(57)【要約】【課題】温度差による歪みに対して損傷を抑えることができる反応装置を提供する。【解決手段】上基板１０２には、燃料供給流路部１６１、改質流路部１６２、連通部１６３、空気供給流路部１６４及び一酸化炭素除去流路部１６５が形成され、中基板１０３には、燃焼燃料供給流路部１３１、空気供給流路部１３２、連通部１３３、排ガス排出流路部１３４及び燃焼流路部１３５が形成され、下基板１２０には、燃焼燃料供給流路部１３１、空気供給流路部１３２、連通部１３３、排ガス排出流路部１３４及び燃焼流路部１３５が形成され、これらの基板が接合されることで、溝が流路となる。これら溝の側面における入隅１１，２１，３１や出隅１２，２２，３２は丸めた状態に形成されている。【選択図】図３
2007237052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方側に設けられた第１反応部と前記基板の他方側に設けられた第２反応部との間に設けられた貫通孔の入隅が丸めた状態に形成されていることを特徴とする反応装置。
【請求項２】
前記第１反応部の反応温度と前記第２反応部の反応温度は互いに異な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】
前記第１反応部と前記第２反応部は、前記貫通孔の周囲にある連結伝熱部によって連結されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の反応装置。
【請求項４】
前記貫通孔の前記入隅は、応力を分散するように曲率が一定であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の反応装置。
【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小型な反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源として燃料電池が注目されるようになり、燃料電池自動車や電化住宅などに幅広く実用化されてきている。また、急速に小型化の研究、開発が進められている携帯電話機やノート型パーソナルコンピュータなどといった携帯型電子機器においても、燃料電池による電源の実用化が検討されている。
【０００３】
燃料電池は水素の電気化学反応により電気エネルギーを生成するものであるので、燃料電池のほかに、燃料から水素を生成する改質器も携帯型電子機器に搭載しなければならない。改質器には、例えば特許文献１に記載されているようなマイクロリアクタが用いられている。このマイクロリアクタは、溝が形成された基板に別の基板を接合したものであり、その溝に反応物を流動させることによって反応物を反応させるものである。また、反応物の反応速度を高めるために、マイクロリアクタを加熱することが行われている。
【特許文献１】特開２００１−２２８１５９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、マイクロリアクタが加熱により膨張するため、マイクロリアクタの温度が均一でない場合、膨張量の違いによってマイクロリアクタの各部に熱応力が生じる。そのため、マイクロリアクタが熱応力により損傷する虞がある。
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、温度差による歪みに対して損傷を抑えることができる反応装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するために、本発明においては、
基板の一方側に設けられた第１反応部と前記基板の他方側に設けられた第２反応部との間に設けられた貫通孔の入隅が丸めた状態に形成されていることを特徴とする。
また、本発明において、前記第１反応部の反応温度と前記第２反応部の反応温度は互いに異なることを特徴とする。
また、本発明において、前記第１反応部と前記第２反応部は、前記貫通孔の周囲にある連結伝熱部によって連結されていることを特徴とする。
また、本発明において、前記貫通孔の前記入隅は、応力を分散するように曲率が一定であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、貫通孔での応力を分散させ、反応装置の損傷や破壊を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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および図示例に限定するものではない。
【０００８】
図１は複合型マイクロ反応装置１００の外観斜視図であり、図２は一部破断して示した複合型マイクロ反応装置１００の略断面図である。
【０００９】
図１及び図２に示すように、熱伝導性の低いガラス製の断熱パッケージ１５０は中空を有した六面体状の箱体であり、熱線となる赤外線に対して高い反射性の赤外線反射膜（例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ）が断熱パッケージ１５０の内壁面に成膜され、さらに断熱パッケージ１５０の中空の圧力が真空圧に保たれ、例えば断熱パッケージ１５０内は１０Ｐａ以下、好ましくは１Ｐａ以下としてに保たれている。したがって後述する貫通孔１６６、貫通孔１７６、貫通孔１３６内も断熱パッケージ１５０内の圧力と同じになっている。このため熱輻射や外部への熱伝導を抑えることができる。なお断熱パッケージ１５０は、それ自体が赤外線に対して反射性のある金属製であってもよい。
【００１０】
また、供給排出部材１５１が断熱パッケージ１５０を貫通している。この供給排出部材１５１は、燃焼排ガス排出用の排ガス排出流路管２５１と、改質燃料ガス供給用の燃料供給流路管２５２と、生成ガス排出用の生成ガス排出流路管２５３と、一酸化炭素除去器に供給される酸素が導入される吸気流路管２５４と、燃焼ガスに混合される酸素が導入される吸気流路管２５５と、燃焼ガス供給用の燃焼ガス供給流路管２５６と、を有している。断熱パッケージ１５０外は大気圧となっているため、供給排出部材１５１は、断熱パッケージ１５０内部と外部でほぼ１気圧の差が生じており、この圧力差に基づく応力によって変形または破壊されないように円筒状のガラス管であることが好ましく、内径が１．０ｍｍ、外径が１．６ｍｍに設定している。
【００１１】
また、リード線１０９〜１１２が断熱パッケージ１５０を貫通している。供給排出部材１５１、リード線１０９〜１１２が断熱パッケージ１５０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。封着剤は断熱パッケージ１５０と熱膨張係数を近づけるため、低融点ガラスを用いることが好ましく、リード線１０９〜１１２は低融点ガラスと熱膨張係数が近いコバール線が好ましいが、鉄ニッケル合金線または、鉄ニッケル合金の心材の周囲を銅層で被覆したジュメット線であってもよい。リード線１０９〜１１２の直径は、熱効率の観点から小さいことが好ましく０．２ｍｍに設定している。
【００１２】
断熱パッケージ１５０内には、上から順に上基板１０２、中基板１０３、下基板１２０を接合した接合体１０１が断熱パッケージ１５０内に収容されている。上基板１０２、中基板１０３、下基板１２０はともに、封着剤や断熱パッケージ１５０と同等の熱膨張係数であることが好ましく、例えばガラス基板によって形成されている。なお、上基板１０２と中基板１０３を接合したものが改質器と一酸化炭素除去器の複合体とであり、中基板１０３に下基板１２０を接合したものが燃焼器である。
【００１３】
図３は、図２の切断線III−IIIに沿った面の矢視断面図である。図３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、葛折り状の反応物流動溝が凹設されている。反応物流動溝は、燃料供給流路部１６１と、改質流路部１６２と、連通部１６３と、空気供給流路部１６４と、一酸化炭素除去流路部１６５とを有している。更に、上基板１０２の中央部において矩形状の貫通孔１６６が形成され、上基板１０２の中基板１０３との接合面が貫通孔１６６よりも左側の領域と貫通孔１６６よりも右側の領域に分けられ、改質流路部１６２は貫通孔１６６よりも左側の領域に形成され、一酸化炭素除去流路部１６５は貫通孔１６６よりも右側の領域に形成されている。上基板１０２は、例えば、右縁１０２ａ、左縁１０２ｄの長さが２７ｍｍ、前縁１０２ｂ、後縁１０２ｃの長さが４６ｍｍとなっている。
【００１４】
燃料供給流路部１６１が上基板１０２の右縁１０２ａから前縁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の右縁１０２ａまで連なり、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は燃料供給流路部１６１よりも幅広な溝であって蛇行した状態に形成されている。連通部１６３は、燃料供給流路部１６１と同程度の幅の溝であって、貫通孔１６６の後ろ側において上基板１０２の後縁１０２ｃに沿って形成され、連通部１６３の一端部が改質流路部１６２の他端部に連なり、連通部１６３の他端部が空気供給流路部１６４及び一酸化炭素除去流路部１６５に合流している。空気供給流路部１６４は上基板１０２の右縁１０２ａから後縁１０２ｃにかけて沿うように形成され、空気供給流路部１６４の一端部が上基板１０２の右縁１０２ａまで連なり、空気供給流路部１６４の他端部が連通部１６３及び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は蛇行した状態に形成され、一酸化炭素除去流路部１６５の一端部が上基板１０２の右縁１０２ａまで連なり、一酸化炭素除去流路部１６５の他端部が連通部１６３及び空気供給流路部１６４に連なっている。上基板１０２の右縁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。相対的に高温の改質流路部１６２に加えられた熱の一部が、連結伝熱部１０２ｅを介して相対的に低温の一酸化炭素除去流路部１６５に伝搬されて選択酸化反応に適した温度になるように設定されている。このときの改質反応の設定温度と選択酸化反応の設定温度の差は、改質流路部１６２と一酸化炭素除去流路部１６５との間の連結伝熱部１０２ｅの長さＹによって設定することができる。
【００１５】
また、上基板１０２に形成された反応物流動溝は、曲がった部分や幅が変わった部分の側面に入隅１１、出隅１２が形成されており、全ての入隅１１及び全ての出隅１２が丸めた状態に形成されている。なお、全ての入隅１１が丸めた状態でなくとも、これら入隅１１のうち少なくとも１つが丸めた状態であれば良い。全ての出隅１２が丸めた状態でなくとも、これら出隅１２のうち少なくとも１つが丸めた状態であれば良い。
【００１６】
貫通孔１６６の内壁面における全ての入隅１３が丸めた状態に形成されている。
【００１７】
溝２０１，２０５，２０６の側面における全ての入隅も丸めた状態に形成されている。なお、溝２０１，２０５，２０６の側面における全ての入隅が丸めた状態でなくとも、これらの入隅のうち１つでも丸めた状態としても良い。
【００１８】
図４は、図２の切断線IV−IVに沿った面の矢視断面図である。図４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、葛折り状の反応物流動溝が凹設されている。反応物流動溝は、燃料供給流路部１７１と、改質流路部１７２と、連通部１７３と、空気供給流路部１７４と、一酸化炭素除去流路部１７５とを有している。更に、中基板１０３の中央部において矩形状の貫通孔１７６が形成され、中基板１０３の上基板１０２との接合面が貫通孔１７６よりも左側の領域と貫通孔１７６よりも右側の領域に分けられ、改質流路部１７２は貫通孔１７６よりも左側の領域に形成され、一酸化炭素除去流路部１７５は貫通孔１７６よりも右側の領域に形成されている。中基板１０３は、上基板１０２と同一のサイズであり、複合型マイクロ反応装置１００の上方から平面視して接合された中基板１０３の右縁１０３ａ、前縁１０３ｂ、後縁１０３ｃ、左縁１０３ｄの位置がそれぞれ上基板１０２の右縁１０２ａ、前縁１０２ｂ、後縁１０２ｃ、左縁１０２ｄの位置に一致しており、貫通孔１７６の周縁の位置は、貫通孔１６６の周縁の位置と一致している。
【００１９】
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、連通部１７３と連通部１６３が、空気供給流路部１７４と空気供給流路部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が互いに面対称である。また、中基板１０３の右縁１０３ａには、供給排出部材１５１の排ガス排出流路管２５１に嵌合するノッチ２１１と、燃料供給流路管２５２に嵌合するノッチ２１２と、生成ガス排出流路管２５３に嵌合するノッチ２１３と、吸気流路管２５４に嵌合するノッチ２１４と、吸気流路管２５５に嵌合するノッチ２１５と、燃焼ガス供給流路管２５６に嵌合するノッチ２１６が形成されている。燃料供給流路部１７１、空気供給流路部１７４、一酸化炭素除去流路部１７５は中基板１０３の右縁１０３ａまで連なっていないが、燃料供給流路部１７１の端部がノッチ２１１の近くに、空気供給流路部１７４の端部がノッチ２１４の近くに、一酸化炭素除去流路部１７５がノッチ２１３の近くにある。
【００２０】
また、中基板１０３に形成された反応物流動溝の側面における全ての入隅２１が丸めた状態に形成され、反応物流動溝の側面における全ての出隅２２が丸めた状態に形成されている。なお、全ての入隅２１が丸めた状態でなくとも、これら入隅２１のうち少なくとも１つが丸めた状態であれば良い。全ての出隅２２が丸めた状態でなくとも、これら出隅２２のうち少なくとも１つが丸めた状態であれば良い。
【００２１】
貫通孔１７６の内壁面における全ての入隅２３が丸めた状態に形成されている。
【００２２】
ノッチ２１３〜２１５の内側面における全ての入隅も丸めた状態に形成されている。なお、ノッチ２１３〜２１５の内側面における全ての入隅が丸めた状態でなくとも、これらの入隅のうち１つでも丸めた状態としても良い。
【００２３】
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）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。
【００２４】
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、連通部１７３と連通部１６３が、空気供給流路部１７４と空気供給流路部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。
【００２５】
上基板１０２と中基板１０３は熱伝導性を低くするためにガラス材料からなり、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、上基板１０２と中基板１０３が陽極接合法により接合するために、上基板１０２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。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。これにより、上基板１０２と中基板１０３が陽極接合により接合することができる。
【００２６】
上基板１０２と中基板１０３の接合体のうち、貫通孔１６６，１７６よりも左側の部分が、燃料と水の混合気から水素を生成する改質器となり、貫通孔１６６，１７６よりも右側の部分が、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。
上基板１０２と中基板１０３の接合体では、燃料供給流路管２５２から供給される燃料（水を含んでいてもよい）が、燃料供給流路部１６１、１７１によって形成された流路に流れ、改質流路部１７１、１７２によって形成された流路に送られる。改質流路部１７１、１７２内の流路で改質された流体は、連通部１６３、１７３によって形成された流路に流れる。吸気流路管２５４から取り込まれる空気は、空気供給流路部１６４、１７４に流れ、連通部１６３、１７３によって形成された流路との合流部分で、改質された流体と混合される。混合された流体は、合流部分で分岐された一酸化炭素除去流路部１６５、１７５によって形成された流路に流れる際に微量に含まれている一酸化炭素が除去され、生成ガス排出流路管２５３から複合型マイクロ反応装置１００の外部に排出される。
【００２７】
図５は、図２の切断線V−Vに沿った面の矢視断面図である。図５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、葛折り状の反応物流動溝が凹設されている。反応物流動溝は、燃焼燃料供給流路部１３１と、空気供給流路部１３２と、連通部１３３と、排ガス排出流路部１３４と、燃焼流路部１３５と、リード線接続部１３７，１３７と、リード線接続部１３８，１３８と、燃焼流路部１４０と、を有している。更に、下基板１２０の中央部において矩形状の貫通孔１３６が形成され、下基板１２０の中基板１０３との接合面が貫通孔１３６よりも左側の領域と貫通孔１３６よりも右側の領域に分けられ、燃焼流路部１３５は貫通孔１３６よりも左側の領域に形成されている。下基板１２０は、中基板１０３と同一のサイズであり、複合型マイクロ反応装置１００の上方から平面視して接合された下基板１２０の右縁１２０ａ、前縁１２０ｂ、後縁１２０ｃ、左縁１２０ｄの位置がそれぞれ中基板１０３の右縁１０３ａ、前縁１０３ｂ、後縁１０３ｃ、左縁１０３ｄの位置に一致しており、貫通孔１３６の周縁の位置は、貫通孔１７６の周縁の周縁の位置と一致している。
また、下基板１２０の右縁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。リード線接続部１３７，１３７は、一端が燃焼流路部１３５に連通し、他端が左縁１２０ｄにまで連通している。リード線接続部１３８，１３８は、一端が燃焼流路部１４０に連通し、他端が右縁１２０ａにまで連通している。
【００２８】
排ガス排出流路部１３４が下基板１２０の右縁１２０ａから前縁１２０ｂにかけて沿うように形成され、排ガス排出流路部１３４の一端部が下基板１２０の右縁１２０ａまで連なり、排ガス排出流路部１３４の他端部が燃焼流路部１３５の一端部に連なっている。燃焼流路部１３５は、蛇行した状態に形成されている。連通部１３３は貫通孔１６６の後ろ側において下基板１２０の後縁１２０ｃから右縁１２０ａにかけて沿うように形成され、連通部１３３の一端部が燃焼流路部１３５の他端部に連なり、連通部１３３の他端部が燃焼燃料供給流路部１３１及び空気供給流路部１３２に合流している。燃焼燃料供給流路部１３１の他端部が下基板１２０の右縁１２０ａまで連なり、空気供給流路部１３２の他端部が下基板１２０の右縁１２０ａまで連なる。
【００２９】
接合面に関して、燃焼流路部１３５と改質流路部１７２は互いにほぼ面対称である。燃焼流路部１３５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。
【００３０】
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。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３３×１０-7／℃である。
【００３１】
また、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１０６及び電熱パターン１３９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１３９が一酸化炭素除去流路部１７５に重なっている。そして、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は、一端部１０６ｂ及び他端部１０６ａを除いて燃焼流路部１３５に収納され、一端部１０６ｂ及び他端部１０６ａがリード線接続部１３７，１３７に収納されている。電熱パターン１０６の一端部１０６ｂはリード線接続部１３７でリード線１０９に接合され、電熱パターン１０６の他端部１０６ａはリード線接続部１３７でリード線１１０に接合され、接合後、リード線接続部１３７，１３７の各他端は低融点ガラスを含む封着剤１１３，１１３によって封止されるので、燃焼流路部１３５内の流体が左縁１２０ｄから漏洩することはない。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１３９は、一端部１３９ｂ及び他端部１３９ａを除いて電熱パターン配置溝１４０に収納され、一端部１０６ｂ及び他端部１０６ａがリード線接続部１３８，１３８に収納されている。電熱パターン１３９の一端部１３９ｂにリード線１１１が接合され、電熱パターン１３９の他端部１３９ａにリード線１１２が接合されている。
【００３２】
貫通孔１３６の横幅が８ｍｍ、連結伝熱部１２０e、１０２e、１０３eの幅を３ｍｍ、上基板、中基板、下基板の合計の厚みが２．８ｍｍのとき、貫通孔１６６，１７６と、一酸化炭素除去流路部１６５，１７５との間の距離Ｘａおよび、貫通孔１３６と電熱パターン配置溝１４０との間の距離Ｚａが１ｍｍ以上ある場合、右縁１０２a、１０３a、１２０ａ側の二つの入隅１３、２３、３３の曲率半径は１ｍｍ以上で十分な強度を示すことが確認された。貫通孔１６６，１７６と燃料供給流路部１６１，１７１との間の距離Ｘｂおよび、貫通孔１３６と排ガス排出流路部１３４との間の距離Ｚｂが１ｍｍ以上ある場合、前縁１０２b，１０３b、１２０ｂ側の二つの入隅１３，２３、３３の曲率半径は１ｍｍ以上で十分な強度を示すことが確認された。貫通孔１６６，１７６と連通部１６３，１７３との距離Ｘｃおよび、貫通孔１３６と連通部１３３との間の距離Ｚｃが１ｍｍ以上ある場合、後縁１０２ｃ、１０３ｃ、１２０ｃ側の二つの入隅１３，２３、３３の曲率半径は１ｍｍ以上で十分な強度を示すことが確認された。貫通孔１６６，１７６と改質流路部１６２，１７２との間の距離Ｘｄおよび、貫通孔１３６と燃焼流路部１３５との間の距離Ｚｄが１ｍｍ以上ある場合、左縁１０２ｄ，１０３ｄ、１２０ｄ側の二つの入隅１３，２３、３３の曲率半径は１ｍｍ以上で十分な強度を示すことが確認された。
ただし、これら貫通孔１６６，１７６、１３６の入隅１３，２３、３３の曲率半径が４ｍｍを越えると、改質流路部１６２，１７２と一酸化炭素除去流路部１６５，１７５との間の連結伝熱部１０２ｅ、1０３ｅ、および、燃焼流路部１３５と電熱パターン配置溝１４０との間の連結伝熱部１２０ｅの断面積が増大してしまい、改質流路部１６２，１７２、燃焼流路部１３５から一酸化炭素除去流路部１６５，１７５、電熱パターン配置溝１４０に熱伝搬しやすく改質流路部１６２、１７２と一酸化炭素除去流路部１６５、１７５との温度差が小さくなりやすい構造となってしまうために、改質流路部１６２、１７２での改質反応に要する温度範囲（２５０℃〜３５０℃）に対して一酸化炭素除去流路部１６５、１７５での選択酸化反応に要する温度範囲（１００℃〜１８０℃）に設定するためには、貫通孔１６６，１７６、１３６の入隅１３、２３、３３が直角の場合に比べて、連結伝熱部１０２e、１０３e、１２０ｅの長さＹを２割以上長くしなければならず、装置が大きくなってしまう。
したがって、複合型マイクロ反応装置１００が２７ｍｍ×４６ｍｍの寸法であれば、貫通孔１６６，１７６、１３６の入隅１３、２３、３３の曲率半径は１ｍｍ以上４ｍｍ以下が好ましい。距離Ｘａ〜Ｘｄ及び距離Ｚａ〜Ｚｄは、１ｍｍより短くすると、損壊しやすくなるため１ｍｍ以上あることが好ましい。入隅１３，２３，３３が全て同じ曲率半径である必要はなく、左側と右側で異なっていても良い。
上述のように、連結伝熱部１０２ｅ、連結伝熱部１０３ｅ及び連結伝熱部１２０ｅでは、左側と右側で温度勾配が大きく、換言すれば熱膨張の差、冷却収縮の差が大きく、応力が貫通孔１６６、貫通孔１７６、貫通孔１３６の角に集中しやすい。また通穴１６６、貫通孔１７６、貫通孔１３６が基板１０２，１０３，１２０に対して貫通しているために最も機械強度が弱く損壊しやすい。特にガラスの場合、金属に比べて柔軟性がないので歪みによりヒビが入りやすい。このため、入隅１３，２３，３３が直角ではなく丸みを帯びさせることで応力を分散し破損しにくいようにすることができる。
【００３３】
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。
まず、上基板１０２、中基板１０３、下基板１２０を準備し、これらの接合面の一方に必要に応じて金属膜又はシリコン膜を気相成長法により成膜する。中基板１０３の下面には、電熱膜を成膜し、その電熱膜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１０６，１３９をパターニングする。そして、電熱パターン１０６，１３９の両端部を除いて電熱パターン１０６，１３９を絶縁膜によって被覆する。次に、上基板１０２に、燃料供給流路部１６１、改質流路部１６２、連通部１６３、空気供給流路部１６４、一酸化炭素除去流路部１６５、貫通孔１６６及び溝２０１，２０５，２０６をフォトリソグラフィー法およびサンドブラスト法またはエッチング法により形成する。燃料供給流路部１６１、改質流路部１６２、連通部１６３、空気供給流路部１６４、一酸化炭素除去流路部１６５、貫通孔１６６及び溝２０１，２０５，２０６を形成するに際しては、入隅１１、出隅１２、入隅１３を丸めるよう形成する。
【００３４】
中基板１０３にも、燃料供給流路部１７１、改質流路部１７２、連通部１７３、空気供給流路部１７４、一酸化炭素除去流路部１７５、貫通孔１７６及びノッチ２１１〜２１６をフォトリソグラフィー法およびサンドブラスト法またはエッチング法により形成する。燃料供給流路部１７１、改質流路部１７２、連通部１７３、空気供給流路部１７４、一酸化炭素除去流路部１７５、貫通孔１７６及びノッチ２１１〜２１６を形成するに際しては、入隅２１、出隅２２，入隅２３を丸めるよう形成する。
【００３５】
また、下基板１２０に、燃焼燃料供給流路部１３１、空気供給流路部１３２、連通部１３３、排ガス排出流路部１３４、貫通孔１３６、燃焼流路部１３５、リード線接続部１３７，１３７、リード線接続部１３８，１３８、電熱パターン配置溝140及び溝２２２，２２３，２２４をフォトリソグラフィー法およびサンドブラスト法またはエッチング法により形成する。燃焼燃料供給流路部１３１、空気供給流路部１３２、連通部１３３、排ガス排出流路部１３４、貫通孔１３６、燃焼流路部１３５及び溝２２２，２２３，２２４を形成するに際しては、入隅３１、出隅３２、入隅３３を丸めるよう形成する。
【００３６】
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１３５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。
【００３７】
次に、電熱パターン１０６の両端部それぞれにリード線１０９，１１０を接合し、電熱パターン１３９の両端部それぞれにリード線１１１，１１２を接合する。その後、上基板１０２及び中基板１０３を陽極接合法により接合する。
【００３８】
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の位置合わせを行って電熱パターン１０６を燃焼流路部１３５に収容し、中基板１０３に下基板１２０を陽極接合法により接合する。
【００３９】
その後、左縁１２０ｄ側のリード線接続部１３７，１３７の開放端を封着剤１１３，１１３によって封止する。
【００４０】
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、ノッチ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、封着剤でシーリングする。それにより、改質燃料ガス供給用の部材２５２を燃料供給流路部１６１に繋がるように接続され、１つの空気供給用の部材２５４を空気供給流路部１６４に繋がるよう接続され、もう１つの空気供給用の部材２５５を空気供給流路部１３２に繋がるよう接続され、燃焼ガス供給用の部材２５６を燃焼燃料供給流路部１３１に繋がるよう接続され、生成ガス排出用の部材２５３を一酸化炭素除去流路部１６５に繋がるよう接続され、燃焼排ガス排出用の部材２５１を排ガス排出流路部１３４に繋がるよう接続される。
【００４１】
次に、断熱パッケージ１５０を準備し、その断熱パッケージ１５０の内面に赤外線反射膜を成膜する。そして、上基板１０２、中基板１０３、下基板１２０の接合体を断熱パッケージ１５０内に収容し、供給排出部材１５１を断熱パッケージ１５０に貫通させ、リード線１０９，１１０，１１１，１１２を断熱パッケージ１５０に貫通させる。そして、供給排出部材１５１、リード線１０９，１１０，１１１，１１２の貫通箇所を封着剤でシーリングする。
【００４２】
複合型マイクロ反応装置１００においては、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１３９が発熱する。このとき、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１３５を流動し、燃焼ガスが燃焼触媒により燃焼し、燃焼熱が発する。また、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に供給すると、混合気が改質流路部１６２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、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（１）、（２）を参照。）。空気供給流路部１６４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（３）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から排出される。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2・・・（１）
Ｈ2＋ＣＯ2→Ｈ2O＋ＣＯ・・・（２）
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2・・・（３）
【００４３】
貫通孔１３６，１６６，１７６よりも左側の部分の温度が３００℃以上になるように、貫通孔１３６，１６６，１７６よりも右側の部分は左側の部分よりも低くなるように、電熱パターン１０６，１３９の発熱量や燃焼ガスの燃焼熱量を調整すると良い。ここで、貫通孔１３６，１６６，１７６が形成されているので、貫通孔１３６，１６６，１７６よりも右側の部分と左側の部分の温度差が生じるようになっている。
【００４４】
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（１））を組み合わせても良い。
【００４５】
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６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パッケージ９０１と、燃料パッケージ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燃料電池９０３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（改質器）に流れ込み、一酸化炭素除去流路部１６５，１７５（一酸化炭素除去器）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、燃料電池９０３の酸素極には空気が供給され、燃料電池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。ここで、燃料電池９０３の燃料極に供給された水素ガスは全てが反応するわけでなく、残留した水素ガスもあるので、その水素ガスが燃焼燃料供給流路部１３１（燃焼器）に供給される。
【００４６】
このような本実施形態においては、上基板１０２、中基板１０３、下基板１２０の接合体１０１が燃焼熱や電熱によって加熱されると、接合体１０１が膨張する。特に貫通孔１３６，１６６，１７６によって右側の部分と左側の部分の温度差が生じ、に貫通孔１３６，１６６，１７６よりも左側の部分が右側の部分よりも膨張する。このような膨張により入隅１３，２３，３３に応力が集中するので、入隅１３，２３，３３を丸めた状態に形成すると、入隅１３，２３，３３に集中する応力を分散させることができる。そのため、接合体１０１の損傷や破壊を防止することができる。
【００４７】
また、上基板１０２、中基板１０３、下基板１２０の接合体１０１が真空圧の断熱パッケージ１５０に収容されているため、膨張するような力が接合体に作用し、接合体内部に形成された入隅１１，２１，３１や出隅１２，２２，３２に応力が集中する。それら入隅１１，２１，３１や出隅１２，２２，３２を丸めた状態に形成すると、入隅１１，２１，３１や出隅１２，２２，３２に集中する応力を分散させ、接合体１０１の損傷や破壊を防止することができる。
【００４８】
また、中基板１０３の下面に電熱パターン１０６が形成され、その電熱パターン１０６が下基板１２０の燃焼流路部１３５に収容された状態で下基板１２０が中基板１０３に接合されているので、電熱パターン１０６から発した熱が燃焼流路部１３５内に籠もる。そのため、電熱パターン１０６で発した熱が、改質流路部１６２，１７２内における燃料の改質反応や、燃焼流路部１３５内における燃焼ガスの燃焼に効率よく用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】複合型マイクロ反応装置の斜視図である。
【図２】複合型マイクロ反応装置の部分断面図である。
【図３】図２の切断線III−IIIに沿った面の矢視断面図である
【図４】図２の切断線IV−IVに沿った面の矢視断面図である
【図５】図２の切断線V−Vに沿った面の矢視断面図である
【図６】発電装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００５０】
１００  複合型マイクロ反応装置
１０２  上基板
１０３  中基板
１２０  下基板
１１、１３、２１、２３、３１、３３  入隅
１２、２２、３２  出隅
１６１〜１６５、１７１〜１７５、１３１〜１３５  溝
１３６、１６６、１７６  貫通孔
【図１】
2007237052.tif 000003
【図２】
2007237052.tif 000004
【図３】
2007237052.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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