JP4562691B2 - 小型改質器およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、小型改質器およびその製造方法に関する。より詳細には、メタノールなどの液体燃料を使用する小型燃料電池の改質器およびその製造方法に関する。更に詳しくは、内部流路面積の増加により小型、かつ単位時間当り水素排出量を増大させることができ、ヒータの効率的な配置により低電力でも良好に動作可能であり、半導体工程で作製可能であるため低コストで、かつ大量生産が容易な小型改質器およびその製造方法に関する。
燃料電池は、高分子燃料電池、直接メタノール燃料電池、溶融炭酸塩燃料電池、固体酸化物燃料電池、リン酸型燃料電池、アルカリ燃料電池など様々な種類があり、その中で携帯用小型燃料電池として多く使用されているものに、直接メタノール燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ、以下「ＤＭＦＣ」と記載する）および高分子電解質膜燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ、以下、「ＰＥＭＦＣ」と記載する）がある。ＤＭＦＣおよびＰＥＭＦＣは同じ構成要素と材料を使用するが、燃料にそれぞれメタノールまたは水素ガスを使用する点で異なる。このため、燃料電池の性能や燃料供給システムが相互に異なると共に、それぞれ、下記のような特徴がある。
ＤＭＦＣの場合、メタノール、エタノールなどの炭化水素系液体燃料を使用するので、保存と安全性において有利であり、小型化に関してはＰＥＭＦＣに比べ有利である。一方、エネルギー密度面で気体状態の水素ガスを利用するＰＥＭＦＣより低い。そこで、液体燃料から水素を発生させる改質器を使用することにより、ＤＭＦＣの燃料を用いてＰＥＭＦＣエネルギー密度を達成することが課題とされている。
このように携帯用燃料電池を開発するためには、小型化及び出力密度が重要である。携帯用機器に適用する燃料電池方式において単位用量による出力密度が高いため性能と直結されるＰＥＭＦＣは液体燃料を気体にするための改質器（Ｒｅｆｏｒｍｅｒ）が必須である。しかしながら、燃料を改質する際に多量の電力が消耗されることが問題点として指摘されてきた。少量の電力で高い出力を発生する小型改質器は存しない状況である。近年このような小型改質器の研究が活発に行われている。
図１ａには従来のメタノールの小型改質器３００が示される。このような従来の改質器３００はＤＭＦＣでのクロスオーバー現象を緩和させることのできる燃料ガス改質器を提供するものであって、流路に触媒膜３１０を形成させ流路を並列に積層してメタノールの濃度が低い燃料ガスをより多く通過させることにより、水素イオン及び電子の発生を高めるとともに電解質膜に達されるメタノールの濃度を減らす方法を提供する。しかしながら、この改質器３００は燃料の流路内にヒータを備えていないので、液体燃料を改質させるために多量の消費電力を要する。
図１ｂには別のメタノール用小型改質器３２０が示される。この方式では、流路３２２内を通過する液体燃料が触媒層３２４により改質される過程において、ヒータ３２６からの熱は基板３２８を介して液体燃料に伝達される。このため、熱効率が低く、ヒータ３２６を駆動するために多量の消費電力を要する。
図２ａは、下記特許文献１に記載された、さらに他の改質器３４０の構造を示す。この技術は、平板型蓋である第１基板３４２と、一方の端面に流路溝３４４ａを形成され、触媒層３４４ｂを形成した第２基板３４４と、鏡面３４６ａが形成された断熱空洞３４６ｂを有する第３基板３４６とを積層して、第２基板３４４の溝３４４ａにより、メタノール及び水から水素ガスと二酸化炭素を生成する触媒層３４４ｂを有するマイクロ流路が形成される。また、マイクロ流路に沿って触媒層３４４ｂの下に配置された薄膜ヒータ３４８を具備する。
上記の改質器３４０においては、流路内に加熱手段であるヒータ３４８を配置することにより熱効率を向上させることができる。しかしながら、その構造は複雑で製造は難しい。また、触媒層３４４ｂを配置できる領域が限定されるので改質効率が低い。
図２ｂは、下記特許文献２に係る、さらに他の改質器３６０の構造を示す。同図に示すように、この改質器３６０では、触媒層３６２ｂを形成した凹溝３６２ａを第１基板３６２に形成し、第１基板３６２に向い合う平板形の第２基板３６４と、第１基板３６２の溝３６２ａとにより、メタノール及び水から水素ガスと二酸化炭素を生成する触媒層３６２ｂを含む反応流路が形成される。また、第２基板３６は、反応流路の下面を塞ぐように形成され、リード線から電源の供給を受ける薄膜ヒータ３６６を有する。
しかしながら、上記のような構造を有する改質器３６０は、触媒層３６２ｂが一方の基板３６２に偏って配置されるので、流路面積と触媒層の面積が制限される。従って、単位用量当りの出力性能も限定的である。
そこで、小型改質器については、液体燃料の流路内に加熱手段を備えて熱効率が高く、かつ、深くて広い液体燃料の流路を有して単位容量当り改質効率の優れた小型改質器の開発が求められている。
特開２００３−４５４５９号公報 米国特許出願公開２００３／１９０５０８号明細書
本発明の目的は、上記のような従来技術の問題点を解消して、改質器と一酸化炭素除去部（ＰＲＯＸ）を一緒に配列しながらマイクロチャンネル内にヒータ（Ｈｅａｔｅｒ）部分の効率的な配置により低電力を消耗しつつ、熱効率良く改質作用を行えることのできる小型改質器及びその製造方法を提供することにある。
また、改質器および一酸化炭素除去部（ＰＲＯＸ）を共に配列しながらチャンネル面積の増加により単位用量当たり改質効率を向上させた小型改質器及びその製造方法を提供することも目的のひとつである。
上記の課題の解決を目的として、本発明の第１の形態として、液体燃料から水素ガスを製造する小型改質器であって、触媒層が形成された凹溝を一方の端面に形成された第１基板と、触媒層が形成された凹溝を、一方の端面の第１基板の凹溝に対応する位置に形成された第２基板と、凹溝が向かい合わせにして形成され、一端に燃料注入口が形成され、他端に水素排出口が形成され、改質部および一酸化炭素除去部を形成するマイクロチャンネルと、マイクロチャンネル内に配置されたヒータを含む加熱手段と、を備えた小型改質器が提供される。
また、ひとつの実施形態によると、上記小型改質器において、第２基板の凹溝は第１基板の凹溝に比べその幅が狭く、第２基板の凹溝の両側に加熱手段が配される。
また、他の実施形態によると、上記小型改質器において、加熱手段は、第２基板に支持される下面を除く表面がマイクロチャンネルの内部空間に露出される。
また、他の実施形態によると、上記小型改質器において、加熱手段は、マイクロチャンネル内の改質部および一酸化炭素除去部のそれぞれの内部に配され、互いに異なる加熱温度が設定される熱線を有する。
また、他の実施形態によると、上記小型改質器において、加熱手段は、ヒータを外部の電源に結合する電源パッドを、改質部および一酸化炭素除去部にそれぞれ有する。
また、他の実施形態によると、上記小型改質器において、第１基板は、シリコンウェハまたはＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙ−ｄｉｍｅｔｈｙｓｉｌｏｘａｎｅ）により形成される。
更に、本発明の第２の形態として、液体燃料から水素ガスを製造する小型改質器の製造方法であって、触媒層が形成された凹溝を、第１基板の一方の端面に形成して第１基板を提供する段階と、触媒層が形成された凹溝および加熱手段を、第２基板の一方の端面において、第１基板の凹溝に対応する位置に形成して第２基板を提供する段階と、凹溝が相互に向い合うように第１基板および第２基板を接着してひとつのマイクロチャンネルを形成し、マイクロチャンネルの一端に燃料注入口を、燃料注入口に隣接して改質部を、改質部の後流側に一酸化炭素除去部を、マイクロチャンネルの他端に水素排出口をそれぞれ形成する段階とを含む製造方法が提供される。
また、ひとつの実施形態によると、上記製造方法において、第２基板を提供する段階は、第２基板の一方の端面において凹溝の外側の両方の部分に露出されたＳｉＯ２の表面に、電気抵抗式熱線の材料を付着させて加熱手段を形成する段階を含む。
また、他の実施形態によると、上記製造方法において、第２基板を提供する段階は、加熱手段の表面および凹溝の内面にＳｉＯ２層を蒸着する段階を含む。
また、他の実施形態によると、上記製造方法において、第１基板は、シリコンウェハまたはＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙ−ｄｉｍｅｔｈｙｓｉｌｏｘａｎｅ）により形成される。
更に、他の実施形態によると、上記製造方法において、第１基板を提供する段階は、熱酸化方式（ｔｈｅｒｍａｌｏｘｉｄａｔｉｏｎ）によりシリコンウェハの一方の端面にＳｉＯ２を形成し、ＳｉＯ２の表面にフォトレジスト（ＰＲ）を塗布した後、フォトリソグラフィー（Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）により凹溝に該当する部分を残してフォトレジストを除去し、シリコンウェハの端面にＰＤＭＳを流し込んで硬化させてＰＤＭＳ層を形成させた後、ＰＤＭＳ層をシリコンウェハから分離し、さらにＰＤＭＳ層に形成された凹溝を表面処理した後、凹溝の内部に触媒層をコーティングする段階を含む。
なお、上記した発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。
本発明によれば、第１基板と第２基板の両方にそれぞれ凹溝が形成され、これらが相互合されてマイクロチャンネルを成すことによって、マイクロチャンネルの面積と触媒層の面積が増加されることで単位時間当り水素俳出量が大きく増大され、優れた改質効果を得ることができる。
そして、加熱手段がマイクロチャンネル内に配置されて、下地に支持された面を除いた表面がチャンネル内の空間を加熱するため、熱効率が大きく向上され低電力でも良好に動作可能な効果を得る。
しかも、第１及び第２基板を加工する工程は半導体工程（ＭＥＭＳ）を通して適用可能であるため、低価の製作コストが所要され、量産可能性が非常に高いものである。
そして、第１基板をＰＤＭＳで構成するようになれば、価格が極めて安くて、かつ工程が非常に簡単なうえ、耐久性が優れ、かつ熱的安全性が高い。
従って、半導体工程とともに適用可能なため、改質部と一酸化炭素除去部を共に配列しながら製作が可能で、かつ水素ガス出力密度を大きく上げることが可能である。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図３、図４および図５と、ひとつの実施形態に係る小型改質器１の構造を示す。これらの図に示すように、小型改質器１は、第１基板４０および第２基板６０を備え、液体燃料から水素ガスを生成する改質部１０と、ＣＯを除去する一酸化炭素除去部３０とを内部に一体化して小型に形成される。
第１基板４０は、一方の端面に形成された凹溝４２と、凹溝４２の内部に形成された触媒層４４とを有する。第１基板４０は、例えばシリコン（Ｓｉ）ウェハにより形成でき、いわゆるウェハプロセスにより溝４２を形成できる。凹溝４２は、その一端に燃料注入口４６が形成され、他端には水素排出口４８が形成される。また、凹溝４２の内面において、後述する改質部１０となる区間には、ＣｕＯ／ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３などの成分を含む触媒層４４が被着（ｃｏａｔｉｎｇ）される。更に、改質部１０よりも後流側には、一酸化炭素除去部３０側となる区間にＰｔ／Ａｌ２Ｏ３などにより形成された触媒層４４が配置される。
なお、第１基板４０は、シリコンウェハ材料ではなくＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙ−ｄｉｍｅｔｈｙｓｉｌｏｘａｎｅ）を用いて形成することもできる。これにより、触媒接触面積を高め、熱放出による電力損失を最小化することもできる。
ＰＤＭＳは、米国ダウコーニング社（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）により、「ＳＹＬＧＡＲＤ １８４Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ（登録商標）」として製造、販売されている。化学的に安定で廉価である上、比較的早い速度で工程処理が可能である。また、加熱手段６６による加熱領域において熱伝導を遮断する効果があり、簡単な工程で追加的なパッケージングが要らず、電極パッドなどに直ちに連結できる加工上の長所もある。
更に、凹溝４２の深さによるその内容積をさらに拡大させることができるので、水素発生量を自由に調節することができ、製造費用及び製造時間を減らすことができる。
一方、小型改質器１において、第２基板６０は、第１基板４０の凹溝４２に対応して配置された凹溝６２と、凹溝６２の内部に形成された触媒層６４とを備える。
即ち、第２基板６０は、第１基板４０の凹溝４２に対応して相互に向かい合うように形成された凹溝６２を一方の端面に形成される。また、第２基板６０の凹溝６２内において、第１基板４０に形成された改質部１０に向き合う区間には、ＣｕＯ／ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３などの成分を含む触媒層６４が被着（ｃｏａｔｉｎｇ）される。また、改質部１０よりも後流側の一酸化炭素除去部３０に対応する区間においては、凹溝６２の内部に、Ｐｔ／Ａｌ２Ｏ３などを含む触媒層６４が形成される。
なお、第２基板６０に形成された凹溝６２は、第１基板４０に形成された凹溝４２に比べてその幅が狭い。従って、図５に示すように第１基板４０および第２基板６０を貼り合わせた場合、第２基板６０の凹溝６２を形成された端面の一部が、第１基板４０の凹溝４２内に露出する。この露出する領域には、後述する加熱手段６６が装荷される。
加熱手段６６は、１２０℃〜３００℃の間の高温を提供する熱源（Ｈｅａｔ Ｓｏｕｒｃｅ）であり、例えば電気抵抗式熱線を用いて形成できる。なお、改質部１０および一酸化炭素除去部３０には、個別の熱線がそれぞれ配置され、改質部１０においては２５０〜３００℃の高温を、一酸化炭素除去部３０においては略１５０℃の温度を維持する。
なお、改質部１０と一酸化炭素除去部３０のそれぞれにおいて、加熱手段６６の両端に電源パッド６６ａが配置され、それぞれ外部電源から電力の供給を受ける。
上記のような第１基板４０および第２基板６０は、その凹溝４２、６２が相互に対向するように向い合わせて接着または結合され、ひとつの本体を形成する。この場合、凹溝４２、６２は協働して、図４および図５に示す、連続したひとつのマイクロチャンネル７０を形成する。
すなわち、マイクロチャンネル７０は凹溝４２、６２が相互に向い合って形成され、その一端は燃料注入口４６を形成し、他端は水素排出口４８を形成する。また、燃料注入口４６および水素排出口４８の間には、改質部１０を形成する区間と、一酸化炭素除去部３０を形成する区間とを含む内部流路が形成される。
燃料注入口４６および水素排出口４８は、好ましくは第１基板４０に形成される。
加熱手段６６は、第２基板６０に支持される下面を除く３面、即ち上面及び側面が全てマイクロチャンネル７０内部の空間に露出される。このような構造により、加熱手段６６から放射された熱は、マイクロチャンネル７０内を効率よく加熱する。
また、加熱手段６６は、改質部１０においては２５０〜３００℃、一酸化炭素除去部３０においては１５０℃程度と、それぞれ異なる温度を維持するように形成される。
次に、小型改質器１の製造方法について説明する。
図６ａは、小型改質器１の製造において第１基板４０に触媒層４４を有する凹溝４２を形成する段階１００を示す。
同図に示すように、まず、両面が鏡面（ｐｏｌｉｓｈｅｄ）加工処理されたＳｉウェハ４０ａにＳｉＯ２１０２を蒸着する。
次に、Ｓｉウェハ４０ａの上面にフォトレジスト（ＰＲ）１０４をコーティングした後、流路形成マスク＃１を用いたフォトリソグラフィー（Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）により、フォトレジスト１０４をパターニングする。
続いてパターニングされたフォトレジスト１０４を利用したＩＣＰ−ＲＩＥ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌｕｓｍａ−Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）によりＳｉウェハ４０ａを蝕刻処理して凹溝４２を形成し、その後にフォトレジスト（ＰＲ）１０４を除去する。こうして、第１基板４０に凹溝４２が形成される。
次に、まず、凹溝４２の内面にもＳｉＯ２１０２を蒸着する。続いて、触媒層４４を形成するために、再びフォトレジスト（ＰＲ）１０４をコーティングし、マスク＃２を用いたフォトリソグラフィー（Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）によりフォトレジスト（ＰＲ）１０４パターニングして、凹溝４２部だけを露出させる。この状態で触媒層４４の材料を被着させることにより、凹溝４２の内部に触媒層４４が形成される。その後、フォトレジスト（ＰＲ）１０４は除去される。
このようにして、第１基板４０には、内部に触媒層４４を有する凹溝４２が形成される。
図６ｂは、ＰＤＭＳを用いて第１基板４０を形成する場合に、内部に触媒層４４を有する凹溝４２を形成する段階１３０を示す。
同図に示すように、まず、Ｓｉウェハ４０ａの表面に、熱酸化方式（ｔｈｅｒｍａｌ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）によりＳｉＯ２１３２の層を形成する。
次に、スピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）により、第１基板４０の一方の端面にフォトレジスト（ＰＲ）１３４を塗布した後、フォトリソグラフィー（Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）により、凹溝４２に該当する部分をを残してフォトレジスト（ＰＲ）１３４を除去する。
続いて、Ｓｉウェハ４０ａの上面にＰＤＭＳ１４０（Ｄｏｗ ｃｏｒｎｉｎｇ社製）を流し込み、約６０℃で１時間かけて硬化させた後、Ｓｉウェハ４０ａから分離する。更に、分離したＰＤＭＳ層１４０に形成された凹溝４２部をアーク放電法により表面処理した後、触媒層４４を形成する。
上記のような段階１３０を経て、ＰＤＭＳ１４０により形成され、内部に触媒層４４を備えた凹溝４２を有する第１基板４０が製造される。
図７は、内部に触媒層６４を備えた凹溝６２を形成され、加熱手段６６を装荷された第２基板６０を製造する段階１５０を示す。
段階１５０においては、まず、両面が鏡面（ｐｏｌｉｓｈｅｄ）加工処理されたＳｉウェハ６０ａの全面にＳｉＯ２１５２が蒸着される。次に、Ｓｉウェハ６０ａの上面にフォトレジスト（ＰＲ）１５４をコーティングした後、第１基板４０の流路形成用マスク＃１よりも流路幅の狭いマスク＃１を用いて、フォトリソグラフィー（Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）によりフォトレジスト（ＰＲ）１５４をパターニングする。
続いて、パターニングされたフォトレジスト（ＰＲ）１５４を利用したＩＣＰ−ＲＩＥ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌｕｓｍａ−Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）により、Ｓｉウェハ６０ａを蝕刻処理して凹溝６２を形成する。
次に、凹溝６２内を含む第２基板６０の表面全体を新たなフォトレジスト（ＰＲ）１５６でコーティングした上でマスク＃２を用いてこれをフォトリソグラフィー（Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）によりパターニングし、第２基板６０の上面において、加熱手段６６であるヒータを形成する領域で、ＳｉＯ２１５２の表面を選択的に露出させた。
そして、凹溝６２の外側両部分で露出されたＳｉＯ２１５２の表面に、加熱手段６６となる電気抵抗式熱線の材料、例えばＰｔ薄膜を堆積させた後、これらの表面と凹溝６２の内面を、電極不動態処理工程（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）によりＳｉＯ２１５８で被覆した。なお、加熱手段６６の端部には、電源パッド６６ａも形成される。また、加熱手段６６を形成する電気抵抗式熱線は、電力の入力端および出力端あるいは任意の場所の断面積を変更することにより、その電気抵抗を調節できる。
次に、ＳｉＯ２１５８の表面を含む第２基板６０の上面全体にフォトレジスト（ＰＲ）１６０をコーティングした後、マスク＃３を用いたフォトリソグラフィー（Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）によりフォトレジスト（ＰＲ）１６０をパターニングして、凹溝６２の内側を選択的に露出させた。続いて、パターニングされたォトレジスト（ＰＲ）１６０を利用して、凹溝６２の内面に触媒層６８をコーティングした。最後に、加熱手段６６の上面からフォトレジスト（ＰＲ）１６０を除去した。
上記のような段階１５０を経て、内部に触媒層６８を有する凹溝６２を有し、電気抵抗式熱線からなり、凹溝６２を挟んで配置された一対の加熱手段６６を装荷された第２基板６０が製造された。
図８は、上記のような一連の段階１００または１３０および１５０を経て作製された第１基板４０および第２基板６０を貼り合わせて小型改質器１を製造する段階２００を示す図である。同図に示すように、個別の工程で作製された第１基板４０および第２基板６０は、相互ポンディング接着あるいは結合により一体化され、小型改質器１を形成する。
この小型改質器１においては、図８に示すように、凹溝４２、６２が相互に向い合ってひとつのマイクロチャンネル７０を形成する。マイクロチャンネル７０一端は燃料注入口４６であり、それに隣接した改質部１０、その後流側に一酸化炭素除去部３０が順次形成され、他端が流水素排出口４８となる。
燃料注入口４６を通してこの小型改質器１に流し込まれた液体燃料は、まず、加熱手段６６により２５０〜３００℃の高温に維持された改質部１０において、ＣｕＯ／ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３などの成分を含む触媒層４４に触れ、水素ガスと一酸化炭素などに改質される。
続いて、液体燃料から生産された水素ガスと一酸化炭素は、その後流側の一酸化炭素除去部３０に移動する。加熱手段６６により１５０℃程度に維持された一酸化炭素除去部３０においてＰｔ／Ａｌ２Ｏ３などの成分を含む触媒層４４に触れることにより、一酸化炭素は二酸化炭素に変換されて除去される。
こうして、改質部１０および一酸化炭素除去部３０を通過した液体燃料は、水素ガスおよび二酸化炭素となって水素排出口４８から排出され、燃料電池の発電部（Ｓｔａｃｋ）に提供される。従って、燃料電池は、液体燃料由来の水素を供給され、高いエネルギー密度で電力を発生する。
以上、特定の実施例を示す図面を参照して本発明を説明したが、これらは単なる例示に過ぎず、これら特定の構造に本発明を限定しようとするものではない。当業界において通常の知識を有する者ならば、特許請求範囲に記載された本発明の思想を逸脱することなく、これら実施形態を多様に変形させることができる。このような変形もまた本発明の権利範囲内に含まれることは明らかである。
積層型構造の小型改質器の構造を示す分解斜視図である。 ヒータ分離型の小型改質器の構造を示す分解斜視図である。 流路型構造を有する小型改質器の構造を示す断面図である。 流路型構造を有する他の形態の小型改質器の構造を示す断面図である。 ひとつの実施例に係る小型改質器を示す分解斜視図である。 図３に示した小型改質器の組み立て図である。 上記の小型改質器のマイクロチャンネル構造を示す一部切開斜視図。 上記の小型改質器における第１基板をシリコンウェハで製造する段階を示す工程図である。 上記の小型改質器における第１基板をＰＤＭＳで製造する段階を示す工程図である。 上記の小型改質器の第２基板を製造する方法を段階的に示す工程図である。 上記の小型改質器の第２基板を製造する方法で製作された小型改質器の構造を示す断面図である。
符号の説明
１、３００、３２０、３４０、３６０ 小型改質器、
１０ 改質部、
３０ 一酸化炭素除去部、
４０、３４２、３６２ 第１基板、
４０ａ、６０ａ Ｓｉウェハ、
４２、６２、３６２ａ 凹溝、
４４、６８、３２４、３４４ｂ、３６２ｂ 触媒層、
４６ 燃料注入口、
４８ 水素排出口、
６０、３４４、３６４ 第２基板、
６６ 加熱手段、
６６ａ 電源パッド、
７０ マイクロチャンネル、
１００、１３０、１５０ 段階、
１０２、１３２、１５２、１５８ ＳｉＯ２、
１０４、１３４、１５４、１５６、１６０ フォトレジスト、
１４０ ＰＤＭＳ層、
３１０ 触媒膜、
３２２ 流路、
３２６ ヒータ、
３２８ 基板、
３４４ａ 流路溝、
３４６ 第３基板、
３４６ａ 鏡面、
３４６ｂ 断熱空洞、
３４８、３６６ 膜ヒータ

Claims (10)

  1. 液体燃料から水素ガスを製造する小型改質器であって、
    触媒層が形成された凹溝を一方の端面に形成された第１基板と、
    前記第１基板の凹溝に比べその幅が狭く、両側に加熱手段が配され、触媒層が形成された凹溝を一方の端面の前記第１基板の凹溝に対応する位置に形成された第２基板と、を含み、
    前記第１基板に形成された凹溝と前記第２基板に形成された凹溝が向かい合わされて、内部に前記加熱手段が配されたマイクロチャンネルが形成され、
    前記マイクロチャンネルの一端に燃料注入口が形成され、他端に水素排出口が形成され、
    前記マイクロチャンネルは、前記燃料注入口に隣接して配された改質部と、前記改質部の後流側に配された一酸化炭素除去部とを有し、
    前記加熱手段は、ヒータを含む
    小型改質器。
  2. 前記加熱手段は、第２基板に支持される下面を除く表面が前記マイクロチャンネルの内部空間に露出されている請求項１に記載の小型改質器。
  3. 前記加熱手段は、前記マイクロチャンネル内の前記改質部および一酸化炭素除去部のそれぞれの内部に配され、互いに異なる加熱温度が設定される電気抵抗式熱線を有する請求項１または請求項２に記載の小型改質器。
  4. 前記加熱手段は電気抵抗式熱線を有し、前記電気抵抗式熱線を外部の電源に結合する電源パッドを、前記改質部および一酸化炭素除去部にそれぞれ有する請求項１から請求項３までのいずれかに記載の小型改質器。
  5. 前記第１基板は、シリコンウェハまたはＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙ−ｄｉｍｅｔｈｙｓｉｌｏｘａｎｅ）により形成される請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の小型改質器。
  6. 液体燃料から水素ガスを製造する小型改質器の製造方法であって、
    触媒層が形成された凹溝を、第１基板の一方の端面に形成して前記第１基板を提供する段階と、
    前記第１基板の凹溝に比べその幅が狭く、両側に加熱手段が配され、触媒層が形成された凹溝および加熱手段を、第２基板の一方の端面において、前記第１基板の前記凹溝に対応する位置に形成して前記第２基板を提供する段階と、
    前記凹溝が相互に向い合うように前記第１基板および前記第２基板を接着してひとつのマイクロチャンネルを形成し、前記マイクロチャンネルの一端に燃料注入口を、前記燃料注入口に隣接して改質部を、前記改質部の後流側に一酸化炭素除去部を、前記マイクロチャンネルの他端に水素排出口をそれぞれ形成する段階と
    を含む小型改質器の製造方法。
  7. 前記第２基板を提供する段階は、前記第２基板の前記一方の端面において前記凹溝の外側の両方の部分に露出されたＳｉＯ２の表面に、電気抵抗式熱線の材料を付着させて加熱手段を形成する段階を含む請求項６に記載の製造方法。
  8. 前記第２基板を提供する段階は、前記加熱手段の表面および前記凹溝の内面にＳｉＯ２層を蒸着する段階を含む請求項７に記載の製造方法。
  9. 前記第１基板は、シリコンウェハまたはＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙ−ｄｉｍｅｔｈｙｓｉｌｏｘａｎｅ）により形成される請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載の製造方法。
  10. 前記第１基板を提供する段階は、
    熱酸化方式（ｔｈｅｒｍａｌ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）によりシリコンウェハの一方の端面にＳｉＯ２を形成し、
    前記ＳｉＯ２の表面にフォトレジスト（ＰＲ）を塗布した後、フォトリソグラフィー（Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）により前記凹溝に該当する部分を残して前記フォトレジストを除去し、
    前記シリコンウェハの前記端面にＰＤＭＳを流し込んで硬化させてＰＤＭＳ層を形成させた後、前記ＰＤＭＳ層を前記シリコンウェハから分離し、さらに
    前記ＰＤＭＳ層に形成された凹溝を表面処理した後、前記凹溝の内部に触媒層をコーティングする段階を含む請求項６から請求項９までのいずれかに記載の製造方法。
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