JP2004288488A - Fuel supplying system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel supplying system restraining or blocking fuel flowing into a heat processing device without conducting any electrical control when heat with a temperature higher than a prescribed temperature is generated at the heat processing device. <P>SOLUTION: The heat supplying system 60 is a system supplying fuel 10 from a fuel container 7 storing the liquid fuel 10to a reforming device 20 applying heat treatment to the fuel 10 by generating heat with the prescribed temperature, and has a supply pipe 35 connected to the fuel container 7 and the reforming device 20, supplying the fuel 10 from the fuel container 7 to the reforming device 20. A thermoplastic thermally deforming substance 15, having holes through which the fuel 10 can flow, is filled in the supply tube 35, and the thermally deforming substance 15 keeps the holes in an opened state while the reforming device 20 is generating heat with the prescribed temperature, and plastically deforms so as to close the holes when the reforming device 20 generates heat with the temperature higher than the prescribed temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体燃料を貯蔵した燃料容器から改質装置への燃料供給機構に係り、特に改質装置が所定温度を超えた場合に燃料の供給を遮断する機構に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年では、携帯電話,ノート型パソコン,デジタルカメラ,PDA(Personal Digital Assistance),電子手帳等の小型の電子機器がめざましい進歩・発展を遂げており、その電源として、アルカリ乾電池,マンガン乾電池等の一次電池及びニッケル−カドミウム蓄電池,ニッケル−水素蓄電池,リチウムイオン電池等の二次電池が用いられている。
【0003】
上記のような電子機器では、小型であることに加え、電池そのものの姿勢が変わっても一定の電力が供給されるため、例えば、ノート型パソコンであれば小脇に抱えながら持ち運んだり、携帯電話やデジタルカメラであれば胸ポケットやバックに無造作に収納した状態で持ち運んだりして使用することが可能であり、ユーザの使用場面に応じて電子機器を種々の姿勢に保持して使用することができる。
【0004】
ところが、上記電子機器に搭載される一次電池又は二次電池は、エネルギーの利用効率の観点から検証すると、必ずしもエネルギーの有効利用が図られているとは言えず、今日では、一次電池及び二次電池の代替えのために、高いエネルギー利用効率を実現できる燃料電池についての研究・開発も盛んにおこなわれている。
【0005】
燃料電池というのは、燃料と大気中の酸素とを電気化学的に反応させて化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出すものである。特許文献1にその一例が記載されている。具体的に特許文献1に記載の燃料電池では、燃料として液体燃料が用いられており、液体の毛細管現象を利用して燃料を電池内に供給し、電気エネルギーを取り出している。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−93551号公報(段落番号0011〜0014,第1図)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1に記載の燃料電池のように、毛細管現象を利用した燃料供給系を有する発電システムでは、液体の燃料は消費される毎に毛管力により順次流出してしまう。そのため、発熱しながら液体燃料を熱処理する熱処理装置が燃料供給系の途中に配設される発電システムにおいては、上記のような燃料供給系(つまり、液体の毛細管現象を利用した燃料供給系)を適用することに問題がある。
【0008】
すなわち、熱処理装置が正常に作動している間は問題無いが、熱処理装置に誤作動が生じ、予め設定された設定温度よりも高い温度で熱処理装置が発熱すると、これとは無関係に液体燃料が熱処理装置に流入し続け、液体燃料を無駄に消費させてしまうどころか、熱処理装置を構成する各部材を劣化・破損させる可能性もある。勿論、通常は、熱処理装置の内部に温度センサを配設して温度センサの検出結果に基づき液体燃料の供給を電気的に制御するが、熱処理装置の誤作動による異常な発熱で制御回路そのものに異常が発生すると、燃料供給の制御をおこなうことができず、この場合にも、液体燃料が、制御回路の異常とは無関係に毛管力により熱処理装置に流入し続けてしまい、異常発熱を助長してしまう可能性があり、燃料電池のみならず燃料電池により作動されるデバイスをも故障させる可能性がある。
【0009】
本発明の課題は、液体の燃料を貯蔵した燃料容器から熱処理装置への燃料の供給をおこなう燃料供給機構であって、熱処理装置が予め設定された設定温度よりも高い温度で発熱したときに電気的な制御をおこなわずに熱処理装置への燃料の流入を抑制又は遮断することができる燃料供給機構を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、
液体の燃料を貯蔵した燃料容器から、予め設定された設定温度で発熱しながら前記燃料を熱処理する熱処理装置へと前記燃料を供給するための燃料供給機構であって、
前記燃料容器と前記熱処理装置とに接続され、前記燃料を前記燃料容器から前記熱処理装置に供給する第一供給部材を有し、
前記第一供給部材には、前記燃料が流通可能な孔を有する熱可塑性の熱変形体が充填され、
前記熱変形体は、前記熱処理装置が前記設定温度で発熱しているときに前記孔を開放したままの状態を維持し、前記熱処理装置が前記設定温度よりも高い温度で発熱したときに前記孔を閉塞するように塑性変形することを特徴とする。
【0011】
請求項1に記載の発明では、熱処理装置に第一供給部材が接続され、第一供給部材に熱変形体が充填されるため、熱処理装置で発熱した熱は、第一供給部材を介して熱変形体に伝導する。従って、熱変形体は、熱処理装置が発熱している間は熱処理装置からの熱を常時受けるが、熱処理装置が設定温度で発熱しているときは孔を開放したままの状態を維持するため、燃料容器から流出した燃料は、熱変形体を通過するように第一供給部材を流通して熱処理装置に流入する。
【0012】
一方、熱処理装置が設定温度よりも高い温度で発熱したときに、熱変形体は孔を閉塞するように塑性変形するため、第一供給部材のなかでの燃料の流通は、熱変形体が充填された位置で抑制又は遮断される。これにより、熱処理装置が予め設定された設定温度よりも高い温度で発熱したときに、電気的な制御をおこなわずに熱処理装置への燃料の流入を抑制又は遮断することができ、ひいては燃料の浪費や熱処理装置の各部材の劣化・破損を防止することができる。
【0013】
請求項2に記載の発明は、
液体の燃料を貯蔵した燃料容器から、予め設定された設定温度で発熱しながら前記燃料を熱処理する熱処理装置へと前記燃料を供給するための燃料供給機構であって、
前記燃料容器と前記熱処理装置とに接続され、前記燃料を前記燃料容器から前記熱処理装置に供給する第一供給部材と、
前記燃料容器の内部に配設されるとともに前記第一供給部材と着脱自在に接続され、前記燃料を前記燃料容器の内部から第一供給部材に供給する第二供給部材と、を有し、
前記第二供給部材には、前記燃料が流通可能な孔を有する熱可塑性の熱変形体が充填され、
前記熱変形体は、前記熱処理装置が前記設定温度で発熱しているときに前記孔を開放したままの状態を維持し、前記熱処理装置が前記設定温度よりも高い温度で発熱したときに前記孔を閉塞するように塑性変形することを特徴とする。
【0014】
請求項2に記載の発明では、熱処理装置に第一供給部材が接続され、第一供給部材に第二供給部材が接続され、さらに第二供給部材に熱変形体が充填されるため、熱処理装置で発熱した熱は、第一供給部材及び第二供給部材を介して熱変形体に伝導する。従って、請求項1と同様に、熱変形体は、熱処理装置が発熱している間は熱処理装置からの熱を常時受けるが、熱処理装置が設定温度で発熱しているときは孔を開放したままの状態を維持するため、燃料容器の内部の燃料は、熱変形体を通過するように第二供給部材を流通して第一供給部材及び熱処理装置に流入する。
【0015】
一方、熱処理装置が設定温度よりも高い温度で発熱したときに、熱変形体は孔を閉塞するように塑性変形するため、第二供給部材のなかでの燃料の流通は、熱変形体が充填された位置で抑制又は遮断される。これにより、熱処理装置が予め設定された設定温度よりも高い温度で発熱したときに、電気的な制御をおこなわずに熱処理装置への燃料の流入を抑制又は遮断することができ、ひいては燃料の浪費や熱処理装置の各部材の劣化・破損を防止することができる。
【0016】
さらに請求項2に記載の発明では、第二供給部材が、燃料容器の内部に配設されるとともに第一供給部材に着脱自在に接続されるため、第二供給部材とそれに充填された熱変形体は燃料容器毎に交換可能となっている。従って、燃料容器を交換する度に熱変形体を新規な状態で使用することができ、長期間の使用により熱変形体が熱処理装置の熱を受けて劣化するのを防止することができる。
【0017】
請求項3に記載の発明は、
請求項1又は2に記載の燃料供給機構において、
前記熱変形体は、前記熱処理装置が前記設定温度よりも高い温度で発熱し始めたときに塑性変形する位置で前記第一供給部材に充填されていることを特徴とする。
【0018】
請求項3に記載の発明では、熱変形体は、熱処理装置が設定温度よりも高い温度で発熱し始めたときに塑性変形する位置に充填されているため、熱処理装置が設定温度よりも高い温度で発熱し始めた初期の段階で燃料の流通を抑制又は遮断することができる。これにより、燃料の浪費を限りなく少なく抑えることができ、熱処理装置の各部材の劣化・破損も確実に防止することができる。
【0019】
請求項4に記載の発明は、
請求項1に記載の燃料供給機構において、
前記第一供給部材は、高熱伝導性材料から構成されていることを特徴とする。
【0020】
請求項5に記載の発明は、
請求項2に記載の燃料供給機構において、
前記第二供給部材は、高熱伝導性材料から構成されていることを特徴とする。
【0021】
請求項4、5に記載の発明では、第一供給部材や第二供給部材が高熱伝導性材料から構成されているため、熱処理装置で発熱した熱を熱変形体に確実に伝導させ、熱処理装置への燃料の流入を抑制又は遮断することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されない。
図1は発電システム1の基本構成を示すブロック図であり、図2は、発電システム1に配設される燃料貯蔵モジュール2及び発電モジュール3の概略構成を示す一部破断斜視図である。ただし、図2では燃料貯蔵モジュール2は一端部の構成のみが図示されており、他端部が省略されている。
【0023】
図1に示す通り、発電システム1は、燃料10(図2参照)を貯蔵する燃料貯蔵モジュール2と、燃料貯蔵モジュール2に貯蔵された燃料10で発電する発電モジュール3と、を有している。
【0024】
具体的に燃料貯蔵モジュール2は、図2に示す通り、略円筒状の筐体4を有しており、筐体4が発電モジュール3に対して着脱自在に取り付けられるようになっている。筐体4の頭頂部には円形の貫通孔5が形成されており、筐体4の外周側には、発電モジュール3で生成された副生成物の水を流通させる排水管6が形成されている。燃料貯蔵モジュール2の底部には、排水用の水を貯留する排水容器(図示略)が配設されており、この排水容器に上記排水管6が接続されている。
【0025】
筐体4の内部には、所定長さを有する円筒状の燃料容器7が収納されており、燃料容器7の内部に液体の燃料10が貯蔵されている。燃料容器7は、透明又は半透明を呈した円筒状の部材であって、ポリエチレン,ポリプロピレン,ポリカーボネート,アクリル等の材料から構成されている。また、燃料10は具体的に、化学燃料と水との混合物である。化学燃料としては、メタノール,エタノール等のアルコール類やガソリンといった水素元素を含む化合物が適用可能である。本実施形態では、メタノールと水とを等モルで均一に混合した混合物が燃料10として用いられている。
【0026】
上記燃料容器7の頭頂部には、燃料10を発電モジュール3に供給するための供給口8が突出するように配設されており、供給口8の内部には、供給口8全体を閉塞する閉塞膜9が配設されている。本実施形態の燃料容器7では、供給口8を閉塞膜9により被膜することで、燃料容器7そのものの保存中に燃料容器7から燃料10が漏出するのを防止している。また、燃料容器7の内部には、図2において燃料容器7の底部から上記供給口8(の閉塞膜9の下方)にまで延在する第二供給部材としての供給管11が配設されている。
【0027】
なお、燃料容器7は、図2に示す通り、燃料容器7の供給口8が筐体4の貫通孔5に挿入されるように、筐体4の内部に着脱自在に収納されるようになっている。燃料容器7が筐体4の所定位置に収納された状態では、燃料容器7は、外周面の一部が筐体4の外部に露出するようになっている。この状態において、上記の通り、容器本体15が透明又は半透明であるため、燃料容器7を介して燃料10の有無又は残量を容易に確認できるようになっている。
【0028】
次に、発電モジュール3について説明する。
図1及び図2に示す発電モジュール3は、燃料容器7に貯蔵された燃料10を発熱しながら改質する熱処理装置としての改質装置20を有している。改質装置20は気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24から構成されている。また発電モジュール3は、改質装置20で改質された燃料10により発電をおこなう燃料電池25と、燃料電池25で発電された電気エネルギーを蓄電し必要に応じて電気エネルギーを供給する蓄電部26と、蓄電部26から供給された電気エネルギーを発電モジュール3全体に分配する分配部27と、上記改質装置20、燃料電池25、蓄電部26及び分配部27を電子制御する制御部28と、を有している。
【0029】
図2に示す通り、発電モジュール3は略円筒状の筐体30を有している。筐体30の内部には、気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24がこの順に重ねられた状態で配設されており、さらには気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24を囲むように燃料電池25が配設されている。また燃料電池25の外側であって筐体30の外周面には、空気中の酸素を吸気するための複数のスリット31,31,…が互いに平行に並んだ状態で形成されている。
【0030】
筐体30の頭頂部には、蓄電部26(図1参照)から外部のデバイスに電気エネルギーを供給するための端子32が配設されており、端子32の周囲であって筐体30の頭頂部には複数の通気孔33,33,…が形成されている。
【0031】
筐体30の底部であって筐体30の外周側には、燃料貯蔵モジュール2の排水管6と接続可能な排水管34が配設されている。排水管34は発電モジュール3で生成された副生成物の水を流通させるためのものである。排水管34にはバルブ36が配設されており、筐体30に設けられた水導入管37がバルブ36を介して排水管34に通じている。また筐体30の底部であって筐体30の中央部には、燃料貯蔵モジュール2の燃料容器7と接続可能な第一供給部材としての供給管35が配設されている。供給管35は燃料容器7から燃料10を吸入するためのものである。
【0032】
上記構成を具備する燃料貯蔵モジュール2と発電モジュール3とにおいて、燃料容器7を収納した燃料貯蔵モジュール2を発電モジュール3に取り付ける(接続する)と、両モジュール2,3の接続箇所の外周側では、発電モジュール3の排水管34が燃料貯蔵モジュール2の排水管6と接続される。これにより、排水管34と排水管6とが互いに通じ合い、発電モジュール3で生成された副生成物の水が、発電モジュール3の排水管34から燃料貯蔵モジュール2の排水管6へと流入可能な状態となる。
【0033】
一方、両モジュール2,3の接続箇所の中央部では、発電モジュール3の供給管35が、燃料容器7の供給口8に挿入されて閉塞膜9を突き破り、供給管11と接続される。これにより、供給管35と供給管11とが互いに通じ合い、燃料容器7に貯蔵された燃料10が、燃料容器7の供給管11から発電モジュール3の供給管35へと流入可能な状態となる。
【0034】
図3は、本発明に係る燃料供給機構60を示す図面である。
燃料供給機構60は、燃料容器7の供給管11と発電モジュール3の供給管35とを有し、供給管11及び供給管35を介して燃料容器7から発電モジュール3への燃料10の供給を実現するための機構である。そして燃料供給機構60では、発電モジュール3の供給管35の途中に、加熱により塑性変形する熱変形体15が充填されているのが特徴となっている。熱変形体15はガラス,合成樹脂等の熱可塑性材料から構成されるものであって、具体的に本実施形態では、ポリスチレン,ポリエチレン,ポリアミド等の合成樹脂から構成されている。
【0035】
さらに熱変形体15は、複数の微細孔を無作為に繋いで成形した構造を有しており、所定温度以下では燃料10が各微細孔を通過可能な状態を維持し、所定温度以上に加熱されると各微細孔が閉塞するように塑性変形(軟化)するようになっている。従って、燃料容器7から発電モジュール3へと燃料10が供給される場合、熱変形体15が所定温度以下に保持されたときには、燃料10は熱変形体15の各微細孔を通過しながら発電モジュール3の供給管35を流通可能であり、熱変形体15が所定温度以上に加熱されたときには、熱変形体15が各微細孔を閉塞するように塑性変形して発電モジュール3の供給管35のなかでの燃料10の流通が抑制又は遮断されるようになっている。
【0036】
なお、後述する通り、発電モジュール3では、一連の化学反応を引き起こすために数珠繋ぎに連結された気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の各反応器を加熱するために、これら各反応器にはマイクロ流路56がそれぞれ形成されており、各反応器のマイクロ流路56には、供給管35と連通して燃料10を流入させる流入管58がそれぞれ配設されている。そして、気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24のいずれかの反応器で異常発熱が起きると、その熱が流入管58から供給管35に伝導して、熱変形体15が各微細孔を閉塞するように塑性変形し、燃料10の流通が抑制又は遮断されるようになっている。このとき、気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の各マイクロ流路56には燃料10が到達せず(供給されず)、異常発熱を起こした反応器での異常発熱が停止するようになっている。
【0037】
また、本実施形態では、熱変形体15は、上記の通りに複数の微細孔を無作為に繋いで成形した構造を有しているが、このような構造には限定されず、熱変形体15は、例えば、燃料10が流通可能な細長い直線状の孔を有する構造であってもよいし、燃料10が流通可能な細長い孔を枝状に無作為に繋いだ構造であってもよい。つまり、熱変形体15は、所定温度以下に保持されたときに燃料10の流通を許容し、所定温度以上に加熱されたときに燃料10の流通を遮断するような孔を有していればよい。
【0038】
また、燃料容器7の供給管11、発電モジュール3の供給管35並びに気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の各流入管58は、金属等の高熱伝導性材料から構成されており、各供給管11,35及び各流入管58には、発電モジュール3の改質装置20で発熱した熱が効率よく伝導するようになっている(これについては後述する)。
【0039】
次に、改質装置20の各反応器及び燃料電池25とそこで起こる化学反応とについて説明する。
気化器21は、燃料貯蔵モジュール2の燃料容器7から供給された燃料10を加熱することで、燃料10を気化(蒸発)させるものである。気化器21で気化した混合気は水蒸気改質反応器22へ供給される。
【0040】
水蒸気改質反応器22は、化学反応式(1)のように、気化器21から供給された混合気を改質触媒で水素ガスと二酸化炭素ガスに改質するものである。
CHOH+HO→3H+CO … (1)
また、気化器21から供給された混合気が完全に水素ガスと二酸化炭素ガスとに改質されない場合もあり、この場合、化学反応式(2)のように、水蒸気改質反応器22で微量の一酸化炭素ガスが生成される。
2CHOH+HO→5HO+CO+CO … (2)
水蒸気改質反応器22で生成された水素ガス、二酸化炭素ガス及び一酸化炭素に加えて未反応の水蒸気は、水性シフト反応器23へ供給される。
【0041】
なお、燃料10に含有した化学燃料の濃度を高くするために、化学反応式(1)の左辺の水として燃料電池25で生成された副生成物の水をバルブ36で制御された水導入管37を介して水蒸気改質反応器22に導入させてもよく、また燃料容器7とは別の上記排水容器に溜まっている水を毛管現象等により、燃料貯蔵モジュール2の排水管6から発電モジュール3の排水管34に流入させ、排水管34から水導入管37に導入させてもよい。
【0042】
水性シフト反応器23は、化学反応式(3)のように、水蒸気改質反応器22から供給された混合気(水素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気及び一酸化炭素ガス)のうち一酸化炭素ガスを触媒で水性シフト反応させるものである。
CO+HO→CO+H … (3)
【0043】
水蒸気改質反応器22において未反応だった水蒸気が水性シフト反応に用いられ、混合気の水蒸気及び一酸化炭素ガス濃度は非常に希薄になる。水性シフト反応器23から選択酸化反応器24へ混合気(水素ガス、二酸化炭素ガス及び一酸化炭素ガスを含む。)が選択酸化反応器24へ供給される。なお、燃料10に含有した化学燃料の濃度を高くするために、化学反応式(3)の左辺の水として燃料電池25で生成された副生成物の水をバルブ36で制御された水導入管37を介して水性シフト反応器23に導入させてもよい。
【0044】
選択酸化反応器24は、水性シフト反応器23から供給された混合気のうち一酸化炭素ガスを触媒によって選択し、化学反応式(4)のように、一酸化炭素ガスを酸化させるものである。
2CO+O→2CO … (4)
化学反応式(4)の左辺の酸素は、発電モジュール3の複数の通気孔33,33,…を介して大気中から選択酸化反応器24に取り込まれる。また、選択酸化反応器24には、化学反応式(4)の化学反応を選択的に促進する触媒が形成されているため、混合気に含まれる水素はほとんど酸化しない。選択酸化反応器24から燃料電池25へ混合気が供給されるが、その混合気には一酸化炭素ガスがほとんど含まれず、水素ガス及び二酸化炭素ガスの純度が非常に高い。選択酸化反応器24に水素とそれ以外の無害の副生成物とに分離できる機構が設けられていれば、各通気孔33からその副生成物を排出するようにしてもよい。
【0045】
燃料電池25は、触媒微粒子が付着した燃料極(カソード)と、触媒微粒子が付着した空気極(アノード)と、燃料極と空気極との間に介装されたフィルム状のイオン伝導膜とを具備するものである。燃料極には選択酸化反応器24からの混合気が供給され、空気極には、発電モジュール3の外周面に設けられた複数のスリット31,31,…を介して大気中の酸素ガスが供給される。
【0046】
電気化学反応式(5)に示すように、燃料極に水素ガスが供給されると、燃料極に付着した触媒により電子の分離した水素イオンが発生し、水素イオンがイオン伝導膜を通じて空気極へ伝導し、燃料極より電子が取り出される。また、選択酸化反応器24から供給された混合気のうち二酸化炭素ガスは、反応せずに外部に放出される。
3H→6H+6e … (5)
一方、電気化学反応式(6)に示すように、空気極に酸素ガスが供給されると、イオン導電膜を通過した水素イオンと、酸素ガスと、電子とが反応して、水が副生成物として生成される。
6H+3/2O+6e→3HO … (6)
燃料電池25で以上のような電気化学反応が起こることによって、電気エネルギーが生成される。生成された電気エネルギーは、蓄電部26に蓄電されるようになっている。
【0047】
なお、上記気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24は、シリコン、アルミニウム合金又はガラスからなる小型の基板に形成されたマイクロ流路に流体を流してこの流体を気化させるか又は流体の少なくとも一部に化学反応を引き起こさせるマイクロリアクタとして機能するものである。以下では、気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の構造について説明する。
【0048】
図4は気化器21の断面図であり、図5は気化器21に備わった熱処理炉40の斜視図である。
図4に示す通り、気化器21は、低融点ガラスで形成された直方体状のガラス容器53を有しており、ガラス容器53の内壁及び外壁には、アルミニウムや金等で形成された輻射シールド膜51,52が成膜されている。輻射シールド膜51は輻射性に富んだ金からなり、輻射シールド膜52は、柔軟な金でできた輻射シールド膜51に応力が加えられることで傷ついたり、穴が生じないように厚めのアルミニウムで形成されている。各輻射シールド膜51,52は、赤外線を含む電磁波に対して高い反射性を有しており、後述の熱処理炉40で発した電磁波をガラス容器53の内部に反射するようになっている。これにより、熱処理炉40で発された電磁波はガラス容器53の外部に伝播するのを遮蔽され、熱処理炉40から発された電磁波による輻射熱がガラス容器53の外部に放熱するのを防止できるようになっている。
【0049】
ガラス容器53の内壁に成膜された輻射シールド膜51の内側であってガラス容器53の内部の各角部には、支持体54,54,…がそれぞれ配設されている。そして各支持体54により支持された状態で、熱処理炉40がガラス容器53の内部に配設されている。ただし、熱処理炉40はガラス容器53の内壁から離間している。
【0050】
上記熱処理炉40は、図4に示す通り、3枚の基板41,42,55を互いに重ね合わせて接合した構造を有している。各基板41,42,55はシリコン結晶,アルミニウム,ガラス等の材料で構成されている。そして図5に示す通り、各基板41,42,55の接合部には葛折りとされたマイクロ流路43,56が形成されている。
【0051】
マイクロ流路43は、基板41の一方の面に形成された葛折り状の溝を基板42に向かい合わせて基板41と基板42とを接合することで形成されており、基板41と基板42との間に封止されている。マイクロ流路43としての溝は、基板41の一方の面にフォトリソグラフィー法,エッチング法等を適宜施すことによって形成されている。
【0052】
マイクロ流路56は、マイクロ流路43と対向する位置で且つ基板55の一方の面に形成された葛折り状の溝を基板42に向かい合わせて基板55と基板42とを接合することで形成されており、基板55と基板42との間に封止されている。マイクロ流路56の一端は基板55に設けられた流入管58に連通され、マイクロ流路56の他端は基板55に設けられた流出管59に連通されている。マイクロ流路56としての溝は、基板55の一方の面にフォトリソグラフィー法,エッチング法等を適宜施すことによって形成されている。マイクロ流路56の内壁には、燃焼触媒膜57がマイクロ流路56のほぼ一端から他端までマイクロ流路56に沿って形成されている。燃焼触媒膜57は、燃料10に含まれる化学燃料を燃焼させる反応(発熱反応)を促進する触媒であり、燃焼触媒膜57によって起こる発熱反応は、マイクロ流路43での燃料10の気化反応(吸熱反応)を促進するようになっている。
【0053】
流入管58は図示しないポンプを介して供給管35と連結しており、流入管58には、供給管35から燃料10が流入するようになっている。流出管59は、燃焼後に残った二酸化炭素等の生成物を含む流体を発電モジュール3外に排出する管である。またマイクロ流路56は、マイクロ流路43と平面的に重なるのであればこの形状に限らない。
【0054】
図4及び図5に示す通り、マイクロ流路43の一方の端部には流出管45の端部が連結されている。流出管45は、基板41、輻射シールド膜51,52及びガラス容器53を貫通して熱処理炉40からガラス容器53外部に引き出されている。マイクロ流路43の他方の端部には流入管44の端部が連結されている。流入管44も、流出管45と同様に、基板42、輻射シールド膜51,52及びガラス容器53を貫通して熱処理炉40からガラス容器53の外部に引き出されている。また、流入管44は、発電モジュール3の上記供給管35に通じており、燃料容器7に貯蔵された燃料10が、供給管35及び流入管44を介してマイクロ流路43に流入するようになっている。さらに流入管44は、上記供給管35と同様に、金属等の高熱伝導性材料から構成されている。
【0055】
なお、気化器21の流入管44と発電モジュール3の供給管35との間には、燃料供給機構60の一部としてマイクロポンプ(図示略)が介在している。このマイクロポンプは上記制御部28に接続されており、上記制御部28がマイクロポンプを制御して、供給管35から気化器21の流入管44に流れる燃料10の流量を制御するようになっている。
【0056】
さらに図4に示す通り、基板42の基板41との接合面には、マイクロ流路43に対応するような葛折り状の発熱抵抗膜47が形成されている。基板41と基板42とが互いに接合された状態では、マイクロ流路43を形成する溝に発熱抵抗膜47が重なり、発熱抵抗膜47がマイクロ流路43の床を形成している。発熱抵抗膜47は、マイクロ流路43の一端から他端までマイクロ流路43に沿って形成されている。発熱抵抗膜47はマイクロ流路43と平面的に重なるのであればこの形状に限らず例えば矩形であってもよい。
【0057】
マイクロ流路43の一端において発熱抵抗膜47にリード線48が接続されており、マイクロ流路43の他端において発熱抵抗膜47にリード線49が接続されている。各リード線48,49は、金,白金,ニッケル等の抵抗率が非常に低く化学的に安定した金属材料で形成されており、各リード線48,49の電気抵抗は、発熱抵抗膜47の電気抵抗に比較しても非常に小さくなっている。発熱抵抗膜47は、マイクロ流路43での化学反応を促進するために、マイクロ流路56での燃焼による発熱を補助し、温度を微調整するためのもので、発熱抵抗膜47で発生する熱量はマイクロ流路56で発生する熱量より小さい。
【0058】
図4に示す通り、各リード線48,49は、2枚の基板41,42に挟まれた状態で輻射シールド膜51,52及びガラス容器53を貫通して熱処理炉40からガラス容器53の外部に引き出されている。リード線48はガラス容器53の外部において分配部27の一方の電極に接続されており、リード線49はガラス容器53の外部において分配部27の他方の電極に接続されている。
【0059】
分配部27は、制御部28からの制御信号に応じて発熱抵抗膜47に供給する電力を変更できる機能を有している。例えば、分配部27によって印加される電圧が一定であれば、分配部27はリード線48,49に流す電流を変更できるようになっており、分配部27によって流れる電流が一定であれば、分配部27はリード線48−リード線49に印加する電圧を変更できるようになっている。勿論、分配部27が電圧と電流の両方を変更できてもよく、直流駆動及び交流駆動のいずれであってもよい。
【0060】
また制御部28は、汎用のCPU(central processing unit)等からなる演算処理装置又は専用の論理回路を有し、分配部27の電圧及び電流を示す信号をフィードバックして分配部27から発熱抵抗膜47に付与する電力を調整する機能を有している。このような構成により、発熱抵抗膜47による発熱温度が調整されるようになっている。さらに制御部28は、供給管35を介して燃料容器7の燃料10を取り込むとともに取り込んだ燃料10を気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の各流入管58に送出する図示しないポンプを制御するようになっている。したがって、制御部28は、マイクロ流路56に流入する燃料10の流入量及び上記発熱抵抗膜47を制御することで、マイクロ流路43内の温度を統轄して制御するようになっている。
【0061】
なお、上記構成を具備する気化器21では、流入管44、流出管45及びリード線48,49が各輻射シールド膜51,52及びガラス容器53を貫通した状態において、ガラス容器53の内部は密閉された空間となっており、ガラス容器53の内部空間は気圧が非常に低い真空状態となっている。従ってガラス容器53の内部には熱を伝搬する媒体がほとんど存在せず、熱処理炉40からガラス容器53の外部への熱の放熱を抑えることができるようになっている。
【0062】
図6は、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の各反応器を示す断面図である。ただし、図6に示す水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の各反応器では、上記気化器21と同様の構成要素に上記と同様の符号を付してそれら構成要素の詳細な説明を省略している。
【0063】
図6に示す通り、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の各反応器は、上記気化器21と略同様の構成を有しているが、特に水蒸気改質反応器22の流入管44は気化器21の流出管45に通じており、水蒸気改質反応器22の流出管45は水性シフト反応器23の流入管44に通じており、水性シフト反応器23の流出管45は選択酸化反応器24の流入管44に通じており、選択酸化反応器24の流出管45は燃料電池25の燃料極に通じている。また、図2にも示す通り、気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の各反応器はこの順に重ねられているが、各反応器の外壁に被膜された輻射シールド膜52が隣り合う反応器同士で接触した状態で各反応器が重ねられている。
【0064】
さらに水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24のいずれの反応器においても、マイクロ流路43の内壁及び天井(つまり、基板41の溝の壁面)には改質触媒膜46がマイクロ流路43の一端から他端までマイクロ流路43に沿って形成されている。改質触媒膜46は、燃料10に含まれる化学燃料を改質して水素を生成するものであり、改質触媒膜46の成分・種類等は、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23、選択酸化反応器24の間で異なっていてもよい。ここで、水蒸気改質反応器22の場合には、上記化学反応式(1)で示された化学反応が改質触媒膜46によって促進され、水性シフト反応器23の場合には、上記化学反応式(3)で示された化学反応が改質触媒膜46によって促進され、選択酸化反応器24の場合には、上記化学反応式(4)で示された化学反応が改質触媒膜46によって促進されるようになっている。
【0065】
なお、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の各マイクロ流路56では、いずれも燃料10を燃焼触媒膜57により燃焼させてマイクロ流路43を加熱するようになっているが、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の各マイクロ流路43で行われる反応で必要とされる熱量がそれぞれ異なる場合には、その熱量に従った量の燃料10を各流入管58に流入させ、マイクロ流路56での発熱量を制御すればよい。また、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24に通じる各流入管58は、図示しないポンプを介して供給管35と連結されており、各流入管58には、ポンプ及び供給管35を介して燃料10が流入するようになっている。
【0066】
次に、発電システム1の使用方法及び動作を説明する。
まず、燃料容器7を収納した燃料貯蔵モジュール2を発電モジュール3に取り付ける。すると、発電モジュール3の排水管34が燃料貯蔵モジュール2の排水管6と接続され、発電モジュール3の供給管35が、燃料容器7の供給口8に挿入されて閉塞膜9を突き破り、燃料容器7の供給管11と接続される。
【0067】
そして、改質装置20を駆動するための制御信号が制御部28から分配部27に入力されると、分配部27から気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の各反応器の発熱抵抗膜47にリード線48,49を介して電力が供給され、各発熱抵抗膜47が発熱する。ここで、制御部28は、各マイクロ流路56で発生される熱の熱情報データ並びに分配部27から気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の各発熱抵抗膜47に与える電圧及び電流を示す信号をフィードバックし、各流入管58及び供給管35間に介在するポンプ(各マイクロ流路56に流入する燃料10の流入量)と分配部27の電圧及び電流とを制御する。これにより、本実施形態では、各マイクロ流路56で起こる発熱反応による加熱と各発熱抵抗膜47による加熱とで、マイクロ流路43が予め設定された設定温度になるように制御される。
【0068】
これに伴い、各流入管58及び供給管35間に介在するポンプが制御部28により制御された状態で作動し、燃料容器7の燃料10が、各流入管58を通じて気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の各マイクロ流路56に供給される。すると、供給された燃料10が燃焼触媒膜57の触媒作用により燃焼して、各マイクロ流路56で発熱反応が起こる。これにより、気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の各マイクロ流路43が加熱される。
【0069】
また、発電モジュール3のマイクロポンプ(気化器21の流入管44と供給管35との間に介在するマイクロポンプ)も制御部28により制御された状態で作動し、燃料容器7の燃料10が供給管11及び供給管35を通じて吸引される。すると、燃料10は、燃料容器7の供給管11から発電モジュール3の供給管35へと流出し、熱変形体15を通過するように供給管35を流通し、供給管35から気化器21の流入管44に流入し、流入管44から気化器21の熱処理炉40内に流入する。
【0070】
熱処理炉40内では、燃料10は、マイクロ流路56の発熱反応による熱と発熱抵抗膜47の熱とによって加熱されて蒸発し、気化器21内では気圧が高くなって対流が生じる。これにより、液体であった燃料10がメタノールと水との混合気に相変化し、気化器21から水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23、選択酸化反応器24及び燃料電池25までこの順に流通する。
【0071】
水蒸気改質反応器22においては、混合気が流入管44から流出管45へとマイクロ流路43を流れる。混合気がマイクロ流路43を流れているときには、混合気が、マイクロ流路56の発熱反応による熱と発熱抵抗膜47による熱とで加熱される。そして、混合気が改質触媒膜46によって促進されて、混合気が上記化学反応式(1)・(2)のような反応を起こす。
【0072】
水性シフト反応器23においては、混合気がマイクロ流路43を流れているときに、マイクロ流路56の発熱反応による熱と発熱抵抗膜47による熱とによって加熱されて、上記化学反応式(3)のような反応を起こす。選択酸化反応器24においても同様に、混合気がマイクロ流路43を流れているときに、マイクロ流路56の発熱反応による熱と発熱抵抗膜47による熱とによって加熱されて、上記化学反応式(4)のような反応を起こす。そして、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24によって生成された水素が燃料電池25の燃料極に供給され、燃料電池25においては、上記化学反応式(5)・(6)のような電気化学反応が起きて電気エネルギーが生成される。生成された電気エネルギーは、蓄電部26に蓄電されたり端子32を通じて外部に供給されたりする。
【0073】
さらに燃料電池25においては、上記化学反応式(6)に示すような電気化学反応に伴い、副生成物として水が生成される。燃料電池25で生成された水は、発電モジュール3の排水管34を流通し、排水管34から燃料貯蔵モジュール2の排水管6に流入し、排水管6から上記排水容器に排出される。
【0074】
ここで、上記のように、燃料容器7から改質装置20に燃料10が供給されると改質装置20では燃料10が順次改質されるが、改質装置20の各反応器では、マイクロ流路56で発熱反応が起こるとともに発熱抵抗膜47が発熱するため、改質装置20の駆動時において、気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の各反応器の温度が上昇し、改質装置20の熱が、気化器21の流入管44、各流入管58及び発電モジュール3の供給管35を介して熱変形体15に伝導する。
【0075】
本実施形態では、熱変形体15は、上記の通り、発電モジュール3の供給管35の途中の位置に充填されているが、具体的には、気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24のマイクロ流路43が設定温度通りに保持されているときはその熱を受けても塑性変形せず、気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24のマイクロ流路43が設定温度よりも高い温度になったときにその熱を受けて塑性変形する位置に充填されている。
【0076】
従って、気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24のマイクロ流路43の温度が正常に制御されている間は、熱変形体15には軟化点以上の熱が伝導されず、熱変形体15は、各微細孔を開放したままの状態を維持して燃料10の流通を許容する。逆に、改質装置20(気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24のいずれかの反応器)に誤作動が生じたり制御部28の制御に異常等が発生したりして、各反応器のマイクロ流路43が設定温度の制御幅を上回る温度になり始めると、熱変形体15に軟化点以上の熱が伝導され、熱変形体15は各微細孔が閉塞するように塑性変形(軟化)し、供給管35のなかでの燃料10の流通が抑制又は遮断される。
【0077】
以上のように本実施形態では、発電モジュール3の供給管35に熱変形体15が充填されており、改質装置20の各マイクロ流路56での発熱反応の熱量及び各発熱抵抗膜47の熱量により加熱されるマイクロ流路43内の温度が予め設定された設定温度より高くなったときに、その熱が気化器21の流入管44、流入管58又は供給管35を介して熱変形体15に伝導し、熱変形体15が、各微細孔を開放した状態から閉塞する状態へと塑性変形し、供給管35のなかでの燃料10の流通が抑制又は遮断されるようになっている。この場合、気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の各マイクロ流路56には燃料10が供給されないので、各マイクロ流路56での発熱反応が停止され、気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24のマイクロ流路43の温度が急激に下がる。これにより、燃料10の浪費や改質装置20の各部材の劣化・破損を防止することができる。
【0078】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び設計の変更をおこなってもよい。
【0079】
例えば、本実施形態の燃料供給機構60では、熱変形体15を発電モジュール3の供給管35の途中に充填したが、図7に示す通り、燃料容器7の内部に配設された供給管11に熱変形体15を充填してもよい。具体的には、上記と同様に、熱変形体15は、気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24のマイクロ流路43の温度が設定温度通りに保持されているときはその熱を受けても塑性変形せず、気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24のマイクロ流路43が設定温度よりも高い温度になったときにその熱を受けて塑性変形する位置に充填される。
【0080】
この場合には、改質装置20の熱(気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24で発生する熱)が、気化器21の流入管44、流入管58、発電モジュール3の供給管35及び燃料容器7の供給管11を介して熱変形体15に伝導し、気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24のマイクロ流路43が予め設定された設定温度よりも高い温度になったときに、熱変形体15が塑性変形して供給管11のなかでの燃料10の流通を抑制又は遮断するようになっている。またこの場合、燃料容器7毎に熱変形体15が配設されるため、燃料容器7を交換する度に熱変形体15を新規な状態で使用することができ、各熱変形体15が長期間の使用により改質装置20の熱を受けて劣化するのを防止することができる。
【0081】
また本実施形態では、発電モジュール3の供給管35が直線状に図示されている(図2及び図3参照)が、供給管35を屈曲させたり湾曲させたり又は螺旋状に旋回させたりして、供給管35の長さを、燃料容器7の供給口8から供給管35と気化器21の流入管44との繋ぎ目までの距離よりも長くしてもよい。この場合、熱変形体15が、塑性変形したときに燃料容器7又は発電モジュール3に流動するのを防止することができる。
【0082】
【発明の効果】
本発明によれば、熱処理装置が予め設定された設定温度よりも高い温度で発熱したときに、電気的な制御をおこなわずに熱処理装置への燃料の流出を抑制又は遮断することができ、ひいては燃料の浪費や熱処理装置の各部材の劣化・破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】発電システムの基本構成を示すブロック図である。
【図2】燃料貯蔵モジュール及び発電モジュールの概略構成を示す一部破断斜視図である。
【図3】燃料供給機構を示す図面である。
【図4】気化器を示す断面図である。
【図5】気化器の熱処理炉を示す外観斜視図である。
【図6】水蒸気改質反応器、水性シフト反応器及び選択酸化反応器の各反応器を示す断面図である。
【図7】図3に示す燃料供給機構の変形例を示す図面である。
【符号の説明】
1…発電システム
2…燃料貯蔵モジュール
3…発電モジュール
4…筐体
5…貫通孔
6…排水管
7…燃料容器
8…供給口
9…閉塞膜
10…燃料
11…供給管(第二供給部材)
15…熱変形体
20…改質装置(熱処理装置)
21…気化器
22…水蒸気改質反応器
23…水性シフト反応器
24…選択酸化反応器
25…燃料電池
26…蓄電部
27…分配部
28…制御部
30…筐体
31…スリット
32…端子
33…通気孔
34…排水管
35…供給管(第一供給部材)
36…バルブ
37…水導入管
40…熱処理炉
41,42…基板
43…マイクロ流路
44…流入管
45…流出管
46…改質触媒膜
47…発熱抵抗膜
48,49…リード線
51,52…輻射シールド膜
53…ガラス容器
54…支持体
60…燃料供給機構
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mechanism for supplying fuel from a fuel container storing liquid fuel to a reformer, and more particularly to a mechanism for shutting off fuel supply when the temperature of a reformer exceeds a predetermined temperature.
[0002]
[Prior art]
In recent years, small electronic devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, PDAs (Personal Digital Assistance), and electronic notebooks have made remarkable advances and developments. Batteries and secondary batteries such as nickel-cadmium storage batteries, nickel-hydrogen storage batteries, and lithium ion batteries are used.
[0003]
Since the electronic devices described above are small in size and are supplied with a constant amount of power even when the attitude of the battery itself changes, for example, a laptop computer can be carried while holding it beside a mobile phone, A digital camera can be carried around and used in a state of being stowed in a breast pocket or back casually, and can be used while holding the electronic device in various postures according to the user's usage scene. .
[0004]
However, from the viewpoint of energy use efficiency, the primary battery or the secondary battery mounted on the electronic device cannot always be said to be effective in energy utilization. As a substitute for batteries, research and development on fuel cells that can achieve high energy use efficiency are also being actively conducted.
[0005]
A fuel cell is a device that electrochemically reacts fuel with oxygen in the atmosphere to directly extract electric energy from chemical energy. Patent Document 1 describes one example. Specifically, in the fuel cell described in Patent Document 1, a liquid fuel is used as a fuel, and the fuel is supplied into the cell by utilizing a liquid capillary phenomenon to extract electric energy.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-93551 A (paragraph numbers 0011 to 0014, FIG. 1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a power generation system having a fuel supply system utilizing the capillary phenomenon, such as the fuel cell described in Patent Document 1, the liquid fuel flows out sequentially by capillary force every time it is consumed. Therefore, in a power generation system in which a heat treatment apparatus that heat-treats a liquid fuel while generating heat is provided in the middle of the fuel supply system, the above-described fuel supply system (that is, a fuel supply system utilizing liquid capillary phenomenon) is used. There is a problem with applying.
[0008]
In other words, there is no problem during the normal operation of the heat treatment apparatus, but if the heat treatment apparatus malfunctions and generates heat at a temperature higher than the preset temperature, the liquid fuel is generated regardless of this. Rather than continuing to flow into the heat treatment apparatus and wastefully consuming the liquid fuel, there is also a possibility that each member constituting the heat treatment apparatus may be deteriorated or damaged. Of course, usually, a temperature sensor is provided inside the heat treatment apparatus and the supply of the liquid fuel is electrically controlled based on the detection result of the temperature sensor. If an abnormality occurs, it is impossible to control the fuel supply. In this case, too, the liquid fuel continues to flow into the heat treatment apparatus due to the capillary force regardless of the abnormality in the control circuit. This can cause failure of not only the fuel cell but also devices operated by the fuel cell.
[0009]
An object of the present invention is to provide a fuel supply mechanism for supplying a fuel from a fuel container storing a liquid fuel to a heat treatment apparatus, and when the heat treatment apparatus generates heat at a temperature higher than a preset temperature, the fuel supply mechanism generates electricity. An object of the present invention is to provide a fuel supply mechanism capable of suppressing or shutting off the flow of fuel into a heat treatment apparatus without performing a specific control.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 is
A fuel supply mechanism for supplying the fuel from a fuel container storing a liquid fuel to a heat treatment apparatus that heat-treats the fuel while generating heat at a preset temperature,
A first supply member connected to the fuel container and the heat treatment apparatus, for supplying the fuel from the fuel container to the heat treatment apparatus,
The first supply member is filled with a thermoplastic heat deformable body having a hole through which the fuel can flow,
The heat deformable body maintains the state where the holes are kept open when the heat treatment apparatus is generating heat at the set temperature, and the hole is formed when the heat treatment apparatus generates heat at a temperature higher than the set temperature. Is plastically deformed so as to close.
[0011]
According to the first aspect of the present invention, since the first supply member is connected to the heat treatment device and the first supply member is filled with the heat deformable body, the heat generated by the heat treatment device is transferred through the first supply member. Conduction to the deformed body. Therefore, the heat deformable body always receives the heat from the heat treatment device while the heat treatment device is generating heat, but maintains the state in which the holes are kept open when the heat treatment device is generating heat at the set temperature. The fuel flowing out of the fuel container flows through the first supply member so as to pass through the heat deformable body and flows into the heat treatment apparatus.
[0012]
On the other hand, when the heat treatment device generates heat at a temperature higher than the set temperature, the heat deformable body is plastically deformed so as to close the holes, so that the fuel flows through the first supply member, and the heat deformable body is filled. Is suppressed or cut off at the set position. Thus, when the heat treatment device generates heat at a temperature higher than a preset temperature, the flow of fuel into the heat treatment device can be suppressed or cut off without performing electrical control, and as a result, waste of fuel can be prevented. And the deterioration and breakage of each member of the heat treatment apparatus can be prevented.
[0013]
The invention described in claim 2 is
A fuel supply mechanism for supplying the fuel from a fuel container storing a liquid fuel to a heat treatment apparatus that heat-treats the fuel while generating heat at a preset temperature,
A first supply member connected to the fuel container and the heat treatment apparatus, for supplying the fuel from the fuel container to the heat treatment apparatus;
A second supply member disposed inside the fuel container and detachably connected to the first supply member, for supplying the fuel from the inside of the fuel container to the first supply member,
The second supply member is filled with a thermoplastic heat deformable body having a hole through which the fuel can flow,
The heat deformable body maintains the state where the holes are kept open when the heat treatment apparatus is generating heat at the set temperature, and the hole is formed when the heat treatment apparatus generates heat at a temperature higher than the set temperature. Is plastically deformed so as to close.
[0014]
According to the second aspect of the present invention, the first supply member is connected to the heat treatment device, the second supply member is connected to the first supply member, and the second supply member is filled with the heat deformable member. The heat generated in is transmitted to the heat deformable body via the first supply member and the second supply member. Therefore, as in claim 1, the heat deformable body always receives the heat from the heat treatment apparatus while the heat treatment apparatus is generating heat, but keeps the holes open when the heat treatment apparatus generates heat at the set temperature. In order to maintain the state, the fuel inside the fuel container flows through the second supply member so as to pass through the heat deformable body, and flows into the first supply member and the heat treatment device.
[0015]
On the other hand, when the heat treatment device generates heat at a temperature higher than the set temperature, the heat deformable body is plastically deformed so as to close the holes. Is suppressed or cut off at the set position. Thus, when the heat treatment device generates heat at a temperature higher than a preset temperature, the flow of fuel into the heat treatment device can be suppressed or cut off without performing electrical control, and as a result, waste of fuel can be prevented. And the deterioration and breakage of each member of the heat treatment apparatus can be prevented.
[0016]
According to the second aspect of the present invention, the second supply member is disposed inside the fuel container and is detachably connected to the first supply member. The body is exchangeable for each fuel container. Therefore, each time the fuel container is replaced, the heat deformable body can be used in a new state, and it is possible to prevent the heat deformable body from being deteriorated due to the heat of the heat treatment apparatus due to long-term use.
[0017]
The invention according to claim 3 is:
The fuel supply mechanism according to claim 1 or 2,
The thermal deformation body is filled in the first supply member at a position where the thermal deformation body plastically deforms when the heat treatment apparatus starts generating heat at a temperature higher than the set temperature.
[0018]
According to the third aspect of the present invention, since the heat deformable body is filled in a position where the heat treatment apparatus plastically deforms when the heat treatment apparatus starts generating heat at a temperature higher than the set temperature, the heat treatment apparatus operates at a temperature higher than the set temperature. It is possible to suppress or cut off the flow of fuel at the initial stage when heat is generated. As a result, waste of fuel can be reduced as much as possible, and deterioration and breakage of each member of the heat treatment apparatus can be reliably prevented.
[0019]
The invention described in claim 4 is
The fuel supply mechanism according to claim 1,
The first supply member is made of a highly heat conductive material.
[0020]
The invention according to claim 5 is
The fuel supply mechanism according to claim 2,
The second supply member is made of a highly heat conductive material.
[0021]
According to the fourth and fifth aspects of the present invention, since the first supply member and the second supply member are made of a highly heat-conductive material, the heat generated by the heat treatment device is surely transmitted to the heat deformable member, and the heat treatment device The flow of fuel into the fuel cell can be suppressed or cut off.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the scope of the invention is not limited to the illustrated example.
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of the power generation system 1, and FIG. 2 is a partially cutaway perspective view showing a schematic configuration of a fuel storage module 2 and a power generation module 3 provided in the power generation system 1. However, in FIG. 2, only the configuration of one end of the fuel storage module 2 is shown, and the other end is omitted.
[0023]
As shown in FIG. 1, the power generation system 1 includes a fuel storage module 2 that stores a fuel 10 (see FIG. 2) and a power generation module 3 that generates power using the fuel 10 stored in the fuel storage module 2. .
[0024]
Specifically, the fuel storage module 2 has a substantially cylindrical housing 4 as shown in FIG. 2, and the housing 4 is detachably attached to the power generation module 3. A circular through hole 5 is formed at the top of the housing 4, and a drain pipe 6 for flowing water of a by-product generated by the power generation module 3 is formed on the outer peripheral side of the housing 4. I have. A drainage container (not shown) for storing water for drainage is provided at the bottom of the fuel storage module 2, and the drainage pipe 6 is connected to the drainage container.
[0025]
A cylindrical fuel container 7 having a predetermined length is accommodated inside the housing 4, and a liquid fuel 10 is stored inside the fuel container 7. The fuel container 7 is a transparent or translucent cylindrical member, and is made of a material such as polyethylene, polypropylene, polycarbonate, and acrylic. The fuel 10 is specifically a mixture of a chemical fuel and water. As the chemical fuel, alcohols such as methanol and ethanol, and compounds containing a hydrogen element such as gasoline can be applied. In the present embodiment, a mixture in which methanol and water are uniformly mixed in an equimolar amount is used as the fuel 10.
[0026]
At the top of the fuel container 7, a supply port 8 for supplying the fuel 10 to the power generation module 3 is provided so as to protrude, and inside the supply port 8, the entire supply port 8 is closed. An occlusion membrane 9 is provided. In the fuel container 7 of the present embodiment, the supply port 8 is covered with the closing film 9 to prevent the fuel 10 from leaking from the fuel container 7 during storage of the fuel container 7 itself. Further, inside the fuel container 7, a supply pipe 11 as a second supply member extending from the bottom of the fuel container 7 to (below the closing film 9) the supply port 8 in FIG. I have.
[0027]
As shown in FIG. 2, the fuel container 7 is detachably housed inside the housing 4 so that the supply port 8 of the fuel container 7 is inserted into the through hole 5 of the housing 4. ing. When the fuel container 7 is stored in a predetermined position of the housing 4, the fuel container 7 is configured such that a part of the outer peripheral surface is exposed to the outside of the housing 4. In this state, as described above, since the container main body 15 is transparent or translucent, the presence or absence or the remaining amount of the fuel 10 can be easily confirmed via the fuel container 7.
[0028]
Next, the power generation module 3 will be described.
The power generation module 3 shown in FIGS. 1 and 2 has a reforming device 20 as a heat treatment device for reforming the fuel 10 stored in the fuel container 7 while generating heat. The reformer 20 includes a vaporizer 21, a steam reforming reactor 22, an aqueous shift reactor 23, and a selective oxidation reactor 24. Further, the power generation module 3 includes a fuel cell 25 that generates power using the fuel 10 reformed by the reformer 20 and a power storage unit 26 that stores the electric energy generated by the fuel cell 25 and supplies the electric energy as necessary. A distribution unit 27 that distributes the electric energy supplied from the power storage unit 26 to the entire power generation module 3, a control unit 28 that electronically controls the reformer 20, the fuel cell 25, the power storage unit 26, and the distribution unit 27; have.
[0029]
As shown in FIG. 2, the power generation module 3 has a substantially cylindrical housing 30. Inside the housing 30, a vaporizer 21, a steam reforming reactor 22, an aqueous shift reactor 23, and a selective oxidation reactor 24 are arranged in a stacked state in this order. A fuel cell 25 is provided so as to surround the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24. Further, a plurality of slits 31, 31,... For taking in oxygen in the air are formed in parallel with each other on the outer peripheral surface of the housing 30 outside the fuel cell 25.
[0030]
A terminal 32 for supplying electric energy from the power storage unit 26 (see FIG. 1) to an external device is provided at the top of the housing 30. A plurality of ventilation holes 33, 33,... Are formed at the top.
[0031]
A drain pipe 34 that can be connected to the drain pipe 6 of the fuel storage module 2 is provided at the bottom of the casing 30 and on the outer peripheral side of the casing 30. The drain pipe 34 is for flowing water of a by-product generated in the power generation module 3. The drain pipe 34 is provided with a valve 36, and a water inlet pipe 37 provided in the housing 30 communicates with the drain pipe 34 via the valve 36. A supply pipe 35 as a first supply member connectable to the fuel container 7 of the fuel storage module 2 is provided at the bottom of the housing 30 and at the center of the housing 30. The supply pipe 35 is for sucking the fuel 10 from the fuel container 7.
[0032]
In the fuel storage module 2 and the power generation module 3 having the above configuration, when the fuel storage module 2 containing the fuel container 7 is attached to (connected to) the power generation module 3, the outer peripheral side of the connection point between the two modules 2 and 3 The drain pipe 34 of the power generation module 3 is connected to the drain pipe 6 of the fuel storage module 2. Thereby, the drain pipe 34 and the drain pipe 6 communicate with each other, and water of a by-product generated in the power generation module 3 can flow from the drain pipe 34 of the power generation module 3 to the drain pipe 6 of the fuel storage module 2. It becomes a state.
[0033]
On the other hand, at the center of the connection between the two modules 2 and 3, the supply pipe 35 of the power generation module 3 is inserted into the supply port 8 of the fuel container 7, breaks through the closing film 9, and is connected to the supply pipe 11. Thereby, the supply pipe 35 and the supply pipe 11 communicate with each other, and the fuel 10 stored in the fuel container 7 can flow from the supply pipe 11 of the fuel container 7 to the supply pipe 35 of the power generation module 3. .
[0034]
FIG. 3 is a drawing showing a fuel supply mechanism 60 according to the present invention.
The fuel supply mechanism 60 has a supply pipe 11 for the fuel container 7 and a supply pipe 35 for the power generation module 3, and supplies the fuel 10 from the fuel container 7 to the power generation module 3 via the supply pipe 11 and the supply pipe 35. This is the mechanism for realizing it. The fuel supply mechanism 60 is characterized in that a heat deformable body 15 that is plastically deformed by heating is filled in the middle of the supply pipe 35 of the power generation module 3. The heat deformable body 15 is made of a thermoplastic material such as glass or a synthetic resin. Specifically, in the present embodiment, the heat deformable body 15 is made of a synthetic resin such as polystyrene, polyethylene, or polyamide.
[0035]
Further, the heat deformable body 15 has a structure in which a plurality of fine holes are connected at random, and is formed. At a predetermined temperature or less, the fuel 10 maintains a state capable of passing through each fine hole, and is heated to a predetermined temperature or more. Then, plastic deformation (softening) is performed so that each micropore is closed. Therefore, when the fuel 10 is supplied from the fuel container 7 to the power generation module 3, the fuel 10 passes through the fine holes of the heat deformation body 15 and is 3 can flow through the supply pipe 35, and when the heat deformable body 15 is heated to a predetermined temperature or higher, the heat deformable body 15 is plastically deformed so as to close each of the micro holes, and the supply pipe 35 of the power generation module 3 is closed. The flow of the fuel 10 therein is suppressed or cut off.
[0036]
As will be described later, in the power generation module 3, each of a vaporizer 21, a steam reforming reactor 22, an aqueous shift reactor 23, and a selective oxidation reactor 24, which are connected in a daisy chain to cause a series of chemical reactions. In order to heat the reactor, a microchannel 56 is formed in each of the reactors. In the microchannel 56 of each reactor, an inflow pipe 58 which communicates with the supply pipe 35 and in which the fuel 10 flows is provided. Each is arranged. When abnormal heat generation occurs in any of the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24, the heat is transmitted from the inflow pipe 58 to the supply pipe 35. As a result, the heat deformable body 15 is plastically deformed so as to close each fine hole, and the flow of the fuel 10 is suppressed or cut off. At this time, the fuel 10 did not reach (not be supplied to) the microchannels 56 of the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24, causing abnormal heat generation. Abnormal heat generation in the reactor is stopped.
[0037]
Further, in the present embodiment, the heat deformable body 15 has a structure in which a plurality of micropores are connected at random as described above, but is not limited to such a structure. For example, 15 may have a structure having elongated linear holes through which the fuel 10 can flow, or may have a structure in which elongated holes through which the fuel 10 can flow are randomly connected in a branch shape. That is, if the heat deformable body 15 has a hole that allows the flow of the fuel 10 when the temperature is maintained at a predetermined temperature or lower, and blocks the flow of the fuel 10 when the temperature is heated to a predetermined temperature or higher. Good.
[0038]
The supply pipe 11 of the fuel container 7, the supply pipe 35 of the power generation module 3, and the inflow pipes 58 of the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24 are made of metal or the like. The heat generated by the reformer 20 of the power generation module 3 is efficiently transmitted to each of the supply pipes 11 and 35 and each of the inflow pipes 58. See below).
[0039]
Next, each reactor and the fuel cell 25 of the reformer 20 and the chemical reaction occurring therein will be described.
The vaporizer 21 vaporizes (evaporates) the fuel 10 by heating the fuel 10 supplied from the fuel container 7 of the fuel storage module 2. The mixture vaporized by the vaporizer 21 is supplied to the steam reforming reactor 22.
[0040]
The steam reforming reactor 22 reforms the mixture supplied from the vaporizer 21 into hydrogen gas and carbon dioxide gas using a reforming catalyst, as shown in chemical reaction formula (1).
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 … (1)
In some cases, the air-fuel mixture supplied from the vaporizer 21 may not be completely reformed into hydrogen gas and carbon dioxide gas. In this case, as shown in the chemical reaction formula (2), a very small amount Is generated.
2CH 3 OH + H 2 O → 5H 2 O + CO + CO 2 … (2)
Unreacted steam in addition to the hydrogen gas, carbon dioxide gas and carbon monoxide generated in the steam reforming reactor 22 is supplied to the aqueous shift reactor 23.
[0041]
In order to increase the concentration of the chemical fuel contained in the fuel 10, water as a by-product generated in the fuel cell 25 is used as water on the left side of the chemical reaction formula (1) to control the water introduction pipe controlled by the valve 36. 37, and water accumulated in the above-mentioned drainage container different from the fuel container 7 may be discharged from the drainage pipe 6 of the fuel storage module 2 to the power generation module by capillary action or the like. 3 and may be introduced from the drain pipe 34 to the water introduction pipe 37.
[0042]
The aqueous shift reactor 23 is, as shown in chemical reaction formula (3), a gaseous mixture (hydrogen gas, carbon dioxide gas, steam and carbon monoxide gas) supplied from the steam reforming reactor 22. Is subjected to an aqueous shift reaction with a catalyst.
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 … (3)
[0043]
Unreacted steam in the steam reforming reactor 22 is used for the aqueous shift reaction, and the concentration of steam and carbon monoxide gas in the air-fuel mixture becomes very low. A gas mixture (including hydrogen gas, carbon dioxide gas, and carbon monoxide gas) is supplied from the aqueous shift reactor 23 to the selective oxidation reactor 24. In order to increase the concentration of the chemical fuel contained in the fuel 10, water as a by-product generated in the fuel cell 25 is used as water on the left side of the chemical reaction formula (3) as a water introduction pipe controlled by a valve 36. It may be introduced into the aqueous shift reactor 23 via 37.
[0044]
The selective oxidation reactor 24 selects a carbon monoxide gas from a gas mixture supplied from the aqueous shift reactor 23 with a catalyst, and oxidizes the carbon monoxide gas as shown in a chemical reaction formula (4). .
2CO + O 2 → 2CO 2 … (4)
The oxygen on the left side of the chemical reaction formula (4) is taken into the selective oxidation reactor 24 from the atmosphere through the plurality of ventilation holes 33 of the power generation module 3. Further, in the selective oxidation reactor 24, since a catalyst for selectively promoting the chemical reaction of the chemical reaction formula (4) is formed, hydrogen contained in the gas mixture is hardly oxidized. The gas mixture is supplied from the selective oxidation reactor 24 to the fuel cell 25, but the gas mixture hardly contains carbon monoxide gas, and the purity of hydrogen gas and carbon dioxide gas is very high. If the selective oxidation reactor 24 is provided with a mechanism capable of separating hydrogen and other harmless by-products, the by-products may be discharged from each vent 33.
[0045]
The fuel cell 25 includes a fuel electrode (cathode) to which catalyst particles are attached, an air electrode (anode) to which catalyst particles are attached, and a film-like ion conductive membrane interposed between the fuel electrode and the air electrode. It is provided. An air-fuel mixture from the selective oxidation reactor 24 is supplied to the fuel electrode, and oxygen gas in the atmosphere is supplied to the air electrode through a plurality of slits 31 provided on the outer peripheral surface of the power generation module 3. Is done.
[0046]
As shown in the electrochemical reaction formula (5), when hydrogen gas is supplied to the fuel electrode, a catalyst attached to the fuel electrode generates hydrogen ions having separated electrons, and the hydrogen ions are transferred to the air electrode through the ion conductive membrane. It conducts and electrons are extracted from the fuel electrode. Further, the carbon dioxide gas in the gas mixture supplied from the selective oxidation reactor 24 is discharged to the outside without reacting.
3H 2 → 6H + + 6e … (5)
On the other hand, as shown in the electrochemical reaction equation (6), when oxygen gas is supplied to the air electrode, hydrogen ions, oxygen gas, and electrons that have passed through the ionic conductive film react with each other to produce water as a by-product. Generated as an object.
6H + + 3 / 2O 2 + 6e → 3H 2 O ... (6)
When the above-described electrochemical reaction occurs in the fuel cell 25, electric energy is generated. The generated electric energy is stored in the power storage unit 26.
[0047]
The vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24 flow a fluid through a microchannel formed on a small substrate made of silicon, aluminum alloy, or glass. It functions as a microreactor for vaporizing the fluid or causing a chemical reaction in at least a part of the fluid. Hereinafter, the structures of the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24 will be described.
[0048]
FIG. 4 is a sectional view of the vaporizer 21, and FIG. 5 is a perspective view of a heat treatment furnace 40 provided in the vaporizer 21.
As shown in FIG. 4, the vaporizer 21 has a rectangular parallelepiped glass container 53 made of low-melting glass, and the inner and outer walls of the glass container 53 have radiation shields made of aluminum, gold, or the like. Films 51 and 52 are formed. The radiation shield film 51 is made of radiant gold, and the radiation shield film 52 is made of thicker aluminum so that stress is not applied to the radiation shield film 51 made of flexible gold, so that the radiation shield film 51 is not damaged or holes are formed. Is formed. Each of the radiation shield films 51 and 52 has high reflectivity with respect to electromagnetic waves including infrared rays, and reflects electromagnetic waves emitted from a heat treatment furnace 40 described later into the glass container 53. Thereby, the electromagnetic wave emitted from the heat treatment furnace 40 is shielded from propagating to the outside of the glass container 53, and the radiation heat by the electromagnetic wave emitted from the heat treatment furnace 40 can be prevented from radiating to the outside of the glass container 53. Has become.
[0049]
Supports 54, 54,... Are provided at each corner inside the radiation shield film 51 formed on the inner wall of the glass container 53 and inside the glass container 53, respectively. The heat treatment furnace 40 is disposed inside the glass container 53 while being supported by the supports 54. However, the heat treatment furnace 40 is separated from the inner wall of the glass container 53.
[0050]
As shown in FIG. 4, the heat treatment furnace 40 has a structure in which three substrates 41, 42, and 55 are overlapped and joined together. Each of the substrates 41, 42, and 55 is made of a material such as silicon crystal, aluminum, and glass. Then, as shown in FIG. 5, micro-channels 43 and 56 are formed at the junction of the substrates 41, 42 and 55.
[0051]
The micro flow channel 43 is formed by joining the substrate 41 and the substrate 42 with the groove formed in one surface of the substrate 41 facing the substrate 42 and facing the substrate 42. It is sealed between. The groove as the micro channel 43 is formed by appropriately performing photolithography, etching, or the like on one surface of the substrate 41.
[0052]
The micro flow path 56 is formed by joining the substrate 55 and the substrate 42 with the groove formed in one side of the substrate 55 facing the micro flow path 43 and facing the substrate 42. And is sealed between the substrate 55 and the substrate 42. One end of the micro flow path 56 communicates with an inflow pipe 58 provided on the substrate 55, and the other end of the micro flow path 56 communicates with an outflow pipe 59 provided on the substrate 55. The groove as the micro channel 56 is formed by appropriately performing photolithography, etching, or the like on one surface of the substrate 55. On the inner wall of the micro flow channel 56, a combustion catalyst film 57 is formed along the micro flow channel 56 from substantially one end to the other end of the micro flow channel 56. The combustion catalyst film 57 is a catalyst that promotes a reaction (exothermic reaction) for burning the chemical fuel contained in the fuel 10, and the exothermic reaction caused by the combustion catalyst film 57 is a vaporization reaction of the fuel 10 in the micro flow channel 43 ( (Endothermic reaction).
[0053]
The inflow pipe 58 is connected to the supply pipe 35 via a pump (not shown), and the fuel 10 flows into the inflow pipe 58 from the supply pipe 35. The outflow pipe 59 is a pipe that discharges a fluid containing products such as carbon dioxide remaining after combustion to the outside of the power generation module 3. The shape of the micro flow channel 56 is not limited to this as long as it overlaps the micro flow channel 43 in a plane.
[0054]
As shown in FIGS. 4 and 5, one end of the micro flow channel 43 is connected to an end of an outflow pipe 45. The outflow pipe 45 penetrates through the substrate 41, the radiation shield films 51 and 52, and the glass container 53, and is drawn out of the heat treatment furnace 40 to the outside of the glass container 53. The other end of the micro channel 43 is connected to an end of an inflow pipe 44. The inflow pipe 44, like the outflow pipe 45, passes through the substrate 42, the radiation shield films 51 and 52, and the glass container 53, and is drawn out of the heat treatment furnace 40 to the outside of the glass container 53. The inflow pipe 44 communicates with the supply pipe 35 of the power generation module 3 so that the fuel 10 stored in the fuel container 7 flows into the micro flow channel 43 via the supply pipe 35 and the inflow pipe 44. Has become. Further, the inflow pipe 44 is made of a high heat conductive material such as a metal similarly to the supply pipe 35.
[0055]
Note that a micropump (not shown) is interposed between the inflow pipe 44 of the vaporizer 21 and the supply pipe 35 of the power generation module 3 as a part of the fuel supply mechanism 60. This micropump is connected to the control unit 28, and the control unit 28 controls the micropump to control the flow rate of the fuel 10 flowing from the supply pipe 35 to the inflow pipe 44 of the carburetor 21. I have.
[0056]
Further, as shown in FIG. 4, on the bonding surface of the substrate 42 and the substrate 41, a crisscross heating resistance film 47 corresponding to the microchannel 43 is formed. When the substrate 41 and the substrate 42 are bonded to each other, the heat generating resistive film 47 overlaps the groove forming the micro flow channel 43, and the heat generating resistive film 47 forms the floor of the micro flow channel 43. The heating resistance film 47 is formed along the micro flow channel 43 from one end to the other end of the micro flow channel 43. The heating resistance film 47 is not limited to this shape as long as it overlaps the micro flow channel 43 in a plane, and may be, for example, rectangular.
[0057]
A lead wire 48 is connected to the heating resistance film 47 at one end of the micro flow channel 43, and a lead wire 49 is connected to the heating resistance film 47 at the other end of the micro flow channel 43. Each of the lead wires 48 and 49 is formed of a chemically stable metal material such as gold, platinum, and nickel having a very low resistivity. It is much smaller than the electrical resistance. The heat generating resistive film 47 assists the heat generated by the combustion in the micro flow channel 56 to promote the chemical reaction in the micro flow channel 43 and finely adjusts the temperature. The amount of heat is smaller than the amount of heat generated in the micro channel 56.
[0058]
As shown in FIG. 4, each lead wire 48, 49 penetrates the radiation shield films 51, 52 and the glass container 53 while being sandwiched between the two substrates 41, 42, from the heat treatment furnace 40 to the outside of the glass container 53. Has been drawn to. The lead wire 48 is connected to one electrode of the distribution unit 27 outside the glass container 53, and the lead wire 49 is connected to the other electrode of the distribution unit 27 outside the glass container 53.
[0059]
The distribution unit 27 has a function of changing the power supplied to the heating resistance film 47 according to a control signal from the control unit 28. For example, if the voltage applied by the distribution unit 27 is constant, the distribution unit 27 can change the current flowing through the lead wires 48 and 49. The section 27 can change the voltage applied to the lead wires 48-49. Of course, the distribution unit 27 may be able to change both the voltage and the current, and may be either DC drive or AC drive.
[0060]
The control unit 28 has an arithmetic processing unit including a general-purpose CPU (central processing unit) or a dedicated logic circuit. The control unit 28 feeds back a signal indicating the voltage and current of the distribution unit 27, and outputs a heat-resistance film from the distribution unit 27. It has a function of adjusting the electric power applied to 47. With such a configuration, the temperature of heat generated by the heat generating resistive film 47 is adjusted. Further, the control unit 28 takes in the fuel 10 in the fuel container 7 through the supply pipe 35 and sends the taken fuel 10 to each of the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24. A pump (not shown) to be sent to the inflow pipe 58 is controlled. Therefore, the control unit 28 controls the temperature in the micro flow channel 43 by controlling the inflow amount of the fuel 10 flowing into the micro flow channel 56 and the heating resistance film 47.
[0061]
In the vaporizer 21 having the above configuration, the inside of the glass container 53 is sealed when the inflow pipe 44, the outflow pipe 45, and the lead wires 48, 49 penetrate the radiation shielding films 51, 52 and the glass container 53. The interior space of the glass container 53 is in a vacuum state with a very low atmospheric pressure. Therefore, there is almost no medium for transmitting heat inside the glass container 53, so that heat radiation from the heat treatment furnace 40 to the outside of the glass container 53 can be suppressed.
[0062]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing each of the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24. However, in each of the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24 shown in FIG. 6, the same components as those of the vaporizer 21 are denoted by the same reference numerals as those described above. Detailed description of the components is omitted.
[0063]
As shown in FIG. 6, each of the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24 has substantially the same configuration as the vaporizer 21. An inlet pipe 44 of the reactor 22 communicates with an outlet pipe 45 of the vaporizer 21, and an outlet pipe 45 of the steam reforming reactor 22 communicates with an inlet pipe 44 of the aqueous shift reactor 23. The outlet pipe 45 communicates with the inlet pipe 44 of the selective oxidation reactor 24, and the outlet pipe 45 of the selective oxidation reactor 24 communicates with the fuel electrode of the fuel cell 25. Further, as shown in FIG. 2, the respective reactors of the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24 are stacked in this order, but on the outer wall of each reactor. Each reactor is stacked with the coated radiation shield film 52 in contact with adjacent reactors.
[0064]
Further, in any of the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24, the reforming catalyst is provided on the inner wall and the ceiling of the micro channel 43 (that is, the wall surface of the groove of the substrate 41). A film 46 is formed along the micro flow channel 43 from one end to the other end of the micro flow channel 43. The reforming catalyst film 46 is for reforming the chemical fuel contained in the fuel 10 to generate hydrogen. The components and types of the reforming catalyst film 46 are the same as those of the steam reforming reactor 22 and the aqueous shift reactor. 23, the selective oxidation reactor 24 may be different. Here, in the case of the steam reforming reactor 22, the chemical reaction represented by the chemical reaction formula (1) is promoted by the reforming catalyst film 46, and in the case of the aqueous shift reactor 23, the chemical reaction is performed. The chemical reaction represented by the formula (3) is promoted by the reforming catalyst film 46, and in the case of the selective oxidation reactor 24, the chemical reaction represented by the chemical reaction formula (4) is performed by the reforming catalyst film 46. Is being promoted.
[0065]
In each of the microchannels 56 of the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24, the fuel 10 is burned by the combustion catalyst film 57 to heat the microchannel 43. However, when the amounts of heat required in the reactions performed in the microchannels 43 of the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24 are different from each other, the amounts of heat are determined according to the amounts of heat. A small amount of fuel 10 flows into each inflow pipe 58 to control the amount of heat generated in the microchannel 56. Each of the inlet pipes 58 communicating with the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24 is connected to a supply pipe 35 via a pump (not shown). The fuel 10 flows through the pump and the supply pipe 35.
[0066]
Next, the method of use and operation of the power generation system 1 will be described.
First, the fuel storage module 2 containing the fuel container 7 is attached to the power generation module 3. Then, the drain pipe 34 of the power generation module 3 is connected to the drain pipe 6 of the fuel storage module 2, and the supply pipe 35 of the power generation module 3 is inserted into the supply port 8 of the fuel container 7 and breaks through the blocking film 9, 7 is connected to the supply pipe 11.
[0067]
When a control signal for driving the reformer 20 is input from the control unit 28 to the distribution unit 27, the vaporization unit 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation are transmitted from the distribution unit 27. Electric power is supplied to the heat generating resistive films 47 of the respective reactors of the reactor 24 via the lead wires 48 and 49, and each heat generating resistive film 47 generates heat. Here, the control unit 28 controls the heat information data of the heat generated in each micro channel 56 and the distribution information of the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24. A signal indicating a voltage and a current applied to each heating resistance film 47 is fed back, and a pump (an inflow amount of the fuel 10 flowing into each micro flow path 56) interposed between each inflow pipe 58 and the supply pipe 35 and a distribution section 27. Control voltage and current. Thus, in the present embodiment, the heating by the exothermic reaction occurring in each micro flow channel 56 and the heating by each heat generating resistive film 47 are controlled so that the micro flow channel 43 has a preset temperature.
[0068]
Accordingly, the pump interposed between each inflow pipe 58 and the supply pipe 35 operates in a state controlled by the control unit 28, and the fuel 10 in the fuel container 7 flows through each inflow pipe 58 to the carburetor 21 and the steam reforming. It is supplied to each micro channel 56 of the reactor 22, the aqueous shift reactor 23 and the selective oxidation reactor 24. Then, the supplied fuel 10 is combusted by the catalytic action of the combustion catalyst film 57, and an exothermic reaction occurs in each microchannel 56. This heats the microchannels 43 of the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24.
[0069]
Further, the micro pump of the power generation module 3 (the micro pump interposed between the inflow pipe 44 and the supply pipe 35 of the vaporizer 21) also operates in a state controlled by the control unit 28, and the fuel 10 of the fuel container 7 is supplied. It is sucked through the pipe 11 and the supply pipe 35. Then, the fuel 10 flows out of the supply pipe 11 of the fuel container 7 to the supply pipe 35 of the power generation module 3, flows through the supply pipe 35 so as to pass through the thermal deformation body 15, and flows from the supply pipe 35 to the carburetor 21. It flows into the inflow pipe 44 and flows into the heat treatment furnace 40 of the vaporizer 21 from the inflow pipe 44.
[0070]
In the heat treatment furnace 40, the fuel 10 evaporates by being heated by the heat generated by the exothermic reaction of the micro flow channel 56 and the heat of the heat generating resistive film 47. In the vaporizer 21, the air pressure increases and convection occurs. As a result, the phase of the liquid fuel 10 changes to a mixture of methanol and water, and the fuel 10 from the vaporizer 21 to the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, the selective oxidation reactor 24 and the fuel cell 25. Distribute in order.
[0071]
In the steam reforming reactor 22, the air-fuel mixture flows through the micro flow channel 43 from the inflow pipe 44 to the outflow pipe 45. When the air-fuel mixture is flowing through the micro flow channel 43, the air-fuel mixture is heated by heat generated by the exothermic reaction of the micro flow channel 56 and heat generated by the heat generating resistive film 47. Then, the air-fuel mixture is promoted by the reforming catalyst film 46, and the air-fuel mixture reacts according to the chemical reaction formulas (1) and (2).
[0072]
In the aqueous shift reactor 23, when the air-fuel mixture flows through the micro flow channel 43, it is heated by the heat generated by the exothermic reaction of the micro flow channel 56 and the heat generated by the heat generating resistive film 47, and the above chemical reaction formula (3) ). Similarly, in the selective oxidation reactor 24, when the air-fuel mixture flows through the micro flow channel 43, the gas mixture is heated by the heat generated by the exothermic reaction of the micro flow channel 56 and the heat generated by the heat generation resistive film 47, and the chemical reaction A reaction as shown in (4) occurs. Then, hydrogen generated by the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24 is supplied to the fuel electrode of the fuel cell 25. In the fuel cell 25, the chemical reaction formula (5) An electrochemical reaction as in (6) occurs to generate electric energy. The generated electric energy is stored in the power storage unit 26 or supplied to the outside through the terminal 32.
[0073]
Further, in the fuel cell 25, water is generated as a by-product along with the electrochemical reaction represented by the chemical reaction formula (6). The water generated by the fuel cell 25 flows through the drain pipe 34 of the power generation module 3, flows into the drain pipe 6 of the fuel storage module 2 from the drain pipe 34, and is discharged from the drain pipe 6 to the drain container.
[0074]
Here, as described above, when the fuel 10 is supplied from the fuel container 7 to the reformer 20, the fuel 10 is sequentially reformed in the reformer 20. Since an exothermic reaction occurs in the flow path 56 and the exothermic resistance film 47 generates heat, the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24 The temperature of each reactor rises, and the heat of the reformer 20 is transferred to the thermal deformation body 15 via the inlet pipe 44 of the vaporizer 21, each inlet pipe 58, and the supply pipe 35 of the power generation module 3.
[0075]
In the present embodiment, the heat deformable body 15 is filled at a position in the middle of the supply pipe 35 of the power generation module 3 as described above, but specifically, the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, When the microchannel 43 of the shift reactor 23 and the selective oxidation reactor 24 is maintained at the set temperature, it does not undergo plastic deformation even when receiving the heat, and the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift When the temperature of the micro flow channel 43 of the reactor 23 and the selective oxidation reactor 24 becomes higher than the set temperature, the micro channel 43 receives the heat and is filled at a position where it is plastically deformed.
[0076]
Therefore, while the temperature of the microchannel 43 of the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24 is controlled normally, the heat deformation body 15 has a temperature above the softening point. Is not conducted, and the heat deformable body 15 allows the fuel 10 to flow while maintaining the state in which the fine holes are kept open. Conversely, a malfunction may occur in the reformer 20 (any one of the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24), or abnormal control of the control unit 28 may occur. When the temperature of the micro flow path 43 of each reactor starts to exceed the control range of the set temperature due to the occurrence of heat or the like, heat above the softening point is transmitted to the heat deformable body 15, and the heat deformable body 15 The micropores are plastically deformed (softened) so as to close them, and the flow of the fuel 10 in the supply pipe 35 is suppressed or cut off.
[0077]
As described above, in the present embodiment, the heat deformable body 15 is filled in the supply pipe 35 of the power generation module 3, and the calorie of the exothermic reaction in each micro flow channel 56 of the reformer 20 and the heat generation resistance film 47 When the temperature in the micro flow path 43 heated by the heat becomes higher than a preset temperature, the heat is transferred to the heat deformable body via the inflow pipe 44, the inflow pipe 58 or the supply pipe 35 of the vaporizer 21. The thermal deformation body 15 is plastically deformed from an open state to a closed state in which each micropore is closed, so that the flow of the fuel 10 in the supply pipe 35 is suppressed or cut off. . In this case, the fuel 10 is not supplied to the microchannels 56 of the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24. The temperature of the microchannel 43 of the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24 is suddenly lowered. As a result, waste of the fuel 10 and deterioration and breakage of each member of the reformer 20 can be prevented.
[0078]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and design changes may be made without departing from the gist of the present invention.
[0079]
For example, in the fuel supply mechanism 60 of the present embodiment, the heat deformable body 15 is filled in the middle of the supply pipe 35 of the power generation module 3. However, as shown in FIG. May be filled with the thermal deformation body 15. Specifically, similarly to the above, the heat deformable body 15 is configured such that the temperature of the microchannel 43 of the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24 is equal to the set temperature. When held, it does not undergo plastic deformation even if it receives the heat, and the microchannel 43 of the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24 is higher than the set temperature. When the temperature is reached, the material is filled at the position where it undergoes plastic deformation by receiving the heat.
[0080]
In this case, the heat of the reformer 20 (heat generated in the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24) is transferred to the inflow pipe 44 of the vaporizer 21 through the inflow pipe 44. The heat is transmitted to the heat deforming body 15 through the pipe 58, the supply pipe 35 of the power generation module 3 and the supply pipe 11 of the fuel container 7, and the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor When the temperature of the 24 microchannels 43 becomes higher than a preset temperature, the thermally deformable body 15 is plastically deformed and the flow of the fuel 10 in the supply pipe 11 is suppressed or cut off. Has become. Further, in this case, since the heat deformable body 15 is provided for each fuel container 7, the heat deformable body 15 can be used in a new state every time the fuel container 7 is replaced, and each heat deformable body 15 becomes long. By using the period, it is possible to prevent the reformer 20 from being deteriorated by receiving the heat.
[0081]
Further, in the present embodiment, the supply pipe 35 of the power generation module 3 is illustrated in a straight line (see FIGS. 2 and 3), but the supply pipe 35 is bent, curved, or spirally turned. The length of the supply pipe 35 may be longer than the distance from the supply port 8 of the fuel container 7 to the joint between the supply pipe 35 and the inflow pipe 44 of the carburetor 21. In this case, it is possible to prevent the thermal deformation body 15 from flowing into the fuel container 7 or the power generation module 3 when the plastic deformation occurs.
[0082]
【The invention's effect】
According to the present invention, when the heat treatment apparatus generates heat at a temperature higher than a preset temperature, the outflow of fuel to the heat treatment apparatus can be suppressed or cut off without performing electrical control. It is possible to prevent waste of fuel and deterioration and breakage of each member of the heat treatment apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a power generation system.
FIG. 2 is a partially broken perspective view showing a schematic configuration of a fuel storage module and a power generation module.
FIG. 3 is a drawing showing a fuel supply mechanism.
FIG. 4 is a sectional view showing a vaporizer.
FIG. 5 is an external perspective view showing a heat treatment furnace of a vaporizer.
FIG. 6 is a sectional view showing respective reactors of a steam reforming reactor, an aqueous shift reactor, and a selective oxidation reactor.
FIG. 7 is a drawing showing a modification of the fuel supply mechanism shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1. Power generation system
2. Fuel storage module
3. Power generation module
4 ... Case
5 ... Through-hole
6 ... Drain pipe
7 ... Fuel container
8 ... Supply port
9 ... Occlusion film
10 ... fuel
11 ... supply pipe (second supply member)
15: Thermal deformation body
20 ... reforming equipment (heat treatment equipment)
21 ... vaporizer
22 ... Steam reforming reactor
23 ... Aqueous shift reactor
24 ... Selective oxidation reactor
25 ... Fuel cell
26 ... Power storage unit
27 ... distribution unit
28 ... Control unit
30 ... housing
31 ... Slit
32 ... Terminal
33 ... vent
34 ... Drain pipe
35 ... supply pipe (first supply member)
36 ... Valve
37 ... water introduction pipe
40 ... heat treatment furnace
41, 42 ... substrate
43 ... Micro channel
44… Inflow pipe
45 ... Outflow pipe
46: Reforming catalyst film
47: Heat generation resistive film
48, 49 ... Lead wire
51, 52 ... radiation shielding film
53 ... Glass container
54 ... Support
60 ... Fuel supply mechanism

Claims (5)

液体の燃料を貯蔵した燃料容器から、予め設定された設定温度で発熱しながら前記燃料を熱処理する熱処理装置へと前記燃料を供給するための燃料供給機構であって、
前記燃料容器と前記熱処理装置とに接続され、前記燃料を前記燃料容器から前記熱処理装置に供給する第一供給部材を有し、
前記第一供給部材には、前記燃料が流通可能な孔を有する熱可塑性の熱変形体が充填され、
前記熱変形体は、前記熱処理装置が前記設定温度で発熱しているときに前記孔を開放したままの状態を維持し、前記熱処理装置が前記設定温度よりも高い温度で発熱したときに前記孔を閉塞するように塑性変形することを特徴とする燃料供給機構。
A fuel supply mechanism for supplying the fuel from a fuel container storing a liquid fuel to a heat treatment apparatus that heat-treats the fuel while generating heat at a preset temperature,
A first supply member connected to the fuel container and the heat treatment apparatus, for supplying the fuel from the fuel container to the heat treatment apparatus,
The first supply member is filled with a thermoplastic heat deformable body having a hole through which the fuel can flow,
The heat deformable body maintains the state in which the hole is kept open when the heat treatment apparatus is generating heat at the set temperature, and the hole is formed when the heat treatment apparatus generates heat at a temperature higher than the set temperature. A fuel supply mechanism for plastically deforming the fuel supply so as to close the fuel cell.
液体の燃料を貯蔵した燃料容器から、予め設定された設定温度で発熱しながら前記燃料を熱処理する熱処理装置へと前記燃料を供給するための燃料供給機構であって、
前記燃料容器と前記熱処理装置とに接続され、前記燃料を前記燃料容器から前記熱処理装置に供給する第一供給部材と、
前記燃料容器の内部に配設されるとともに前記第一供給部材と着脱自在に接続され、前記燃料を前記燃料容器の内部から第一供給部材に供給する第二供給部材と、を有し、
前記第二供給部材には、前記燃料が流通可能な孔を有する熱可塑性の熱変形体が充填され、
前記熱変形体は、前記熱処理装置が前記設定温度で発熱しているときに前記孔を開放したままの状態を維持し、前記熱処理装置が前記設定温度よりも高い温度で発熱したときに前記孔を閉塞するように塑性変形することを特徴とする燃料供給機構。
A fuel supply mechanism for supplying the fuel from a fuel container storing a liquid fuel to a heat treatment apparatus that heat-treats the fuel while generating heat at a preset temperature,
A first supply member connected to the fuel container and the heat treatment apparatus, for supplying the fuel from the fuel container to the heat treatment apparatus;
A second supply member disposed inside the fuel container and detachably connected to the first supply member, for supplying the fuel from the inside of the fuel container to the first supply member,
The second supply member is filled with a thermoplastic heat deformable body having a hole through which the fuel can flow,
The heat deformable body maintains the state in which the hole is kept open when the heat treatment apparatus is generating heat at the set temperature, and the hole is formed when the heat treatment apparatus generates heat at a temperature higher than the set temperature. A fuel supply mechanism for plastically deforming the fuel supply so as to close the fuel cell.
請求項1又は2に記載の燃料供給機構において、
前記熱変形体は、前記熱処理装置が前記設定温度よりも高い温度で発熱し始めたときに塑性変形する位置に充填されていることを特徴とする燃料供給機構。
The fuel supply mechanism according to claim 1 or 2,
The fuel supply mechanism according to claim 1, wherein the heat-deformable body is filled at a position where the heat-deformation apparatus plastically deforms when the heat-treating apparatus starts generating heat at a temperature higher than the set temperature.
請求項1に記載の燃料供給機構において、
前記第一供給部材は、高熱伝導性材料から構成されていることを特徴とする燃料供給機構。
The fuel supply mechanism according to claim 1,
The fuel supply mechanism according to claim 1, wherein the first supply member is made of a material having high thermal conductivity.
請求項2に記載の燃料供給機構において、
前記第二供給部材は、高熱伝導性材料から構成されていることを特徴とする燃料供給機構。
The fuel supply mechanism according to claim 2,
The said 2nd supply member is comprised from the high thermal conductive material, The fuel supply mechanism characterized by the above-mentioned.
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