JP2008240607A - 流体機器、発電装置、電子機器及び下流部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】流体機器において、気体をそのまま排出させないようにする。
【解決手段】ハウジング２内に両側に電極を備える電気浸透材３が設けられ、インレット室２１とアウトレット室２２が形成されている。インレット室２１には吸入孔２３が通じ、アウトレット室２２からは排気孔２５及び排出孔２６が通じている。排気孔２５は疎水性膜５によって閉塞され、更にその外側が水素燃焼触媒６によって覆われている。排気孔２５の外側は不燃性網７によって覆われている。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体機器に関し、特に電気浸透流現象等を利用して送液を行う送液機構により流れる流体の操作をするための流体機器に関する。また、本発明は、その流体機器を備えた発電装置及び電子機器に関する。また、本発明は、下流部構造に関し、特に電気浸透流現象等を利用して送液を行う送液機構の下流に設けられた下流部構造に関する。

ポンプには、往復ポンプ・回転ポンプ・遠心ポンプ・軸流ポンプ等といった様々な種類があり、圧電アクチュエータを用いたマイクロポンプや電気浸透流現象を用いた電気浸透流ポンプといったものもある。
また、電気浸透流現象を用いた電気浸透流ポンプは機械的可動部を持たずに液体を送液するものであるので、長寿命という利点をもつ。例えば、特許文献１に記載された電気浸透流ポンプは、電気浸透材（１６）の両面に電極（１８，２０）が形成されたものであり、この電気浸透流ポンプが筒状のハウジング（ポンプ容器１２）に嵌め込まれ、ハウジングによって電気浸透流ポンプが固定支持されている。そして、両方の電極間に電圧が印加されると、電気浸透流現象により液体が電気浸透材を透過し、これにより液体の流れが生じる。
特開２００６−３１１７９６号公報

ポンプにおいて、気体が混入した液体を送液したり、振動や温度変化等の原因で溶けていた気体が発生したりする場合がある。特に電気浸透流ポンプの場合、電気浸透材の両面の電極間に電圧が印加されて、液体が一方の電極から他方の電極へ送られると、液体の電気分解により電極から気泡が生じる。
そこで、本発明は、気体をそのまま排出させないようにすることを課題とする。

以上の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、流体機器において、
液体の流れる流路が形成され、前記流路の外から前記流路の中途部に通じる排気孔が形成された流路構造と、
液体遮断性及び気体透過性を有し、前記排気孔に設けられた液体遮断材と、
前記液体遮断材よりも外側において前記排気孔に設けられた触媒と、を備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、流体機器において、
液体の流れる曲げられた流路が形成され、前記流路の屈曲部よりも上流側の流体の流れる方向に前記屈曲部から前記流路の外に通じた排気孔が形成された流路構造と、
液体遮断性及び気体透過性を有し、前記排気孔に設けられた液体遮断材と、を備えることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の流体機器において、
前記排気孔よりも上流側において前記流路に配置され、前記流路を上流側と下流側に仕切る送液機構を更に備えることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の流体機器において、
前記送液機構は電気浸透材の両面に電極が設けられてなる電気浸透流ポンプであることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項３又は４に記載の流体機器において、
前記液体遮断材の表面の法線方向が前記送液機構の主送液方向に対して平行であることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１から５の何れか一項に記載の流体機器において、
前記触媒よりも外側において前記触媒を覆った不燃性網を更に備えることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１から６の何れか一項に記載の流体機器において、
前記排気孔よりも下流側において前記流路に配置され、前記流路を上流側と下流側に仕切り、液体透過性及び気体遮断性を有する気体遮断材を更に備えることを特徴とする。

請求項８に係る発明は、請求項７に記載の流体機器において、
前記気体遮断材の表面の法線方向が前記液体遮断材の表面の法線方向とずれていることを特徴とする。

請求項９に係る発明は、発電装置において、
請求項１から８の何れか一項に記載の流体機器を備え、
前記流体機器により燃料を送液し、その送液される燃料により発電を行うことを特徴とする。

請求項１０に係る発明は、電子機器において、
請求項９に記載の発電装置と、
前記発電装置によって発電された電気により動作する電子機器本体と、を備えることを特徴とする。

請求項１１に係る発明は、
液体を流す送液機構よりも下流側の下流部構造において、
前記送液機構よりも下流側の液体の流れる流路が形成され、前記流路の外から前記流路の中途部に通じる排気孔が形成された流路構造と、
液体遮断性及び気体透過性を有し、前記排気孔に設けられた液体遮断材と、
前記液体遮断材よりも外側において前記排気孔に設けられた触媒と、を備えることを特徴とする。

請求項１２に係る発明は、請求項１１に記載の下流部構造において、
前記触媒よりも外側において前記触媒を覆った不燃性網を更に備えることを特徴とする。

請求項１３に係る発明は、請求項１１又は１２に記載の下流部構造において、
前記排気孔よりも下流側において前記流路に配置され、前記流路を上流側と下流側に仕切り、液体透過性及び気体遮断性を有する気体遮断材を更に備えることを特徴とする。

本発明によれば、送液される液体は液体遮断材によって遮断され、液体中の気体が液体遮断材を透過してその外側の触媒に接し、その気体の反応物が外部に排出される。従って、気体がそのまま排出されずに済む。

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。

＜第一の実施の形態＞
図１は流体機器１を示した上面図であり、図２は図１の切断線II−IIに沿った面の矢視断面図である。図１及び図２に示すように、流体機器１は、ハウジング２と、電気浸透流ポンプ３９と、親水性膜（気体遮断材）４と、疎水性膜（液体遮断材）５と、水素燃焼触媒６と、不燃性網７とを備える。なお、この流体機器１は液体９９を送るものであるが、液体９９としては水、液体燃料（例えば、メタノール）又は液体燃料と水の混合液を用いる。

電気浸透流ポンプ３９は、液体９９に運動エネルギーを与えて液体９９を送液する送液機構である。具体的には、電気浸透流ポンプ３９は、電気浸透材３と、電気浸透材３の両面に成膜された電極膜３１，３２とを有する。電気浸透材３は薄板状に形成され、その電気浸透材３の両面には白金その他の金属の電極膜３１，３２が成膜されている。

電気浸透材３には誘電体の多孔質材、繊維材又は粒子充填材が用いられ、一例としてシリカ繊維材料又は多孔質セラミックが用いられる。電極膜３１，３２はスパッタ法、蒸着法その他の気相成長法により成膜されたものである。電極膜３１，３２が気相成長法により成膜されたものであるから、電極膜３１，３２に多数の微小孔が形成されており、電極膜３１，３２を液体９９が浸透する。なお、電極膜３１，３２が網目状に形成されたものでもよく、その網目を通じて液体９９が電極膜３１，３２を浸透する。

電極膜３１と電極膜３２との間に電圧が印加されると、液体９９が電気浸透材３の厚み方向に電気浸透するので、この電気浸透流ポンプ３９の主送液方向は、電気浸透材３の厚み方向、つまり、電極膜３１，３２の法線方向となる。

ハウジング２は、液体９９の流路を構成する流路構造である。ハウジング２内に形成された流路は、ハウジング２の下面からハウジング２内の上に至ってその上部中途部から屈曲してハウジング２の側面に至るようにＬ字状を成している。ハウジング２内の流路の屈曲部よりも上流側に電気浸透材３が設けられ、この電気浸透材３がハウジング２に装着されている。流路が電気浸透材３によって上流側と下流側に仕切られている。

ハウジング２内の流路は、電気浸透材３よりも上流側において電極膜３１に面したインレット室２１と、電気浸透材３よりも下流側において電極膜３２に面したアウトレット室２２と、ハウジング２の下面から上向かってインレット室２１に通じた吸入孔２３と、ハウジング２の側面からアウトレット室２２の上部に通じた排出孔２６とに分けられる。なお、吸入孔２３がインレットニップル２４によって囲繞され、排出孔２６がアウトレットニップル２７によって囲繞され、インレットニップル２４及びアウトレットニップル２７はハウジング２に凸設されている。

また、ハウジング２には、流路の屈曲部であるアウトレット室２２からハウジング２の上面にまで貫通した排気孔２５が形成されている。この排気孔２５は電極膜３２の対向位置に形成され、排気孔２５の中心線が電極膜３２に対してほぼ垂直になっている。そのため、排気孔２５は流路の屈曲部よりも上流側における液体９９の流れる方向にアウトレット室２２からハウジング２の外に貫通している。

吸入孔２３が電極膜３１の対向位置に形成され、吸入孔２３の中心線が電極膜３１に対してほぼ垂直になっている。吸入孔２３の中心線は排気孔２５の中心線に対して平行であり、更に具体的には吸入孔２３の中心線と排気孔２５の中心線が一致して吸入孔２３と排気孔２５が一直線状に設けられている。電気浸透流ポンプ３９の主送液方向が電極膜３１，３２の法線方向であるので、吸入孔２３及び排気孔２５の中心線は電気浸透流ポンプ３９の主送液方向に対して平行である。

電極膜３１には引出電極３３が接続され、電極膜３２には引出電極３４が接続されている。引出電極３３，３４はハウジング２を貫通してハウジング２の外に突出している。引出電極３３，３４がハウジング２を貫通した箇所は封止され、ハウジング２の気密性・液密性が保たれている。なお、電極膜３１と引出電極３３とが一体形成されていても良いし、別々に形成されていてこれらを接合し又は当接したものでも良い。電極膜３２と引出電極３４についても同様である。

ハウジング２の設置向きについては、排気孔２５を重力の働く向きの反対向きにし、吸入孔２３を重力の働く向きにすることが好ましい。

親水性膜４がアウトレット室２２内から排出孔２６の開口を覆って、排出孔２６が親水性膜４によって閉塞されている。親水性膜４の表面の法線方向が電極膜３２の法線方向と直交し、親水性膜４の表面の法線方向が電気浸透流ポンプ３９の主送液方向と直交する。この親水性膜４は、水、メタノールといった液体を透過させる性質と、酸素ガス、水素ガスといった気体の透過を遮断する性質とをあわせもつ。

疎水性膜５がアウトレット室２２内から排気孔２５の開口を覆って、排気孔２５が疎水性膜５によって閉塞されている。疎水性膜５は電極膜３２に対して平行であり、疎水性膜５の表面の法線方向が電気浸透流ポンプ３９の主送液方向に対して平行であり、疎水性膜５の表面の法線方向が親水性膜４の表面の法線方向に対して交差し、疎水性膜５の表面の法線方向が親水性膜４の表面の法線方向とずれている。疎水性膜５は、酸素ガス、水素ガスといった気体を透過させる性質と、水、メタノールといった液体の透過を遮断する性質とをあわせもつ。

疎水性膜５としては、例えば最低ブレークスルーポイント（内圧を高めていったときに膜を液体が通過し始める圧力値）が２８０ｋＰａのアドバンテック製Ｔ０２０Ａを、親水性膜４としては、例えば最低バブルポイント（内圧を高めていったときに膜を気泡が通過し始める圧力値）が２５０ｋＰａの日本ポール製ＳＵＰＯＲ−４５０を用いることができる。なお、親水性膜４・疎水性膜５に用いる材料やそれらの最低ブレークスルーポイント・最低バブルポイントは、この流体機器１によって送液する液体や電気浸透材３の性能によって適宜変更する。例えば、親水性膜４の最低バブルポイント及び疎水性膜５の最低ブレークスルーポイントはそれぞれ高いほうが、親水性膜４の気泡リーク及び疎水性膜５の液体リークを防止できるが、逆に親水性膜４・疎水性膜５が緻密となるために、親水性膜４の液体透過及び疎水性膜５の気泡透過に際して圧力損失が生じ、これによりポンプ性能の低下を招きかねない。従って、電気浸透材３の性能に合わせた親水性膜４及び疎水性膜５の設定が必要である。

疎水性膜５よりも外側において、排気孔２５内には水素燃焼触媒６が設けられている。水素燃焼触媒６は、水素ガス・メタノールガスといった可燃性ガスの燃焼を起こさせる触媒成分（例えば、白金、パラジウム）を含むものであり、ミクロな担体（例えば、アルミナ）に触媒成分を担持させたもの（例えば、白金−アルミナ系触媒、パラジウム−アルミナ系触媒）でも良いし、担体よりもマクロな支持体（アルミニウム支持体、ステンレス鋼支持体、セラミック支持体、ガラス支持体）に触媒を担持させたものでも良いし、触媒成分を固めたもの（例えば、白金系触媒、パラジウム系触媒）でも良い。

水素燃焼触媒６の具体的な形状は、網状であっても良いし、シート状又は板状であっても良いし、複数の球体の集合体であっても良い。水素燃焼触媒６が網状の場合、網状支持体に触媒成分を担持させたものを水素燃焼触媒６として用いる。水素燃焼触媒６がシート状又は板状の場合、シート状支持体又は板状支持体に触媒成分を塗り付けたもの又は触媒成分をシート状又は板状に固めたものを水素燃焼触媒６として用いる。水素燃焼触媒６が球体集合体の場合、複数の球状支持体に触媒成分を付けたもの又は触媒成分を球状に固めたものの集合体を用いる。

水素燃焼触媒６は疎水性膜５よりも外側において、排気孔２５の内に設けられているが、更に具体的には、水素燃焼触媒６が排気孔２５を覆って、又は閉塞している。水素燃焼触媒６が排気孔２５を完全に閉塞していなくても良く、排気孔２５を部分的に閉塞して隙間が一部に形成されていても良い。また、水素燃焼触媒６によって排気孔２５が塞がれ且つ水素燃焼触媒６がシート状又は板状であっても、水素燃焼触媒６はミクロに見ればポーラス状であるので、水素燃焼触媒６を気体（例えば、水蒸気、水素ガス等）が透過するようになっている。勿論、排気孔２５を閉塞した水素燃焼触媒６が網状であっても、その網の隙間を通じて気体が透過する。なお、水素燃焼触媒６がシート状又は板状であって、そのシート状支持体又は板状支持体がガラスである場合、ガラス自体は気体を透過しないので、そのシート状支持体又は板状支持体に微小孔を形成し、板状の水素燃焼触媒６にも微小孔を形成して、水素燃焼触媒６を気体が通過するようにする。

不燃性網７はハウジング２の外側から水素燃焼触媒６及び排気孔２５を覆っている。不燃性網７は具体的には金属からなる金網である。

流体機器１のうち電気浸透流ポンプ３９よりも下流側の構造が下流部構造６０となる。アウトレット室２２と排出孔２６とを含む内部空間が電気浸透流ポンプ３９から下流へ液体を流すための流路となり、この流路に排気孔２５が通じている。

次に、流体機器１の動作について説明する。
吸入孔２３を通じてインレット室２１に液体９９が供給されると、供給された液体９９が電極膜３１を浸透して電気浸透材３に吸収される。この状態で引出電極３３と引出電極３４との間に後述する向きに電圧を印加すると、電気浸透流現象が生じる。つまり、電極膜３１と電極膜３２との間に電界が生じ、電気浸透材３内の液体９９が電極膜３１側から電極膜３２側へ流動し、この電極膜３２側の面から電気浸透材３の外のアウトレット室２２へ滲み出る。インレット室２１からアウトレット室２２へ浸透した液体９９は、親水性膜４を透過して、排出孔２６を通って排出される。これにより、インレット側の吸入孔２３からアウトレット側の排出孔２６への液体９９の流れが生じ、液体９９が排出孔２６の下流へと送液される。

引出電極３３と引出電極３４との間の電圧の向きは、電気浸透材３の誘電体や送液する液体９９の種類により決まる。電気浸透材３の誘電体が液体９９と接触することでその誘電体が負に帯電する場合には、電極膜３１の電位を電極膜３２の電位よりも高くなるように電圧を印加し、電気浸透材３の誘電体が液体９９と接触することでその誘電体が正に帯電する場合には、電極膜３１の電位を電極膜３２の電位よりも低くなるように電圧を印加する。例えば、電気浸透材３が多孔質シリカであり、液体９９が水とメタノールの混合液である場合、誘電体に「−Ｓｉ−ＯＨ」（シラノール基）が生成され、シラノール基がＳｉ−Ｏ⁻となり、シリカ表面は負に帯電する。一方、界面近傍には、溶液中の正イオン（カウンターイオン）が集まり、正電荷が過剰となる。そして、電極膜３１を陽極とし、電極膜３２を陰極として電圧を加えると、過剰な正電荷が陰極方向に移動し、粘性により液体全体が陰極方向に流れる。

以上のように液体９９が送液されると、電極膜３２の近傍に水素ガスが発生する。その発生原理は液体９９中の水の電気分解である。ここで、単位時間当たりに発生する気体の体積は次式で表される。
Ｖ＝Ｉ×Ｖ₁／（Ｆ×ｎ）
但し、
Ｖ：単位時間当たりに発生する気体の体積［Ｌ／ｓ］
Ｉ：電流［Ａ］
Ｖ₁：理想気体１ｍｏｌの占める体積［Ｌ／ｍｏｌ］
Ｆ：ファラデー定数［Ｃ／ｍｏｌ］
ｎ：イオンの価数
である。

０℃（２７３Ｋ）、１ａｔｍでは、Ｖ₁＝０．０８２×Ｔ［Ｋ］＝２２．４［Ｌ］であり、Ｆ＝９６５００［Ｃ／ｍｏｌ］であるので、電流を１［ｍＡ］流したとき、ｎ＝２とすると、Ｖ＝１．１６×１０^-7［Ｌ／ｓ］＝６．９６［μＬ／ｍｉｎ］となる。駆動時の３［ｍＡ］で発生する水素は６．９６×３＝２０．９［μＬ／ｍｉｎ］であり、微量である。

電極膜３２の近傍で発生した水素ガスは、アウトレット室２２に滲み出た液体９９の流れによって電極膜３２に対向する疎水性膜５に接触し、液体９９の圧力によって水素ガスが疎水性膜５を透過する。疎水性膜５が電極膜３２と法線方向を同方向にして対向しているので、発生した水素ガスが疎水性膜５に送られやすく、水素ガスが疎水性膜５を透過しやすい。また、排出孔２６が親水性膜４によって覆われているので、発生した水素は排出孔２６を通って下流へ流れずにアウトレット室２２内に貯まって疎水性膜５に接触する。
このように、疎水性膜５の表面の法線方向が送液機構の主送液方向（液体が駆動され送られる主方向）と同一方向（平行）であり、親水性膜４の表面の法線方向が疎水性膜５の表面の法線方向とずれているために、発生した水素ガスが疎水性膜５に送られやすく、効率よく気体を分離できる。

疎水性膜５を透過した水素ガスは水素燃焼触媒６に接し、水素ガスが水素燃焼触媒６により空気中の酸素を用いて燃焼される。これにより発生した水素が除去され、外部に水素が漏れなくなり、水蒸気が排出される。ここで、水素燃焼触媒６が不燃性網７によって覆われているので、水素燃焼触媒６による燃焼により生じた炎が不燃性網７よりも外に燃え上がらない。

なお、水素燃焼触媒６の代わりに電熱線といったヒータを設けて、そのヒータの熱によって水素ガスを燃焼させても良い。

上記実施形態では疎水性膜５が排気孔２５のアウトレット室２２側の開口を覆って排気孔２５を閉塞していたが、疎水性膜５が排気孔２５のアウトレット室２２側から外までの間の中途部に配置されて排気孔２５を閉塞しても良い。親水性膜４についても同様に排出孔２６の中途部に配置されて排出孔２６を閉塞しても良い。

＜第２の実施の形態＞
第２実施形態における流体機器１０１を図３〜図６に示す。ここで、図３は流体機器１０１の斜視図であり、図４は斜め上から見て示した流体機器１０１の分解斜視図であり、図５は斜め下から見て示した流体機器１０１の分解斜視図であり、図６は流体機器１０１の縦断面図である。

流体機器１０１は、ハウジング１０２と、電気浸透流ポンプ１３９と、親水性膜１０４と、アウトレット側の疎水性膜１０５と、水素燃焼触媒１０６と、不燃性網１０７と、インレット側の疎水性膜１０８とを備える。ハウジング１０２はインレットケース１４１、電極板１４４、支持枠１４２、電極板１４５及びアウトレットケース１４３を組み付けたものであって、液体の流路を構成する流路構造である。

インレットケース１４１の上面にはインレット室１２１が円形状に凹設され、インレットケース１４１の下面にはインレットニップル１２４が凸設されている。吸入孔１２３がインレットニップル１２４の先端からインレット室１２１までインレットニップル１２４の中心線に沿って貫通している。

インレットニップル１２４の周囲において、複数の脱気孔１４１ａが形成され、これら脱気孔１４１ａがインレット室１２１まで通じている。そして、リング状のインレット側の疎水性膜１０８がインレット室１２１内からこれら脱気孔１４１ａを閉塞している。インレット側の疎水性膜１０８は、酸素ガス、水素ガスといった気体を透過させる性質と、水、メタノールといった液体の透過を遮断する性質とをあわせもつ。

電極板１４４の中央部には円孔が形成され、電極板１４４の外周縁から接片１３３が延出している。接片１３３にリード線が接続される。

支持枠１４２の中央部には円孔が形成され、その円孔に電気浸透流ポンプ１３９が嵌め込まれている。電気浸透流ポンプ１３９は、電気浸透材３の両面に電極膜３１，３２が成膜されてなる。この電気浸透材１０３は薄板状に形成され、その電気浸透材１０３の両面には白金その他の金属の電極膜１３１，１３２が成膜されている。なお、電気浸透材１０３は第１実施形態における電気浸透材３と、電極膜１３１，１３２は第１実施形態における電極膜３１，３２と同様に設けられている。

支持枠１４２の厚さは電気浸透材１０３と電極膜１３１，１３２のトータルの厚みに等しく、支持枠１４２の両面が電気浸透材１０３の両面に対してそれぞれ面一になっている。支持枠１４２の下面とインレットケース１４１の上面との間に電極板１４４が挟まれている。電極板１４４の円孔の径は電極膜１３１の径よりも小さく、電極膜１３１の縁部分が電極板１４４に接している。

支持枠１４２の上面には、電極板１４５が重ねられている。電極板１４５の中央部には、電極膜１３２の径より小さい径の円孔が形成され、電極膜１３２の縁部分が電極板１４５に接している。電極板１４５の外周縁から接片１３４が延出し、接片１３４にリード線が接続される。

電極板１４５にはアウトレットケース１４３が重ねられている。アウトレットケース１４３の下面にはアウトレット室１２２が円形状に凹設され、アウトレットケース１４３の上面にはアウトレットニップル１２７が凸設されている。排出孔１２６がアウトレットニップル１２７の先端からアウトレット室１２２までアウトレットニップル１２７の中心線に沿って貫通している。アウトレット室１２２内から親水性膜１０４が排出孔１２６の開口を覆って、排出孔１２６が親水性膜１０４によって閉塞されている。親水性膜１０４は、水、メタノールといった液体を透過させる性質と、酸素ガス、水素ガスといった気体の透過を遮断する性質とをあわせもつ。親水性膜１０４は、例えば最低バブルポイントが２５０ｋＰａの日本ポール製ＳＵＰＯＲ−４５０を用いる。

アウトレットケース１４３の上面には、アウトレットニップル１２７を囲むようなリング状の溝１４３ａが凹設されている。溝１４３ａの底には複数の排気孔１２５が形成され、これら排気孔１２５がアウトレット室１２２から通じている。そして、リング状の疎水性膜１０５がアウトレット室１２２内からこれら排気孔１２５を覆って、排気孔１２５が疎水性膜１０５によって閉塞されている。疎水性膜１０５は、酸素ガス、水素ガスといった気体を透過させる性質と、水、メタノールといった液体の透過を遮断する性質とをあわせもつ。疎水性膜１０５としては、例えば最低ブレークスルーポイントが２８０ｋＰａのアドバンテック製Ｔ０２０Ａを用いる。

溝１４３ａの上にはリング状の水素燃焼触媒１０６に設けられている。水素燃焼触媒１０６によって全ての排気孔１２５がその外側において覆われている。水素燃焼触媒１０６はリング状に設けられていることを除いて、第１実施形態における水素燃焼触媒６と同様のものである。

なお、インレットケース１４１、電極板１４４、支持枠１４２、電極板１４５及びアウトレットケース１４３が積み重ねられて、これらが接合されることによってハウジング１０２が構成されるが、これらの接合は接着剤によるものでも良いし、ネジによるものでも良い。

ハウジング１０２が組み立てられることによって、ハウジング１０２内には吸入孔１２３インレット室１２１及びアウトレット室１２２を経由して排出孔１２６までの流路が形成される。そして、ハウジング１０２内の流路が電気浸透材１０３によって上流側と下流側に仕切られている。そして、排気孔１２５は、ハウジング１０２の外から流路の中途部であるアウトレット室１２２まで通じている。

電極膜１３１はインレット室１２１に面しており、電極膜１３１と疎水性膜１０８が平行に設けられている。また、電極膜１３２がアウトレット室１２２に面し、電極膜１３２と疎水性膜１０５と親水性膜１０４が平行に設けられている。また、疎水性膜１０５は、電極膜１３２の対向する位置に設けられている。そして、疎水性膜１０５の表面の法線方向は、電気浸透流ポンプ１３９の主送液方向、つまり、電気浸透材１０３の厚み方向に対して平行である。

なお、ハウジング１０２の設置向きについては、排気孔１２５を重力の働く向きの反対向きにし、吸入孔１２３を重力の働く向きにすることが好ましい。

アウトレットケース１４３の上から不燃性網１０７が水素燃焼触媒１０６を覆っている。アウトレットニップル１２７は不燃性網１０７よりも外側に突出している。

流体機器１０１のうち電気浸透流ポンプ１３９よりも下流側の構造が下流部構造１６０である。

次に、流体機器１０１の動作について説明する。
吸入孔１２３を通じてインレット室１２１に液体が供給されると、供給された液体が電極膜１３１を浸透して電気浸透材３に吸収される。この状態で電極板１４４と電極板１４５との間に電圧を印加すると、電極膜１３１と電極膜１３２との間に電界が生じ、電気浸透材１０３内の液体が電極膜１３１側から電極膜１３２側へ流動し、この電極膜１３２側の面からアウトレット室１２２へ滲み出る。このような電気浸透流現象によりインレット室１２１からアウトレット室１２２へ浸透した液体は親水性膜１０４を透過して、排出孔１２６を通って排出される。これにより液体が送液される。

以上のように液体が送液されると、液体の電気分解によって電極膜１３１の近傍に酸素ガスが発生し、電極膜１３２の近傍に水素ガスが発生する。その発生原理は液体中の水の電気分解である。電極膜１３１の近傍で発生した酸素ガスは疎水性膜１０８に接し、インレット室１２１内の圧力によって酸素ガスがインレット側の疎水性膜１０８を透過して外部に放出される。

電極膜１３２の近傍で発生した水素ガスは疎水性膜１０５に接触し、アウトレット室１２２内の液体の圧力によって水素ガスが疎水性膜１０５を透過する。疎水性膜１０５を透過した水素ガスは水素燃焼触媒１０６に接し、水素ガスが水素燃焼触媒１０６により燃焼される。これにより発生した水素が除去され、外部に水素が漏れなくなる。また、不燃性網１０７が水素燃焼触媒１０６を覆っているので、水素燃焼触媒１０６による燃焼により生じた炎は不燃性網１０７よりも外に燃え上がらない。なお、脱気孔１４１ａから水素燃焼触媒１０６まで通じるダクトを設け、疎水性膜１０８を透過した酸素ガスが水素燃焼触媒１０６に送られるようにすれば、その酸素ガスと水素ガスが水素燃焼触媒１０６により反応するようにすることもできる。

＜流体機器の使用例＞
次に、流体機器１の用途について説明する。
流体機器１は、図７に示すような発電装置９００に用いることができる。この発電装置９００は電子機器に備え付けられ、発電装置９００により電気エネルギーが電子機器本体１０００に供給され、電子機器本体１０００が動作する。

この発電装置９００は、燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル）と水を液体の状態で貯留した燃料カートリッジ９０１と、燃料カートリッジ９０１から供給された水と燃料を気化器９０２に送液する流体機器１と、流体機器１から送液された燃料と水を気化させる気化器９０２と、気化器９０２から送られた燃料と水から水素ガス等を生成する複合型マイクロ反応装置９０３と、複合型マイクロ反応装置９０３から供給された水素ガスの電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池型の発電セル９０７と、発電セル９０７により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ９０８と、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０８に接続される２次電池９０９と、それらを制御する制御部９１０と、を備える。複合型マイクロ反応装置９０３は、改質器９０４と、ＣＯ除去器９０５と、燃焼器９０６とを有する。

流体機器１が駆動されることによって燃料と水の混合液が燃料カートリッジ９０１から気化器９０２へ送られ、気化器９０２で気化した燃料と水は複合型マイクロ反応装置９０３の改質器９０４に流れ込む。改質器９０４においては燃料と水が触媒により改質反応を起こし、水素ガスが生成されるとともに僅かながら一酸化炭素ガスも生成される（燃料がメタノールの場合には、下記化学式（１）、（２）を参照。）。改質器９０４で生成された水素ガス等はＣＯ除去器９０５に送られ、更に外部の空気がＣＯ除去器９０５に送られる。ＣＯ除去器９０５においては、一酸化炭素ガスが一酸化炭素除去触媒により優先的に酸化する選択酸化反応が起こり、一酸化炭素ガスが除去される（下記化学式（３）を参照）。ＣＯ除去器９０５を経た水素ガス等は発電セル９０７の燃料極に供給され、発電セル９０７の酸素極には空気が供給され、発電セル９０７における電気化学反応により電気エネルギーが生成される。
ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂＋ＣＯ₂・・・（１）
Ｈ₂＋ＣＯ₂→Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ・・・（２）
２ＣＯ＋Ｏ₂→２ＣＯ₂・・・（３）

ＤＣ／ＤＣコンバータ９０８は発電セル９０７により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換したのちに電子機器本体１０００に供給する機能の他に、発電セル９０７により生成された電気エネルギーを２次電池９０９に充電し、発電セル９０７や複合型マイクロ反応装置９０３等が動作していない時に、２次電池９０９に蓄電された電気エネルギーを電子機器本体１０００に供給する機能も果たせるようになっている。制御部９１０は気化器９０２、複合型マイクロ反応装置９０３、発電セル９０７を運転するために必要な図示しないポンプやバルブ類、ヒータ類のほか、流体機器１やＤＣ／ＤＣコンバータ９０８等を制御し、電子機器本体１０００に安定して電気エネルギーが供給されるような制御を行う。

ここで、発電セル９０７の燃料極に供給された水素ガスは全てが反応しない方が高効率であり、残留した水素ガスは燃焼器９０６に供給される。燃焼器９０６には水素ガスの他に空気が供給され、燃焼器９０６内において水素ガスが触媒により酸化され、燃焼熱が発生する。燃焼器９０６で発生した熱によって改質器９０４が加熱される。

なお、図７では、第１実施形態における流体機器１を用いているが、第２実施形態における流体機器１０１を用いても良い。
また、上記各実施形態では、送液機構として原理的に気体の発生する電気浸透流ポンプを含む構成で説明したが、別の送液機構、例えば、圧電アクチュエータ等を用いる機械的に動作するポンプにおいても、振動や温度変化等の原因で溶けていた気体が発生したり、気体が混入したりする場合があり、同様に適用することができる。

第一実施形態における流体機器の上面図である。 第一実施形態における流体機器の縦断面図である。 第二実施形態における流体機器の斜視図である。 第二実施形態における流体機器の斜め上から見た分解斜視図である。 第二実施形態における流体機器の斜め下から見た分解斜視図である。 第二実施形態における流体機器の縦断面図である。 流体機器を用いた発電装置と、その発電装置を用いた電子機器のブロック図である。

符号の説明

１、１０１ 流体機器
２、１０２ ハウジング（流路構造）
３、１０３ 電気浸透材
４、１０４ 親水性膜（気体遮断材）
５、１０５ 疎水性膜（液体遮断材）
６、１０６ 水素燃焼触媒（触媒）
７、１０７ 不燃性網
２３、１２３ 吸入孔
２５、１２５ 排気孔
２６、１２６ 排出孔
３９、１３９ 電気浸透流ポンプ（送液機構）
６０、１６０ 下流部構造
９００ 発電装置
１０００ 電子機器本体

Claims (13)

1. 液体の流れる流路が形成され、前記流路の外から前記流路の中途部に通じる排気孔が形成された流路構造と、
   液体遮断性及び気体透過性を有し、前記排気孔に設けられた液体遮断材と、
   前記液体遮断材よりも外側において前記排気孔に設けられた触媒と、を備えることを特徴とする流体機器。
2. 液体の流れる曲げられた流路が形成され、前記流路の屈曲部よりも上流側の流体の流れる方向に前記屈曲部から前記流路の外に通じた排気孔が形成された流路構造と、
   液体遮断性及び気体透過性を有し、前記排気孔に設けられた液体遮断材と、を備えることを特徴とする流体機器。
3. 前記排気孔よりも上流側において前記流路に配置され、前記流路を上流側と下流側に仕切る送液機構を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体機器。
4. 前記送液機構は電気浸透材の両面に電極が設けられてなる電気浸透流ポンプであることを特徴とする請求項３に記載の流体機器。
5. 前記液体遮断材の表面の法線方向が前記送液機構の主送液方向に対して平行であることを特徴とする請求項３又は４に記載の流体機器。
6. 前記触媒よりも外側において前記触媒を覆った不燃性網を更に備えることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の流体機器。
7. 前記排気孔よりも下流側において前記流路に配置され、前記流路を上流側と下流側に仕切り、液体透過性及び気体遮断性を有する気体遮断材を更に備えることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の流体機器。
8. 前記気体遮断材の表面の法線方向が前記液体遮断材の表面の法線方向とずれていることを特徴とする請求項７に記載の流体機器。
9. 請求項１から８の何れか一項に記載の流体機器を備え、
   前記流体機器により燃料を送液し、その送液される燃料により発電を行うことを特徴とする発電装置。
10. 請求項９に記載の発電装置と、
    前記発電装置によって発電された電気により動作する電子機器本体と、を備えることを特徴とする電子機器。
11. 液体を流す送液機構よりも下流側の下流部構造において、
    前記送液機構よりも下流側の液体の流れる流路が形成され、前記流路の外から前記流路の中途部に通じる排気孔が形成された流路構造と、
    液体遮断性及び気体透過性を有し、前記排気孔に設けられた液体遮断材と、
    前記液体遮断材よりも外側において前記排気孔に設けられた触媒と、を備えることを特徴とする下流部構造。
12. 前記触媒よりも外側において前記触媒を覆った不燃性網を更に備えることを特徴とする請求項１１に記載の下流部構造。
13. 前記排気孔よりも下流側において前記流路に配置され、前記流路を上流側と下流側に仕切り、液体透過性及び気体遮断性を有する気体遮断材を更に備えることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の下流部構造。

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