(57)【要約】【課題】  発電損失が小さく、かつ小型の反応装置を提供する。【解決手段】  反応器５を収容する内部空間１０を有し、基体３ａに蓋体３ｂを気密に接合して収容容器２が構成され、収容容器２の内面に高反射率部材４を取着させて、熱の収容容器２への伝達を抑制する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体に設けられ、該基体との間で気密に封止された内部空間を形成するための蓋体と、
前記内部空間内に配置される反応器と、
前記基体と前記蓋体とで構成される収容容器の内面に設けられ、前記収容容器の内壁よりも高い反射率を有する高反射率部材と、
を含むことを特徴とする反応装置。
【請求項２】
前記高反射率部材は、前記反応器側の表面に凹部を有す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】
前記高反射率部材は、前記反応器側の表面に複数の溝部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の反応装置。
【請求項４】
前記高反射率部材は、前記収容容器の内壁側の表面に凹部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の反応装置。
【請求項５】
前記高反射率部材の表面は、
Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｗ、Ｒｕ、ＰｔおよびＮｉのうちから選ばれた１種を成分とする金属膜、
Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｗ、Ｒｕ、ＰｔおよびＮｉのうちから選ばれた１種の珪素添加物または炭素添加物を成分とする金属膜、
または、ＩＴＯ、ＴｉＯ２およびＺｒＯ２のうちから選ばれた１種を成分とする金属酸化膜、
を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の反応装置。
【請求項６】
前記高反射率部材は、ロウ材を介して前記収容容器の内壁側の表面に接合されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の反応装置。
【請求項７】
前記高反射率部材は、前記収容容器の内壁側の表面と溶接によって接合されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、精密加工技術の進歩発展によって、マイクロテクノロジーとよばれる新しい概念が登場してきた。すなわち、マイクロな微小空間を活用して、液体や気体を高速、高精度で制御し反応させるマイクロ化学システムは、反応・分析の効率化・高速化のための革新的な技術としてだけでなく、新反応系の場としても注目を集めている。特に、マイクロ化学プラントは、従来の工業的物質生産の方式を変革するものとして、化学産業だけでなく関連する医療、製薬、バイオ関連、食品産業などからも大きな期待が寄せられている。
【０００３】
マイクロ化学システムにおいては、最適な温度環境下にて化学反応が生じる反応部から反応部を収容する収容容器への放熱を低減し、システムの小型化と熱効率を向上させた反応装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この反応装置では、収容容器の外壁を２重構造にして真空容器を構成する、あるいは２重構造にした内外壁間に断熱材を充填することによって、反応部の熱が外部へ伝導して反応部の温度が低下するのを防止している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
携帯機器などの電子機器内に反応装置を収容するために、反応装置は、小型化、低背化を求められている。しかしながら、従来のように収容容器の外壁を２重構造にすることは、反応装置全体が複雑化して大型化するため、携帯機器内に収容するのが困難であるという問題を有する。
【０００６】
また、反応器を安定に稼動させるためには、反応温度を所定の一定温度に維持する必要があるが、反応器で発生する熱が収容容器に熱伝達することによって、反応器の温度が低下しやすくなる。
【０００７】
そこで、反応器の熱損失が小さく、且つ小型化を図ることができる反応装置が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態にかかる反応装置は、基体と、前記基体に設けられ、該基体との間で気密に封止された内部空間を形成するための蓋体と、前記内部空間内に配置される反応器と、前記基体と前記蓋体とで構成される収容容器の内面に設けられ、前記収容容器の内壁よりも高い反射率を有する高反射率部材と、を具備する。
【０００９】
本発明に従えば、収容容器の内面に収容容器の内壁よりも高い反射率を有する高反射率部材が設けられるので、高温室での発電損失を増やすことがなくなり、その結果、反応装置システム全体の発電損失を低減することができる。また、収容容器の内面に高反射率部材が設けられることによって、熱損失が低減されるので、発熱量の大きなたとえば発熱抵抗体などによって実現されるヒータを用いる必要がなく、これによって装置の小型化および薄型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、収容容器の内面に高反射率部材を設けることによって、反応器が発生する輻射線が収容容器に吸収されることを抑制できる。それゆえ、収容容器の温度上昇を抑制でき、以って、反応器の熱損失を小さくすることができる。
【００１１】
また、収容容器の外壁を２重構造にしなくともよいため、反応装置の小型化および薄型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の実施の一形態の反応装置１を示す断面図である。また、図２は反応装置１の斜視図であり、図３は反応装置１を下方から見た斜視図である。
【００１３】
本実施の形態の反応装置１は、中空でかつ直方体状の収容容器２、収容容器２の内部空間１０に収容される反応器５を備える。また、収容容器２の内面には、高反射率部材４が取着される。
【００１４】
収容容器２は、板状の基体３ａと、基体３ａに装着される断面凹状の蓋体３ｂとを有する。また、収容容器２、高反射率部材４、反応器５、供給管６ａおよび排出管６ｂ、リード端子７を含んで、反応装置１が構成される。
【００１５】
基体３ａおよび蓋体３ｂは、ともに反応器５を収容する容器として機能する。
これらは、たとえばＳＵＳ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金またはＦｅ−Ｎｉ合金等のＦｅ系合金、もしくは無酸素銅等の金属材料、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質焼結体、炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）質焼結体、またはガラスセラミックス等のセラミック材料、もしくはポリイミド等の高耐熱性の樹脂材料等によって形成されるが、特に断熱性の観点からは、セラミック材料が好ましい。
【００１６】
基体３ａおよび蓋体３ｂに適用可能なガラスセラミックスとしては、ガラス成分とフィラー成分とが挙げられる。ガラス成分としては、たとえばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（ただし、ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（ただし、Ｍ１およびＭ２は同一または異なってＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（ただし、Ｍ１およびＭ２は前記と同じである）、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（ただし、Ｍ３はＬｉ、ＮａまたはＫを示す）、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（ただし、Ｍ３は前記と同じである）、Ｐｂ系ガラス、およびＢｉ系ガラス等が挙げられる。
【００１７】
また、フィラー成分としては、たとえばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、ＴｉＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（たとえばスピネル、ムライト、コージェライト）等が挙げられる。
【００１８】
基体３ａおよび蓋体３ｂは、基体３ａおよび蓋体３ｂによって形成される収容容器２の内部空間１０に反応器４を収容できればよく、たとえば図１に示すように、板状の基体３ａと断面凹状の蓋体３ｂとの組み合わせのほか、断面凹状の基体３ａに板状の蓋体３ｂを気密に接合して構成されてもよい。
【００１９】
この場合、基体３ａと蓋体３ｂとは、内部空間１０を気密に封止するため、半田や金属ロウ材等で接合する方法、基体３ａが凹部を有する場合には、凹部の上面に鉄合金等で作製されたシールリング等を接合して、シーム溶接、電子ビーム溶接またはレーザビーム溶接等の方法によって接合してもよい。
【００２０】
たとえば、Ａｕ−Ｓｎロウ材によって接合する場合は、蓋体３ｂに予めＡｕ−Ｓｎロウ材を溶着させておくか、あるいは金型等を用いて打ち抜き加工等で枠状に形成したＡｕ−Ｓｎロウ材を基体３ａと蓋体３ｂとの間に載置した後、封止炉あるいはシーム溶接機によって蓋体３ｂを基体３ａに接合する。
【００２１】
ここで、作業性の観点からは、基体３ａと蓋体３ｂとの接合は、ロウ材等で接合するよりも、レーザビーム溶接を行うことが好ましい。
【００２２】
すなわち、基体３ａと蓋体３ｂのいずれか一方を、高反射率部材４で構成した場合は、基体３ａと蓋体３ｂとの接合箇所において、レーザビームは、高反射率部材４によって反射してしまう。
【００２３】
それに対して、本実施形態によれば、高反射率部材４が収容容器２の内面に設けているため、レーザビームの反射を抑制できる。それゆえ、レーザビーム溶接によって、作業性良く基体３ａと蓋体３ｂとを接合することができる。
【００２４】
また、基体３ａおよび蓋体３ｂは、反応装置１の小型化、低背化を可能とするために、厚さを小さくすることが好ましいが、基体３ａおよび蓋体３ｂの強度を維持するために、械的的強度である曲げ強度は２００ＭＰａ以上とすることが好ましい。
【００２５】
たとえば、基体３ａおよび蓋体３ｂの曲げ強度が２００ＭＰａ以上の場合は、基体３ａおよび蓋体３ｂの機械的強度が充分となり、荷重が加わった際に変形または破壊することを抑制できる。
【００２６】
また、基体３ａおよび蓋体３ｂは、相対密度が９５％以上の緻密質の酸化アルミニウム質焼結体によって形成される場合、以下のようにして作製される。
【００２７】
まず、酸化アルミニウム粉末に、希土類酸化物粉末や酸化アルミニウム粉末等の焼結助剤を添加・混合して、酸化アルミニウム質焼結体の原料粉末を調製する。次いで、この原料粉末に有機バインダおよび分散媒を添加・混合してペースト化し、このペーストをドクターブレード法によって、あるいは原料粉末に有機バインダを加え、プレス成形、圧延成形等によって、所定の厚みのグリーンシートを作製する。その後、所定枚数のシート状成形体を位置合わせして積層・圧着した後、この積層体を、たとえば非酸化性雰囲気中、焼成最高温度が１２００℃〜１５００℃の温度で焼成して、目的とするセラミック製の基体３ａおよび蓋体３ｂを得る。なお、基体３ａおよび蓋体３ｂの成形は粉末成形プレス法であってもよい。
【００２８】
一方、基体３ａおよび蓋体３ｂが金属材料から成る場合は、切削法、プレス法、ＭＩＭ（Metal Injection Mold）法等によって所定の形状に形成される。
【００２９】
そして、基体３ａおよび蓋体３ｂで形成される収容容器２の内部空間１０に、反応器５が収容される。また、基体３ａは、反応器５に接合される供給管６ａおよび排出管６ｂが貫通するための貫通孔１１ａ、および電極と接合されるリード端子７が貫通するための貫通孔１１ｂを有する。これらの貫通孔１１ａ、１１ｂは、切削法、プレス法、エッチング法、ブラスト法等によって所定の形状に作製される。
【００３０】
さらには、反応器５を収容する収容容器２は、上記に述べた異種の材料の組合せでもよく、部分的に異なる材料を組合せて用いてもよい。
【００３１】
本実施の形態によれば、基体３ａまたは蓋体３ｂの表面には高い反射率を有する高反射率部材４を有する。この高反射率部材４として、たとえばＳＵＳ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等のＦｅ系合金または無酸素銅等の金属材料を用いることができる。
【００３２】
また、高反射率部材４は金属単体に限定されるものではなく、たとえば基材表面に、めっき法および気相法、スパッタリング、イオンプレーティングなどのＰＶＤ法や、プラズマＣＶＤなどのＣＶＤ法、または溶射法によって容易に金属膜を形成することができる。
【００３３】
この場合、基材としては、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質焼結体、炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミック材料を用いることができる。
【００３４】
また、金属膜としては、基材表面にＡｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｗ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｎｉなどを成分とする金属膜、またはこれらの珪素添加物、または炭素添加物を成分とする金属膜、もしくはＩＴＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２などを成分とする金属酸化膜等を用いることができる。
以上のようにして、本実施形態にかかる高反射率部材４を作製することができる。
【００３５】
反応器５は、反応器５に接合される供給管６ａから反応器５内に供給された物質を、他の物質に変化させ、排出管６ｂから排出するための装置であり、その供給された物質を他の物質に変化させるための微細流路あるいは空隙を内部に有しており、担持された触媒等を用いて供給された物質を変性、転化、分解、混合し、別の物質に変換するための化学反応部として作用する。
【００３６】
反応器５は、特に限定されるものではなく、たとえば、シリコン等の半導体、石英、ガラス、セラミックス等の無機材料、または金属の基材に、切削法、エッチング法、ブラスト法等によって細い溝を形成して液体流路を作製するとともに、操作中の液体の蒸発防止等を目的として、ガラス板、金属等のカバーを陽極接合、ロウ付け、溶接等によって表面に密着することによって形成される。
【００３７】
またその形状も特に限定されるものではなく、たとえば四角形状等が挙げられる。また、石英、ガラス、セラミックス等から選ばれる１つの無機材料、または金属から成り、その内面に原料を反応生成するための触媒を担持した管体等によって実現されてもよい。
【００３８】
たとえば、反応器５内には、温度調節機構、たとえば、発熱抵抗体等から成る薄膜ヒータ（図示せず）または厚膜ヒータ（図示せず）を形成していることが好ましい。
【００３９】
供給管６ａおよび排出管６ｂは、たとえばＦｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系、ＳＵＳ等の金属材料、もしくはＡｌ２Ｏ３質焼結体、３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２質焼結体、ＳｉＣ質焼結体、ＡｌＮ質焼結体、Ｓｉ３Ｎ４質焼結体、またはガラスセラミック焼結体等のセラミック材料、もしくはポリイミド等の高耐熱の樹脂材料によって形成されている。
【００４０】
そして、これらの供給管６ａおよび排出管６ｂは、基体３ａに形成した貫通孔１１ａに挿通して接合される。この接合方法として、供給管６ａおよび排出管６ｂと基体３ａを構成する材料によって、超音波接合や熱溶着、圧着、樹脂接着剤による接着、Ａｕ−ＳｉやＡｇ−Ｃｕ等のロウ材による接合、硼珪酸ガラス等のガラスによる接合、同時焼結等の各種方法を適宜用いることができる。
【００４１】
また、供給管６ａおよび排出管６ｂの内径φは、０．１ｍｍ以上として流体の圧力損失を抑えるとともに、小型化、低背化のためには、供給管６ａおよび排出管６ｂの内径φを５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００４２】
供給管６ａおよび排出管６ｂの接合部分の断面形状としては、通常は円形とすればよいが、これに限定されない。すなわち、円形の他には、楕円形や、流体の流れ方向にその辺部を合わせることができる角状のもの、たとえば、正方形、長方形が挙げられる。
【００４３】
また、肉厚は物質供給や反応物質排出の圧力で変形しない厚みが必要であり、上記の材料から成る場合には、携帯機器等に使用するものでは通常は０．１ｍｍ以上であればよい。また、流れ方向の長さは、反応器５で発生する熱を発電セルに伝えにくくするためには長い程よいが、反応装置システム全体の大きさを考慮した長さにすべきである。
【００４４】
また、反応器５の物質供給口と供給管６ａとの接続および反応器５の物質排出口と排出管６ｂとの接続には、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス等のガラスや各種セラミックス、無機ポリマーを含む無機接着剤、ポリイミドアミド等の高耐熱性有機材料を含む接着剤、シリコーンゴムや珪素樹脂等の有機珪素化合物、またはＡｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｓｉ、Ａｕ−Ｇｅ、Ａｇ−Ｃｕ合金等の各種ロウ材から成るものを用いる接続方法が適用でき、これによって気密封止される。
【００４５】
このように本実施の形態の反応装置１は、内部空間１０を有する収容容器２と、内部空間１０内に配置された反応器５と、収容容器２の内面に設けられ、反応器５側の表面に収容容器２の内壁よりも高い反射率を有する高反射率部材４と、収容容器２に取着され、内部空間１０内を気密に封止する封止材９とによって構成されるので、高温室での発電損失を増やすことがなくなり、システム全体の発電損失を低減することができる。
【００４６】
また、反応器５で発生した熱を断熱することができるので、収容容器２の表面温度を低温で維持することができ、機器内の他の部品および対人要因への熱的影響を有効に防止することができる。また、内部空間１０内に高反射率部材４を備えることによって、基体３ａおよび蓋体３ｂ全体を高反射率処理した場合と同じ効果が得られる上に、基体３ａおよび蓋体３ｂ全体を高反射率処理する際に、蓋体３ｂおよび基体３ａの形状が複雑になると処理液等が付かず、細部の表面処理ができなくなるという問題が生じない。
【００４７】
また、反応器５側の表面に凹部を形成ことによって、高反射率部材４の表面で拡散反射、すなわち乱反射が起こり、反応器５からみた反射率が向上するので、断熱性能を向上することができる。また、高反射率部材４に凹部を設けることによって、高反射率部材４の剛性が高まり、たとえば真空封止時の蓋体３ｂの変形を抑制することができる。
【００４８】
また、高反射率部材４は、収容容器２の内壁側の表面に微小な凹凸を面方向に連続的して形成することによって、高反射率部材４には凹部で基体３ａの内壁から離間する部位が生じるため、高反射率部材４から基体３ａの内壁へ熱が伝導することを抑制することができ、収容容器２の温度上昇を抑制することができる。
【００４９】
また、反応装置１は、高反射率部材４の表面に、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｗ、Ｒｕ、Ｐｔ、またはＮｉを成分とする金属膜、もしくはこれらの珪素添加物または炭素添加物を成分とする金属膜、もしくはＩＴＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２などを成分とする金属酸化膜を形成することによって、反応器５で発生した熱を、より効率よく反射することができる。これによって、反応器５での発電損失を増やすことがなくなり、その結果、反応装置１のシステム全体の発電損失を低減することができる。
【００５０】
また、反応器５は、ロウ材を介して収容容器２の内壁の表面に直接接合されることによって、収容容器２と反応器５とを接合するための溶接に必要な特殊形状のプローブが不要となり、接合作業を容易化することができる。
【００５１】
また、反応器５は、収容容器２の内壁側の表面と溶接によって接合されることによって、部分加熱によって接合することが可能となるため、全体加熱が不可能な製品であっても、反応器５と収容容器２とを溶接によって接合することが可能となる。
【００５２】
本発明は、以上の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。たとえば、図１に示した例においては、供給管６ａおよび排出管６ｂは反応器５の下面に接合されているが、これらは高温室４および低温室５の仕様に応じて上面に接合してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態による反応装置の構成例を示す断面図である。
【図２】反応装置１の斜視図である。
【図３】反応装置１を下方から見た斜視図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  反応装置
２  収容容器
３ａ  収容容器の基体
３ｂ  収容容器の蓋体
４  高反射率部材
５  反応器
６ａ  供給管
６ｂ  排出管
７  リード端子
８  電極
９  封止材
【図１】
2009241028.tif 000003
【図２】
2009241028.tif 000004
【図３】
2009241028.tif 000005