JP2009082809A - Vaporizer and its driving method, and generating set - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気化器及びその駆動方法並びに発電装置に関する。 The present invention relates to a vaporizer, a driving method thereof, and a power generation device.
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への実用化が進められてきている。また、小型化、高機能化が進められている携帯電話機やノート型パソコンなどにおいても、電源として燃料電池を用いるための研究、開発が進められている。 In recent years, fuel cells have attracted attention as clean power sources with high energy conversion efficiency, and are being put to practical use in fuel cell vehicles and electrified houses. In addition, research and development for using a fuel cell as a power source are also being promoted in mobile phones and notebook personal computers that are being downsized and highly functional.
燃料電池としては、メタノール等の水素原子を含有する液体燃料を改質して生成された水素と酸素の電気化学反応により発電する改質型の燃料電池がある。このような改質型の燃料電池には周辺機器として気化器及び改質器が設けられており、液体燃料や水が気化器にて気化し、その燃料と水の混合気が改質器に送られて、その改質器で水素等が生成され、生成された水素等が燃料電池の燃料極に送られる(例えば、特許文献1参照)。燃料電池の空気極には空気が送られ、燃料電池の電解質膜を通じた水素と酸素の電気化学反応によって発電が起こる。気化器としては、例えば、特許文献2に記載されたものがある。
ところで、従前から利用されている気化器では、燃料や水が気化するに際して、核沸騰や突沸が生じることがあり、安定的に連続して気体を発生させることが難しかった核沸騰や突沸が生じると、ガス化していない燃料や水が突発的に下流の改質器や燃料電池へ噴出してしまい、その液体が悪影響を及ぼして、改質器や燃料電池で安定的な反応が起こらない状態となってしまい、燃料電池における安定した発電動作を得ることが難しかった。 By the way, in a vaporizer that has been used in the past, nucleate boiling or bumping may occur when fuel or water is vaporized, and nucleate boiling or bumping, which has been difficult to generate gas stably and continuously, occurs. When ungasified fuel or water is suddenly ejected to the downstream reformer or fuel cell, the liquid has an adverse effect, and a stable reaction does not occur in the reformer or fuel cell. Thus, it has been difficult to obtain a stable power generation operation in the fuel cell.
そこで、本発明は、気化器において、突沸や核沸騰を抑えられるようにすることを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to suppress bumping and nucleate boiling in a vaporizer.
以上の課題を解決するため、請求項1に係る発明によれば、
液体が供給されて、該液体を一方向側に液滴として吐出する液滴吐出装置と、
前記液滴吐出装置の前記一方向側に対向して設けられ、前記液滴吐出装置から吐出された前記液滴を吸収する吸収材と、
前記吸収材を加熱するヒータと、
を備え、
加熱された前記吸収材によって、該吸収材に吸収された前記液滴を気化して、該吸収材の前記一方側に排出することを特徴とする気化器が提供される。
In order to solve the above problems, according to the invention according to
A liquid droplet discharge device that is supplied with liquid and discharges the liquid as liquid droplets in one direction;
An absorber that is provided opposite to the one-direction side of the droplet discharge device and absorbs the droplet discharged from the droplet discharge device;
A heater for heating the absorbent;
With
There is provided a vaporizer characterized in that the heated absorbent material vaporizes the droplets absorbed by the absorbent material and discharges it to the one side of the absorbent material.
請求項2に係る発明によれば、
前記吸収材はシート状に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の気化器が提供される。
According to the invention of
The vaporizer according to
請求項3に係る発明によれば、
ハウジングを更に備え、
前記液滴吐出装置及び前記吸収材が相対向して前記ハウジング内に設けられ、前記液体は該ハウジングの前記他方側から供給され、前記気化された気体が該ハウジングの前記一方側から排出されることを特徴とする請求項1又は2に記載の気化器が提供される。
According to the invention of claim 3,
A housing,
The droplet discharge device and the absorber are provided in the housing opposite to each other, the liquid is supplied from the other side of the housing, and the vaporized gas is discharged from the one side of the housing. A vaporizer according to
請求項4に係る発明によれば、
前記ヒータが前記ハウジングに外装されていることを特徴とする請求項3に記載の気化器が提供される。
According to the invention of
The carburetor according to claim 3, wherein the heater is mounted on the housing.
請求項5に係る発明によれば、
前記液滴吐出装置が、複数の吐出口と、各吐出口に対応して設けられ、前記吐出口から液滴を吐出させるアクチュエータと、を有することを特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載の気化器が提供される。
According to the invention of
5. The liquid droplet ejection device according to
請求項6に係る発明によれば、
前記アクチュエータが、発熱抵抗体であることを特徴とする請求項5に記載の気化器が提供される。
According to the invention of
The carburetor according to
請求項7に係る発明によれば、
前記アクチュエータが、ピエゾ素子であることを特徴とする請求項5に記載の気化器が提供される。
According to the invention of
The carburetor according to
請求項8に係る発明によれば、
前記アクチュエータが、前記液体を帯電させるための静電用電極であることを特徴とする請求項5に記載の気化器が提供される。
According to the invention of
The vaporizer according to
請求項9に係る発明によれば、
前記液滴吐出装置が前記液滴を間欠的に吐出す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気化器が提供される。
According to the invention of
The vaporizer according to any one of
請求項10に係る発明によれば、
供給された液体を気化して排出する気化器の駆動方法において、
前記液体を液滴吐出装置に供給し、該液滴吐出装置から前記液体を液滴として一方向側に間欠的に吐出させ、
前記液滴吐出装置の前記一方向側に対向して設けられる吸収材に到達した前記液滴を該吸収材に吸収させ、
前記吸収材をヒータによって加熱して、前記吸収材に吸収された前記液滴を気化して、気化した気体を前記吸収材の前記一方側に排出させることを特徴とする気化器の駆動制御方法が提供される。
According to the invention of claim 10,
In the driving method of the vaporizer for vaporizing and discharging the supplied liquid,
Supplying the liquid to a droplet discharge device, and intermittently discharging the liquid as a droplet from the droplet discharge device in one direction;
Causing the absorbent material to absorb the liquid droplets that have reached the absorbent material provided facing the one-direction side of the liquid droplet ejection device;
A vaporizer drive control method, wherein the absorbent is heated by a heater to vaporize the droplets absorbed by the absorbent, and the vaporized gas is discharged to the one side of the absorbent. Is provided.
請求項11に係る発明によれば、
燃料を貯留した容器と、前記容器から前記燃料が供給されて、該燃料を一方向側に液滴として吐出する液滴吐出装置と、前記液滴吐出装置の前記一方向側に対向して設けられ、前記液滴吐出装置から吐出されて到達した前記液滴を吸収する吸収材と、前記吸収材を加熱するヒータと、を備え、加熱された前記吸収材によって、該吸収材に吸収された前記液滴を気化して、該吸収材の前記一方側に排出する気化器と、
前記気化器により排出される気化された前記燃料を用い、電気化学反応により発電する燃料電池と、
を備えることを特徴とする発電装置が提供される。
According to the invention of
A container that stores fuel, a droplet discharge device that is supplied with the fuel from the container and discharges the fuel as droplets in one direction, and is provided facing the one direction side of the droplet discharge device And an absorber that absorbs the droplets discharged and reached from the droplet discharge device, and a heater that heats the absorber, and is absorbed by the absorber by the heated absorber. A vaporizer that vaporizes the droplets and discharges it to the one side of the absorber;
A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction using the vaporized fuel discharged by the vaporizer; and
A power generator characterized by comprising:
本発明によれば、液滴吐出装置によって吐出された液滴が加熱された繊維材に吸収されて、繊維材に吸収された液体が気化する。液滴が繊維材に吸収されて捕捉されるので、その気化過程において、突沸や核沸騰が起こらないようにすることができ、液体を安定して気化させることができる。 According to the present invention, the liquid droplets ejected by the liquid droplet ejection device are absorbed by the heated fiber material, and the liquid absorbed by the fiber material is vaporized. Since the droplets are absorbed and captured by the fiber material, bumping and nucleate boiling can be prevented from occurring during the vaporization process, and the liquid can be vaporized stably.
以下に、本発明を実施するための好ましい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。 Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. However, although various technically preferable limitations for implementing the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.
図1は、発電装置1のブロック図である。この発電装置1は、例えばノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistant)、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、その他の電子機器に備え付けられるものであり、これらの電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。
FIG. 1 is a block diagram of the
発電装置1は、貯留容器2と、供給器3と、気化器4と、反応装置5と、燃料電池6と、を備える。
貯留容器2には、燃料(例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、ブタン、ガソリン)と水が混合した状態で貯留されている。
供給器3は、貯留容器2に貯留された液体を気化器4に送出するものであって、例えばポンプとバルブの組み合わせである。なお、供給器3を設けず、貯留容器2内に貯留された液体の重力や毛細管現象によって、貯留容器2内の液体が気化器4に送られるものとしてもよい。
気化器4は、貯留容器2から送られてきた液体を蒸発させるものである。
反応装置5は、気化器4から送られた燃料と水の気体を反応させて、水素を生成するものである。
燃料電池6は、水素と酸素の電気化学反応により発電するものである。具体的には、燃料電池6は、燃料極7と、電解質膜8と、空気極9とを備える。そして、反応装置5で生成された水素等は燃料電池6の燃料極7に送られ、外部の空気がエアポンプ、送風器、その他の空気送出器によって空気極9に送られる。燃料極7に供給されたガス中の水素が、電解質膜8を介して、空気極9に供給された空気中の酸素と電気化学反応する。これにより、燃料極7と空気極9との間で電力が生じる。
The
The
The supply device 3 sends out the liquid stored in the
The
The
The
燃料電池6の電解質膜8が固体高分子電解質膜である場合、反応装置5は改質器、一酸化炭素除去器、燃焼器及び断熱パッケージを備えるものである。改質器、一酸化炭素除去器及び燃焼器は何れも触媒反応器であり、これらが断熱パッケージ内に収容されている。燃料がメタノールの場合、改質器では、次式(1)、(2)のような化学反応が起こる。
CH2OH+H2O→3H2+CO2 …(1)
H2+CO2→H2O+CO …(2)
改質器での生成物(水素、二酸化炭素及び一酸化炭素等)及び外部の空気が一酸化炭素除去器に送られ、一酸化炭素除去器において一酸化炭素が優先的に酸化する。このように改質器及び一酸化炭素除去器を経由して生成した水素等が燃料電池6の燃料極7に送られる。燃料電池6で未反応の水素等は反応装置5の燃焼器に送られ、更に外部の空気がエアポンプ、送風器、その他の空気送出器によって反応装置5の燃焼器に送られ、その未反応の水素が反応装置5の燃焼器で触媒燃焼することで燃焼熱が生じる。燃焼熱は、反応装置5の改質器における水素の生成反応に用いられる。
なお、電解質膜8が固体高分子電解質膜である場合には、燃料極7では反応式(3)の電気化学反応が起き、空気極9では反応式(4)の電気化学反応が起きる。
H2→2H++2e- …(3)
2H++1/2O2+2e-→H2O …(4)
When the
CH 2 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (1)
H 2 + CO 2 → H 2 O + CO (2)
Products from the reformer (hydrogen, carbon dioxide, carbon monoxide, etc.) and external air are sent to the carbon monoxide remover, where carbon monoxide is preferentially oxidized. The hydrogen generated through the reformer and the carbon monoxide remover in this way is sent to the
When the
H 2 → 2H + + 2e − (3)
2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O (4)
燃料電池6の電解質膜8が固体酸化物電解質膜である場合、反応装置5は改質器、燃焼器及び断熱パッケージを備えるものである。改質器及び燃焼器は何れも触媒反応器であり、これらが断熱パッケージ内に収容されている。改質器では上記反応式(1)、(2)の化学反応が起き、このように改質器を経由して生成した水素等が燃料電池6の燃料極7に送られる。燃料電池6で未反応の水素等は反応装置5の燃焼器に送られ、更に外部の空気がエアポンプ、送風器、その他の空気送出器によって反応装置5の燃焼器に送られ、その未反応の水素が反応装置5の燃焼器で触媒燃焼することで燃焼熱が生じる。燃焼熱は、反応装置5の改質器における水素の生成反応に用いられる。
なお、電解質膜8が固体酸化物電解質膜である場合には、空気極9では反応式(5)の電気化学反応が起き、燃料極7では反応式(6)の電気化学反応が起きる。
1/2O2+2e-→2O2-・・・(5)
H2+2O2-→H2O+2e-・・・(6)
When the
When the
1 / 2O 2 + 2e − → 2O 2− (5)
H 2 + 2O 2− → H 2 O + 2e − (6)
発電装置1には二次電池やDC/DCコンバータ等が備えられ、燃料電池6の発電によって得られた電気エネルギーは二次電池に充電されたり、電子機器本体の電源として用いられたりする。DC/DCコンバータは、燃料電池6から二次電池への充電過程、燃料電池6から電子機器本体への電力供給過程、二次電池から電子機器本体への電力供給過程において適切な電圧に変換するものである。
The
気化器4について詳細に説明する。
図2は気化器4を示した断面図であり、図3は図2のIII−III線に沿った面の矢視断面図である。
The
2 is a cross-sectional view showing the
図2に示すように、この気化器4は、ハウジング20と、ハウジング20の内側に設けられた液滴吐出ヘッド30と、ハウジング20の内側に設けられるとともに液滴吐出ヘッド30に相対向して設けられた吸収シート70と、吸収シート70を加熱するヒータ80と、を備える。
As shown in FIG. 2, the
ハウジング20は管状に設けられたものである。具体的には、ハウジング20は、例えば四枚の矩形状ガラス板21〜24を矩形枠状に組み、これらを陽極接合により接合したものである。なお、ハウジング20は、ガラス製ではなく、ステンレス鋼、アルミニウムその他の金属材料からなるものでもよいし、ポリイミド、ポリカーボネートその他の樹脂材料からなるものでもよいし、セラミック材、シリコン材その他の材料からなるものでもよい。また、ハウジング20は接合により組み立てられたものでなくてもよく、鋳造、成型、その他の加工法により製造されたものでもよい。但し、ハウジング20を構成する材料は、耐熱性・耐食性を有するものが望ましい。
The
このハウジング20の長手方向一端側が上流部25となり、長手方向他端側が下流部26となる。液滴吐出ヘッド30はハウジング20の上流部25と下流部26との間に配置され、ハウジング20内の空間が液滴吐出ヘッド30によって上流部25側の領域と下流部26側の領域に区切られている。また、液滴吐出ヘッド30よりも下流部26側において吸収シート70が配置され、液滴吐出ヘッド30よりも下流部26側の空間が吸収シート70によって液滴吐出ヘッド30側の領域と下流部26側の領域に区切られている。
One end of the
液滴吐出ヘッド30はハウジング20に取り付けられている。具体的には、ハウジング20の内面には、周方向の取付溝が形成され、その取付溝に液滴吐出ヘッド30の縁部が嵌め込まれている。配線60がハウジング20を貫通して、液滴吐出ヘッド30に電気的に接続され、配線60を通じて液滴吐出ヘッド30に信号が付与されることで、液滴吐出ヘッド30が吐出動作を行う。
The
液滴吐出ヘッド30は、所謂、インクジェットプリンタ等に用いられるインクジェットヘッドを適用したものである。この液滴吐出ヘッド30は、サーマルジェット方式(バブルジェット方式)の液滴吐出ヘッドであってもよいし、ピエゾ方式の液滴吐出ヘッドであってもよいし、静電方式の液滴吐出ヘッドであってもよい。
The
液滴吐出ヘッド30は、貯留容器2から送られてきた液体を液滴として吸収シート70に向けて吐出するものである。ここで、液滴吐出ヘッド30は、液滴を間欠的に吐出するようになっている。液滴吐出ヘッド30の液滴吐出タイミング、周期等はドライバによって制御される。
The
具体的には、液滴吐出ヘッド30は、マニホールド部31と、マニホールド部31に設けられたオリフィスプレート32とを有する。オリフィスプレート32には複数の吐出口33が形成され、このオリフィスプレート32と吸収シート70が対向するよう、液滴吐出ヘッド30がハウジング20に取り付けられている。マニホールド部31には、上流部25側で開口したインレット口34と、インレット口34に通じるチャネル35とが形成されており、チャネル35が覆われるようにしてオリフィスプレート32がマニホールド部31に接合されている。吐出口33はチャネル35に通じている。
Specifically, the
また、マニホールド部31には、吐出口33から液滴を吐出させるアクチュエータが各吐出口33に対応して設けられている。液滴吐出ヘッド30がピエゾ方式の液滴吐出ヘッドの場合、アクチュエータはピエゾ素子であり、液滴吐出ヘッド30がサーマルジェット方式の液滴吐出ヘッドである場合、アクチュエータは発熱抵抗体であり、液滴吐出ヘッド30が静電方式の液滴吐出ヘッドである場合、アクチュエータは静電用電極である。なお、ピエゾ素子の場合には、ピエゾ素子が変形することによって吐出口33から液滴が吐出され、発熱抵抗体の場合には、発熱抵抗体によって液体に熱が与えられてその発熱抵抗体と液体の接触部で膜沸騰が生じることによって吐出口33から液滴が吐出され、静電用電極の場合には、静電用電極によって液体が帯電することによって吐出口33から液滴が吐出される。各吐出口33に独立してアクチュエータが設けられているので、各吐出口33から独立して液滴が吐出される。
In the
図4は、液滴吐出ヘッド30がサーマルジェット方式の液滴吐出ヘッドである場合の断面図である。ここでは、便宜上、1つの吐出口33に係わる構成について示す。図4に示すように、マニホールド部31のベースとなるシリコン基板41にはインレット口34が貫通しており、シリコン基板41に薄膜配線42がパターニングされているとともに、発熱抵抗体43もパターニングされている。そして、薄膜配線42の上に耐熱性樹脂層44が成膜され、その耐熱性樹脂層44にチャネル35が凹設され、発熱抵抗体43がチャネル35において露出している。そして、オリフィスプレート32が耐熱性樹脂層44に接合され、オリフィスプレート32に形成された吐出口33が発熱抵抗体43に相対している。発熱抵抗体43の素材には、例えば、TaとSiとOとNを組成物とするTa−Si−O−N材料を用い、薄膜配線42の素材には、例えば、Au、WTi等を用いる。耐熱性樹脂層44の素材には、例えばポリイミドを用いる。
FIG. 4 is a cross-sectional view when the
図4に示された液滴吐出ヘッド30の製造方法の一例について説明する。
ウエハーであるシリコン基板41を準備する。ここで、シリコン基板41は、対角線が4インチ以上の正方形又は長方形の平板であることが好ましい。このシリコン基板41の一方の面に、Ta−Si−O−N材料等の薄膜及びAu、WTi等の薄膜を成膜し、フォトリソ・エッチングによってAu、WTi等の薄膜をパターニングすることで薄膜配線42を形成し、Ta−Si−O−N材料等の薄膜をパターニングすることで発熱抵抗体43を形成する。次に、感光性ポリイミドなどの耐熱性樹脂層44を厚さ12μm程度で成膜し、その耐熱性樹脂層44を露光・現像することによってその耐熱性樹脂層44にチャネル35を形成し、その耐熱性樹脂層44を300〜400℃で1〜2時間焼成すると、その耐熱性樹脂層44の厚さが10μmになる。シリコン基板41に対してエッチング加工又はサンドブラスト加工を施すことによって、インレット口34を形成する。次に、耐熱性樹脂層44の上からオリフィスプレート32(未だ、吐出口33が形成されていない。)を接合する。例えば、耐熱性樹脂層44とオリフィスプレート32との間にポリイミドの薄膜を介在させて、200〜300℃でオリフィスプレート32を耐熱性樹脂層44に熱圧着する。次に、オリフィスプレート32に厚さ0.5〜1μmのマスクを設け、オリフィスプレート32をエッチング(例えば、電子サイクロトロン共鳴エッチングその他のドライエッチング)により吐出口33を形成する。オリフィスプレート32の接合後、吐出口33を加工しているので、接合の前に吐出口33を加工するよりも遙かに生産性が高い。次に、シリコン基板41を所定のサイズにダイシングソーなどでカッティングし、液滴吐出ヘッド30を切り出す。なお、液滴吐出ヘッド30の製造方法の説明で提示した温度、時間、厚さ等の数値は、一例である。
An example of a method for manufacturing the
A
図3、図4に示された吸収シート70は耐熱性・耐食性を有する吸収材をシート状に形成したものであり、液滴吐出ヘッド30から吐出されて吸収シート70に到達した液滴を吸収するものである。吸収シート70としては、例えばグラスウールをシート状に形成したものを適用することができる。具体的には、吸収シート70は、グラスウール紙又はグラスウール布であってもよく、グラスウール紙又はグラスウール布以外の同等の材料からなるものであってもよい。例えば、金属繊維シート(例えば、金属細線をシート状に編んだもの)、無機材料繊維シートその他の繊維シートを用いてもよい。あるいは、繊維状のものではなく、多孔質体を用いてもよい。多孔質体としては、例えば、アクリル系繊維等の無機繊維又は有機繊維を結合材(例えばエポキシ樹脂)で固めたものや、無機粉末を焼結したもの、無機粉末を結合材で固めたもの、グラファイトとグラッシーカーボンの混合体、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などを適用することができる。ここで、吸収シート70の厚さは、50〜300μmの範囲内であることが好ましい。
The
吸収シート70はハウジング20に取り付けられている。具体的には、例えばハウジング20の内面に周方向の取付溝が形成され、その取付溝に吸収シート70の縁部が嵌め込まれている。吸収シート70は、液滴吐出ヘッド30の吐出口33が形成された面とほぼ平行に設けられている。
The
ヒータ80は、ハウジング20に設けられている。具体的には、ヒータ80は、ハウジング20の外周面において、吸収シート70に対応する位置及びその位置よりも下流側に設けられている。ヒータ80は、ハウジング20に巻回された電熱線のコイルであってもよいし、ハウジング20の外周面にパターニングされた薄膜電熱パターンであってもよい。また、ヒータ80はその温度に依存してその電気抵抗が変化する特性を持ち、ヒータ80が電気抵抗値から温度を読み取る温度センサとしても機能する。ヒータ80の電気抵抗値に基づく温度が温度制御回路にフィードバックされ、このヒータ80はその温度に基づき温度制御回路によって制御される。なお、ヒータ80が設けられる箇所は、ハウジング20の外周面でなくてもよく、ハウジング20の内周面に設けられていてもよいし、吸収シート70に直接設けられていてもよい。
The
次に、気化器4の動作について説明する。
貯留容器2内に貯留された液体が気化器4に送られて、そのハウジング20の上流部25に供給されると、液体がインレット口34に浸入していき、インレット口34、チャネル35、吐出口33まで液体が満たされる。そして、温度制御回路によってヒータ80に電力が供給され、これによりヒータ80が発熱し、ヒータ80によって吸収シート70が加熱される。吸収シート70が加熱されて所定温度になっているとき、液滴吐出ヘッド30が液滴吐出動作を行う。つまり、各吐出口33に対応して設けられたアクチュエータ(発熱抵抗体43、ピエゾ素子又は静電用電極)によって各吐出口33から液滴が吐出され、吐出された液滴が吸収シート70に向けて飛翔する。吸収シート70に着弾した液滴が滲んで広がり、更に吸収シート70に吸収される。吸収シート70に吸収された液体が加熱されて沸点以上に達したとき、液相から気相に相変化する。気化したガスが吸収シート70から下流部26へと流れ、更に反応装置5へ流れ込む。
Next, the operation of the
When the liquid stored in the
吸収シート70で液体が気化することによって、液滴吐出ヘッド30よりも下流側の圧力が高まり、その圧力によって吐出口33における液面は、吐出口33の中へと凹んだ凹状メニスカスとなってしまう。そこで、液滴吐出ヘッド30よりも上流側において加圧器(例えば、ポンプ等)を設置し、液滴吐出ヘッド30に供給される液体が加圧器によって加圧されてもよい。このようにすることで、吐出口33における液面は、吐出口33の外へと凸となる凸状メニスカスが形成される。また、ハウジング20内であって液滴吐出ヘッド30と吸収シート70との間に圧力センサが設けられ、液滴吐出ヘッド30と吸収シート70との間の空間の気圧が圧力センサによって検知され、その検知圧力が制御部に入力され、検知圧力に基づき制御部が加圧器を制御してもよい。このようにすることで、液滴吐出ヘッド30と吸収シート70との間の気圧に対して適切な圧力が、液体に与えられる。なお、加圧器として、供給器3を用いてもよい。
When the liquid is vaporized in the
本実施形態によれば、液滴吐出ヘッド30によって吐出された液滴が吸収シート70に吸収されるので、それが液体のまま吸収シート70の下流へ流れなくなる。
また、液滴が吸収シート70に吸収され、液滴が吸収シート70に捕捉されるので、突沸が起こりにくく、更に核沸騰も起こりにくく、吸収シート70で安定して液体が安定して気化する。特に、液滴が吸収シート70に着弾することで、液滴が均一に滲むので、液体に熱が与えられやすく、液体が効率よく且つ安定して蒸発する。液体が安定して気化するので、気化しなかった液体が気化したガスとともに下流へ流れてしまうこともなくなる。
According to the present embodiment, the liquid droplets ejected by the liquid
Further, since the liquid droplets are absorbed by the
吸収シート70がシート状であるので、液体や気体が内部に籠もることなく、それゆえ吸収シート70に吸収された液体が気化する過程で膨張するに際して、液体が突発的に吸収シート70から噴出しにくい。そのため、安定した蒸発が生じる。
Since the
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
例えば、上記実施形態では、発電装置1に反応装置5が設けられているが、反応装置5を設けずに、気化器4で気化した燃料(主にメタノール)と水の混合気が燃料電池6の燃料極7に供給されてもよい。この場合、燃料電池6の燃料極7では、燃料と水が水素イオンと電子と二酸化炭素に反応し、水素イオンは電解質膜8を通じて空気極9に伝導し、空気極9では水素イオンと酸素とにより水が生成される。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では貯留容器2に燃料と水が混合された状態で貯留されているが、2つの貯留容器2を設け、一方の貯留容器2に燃料を、他方の貯留容器2に水を貯留するものとしてもよい。この場合、気化器4よりも上流側において燃料と水が混合され、その混合液が気化器4に送られるものとする。又は、2つの気化器4を設け、一方の貯留容器2内の燃料が一方の気化器4に送られてその気化器4で気化し、他方の貯留容器2内の水が他方の気化器4に送られてその気化器4で気化し、気化した燃料と水が混合されてから反応装置5に送られるものとしてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the fuel and water are stored in the
また、上記実施形態では気化器4を発電装置1に用いたが、気化器4を他の用途に利用してもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the
以下、具体的な数値を挙げて気化器4について更に詳細に説明する。
液滴吐出ヘッド30の厚み(吐出口33が形成された面から反対面までの厚さ)を0.8mmとし、液滴吐出ヘッド30の横幅及び縦幅を5.00mmとする。吐出口33の分布密度を600dpiとし、吐出口33の内径(直径)を22μmとし、オリフィスプレート32の厚さを17μmとし、チャネル35の深さを10μmとし、発熱抵抗体43のサイズを25μm□とし、吸収シート70と液滴吐出ヘッド30との間の間隔を5mmとする。また、液滴吐出ヘッド30に形成する吐出口33の数を100とする。ヒータ80の幅を5mmとし、厚さを100μmとする。
Hereinafter, the
The thickness of the droplet discharge head 30 (thickness from the surface where the
以上の条件において、駆動周波数を10kHzで、パルス幅を1μsecで、デューティ比を1/100で液滴吐出ヘッド30を動作させると、1つの吐出口33から1回当たり4plの液滴が吐出され、その粒径が20μmとなる。吐出口33の数が100であり、これら吐出口33から1つずつ順次液滴が吐出されると、吸収シート70に当たる液体の単位時間当たりの量が4μl/secとなる。また、液滴の吐出速度が20m/secとなり、5mm先の吸収シート70に着弾した液滴が70μmに広がる。このとき、液滴吐出ヘッド30の動作チャートを図5に示す。図5から明らかなように、10個の吐出口33おきに駆動周波数を10kHz、パルス幅を1μsec、デューティ比を1/100とする。
Under the above conditions, when the
上述したように、吸収シート70に当たる液体の単位時間当たりの量が4μl/secとなり、それに等しい流量の気体が気化器4から反応装置5へ流れる。これは、気化器4から反応装置5へ投入するのに必要な燃料の量である2.2μl/sec以上となっているので、必要投入量を確保することができる。必要投入量は、以下のようにして求めたものである。即ち、発電装置1が搭載される電子機器を動作させるには12Wの発電が必要であり、この電力を得るために、燃料電池6には141sccmの水素が必要である。141sccmの水素を得るためには、反応装置5の改質器における改質反応が反応式(1)である場合に、反応装置5の改質器により生成された混合ガスの下流への流量が210ml/minであり、それには130μl/min(=2.2/sec)だけの燃料・水混合ガスが気化器4から反応装置5へ投入される必要がある。なお、燃料と水の混合ガスの水蒸気とカーボンの比(水蒸気/カーボン)を1.2とした。
As described above, the amount of liquid hitting the
1 発電装置
20 ハウジング
30 液滴吐出ヘッド
33 吐出口
43 発熱抵抗体
70 吸収シート
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記液滴吐出装置の前記一方向側に対向して設けられ、前記液滴吐出装置から吐出された前記液滴を吸収する吸収材と、
前記吸収材を加熱するヒータと、
を備え、
加熱された前記吸収材によって、該吸収材に吸収された前記液滴を気化して、該吸収材の前記一方側に排出することを特徴とする気化器。 A liquid droplet discharge device that is supplied with liquid and discharges the liquid as liquid droplets in one direction;
An absorber that is provided opposite to the one-direction side of the droplet discharge device and absorbs the droplet discharged from the droplet discharge device;
A heater for heating the absorbent;
With
A vaporizer characterized by vaporizing the droplets absorbed by the absorbent material by the heated absorbent material and discharging it to the one side of the absorbent material.
前記液滴吐出装置及び前記吸収材が相対向して前記ハウジング内に設けられ、前記液体は該ハウジングの前記他方側から供給され、前記気化された気体が該ハウジングの前記一方側から排出されることを特徴とする請求項1又は2に記載の気化器。 A housing,
The droplet discharge device and the absorber are provided in the housing opposite to each other, the liquid is supplied from the other side of the housing, and the vaporized gas is discharged from the one side of the housing. The vaporizer according to claim 1 or 2, wherein
前記液体を液滴吐出装置に供給し、該液滴吐出装置から前記液体を液滴として一方向側に間欠的に吐出させ、
前記液滴吐出装置の前記一方向側に対向して設けられる吸収材に到達した前記液滴を該吸収材に吸収させ、
前記吸収材をヒータによって加熱して、前記吸収材に吸収された前記液滴を気化して、気化した気体を前記吸収材の前記一方側に排出させることを特徴とする気化器の駆動制御方法。 In the driving method of the vaporizer for vaporizing and discharging the supplied liquid,
Supplying the liquid to a droplet discharge device, and intermittently discharging the liquid as a droplet from the droplet discharge device in one direction;
Causing the absorbent material to absorb the liquid droplets that have reached the absorbent material provided facing the one-direction side of the liquid droplet ejection device;
A vaporizer drive control method, wherein the absorbent is heated by a heater to vaporize the droplets absorbed by the absorbent, and the vaporized gas is discharged to the one side of the absorbent. .
前記気化器により排出される気化された前記燃料を用い、電気化学反応により発電する燃料電池と、
を備えることを特徴とする発電装置。 A container that stores fuel, a droplet discharge device that is supplied with the fuel from the container and discharges the fuel as droplets in one direction, and is provided facing the one direction side of the droplet discharge device And an absorber that absorbs the droplets discharged and reached from the droplet discharge device, and a heater that heats the absorber, and is absorbed by the absorber by the heated absorber. A vaporizer that vaporizes the droplets and discharges it to the one side of the absorber;
A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction using the vaporized fuel discharged by the vaporizer; and
A power generation device comprising:
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