JP2009048812A

JP2009048812A - 液体供給装置

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Publication number: JP2009048812A
Application number: JP2007212068A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sarada; 孝史皿田; Takamasa Yanase; 考応柳▲瀬▼; Toru Ozaki; 徹尾崎; Tsuneaki Tamachi; 恒昭玉地; Kazutaka Yuzurihara; 一貴譲原; Fumiharu Iwasaki; 文晴岩崎; Noboru Ishizone; 昇石曽根
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2007-08-16
Filing date: 2007-08-16
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2027-08-16
Also published as: JP5117788B2

Abstract

【課題】燃料電池に使用される燃料液体及び燃料前駆体液体を体積の大きい補器を用いず、また電力を消費することなくより一定の速度で送液することを可能とする。
【解決手段】液体１１を収容し、液体１１を排出する排出口５を供えた液体収容部１と、荷重板１２を介して液体収容部１に押圧力を与える加圧部２と、液体収容部１の外側に配置され液体収容部１を支持する支持部４と、荷重板１２に対して押圧力に対抗する対抗力を加える対抗部３とを備え、加圧部２は液体収容部１に収容された液体１１が減少するにつれて、液体収容部１への押圧力が減少するものであり、対抗部３は、押圧力が最大の状態での対抗力の大きさに比べて、押圧力が最小の状態での対抗力が小さくなり、常に前記押圧力よりも小さいことを特徴とする。これにより液体をより一定の速度で送液できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池の燃料及び燃料前駆体の供給方法に係る液体供給装置である。

従来、パーソナルコンピュータや携帯電話等の電子機器の電源として固体高分子型燃料電池を用いたものが知られている。上記燃料電池で電気化学反応を起こし電気に変換する物質としては水素、メタノール等の燃料流体が挙げられる。

燃料電池は内部をイオン(プロトン)が移動する電極触媒層・固体電解質膜複合体（ＭＥＡ）が、アノード側電極とカソード側電極とに挟み込まれた構造になっている。カソード側の電極触媒層では空気、又は酸素供給装置によって酸素が供給され、アノード側の電極触媒層には上記のような燃料流体が供給される。発電の際にはアノード側の電極触媒層から与えられたプロトンが電解質膜中を移動し、カソード側の電極触媒層において酸素と反応して電流を発生する。

燃料電池を連続的に動かす場合当然ながら燃料を絶やすことなく供給する必要がある。そのため燃料を搭載した燃料カートリッジによって燃料を与え、該燃料カートリッジ中の燃料の残量が低下してくると燃料カートリッジを新規のものに交換して取り付ける方法が広く知られている。

また、上記燃料に水素を用いる場合には当然ながら燃料側電極に水素を供給する必要がある。このような燃料電池における燃料カートリッジの例として水素吸蔵合金ボンベ、高圧水素タンク、水素発生装置が挙げられる。中でも水素発生装置は燃料カートリッジ中に水素前駆体を貯蔵すること、燃料カートリッジ内部が高圧にならないことが特徴である。そのため筐体の素材の幅広い選定ができ、重量に関して優位性を持っている。

水素発生装置では複数から成る水素発生物質を反応させることによって水素を発生させる。水素発生物質の代表的な例を挙げると、水素化アルミニウムと水、固体の水素化ホウ素ナトリムと触媒溶液、液体の水素化ホウ素ナトリウムと触媒溶液等がある。上記の手法において複数の物質を反応させる際には、液体をもう一方の反応物質に加える方法が取られることが多い。

上記の水素発生装置において液体の送液方法として、ポンプやレギュレータを用いたものがある。しかし水素発生装置や燃料電池本体にポンプやレギュレータを取り付けると燃料電池システムの体積や重量が増加してしまう。また特にポンプは電気エネルギーを用いるため、燃料電池と接続される電子機器に使用できる有効な電力量が少なくなってしまう。そのため上記液体の送液装置としてバネを用いて液体に荷重をかけて押圧し、その圧力で液体を移動させるという手法がある（例えば特許文献１参照）。またこの手法はＤＭＦＣにおいて燃料側電極にメタノール等の液体燃料を送液するためにも用いられている。その場合水素発生装置と同様、液体燃料にバネで荷重をかけて押圧し、その圧力で液体燃料を移動させる。
特開２００４−８７４７０

しかしバネの特性として、バネの変位量が変化するにつれバネの荷重も変化する。そのためバネを用いて液体に荷重をかけると、液体の残量によってバネの荷重が変化するため送液速度が変化する。通常バネのみで液体に荷重をかけると、残量が多い状態では荷重は大きく、少ない状態では荷重は小さい。水素発生装置において、送液速度が変化すると水素発生速度も変化する。そのためバネを用いて送液すると、残量が少ない状態では水素発生速度が低く燃料電池で使用する水素速度に満たなくなったり、残量が多い状態では水素発生速度が速く多くの水素が発生し燃料電池及び燃料カートリッジの内部圧力が高くなってしまうことがある。またＤＭＦＣにおいても流量が変化すると限界電流等の発電特性が変化する。そのため残量に応じて送液速度に変化が生じることは好ましくない。

そこで本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、液体の残量に応じて押圧力が変化するバネのような弾性体で液体を送液する場合に、大型の補器や電力を伴う補器を用いずにより一定の速度で送液する事ができる液体供給装置を提供する事を目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の様態は、液体を収容し、液体を排出する排出口を供えた液体収容部と、荷重板を介して液体収容部に押圧力を与える加圧部と、前記液体収容部の外側に配置され、前記液体収容部を支持する支持部と、前記荷重板に対して前記押圧力に対抗する対抗力を加える対抗部とを備え、前記加圧部は、前記液体収容部に収容された前記液体が減るにつれて、前記液体収容部への押圧力が減るものであり、前記対抗部は、前記押圧力が最大の状態での前記対抗力の大きさに比べて、前記押圧力が最小の状態での前記対抗力が小さくなり常に前記押圧力よりも小さいことを特徴とする液体供給装置にある。

かかる第1の様態においては、内部に収容した液体が排出する排出口を備えた液体収容部を、荷重板を介して加圧部による押圧力と、対抗部によって押圧力と対抗する対抗力の合力によって押圧する。液体収容部に収容された液体の残量が減少するに従って、加圧部による押圧力は減少していく。また対抗部による対抗力も押圧力が減少するに従って減少するため、液体の残量が多い状態においては押圧力が低減し、液体の残量が少ない状態においては対抗力による押圧力の低減が少ない。そのため残量の変化に応じて液体にかかる圧力の差が少なく、液体収容部に加圧部のみによって押圧する場合よりも一定の速度で液体を送液することができる。

本発明の第２の様態は、第１の様態に記載の液体供給装置において、固体の反応用物質を収容するとともに前記液体と前記反応用物質とを反応させて水素を生成する反応室と、前記反応室に備えられ前記水素を前記反応室外部へと供給する水素供給口と、前記排出口から前記反応室に前記液体を送る送液路と、前記排出口から前記反応室への前記液体の流れを制御する弁とを備えることを特徴とする液体供給装置にある。

かかる第２の様態においては、反応室の内部で液体と反応用物質を反応させて水素を発生させる水素発生装置において、より一定の速度で液体を送液する事ができるため、より一定の速度で水素を発生することができる。

本発明の第３の様態は、第１及び第２の様態に記載の液体供給装置において、前記対抗部は前記荷重板と接続される弾性体であり、前記加圧部による押圧力が前記押圧力の最大値と最小値の中間値よりも小さくなると前記荷重板との接続を開放されることを特徴とする液体供給装置にある。

かかる第３の様態においては、残量が少ない状態では対抗力が全くかからないため、押圧力が大きい状態と小さい状態での対抗部による対抗力の差を明確にし、より一定の速度で液体を送液することができる。

本発明の第４の様態は、第１及び第２の様態に記載の液体供給装置において、前記対抗部は複数の磁性体からなり、前記対抗力は前記磁性体によって与えられる磁力であることを特徴とする液体供給装置にある。

かかる第４の様態においては、対抗部として磁性体を用いているため、より残量が多く加圧部による押圧力が大きい場合に、より大きな対抗力を得ることができる。そのためより一定の速度で液体を送液することができる。

本発明の第５の様態は、第１及び第２の様態に記載の液体供給装置において、前記対抗部は前記荷重板の縁部と接触して設けられた摩擦体であり、前記摩擦体は前記押圧力が小さくなるにつれて前記縁部との摩擦力を小さくすることを特徴とする液体供給装置にある。

かかる第５の様態においては対抗部として荷重板の側面に摩擦体を用いているため、荷重板の上部に対抗部を設ける必要がなく空間をさらに確保することができ、その空間を有効に利用する事ができる。

本発明の第６の様態は、第５の様態に記載の液体供給装置において、前記摩擦体は弾性材であり、前記縁部に圧縮された状態で接触し、前記押圧力が小さくなるにつれて圧縮量が減少することを特徴する液体供給装置にある。

かかる第６の様態においては弾性を有する摩擦体の圧縮量を変化させることで対抗力を変化させることにより、前記押圧力が小さくなるに伴い前記対抗力を小さくすることができる。そのため圧縮量を適切に設定することにより、より一定の速度で液体を送液する事ができる。

本発明の第７の様態は、第５の様態に記載の液体供給装置において、前記摩擦体の表面、あるいは前記荷重板の縁部、あるいは前記摩擦体の表面且つ前記荷重板の縁部、に勾配を有する粗さを有し、前記押圧力が小さくなるにつれて前記荷重板の縁部と前記摩擦体の表面との相対的な粗さが小さくなることを特徴とする液体供給装置にある。

かかる第７の様態は、摩擦体若しくは荷重板縁部の表面粗さによって摩擦力を得るため摩擦体の材質の制限が少なく、支持部と同一の部材であっても良い。そのため摩擦体の材質の選定の幅が広がるばかりでなく、支持部と同一の部材にすれば構成部品の点数、材質の種類を減らすことができる。また、前記荷重板の縁部と前記摩擦体の表面との相対的な粗さを任意に設定することができるため、摩擦力の大きさを細かに調整することができる。

本発明の第８の様態は、第５の様態に記載の液体供給装置において、前記摩擦体は弾性材であり、前記縁部にひずんだ状態で接触し、前記押圧力が小さくなるにつれて、前記縁部と接触する面積が小さくなることをさらに特徴とする液体供給装置にある。

かかる第８の様態においては弾性を有する摩擦体が潰れる面積を変化させることで対抗力を変化させることにより、前記押圧力が小さくなるに伴い前記対抗力を小さくすることができる。そのため摩擦体が潰れる面積を適切に設定する事により、より一定の速度で液体を送液する事ができる。

本発明の第９の様態は、第１乃至第８の様態に記載の液体供給装置と、前記水素供給口から供給された前記水素と酸素とを用いて電圧を発生する発電部とを有する燃料電池にある。

かかる第９の様態においては第１乃至第８の様態に記載の液体供給装置を用いて送液した液体によって水素を発生させているため、液体の残量によらずより一定の速度で水素を発生する事ができる。そのため燃料電池において液体の残量による発電特性のばらつきを低減することができる。

液体の残量に応じて押圧力が変化するバネのような弾性体で液体を送液する場合に、大型の補器や電力を伴う補器を用いずにより一定の速度で送液する事ができる。

（第１実施形態）
図１は本発明に係る液体供給装置の第１実施形態例の構成図である。以下図１に基づいて第１実施形態例を説明する。

内部容積を変化させることができる液体収容部１の内部には液体１１が収容されている。液体収容部１の例としてはシリンジ、可撓性を有する袋、ベローズ容器等が挙げられる。また袋を構成する可撓性を有する素材としては、ＰＥ、ＰＰ、ＰＶＤＣ，ＰＥＴ，ＰＶＤＦ，ＰＰＥ、シリコーンシート等の樹脂材が挙げられる。液体１１の例としては水素前駆体である触媒溶液・水素化ホウ素ナトリウム溶液・水や、ＤＭＦＣの燃料であるメタノールが挙げられるがこれには限らない。

また加圧部２が剛性を有する荷重板１２を介して液体収容部１を押圧するよう配置されている。加圧部２は液体収容部１に収容された液体１１が減るに従って押圧力が減少していく。加圧部２の例としてはバネ、圧縮気体、ゴム等が挙げられる。また加圧部２は複数あっても良い。

荷重板１２には加圧部２による押圧力だけでなく対抗部３によって押圧力と逆向きであり押圧力が減少するに伴いその力を減少させる対抗力がかかる。対抗力は押圧力よりも大きくなることがなく、荷重板１２は押圧力と対抗力の合力を受けて常に液体収容部１に対して押圧力をかける。また対抗部３は力のバランスを考慮し、押圧力と対抗力の合力が荷重板１２の中心にあるように配置されることがより好ましい。

液体１１にかかった押圧力を受けて液体収容部１の内部容積が減少するように、液体収容部１の外側には支持部４が備えられている。そのため押圧力がかかったときに、液体収容部１は圧力を維持できる。支持部４は液体収容部１の底面と側面を包囲し、液体収容部１の上面を荷重板１２が押す構造が好ましい。また加圧部２による押圧力を効率的に液体収容部１に伝えるよう、支持部４の側面と荷重板１２の間はできる限り隙間が生じないようにすることが良い。また支持部４は液体収容部１にかかった圧力を維持できるよう剛性を有することが好ましい。

荷重板１２、支持部４に用いられる剛性を有する素材としてはアクリルや金属等が挙げられ、剛性を示す素材であるならばこれに限らない。

加圧部２と対抗部３によって加圧された液体１１は、液体収容部１に備えられた排出口５から液体供給装置外部へと送液される。液体１１の残量が減少していくと液体収容部１は加圧部２と対抗部３の合力によって押圧されているため容積を減少させていく。それに伴い荷重板１２も変位するが、荷重板１２を所望の方向に変位させるための手段が講じられていることが好ましい。荷重板１２を所望の方向に変位させる手段の具体例としては、複数の加圧部２を荷重板１２の端に対極に配置する、ガイドを設け荷重板１２をガイドに沿って変位させる、等が挙げられる。

加圧部２は前述のように液体収容部１に収容された液体１１が減少するに従って押圧力が減少していく。そのため荷重板１２が加圧部２のみから荷重を受けると、液体１１は残量が多い状態では高圧力であるため送液速度が速く、残量が少ない状態では低圧力であるため送液速度が遅い。そのため残量が多い状態と少ない状態での送液速度のばらつきが大きい。

しかし荷重板１２に対抗部３によって加圧部２による押圧力と対抗する荷重を与えることにより、液体１１の残量が多い状態での液体に与える荷重を低減する。また液体１１の残量が少なくなり押圧力が減少すると対抗力の荷重も少なくなる。そのため、液体１１の残量が多い状態と少ない状態での押圧力と対抗力の合力の差を低減させることができる。

上記のような構成の液体供給装置においては、液体１１の残量が多い状態と少ない状態において、より一定の速度で液体１１の送液ができる。

（第２実施形態）
図２は本発明に係る液体供給装置の第２実施形態例の構成図である。以下図２に基づいて第２実施形態例を説明する。なお、第１実施形態と同一または同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

第２実施形態例は第１実施形態例の液体供給装置が水素発生装置６の構成要素として用いられたものである。

排出口５には内部を液体が移動することができる送液路６１によって、反応室６２と接続される。反応室６２の内部には反応用物質６２１が収容されており、送液路６１中を移動してきた液体１１と接触することによって水素発生反応を起こす。反応室６２はアクリルやＳＵＳ、ニッケルのように剛性を有し水素を透過しない素材が好ましい。反応用物質６２１の具体例としては固体の水素化ホウ素ナトリウム、水素化アルミ、水素化ホウ素ナトリウム水溶液、水素化ホウ素カリウムが挙げられるがこれには限らない。水素発生反応は液体１１の送液量によって変化し、送液量が多いと水素発生量は多く、送液量が少ないと水素発生量は少ない。水素発生反応によって発生した水素は反応室６２に備えられた水素排出口６３によって反応室外部へと排出される。

送液路６１には液体１１の送液のタイミングを制御する弁６４が備えられる。弁６４の具体例としては電気式バルブ、圧力制御による逆止弁等がある。電気式バルブでは反応室６２の内部圧力や水素発生速度や時間を要素としてバルブを開閉し、液体１１の送液を制御する。逆止弁を用いた場合には反応室６２の内部圧力が液体１１にかかっている圧力よりも低い場合に開弁して液体１１を送液し、反応室６２の内部圧力が液体１１に掛かっている圧力よりも高い場合では閉弁し液体１１を送液しない。これにより液体１１の送液の制御ができる。また開弁時間が同じとき、液体１１の送液速度の速さに応じて送液量は変化するため、水素発生量も変化する。また水素発生装置６には全ての構成要素をカートリッジとして一つにまとめる水素発生装置筐体６５が備えられていても良い。

上記のような構成の液体供給装置においては、液体１１は残量によらずより一定の速度で送液できるため、内部で水素を発生する水素発生装置６において液体１１の残量によらずより一定の速度で水素を発生する事ができる。

（第３実施形態）
図３は本発明に係る液体供給装置の第３実施形態例の構成図である。以下図３に基づいて第３実施形態例を説明する。なお、第１又は２実施形態と同一または同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

第３実施形態例は第１実施形態例の液体供給装置において、対抗部として弾性体３１を用いたものである。弾性体３１の例としては圧縮バネ、引っ張りバネ、ゴム等が挙げられる。

以下図３（ａ）を用いて液体１１の残量が多い状態を説明する。荷重板１２に弾性体３１が接続され、荷重板１２に対して加圧部２による押圧力と反対方向の荷重をかけている。液体１１の残量が減り荷重板１２が変位するにつれ、押圧力は減少していき、対抗力は上昇していく。

また荷重板１２の変位量が多くなり加圧部２による押圧力が押圧力の最大値と最小値の中間値よりも小さくなると、弾性体３１は荷重板１２と非接続状態になる。図３（ｂ）は弾性体３１と荷重板１２が非接続状態にあるときの構成図である。非接続状態においては荷重板１２には加圧部２による押圧力のみが作用する。

図４は荷重板１２の位置が変化したときの、押圧力・対抗力・押圧力と対抗力の合力の遷移図である。グラフの縦軸に力、横軸に荷重板１２の変位量を示し、変位量が少ない状態は液体１１の残量が多い状態、変位量が多い状態は液体１１の残量が少ない状態である。仮に荷重板１２が加圧部２による力のみを受けていたとすると、図中の破線のように変位量が多くなるにつれて荷重板１２が液体収容部１１に与える力は一様に小さくなる。そのため液体１１の送液速度は残量が多い状態と少ない状態で差が生じる。それに対し、弾性体３１を荷重板１２と接続した場合には、残量が多い状態では加圧部２による押圧力が対抗力によって低減される。一方、残量が少ない状態では加圧部２による押圧力は小さくなるが、弾性体３１と荷重板１２が非接続状態となるため押圧力が低減されることはない。そのため、図中の実線で示すように、残量が多い状態と少ない状態での液圧力の差を低減することができる。

また接続状態における合力の変化の勾配を低減するために、弾性体３１はヤング率の低いものを用いることが好ましい。

上記のような構成の液体供給装置においては、残量が最も多い状態と残量が最も少ない状態で、液体１１にかかる圧力差を低減することができるため、より一定の速度で送液することができる。

（第４実施形態）
図５は本発明に係る液体供給装置の第４実施形態例の構成図である。以下図５に基づいて第４実施形態例を説明する。なお、第１乃至３実施形態と同一または同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

第４実施例では対抗部として第１磁性体３２１と第２磁性体３２２を用いている。第１磁性体３２１は荷重板１２と接続されており、第２磁性体３２２は第１磁性体３２１と引き合う磁力が加圧部２による押圧力と反対方向へかかるよう固定されて配置される。第１磁性体３２１と第２磁性体３２２同士が引き合う磁力は、ビオ・サバールの定理により磁性体同士の距離の２乗に反比例する。そのため液体１１の残量が少なくなり荷重板１２が変位し、つまり、磁性体間の距離が大きくなり加圧部２の押圧力が減少するにつれて、押圧力に対抗する磁力も減少する。また荷重板１２の材質に磁性を有する部材を用いて、第１磁性体３２１と荷重板１２同一の部材としても良い。

上記のような構成の液体供給装置においては、液体１１の残量に関わらず、荷重板１２によって液体収容部１により一定の圧力を与えることができるため、より一定の速度で送液することができる。

（第５実施形態）
図６は本発明に係る液体供給装置の第５実施形態例の構成図である。以下図６に基づいて第５実施形態例を説明する。なお、第１乃至４実施形態と同一または同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

第５実施形態は対抗部３として摩擦体３３を用いている。摩擦体３３は荷重板１２の縁部と接し、荷重板１２に対して加圧部２と対抗する摩擦力を与えるため荷重板１２の上部に対抗部を設ける必要がなく、荷重板の上部の空間をさらに確保することができる。本発明の液体供給装置により供給された液体と固体の反応物質が反応し水素が発生する場合、水素の発生には寄与しない生成物が生じる。前記生成物が前記反応物質の周囲に溜まると液体と反応物質の反応の妨げとなるため、前記生成物を反応物質の周囲に留めない必要がある。そこで、前記生成物を収容するために荷重板の上部に設けられた前記空間を利用すれば前記生成物を前記反応物質の周囲から遠ざける事が可能となる。

図７は摩擦力を変化させる手段として、弾性を有し荷重板１２によって潰されてひずむことで摩擦力を生じ、また押圧力が変化するのに伴いひずみ量も変化する傾斜摩擦体３３１を用いている。弾性を有する素材には二トリルゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム等のゴム材が例として挙げられる。摩擦力は傾斜摩擦体３３１の摩擦係数μと摩擦面に対する垂直抗力Nの積である。液体１１の残量が多く加圧部２による押圧力が大きい状態においては傾斜摩擦体３３１のひずみ量が大きい。そのため垂直抗力Nが大きく加圧部２の押圧力に対抗する摩擦力も大きくかかる。また液体１１の残量が少なくなり加圧部２による押圧力が小さくなっていくと傾斜摩擦体３３１のひずみ量が減少する。そのため垂直抗力Nが小さく加圧部２の押圧力に対抗する摩擦力が減少していく。

図８は図６における液体供給装置において摩擦体３３の表面もしくは荷重板１２の縁部が、勾配を持つ表面粗さを有する粗表面３３２を有している実施例の、荷重板１２の縁部と摩擦体３３の接触部分の拡大図である。図８（ａ）では摩擦体３３の表面に粗表面３３２が形成されており、図８（ｂ）では荷重板１２の縁部に粗表面３３２が形成されている。また摩擦体３３の材質は特に限定されないため支持部４と同一の部材でも良い。粗表面３３２は前述の通り表面粗さに勾配を有しており、加圧部２による押圧力１１が減少するにつれて粗表面３３２は表面粗さがなめらかな部分で摩擦力を生じるように配置される。具体的には図８（ａ）においては粗表面３３２の表面粗さは図中上側から下側にむけてなめらかになっていき、図８（ｂ）においては図中下側から上側にむけてなめらかになっていく。この構造では加圧部２による押圧力が減少するにつれて摩擦力も減少していく。押圧力が減少するにつれて摩擦力も減少すれば、摩擦体３３の表面と荷重板１２の縁部が共に勾配粗さを有していても構わない。押圧力が小さくなるにつれて荷重板１２の縁部と摩擦体３３の表面との相対的な粗さが小さくなる液体供給装置では、摩擦体若しくは荷重板縁部の表面粗さによって摩擦力を得るため摩擦体の材質の制限が少なく、摩擦体の材質の選定の幅が広がり、構成部品の点数、材質の種類を減らす事ができる。荷重板１２の縁部と摩擦体３３の表面との相対的粗さを任意に設定できるため、摩擦力の大きさを明確に規定することも可能になる。

図９は図６における液体供給装置において加圧部２による押圧力が減少するにつれて摩擦体３３３と荷重板１２の接する面積が減少し、摩擦体３３３は弾性材であり荷重板１２に潰されて常に一定量ひずんだ状態である場合の構成図である。図１０は図９における摩擦体３３３がひずみ摩擦体３３４である場合において、ひずみ摩擦体３３４と荷重板１２の接触箇所の拡大図を示す。図１０（ａ）は液体１１の残量が多く加圧部２による押圧力が大きい状態、図１０（ｂ）は液体１１の残量が少なく押圧力が小さい状態である。ひずみ摩擦体３３４は厚さt、摩擦係数μ、縦弾性係数Ｅの弾性体であり、荷重板１２によってつねにΔｔの厚さだけ圧縮されている。図中のσは応力でありひずみ量(Δｔ／ｔ)と縦弾性係数Ｅの積である。図中のＮは摩擦面の垂直抗力であり、応力σとひずみ摩擦体３３４が荷重板１２によって潰されている部分の断面積ｓの積である。以上から摩擦力Ｆ＝μNは以下の式で表される。

ここで液体１１の残量が多く加圧部２による押圧力が大きい状態の摩擦力、面積をそれぞれＦ₁、ｓ₁とし、液体１１の残量が少なく加圧部２による押圧力が小さい状態の摩擦力、面積をそれぞれＦ₂、ｓ₂とする。ここでＦ₁、Ｆ₂を比較すると、ｓ₁＞ｓ₂であるのでＦ₁＞Ｆ₂であることがわかる。

またひずみ摩擦体３３４は図７の傾斜摩擦体３３１のように押圧力が減少するにつれてひずみ量が減少していく構造でも良い。

上記の構成によれば各押圧力における摩擦係数、摩擦体の潰れ量、摩擦力が生じる面積を任意に設定することができ、摩擦力、つまり対抗力を任意に設定することができるため、荷重板１２が液体収容部１に与える圧力をより一定に保つことができる。そのため、より一定の速度で送液をすることが可能となる。

（第６実施形態）
図１１は本発明に係る液体供給装置の第６実施形態例の構成図である。以下図１１に基づいて第６実施形態例を説明する。なお、第１乃至５実施形態と同一または同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

第６実施形態は第２実施形態の構成に加え、水素と酸素を電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池の発電部７が備えられている。発電部７は水素発生装置６において発生した水素を使用する為、水素排出口６３と接続される。発電部７はアノード側電極７１と、カソード側電極７２の間に配置されたＭＥＡ７３と、発電部筐体７４によって構成される。ＭＥＡ７３は固体電解質膜（ＰＥＭ）の両面に電極触媒層を塗布したものである。またＭＥＡ７３のアノード側に水素以外の気体が存在すると発電特性が低下することから、発電部筐体７４は水素排出口６３からＭＥＡ７３までの空間を外部の気体から隔離する構造であることが望ましい。水素発生装置６から供給された水素は水素排出口６３を通りＭＥＡ７３へと供給され、アノード側の電極触媒層で水素の陽イオンであるプロトンへと変換され、変換されたプロトンは固体電解質膜中を通ってカソード側の電極触媒層へと移動する。カソード側の触媒層で電解質膜を通り抜けたプロトンと空気中の酸素が反応する。アノード側の電極触媒層において水素がプロトンになることによって発生する電子はアノード側電極７１からカソード側電極７２に移動し電流を得る。アノード側電極７１とカソード側電極７２を電力を消費する機器に接続することによって、該機器を動作させることが可能である。

上記の構成によれば、一定の速度で水素を発生させることができる本発明の液体供給装置により構成される燃料電池であるため、安定した発電を行うことができる。

本発明に係る液体供給装置の第１実施形態の構成図である。本発明に係る液体供給装置の第２実施形態の構成図である。本発明に係る液体供給装置の第3実施形態の構成図である。第3実施形態において荷重板の変位量と加圧部２による押圧力、弾性体３１による対抗力、押圧力と対抗力の合力の遷移図である。本発明に係る液体供給装置の第４実施形態の構成図である。本発明に係る液体供給装置の第５実施形態の構成図である。第5実施形態の一手段の構成図である。第5実施形態の一手段の構成図である。第5実施形態の一手段の構成図である。図９において対抗力に作用する各力の説明図である。本発明に係る液体供給装置の第6実施形態の構成図である。

符号の説明

１…液体収容部、１１…液体、１２…荷重板、２…加圧部、３…対抗部、３１…弾性体、３２１…第１磁性体、３２２…第２磁性体、３３…摩擦体、３３１…傾斜摩擦体、３３２…粗表面、３３３…摩擦体、３３４…ひずみ摩擦体、４…支持部、５…排出口、６…水素発生装置、６１…送液路、６２…反応室、６２１…反応用物質、６３…水素排出口、６４…弁、６５…水素発生装置筐体、７…発電部、７１…アノード側電極、７２…カソード側電極、７３…MEA、７４…発電部筐体

Claims

液体を収容し、液体を排出する排出口を供えた液体収容部と、
荷重板を介して液体収容部に押圧力を与える加圧部と、
前記液体収容部の外側に配置され、前記液体収容部を支持する支持部と、
前記荷重板に対して前記押圧力に対抗する対抗力を加える対抗部とを備え、
前記加圧部は、前記液体収容部に収容された前記液体が減るにつれて、前記液体収容部への押圧力が減るものであり、
前記対抗部は、前記押圧力が最大の状態での前記対抗力の大きさに比べて、前記押圧力が最小の状態での前記対抗力が小さくなり、常に前記押圧力よりも小さい
ことを特徴とする液体供給装置。
固体の反応用物質を収容するとともに前記液体と前記反応用物質とを反応させて水素を生成する反応室と、
前記反応室に備えられ前記水素を前記反応室外部へと供給する水素供給口と、
前記排出口から前記反応室に前記液体を送る送液路と、
前記排出口から前記反応室への前記液体の流れを制御する弁と
を備えることを特徴とする請求項１記載の液体供給装置。
前記対抗部は前記荷重板と接続される弾性体であり、前記加圧部による押圧力が前記押圧力の最大値と最小値の中間値よりも小さくなると前記荷重板との接続を開放されることを特徴とする請求項１又は２記載の液体供給装置。
前記対抗部は複数の磁性体からなり、前記対抗力は前記磁性体によって与えられる磁力であることを特徴とする請求項１又は２記載の液体供給装置。
前記対抗部は前記荷重板の縁部と接触して設けられた摩擦体であり、
前記摩擦体は前記押圧力が小さくなるにつれて前記縁部との摩擦力を小さくすることを
特徴とする請求項１又は２記載の液体供給装置。
前記摩擦体は弾性材であり、前記縁部に圧縮された状態で接触し、前記押圧力が小さくなるにつれて圧縮量が減少することを特徴する請求項５記載の液体供給装置。
前記摩擦体の表面、あるいは前記荷重板の縁部、あるいは前記摩擦体の表面且つ前記荷重板の縁部、に勾配を有する粗さを有し、前記押圧力が小さくなるにつれて前記荷重板の縁部と前記摩擦体の表面との相対的な粗さが小さくなることを特徴とする請求項５記載の液体供給装置。
前記摩擦体は弾性材であり、前記縁部にひずんだ状態で接触し、前記押圧力が小さくなるにつれて、前記縁部と接触する面積が小さくなることをさらに特徴とする請求項５記載の液体供給装置。
請求項１乃至請求項８何れかに記載の液体供給装置と、
前記水素供給口から供給された前記水素と酸素とを用いて電圧を発生する発電部とを有する燃料電池。