反応装置の製造方法及び反応装置
【課題】材質選択の幅を確保したまま、熱膨張に基づく反応装置の破損や劣化を抑制する。
【解決手段】反応装置の製造方法は、反応部を備えた反応装置本体を準備する反応装置本体準備工程と、反応装置本体のうち、少なくとも前記反応部を加熱するための加熱部を準備する加熱部準備工程と、反応装置本体と加熱部との位置合わせをする第一配置工程とを有する。加熱部準備工程は、断熱材を準備する断熱材準備工程と、断熱材上に、表面が平坦な平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程と、平坦化膜上に、通電により発熱する加熱部を形成する加熱部形成工程とを含む。第一配置工程は、加熱部と反応装置本体とが非接合な状態で対向するように、反応装置本体と加熱部との位置合わせを行う。
【解決手段】反応装置の製造方法は、反応部を備えた反応装置本体を準備する反応装置本体準備工程と、反応装置本体のうち、少なくとも前記反応部を加熱するための加熱部を準備する加熱部準備工程と、反応装置本体と加熱部との位置合わせをする第一配置工程とを有する。加熱部準備工程は、断熱材を準備する断熱材準備工程と、断熱材上に、表面が平坦な平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程と、平坦化膜上に、通電により発熱する加熱部を形成する加熱部形成工程とを含む。第一配置工程は、加熱部と反応装置本体とが非接合な状態で対向するように、反応装置本体と加熱部との位置合わせを行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応装置の製造方法及び反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物質の反応が生じるマイクロリアクタとしては、例えば一組の金属基板のうち少なくとも一方の金属基板に流路を形成するとともに、その内面に触媒を担持させて、当該一組の金属基板を接合することで、形成されたものが知られている（例えば特許文献１参照）。また、マイクロリアクタには、少なくとも一方の金属基板上に対して、絶縁膜及び発熱体に好適な材質が直接成膜されることで、絶縁膜及び発熱体が形成されたマイクロリアクタが知られている。
【特許文献１】特開２００７−１９１３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、上述のマイクロリアクタでは、絶縁膜及び発熱体に好適な材質が金属基板に直接成膜されているために、マイクロリアクタの温度上昇に伴って、金属基板及び発熱体がそれぞれ熱膨張することになる。ここで、金属基板と発熱体とは熱膨張率の異なる材質で形成されているために、両者の熱膨張による変形量に差が生じてしまう。温度昇降が繰り返される使用状況においては、この変形量の差によって発熱体が破損したり劣化したりするおそれがある。これを防止すべく、金属基板と発熱体とを熱膨張率の近い素材により形成することが考えられるが、これでは材質選択の幅を狭めてしまう。
本発明の課題は、材質選択の幅を確保したまま、熱膨張に基づく反応装置の破損や劣化を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
以上の課題を解決するため、本発明に係る一の態様によれば、
物質の反応が生じる反応部を備えた反応装置本体を準備する反応装置本体準備工程と、
前記反応装置本体の前記反応部を加熱するための加熱部を準備する加熱部準備工程と、
前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせをする第一配置工程とを有し、
前記加熱部準備工程は、
断熱材を準備する断熱材準備工程と、
前記断熱材上に、表面が平坦な平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程と、
前記平坦化膜上に、通電により発熱する前記加熱部を形成する加熱部形成工程とを含み、
前記第一配置工程は、前記加熱部と前記反応装置本体とが非接合な状態で対向するように、前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせを行うことを特徴とする反応装置の製造方法が提供される。
【０００５】
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは前記断熱材は緻密である。
【０００６】
本発明に係るその他の態様によれば、
物質の反応が生じる反応部を備えた反応装置本体を準備する反応装置本体準備工程と、
前記反応装置本体の前記反応部を加熱するための加熱部を準備する加熱部準備工程と、
前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせをする第一配置工程とを有し、
前記加熱部準備工程は、
緻密な断熱材を準備する第一断熱材準備工程と、
前記断熱材上に、通電により発熱する前記加熱部を形成する加熱部形成工程とを含み、
前記第一配置工程は、前記加熱部と前記反応装置本体とが非接合な状態で対向するように、前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせを行うことを特徴とする反応装置の製造方法が提供される。
【０００７】
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、前記緻密な断熱材よりも熱伝導率が低い補助用断熱材を準備する補助用断熱材準備工程と、前記断熱材における前記加熱部が形成された側とは反対側に前記補助用断熱材を配置する第二配置工程と、を更に含む。
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、前記断熱材は、凹部又は開口部を有し、前記補助用断熱材は、前記凹部又は前記開口部内に向けて突出する突出部を有する。
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、前記加熱部準備工程は、前記断熱材上に、表面が平坦な平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程を更に含み、前記加熱部形成工程は、前記断熱材上に前記平坦化膜を介して前記加熱部を形成する。
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、前記加熱部準備工程は、前記加熱部と前記反応装置本体との間に介在する保護膜を、前記加熱部上に形成する保護膜形成工程を更に含む。
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、前記断熱材における前記加熱部が形成される面は、前記反応装置本体に対向する第一領域と前記反応装置本体からはみ出した第二領域とを有し、前記加熱部形成工程は、前記第一領域に前記加熱部を形成して、且つ前記加熱部に接続された配線を前記第二領域に形成する。
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、第二補助用断熱材を準備する第二補助用断熱材準備工程と、前記反応装置本体における前記加熱部と対向する側とは反対側に前記第二補助用断熱材を配置する第三配置工程とを更に含む。
【０００８】
本発明に係るその他の態様によれば、
物質の反応が生じる反応部を備えた反応装置本体を準備する反応装置本体準備工程と、
前記反応装置本体の前記反応部を加熱するための加熱部を準備する加熱部準備工程と、
前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせをする第一配置工程とを有し、
前記加熱部準備工程は、
断熱材を準備する断熱材準備工程と、
前記断熱材上に、表面が平坦な平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程と、
前記平坦化膜上に、通電により発熱する前記加熱部を形成する加熱部形成工程とを含み、
前記断熱材における前記加熱部が形成される面は、前記反応装置本体に対向する第一領域と前記反応装置本体からはみ出した第二領域とを有し、
前記加熱部形成工程は、
前記第一領域に前記加熱部を形成して、且つ前記加熱部に接続された配線を前記第二領域に形成し、
前記第一配置工程は、前記加熱部と前記反応装置本体とが非接合な状態で対向するように、前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせを行うことを特徴とする反応装置の製造方法が提供される。
【０００９】
本発明に係るその他の態様によれば、
物質の反応が生じる反応部を備えた反応装置本体を準備する反応装置本体準備工程と、
前記反応装置本体のうち、少なくとも前記反応部を加熱するための加熱部を準備する加熱部準備工程と、
前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせをする第一配置工程とを有し、
前記加熱部準備工程は、
緻密な断熱材を準備する第一断熱材準備工程と、
前記断熱材上に、通電により発熱する前記加熱部を形成する加熱部形成工程とを含み、
前記断熱材における前記加熱部が形成される面は、前記反応装置本体に対向する第一領域と前記反応装置本体からはみ出した第二領域とを有し、
前記加熱部形成工程は、
前記第一領域に前記加熱部を形成して、且つ前記加熱部に接続された配線を前記第二領域に形成し、
前記第一配置工程は、前記加熱部と前記反応装置本体とが非接合な状態で対向するように、前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせを行うことを特徴とする反応装置の製造方法が提供される。
【００１０】
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、中空で、当該中空部に連通する開口部を有する断熱容器を準備する断熱容器準備工程と、前記第一配置工程の後に、前記反応装置本体と加熱部とが位置合わせされた構造体を、前記開口部を介して前記断熱容器内に収容する構造体収容工程と、を更に含む。
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、中空で、当該中空部に連通する開口部を有する断熱容器を準備する断熱容器準備工程と、
粉体状断熱材を準備する粉体状断熱材準備工程と、
前記第一配置工程の後に、前記反応装置本体と前記加熱部とが位置合わせされた前記構造体を、前記開口部を介して前記断熱容器に収容するとともに、前記構造体と前記断熱容器との間に前記粉体状断熱材を充填する断熱材充填工程と、を更に含む。
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、前記構造体収容工程は、前記開口部から前記加熱部の一部が外部に突出するように、前記構造体を前記断熱容器内に収容する。
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、前記開口部を封止する蓋を準備する蓋準備工程と、前記構造体収容工程の後に、前記蓋を前記開口部に取り付け、当該開口部を封止する蓋取付工程と、を更に含む。
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、前記断熱容器は、当該断熱容器の内側に設けられた内壁部と、前記内壁部とともに隙間を形成するように外側に設けられた外壁部とを備え、前記隙間の内圧は大気圧よりも低いことを特徴とする。
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、前記反応部は、液体の原燃料と水との混合液を加熱して気化する気化器、気体の原燃料と水の改質反応によって水素を含む改質ガスを生成する改質器又は水素と酸素との反応により電力を生成する発電セルのうちいずれか一つである。
【００１１】
本発明に係るその他の態様によれば、
中空で、当該中空部に連通する開口部を有する断熱容器と、
物質の反応が生じる反応部を有し、前記断熱容器内に配置された反応装置本体と、
断熱材と、
前記断熱材上に表面が平坦となるように形成された平坦化膜と、
前記反応装置本体に対して非接合な状態で対向するように前記平坦化膜上に形成され、通電により発熱する加熱部とを備え、
前記断熱材における前記加熱部が形成される面は、前記反応装置本体に対向する第一領域と前記反応装置本体からはみ出した第二領域とを有し、
前記第一領域には前記加熱部が形成されるとともに、前記第二領域には前記加熱部に接続された配線が形成されていることを特徴とする反応装置が提供される。
【００１２】
本発明に係るその他の態様によれば、
中空で、当該中空部に連通する開口部を有する断熱容器と、
物質の反応が生じる反応部を有し、前記断熱容器内に配置された反応装置本体と、
緻密な断熱材と、
前記反応装置本体に対して非接合な状態で対向するように前記断熱材上に形成され、通電により発熱する加熱部とを備え、
前記断熱材における前記加熱部が形成される面は、前記反応装置本体に対向する第一領域と前記反応装置本体からはみ出した第二領域とを有し、
前記第一領域には前記加熱部が形成されるとともに、前記第二領域には前記加熱部に接続された配線が形成されていることを特徴とする反応装置が提供される。
【００１３】
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、前記反応部は、液体の原燃料と水との混合液を加熱して気化する気化器、気体の原燃料と水の改質反応によって水素を含む改質ガスを生成する改質器又は水素と酸素との反応により電力を生成する発電セルのうちいずれか一つである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、加熱部と反応装置本体とが非接合な状態で対向しているので、加熱部若しくは反応装置本体の一方が熱膨張したとしても、非接合な状態であるがゆえに他方の変形量に影響を及ぼすことを抑制することができる。これにより、加熱部と反応装置本体とが熱膨張率の異なる材質により形成されていたとしても、熱膨張に基づく破損や劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［第１の実施の形態］
以下に、本発明を実施するための第１の実施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。
【００１６】
図１は燃料電池装置１を搭載した携帯用の電子機器１００を示すブロック図である。この電子機器１００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、レジスタ及びプロジェクタ等といった携帯型の電子機器である。
【００１７】
電子機器１００には、電子機器本体９０１、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０２、二次電池９０３及び燃料電池装置１が備えられている。
電子機器本体９０１はＤＣ／ＤＣコンバータ９０２または二次電池９０３により供給される電力により駆動する。ＤＣ／ＤＣコンバータ９０２は燃料電池装置１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９０１に供給する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０２は燃料電池装置１により生成された電気エネルギーを二次電池９０３に充電し、燃料電池装置１が動作していない時に、二次電池９０３に蓄電された電気エネルギーを電子機器本体９０１に供給する。
【００１８】
この燃料電池装置１には、燃料容器２、液体ポンプ３１、空気ポンプ３２及びマイクロリアクタとしての反応装置５０等が備えられている。燃料電池装置１の燃料容器２は、例えば電子機器１００に対して着脱可能に設けられており、液体ポンプ３１、空気ポンプ３２及び反応装置５０は、例えば電子機器１００の本体に内蔵されている。
【００１９】
燃料容器２には、液体の原燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル）と水との混合液が貯留されている。なお、液体の原燃料と水とを別々の容器に貯留してもよい。
液体ポンプ３１は、燃料容器２内の混合液を吸引して、反応装置５０内の気化器４に送液するものである。
空気ポンプ３２は、酸化剤としての空気を反応装置５０内の発電セル８に供給するものである。
【００２０】
反応装置５０には、反応が生じる複数の反応部５０ａと、これらを収容する断熱容器１０とが設けられている。複数の反応部５０ａとしては、気化器４、改質器６、発電セル８及び触媒燃焼器９等が挙げられる。
気化器４、改質器６、触媒燃焼器９にはそれぞれヒータ兼温度センサ４ａ，６ａ，９ａが設けられている。ヒータ兼温度センサ４ａ，６ａ，９ａの電気抵抗値は温度に依存するので、このヒータ兼温度センサ４ａ，６ａ，９ａが気化器４、改質器６、触媒燃焼器９の温度を測定する温度センサとしても機能する。
【００２１】
気化器４では、液体ポンプ３１から送られた混合液をヒータ兼温度センサ４ａの熱等により約１１０〜１６０℃程度に加熱し、気化させる。気化器４で気化した混合気は改質器６へ送られる。
【００２２】
改質器６の内部には流路が形成され、その流路の壁面に触媒が担持されている。気化器４から改質器６に送られる混合気は、改質器６の流路を流れ、ヒータ兼温度センサ６ａの熱、発電セル８の反応熱や触媒燃焼器９の熱により約３００〜４００℃程度に加熱されて、触媒により改質反応を起こす。原燃料と水の改質反応によって燃料としての水素、二酸化炭素及び副生成物である微量な一酸化炭素等の混合気体（改質ガス）が生成される。なお、原燃料がメタノールの場合、改質器６では主に次式（１）に示すような水蒸気改質反応が起こる。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 …（１）
【００２３】
一酸化炭素は化学反応式（１）についで逐次的に起こる次式（２）のような反応によって微量に副生される。
Ｈ2＋ＣＯ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ …（２）
化学反応式（１），（２）により生成した気体（改質ガス）は発電セル８に送出される。
【００２４】
図２は発電セル８の模式図である。図２に示すように、発電セル８は、固体酸化物型電解質８１１と、固体酸化物型電解質８１１の両面に形成された燃料極８２（アノード）及び酸素極８３（カソード）と、燃料極８２に接合してその接合面に流路８６を形成したアノード集電極８４と、酸素極８３に接合してその接合面に流路８７を形成したカソード集電極８５とを備える。また、発電セル８は筐体８８内に収容される。
【００２５】
固体酸化物型電解質８１１には、ジルコニア系の（Ｚｒ1-xＹx）Ｏ2-x/2（ＹＳＺ）、ラ
ンタンガレード系の（Ｌａ1-xＳｒx）（Ｇａ1-y-zＭｇyＣｏz）Ｏ3等を、燃料極８２にはＬａ0.84Ｓｒ0.16ＭｎＯ3、Ｌａ（Ｎｉ，Ｂｉ）Ｏ3、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ3、Ｉｎ2Ｏ3
＋ＳｎＯ2、ＬａＣｏＯ3等を、酸素極８３にはＮｉ、Ｎｉ＋ＹＳＺ等を、アノード集電極８４及びカソード集電極８５にはＬａＣｒ（Ｍｇ）Ｏ3、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｒＯ3、ＮｉＡｌ＋Ａｌ2Ｏ3等を、それぞれ用いることができる。
【００２６】
発電セル８はヒータ兼温度センサ９ａや触媒燃焼器９の熱により約５００〜１０００℃程度に加熱され、後述する反応が起こる。
酸素極８３にはカソード集電極８５の流路８７を介して空気が送られる。酸素極８３では酸素とカソード出力電極２１ｂより供給される電子により、次式（３）に示すように酸素イオンが生成される。
Ｏ2＋４ｅ-→２Ｏ2- …（３）
固体酸化物型電解質８１１は酸素イオンの透過性を有し、酸素極８３で化学反応式（３）により生成された酸素イオンを透過させて燃料極８２に到達させる。
【００２７】
燃料極８２にはアノード集電極８４の流路８６を介して改質器６から排出された改質ガスが送られる。酸素極８３では固体酸化物型電解質８１１を透過した酸素イオンと改質ガスとの次式（４）、（５）のような反応が起こる。
Ｈ2＋Ｏ2-→Ｈ2Ｏ＋２ｅ- …（４）
ＣＯ＋Ｏ2-→ＣＯ2＋２ｅ- …（５）
化学反応式（４），（５）により放出される電子は、燃料極８２、アノード出力電極２１ａ、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０２等の外部回路を経てカソード出力電極２１ｂより酸素極８３に供給される。
【００２８】
アノード集電極８４及びカソード集電極８５には、アノード出力電極２１ａ、カソード出力電極２１ｂが接続され、筐体８８から引き出されている。ここで、後述するように、筐体８８は例えばＮｉ系の合金で形成され、アノード出力電極２１ａ及びカソード出力電極２１ｂはガラス、セラミック等の絶縁材により筐体８８から絶縁されて引き出されている。図１に示すように、アノード出力電極２１ａ及びカソード出力電極２１ｂは、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ９０２に接続される。
【００２９】
アノード集電極８４の流路８６を通過した改質ガス（オフガス）には、未反応の水素も含まれている。オフガスは触媒燃焼器９に供給される。
【００３０】
触媒燃焼器９には、オフガスとともに、カソード集電極８５の流路８７を通過した空気が供給される。触媒燃焼器９の内部には流路が形成され、その流路の壁面にＰｔ系の触媒が担持されている。
触媒燃焼器９には、電熱材からなるヒータ兼温度センサ９ａが設けられている。ヒータ兼温度センサ９ａの電気抵抗値が温度に依存するので、このヒータ兼温度センサ９ａが触媒燃焼器９の温度を測定する温度センサとしても機能する。
【００３１】
オフガスと空気の混合気体（燃焼ガス）は触媒燃焼器９の流路を流れ、ヒータ兼温度センサ９ａにより加熱される。触媒燃焼器９の流路を流れている燃焼ガスのうち水素が触媒により燃焼され、これにより燃焼熱が発生する。燃焼後の排ガスは触媒燃焼器９から断熱容器１０の外部に放出される。
【００３２】
この触媒燃焼器９で発生した燃焼熱は発電セル８の温度を高温（約５００〜１０００℃程度）に維持するのに用いられる。そして、発電セル８の熱は、改質器６、気化器４に伝導し、気化器４における蒸発、改質器６における水蒸気改質反応に用いられる。
【００３３】
次に、反応装置５０の具体的構成について説明する。図３は、反応装置５０の概略構成を模式的に示した側断面図である。図３に示すように、反応装置５０には、反応装置本体５１と、反応装置本体５１の周囲を囲む断熱部６０と、反応装置本体５１及び断熱部６０とを収容する断熱容器１０とが設けられている。
【００３４】
図４は、反応装置本体５１の概略構成を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は下面図である。図４（ａ），（ｂ）に示すように、反応装置本体５１には、気化器４と、改質器６と、発電セル８と、これらが搭載される流路基板５２とが設けられている。流路基板５２における発電セル８及び触媒燃焼器９が搭載される第一部分５３には、その内部にｐｔ系の触媒が担持されており、この部分５３が触媒燃焼器９として機能するようになっている。また、流路基板５２内には各種流路７１〜７７が形成されている（図１参照）。
【００３５】
例えば、図１に示すように、流路７１は、液体ポンプ３１から供給された混合液を気化器４に案内するための流路である。流路７２は、気化器４で発生した混合気を改質器６に案内する流路である。流路７３は、改質器６で発生した改質ガスを発電セル８に案内する流路である。流路７４は、空気ポンプ３２から供給された空気を案内する流路である。流路７５は、発電セル８で発生したオフガスを触媒燃焼器９に案内する流路である。流路７６は、発電セル８を通過した空気を触媒燃焼器９まで案内する流路である。流路７７は、触媒燃焼器９で発生した排ガスを断熱容器１０の外部まで案内する流路である。
【００３６】
また、図４に示すように、流路基板５２における第一部分５３、改質器６が搭載される第二部分５４及び気化器４が搭載される第三部分５５は、それぞれ搭載物に対応した大きさに形成されている。第一部分５３と第二部分５４、第二部分５４と第三部分５５をそれぞれ連結する２つの連結部５１１は、その幅（各部５３，５４，５５の配列方向に対して垂直な面内における一方向の長さ）が、各部５３，５４，５５の幅方向の長さよりも、それぞれ短く形成されている。
【００３７】
また、図３に示すように、断熱部６０は、反応装置本体５１の下方を覆う下断熱材６１と、上方を覆う上断熱材６２とを備える。上断熱材６２及び下断熱材６１としては、例えばマイクロサーム（登録商標）、マコール（登録商標）及びガラス等が挙げられる。ここで、マコール（登録商標）及びガラスはいずれも緻密な断熱材である。本明細書では、その表面の平坦性が、局所的な凹凸が数nmから十数nm以下である断熱材を、緻密な断熱材という。マイクロサーム（登録商標）の熱伝導率は、０．０２Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であり、マコール（登録商標）の熱伝導率は、１．６７Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。また、ガラスの熱伝導率は、１．１３〜０．５４６Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。
【００３８】
下断熱材６１は、本発明に係る断熱材である。下断熱材６１は矩形状に形成されている。下断熱材６１の上面には、その反応装置本体５１が搭載される領域を少なくとも覆うように絶縁性の平坦化膜８１が成膜されている（図５参照）。
【００３９】
図５は下断熱材６１及び平坦化膜８１を示す上面図である。図中、点線部は反応装置本体５１に対向する第一領域６１１を示し、点線部の外側の領域は反応装置本体５１からはみ出た第二領域６１２を示す。
【００４０】
図５に示すように、平坦化膜８１の上面には、図５に示すように加熱部９０と、加熱部９０に接続された配線９１とが形成されている。加熱部９０及び配線９１は例えばＰｔやＷ／Ａｕ／Ｗ等からなる金属膜から形成されている。加熱部９０は、ヒータ兼温度センサ４ａ，６ａ，９ａを成すものである。ヒータ兼温度センサ４ａは、第一領域６１１における気化器４が搭載される第三部分５５に対向する部分に対して、千鳥状のパターンに成膜されている。ヒータ兼温度センサ６ａは、第一領域６１１における改質器６が搭載される第二部分５４に対向する部分に対して、千鳥状のパターンに成膜されている。ヒータ兼温度センサ９ａは、第一領域６１１における発電セル８及び触媒燃焼器９が搭載される第一部分５３に対向する部分に対して、それぞれ千鳥状のパターンに成膜されている。つまり、いずれのヒータ兼温度センサ４ａ，６ａ，９ａも、第一領域６１１内に成膜されている。
【００４１】
一方、配線９１は、ヒータ兼温度センサ４ａ，６ａ，９ａのそれぞれに対して個別に接続されるように、第二領域６１２における平坦化膜８１の上面に成膜されている。各配線９１は、下断熱材６１の一端部に向かって延出しており、この先端部が端子となって、例えば制御部（図示省略）等に電気的に接続されることになる。
【００４２】
また、加熱部９０の上面、配線９１の上面、及び平坦化膜８１の上面には、図３に示すように、加熱部９０及び配線９１を覆うように保護膜９２が成膜されている。保護膜９２は、絶縁性を有する酸化膜である。
【００４３】
そして、下断熱材６１には、第一領域６１１と反応装置本体５１とが対向するように、反応装置本体５１が位置決めされて重ねられている。ここで、加熱部９０と反応装置本体５１とは、位置合わせはされるもののその位置に固定されておらず、単に重ねられた状態、つまり非接合な状態となっている。
【００４４】
上断熱材６２には、反応装置本体５１の上部形状に対応して凹んだ凹部６５が形成されている。この凹部６５に反応装置本体５１が嵌合することで、両者が密着し断熱性が高められることになる。この嵌合により上断熱材６２は、反応装置本体５１における加熱部９０と対向する側とは反対側に配置される。上断熱材６２は本発明に係る第二補助用断熱材である。そして、嵌合時においては、反応装置本体５１における発電セル８側の先端面５１ａは上断熱材６２によって覆われている。これにより、平坦化膜８１及び保護膜９２は、上断熱材６２を介して断熱容器１０の内壁面から離間することになる。
【００４５】
断熱容器１０は、中空で、当該中空部１０１に連通する開口部１０２を備える。中空部１０１は、反応装置本体５１の周囲を囲った断熱部６０が嵌合するサイズに形成されている。また、断熱容器１０は、当該断熱容器１０の内側に設けられた内壁部１０３と、内壁部１０３とともに隙間１０４を形成するように外側に設けられた外壁部１０５とを備えている。隙間１０４は外部からは閉塞されており、この隙間１０４の内圧は大気圧より低い気圧（例えば、１００Ｐａ以下）に保たれている。
【００４６】
次に、反応装置５０の製造方法について説明する。図６は、反応装置５０の製造方法の各工程を模式的に示す図であり、（ａ）は反応装置本体準備工程を示す側面図であり、（ｂ）は下断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｃ）は平坦化膜形成工程を示す側面図であり、（ｄ）は加熱部形成工程を示す側面図であり、（ｅ）は保護膜形成工程を示す側面図であり、（ｆ）は上断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｇ）は配置工程を示す側面図であり、（ｈ）は収容工程を示す側面図である。
【００４７】
まず、反応装置本体準備工程では、図６（ａ）に示すように反応装置本体５１を準備する。他方、下断熱材準備工程では、図６（ｂ）に示すように下断熱材６１を準備する。この下断熱材準備工程が本発明に係る断熱材準備工程である。
【００４８】
平坦化膜形成工程では、図６（ｃ）に示すように下断熱材６１の上面における第一領域６１１に対して平坦化膜８１を成膜する。ここで平坦化膜８１はＣＶＤや塗布法の一種であるＳＯＧによって形成することが可能であるが、平坦化膜８１の成膜対象である下断熱材６１が気孔率の高い断熱材であるために、塗布法の中でも粘性の高い液体原料を塗布する方法が望ましい。したがって、粘性の高い溶剤である１メチル−２ピロリドンに特定の複数種の硝酸塩を溶かし、塗布乾燥後、昇温して目的とする酸化膜を形成する硝酸塩熱分解法が望ましい。
【００４９】
以下に硝酸塩熱分解法によるＳｍＦｅＯ３(あるいはＧｄＦｅＯ３)膜の形成方法について説明する。
まず、１メチル−２ピロリドンに、Ｆｅ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ及びＳｍ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏをモル比１：１の割合で溶かす。濃度はスピンコートする場合、１．０ｍｏｌ／ｌ程度である。また、ディップ法などの場合は、０．３ｍｏｌ／ｌ程度である。
【００５０】
次に、スピンナーで溶剤を下断熱材６１に一様に塗布する。ディップ法のなどの場合は、下断熱材６１上に溶液を塗布後、下断熱材６１を一定時間傾け、余分な溶液の除去工程をとってもよい。
【００５１】
そして、ロータリポンプで真空に引き、溶媒である１メチル−２ピロリドンを蒸発させる。その後、下断熱材６１を電気炉に入れ、特定温度まで昇温させＳｍＦｅＯ３を形成する。これにより、平坦化膜８１としてのＳｍＦｅＯ３膜が下断熱材６１上に成膜されることになる。次いで、反応装置本体５１が搭載される領域を残すように、平坦化膜８１をエッチングして除去する。
【００５２】
加熱部形成工程では、平坦化膜８１に対して、加熱部９０及び配線９１となる金属膜を成膜して、当該金属膜をエッチングすることで、図５及び図６（ｄ）に示すように加熱部９０及び配線９１の配線パターンを形成する。
【００５３】
保護膜形成工程では、加熱部９０の上面、配線９１の上面、及び平坦化膜８１の上面に、保護膜９２となる酸化膜を、ＣＶＤやＳＯＧ或いは上記の硝酸塩熱分解法等によって成膜することで、加熱部９０及び配線９１を保護膜９２で覆う。次いで、反応装置本体５１が搭載される領域を残すように、保護膜９２をエッチングして除去することで、図６（ｅ）に示すような保護膜９２が形成される。
【００５４】
上断熱材準備工程では、図６（ｆ）に示すように、反応装置本体５１の上部に対応して凹んだ凹部６５を有する上断熱材６２を準備する。この上断熱材準備工程が本発明に係る第二補助用断熱材準備工程である。
【００５５】
配置工程では、図６（ｇ）に示すように、反応装置本体５１に対して上断熱材６２及び下断熱材６１の位置合わせを行う。まず、配置工程では、上断熱材６２を反応装置本体５１における加熱部９０と対向する側とは反対側に配置して、反応装置本体５１と上断熱材６２とを嵌合させる（第三配置工程）。次に、第一領域６１１内に反応装置本体５１が配置されるように、反応装置本体５１と下断熱材６１とを重ね合わせる。これにより、反応装置本体５１と加熱部９０とが位置合わせされるとともに、加熱部９０及び配線９１と反応装置本体５１とが非接合な状態で対向することになる（第一配置工程）。なお、上断熱材６２及び下断熱材６１の幅及び奥行き（各部５３，５４，５５の配列方向と平行な方向の長さ）がそれぞれ同一であれば、各断熱材６２，６１の周囲を位置合わせすることにより、反応装置本体５１と加熱部９０とを位置合わせすることができ、位置合わせが容易となる。
【００５６】
収容工程では、図６（ｈ）に示すように、反応装置本体５１と加熱部９０及び配線９１とが位置合わせされた構造体（反応装置本体５１、断熱部６０、平坦化膜８１、保護膜９２、加熱部９０及び配線９１）を断熱容器１０内に収容する。まず、収容工程では、断熱容器１０を準備する（断熱容器準備工程）。その後、開口部１０２を介して構造体を断熱容器１０内に収容する（構造体収容工程）。ここで、各断熱材６１，６２は、上断熱材６２の高さ（各部５３，５４，５５の配列方向に対して垂直な面内における幅方向と垂直な方向の長さ）と、下断熱材６１の高さとの合計が、中空部１０１及び開口部１０２の高さとなるように形成されている。これにより、断熱部６０が中空部１０１内に嵌合するために、反応装置本体５１と下断熱材６１とが非接合な状態であっても、両者が位置決めされることになる。これらの工程によって、反応装置５０が組み立てられる。
【００５７】
以上のように、第１の実施の形態によれば、加熱部９０と反応装置本体５１とが非接合な状態で対向しているので、加熱部９０若しくは反応装置本体５１の一方が熱膨張したとしても、非接合な状態であるがゆえに他方の変形量に影響を及ぼすことを抑制することができる。特に、加熱部９０及び反応装置本体５１の温度がそれぞれ上昇したときに、加熱部９０と反応装置本体５１との間に生じる応力の増大を抑制できる。
【００５８】
また、下断熱材６１上に平坦化膜８１を介して加熱部９０及び配線９１が形成されているので、下断熱材６１の表面に凹凸があったとしても、平坦化膜８１によって平坦化された状態で、加熱部９０及び配線９１を成膜することが可能となる。これにより、加熱部９０及び配線９１を下断熱材６１に強固に定着させることができる。
【００５９】
また、加熱部９０と反応装置本体５１との変形量が異なっているために、熱膨張の際に両者が擦れ合うことになるが、両者間に保護膜９２が介在しているので加熱部９０が損傷したり、断線することを抑制することができる。
【００６０】
ここで、本実施の形態の反応装置５０は、第一部分５３、第二部分５４、第三部分５５を連結する２つの連結部５１１の幅が、それぞれ各部５３，５４，５５の幅よりも短く形成されているので、気化器４と改質器６と間の伝熱パスが長くなることを抑制しながら、各反応部５０ａ間の伝熱量を抑制することができる。同様に、改質器６と発電セル８及び触媒燃焼器９と間の伝熱パスが長くなることを抑制しながら、各反応部５０ａ間の伝熱量も抑制することができる。また、上記従来の技術では、反応装置本体５１に加熱部及び配線としての発熱体を形成する場合、発熱体は、反応装置本体５１を形成する金属基板上に形成していて、金属基板から外れた外側の位置に発熱体を形成することはできない。このため、上記従来の技術では、発熱体を形成する位置に関して自由度が低かった。一方、本実施の形態の反応装置５０は、流路基板５２上に配線を形成しているので、反応装置５０の形状と関係なく配線９１を形成できる。このため、配線９１を形成する位置に関して自由度が高い。
特に、本実施の形態のように各連結部５１１の幅を短くした場合、上記従来の技術では、各連結部５１１上に発熱体を形成せざるを得ないため、本実施の形態のように、配線９１を太く形成することができず、配線９１における発熱量が増大してしまうおそれがある。一方、本実施の形態の反応装置５０は、各連結部５１１の幅が各反応部５０ａの幅より短くても、下断熱材６１における反応装置本体５１に対向する第一領域６１１に加熱部９０を形成し、下断熱材６１における反応装置本体５１からはみ出した第二領域６１２に配線９１を形成することができるので、反応部５０ａに対応しない部分に配線９１を形成することができる。これにより、各連結部５１１のように加熱する必要のない領域を加熱しないようにすることができる。さらに、連結部５１１の大きさとは独立して配線９１を太く形成することができる。これにより配線９１抵抗を小さくすることができ、ひいては、発熱効率を高めることができる。
【００６１】
また、反応装置本体５１における加熱部９０と対向する側とは反対側に上断熱材６２が配置されているので、下断熱材６１のみのものと比しても断熱性を高めることができる。
【００６２】
さらに、反応装置本体５１と加熱部９０とが位置合わせされた構造体が断熱容器１０内に収容されているので、断熱部６０のみで反応装置本体５１を覆った場合と比してもより高い断熱性を確保することができる。
【００６３】
そして、構造体収容工程の後に、構造体と断熱容器１０との間に粉体状の断熱材を充填する断熱材充填工程をさらに行うと、断熱性をより高めることが可能となる。ここで、粉体状の断熱材は、例えば上述のマイクロサームを粉体状に加工したものである。
本発明における粉体化は、断熱材を充填材として使用可能であれば良く、数十ミクロン〜数百ミクロン程度の粉体であれば、特に形状に左右されない。
【００６４】
また、断熱容器１０の隙間１０４の内圧が大気圧よりも低いので、より高い断熱性を得ることができる。
【００６５】
なお、下断熱材６１の上面において、反応装置本体５１のうち第一部分５３、第二部分５４及び第三部分５５に対応する領域に、配線９１とは別に、通電しないダミー配線を形成してもよい。このとき、ダミー配線を覆うように平坦化膜８１を形成する。これにより、反応装置本体５１と擦れ合うことにより、保護膜９２の破れや、加熱部９０及び配線９１の損傷、断線などの発生を抑制することができる。
【００６６】
［第２の実施の形態］
次に、本発明に係る反応装置の製造方法における第２の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、第１の実施の形態と同一の部分においては同一符号を付してその説明を省略する。
【００６７】
図７は、反応装置５０Ａの製造方法の各工程を模式的に示す図であり、（ａ）は反応装置本体準備工程を示す側面図であり、（ｂ）は下断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｃ）は平坦化膜形成工程を示す側面図であり、（ｄ）は加熱部形成工程を示す側面図であり、（ｅ）は保護工程を示す側面図であり、（ｆ）は上断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｇ）は配置工程を示す側面図であり、（ｈ）は収容工程を示す側面図である。
【００６８】
まず、反応装置本体準備工程では、図７（ａ）に示すように反応装置本体５１を準備する。他方、下断熱材準備工程では、図７（ｂ）に示すように下断熱材６１ａを準備する。この下断熱材６１ａは、上述した緻密な断熱材であり、例えば上述のマコール（登録商標）が使用できる。
【００６９】
平坦化膜形成工程では、図７（ｃ）に示すように下断熱材６１ａの上面における第一領域６１１に対して、上述した成膜法により平坦化膜８１を成膜する。
【００７０】
加熱部形成工程では、平坦化膜８１に対して、加熱部９０及び配線９１となる金属膜を成膜して、当該金属膜をエッチングすることで、図５及び図７（ｄ）に示すように加熱部９０及び配線９１の配線パターンを形成する。
【００７１】
保護工程では、保護膜形成工程、補助用断熱材準備工程及び第二配置工程を施す。
保護膜形成工程では、加熱部９０の上面、配線９１の上面、及び平坦化膜８１の上面に、保護膜９２となる酸化膜を、上記の成膜法によって成膜することで、図７（ｅ）に示すように、加熱部９０及び配線９１を保護膜９２で覆う。
【００７２】
補助用断熱材準備工程では、０．１ミクロン以下の微細孔を多数有する補助用断熱材９５を準備する。補助用断熱材９５は、下断熱材６１ａよりも熱伝導率が低い断熱材であり、例えば上述のマイクロサーム（登録商標）を使用することができる。この補助用断熱材９５は、下断熱材６１ａよりも奥行きが短くなるように形成されたものである。
【００７３】
第二配置工程では、下断熱材６１ａにおける加熱部９０が形成された側とは反対側に補助用断熱材９５を配置する。この際、補助用断熱材９５における発電セル８側に位置する端面９５１が下断熱材６１ａの端面６１３と面一となるように、補助用断熱材９５と下断熱材６１ａとが位置合わせされている。
【００７４】
上断熱材準備工程では、図７（ｆ）に示すように、反応装置本体５１の上部に対応して凹んだ凹部６５ａを有する上断熱材６２ａを準備する。上断熱材６２ａにおける凹部６５ａは、補助用断熱材９５及び下断熱材６１ａの端面６１３，９５１が露出するように形成されている。
【００７５】
配置工程では、図７（ｇ）に示すように、反応装置本体５１に対して上断熱材６２ａ及び下断熱材６１ａの位置合わせを行う。まず、配置工程では、上断熱材６２ａを反応装置本体５１における加熱部９０と対向する側とは反対側に配置して、反応装置本体５１と上断熱材６２ａとを嵌合させる（第三配置工程）。次に、第一領域６１１内に反応装置本体５１が配置されるように、反応装置本体５１と下断熱材６１ａとを重ね合わせる。これにより、反応装置本体５１と加熱部９０とが位置合わせされるとともに、加熱部９０及び配線９１と反応装置本体５１とが非接合な状態で対向することになる（第一配置工程）。
【００７６】
収容工程では、図７（ｈ）に示すように、反応装置本体５１と加熱部９０及び配線９１とが位置合わせされた構造体（反応装置本体５１、断熱部６０ａ、補助用断熱材９５、平坦化膜８１、保護膜９２、加熱部９０及び配線９１）を断熱容器１０ａ内に収容する。まず、収容工程では、断熱容器１０ａを準備する（断熱容器準備工程）。断熱容器１０ａは、中空部１０１ａの奥行きが反応装置本体５１の奥行きよりも短くなるように形成されている。
【００７７】
その後、開口部１０２ａを介して構造体を断熱容器１０ａ内に収容する（構造体収容工程）。これにより、断熱部６０ａが中空部１０１ａ内に嵌合するために、反応装置本体５１と下断熱材６１ａとが非接合な状態であっても、両者が位置決めされることになる。
この際、補助用断熱材９５及び下断熱材６１ａの端面６１３，９５１を断熱容器１０ａの内側面６０１に当接させることで、断熱容器１０ａの開口部１０２側における反応装置本体５１及び下断熱材６１ａの各端部が外部に突出することになる。
図８は、収容後における断熱容器１０ａの上面図である。図８に示すように、下断熱材６１ａ上に形成された加熱部９０の一部としての配線９１が断熱容器１０ａの外部に露出する。
【００７８】
一方、収容工程では、開口部１０２ａを封止する蓋９７を準備する（蓋準備工程）。蓋９７には、断熱容器１０ａから外部に突出した反応装置本体５１及び下断熱材６１ａが貫通する貫通孔９８が形成されている。そして、構造体収容工程の後に、蓋９７を開口部１０２ａに取り付け、当該開口部１０２ａを封止する（蓋取付工程）。これにより、第２の実施の形態の反応装置５０Ａが組み立てられる。
【００７９】
以上のように、第２の実施の形態によれば、配線９１が断熱容器１０ａから突出しているために、他の部品との電気的な接続作業を容易にすることが可能となる。
【００８０】
また、断熱容器１０ａの開口部１０２ａを封止する蓋９７が設けられているので、より高い断熱性を確保することができる。
【００８１】
なお、第２の実施の形態では、下断熱材６１ａと補助用断熱材９５との接合面が互いに平坦である場合を例示して説明したが、、下断熱材６１の一部に凹部又は開口部を形成し、当該凹部又は開口部に対応する補助用断熱材９５の接合面の一部を下断熱材６１ａに向けて突出させる構成であってもよい。図９，１０に具体例を示す。図９は第２の実施の形態における下断熱材の変形例を示す上面図であり、図１０は図９におけるＸ−Ｘ断面図である。この図９，１０に示すように、下断熱材６１ｂの開口部６１６は、反応装置本体５１における連結部５１１に対応する箇所に形成されている。一方、補助用断熱材９５ｂの突出部９５２は、開口部６１６内に向けて突出するように形成されている。突出部９５２は、その上端面が下断熱材６１ｂの上面に面一となり、なおかつ開口部６１６に嵌合する形状に形成されている。
ここで、上記したように補助用断熱材９５ｂは、下断熱材６１ｂよりも熱伝導率が低いので、連結部５１１付近の熱伝導をより効果的に断熱することが可能となる。つまり、気化器４と改質器６との間の熱伝導や、改質器６と発電セル８との間の伝熱量を効果的に抑制することができる。
【００８２】
［第３の実施の形態］
次に、本発明に係る反応装置の製造方法における第３の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、第２の実施の形態と同一の部分においては同一符号を付してその説明を省略する。
【００８３】
図１１は、反応装置５０Ｃの製造方法の各工程を模式的に示す図であり、（ａ）は反応装置本体準備工程を示す側面図であり、（ｂ）は下断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｃ）は加熱部形成工程を示す側面図であり、（ｄ）は保護工程を示す側面図であり、（ｅ）は上断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｆ）は配置工程を示す側面図であり、（ｇ）は収容工程を示す側面図である。
【００８４】
まず、反応装置本体準備工程では、図１１（ａ）に示すように反応装置本体５１を準備する。他方、下断熱材準備工程では、図１１（ｂ）に示すように、緻密で、なおかつ表面が平坦な下断熱材６１ｃを準備する。ここで、図１２は下断熱材６１ｃを示す上面図である。図１２から明らかなように反応装置５０Ｃの下断熱材６１ｃには平坦化膜が省略されている。このように、下断熱材６１ｃとして緻密な断熱材を用いた場合、その表面の平坦性が、局所的な凹凸が数nmから十数nm以下と高いため、平坦化膜を形成しなくてもよい。
【００８５】
加熱部形成工程では、下断熱材６１ｃに対して、加熱部９０及び配線９１となる金属膜を成膜して、当該金属膜をエッチングすることで、図１２及び図１１（ｃ）に示すように加熱部９０及び配線９１の配線パターンを形成する。
【００８６】
保護工程では、保護膜形成工程、補助用断熱材準備工程及び第二配置工程を施す。
保護膜形成工程では、加熱部９０の上面、配線９１の上面及び下断熱材６１ｃの上面に、保護膜９２となる酸化膜を、上記の成膜法によって成膜することで、図１１（ｄ）に示すように加熱部９０及び配線９１を保護膜９２で覆う。
【００８７】
補助用断熱材準備工程では補助用断熱材９５を準備する。
第二配置工程では、下断熱材６１ｃにおける加熱部９０が形成された側とは反対側に補助用断熱材９５を配置する。この際、補助用断熱材９５における発電セル８側に位置する端面９５１が下断熱材６１ｃの端面６１３と面一となるように、補助用断熱材９５と下断熱材６１ａとが位置合わせされている。
【００８８】
上断熱材準備工程では、図１１（ｅ）に示すように、反応装置本体５１の上部に対応して凹んだ凹部６５ａを有する上断熱材６２ａを準備する。
【００８９】
配置工程では、図１１（ｆ）に示すように、反応装置本体５１に対して上断熱材６２ａ及び下断熱材６１ｃの位置合わせを行う。まず、配置工程では、上断熱材６２ａを反応装置本体５１における加熱部９０と対向する側とは反対側に配置して、反応装置本体５１と上断熱材６２ａとを嵌合させる（第三配置工程）。次に、第一領域６１１内に反応装置本体５１が配置されるように、反応装置本体５１と下断熱材６１ａとを重ね合わせる。これにより、反応装置本体５１と加熱部９０とが位置合わせされるとともに、加熱部９０及び配線９１と反応装置本体５１とが非接合な状態で対向することになる（第一配置工程）。
【００９０】
収容工程では、図１１（ｇ）に示すように、反応装置本体５１と加熱部９０及び配線９１とが位置合わせされた構造体（反応装置本体５１、断熱部６０ｃ、補助用断熱材９５、保護膜９２、加熱部９０及び配線９１）を断熱容器１０ａ内に収容する。まず、収容工程では、断熱容器１０ａを準備する（断熱容器準備工程）。その後、開口部１０２ａを介して構造体を断熱容器１０ａ内に収容する（構造体収容工程）。これにより、断熱部６０ｃが中空部１０１ａ内に嵌合するために、反応装置本体５１と下断熱材６１ａとが非接合な状態であっても、両者が位置決めされることになる。
【００９１】
また、収容工程では、開口部１０２ａを封止する蓋９７を準備し（蓋準備工程）、構造体収容工程の後に、蓋９７を開口部１０２ａに取り付け、当該開口部１０２ａを封止する（蓋取付工程）。これにより、第３の実施の形態の反応装置５０Ｃが組み立てられる。
【００９２】
以上のように、第３の実施の形態によれば、下断熱材６１ｃが緻密な断熱材であるので、平坦化膜８１がなくとも加熱部９０及び配線９１を成膜でき得るほどの平坦性を確保することができる。
また、第３の実施の形態においても、下断熱材６１ｃにおける反応装置本体５１に対向する第一領域６１１に加熱部９０が形成されて、下断熱材６１における反応装置本体５１からはみ出した第二領域６１２に配線９１が形成されているので、反応部５０ａに対応しない部分に配線９１を形成することができる。これにより、各連結部５１１のように加熱する必要のない領域を加熱しないようにすることができる。さらに、連結部５１１の大きさとは独立して配線９１を太く形成することができる。これにより配線９１抵抗を小さくすることができ、ひいては、発熱効率を高めることができる。
なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本実施形態の燃料電池装置を搭載した携帯用の電子機器を示すブロック図である。
【図２】図１の燃料電池装置に備わる発電セルの模式図である。
【図３】第１の実施の形態に係る反応装置の概略構成を模式的に示した側断面図である。
【図４】図３の反応装置に備わる反応装置本体の概略構成を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は下面図である。
【図５】図３の反応装置における下断熱材及び平坦化膜を示す上面図である。
【図６】第１の実施の形態における反応装置の製造方法の各工程を模式的に示す図であり、（ａ）は反応装置本体準備工程を示す側面図であり、（ｂ）は下断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｃ）は平坦化膜形成工程を示す側面図であり、（ｄ）は加熱部形成工程を示す側面図であり、（ｅ）は保護膜形成工程を示す側面図であり、（ｆ）は上断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｇ）は配置工程を示す側面図であり、（ｈ）は収容工程を示す側面図である。
【図７】第２の実施の形態における反応装置の製造方法の各工程を模式的に示す図であり、（ａ）は反応装置本体準備工程を示す側面図であり、（ｂ）は下断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｃ）は平坦化膜形成工程を示す側面図であり、（ｄ）は加熱部形成工程を示す側面図であり、（ｅ）は保護工程を示す側面図であり、（ｆ）は上断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｇ）は配置工程を示す側面図であり、（ｈ）は収容工程を示す側面図である。
【図８】第２の実施の形態における収容後における断熱容器の上面図である。
【図９】第２の実施の形態における下断熱材の変形例を示す上面図である。
【図１０】図９におけるＸ−Ｘ断面図である。
【図１１】第３の実施の形態における反応装置の製造方法の各工程を模式的に示す図であり、（ａ）は反応装置本体準備工程を示す側面図であり、（ｂ）は下断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｃ）は加熱部形成工程を示す側面図であり、（ｄ）は保護工程を示す側面図であり、（ｅ）は上断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｆ）は配置工程を示す側面図であり、（ｇ）は収容工程を示す側面図である。
【図１２】第３の実施の形態における下断熱材を示す上面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１ 燃料電池装置
２ 燃料容器
４ 気化器（反応部）
６ 改質器（反応部）
８ 発電セル（反応部）
９ 触媒燃焼器（反応部）
１０ 断熱容器
５０ 反応装置
５１ 反応装置本体
５２ 流路基板
６０ 断熱部
６１ 下断熱材（断熱材）
６２ 上断熱材（第二補助用断熱材）
８１ 平坦化膜
９０ 加熱部
９１ 配線
９２ 保護膜
９５ 補助用断熱材
９７ 蓋
１０１ 中空部
１０２ 開口部
１０３ 内壁部
１０４ 隙間
１０５ 外壁部
６１１ 第一領域
６１２ 第二領域
６１６ 開口部
９５２ 突出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応装置の製造方法及び反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物質の反応が生じるマイクロリアクタとしては、例えば一組の金属基板のうち少なくとも一方の金属基板に流路を形成するとともに、その内面に触媒を担持させて、当該一組の金属基板を接合することで、形成されたものが知られている（例えば特許文献１参照）。また、マイクロリアクタには、少なくとも一方の金属基板上に対して、絶縁膜及び発熱体に好適な材質が直接成膜されることで、絶縁膜及び発熱体が形成されたマイクロリアクタが知られている。
【特許文献１】特開２００７−１９１３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、上述のマイクロリアクタでは、絶縁膜及び発熱体に好適な材質が金属基板に直接成膜されているために、マイクロリアクタの温度上昇に伴って、金属基板及び発熱体がそれぞれ熱膨張することになる。ここで、金属基板と発熱体とは熱膨張率の異なる材質で形成されているために、両者の熱膨張による変形量に差が生じてしまう。温度昇降が繰り返される使用状況においては、この変形量の差によって発熱体が破損したり劣化したりするおそれがある。これを防止すべく、金属基板と発熱体とを熱膨張率の近い素材により形成することが考えられるが、これでは材質選択の幅を狭めてしまう。
本発明の課題は、材質選択の幅を確保したまま、熱膨張に基づく反応装置の破損や劣化を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
以上の課題を解決するため、本発明に係る一の態様によれば、
物質の反応が生じる反応部を備えた反応装置本体を準備する反応装置本体準備工程と、
前記反応装置本体の前記反応部を加熱するための加熱部を準備する加熱部準備工程と、
前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせをする第一配置工程とを有し、
前記加熱部準備工程は、
断熱材を準備する断熱材準備工程と、
前記断熱材上に、表面が平坦な平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程と、
前記平坦化膜上に、通電により発熱する前記加熱部を形成する加熱部形成工程とを含み、
前記第一配置工程は、前記加熱部と前記反応装置本体とが非接合な状態で対向するように、前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせを行うことを特徴とする反応装置の製造方法が提供される。
【０００５】
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは前記断熱材は緻密である。
【０００６】
本発明に係るその他の態様によれば、
物質の反応が生じる反応部を備えた反応装置本体を準備する反応装置本体準備工程と、
前記反応装置本体の前記反応部を加熱するための加熱部を準備する加熱部準備工程と、
前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせをする第一配置工程とを有し、
前記加熱部準備工程は、
緻密な断熱材を準備する第一断熱材準備工程と、
前記断熱材上に、通電により発熱する前記加熱部を形成する加熱部形成工程とを含み、
前記第一配置工程は、前記加熱部と前記反応装置本体とが非接合な状態で対向するように、前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせを行うことを特徴とする反応装置の製造方法が提供される。
【０００７】
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、前記緻密な断熱材よりも熱伝導率が低い補助用断熱材を準備する補助用断熱材準備工程と、前記断熱材における前記加熱部が形成された側とは反対側に前記補助用断熱材を配置する第二配置工程と、を更に含む。
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、前記断熱材は、凹部又は開口部を有し、前記補助用断熱材は、前記凹部又は前記開口部内に向けて突出する突出部を有する。
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、前記加熱部準備工程は、前記断熱材上に、表面が平坦な平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程を更に含み、前記加熱部形成工程は、前記断熱材上に前記平坦化膜を介して前記加熱部を形成する。
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、前記加熱部準備工程は、前記加熱部と前記反応装置本体との間に介在する保護膜を、前記加熱部上に形成する保護膜形成工程を更に含む。
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、前記断熱材における前記加熱部が形成される面は、前記反応装置本体に対向する第一領域と前記反応装置本体からはみ出した第二領域とを有し、前記加熱部形成工程は、前記第一領域に前記加熱部を形成して、且つ前記加熱部に接続された配線を前記第二領域に形成する。
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、第二補助用断熱材を準備する第二補助用断熱材準備工程と、前記反応装置本体における前記加熱部と対向する側とは反対側に前記第二補助用断熱材を配置する第三配置工程とを更に含む。
【０００８】
本発明に係るその他の態様によれば、
物質の反応が生じる反応部を備えた反応装置本体を準備する反応装置本体準備工程と、
前記反応装置本体の前記反応部を加熱するための加熱部を準備する加熱部準備工程と、
前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせをする第一配置工程とを有し、
前記加熱部準備工程は、
断熱材を準備する断熱材準備工程と、
前記断熱材上に、表面が平坦な平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程と、
前記平坦化膜上に、通電により発熱する前記加熱部を形成する加熱部形成工程とを含み、
前記断熱材における前記加熱部が形成される面は、前記反応装置本体に対向する第一領域と前記反応装置本体からはみ出した第二領域とを有し、
前記加熱部形成工程は、
前記第一領域に前記加熱部を形成して、且つ前記加熱部に接続された配線を前記第二領域に形成し、
前記第一配置工程は、前記加熱部と前記反応装置本体とが非接合な状態で対向するように、前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせを行うことを特徴とする反応装置の製造方法が提供される。
【０００９】
本発明に係るその他の態様によれば、
物質の反応が生じる反応部を備えた反応装置本体を準備する反応装置本体準備工程と、
前記反応装置本体のうち、少なくとも前記反応部を加熱するための加熱部を準備する加熱部準備工程と、
前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせをする第一配置工程とを有し、
前記加熱部準備工程は、
緻密な断熱材を準備する第一断熱材準備工程と、
前記断熱材上に、通電により発熱する前記加熱部を形成する加熱部形成工程とを含み、
前記断熱材における前記加熱部が形成される面は、前記反応装置本体に対向する第一領域と前記反応装置本体からはみ出した第二領域とを有し、
前記加熱部形成工程は、
前記第一領域に前記加熱部を形成して、且つ前記加熱部に接続された配線を前記第二領域に形成し、
前記第一配置工程は、前記加熱部と前記反応装置本体とが非接合な状態で対向するように、前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせを行うことを特徴とする反応装置の製造方法が提供される。
【００１０】
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、中空で、当該中空部に連通する開口部を有する断熱容器を準備する断熱容器準備工程と、前記第一配置工程の後に、前記反応装置本体と加熱部とが位置合わせされた構造体を、前記開口部を介して前記断熱容器内に収容する構造体収容工程と、を更に含む。
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、中空で、当該中空部に連通する開口部を有する断熱容器を準備する断熱容器準備工程と、
粉体状断熱材を準備する粉体状断熱材準備工程と、
前記第一配置工程の後に、前記反応装置本体と前記加熱部とが位置合わせされた前記構造体を、前記開口部を介して前記断熱容器に収容するとともに、前記構造体と前記断熱容器との間に前記粉体状断熱材を充填する断熱材充填工程と、を更に含む。
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、前記構造体収容工程は、前記開口部から前記加熱部の一部が外部に突出するように、前記構造体を前記断熱容器内に収容する。
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、前記開口部を封止する蓋を準備する蓋準備工程と、前記構造体収容工程の後に、前記蓋を前記開口部に取り付け、当該開口部を封止する蓋取付工程と、を更に含む。
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、前記断熱容器は、当該断熱容器の内側に設けられた内壁部と、前記内壁部とともに隙間を形成するように外側に設けられた外壁部とを備え、前記隙間の内圧は大気圧よりも低いことを特徴とする。
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、前記反応部は、液体の原燃料と水との混合液を加熱して気化する気化器、気体の原燃料と水の改質反応によって水素を含む改質ガスを生成する改質器又は水素と酸素との反応により電力を生成する発電セルのうちいずれか一つである。
【００１１】
本発明に係るその他の態様によれば、
中空で、当該中空部に連通する開口部を有する断熱容器と、
物質の反応が生じる反応部を有し、前記断熱容器内に配置された反応装置本体と、
断熱材と、
前記断熱材上に表面が平坦となるように形成された平坦化膜と、
前記反応装置本体に対して非接合な状態で対向するように前記平坦化膜上に形成され、通電により発熱する加熱部とを備え、
前記断熱材における前記加熱部が形成される面は、前記反応装置本体に対向する第一領域と前記反応装置本体からはみ出した第二領域とを有し、
前記第一領域には前記加熱部が形成されるとともに、前記第二領域には前記加熱部に接続された配線が形成されていることを特徴とする反応装置が提供される。
【００１２】
本発明に係るその他の態様によれば、
中空で、当該中空部に連通する開口部を有する断熱容器と、
物質の反応が生じる反応部を有し、前記断熱容器内に配置された反応装置本体と、
緻密な断熱材と、
前記反応装置本体に対して非接合な状態で対向するように前記断熱材上に形成され、通電により発熱する加熱部とを備え、
前記断熱材における前記加熱部が形成される面は、前記反応装置本体に対向する第一領域と前記反応装置本体からはみ出した第二領域とを有し、
前記第一領域には前記加熱部が形成されるとともに、前記第二領域には前記加熱部に接続された配線が形成されていることを特徴とする反応装置が提供される。
【００１３】
上記の反応装置の製造方法において、好ましくは、前記反応部は、液体の原燃料と水との混合液を加熱して気化する気化器、気体の原燃料と水の改質反応によって水素を含む改質ガスを生成する改質器又は水素と酸素との反応により電力を生成する発電セルのうちいずれか一つである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、加熱部と反応装置本体とが非接合な状態で対向しているので、加熱部若しくは反応装置本体の一方が熱膨張したとしても、非接合な状態であるがゆえに他方の変形量に影響を及ぼすことを抑制することができる。これにより、加熱部と反応装置本体とが熱膨張率の異なる材質により形成されていたとしても、熱膨張に基づく破損や劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［第１の実施の形態］
以下に、本発明を実施するための第１の実施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。
【００１６】
図１は燃料電池装置１を搭載した携帯用の電子機器１００を示すブロック図である。この電子機器１００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、レジスタ及びプロジェクタ等といった携帯型の電子機器である。
【００１７】
電子機器１００には、電子機器本体９０１、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０２、二次電池９０３及び燃料電池装置１が備えられている。
電子機器本体９０１はＤＣ／ＤＣコンバータ９０２または二次電池９０３により供給される電力により駆動する。ＤＣ／ＤＣコンバータ９０２は燃料電池装置１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９０１に供給する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０２は燃料電池装置１により生成された電気エネルギーを二次電池９０３に充電し、燃料電池装置１が動作していない時に、二次電池９０３に蓄電された電気エネルギーを電子機器本体９０１に供給する。
【００１８】
この燃料電池装置１には、燃料容器２、液体ポンプ３１、空気ポンプ３２及びマイクロリアクタとしての反応装置５０等が備えられている。燃料電池装置１の燃料容器２は、例えば電子機器１００に対して着脱可能に設けられており、液体ポンプ３１、空気ポンプ３２及び反応装置５０は、例えば電子機器１００の本体に内蔵されている。
【００１９】
燃料容器２には、液体の原燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル）と水との混合液が貯留されている。なお、液体の原燃料と水とを別々の容器に貯留してもよい。
液体ポンプ３１は、燃料容器２内の混合液を吸引して、反応装置５０内の気化器４に送液するものである。
空気ポンプ３２は、酸化剤としての空気を反応装置５０内の発電セル８に供給するものである。
【００２０】
反応装置５０には、反応が生じる複数の反応部５０ａと、これらを収容する断熱容器１０とが設けられている。複数の反応部５０ａとしては、気化器４、改質器６、発電セル８及び触媒燃焼器９等が挙げられる。
気化器４、改質器６、触媒燃焼器９にはそれぞれヒータ兼温度センサ４ａ，６ａ，９ａが設けられている。ヒータ兼温度センサ４ａ，６ａ，９ａの電気抵抗値は温度に依存するので、このヒータ兼温度センサ４ａ，６ａ，９ａが気化器４、改質器６、触媒燃焼器９の温度を測定する温度センサとしても機能する。
【００２１】
気化器４では、液体ポンプ３１から送られた混合液をヒータ兼温度センサ４ａの熱等により約１１０〜１６０℃程度に加熱し、気化させる。気化器４で気化した混合気は改質器６へ送られる。
【００２２】
改質器６の内部には流路が形成され、その流路の壁面に触媒が担持されている。気化器４から改質器６に送られる混合気は、改質器６の流路を流れ、ヒータ兼温度センサ６ａの熱、発電セル８の反応熱や触媒燃焼器９の熱により約３００〜４００℃程度に加熱されて、触媒により改質反応を起こす。原燃料と水の改質反応によって燃料としての水素、二酸化炭素及び副生成物である微量な一酸化炭素等の混合気体（改質ガス）が生成される。なお、原燃料がメタノールの場合、改質器６では主に次式（１）に示すような水蒸気改質反応が起こる。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 …（１）
【００２３】
一酸化炭素は化学反応式（１）についで逐次的に起こる次式（２）のような反応によって微量に副生される。
Ｈ2＋ＣＯ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ …（２）
化学反応式（１），（２）により生成した気体（改質ガス）は発電セル８に送出される。
【００２４】
図２は発電セル８の模式図である。図２に示すように、発電セル８は、固体酸化物型電解質８１１と、固体酸化物型電解質８１１の両面に形成された燃料極８２（アノード）及び酸素極８３（カソード）と、燃料極８２に接合してその接合面に流路８６を形成したアノード集電極８４と、酸素極８３に接合してその接合面に流路８７を形成したカソード集電極８５とを備える。また、発電セル８は筐体８８内に収容される。
【００２５】
固体酸化物型電解質８１１には、ジルコニア系の（Ｚｒ1-xＹx）Ｏ2-x/2（ＹＳＺ）、ラ
ンタンガレード系の（Ｌａ1-xＳｒx）（Ｇａ1-y-zＭｇyＣｏz）Ｏ3等を、燃料極８２にはＬａ0.84Ｓｒ0.16ＭｎＯ3、Ｌａ（Ｎｉ，Ｂｉ）Ｏ3、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ3、Ｉｎ2Ｏ3
＋ＳｎＯ2、ＬａＣｏＯ3等を、酸素極８３にはＮｉ、Ｎｉ＋ＹＳＺ等を、アノード集電極８４及びカソード集電極８５にはＬａＣｒ（Ｍｇ）Ｏ3、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｒＯ3、ＮｉＡｌ＋Ａｌ2Ｏ3等を、それぞれ用いることができる。
【００２６】
発電セル８はヒータ兼温度センサ９ａや触媒燃焼器９の熱により約５００〜１０００℃程度に加熱され、後述する反応が起こる。
酸素極８３にはカソード集電極８５の流路８７を介して空気が送られる。酸素極８３では酸素とカソード出力電極２１ｂより供給される電子により、次式（３）に示すように酸素イオンが生成される。
Ｏ2＋４ｅ-→２Ｏ2- …（３）
固体酸化物型電解質８１１は酸素イオンの透過性を有し、酸素極８３で化学反応式（３）により生成された酸素イオンを透過させて燃料極８２に到達させる。
【００２７】
燃料極８２にはアノード集電極８４の流路８６を介して改質器６から排出された改質ガスが送られる。酸素極８３では固体酸化物型電解質８１１を透過した酸素イオンと改質ガスとの次式（４）、（５）のような反応が起こる。
Ｈ2＋Ｏ2-→Ｈ2Ｏ＋２ｅ- …（４）
ＣＯ＋Ｏ2-→ＣＯ2＋２ｅ- …（５）
化学反応式（４），（５）により放出される電子は、燃料極８２、アノード出力電極２１ａ、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０２等の外部回路を経てカソード出力電極２１ｂより酸素極８３に供給される。
【００２８】
アノード集電極８４及びカソード集電極８５には、アノード出力電極２１ａ、カソード出力電極２１ｂが接続され、筐体８８から引き出されている。ここで、後述するように、筐体８８は例えばＮｉ系の合金で形成され、アノード出力電極２１ａ及びカソード出力電極２１ｂはガラス、セラミック等の絶縁材により筐体８８から絶縁されて引き出されている。図１に示すように、アノード出力電極２１ａ及びカソード出力電極２１ｂは、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ９０２に接続される。
【００２９】
アノード集電極８４の流路８６を通過した改質ガス（オフガス）には、未反応の水素も含まれている。オフガスは触媒燃焼器９に供給される。
【００３０】
触媒燃焼器９には、オフガスとともに、カソード集電極８５の流路８７を通過した空気が供給される。触媒燃焼器９の内部には流路が形成され、その流路の壁面にＰｔ系の触媒が担持されている。
触媒燃焼器９には、電熱材からなるヒータ兼温度センサ９ａが設けられている。ヒータ兼温度センサ９ａの電気抵抗値が温度に依存するので、このヒータ兼温度センサ９ａが触媒燃焼器９の温度を測定する温度センサとしても機能する。
【００３１】
オフガスと空気の混合気体（燃焼ガス）は触媒燃焼器９の流路を流れ、ヒータ兼温度センサ９ａにより加熱される。触媒燃焼器９の流路を流れている燃焼ガスのうち水素が触媒により燃焼され、これにより燃焼熱が発生する。燃焼後の排ガスは触媒燃焼器９から断熱容器１０の外部に放出される。
【００３２】
この触媒燃焼器９で発生した燃焼熱は発電セル８の温度を高温（約５００〜１０００℃程度）に維持するのに用いられる。そして、発電セル８の熱は、改質器６、気化器４に伝導し、気化器４における蒸発、改質器６における水蒸気改質反応に用いられる。
【００３３】
次に、反応装置５０の具体的構成について説明する。図３は、反応装置５０の概略構成を模式的に示した側断面図である。図３に示すように、反応装置５０には、反応装置本体５１と、反応装置本体５１の周囲を囲む断熱部６０と、反応装置本体５１及び断熱部６０とを収容する断熱容器１０とが設けられている。
【００３４】
図４は、反応装置本体５１の概略構成を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は下面図である。図４（ａ），（ｂ）に示すように、反応装置本体５１には、気化器４と、改質器６と、発電セル８と、これらが搭載される流路基板５２とが設けられている。流路基板５２における発電セル８及び触媒燃焼器９が搭載される第一部分５３には、その内部にｐｔ系の触媒が担持されており、この部分５３が触媒燃焼器９として機能するようになっている。また、流路基板５２内には各種流路７１〜７７が形成されている（図１参照）。
【００３５】
例えば、図１に示すように、流路７１は、液体ポンプ３１から供給された混合液を気化器４に案内するための流路である。流路７２は、気化器４で発生した混合気を改質器６に案内する流路である。流路７３は、改質器６で発生した改質ガスを発電セル８に案内する流路である。流路７４は、空気ポンプ３２から供給された空気を案内する流路である。流路７５は、発電セル８で発生したオフガスを触媒燃焼器９に案内する流路である。流路７６は、発電セル８を通過した空気を触媒燃焼器９まで案内する流路である。流路７７は、触媒燃焼器９で発生した排ガスを断熱容器１０の外部まで案内する流路である。
【００３６】
また、図４に示すように、流路基板５２における第一部分５３、改質器６が搭載される第二部分５４及び気化器４が搭載される第三部分５５は、それぞれ搭載物に対応した大きさに形成されている。第一部分５３と第二部分５４、第二部分５４と第三部分５５をそれぞれ連結する２つの連結部５１１は、その幅（各部５３，５４，５５の配列方向に対して垂直な面内における一方向の長さ）が、各部５３，５４，５５の幅方向の長さよりも、それぞれ短く形成されている。
【００３７】
また、図３に示すように、断熱部６０は、反応装置本体５１の下方を覆う下断熱材６１と、上方を覆う上断熱材６２とを備える。上断熱材６２及び下断熱材６１としては、例えばマイクロサーム（登録商標）、マコール（登録商標）及びガラス等が挙げられる。ここで、マコール（登録商標）及びガラスはいずれも緻密な断熱材である。本明細書では、その表面の平坦性が、局所的な凹凸が数nmから十数nm以下である断熱材を、緻密な断熱材という。マイクロサーム（登録商標）の熱伝導率は、０．０２Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であり、マコール（登録商標）の熱伝導率は、１．６７Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。また、ガラスの熱伝導率は、１．１３〜０．５４６Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。
【００３８】
下断熱材６１は、本発明に係る断熱材である。下断熱材６１は矩形状に形成されている。下断熱材６１の上面には、その反応装置本体５１が搭載される領域を少なくとも覆うように絶縁性の平坦化膜８１が成膜されている（図５参照）。
【００３９】
図５は下断熱材６１及び平坦化膜８１を示す上面図である。図中、点線部は反応装置本体５１に対向する第一領域６１１を示し、点線部の外側の領域は反応装置本体５１からはみ出た第二領域６１２を示す。
【００４０】
図５に示すように、平坦化膜８１の上面には、図５に示すように加熱部９０と、加熱部９０に接続された配線９１とが形成されている。加熱部９０及び配線９１は例えばＰｔやＷ／Ａｕ／Ｗ等からなる金属膜から形成されている。加熱部９０は、ヒータ兼温度センサ４ａ，６ａ，９ａを成すものである。ヒータ兼温度センサ４ａは、第一領域６１１における気化器４が搭載される第三部分５５に対向する部分に対して、千鳥状のパターンに成膜されている。ヒータ兼温度センサ６ａは、第一領域６１１における改質器６が搭載される第二部分５４に対向する部分に対して、千鳥状のパターンに成膜されている。ヒータ兼温度センサ９ａは、第一領域６１１における発電セル８及び触媒燃焼器９が搭載される第一部分５３に対向する部分に対して、それぞれ千鳥状のパターンに成膜されている。つまり、いずれのヒータ兼温度センサ４ａ，６ａ，９ａも、第一領域６１１内に成膜されている。
【００４１】
一方、配線９１は、ヒータ兼温度センサ４ａ，６ａ，９ａのそれぞれに対して個別に接続されるように、第二領域６１２における平坦化膜８１の上面に成膜されている。各配線９１は、下断熱材６１の一端部に向かって延出しており、この先端部が端子となって、例えば制御部（図示省略）等に電気的に接続されることになる。
【００４２】
また、加熱部９０の上面、配線９１の上面、及び平坦化膜８１の上面には、図３に示すように、加熱部９０及び配線９１を覆うように保護膜９２が成膜されている。保護膜９２は、絶縁性を有する酸化膜である。
【００４３】
そして、下断熱材６１には、第一領域６１１と反応装置本体５１とが対向するように、反応装置本体５１が位置決めされて重ねられている。ここで、加熱部９０と反応装置本体５１とは、位置合わせはされるもののその位置に固定されておらず、単に重ねられた状態、つまり非接合な状態となっている。
【００４４】
上断熱材６２には、反応装置本体５１の上部形状に対応して凹んだ凹部６５が形成されている。この凹部６５に反応装置本体５１が嵌合することで、両者が密着し断熱性が高められることになる。この嵌合により上断熱材６２は、反応装置本体５１における加熱部９０と対向する側とは反対側に配置される。上断熱材６２は本発明に係る第二補助用断熱材である。そして、嵌合時においては、反応装置本体５１における発電セル８側の先端面５１ａは上断熱材６２によって覆われている。これにより、平坦化膜８１及び保護膜９２は、上断熱材６２を介して断熱容器１０の内壁面から離間することになる。
【００４５】
断熱容器１０は、中空で、当該中空部１０１に連通する開口部１０２を備える。中空部１０１は、反応装置本体５１の周囲を囲った断熱部６０が嵌合するサイズに形成されている。また、断熱容器１０は、当該断熱容器１０の内側に設けられた内壁部１０３と、内壁部１０３とともに隙間１０４を形成するように外側に設けられた外壁部１０５とを備えている。隙間１０４は外部からは閉塞されており、この隙間１０４の内圧は大気圧より低い気圧（例えば、１００Ｐａ以下）に保たれている。
【００４６】
次に、反応装置５０の製造方法について説明する。図６は、反応装置５０の製造方法の各工程を模式的に示す図であり、（ａ）は反応装置本体準備工程を示す側面図であり、（ｂ）は下断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｃ）は平坦化膜形成工程を示す側面図であり、（ｄ）は加熱部形成工程を示す側面図であり、（ｅ）は保護膜形成工程を示す側面図であり、（ｆ）は上断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｇ）は配置工程を示す側面図であり、（ｈ）は収容工程を示す側面図である。
【００４７】
まず、反応装置本体準備工程では、図６（ａ）に示すように反応装置本体５１を準備する。他方、下断熱材準備工程では、図６（ｂ）に示すように下断熱材６１を準備する。この下断熱材準備工程が本発明に係る断熱材準備工程である。
【００４８】
平坦化膜形成工程では、図６（ｃ）に示すように下断熱材６１の上面における第一領域６１１に対して平坦化膜８１を成膜する。ここで平坦化膜８１はＣＶＤや塗布法の一種であるＳＯＧによって形成することが可能であるが、平坦化膜８１の成膜対象である下断熱材６１が気孔率の高い断熱材であるために、塗布法の中でも粘性の高い液体原料を塗布する方法が望ましい。したがって、粘性の高い溶剤である１メチル−２ピロリドンに特定の複数種の硝酸塩を溶かし、塗布乾燥後、昇温して目的とする酸化膜を形成する硝酸塩熱分解法が望ましい。
【００４９】
以下に硝酸塩熱分解法によるＳｍＦｅＯ３(あるいはＧｄＦｅＯ３)膜の形成方法について説明する。
まず、１メチル−２ピロリドンに、Ｆｅ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ及びＳｍ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏをモル比１：１の割合で溶かす。濃度はスピンコートする場合、１．０ｍｏｌ／ｌ程度である。また、ディップ法などの場合は、０．３ｍｏｌ／ｌ程度である。
【００５０】
次に、スピンナーで溶剤を下断熱材６１に一様に塗布する。ディップ法のなどの場合は、下断熱材６１上に溶液を塗布後、下断熱材６１を一定時間傾け、余分な溶液の除去工程をとってもよい。
【００５１】
そして、ロータリポンプで真空に引き、溶媒である１メチル−２ピロリドンを蒸発させる。その後、下断熱材６１を電気炉に入れ、特定温度まで昇温させＳｍＦｅＯ３を形成する。これにより、平坦化膜８１としてのＳｍＦｅＯ３膜が下断熱材６１上に成膜されることになる。次いで、反応装置本体５１が搭載される領域を残すように、平坦化膜８１をエッチングして除去する。
【００５２】
加熱部形成工程では、平坦化膜８１に対して、加熱部９０及び配線９１となる金属膜を成膜して、当該金属膜をエッチングすることで、図５及び図６（ｄ）に示すように加熱部９０及び配線９１の配線パターンを形成する。
【００５３】
保護膜形成工程では、加熱部９０の上面、配線９１の上面、及び平坦化膜８１の上面に、保護膜９２となる酸化膜を、ＣＶＤやＳＯＧ或いは上記の硝酸塩熱分解法等によって成膜することで、加熱部９０及び配線９１を保護膜９２で覆う。次いで、反応装置本体５１が搭載される領域を残すように、保護膜９２をエッチングして除去することで、図６（ｅ）に示すような保護膜９２が形成される。
【００５４】
上断熱材準備工程では、図６（ｆ）に示すように、反応装置本体５１の上部に対応して凹んだ凹部６５を有する上断熱材６２を準備する。この上断熱材準備工程が本発明に係る第二補助用断熱材準備工程である。
【００５５】
配置工程では、図６（ｇ）に示すように、反応装置本体５１に対して上断熱材６２及び下断熱材６１の位置合わせを行う。まず、配置工程では、上断熱材６２を反応装置本体５１における加熱部９０と対向する側とは反対側に配置して、反応装置本体５１と上断熱材６２とを嵌合させる（第三配置工程）。次に、第一領域６１１内に反応装置本体５１が配置されるように、反応装置本体５１と下断熱材６１とを重ね合わせる。これにより、反応装置本体５１と加熱部９０とが位置合わせされるとともに、加熱部９０及び配線９１と反応装置本体５１とが非接合な状態で対向することになる（第一配置工程）。なお、上断熱材６２及び下断熱材６１の幅及び奥行き（各部５３，５４，５５の配列方向と平行な方向の長さ）がそれぞれ同一であれば、各断熱材６２，６１の周囲を位置合わせすることにより、反応装置本体５１と加熱部９０とを位置合わせすることができ、位置合わせが容易となる。
【００５６】
収容工程では、図６（ｈ）に示すように、反応装置本体５１と加熱部９０及び配線９１とが位置合わせされた構造体（反応装置本体５１、断熱部６０、平坦化膜８１、保護膜９２、加熱部９０及び配線９１）を断熱容器１０内に収容する。まず、収容工程では、断熱容器１０を準備する（断熱容器準備工程）。その後、開口部１０２を介して構造体を断熱容器１０内に収容する（構造体収容工程）。ここで、各断熱材６１，６２は、上断熱材６２の高さ（各部５３，５４，５５の配列方向に対して垂直な面内における幅方向と垂直な方向の長さ）と、下断熱材６１の高さとの合計が、中空部１０１及び開口部１０２の高さとなるように形成されている。これにより、断熱部６０が中空部１０１内に嵌合するために、反応装置本体５１と下断熱材６１とが非接合な状態であっても、両者が位置決めされることになる。これらの工程によって、反応装置５０が組み立てられる。
【００５７】
以上のように、第１の実施の形態によれば、加熱部９０と反応装置本体５１とが非接合な状態で対向しているので、加熱部９０若しくは反応装置本体５１の一方が熱膨張したとしても、非接合な状態であるがゆえに他方の変形量に影響を及ぼすことを抑制することができる。特に、加熱部９０及び反応装置本体５１の温度がそれぞれ上昇したときに、加熱部９０と反応装置本体５１との間に生じる応力の増大を抑制できる。
【００５８】
また、下断熱材６１上に平坦化膜８１を介して加熱部９０及び配線９１が形成されているので、下断熱材６１の表面に凹凸があったとしても、平坦化膜８１によって平坦化された状態で、加熱部９０及び配線９１を成膜することが可能となる。これにより、加熱部９０及び配線９１を下断熱材６１に強固に定着させることができる。
【００５９】
また、加熱部９０と反応装置本体５１との変形量が異なっているために、熱膨張の際に両者が擦れ合うことになるが、両者間に保護膜９２が介在しているので加熱部９０が損傷したり、断線することを抑制することができる。
【００６０】
ここで、本実施の形態の反応装置５０は、第一部分５３、第二部分５４、第三部分５５を連結する２つの連結部５１１の幅が、それぞれ各部５３，５４，５５の幅よりも短く形成されているので、気化器４と改質器６と間の伝熱パスが長くなることを抑制しながら、各反応部５０ａ間の伝熱量を抑制することができる。同様に、改質器６と発電セル８及び触媒燃焼器９と間の伝熱パスが長くなることを抑制しながら、各反応部５０ａ間の伝熱量も抑制することができる。また、上記従来の技術では、反応装置本体５１に加熱部及び配線としての発熱体を形成する場合、発熱体は、反応装置本体５１を形成する金属基板上に形成していて、金属基板から外れた外側の位置に発熱体を形成することはできない。このため、上記従来の技術では、発熱体を形成する位置に関して自由度が低かった。一方、本実施の形態の反応装置５０は、流路基板５２上に配線を形成しているので、反応装置５０の形状と関係なく配線９１を形成できる。このため、配線９１を形成する位置に関して自由度が高い。
特に、本実施の形態のように各連結部５１１の幅を短くした場合、上記従来の技術では、各連結部５１１上に発熱体を形成せざるを得ないため、本実施の形態のように、配線９１を太く形成することができず、配線９１における発熱量が増大してしまうおそれがある。一方、本実施の形態の反応装置５０は、各連結部５１１の幅が各反応部５０ａの幅より短くても、下断熱材６１における反応装置本体５１に対向する第一領域６１１に加熱部９０を形成し、下断熱材６１における反応装置本体５１からはみ出した第二領域６１２に配線９１を形成することができるので、反応部５０ａに対応しない部分に配線９１を形成することができる。これにより、各連結部５１１のように加熱する必要のない領域を加熱しないようにすることができる。さらに、連結部５１１の大きさとは独立して配線９１を太く形成することができる。これにより配線９１抵抗を小さくすることができ、ひいては、発熱効率を高めることができる。
【００６１】
また、反応装置本体５１における加熱部９０と対向する側とは反対側に上断熱材６２が配置されているので、下断熱材６１のみのものと比しても断熱性を高めることができる。
【００６２】
さらに、反応装置本体５１と加熱部９０とが位置合わせされた構造体が断熱容器１０内に収容されているので、断熱部６０のみで反応装置本体５１を覆った場合と比してもより高い断熱性を確保することができる。
【００６３】
そして、構造体収容工程の後に、構造体と断熱容器１０との間に粉体状の断熱材を充填する断熱材充填工程をさらに行うと、断熱性をより高めることが可能となる。ここで、粉体状の断熱材は、例えば上述のマイクロサームを粉体状に加工したものである。
本発明における粉体化は、断熱材を充填材として使用可能であれば良く、数十ミクロン〜数百ミクロン程度の粉体であれば、特に形状に左右されない。
【００６４】
また、断熱容器１０の隙間１０４の内圧が大気圧よりも低いので、より高い断熱性を得ることができる。
【００６５】
なお、下断熱材６１の上面において、反応装置本体５１のうち第一部分５３、第二部分５４及び第三部分５５に対応する領域に、配線９１とは別に、通電しないダミー配線を形成してもよい。このとき、ダミー配線を覆うように平坦化膜８１を形成する。これにより、反応装置本体５１と擦れ合うことにより、保護膜９２の破れや、加熱部９０及び配線９１の損傷、断線などの発生を抑制することができる。
【００６６】
［第２の実施の形態］
次に、本発明に係る反応装置の製造方法における第２の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、第１の実施の形態と同一の部分においては同一符号を付してその説明を省略する。
【００６７】
図７は、反応装置５０Ａの製造方法の各工程を模式的に示す図であり、（ａ）は反応装置本体準備工程を示す側面図であり、（ｂ）は下断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｃ）は平坦化膜形成工程を示す側面図であり、（ｄ）は加熱部形成工程を示す側面図であり、（ｅ）は保護工程を示す側面図であり、（ｆ）は上断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｇ）は配置工程を示す側面図であり、（ｈ）は収容工程を示す側面図である。
【００６８】
まず、反応装置本体準備工程では、図７（ａ）に示すように反応装置本体５１を準備する。他方、下断熱材準備工程では、図７（ｂ）に示すように下断熱材６１ａを準備する。この下断熱材６１ａは、上述した緻密な断熱材であり、例えば上述のマコール（登録商標）が使用できる。
【００６９】
平坦化膜形成工程では、図７（ｃ）に示すように下断熱材６１ａの上面における第一領域６１１に対して、上述した成膜法により平坦化膜８１を成膜する。
【００７０】
加熱部形成工程では、平坦化膜８１に対して、加熱部９０及び配線９１となる金属膜を成膜して、当該金属膜をエッチングすることで、図５及び図７（ｄ）に示すように加熱部９０及び配線９１の配線パターンを形成する。
【００７１】
保護工程では、保護膜形成工程、補助用断熱材準備工程及び第二配置工程を施す。
保護膜形成工程では、加熱部９０の上面、配線９１の上面、及び平坦化膜８１の上面に、保護膜９２となる酸化膜を、上記の成膜法によって成膜することで、図７（ｅ）に示すように、加熱部９０及び配線９１を保護膜９２で覆う。
【００７２】
補助用断熱材準備工程では、０．１ミクロン以下の微細孔を多数有する補助用断熱材９５を準備する。補助用断熱材９５は、下断熱材６１ａよりも熱伝導率が低い断熱材であり、例えば上述のマイクロサーム（登録商標）を使用することができる。この補助用断熱材９５は、下断熱材６１ａよりも奥行きが短くなるように形成されたものである。
【００７３】
第二配置工程では、下断熱材６１ａにおける加熱部９０が形成された側とは反対側に補助用断熱材９５を配置する。この際、補助用断熱材９５における発電セル８側に位置する端面９５１が下断熱材６１ａの端面６１３と面一となるように、補助用断熱材９５と下断熱材６１ａとが位置合わせされている。
【００７４】
上断熱材準備工程では、図７（ｆ）に示すように、反応装置本体５１の上部に対応して凹んだ凹部６５ａを有する上断熱材６２ａを準備する。上断熱材６２ａにおける凹部６５ａは、補助用断熱材９５及び下断熱材６１ａの端面６１３，９５１が露出するように形成されている。
【００７５】
配置工程では、図７（ｇ）に示すように、反応装置本体５１に対して上断熱材６２ａ及び下断熱材６１ａの位置合わせを行う。まず、配置工程では、上断熱材６２ａを反応装置本体５１における加熱部９０と対向する側とは反対側に配置して、反応装置本体５１と上断熱材６２ａとを嵌合させる（第三配置工程）。次に、第一領域６１１内に反応装置本体５１が配置されるように、反応装置本体５１と下断熱材６１ａとを重ね合わせる。これにより、反応装置本体５１と加熱部９０とが位置合わせされるとともに、加熱部９０及び配線９１と反応装置本体５１とが非接合な状態で対向することになる（第一配置工程）。
【００７６】
収容工程では、図７（ｈ）に示すように、反応装置本体５１と加熱部９０及び配線９１とが位置合わせされた構造体（反応装置本体５１、断熱部６０ａ、補助用断熱材９５、平坦化膜８１、保護膜９２、加熱部９０及び配線９１）を断熱容器１０ａ内に収容する。まず、収容工程では、断熱容器１０ａを準備する（断熱容器準備工程）。断熱容器１０ａは、中空部１０１ａの奥行きが反応装置本体５１の奥行きよりも短くなるように形成されている。
【００７７】
その後、開口部１０２ａを介して構造体を断熱容器１０ａ内に収容する（構造体収容工程）。これにより、断熱部６０ａが中空部１０１ａ内に嵌合するために、反応装置本体５１と下断熱材６１ａとが非接合な状態であっても、両者が位置決めされることになる。
この際、補助用断熱材９５及び下断熱材６１ａの端面６１３，９５１を断熱容器１０ａの内側面６０１に当接させることで、断熱容器１０ａの開口部１０２側における反応装置本体５１及び下断熱材６１ａの各端部が外部に突出することになる。
図８は、収容後における断熱容器１０ａの上面図である。図８に示すように、下断熱材６１ａ上に形成された加熱部９０の一部としての配線９１が断熱容器１０ａの外部に露出する。
【００７８】
一方、収容工程では、開口部１０２ａを封止する蓋９７を準備する（蓋準備工程）。蓋９７には、断熱容器１０ａから外部に突出した反応装置本体５１及び下断熱材６１ａが貫通する貫通孔９８が形成されている。そして、構造体収容工程の後に、蓋９７を開口部１０２ａに取り付け、当該開口部１０２ａを封止する（蓋取付工程）。これにより、第２の実施の形態の反応装置５０Ａが組み立てられる。
【００７９】
以上のように、第２の実施の形態によれば、配線９１が断熱容器１０ａから突出しているために、他の部品との電気的な接続作業を容易にすることが可能となる。
【００８０】
また、断熱容器１０ａの開口部１０２ａを封止する蓋９７が設けられているので、より高い断熱性を確保することができる。
【００８１】
なお、第２の実施の形態では、下断熱材６１ａと補助用断熱材９５との接合面が互いに平坦である場合を例示して説明したが、、下断熱材６１の一部に凹部又は開口部を形成し、当該凹部又は開口部に対応する補助用断熱材９５の接合面の一部を下断熱材６１ａに向けて突出させる構成であってもよい。図９，１０に具体例を示す。図９は第２の実施の形態における下断熱材の変形例を示す上面図であり、図１０は図９におけるＸ−Ｘ断面図である。この図９，１０に示すように、下断熱材６１ｂの開口部６１６は、反応装置本体５１における連結部５１１に対応する箇所に形成されている。一方、補助用断熱材９５ｂの突出部９５２は、開口部６１６内に向けて突出するように形成されている。突出部９５２は、その上端面が下断熱材６１ｂの上面に面一となり、なおかつ開口部６１６に嵌合する形状に形成されている。
ここで、上記したように補助用断熱材９５ｂは、下断熱材６１ｂよりも熱伝導率が低いので、連結部５１１付近の熱伝導をより効果的に断熱することが可能となる。つまり、気化器４と改質器６との間の熱伝導や、改質器６と発電セル８との間の伝熱量を効果的に抑制することができる。
【００８２】
［第３の実施の形態］
次に、本発明に係る反応装置の製造方法における第３の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、第２の実施の形態と同一の部分においては同一符号を付してその説明を省略する。
【００８３】
図１１は、反応装置５０Ｃの製造方法の各工程を模式的に示す図であり、（ａ）は反応装置本体準備工程を示す側面図であり、（ｂ）は下断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｃ）は加熱部形成工程を示す側面図であり、（ｄ）は保護工程を示す側面図であり、（ｅ）は上断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｆ）は配置工程を示す側面図であり、（ｇ）は収容工程を示す側面図である。
【００８４】
まず、反応装置本体準備工程では、図１１（ａ）に示すように反応装置本体５１を準備する。他方、下断熱材準備工程では、図１１（ｂ）に示すように、緻密で、なおかつ表面が平坦な下断熱材６１ｃを準備する。ここで、図１２は下断熱材６１ｃを示す上面図である。図１２から明らかなように反応装置５０Ｃの下断熱材６１ｃには平坦化膜が省略されている。このように、下断熱材６１ｃとして緻密な断熱材を用いた場合、その表面の平坦性が、局所的な凹凸が数nmから十数nm以下と高いため、平坦化膜を形成しなくてもよい。
【００８５】
加熱部形成工程では、下断熱材６１ｃに対して、加熱部９０及び配線９１となる金属膜を成膜して、当該金属膜をエッチングすることで、図１２及び図１１（ｃ）に示すように加熱部９０及び配線９１の配線パターンを形成する。
【００８６】
保護工程では、保護膜形成工程、補助用断熱材準備工程及び第二配置工程を施す。
保護膜形成工程では、加熱部９０の上面、配線９１の上面及び下断熱材６１ｃの上面に、保護膜９２となる酸化膜を、上記の成膜法によって成膜することで、図１１（ｄ）に示すように加熱部９０及び配線９１を保護膜９２で覆う。
【００８７】
補助用断熱材準備工程では補助用断熱材９５を準備する。
第二配置工程では、下断熱材６１ｃにおける加熱部９０が形成された側とは反対側に補助用断熱材９５を配置する。この際、補助用断熱材９５における発電セル８側に位置する端面９５１が下断熱材６１ｃの端面６１３と面一となるように、補助用断熱材９５と下断熱材６１ａとが位置合わせされている。
【００８８】
上断熱材準備工程では、図１１（ｅ）に示すように、反応装置本体５１の上部に対応して凹んだ凹部６５ａを有する上断熱材６２ａを準備する。
【００８９】
配置工程では、図１１（ｆ）に示すように、反応装置本体５１に対して上断熱材６２ａ及び下断熱材６１ｃの位置合わせを行う。まず、配置工程では、上断熱材６２ａを反応装置本体５１における加熱部９０と対向する側とは反対側に配置して、反応装置本体５１と上断熱材６２ａとを嵌合させる（第三配置工程）。次に、第一領域６１１内に反応装置本体５１が配置されるように、反応装置本体５１と下断熱材６１ａとを重ね合わせる。これにより、反応装置本体５１と加熱部９０とが位置合わせされるとともに、加熱部９０及び配線９１と反応装置本体５１とが非接合な状態で対向することになる（第一配置工程）。
【００９０】
収容工程では、図１１（ｇ）に示すように、反応装置本体５１と加熱部９０及び配線９１とが位置合わせされた構造体（反応装置本体５１、断熱部６０ｃ、補助用断熱材９５、保護膜９２、加熱部９０及び配線９１）を断熱容器１０ａ内に収容する。まず、収容工程では、断熱容器１０ａを準備する（断熱容器準備工程）。その後、開口部１０２ａを介して構造体を断熱容器１０ａ内に収容する（構造体収容工程）。これにより、断熱部６０ｃが中空部１０１ａ内に嵌合するために、反応装置本体５１と下断熱材６１ａとが非接合な状態であっても、両者が位置決めされることになる。
【００９１】
また、収容工程では、開口部１０２ａを封止する蓋９７を準備し（蓋準備工程）、構造体収容工程の後に、蓋９７を開口部１０２ａに取り付け、当該開口部１０２ａを封止する（蓋取付工程）。これにより、第３の実施の形態の反応装置５０Ｃが組み立てられる。
【００９２】
以上のように、第３の実施の形態によれば、下断熱材６１ｃが緻密な断熱材であるので、平坦化膜８１がなくとも加熱部９０及び配線９１を成膜でき得るほどの平坦性を確保することができる。
また、第３の実施の形態においても、下断熱材６１ｃにおける反応装置本体５１に対向する第一領域６１１に加熱部９０が形成されて、下断熱材６１における反応装置本体５１からはみ出した第二領域６１２に配線９１が形成されているので、反応部５０ａに対応しない部分に配線９１を形成することができる。これにより、各連結部５１１のように加熱する必要のない領域を加熱しないようにすることができる。さらに、連結部５１１の大きさとは独立して配線９１を太く形成することができる。これにより配線９１抵抗を小さくすることができ、ひいては、発熱効率を高めることができる。
なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本実施形態の燃料電池装置を搭載した携帯用の電子機器を示すブロック図である。
【図２】図１の燃料電池装置に備わる発電セルの模式図である。
【図３】第１の実施の形態に係る反応装置の概略構成を模式的に示した側断面図である。
【図４】図３の反応装置に備わる反応装置本体の概略構成を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は下面図である。
【図５】図３の反応装置における下断熱材及び平坦化膜を示す上面図である。
【図６】第１の実施の形態における反応装置の製造方法の各工程を模式的に示す図であり、（ａ）は反応装置本体準備工程を示す側面図であり、（ｂ）は下断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｃ）は平坦化膜形成工程を示す側面図であり、（ｄ）は加熱部形成工程を示す側面図であり、（ｅ）は保護膜形成工程を示す側面図であり、（ｆ）は上断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｇ）は配置工程を示す側面図であり、（ｈ）は収容工程を示す側面図である。
【図７】第２の実施の形態における反応装置の製造方法の各工程を模式的に示す図であり、（ａ）は反応装置本体準備工程を示す側面図であり、（ｂ）は下断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｃ）は平坦化膜形成工程を示す側面図であり、（ｄ）は加熱部形成工程を示す側面図であり、（ｅ）は保護工程を示す側面図であり、（ｆ）は上断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｇ）は配置工程を示す側面図であり、（ｈ）は収容工程を示す側面図である。
【図８】第２の実施の形態における収容後における断熱容器の上面図である。
【図９】第２の実施の形態における下断熱材の変形例を示す上面図である。
【図１０】図９におけるＸ−Ｘ断面図である。
【図１１】第３の実施の形態における反応装置の製造方法の各工程を模式的に示す図であり、（ａ）は反応装置本体準備工程を示す側面図であり、（ｂ）は下断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｃ）は加熱部形成工程を示す側面図であり、（ｄ）は保護工程を示す側面図であり、（ｅ）は上断熱材準備工程を示す側面図であり、（ｆ）は配置工程を示す側面図であり、（ｇ）は収容工程を示す側面図である。
【図１２】第３の実施の形態における下断熱材を示す上面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１ 燃料電池装置
２ 燃料容器
４ 気化器（反応部）
６ 改質器（反応部）
８ 発電セル（反応部）
９ 触媒燃焼器（反応部）
１０ 断熱容器
５０ 反応装置
５１ 反応装置本体
５２ 流路基板
６０ 断熱部
６１ 下断熱材（断熱材）
６２ 上断熱材（第二補助用断熱材）
８１ 平坦化膜
９０ 加熱部
９１ 配線
９２ 保護膜
９５ 補助用断熱材
９７ 蓋
１０１ 中空部
１０２ 開口部
１０３ 内壁部
１０４ 隙間
１０５ 外壁部
６１１ 第一領域
６１２ 第二領域
６１６ 開口部
９５２ 突出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質の反応が生じる反応部を備えた反応装置本体を準備する反応装置本体準備工程と、
前記反応装置本体の前記反応部を加熱するための加熱部を準備する加熱部準備工程と、
前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせをする第一配置工程とを有し、
前記加熱部準備工程は、
断熱材を準備する断熱材準備工程と、
前記断熱材上に、表面が平坦な平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程と、
前記平坦化膜上に、通電により発熱する前記加熱部を形成する加熱部形成工程とを含み、
前記第一配置工程は、前記加熱部と前記反応装置本体とが非接合な状態で対向するように、前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせを行うことを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の反応装置の製造方法において、
前記断熱材は、緻密であることを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項３】
物質の反応が生じる反応部を備えた反応装置本体を準備する反応装置本体準備工程と、
前記反応装置本体の前記反応部を加熱するための加熱部を準備する加熱部準備工程と、
前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせをする第一配置工程とを有し、
前記加熱部準備工程は、
緻密な断熱材を準備する第一断熱材準備工程と、
前記断熱材上に、通電により発熱する前記加熱部を形成する加熱部形成工程とを含み、
前記第一配置工程は、前記加熱部と前記反応装置本体とが非接合な状態で対向するように、前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせを行うことを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の反応装置の製造方法において、
前記緻密な断熱材よりも熱伝導率が低い補助用断熱材を準備する補助用断熱材準備工程と、
前記断熱材における前記加熱部が形成された側とは反対側に前記補助用断熱材を配置する第二配置工程と、を更に含むことを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の反応装置の製造方法において、
前記断熱材は、凹部又は開口部を有し、
前記補助用断熱材は、前記凹部又は前記開口部内に向けて突出する突出部を有することを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか一項に記載の反応装置の製造方法において、
前記加熱部準備工程は、
前記断熱材上に、表面が平坦な平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程を更に含み、
前記加熱部形成工程は、前記断熱材上に前記平坦化膜を介して前記加熱部を形成することを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の反応装置の製造方法において、
前記加熱部準備工程は、
前記加熱部と前記反応装置本体との間に介在する保護膜を、前記加熱部上に形成する保護膜形成工程を更に含むことを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記断熱材における前記加熱部が形成される面は、前記反応装置本体に対向する第一領域と前記反応装置本体からはみ出した第二領域とを有し、
前記加熱部形成工程は、
前記第一領域に前記加熱部を形成して、且つ前記加熱部に接続された配線を前記第二領域に形成することを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の反応装置の製造方法において、
第二補助用断熱材を準備する第二補助用断熱材準備工程と、
前記反応装置本体における前記加熱部と対向する側とは反対側に前記第二補助用断熱材を配置する第三配置工程とを更に含むことを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項１０】
物質の反応が生じる反応部を備えた反応装置本体を準備する反応装置本体準備工程と、
前記反応装置本体の前記反応部を加熱するための加熱部を準備する加熱部準備工程と、
前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせをする第一配置工程とを有し、
前記加熱部準備工程は、
断熱材を準備する断熱材準備工程と、
前記断熱材上に、表面が平坦な平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程と、
前記平坦化膜上に、通電により発熱する前記加熱部を形成する加熱部形成工程とを含み、
前記断熱材における前記加熱部が形成される面は、前記反応装置本体に対向する第一領域と前記反応装置本体からはみ出した第二領域とを有し、
前記加熱部形成工程は、
前記第一領域に前記加熱部を形成して、且つ前記加熱部に接続された配線を前記第二領域に形成し、
前記第一配置工程は、前記加熱部と前記反応装置本体とが非接合な状態で対向するように、前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせを行うことを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項１１】
物質の反応が生じる反応部を備えた反応装置本体を準備する反応装置本体準備工程と、
前記反応装置本体の前記反応部を加熱するための加熱部を準備する加熱部準備工程と、
前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせをする第一配置工程とを有し、
前記加熱部準備工程は、
緻密な断熱材を準備する第一断熱材準備工程と、
前記断熱材上に、通電により発熱する前記加熱部を形成する加熱部形成工程とを含み、
前記断熱材における前記加熱部が形成される面は、前記反応装置本体に対向する第一領域と前記反応装置本体からはみ出した第二領域とを有し、
前記加熱部形成工程は、
前記第一領域に前記加熱部を形成して、且つ前記加熱部に接続された配線を前記第二領域に形成し、
前記第一配置工程は、前記加熱部と前記反応装置本体とが非接合な状態で対向するように、前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせを行うことを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の反応装置の製造方法において、
中空で、当該中空部に連通する開口部を有する断熱容器を準備する断熱容器準備工程と、
前記第一配置工程の後に、前記反応装置本体と加熱部とが位置合わせされた構造体を、前記開口部を介して前記断熱容器内に収容する構造体収容工程と、を更に含むことを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の反応装置の製造方法において、
中空で、当該中空部に連通する開口部を有する断熱容器を準備する断熱容器準備工程と、
粉体状断熱材を準備する粉体状断熱材準備工程と、
前記第一配置工程の後に、前記反応装置本体と前記加熱部とが位置合わせされた前記構造体を、前記開口部を介して前記断熱容器に収容するとともに、前記構造体と前記断熱容器との間に前記粉体状断熱材を充填する断熱材充填工程と、を更に含むことを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２又は１３のいずれか一項に記載の反応装置の製造方法において、
前記構造体収容工程は、
前記開口部から前記加熱部の一部が外部に突出するように、前記構造体を前記断熱容器内に収容することを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の反応装置の製造方法において、
前記開口部を封止する蓋を準備する蓋準備工程と、
前記構造体収容工程の後に、前記蓋を前記開口部に取り付け、当該開口部を封止する蓋取付工程と、を更に含むことを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の反応装置の製造方法において、
前記断熱容器は、当該断熱容器の内側に設けられた内壁部と、前記内壁部とともに隙間を形成するように外側に設けられた外壁部とを備え、前記隙間の内圧は大気圧よりも低いことを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の反応装置の製造方法において、
前記反応部は、液体の原燃料と水との混合液を加熱して気化する気化器、気体の原燃料と水の改質反応によって水素を含む改質ガスを生成する改質器又は水素と酸素との反応により電力を生成する発電セルのうちいずれか一つであることを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項１８】
中空で、当該中空部に連通する開口部を有する断熱容器と、
物質の反応が生じる反応部を有し、前記断熱容器内に配置された反応装置本体と、
断熱材と、
前記断熱材上に表面が平坦となるように形成された平坦化膜と、
前記反応装置本体に対して非接合な状態で対向するように前記平坦化膜上に形成され、通電により発熱する加熱部とを備え、
前記断熱材における前記加熱部が形成される面は、前記反応装置本体に対向する第一領域と前記反応装置本体からはみ出した第二領域とを有し、
前記第一領域には前記加熱部が形成されるとともに、前記第二領域には前記加熱部に接続された配線が形成されていることを特徴とする反応装置。
【請求項１９】
中空で、当該中空部に連通する開口部を有する断熱容器と、
物質の反応が生じる反応部を有し、前記断熱容器内に配置された反応装置本体と、
緻密な断熱材と、
前記反応装置本体に対して非接合な状態で対向するように前記断熱材上に形成され、通電により発熱する加熱部とを備え、
前記断熱材における前記加熱部が形成される面は、前記反応装置本体に対向する第一領域と前記反応装置本体からはみ出した第二領域とを有し、
前記第一領域には前記加熱部が形成されるとともに、前記第二領域には前記加熱部に接続された配線が形成されていることを特徴とする反応装置。
【請求項２０】
請求項１８又は１９に記載の反応装置において、
前記反応部は、液体の原燃料と水との混合液を加熱して気化する気化器、気体の原燃料と水の改質反応によって水素を含む改質ガスを生成する改質器又は水素と酸素との反応により電力を生成する発電セルのうちいずれか一つであることを特徴とする反応装置。
【請求項１】
物質の反応が生じる反応部を備えた反応装置本体を準備する反応装置本体準備工程と、
前記反応装置本体の前記反応部を加熱するための加熱部を準備する加熱部準備工程と、
前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせをする第一配置工程とを有し、
前記加熱部準備工程は、
断熱材を準備する断熱材準備工程と、
前記断熱材上に、表面が平坦な平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程と、
前記平坦化膜上に、通電により発熱する前記加熱部を形成する加熱部形成工程とを含み、
前記第一配置工程は、前記加熱部と前記反応装置本体とが非接合な状態で対向するように、前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせを行うことを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の反応装置の製造方法において、
前記断熱材は、緻密であることを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項３】
物質の反応が生じる反応部を備えた反応装置本体を準備する反応装置本体準備工程と、
前記反応装置本体の前記反応部を加熱するための加熱部を準備する加熱部準備工程と、
前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせをする第一配置工程とを有し、
前記加熱部準備工程は、
緻密な断熱材を準備する第一断熱材準備工程と、
前記断熱材上に、通電により発熱する前記加熱部を形成する加熱部形成工程とを含み、
前記第一配置工程は、前記加熱部と前記反応装置本体とが非接合な状態で対向するように、前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせを行うことを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の反応装置の製造方法において、
前記緻密な断熱材よりも熱伝導率が低い補助用断熱材を準備する補助用断熱材準備工程と、
前記断熱材における前記加熱部が形成された側とは反対側に前記補助用断熱材を配置する第二配置工程と、を更に含むことを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の反応装置の製造方法において、
前記断熱材は、凹部又は開口部を有し、
前記補助用断熱材は、前記凹部又は前記開口部内に向けて突出する突出部を有することを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか一項に記載の反応装置の製造方法において、
前記加熱部準備工程は、
前記断熱材上に、表面が平坦な平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程を更に含み、
前記加熱部形成工程は、前記断熱材上に前記平坦化膜を介して前記加熱部を形成することを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の反応装置の製造方法において、
前記加熱部準備工程は、
前記加熱部と前記反応装置本体との間に介在する保護膜を、前記加熱部上に形成する保護膜形成工程を更に含むことを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の反応装置において、
前記断熱材における前記加熱部が形成される面は、前記反応装置本体に対向する第一領域と前記反応装置本体からはみ出した第二領域とを有し、
前記加熱部形成工程は、
前記第一領域に前記加熱部を形成して、且つ前記加熱部に接続された配線を前記第二領域に形成することを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の反応装置の製造方法において、
第二補助用断熱材を準備する第二補助用断熱材準備工程と、
前記反応装置本体における前記加熱部と対向する側とは反対側に前記第二補助用断熱材を配置する第三配置工程とを更に含むことを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項１０】
物質の反応が生じる反応部を備えた反応装置本体を準備する反応装置本体準備工程と、
前記反応装置本体の前記反応部を加熱するための加熱部を準備する加熱部準備工程と、
前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせをする第一配置工程とを有し、
前記加熱部準備工程は、
断熱材を準備する断熱材準備工程と、
前記断熱材上に、表面が平坦な平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程と、
前記平坦化膜上に、通電により発熱する前記加熱部を形成する加熱部形成工程とを含み、
前記断熱材における前記加熱部が形成される面は、前記反応装置本体に対向する第一領域と前記反応装置本体からはみ出した第二領域とを有し、
前記加熱部形成工程は、
前記第一領域に前記加熱部を形成して、且つ前記加熱部に接続された配線を前記第二領域に形成し、
前記第一配置工程は、前記加熱部と前記反応装置本体とが非接合な状態で対向するように、前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせを行うことを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項１１】
物質の反応が生じる反応部を備えた反応装置本体を準備する反応装置本体準備工程と、
前記反応装置本体の前記反応部を加熱するための加熱部を準備する加熱部準備工程と、
前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせをする第一配置工程とを有し、
前記加熱部準備工程は、
緻密な断熱材を準備する第一断熱材準備工程と、
前記断熱材上に、通電により発熱する前記加熱部を形成する加熱部形成工程とを含み、
前記断熱材における前記加熱部が形成される面は、前記反応装置本体に対向する第一領域と前記反応装置本体からはみ出した第二領域とを有し、
前記加熱部形成工程は、
前記第一領域に前記加熱部を形成して、且つ前記加熱部に接続された配線を前記第二領域に形成し、
前記第一配置工程は、前記加熱部と前記反応装置本体とが非接合な状態で対向するように、前記反応装置本体と前記加熱部との位置合わせを行うことを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の反応装置の製造方法において、
中空で、当該中空部に連通する開口部を有する断熱容器を準備する断熱容器準備工程と、
前記第一配置工程の後に、前記反応装置本体と加熱部とが位置合わせされた構造体を、前記開口部を介して前記断熱容器内に収容する構造体収容工程と、を更に含むことを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の反応装置の製造方法において、
中空で、当該中空部に連通する開口部を有する断熱容器を準備する断熱容器準備工程と、
粉体状断熱材を準備する粉体状断熱材準備工程と、
前記第一配置工程の後に、前記反応装置本体と前記加熱部とが位置合わせされた前記構造体を、前記開口部を介して前記断熱容器に収容するとともに、前記構造体と前記断熱容器との間に前記粉体状断熱材を充填する断熱材充填工程と、を更に含むことを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２又は１３のいずれか一項に記載の反応装置の製造方法において、
前記構造体収容工程は、
前記開口部から前記加熱部の一部が外部に突出するように、前記構造体を前記断熱容器内に収容することを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の反応装置の製造方法において、
前記開口部を封止する蓋を準備する蓋準備工程と、
前記構造体収容工程の後に、前記蓋を前記開口部に取り付け、当該開口部を封止する蓋取付工程と、を更に含むことを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の反応装置の製造方法において、
前記断熱容器は、当該断熱容器の内側に設けられた内壁部と、前記内壁部とともに隙間を形成するように外側に設けられた外壁部とを備え、前記隙間の内圧は大気圧よりも低いことを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の反応装置の製造方法において、
前記反応部は、液体の原燃料と水との混合液を加熱して気化する気化器、気体の原燃料と水の改質反応によって水素を含む改質ガスを生成する改質器又は水素と酸素との反応により電力を生成する発電セルのうちいずれか一つであることを特徴とする反応装置の製造方法。
【請求項１８】
中空で、当該中空部に連通する開口部を有する断熱容器と、
物質の反応が生じる反応部を有し、前記断熱容器内に配置された反応装置本体と、
断熱材と、
前記断熱材上に表面が平坦となるように形成された平坦化膜と、
前記反応装置本体に対して非接合な状態で対向するように前記平坦化膜上に形成され、通電により発熱する加熱部とを備え、
前記断熱材における前記加熱部が形成される面は、前記反応装置本体に対向する第一領域と前記反応装置本体からはみ出した第二領域とを有し、
前記第一領域には前記加熱部が形成されるとともに、前記第二領域には前記加熱部に接続された配線が形成されていることを特徴とする反応装置。
【請求項１９】
中空で、当該中空部に連通する開口部を有する断熱容器と、
物質の反応が生じる反応部を有し、前記断熱容器内に配置された反応装置本体と、
緻密な断熱材と、
前記反応装置本体に対して非接合な状態で対向するように前記断熱材上に形成され、通電により発熱する加熱部とを備え、
前記断熱材における前記加熱部が形成される面は、前記反応装置本体に対向する第一領域と前記反応装置本体からはみ出した第二領域とを有し、
前記第一領域には前記加熱部が形成されるとともに、前記第二領域には前記加熱部に接続された配線が形成されていることを特徴とする反応装置。
【請求項２０】
請求項１８又は１９に記載の反応装置において、
前記反応部は、液体の原燃料と水との混合液を加熱して気化する気化器、気体の原燃料と水の改質反応によって水素を含む改質ガスを生成する改質器又は水素と酸素との反応により電力を生成する発電セルのうちいずれか一つであることを特徴とする反応装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１２０８０９（Ｐ２０１０−１２０８０９Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９５６２０（Ｐ２００８−２９５６２０）
【出願日】平成２０年１１月１９日（２００８．１１．１９）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１９日（２００８．１１．１９）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
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