JP2007245008A

JP2007245008A - 気化装置

Info

Publication number: JP2007245008A
Application number: JP2006072227A
Authority: JP
Inventors: Akihito Kanda; 章仁神田; Yasunari Kabasawa; 康成椛澤
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2026-03-16
Also published as: JP4876648B2

Abstract

【課題】液体の突沸を抑えて安定して気化する気化装置を提供する。
【解決手段】吸液部２が収縮性チューブ３に挿入されて、吸液部２の両端が収縮性チューブ３から突き出ている。吸液部２は、その中間部からその一端にかけて管状の放熱部４に嵌め込まれ、その中間部からその他端にかけて熱伝導部５に嵌め込まれている。熱伝導部５には発熱部７が巻かれている。発熱部７及び熱伝導部５は、断熱ケース６内に収容され、放熱部４は、断熱ケース６の外にある。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体を気化させる気化装置に関する。

近年、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源として燃料電池が注目されるようになり、燃料電池自動車や電化住宅などに幅広く実用化されてきている。また、急速に小型化の研究、開発が進められている携帯電話機やノート型パーソナルコンピュータなどといった携帯型電子機器においても、燃料電池による電源の実用化が検討されている。

燃料電池は例えば改質方式と燃料直接方式の２つに分類される。改質方式は、例えば水蒸気改質のように、燃料と水から水素を改質器で生成した後に、水素を燃料電池に供給する方式であり、燃料直接方式は、燃料と水を改質せずに燃料電池に供給する方式である。燃料及び水は一般的に液体の状態で貯留され、その燃料や水を気化させた後に、その燃料と水の混合気を改質器に供給している。そのため、燃料や水を気化させる気化装置が必要であり、そのような気化装置についての研究・開発が燃料電池の開発にあわせて行われている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
特開２００４−４７２６０号公報特開２００１−２６３６４９号公報

ところで、このような気化装置を小型にすればするほど、流量が小さくなるために燃料や水を過熱しやすい構造のために、燃料や水が気化する際に燃料又は水が不規則に突沸し、気化した液体に液滴が混じってしまいやすく安定して気化する制御が難しい。特に沸点の異なる複数種の液体が混合されているものを気化するときに突沸の影響が大きく、制御がさらに困難となった。
そこで、本発明は、上記のような問題点を解決しようとしてなされたものであり、液体の突沸を抑えるとともに、気化した気体に液滴が混じることを抑えられる気化装置を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、請求項１に記載の気化装置は、
断熱ケースと、
液体を吸収する吸収側端部側が前記断熱ケース外に配置され、前記吸収側端部で吸収された液体を気化して排出する排出側端部側が前記断熱ケース内に収容された吸液部と、
前記吸液部の前記排出側端部側を加熱するヒータと、
を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の気化装置は、請求項１に記載の気化装置において、前記ヒータと前記吸液部との間に前記ヒータの熱を前記吸液部に伝導する熱伝導部をさらに備え、
前記断熱ケースは、前記熱伝導部より熱伝導率が低いことを特徴とする。

請求項３に記載の気化装置は、請求項１に記載の気化装置において、前記断熱ケースと離間して前記吸収側端部側に接するように配置され、前記吸液部より熱伝導率の高い放熱部をさらに備えることを特徴とする。

請求項４に記載の気化装置は、
吸収側端部から液体を吸収し、吸収した液体を排出側端部へと浸透させる吸液部と、
前記吸液部の前記排出側端部側を加熱するヒータと、
前記吸収側端部側に接するように配置され、前記吸液部より熱伝導率の高い放熱部と、
を備えることを特徴とする。

請求項５に記載の気化装置は、請求項４に記載の気化装置において、前記ヒータと前記吸液部との間に前記ヒータの熱を前記吸液部に伝導する熱伝導部をさらに備えることを特徴とする。

請求項６に記載の気化装置は、請求項４に記載の気化装置において、前記放熱部と離間して前記吸液部の前記排出側端部側を収容する断熱ケースをさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、前記吸液部の排出側端部側と吸収側端部側で温度勾配を持たせることによって液体の突沸を抑えることができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１は、気化装置１の断面図であり、図２は、上面、正面、右側面を示した分解斜視図であり、図３は、上面、背面、左側面を示した分解斜視図である。

図１、図２、図３に示すように、この気化装置１は、内部に液体を浸透する吸液部２と、加熱されることにより収縮する部材、或いは分子構造の主鎖に二重結合を含まない又は少ない耐熱性ゴムのように弾性力のある部材を含む収縮性チューブ３と、吸液部２の後端に接するように設けられている放熱部４と、吸液部２に熱を伝導する熱伝導部５と、熱伝導部５より熱伝導率が低く、加熱された吸液部２の前方の熱が気化装置１の外部に伝搬することを抑える断熱ケース６と、吸液部２を加熱する発熱部７と、熱伝導部５を介して吸液部２の温度を測定する温度センサ８と、吸液部２で放出された気体を排出する排出部９と、を備える。

吸液部２は、棒状、具体的には円柱状に形成された芯材であり、吸収側端部２ｂに接する液体を内部に取り込み、毛細管現象によって排出側端部２ａまで吸い上げる性質を有している。具体的には、吸液部２は、内部に微小空間が形成された多孔質体であり、液体を吸収し得るものであり、発熱部７により加熱されても溶融、劣化しない材料からなり、例えば無機繊維又は有機繊維を結合材（例えば、エポキシ樹脂）で固めたものであったり、無機粉末を焼結したものであったり、無機粉末を結合材（例えば、エポキシ樹脂）で固めたものであったり、グラファイトとグラッシーカーボンの多孔質混合体であってもよい。また、吸液部２は、無機繊維又は有機繊維からなる多数本の糸材を束ねて結合材で固めたものでも良い。例えば、吸液部２としては、アクリル系繊維束芯を用いることができる。

この吸液部２は排出側端部２ａ及び吸収側端部２ｂが露出するように中央部が収縮性チューブ３に挿入されており、吸液部２の中央部の外周面が収縮性チューブ３に密接している。収縮性チューブ３は吸液部２よりも短く、吸液部２の両端部２ａ、２ｂがそれぞれ収縮性チューブ３のそれぞれの端から突き出た位置にある。

収縮性チューブ３は、吸液部２が内部に取り込んだ液体に対して浸透しない性質のため、収縮性チューブ３から液体が外部に漏出することはない。収縮性チューブ３は、好ましくはエラストマー性を有するとともに収縮性を有する。また、収縮性チューブ３に吸液部２が挿入されていない自然状態では収縮性チューブ３の内径が吸液部２の径よりも小さく、吸液部２が挿入されることで収縮性チューブ３が拡径することが吸液部２と収縮性チューブ３との密着性、液体漏れ防止の観点から好ましい。

吸液部２は、その中間部からその吸収側端部２ｂにかけて管状の放熱部４に嵌め込まれ、その中間部からその排出側端部２ａにかけて熱伝導部５に嵌め込まれている。放熱部４と熱伝導部５との間には間隔があり、これらは互いに接しないように離れている。

収縮性チューブ３の一部も吸液部２が挿入された状態で放熱部４に嵌め込まれている。吸液部２の収縮性チューブ３から突き出た部分の外周面が放熱部４の内面に接している。この放熱部４は例えば、金（熱伝導率３１５Ｗ／ｍ・Ｋ）、銀（熱伝導率４２７Ｗ／ｍ・Ｋ）、銅（熱伝導率３９８Ｗ／ｍ・Ｋ）、アルミ（熱伝導率２３７Ｗ／ｍ・Ｋ）、セラミック又は炭素繊維等の熱伝導率の高い材料からなり、放熱部４の熱伝導率が吸液部２、収縮性チューブ３の熱伝導率及び断熱ケース６の熱伝導率よりも高い。放熱部４は、管構造であって、特に見かけの容積が大きすぎず、放熱する表面の面積が大きい方が好ましく、例えば外表面に溝が形成されていることが好ましい。

この熱伝導部５は、吸液部２より熱伝導率が高く、吸液部２の排出側端部２ａ側を密接するように収容する筒であり、一部が断熱ケース６から露呈している排出部９と、熱伝導部５と排出部９の継目外縁から突出したフランジ部５３と、一体に成形されている。排出部９は、フランジ部５３のフランジ面より突出した突起状であり、排出部９には排出孔５５が設けられ、排出孔５５は、熱伝導部５に挿入された吸液部２が発熱部７での熱によって内部の液体を気化させた気体を排出するものである。排出部９の外径は熱伝導部５の外径よりも小さく、排出部９の内径（排出孔５５の径）は熱伝導部５の内径よりも小さい。この熱伝導部５は、収縮性チューブ３、断熱ケース６や吸液部２より熱伝導率が高い金属（例えば、真鍮Ｃｕ７０％、Ｚｎ３０％熱伝導率１０６Ｗ／ｍ・Ｋ）のように発熱部７の熱を吸液部２に効率よく伝搬し、液体の気化を促進できる材料を含むことが好ましい。

吸液部２は熱伝導部５に挿入され、収縮性チューブ３の一部も熱伝導部５に挿入され、吸液部２の収縮性チューブ３から突き出た部分の外周面が熱伝導部５の内面に接している。

熱伝導部５の外周には、加熱コイル等のヒータである発熱部７が巻かれ、発熱部７と熱伝導部５が接している。この発熱部７は電熱材からなり、電気により発熱するものである。例えば、ニッケル−コバルト線を発熱部７として用いることができる。熱伝導部５が導電部材で、発熱部７が電熱材のような発熱抵抗体の場合、発熱部７に効率的に印加電圧が分圧され加熱されるように熱伝導部５と発熱部７との間に図示しない絶縁膜を介在することが好ましい。ただし、熱伝導部５は、断熱ケース６から露出している部分が十分小さければこのような絶縁膜がなくてもよい。発熱部７はセラミック接着剤５６によって被覆され、セラミック接着剤５６によって発熱部７が熱伝導部５に固着されている。

フランジ部５３には、半径方向に穿孔された挿入穴５４が形成されている。この挿入穴５４は熱伝導部５や排出部９の内部空間にまでは至らず、挿入穴５４の底が吸液部２の端面の近傍にまで至っている。挿入穴５４は、温度センサ８が挿入された状態で絶縁性接着剤が充填されており、温度センサ８は周囲を絶縁性接着剤により被膜されているので、熱伝導部５が導電部材で形成されていても熱伝導部５と電気的に絶縁されている。温度センサ８が吸液部２の端面近傍に位置し、これにより温度センサ８がフランジ部５３に埋め込まれている。温度センサ８は、熱電対、サーミスタ又は測温抵抗体である。温度センサ８は熱伝導部５や絶縁性接着剤を介して伝わる発熱部７の発熱に応じた温度を検出する。
発熱体７が加熱されると、発熱体７から熱伝導部５に伝搬された熱によって吸液部２内に浸透された液体は気化されて排出孔５５から放出される。

断熱ケース６は、発熱部７及び発熱部７で加熱される吸液部２の前方の熱をできるだけ外部に逃がさないように、発熱部７、吸液部２の前方を包囲するものである。また熱伝導部５とフランジ部５３が断熱ケース６内に収容され、発熱部７も断熱ケース６内に収容されている。放熱部４は断熱ケース６の外にある。

吸液部２の全体を均等に加熱されてしまうと、吸液部２の吸収側端部２ｂから液体が気化されてしまう。これらの気泡は立体障害となって吸液部２の液体の浸透を阻害してしまい、排出部９から排出される気体の排出量を不安定にしてしまう。

吸液部２の後方は、断熱ケース６によって覆われていないので、断熱ケース６で覆われている部分に比べて比較的速やかに放熱されやすい構造となっており、さらに、吸液部２の熱が放熱部４に伝搬されて放熱部４の表面から放出されるので、吸液部２の後方では吸液部２内の液体の沸点に達することがない。

そして発熱部７は、吸液部２の前方を吸液部２に浸透された液体の沸点に達するように加熱している。したがって、吸液部２内で気化された気体が排出側端部２ａから放出されると、吸液部２の毛細管現象によって吸液部２の後方に充填された液体が吸液部２の前方に向かって自発的に移動することになる。

断熱ケース６は、上面側の上ケース６１及び下面側の下ケース６２が組み合わさることにより、断熱ケース６の内部に収容空間が形成されている。上ケース６１及び下ケース６２はどちらも酸化チタン、酸化カリウム、酸化カルシウム、酸化珪素等を焼結したセラミックや、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォンサン）、発泡スチレン、発泡ウレタン等のエンジニアリングプラスチックや、ガラス等の熱伝導部５よりも熱伝導率の低い断熱材からなる。

上ケース６１の前面の下縁と下ケース６２の前面の上縁には扇形状の窪みが形成され、上ケース６１と下ケース６２を結合することでこれら窪みが合わさって通し孔６３が形成されている。排出部９がこの通し孔６３に嵌め込まれ、排出部９が断熱ケース６の前面から突き出ている。また、位置を固定するために熱伝導部５のフランジ部５３が断熱ケース６の前面側の内面に接しているが、断熱性を向上するためにフランジ部５３と断熱ケース９の前面側の内面との間に空間を設けてもよい。フランジ部５３の断熱ケース９との対向面に溝を設ければ、フランジ部５３と断熱ケース９が当接することによって位置合わせができるとともに、溝によって断熱用の熱伝導率の低い隙間を形成することができ断熱効果を向上できる。

上ケース６１の背面の下縁と下ケース６２の背面の上縁にはそれぞれ扇形状の窪みが形成され、上ケース６１と下ケース６２を結合することでこれら窪みが合わさって通し孔６４が形成されている。収縮性チューブ３及び吸液部２がこの通し孔６４に嵌め込まれている。収縮性チューブ３と通し孔６４の壁面が密接し、通し孔６４の壁面と吸液部２の外周面との間の隙間が収縮性チューブ３によってシーリングされている。

上ケース６１の上面には配線通し孔６５〜６７が貫通し、配線通し孔６５〜６７から上ケース６１の背面まで連なった溝６５ａ〜６７ａが上ケース６１の上面に形成されている。配線通し孔６５には温度センサ８の配線５１が通され、配線５１が折り曲げられて溝６５ａ内に敷設されている。同様に、配線通し孔６６，６７には発熱部７の両端部の配線７１，７２が通され、配線７１，７２が折り曲げられて溝６６ａ，６７ａ内に敷設されている。

温度センサ８が配線５１を介してコントローラに接続され、発熱部７も配線７１，７２を介してコントローラに接続されている。温度センサ８の検知温度を表す信号がコントローラに入力され、コントローラが温度センサ８の検知温度に基づいて、熱伝導部５や吸液部２の排出側端部２ａ側の温度が所望の温度になるように発熱部７を制御する。具体的には、温度センサ８の検知温度が上閾値よりも高くなった場合に、コントローラが発熱部７への供給電力を下げるか又は発熱部７への供給電力をオフにし、温度センサ８の検知温度が下閾値（但し、下閾値＜上閾値。）よりも低くなった場合に、コントローラが発熱部７への供給電力を上げるか又は発熱部７への供給電力をオンにし、温度センサ８の検知温度が下閾値以上、上閾値以下の場合には、コントローラが発熱部７への供給電力を維持する。

次に、気化装置１の動作及び気化装置１を用いた気化方法について説明する。
発熱部７に電圧が印加されると、発熱部７が発熱し、断熱ケース６内に収容された部材が加熱される。この状態でポンプ等によって液体が液体の供給管を兼ねている放熱部４内に送られると、放熱部４内の液体が吸液部２の吸収側端部２ｂから吸液部２内へ吸収される。吸液部２に吸収された液体は毛細管現象により反対側の排出側端部２ａに向かって移動する。ここで、発熱体７の内側の部分では加熱温度が発熱体７から遠ざかるほど低減していくため、温度センサ８の検知温度が下閾値以上且つ上閾値以下の状態では、吸液部２の排出側端部２ａ側では液体の沸点に達しているが、吸収側端部２ｂでは、液体の沸点未満の温度となるように設定されている。このため、主に吸液部２の排出側端部２ａ側内で液体が気化される。そして、その気体は吸液部２の排出側端部２ａから排出部９の排出孔５５を通って排出される。吸液部２の排出側端部２ａでは、液体が気化されて放出すると、吸収側端部２ｂ側から液体が毛細管現象により引き続き充填されて液体の気化が継続的に行われる。

また液体が気化されている時には、コントローラが温度センサ８の検知温度に基づいて発熱部７をフィードバック制御するので、熱伝導部５や吸液部２の排出側端部２ａ側の温度を逐次管理し、経時的に所望の温度範囲に保つことができる。

以上のように本実施形態によれば、吸液部２の排出側端部、熱伝導部５及びフランジ部５３並びに発熱部７が断熱ケース６内に収容されているので、熱損失が少なく、発熱部７の熱エネルギーが液体の気化に有効利用される。また仮に、吸液部２の前方での温度が外的要因で不安定になり吸液部２が過熱してしまうと、吸液部２内で過剰に気化が促進されて突沸を引き起こす要因となっていたが、本実施形態では、吸液部２の前方が断熱ケース６によって蓄熱されるため保温性が高く気化装置１の外の温度等の環境による影響が小さいので、安定した液体の気化の為の温度制御を容易にすることができ、過熱を抑制しやすい構造となっている。
一方、吸液部２の吸収側端部が断熱ケース６の外にあるので、吸液部２の吸収側端部２ｂから排出側端部２ａにかけて温度勾配が生じ、吸液部２の吸収側端部２ｂの温度が排出側端部２ａの温度よりも低くなる。特に、吸液部２の吸収側端部が高熱伝導性の放熱部４に接し、その放熱部４が断熱ケース６の外側にあるので、吸液部２の吸収側端部の熱が放熱部４から自然放熱されやすい。

仮に過熱等の要因により吸液部２内で過剰に生じた気体の一部が排出側端部２ａから放出しきれずに吸収側端面２ｂから放熱部４内へと吐出されると、吸液部２の毛管力や吸液部２に液体を送出するポンプの駆動によって気泡として吸収側端部２ｂの少なくとも一部を覆うように局在化してしまい、この気泡が立体障害となって吸液部２の吸収側端部２ｂでの液体の取り込み面積（接触面積）の減少をもたらす。このため、吸液部２の液体の浸透量が少なくとも一時的に減少して不安定になってしまう。このとき、吸液部２内の液量が少なくなってしまい、過熱された状態となる。この直後、気泡が再び吸収側端面２ｂから吸液部２内に入る。気泡が吸液部２内を流れると、気泡は気体のため液体と比べて粘度が低いために一時的に流速が上がりになるとともに一気に流れ込んだ液体が吸液部２で突沸する。
しかしながら、本実施形態では、吸液部２の後方は、前方よりも低温であることを維持できるように放熱部４が熱を効率的に放出するので過熱されにくいため気化量は前方に比べて著しく小さいため、吸液部２内で発生した気体が逆流して吸収側端部２ｂから放熱部４側に向けて気体が放出されることがほとんどない。このため、吸液部２の後方が過熱されることを抑制できるので、吸液部２での液体の浸透量を安定でき、ひいては排出部９からの気体の排出量を安定することができる。さらに十分な量の液体が吸液部２内に供給され続けると、仮に微量の気泡が吸収側端部２ｂに生じても、より低温の液体や放熱部４によって冷却され液化されるので立体障害を速やかに解消でき、突沸による流量変化を小さくすることができる。
また、放熱部４によって効果的に放熱できるので、気体の逆流を抑制するために吸液部２の長手方向の長さを長くして放熱面積を増大させる必要がないので、気化装置１の小型化を図ることができる。

また、フランジ部５３に温度センサ８が埋め込まれているので、吸液部２の排出側端面の近傍の温度を正確に測定することができる。また、正確な検知温度に従ってコントローラによる温度制御が行われるので、吸液部２の排出側端面の近傍の温度を下閾値と上閾値との間で一定に保つことができ、安定した気化を行うことができる。また、断熱ケース６を上ケース６１と下ケース６２の上下分割構造としたため、目視による作業が可能となるとともに、気化装置１の組立作業性が向上する。

また、収縮性チューブ３が加熱されると収縮するため、吸液部２の外周面と収縮性チューブ３の内周面との密接性が向上する。そのため、吸液部２の外周面から気体が突出しない。

なお、本発明は上記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良い。
例えば、ファン等によって放熱部４の周囲に強制対流を起こすことで放熱部４を空冷し、吸液部２の吸収側端部の熱を放熱部４からより放熱するようにしても良い。また、放熱部４を水冷しても良い。自然放冷、空冷、水冷の何れの場合においても、放熱部４の外面に凹凸を設けたり、フィンを凸設させたりすることによって放熱部４の表面積を増やし、放熱部４の放熱効率を向上させても良い。

また、発熱部７を加熱コイルの代わりにセラミックヒータであっても良いし、加熱コイルとセラミックヒータを併用しても良い。

また、吸液部２の外周面に被膜等を施すことによって吸液部２の外周面から液体や気体が滲み出ないようにすれば、収縮性チューブ３がなくても良い。また、収縮性チューブ３としてゴム弾性チューブと熱収縮性チューブの二重チューブに吸液部２を挿入しても良い。

また、図４に示した変形例の気化装置１Ａのように、温度センサ８を設けなくても良い。気化装置１Ａに温度センサ８を設けていないので、フランジ部５３には挿入穴５４を形成せずに、上ケース６１には配線通し孔６５及び溝６５ａを形成しなくても良い。図４に示した気化装置１Ａは、温度センサ８、挿入穴５４、配線通し孔６５がないことを除いて、図１の気化装置１と同様に設けられているので、気化装置１Ａについては気化装置１に対応する部分に同一の符号を付す。このような構造の気化装置１Ａでは、発熱部７を、温度によって抵抗特性が変化する発熱抵抗体として温度センサを兼ねるようにしてもよい。発熱抵抗体は、温度変位に対する抵抗率の変位が十分大きく、酸化等の劣化や腐蝕に強く点で金（Ａｕ）や金を含む合金が好ましく、金を含む発熱抵抗体とその他の導電膜との積層構造であってもよい。熱伝導部５が導電性である場合、熱伝導部５上に絶縁膜を被覆し、この絶縁膜上に発熱抵抗体層を被膜すればよい。特に発熱抵抗体層が金を含むであれば、絶縁膜との密着性を改善するためのチタン（Ｔｉ）やタンタル（Ｔａ）等の下地層、金が熱拡散を抑制するためのタングステン（Ｗ）等の高融点金属からなる熱拡散防止層を、絶縁膜と発熱抵抗体層との間に、この順に積層してもよい。

図５は、気化装置１（又は気化装置１Ａ）をカートリッジ１０１、改質器１０３、一酸化炭素除去器１０４、燃料電池１０５及び燃焼器１０６とともに示したブロック図である。

放熱部４にはポンプ１０２が接続され、更にこのポンプ１０２がカートリッジ１０１に接続されている。このカートリッジ１０１には、液体燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル）と水が混合した状態又は別々に貯留され、ポンプ１０２によって液体燃料と水の混合液が放熱部４に送られる。ポンプ１０２としてシリンジポンプ、電気浸透流ポンプ（Electro-Osmotic Pump）を用いても良い。排出部９には改質器１０３が接続され、気化装置１から排出された燃料と水の混合気が改質器１０３に供給される。

改質器１０３は、気化装置１から供給された燃料と水の混合気を触媒反応させて、水素ガス等を生成するものである。また、改質器１０３では微量の一酸化炭素も生成される。なお、カートリッジ１０１に貯留された液体燃料がメタノールの場合、改質器１０３では次式（１）、（２）に示すような反応が起こる。
ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂＋ＣＯ₂ …（１）
２ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→５Ｈ₂＋ＣＯ＋ＣＯ₂ …（２）

改質器１０３で生成された生成物の混合気が一酸化炭素除去器１０４に供給され、更にエアポンプによって空気が一酸化炭素除去器１０４に供給される。一酸化炭素除去器１０４では、混合気中の一酸化炭素が触媒によって選択されて、一酸化炭素が優先的に酸化され、水素は酸化されない。

燃料電池１０５は、触媒微粒子を担持した燃料極１０５ａと、触媒微粒子を担持した空気極１０５ｂと、燃料極１０５ａと空気極１０５ｂとの間に介在された電解質膜１０５ｃとを備える。燃料極１０５ａには、一酸化炭素除去器１０４から混合気が供給され、空気極１０５ｂには、空気がエアポンプによって供給される。燃料極１０５ａと空気極１０５ｂのうちの一方の電極でイオンが生成され、イオンが電解質膜１０５ｃを透過し、他方の電極で水が生成され、これにより燃料極１０５ａと空気極１０５ｂの間で電力が生じる。なお、電解質膜１０５ｃが水素イオン透過性の電解質膜（例えば、固体高分子電解質膜）の場合には、燃料極１０５ａでは次式（３）のような反応が起き、空気極１０５ｂでは次式（４）のような反応が起こる。
Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- …（３）
２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ …（４）

燃料極１０５ａで反応しなかった余剰の水素ガス等を含むオフガスが燃焼器１０６に供給され、エアポンプによって空気が燃焼器１０６に供給される。燃焼器１０６においては、空気中の酸素と未反応の水素とが触媒により反応し、燃焼熱が発生する。燃焼熱は、改質器１０３及び一酸化炭素除去器１０４の反応に用いられる。

以下、実施例と比較例を挙げることによって、本発明について更に具体的に説明する。
実施例では、図１〜図３に示されるような気化装置１を用いた。ここで、吸液部２、放熱部４、熱伝導部５（排出部９及びフランジ部５３と一体成型）、断熱ケース６の条件は以下のようにした。

（ａ）吸液部２：炭化ケイ素、直径1.5mm、長さ10mm
（ｂ）放熱部４：アルミ（A1080）、内径1.5mm、外径2.5mm、長さ15mm
（ｃ）熱伝導部５：真鍮、吸液部２の長手方向における発熱部７との重なっている部分の長さ2mm、内径1.5mm、外径2.5mm
（ｄ）断熱ケース６：ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、下部の直径7mm

比較例では、気化装置１の放熱部４を低熱伝導率のシリコンチューブ等の弾性チューブ管材に代えた。その他の条件は実施例と同じである。

実施例及び比較例のどちらにおいても、６０ｗｔ％のメタノール水溶液を電気浸透流ポンプによって流量計を通して放熱部４（比較例の場合には、低熱伝導率材料管材）に送液し、流量計でメタノール水溶液の流量を流量計で測定するとともに、吸液部２の吸収側端面２ｂ近傍の温度をＫ型シース熱電対で測定した。ここで、実施例及び比較例は、発熱部７で加熱した状態を保ちながら、メタノール水溶液を供給した。図６では、測定流量が著しく増大する直前で流量が落ち込み、温度が上昇していることがわかる。これは吸収側端部２ｂ側に気泡が生じてしまい、立体障害となって吸液部２への流れが停滞し一時的に吸液部２が過熱してしまうことが要因となっている。その直後、この気泡が吸液部２に入ると、気泡の粘度の低さから一時的に流量上昇が起き、吸液部２内に大量に流れ込んだ液体が気化して突沸していることを示している。

比較例の結果を図６に示し、実施例の結果を図７に示す。図６、図７から明らかなように、吸液部２の吸収側端面近傍の温度は比較例よりも実施例の方が低く抑えられている。

このため、比較例では、供給する液体に大きい脈動（流量変化で３０μｌ／ｍｉｎ程度）が起こりやすく、供給する液体の流量のピークが約４００秒の間に３回程度発生していた。

それに対し、実施例では、温度の著しい上昇が見られず、供給する液体に脈動が起こりにくく、供給する液体の流量のピークが約７８０秒の間に１回しか発生せず、突沸の間隔（流量変化で１５μｌ／ｍｉｎ未満）、流量の変化が抑えられている。このように、比較例のような気泡による一時的な流量の低下がほとんどないため、その直後に吸液部２内にいきなり液体が流れ込んで突沸することが抑えられている。このように、実施例は比較例よりも、気化装置１に供給される液体の流れや気化装置１から排出される気体の流れが安定していることがわかった。

吸液部の中心線に沿った縦断面における気化装置の断面図である。気化装置の分解斜視図である。気化装置の分解斜視図である。変形例の気化装置の縦断面図である。気化装置をカートリッジ、ポンプ、改質器、一酸化炭素除去器、燃料電池及び燃焼器とともに示したブロック図である。比較例の測定結果を示したグラフである。実施例の測定結果を示したグラフである。

符号の説明

１、１Ａ気化装置
２吸液部
３収縮性チューブ
４放熱部
６断熱ケース
５熱伝導部
７発熱部
８温度センサ

Claims

断熱ケースと、
液体を吸収する吸収側端部側が前記断熱ケース外に配置され、前記吸収側端部で吸収された液体を気化して排出する排出側端部側が前記断熱ケース内に収容された吸液部と、
前記吸液部の前記排出側端部側を加熱するヒータと、
を備えることを特徴とする気化装置。
請求項１に記載の気化装置において、前記ヒータと前記吸液部との間に前記ヒータの熱を前記吸液部に伝導する熱伝導部をさらに備え、
前記断熱ケースは、前記熱伝導部より熱伝導率が低いことを特徴とする気化装置。
請求項１に記載の気化装置において、前記断熱ケースと離間して前記吸収側端部側に接するように配置され、前記吸液部より熱伝導率の高い放熱部をさらに備えることを特徴とする気化装置。
吸収側端部から液体を吸収し、吸収した液体を排出側端部へと浸透させる吸液部と、
前記吸液部の前記排出側端部側を加熱するヒータと、
前記吸収側端部側に接するように配置され、前記吸液部より熱伝導率の高い放熱部と、
を備えることを特徴とする気化装置。
請求項４に記載の気化装置において、前記ヒータと前記吸液部との間に前記ヒータの熱を前記吸液部に伝導する熱伝導部をさらに備えることを特徴とする気化装置。
請求項４に記載の気化装置において、前記放熱部と離間して前記吸液部の前記排出側端部側を収容する断熱ケースをさらに備えることを特徴とする気化装置。