(57)【要約】【課題】断熱真空容器（反応容器）内の真空度（気圧）をセンシングすることができ、また、小型化及び熱損失の軽減を図ることのできる反応装置、その反応装置を用いた発電装置及び電子機器を提供する。【解決手段】反応装置１００は、互いに対向配置された断熱用上蓋１５２及び断熱用下蓋１５３と、断熱用上蓋１５２と断熱用下蓋１５３との間に挟み込まれるとともに、断熱用上蓋１５２及び断熱用下蓋１５３によって形成される断熱空間１５０b内に収容されて、反応物の反応を起こす反応装置本体１０１と、断熱空間１５０b内の気圧を測定する気圧センサと、を備える。そして、断熱用上蓋１５２、断熱用下蓋１５３及び反応装置本体１０１の一部によって構成される断熱真空容器１５０の内壁部１５０aにマイクロ真空センサ１が配置されている。【選択図】図２
2008086857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器と、
前記反応容器に収容されて、反応物の反応を起こす反応器と、
前記反応容器内の気圧を測定する気圧センサと、を備え、
前記反応容器の内壁部に、前記気圧センサが配置されていることを特徴とする反応装置。
【請求項２】
前記反応容器は、互いに対向配置された上蓋及び下蓋と、
前記反応器に設けられた貫通孔の外側の枠体が前記上蓋と前記下蓋との間に挟み込まれることによって構成されてい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】
前記反応容器の内壁部に、内壁部を切り欠いて切欠部が形成され、前記切欠部に前記気圧センサが配置されてい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】
前記反応器は、反応器に熱を供給する反応器加熱用ヒータを備え、
前記気圧センサは、前記切欠部に露出された前記反応器の表面に形成されて、前記反応器加熱用ヒータの少なくとも一部の部材と同一の部材を備え、
前記反応器加熱用ヒータと、前記気圧センサの前記部材とが前記反応器における同一面側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項５】
前記反応器加熱用ヒータは、前記反応器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６】
前記反応器は、第１の基板及び第２の基板を有する複数の基板が積層されてなり、前記第１の基板及び前記第２の基板間の接合面のうち少なくとも一方に反応物が供給される流路となる溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項７】
前記第１基板の前記接合面と反対の面側に前記反応器加熱用ヒータ及び前記気圧センサの前記部材が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の反応装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項に記載の反応装置と、前記反応装置により生成される生成ガスから電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、を備えることを特徴とする発電装置。
【請求項９】
請求項８に記載の発電装置と、
前記発電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、反応物を反応させる反応装置、特に水素改質を行う小型な反応装置、その反応装置を用いた発電装置及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路などの半導体デバイス製造技術で蓄積された微細加工技術を利用して、シリコンあるいはガラス基板上にミリメートルあるいはマイクロメートルオーダーの流路を形成して、ここに流体を供給して化学反応を起こさせる化学反応装置、いわゆるマイクロリアクタが知られている。マイクロリアクタの中には高温で動作するものがあり、例えば、ノートパソコンや携帯電話などの携帯電子機器の電源として期待されている燃料電池において、発電セルに供給する水素をメタノールの水蒸気改質反応によって生成するマイクロ改質器が知られている。水素の原料となるメタノールは、マイクロ改質器の流路内に蒸気として導入され、流路の裏面に形成された薄膜ヒータによって約３００〜４００℃に温度管理された流路内で、流路内に設けられた触媒による化学反応によって水素を生成する。
マイクロリアクタの流路内で起こる化学反応を管理する温度が、例えば上記改質反応のように３００℃程度になるような場合、マイクロリアクタから雰囲気への熱流出や熱輻射によるエネルギー流出などの熱損失が大きくなり、エネルギー利用効率が小さくなってしまう。そこで、エネルギー利用効率を向上させるために、熱損失を軽減させる方法として、マイクロリアクタを内壁に輻射シールドとして反射率の高い材料が成膜された容器（断熱真空容器）内に収め、さらに断熱真空容器内の気体を真空排気する方法がある。また、マイクロリアクタから雰囲気への熱流出は、断熱真空容器内の雰囲気の圧力に大きく依存しており、１０Ｐａ以上の圧力で圧力増大とともに顕著に増大する。そのため、断熱真空容器内は１０Ｐａ以下とすることが望ましいとされている（例えば、特許文献１参照）。  
【０００３】
一方、半導体分野の微細加工技術を利用して、ミリメートルあるいはマイクロメートルオーダーの様々なマイクロセンサが知られている。マイクロ真空センサはその一例であり、マイクロ真空センサには、そのセンシングの原理の違いによっていくつかの種類があるが、その一つに、センサの加熱部から雰囲気への熱伝導率あるいは熱流出が雰囲気の圧力（真空度）によって変化することを利用した熱伝導型マイクロ真空センサがある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−６２６５号公報
【特許文献２】特開平７−３２５００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、断熱真空容器（反応容器）内の真空度（気圧）は、真空封止直後に１０Ｐａ以下の圧力であっても、真空封止後しばらくしてから真空度が悪くなるということが起こりうる。その要因として、例えば、断熱真空容器の内壁あるいはマイクロリアクタ本体に吸着した気体分子が放出され、断熱真空容器内の真空度が低下することが考えられる。また、非常に微細なリークによって、数十時間あるいは数百時間というような長い時定数で、断熱真空容器内の真空度が少しずつ低下していくことが考えられる。断熱真空容器内の真空度が低下した状態でマクロリアクタを運転させることは、熱損失の増大によりエネルギー利用効率が悪くなるだけでなく、断熱真空容器の異常な温度上昇を伴い、安全面の観点からも問題がある。そのため、マイクロリアクタを起動させる前に断熱真空容器内の真空度の確認をすることが望ましいとされている。
ただし、単純にマイクロ真空センサを断熱真空容器内に納めると、デッドスペースを作る要因となり小型化の障害となってしまうという問題があること、また、マイクロリアクタに隣接あるいは内蔵させるように設けた場合には、マイクロ真空センサのリード線を介して外部に熱が逃げ、マイクロリアクタの温度分布に影響するだけでなく熱損失が増大してしまうという問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、断熱真空容器（反応容器）内の真空度（気圧）をセンシングすることができ、また、小型化及び熱損失の軽減を図ることのできる反応装置、その反応装置を用いた発電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】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、反応装置において、反応容器と、
前記反応容器内に収容されて、反応物の反応を起こす反応器と、
前記反応容器内の気圧を測定する気圧センサと、を備え、
前記反応容器の内壁部に、前記気圧センサが配置されていることを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の反応装置において、
前記反応容器は、互いに対向配置された上蓋及び下蓋と、
前記反応器に設けられた貫通孔の外側の枠体が前記上蓋と前記下蓋との間に挟み込まれることによって構成されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１に記載の反応装置において、
前記反応容器の内壁部に、内壁部を切り欠いて切欠部が形成され、前記切欠部に前記気圧センサが配置されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の反応装置において、
前記反応器は、反応器に熱を供給する反応器加熱用ヒータを備え、
前記気圧センサは、前記切欠部に露出された前記反応器の表面に形成されて、前記反応器加熱用ヒータの少なくとも一部の部材と同一の部材を備え、
前記反応器加熱用ヒータと、前記気圧センサの前記部材とが前記反応器における同一面側に配置されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項４に記載の反応装置において、
前記反応器加熱用ヒータは、前記反応器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。
【００１０】
請求項６の発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載の反応装置において、
前記反応器は、第１の基板及び第２の基板を有する複数の基板が積層されてなり、前記第１の基板及び前記第２の基板間の接合面のうち少なくとも一方に反応物が供給される流路となる溝が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項７の発明は、請求項６に記載の反応装置において、
前記第１基板の前記接合面と反対の面側に前記反応器加熱用ヒータ及び前記気圧センサの前記部材が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項８の発明は、発電装置において、
請求項１〜７の何れか一項に記載の反応装置と、前記反応装置により生成される生成ガスから電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、を備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項９の発明は、電子機器において、
請求項８に記載の発電装置と、前記発電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】
【００１４】
本発明によれば、反応容器の内壁部に気圧センサが配置されているので、気圧センサによって反応容器内の気圧をセンシングすることができる。その結果、真空度の悪い状態で反応物の反応を行うことがないので、無駄な電力を消費することがなく、また、反応容器内の温度の異常上昇を防止することができる。
さらに、反応器に気圧センサを設ける場合に比して、リード線等を介した熱伝導により反応器の熱が外部に逃げることがない。熱損失を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
［第一の実施の形態］
図１は、燃料電池（発電セル）に供給する水素を改質する複合型マイクロ反応装置１００の外観斜視図、図２は、複合型マイクロ反応装置１００の正面断面図（後述する図４〜図９における切断線II−IIに沿って切断した際の矢視断面図）、図３は、図２における切断線III−IIIに沿って切断した際の矢視断面図である。
図１〜図３に示すように、断熱用上蓋（上蓋）１５２と断熱用下蓋（下蓋）１５３との間に、上基板１０２と中基板１０３とを接合してなる反応装置本体１０１と、反応装置本体１０１の下面、即ち中基板１０３との下面に接合した下基板１２０とが挟み込まれるとともに、断熱用上蓋１５２と断熱用下蓋１５３とによって形成される断熱空間１５０bに反応装置本体１０１及び下基板１２０が収容されている。このように、断熱用上蓋１５２と、断熱用下蓋１５３と、反応装置本体１０１及び下基板１２０の一部によって断熱真空容器（反応容器）１５０が構成され、断熱真空容器１５０を形成する内壁部１５０aにマイクロ真空センサ（気圧センサ）１が配置されている。
なお、反応装置本体１０１が、高温な水蒸気改質反応が起こる改質器（反応器）と、低温な選択酸化反応が起こる一酸化炭素除去器（反応器）の複合体となり、中基板１０３と中基板１０３に接合した状態の下基板１２０とが燃焼器を形成する。
【００１６】
図４は、断熱用上蓋１５２の両面のうち上基板１０２との接合面を示した図面であって、上基板１０２側から見た際の平面図、図５は、断熱用下蓋１５３の両面のうち下基板１２０との接合面を示した図面であって、下基板１２０側から見た際の平面図である。
図４及び図５に示すように、断熱用上蓋１５２及び断熱用下蓋１５３は、例えば、ガラス材料からなり、特に熱膨張係数が３×１０-６／℃程度で可動イオンとなるアルカリ金属（例えば、Ｎａ、Ｌｉ等）を含有したガラス材料からなる。また、断熱用上蓋１５２は後述の上基板１０２と陽極接合法により接合するため、断熱用上蓋１５２又は上基板１０２のどちらか一方の接合面には陽極接合のために他方のガラス含まれる酸素原子と結合する金属膜又はシリコン膜を有する陽極接合膜が気相成長法（例えば、スパッタリング法、蒸着法）により成膜されている。本実施形態では、断熱用上蓋１５２の上基板１０２との接合面に金属膜３００が成膜されているものとする。なお、断熱用上蓋１５２と上基板１０２のうちのどちらか一方がガラス材料ではなく金属又はシリコンからなるものとしても良い。
また、同様に、断熱用下蓋１５３は後述の下基板１２０と陽極接合法により接合するため、断熱用下蓋１５３又は下基板１２０のどちらか一方の接合面には陽極接合のために金属膜又はシリコン膜を有する陽極接合膜が成膜されている。本実施形態では、断熱用下蓋１５３の下基板１２０との接合面に金属膜３００が成膜されているものとする。なお、断熱用下蓋１５３と下基板１２０のうちのどちらか一方がガラス材料ではなく金属又はシリコンからなるものとしても良い。
さらに、断熱用上蓋１５２の下面に上面側に凹む凹部１５４が形成され、断熱用下蓋１５３の上面には下面側に凹む凹部１５５が形成され、これによって断熱用上蓋１５２及び断熱用下蓋１５３は側断面視略コ字状に形成されている。そして、各凹部１５４，１５５が互いに向き合うように断熱用上蓋１５２と断熱用下蓋１５３とが配置されて、各凹部１５４，１５５によって、反応装置本体１０１及び下基板１２０が収容される断熱空間１５０bが形成されている（図２参照）。
また、断熱用上蓋１５２及び断熱用下蓋１５３の各凹部１５４，１５５を形成する内面には、熱源となる赤外線に対して断熱用上蓋１５２及び断熱用下蓋１５３よりも高い反射性を備える赤外線反射膜（例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ）３１０が成膜され、断熱真空容器１５０内の圧力が１０Ｐａ以下、望ましくは１Ｐａ以下に減圧された状態に保たれている。
【００１７】
また、図１〜図３に示すように、断熱用上蓋１５２及び断熱用下蓋１５３と同じ材料で形成された供給排出部材１５１が中基板１０３の側端面を貫通している。この供給排出部材１５１は、改質燃料ガス供給用の燃料供給流路と、空気供給用の二つの吸気流路と、燃焼ガス供給用の燃焼ガス供給流路と、生成ガス排出用の生成ガス排出流路と、燃焼排ガス排出用の排ガス排出流路からなっている。そして、後述するように、配管部１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄ、１５１ｅ、１５１ｆが、それぞれ排ガス排出口、燃料供給口、水素排出口、一酸化炭素除去器の空気供給口、燃焼器の空気供給口、燃焼燃料供給口となる。
【００１８】
また、リード線１０９〜１１２やマイクロ真空センサ１のリード線（図示しない）が、下基板１２０の側端面を貫通している。リード線１０９〜１１２やマイクロ真空センサ１のリード線にはコバール線、鉄ニッケル合金線又はジュメット線が用いられている。供給排出部材１５１、リード線１０９〜１１２、マイクロ真空センサ１のリード線が中基板１０３や下基板１２０を貫通した箇所は封着剤によってシーリングされている。
【００１９】
図６は、上基板１０２の両面のうち中基板１０３との接合面を示した図面であって、中基板１０３側から見た際の平面図である。図６に示すように、上基板１０２の両面のうち中基板１０３との接合面には、いずれも溝である、燃料供給流路部１６１と、改質反応炉となる改質流路部１６２と、連通溝１６３と、一酸化炭素除去器の空気供給流路部１６４と、一酸化炭素除去反応炉となる一酸化炭素除去流路部１６５とが凹設されている。更に、上基板１０２の中央部において厚さ方向に貫通した矩形状の貫通孔１６６が形成されている。
また、上基板１０２には、燃料供給流路部１６１、改質流路部１６２、連通溝１６３及び空気供給路１６４の外周を囲むように、これら燃料供給流路部１６１、改質流路部１６２、連通溝１６３及び空気供給路部１６４と離間して、上基板１０２の厚さ方向に貫通したコ字状の貫通孔１６７が形成されている。コ字状の貫通孔１６７の一端部は、後述の溝２０１の近傍に位置し、他端部は、後述の溝２０６の近傍に位置している。すなわち、貫通孔１６７の両端部間に溝２０１，２０５，２０６、燃料供給流路部１６１の端部、空気供給路部１６４及び一酸化炭素除去流路部１６５の端部が位置している。そして、コ字状の貫通孔１６７を隔てた外側の枠体１６８が、断熱用上蓋１５２の下面と接合される接合面となっている。また、枠体１６８の貫通孔１６７に面する内面が、断熱真空容器１５０の内壁部１５０aの一部を形成している。そして、枠体１６８のうち、外縁１０２aと対向する内縁１０２fには、上基板１０２の側端面を貫通しないように切り欠かれた切欠部１６９が形成されている。切欠部１６９は矩形状をなし、切欠部１６９内に、後述するマイクロ真空センサ１が配置されている。
燃料供給流路部１６１が、上基板１０２の外縁１０２ａから外縁１０２ａに隣接する内縁１０２ｂにかけて沿うように形成され、燃料供給流路部１６１の一端部が上基板１０２の外縁１０２ａから連なり、燃料供給流路部１６１の他端部が改質流路部１６２の一端部に連なっている。
改質流路部１６２は、貫通孔１６６の左側においてジグザグ状に形成されている。連通溝１６３は貫通孔１６６の後ろ側（下流側）において上基板１０２の外縁１０２aに対向する内縁１０２ｄに沿って形成され、連通溝１６３の一端部が改質流路部１６２の他端部に連なり、連通溝１６３の他端部が後述の一酸化炭素除去器の空気供給流路部１６４と合流し、一酸化炭素除去流路部１６５に連なっている。
一酸化炭素除去器の空気供給流路部１６４は上基板１０２の外縁１０２ａから内縁１０２ｃにかけて沿うように形成され、一酸化炭素除去器の空気供給流路部１６４の一端部が上基板１０２の外縁１０２ａから連なり、一酸化炭素除去器の空気供給流路部１６４の他端部が連通溝１６３の他端部と合流し、一酸化炭素除去流路部１６５に連なっている。
一酸化炭素除去流路部１６５は貫通孔１６６の右側においてジグザグ状に形成され、一酸化炭素除去流路部１６５の一端部が連通溝１６３及び一酸化炭素除去器の空気供給流路部１６４の合流部から連なり、一酸化炭素除去流路部１６５の他端部が上基板１０２の外縁１０２ａまで連なっている。
なお、燃料供給流路部１６１の一端部、一酸化炭素除去器の空気供給流路部１６４の一端部及び一酸化炭素除去流路部１６５の他端部は、ともに供給排出部材１５１の一部（１５１ｂ、１５１ｄ及び１５１ｃ）とそれぞれ嵌合し、さらに上基板１０２の外縁１０２ａには、供給排出部材１５１に嵌合する溝２０１，２０５，２０６が凹設されている。
【００２０】
図７は、中基板１０３の両面のうち上基板１０２との接合面を示した図面であって、上基板１０２側から見た際の平面図である。図７に示すように、中基板１０３の両面のうち上基板１０２との接合面には、いずれも溝である、燃料供給流路部１７１と、改質反応炉となる改質流路部１７２と、連通溝１７３と、一酸化炭素除去器の空気供給流路部１７４と、一酸化炭素除去反応炉となる一酸化炭素除去流路部１７５とが凹設されている。更に、中基板１０３の中央部には矩形状の貫通孔１７６が形成されている。
また、中基板１０３には、燃料供給流路部１７１、改質流路１７２、連通溝１７３及び空気供給路１７４の外周を囲むように、これら燃料供給流路部１７１、改質流路１７２、連通溝１７３及び空気供給路部１７４と離間して、中基板１０３の厚さ方向に貫通したコ字状の貫通孔１７７が形成されている。コ字状の貫通孔１７７の一端部は、後述の切欠き２１６の近傍に位置し、他端部は、後述の切欠き２１１の近傍に位置している。すなわち、貫通孔１７７の両端部間に切欠き２１１〜２１６が位置している。そして、コ字状の貫通孔１７７を隔てた外側の枠体１７８が、上基板１０２の枠体１６８に接合される接合面となっている。また、枠体１７８の貫通孔１７７に面する内面が、断熱真空容器１５０の内壁部１５０aの一部を形成している。そして、枠体１７６のうち、外縁１０３aと対向する内縁１０３f側に、マイクロ真空センサ１が設けられている。すなわち、マイクロ真空センサ１は、上基板１０２に形成された切欠部１６９、後述の下基板１２０の切欠部１５９によって形成される空間内に配置されている（図２参照）。なお、マイクロ真空センサ１の説明については、後述する。
【００２１】
燃料供給流路部１６１の一端部が上基板１０２の外縁１０２ａまで連なっているのに対して、燃料供給流路部１７１の一端部が、上基板１０２の外縁１０２ａに対応する中基板１０３の外縁１０３ａに達していないことを除き、中基板１０３と上基板１０２の接合面に関して、燃料供給流路部１７１と燃料供給流路部１６１は互いに面対称であり、同様に、改質流路部１７２と改質流路部１６２が、連通溝１７３と連通溝１６３が互いに面対称である。また、一酸化炭素除去器の空気供給流路部１６４の一端部が上基板１０２の外縁１０２ａまで連なっているのに対して、一酸化炭素除去器の空気供給流路部１７４の一端部が、上基板１０２の外縁１０２ａに対応する中基板１０３の外縁１０３ａに達していないことを除き、一酸化炭素除去器の空気供給流路部１７４と一酸化炭素除去器の空気供給流路部１６４が面対称であり、貫通孔１７６と貫通孔１６６が互いに面対称である。一酸化炭素除去流路部１６５の他端部が上基板１０２の外縁１０２ａまで連なっているのに対して、一酸化炭素除去流路部１７５の他端部が、上基板１０２の外縁１０２ａに対応する中基板１０３の外縁１０３ａに達していないことを除き、一酸化炭素除去流路部１７５と一酸化炭素除去流路部１６５は、互いに面対称である。また、中基板１０３の外縁１０３ａには、供給排出部材１５１に嵌合する切欠き２１１〜２１６が形成されている。燃料供給流路部１７１、一酸化炭素除去器の空気供給流路部１７４、一酸化炭素除去流路部１７５は中基板１０３の外縁１０３ａまで連なっていないが、燃焼供給流路部１７１の端部が切欠き２１２の近くに、一酸化炭素除去器の空気供給流路部１７４の端部が切欠き２１４の近くに、一酸化炭素除去流路部１７５の端部が切欠き２１３の近くにある。
【００２２】
改質流路部１６２，１７２の壁面には、アルミナを担体として改質触媒（例えば、Ｃｕ／ＺｎＯ系触媒）が担持され、一酸化炭素除去流路部１６５，１７５の壁面には、アルミナを担体として一酸化炭素選択酸化触媒（例えば、白金、ルテニウム、パラジウム、ロジウム）が担持されている。なお、これら触媒は、アルミナゾルを塗布した後にウォッシュコート法で形成したものである。
【００２３】
上基板１０２が中基板１０３に接合されており、燃料供給流路部１７１と燃料供給流路部１６１が重なっており、同様に、改質流路部１７２と改質流路部１６２が、連通溝１７３と連通溝１６３が、一酸化炭素除去器の空気供給流路部１７４と一酸化炭素除去器の空気供給流路部１６４が、一酸化炭素除去流路部１７５と一酸化炭素除去流路部１６５が、貫通孔１７６と貫通孔１６６とが重なっている。  
【００２４】
上基板１０２と中基板１０３は例えば、ガラス材料からなり、特に熱膨張係数が３×１０-６／℃程度で可動イオンとなるアルカリ金属（例えば、Ｎａ、Ｌｉ等）を含有したガラス材料からなる。また、上基板１０２と中基板１０３が陽極接合法により接合するため、上基板１０２と中基板１０３のどちらか一方の接合面には陽極接合のために他方のガラスに含まれる酸素原子と結合する金属膜又はシリコン膜を有する陽極接合用膜が気相成長法（例えば、スパッタリング法、蒸着法）により成膜されている。本実施形態では、中基板１０３の上基板１０２との接合面に金属膜３００が成膜されているものとする。なお、上基板１０２と中基板１０３のうちのどちらか一方がガラス材料ではなく金属又はシリコンからなるものとしても良い。上基板１０２には、外縁１０２ａに対向する内縁１０２ｄと、外縁１０２aに隣接する内縁１０２ｃとの間の角部を切り欠いた面取縁１０２ｅが形成されており、中基板１０３の接合面に陽極接合用膜が成膜されている場合、この陽極接合用膜が面取縁１０２ｅによって一部露出されるので陽極接合時に電圧を印加する電極端子に容易に接続しやすくなる。これにより、上基板１０２と中基板１０３が容易に陽極接合を行うことができる。
【００２５】
上基板１０２と中基板１０３の接合体である反応装置本体１０１のうち、貫通孔１６６，１７６よりも左側に位置する改質流路部１６２及び改質流路部１７２で囲まれた流路での部分が、燃料と水の混合気から水素を生成する改質反応が行われる改質器となり、貫通孔１６６，１７６よりも右側に位置する一酸化炭素除去流路部１６５及び一酸化炭素除去流路部１７５で囲まれた流路での部分が、その改質器で生成された生成物の中に含まれる一酸化炭素を優先的に酸化させることで除去する一酸化炭素除去器となる。具体的には改質流路部１６２及び改質流路部１７２で囲まれた流路で、燃料と水の混合気から水素を生成する改質反応が行われ、一酸化炭素除去流路部１６５及び一酸化炭素除去流路部１７５で囲まれた流路で、改質反応時に生成された生成物の中に含まれる一酸化炭素を酸化させる。また、連通溝１６３及び連通溝１７３で囲まれた流路が改質器と一酸化炭素除去器とを連通する連通流路となる。さらに、貫通孔１７６及び貫通孔１６６により改質器と一酸化炭素除去器とに温度差が形成されている。
【００２６】
図８は、中基板１０３の両面のうち下基板１２０との接合面を示した図面であって、下基板１２０側から見た際の平面図である。図８に示すように、中基板１０３の両面のうち下基板１２０との接合面には、電熱パターン（反応器加熱用ヒータ）１０６及び電熱パターン（反応器加熱用ヒータ）１３６が形成されている。また、電熱パターン１０６の形成面に対して垂直な方向に投影視して、電熱パターン１０６が改質流路部１７２に重なり、電熱パターン１３６が一酸化炭素除去流路部１７５に重なっている。電熱パターン１０６の両端部の端子部１０７，１０８が他の部分よりも幅広く、電熱パターン１３６の両端部の端子部１３７，１３８が他の部分よりも幅広い。端子部１０７，１０８は、外縁１０３ａに対向する内縁１０３ｄ近傍にあり、端子部１３７，１３８は外縁１０３ａ近傍にある。そして、端子部１０７にリード線１０９が接合され、端子部１０８にリード線１１０が接合され、端子部１３７にリード線１１１が接合され、端子部１３８にリード線１１２が接合されている。電熱パターン１０６，１３６は、端子部１０７，１０８，１３７，１３８の部分及びマイクロ真空センサ１の部分を除いて保護絶縁膜によって被覆されている。
【００２７】
図９は、下基板１２０の両面のうち中基板１０３との接合面を示した図面であって、中基板１０３側から見た際の平面図である。図９に示すように、下基板１２０の両面のうち中基板１０３との接合面には、いずれも溝であり、電熱パターン１０６を収納し燃焼反応炉となる燃焼流路部１２１と、燃焼流路部１２１と独立して設けられた端子部収納室１２３，１２４と、燃焼流路部１２１と端子部収納室１２３，１２４との間を連通する連通溝１２５，１２６と、リード線を外部に引き出す通し溝１２７a，１２８a，１２７b，１２８bと、電熱パターン１３６を収納するヒータ収容溝１２９と、燃焼燃料供給流路部１３１と、燃焼器の空気供給流路部１３２と、連通溝１３３と、排ガス排出流路部１３４とが凹設されている。更に、下基板１２０の中央部において矩形状の貫通孔１５６が形成されている。
また、下基板１２０には、燃焼燃料供給流路部１３１、空気供給流路部１３２、連通溝１３３、排ガス排出流路部１３４の外周を囲むように、これら燃焼燃料供給流路部１３１、空気供給流路部１３２、連通溝１３３及び排ガス排出流路部１３４と離間して、下基板１２０の厚さ方向に貫通したコ字状の貫通孔１５７が形成されている。コ字状の貫通孔１５７の一端部は、燃焼燃料供給流路部１３１の端部の近傍に位置し、他端部は、排ガス排出流路部１３４の端部の近傍に位置している。すなわち、貫通孔１５７の両端部間に燃焼燃料供給流路部１３１の端部、空気供給流路部１３２の端部、排ガス排出流路部１３４端部及び溝２２２〜２２４が位置している。そして、コ字状の貫通孔１５７を隔てた外側の枠体１５８が、中基板１０３の枠体１７８に接合される接合面となっている。また、枠体１５８の貫通孔１５７に面する内面が、断熱真空容器１５０の内壁部１５０aの一部を形成している。そして、枠体１５８のうち、外縁１０２aと対向する内縁１２０ｆには、下基板１２０の側端面を貫通しないように切り欠かれた切欠部１５９が形成されている。切欠部１５９は矩形状をなし、切欠部１５９内に、後述するマイクロ真空センサ１が配置されている。
また、下基板１２０の外縁１２０ａには、供給排出部材１５１に嵌合する溝２２２，２２３，２２４が凹設されている。下基板１２０には、ヒータ収容溝１２９の両端から下基板１２０の外縁１２０ａまで連通する通し溝１４１、１４２が設けられている。
【００２８】
燃焼燃料供給流路部１３１の一端部が下基板１２０の外縁１２０ａから連なり、燃焼器の空気供給流路部１３２の一端部が下基板１２０の外縁１２０ａから連なる。連通溝１３３は貫通孔１５６の周縁の一辺側において下基板１２０の外縁１２０ａから内縁１２０ｃにかけて沿うように形成され、連通溝１３３の一端部が燃焼燃料供給流路部１３１の他端部及び燃焼器の空気供給流路部１３２の他端部の合流部から連なり、連通溝１３３の他端部が燃焼流路部１２１の一端部まで連なっている。燃焼流路部１２１は、貫通孔１５６の左側においてジグザグ状に形成されている。排ガス排出流路部１３４が下基板１２０の内縁１２０ｂから外縁１２０ａにかけて沿うように形成され、排ガス排出流路部１３４の一端部が燃焼流路部１２１の他端部から連なり、排ガス排出流路部１３４の他端部が下基板１２０の外縁１２０ａまで連なっている。
端子部収納室１２３，１２４は下基板１２０の内縁１２０ｄ近傍に凹設され、端子部収納室１２３，１２４と燃焼流路部１２１が連通溝１２５，１２６によって通じ、端子部収納室１２３，１２４と下基板１２０の内縁１２０ｄが通し溝１２７a，１２８aによって通じ、通し溝１２７a，１２８aの端部がコ字状の貫通孔１５７に通じている。さらに、通し溝１２７bが、コ字状の貫通孔１５７を隔てた枠体１５８の通し溝１２７aに対応して形成され、通し溝１２８bが、コ字状の貫通孔１５７を隔てた枠体１５８の通し溝１２８aに対応して形成され、これら通し溝１２７b，１２８bの一方の端部がコ字状の貫通孔１５７に通じ、他方の端部が下基板１２０の側端面１２０ｇに開口している。
【００２９】
溝２０１（図６）、切欠き２１１（図７、８）、排ガス排出流路部１３４の他端部（図９）は、上基板１０２、中基板１０３及び下基板１２０を重ね合わせることによって排ガス排出口となり、燃料供給流路部１６１の一端部（図６）、切欠き２１２（図７、８）、溝２２２（図９）は、上基板１０２、中基板１０３及び下基板１２０を重ね合わせることによって燃料供給口となり、一酸化炭素除去流路部１６５の他端部（図６）、切欠き２１３、溝２２３（図８）は、上基板１０２、中基板１０３及び下基板１２０を重ね合わせることによって水素排出口となり、一酸化炭素除去器の空気供給流路部１６４の一端部（図６）、切欠き２１４（図７、８）、溝２２４（図９）は、上基板１０２、中基板１０３及び下基板１２０を重ね合わせることによって一酸化炭素除去器の空気供給口となり、溝２０５（図６）、切欠き２１５（図７、８）、燃焼器の空気供給流路部１３２の一端部（図９）は、上基板１０２、中基板１０３及び下基板１２０を重ね合わせることによって燃焼器の空気供給口となり、溝２０６（図６）、切欠き２１６（図７、８）、燃焼燃料供給流路部１３１の一端部（図９）は、上基板１０２、中基板１０３及び下基板１２０を重ね合わせることによって燃焼燃料供給口となる。
そして、供給排出部材１５１は、排ガス排出口、燃料供給口、水素排出口、一酸化炭素除去器の空気供給口、燃焼器の空気供給口、燃焼燃料供給口にそれぞれ挿入される配管部１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄ、１５１ｅ、１５１ｆからなっている。（図１、３参照）
【００３０】
ヒータ収容溝１２９は貫通孔１５６の右側においてジグザグ状に形成され、ヒータ収容溝１２９の一端部が突き当たった状態とされ、ヒータ収容溝１２９の他端部が二股に分かれて下基板１２０の外縁１２０ａまで連なっている。
接合面に関して、燃焼流路部１２１と改質流路部１７２は互いにほぼ面対称であり、ヒータ収容溝１２９と一酸化炭素去流路部１７５がほぼ面対称である。
【００３１】
燃焼流路部１２１の壁面には、アルミナを担体として燃焼触媒（例えば、白金）が担持されている。
【００３２】
下基板１２０も特に可動イオンとなるアルカリ金属（例えば、Ｎａ、Ｌｉ等）を含有したガラス材料からなる。また、下基板１２０と中基板１０３が陽極接合法により接合するために、下基板１２０と中基板１０３のどちらか一方の接合面には金属膜又はシリコン膜が気相成長法（例えば、スパッタリング法、蒸着法）により成膜されている。本実施形態では、中基板１０３の下基板２１０との接合面に金属膜３００が成膜されているものとする。なお、下基板１２０、上基板１０２及び中基板１０３の材料としてパイレックス（登録商標）ガラスを用いた場合、熱膨張率は約３×１０-６／℃である。下基板１２０には、外縁１２０ａに対向する内縁１２０ｄと、外縁１２０aに隣接する内縁１２０ｂとの間の角部を切り欠いた面取縁１２０ｅが形成されており、中基板１０３の接合面に陽極接合用膜が成膜されている場合、この陽極接合用膜が面取縁１２０ｅによって一部露出されるので陽極接合時に電圧を印加する電極端子に容易に接続しやすくなる。
【００３３】
中基板１０３と下基板１２０が接合された状態では、電熱パターン１０６が燃焼流路部１２１、連通溝１２５，１２６に収納され、端子部１０７が端子部収納室１２３に収納され、端子部１０８が端子部収納室１２４に収容され、リード線１０９，１１０が通し溝１２７a，１２７b，１２８a，１２８bに嵌め込まれている。電熱パターン１３６がヒータ収容溝１２９に収容され、リード線１１１，１１２が通し溝１４１、１４２を介してヒータ収容溝１２９の端部に嵌め込まれている。
【００３４】
上基板１０２、中基板１０３及び下基板１２０を重ね合わせることによって、各枠体１６８，１７８，１５８により断熱真空容器１５０の内壁部１５０aの一部が構成されている。そして、この内壁部１５０aの一部に、上基板１０２の切欠部１６９及び下基板１２０の切欠部１５９からなる空間部分が形成されており、この空間部分に位置する中基板１０３の枠体１７８の内側部分（貫通孔１７７側の部分）（以下、枠体内側部分１０３eと言う）にマイクロ真空センサ１が設けられている。すなわち、マイクロ真空センサ１は、切欠部１６９，１５９により形成された空間部分に収容され、断熱空間１５０bに露出している。
【００３５】
次に、マイクロ真空センサ１について説明する。図１０(a)は、マイクロ真空センサ１の下基板１２０側から見た際の平面図、図１０(b)は、マイクロ真空センサ１の切断線Ｘ−Ｘに沿って切断した際の矢視断面図である。
マイクロ真空センサ１は、熱伝導型真空センサであり、上記中基板１０３の枠体内側部分１０３eに形成された加熱用の薄膜ヒータ２と、薄膜ヒータ２に電流を印加する電流電極３と、薄膜ヒータ２の電圧を測定する電圧電極４とから構成されている。そして、薄膜ヒータ２に電流を印加することによって生じる発熱（ジュール発熱）から雰囲気に奪われる熱量が、断熱真空容器１５０内の雰囲気の圧力によって変化することを利用したセンサである。このようなマイクロ真空センサ１は、断熱真空容器１５０内の真空度が所定値未満（例えば、１０Ｐａ未満）である場合に、反応装置１００を起動させ、所定値以上（例えば、１０Ｐａ以上）の場合に、反応装置１００の起動をさせないようにセンシングを行っている。
【００３６】
薄膜ヒータ２は、中基板１０３の枠体内側部分１０３eのうち、下基板１２０との接合面である下面に、電熱パターン１０６と同様にジグザグ状に形成されている。また、この枠体内側部分１０３eのうち、上基板１０２との接合面である上面には、厚さ方向（薄膜ヒータ２側）に窪む凹部５が形成されており、この凹部５の下側に薄膜ヒータ２が配置されている。凹部５は、凹部５を形成する底面５bから上基板１０２側に向けて外側に広がるように傾斜したテーパ面５aを有した側断面視台形状をなしている。このように凹部５を形成して板厚を薄くすることにより、凹部５の下側に配される薄膜ヒータ２の熱容量を小さくすることができる。
電流電極３は、薄膜ヒータ２の一端部に連なる電極パターン３１aと、この電極パター
ン３１aの端部の電流端子部３２aと、薄膜ヒータ２の他端部に連なる電極パターン３１b
と、この電極パターン３１bの端部の電流端子部３２bとを備えている。
電圧電極４は、薄膜ヒータ２の一端部に連なる電極パターン４１aと、この電極パター
ン４１aの端部の電圧端子部４２aと、薄膜ヒータ２の他端部に連なる電極パターン４１b
と、この電極パターン４１bの端部の電流端子部４２bとを備えている。
電流電極３の二つの電流端子部３２a，３２bと、電圧電極４の二つの電圧端子部４２a
，４２bとは、薄膜ヒータ２の右側に一列に配置され、二つの電流端子３２a，３２bの間
に二つの電圧端子４２a，４２bがそれぞれ配置されている。そして、電流電極３の一方の電極パターン３１aの端部と電圧電極４の一方の電極パターン４１aの端部とが合流して、薄膜ヒータ２の一端部に連なり、電流電極３の他方の電極パターン３１bの端部と電圧電極の他方の電極パターン４１bの端部とが合流して、薄膜ヒータ２の他端部に連なっている。また、電流電極３の電極パターン３１a，３１b及び電圧電極４の電極パターン４１a，４１bは、薄膜ヒータ２よりも幅広に形成され、さらに、電流端子部３２a，３２b及び電圧端子部４２a，４２bは、各電極パターン３１a，３１b，４１a，４１bよりも幅広に形成されている。また、電流端子部３２a，３２b及び電圧端子部４２a，４２bには、それぞれリード線（図示しない）が接合され、薄膜ヒータ２、電流電極３の電極パターン３１a，３１b及び電圧電極４の電極パターン４１a，４１bは、電流端子部３２a，３２b及び電圧端子部４２a，４２bの部分を除いて保護絶縁膜によって被覆されている。
【００３７】
なお、例えば、薄膜ヒータ２の領域（すなわち、凹部５の底面５bの大きさｍ×ｎ）は
約２ｍｍ×２ｍｍであり、そのヒータパターン幅は約２０μｍであり、全長が約３０ｍｍ、室温での抵抗値は約４００Ω以下となっている。また、マイクロ真空センサ１全体の大きさ（すなわち、中基板１０３の枠体内側部分１０３eの大きさＭ×Ｎ）は、約１５ｍｍ×１０ｍｍである。
【００３８】
薄膜ヒータ２の膜構造としては、例えば、枠体内側部分１０３eにＴａ膜３０１が成膜され、Ｔａ膜３０１にＷ膜３０２が成膜され、Ｗ膜３０２にＡｕ膜３０３が成膜された三層構造が好ましい（以下、この膜構造をＴａ／Ｗ／Ａｕと言う）。Ｔａ膜３０１は中基板１０３への密着層、Ｗ膜３０２はＡｕ膜３０３及びＴａ膜３０１の層間拡散を防止する層であり、Ａｕ膜３０３は発熱層である。その他、密着層としてＴａの代わりにＴｉ、Ｃｒ、Ｍｏなどを使用しても良く、また、発熱層としてＡｕの代わりにＰｔなどでも良い。
【００３９】
図１０(c)は、マイクロ真空センサ１１の変形例であり、図１０(b)と同様の位置で切断した際のマイクロ真空センサ１１の矢視断面図である。
このマイクロ真空センサ１１は、中基板１０３としてガラス材料ではなく、シリコンを材料としたものであり、中基板１０３のうち枠体内側部分１０３eの両面に窒化シリコン膜１５a，１５bが成膜され、このうち下面側に成膜した窒化シリコン膜１５bに、上述した薄膜ヒータ２、電流電極３及び電圧電極４と同様の薄膜ヒータ１２、電流電極１３及び電圧電極１４が形成されている。また、枠体内側部分１０３eの上面で、かつ、薄膜ヒータ１２の上方に当たる位置に形成された窒化シリコン膜１５aはエッチングされ、さらに、そのエッチングされた窒化シリコン膜１５aが成膜されていた枠体内側部分１０３eに、厚さ方向に貫通する貫通孔１６が形成されている。貫通孔１６には、窒化シリコン膜１５bが露出して自立した膜として成膜されていることになり、その窒化シリコンの自立膜１５bの下面に薄膜ヒータ２が配置されている。貫通孔１６は、この窒化シリコンの自立膜１５bから上基板１０２側に向けて外側に広がるように傾斜したテーパ面１６aを有した側断面視台形状をなしている。
また、窒化シリコン膜１５a，１５bの膜厚は、数μｍとすることが好ましい。薄膜ヒータ１２、電流電極１３及び電圧電極１４の膜構造としては、上述したように、Ｔａ／Ｗ／Ａｕの膜構造とすることが好ましい。また、中基板１０３側からＣｒ膜、Ａｕ膜を順に成膜した二層構造であっても良い。
【００４０】
このように貫通孔１６を形成して、その貫通孔１６の底部に窒化シリコンの自立膜１５bが配され、この窒化シリコン膜１５bの下面に薄膜ヒータ２が配置されているので、図１０(b)のマイクロ真空センサ１に比して熱伝導をより軽減し、熱容量をより小さくすることができる。その結果、マイクロ真空センサ１１の消費電量をさらに軽減するとともに、センシングの時間をさらに短縮することができる。
（シリコンは熱伝導率が大きな物質の一つであり、その大きさは約１５０Ｗ／ｍＫで、一方、窒化シリコンは２０Ｗ／ｍＫ、ガラスは１Ｗ／ｍＫ程度である。また、熱伝導は熱が伝わるパスの断面積の大きさに反比例するため、窒化シリコンの自立膜１５bは熱伝導率が小さく、かつ、伝熱パスの断面積が極めて小さいため熱伝導をより小さくすることができる。また、窒化シリコンの自立膜１５bの体積は極めて小さいので、熱容量も小さくなる。これに対して、図１０(b)で使用したガラスは熱伝導率の値が１Ｗ／ｍＫと一桁小さいが、凹部５が形成された枠体内側部分１０３eの厚さはコンマ数ｍｍであり、窒化シリコンの自立膜１５bの厚さ（数μｍ）よりも２桁大きいため、窒化シリコン膜１５bより熱伝導は大きくなると考えられる。また、窒化シリコン膜１５bに比べると体積は大きくなるため、熱容量も大きくなる。したがって、ガラスを使用した中基板１０３の枠体内側部分１０３eに薄膜ヒータ２を形成した上記図１０(b)のマイクロ真空センサ１に比して、窒化シリコンの自立膜１５bに薄膜ヒータ１２を形成したマイクロ真空センサ１１の方が、熱伝導を軽減でき、熱容量をより小さくすることができる。）
【００４１】
以下に、マイクロ真空センサ１，１１の原理について説明する。
薄膜ヒータの温度Ｔ、雰囲気の温度ｔ、圧力ｐで定常状態にある場合には、薄膜ヒータのジュール発熱は外部に奪われる熱量に等しく、下記式（１）となる。
i2R(T) = Qgas(T-t, p) + Qsolid(T-t) + Qradiation(T-t)  (定常状態)・・・（１）
ここで、iは薄膜ヒータに流れる電流値、R(T)は温度Tのときの薄膜ヒータの抵抗値、Qgas(T-t, p)、 Qsolid(T-t)、 Qradiation(T-t)はそれぞれ雰囲気によって奪われる熱量、マイクロ真空センサを構成する部材及びマイクロ真空センサが接している部材（電流電極、電圧電極、リード線、反応装置本体など）に奪われる熱量、輻射によって奪われる熱量を示している。Qsolid(T-t)およびQradiation(T-t)は、薄膜ヒータと雰囲気の温度差のみに依存し、雰囲気の圧力に依存しない。一方、雰囲気に奪われる熱量Qgas(T-t, p)は、薄膜ヒータと雰囲気の温度差T-tおよび雰囲気の圧力Pに依存する。
今、雰囲気の圧力がpからP(P > p)に変化し、雰囲気に奪われる熱量Qgasが増大したと
すると、薄膜ヒータの発熱i2Rよりも外部に奪われる熱量が大きくなる（下記式（２）参
照）。
i2R(T) < Qgas(T-t, P) + Qsolid(T-t) + Qradiation(T-t)  （非定常状態）・・・（２）
その結果、薄膜ヒータの温度Tが減少する。薄膜ヒータの温度を一定に保つためには、薄膜ヒータに印加する電流値を増大させてジュール熱発熱を上記（２）式の右辺と等しくなるようにすれば良い。定常状態となったときの電流値をI(I > i)とすると、下記式（３）となる。
I2R(T) ＝ Qgas(T-t, P) + Qsolid(T-t) + Qradiation(T-t)  （定常状態）・・・（３）
したがって、雰囲気のpからPへの圧力変化は、薄膜ヒータの温度Tを一定に保つ消費電
力i2R(T)からI2R(T)への変化として観測できるというものである。
なお、上述の説明では、温度一定の条件で行ったが、センシングの際には下記のような電流一定の方法で行うのが簡便である。
すなわち、前述のように、マイクロ真空センサのジュール発熱と熱損失がつりあった定常状態では、上記式（１）の定常状態となり、雰囲気の圧力がpからＰに増大すると、雰
囲気に奪われる熱量が増大するため、上記式（２）の非定常状態となり、その結果、マイクロ真空センサの温度が減少する。
一般的に金属の電気抵抗値は、温度上昇とともに線形的に増大する。したがって、マイクロ真空センサの抵抗体に金属膜を用いた場合には、雰囲気に奪われる熱量が増加し、温度が減少すると、金属膜の抵抗値が減少する。電流値をiに固定し、圧力Pにおいて再び定常状態となったときの温度をT’( < T)とすると、下記式（４）となる。
i2R(T) > i2R(T’) = Qgas(T’-t, P) + Qsolid(T’-t) + Qradiation(T’-t) (定常状態)・・・（４）
すなわち、電流値を固定した場合、雰囲気の圧力が増大すると、雰囲気に奪われる熱量が増加するため、センサ温度が下がり、マイクロ真空センサの消費電力あるいは抵抗値は減少する。
逆に、電流値を固定した場合、雰囲気の圧力が減少した場合には、雰囲気に奪われる熱量が減少するため、センサ温度が上昇し、マイクロ真空センサの消費電力あるいは抵抗値は増大する。
そこで、本実施例において、雰囲気圧力が１０Ｐａ未満であるかどうかの判定には、上述の性質を利用する。例えば、１０Ｐａの圧力下において、センサ温度をＴ℃に保つために流れる電流がi ｍA、そのときの抵抗値はＲΩであるとする。反応装置を起動させる前に、マイクロ真空センサにi mA流し、抵抗値を測定する。抵抗値は、電圧測定用の端子間の電圧を測定し、その値を電流値で除すことで得られる。そして、抵抗値がＲΩを超える場合には、断熱真空容器内の雰囲気の圧力は１０Ｐａ未満であるので、反応装置の起動シーケンスへと進み、逆に、抵抗値がＲΩ以下ならば、雰囲気の圧力は１０Ｐａ以上であるので、反応装置を起動させないようにして、マイクロ真空センサによるセンシングを行う。
また、本実施形態のように、電流電極と電圧電極を独立に持つ４端子構成のマイクロ真空センサによれば、２端子構成のものに比べて配線抵抗や接触抵抗の影響を受けないので、高精度に真空度を測定することができる。
【００４２】
図１１は、図１０(c)で説明したように窒化シリコンの自立膜に薄膜ヒータを形成した熱伝導型マイクロ真空センサの消費電力の真空度依存性のグラフである。図１１に示す特性は、マイクロ真空センサの薄膜ヒータ及び電極の膜構造が、Ｃｒ／Ａｕの二層構造の場合のものであり、薄膜ヒータの温度が７０℃の時のものである。また、シリコン基板０．６２５ｍｍ、窒化シリコン膜２μｍ、Ｃｒ膜５ｎｍ、Ａｕ膜１５０ｎｍである。
ここで、通常使用するピラニ真空計のような熱伝導型真空計では、発熱体の温度は数百度で使用するが、本発明のマイクロ真空センサは７０℃という低温でも、図１１から明らかなように、雰囲気への熱伝導の変化、特に１０Ｐａ近傍を境に起こる雰囲気への熱伝導の急激な変化をセンシング可能である。また、マイクロ真空センサが消費する電力は２〜８ｍＷであり、非常に小さい点からも本発明のマイクロ真空センサは好適であることがわかる。
なお、薄膜ヒータ、電流電極及び電圧電極の膜構造が、Ｔａ／Ｗ／Ａｕの場合も、同様の特性を示す。
【００４３】
次に、複合型マイクロ反応装置１００の製造方法について説明する。図１２(a)は、中
基板１０３に形成された電熱パターン１０６及びマイクロ真空センサ１を示した図面であって、図７における切断線XII−XIIに沿って切断した際の矢視断面図である。
まず、上基板１０２、中基板１０３、下基板１２０を準備し、これらの接合面に必要に応じて陽極接合用の金属膜又はシリコン膜を気相成長法により成膜する。本実施形態では、中基板１０３の両面に、スパッタ法により金属膜３００を成膜する。金属膜３００としては、例えばＴａ、Ａｌ、Ｔｉを用いることができ、本実施形態ではＴａを用いるものとする。
次に、中基板１０３の下面にべた一面に電熱膜３０１〜３０３を成膜する。電熱膜３０１〜３０３の構造としては、例えば、Ｔａ／Ｗ／Ａｕが好ましい。ここで、Ｔａ膜３０１は、陽極接合用として成膜した金属膜３００をそのまま使用することができる。したがって、中基板１０３の下面のＴａ膜３０１（金属膜３００）にＷ膜３０２、Ａｕ膜３０３を順に成膜し、成膜した電熱膜３０１〜３０３をフォトリソグラフィー・エッチング法により形状加工することによって、電熱パターン１０６，１３６、マイクロ真空センサ１の薄膜ヒータ２、電流電極３及び電圧電極４をパターニングする。なお、電熱膜としてのＴａ膜３０１と、陽極接合用として使用する金属膜３００とは、電気的に絶縁されるようエッチングする。また、中基板１０３の枠体１７８の上面のうち、陽極接合面となる外側部分を除いた金属膜３００もエッチングする。さらに、端子部１０７，１０８，１３７，１３８を除いて電熱パターン１０６，１３６を絶縁膜によって被覆し、また、電流端子部３２a，３２b、電圧端子部４２a，４２bを除いて薄膜ヒータ２、電流電極３及び電圧電極４を絶縁膜によって被覆する。
【００４４】
次に、フォトリソグラフィ法とサンドブラスト法を用いて、上基板１０２に、いずれも溝である、燃料供給流路部１６１、改質流路部１６２、連通溝１６３、空気供給流路部１６４、一酸化炭素除去流路部１６５を形成し、さらに矩形状の貫通孔１６６、コ字状の貫通孔１６７及び溝２０１，２０５，２０６を形成する。
中基板１０３にも、いずれも溝である、燃料供給流路部１７１、改質流路部１７２、連通溝１７３、空気供給流路部１７４、一酸化炭素除去流路部１７５を形成し、さらに矩形状の貫通孔１７６、コ字状の貫通孔１７７及び切欠き２１１〜２１６を形成する。また、この際に同時に中基板１０３のうち枠体内側部分１０３eの上面にマイクロ真空センサ用の凹部５を形成して、その厚さを薄くする。
また、下基板１２０に、燃焼流路部１２１、端子部収納室１２３，１２４、連通溝１２５，１２６、通し溝１２７a，１２８a，１２７b，１２８b、ヒータ収容溝１２９、燃焼燃料供給流路部１３１、空気供給流路部１３２、連通溝１３３、排ガス排出流路部１３４、通し溝１４１，１４２及び溝２２２，２２３，２２４を形成し、さらに矩形状の貫通孔１５６及びコ字状の貫通孔１５７を形成する。
【００４５】
次に、改質流路部１６２及び改質流路部１７２にアルミナゾルを塗布し、更にウォッシュコート法により改質触媒を形成する。また、一酸化炭素除去流路部１６５及び一酸化炭素除去流路部１７５にアルミナゾルを塗布し、更にウォッシュコート法により一酸化炭素除去触媒を形成する。また、燃焼流路部１２１にアルミナゾルを塗布し、更にウォッシュコート法により燃焼触媒を形成する。
【００４６】
次に、上基板１０２及び中基板１０３を陽極接合法により接合する。次に、端子部１０７，１０８，１３７，１３８にそれぞれリード線１０９，１１０，１１１，１１２を抵抗溶接により接合する。
また、電流端子部３２a，３２b及び電圧端子部４２a，４２bにそれぞれリード線を抵抗溶接により接合する。
【００４７】
次に、中基板１０３と下基板１２０を貼りあわせ、中基板１０３と下基板１２０の位置合わせを行い、電熱パターン１０６，１３６を下基板１２０により覆う。そして、中基板１０３に下基板１２０を陽極接合法により接合する。
次に、通し溝１２７a，１２８a，１２７b，１２８bに封着剤を注入することで、通し溝１２７a，１２８a，１２７b，１２８bの開口をシールする。
【００４８】
次に、上基板１０２、中基板１０３、下基板１２０の接合体の右端面の開口（溝２０１、切欠き２１１、排ガス排出流路部１３４の端部を重なり部分等）に供給排出部材１５１を嵌め込み、改質燃料ガス供給用の燃料供給流路（燃料供給口１５１ｂ）を燃料供給流路部１６１に接続し、１つの空気供給用の吸気流路（一酸化炭素除去器の空気供給口１５１ｄ）を一酸化炭素除去器の空気供給流路部１６４に接続し、もう１つの空気供給用の吸気流路（燃焼器の空気供給口１５１ｅ）を燃焼器の空気供給流路部１３２に接続し、燃焼ガス供給用の燃焼ガス供給流路（燃焼燃料供給口１５１ｆ）を燃焼燃料供給流路部１３１に接続し、生成ガス排出用の生成ガス排出流路（水素排出口１５１ｃ）を一酸化炭素除去流路部１６５に接続し、燃焼排ガス排出用の排ガス排出流路（排ガス排出口１５１ａ）を排ガス排出流路部１３４に接続する。
【００４９】
一方、断熱用上蓋１５２及び断熱用下蓋１５３を準備し、これらの接合面に陽極接合用の金属膜又はシリコン膜を気相成長法により成膜する。本実施形態では、断熱用上蓋１５２の下面と、断熱用下蓋１５３の上面に、スパッタ法により金属膜３００を成膜する。金属膜３００としては、例えばＴａ、Ａｌ、Ｔｉを用いることができ、本実施形態ではＴａを用いるものとする。そして、断熱用上蓋１５２及び断熱用下蓋１５３の成膜面をフォトリソグラフィ法及びサンドブラスト法を用いて、上基板１０２、中基板１０３及び下基板１２０を収容するための断熱空間１５０bを形成するための凹部１５４，１５５を形成し、有底箱型に加工する。さらに、その加工面（凹部１５４，１５５を形成する内壁面）に、赤外線反射膜３１０として例えばＡｕ膜を、密着層としてＣｒ膜などを下地にして成膜する。なお、赤外線反射膜３１０としてはＡｌ，Ａｇも用いることができ、また、密着層としてはＴｉ，Ｔａ，Ｗなども用いることができる。このように成膜した後、１０Ｐａ以下、望ましくは１Ｐａ以下に減圧された雰囲気の製造装置炉内で、上基板１０２、中基板１０３、下基板１２０の接合体を断熱用上蓋１５２及び断熱用下蓋１５３によって上下から挟み込んで、断熱用上蓋１５２と上基板１０２とを陽極接合し、断熱用下蓋１５３と下基板１０３とを陽極接合する。
【００５０】
図１２(b)は、中基板１０３に形成された電熱パターン１０６及び図１０(c)のようなマイクロ真空センサ１１を作成した場合の断面図である。
図１０(c)に示す変形例であるマイクロ真空センサ１１の製造方法は、中基板１０３としてシリコンからなるものを準備し、この中基板１０３の両面に窒化シリコン膜１５a，１５bを成膜した後に、上述した手順と同様に、中基板１０３の下面の窒化シリコン膜１５bにべた一面に電熱膜３０１〜３０３を成膜する。電熱膜３０１〜３０３の構造としては、上述したＴａ／Ｗ／Ａｕが好ましい。成膜した電熱膜３０１〜３０３をパターニングすることによって電熱パターン１０６，１３６を形成すると同時に、マイクロ真空センサ１１の薄膜ヒータ１２、電流電極１３及び電圧電極１４もパターニングする。
さらに、中基板１０３の枠体内側部分１０３e以外の部分における上面の窒化シリコン膜１５aをフォトリソグラフィー・エッチング法により取り除く。また、中基板１０３の枠体内側部分１０３eの上面一部の窒化シリコン膜１５aをフォトリソグラフィー・エッチング法により取り除いた後、その取り除いた領域に水酸化カリウムなどのエッチング剤を用いて貫通孔１６を形成し、さらに切欠き２１１〜２１６を形成する。また、中基板１０３に、フォトリソグラフィ法とサンドブラスト法を用いて、燃料供給流路部１７１、改質流路部１７２、連通溝１７３、一酸化炭素除器の空気供給流路部１７４、一酸化炭素除去流路部１７５を形成する。
その他、上基板１０２や下基板１２０については上述した方法と同様のため、その説明を省略する。
【００５１】
以上のような複合型マイクロ反応装置１００においては、反応装置１００を起動する前に予め、マイクロ真空センサ１に二次電池などの補助電源を利用して、電力を供給することによって、断熱真空容器１５０内の真空度を測定する。そして、真空度が１０Ｐa未満の場合に、反応装置１００を起動させ、真空度が１０Ｐａ以上の場合には、反応装置１００の起動をさせない。
そして、反応装置１００が起動し、リード線１０９，１１０の間に電圧を印加すると電熱パターン１０６が発熱し、リード線１１１，１１２の間に電圧を印加すると電熱パターン１３６が発熱し、後述の改質反応のための熱源とする。また、燃焼ガス（例えば、水素ガス、メタノールガス、エタノールガス、ジメチルエーテルガス）を燃焼燃料供給流路部１３１に送り込み、空気（酸素）を空気供給流路部１３２に送り込むと、燃焼ガスと空気の混合気が燃焼流路部１２１を流動し、燃焼ガスが燃焼触媒により燃焼し、燃焼熱が発生するようにもできる。定常運転時にはこの触媒燃焼によって、吸熱反応である改質反応に必要な熱を供給し、システムを自立運転あるいは電熱パターンから供給する電力を軽減しての運転が可能となる。このように改質反応のための熱が供給される状態で燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル）と水の混合気を燃料供給流路部１６１（１７１）に供給すると、混合気が改質流路部１６２（１７２）を流れているときに改質触媒により反応して水素ガスが生成される。このとき、僅かながら一酸化炭素ガスも生成される（燃料がメタノールの場合には、下記化学式（５）、（６）を参照。）。一酸化炭素除去器の空気供給流路部１６４（１７４）に空気を供給すると、水素ガス、一酸化炭素ガス、空気等が混合した状態で一酸化炭素除去流路部１６５（１７５）を流れる。このとき、一酸化炭素ガスが一酸化炭素除去触媒により優先的に酸化する選択酸化反応が起こり、一酸化炭素ガスが除去される（下記化学式（７）を参照）。そして、水素ガス等を含むガスが一酸化炭素除去流路部１６５（１７５）から排出される。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2・・・（５）
Ｈ2＋ＣＯ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ・・・（６）
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2・・・（７）
上述のように、マイクロ真空センサ１は、随時、断熱真空容器１５０内の真空度を測定し、真空度が１０Ｐａ以上の場合に、反応装置１００の起動を停止させる。このようにマイクロ真空センサ１によって予め断熱真空容器１５０内の真空度を測定し、１０Ｐａ以下の場合に反応装置１００を起動させ、１０Ｐａを超える場合には、反応装置１００を停止させることにより、無駄な電力を消費することなく、また、断熱真空容器１５０内の温度が異常上昇することを防止できる。
また、マイクロ真空センサ１を動作するための消費電力は数ミリワットのオーダーで、電熱パターン１０６，１３６等で消費される電力に比して２桁以上小さいため、システムの負荷にならない。
【００５２】
なお、燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル）と空気（酸素）の混合気を燃料供給流路部１６１（１７１）に供給するようにしても良い。この場合、燃料が部分酸化改質反応を起こして水素ガスが生成されるが、その場合、改質流路部１６２，１７２の壁面に担持させる触媒は部分酸化改質触媒とする。改質流路部１６２，１７２の担持させる触媒を２種類にし、部分酸化改質反応と水蒸気改質反応（上記式（５））を組み合わせても良い。
【００５３】
次に、複合型マイクロ反応装置１００の用途について説明する。
この複合型マイクロ反応装置１００は、図１３に示すような発電装置９００に用いることができる。この発電装置９００は、燃料と水を液体の状態で貯留した燃料カートリッジ９０１と、燃料カートリッジ９０１から供給された燃料と水を気化させる気化器９０２と、複合型マイクロ反応装置１００と、複合型マイクロ反応装置１００の反応装置本体１０１から供給された水素ガスにより電気エネルギーを生成する発電セル９０３と、発電セル９０３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９０４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０４に接続される２次電池９０５と、それらを制御する制御部９０６とを備える。気化器９０２で気化した燃料と水は燃料供給流路部１６１，１７１に流れ込み、一酸化炭素除去流路部１６５，１７５から流れ出た水素ガス等は燃料電池９０３の燃料極に供給され、発電セル９０３の酸素極には空気が供給され、発電セル９０３における電気化学反応により電気エネルギーが生成される。
ＤＣ／ＤＣコンバータ９０４は発電セル９０３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１０００に供給する機能の他に、発電セル９０３により生成された電気エネルギーを２次電池９０５に充電し、発電セル９０３側が運転されていない時に、電子機器１０００に２次電池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９０６は気化器９０２、反応装置１００、発電セル９０３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９０４等を制御し、電子機器１０００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。
ここで、発電セル９０３の燃料極に供給された水素ガスは全てが反応しない方が高効率で、残留した水素ガスは、燃焼燃料供給流路部１３１から（燃焼器１４５（燃焼流路部１２１に対応））に供給されるようにしてもよい。また、改質器の温度管理の観点より、燃焼器で残留した水素ガスを全て燃焼させずに、別途水素燃焼器を備えるようにしてもよい。
このような発電装置９００において、マイクロ真空センサ１による真空度の測定結果に基づいて、反応装置１００の起動又は停止が制御されるようになっている。
【００５４】
以上のような本発明の実施の形態によれば、断熱用上蓋１５２、断熱用下蓋１５３及び上基板１０２、中基板１０３、下基板１２０の一部（各枠体１６８，１７８，１５８）によって構成される断熱真空容器１５０の内壁部１５０aにマイクロ真空センサ１が配置されているので、断熱真空容器１５０内の真空度をセンシングすることができる。また、マイクロ真空センサ１を、断熱真空容器１５０の内壁部１５０aに形成された切欠部１６９，１５９からなる空間部分に配置することにより、例えば、改質器や一酸化炭素除去器側にマイクロ真空センサ１を設ける場合に比してリード線を介した熱伝導により反応装置本体１０１の熱が外部に逃げることなく熱損失を軽減することができる。しかも、デッドスペースを有効利用することができ、複合型マイクロ反応装置１００の小型化を図ることができる。
また、マイクロ真空センサ１は、薄膜ヒータ２の温度が７０℃程度でセンシング可能であることから、消費電力を小さくすることができる。
また、マイクロシンクセンサ１は、中基板１０３の枠体内側部分１０３eのうち、薄膜ヒータ２の上側に位置する上面に凹部５が形成され、板厚が薄くなっているので、発熱部の熱容量が小さく、この点においても消費電力を小さくでき、かつ、マイクロ真空センサ１としての応答速度が速くなる。
さらに、マイクロ真空センサ１の薄膜ヒータ２、電流電極３、電圧電極４は、電熱パターン１０６，１３６と同時に成膜することができ、製造プロセスを特に変更することなく容易にマイクロ真空センサ１を断熱真空容器１５０内に設けることができる。
【００５５】
また、上記実施の形態では、マイクロ真空センサ１は、断熱真空容器１５０の内壁部１５０aであれば、特に上述した位置に設けなくとも適宜変更可能である。
上記実施の形態では、断熱容器内に収容される反応装置は３枚の基板からなる例を示したが、２枚または４枚以上の基板からなるものであってもよい。
上記実施の形態では、マイクロ真空センサは断熱真空容器１５０の一部を兼ねる反応装置を構成する基板に設ける例を示したが、反応装置部分が断熱真空容器の一部を兼ねる構成になっていないもので、マイクロ真空センサが反応装置を収容する断熱真空容器側にあるものでもよい。
また、薄膜ヒータ２，１２や電流電極３，１３、電圧電極４，１４の位置や向き等も図示したものに限定されるものではない。
さらに、上記各実施の形態では、マイクロ真空センサとして熱伝導型マイクロ真空センサを用いる例を示したが、小型で低消費電力のものであれば、熱伝導型でなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】複合型マイクロ反応装置１００の外観斜視図である。
【図２】複合型マイクロ反応装置１００の正面断面図である。
【図３】図２における切断線III−IIIに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図４】断熱用上蓋１５２の両面のうち上基板１０２側から見た際の平面図である。
【図５】断熱用下蓋１５３の両面のうち下基板１２０側から見た際の平面図である。
【図６】上基板１０２の両面のうち中基板１０３側から見た際の平面図である。
【図７】中基板１０３の両面のうち上基板１０２側から見た際の平面図である。
【図８】中基板１０３の両面のうち下基板１２０側から見た際の平面図である。
【図９】下基板１２０の両面のうち中基板１０３側から見た際の平面図である。
【図１０】(a)は、マイクロ真空センサ１の下基板１２０側から見た際の平面図、(b)は、マイクロ真空センサ１の(a) における切断線X−Xに沿って切断した際の矢視断面図、(c)は、マイクロ真空センサ１１の切断線X−Xに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図１１】窒化シリコンの自立膜に薄膜ヒータを形成した熱伝導型マイクロ真空センサの消費電力の真空度依存性のグラフである。
【図１２】(a)は、中基板１０３に形成された電熱パターン１０６及び図１０(b)のようなマイクロ真空センサ１を作成した場合の切断線XII−XIIに沿って切断した際の矢視断面図、(b)は、中基板１０３に形成された電熱パターン１０６及び図１０(c)のようなマイクロ真空センサ１１を作成した場合の切断線XII−XIIに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図１３】発電装置９００とその発電装置を用いた電子機器のブロック図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  マイクロ真空センサ（気圧センサ）
２，１２  薄膜ヒータ
３，１３  電流電極
４，１４  電圧電極
１５b  窒化シリコン膜
１００  複合型マイクロ反応装置
１０１  反応装置本体
１０２  上基板
１０３  中基板
１０６，１３６  電熱パターン（反応器加熱用ヒータ）
１２０  下基板
１５０  断熱真空容器（反応容器）
１５０a  内壁部
１５０b  断熱空間
１５２  断熱用上蓋（上蓋）
１５３  断熱用下蓋（下蓋）
１６１，１７１  燃料供給流路部
１６２，１７２  改質流路部
１６３，１７３  連通溝
１６４，１７４  一酸化炭素除去器の空気供給流路部
１６５，１７５  一酸化炭素除去流路部
３０１  Ｔａ膜
３０２  Ｗ膜
３０３  Ａｕ膜
９０３  発電セル
１０００  電子機器本体
【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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【図１２】
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【図１３】
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