧評価はＡｕ膜と金属基板に測定プローブを接触させ、０Ｖ〜４０Ｖまで電圧掃引し、流れる電流値を追跡した。０Ｖより電圧を掃引させると、膜間には絶縁保護膜である結晶のＧｄ2Ｏ3膜が設けられているため、ｐＡ、ｎＡのオーダーの微小リーク電流しか観測されないが、絶縁破壊が起きる程度の電圧まで大きくなると、上下で伝導のパスができてしまい、リーク電流は急激に立ち上がる。絶縁耐圧試験は絶縁破壊が起きた電圧値を比較することで絶縁膜の性能を評価した。
【００４２】
図１４は、成膜直後のＣ型構造を有するＧｄ2Ｏ3膜（膜厚３５０ｎｍ）の絶縁耐圧評価結果である。図１４に示すように測定範囲内において絶縁破壊は観測されなかった。印加電圧４０Ｖ時のリーク電流は約３５０ｎＡと十分に電気的絶縁の機能を果たしており、結晶のＧｄ2Ｏ3膜は絶縁膜として十分に機能すると理解できる。
【００４３】
図１５は、Ｃ型構造を有するＧｄ2Ｏ3膜の成膜後、不活性ガス雰囲気下（ここではアルゴンガス）で８００℃、３０分のアニール処理を行い、結晶性を改善した試料についての絶縁耐圧評価結果である。この図１５からわかるように、成膜直後の試料の結果と同様、測定範囲内で絶縁破壊は観測されず、リーク電流も約３５０ｎＡと同等であった。本実験では膜厚を３５０ｎｍで行っているが、膜厚を６００ｎｍで行うとさらに耐圧として良くなるものと考えられる。膜厚を２００ｎｍとした場合では、破壊電圧は膜厚におおよそ比例すること、本実験で行った膜厚３５０ｎｍの試料では４０Ｖまで絶縁破壊が観測されなかったことから、悪くとも破壊電圧は２０Ｖを超えることが予想される。膜厚は使用条件により便宜設定できるものと考える。
なお、図１４、図１５はＣ型構造を有するＧｄ2Ｏ3膜の結果であるが、図１６はアルゴン雰囲気下、８００℃でアニールした後、急冷し作製されたＢ型構造を有するＧｄ2Ｏ3膜の絶縁耐圧測定結果である。Ｂ型構造を有する膜においてもＣ型同様、４０Ｖまで絶縁破壊は観測されず、十分な絶縁性を有している。
また、実際にマイクロリアクタとして使用する場合には、電圧は絶縁膜の上下金属間に印加されるものではなく、表面側の絶縁膜の上側の薄膜ヒータの両端に印加して使用するので、今回の実験例で見積もられた破壊電圧よりも大きな電圧を薄膜ヒータに印加することができる。
以上より、結晶構造を有するＧｄ2Ｏ3膜は絶縁耐圧性能としても十分なものであることが明らかであり、このようなＧｄ2Ｏ3膜を絶縁膜として使用することで、金属基板との線膨張係数の差を小さくできる。それによって高温環境下において金属基板が歪んだ際に起こりやすい絶縁膜の剥離や亀裂の防止に非常に効果的であることが認められる。
本発明は、金属基板と導電性を有する金属の配線パターンとの間に設ける絶縁膜としてＧｄ2Ｏ3膜を用いる。Ｇｄ2Ｏ3は蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、塗布法等で成膜した場合に膜はビクスバイト構造と呼ばれる結晶構造を有している。また、焼成等のプロセスにより容易に結晶化度を上げることができる。結晶化したＧｄ2Ｏ3膜は線膨張係数が１０(１０-6/℃）と金属のそれに近いため、室温より高温で作動する金属製小型化学反応器に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】マイクロリアクタ１の分解斜視図である。
【図２】(a)は、底板３の下面図、(b)は、(a)の切断線II−IIに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図３】底板３Ａの変形例であり、(a)は、底板３Ａに枠体４Ａ，４Ａを接合した際の上面図、(b)は、(a)の切断線III−IIIに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図４】マイクロリアクタモジュール１００を斜め下から示した斜視図である。
【図５】マイクロリアクタモジュール１００の分解斜視図である。
【図６】マイクロリアクタモジュール１００を機能毎に分けた場合の概略側面図である。
【図７】マイクロリアクタモジュール１００と発電セル１６０を備える発電システム５００、及び、電子機器本体６００を含むブロック図である。
【図８】固体酸化物型の発電セル２００の概略断面図である。
【図９】固体酸化物型の別の発電セル３００の概略断面図である。
【図１０】成膜直後のＧｄ2Ｏ3膜のＸ線回折測定の結果である。
【図１１】アルゴン雰囲気下で温度８００℃、保持時間３０分でアニールを行ったＧｄ2Ｏ3膜のＸ線回折測定結果である。
【図１２】アルゴン雰囲気下で温度８００℃、保持時間３０分でアニールを行ったＧｄ2Ｏ3膜を急冷した際の室温でのＸ線回折測定結果である。
【図１３】(a)は、絶縁耐圧試験用の試料３Ｂの平面図、(b)は、(a)の切断線XIII−XIIIに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図１４】成膜直後のＣ型構造を有するＧｄ2Ｏ3膜（膜厚３５０ｎｍ）の絶縁耐圧評価結果である。
【図１５】成膜後のＧｄ2Ｏ3膜（膜厚３５０ｎｍ）を不活性ガス（ここではアルゴンガス）雰囲気下でアニール処理を行い、結晶性を改善した試料についての絶縁耐圧評価結果である。
【図１６】Ｇｄ2Ｏ3膜をアルゴン雰囲気下、８００℃でアニールした後、急冷し作製されたＢ型構造を有するＧｄ2Ｏ3膜の絶縁耐圧測定結果である。
【図１７】従来例を示すためのもので、(a)は、基板４００の平面図、(b)は、(a)の切断線XVII−XVIIに沿って切断した際の矢視断面図である
【図１８】線膨張係数の一覧表である。
【符号の説明】
【００４５】
１  マイクロリアクタ
２  天板
３  底板
３１，３１Ａ，１３1，２３１，２３２，３３２  絶縁膜
３２，３２Ａ，３２Ｂ，２３３，３３３，４０５  薄膜ヒータ
３３，３３Ａ，３６Ａ  金属密着層
３４，３４Ａ  拡散防止層
３５，３５Ａ  発熱抵抗層
３７Ａ  絶縁保護層
１００  マイクロリアクタモジュール
１０１，１１１  ベースプレート
１２４，１２５，１２６  電熱線（薄膜ヒータ）
１４１  第一燃焼器
１４２  気化器
１４３  第一改質器
１４４  第二燃焼器
１４５  第二改質器
１４６  一酸化炭素除去器
１６０  発電セル（燃料電池）
２００，３００  固体酸化物型発電セル（燃料電池）
２１０  金属容器
３１１，３１２  金属基板
５００  発電システム
６００  電子機器本体
【図１】
2008284503.tif 000003
【図２】
2008284503.tif 000004
【図３】
2008284503.tif 000005
【図４】
2008284503.tif 000006
【図５】
2008284503.tif 000007
【図６】
2008284503.tif 000008
【図７】
2008284503.tif 000009
【図８】
2008284503.tif 000010
【図９】
2008284503.tif 000011
【図１０】
2008284503.tif 000012
【図１１】
2008284503.tif 000013
【図１２】
2008284503.tif 000014
【図１３】
2008284503.tif 000015
【図１４】
2008284503.tif 000016
【図１５】
2008284503.tif 000017
【図１６】
2008284503.tif 000018
【図１７】
2008284503.tif 000019
【図１８】
2008284503.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成20年5月8日(2008.5.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
［応用例２］
上述した応用例１は、水素製造を行うための化学反応器を想定していたが、これに限らず、改質器等を含む固体酸化物型の発電セル（燃料電池）のように高温作動（６００〜９００℃）するデバイスにも、結晶構造（ビクスバイト構造）を有するＧｄ2Ｏ3膜からなる絶縁膜を用いることができる。図８は、固体酸化物型の発電セル２００の概略断面図である。
発電セル２００は、箱型状をなした金属容器２１０と、金属容器２１０内に設けられた膜電極接合体２２０と、金属容器２１０内が膜電極接合体２２０によって仕切られることにより金属容器２１０内の上側と下側とにそれぞれ形成される燃料取り込み部２１１及び酸素取り込み部２１２とを備えている。
金属容器２１０は、耐熱性の良いＮｉ、Ｎｉ−Ｃｒ合金、インコネル等の合金からなるものである。膜電極接合体２２０は、燃料極膜２２１、固体酸化物電解質膜２２２及び酸素極膜２２３を備え、金属容器２１０内の燃料極膜２２１は燃料取り込み部２１１側に配されており、酸素極膜２２３は金属容器２１０内の酸素取り込み部２１２側に配されている。固体酸化物電解質膜２２２は、燃料極膜２２１及び酸素極膜２２３の間に介在し、燃料極膜２２１、固体酸化物電解質膜２２２及び酸素極膜２２３が接合されている。燃料極膜２２１の固体酸化物電解質膜２２２と反対側の面には、陽極側の集電体２２４が設けられ、酸素極膜２２３の固体酸化物電解質膜２２２と反対側の面には、陰極側の集電体２２５が設けられている。金属容器２１０内の内側面には、絶縁膜であるＧｄ2Ｏ3膜２３１が形成されている。絶縁膜２３１は、上述した絶縁膜３１と同様にスパッタ法により成膜された結晶構造（ビクスバイト構造）を有するＧｄ2Ｏ3膜である。成膜方法としては、スパッタ法に限らず、蒸着法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法、塗布法等でも構わない。
そして、燃料極膜２２１、固体酸化物電解質膜２２２、酸素極膜２２３及び二つの集電体２２４，２２５は、いずれも金属容器２１０の上面及び下面に対して平行となるように金属容器２１０内の互いに対向する内側面に形成された絶縁膜２３１，２３１間に渡って設けられている。