專利名稱：微型反應器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于氫制造用改性器中的微型反應器，特別是用于將甲醇等原料改性而得到氫氣的微型反應器和該反應器的制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，由于從地球環(huán)保的觀點上，不產(chǎn)生二氧化碳等使地球溫室化的氣體，并且能量效率高的考慮，關(guān)注于將氫作為燃料。特別是關(guān)注于可將氫直接變換為電力的燃料電池及利用產(chǎn)生的熱量的發(fā)電及廢熱供暖系統(tǒng)中的高能量轉(zhuǎn)換率。盡管到目前為止燃料電池已被采用在宇宙開發(fā)或海洋開發(fā)等特殊條件中，但在最近也推進了在汽車及家庭用分散電源用途上的開發(fā)，此外，還開發(fā)了便攜設(shè)備用的燃料電池。
在燃料電池之中，使由天然氣、汽油、丁烷氣、甲烷等碳氫系燃料改性得到的氫氣與空氣中的氧氣進行電化學性反應而制造出電力的燃料電池一般由將碳氫系燃料水蒸氣改性并生成氫氣的改性器及發(fā)生電力的燃料電池本體等構(gòu)成。
在用于將甲烷等作為原料、通過水蒸氣改性得到氫氣的改性器中，主要使用Cu-Zn系催化劑，通過吸熱反應進行原料的水蒸氣改性。在工業(yè)用的燃料電池中，由于不會頻繁地進行起動、停止，不容易產(chǎn)生改性器的溫度變動。但在汽車及便攜設(shè)備用的燃料電池中，由于頻繁進行起動、停止，要求從停止狀態(tài)開始到開始運行時的改性器的啟動快速(達到甲烷的水蒸氣改性溫度為止的時間短)。
另一方面，特別是用于便攜設(shè)備中，燃料電池必須體積小，因此研究了各種減小體積的方案。例如開發(fā)了在硅基板或陶瓷基板上形成微型槽，在該微型槽內(nèi)載置有催化劑的微型反應器(特開2002-252014號公報)。
但是，以往的微型反應器熱的利用效率不高，具有從停止狀態(tài)到開始運行時的改性器的啟動速度緩慢的問題。此外，需要使用微型機械來加工等，還有制造成本高的問題。再者，在便攜設(shè)備用的燃料電池中用于容納微型反應器的空間限制非常嚴格，希望能進一步減小體積。
此外，以往的微型反應器反應效率低，希望有反應效率更高的微型反應器。再者，在以往的微型反應器中，還有在制造階段有催化劑因熱量而鈍化的可能，有能夠使用的催化劑被限制、制造工序管理困難的問題。
再者，在以往的通過微型反應器的氫制造中，需要準備氫制造的各工序(混合、改性、去除CO)用的微型反應器，并由配管將這些多個微型反應器連接，需要較大的空間，在便攜設(shè)備用的微型燃料電池那樣的用于容納微型反應器的空間限制非常嚴格的情況下，對減小體積帶來重大的障礙。
此外，在使用中，1個工序用的微型反應器中產(chǎn)生催化劑的純化及劣化，失去其功能時，需要更換包含功能正常的微型反應器的多個微型反應器整體，具有對于降低運行成本帶來障礙的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明是為了解決上述技術(shù)問題而提出的，其目的是提供一種能夠構(gòu)成小型且高效率的氫制造用改性器的微型反應器及能夠簡便地制造該微型反應器的制造方法。
為了實現(xiàn)這些目的，本發(fā)明的用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的構(gòu)成為，具有在一方的面上具備微細槽部的金屬基板；通過絕緣膜設(shè)置在該金屬基板的另一面上的發(fā)熱體；載置在前述微細槽部內(nèi)的催化劑，以覆蓋前述微細槽部的狀態(tài)接合在前述金屬基板上的具有原料導入口和氣體排出口的罩部件。
此外，本發(fā)明的用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法的構(gòu)成為，具有在金屬基板的一方的面上形成微細槽部的工序；將前述金屬基板陽極氧化，形成由金屬氧化膜構(gòu)成的絕緣膜的工序；在未形成前述微細槽部的前述金屬基板面的前述金屬氧化膜上設(shè)置發(fā)熱體的工序；在前述微細槽內(nèi)載置催化劑的工序；將形成有原料導入口和氣體排出口的罩部件以覆蓋前述微細槽部的狀態(tài)接合在前述金屬基板上的工序。
此外，本發(fā)明的用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法的構(gòu)成為，具有在金屬基板的一方的面上形成微細槽部的工序；在未形成前述微細槽部的前述金屬基板面上設(shè)置絕緣膜的工序；在前述絕緣膜上設(shè)置發(fā)熱體的工序；在前述微細槽內(nèi)載置催化劑的工序；將形成有原料導入口和氣體排出口的罩部件以覆蓋前述微細槽部的狀態(tài)接合在前述金屬基板上的工序。
另外，本發(fā)明的用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法的構(gòu)成為，具有在金屬基板的一方的面上形成微細槽部的工序；將前述金屬基板陽極氧化，形成由金屬氧化膜構(gòu)成的絕緣膜的工序；在前述微細槽內(nèi)載置催化劑的工序；將形成有原料導入口和氣體排出口的罩部件以覆蓋前述微細槽部的狀態(tài)與前述金屬基板接合的工序；在未形成前述微細槽部的前述金屬基板面的前述金屬氧化膜上設(shè)置發(fā)熱體的工序。
再者，本發(fā)明的用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法的構(gòu)成為，具有在金屬基板的一方的面上形成微細槽部的工序；在前述微細槽內(nèi)載置催化劑的工序；將形成有原料導入口和氣體排出口的罩部件以覆蓋前述微細槽部的狀態(tài)與前述金屬基板接合的工序；在未形成前述微細槽部的前述金屬基板面上設(shè)置絕緣膜的工序；在前述絕緣膜上設(shè)置發(fā)熱體的工序。
根據(jù)上述的本發(fā)明，構(gòu)成微型反應器的金屬基板與硅基板或陶瓷基板相比，熱傳導率高且熱容量小，能夠得到將熱量從發(fā)熱體向載置的催化劑高效率地傳遞，從停止狀態(tài)起動時的啟動快且向發(fā)熱體的投入電力的利用率高的氫制造用改性器，此外，在金屬基板上的微細槽部的形成不需要進行微型機械加工，能夠通過蝕刻加工等低價的加工方法容易地進行，可降低微型反應器的制造成本。
此外，本發(fā)明的用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法的構(gòu)成為，將在一方的面上具備載置有催化劑的微細槽部的多個金屬基板以前述微細槽部形成面成為同一方向的狀態(tài)多階地重疊，在各金屬基板上具有用于聯(lián)絡(luò)各階的金屬基板的前述微細槽部的貫通孔，至少1個基板在未形成前述微細槽部的面上具有通過絕緣膜設(shè)置的發(fā)熱體，在位于多階的最外部、露出前述微細槽部的前述金屬基板上接合有具備氣體排出口的罩部件。
此外，本發(fā)明的用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法的構(gòu)成為，具有在多個金屬基板的一方的面上形成微細槽部和在該微細槽部的特定位置上形成具有開口的貫通孔的工序；將前述金屬基板陽極氧化，形成由金屬氧化膜構(gòu)成的絕緣膜的工序；在至少一個前述金屬基板的未形成前述微細槽部的面的前述金屬氧化膜上設(shè)置發(fā)熱體的工序；在多個前述金屬基板的微細槽部內(nèi)載置催化劑的工序；除去將前述多個金屬基板多階重疊時接合部位的前述金屬氧化膜的工序；將前述多個金屬基板以通過前述貫通孔將各金屬基板的微細槽部聯(lián)絡(luò)的狀態(tài)多階地重疊接合，同時將形成氣體排出口的罩部件接合在位于多階的最外部并露出前述微細槽部的前述金屬基板上的工序。
此外，本發(fā)明的用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的構(gòu)成為，具有在多個金屬基板的一方的面上形成微細槽部和在該微細槽部的特定位置上形成具有開口的貫通孔的工序；在未形成前述微細槽部的前述金屬基板面上設(shè)置絕緣膜的工序；在至少1個前述金屬基板的前述絕緣膜上設(shè)置發(fā)熱體的工序；在多個前述金屬基板的微細槽部內(nèi)載置催化劑的工序；將前述多個金屬基板以通過前述貫通孔將各金屬基板的微細槽部聯(lián)絡(luò)的狀態(tài)多階地重疊接合，同時將形成氣體排出口的罩部件接合在位于多階的最外部并露出前述微細槽部的前述金屬基板上的工序。
此外，本發(fā)明的用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法的構(gòu)成為，具有在多個金屬基板的一方的面上形成微細槽部和在該微細槽部的特定位置上形成具有開口的貫通孔的工序；將前述金屬基板陽極氧化，形成由金屬氧化膜構(gòu)成的絕緣膜的工序；在多個前述金屬基板的微細槽部內(nèi)載置催化劑的工序；除去將前述多個金屬基板多階重疊時接合部位的前述金屬氧化膜的工序；將前述多個金屬基板以通過前述貫通孔將各金屬基板的微細槽部聯(lián)絡(luò)的狀態(tài)多階地重疊接合，同時將形成氣體排出口的罩部件接合在位于多階的最外部并露出前述微細槽部的前述金屬基板上的工序；在位于多階的最外部的至少一方的前述金屬氧化膜上設(shè)置發(fā)熱體的工序。
此外，本發(fā)明的用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法的構(gòu)成為，具有在多個金屬基板的一方的面上形成微細槽部和在該微細槽部的特定位置上形成具有開口的貫通孔的工序；在多個前述金屬基板的微細槽部內(nèi)載置催化劑的工序；將前述多個金屬基板以通過前述貫通孔將各金屬基板的微細槽部聯(lián)絡(luò)的狀態(tài)多階地重疊接合，同時將形成氣體排出口的罩部件接合在位于多階的最外部并露出前述微細槽部的前述金屬基板上的工序；在位于多階的最外部的至少一方的前述金屬基板面上設(shè)置絕緣膜，在該絕緣膜上設(shè)置發(fā)熱體的工序。
根據(jù)上述的本發(fā)明，通過多階重疊的各金屬板的載置有催化劑的微細槽部，能夠進行原料的混合、氣化、混合氣體的改性、不純物去除，能夠從罩部件的氣體排出口得到高純度的氫氣，因此，與通過連接管將多個微型反應器連接的情況相比，能夠構(gòu)成空間效率高的氫制造用改性器。此外，構(gòu)成微型反應器的金屬基板與硅基板或陶瓷基板相比，由于熱傳導率高且熱容量小，能夠得到將熱量從發(fā)熱體向載置的催化劑高效率地傳遞，從停止狀態(tài)起動時的啟動快，同時向發(fā)熱體的投入電力的利用率高的氫制造用改性器。再者，在金屬基板上的微細槽部的形成不需要進行微型機械加工，能夠通過蝕刻加工等低價的加工方法容易地進行，因此可降低微型反應器的制造成本。
此外，本發(fā)明的用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的構(gòu)成為，具有以覆蓋前述微細槽部的狀態(tài)將具備原料導入口和氣體排出口的金屬罩部件接合在其一方的面上具備微細槽部的金屬基板上而構(gòu)成的接合體；由位于該接合體的內(nèi)部的前述微細槽部與前述金屬罩部件構(gòu)成的流路；載置在該流路的內(nèi)壁面的整個面上的催化劑。
此外，本發(fā)明的用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的構(gòu)成為，具有將在一方的面上具備微細槽部、同時該微細槽部的圖案有相互面對稱關(guān)系的1組金屬基板以前述微細槽部相對面的狀態(tài)接合而構(gòu)成的接合體；由在該接合體的內(nèi)部相面對的前述微細槽部構(gòu)成的流路；載置于該流路的內(nèi)壁面的整個面上的催化劑；位于前述流路的一方的端部的原料導入口，以及位于前述流路的另一方的端部的氣體排出口。
另外，本發(fā)明的用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法的構(gòu)成為，具有在金屬基板的一方的面上形成微細槽部的槽部形成工序；將具備原料導入口和氣體排出口的金屬罩部件以覆蓋前述微細槽部的狀態(tài)與前述金屬基板接合，形成具有流路的接合體的接合工序；在前述流路的內(nèi)壁面上形成金屬氧化膜的表面處理工序；在前述流路的內(nèi)壁面上通過金屬氧化膜載置催化劑的催化劑載置工序。
此外，本發(fā)明的用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法的構(gòu)成為，具有在1組金屬基板的一方的面上以構(gòu)成面對稱的圖案形成微細槽部的槽部形成工序；將前述1組金屬基板以前述微細槽部相面對的狀態(tài)接合，形成具備流路的接合體的接合工序；在前述流路的內(nèi)壁面上形成金屬氧化膜的表面處理工序；在前述流路的內(nèi)壁面上通過前述金屬氧化膜載置催化劑的催化劑載置工序。
此外，本發(fā)明的用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法的構(gòu)成為，具有在金屬基板的一方的面上形成微細槽部的工序；在前述微細槽的內(nèi)壁面上形成金屬氧化膜的表面處理工序；將具備原料導入口和氣體排出口的罩部件以覆蓋前述微細槽部的狀態(tài)與前述金屬基板接合，形成具有流路的接合體的接合工序；在前述流路的內(nèi)壁面上通過前述金屬氧化膜載置催化劑的催化劑載置工序。
此外，本發(fā)明的用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法的構(gòu)成為，具有在1組金屬基板的一方的面上以構(gòu)成面對稱的圖案形成微細槽部的槽部形成工序；在前述微細槽部的內(nèi)壁面上形成金屬氧化膜的表面處理工序；將前述1組金屬基板以前述微細槽部相面對的狀態(tài)接合，形成具備流路的接合體的接合工序；在前述流路的內(nèi)壁面上通過前述金屬氧化膜載置催化劑的催化劑載置工序。
根據(jù)上述的本發(fā)明，通過在流路的內(nèi)壁面的整個面上載置催化劑使反應面積擴大，可提高反應效率，并可有效利用空間。此外，構(gòu)成微型反應器的金屬基板與硅基板或陶瓷基板相比，由于熱傳導率高且熱容量小，能夠得到將熱量從發(fā)熱體向載置的催化劑高效率地傳遞，從停止狀態(tài)起動時的啟動快，同時向發(fā)熱體的投入電力的利用率高的氫制造用改性器。
此外，由于通過接合工序形成具有流路的接合體后載置催化劑，不會由于接合工序的熱量造成催化劑的鈍化，加大了催化劑的選擇范圍，再者，通過準備出完成接合工序的多個接合體，在這種接合體中載置所希望的催化劑，可制造例如甲醇的改性用、一氧化碳的氧化用的不同反應中所使用的微型反應器，能夠簡化制造工序。此外，由于金屬基板的微細槽部的形成不需要進行微型機械加工，可通過蝕刻加工等低價的加工方法容易地形成，再者，由于也不需要研磨工序，能夠降低微型反應器的制造成本。此外，在流路的內(nèi)壁上不存在角部的情況下，能夠抑制催化劑載置工序的載置量的偏差，能夠均勻地載置催化劑。
此外，本發(fā)明的用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的構(gòu)成為，至少具有在內(nèi)部具備流路，該流路的一方的端部構(gòu)成導入口，另一方的端部構(gòu)成排出口的多個單位流路部件，以及將該單位流路部件以多階狀態(tài)保持的連接部件；前述連接部件具有用于通過單位流路部件的導入口所在部位和排出口所在部位將單位流路部件緊密接觸地保持的多個連接部、原料導入口、氣體排出口；至少一個前述單位流路部件為在流路內(nèi)載置有催化劑的單位微型反應器；從前述連接部件的原料導入口導入原料，在多個前述單位流路部件中，由前述單位微型反應器進行特定的反應，從前述連接部件的氣體排出口得到所希望的生成氣體。
根據(jù)上述的本發(fā)明，由于在多階狀態(tài)下連接保持的單位流路部件中，所希望的單位流路部件為在流路內(nèi)載置催化劑的單位微型反應器，提高了空間的利用效率，此外，通過單位微型反應器的階數(shù)、單位微型反應器中載置的催化劑種類的選擇，能夠成為具有所希望的性能、特性的氫制造用的微型反應器。再者，由于各單位流路部件可取出，能夠僅更換產(chǎn)生催化劑純化或劣化的單位微型反應器，維持作為微型反應器整體的功能。此外，由于在接合體形成后載置催化劑而成為單位微型反應器，能夠使用同一結(jié)構(gòu)的單位流路部件(接合體)裝入保持有對應于要求的功能的催化劑單位微型反應器，降低了微型反應器的制造成本、運轉(zhuǎn)成本。此外，由于在所希望的單位微型反應器上具有發(fā)熱體、在單位流路部件之間具有空隙或隔熱材料，能夠使每個單位微型反應器為最適宜的溫度，能夠提高反應效率和有效利用熱量。


圖1為本發(fā)明的微型反應器的一實施方式的立體圖。
圖2為圖1所示的微型反應器的II-II線的放大縱剖面圖。
圖3為圖1所示的微型反應器的金屬基板的微細槽部形成面一側(cè)的立體圖。
圖4為本發(fā)明的微型反應器的另一實施方式的與圖2相當?shù)目v剖面圖。
圖5為本發(fā)明的微型反應器的一實施方式的立體圖。
圖6為圖5所示的微型反應器的的II-II線的放大縱剖面圖。
圖7為圖5所示的微型反應器的III-III線的放大縱剖面圖。
圖8為在圖5所示的微型反應器中剝離了發(fā)熱體保護層7的狀態(tài)的立體圖。
圖9為圖5所示的微型反應器的第1階金屬基板的微細槽部形成面一側(cè)的立體圖。
圖10為圖5所示的微型反應器的第2階金屬基板的微細槽部形成面一側(cè)的立體圖。
圖11為本發(fā)明的微型反應器的另一實施方式的與圖6相當?shù)目v剖面圖。
圖12為本發(fā)明的微型反應器的一實施方式的立體圖。
圖13為圖12所示的微型反應器的A-A線的放大縱剖面圖。
圖14為構(gòu)成圖12所示的微型反應器的金屬基板的微細槽部形成面一側(cè)的立體圖。
圖15為本發(fā)明的微型反應器的另一實施方式的與圖13相當?shù)目v剖面圖。
圖16為本發(fā)明的微型反應器的另一實施方式的立體圖。
圖17為圖16所示的微型反應器的B-B線的放大縱剖面圖。
圖18為構(gòu)成圖16所示的微型反應器的金屬基板的微細槽部形成面一側(cè)的立體圖。
圖19為本發(fā)明的微型反應器的另一實施方式的與圖17相當?shù)目v剖面圖。
圖20為本發(fā)明的微型反應器的一實施方式的立體圖。
圖21為圖20所示的微型反應器的I-I線的放大縱剖面圖。
圖22為構(gòu)成圖20所示的微型反應器的部件離開狀態(tài)的立體圖。
圖23為用于說明構(gòu)成本發(fā)明的微型反應器的單位流路部件內(nèi)的流路的例子的立體圖。
圖24為示出連接部件的形成連接部的面的視圖。
圖25為圖24所示的連接部件的剖面圖，圖25A為II-II線的剖面圖，圖25B為III-III線的剖面圖。
圖26為用于說明本發(fā)明的微型反應器的另一例的與圖21相當?shù)目v剖面圖。
圖27為構(gòu)成本發(fā)明的微型反應器的單位流路部件(單位微型反應器)的另一例的縱剖面圖。
圖28為單位微型反應器的制作方法的一例的工序圖。
圖29為單位微型反應器的制作方法的另一例的工序圖。
圖30A～30D為用于說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的一實施方式的工序圖。
圖31A～31C為用于說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的一實施方式的工序圖。
圖32A～32D為用于說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的一實施方式的工序圖。
圖33A～33D為用于說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的一實施方式的工序圖。
圖34A～34D為用于說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的另一實施方式的工序圖。
圖35A～35D為用于說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的一實施方式的工序圖。
圖36A～36D為用于說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的一實施方式的工序圖。
圖37A～37D為用于說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的一實施方式的工序圖。
圖38A～38D為用于說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的一實施方式的工序圖。
圖39A～39D為用于說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的另一實施方式的工序圖。
圖40A～40D為用于說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的另一實施方式的工序圖。
圖41A～41C為用于說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的一實施方式的工序圖。
圖42A～42C為用于說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的一實施方式的工序圖。
圖43A～43C為用于說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的又一實施方式的工序圖。
圖44A～44C為用于說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的另一實施方式的工序圖。
圖45A～45C為用于說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的再一實施方式的工序圖。
圖46A～46C為用于說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的另一實施方式的工序圖。
圖47A～47C為用于說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的又一實施方式的工序圖。
圖48A～48C為用于說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的再一實施方式的工序圖。
具體實施例方式
以下，根據(jù)附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。
首先，對本發(fā)明的微型反器進行說明。
<微型反應器的第1實施方式>
圖1為本發(fā)明的微型反應器的一實施方式的立體圖。圖2為圖1所示的微型反應器的II-II線的放大縱剖面圖。在圖1及圖2中，本發(fā)明的微型反應器1具有金屬基板2；形成于該金屬基板2的一方的面2a上的微細槽部3；由形成于該微細槽部3內(nèi)部及金屬基板2的兩面2a、2b和側(cè)面2c上的金屬氧化膜構(gòu)成的絕緣膜4；通過絕緣膜4設(shè)置在金屬基板2的表面2b上的發(fā)熱體5；載置在微細槽部3內(nèi)的催化劑C；以覆蓋上述微細槽部3的狀態(tài)接合在金屬基板2上的罩部件8。此外，在發(fā)熱體5上形成電極6，6，具有露出這些電極6、6的開口部7a、7a的發(fā)熱體保護層7以覆蓋發(fā)熱體5的狀態(tài)被設(shè)置。此外，在上述罩部件8上設(shè)置有原料導入口8a和氣體排出口8b。
圖3為圖1所示的微型反應器1的金屬板2的微細槽部3形成面一側(cè)的立體圖。如圖3所示，微細槽部3以剩下梳形凸緣2A、2B的狀態(tài)形成，為從端部3a到端部3b連續(xù)的形狀。并且，由于罩體部件8的原料導入口8a位于端部3ah上，氣體排出口8b位于端部3b上，從原料導入口8a到氣體排出口8b構(gòu)成連續(xù)的流路。
構(gòu)成本發(fā)明的微型反應器1的金屬基板2可使用能夠通過陽極氧化形成金屬氧化膜(絕緣膜4)的金屬。作為這種金屬可例如Al、Si、Ta、Nb、V、Bi、Y、W、Mo、Zr、Hf等。在這些金屬中，特別是Al由于加工性、熱容量、熱傳導率、價格上優(yōu)點被大量使用。金屬基板2的厚度可考慮到微型反應器1的尺寸、使用的金屬的熱容量、熱傳導率等的特性、形成的微細槽部3的尺寸等恰當?shù)卦O(shè)定，例如可設(shè)定在50～2000μm左右的范圍內(nèi)。
這種金屬基板2的通過陽極氧化的金屬氧化膜(絕緣膜4)的形成可通過在將金屬基板2連接在外部電極的陽極上的狀態(tài)下浸泡在陽極氧化溶液中并與陰極相對地通電來進行。金屬氧化膜(絕緣膜4)的厚度可設(shè)定在例如5～150μm左右的范圍內(nèi)。
形成于金屬基板2上的微細槽部3并不限于圖3所示的形狀，可為在微細槽部3內(nèi)載置的催化劑C的量多，并且原料與催化劑C接觸的流路長的任意的形狀。通常，可設(shè)定微細槽部3的深度在100～1000μm左右的范圍內(nèi)，寬度在100～1000μm左右的范圍內(nèi)，流路長可在30～300mm左右的范圍。
在本發(fā)明中由于在微細槽部3內(nèi)也形成有由金屬氧化膜構(gòu)成的絕緣膜4，通過具有微細孔的金屬氧化膜的表面構(gòu)造，在增大催化劑C的保持量的同時可穩(wěn)定地載置催化劑。
作為催化劑C，可使用在以往的水蒸氣改性中使用的公知的催化劑。
構(gòu)成本發(fā)明的微型反應器1的發(fā)熱體5為用于向作為吸熱反應的原料的水蒸氣改性供給需要的熱量的部件，可使用碳膏、鎳鉻合金(Ni-Cr合金)、W(鎢)、Mo(鉬)等材質(zhì)。該發(fā)熱體5可為將寬度10～200μm左右的細線整個面地盤繞在與形成微細槽部3的區(qū)域相當?shù)慕饘倩迕?b(絕緣膜4)上的區(qū)域上的形狀。
在這種發(fā)熱體5中形成通電用的電極6、6。通電用的電極6、6可使用Au、Ag、Pd、Pd-Ag等導電材料形成。
發(fā)熱體保護層7具有用于將上述的電極6、6露出的電極開口部7a、7b，以覆蓋發(fā)熱體5的狀態(tài)設(shè)置。該發(fā)熱體保護層7可由例如感光性聚酰亞胺、漆狀的聚酰亞胺等形成。此外，發(fā)熱體保護層7的厚度可考慮使用的材料等適當設(shè)定，例如可設(shè)定在2～25μm的范圍內(nèi)。
構(gòu)成本發(fā)明的微型反應器1的罩部件8可使用Al合金、Cu合金、不銹鋼材料等。此外，罩部件8的厚度可考慮使用的材料等適當設(shè)定，例如可設(shè)定在20～200μm的范圍內(nèi)。具有罩部件8的原料導入口8a與氣體排出口8b以位于形成在金屬板2上的微細槽部3的流路的兩端部3a、3b上的狀態(tài)設(shè)置。
<微型反應器的第2實施方式>
圖4為本發(fā)明的微型反應器的另一實施方式的與圖2相當?shù)目v剖面圖。在圖4中，本發(fā)明的微型反應器1’具有金屬基板2’；形成于該金屬基板2’的一方的面2’a上的微細槽部3；形成于金屬基板2’的另一表面2’b上的絕緣膜4’；通過絕緣膜4’設(shè)置在金屬基板2’的表面2’b上的發(fā)熱體5；載置在微細槽3內(nèi)的催化劑C；以覆蓋上述微細槽部3的狀態(tài)接合在金屬基板2’上的罩部件8。此外，在發(fā)熱體5上形成電極6，6，具有露出這些電極6、6的開口部7a、7a的發(fā)熱體保護層7以覆蓋發(fā)熱體5的狀態(tài)被設(shè)置。此外，在上述罩部件8上設(shè)置有原料導入口8a和氣體排出口8b。
這種微型反應器1’除了金屬部件2’、絕緣層4’不同的方面，以及在微細槽部3內(nèi)不形成金屬氧化膜(絕緣層4)的方面外，與上述的微型處理器1相同，對于相同的結(jié)構(gòu)部件注以相同的符號，省略對其說明。
構(gòu)成本發(fā)明的微型反應器1’的金屬基板2’可使用Al基板、Cu基板、不銹鋼基板等的任一種。此外，金屬基板2’的厚度可考慮到微型反應器1’的尺寸、使用的金屬的熱容量、熱傳導率等的特性、形成的微細槽部3的尺寸等恰當?shù)卦O(shè)定，例如可設(shè)定在50～2000μm左右的范圍內(nèi)。
形成于金屬基板2’的面2’b上的絕緣膜4’可由例如聚酰亞胺、陶瓷(Al2O3、SiO2)等形成。這樣的絕緣膜4’的厚度可考慮使用的材料的特性等適當設(shè)定，例如可設(shè)定在1～30μm的范圍內(nèi)。
由于上述的本發(fā)明的微型反應器1，1’使用金屬基板2、2’，與硅基板或陶瓷基板相比，熱傳導率高且熱容量小，能夠得到將熱量從發(fā)熱體5向載置的催化劑C高效率地傳遞，在從停止狀態(tài)起動時的啟動快，同時向發(fā)熱體的投入電力的利用率高的氣制造用改性器。
<微型反應器的第3實施方式>
圖5為本發(fā)明的微型反應器的實施方式的立體圖，圖6為圖5所示的微型反應器的II-II線的放大縱剖面圖，圖7為圖5所示的微型反應器的III-III線的放大縱剖面圖。
在圖5至圖7中，本發(fā)明的微型反應器11為金屬板12與金屬基板22接合的2階構(gòu)造。第1階的金屬基板12具有形成于一方的面12a上的微細槽部13；在該微細槽部13的特定處具有開口的貫通孔19；由形成于該貫通孔19內(nèi)部與微細槽部13內(nèi)部以及金屬基板12的另一方的面12b與側(cè)面12c上的金屬氧化膜構(gòu)成的絕緣膜14；通過絕緣膜14設(shè)置在金屬基板12的表面12b上的發(fā)熱體15；載置于微細槽部13內(nèi)的催化劑C1。此外，在發(fā)熱體15上形成電極16、16，具有露出該電極16、16的電極開口部17a、17a和露出上述貫通孔19的開口部的開口部17b的發(fā)熱體保護層17以覆蓋發(fā)熱體15的狀態(tài)被設(shè)置。
另一方面，第2階的金屬基板22具有形成于一方的面22a上的微細槽部23；在該微細槽23的特定處上具有開口的貫通孔29；由形成于該貫通孔29內(nèi)部與微細槽部23內(nèi)部以及金屬基板22的側(cè)面22c上的金屬氧化膜構(gòu)成的絕緣膜24；載置于微細槽部23內(nèi)的催化劑C2；以覆蓋該微細槽部23的狀態(tài)與面22a接合的罩部件28。在該罩部件28上設(shè)置有氣體排出口28a。
圖8為在圖5所示的微型反應器中將發(fā)熱體保護層17剝離狀態(tài)的立體圖。如圖8所示，發(fā)熱體15通過絕緣層14設(shè)置在金屬基板12的表面12b上。并且，發(fā)熱體保護層17的開口部17b構(gòu)成原料導入口。此外，也可以圍住貫通孔19的狀態(tài)設(shè)置發(fā)熱體15。
圖9為圖5所示的構(gòu)成微型反應器11的第1階的金屬基板12的微細槽部13形成面?zhèn)鹊牧Ⅲw圖。如圖9所示，微細槽部13以剩下梳形狀的凸緣12A、12B的狀態(tài)形成，為從端部13a到端部13b連續(xù)的形狀。并且，在微細槽部13的端部13a上露出有貫通孔19的開口。
此外，圖10為構(gòu)成圖5所示的微型反應器11的第2階的金屬基板22的微細槽部23形成面?zhèn)鹊牧Ⅲw圖。如圖10所示，微細槽部23以剩下梳形狀的凸緣22A、22B的狀態(tài)形成，為從端部23a到端部23b連續(xù)的形狀。并且，在微細槽部23的端部23a上露出有貫通孔29的開口，該貫通孔29的另一方的開口在2階層疊構(gòu)造中位于上述的金屬基板12的微細槽13的端部13b的端部13b上。此外，在微型反應器11中，罩部件28的氣體排出口28a位于微細槽部23的端部23b上。由此，構(gòu)成如圖7的箭頭a所示的從作為原料導入口的發(fā)熱體保護層17的開口部17b經(jīng)過第1階的金屬基板12的貫通孔19，從端部13a微細槽部13，從端部13b經(jīng)過等2階的金屬基板22的貫通孔29，從端部23流入微細槽部23，從端部23b通過氣體排出口28a到達外部為止的連續(xù)的流路。
構(gòu)成本發(fā)明的微型反應器11的金屬基板12、22可使用能夠通過陽極氧化形成金屬氧化膜(絕緣膜14、24)的金屬。作為這種金屬可為例如Al、Si、Ta、Nb、V、Bi、Y、W、Mo、Zr、Hf等。在這些金屬中，特別是Al由于加工性、熱容量、熱傳導率、價格上優(yōu)點被大量使用。金屬基板12、22的厚度可考慮到微型反應器11的尺寸、使用的金屬的熱容量、熱傳導率等的特性、形成的微細槽部13、23的尺寸等恰當?shù)卦O(shè)定，例如可設(shè)定在50～2000μm左右的范圍內(nèi)。
這種金屬基板12、22的通過陽極氧化的金屬氧化膜(絕緣膜14、24)的形成可通過在將金屬基板12、22連接在外部電極的陽極上的狀態(tài)下浸泡在陽極氧化溶液中并與陰極相對地通電來進行。金屬氧化膜(絕緣膜14、24)的厚度可設(shè)定在例如5～150μm左右的范圍內(nèi)。
形成于金屬基板12、22上的微細槽部13、23并不限于圖9、圖10所示的形狀，可為在微細槽部13、23內(nèi)載置的催化劑C1、C2的量多，并且原料與催化劑C1、C2接觸的流路長的任意的形狀。通常，可設(shè)定微細槽部13、23的深度在50～1000μm左右的范圍內(nèi)，寬度在50～100μm左右的范圍內(nèi)，流路長可在30～400μm左右的范圍。
在本發(fā)明中，由于在微細槽部13、23內(nèi)也形成有由金屬氧化膜構(gòu)成的絕緣膜14、24，通過具有微細孔的金屬氧化膜的表面構(gòu)造，在增大催化劑C1、C2的載置量的同時可穩(wěn)定地載置催化劑。
作為催化劑C1、C2，可使用在以往的水蒸氣改性中使用的公知的催化劑。例如在第1階的金屬基板12的微細孔部13中進行原料的混合、混合后的原料的氣化以及混合氣體的改性，在第2階的金屬基板22的微細孔部23中進行改性氣體中的不純物去除的情況下，作為催化劑C1可使用Cu-ZnO/Al2O3等，作為催化劑C2可使用Pt/Al2O3等。
構(gòu)成本發(fā)明的微型反應器11的發(fā)熱體15為用于向作為吸熱反應的水蒸氣改性供給需要的熱量的部件，可使用碳膏、鎳鉻合金(Ni-Cr合金)、W(鎢)、Mo(鉬)等材質(zhì)。該發(fā)熱體15可為將寬度10～200μm左右的細線整個面地盤繞在與形成微細槽部13的區(qū)域相當?shù)慕饘倩迕?2b(絕緣膜14)上的區(qū)域上，不堵塞貫通孔19的形狀。此外，在如本實施方式的將發(fā)熱體1僅設(shè)置在1個金屬基板上的情況下，最好設(shè)置在進行混合氣體改性的金屬基板上。
在這種發(fā)熱體15中形成通電用的電極16、16。通電用的電極16、16可使用Au、Ag、Pd、Pd-Ag等導電材料形成。
發(fā)熱體保護層17具有用于將上述的電極16、16露出的電極開口部17a、和用于露出上述貫通孔19的開口部17b，以覆蓋發(fā)熱體5的狀態(tài)設(shè)置。該發(fā)熱體保護層17可由例如感光性聚酰亞胺、漆狀的聚酰亞胺等形成。此外，發(fā)熱體保護層17的厚度可考慮使用的材料等適當設(shè)定，例如可設(shè)定在2～25μm的范圍內(nèi)。
構(gòu)成本發(fā)明的微型反應器11的罩部件28可使用Al合金、Cu合金、不銹鋼材料等。此外，罩部件28的厚度可考慮使用的材料等適當設(shè)定，例如可設(shè)定在20～400μm的范圍內(nèi)。具有罩部件48的原料導入口28a以位于形成在金屬基板22上的微細槽部23的流路的端部23b上的狀態(tài)設(shè)置。
<微型反應器的第4實施方式>
圖11為本發(fā)明的微型反應器的另一實施方式的與圖6相當?shù)目v剖面圖。在圖11中，本發(fā)明的微型反應器11’為金屬板12’與金屬基板22’接合的2階構(gòu)造。第1階的金屬基板12’具有形成于一方的面12’a上的微細槽部13；在該微細槽部13的特定處具有開口的貫通孔19(未圖示)；形成于金屬基板12’的另一面12’b上的絕緣膜14’；通過絕緣膜14’設(shè)置在金屬基板12’的表面12’b上的發(fā)熱體15；載置于微細槽部13內(nèi)的催化劑C1。此外，在發(fā)熱體15上形成電極16、16，具有露出該電極16、16的電極開口部17a、17a和露出上述貫通孔19的開口的開口部17b(未圖示)的發(fā)熱體保護層17以覆蓋發(fā)熱體15的狀態(tài)被設(shè)置。
另一方面，第2階的金屬基板22’具有形成于一方的面22’a上的微細槽部23；在該微細槽23的特定處上具有開口的貫通孔29(未圖示)；載置于微細槽部23內(nèi)的催化劑C2；以覆蓋該微細部23的狀態(tài)與面22’a接合的罩部件28。在該罩部件28上設(shè)置有氣體排出口28a。
這種微型反應器11’除了在金屬部件12’、22’，絕緣層14’、24’不同的方面，以及在微細槽13、23內(nèi)、貫通孔19、29內(nèi)不形成金屬氧化膜(絕緣層14、24)方面外，與上述的微型反應器11同樣，相同結(jié)構(gòu)部件附以相同符號，省略對其說明。
構(gòu)成本發(fā)明的微型反應器11’的金屬基板12’、22’可使用Al基板、Cu基板、不銹鋼基板等的任一種。此外，金屬基板12’、22’的厚度可考慮到微型反應器11’的尺寸、使用的金屬的熱容量、熱傳導率等的特性、形成的微細槽部13的尺寸等恰當?shù)卦O(shè)定，例如可設(shè)定在50～2000μm左右的范圍內(nèi)。
形成于金屬基板12’的面12’b上的絕緣膜14’可由例如聚酰亞胺、陶瓷(Al2O3、SiO2)等形成。這樣的絕緣膜14’的厚度可考慮使用的材料的特性等適當設(shè)定，例如可設(shè)定在1～30μm的范圍內(nèi)。
上述的本發(fā)明的微型反應器11、11’能夠通過2階重疊的各金屬板12、22或12’、22’的載置催化劑的微細槽部13、23進行原料的混合、氣化、混合氣體的改性、不純物去除的一連串操作，能夠從罩部件28的氣體排出口28a得到高純度的氫氣。因此，與通過連接管將多個微型反應器連接的情況相比，大幅度地提高了空間效率。此外，由于使用了金屬基板12、12’；22、22’，它們與硅基板或陶瓷基板相比，熱傳導率高且熱容量小，能夠得到將熱量從發(fā)熱體15向載置的催化劑C1、C2高效率地傳遞，在從停止狀態(tài)起動時的啟動快，同時向發(fā)熱體的投入電力的利用率高的氫制造用改性器。
此外，上述的微型反應器的實施方式為一例，例如也可為3階以上的多階結(jié)構(gòu)，在此情況下，發(fā)熱體最好至少設(shè)置在進行混合氣體的改性的金屬基板上。
<微型反應器的第5實施方式>
圖12為本發(fā)明的微型反應器的一實施方式的立體圖，圖13為圖12所示的微型反應器的A-A線的放大縱剖面圖。在圖12及圖13中，本發(fā)明的微型反應器101具有由在一方的面102a上形成微細槽部103的金屬基板102和以覆蓋微細槽103的狀態(tài)接合在基板102的面102a上的金屬罩部件104構(gòu)成的接合體115。在該接合體115的內(nèi)部形成由微細槽部103與金屬罩部件104構(gòu)成的流路105，在該流路105的內(nèi)壁面的整個面上，通過金屬氧化膜106載置有催化劑C。此外，在上述金屬罩部件104上，設(shè)置有原料導入口104a及氣體排出口104b，它們位于流路105的各端部。上述的金屬氧化膜106為絕緣膜，在流路105的內(nèi)壁面以外，也形成于接合體115的表面(金屬基板102的表面102b、側(cè)面102c以及金屬罩部件104的表面)上。并且，通過金屬基板102的表面102b上的金屬氧化膜106設(shè)置有發(fā)熱體107，在發(fā)熱體107上形成電極108、108，具有將該電極108、108露出的電極開口部109a、109a的發(fā)熱體保護層109以覆蓋發(fā)熱體107的狀態(tài)被設(shè)置。
圖14為圖12中所示的微型反應器101的金屬基板102的微細槽部103形成面?zhèn)鹊牧Ⅲw圖。如圖14所示，微細槽部103為在梳狀的凸緣102A、102B的各前端部中以180度折回的狀態(tài)形成，從端部103a開始到端部103b為止蛇行并連續(xù)的形狀。此外，垂直于流路105的流體流動方向的斷面的微細槽部103的內(nèi)壁面形狀為大致半圓形狀。再者，在梳狀的凸緣102A、102B的各前端部上的流路的折回為不是角部的圓形。并且，以金屬罩部件104的原料導入口104a位于微細槽部103的端部103a上，氣體排出口104b位于微細槽部103的端部103b上的狀態(tài)構(gòu)成。
構(gòu)成本發(fā)明的微型反應器101的金屬基板102可使用能夠通過陽極氧化形成金屬氧化膜(絕緣膜)106的金屬。作為這種金屬，可為例如Al、Si、Ta、Nb、V、Bi、Y、W、Mo、Zr、Hf等。在這些金屬中，特別是Al由于加工性、熱容量、熱傳導率、價格上優(yōu)點被大量使用。金屬基板102的厚度可考慮到微型反應器101的尺寸、使用的金屬的熱容量、熱傳導率等的特性、形成的微細槽部103的尺寸等恰當?shù)卦O(shè)定，例如可設(shè)定在50～2000μm左右的范圍內(nèi)。
形成于金屬基板102上的微細槽部103并不限于圖14所示的形狀，可為在微細槽部103內(nèi)載置的催化劑C的量多，并且原料與催化劑C接觸的流路長的任意的形狀。特別是以沿流路105的流體流動方向在內(nèi)壁面上不存在角部(例如在流路的方向變化處內(nèi)壁面彎折的部位)的微細槽103的形狀為好。此外，與流路105的流體的流動方向垂直的斷面中的微細槽部103的內(nèi)壁面的形狀以圓弧形至半圓形狀，或者U字形狀為好。這種微細槽部103的深度可在例如100～1000μm左右的范圍內(nèi)，寬度在100～1000μm左右的范圍內(nèi)，流路長可在30～300mm左右的范圍內(nèi)。
在本實施方式中，由于在流路105的內(nèi)壁面上形成有金屬氧化膜106，通過具有微細孔的金屬氧化膜的表面構(gòu)造，在增大催化劑C的載置量的同時可穩(wěn)定地載置催化劑。
作為催化劑C，可使用在以往的水蒸氣改性中使用的公知的催化劑。
構(gòu)成本發(fā)明的微型反應器101的金屬罩部件104可使用能夠通過陽極氧化形成金屬氧化膜(絕緣膜)106的金屬。作為這種金屬可為例如Al、Si、Ta、Nb、V、Bi、Y、W、Mo、Zr、Hf等。在這些金屬中，特別是Al由于加工性、熱容量、熱傳導率、價格上優(yōu)點被大量使用。此外，金屬罩部件104的厚度可考慮到使用的材料等恰當?shù)卦O(shè)定，例如可設(shè)定在20～200μm左右的范圍內(nèi)。金屬罩部件104具有的原料導入口104a與氣體排出口104b，以位于形成于金屬基板102上的微細槽部103的兩端部103a、103b上的狀態(tài)被設(shè)置。
金屬基板102與金屬罩部件103接合而構(gòu)成的接合體115的通過陽極氧化的金屬氧化膜(絕緣膜)106的形成可通過在將接合體115連接在外部電極的陽極上的狀態(tài)下浸泡在陽極氧化溶液中并與陰極相對地通電來進行。金屬氧化膜(絕緣膜)106的厚度可設(shè)定在例如5～150μm左右的范圍內(nèi)。
構(gòu)成微型反應器101的發(fā)熱體107為用于向作為吸熱反應的水蒸氣改性供給需要的熱量的部件，可使用碳膏、鎳鉻合金(Ni-Cr合金)、W(鎢)、Mo(鉬)等材質(zhì)。該發(fā)熱體107可為將寬度10～20μm左右的細線整個面地盤繞在與形成微細槽部103的區(qū)域相當?shù)慕饘倩迕?02b(金屬氧化膜106)上的區(qū)域上的形狀。
在這種發(fā)熱體107中形成通電用的電極108、108。通電用的電極108、108可使用Au、Ag、Pd、Pd-Ag等導電材料形成。
發(fā)熱體保護層109具有用于將上述的電極108、108露出的電極開口部109a、109b，以覆蓋發(fā)熱體107的狀態(tài)設(shè)置。該發(fā)熱體保護層109可由例如感光性聚酰亞胺、漆狀的聚酰亞胺等形成。此外，發(fā)熱體保護層109的厚度可考慮使用的材料等適當設(shè)定，例如可設(shè)定在2～25μm的范圍內(nèi)。
<微型反應器的第6實施方式>
圖15為本發(fā)明的微型反應器的另一實施方式的與圖13相當?shù)目v剖面圖。在圖15中，本發(fā)明的微型反應器121具有由在一方的面122a上形成微細槽部123的金屬基板122和以覆蓋微細槽123的狀態(tài)接合在基板122的面122a上的金屬罩部件124構(gòu)成的接合體135。在該接合體135的內(nèi)部形成由微細槽部123與金屬罩部件124構(gòu)成的流路125，在該流路125的內(nèi)壁面的整個面上，通過金屬氧化膜126載置有催化劑C。在上述金屬罩部件124上設(shè)置有原料導入口124a及氣體排出口124b，它們位于流路125的各端部。此外，在接合體135的表面(金屬基板122的表面122b)上形成絕緣膜130，在該絕緣膜130上設(shè)置有發(fā)熱體127，在發(fā)熱體127上形成電極128、128，具有將該電極128、128露出的電極開口部129a、129a的發(fā)熱體保護層129以覆蓋發(fā)熱體127的狀態(tài)被設(shè)置。
構(gòu)成這種微型反應器121的金屬基板122可使用Cu、不銹鋼、Fe、Al等能夠通過勃姆石處理形成金屬氧化膜的材料。此外，金屬基板122的厚度可考慮到微型反應器121的尺寸、使用的金屬的熱容量、熱傳導率等的特性、形成的微細槽部123的尺寸等恰當?shù)卦O(shè)定，例如可設(shè)定在50～2000μm左右的范圍內(nèi)。
金屬基板122具有的微細槽部123可與上述的實施方式的微細槽部103相同。
構(gòu)成這種微型反應器121的金屬罩部件124可使用Cu、不銹鋼、Fe、Al等能夠通過勃姆石處理形成金屬氧化膜的材料。此外，金屬罩部件124的厚度可考慮到使用的材料等恰當?shù)卦O(shè)定，例如可設(shè)定在20～200μm左右的范圍內(nèi)。金屬罩部件124具有的原料導入口124a與氣體排出口124b以位于形成于基板122上的微細槽部123的兩端部的狀態(tài)被設(shè)置。
由金屬基板122和金屬罩部件124接合構(gòu)成的接合體135的流路125的通過勃姆石處理的金屬氧化膜126的形成可通過例如使用將鋁溶膠那樣的氧化鋁分散狀態(tài)的懸濁液，使該懸濁液的粘度很低的液體流入流路125內(nèi)，其后進行干燥，使勃姆石氧化鋁覆膜在流路內(nèi)面上固定化(涂覆處理)來進行。由這樣的勃姆石處理形成的金屬氧化膜126為氧化鋁薄膜，厚度可設(shè)定在例如0.5～5.0μm左右的范圍內(nèi)。
形成于金屬基板122的面122b上的絕緣膜130可由例如聚酰亞胺、陶瓷(Al2O3、SiO2)等形成。這樣的絕緣膜130的厚度可考慮使用的材料的特性等適當設(shè)定，例如可設(shè)定在1～30μm的范圍內(nèi)。
構(gòu)成微型反應器121的催化劑C、發(fā)熱體127、電極128、128、發(fā)熱體保護層129可分別與構(gòu)成微型反應器101的催化劑C、發(fā)熱體107、電極108、108、發(fā)熱體保護層109相同，在此省略說明。
上述的本發(fā)明的微型反應器101、121通過在流路105、125的內(nèi)壁面的整個面上載置催化劑C使反應面積擴大，可得到高的反應效率。此外，由于使用了金屬基板102、122和金屬罩部件104、124，它們與硅基板或陶瓷基板相比，熱傳導率高且熱容量小，能夠得到將熱量從發(fā)熱體107、127向載置的催化劑C高效率地傳遞，在從停止狀態(tài)起動時的啟動快，同時向發(fā)熱體的投入電力的利用率高的氫制造用改性器。
<微型反應器的第7實施方式>
圖16為本發(fā)明的微型反應器的另一實施方式的立體圖。圖17為圖16所示的微型反應器的B-B線的放大縱剖面圖。在圖16及圖17中，本發(fā)明的微型反應器141具有將在一方的面142a上形成有微細槽部143的金屬基板142和在一方的面144a上形成微細槽部145的金屬基板144以使微細槽部143與微細槽部145相對面的狀態(tài)接合的接合體155。在該接合體155的內(nèi)部形成有由相對面的微細槽部143、145構(gòu)成的流路146，在該流路146的內(nèi)面的整個面上通過金屬氧化膜147載置有催化劑C。此外，在上述的接合體155的一方的端面上，露出流路146的兩端部，分別構(gòu)成原料入口146a和氣體排出口146b。上述的金屬氧化膜147為絕緣膜，除流路146的內(nèi)壁面以外，也形成于接合體155的表面(金屬基板142的表面142b、側(cè)面142c及金屬基板144的表面144b、側(cè)面144c)上。并且，通過金屬基板142的表面142b上的金屬氧化膜147設(shè)置有發(fā)熱體148，在發(fā)熱體148上形成有電極149、149，具有將該電極149、149露出的電極開口部150a、150a的發(fā)熱體保護層150以覆蓋發(fā)熱體148的狀態(tài)被設(shè)置。
圖18為構(gòu)成圖16所示的微型反應器141的金屬基板142的微細槽部143形成面?zhèn)群徒饘倩?44的微細槽部145形成面?zhèn)鹊牧Ⅲw圖。如圖18所示，微細槽部143為在梳狀的凸緣142A、142B的各前端中以180度折回的狀態(tài)形成，從端部143a開始到端部143b為止蛇行并連續(xù)的形狀。此外，微細槽部145也為在梳狀的凸緣144A、144B的各前端中以180度折回的狀態(tài)形成，從端部145a開始到端部145b為止蛇行并連續(xù)的形狀。并且，微細槽部143與微細槽部145為相對于金屬基板142、144的接合面具有對稱關(guān)系的圖案形狀。因而，通過金屬基板142、144的接合，微細槽部143的端部143a位于微細槽部145的端部145a上，微細槽部143的端部143b位于微細槽部145的端部145b上，微細槽部143與微細槽部145完全地相對面。這種由微細部143、145構(gòu)成的流路146的與流體的流動方向相垂直的斷面的內(nèi)壁面的形狀為大致圓形狀。再者，梳狀的凸緣142A、142B及凸緣144A、144B的各前端部的流路146的折回為沒有角部的圓形。并且，微細槽部143的端部143a與微細槽部145的端部145a構(gòu)成原料導入口146a，微細槽部143的端部143b與微細槽部145的端部145b構(gòu)成氣體排出口146b。
構(gòu)成微型反應器141的金屬基板142、144可使用能夠通過陽極氧化形成金屬氧化膜(絕緣膜)147的金屬。作為這種金屬，可使用與上述的實施方式的金屬基板102同樣的金屬。此外，金屬基板142、144的厚度可考慮到微型反應器141的尺寸、使用的金屬的熱容量、熱傳導率等的特性、形成的微細槽部143、145的尺寸等恰當?shù)卦O(shè)定，例如可設(shè)定在400～1000μm左右的范圍內(nèi)。
形成于金屬基板142、144上的微細槽部143、145并不限于圖18所示的形狀，可為在微細槽部143、145內(nèi)載置的催化劑C的量多，并且原料與催化劑C接觸的流路長的任意的形狀。特別是以沿流路146的流體流動方向在內(nèi)壁面上不存在角部(例如在流路的方向變化處內(nèi)壁面彎折的部位)的微細槽143、145的形狀為好。此外，與流體的流動方向垂直的斷面中的微細槽部143、145的內(nèi)壁面的形狀以圓弧形至半圓形狀，或者U字形狀為好。由此，與由微細槽部143、145構(gòu)成的流路146的流體的流動方向垂直的斷面的內(nèi)壁面的形狀為大致圓形。這種微細槽部143、145的深度可在例如100～1000μm左右的范圍內(nèi)，寬度在100～1000μm左右的范圍內(nèi)，流路長可在30～300mm左右的范圍內(nèi)。
在本實施方式中由于在流路146的內(nèi)壁面上形成有金屬氧化膜147，通過具有微細孔的金屬氧化膜的表面構(gòu)造，在增大催化劑C的載置量的同時可穩(wěn)定地載置催化劑。
作為催化劑C，可使用在以往的水蒸氣改性中使用的公知的催化劑。
金屬基板142、144接合而構(gòu)成的接合體155的通過陽極氧化的金屬氧化膜(絕緣膜)147的形成可通過在將接合體155連接在外部電極的陽極上的狀態(tài)下浸泡在陽極氧化溶液中并與陰極相對地通電來進行。金屬氧化膜(絕緣膜)147的厚度可設(shè)定在例如5～150μm左右的范圍內(nèi)。
構(gòu)成微型反應器141的催化劑C、發(fā)熱體148、電極149、149、發(fā)熱體保護層150可分別與構(gòu)成微型反應器101的催化劑C、發(fā)熱體107、電極108、108、發(fā)熱體保護層109相同，在此省略說明。
<微型反應器的第8實施方式>
圖19為本發(fā)明的微型反應器的另一實施方式的與圖17相當?shù)目v剖面圖。在圖19中，本發(fā)明的微型反應器161具有將在一方的面162a上形成有微細槽部163的金屬基板162和在一方的面164a上形成微細槽部165的金屬基板164以使微細槽部163與微細槽部165相對面的狀態(tài)接合的接合體155。在該接合體155的內(nèi)部形成有由相對面的微細槽部163、165構(gòu)成的流路166，在該流路166的內(nèi)面的整個面上通過金屬氧化膜167載置有催化劑C。此外，在上述的接合體175的一方的端面上露出流路166的兩端部，分別構(gòu)成原料入口(未圖示)和氣體排出口(未圖示)。此外在上述的接合體175的表面(金屬基板162的表面162b)上形成絕緣膜171，在該絕緣膜171上設(shè)置有發(fā)熱體168。在該發(fā)熱體168上形成有電極169、169，具有將該電極169、169露出的電極開口部170a、170a的發(fā)熱體保護層170以覆蓋發(fā)熱體168的狀態(tài)被設(shè)置。
構(gòu)成這種微型反應器161的金屬基板162、164可使用Cu、不銹鋼、Fe、Al等能夠通過陽極氧化形成金屬氧化膜的材料。此外，金屬基板162、164的厚度可考慮到微型反應器161的尺寸、使用的金屬的熱容量、熱傳導率等的特性、形成的微細槽部163、165的尺寸等恰當?shù)卦O(shè)定，例如可設(shè)定在400～1000μm左右的范圍內(nèi)。
金屬基板162、164具有的微細槽部163、165可與上述第3實施方式的微細槽部143、145相同。
金屬基板162、164接合而構(gòu)成的接合體175的通過勃姆石處理的金屬氧化膜167的形成可與對于上述的第2實施方式的接合體135的勃姆石處理同樣地進行。通過該勃姆石處理形成的金屬氧化膜167為氧化鋁薄膜，厚度可設(shè)定在例如0.5～5.0μm左右的范圍內(nèi)。
此外，形成于金屬基板162的面162b上的絕緣膜171可與上述的第2實施方式的絕緣膜130相同。
此外，構(gòu)成微型反應器161的催化劑C、發(fā)熱體168、電極169、169、發(fā)熱體保護層170可分別與構(gòu)成上述的第1實施方式的微型反應器101的催化劑C、發(fā)熱體107、電極108、108、發(fā)熱體保護層109相同，在此省略對其說明。
在上述的本發(fā)明的微型反應器141、161中，由于催化劑C載置于流路146、166的內(nèi)壁面的整個面上而擴大了反應面積，可得到高反應效率。此外，由于使用了金屬基板142、144和金屬基板162、164，它們與硅基板或陶瓷基板相比，熱傳導率高且熱容量小，能夠得到將熱量從發(fā)熱體148、168向載置的催化劑C高效率地傳遞，在從停止狀態(tài)起動時的啟動快，同時向發(fā)熱體的投入電力的利用率高的氫制造用改性器。
此外，上述的微型反應器的實施方式為一例，例如原料導入口與氣體排出口的位置可由于微細槽的形狀改變而位于任意位置。
<微型反應器的第9實施方式>
圖20為本發(fā)明的微型反應器的一實施方式的立體圖。圖21為圖20所示的微型反應器的I-I線的放大縱剖面圖。圖22為構(gòu)成圖20所示的微型反應器的部件離開狀態(tài)的立體圖。在圖20～圖22中，本發(fā)明的微型反應器201為3個單位流路材料202a、202b、202c以3階的多階狀態(tài)由連接部件204和固定部件206連接保持。此外，在各單位流路部件202a、202b、202c之間設(shè)置有空隙207。
單位流路部件202a、202b、202c在內(nèi)部具有流路，該流路一方的端部構(gòu)成導入口，另一方的端部構(gòu)成出口。并且，3個單位流路部件202a、202b、202c中，單位流路部件202b、202c為在流路內(nèi)載置催化劑的單位微型反應器。即，如圖21中所示，各單位流路202a、202b、202c的形成微細槽部212的金屬基板211和形成微細槽部214的金屬基板213以微細槽部212與微細槽部214相面對的狀態(tài)接合，在周圍具有形成有金屬氧化膜(絕緣膜)216的接合體210。在該接合體210的內(nèi)部形成由相面對的微細槽部212、214構(gòu)成的流路215。并且，在單位流路部件(單位微型反應器)202b、202c中，通過金屬氧化膜216在流路215內(nèi)的壁面的整個面上分別載置催化劑C1、C2。在圖示的例中，在流路215的內(nèi)壁面上不載置催化劑的單位流路部件202a中，在接合體210內(nèi)的流路215的內(nèi)壁面上也具有金屬氧化膜216，但也可不具有該金屬氧化膜216。
構(gòu)成單位流路部件202a、202b、202c的上述接合體210如圖22所示，具有向同一方向的一組突出部210a、210b。圖23為以單位流路部件202a為例說明流路215的狀態(tài)的立體圖。如圖23所示，流路215為從位于突出部210a的端部開始到位于突出部210b的端部為止蛇形且連續(xù)的形狀。并且，在單位流路(單位微型反應器)202c中，位于突出部210a的流路215的端部構(gòu)成導入口203a，位于突出部210b的流路215的端部構(gòu)成排出口203b。此外，位于突出部210a的流路215的端部構(gòu)成導入口203a，位于突出部210b的流路215的端部構(gòu)成排出口203b。具體地說，在單位流路部件202a、單位流路部件(單位微型反應器)202c中，位于突出部210a的流路215的端部構(gòu)成導入口203a，位于突出部210b的流路215的端部構(gòu)成排出口203b。此外，在單位流路(單位微型反應器)202b中，位于突出部210a的流路215的端部構(gòu)成排出口203b，位于突出部210b的流路215的端部構(gòu)成導入口203a。因而，從第1階的單位流路部件朝向第3階的單位流路部件(單位微型反應器)，在突出部210a側(cè)順序排列有導入口203a、排出口203b、導入口203a，在突出部210b側(cè)順序排列有排出口203b、導入口203a、排出口203b。
此外，在構(gòu)成各單位流路202a、202b、202c的接合體201的一方的面上形成有發(fā)熱體217，在發(fā)熱體217上形成電極218、218，將該電極218、218的一部露出的發(fā)熱體保護層219以覆蓋發(fā)熱體217的狀態(tài)被設(shè)置。在圖22中，示出了單位流路部件202a的發(fā)熱體保護層219被隔開的狀態(tài)。此外，在圖示的例中，在不是單位微型反應器的單位流路部件202a上也設(shè)置有發(fā)熱體217、電極218、218，但也可僅在作為單位微型反應器單位流路部件上設(shè)置發(fā)熱體217、電極218、218。
連接部件204為將各單位流路部件202a、202b、202c以多階狀態(tài)保持的部件，具有由塊體221a、221b夾持塊體221c形成的結(jié)構(gòu)體221。圖24為示出連接部件的形成連接部的面的圖，圖25為圖24所示的連接部件的剖面圖，圖25A為II-II線的剖面圖，圖25B為III-III線的剖面圖。如圖24及圖25所示，在塊體221a、221b的一方的面上設(shè)置有用于由帶有導入口203a或排出口203b的接合體210的突出部210a、210b將各單位流路部件202a、202b、202c緊密接觸地保持的多個連接部222。此外，在塊體221a的相反面和塊體221b的相反面上分別設(shè)置原料導入口223和氣體排出口224。
設(shè)置在塊體221a上的連接部222由通過原料導入口223和內(nèi)部流路226連接的導入連接部222a以及通過內(nèi)部連通路225a相互連接的1組階轉(zhuǎn)移連接部222d、222e構(gòu)成，它們排列成一列。此外，設(shè)置在塊體221b上的連接部222由通過內(nèi)部連通路225b相互連接的1組轉(zhuǎn)移連接部222b、222c以及通過氣體排出224和內(nèi)部流路227連接的排出連接部222f構(gòu)成，它們排列成一列。并且，在各連接部222(222a、222b、222c、222d、222e、222f)內(nèi)設(shè)置有用于以氣密、液密的狀態(tài)將構(gòu)成各單位流路部件202a、202b、202c的接合體210的突出部210a、210b緊密接觸地保持的填料228。此外，各連接體222的尺寸與連接保持的單位流路部件的突出部210a、210b的形狀相對應適當設(shè)定。
上述的連接部件204在導入連接部222a與階轉(zhuǎn)移連接部222b上分別插入并緊密接觸地保持有第1階的單位流路部件202a的突出部210a和突出部210b，在階轉(zhuǎn)移連接部222c和222d上分別插入并緊密接觸地保持有第2階的單位流路部件(單位微型反應器)202b的突出部210b和突出部210a，在階轉(zhuǎn)移連接部222e和排出連接部222f上分別插入并緊密接觸地保持有第3階的單位流路部件(單位微型反應器)202c的突出部210a和突出部210b。此外，上述的填料228用于使由連接部件204形成的各單位流路部件202a、202b、202c的緊密接觸地保持更加可靠，可由例如O形環(huán)、硅酮橡膠等具有彈性的材料構(gòu)成。此外為了使由連接部件204形成的各單位流路部件202a、202b、202c的緊密接觸地保持更加可靠，也可在突出部210a與突出部210b的周圍設(shè)置硅酮橡膠等具有彈性的輔助部件。
固定部件206為將由上述的連接部件204以多階狀態(tài)保持的名單位流路部件202a、202b、202c的另一端部固定的部件，具有框體231和用于將該框體231內(nèi)間壁為3階的間壁部件232a、232b。通過該固定部件206以在由間壁部件232a、232b間壁的收納空間233a、233b、233c中插入各單位流路部件202a、202b、202c的端部的狀態(tài)設(shè)置，能夠以多階狀態(tài)固定保持。
在上述的微型反應器201中，從連接部件204的原料導入口223導入的原料通過內(nèi)部流路226，從導入連接部226到達第1階的單位流路部件202a的導入口203a。并且，在單位流路202a的流路215內(nèi)進行所希望的原料混合后，從排出口203b經(jīng)過階轉(zhuǎn)移連接部222b、內(nèi)部連通路225b，從階轉(zhuǎn)移連接部222c到達第2階的單位流路部件(單位微型反應器)202b的導入口203a。此后，通過保持單位微型反應器202b的催化劑C1的流路215內(nèi)后，從排出口203b經(jīng)過階轉(zhuǎn)移連接部222d、內(nèi)部連通路225a向階轉(zhuǎn)移連部222e運送，到達第3階的單位流路(單位微型反應器)202c的導入口203a。此后，通過保持單位微型反應器202c的催化劑C2的流路215內(nèi)后，從排出口203b通過排出連接部222f、內(nèi)部流路227到達氣體排出口224。
在上述的微型反應器201中，在各單位流路部件202a、202b、202c上分別設(shè)置有發(fā)熱體217，由于在各單位流路部件之間存在空隙207，防止了各單位流路部件之間熱量的不需要的傳導，能夠在單位微型反應器202b、202c中分別進行最適當?shù)臏囟仍O(shè)定。
此外，在本發(fā)明中，例如圖26所示，可為僅第2階的單位流路部件(單位微型反應器)202b作為具有發(fā)熱體217的單位微型反應器，而第1階的單位流路部件202a’和第2階的單位流路部件(單位微型反應器)202c’不具有發(fā)熱體217。并且，可在第1階的單位流路部件202a’與第2階的單位流路部件(單位微型反應器)202b之間設(shè)置隔熱用的空隙207，在第2階的單位流路部件(單位微型反應器)202b與第3階的單位流路部件(單位微型反應器)202c’之間夾入隔熱件208。作為隔熱件208可使用例如玻璃纖維、陶瓷基板等。
此外，連接部件204的原料導入口223與氣體排出口224的位置關(guān)系并不限定于圖示的例子，也可為通過彎曲地形成內(nèi)部流路227將原料導入口223與氣體排出口224上設(shè)置在同一高度上。
上述的微型反應器210為在3個單位流路部件中2個作為單位微型反應器的3階結(jié)構(gòu)，但在本發(fā)明中，單位流路部件的個數(shù)也可為2個或4個以上。此外，在單位流路部件中單位微型反應器的個數(shù)上沒有特別的限制。并且，根據(jù)單位流路部件的階數(shù)設(shè)定連接部件4的階轉(zhuǎn)移連接部的數(shù)量。即在本發(fā)明中，在具有n(n為2以上的整數(shù))個單位流路的場合，在連接部件的連接部中，可設(shè)置以內(nèi)部連通路相互地連接的階轉(zhuǎn)移連接部(n-1)組。并且，第1階的單位流路部件分別將導入口連接保持在導入連接部上，將排出口保持連接在階轉(zhuǎn)移連接部上，對于從第2階到第(n-1)階的單位流路部件，分別將導入口連接保持在由前階的階轉(zhuǎn)移連接部和內(nèi)部連通路連接的階轉(zhuǎn)移連接部上，將排出口連接保持在另一級的階轉(zhuǎn)移連接部上，第n階的單位流路部件分別將導入口保持連接在由前階的階轉(zhuǎn)移連接部和內(nèi)部連通路連接的階轉(zhuǎn)移連接部上，將排出口連接保持在排出連接部上，因而能夠構(gòu)成本發(fā)明的微型反應器。
在此，對構(gòu)成上述的微型反應器201的各部件進行說明。
首先，對構(gòu)成單位流路部件202a、202b、202c的部件進行說明。構(gòu)成接合體210的金屬基板211、213可使用能夠通過陽極氧化形成金屬氧化膜(絕緣膜)216的金屬。作為這種金屬，可舉出Al、Si、Ta、Nb、V、Bi、Y、W、Mo、Zr、Hf等。在這些金屬中，特別是Al由于加工性、熱容量、熱傳導率、價格上優(yōu)點被大量使用。此外，作為構(gòu)成接合體210的金屬基板211、213可使用Cu、不銹鋼、Fe、Al等可通過勃姆石處理形成金屬氧化膜216的材料。在此情況下，存在于金屬基板211、213周圍的金屬氧化膜216可同樣地通過勃姆石處理形成，或者通過使用含絕緣材料的絲網(wǎng)印刷等印刷法及真空蒸鍍等真空成膜法形成聚酰亞胺、陶瓷(Al2O3、SiO2)等。
金屬基板211、213的厚度可考慮到單位流路部件202a、202b、202c的尺寸、使用的金屬的熱容量、熱傳導率等的特性、形成的微細槽部212、214的尺寸等恰當?shù)卦O(shè)定，例如可設(shè)定在400～1000μm左右的范圍內(nèi)。
形成于金屬基板211、213上的微細槽部212、214并不限于圖示的形狀，可為在微細槽部212、214內(nèi)載置的催化劑C的量多，并且原料與催化劑接觸的流路長的任意的形狀。微細槽部212、214的深度可設(shè)定在例如100～1000μm左右的范圍內(nèi)，寬度可設(shè)定在例如100～1000μm左右的范圍內(nèi)，流路長度為30～300mm左右的范圍。
在本實施方式中，由于在流路215的內(nèi)壁面上形成有金屬氧化膜216，通過具有微細孔的金屬氧化膜的表面構(gòu)造，在增大催化劑C1、C2的載置量的同時可穩(wěn)定地載置催化劑。
作為催化劑C1、C2，可使用以往的氫制造中使用的公知的催化劑。例如，在第1階的單位流路部件202a中進行原料混合、氣化，第2階的單位流路部件(單位微型反應器)202b進行混合氣體質(zhì)，第3階的單位流路部件(單位微型反應器)202c進行從混合氣體除去不純物的情況下，作為催化劑C1可使用Cu-ZnO/Al2O3等，作為催化劑C2可使用Pt/Al2O3等。
發(fā)熱體217為用于向各單位流路部件(單位微型反應器)供給需要的熱量的部件，可使用碳膏、鎳鉻合金(Ni-Cr合金)、W(鎢)、Mo(鉬)等材質(zhì)。該發(fā)熱體217可為將例如寬度10～200μm左右的細線整個面地盤繞在與形成微細槽部的區(qū)域相當?shù)慕雍象w210的區(qū)域上的形狀。
在這種發(fā)熱體217中形成通電用的電極218、218。通電用的電極218、218可使用Au、Ag、Pd、Pd-Ag等導電材料形成。
發(fā)熱體保護層219以將上述的電極218、218的一部露出，覆蓋發(fā)熱體5的狀態(tài)設(shè)置。該發(fā)熱體保護層219可由例如感光性聚酰亞胺、漆狀的聚酰亞胺等形成。此外，發(fā)熱體保護層219的厚度可考慮使用的材料等適當設(shè)定，例如可設(shè)定在2～25μm的范圍內(nèi)。
此外，連接部件204的材質(zhì)可為不銹鋼、Al、Fe、Cu等，可使用機械加工及擴散接合或釬焊等成為所希望的結(jié)構(gòu)體形狀。例如成為連接部件4的結(jié)構(gòu)體221如圖25A、B所示，可為由5根點劃線L1～L5分割的6個部件構(gòu)成。并且，在6個部件中，預先在一方的面上形成用于構(gòu)成連接部222、內(nèi)部連接通路225a、225b、內(nèi)部流路226、227等的槽部或貫通孔。并且，可通過將這些6個部件按特定的順序擴散接合并一體化形成連接部件204。
此外，填料228可使用由以往公知的各種材質(zhì)構(gòu)成O形環(huán)、硅酮橡膠等。
此外，固定部件206的材質(zhì)為例如與連接部件204相同的材質(zhì)。
再者，上述的微型反應器的實施方式為一例，不發(fā)明并不限定于此。
例如，單位流路202a、202b、202c的結(jié)構(gòu)只要是在內(nèi)部具有可載置催化劑的流路，該流路的一方端部形成導入口，另一方的端部形成排出口即可，沒有特別限制。因而，如圖27A所示，作為單位流路部件(單位微型反應器)202b，可為具有在一方的面上形成微細槽部243的金屬基板242、以覆蓋微細槽部243的狀態(tài)接合在金屬基板242上的金屬罩部件244、在周圍具有金屬氧化膜246的接合體241的部件。在接合體241的內(nèi)部形成由微細槽部243和金屬罩體部件244構(gòu)成流路245，在該流路245的內(nèi)壁面的整個面上通過金屬氧化膜246載置有催化劑C1。此外，如圖27B所示，作為單位流路部件(單位微型反應器)202b，也可為具有在一方的面上形成通過金屬氧化膜載置催化劑C1的微細槽部微型253的金屬基板252、以覆蓋微細槽部253的狀態(tài)接合在金屬基板252上的金屬罩部件254構(gòu)成的接合體251的部件。在接合體251的內(nèi)部形成由微細槽部253和金屬罩部件254構(gòu)成流路255，此外，在金屬基板252的周圍形成金屬氧化膜(絕緣膜)256。
以下，對具有上述的接合體210的單位流路部件(單位微型反應器)202b為例，參照圖28對制作方法進行說明。
在圖28中，在金屬基板211一方的面上形成微細槽部212，在金屬基板213的一方的面上形成微細槽部214(圖28A)。該微細槽部212、214可通過在金屬基板211、213上形成具有特定的開口圖案的抗蝕劑，將該抗蝕劑作為掩模蝕刻形成，可不需要通過微型機械加工。
接著，以微細槽部212與微細槽部214相對面的狀態(tài)將金屬基板211、213接合，形成接合體210(圖28B)。由此，微細槽部212與微細槽部214相對面，形成流路215。上述的金屬基板211、213的接合保通過例如擴散接合或釬焊等進行。
此后，將接合體210陽極氧化，在包含流路215內(nèi)壁面的整個面上形成金屬氧化膜(絕緣膜)216，成為單位流路部件202b(圖28C)。該金屬氧化膜(絕緣膜)216的形成可通過將接合體210在連接于外部電極的陽極上的狀態(tài)下浸泡在陽極氧化溶液中并與陰極相對地通電來進行。此外，在作為金屬基板211、213，使用不能陽極氧化但能夠勃姆石處理的金屬材料的情況下，通過勃姆石處理形成金屬氧化膜216。
此后，在單位流路部件202b的流路215的內(nèi)壁面的整個面上通過金屬氧化膜(絕緣膜)216載置催化劑C1，成為單位微型反應器202b(圖28D)。在金屬氧化膜(絕緣膜)216上的催化劑C2的載置可通過例如將催化劑懸濁液在接合體210的流路內(nèi)流過并填充，或?qū)⒔雍象w210浸泡在催化劑懸濁液內(nèi)，然后，將催化劑懸液從流路215抽出并干燥進行。
此外，也可在金屬基板211、213內(nèi)形成微細槽部212、214后，在金屬基板211、213上進行陽極氧化并形成金屬氧化膜，接著，在構(gòu)成接合面的面上研磨去除金屬氧化膜后，將金屬基板211、213接合，然后，將催化劑C2載置在金屬氧化膜上。
此后，在金屬基板211側(cè)的金屬氧化膜(絕緣膜)216上設(shè)置發(fā)熱體，再形成通電用的電極，在發(fā)熱體上形成發(fā)熱體保護層，可得到單位微型反應器202b。
作為發(fā)熱體的形成方法可例如為使用合有上述材料的膏體通過絲網(wǎng)印刷形成的方法；使用含有上述材料的膏體形成涂布膜、此后通過蝕刻等形成圖案的方法，使用上述的材料通過真空成膜法形成薄膜，此后通過蝕刻等形成圖案的方法等。此外，通電用的電極可通過例如將含有上述的導電材料的膏體通過絲網(wǎng)印刷形成。此外，發(fā)熱體保護層可通過例如含有上述的材料的膏體通過絲網(wǎng)印刷形成特定的圖案。
如上所述，通過在形成具有流路215的接合體210后載置催化劑C1并成為單位微型反應器202b，不會由于接合工序的熱量造成催化劑的鈍化，加大了催化劑的選擇范圍。此外，通過準備出完成了金屬氧化膜(絕緣膜)216形成工序的多個單位流路部件，能夠成為具有僅載置被要求的所希望催化劑的功能單位微型反應器。
此外，上述的具有接合體241的單位流路部件(單位微型反應器)202b在上述的制作例中可通過用金屬罩部件代替金屬基板213與金屬基板211接合而同樣地制作。
以下，以上述的具有接合體251的單位流路部件(單位微型反應器)202b為例，參照圖29對制作方法進行說明。
在圖29中，首先，在金屬基板252的一方的面上形成微細槽部253(圖29A)。該微細槽部53的形成可與上述的微細槽部212、214的形成同樣地進行。
此后，將金屬基板252陽極氧化，并在包含微細槽部253的內(nèi)部的整個面上形成金屬氧化膜256(圖29B)。此外，在作為金屬基板252，使用不可能陽極氧化但可進行勃姆石處理的金屬材料的情況下，通過勃姆石處理形成金屬氧化膜256。
此后，在微細槽部253內(nèi)載置催化劑(圖29C)。該催化劑的載置可通過將形成微細槽部253的金屬基板252的面浸泡在所希望的催化劑懸濁液中并干燥進行。
此后，研磨金屬基板252的形成微細槽部253形成面?zhèn)?，露出?gòu)成與金屬罩體部件254的接合面的面(圖29D)。此后，將金屬基板252與金屬罩部件254接合形成接合體251(圖29E)。通過此接合，在接合體251內(nèi)形成流路255。
接著，在金屬基板252的金屬氧化膜(絕緣膜)上設(shè)置發(fā)熱體，再形成通電用電極，在發(fā)熱體上形成保持層，可得到單位流路部件(單位微型反應器)202b。
此外，上述的微型處理器的實施方式為一例，本發(fā)明并不限于此。
以下，對本發(fā)明的微型反應器的制造方法進行說明。
<制造方法的第1實施方式>
圖30及圖31為說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的一實施方式的工序圖。
在圖30、圖31中，以上述的微型反應器1為例進行說明。在本發(fā)明的制造方法中，首先在金屬基板2的面2a上形成微細槽部3(圖30A)。該微細槽部3可通過在金屬基板2的面2a上形成具有特定的開口形狀的抗蝕劑，并將該抗蝕劑作為掩模通過濕蝕刻處理，以殘留梳狀的凸緣2A、2B的狀態(tài)將金屬基板2蝕刻形成，可不需要通過微型機械加工。使用的金屬基板2的材質(zhì)可例如以下的可由陽級氧化工序陽級氧化的Al、Si、Ta、Nb、V、Bi、Y、W、Mo、Zr、Hf等。
此后，將形成微細槽部3的金屬基板2陽極氧化，在包含微細槽部3的整個面上形成金屬氧化膜(絕緣膜4)(圖30B)。該金屬氧化膜(絕緣膜4)的形成可通過在將金屬基板2連接在外部電極的陽極上的狀態(tài)下浸泡在陽極氧化溶液中并與陰極相對地通電來進行。
此后，在未形成微細槽部3的金屬基板2的面2b的金屬氧化膜(絕緣膜4)上設(shè)置發(fā)熱體5，再形成通電用的電極6、6(圖30C)。發(fā)熱體5可使用碳膏、鎳鉻合金(Ni-Cr合金)、W(鎢)、Mo(鉬)等材質(zhì)形成。作為發(fā)熱體5的形成方法可為例如使用含有上述材料的膏體通過絲網(wǎng)印刷形成的方法；使用含有上述材料的膏體形成涂布膜、此后通過蝕刻等形成圖案的方法；使用上述的材料通過真空成膜法形成薄膜，此后通過蝕刻等形成圖案的方法等。
此外，通電用的電極6、6可使用Au、Ag、Pd、Pd-Ag等導電材料形成，例如使用含有上述的導電材料的膏體通過絲網(wǎng)印刷形成。
此后，以露出電極6、6的狀態(tài)在發(fā)熱體5上形成發(fā)熱體保護層7(圖30D)。發(fā)熱體保護層7可使用聚酰亞胺、陶瓷(Al2O3、SiO2)等形成。例如可使用含有上述材料的膏體通過絲網(wǎng)印刷形成具有電極開口部7a、7a的圖案。
此后，在微細槽3內(nèi)載置催化劑C(圖31A)。該催化劑的載置可將金屬基板2的形成微細槽部3的面2a浸泡在所希望的催化劑溶液內(nèi)進行。
此后，研磨金屬基板2，露出金屬基板2的面2a(圖31B)，此后將罩部件8與金屬基板面2a接合，可得到本發(fā)明的微型反應器1(圖31C)。罩部件8可使用Al合金、Cu合金、不銹鋼材料等。該罩部件8與金屬基板2a的接合可通過例如擴散接合、釬焊等進行。此外，在該接合時，設(shè)置在罩部件8上的原料導入口8a與氣體排出口8b以與形成于金屬基板2上的微細槽部3的流路的兩端部一致的狀態(tài)定位。
此外，在本發(fā)明的制造方法中，發(fā)熱體5、電極6、6、發(fā)熱體保護層7的形成可在金屬基板2與罩部件8接合后進行。
<制造方法的第2實施方式>
圖32及圖33為說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的另一實施方式的工序圖。
在圖32、圖33中，以上述的微型反應器1’為例進行說明。在本發(fā)明的制造方法中，首先在金屬基板2’一方的面2’a上形成微細槽部3(圖32A)。金屬基板2’可使用Al基板、Cu基板、不銹鋼基板等的任一種。該微細槽部3的形成可與上述的金屬基板2的微細槽部3的形成同樣地進行。
此后，在未形成微細槽部3的金屬基板2’的面2’b上形成絕緣膜4’(圖32B)。該絕緣膜4’可使用例如聚酰亞胺、陶瓷(Al2O3、SiO2)等形成。絕緣膜4’的形成可例如通過使用含有上述的絕緣材料的膏體的絲網(wǎng)印刷，或通過使用上述絕緣材料的噴鍍、真空蒸鍍等真空成膜法形成薄膜，通過硬化進行。
此后，在絕緣膜4’上設(shè)置發(fā)熱體5，再形成通電用的電極6、6(圖32C)。這種發(fā)熱體5、電極6、6的形成可與上述的微型反應器1的制造方法同樣地進行。
此后，以露出電極6、6的狀態(tài)在發(fā)熱體5上形成發(fā)熱體保護層7(圖32D)。該發(fā)熱體保護層7的形成可與上述的微型反應器1的制造方法同樣地進行。
此后，在微細槽3內(nèi)載置催化劑C(圖33A)。該催化劑的載置可將金屬基板2’的形成微細槽部3的面2’a浸泡在所希望的催化劑溶液內(nèi)進行。
此后，研磨金屬基板2，露出金屬基板面2’a(圖33B)，此后將罩部件8與金屬基板面2’a接合，可得到本發(fā)明的微型反應器1’(圖33C)。該罩部件8的接合可與上述的微型反應器1的制造方法同樣地進行。
在這種本發(fā)明的微型反應器制造方法中，由于使用金屬基板，在微細槽部的形成中不需要進行微型機械加工，能夠通過蝕刻加工等低價的加工方法容易地進行，可降低微型反應器的制造成本。
此外，在本發(fā)明的制造方法中，絕緣膜4’、發(fā)熱體5、電極6、6、發(fā)熱體保護層7的形成可在金屬基板2’與罩部件8接合后進行。
<制造方法的第3實施方式>
圖34至圖38為用于說明以上述的微型反應器11為例的本發(fā)明的微型反應器制造方法的一實施方式工序圖。此外，各圖示出了與圖6、圖7相當位置上的剖面形狀。
在本發(fā)明的制造方法中，首先，在金屬基板12的一方的面12a上形成微細槽部13的同時形成貫通孔19(圖34A、圖34B)。該微細槽部13在金屬基板12的面12a上形成具有與微細槽部13相對應的特定開口圖案的抗蝕劑，在金屬基板12的面12b上形成具有用于形成貫通孔19的開口圖案的抗蝕劑。并且，通過將該抗蝕劑作為掩模蝕刻以殘留梳狀的凸緣12A、12B的狀態(tài)從面12a側(cè)將金屬基板12半蝕刻形成微細槽部13，同時可通過兩面蝕刻形成貫通孔19。因而，不需要通過微型機械加工。使用的金屬基板12的材質(zhì)可例如為能夠在此后的陽極氧化工序中陽極氧化的Al、Si、Ta、Nb、V、Bi、Y、W、Mo、Zr、Hf等。
此后，將形成有微細槽部13和貫通孔19的金屬基板12陽極氧化，在包含微細槽13內(nèi)部和貫通孔19內(nèi)部的整個面上形成金屬氧化膜(絕緣膜14)(圖34C、圖34D)。該金屬氧化膜(絕緣膜14)的形成可通過在將金屬基板12連接在外部電極的陽極上的狀態(tài)下浸泡在陽極氧化溶液中并與陰極相對地通電來進行。
此后，在未形成微細槽部13的金屬基板12的面12b的金屬氧化膜(絕緣膜14)上設(shè)置發(fā)熱體15，再形成通電用的電極16、16(圖35A、圖35B)。發(fā)熱體15可使用碳膏、鎳鉻合金(Ni-Cr合金)、W(鎢)、Mo(鉬)等材質(zhì)形成。作為發(fā)熱體15的形成方法，可為例如使用含有上述材料的膏體通過絲網(wǎng)印刷形成的方法；使用含有上述材料的膏體形成涂布膜、此后通過蝕刻等形成圖案的方法；使用上述的材料通過真空成膜法形成薄膜，此后通過蝕刻等形成圖案的方法等。
此外，通電用的電極16、16可使用Au、Ag、Pd、Pd-Ag等導電材料形成，例如使用含有上述的導電材料的膏體通過絲網(wǎng)印刷形成。
此后，以露出電極16、16和貫通孔19的狀態(tài)在發(fā)熱體15上形成發(fā)熱體保護層17(圖35C、圖35D)。發(fā)熱體保護層17可使用聚酰亞胺、陶瓷(Al2O3、SiO2)等形成。例如可使用含有上述材料的膏體通過絲網(wǎng)印刷形成具有電極開口部17a、17a和開口部17b的圖案。
此后，在微細槽13內(nèi)載置催化劑C1(圖36A、圖36B)。該催化劑的載置可將金屬基板12的形成微細槽部13的面12a浸泡在所希望的催化劑溶液內(nèi)進行。
此后，研磨金屬基板12，露出構(gòu)成與金屬基板22的接合面的金屬基板12的面12a(圖36C、圖36D)。
另一方面，與上述的金屬基板12同樣地，在金屬基板22的一方的面22a上形成微細槽部23的同時形成貫通孔29(圖37A、圖37B)。此后，將形成微細槽部23與貫通孔29的金屬基板22陽級氧化，在包含微細槽部23的內(nèi)部與貫通孔29內(nèi)部的整個面上形成金屬氧化膜(絕緣膜24)(圖37C、圖37D)。
此后，在微細槽23內(nèi)載置催化劑C2(圖38A、圖38B)。該催化劑的載置可將金屬基板22的形成微細槽部23的面22a浸泡在所希望的催化劑溶液內(nèi)進行。
此后，研磨金屬基板22的兩面，露出構(gòu)成與罩部件28的接合面的金屬基板22的面22a和構(gòu)成與金屬基板12的接合面的金屬基板22的面22b(圖38C、圖38D)。
此后，將上述的金屬基板12的面12a與金屬基板22的面22b接合，再將罩部件28與金屬基板面22a接合，可得到本發(fā)明的微型反應器11。罩部件28可使用Al合金、Cu合金、不銹鋼材料等。金屬基板12與金屬基板22的接合以及金屬基板22與罩部件28的接合的接合可通過例如擴散接合、釬焊等進行。此外，在該接合時，以金屬基板22的貫通孔29與形成于金屬基板12上的微細槽部13的流路的端部13b一致，設(shè)置在罩部件28上的氣體排出口28b與形成于金屬基板22上的微細槽部23的流路的端部23b一致的狀態(tài)定位。
此外，在本發(fā)明的制造方法中，也可為以下的工序。首先，進行上述的金屬基板12、金屬基板22、罩部件28的接合。此后在金屬基板12的面12b上的金屬氧化膜(絕緣膜)14上形成發(fā)熱體15、電極16、16、發(fā)熱體保護層17。
<制造方法的第4實施方式>
圖39及圖40為用于說明以上述的微型反應器11’為例的本發(fā)明的微型反應器制造方法另的一實施方式工序圖。
在圖39及圖40中，在本發(fā)明的制造方法中，首先在金屬基板12’一方的面12’a上形成微細槽部13與貫通孔(未圖示)(圖39A)。金屬基板12’可使用Al基板、Cu基板、不銹鋼基板等的任一種。該微細槽部13與貫通孔的形成可與上述的金屬基板12的微細槽部13和貫通孔19的形成同樣地進行。
此后，在未形成微細槽部13的金屬基板12’的面12’b上以不堵塞貫通孔19(未圖示)的狀態(tài)形成絕緣膜14’(圖39B)。該絕緣膜14’可使用例如聚酰亞胺、陶瓷(Al2O3、SiO2)等形成。絕緣膜14’的形成可例如通過使用含有上述的絕緣材料的膏體的絲網(wǎng)印刷，或通過使用上述絕緣材料的噴鍍、真空蒸鍍等真空成膜法形成薄膜，通過硬化進行。
此后，在絕緣膜14’上設(shè)置發(fā)熱體15，再形成通電用的電極16、16(圖39C)。這種發(fā)熱體15、電極16、16的形成可與上述的微型反應器11的制造方法同樣地進行。
此后，以露出電極16、16和貫通孔的狀態(tài)在發(fā)熱體15上形成發(fā)熱體保護層17(圖39D)。該發(fā)熱體保護層17的形成可與上述的微型反應器11的制造方法同樣地進行。
此后，在微細槽13內(nèi)載置催化劑C1(圖40A)。該催化劑的載置可將金屬基板12’的形成微細槽部13的面12’a浸泡在所希望的催化劑溶液內(nèi)進行。
此后，研磨金屬基板12，露出與金屬基板22’接合的金屬基板面12’a(圖40B)。
另一方面，與上述的金屬基板12’同樣地，在金屬基板22’的一方的面22’a上形成微細槽部23的同時形成貫通孔29(未圖示)，此后在微細槽部23內(nèi)載置催化劑C2，將金屬基板22’研磨，露出構(gòu)成與罩部件28的接合面的金屬基板22’的面22’a和構(gòu)成與金屬基板12’的接合面的金屬基板22’的面22’b(圖40C)。
此后將上述的金屬基板12’的面12’a與金屬基板22’的面22’b接合，再將罩部件28與金屬基板面22’a接合，可得到本發(fā)明的微型反應器11’(圖40D)。該金屬基板22’與罩部件8的接合可與上述的微型反應器1的制造方法同樣地進行。
在這種本發(fā)明的微型反應器制造方法中，由于使用金屬基板，在微細槽部的形成中不需要進行微型機械加工，能夠通過蝕刻加工等低價的加工方法容易地進行，可降低微型反應器的制造成本。
此外，在本發(fā)明的制造方法中，絕緣膜14’上的發(fā)熱體15、電極16、16、發(fā)熱體保護層17的形成可在金屬基板12’與金屬基板22’和罩部件28接合后進行。
<制造方法的第5實施方式>
圖41及圖42為說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的一實施方式的工序圖。
在圖41、圖42中，以上述的微型反應器101為例進行說明。
在本發(fā)明的制造方法中，首先，在槽部形成工序中，在金屬基板102一方的面102a上形成微細槽部103(圖41A)。該微細槽部103可通過在金屬基板102的面102a上形成具有特定的開口形狀的抗蝕劑，并將該抗蝕劑作為掩模通過濕蝕刻以殘留梳狀的凸緣102A、102B的狀態(tài)將金屬基板2蝕刻形成，可不需要通過微型機械加工。形成的微細槽部103最好斷面為圓弧狀或半圓狀，或者為U字形狀，此外最好沿流體的流動方向的壁面上不存在角部。通過這種形狀，在后工序的催化劑載置工序中防止在角部堆積催化劑，可均勻載置催化劑。使用的金屬基板102的材質(zhì)可例如以下的可由陽級氧化工序陽級氧化的Al、Si、Ta、Nb、V、Bi、Y、W、Mo、Zr、Hf等。
此后，在接合工序中，將金屬罩體部件4與金屬基板102a接合，形成接合體115。金屬罩部件104的材質(zhì)也可使用以下的可由陽級氧化工序陽級氧化的Al、Si、Ta、Nb、V、Bi、Y、W、Mo、Zr、Hf等。該罩部件104與金屬基板102a的接合可通過例如擴散接合、釬焊等進行。在該接合時，設(shè)置在罩部件104上的原料導入口104a與氣體排出口104b以與形成于金屬基板102上的微細槽部103的流路的兩端部一致的狀態(tài)定位。在這樣形成的接合體115上，微細槽部103由金屬罩部件104覆蓋，形成流路105。
此后，在表面處理工序中，將接合體115陽極氧化，在包合流路105內(nèi)壁的整個面上形成金屬氧化膜(絕緣膜)106(圖41C)。該金屬氧化膜(絕緣膜)106的形成可通過在將接合體115連接在外部電極的陽極上的狀態(tài)下浸泡在陽極氧化溶液中并與陰極相對地通電來進行。
此后，在催化劑載置工序中，在流路105的內(nèi)壁面的整個面上通過金屬氧化膜(絕緣膜)106載置催化劑C(圖42A)。金屬氧化膜(絕緣膜)106上的催化劑C的載置可通過將催化劑懸蝕液填充在接合體115的流路105內(nèi)，或?qū)⒔雍象w115浸泡在懸濁液內(nèi)，此后，將催化劑懸濁液從流路105抽出并干燥來進行。在該催化劑載置工序中，如上所述，微細槽部103的斷面形狀為圓弧狀或半圓狀，或者為U字形狀，在沿流體的流動方向的壁面上不存在角部的情況下，在流路105內(nèi)幾乎不存在容易堆積催化劑的角部，可均勻載置催化劑。此外，在上述的干燥時，通過向接合體115施加振動或回轉(zhuǎn)，可進一步均勻載置催化劑。
此后，在金屬基板102的面102b側(cè)的金屬氧化膜(絕緣膜)106上設(shè)置發(fā)熱體107，再形成通電用的電極108、108(圖42B)。發(fā)熱體107可使用碳膏、鎳鉻合金(Ni-Cr合金)、W、Mo等材質(zhì)形成。作為發(fā)熱體107的形成方法，可為使用含有上述材料的膏體通過絲網(wǎng)印刷形成的方法；使用含有上述材料的膏體形成涂布膜、此后通過蝕刻等形成圖案的方法；使用上述的材料通過真空成膜法形成薄膜，此后通過蝕刻等形成圖案的方法等。
此外，通電用的電極108、108可使用Au、Ag、Pd、Pd-Ag等導電材料形成，例如使用含有上述的導電材料的膏體通過絲網(wǎng)印刷形成。
此后，以露出通電用的電極108、108的狀態(tài)在發(fā)熱體107上形成發(fā)熱體保護層109(圖42C)。發(fā)熱體保護層109可使用聚酰亞胺、陶瓷(Al2O3、SiO2)等形成，例如可使用含有上述材料的膏體通過絲網(wǎng)印刷形成具有電極開口部109a、109a的圖案。
此外，在本發(fā)明的制造方法中，也可為以下的工序。首先，在形成微細槽部103的金屬基板102上進行陽極氧化，在整個面上形成金屬氧化膜(絕緣膜)106。接著，將存在于構(gòu)成接合面的面102a上的金屬氧化膜106研磨并去除后，將金屬基板102與罩部件104接合。此后，將催化劑C載置在作為流路105的內(nèi)壁面的金屬氧化膜106上。
<制造方法的第6實施方式>
圖43及圖44為說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的另一實施方式的工序圖。
在圖43、圖44中，以上述的微型反應器121為例進行說明。
在本發(fā)明的制造方法中，首先，在槽部形成工序中，在金屬基板122的一方的面122a上形成微細槽部123(圖43A)。使用的金屬基板122可使用能夠在后工序的表面處理工序中通過勃姆石處理形成金屬氧化膜的材料，例如Cu、不銹鋼、Fe、Al等。此外，微細槽部123的形成可與上述的實施方式的金屬基板102的微細槽部103的形成同樣地進行。
此后，在接合工序中，在未形成微細槽部123的金屬基板122的面122b上形成絕緣膜130后，將金屬罩部件124接合在形成微細槽部123的金屬基板面122a上，形成接合體135(圖43B)。
該絕緣膜130可使用例如聚酰亞胺、陶瓷(Al2O3、SiO2)等形成。絕緣膜130的形成可例如通過使用合有上述的絕緣材料的膏體的絲網(wǎng)印刷，或通過使用上述絕緣材料的噴鍍、真空蒸鍍等真空成膜法形成薄膜，通過硬化進行。此外，也可在金屬基板122與金屬罩部件124的接合后進行絕緣膜130的形成。
金屬罩部件124的材質(zhì)可使用能夠在后工序的表面處理工序中通過勃姆石處理形成金屬氧化膜的材料，例如Cu、不銹鋼、Fe、Al等。該金屬罩部件124與金屬基板122a的接合可通過例如擴散接合、釬焊等進行。在該接合時，設(shè)置有金屬罩部件124上的原料導入口124a與氣體排出口124b以與形成于金屬基板122上的微細槽部123的流路的兩端部一致的狀態(tài)定位。在這樣地形成的接合體135上，通過由金屬罩部件124覆蓋微細槽123，形成流路125。
此后，在表面處理工序中，在接合體135的流路125的內(nèi)壁面上形成金屬氧化膜126(圖43C)。該金屬氧化膜126的形成可通過勃姆石處理進行，例如通過使用鋁溶膠那樣的勃姆石氧化鋁為分散狀態(tài)的懸濁液，使該懸濁液的粘度很低的液體流入流路125內(nèi)，此后進行干燥，將勃姆石覆膜固化在流路內(nèi)面上(涂覆處理)進行。
此后，在催化劑載置工序中，在流路125的內(nèi)壁面的整個面上通過金屬氧化膜126載置催化劑C(圖44A)。金屬氧化膜126上的催化劑C的載置可與上述的實施方式的催化劑載置工序同樣地進行。在本實施方式中，在微細槽部123的斷面形狀為圓弧狀或半圓狀，或者為U字形狀，在沿流體的流動方向的壁面上不存在角部的情況下，在流路105內(nèi)幾乎不存在容易堆積催化劑的角部，可均勻載置催化劑。此外，在干燥時，通過向接合體135施加振動或回轉(zhuǎn)，可進一步均勻載置催化劑。
此后，在金屬基板122的面122b側(cè)的絕緣膜130上設(shè)置發(fā)熱體127，再形成通電用電極128、128(圖44B)。此后，以露出電極128、128的狀態(tài)在發(fā)熱體127上形成發(fā)熱體保護層129(圖42C)。發(fā)熱體127、電極128、128、發(fā)熱體129的材質(zhì)、形成方法可與上述的實施方式相同。
此外，在本發(fā)明的制造方法中，也可為以下的工序。首先，在形成微細槽部123的金屬基板122上進行陽級氧化，在整個面上形成金屬氧化膜(絕緣膜)126。接著，將存在于構(gòu)成接合面的面122a上的金屬氧化膜126研磨并去除。此后，將金屬基板122與罩部件124接合。接著，在作為流路125的內(nèi)壁面的金屬氧化膜126上載置催化劑C。并且，在金屬基板122的面122b上形成絕緣膜130，在該絕緣膜130上形成發(fā)熱體127、電極128、128、發(fā)熱體保護層129。
<制造方法的第7實施方式>
圖45及圖46為說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的另一實施方式的工序圖。
在圖45、圖46中，以上述的微型反應器141為例進行說明。
在本發(fā)明的制造方法中，首先，在槽部形成工序中，在金屬基板142的一方的面142a上形成微細槽部143，在金屬基板144的一方在面144a上形成微細槽部145(圖45A)。該微細槽部143、145可在金屬基板142、144的面142a、144a上形成具有特定開口圖案的抗蝕劑，通過將該抗蝕劑作為掩模蝕刻，以殘留梳狀的凸緣142A、142B、凸緣144A、144B的狀態(tài)將金屬基板142、144蝕刻而形成，能夠不需要通過微型機械加工。
金屬基板142、144為形成的微細槽部143與微細槽部145的圖案形狀為相對于金屬基板142、144的接合面(142a、144a)具有對稱關(guān)系的1組金屬基板。此外，微細槽部143、145最好斷面為圓弧形狀到半圓形狀，或U字形狀，此外，最好在沿流體的流動方向上的壁面上不存在角部(梳狀的凸緣142A、142B或凸緣144A、144B的和前端部中的折返部位為不是角部的圓形)。通過這種形狀，在后工序的催化劑載置工序中防止了在角部堆積催化劑，可均勻地載置催化劑。使用的金屬基板142、144的材質(zhì)，可例如為能夠在以下的表面處理工序中由陽級氧化工序陽級氧化的Al、Si、Ta、Nb、V、Bi、Y、W、Mo、Zr、Hf等。
此后，在接合工序中，將1組金屬基板142、144以微細槽部143與微細槽部145相面對的狀態(tài)通過面142a，144a接合，形成接合體155(圖45B)。
如上所述，由于微細槽部143與微細槽部145為相對于金屬基板142、144的接合面(142a、144a)具有對稱關(guān)系的圖案形狀，通過金屬基板142、144的接合，微細槽部143與微細槽部145完全地相面對，形成流路146。該流路146的與流體的流動方向垂直的斷面的內(nèi)壁面的形狀為大致圓形狀。上述的金屬基板142、144的接合可通過例如擴散接合、釬焊等進行。
此后，在表面處理工序中，將接合體155陽極氧化，在包含流路146的內(nèi)壁面的整個面上形成金屬氧化膜(絕緣膜)147(圖45)。該金屬氧化膜(絕緣膜)147的形成可通過將接合體155在連接于外部電極的陽極上的狀態(tài)下浸泡在陽極氧化溶液中并與陰極相對地通電來進行。
此后，在催化劑載置工序中，在流路146的內(nèi)壁面的整個面上通過金屬氧化膜(絕緣膜)147載置催化劑C(圖46A)。金屬氧化膜(絕緣膜)147上的催化劑C的載置可通過將催化劑懸蝕液填充在接合體155的流路146內(nèi)，或?qū)⒔雍象w155浸泡在懸濁液內(nèi)，此后，將催化劑懸濁液從流路146抽出并干燥來進行。在該催化劑載置工序中，如上所述，微細槽部143、145的斷面形狀為圓弧狀或半圓狀，或者為U字形狀，在沿流體的流動方向的壁面上不存在角部的情況下，在流路146內(nèi)不存在容易堆積催化劑的角部，可均勻載置催化劑。此外，在上述的干燥時，通過向接合體155施加振動或回轉(zhuǎn)，可進一步均勻載置催化劑。
此后，在金屬基板142的面142b側(cè)的金屬氧化膜(絕緣膜)147上設(shè)置發(fā)熱體148，再形成通電用的電極149、149(圖4 6B)。發(fā)熱體148可使用碳膏、鎳鉻合金(Ni-Cr合金)、W、Mo等材質(zhì)形成。作為發(fā)熱體148的形成方法，可為使用含有上述材料的膏體通過絲網(wǎng)印刷形成的方法；使用含有上述材料的膏體形成涂布膜、此后通過蝕刻等形成圖案的方法；使用上述的材料通過真空成膜法形成薄膜，此后通過蝕刻等形成圖案的方法等。
此外，通電用的電極149、149可使用Au、Ag、Pd、Pd-Ag等導電材料形成，例如使用含有上述的導電材料的膏體通過絲網(wǎng)印刷形成。
此后，以露出電極149、149的狀態(tài)在發(fā)熱體148上形成發(fā)熱體保護層150(圖42C)。發(fā)熱體保護層150可使用聚酰亞胺、陶瓷(Al203、SiO2)等形成，例如可使用含有上述材料的膏體通過絲網(wǎng)印刷形成具有電極開口部150a、150a的圖案。
此外，在本發(fā)明的制造方法中，也可為以下的工序。首先，在形成微細槽部143、145的金屬基板142、144上進行陽極氧化，在整個面上形成金屬氧化膜(絕緣膜)147。接著，將存在于構(gòu)成接合面的面142a、144a上的金屬氧化膜147研磨并去除。此后，將金屬基板142與金屬基板144接合。此后，將催化劑C載置在作為流路146的內(nèi)壁面的金屬氧化膜147上。
<制造方法的第8實施方式>
圖47及圖48為說明本發(fā)明的微型反應器制造方法的另一實施方式的工序圖。
在圖47、圖48中，以上述的微型反應器161為例進行說明。
在本發(fā)明的制造方法中，首先，在槽部形成工序中，在金屬基板162的一方的面162a上形成微細槽部163，在金屬基板164的一方的面164a上形成微細槽部165(圖47A)。該微細槽部163、165的形成可與上述的第3實施方式的金屬基板142、144的微細槽部143、145的形成同樣地進行。此外，使用的金屬基板162、164可使用能夠在后工序的表面處理工序中通過勃姆石處理形成金屬氧化膜的材料，例如Cu、不銹鋼、Fe、Al等。
此后，在接合工序中，在未形成微細槽部163的金屬基板162的面162b上形成絕緣膜171后，將1組金屬基板162、164以微細槽部163與微細槽部165相面對的狀態(tài)通過面162a，164a接合，形成接合體175(圖47B)。
絕緣膜171可使用例如聚酰亞胺、陶瓷(Al2O3、SiO2)等形成。絕緣膜171的形成可通過例如使用含有上述的絕緣材料的膏體的絲網(wǎng)印刷，或通過使用上述絕緣材料的噴鍍、真空蒸鍍等真空成膜法形成薄膜，通過硬化進行。此外，絕緣膜130的形成也可在金屬基板162、164的接合后進行。
上述的金屬基板162、164的接合可通過例如擴散接合、釬焊等進行。在該接合中，由于微細槽部163與微細槽部165為相對于金屬基板162、164的接合面(162a、164a)具有對稱關(guān)系的圖案形狀，微細槽部163與微細槽部165完全地相面對，形成流路166。該流路166的與流體的流動方向垂直的斷面的內(nèi)壁面的形狀為大致圓形狀。
此后，在表面處理工序中，在接合體175的流路166的內(nèi)壁面上形成金屬氧化膜167(圖47C)。該金屬氧化膜167的形成可通過勃姆石處理進行，例如通過使用鋁溶膠那樣的勃姆石氧化鋁為分散狀態(tài)的懸濁液，使該懸濁液的粘度很低的液體流入流路166內(nèi)，此后進行干燥，將勃姆石覆膜固化在流路內(nèi)面上(涂覆處理)進行。
此后，在催化劑載置工序中，在流路166的內(nèi)壁面的整個面上通過金屬氧化膜167載置催化劑C(圖48A)。金屬氧化膜167上的催化劑C的載置可與上述的第3實施方式的催化劑載置工序同樣地進行。在本實施方式中，在微細槽部163、165的斷面形狀為圓弧狀或半圓狀，或者為U字形狀，在沿流體的流動方向的壁面上不存在角部的情況下，在流路166內(nèi)不存在容易堆積催化劑的角部，可均勻載置催化劑。此外，在干燥時，通過向接合體175施加振動或回轉(zhuǎn)，可進一步均勻載置催化劑。
此后，在金屬基板162的面162b側(cè)的絕緣膜171上設(shè)置發(fā)熱體168，再形成通電用電極169、169(圖48B)。此后，以露出電極169、169的狀態(tài)在發(fā)熱體168上形成發(fā)熱體保護層170(圖48C)。發(fā)熱體168、電極169、169、發(fā)熱體170的材質(zhì)、形成方法可與上述的第3實施方式相同。
此外，在本發(fā)明的制造方法中，也可為以下的工序。首先，在形成微細槽部163、165的金屬基板162、164上進行陽級氧化，在整個面上形成金屬氧化膜(絕緣膜)167。接著，將存在于構(gòu)成接合面的面162a、164a上的金屬氧化膜167研磨并去除。此后，將金屬基板162與金屬基板164接合。接著，在作為流路166的內(nèi)壁面的金屬氧化膜167上載置催化劑C。
在這樣的本發(fā)明的微型反應器制造方法中，由于通過接合工序形成具有流路的接合體后載置催化劑，不會由于接合工序的熱量造成催化劑的鈍化，加大了催化劑的選擇范圍。此外，通過準備出完成接合工序的多個接合體，在這種接合體中載置所希望的催化劑，可制造例如甲醇的改性用、一氧化碳的氧化用的不同反應中所使用的微型反應器，能夠簡化制造工序。此外，由于使用金屬基板，在微細槽部的形成中不需要進行微型機械加工，可通過蝕刻加工等低價的加工方法容易地形成，此外，由于也不需要研磨工序，能夠降低微型反應器的制造成本。此外，在流路的內(nèi)壁上不存在角部的情況下，能夠抑制催化劑載置工序的載置量的偏差，能夠均勻地載置催化劑。
此外，上述的微型反應器制造方法的實施方式為一例，不發(fā)明并不被限定于此。
以下，通過更具體的實施方式對本發(fā)明進行更加詳細的說明。
(實施例1)作為基材，準備厚度為1000μm的Al基板(250mm×250mm)，在該Al基板的兩面上通過浸染法涂布(膜厚7μm(干燥時))感光性抗蝕劑材料(東京應化工業(yè)公司制OFPR)。接著，在Al基板的形成微細槽部側(cè)的抗蝕劑涂膜上設(shè)置有寬度1500μm的帶狀的遮光部以2000μm的節(jié)距從左右交替突出(突出長30mm)形狀的光掩模。通過該光掩模將抗蝕劑涂布膜曝光，使用碳酸氫鈉溶液顯影。由此，在Al基板一方的面上形成寬度500μm的帶狀開口部以2000μm的節(jié)距排列，相鄰的帶狀的開口部在其端部中交替連接的狀態(tài)抗蝕劑圖案。
此后，以上述的抗蝕劑圖案作為掩模，以下述的條件將Al基板蝕刻。該蝕刻為從Al基板的一方的面半開始通過半蝕刻形成微細槽部，蝕刻所需時間為3分鐘。
(蝕刻條件)·溫度20℃·蝕刻液(HCl)濃度200g/L(將200g的35％HCl溶解在純水中成為1升)上述的蝕刻處理結(jié)束后，使用氫氧化鈉溶液除去抗蝕劑圖案并進行水洗。由此，在Al基板一方的面上以由2000μm的節(jié)距形成寬度1000μm、深度650μm、長度30mm的帶狀微細槽，相鄰的微細槽端部上交替地連接(如圖3所示)的狀態(tài)形成微細槽部(流路長300mm)。
此后，將上述的Al基板連接在外部電極的陽極上，浸泡在陽極氧化溶液(4％醋酸溶液)中并與陰極相對，通過以下述的條件通電形成氧化鋁薄膜。此外，形成的氧化鋁薄膜的厚度由偏振光計測得的結(jié)果為約30μm。
(陽極氧化的條件)·浴溫25℃·電壓25V(DC)·電流密度100A/m2此后，在未形成微細槽部的Al基板的氧化鋁薄膜上通過絲網(wǎng)印刷印刷下述組成的發(fā)熱體用膏體，以200℃硬化形成發(fā)熱體。形成的發(fā)熱體為將寬度為100μm的細線以覆蓋與形成有微細槽部區(qū)域相當?shù)膮^(qū)域(35mm×25mm)整個面的狀態(tài)在基板上以線間隔100μm盤繞的形狀。
(發(fā)熱體用膏體的組成)·碳粉未 ...20重量單位·微粉二氧化硅 ...25重量單位·二甲苯酚醛樹脂 ...36重量單位·丁基甲醛 ...19重量單位此外，使用下述組成的電極用膏體，通過絲網(wǎng)印刷在發(fā)熱體的特定的2處形成電極(0.5mm×0.5mm)。
(電極用膏體的組成)·銀鍍銅粉未 ... 90重量單位·酚醛樹脂 ... 6.5重量單位·丁基甲醛 ... 3.5重量單位此后，以露出形成于發(fā)熱體上的2個電極的狀態(tài)，使用下述組成的保護層用膏體，通過絲網(wǎng)印刷在發(fā)熱體上形成發(fā)熱體保護層(厚度20μm)。
(保護層用膏體的組成)·樹脂分濃度 ... 30重量單位·石英填充物 ... 10重量單位·內(nèi)酯系溶劑(戍1-4-1內(nèi)酯)... 60重量單位此后，將Al基板的微細槽部形成面?zhèn)冉菰谙率鼋M成的催化劑水溶液內(nèi)(10分鐘)，此后，進行250℃、6小時的干燥還原處理，將催化劑載置在微細槽內(nèi)。
(催化劑水溶液的組成)
·Al ... 41.2重量％·Cu ... 2.6重量％·Zn ... 2.8重量％此后，用鋁粉研磨Al基板的微細槽部形成面?zhèn)龋冻鯝l面。接著，作為罩部件，將厚度100μm的Al板以下述的條件擴散接合在Al基板上。在該Al板上設(shè)置2處開口部(原料導入口與氣體排出口，各開口部的尺寸為0.6mm×0.6mm)，各開口部以與形成于Al基板上的微細槽部的流路的兩端部一致的狀態(tài)定位。
(擴散接合條件)·氛圍氣真空中·接合溫度300℃·接合時間8小時由此，能夠得到本發(fā)明的微型反應器。
(實施例2)[第1階的金屬基板的制作]作為基材，準備厚度為1000μm的不銹鋼基板(SUS304、250mm×250mm)，在該不銹鋼基板的兩面上通過浸染法涂布(膜厚7μm(干燥時))感光性抗蝕劑材料(東京應化工業(yè)公司制OFPR)。接著，在不銹鋼基板的形成微細槽部側(cè)的抗蝕劑涂膜上設(shè)置寬度1500μm的帶狀的遮光部以2000μm節(jié)距從左右相互突出(突出長度30mm)的形狀的光掩模，此外，在另一方的抗蝕劑涂膜上設(shè)置具有開口直徑800μm的圓形開口的光掩模，經(jīng)過這些光掩模將抗蝕劑涂膜曝光，使用有碳酸氫鈉溶液顯影。由此，在不銹鋼基板的一方的面上，形成以2000μm節(jié)距排列的寬度500μm的帶狀的開口部、相鄰的帶狀的開口部在其端部相互地連接的抗蝕劑圖案。此外，在不銹鋼基板的另一方的面上，形成具有開口直徑為800μm的圓形開口的抗蝕劑圖案。該圓形開口位于與相反面的帶狀開口部的特定部位對應的位置上。
此后，將上述的抗蝕劑圖案作為掩模，以下述的條件蝕刻不銹鋼基板。該蝕刻從不銹鋼基板的一方的面通過半蝕刻形成微細槽部，從另一方的面通過蝕刻形成貫通孔，蝕刻所需的時間為25分鐘。
(蝕刻條件)·溫度80℃
·蝕刻液(氯化鐵溶液)比重45玻美(°B’e)上述的蝕刻處理結(jié)束后，使用氫氧化鈉溶液將抗蝕劑圖案除去并水洗。由此，在不銹鋼基板的一方的面上，以2000μm的節(jié)距形成寬1000μm、深650μm、長30mm的帶狀的微細槽，以相鄰的微細槽部的端部相互連接的狀態(tài)(如圖9所示)形成微細槽部(流路長300mm)。此外，在該連續(xù)的微細槽部的端部上如圖9所示地具有形成的貫通孔的開口。
此后，在未形成微細槽部的不銹鋼基板面上，通過絲網(wǎng)印刷，在不堵塞上述貫通孔的狀態(tài)下印刷作為絕緣膜用涂布液的聚酰亞胺前驅(qū)液(東レ公司制photoneece)，以350℃硬化，形成厚度20μm的絕緣膜。
此后，通過絲網(wǎng)印刷在不銹鋼基板的絕緣膜上印刷下述構(gòu)成的發(fā)熱體用膏體，以200℃硬化并形成發(fā)熱體。形成的發(fā)熱體為以整個面覆蓋形成微細槽部的領(lǐng)域(35mm×25mm)并不堵塞貫通孔的狀態(tài)在絕緣膜上以線間隔100μm盤繞寬度100μm的細線的形狀。
(發(fā)熱體用膏體的組成)·碳粉未 ... 20重量單位·微粉二氧化硅 ... 25重量單位·二甲苯酚醛樹脂 ... 36重量單位·丁基甲醛 ... 19重量單位此外，使用下述組成的電極用膏體，通過絲網(wǎng)印刷在發(fā)熱體的特定的2處形成電極(0.5mm×0.5mm)。
(電極用膏體的組成)·銀鍍銅粉未 ...90重量單位·酚醛樹脂 ...6.5重量單位·丁基甲醛 ...3.5重量單位此后，以露出形成于發(fā)熱體上的2個電極和貫通孔的開口的狀態(tài)，使用下述組成的保護層用膏體，通過絲網(wǎng)印刷在發(fā)熱體上形成發(fā)熱體保護層(厚度20μm)。
(保護層用膏體的組成)·樹脂分濃度 ...30重量單位·石英填充物 ...10重量單位
·內(nèi)酯系溶劑(戍1-4-1內(nèi)酯) ...60重量單位此后，將不銹鋼基板的微細槽部形成面?zhèn)冉菰谙率鼋M成的催化劑水溶液內(nèi)(10分鐘)，此后，進行250℃、6小時的干燥還原處理，將催化劑載置在微細槽內(nèi)。
(催化劑水溶液的組成)·Al 41.2重量％·Cu 2.6重量％·Zn 2.8重量％此后，用鋁粉研磨不銹鋼基板的微細槽部形成面?zhèn)?，露出不銹鋼基板面。由此，準備出第1階的金屬基板。
另一方面，準備與上述同樣的不銹鋼基板，在該不銹鋼基板的兩面上與上述同樣地形成感光性的抗蝕劑涂膜。接著，在不銹鋼基板的形成微細槽部側(cè)的抗蝕劑涂膜上設(shè)置寬度1500μm的帶狀的遮光部以2000μm節(jié)距從左右相互突出(突出長度30mm)的形狀的光掩模，此外，在另一方的抗蝕劑涂膜上設(shè)置具有開口直徑800μm的圓形開口的光掩模，經(jīng)過這些光掩模將將抗蝕劑涂膜曝光，使用有碳酸氫鈉溶液顯影。由此，在不銹鋼基板的一方的面上，形成以2000μm節(jié)距排列的寬度500μm的帶狀的開口部、相鄰的帶狀的開口部在其端部相互地連接的抗蝕劑圖案。此外，在不銹鋼基板的另一方的面上，形成具有開口直徑為800μm的圓形開口的抗蝕劑圖案。該圓形開口位于與相反面的帶狀開口部的特定部位對應的位置上。
此后，將上述的抗蝕劑圖案作為掩模，以與上述同樣的條件蝕刻不銹鋼基板。該蝕刻從不銹鋼基板的一方的面通過半蝕刻形成微細槽部，從另一方的面通過蝕刻形成貫通孔，蝕刻所需的時間為25分鐘。
上述的蝕刻處理結(jié)束后，使用氫氧化鈉溶液將抗蝕劑圖案除去并水洗。由此，在不銹鋼基板的一方的面上，以2000μm的節(jié)距形成寬1000μm、深650μm、長30mm的帶狀的微細槽，以相鄰的微細槽部的端部相互連接的狀態(tài)(如圖10所示)形成微細槽部(流路長300mm)。此外，在該連續(xù)的微細槽部的端部上如圖10所示地具有形成的貫通孔的開口。
此后，將不銹鋼基板的微細槽部形成面?zhèn)冉菰谙率鼋M成的催化劑水溶液內(nèi)(10分鐘)，此后，進行500℃、1小時的干燥還原處理，將催化劑載置在微細槽內(nèi)。
(催化劑水溶液的組成)·Pt0.4重量％·Fe0.2重量％·發(fā)光沸石[Na8(Al8Si40O96)·24H2O]9.4重量％此后，用鋁粉研磨不銹鋼基板的微細槽部形成面?zhèn)?，露出不銹鋼基板面。由此，準備出第2階的金屬基板。
將上述的第1階的金屬基板的微細槽部形成面和第2階的微細槽部形成面的相反面在下述條件下擴散接合。在此接合時，以形成于第2階的金屬基板的貫通孔與形成于第1階的金屬基板上的微細槽部的流路的端部(與形成有第1階的金屬基板的貫通孔的端部不同的端部)一致的狀態(tài)進行定位。
(擴散接合條件)·氛圍氣真空中·接合溫度1000℃·接合時間12小時此后，作為罩部件，將厚度0.3μm的不銹鋼板在下述條件下擴散接合在第2階的金屬基板面的微細槽部形成面上。在該不銹鋼板上設(shè)置一處開口部(氣體排出口開口部的尺寸為0.6mm×0.6mm)，該開口部以與形成于第2階的金屬基板上的微細槽部的流路的端部(與形成有第2階的金屬基板的貫通孔的端部不同的端部)一致的狀態(tài)進行定位。
(擴散接合條件)·氛圍氣真空中·接合溫度1000℃·接合時間12小時由此，能夠得到本發(fā)明的微型反應器。
(實施例3)作為金屬基板，準備厚度為1000μm的Al基板(250mm×250mm)，在該Al基板的兩面上通過浸染法涂布(膜厚7μm(干燥時))感光性抗蝕劑材料(東京應化工業(yè)公司制OFPR)。接著，在Al基板的形成微細槽部側(cè)的抗蝕劑涂膜上設(shè)置寬度1500μm的帶狀的遮光部以2000μm節(jié)距從左右相互突出(突出長度30mm)的形狀的光掩模，此外，在該光掩模中，上述的帶狀的遮光部從基部突出的部位不是構(gòu)成90°，而是構(gòu)成半徑為1750μm的R形狀。此后，通過該光掩模將抗蝕劑涂布膜曝光，使用碳酸氫鈉溶液顯影。由此，在Al基板一方的面上形成寬度500μm的帶狀開口部以2000μm的節(jié)距排列，相鄰的帶狀的開口部在其端部中交替連接的狀態(tài)抗蝕劑圖案。
此后，以上述的抗蝕劑圖案作為掩模，以下述的條件將Al基板蝕刻(3分鐘)。
(蝕刻條件)·溫度20℃·蝕刻液(HCl)濃度200g/L(將200g的35％HCl溶解在純水中成為1升)上述的蝕刻處理結(jié)束后，使用氫氧化鈉溶液除去抗蝕劑圖案并進行水洗。由此，在Al基板一方的面上以由2000μm的節(jié)距形成寬度1000μm、深度650μm、長度30mm的帶狀微細槽，相鄰的微細槽端部上交替地連接(如圖14所示的180度折返并蛇行的連續(xù)形狀)的狀態(tài)形成微細槽部(流路長300mm)。該微細槽部的折返部位為具有無角部的圓形，沿流體的流動方向在內(nèi)壁面上不存在角部。此外，在與微細槽部的流體的流動方向垂直的斷面中的內(nèi)壁面的形狀為大致半圓形。
此后，作為罩部件，準備厚度100μm的Al板，將該Al板以覆蓋微細槽部的狀態(tài)在下述的條件下擴散接合在如上所述地形成了微細槽部的Al基板上，制作接合體。在該Al板上設(shè)置2處開口部(原料導入口與氣體排出口，各開口部的尺寸為0.6mm×0.6mm)，各開口部以與形成于Al基板上的微細槽部的流路的兩端部一致的狀態(tài)定位。由此，在接合體內(nèi)形成連接原料入口與氣體排出口的流路。
(擴散接合條件)·氛圍氣真空中·接合溫度300℃·接合時間8小時此后，將上述的接合體連接在外部電極的陽極上，浸泡在陽極氧化溶液(4％醋酸溶液)中并與陰極相對，通過以下述的條件通電，在包含流路內(nèi)部的接合體表面上形成氧化鋁薄膜并作為絕緣膜。此外，形成的氧化鋁薄膜的厚度由偏振光計測得的結(jié)果為約30μm。
(陽極氧化的條件)·浴溫25℃·電壓25V(DC)·電流密度100A/m2此后，在接合體的流路內(nèi)填充下述組成的催化劑懸濁液并放置(15分鐘)，此后，抽出催化劑懸濁液，進行120℃、3小時的干燥還原處理，將催化劑載置在流路內(nèi)整個面上。
(催化劑懸濁液的組成)·Al41.2重量％·Cu2.6重量％·Zn2.8重量％此后，在未形成微細槽部的Al基板的氧化鋁薄膜上通過絲網(wǎng)印刷印刷下述組成的發(fā)熱體用膏體，以200℃硬化形成發(fā)熱體。形成的發(fā)熱體為將寬度為100μm的細線以覆蓋與形成有微細槽部區(qū)域相當?shù)膮^(qū)域(35mm×25mm)整個面的狀態(tài)在基板上以線間隔100μm盤繞的形狀。
(發(fā)熱體用膏體的組成)·碳粉未 ... 20重量單位·微粉二氧化硅... 25重量單位·二甲苯酚醛樹脂 ... 36重量單位·丁基甲醛... 19重量單位此外，使用下述組成的電極用膏體，通過絲網(wǎng)印刷在發(fā)熱體的特定的2處形成電極(0.5mm×0.5mm)。
(電極用膏體的組成)·銀鍍銅粉未 ... 90重量單位·酚醛樹脂... 6.5重量單位·丁基甲醛... 3.5重量單位此后，以露出形成于發(fā)熱體上的2個電極的狀態(tài)，使用下述組成的保護層用膏體，通過絲網(wǎng)印刷在發(fā)熱體上形成發(fā)熱體保護層(厚度20μm)。
(保護層用膏體的組成)
·樹脂分濃度 ... 30重量單位·石英填充物 ... 10重量單位·內(nèi)酯系溶劑(戍1-4-1內(nèi)酯)... 60重量單位由此，能夠得到本發(fā)明的微型反應器。
(實施例4)作為金屬基板，準備厚度為1000μm的Al基板(250mm×250mm)，在該Al基板的兩面上通過浸染法涂布(膜厚7μm(干燥時))感光性抗蝕劑材料(東京應化工業(yè)公司制OFPR)。接著，在Al基板的形成微細槽部側(cè)的抗蝕劑涂膜上設(shè)置寬度1500μm的帶狀的遮光部以2000μm節(jié)距從左右相互突出(突出長度30mm)的形狀的光掩模，此外，在該光掩模中，上述的帶狀的遮光部從基部突出的部位不是構(gòu)成90°，而是構(gòu)成半徑為1750μmr的R形狀。準備與上述同樣的Al基板，同樣地涂布感光性抗蝕劑材料，在Al基板的形成微細槽部側(cè)的抗蝕劑涂膜上設(shè)置光掩模。該光掩模相對于Al基板面與上述的光掩模面對稱。
此后，對于上述的1組金屬基板，各自通過該光掩模將抗蝕劑涂膜曝光，使用碳酸氫鈉溶液顯影。由此，在各Al基板一方的面上形成寬度500μm的帶狀開口部以2000μm的節(jié)距排列，相鄰的帶狀的開口部在其端部中交替連接的狀態(tài)抗蝕劑圖案。
此后，以上述的抗蝕劑圖案作為掩模，以下述的條件將Al基板蝕刻(3分鐘)。
(蝕刻條件)·溫度20℃·蝕刻液(HCl)濃度200g/L(將200g的35％HCl溶解在純水中成為1升)上述的蝕刻處理結(jié)束后，使用氫氧化鈉溶液除去抗蝕劑圖案并進行水洗。由此，1組Al基板在其一方的面上以由2000μm的節(jié)距形成寬度1000μm、深度650μm、長度30mm的帶狀微細槽，相鄰的微細槽端部上交替地連接(如圖18所示的180度折返并蛇行的連續(xù)形狀)的狀態(tài)形成微細槽部(流路長300mm)。該微細槽部的折返部位為具有無角部的圓形，沿流體的流動方向在內(nèi)壁面上不存在角部。此外，在與微細槽部的流體的流動方向垂直的斷面中的內(nèi)壁面的形狀為大致半圓形。
此后，將上述的1組Al基板以相互的微細槽部相對面的狀態(tài)，在下述條件下擴散接合來制作接合體。在此接合中，1組的Al基板的微細槽部相互以完全相面對的狀態(tài)定位。由此，在接合體內(nèi)形成在接合體的一端面上存在原料導放口和氣體排出口的流路。
(擴散接合條件)·氛圍氣真空中·接合溫度300℃·接合時間8小時此后，將上述的接合體連接在外部電極的陽極上，浸泡在陽極氧化溶液(4％醋酸溶液)中并與陰極相對，通過以下述的條件通電，在包含流路內(nèi)部的接合體表面上形成氧化鋁薄膜并作為絕緣膜。此外，形成的氧化鋁薄膜的厚度由偏振光計測得的結(jié)果為約30μm。
(陽極氧化的條件)·浴溫25℃·電壓25V(DC)·電流密度100A/m2此后，在接合體的流路內(nèi)填充下述組成的催化劑懸濁液并放置(15分鐘)，此后，抽出催化劑懸濁液，進行120℃、3小時的干燥還原處理，將催化劑載置在流路內(nèi)整個面中。
(催化劑懸濁液的組成)·Al 41.2重量％·Cu 2.6重量％·Zn 2.8重量％此后，在一方的Al基板的氧化鋁薄膜上與實施例3同樣地形成發(fā)熱體、電極、發(fā)熱體保護層。
由此，能夠得到本發(fā)明的微型反應器。
(實施例5)作為金屬基板，準備厚度為1000μm的SUS304基板(250mm×250mm)，在該SUS304基板的兩面上通過浸染法涂布(膜厚7μm(干燥時))感光性抗蝕劑材料(東京應化工業(yè)公司制OFPR)。接著，在SUS304基板的形成微細槽部側(cè)的抗蝕劑涂膜上設(shè)置寬度1500μm的帶狀的遮光部以2000μm節(jié)距從左右相互突出(突出長度30mm)的形狀的光掩模，此外，在該光掩模中，上述的帶狀的遮光部從基部突出的部位不是構(gòu)成90°，而是構(gòu)成半徑為1750μm的R形狀。準備與上述同樣的SUS304基板，同樣地涂布感光性抗蝕劑材料，在SUS304基板的形成微細槽部側(cè)的抗蝕劑涂膜上設(shè)置光掩模。該光掩模相對于SUS304基板面與上述的光掩模面對稱。
此后，對于上述的1組金屬基板(SUS304基板)，各自通過該光掩模將抗蝕劑涂膜曝光，使用碳酸氫鈉溶液顯影。由此，在各Al基板一方的面上形成寬度500μm的帶狀開口部以2000μm的節(jié)距排列，相鄰的帶狀的開口部在其端部中交替連接的狀態(tài)抗蝕劑圖案。
此后，以上述的抗蝕劑圖案作為掩模，以下述的條件將SUS304基板蝕刻(3分鐘)。
(蝕刻條件)·溫度80℃·蝕刻液(氯化鐵溶液)比重濃度45玻美(°B’e)上述的蝕刻處理結(jié)束后，使用氫氧化鈉溶液除去抗蝕劑圖案并進行水洗。由此，1組SUS304基板在其一方的面上以由2000μm的節(jié)距形成寬度1000μm、深度650μm、長度30mm的帶狀微細槽，相鄰的微細槽端部上交替地連接(如圖18所示的180度折返并蛇行的連續(xù)形狀)的狀態(tài)形成微細槽部(流路長300mm)。該微細槽部的折返部位為具有無角部的圓形，沿流體的流動方向在內(nèi)壁面上不存在角部。此外，在與微細槽部的流體的流動方向垂直的斷面中的內(nèi)壁面的形狀為大致半圓形。
此后，將該SUS304基板與另一方的SUS304基板構(gòu)成的1組的SUS304基板以相互的微細槽部相對面的狀態(tài)，在下述條件下擴散接合來制作接合體。在此接合中，1組的SUS304基板的微細槽部相互以完全相面對的狀態(tài)定位。由此，在接合體內(nèi)形成在接合體的一端面上存在原料導放口和氣體排出口的流路。
(擴散接合條件)·氛圍氣真空中·接合溫度10000℃·接合時間12小時此后，在構(gòu)成上述接合體的一方的SUS304基板的未形成微細槽部面上，通過絲網(wǎng)印刷來印刷作為絕緣膜用涂布液的聚酰亞胺前驅(qū)體溶液(東レ公司制photoneece)，以350℃硬化，形成厚度20μm的絕緣膜。
此后，在上述接合體的流路內(nèi)壁面上，以下述的條件進行勃姆石處理，形成氧化鋁薄膜。此外，形成的氧化鋁薄膜的厚度由偏振光計測得的結(jié)果為約5μm。
(勃姆石處理的條件)使用鋁溶膠520(日產(chǎn)化學公司制)，調(diào)制粘度為15～20mPa.s的鋁溶膠懸濁液，使該(鉛溶膠)懸濁液流入接合體的流路內(nèi)，進行120℃、3小時的干燥，將勃姆石膜固定在流路內(nèi)部。
此后，在接合體的流路內(nèi)整個面上，與實施例4同樣地載置催化劑。此后，在一方的SUS304基板上形成的絕緣膜上與實施例3同樣地形成發(fā)熱體、電極、發(fā)熱體保護層。
由此，能夠得到本發(fā)明的微型反應器。
(實施例6)[接合體的制作]作為金屬基板，準備厚度為1000μm的Al基板(250mm×250mm)，在該Al基板的兩面上通過浸染法涂布(膜厚7μm(干燥時))感光性抗蝕劑材料(東京應化工業(yè)公司制OFPR)。接著，在Al基板的形成微細槽部側(cè)的抗蝕劑涂膜上設(shè)置寬度1500μm的帶狀的遮光部以2000μm節(jié)距從左右交互延伸(突出長度30mm)形狀的光掩模，此后，通過該光掩模將抗蝕劑涂膜曝光，使用碳酸氫鈉溶液顯影。由此，在Al基板一方的面上形成寬度500μm的帶狀開口部以2000μm的節(jié)距排列，相鄰的帶狀的開口部在其端部中為交互連續(xù)的蛇行圖案，并且兩端部朝向同一方向，比其他的帶狀的開口部長5mm的抗蝕劑圖案。
此后，以上述的抗蝕劑圖案作為掩模，以下述的條件將Al基板蝕刻(3分鐘)。
(蝕刻條件)·溫度20℃·蝕刻液(HCl)濃度200g/L(將200g的35％HCl溶解在純水中成為1升)上述的蝕刻處理結(jié)束后，使用氫氧化鈉溶液除去抗蝕劑圖案并進行水洗。由此，在Al基板的一方的面上以由2000μm的節(jié)距形成寬度1000μm、深度650μm、長度30mm的帶狀微細槽，相鄰的微細槽端部上交替地連接(如圖23所示的180度折返并蛇行的連續(xù)形狀)的狀態(tài)形成微細槽部(流路長300mm)。
此后，作為罩部件，準備厚度100μm的Al板，將該Al板以覆蓋微細槽部的狀態(tài)擴散接合在如上所述地形成了微細槽部的Al基板上。
(擴散接合條件)·氛圍氣真空中·接合溫度300℃·接合時間8小時由此，形成了具有圖22所示的外形形狀的接合體。該接合體的尺寸為25mm×35mm，厚度為1.4mm。在同方向上隔開15mm的距離地具有2個突出部(長5mm、寬5mm)，在該突出部的前端上具有流路的導入口和排出口。
制作3個這樣的接合體，將各接合體連接在外部電極的陽極上，浸泡在陽極氧化溶液(4％醋酸溶液)中并與陰極相對，通過以下述的條件通電，在包含流路內(nèi)部的接合體表面上形成氧化鋁薄膜并作為絕緣膜。此外，形成的氧化鋁薄膜的厚度由偏振光計測得的結(jié)果為約30μm。
(陽極氧化的條件)·浴溫25℃·電壓25V(DC)·電流密度100A/m2[第1階用單位流路部件]在1個單位流路部件的氧化鋁薄膜上通過絲網(wǎng)印刷印刷下述組成的發(fā)熱體用膏體，以200℃硬化形成發(fā)熱體。形成的發(fā)熱體為將寬度為100μm的細線以覆蓋與形成有微細槽部區(qū)域相當?shù)膮^(qū)域(35mm×25mm)整個面的狀態(tài)在基板上以線間隔100μm盤繞的形狀。
(發(fā)熱體用膏體的組成)·碳粉未 ... 20重量單位·微粉二氧化硅 ... 25重量單位·二甲苯酚醛樹脂 ... 36重量單位·丁基甲醛 ... 19重量單位此外，使用下述組成的電板用膏體，通過絲網(wǎng)印刷在發(fā)熱體的特定的2處，以到達接合體側(cè)面的狀態(tài)形成電極。
(電極用膏體的組成)·銀鍍銅粉未 ...90重量單位·酚醛樹脂...6.5重量單位·丁基甲醛...3.5重量單位此后，以露出形成于發(fā)熱體上的2個電極的端部的狀態(tài)，使用下述組成的保護層用膏體，通過絲網(wǎng)印刷在發(fā)熱體上形成發(fā)熱體保護層(厚度20μm)。
(保護層用膏體的組成)·樹脂分濃度 ...30重量單位·石英填充物 ...10重量單位·內(nèi)酯系溶劑(戍1-4-1內(nèi)酯) ...60重量單位由此，成為第1階的單位流路部件。
在另一單位流路部件的流路內(nèi)填充下述組成的催化劑懸濁液并放置(15分鐘)，此后，抽出催化劑懸濁液，進行120℃、3小時的干燥還原處理，將催化劑C1載置在流路內(nèi)整個面上。
(催化劑懸濁液的組成)·Al41.2重量％·Cu2.6重量％·Zn2.8重量％此后，在Al基板的氧化鋁薄膜上與上述的第1階的單位流路部件同樣地形成發(fā)熱體、電極、發(fā)熱體保護層，制作出第2階的單位流路部件(單位微型反應器)。
在另一單位流路部件的流路內(nèi)填充下述組成的催化劑懸濁液并放置(15分鐘)，此后，抽出催化劑懸濁液，進行120℃、3小時的干燥還原處理，將催化劑C2載置在流路內(nèi)整個面上。
(催化劑懸濁液的組成)·Pt 0.4重量％·Fe 0.2重量％·發(fā)光沸石[Na8(Al8Si40O96)·24H2O] 9.4重量％此后，在Al基板的氧化鋁薄膜上與上述的第1階的單位流路部件同樣地形成發(fā)熱體、電極、發(fā)熱體保護層，制作出第3階的單位流路部件(單位微型反應器)。
準備6個具有平坦面(30mm×20mm)的不銹鋼板材，通過機械加工在各不銹鋼基板的一方的平坦面上形成用于構(gòu)成連接部、內(nèi)部連通路、內(nèi)部流路等的特定的槽部及貫通孔。通過將該6個不銹鋼基板以特定的層疊順序擴散接合并一體化，制作30mm×20mm×12mm的連接部件。該連接部件在30mm×12mm的面上具有6個連接部(寬度5.1mm、高度1.41mm、深度5mm)，在其相反面上具有原料導入口和氣體排出口，在內(nèi)部具有內(nèi)部連通路和內(nèi)部流路，為圖24、圖25所示的結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)體的外形為長方體，與圖24、圖25不同)。在該連接部件中，排列為1列的各3個連接部的節(jié)距(與單位流路部件的多階節(jié)距相當)為2mm，各列的距離(與單位流路部件的導入口與排出口的距離相當)為20mm。此外，在各連接部上安裝有硅酮橡膠制的填料。
使用不銹鋼材，制作具有3階，節(jié)距為2mm、范圍為25mm×1.41mm的收納空間的固定部件。
在如上所述的連接部件上，以從第1階到第3階的順序插入各單位流路部件(第2階、第3階為單位微型反應器)的突出部并連接，此外，由固定部件固定各單位流路部件的連接端部和相反側(cè)的端部。
由此，能夠得到本發(fā)明的微型反應器。
(實施例7)與實施例1同樣地在Al基板上形成微細槽部。
此后，在該Al基板上與實施例1同樣地通過陽極氧化形成氧化鋁薄膜。
此后，將不銹鋼基板的微細槽部形成面?zhèn)冉菰谙率鼋M成的催化劑水溶液內(nèi)(2小時)，此后，進行350℃、1小時的干燥還原處理，將催化劑載置在微細槽內(nèi)。
(催化劑水溶液的組成)·Al 41.2重量％·Cu 2.6重量％
·Zn 2.8重量％接著，用鋁粉研磨Al基板的微細槽形成面?zhèn)龋冻鯝l面。此后將作為罩部件，厚度100μm的Al基板以下述的條件通過釬焊接合在Al基板面上。在該Al板上，設(shè)置有2處開口部(原料導入口和氣體排出口，各開口部的尺寸為0.6mm×0.6mm)，各開口部以與形成于Al基板上的微細槽部的流路的兩端部一致的狀態(tài)定位。
(釬焊接合條件)·釬焊材料鋁4004(Furukawa-Sky公司制)·氛圍氣真空中·釬焊溫度600℃·釬焊時間3分鐘此后，在接合的Al基板的氧化鋁薄膜上與實施例1同樣地形成發(fā)熱體、電極、發(fā)熱體保護層。
由此，能夠得到本發(fā)明的微型反應器。
(實施例8)[第1階的金屬基板的制作]與實施例2的[第1階的金屬基板的制作]同樣地，在不銹鋼基板的一方的面上，以2000μm的節(jié)距形成寬1000μm、深650μm、長30mm的帶狀的微細槽，以相鄰的微細槽部的端部相互連接的狀態(tài)(如圖9所示)形成微細槽部(流路長300mm)。此外，在該連續(xù)的微細槽部的端部上如圖9所示地具有形成的貫通孔的開口。
接著，將不銹鋼基板的微細槽部形成面?zhèn)冉菰谙率鼋M成的催化劑水溶液內(nèi)(2小時)，此后，進行350℃、1小時的干燥還原處理，將催化劑載置在微細槽內(nèi)。
(催化劑水溶液的組成)·Al 41.2重量％·Cu 2.6重量％·Zn 2.8重量％此后，用鋁粉研磨不銹鋼基板的微細槽部形成面?zhèn)?，露出不銹鋼基板面。由此，準備出第1階的金屬基板。
與實施例2的[第2階的金屬基板的制作]同樣地，在不銹鋼基板的一方的面上，以2000μm的節(jié)距形成寬1000μm、深650μm、長30mm的帶狀的微細槽，以相鄰的微細槽部的端部相互連接的狀態(tài)(如圖10所示)形成微細槽部(流路長300mm)。此外，在該連續(xù)的微細槽部的端部上如圖10所示地具有形成的貫通孔的開口。
此后，將不銹鋼基板的微細槽部形成面?zhèn)冉菰谙率鼋M成的催化劑水溶液內(nèi)(10分鐘)，此后，進行500℃、1小時的干燥還原處理，將催化劑載置在微細槽內(nèi)。
(催化劑水溶液的組成)·Pt 0.4重量％·Fe 0.2重量％·發(fā)光沸石[Na8(Al8Si40O96).24H2O]9.4重量％此后，用鋁粉研磨不銹鋼基板的微細槽部形成面?zhèn)?，露出不銹鋼基板面。由此，準備出第2階的金屬基板。
將上述的第1階的金屬基板的微細槽部形成面和第2階的微細槽部形成面的相反面以與實施例2相同的條件擴散接合。
此后，作為罩部件，將厚度0.3μm的不銹鋼板以與實施例2相同的條件擴散接合在第2階的金屬基板面的微細槽部形成面上。在該不銹鋼板上設(shè)置1處開口部(氣體排出口開口部的尺寸為0.6mm×0.6mm)，該開口部以與形成于第2階的金屬基板上的微細槽部的流路的端部(與形成有第2階的金屬基板的貫通孔的端部不同的端部)一致的狀態(tài)進行定位。
此后，在第1階的金屬基板面上與實施例2同樣地形成絕緣膜、發(fā)熱體、電極、發(fā)熱體保護層。
由此，能夠得到本發(fā)明的微型反應器。
(實施例9)首先，與實施例3同樣地，在Al基板一方的面上以由2000μm的節(jié)距形成寬度1000μm、深度650μm、長度30mm的帶狀微細槽，相鄰的微細槽端部上交替地連接(如圖14所示的180度折返并蛇行的連續(xù)形狀)的狀態(tài)形成微細槽部(流路長300mm)。
此后，將上述的Al基板連接在外部電極的陽極上，以與實施例3相同的條件在包含流路內(nèi)部的接合體表面上形成氧化鋁薄膜并作為絕緣膜。此后，用鋁粉研磨Al基板的接合面?zhèn)?微細槽部形成面?zhèn)?，除去氧化鋁薄膜，露出Al基板。
此后，作為金屬罩部件，準備厚度100μm的Al板，將該Al板以覆蓋微細槽部的狀態(tài)通過釬焊接合在如上所述地形成了微細槽部的Al基板上，制作接合體。在該Al板上設(shè)置2處開口部(原料導入口與氣體排出口，各開口部的尺寸為(0.6mm×0.6mm)，各開口部以與形成于Al基板上的微細槽部的流路的兩端部一致的狀態(tài)定位。由此，在接合體內(nèi)形成連接原料入口與氣體排出口的流路。此外，釬焊的條件與實施例7相同。
此后，在接合體的流路內(nèi)，填充與實施例3相同組成的催化劑懸濁液，以與實施例3相同的條件，將催化劑載置在流路內(nèi)整個面中。
此后，在未形成微細槽部的Al基板的氧化鋁薄膜上，與實施例3同樣地形成發(fā)熱體、電極、發(fā)熱體保護層。
由此，能夠得到本發(fā)明的微型反應器。
(實施例10)首先，與實施例4同樣地，制作具有構(gòu)成面對稱的微細槽部的1組Al基板。
此后，將上述的各Al基板連接在外部電極的陽極上，以與實施例4相同的條件在包含微細槽部的Al基板表面上形成氧化鋁薄膜并作為絕緣膜。此后，用鋁粉研磨存在于Al基板的接合面上的氧化鋁薄膜，除去氧化鋁薄膜，露出Al基板。
此后，將上述的1組Al基板以相互的微細槽部相面對的狀態(tài)通過釬焊接合，制作接合體。此接合以1組的Al基板的微細槽部相互完整個面對的狀態(tài)定位。由此，在接合體內(nèi)形成在接合體的一端面上存在原料導入口和氣體排出口的流路。此外，釬焊的條件為與實施例7相同的條件。
此后，在接合體的流路內(nèi)填充與實施例4相同組成的的催化劑懸濁液，以與實施例4相同的條件在流路內(nèi)整個面上載置催化劑。
此后，在一方的Al基板的氧化鋁薄膜上，與實施例3同樣地形成發(fā)熱體、電極、發(fā)熱體保護層。
由此，能夠得到本發(fā)明的微型反應器。
(實施例11)
首先，與實施例5同樣地，制作具有構(gòu)成面對稱的微細槽部的1組SUS304基板。
此后，將上述的各SUS304基板的微細槽部形成面上以與實施例5相同的條件進行勃姆石處理，形成氧化鋁薄膜。此后，用鋁粉研磨并除去存在于各SUS304基板的接合面上的氧化鋁薄膜，露出SUS304基板。
此后，將上述的1組SUS304基板以相互的微細槽部相面對的狀態(tài)以與實施例5同樣的條件擴散接合，制作接合體。此接合以1組的SUS304基板的微細槽部相互完整個面對的狀態(tài)定位。由此，在接合體內(nèi)形成在接合體的一端面上存在原料導入口和氣體排出口的流路。
此后，在接合體的流路內(nèi)整個面上與實施例4同樣地載置催化劑。此后，在一方的SUS304基板上，與實施例5同樣地形成絕緣膜，在此絕緣膜上與實施例3同樣地形成發(fā)熱體、電極、發(fā)熱體保護層。
由此，能夠得到本發(fā)明的微型反應器。
(實施例12)[接合體的制作]首先，與實施例6的[接合體制作]同樣地，制作以由2000μm的節(jié)距形成的寬度1000μm、深度650μm、長度30mm的帶狀微細槽的Al基板。
此后，將該Al基板連接在外部電極的陽極上，以與實施例6相同的條件進行陽極氧化，在包含微細槽部的Al基板表面上形成氧化鋁薄膜(絕緣膜)，用鋁粉研磨形成有微細槽部的面，除去氧化鋁薄膜，露出Al基板面(接合面)。
此后，準備作為金屬罩部件的厚度100μm的Al板，將該Al板以覆蓋微細槽部的狀態(tài)在與實施例6相同的條件下通過釬焊接合。由此，制作出3個具有圖22所示的外形形狀的接合體，作為單位流路部件。該接合體的尺寸為25mm×35mm，厚度1.4mm、在同一方向上具有隔開15mm距離的2個突出部(長5mm、寬5mm)，在該突出部的前端上具有流路的導入口和排出口。
使用上述的3個單位流路部件，與實施例6同樣地制作第1階的單位流路部件、第2階的單位流路部件、第3階的單位流路部件，制作出本發(fā)明的微型反應器。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明可利用于從甲醇的改性、一氧化碳的氧化等反應進行氫氣制造的用途中。
權(quán)利要求
1.一種用于將原料改性得到氫氣的微型反應器，其特征為，具有在一方的面上具備微細槽部的金屬基板；通過絕緣膜設(shè)置在該金屬基板的另一面上的發(fā)熱體；載置在所述微細槽部內(nèi)的催化劑，以覆蓋所述微細槽部的狀態(tài)接合在所述金屬基板上的具有原料導入口和氣體排出口的罩部件。
2.按照權(quán)利要求1所述的微型反應器，其特征為，所述金屬基板為Al基板、Cu基板、不銹鋼基板的任一種。
3.按照權(quán)利要求1所述的微型反應器，其特征為，所述絕緣膜為將所述金屬基板陽極氧化形成的金屬氧化膜。
4.按照權(quán)利要求3所述的微型反應器，其特征為，在所述微細槽內(nèi)部也具有所述金屬氧化膜。
5.按照權(quán)利要求4所述的微型反應器，其特征為，所述金屬基板為Al基板。
6.按照權(quán)利要求1所述的微型反應器，其特征為，具有以僅露出所述發(fā)熱體的電極的狀態(tài)覆蓋所述發(fā)熱體的發(fā)熱體保護層。
7.一種用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法，其特征為，具有在金屬基板的一方的面上形成微細槽部的工序；將所述金屬基板陽極氧化，形成由金屬氧化膜構(gòu)成的絕緣膜的工序；在未形成所述微細槽部的所述金屬基板面的所述金屬氧化膜上設(shè)置發(fā)熱體的工序；在所述微細槽內(nèi)載置催化劑的工序；將形成有原料導入口和氣體排出口的罩部件以覆蓋所述微細槽部的狀態(tài)接合在所述金屬基板上的工序。
8.一種用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法，其特征為，具有在金屬基板的一方的面上形成微細槽部的工序；在未形成所述微細槽部的所述金屬基板面上設(shè)置絕緣膜的工序；在所述絕緣膜上設(shè)置發(fā)熱體的工序；在所述微細槽內(nèi)載置催化劑的工序；將形成有原料導入口和氣體排出口的罩部件以覆蓋所述微細槽部的狀態(tài)接合在所述金屬基板上的工序。
9.一種用于將原料改性得到氫氣的微型反應器，其特征為，將在一方的面上具備載置有催化劑的微細槽部的多個金屬基板以所述微細槽部形成面成為同一方向的狀態(tài)多階地重疊，在各金屬基板上具有用于聯(lián)絡(luò)各階的金屬基板的所述微細槽部的貫通孔，至少1個基板具有通過絕緣膜設(shè)置在未形成所述微細槽部的面上的發(fā)熱體，在位于多階的最外部、露出所述微細槽部的所述金屬基板上接合有具備氣體排出口的罩部件。
10.按照權(quán)利要求9所述的微型反應器，其特征為，所述金屬基板為Al基板、Cu基板、不銹鋼基板的任一種。
11.按照權(quán)利要求9所述的微型反應器，其特征為，所述絕緣膜為將所述金屬基板陽極氧化形成的金屬氧化膜。
12.按照權(quán)利要求11所述的微型反應器，其特征為，在所述微細槽內(nèi)部也具有所述金屬氧化膜。
13.按照權(quán)利要求12所述的微型反應器，其特征為，所述金屬基板為Al基板。
14.按照權(quán)利要求9所述的微型反應器，其特征為，所述發(fā)熱體設(shè)置在位于多階的最外部的金屬基板上，具有以僅露出所述發(fā)熱體的電極和該金屬基板的貫通孔的開口的狀態(tài)覆蓋所述發(fā)熱體的發(fā)熱體保護層。
15.按照權(quán)利要求9所述的微型反應器，其特征為，所述金屬基板為2個構(gòu)成的2階層疊的結(jié)構(gòu)，在第1階中進行原料的混合、混合后的原料的氣化、混合氣體的的改性，在第2階中進行從改性后的氣體除去不純物。
16.一種用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法，其特征為，具有在多個金屬基板的一方的面上形成微細槽部和在該微細槽部的特定位置上形成具有開口的貫通孔的工序；將所述金屬基板陽極氧化，形成由金屬氧化膜構(gòu)成的絕緣膜的工序；在至少一個所述金屬基板的未形成所述微細槽部的面的所述金屬氧化膜上設(shè)置發(fā)熱體的工序；在多個所述金屬基板的微細槽部內(nèi)載置催化劑的工序；除去將所述多個金屬基板多階重疊時接合部位的所述金屬氧化膜的工序；將所述多個金屬基板以通過所述貫通孔將各金屬基板的微細槽部聯(lián)絡(luò)的狀態(tài)多階地重疊接合，同時將形成氣體排出口的罩部件接合在位于多階的最外部并露出所述微細槽部的所述金屬基板上的工序。
17.一種用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法，其特征為，具有在多個金屬基板的一方的面上形成微細槽部和在該微細槽部的特定位置上形成具有開口的貫通孔的工序；在未形成所述微細槽部的所述金屬基板面上設(shè)置絕緣膜的工序；在至少一個所述金屬基板的所述絕緣膜上設(shè)置發(fā)熱體的工序；在多個所述金屬基板的微細槽部內(nèi)載置催化劑的工序；將所述多個金屬基板以通過所述貫通孔將各金屬基板的微細槽部聯(lián)絡(luò)的狀態(tài)多階地重疊接合，同時將形成氣體排出口的罩部件接合在位于多階的最外部并露出所述微細槽部的所述金屬基板上的工序。
18.一種用于將原料改性得到氫氣的微型反應器，其特征為，具有以覆蓋所述微細槽部的狀態(tài)將具備原料導入口和氣體排出口的金屬罩部件接合在其一方的面上具備微細槽部的金屬基板上而構(gòu)成的接合體；由位于該接合體的內(nèi)部的所述微細槽部與所述金屬罩部件構(gòu)成的流路；載置在該流路的內(nèi)壁面的整個面上的催化劑。
19.按照權(quán)利要求18所述的微型反應器，其特征為，所述流路沿所述流體的流動方向在內(nèi)壁面上不存在角部。
20.按照權(quán)利要求18所述的微型反應器，其特征為，所述流路在內(nèi)壁面上通過金屬氧化膜載置有催化劑。
21.按照權(quán)利要求20所述的微型反應器，其特征為，所述金屬氧化膜為通過所述金屬基板及所述金屬罩部件的陽極氧化形成的。
22.按照權(quán)利要求20所述的微型反應器，其特征為，所述金屬氧化膜為通過勃姆石處理形成的。
23.按照權(quán)利要求18所述的微型反應器，其特征為，所述金屬基板在所述微細槽部形成面的相反側(cè)面上通過絕緣膜設(shè)置有發(fā)熱體。
24.一種用于將原料改性得到氫氣的微型反應器，其特征為，具有將在一方的面上具備微細槽部、同時該微細槽部的圖案有相互面對稱關(guān)系的1組金屬基板以所述微細槽部相對面的狀態(tài)接合而構(gòu)成的接合體；由在該接合體的內(nèi)部相面對的所述微細槽部構(gòu)成的流路；載置于該流路的內(nèi)壁面的整個面上的催化劑；位于所述流路的一方的端部的原料導入口；以及位于所述流路的另一方的端部的氣體排出口。
25.按照權(quán)利要求24所述的微型反應器，其特征為，所述流路沿所述流體的流動方向在內(nèi)壁面上不存在角部，與流路流動方向垂直的斷面上的內(nèi)壁面形狀為大致圓形狀或橢圓形狀。
26.按照權(quán)利要求24所述的微型反應器，其特征為，所述流路在內(nèi)壁面上通過金屬氧化膜載置有催化劑。
27.按照權(quán)利要求26所述的微型反應器，其特征為，所述金屬氧化膜為通過所述金屬基板的陽極氧化形成的。
28.按照權(quán)利要求26所述的微型反應器，其特征為，所述金屬氧化膜為通過勃姆石處理形成的。
29.按照權(quán)利要求24所述的微型反應器，其特征為，至少一方的所述金屬基板在所述微細槽部形成面的相反側(cè)面上通過絕緣膜設(shè)置有發(fā)熱體。
30.一種用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法，其特征為，具有在金屬基板的一方的面上形成微細槽部的槽部形成工序；將具備原料導入口和氣體排出口的金屬罩部件以覆蓋所述微細槽部的狀態(tài)與所述金屬基板接合，形成具有流路的接合體的接合工序；在所述流路的內(nèi)壁面上形成金屬氧化膜的表面處理工序；在所述流路的內(nèi)壁面上通過金屬氧化膜載置催化劑的催化劑載置工序。
31.按照權(quán)利要求30所述的微型反應器的制造方法，其特征為，在所述表面處理工序中通過所述金屬基板及所述金屬罩部件的陽極氧化形成所述金屬氧化膜。
32.按照權(quán)利要求30所述的微型反應器的制造方法，其特征為，在所述表面處理工序中通過勃姆石處理形成所述金屬氧化膜。
33.按照權(quán)利要求30所述的微型反應器的制造方法，其特征為，在所述槽部形成工序中，以斷面為U字形狀或半圓形狀，同時沿流動方向上在壁面不存在角部的狀態(tài)在金屬基板上形成微細槽部。
34.按照權(quán)利要求30所述的微型反應器的制造方法，其特征為，在所述催化劑載置工序中，將催化劑懸濁液填充在所述接合體的流路內(nèi)后，將該催化劑懸濁液抽出并將流路內(nèi)干燥。
35.按照權(quán)利要求34所述的微型反應器的制造方法，其特征為，在所述催化劑載置工序的干燥時，向所述接合體施加振動或回轉(zhuǎn)。
36.一種用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法，其特征為，具有在1組金屬基板的一方的面上以構(gòu)成面對稱的圖案形成微細槽部的槽部形成工序；將所述1組金屬基板以所述微細槽部相面對的狀態(tài)接合，形成具備流路的接合體的接合工序；在所述流路的內(nèi)壁面上形成金屬氧化膜的表面處理工序；在所述流路的內(nèi)壁面上通過所述金屬氧化膜載置催化劑的催化劑載置工序。
37.按照權(quán)利要求36所述的微型反應器的制造方法，其特征為，在所述表面處理工序中通過所述金屬基板的陽極氧化形成所述金屬氧化膜。
38.按照權(quán)利要求36所述的微型反應器的制造方法，其特征為，在所述表面處理工序中通過勃姆石處理形成所述金屬氧化膜。
39.按照權(quán)利要求36所述的微型反應器的制造方法，其特征為，在所述槽部形成工序中，以斷面為U字形狀或半圓形狀，同時沿流動方向上在壁面不存在角部的狀態(tài)在金屬基板上形成微細槽部。
40.按照權(quán)利要求36所述的微型反應器的制造方法，其特征為，在所述催化劑載置工序中，將催化劑懸濁液填充在所述接合體的流路內(nèi)后，將該催化劑懸濁液抽出并將流路內(nèi)干燥。
41.按照權(quán)利要求40所述的微型反應器的制造方法，其特征為，在所述催化劑載置工序的干燥時，向所述接合體施加振動或回轉(zhuǎn)。
42.一種用于將原料改性得到氫氣的微型反應器，其特征為，至少具有在內(nèi)部具備流路，該流路的一方的端部構(gòu)成導入口，另一方的端部構(gòu)成排出口的多個單位流路部件，以及將該單位流路部件以多階狀態(tài)保持的連接部件；所述連接部件具有用于通過單位流路部件的導入口所在部位和排出口所在部位將單位流路部件緊密接觸地保持的多個連接部、原料導入口、氣體排出口；至少一個所述單位流路部件為在流路內(nèi)載置有催化劑的單位微型反應器；從所述連接部件的原料導入口導入原料，在多個所述單位流路部件中，由所述單位微型反應器進行特定的反應，從所述連接部件的氣體排出口得到所希望的生成氣體。
43.按照權(quán)利要求42所述的微型反應器，其特征為，具有n(n為2以上整數(shù))個單位流路部件；所述連接部由與所述原料導入口連接的導入連接部、與所述氣體排出口連接的排出連接部、由內(nèi)部連接通路相互地連接的(n-1)組的階轉(zhuǎn)移連接部件構(gòu)成；第1階的單位流路部件分別將導入口連接保持在所述導入連接部上，將排出口連接保持在所述階轉(zhuǎn)移連接部上；從第2階開始第(n-1)階的單位流路部件分別將導入口連接保持在前階的階轉(zhuǎn)移連接部和由內(nèi)部連通路連接的階轉(zhuǎn)移連接部上，將排出口連接在另一組的階轉(zhuǎn)移連接部上；第n階的單位流路部件分別將導入口連接保持在前階的階轉(zhuǎn)移連接部與由內(nèi)部連通路連接的階轉(zhuǎn)移連接部上，將排出口連接保持在所述排出連接部上。
44.按照權(quán)利要求42所述的微型反應器，其特征為，所述單位流路部件可取出。
45.按照權(quán)利要求42所述的微型反應器，其特征為，所述單位微型反應器在單位流路部件的流路內(nèi)壁面上通過金屬氧化膜載置有催化劑。
46.按照權(quán)利要求42所述的微型反應器，其特征為，各單位流路部件為相同的結(jié)構(gòu)，作為單位微型反應器，具有載置在流路內(nèi)的催化劑種類不同的多個單位的微型反應器。
47.按照權(quán)利要求42所述的微型反應器，其特征為，具有具備發(fā)熱體的單位微型反應器。
48.按照權(quán)利要求42所述的微型反應器，其特征為，在所希望的相鄰階的單位流路部件之間具有隔熱用的空隙及/或隔熱材料。
49.按照權(quán)利要求42所述的微型反應器，其特征為，由連接部件以多階狀態(tài)保持的多個單位流路部件的另一端部由固定部件固定。
50.按照權(quán)利要求50所述的微型反應器，其特征為，單位流路部件具有將形成有用于構(gòu)成流路的微細槽部的1組金屬基板以所述微細槽部相互對面的狀態(tài)接合的接合體，或在形成有用于構(gòu)成流路的微細槽部的金屬基板面上接合有金屬罩部件的接合體。
51.按照權(quán)利要求50所述的微型反應器，其特征為，所述單位微型反應器在所述接合體形成后在流路內(nèi)載置有催化劑。
52.按照權(quán)利要求50所述的微型反應器，其特征為，所述單位微型反應器在接合前的微細槽部內(nèi)載置有催化劑。
53.一種用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法，其特征為，具有在金屬基板的一方的面上形成微細槽部的工序；將所述金屬基板陽極氧化，形成由金屬氧化膜構(gòu)成的絕緣膜的工序；在所述微細槽內(nèi)載置催化劑的工序；將形成有原料導入口和氣體排出口的罩部件以覆蓋所述微細槽部的狀態(tài)與所述金屬基板接合的工序；在未形成所述微細槽部的所述金屬基板面的所述氧化膜上設(shè)置發(fā)熱體的工序。
54.一種用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法，其特征為，具有在金屬基板的一方的面上形成微細槽部的工序；在所述微細槽內(nèi)載置催化劑的工序；將形成有原料導入口和氣體排出口的罩部件以覆蓋所述微細槽部的狀態(tài)與所述金屬基板接合的工序；在未形成所述微細槽部的所述金屬基板面上設(shè)置絕緣膜的工序；在所述絕緣膜上設(shè)置發(fā)熱體的工序。
55.一種用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法，其特征為，具有在多個金屬基板的一方的面上形成微細槽部和在該微細槽部的特定位置上形成具有開口的貫通孔的工序；將所述金屬基板陽極氧化，形成由金屬氧化膜構(gòu)成的絕緣膜的工序；在多個所述金屬基板的微細槽部內(nèi)載置催化劑的工序；除去將所述多個金屬基板多階重疊時接合部位的所述金屬氧化膜的工序；將所述多個金屬基板以通過所述貫通孔將各金屬基板的微細槽部聯(lián)絡(luò)的狀態(tài)多階地重疊接合，同時將形成氣體排出口的罩部件接合在位于多階的最外部并露出所述微細槽部的所述金屬基板上的工序；在位于多階的最外部的至少一方的所述金屬氧化膜上設(shè)置發(fā)熱體的工序。
56.一種用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法，其特征為，具有在多個金屬基板的一方的面上形成微細槽部和在該微細槽部的特定位置上形成具有開口的貫通孔的工序；在多個所述金屬基板的微細槽部內(nèi)載置催化劑的工序；將所述多個金屬基板以通過所述貫通孔將各金屬基板的微細槽部聯(lián)絡(luò)的狀態(tài)多階地重疊接合，同時將形成氣體排出口的罩部件接合在位于多階的最外部并露出所述微細槽部的所述金屬基板上的工序；在位于多階的最外部的至少一方的所述金屬基板面上設(shè)置絕緣膜，在該絕緣膜上設(shè)置發(fā)熱體的工序。
57.一種用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法，其特征為，具有在金屬基板的一方的面上形成微細槽部的槽部形成工序；在所述微細槽的內(nèi)壁面上形成金屬氧化膜的表面處理工序；將具備原料導入口和氣體排出口的罩部件以覆蓋所述微細槽部的狀態(tài)與所述金屬基板接合，形成具有流路的接合體的接合工序；在所述流路的內(nèi)壁面上通過所述金屬氧化膜載置催化劑的催化劑載置工序。
58.一種用于將原料改性得到氫氣的微型反應器的制造方法，其特征為，具有在1組金屬基板的一方的面上以構(gòu)成面對稱的圖案形成微細槽部的槽部形成工序；在所述微細槽部的內(nèi)壁面上形成金屬氧化膜的表面處理工序；將所述1組金屬基板以所述微細槽部相面對的狀態(tài)接合，形成具備流路的接合體的接合工序；在所述流路的內(nèi)壁面上通過所述金屬氧化膜載置催化劑的催化劑載置工序。
全文摘要
微型反應器的結(jié)構(gòu)為，具有在一方的面上具備微細槽部的金屬基板；通過絕緣膜設(shè)置在該金屬基板的另一面上的發(fā)熱體；載置在微細槽部內(nèi)的催化劑，以覆蓋微細槽部的狀態(tài)接合在金屬基板上的具有原料導入口和氣體排出口的罩部件。這種微型反應器由于使用了熱傳導率高、熱容量小的金屬基板，從發(fā)熱體向載置催化劑的熱量的傳遞效率高，此外，金屬基板的加工容易、制造簡便。
文檔編號C01B3/32GK1701037SQ20048000118
公開日2005年11月23日 申請日期2004年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月6日
發(fā)明者八木裕, 木原健, 鈴木綱一 申請人:大日本印刷株式會社