(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池の周辺機器として使用されるマイクロリアクタにおいて、マイクロ流路の壁面に配置された触媒の剥離を防止できる反応器およびその製造方法を提供する。【解決手段】反応器１は、一面で開口した箱体３と、箱体３の開口を閉塞する底板４と、箱体３及び底板４によって形成された内部空間に収容され、その内部空間を仕切る複数の仕切板１１〜１７と、仕切板１１〜１７の両面に形成された複数の凹部７１に配置された触媒７と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応器本体の流路の壁面に複数の凹部を形成し、
前記凹部内に触媒を配置することを特徴とする反応器の製造方法。
【請求項２】
前記凹部間の壁面を露出させることを特徴とする請求項１に記載の反応器の製造方法。
【請求項３】
内部に流路を有するとともに前記流路の壁面に形成された複数の凹部を有する反応器本体と、
前記凹部内に配置された触媒と、を備えることを特徴とする反応器。
【請求項４】
前記凹部間の壁面が前記流路において露出していることを特徴とする請求項３に記載の反応器。
【請求項５】
隣り合う凹部内に配置された触媒が互いに離間していることを特徴とする請求項３又は４に記載の反応器。
【請求項６】
前記反応器本体の外から前記流路に通じたポートが前記反応器本体に形成され、
前記ポートの径が前記凹部の開口面における前記凹部の径よりも大きいことを特徴とする請求項３から５の何れか一項に記載の反応器。
【請求項７】
前記反応器本体の外から前記流路に通じたポートが前記反応器本体に形成され、
前記ポートの径が前記凹部の深さよりも大きいことを特徴とする請求項３から６の何れか一項に記載の反応器。
【請求項８】
前記反応器本体が、
一部開口した箱体と、
前記箱体の開口を防ぐ底板と、
前記底板上に立設されて前記箱体内に収容された複数の板材と、を有し、
前記板材間の隙間が前記流路とされ、
前記複数の板材の表面に前記凹部が形成されていることを特徴とする請求項３から７の何れか一項に記載の反応器。
【請求項９】
前記反応器本体が互いに接合された複数の基板を有し、
前記基板の接合面に溝が形成され、前記基板の接合により前記溝が前記流路とされ、
前記溝の底に前記凹部が形成されていることを特徴とする請求項３から７の何れか一項に記載の反応器。
【請求項１０】
燃料から水素を生成する改質器と、
前記改質器で生成された水素と酸化剤の電気化学反応により電力を取り出す燃料電池と、を備え、
前記改質器が、
燃料の流れる流路を内部に有するとともに前記流路の壁面に形成された複数の凹部を有する反応器本体と、
前記凹部内に配置された触媒と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１１】
前記改質器の後段に設けられ、前記触媒を捕捉可能な触媒補足手段を更に備えることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記触媒補足手段が交換可能であることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記改質器と前記触媒補足手段との間の経路の内径が、前記凹部の開口面における前記凹部の径よりも大きいことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記改質器と前記触媒補足手段との間の経路の内径が、前記凹部の開口面における前記凹部の深さよりも大きいことを特徴とする請求項１１から１３の何れか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
燃料から水素を生成する改質器と、
前記改質器で水素とともに生成された一酸化炭素を酸化により除去する一酸化炭素除去器と、
前記改質器で生成された水素と酸化剤の電気化学反応により電力を取り出す燃料電池と、を備え、
前記一酸化炭素除去器が、
前記改質器で生成された生成物の流れる流路を内部に有するとともに前記流路の壁面に形成された複数の凹部を有する反応器本体と、
前記凹部内に配置された触媒と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１６】
燃料から水素を生成する改質器と、
前記改質器で生成された水素と酸化剤の電気化学反応により電力を取り出す燃料電池と、
前記燃料電池で未反応の水素を燃焼させる燃焼器と、を備え、
前記燃焼器が、
前記燃料電池で未反応の水素の流れる流路を内部に有するとともに前記流路の壁面に形成された複数の凹部を有する反応器本体と、
前記凹部内に配置された触媒と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応器、その製造方法及び燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータ、携帯電話機、デジタルカメラといった電子機器の電源として小型の燃料電池を利用するための研究・開発が盛んに行われている。燃料電池の周辺機器として、メタノールと水から水素を生成するマイクロリアクタがあり、生成された水素が燃料電池に供給され、燃料電池が発電する。
【０００３】
マイクロリアクタには、微小なマイクロ流路が設けられており、マイクロ流路の壁面に触媒が搭載されている（例えば、特許文献１参照）。そのため、マイクロ流路をメタノールと水の蒸気が流動すると、触媒により反応が起こり、水素等が生成される。
【特許文献１】特開２００７−８７３１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、触媒がマイクロ流路の壁面から剥離してしまうことがある。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、触媒の剥離を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明によれば、
反応器本体の流路の壁面に複数の凹部を形成し、
前記凹部内に触媒を配置することを特徴とする反応器の製造方法が提供される。
【０００６】
請求項２に係る発明によれば、
前記凹部間の壁面を露出させることを特徴とする請求項１に記載の反応器の製造方法が提供される。
【０００７】
請求項３に係る発明によれば、
内部に流路を有するとともに前記流路の壁面に形成された複数の凹部を有する反応器本体と、
前記凹部内に配置された触媒と、を備えることを特徴とする反応器が提供される。
【０００８】
請求項４に係る発明によれば、
前記凹部間の壁面が前記流路において露出していることを特徴とする請求項３に記載の反応器が提供される。
【０００９】
請求項５に係る発明によれば、
隣り合う凹部内に配置された触媒が互いに離間していることを特徴とする請求項３又は４に記載の反応器が提供される。
【００１０】
請求項６に係る発明によれば、
前記反応器本体の外から前記流路に通じたポートが前記反応器本体に形成され、
前記ポートの径が前記凹部の開口面における前記凹部の径よりも大きいことを特徴とする請求項３から５の何れか一項に記載の反応器が提供される。
【００１１】
請求項７に係る発明によれば、
前記反応器本体の外から前記流路に通じたポートが前記反応器本体に形成され、
前記ポートの径が前記凹部の深さよりも大きいことを特徴とする請求項３から６の何れか一項に記載の反応器が提供される。
【００１２】
請求項８に係る発明によれば、
前記反応器本体が、
一部開口した箱体と、
前記箱体の開口を防ぐ底板と、
前記底板上に立設されて前記箱体内に収容された複数の板材と、を有し、
前記板材間の隙間が前記流路とされ、
前記複数の板材の表面に前記凹部が形成されていることを特徴とする請求項３から７の何れか一項に記載の反応器が提供される。
【００１３】
請求項９に係る発明によれば、
前記反応器本体が互いに接合された複数の基板を有し、
前記基板の接合面に溝が形成され、前記基板の接合により前記溝が前記流路とされ、
前記溝の底に前記凹部が形成されていることを特徴とする請求項３から７の何れか一項に記載の反応器が提供される。
【００１４】
請求項１０に係る発明によれば、
燃料から水素を生成する改質器と、
前記改質器で生成された水素と酸化剤の電気化学反応により電力を取り出す燃料電池と、を備え、
前記改質器が、
燃料の流れる流路を内部に有するとともに前記流路の壁面に形成された複数の凹部を有する反応器本体と、
前記凹部内に配置された触媒と、を備えることを特徴とする燃料電池システムが提供される。
【００１５】
請求項１１に係る発明によれば、
前記改質器の後段に設けられ、前記触媒を捕捉可能な触媒補足手段を更に備えることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池システムが提供される。
【００１６】
請求項１２に係る発明によれば、
前記触媒補足手段が交換可能であることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池システムが提供される。
【００１７】
請求項１３に係る発明によれば、
前記改質器と前記触媒補足手段との間の経路の内径が、前記凹部の開口面における前記凹部の径よりも大きいことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の燃料電池システムが提供される。
【００１８】
請求項１４に係る発明によれば、
前記改質器と前記触媒補足手段との間の経路の内径が、前記凹部の開口面における前記凹部の深さよりも大きいことを特徴とする請求項１１から１３の何れか一項に記載の燃料電池システムが提供される。
【００１９】
請求項１５に係る発明によれば、
燃料から水素を生成する改質器と、
前記改質器で水素とともに生成された一酸化炭素を酸化により除去する一酸化炭素除去器と、
前記改質器で生成された水素と酸化剤の電気化学反応により電力を取り出す燃料電池と、を備え、
前記一酸化炭素除去器が、
前記改質器で生成された生成物の流れる流路を内部に有するとともに前記流路の壁面に形成された複数の凹部を有する反応器本体と、
前記凹部内に配置された触媒と、を備えることを特徴とする燃料電池システムが提供される。
【００２０】
請求項１６に係る発明によれば、
燃料から水素を生成する改質器と、
前記改質器で生成された水素と酸化剤の電気化学反応により電力を取り出す燃料電池と、
前記燃料電池で未反応の水素を燃焼させる燃焼器と、を備え、
前記燃焼器が、
前記燃料電池で未反応の水素の流れる流路を内部に有するとともに前記流路の壁面に形成された複数の凹部を有する反応器本体と、
前記凹部内に配置された触媒と、を備えることを特徴とする燃料電池システムが提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、流路の壁面に形成された凹部に触媒が配置されているので、触媒の剥離を防止することができる。また触媒が剥離したとしても、剥離した触媒によって反応器流路や燃料電池システム内の流路等を閉塞することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明を実施するための好ましい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。
【００２３】
〔第１の実施の形態〕
図１、図２は、反応器１を示した分解斜視図である。
図１、図２に示すように、反応器１の本体２は、一面で開口した箱体３と、箱体３の開口を閉塞する底板４と、箱体３及び底板４によって形成された内部空間に収容され、その内部空間を仕切る複数の仕切板１１〜１７と、を備える。箱体３、底板４及び仕切板１１〜１７は、ステンレス鋼といった金属材料からなる。
【００２４】
インレットポート５が底板４の四つ角のうち１つの角４１の近傍に形成され、アウトレットポート６がその隣の角４２に形成されている。インレットポート５、アウトレットポート６は底板４を貫通した穴である。
【００２５】
仕切板１１〜１７がＬ字状に折り曲げられており、これによりフランジ２１〜２７が仕切板１１〜１７の一辺に形成されている。フランジ２１〜２７が底板４の一方の面に接合されることによって、仕切板１１〜１７が立った状態で底板４の一方の面に設けられている。
【００２６】
仕切板１１〜１７は底板４の四辺４３〜４６のうち向かい合う２つの辺４５，４６に平行となるように配置されている。また、仕切板１１〜１４はそれらと平行でない１つの辺４３寄りに設けられ、仕切板１５〜１７がその辺４３の対辺４４寄りに設けられ、仕切板１１〜１４と仕切板１５〜１７が互い違いに配置されている。
【００２７】
仕切板１１〜１７が箱体３に入り込むようにして、底板４が箱体３の開口を塞ぎ、底板４が箱体３に接合されている。仕切板１１〜１４の片側が箱体３の４つの側壁のうち１つ側壁３１に当接し、反対側が対向の側壁３２から離れている。一方、仕切板１１〜１４と仕切板１５〜１７が互い違いに配置されているので、仕切板１５〜１７の片側が側壁３２に当接し、反対側が側壁３１から離れている。
【００２８】
箱体３及び底板４によって包囲された内部空間が仕切板１１〜１７によって仕切られることによって、その内部空間に流路が形成される。仕切板１１〜１４と仕切板１５〜１７が互い違いに配置されているので、内部の流路は蛇行した流路である。
【００２９】
仕切板１１〜１７の両面には複数の凹部が形成され、これら凹部に触媒７が埋め込まれ、配置されている。これら凹部は間隔を置いて配列されており、凹部間の壁面には触媒が担持されていないので、凹部間の壁面が露出している。触媒７が埋め込まれて配置されている凹部の直径は流路の幅や深さよりも小さい。さらに、触媒７が埋め込まれて配置されている凹部の開口面における凹部の直径（径が一様でない場合には、最も大きい部分の直径をいう。凹部の開口面における形状が多角形の場合には、最も長い対角線の長さをいう。）は、底板４に設けられているインレットポート５、アウトレットポート６の内直径（径が一様でない場合には、最も小さい部分の内直径をいう。ポート５，６の形状が多角形の場合には、最も短い対角線の長さをいう。）よりも小さい。また、触媒７が埋め込まれている凹部の深さ（深さが一様でない場合には、最も深い部分の深さをいう。）は、底板４に設けられているインレットポート５、アウトレットポート６の内直径（径が一様でない場合には、最も小さい部分の内直径をいう。ポート５，６の形状が多角形の場合には、最も短い対角線の長さをいう。）よりも小さい。
【００３０】
触媒７の組成物は反応器１の用途に応じたものである。例えば、反応器１が蒸気状の燃料と水から水素等を生成する改質器である場合には、触媒７はＰｄ／ＺｎＯ系触媒又はＣｕ／ＺｎＯ系触媒であり、反応器１が水素ガス中に混じった一酸化炭素を優先的に酸化させる選択酸化反応器である場合、触媒７は白金系触媒であり、反応器１が燃料や水素を燃焼させる燃焼器である場合、触媒７は白金系触媒である。
【００３１】
なお、必要に応じて反応器本体２に加熱器を設け、反応器本体２が加熱器によって過熱されるものとしてもよい。加熱器としては、電熱ヒータ、燃焼器、バーナ等を用いる。
また、反応器本体２が剛性のある真空パッケージ内に収容され、反応器本体２の外面が真空パッケージの内面から離れるように設けられてもよい。このような真空パッケージ内に反応器本体２が収容されることで、反応器本体２の放熱等を防止することができる。
【００３２】
続いて、この反応器１の使用方法について説明する。
インレットポート５を通じて反応器本体２の内部に反応物を流し込むと、反応物が本体２内の蛇行流路に沿って流動する。反応物が触媒７に接すると、触媒反応が起こり、生成物が生成される。生成物がアウトレットポート６を通じて反応器本体２の外に流出する。
【００３３】
なお、これら触媒７の間で組成物が異なっていてもよい。複数種類の組成物が用いられると、複数種の化学反応が起こるようになる。例えば、内部の蛇行流路のうちインレットポート５寄りでは触媒７の組成物がＰｄ／ＺｎＯ系触媒又はＣｕ／ＺｎＯ系触媒であり、アウトレットポート６寄りでは触媒７の組成物が白金系触媒である。このようにすれば、蛇行流路を反応物（水と燃料の蒸気）が流れている際には、インレットポート５寄りでは水素が生成される改質反応が起こり、アウトレットポート６寄りでは、選択酸化反応が起こる。この場合、インレットポート５とアウトレットポート６のほかに、更にインレットポートを蛇行流路の中途部に設け、酸化剤（空気中の酸素）をそのインレットポートから流路に流れ込むようにする。
【００３４】
続いて、反応器１の製造方法について説明する。
まず、図３、図４に示すように、仕切板１１を準備し、仕切板１１をＬ字状に折り曲げる。ここでは、未だ、仕切板１１には凹部や触媒７が形成されていない。
【００３５】
次に、図５〜１４に示すように、フォトリソグラフィー工程、エッチング工程を経て、仕切板１１の両面に複数の凹部７１を凹設する。つまり、仕切板１１全体をレジスト９１でコーティングし（図５、図６）、多数の穴９３が形成されたマスク９４でレジスト９１を覆い（図７、図８）、マスク９４の穴９３を通じてレジスト９１を露光し、現像剤によってレジスト９１を現像することによりレジスト９１に複数の開口９２を形成し、続いて、マスク９４を取り外す（図９、図１０）。このようなフォトリソグラフィー工程を経た後、レジスト９１によって一部覆われた状態の仕切板１１をエッチングすると、レジスト９１の開口９２の箇所において凹部７１が形成される（図１１、図１２）。続いて、除去剤によってレジスト９１を除去する（図１３、図１４）。なお、レジスト９１には東京応化工業株式会社製のＯＦＰＲ−８００を、現像剤には東京応化工業株式会社製のＮＭＤ−３を、エッチング液には塩化第二鉄液を用いることが好ましいが、特にこれらに限られるものではない。また、図では、レジスト９１がポジ型であるが、ネガ型であってもよいが、その場合露光する箇所と露光しない箇所を反転させる。
【００３６】
次に、触媒活性成分が分散した懸濁液を調製する。つまり、触媒活性成分とアルミナゾルと増粘剤を混合してスラリー状にして、懸濁液を得る。触媒活性成分はＰｄ／ＺｎＯ、Ｃｕ／ＺｎＯ又は貴金属（例えば、Ｐｔ）である。また、触媒活性成分が１０に対して、アルミナゾルが１、増粘剤が４０の比率とすることが好ましいが、特にこのような比率に限られるものではない。
【００３７】
調製した懸濁液を各凹部７１に塗布し、凹部７１間の壁面７２には塗布しない。このように凹部７１のみに懸濁液を塗布すべく、各種の印刷法（例えば、インクジェットプリンティング法、スキージ法）を使用する。例えば、図１５に示すように、ヘッド（例えば、インクジェットヘッド、ディスペンサ）９５と仕切板１１とのどちらか一方又は両方を仕切板１１に平行な面に沿って移動させながら、ヘッド９５が凹部７１の上に位置した時に、ヘッド９５から懸濁液９６を吐出、滴下又は噴出することにより、凹部７１に懸濁液９６を塗布して、凹部７１間の壁面７２には塗布しない。
【００３８】
これら凹部７１に懸濁液９６を塗布した後、凹部７１内の懸濁液９６を自然乾燥させ、仕切板１１の反対面の各凹部７１にも懸濁液を塗布し、その懸濁液を自然乾燥させる。その後、懸濁液の乾燥物を焼成すると、触媒７が出来上がる。なお、触媒７の成分によっては焼成を行わなくてもよい。また、全ての凹部７１について又は何れかの凹部７１について、触媒７が出来上がった時点で凹部７１全体を触媒７で埋め尽くすのではなく、凹部７１を部分的に触媒７で埋めてもよい。
【００３９】
仕切板１２〜１７についても同様に触媒７の担持を行う。そして、仕切板１１〜１４と仕切板１５〜１７を左右にずらして、仕切板１１〜１４と仕切板１５〜１７を互い違いに配置するよう、これら仕切板１１〜１７を底板４の一方の面に載置し、フランジ２１〜２７を底板４に接合する。そして、仕切板１１〜１７を箱体３に入れ込んで、箱体３の開口を底板４で閉塞し、底板４と箱体３を接合する。
【００４０】
本実施形態によれば、凹部７１に触媒７が配置されているので、触媒７は凹部７１の開口を除いて凹部７１の壁面に接触し、触媒７の単位体積当たりの接触面積が大きくなる。そのため、触媒７の付着強度が向上し、触媒７の剥離を防止することができる。また、隣り合う凹部７１に配置された触媒７が互いに離れているので、仮に１つの触媒７が凹部７１から外れた場合でも、隣の触媒７に影響を与えず、隣の触媒７が剥離しない。また、凹部７１の開口における凹部７１の直径が流路の幅、深さよりも小さく、さらにインレットポート５、アウトレットポート６の内直径よりも小さいので、仮に触媒７が剥離したものとしても、触媒７によって流路が閉塞されない。
【００４１】
〔第２の実施の形態〕
図１６は、反応器１０１を示した分解斜視図である。
反応器１０１の本体１０２は２枚の基板１１０，１２０を有し、これら２枚の基板１１０，１２０が積み重ねられて接合されたものが本体１０２となる。基板１１０，１２０の素材はシリコン、ガラス（例えば、Ｎａを含むパイレックス（登録商標）ガラス）等であり、基板１１０の素材と基板１２０の素材は同じであってもよいし、異種であってもよい。基板１１０，１２０の接合は陽極接合が好ましく、基板１１０，１２０を接合すべく、基板１１０，１２０の接合界面に金属薄膜等の介在物があってもよい。
【００４２】
基板１１０の接合面１１２には、蛇行した溝１１１が凹設されている。同様に、基板１２０の接合面１２２にも蛇行した溝１２１が凹設されている。これら溝１１１，１２１は接合面に関して面対称な形状であり、基板１１０，１２０が接合されると、溝１１１，１２１が重なり合う。そして、重なり合った溝１１１，１２１が蛇行流路となる。
【００４３】
基板１２０にはインレットポート１０５及びアウトレットポート１０６が形成されている。インレットポート１０５は溝１２１の一端部において基板１２０を貫通し、アウトレットポート１０６は溝１２１の他端部において基板１２０を貫通している。そのため、インレットポート１０５及びアウトレットポート１０６が蛇行流路に通じている。
【００４４】
図１７は、反応器１０１の図１６に示されたXVII−XVIIに沿った面に相当する部分の矢視断面図である。図１７に示すように、溝１１１及び溝１２１の底面には、複数の凹部１７１が凹設され、これら凹部１７１に触媒１０７が埋め込まれ配置されている。これら凹部１７１は間隔を置いて配列されており、凹部１７１間の壁面には触媒が担持されていないので、凹部１７１間の壁面が露出している。凹部１７１の直径（径が一様でない場合には、最も大きい部分の直径をいう。凹部１７１の開口面における形状が多角形の場合には、最も長い対角線の長さをいう。）は溝１１１や溝１２１の幅や深さよりも小さい。また、凹部１７１の直径（径が一様でない場合には、最も大きい部分の直径をいう。凹部１７１の開口面における形状が多角形の場合には、最も長い対角線の長さをいう。）は、基板１２０に設けられているインレットポート１０５、アウトレットポート１０６の直径（径が一様でない場合には、最も小さい部分の内直径をいう。ポート１０５，１０６の形状が多角形の場合には、最も短い対角線の長さをいう。）よりも小さい。また、凹部１７１の深さ（深さが一様でない場合には、最も深い部分の深さをいう。）は、基板１２０に設けられているインレットポート１０５、アウトレットポート１０６の直径（径が一様でない場合には、最も小さい部分の内直径をいう。ポート１０５，１０６の形状が多角形の場合には、最も短い対角線の長さをいう。）よりも小さい。 
【００４５】
なお、両方の基板１１０，１２０に溝１１１，１２１がそれぞれ形成されているが、基板１１０と基板１２０のどちらか一方にだけ溝１１１（又は溝１２１）が形成されていてもよい。また、基板の数は２枚に限らず、３枚以上であって、それらが接合され、各接合面に溝が形成されていてもよい。
【００４６】
続いて、反応器１０１の製造方法について説明する。
まず、溝１１１，１２１や凹部１７１の形成されていない２枚の基板１１０，１２０を準備する。基板１１０の接合面１１２にフォトリソグラフィー法によりレジストマスクを形成する。そのレジストマスクには複数の開口が形成されているが、それら開口は、加工しようとする凹部１７１に対応するものである。そして、サンドブラスト法により凹部１７１を彫り込む。つまり、微粒子をレジストマスクに向けて吹き付けると、レジストマスクの開口において凹部１７１が凹設される。その後、レジストマスクを除去する。
【００４７】
続いて、基板１１０の接合面１１２にフォトリソグラフィー法によりレジストマスクを形成する。そのレジストマスクには開口が形成されているが、開口は、加工しようとする溝１１１に対応するものである。そして、サンドブラスト法により溝１１１を彫り込む。つまり、微粒子をレジストマスクに向けて吹き付けると、レジストマスクの開口において溝１１１が凹設される。先に凹部１７１も形成したので、溝１１１の底面に凹部１７１が残った状態で溝１１１が彫り込まれていく。その後、レジストマスクを除去する。同様にして、基板１２０の接合面１２２にも複数の凹部１７１をサンドブラスト法により彫り込み、その後、溝１２１をサンドブラスト法により彫り込むとともにポート１０５，１０６を穿孔する。
【００４８】
なお、溝１１１を形成した後に、凹部１７１を形成してもよい。また、溝１１１、凹部１７１の形成法はサンドブラスト法に限らず、エッチング法を用いてもよい。
【００４９】
次に、触媒活性成分とアルミナゾルと増粘剤を混合してスラリー状にして、懸濁液を得る。調製した懸濁液を各凹部１７１に塗布し、凹部１７１間の壁面には塗布しない。これら凹部１７１に懸濁液を塗布した後、凹部１７１内の懸濁液を自然乾燥させ、その後、懸濁液の乾燥物を焼成すると、触媒１０７が出来上がる。基板１２０の溝１２１の底面に凹設した凹部１７１についても同様に触媒１０７を担持する。
次に、溝１１１と溝１２１を合わせて、基板１１０の接合面１１２と基板１２０の接合面１２２を接合する。
【００５０】
本実施形態によれば、凹部１７１に触媒１０７が配置されているので、触媒７の剥離を防止することができる。
【００５１】
なお、上記第１、第２実施形態においては、凹部７１、１７１の開口面における形状が正方形の形状をしているが、円や多角形でも構わない。例えば多角を有する星型などにすると、その異型性から、埋めこめられた触媒と凹部との接触面積が高くなり、より触媒が剥離しにくい効果を有する。また凹部の配置についても、上記第１、第２実施形態に限定されず、千鳥格子状や、ランダムに配置してもよく、また反応流路内の触媒量に分布を持たせる場合など、反応流路内における触媒量分布に対応して凹部を配置形成してもよい。
【００５２】
〔利用例〕
図１８は、上述した反応器１又は反応器１０１を利用した燃料電池システム２０１の概略構成を示したブロック図である。この燃料電池システム２０１は、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、その他の電子機器に備え付けられるものであり、これらの電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。
【００５３】
図１８においては、改質器２０５、一酸化炭素除去器２０８、燃焼器２１５の何れか又は全てに反応器１又は反応器１０１を利用している。反応器１又は反応器１０１を改質器２０５に利用する場合には、触媒７、触媒１０７の触媒活性成分をＰｄ／ＺｎＯ、Ｃｕ／ＺｎＯにする。反応器１又は反応器１０１を一酸化炭素除去器２０８又は燃焼器２１５に利用する場合には、触媒７、触媒１０７の触媒活性成分を白金にする。反応器１又は反応器１０１を改質器２０５、一酸化炭素除去器２０８又は燃焼器２１５に利用する場合、反応器本体２又は反応器本体１０２に加熱器を設けるとよい。
【００５４】
カートリッジ２０２には燃料（例えば、メタノール）と水が収容されている。カートリッジ２０２内の燃料と水がポンプ２０３によって気化器２０４に送液され、燃料と水が気化器２０４において気化する。燃料と水の混合気は改質器２０５に送られ、改質器２０５において燃料が水素に改質されるとともに僅かながらの一酸化炭素が生成される。反応器１又は反応器１０１を改質器２０５に利用した場合、気化器２０４によって気化した燃料と水の混合気はインレットポート５又はインレットポート１０５を通って反応器本体２又は反応器本体１０２内に流入する。そして、その混合気は反応器本体２又は１０２内の流路を流れ、水素等の生成物がアウトレットポート６又は１０６を取って送出される。
改質器２０５で生成された水素等はフィルタ装置２０７を介して、一酸化炭素除去器２０８に送られる。更に、外部の空気が空気ポンプ２０６によって一酸化炭素除去器２０８に送られる。一酸化炭素除去器２０８では選択酸化反応が起き、一酸化炭素が優先的に酸化して除去される。反応器１又は反応器１０１を一酸化炭素除去器２０８に適用した場合、改質器２０５によって生成された水素等と空気が混合された状態で、インレットポート５又はインレットポート１０５を通って反応器本体２又は反応器本体１０２内に流入する。そして、その混合気は反応器本体２又は１０２内の流路を流れ、水素等の生成物がアウトレットポート６又は１０６を取って送出される。
一酸化炭素除去器２０８を経た水素等はフィルタ装置２０９を介して燃料電池２１８のアノード２１０に送られる。この燃料電池２１８においては、アノード２１０とカソード２１２の間に電解質膜２１１が挟持されている。一方、外部の空気が空気ポンプ２１３によってカソード２１２に送られる。そして、燃料電池２１８では、アノード２１０に送られた水素とカソード２１２に送られた空気中の酸素が電解質膜２１１を介して電気科学的に反応する。これにより電力が生じ、その電力が電子機器本体の各部に供給される。
アノード２１０で反応しなかった水素は燃焼器２１５に送られる。一方、外部の空気が空気ポンプ２１４によって燃焼器２１５に送られる。燃焼器２１５では水素が燃焼され、それにより燃焼熱が生じ、その燃焼熱によって改質器２０５や一酸化炭素除去器２０８が加熱される。反応器１又は反応器１０１を燃焼器２１５に適用した場合、アノード２１０で未反応の水素と空気が混合された状態で、インレットポート５又はインレットポート１０５を通って反応器本体２又は反応器本体１０２内に流入する。そして、その混合気は反応器本体２又は１０２内の流路を流れ、水素等の生成物がアウトレットポート６又は１０６を取って送出される。
熱効率を高めるため、改質器２０５、一酸化炭素除去器２０８及び燃焼器２１５は断熱パッケージ２１７内に収容されている。以上の経路を経て生成された生成物が燃焼器２１５からフィルタ装置２１６を介して外部に排出される。
【００５５】
改質器２０５内に担持された触媒が剥離することがあるが、剥離した触媒はフィルタ装置２０７によって捕捉される。同様に、一酸化炭素除去器２０８から剥離した触媒はフィルタ装置２０９によって捕捉され、燃焼器２１５から剥離した触媒はフィルタ装置２１６によって捕捉される。フィルタ装置２０７，２０９，２１６は交換可能であり、フィルタ装置２０７，２０９，２１６に塵埃や触媒等が集塵されても、フィルタ装置２０７，２０９，２１６を交換すればよい。
【００５６】
図１９に示されたフィルタ装置２０７のように、ベース２２９にＵ字型の配管継手２２０が設けられ、配管継手２２０の内部にフィルタ２２１が設けられ、配管継手２２０の両端部にＯ（オー）リング２２２がそれぞれ設けられ、ねじ２２３をベース２２９の通し孔２２４に通してねじ穴２２５に螺合して、ベース２２９を流路部材２２６に取り付ける。流路部材２２６には、改質器２０５からの上流流路２２７と一酸化炭素除去器２０８への下流流路２２８が形成され、配管継手２２０の一端が上流流路２２７に通じ、他端が下流流路２２８に通じる。フィルタ装置２０９、２１６もフィルタ装置２０７と同様に設けられており、取り付ける箇所が異なるだけである。
【００５７】
改質器２０５に反応器１又は反応器１０１を適用した場合、改質器２０５とフィルタ装置２０７との間の経路の内直径（径が一様でない場合には、最も小さい部分の内直径をいう。）が、凹部７１又は凹部１７１の開口面における凹部７１又は凹部１７１の直径（径が一様でない場合には、最も大きい部分の直径をいう。凹部７１又は凹部１７１の開口面における形状が多角形の場合には、最も長い対角線の長さをいう。）や深さ（深さが一様でない場合には、最も深い部分の深さをいう。）よりも大きい。
また、一酸化炭素除去器２０８に反応器１又は反応器１０１を適用した場合、一酸化炭素除去器２０８とフィルタ装置２０９との間の経路の内直径（径が一様でない場合には、最も小さい部分の内直径をいう。）が、凹部７１又は凹部１７１の開口面における凹部７１又は凹部１７１の直径（径が一様でない場合には、最も大きい部分の直径をいう。凹部７１又は凹部１７１の開口面における形状が多角形の場合には、最も長い対角線の長さをいう。）や深さ（深さが一様でない場合には、最も深い部分の深さをいう。）よりも大きい。
また、燃焼器２１５に反応器１又は反応器１０１を適用した場合、燃焼器２１５とフィルタ装置２１６との間の経路の内直径（径が一様でない場合には、最も小さい部分の内直径をいう。）が、凹部７１又は凹部１７１の開口面における凹部７１又は凹部１７１の直径（径が一様でない場合には、最も大きい部分の直径をいう。凹部７１又は凹部１７１の開口面における形状が多角形の場合には、最も長い対角線の長さをいう。）や深さ（深さが一様でない場合には、最も深い部分の深さをいう。）よりも大きい。
【００５８】
なお、一酸化炭素除去器２０８や燃焼器２１５は必要に応じて設けたものであり、一酸化炭素除去器２０８、燃焼器２１５は必ずしも設けなくてもよい。例えば、燃料電池２１８の電解質膜２１１が固体高分子電解質である場合には、一酸化炭素除去器２０８があった方が好ましいが、電解質膜２１１が固体酸化物電解質膜である場合には、一酸化炭素除去器２０８は無くてもよい。また、改質器２０５や一酸化炭素除去器２０８を電気ヒータ等によって適温に加熱することができるのであれば、燃焼器２１５は無くてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は、第１実施形態における反応器を分解した状態で示した分解斜視図である。
【図２】図２は、上記反応器を分解した状態で示した分解斜視図である。
【図３】図３は、加工前の状態の仕切板を示した断面図である。
【図４】図４は、図３に対応する背面図である。
【図５】図５は、一加工工程後の仕切板を示した断面図である。
【図６】図６は、図５に対応する背面図である。
【図７】図７は、図５の次の工程後の仕切板を示した断面図である。
【図８】図８は、図７に対応する背面図である。
【図９】図９は、図７の次の工程後の仕切板を示した断面図である。
【図１０】図１０は、図９に対応する背面図である。
【図１１】図１１は、図９の次の工程後の仕切板を示した断面図である。
【図１２】図１２は、図１１に対応する背面図である。
【図１３】図１３は、図１１の次の工程後の仕切板を示した断面図である。
【図１４】図１４は、図１３に対応する背面図である。
【図１５】図１５は、仕切板に触媒を搭載している状態を示した図面である。
【図１６】図１６は、第２実施形態における反応器を分解した状態で示した分解斜視図である。
【図１７】図１７は、図１６に示されたXVII−XVIIに沿った面の矢視断面図である。
【図１８】図１８は、燃料電池システムの概略構成を示したブロック図である。
【図１９】図１９は、フィルタ装置を外した状態で示した図面である。
【符号の説明】
【００６０】
１、１０１  反応器
２、１０２  反応器本体
５、１０５  インレットポート
６、１０６  アウトレットポート
７、１０７  触媒
７１、１７１  凹部
１１１、１２１  溝
２０１  燃料電池システム
２０５  改質器
２０８  一酸化炭素除去器
２１５  燃焼器
２０７、２０８、２１６  フィルタ装置
２１８  燃料電池
【図１】
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【図２】
2009066574.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009066574.tif 000006
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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