発熱構造体収納用容器および内部発熱装置
【課題】 発熱構造体より発生する熱が発熱構造体収納用容器へ伝導するため発熱構造体収納用容器の表面温度が高くなる。
【解決手段】 発熱構造体収納用容器は、内部にヒータを備えることにより、若しくは内部で起こる化学反応の反応熱により発熱する発熱構造体２を収容する中空部を有する筐体と、筐体の内面に配置され、発熱構造体２が載置される台座６を備える。台座６は、内部に真空領域を有する。
【解決手段】 発熱構造体収納用容器は、内部にヒータを備えることにより、若しくは内部で起こる化学反応の反応熱により発熱する発熱構造体２を収容する中空部を有する筐体と、筐体の内面に配置され、発熱構造体２が載置される台座６を備える。台座６は、内部に真空領域を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばマイクロ化学システムにおける発熱構造体を収納するための発熱構造体収納用容器および内部発熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、精密加工技術の進歩発展により、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。特に、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。
【０００３】
このマイクロ化学システム（プラント）は、マイクロ加工技術によってつくられた幅数μｍから数百μｍのマイクロ流路を基本に、各種のマイクロ反応器（マイクロリアクター等）の機能デバイスから構成されるシステムである。そして、このマイクロ化学プラントは熱移動や物質移動速度が格段に大きく、化学反応の効率を飛躍的に増大させる可能性が指摘されているとともに、化学反応を効率良く維持させるためには、各種マイクロ反応器を周囲から断熱した状態で保持することが重要となる。
【０００４】
一方、このマイクロ化学システムを携帯機器用のシステムとして採用するにあたっては、反応器内部は原料反応に必要な高い温度を安定維持しつつ、反応器収容用容器の外部は、携帯性に問題がない程度の低い温度に保つことが要求されると同時に、小型化および低背化に優れることが求められる。
【０００５】
それゆえ、例えば、基体と蓋体とから成る反応器収納用容器内部を真空状態にすることにより、反応器内で発生する熱の外部への伝導を遮断し、且つ台座を用いて小さな接合面で反応器を保持することで、発電損失の少ないマイクロ反応器システムを提供することができる。
【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】
【０００６】
このように台座を用いて反応器を載置する反応器収納用容器において、反応器内で発生する熱の外部への伝導を遮断するためには、熱伝導の観点から台座を伝導する熱の流れ方向と直交方向の台座の断面積を小さくする、および台座の高さを高くすること等が考えられるが、台座の熱の流れ方向と直交方向の断面積を小さくすることは、台座と反応器および台座と反応器収納用容器との接続強度が不足し、接続信頼性の低下につながる。
【０００７】
さらに、反応器内部に燃料の反応に必要な温度まで上昇させるためのヒータを内蔵した場合、ヒータと反応器収納用容器とを、例えばワイヤボンディング法で電気的に接続する必要がある。しかし、反応器を支える台座の熱の流れ方向と直交方向の断面積が極めて小さく、その強度が小さい場合には、ワイヤボンディング作業時のツールの圧力により台座自体が破壊されてしまう。その結果、反応器を反応器収納用容器の内部に安定して載置できないおそれがある。
【０００８】
本発明は上記従来の技術における問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、例えば反応器等の熱を発する発熱構造体の発生する熱が発熱構造体収納用容器に伝導することを抑制し、また、強固に発熱構造体を載置できる発熱構造体収納用容器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の発熱構造体収納用容器は、発熱構造体を収容する中空部を有する筐体と、該筐体の内面に配置され、前記の発熱構造体が載置される台座とを備え、前記の台座は、内部に真空領域を有する。この発熱構造体収納用容器を、「第１の発熱構造体収納用容器」という。
【００１０】
好ましくは、前記の第１の発熱構造体収納用容器において、前記の真空領域の圧力は、１０Ｐａ以下である。この発熱構造体収納用容器を、「第２の発熱構造体収納用容器」という。
【００１１】
好ましくは、前記の第１又は第２の発熱構造体収納用容器において、前記の台座は、絶縁体である。この発熱構造体収納用容器を、「第３の発熱構造体収納用容器」という。
【００１２】
好ましくは、前記の第１又は第２の発熱構造体収納用容器において、前記の台座が絶縁コーティングされている。この発熱構造体収納用容器を、「第４の発熱構造体収納用容器」という。
【００１３】
好ましくは、前記の第１乃至第４のいずれかの発熱構造体収納用容器において、前記の台座が断熱コーティングされている。この発熱構造体収納用容器を、「第５の発熱構造体収納用容器」という。
【００１４】
好ましくは、前記の第１乃至第５のいずれかの発熱構造体収納用容器において、前記の発熱構造体は、内部にヒータを備えることにより、若しくは内部で起こる化学反応の反応熱により発熱する。この発熱構造体収納用容器を、「第６の発熱構造体収納用容器」という。
【００１５】
好ましくは、前記の第６の発熱構造体収納用容器において、前記の発熱構造体は、供給された物質に所定の反応を施して排出する反応器であり、外部から前記の反応器に物質を供給する供給管と、前記の反応器から外部に反応後の物質を排出する排出管とを備える。この発熱構造体収納用容器を、「第７の発熱構造体収納用容器」という。
【００１６】
好ましくは、前記の第６または第７の発熱構造体収納用容器は、前記の発熱構造体に電力を供給する配線を備える。この発熱構造体収納用容器を、「第８の発熱構造体収納用容器」という。
【００１７】
本発明の内部発熱装置は、上記第１乃至第８のいずれか記載の発熱構造体収納用容器と、前記の台座に載置された前記の発熱構造体とを具備している。
【００１８】
好ましくは、上記内部発熱装置において、前記の発熱構造体収納用容器の内部の圧力が１０Ｐａ以下である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の発熱構造体収納用容器は、発熱構造体を収容する中空部を有する筐体と、筐体の内面に配置され、発熱構造体が載置される台座とを備え、前記の台座は、内部に真空領域を有することから、発熱構造体の発生する熱が発熱構造体収納用容器に伝導することを抑制し、また、強固に発熱構造体を載置できる発熱構造体収納用容器を提供することができる。
【００２０】
本発明の内部発熱装置は、発熱構造体収納用容器と、台座に載置された発熱構造体からなることから、断熱性に優れた内部発熱装置を提供することができる。
【００２１】
また、断熱性に優れた内部発熱装置を提供することができることから、携帯機器内の他の部品が熱的に影響を受けることを有効に防止でき、そのような内部発熱装置を含むシステムを長期に安定的に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明の実施の形態による発熱構造体収納用容器および内部発熱装置を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態による発熱構造体収納用容器を有する内部発熱装置の構成例を示す断面図である。図１に示されるように、本実施の形態による内部発熱装置１は、発熱構造体２と、その発熱構造体２を収容する発熱構造体収納用容器（以下、単に「収納容器」ともいう。）３とを備える。収納容器３は、凹部を有する基体４と、その凹部を覆う蓋体５と、凹部の底面に配置され、発熱構造体２を載置する台座６とを有する。なお、基体４および蓋体５は、発熱構造体２を収容する中空部を備えた筐体を構成する。
【００２４】
また、発熱構造体２は、内部にヒータ（図示せず）を有し、その表面には、ヒータに電気的に接続される電極７が設けられる。この電極７は、基体４に設けられた貫通孔に挿通されるリード端子８に、ボンディングワイヤ９を介して接続される。そして、貫通孔には、基体２の貫通孔にリード端子８を絶縁しつつ封止固定するための絶縁封止材１０が存在する。なお、リード端子８は、発熱構造体２に電力を供給する配線である。また、本実施の形態による内部発熱装置１において、発熱構造体２は、内部で化学反応を起こす反応器として作用し、収納容器３は、発熱構造体２の内部に物質を供給する供給路としての供給管１１ａと、反応後の物質を発熱構造体２の内部から外部に排出する排出路としての排出管１１ｂとを有する。なお、以下では、発熱構造体２および発熱構造体収納用容器３を、それぞれ反応器２および反応器収納用容器３ともいう。
【００２５】
この内部発熱装置１において、基体４および蓋体５は、ともに発熱構造体２を収納する容器としての役割を有する。それらは、例えば、ＳＵＳ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等のＦｅ系合金や、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、ガラスセラミックス等のセラミック材料、ポリイミド等の高耐熱の樹脂材料等で形成されている。
【００２６】
基体４および蓋体５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。
【００２７】
ガラス成分としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、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（但し、Ｍ１およびＭ２は前記と同じである）、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３はＬｉ、ＮａまたはＫを示す）、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３は前記と同じである）、Ｐｂ系ガラス、Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。
【００２８】
また、フィラー成分としては、例えば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（例えばスピネル、ムライト、コージェライト）等が挙げられる。
【００２９】
基体４および蓋体５は、基体４および蓋体５で形成される空域部（内部）１２に反応器２を収納できればよく、例えば図１に示したように、凹部を有する枠状の基体４と板状の蓋体５のほか、板状の基体４とコの字を９０度左に回転させたような蓋体５であってもよい。
【００３０】
この場合、基体４と蓋体５は、内部を気密に封止するため、はんだや金属ロウ材等で接合する方法や、基体４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、シームウェルド、エレクトロンビームやレーザー等の方法にて接合してもよい。なお、プロジェクション法、シームウェルダー法、電子ビーム法、レーザービーム法等の溶接法による基体４と蓋体４との接合は、基体４と蓋体４の接合部及びその近傍のみが加熱されることから、熱応力がによる負荷が少ない形成法である。
【００３１】
例えば、Ａｕ−Ｓｎロウ材により接合する場合は、蓋体５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４と蓋体５との間に載置した後、封止炉あるいはシームウェルダーで蓋体５を基体４に接合する。
【００３２】
また、基体４および蓋体５は、反応器収納用容器３の小型化、低背化を可能とするために、厚さを薄くするのが好ましいが、基体４および蓋体５の強度を維持すべく、機械的強度である曲げ強度は２００ＭＰａ以上とするのが好ましい。例えば、曲げ強度が２００ＭＰａ以上の場合には、基体４および蓋体５の機械的強度が十分であり、荷重が加わった際に破壊してしまうことを防止することができる。
【００３３】
また、基体４および蓋体５が、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で形成される場合、以下のようにして作製される。
【００３４】
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、例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４および蓋体５を得る。なお、基体４および蓋体５の成形は粉末成形プレス法であっても良い。
【００３５】
一方、基体４および蓋体５が金属材料から成る場合は、切削法、プレス法、ＭＩＭ（Metal Injection Mold）法等により所定の形状に形成される。
【００３６】
さらに、基体４および蓋体５が金属材料から成る場合には、腐食を防止するためにその表面は、例えばＡｕ、Ｎｉのめっき処理や、ポリイミド等の樹脂コーティング等の被覆コーティング処理が行なわれることが望ましい。例えばＡｕめっき処理の場合であれば、その厚さは０．１〜５μｍ程度であることが望ましい。
【００３７】
また、基体４および蓋体５で構成される反応器収納用容器３の少なくとも内側表面をＡｕやＡｌのめっき処理膜で覆うことにより、収容された反応器２で発生する輻射熱を効率良く防ぐことができ、反応器収納用容器３の昇温を抑制することが可能となる。
【００３８】
また、基体４は、反応器２に接合される供給管１１ａおよび排出管１１ｂが貫通するための貫通孔１３ａ、および電極７と接合されるリード端子８が貫通するための貫通孔１３ｂを有する。
【００３９】
なお、貫通孔１３ａ、１３ｂは、切削法、プレス法、エッチング法、ブラスト法等により所定の形状に作製される。
【００４０】
台座６は、反応器収納用容器３の底面に設置され、反応器２を反応器収納用容器３の内部に載置固定する役割を持つ。本実施の形態による反応器収納用容器３において、台座６は、内部に真空領域を有し、好ましくは、その真空領域の圧力が１０Ｐａ以下である。このように、内部に真空領域を有する台座６を用いることにより、反応器２が発した熱が台座６を介して反応器収納用容器３に伝達することを抑制することができる。また、内部が真空領域を有する台座６を用いることにより、反応器２と台座６との接合面積および反応器収納用容器３と台座６との接合面積を比較的高い自由度で設計することができることから、台座６の形状を比較的任意に選択することができる。よって、内部が１０Ｐａ以下より成る台座６に反応器２が載置されることにより、台座６による熱伝導を遮断する効果をより向上させることができるとともに、台座６と基体４との接合面積を接合材の量を調整することにより大きくして台座６を反応器収納用容器３の内側に高強度で接合させることができる。その結果、反応器２から反応器収納用容器３に伝導する熱をさらに低減できると同時に、反応器収納用容器３の内壁に高強度で固定された台座６によって反応器２を安定して収納することが可能な、高い信頼性を有する反応器収納用容器３を提供することができる。なお、台座６の形状は、直方体形状、円柱形状、多角形柱形状、種々の立体形状を採用し得る。
【００４１】
本実施の形態による反応器収納用容器３によれば、反応器２を載置するための内部に真空領域を有する台座６を有していることから、反応器２は反応器収納用容器３の内壁に直接載置したものではないため、反応器２が発した熱が容器に直接大量に伝導することを防止することができる。そのため、反応器収納用容器３の表面の温度が上昇することもなく、この反応器収納用容器３の周辺に配置される他の部品が熱による影響を受けることを防止することができる。
【００４２】
さらに、反応器収納用容器３は、反応器２が発した熱が容器に直接大量に伝導することがないため、反応器２からの熱を断熱するために反応器収納用容器３の外壁を２重構造にするといったことも必要でなくなることから、その分、反応器収納用容器３の外形を小さくでき、その結果、携帯機器に搭載可能な小型化，低背化を実現した反応器収納用容器３を提供することができる。
【００４３】
また、反応器２の温度が熱伝導により低下することがないことから、反応に必要な熱を確保でき反応効率を向上させることも可能となる。
【００４４】
また、本実施の形態による反応器収納用容器３によれば、反応器収納用容器３の内部に、内部が真空の密閉空間を構成する台座６が設けられている。このように、台座６が別個の真空空間を構成することから、反応器収納用容器３の内部の真空度が多少低い場合であっても、反応器２からの熱を、反応器収納用容器３の周辺に配置される他の部品に悪影響を与えない程度に断熱することが可能である。すなわち、本実施の形態による反応器収納用容器３によれば、台座６の内部と反応器収納用容器３の内部とをともに真空にすることにより２重に断熱を行なうので、時間の経過と共に反応器収納用容器３内の真空度が多少悪化しても、断熱効果を十分保持することが可能である。
【００４５】
また、このような台座６は、反応器２の熱を基体４に伝え難くするために熱伝導率が低い材料が望ましい。台座６が金属の場合、例えば、炭素鋼を始めとする鋼材や、ＳＵＳ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等のＦｅ合金、Ｃｕ合金等が挙げられるが、燃料改質器８の熱を基体４に伝え難くするという観点からは、熱伝導率が２０Ｗ/ｍＫ以下のＳＵＳやＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金が好ましい。なお、台座６の成型は、切削法、プレス法、エッチング法、ブラスト法等により内部に空間が出来るような所定の形状に作製され、真空雰囲気下での溶接手法やロウ付け等で形成される。
【００４６】
また、好ましくは、プロジェクション法、シームウェルダー法、電子ビーム法、レーザービーム法等の溶接法により台座６が作製されるのがよい。
【００４７】
他方、台座６が例えば酸化アルミニウム等のセラミック材料などで形成されている場合、凹部を有した部品と凹部もしくは板状で内部に空間が形成されるように真空雰囲気下でのろう付け等で形成される。台座６がセラミック材料等の絶縁体であると、台座を介しての外部電位を遮断するため、反応器２がノイズの影響を受けにくい。なお、台座６が金属から成る場合であっても、台座６の表面を絶縁コーティングすることにより、材料が絶縁体に限定されない設計自由度の高い台座６を介して外部電位を遮断することができるため、反応器２がノイズの影響を受けにくい。
【００４８】
なお、台座６の表面を断熱コーティングしてもよい。このようにすると、材料が低熱伝導率材料に限定されない設計自由度の高い台座６を用いることができ、熱伝導を遮断する効果を向上させることができる。
【００４９】
そして、この台座６上へ反応器２を載置した後に、先に詳述した石英ガラス，硼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、Ａｕ−Ｓｎ，Ａｕ−Ｓｉ合金等の各種ロウ材から成る材料を用いて接合する。
【００５０】
その後、反応器２上の電極７とリード端子８とをボンディングワイヤ９を介して電気的に接続する。さらに蓋体５を用いて基体４の凹部を封止することによって、反応器収納用容器３の凹部内に収容した反応器２を気密に封止した燃料改質装置が形成される。
【００５１】
上述の反応器２においては、反応器収納用容器３の内圧が１０Ｐａ以下にされている。これにより、反応器２からの放射熱によって基体４や蓋体５に熱が伝わるのを有効に防止することができる。反応器収納用容器の内圧が１０Ｐａ以下であればと、反応器２からの放射熱が基体４や蓋体５に伝わりにくくなる。
【００５２】
本実施の形態による反応器収納用容器３に収納される反応器２は、反応器２に接合される供給管１１ａから供給された物質を、他の物質に変化させ、排出管１１ｂより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する。
【００５３】
反応器２は、特に限定されるものではなく、例えば、シリコン等の半導体、石英、ガラス、金属、セラミックス等の無機材料の基材に、切削法、エッチング法、ブラスト法等により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、溶接等により表面に密着することにより形成される。またその形状も特に限定されるものではなく、例えば四角形状等があげられる。また、石英、ガラス、金属、セラミックス等の無機材料から成り、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状等であってもよい。
【００５４】
例えば、物質の反応が吸熱反応の場合、反応器２内には、温度調節機構、例えば、抵抗層等から成る薄膜ヒータ（不図示）や厚膜ヒータ（不図示）を形成し、表面にはこのヒータへ電力を供給する端子として電極７が形成される。この温度調節機構により、反応器２を、原料反応条件に相当する２００〜８００℃程度の温度条件に調整することで、供給管１１ａが接続された物質供給口から供給される原料を反応させて、物質排出口に接続された排出管１１ｂから反応生成物を発生させる物質反応を良好に促進することができる。
【００５５】
なお、反応器２において、ヒータは、触媒が担持され原料反応をおこなう流路内や空隙内、あるいはその近傍に配置されることにより、ヒータから発生する熱を効率的に原料反応に用いることができる。
【００５６】
この反応器２は、蓋体５がＡｕ系，Ａｇ系，Ａｌ系等の金属ロウ材やガラス材による接合やシームウェルド法等により基体４にその凹部を覆って取着されることによって、反応器収納容器３内に収納される。
【００５７】
例えば、Ａｕ−Ｓｎロウ材により接合する場合は、蓋体５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形成したＡｕ−Ｓｎロウ材を基体４と蓋体５との間に載置した後、封止炉あるいはシームウェルダーで蓋体５を基体４に取着することにより、反応器収納用容器３の内部１１に反応器２を封止する。
【００５８】
反応器収納容器１２内の断熱性をさらに向上させるためには、反応器収納容器３内を真空にすることが効果的であり、反応器２を封止する際、真空炉でのロウ材による封止や真空チャンバー内でのシームウェルド法で行なえば良い。
【００５９】
また、反応器２は、反応器２上の電極７がボンディングワイヤ９を介して基体４に設けたリード端子８に電気的に接続される。これにより、電極７を通じて反応器２上に形成されたヒータを加熱することができる。その結果、反応器２において反応温度の維持が可能となり燃料の改質反応を安定させることができる。
【００６０】
供給管１１ａおよび排出管１１ｂは、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ系，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系，ＳＵＳ等の金属材料や、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，ガラスセラミック焼結体等のセラミック材料や、ポリイミド等の高耐熱の樹脂材料で形成されている。
【００６１】
そして、これらの供給管１１ａおよび排出管１１ｂは、基体４に形成した貫通孔１３ａに挿通して接合される。この接合方法として、供給管１１ａおよび排出管１１ｂと基体４を構成する材料により、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が適宜用いられる。
【００６２】
また、供給管１１ａおよび排出管１１ｂの内径はφ０．１ｍｍ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φ５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００６３】
供給管１１ａおよび排出管１１ｂ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、例えば、正方形，長方形が挙げられる。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以上であれば良い。また、流れ方向の長さは、反応器２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。
【００６４】
また、反応器２の物質供給口，物質排出口と供給管１１ａ，排出管１１ｂ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、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、これにより気密封止される。
【００６５】
なお、本発明は以上の実施の形態の例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。例えば、図１に示した例においては、供給管１１ａおよび排出管１１ｂは反応器２の上面に接合されているが、これらは反応器２の仕様に応じて下面に接合してもよい。
【００６６】
また、図１に示した例において、台座６は複数個であるが、反応器２を載置固定するのに十分な接合強度を確保できる場合は、台座６は単数であっても良い。
【００６７】
また、上記実施の形態では、発熱構造体２を、内部で化学反応を起こす反応器として説明したが、これに限らず、発熱する装置であれば任意の装置であってよい。さらに、発熱構造体２は、ヒータで加熱されることにより放熱するものであってもよいし、内部で起こる反応により発熱するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の内部発熱装置について実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１・・・・・内部発熱装置（反応装置）
２・・・・・発熱構造体（反応器）
３・・・・・発熱構造体収納用容器（反応器収納用容器）
４・・・・・基体
５・・・・・蓋体
６・・・・・台座
７・・・・・電極
８・・・・・リード端子
９・・・・・ボンディングワイヤ
１０・・・・・絶縁封止材
１１ａ・・・・供給管
１１ｂ・・・・排出管
１２・・・・空域部
１３ａ・・・・貫通孔（供給管／排出管用）
１３ｂ・・・・貫通孔（リード端子用）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばマイクロ化学システムにおける発熱構造体を収納するための発熱構造体収納用容器および内部発熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、精密加工技術の進歩発展により、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。特に、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。
【０００３】
このマイクロ化学システム（プラント）は、マイクロ加工技術によってつくられた幅数μｍから数百μｍのマイクロ流路を基本に、各種のマイクロ反応器（マイクロリアクター等）の機能デバイスから構成されるシステムである。そして、このマイクロ化学プラントは熱移動や物質移動速度が格段に大きく、化学反応の効率を飛躍的に増大させる可能性が指摘されているとともに、化学反応を効率良く維持させるためには、各種マイクロ反応器を周囲から断熱した状態で保持することが重要となる。
【０００４】
一方、このマイクロ化学システムを携帯機器用のシステムとして採用するにあたっては、反応器内部は原料反応に必要な高い温度を安定維持しつつ、反応器収容用容器の外部は、携帯性に問題がない程度の低い温度に保つことが要求されると同時に、小型化および低背化に優れることが求められる。
【０００５】
それゆえ、例えば、基体と蓋体とから成る反応器収納用容器内部を真空状態にすることにより、反応器内で発生する熱の外部への伝導を遮断し、且つ台座を用いて小さな接合面で反応器を保持することで、発電損失の少ないマイクロ反応器システムを提供することができる。
【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】
【０００６】
このように台座を用いて反応器を載置する反応器収納用容器において、反応器内で発生する熱の外部への伝導を遮断するためには、熱伝導の観点から台座を伝導する熱の流れ方向と直交方向の台座の断面積を小さくする、および台座の高さを高くすること等が考えられるが、台座の熱の流れ方向と直交方向の断面積を小さくすることは、台座と反応器および台座と反応器収納用容器との接続強度が不足し、接続信頼性の低下につながる。
【０００７】
さらに、反応器内部に燃料の反応に必要な温度まで上昇させるためのヒータを内蔵した場合、ヒータと反応器収納用容器とを、例えばワイヤボンディング法で電気的に接続する必要がある。しかし、反応器を支える台座の熱の流れ方向と直交方向の断面積が極めて小さく、その強度が小さい場合には、ワイヤボンディング作業時のツールの圧力により台座自体が破壊されてしまう。その結果、反応器を反応器収納用容器の内部に安定して載置できないおそれがある。
【０００８】
本発明は上記従来の技術における問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、例えば反応器等の熱を発する発熱構造体の発生する熱が発熱構造体収納用容器に伝導することを抑制し、また、強固に発熱構造体を載置できる発熱構造体収納用容器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の発熱構造体収納用容器は、発熱構造体を収容する中空部を有する筐体と、該筐体の内面に配置され、前記の発熱構造体が載置される台座とを備え、前記の台座は、内部に真空領域を有する。この発熱構造体収納用容器を、「第１の発熱構造体収納用容器」という。
【００１０】
好ましくは、前記の第１の発熱構造体収納用容器において、前記の真空領域の圧力は、１０Ｐａ以下である。この発熱構造体収納用容器を、「第２の発熱構造体収納用容器」という。
【００１１】
好ましくは、前記の第１又は第２の発熱構造体収納用容器において、前記の台座は、絶縁体である。この発熱構造体収納用容器を、「第３の発熱構造体収納用容器」という。
【００１２】
好ましくは、前記の第１又は第２の発熱構造体収納用容器において、前記の台座が絶縁コーティングされている。この発熱構造体収納用容器を、「第４の発熱構造体収納用容器」という。
【００１３】
好ましくは、前記の第１乃至第４のいずれかの発熱構造体収納用容器において、前記の台座が断熱コーティングされている。この発熱構造体収納用容器を、「第５の発熱構造体収納用容器」という。
【００１４】
好ましくは、前記の第１乃至第５のいずれかの発熱構造体収納用容器において、前記の発熱構造体は、内部にヒータを備えることにより、若しくは内部で起こる化学反応の反応熱により発熱する。この発熱構造体収納用容器を、「第６の発熱構造体収納用容器」という。
【００１５】
好ましくは、前記の第６の発熱構造体収納用容器において、前記の発熱構造体は、供給された物質に所定の反応を施して排出する反応器であり、外部から前記の反応器に物質を供給する供給管と、前記の反応器から外部に反応後の物質を排出する排出管とを備える。この発熱構造体収納用容器を、「第７の発熱構造体収納用容器」という。
【００１６】
好ましくは、前記の第６または第７の発熱構造体収納用容器は、前記の発熱構造体に電力を供給する配線を備える。この発熱構造体収納用容器を、「第８の発熱構造体収納用容器」という。
【００１７】
本発明の内部発熱装置は、上記第１乃至第８のいずれか記載の発熱構造体収納用容器と、前記の台座に載置された前記の発熱構造体とを具備している。
【００１８】
好ましくは、上記内部発熱装置において、前記の発熱構造体収納用容器の内部の圧力が１０Ｐａ以下である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の発熱構造体収納用容器は、発熱構造体を収容する中空部を有する筐体と、筐体の内面に配置され、発熱構造体が載置される台座とを備え、前記の台座は、内部に真空領域を有することから、発熱構造体の発生する熱が発熱構造体収納用容器に伝導することを抑制し、また、強固に発熱構造体を載置できる発熱構造体収納用容器を提供することができる。
【００２０】
本発明の内部発熱装置は、発熱構造体収納用容器と、台座に載置された発熱構造体からなることから、断熱性に優れた内部発熱装置を提供することができる。
【００２１】
また、断熱性に優れた内部発熱装置を提供することができることから、携帯機器内の他の部品が熱的に影響を受けることを有効に防止でき、そのような内部発熱装置を含むシステムを長期に安定的に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明の実施の形態による発熱構造体収納用容器および内部発熱装置を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態による発熱構造体収納用容器を有する内部発熱装置の構成例を示す断面図である。図１に示されるように、本実施の形態による内部発熱装置１は、発熱構造体２と、その発熱構造体２を収容する発熱構造体収納用容器（以下、単に「収納容器」ともいう。）３とを備える。収納容器３は、凹部を有する基体４と、その凹部を覆う蓋体５と、凹部の底面に配置され、発熱構造体２を載置する台座６とを有する。なお、基体４および蓋体５は、発熱構造体２を収容する中空部を備えた筐体を構成する。
【００２４】
また、発熱構造体２は、内部にヒータ（図示せず）を有し、その表面には、ヒータに電気的に接続される電極７が設けられる。この電極７は、基体４に設けられた貫通孔に挿通されるリード端子８に、ボンディングワイヤ９を介して接続される。そして、貫通孔には、基体２の貫通孔にリード端子８を絶縁しつつ封止固定するための絶縁封止材１０が存在する。なお、リード端子８は、発熱構造体２に電力を供給する配線である。また、本実施の形態による内部発熱装置１において、発熱構造体２は、内部で化学反応を起こす反応器として作用し、収納容器３は、発熱構造体２の内部に物質を供給する供給路としての供給管１１ａと、反応後の物質を発熱構造体２の内部から外部に排出する排出路としての排出管１１ｂとを有する。なお、以下では、発熱構造体２および発熱構造体収納用容器３を、それぞれ反応器２および反応器収納用容器３ともいう。
【００２５】
この内部発熱装置１において、基体４および蓋体５は、ともに発熱構造体２を収納する容器としての役割を有する。それらは、例えば、ＳＵＳ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等のＦｅ系合金や、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、ガラスセラミックス等のセラミック材料、ポリイミド等の高耐熱の樹脂材料等で形成されている。
【００２６】
基体４および蓋体５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。
【００２７】
ガラス成分としては、例えばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、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（但し、Ｍ１およびＭ２は前記と同じである）、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３はＬｉ、ＮａまたはＫを示す）、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３は前記と同じである）、Ｐｂ系ガラス、Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。
【００２８】
また、フィラー成分としては、例えば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（例えばスピネル、ムライト、コージェライト）等が挙げられる。
【００２９】
基体４および蓋体５は、基体４および蓋体５で形成される空域部（内部）１２に反応器２を収納できればよく、例えば図１に示したように、凹部を有する枠状の基体４と板状の蓋体５のほか、板状の基体４とコの字を９０度左に回転させたような蓋体５であってもよい。
【００３０】
この場合、基体４と蓋体５は、内部を気密に封止するため、はんだや金属ロウ材等で接合する方法や、基体４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、シームウェルド、エレクトロンビームやレーザー等の方法にて接合してもよい。なお、プロジェクション法、シームウェルダー法、電子ビーム法、レーザービーム法等の溶接法による基体４と蓋体４との接合は、基体４と蓋体４の接合部及びその近傍のみが加熱されることから、熱応力がによる負荷が少ない形成法である。
【００３１】
例えば、Ａｕ−Ｓｎロウ材により接合する場合は、蓋体５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４と蓋体５との間に載置した後、封止炉あるいはシームウェルダーで蓋体５を基体４に接合する。
【００３２】
また、基体４および蓋体５は、反応器収納用容器３の小型化、低背化を可能とするために、厚さを薄くするのが好ましいが、基体４および蓋体５の強度を維持すべく、機械的強度である曲げ強度は２００ＭＰａ以上とするのが好ましい。例えば、曲げ強度が２００ＭＰａ以上の場合には、基体４および蓋体５の機械的強度が十分であり、荷重が加わった際に破壊してしまうことを防止することができる。
【００３３】
また、基体４および蓋体５が、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で形成される場合、以下のようにして作製される。
【００３４】
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、例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４および蓋体５を得る。なお、基体４および蓋体５の成形は粉末成形プレス法であっても良い。
【００３５】
一方、基体４および蓋体５が金属材料から成る場合は、切削法、プレス法、ＭＩＭ（Metal Injection Mold）法等により所定の形状に形成される。
【００３６】
さらに、基体４および蓋体５が金属材料から成る場合には、腐食を防止するためにその表面は、例えばＡｕ、Ｎｉのめっき処理や、ポリイミド等の樹脂コーティング等の被覆コーティング処理が行なわれることが望ましい。例えばＡｕめっき処理の場合であれば、その厚さは０．１〜５μｍ程度であることが望ましい。
【００３７】
また、基体４および蓋体５で構成される反応器収納用容器３の少なくとも内側表面をＡｕやＡｌのめっき処理膜で覆うことにより、収容された反応器２で発生する輻射熱を効率良く防ぐことができ、反応器収納用容器３の昇温を抑制することが可能となる。
【００３８】
また、基体４は、反応器２に接合される供給管１１ａおよび排出管１１ｂが貫通するための貫通孔１３ａ、および電極７と接合されるリード端子８が貫通するための貫通孔１３ｂを有する。
【００３９】
なお、貫通孔１３ａ、１３ｂは、切削法、プレス法、エッチング法、ブラスト法等により所定の形状に作製される。
【００４０】
台座６は、反応器収納用容器３の底面に設置され、反応器２を反応器収納用容器３の内部に載置固定する役割を持つ。本実施の形態による反応器収納用容器３において、台座６は、内部に真空領域を有し、好ましくは、その真空領域の圧力が１０Ｐａ以下である。このように、内部に真空領域を有する台座６を用いることにより、反応器２が発した熱が台座６を介して反応器収納用容器３に伝達することを抑制することができる。また、内部が真空領域を有する台座６を用いることにより、反応器２と台座６との接合面積および反応器収納用容器３と台座６との接合面積を比較的高い自由度で設計することができることから、台座６の形状を比較的任意に選択することができる。よって、内部が１０Ｐａ以下より成る台座６に反応器２が載置されることにより、台座６による熱伝導を遮断する効果をより向上させることができるとともに、台座６と基体４との接合面積を接合材の量を調整することにより大きくして台座６を反応器収納用容器３の内側に高強度で接合させることができる。その結果、反応器２から反応器収納用容器３に伝導する熱をさらに低減できると同時に、反応器収納用容器３の内壁に高強度で固定された台座６によって反応器２を安定して収納することが可能な、高い信頼性を有する反応器収納用容器３を提供することができる。なお、台座６の形状は、直方体形状、円柱形状、多角形柱形状、種々の立体形状を採用し得る。
【００４１】
本実施の形態による反応器収納用容器３によれば、反応器２を載置するための内部に真空領域を有する台座６を有していることから、反応器２は反応器収納用容器３の内壁に直接載置したものではないため、反応器２が発した熱が容器に直接大量に伝導することを防止することができる。そのため、反応器収納用容器３の表面の温度が上昇することもなく、この反応器収納用容器３の周辺に配置される他の部品が熱による影響を受けることを防止することができる。
【００４２】
さらに、反応器収納用容器３は、反応器２が発した熱が容器に直接大量に伝導することがないため、反応器２からの熱を断熱するために反応器収納用容器３の外壁を２重構造にするといったことも必要でなくなることから、その分、反応器収納用容器３の外形を小さくでき、その結果、携帯機器に搭載可能な小型化，低背化を実現した反応器収納用容器３を提供することができる。
【００４３】
また、反応器２の温度が熱伝導により低下することがないことから、反応に必要な熱を確保でき反応効率を向上させることも可能となる。
【００４４】
また、本実施の形態による反応器収納用容器３によれば、反応器収納用容器３の内部に、内部が真空の密閉空間を構成する台座６が設けられている。このように、台座６が別個の真空空間を構成することから、反応器収納用容器３の内部の真空度が多少低い場合であっても、反応器２からの熱を、反応器収納用容器３の周辺に配置される他の部品に悪影響を与えない程度に断熱することが可能である。すなわち、本実施の形態による反応器収納用容器３によれば、台座６の内部と反応器収納用容器３の内部とをともに真空にすることにより２重に断熱を行なうので、時間の経過と共に反応器収納用容器３内の真空度が多少悪化しても、断熱効果を十分保持することが可能である。
【００４５】
また、このような台座６は、反応器２の熱を基体４に伝え難くするために熱伝導率が低い材料が望ましい。台座６が金属の場合、例えば、炭素鋼を始めとする鋼材や、ＳＵＳ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等のＦｅ合金、Ｃｕ合金等が挙げられるが、燃料改質器８の熱を基体４に伝え難くするという観点からは、熱伝導率が２０Ｗ/ｍＫ以下のＳＵＳやＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金が好ましい。なお、台座６の成型は、切削法、プレス法、エッチング法、ブラスト法等により内部に空間が出来るような所定の形状に作製され、真空雰囲気下での溶接手法やロウ付け等で形成される。
【００４６】
また、好ましくは、プロジェクション法、シームウェルダー法、電子ビーム法、レーザービーム法等の溶接法により台座６が作製されるのがよい。
【００４７】
他方、台座６が例えば酸化アルミニウム等のセラミック材料などで形成されている場合、凹部を有した部品と凹部もしくは板状で内部に空間が形成されるように真空雰囲気下でのろう付け等で形成される。台座６がセラミック材料等の絶縁体であると、台座を介しての外部電位を遮断するため、反応器２がノイズの影響を受けにくい。なお、台座６が金属から成る場合であっても、台座６の表面を絶縁コーティングすることにより、材料が絶縁体に限定されない設計自由度の高い台座６を介して外部電位を遮断することができるため、反応器２がノイズの影響を受けにくい。
【００４８】
なお、台座６の表面を断熱コーティングしてもよい。このようにすると、材料が低熱伝導率材料に限定されない設計自由度の高い台座６を用いることができ、熱伝導を遮断する効果を向上させることができる。
【００４９】
そして、この台座６上へ反応器２を載置した後に、先に詳述した石英ガラス，硼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、Ａｕ−Ｓｎ，Ａｕ−Ｓｉ合金等の各種ロウ材から成る材料を用いて接合する。
【００５０】
その後、反応器２上の電極７とリード端子８とをボンディングワイヤ９を介して電気的に接続する。さらに蓋体５を用いて基体４の凹部を封止することによって、反応器収納用容器３の凹部内に収容した反応器２を気密に封止した燃料改質装置が形成される。
【００５１】
上述の反応器２においては、反応器収納用容器３の内圧が１０Ｐａ以下にされている。これにより、反応器２からの放射熱によって基体４や蓋体５に熱が伝わるのを有効に防止することができる。反応器収納用容器の内圧が１０Ｐａ以下であればと、反応器２からの放射熱が基体４や蓋体５に伝わりにくくなる。
【００５２】
本実施の形態による反応器収納用容器３に収納される反応器２は、反応器２に接合される供給管１１ａから供給された物質を、他の物質に変化させ、排出管１１ｂより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する。
【００５３】
反応器２は、特に限定されるものではなく、例えば、シリコン等の半導体、石英、ガラス、金属、セラミックス等の無機材料の基材に、切削法、エッチング法、ブラスト法等により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、溶接等により表面に密着することにより形成される。またその形状も特に限定されるものではなく、例えば四角形状等があげられる。また、石英、ガラス、金属、セラミックス等の無機材料から成り、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状等であってもよい。
【００５４】
例えば、物質の反応が吸熱反応の場合、反応器２内には、温度調節機構、例えば、抵抗層等から成る薄膜ヒータ（不図示）や厚膜ヒータ（不図示）を形成し、表面にはこのヒータへ電力を供給する端子として電極７が形成される。この温度調節機構により、反応器２を、原料反応条件に相当する２００〜８００℃程度の温度条件に調整することで、供給管１１ａが接続された物質供給口から供給される原料を反応させて、物質排出口に接続された排出管１１ｂから反応生成物を発生させる物質反応を良好に促進することができる。
【００５５】
なお、反応器２において、ヒータは、触媒が担持され原料反応をおこなう流路内や空隙内、あるいはその近傍に配置されることにより、ヒータから発生する熱を効率的に原料反応に用いることができる。
【００５６】
この反応器２は、蓋体５がＡｕ系，Ａｇ系，Ａｌ系等の金属ロウ材やガラス材による接合やシームウェルド法等により基体４にその凹部を覆って取着されることによって、反応器収納容器３内に収納される。
【００５７】
例えば、Ａｕ−Ｓｎロウ材により接合する場合は、蓋体５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形成したＡｕ−Ｓｎロウ材を基体４と蓋体５との間に載置した後、封止炉あるいはシームウェルダーで蓋体５を基体４に取着することにより、反応器収納用容器３の内部１１に反応器２を封止する。
【００５８】
反応器収納容器１２内の断熱性をさらに向上させるためには、反応器収納容器３内を真空にすることが効果的であり、反応器２を封止する際、真空炉でのロウ材による封止や真空チャンバー内でのシームウェルド法で行なえば良い。
【００５９】
また、反応器２は、反応器２上の電極７がボンディングワイヤ９を介して基体４に設けたリード端子８に電気的に接続される。これにより、電極７を通じて反応器２上に形成されたヒータを加熱することができる。その結果、反応器２において反応温度の維持が可能となり燃料の改質反応を安定させることができる。
【００６０】
供給管１１ａおよび排出管１１ｂは、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ系，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系，ＳＵＳ等の金属材料や、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，ガラスセラミック焼結体等のセラミック材料や、ポリイミド等の高耐熱の樹脂材料で形成されている。
【００６１】
そして、これらの供給管１１ａおよび排出管１１ｂは、基体４に形成した貫通孔１３ａに挿通して接合される。この接合方法として、供給管１１ａおよび排出管１１ｂと基体４を構成する材料により、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が適宜用いられる。
【００６２】
また、供給管１１ａおよび排出管１１ｂの内径はφ０．１ｍｍ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φ５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００６３】
供給管１１ａおよび排出管１１ｂ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、例えば、正方形，長方形が挙げられる。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以上であれば良い。また、流れ方向の長さは、反応器２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。
【００６４】
また、反応器２の物質供給口，物質排出口と供給管１１ａ，排出管１１ｂ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、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、これにより気密封止される。
【００６５】
なお、本発明は以上の実施の形態の例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。例えば、図１に示した例においては、供給管１１ａおよび排出管１１ｂは反応器２の上面に接合されているが、これらは反応器２の仕様に応じて下面に接合してもよい。
【００６６】
また、図１に示した例において、台座６は複数個であるが、反応器２を載置固定するのに十分な接合強度を確保できる場合は、台座６は単数であっても良い。
【００６７】
また、上記実施の形態では、発熱構造体２を、内部で化学反応を起こす反応器として説明したが、これに限らず、発熱する装置であれば任意の装置であってよい。さらに、発熱構造体２は、ヒータで加熱されることにより放熱するものであってもよいし、内部で起こる反応により発熱するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の内部発熱装置について実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１・・・・・内部発熱装置（反応装置）
２・・・・・発熱構造体（反応器）
３・・・・・発熱構造体収納用容器（反応器収納用容器）
４・・・・・基体
５・・・・・蓋体
６・・・・・台座
７・・・・・電極
８・・・・・リード端子
９・・・・・ボンディングワイヤ
１０・・・・・絶縁封止材
１１ａ・・・・供給管
１１ｂ・・・・排出管
１２・・・・空域部
１３ａ・・・・貫通孔（供給管／排出管用）
１３ｂ・・・・貫通孔（リード端子用）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱構造体を収容する中空部を有する筐体と、
該筐体の内面に配置され、前記発熱構造体が載置される台座と
を備え、
前記台座は、内部に真空領域を有することを特徴とする発熱構造体収納用容器。
【請求項２】
前記台座の前記真空領域の圧力が１０Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１記載の発熱構造体収納用容器。
【請求項３】
前記台座が絶縁体であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発熱構造体収納用容器。
【請求項４】
前記台座が絶縁コーティングされていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発熱構造体収納用容器。
【請求項５】
前記台座が断熱コーティングされていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか記載の発熱構造体収納用容器。
【請求項６】
前記発熱構造体は、内部にヒータを備えることにより、若しくは内部で起こる化学反応の反応熱により発熱することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか記載の発熱構造体収納用容器。
【請求項７】
前記発熱構造体は、供給された物質に所定の反応を施して排出する反応器であり、
外部から前記反応器に物質を供給する供給管と、前記反応器から外部に反応後の物質を排出する排出管とを備えることを特徴とする請求項６記載の発熱構造体収納用容器。
【請求項８】
前記発熱構造体に電力を供給する配線を備えることを特徴とする請求項６または請求項７記載の発熱構造体収納用容器。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか記載の発熱構造体収納用容器と、前記台座に載置された前記発熱構造体とを具備していることを特徴とする内部発熱装置。
【請求項１０】
前記発熱構造体収納用容器の内部の圧力が１０Ｐａ以下であることを特徴とする請求項９記載の内部発熱装置。
【請求項１】
発熱構造体を収容する中空部を有する筐体と、
該筐体の内面に配置され、前記発熱構造体が載置される台座と
を備え、
前記台座は、内部に真空領域を有することを特徴とする発熱構造体収納用容器。
【請求項２】
前記台座の前記真空領域の圧力が１０Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１記載の発熱構造体収納用容器。
【請求項３】
前記台座が絶縁体であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発熱構造体収納用容器。
【請求項４】
前記台座が絶縁コーティングされていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発熱構造体収納用容器。
【請求項５】
前記台座が断熱コーティングされていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか記載の発熱構造体収納用容器。
【請求項６】
前記発熱構造体は、内部にヒータを備えることにより、若しくは内部で起こる化学反応の反応熱により発熱することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか記載の発熱構造体収納用容器。
【請求項７】
前記発熱構造体は、供給された物質に所定の反応を施して排出する反応器であり、
外部から前記反応器に物質を供給する供給管と、前記反応器から外部に反応後の物質を排出する排出管とを備えることを特徴とする請求項６記載の発熱構造体収納用容器。
【請求項８】
前記発熱構造体に電力を供給する配線を備えることを特徴とする請求項６または請求項７記載の発熱構造体収納用容器。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか記載の発熱構造体収納用容器と、前記台座に載置された前記発熱構造体とを具備していることを特徴とする内部発熱装置。
【請求項１０】
前記発熱構造体収納用容器の内部の圧力が１０Ｐａ以下であることを特徴とする請求項９記載の内部発熱装置。
【図１】
【公開番号】特開２００８−２０７１０９（Ｐ２００８−２０７１０９Ａ）
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４６８５２（Ｐ２００７−４６８５２）
【出願日】平成１９年２月２７日（２００７．２．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２７日（２００７．２．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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