JP2007283210A - 液体定量排出装置及び液体定量排出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水等の液体を液体収容容器から送り出す場合に、その量が少量であったとしても定量で送り出すことが可能であり、更に姿勢に影響することなく液体を送り出すことが可能な液体定量排出装置を提供する。
【解決手段】液体が収容される液体収容容器２と、液体収容容器２から液体を排出する液体排出路と、圧縮気体を収容する気体収容容器１と、気体収容容器１内の圧縮気体を液体収容容器２内へ供給する気体供給路と、気体供給路の液体収容容器側端部に取り付けられた膨張性を有する袋部材１５とを備え、袋部材１５内に圧縮気体を供給していくことにより液体収容容器２内で袋部材１５を膨張させ、袋部材１５が膨張した体積分の液体を液体排出路から排出するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に少量の液体を定量供給できる液体定量排出装置及び液体定量排出方法に関するものである。

燃料電池は、他の発電システムに比べると発電効率が高く、大気を汚染する物質を生成しないという点で注目されているエネルギー源である。水素供給型の燃料電池では、発電を行わせるために、カソードへ空気（酸素）を供給し、アノードへ水素を供給する。水素はアノードでの触媒反応によって水素イオン及び電子となり、水素イオンは電解質内を移動し、カソードの触媒反応により酸素と反応して水となる。一方、電子は外部回路を伝わってカソードに移動する。この電子の移動により電気エネルギーが発生することになる。

以上のように、燃料電池には水素等の燃料を供給する必要がある。そこで水素を発生するための装置が種々知られており、例えば、下記特許文献１，２に開示されている。これらはいずれも炭化水素を分解することで水素を発生させるものである。特許文献１，２における水素発生装置は、円筒形の熱供給器と同じく円筒形の反応器により構成されている。

また、下記特許文献３に開示されている水素ガス発生ユニットは、水（反応液に相当）を収容するためのタンクと、水との化学反応により水素を生成する金属（水素発生剤に相当）を収容する反応容器と、この反応容器に近接配置される加熱手段と、タンクに収容された水を反応容器に導入するための導入管と、反応容器で生成した水素及び未反応の水をタンク内に導入する戻り管と、タンク内の水素及び水を排出する排出管とを備えている。そしてタンクの水を反応容器に導入するためにポンプを使用しており、これにより、水を反応容器に供給する量を制御している。反応容器は、装置本体内に収容され、加熱手段により密着保持される。これにより、反応容器内に導入された水が加熱されて水蒸気になるとともに、反応容器内の水素ガスを発生させるための反応を促進させることができる。

特開２００４−６３１２７号公報 特開２００４−５９３４０号公報 特開２００４−１４９３９４号公報

上記のような水素発生装置において、水を反応容器内に送り込む量を一定に制御するのが望ましい場合がある。例えば、多量の水を送り込むと必要以上の水素ガスが発生してしまうという問題がある。水の送り量を制御（制限）するには、ポンプを用いることが好ましいが、ポンプを収容するスペースや駆動する機構が必要となり、コストアップや装置の大型化の原因となる。特に、水素発生装置をノートパソコン、ＰＤＡ、携帯電話などの携帯機器に組み込む場合等は、できるだけ小型化を実現できる構成が要求される。すなわち、ポンプを用いなくても水を供給できるような小型の液体供給装置を備えた水素発生装置が望まれている。また、携帯機器用の水素発生装置の場合は、水を反応容器内に送り込む量もごく少量（例えば、１時間当たり２〜３ｃｃ）であり、かかる少量の水を定量で送り込めるような構成が要求される。さらに、水を収容部に収容する場合に、例えば、収容部の天地が逆の状態になったとしても、その姿勢に関係なく水を定量で送り込めるような構成も要求される。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、水等の液体を液体収容容器から送り出す場合に、その量が少量であったとしても定量で送り出すことが可能であり、更に姿勢に影響することなく液体を送り出すことが可能な液体定量排出装置及び液体定量排出方法を提供することである。

上記課題を解決するため本発明に係る液体定量排出装置は、
液体が収容される液体収容容器と、
液体収容容器から液体を排出する液体排出路と、
圧縮気体を収容する気体収容容器と、
気体収容容器内の圧縮気体を液体収容容器内へ供給する気体供給路と、
気体供給路の液体収容容器側端部に取り付けられた膨張性を有する袋部材とを備え、
この袋部材内に圧縮気体を供給していくことにより液体収容容器内で袋部材を膨張させ、袋部材が膨張した体積分の液体を液体排出路から排出するように構成したことを特徴とするものである。

かかる構成による液体定量排出装置の作用・効果を説明する。この装置は液体が収容される液体収容容器と、圧縮気体が収容される気体収容容器を備えており、これらは気体供給路により連結されている。液体収容容器内の液体は、液体排出路から排出（送り出し）されるが、その排出作用を行わせるために、圧縮気体を液体に対して作用させる。ここで、気体供給路の液体収容容器側端部に袋部材が取り付けられており、圧縮気体は、この袋部材内に徐々に送り込まれていく。袋部材は膨張性を有しており、圧縮気体が送り込まれることで徐々に膨張していく。液体収容容器内で袋部材が膨張することで、その膨張した体積分の液体が液体排出路から排出される。このように、袋部材を介して圧縮気体を作用させることで、液体収容容器内の液体に均一に圧力を作用させるようにでき、少量であっても液体排出路から液体を定量排出させることができる。また、袋部材により液体に圧力を作用させるため、液体定量排出装置の姿勢に関係なく、液体に対して同じ圧力を作用させることができる。その結果、水等の液体を液体収容容器から送り出す場合に、その量が少量であったとしても定量で送り出すことが可能であり、更に姿勢に影響することなく液体を送り出すことが可能な液体定量排出装置を提供することができる。

本発明において、気体供給路には、気体供給量を制御する制御機構が設けられることが好ましい。

かかる制御機構を設けることで、気体供給量を制御することができるため、液体に対して作用させる圧力値も変えることができる。これにより、液体排出路から送り出すべき液体の量を調整することができる。

本発明において、液体は水素発生剤と反応して水素ガスを発生する反応液であり、液体排出路から排出される反応液は、水素発生剤が収容された反応容器へ供給されるように構成されていることが好ましい。

これにより、液体収容容器内の水を反応容器に対して定量供給することができる。また、ごく少量の水であっても一定量を供給し続けることができるため、反応容器において発生する水素ガスの量も適切となるように制御することができる。従って、特に携帯機器用に用いられる燃料電池システムにおいて好適に用いることができる。

上記課題を解決するため本発明に係る液体定量排出方法は、
液体収容容器に収容されている液体に対して気体供給路を介して圧縮気体を作用させるステップと、
この圧縮気体の作用により液体を液体収容容器に設けられた液体排出路から排出するステップとを有し、
圧縮気体を作用させるステップにおいて、気体供給路の液体収容容器側端部に取り付けられた膨張性を有する袋部材内に圧縮気体を供給していくことにより液体収容容器内で袋部材を膨張させ、この袋部材が膨張した体積分の液体を液体排出路から排出するように構成したことを特徴とするものである。

この構成によると、既に述べたように、袋部材を介して圧縮気体を作用させることで、液体収容容器内の液体に均一に圧力を作用させるようにでき、少量であっても液体排出路から液体を定量排出させることができる。また、袋部材により液体に圧力を作用させるため、液体定量排出装置の姿勢に関係なく、液体に対して同じ圧力を作用させることができる。

本発明において、液体は水素発生剤と反応して水素ガスを発生する反応液であり、液体収容容器から排出される反応液が水素発生剤が収容された反応容器へ供給されるステップを有することが好ましい。

この構成によると、ごく少量の水であっても一定量を供給し続けることができるため、反応容器において発生する水素ガスの量も適切となるように制御することができる。

本発明に係る液体定量排出装置及び液体定量排出方法の好適な実施形態を図面を用いて説明する。

図１は、第１実施形態に係る液体定量排出装置の構成を示す概念図である。この液体定量排出装置は、気体収容容器１と液体収容容器２と反応容器３と冷却室４を備えている。気体収容容器１には、圧縮空気が収容される。なお、空気に代えて窒素等の他の気体を使用してもよい。気体収容容器１の上壁面に注入バルブＢが設けられており、この注入バルブＢを介して気体収容容器１内に空気が導入される。導入される空気の量は例えば２〜３ｃｃ程度であり、空気圧力は０．３〜０．５ＭＰａ程度に圧縮された状態で収容される。注入バルブＢとしては、ガスライターにガスを注入するのに用いられているバルブと同じ構造のものを使用することができる。

液体収容容器２内には反応液としての水が収容される。この水は、水素発生剤と反応して水素ガスを発生させる反応液として機能するものであり、水以外に酸やアルカリの溶液を使用してもよい。液体収容容器２内に収容される水の量も３ｃｃ程度である。容器壁面には、導入管８と逆止弁９が設けられ、この導入管８を介して液体収容容器２内に水を導入することができる。

逆止弁９としては、任意のタイプのものを使用することができ、装置全体の小型化を図る上で、１次側が２次側の圧力より大のときに開口し、小のときには閉口するくちばし状の弾性部材を備える逆止弁が好ましい。この逆止弁９は、例えば、ダックビルと呼ばれており、各種のものが市販されている。他の場所に使用される逆止弁についても同様とすることができる。

気体収容容器１と液体収容容器２とは、気体供給路である連通管６により連結されており、この連通管６の途中にはバルブ７が設けられている。バルブ７は、この連通管６を通過する圧縮空気の量を制御する制御機構として機能するものであり、気体収容容器１内に空気を導入する際には、このバルブ７は閉じた状態とする。バルブ７を開くことで、気体収容容器１内の空気が液体収容容器２内に導入され、液体収容容器２内の水に対して圧力を作用する。

連通管６の端部６ａは、液体収容容器２内に挿入されており、さらにこの端部６ａには袋部材１５が強固に取り付けられている。従って、連通管６を介して送り込まれる圧縮空気は、この袋部材１５の内部に送り込まれ、袋部材１５を徐々に膨張させていく。従って、袋部材１５は、膨張性を有する材料により製作される。袋部材１５としては、例えば、ウレタン樹脂等の熱可塑性樹脂、シリコーンゴム等の熱硬化性樹脂、天然ゴム等を用いて製作することができる。また、袋部材１５は膨張性を有していればよいので、非弾性体であってもよい。

反応容器３内には水素発生剤１０が収容されている。水素発生剤１０としては、水等の反応液と反応して水素ガスを発生する金属、例えば、Ｆｅ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｓｉなどから選ばれる一種以上の金属の粒子や、これらが部分的に酸化された金属の粒子があげられる。また、水素発生剤１０は、触媒成分やアルカリ土類金属酸化物、カーボンブラック等を含むものであってもよい。水素発生剤１０は、粉末状であってもよく、造粒、又はタブレット化したものであってもよい。

次に、液体収容容器２と反応容器３の隔壁２ａに配置される逆止弁３０について説明する。この逆止弁３０として、アンブレラと呼ばれるものを使用する。逆止弁３０は、係合部３１と傘部３２とが一体成型されたゴム製品であり、圧力により変形可能である。係合部３１により、隔壁２ａに形成された係合穴２ｃに係合される。また、係合穴２ｃに隣接して連通孔２ｂ（液体排出路に相当）が設けられており、この連通孔２ｂを介して水が反応容器３へ供給される。すなわち、圧縮空気の圧力により水に圧力が作用すると、連通孔２ｂを介して傘部３２を変形させ、水が反応容器３へと定量供給される。

反応容器３の下部には冷却室４が設けられており、水が浸透させられた綿４１（脱脂綿等）が収容されている。反応容器３と冷却室４の隔壁３ａに連通孔３ｂが設けられており、反応容器３において発生した水素ガスは、この連通孔３ｂを介して冷却室４に供給され、冷却された状態でガス供給管１３から排出される。また、連通孔３ｂをカバーするように不織布４２が設けられており、水素発生剤が冷却室４内へ落ち込むことを防止する。ガス供給管１３からは、反応容器３内で発生した水素ガスが排出され、不図示の燃料電池セルに供給されることになる。

気体収容容器１、液体収容容器２、反応容器３、冷却室４については、強度や耐食性などを考慮して、適宜の金属材料、樹脂材料、ガラス等により形成することができる。また、各容器を１部品で構成するか、複数部品で構成するかについても任意である。また、複数の容器を１部品で構成するようにしてもよい。また、各容器の形状・大きさについては、使用目的・仕様等に基づいて、適宜定めることができる。さらに、各容器の配置についても、装置全体の大きさ・デザイン等を考慮して適宜合理的な配置構成を採用することができる。また、液体や気体を通過させる各管についても、適宜の金属材料や樹脂材料で形成することができ、必要に応じて柔軟性を有する材料を選択してもよい。

本発明に係る液体定量排出装置によれば、バルブ７を閉じた状態で気体収容容器１内に圧縮空気を収容させ、その後、バルブ７を所定量開くことで、液体収容容器２内の袋部材１５に圧縮空気を送り込むことができる。袋部材１５の内部には、徐々に圧縮空気が送り込まれていき、袋部材１５は徐々に膨張する。膨張していく過程を図２（ａ）→（ｂ）→（ｃ）に示す。袋部材１５が膨張していくことで、膨張した体積の分だけ液体収容容器２の水が反応容器３の方に押し出されることになる。

圧縮空気により水を押圧しているので、水全体にわたって均一で安定した圧力を付与することができるため、常時一定量の水を連通管２ｂから送り出すことができる。また、圧縮空気による押圧力を作用させることで、１時間当たり２〜３ｃｃの少量であったとしても、定量を安定して送り出すことができる。

図３は、液体定量排出装置の天地を逆にした状態であるが、かかる場合であっても、袋部材１５を介して圧縮空気により水を均等に押圧することができるため、水を定量供給する能力に対して何らの悪影響を及ぼすことがない。従って、本発明に係る液体定量排出装置は、装置の姿勢に関係なく定量の水を供給することができる。

＜別実施形態＞
本実施形態において、反応容器３への水の供給は、連通孔２ｂと安全弁３０により行なっているが、これに代えて、導入管と逆止弁の組み合わせにより液体排出路を構成してもよい。

本実施形態では、冷却室４内への水の収容を綿４１に浸透させることで行なっているが、かかる綿４１を使用せずに、水を直接収容するようにしてもよい。この場合、水が他の領域に移動しないように適宜、逆止弁を設けることが好ましい。

本実施形態において、液体定量排出装置（方法）の用途として燃料電池をあげているが、これに限定されるものではなく、他の用途にも用いることができる。

第１実施形態に係る液体定量排出装置の構成を示す概念図 袋部材の作用を説明する図 液体定量排出装置をひっくり返した状態を示す図

符号の説明

１ 気体収容容器
２ 液体収容容器
３ 反応容器
４ 冷却室
６ 導入管
６ａ 端部
７ バルブ
１０ 水素発生剤
１５ 袋部材
３０ 逆止弁

Claims (5)

1. 液体が収容される液体収容容器と、
   液体収容容器から液体を排出する液体排出路と、
   圧縮気体を収容する気体収容容器と、
   気体収容容器内の圧縮気体を液体収容容器内へ供給する気体供給路と、
   気体供給路の液体収容容器側端部に取り付けられた膨張性を有する袋部材とを備え、
   この袋部材内に圧縮気体を供給していくことにより液体収容容器内で袋部材を膨張させ、袋部材が膨張した体積分の液体を液体排出路から排出するように構成したことを特徴とする液体定量排出装置。
2. 気体供給路には、気体供給量を制御する制御機構が設けられることを特徴とする請求項１に記載の液体定量排出装置。
3. 液体は水素発生剤と反応して水素ガスを発生する反応液であり、液体排出路から排出される反応液は、水素発生剤が収容された反応容器へ供給されるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体定量排出装置。
4. 液体収容容器に収容されている液体に対して気体供給路を介して圧縮気体を作用させるステップと、
   この圧縮気体の作用により液体を液体収容容器に設けられた液体排出路から排出するステップとを有し、
   圧縮気体を作用させるステップにおいて、気体供給路の液体収容容器側端部に取り付けられた膨張性を有する袋部材内に圧縮気体を供給していくことにより液体収容容器内で袋部材を膨張させ、この袋部材が膨張した体積分の液体を液体排出路から排出するように構成したことを特徴とする液体定量排出方法。
5. 液体は水素発生剤と反応して水素ガスを発生する反応液であり、液体収容容器から排出される反応液が水素発生剤が収容された反応容器へ供給されるステップを有することを特徴とする請求項４に記載の液体定量排出方法。

Images