JP2009274032A - 反応装置及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】反応装置本体111と、反応装置本体111を収容する断熱容器120とを備える反応装置110である。断熱容器120は反応装置本体111からの赤外領域の輻射を透過する輻射透過領域123及び透過した輻射が伝播する導波路180Aを有する。
【選択図】図1
Description
図1は本発明の第1実施形態に係る電子機器100を示すブロック図である。この電子機器100はノート型パーソナルコンピュータ、PDA、電子手帳、デジタルカメラ、携帯電話機、腕時計、ゲーム機器等といった携帯型の電子機器である。
燃料容器102内の混合液は、送液ポンプ103により反応装置110の気化器104に送液される。
気化器104は燃料容器102から送られた混合液を電気ヒータ兼温度センサ153や改質器105からの伝熱により約110〜160℃程度に加熱し、気化させる。気化器104で気化した混合気は改質器105へ送られる。
CH3OH+H2O→3H2+CO2 …(1)
なお、化学反応式(1)についで逐次的に起こる次の化学反応式(2)のような副反応によって、副生成物として一酸化炭素が微量に(1%程度)生成される。
H2+CO2→H2O+CO …(2)
化学反応式(1)及び(2)の反応による生成物(改質ガス)は一酸化炭素除去器106に送出される。
2CO+O2→2CO2 …(3)
化学反応式(8)の反応は発熱反応であるため、吸熱反応(混合液の気化)が行われる気化器104と隣接して配置される。
一酸化炭素除去器106を通過した改質ガスは燃料電池セル140に送出される。
燃料極142には燃料供給流路144aを介して改質ガスが送られる。燃料極142では改質ガス中の水素による次の電気化学反応式(4)に示す反応が起こる。
H2→2H++2e- …(4)
生成した水素イオンは固体高分子電解質膜141を透過して酸素極143に到達する。生成した電子はアノード出力電極146に供給される。
2H++1/2O2+2e-→H2O …(5)
なお、固体高分子電解質膜141の両面には、電気化学反応式(4)、(5)の反応を促進する図示しない触媒が設けられている。
次に、反応装置110の構造について説明する。図2は反応装置110の斜視図、図3は図2のIII−III切断線に対応する模式断面図、図4は図2のIV矢視図である。反応装置110は、反応装置本体111と、反応装置本体111を収容する断熱容器(第1の容器)120とからなる。反応装置110は、例えばステンレス(SUS304)やコバール合金、ニッケル基合金等の金属板を貼り合わせて形成してもよいし、光学材料あるいはガラス基板等を貼り合わせて形成してもよい。
輻射放熱膜113aの材料としては、作成方法が簡便である材料を選択することができ、SiO2やアルミナ(Al2O3)に代表される各種酸化物や、カオリン等の粘土鉱物、セラミック等を用いることができる。例えば、SiO2、Al2O3、カオリンやRFeO3(Rは希土類)、ハフニウム酸化物やYSZや、チタン酸化物を含有する耐熱輻射塗料などを用いることができる。
あるいは、断熱容器120内のガスを吸着する非蒸発型ゲッターにより輻射放熱膜113aを形成してもよい。
輻射放熱膜113aは、断熱容器120の内壁面の輻射透過窓123と対向配置される。
図5は100℃〜1000℃における輻射強度と波長との関係を示す図である。なお、波長λmaxにおける輻射強度B(λmax)を1として規格化している。図5に示すように、反応部の温度によって輻射強度が最大となる波長が異なるため、低温反応部113及び高温反応部115の動作温度に合わせて、後述する輻射防止膜111aや輻射放熱膜113a、輻射透過窓123、反射膜182の材質を選択する必要がある。
断熱容器120は、筐体(容器筐体)121と、輻射透過窓123とから概略構成される。
筐体121の内壁面には、反応装置本体111からの輻射による熱損失を抑制するために、輻射を反射する反射膜121aが形成されている。反射膜121aの材料には、輻射防止膜111aと同様に、Au,Al,Ag,Cu,Rh等を用いることができる。反射膜121aにより、反応装置本体111からの輻射による筐体121への熱量の移動が抑制される。
図9は電子機器100の筐体(機器筐体)190への反応装置110の収納例を示す斜視図である。
図9において、電子機器100はノート型パーソナルコンピュータであり、筐体190は操作部193が設けられた操作部筐体191及び表示部194が設けられた表示部筐体192を備える。本実施形態においては、燃料電池装置130の燃料容器102及び反応装置110が操作部筐体191の前方部分に内蔵されている。また、反応装置110から操作部筐体191の背面にかけて、導波路180Aが設けられている。
また、後方の開口部180bは後方向きに設けられているので、放出された輻射が電子機器100を使用中のユーザに向けて輻射されることを抑制できる。
なお、導波路180Aの後方の開口部180bは、必ずしも電子機器100の最外面に配置する必要はなく、最外面から窪んだ位置や突出した位置に設けてもよく、この場合も、輻射放熱膜113aより放射された輻射によって、電子機器100の筐体190内の温度を上昇することが抑制される。
<変形例1>
図11は本実施形態の第1の変形例に係る導波路180Bを示す断面図である。図11に示すように、導波路180Bの断熱容器120側の端部に、放物面形状の反射部183が設けられている。反射部183は、その放物面の焦点が輻射放熱膜113a上の点となり、かつ、輻射放熱膜113aの法線方向に平行な導波路180Bの軸を対称軸とするように配置されている。
このため、輻射放熱膜113aのうち焦点近傍から放射される輻射は、反射部183で輻射放熱膜113aの法線方向に反射する。これにより、導波路180B内を伝播する輻射の指向性を高めることができる。
図12は電子機器100の筐体190への反応装置110の第2の変形例を示す斜視図である。本変形例においては、燃料電池装置130の燃料容器102及び反応装置110が操作部筐体191の右端部分に内蔵されており、反応装置110が前方、燃料容器102が後方に配置されている。
導波路180Cは図12、図13に示すように、第1の導波路部184と、接続部185と、第2の導波路部186とを備える。
第1の導波路部184は、左右方向に設けられており、一方の開口部(輻射導入部)184aが断熱容器120の輻射透過窓123と対向配置される。他方の開口部は接続部185により第2の導波路部186と接続されている。
また、接続部185には、反射鏡185aが設けられている。反射鏡185aは、その法線方向が第1の導波路部184の方向と第2の導波路部186の方向とがなす角の二等分線の方向と一致するように配置されている。反射鏡185aは、輻射放熱膜113aから放射され、輻射透過窓123を透過し、第1の導波路部184を通過した輻射を反射する。反射された輻射は、第2の導波路部186を通過し、後方の開口より筐体190の外部に放出される。
このため、燃料容器102及び反応装置110を操作部筐体191の右端部分に内蔵した場合でも、輻射放熱膜113aより放射されたが電子機器100の筐体190の後方より放出されるので、この輻射によって電子機器100の筐体190内の温度を上昇することが抑制される。
図14は本実施形態の第3の変形例に係る導波路180Dを示す断面図である。本変形例においては、接続部185に反射鏡185aが設けられる代わりに、接続部185が反射面185b,185cを備える。反射面185b,185cは、その法線方向が、第1の導波路部184の方向と第2の導波路部186の方向とがなす角の二等分線の方向と一致するように設けられている。この場合、輻射放熱膜113aから放射され、輻射透過窓123を透過し、第1の導波路部184の右方の開口部(輻射導入部)184aから入射した輻射は、第1の導波路部184の反射面182で反射されながら第1の導波路部184内を伝播し、反射面185b,185cで反射し、第2の導波路部186の反射面182で反射されながら第2の導波路部186内を伝播し、第2の導波路部186の後方の開口部(輻射放出部)186bより筐体190の外部に放出される。
このため、第2の変形例と同様、輻射放熱膜113aより放射された輻射が電子機器100の筐体190の後方より放出されるので、この輻射によって電子機器100の筐体190内の温度を上昇することが抑制される。
図15は本実施形態の第4の変形例に係る導波路180Eを示す断面図である。本変形例においては、導波路180Eは、第1の導波路部184、接続部185、第2の導波路部186に加えて、さらに接続部187及び第3の導波路部188を備える。
第3の導波路部188は、第2の導波路部186と交差するように左右方向に設けられている。第3の導波路部188の一方の開口は接続部187により第2の導波路部186と接続されており、他方の開口(輻射放出部)は操作部筐体191の左側面より筐体190の外部に通じている。
接続部187は第2の導波路部186と第3の導波路部188とを接続する。第1の導波路部184、第2の導波路部186、第3の導波路部188及び接続部185,187の内壁面は反射膜182により覆われている。
このため、輻射放熱膜113aより放射された輻射が電子機器100の筐体190の左方より放出されるので、この輻射によって電子機器100の筐体190内の温度を上昇することが抑制される。
なお、第1の変形例と同様に、接続部185,187に反射鏡を設けてもよい。
図16は本実施形態の第5の変形例に係る導波路180Fを示す断面図である。本変形例においては、導波路180Fは、第1の導波路部184、接続部185及び第2の導波路部186からなるが、接続部185の形状が異なる。接続部185は円弧状に形成されており、断面円弧状の反射部185d,185eが設けられている。
反射部185d,185eは曲率中心Oを同一にし、反射膜185dの曲率半径R1は反射膜185eの曲率半径R2よりも大きい。
このため、輻射放熱膜113aより放射された輻射が電子機器100の筐体190の後方より放出されるので、この輻射によって電子機器100の筐体190内の温度を上昇することが抑制される。
図17は第6の変形例に係る電子機器100Aの図3に対応する模式断面図である。本変形例においては、導波路180Aの他方の開口部(輻射放出部)180bの部分に、第2の輻射透過窓(第2の輻射透過領域)189が設けられている。第2の輻射透過窓189は輻射透過窓123と同様の材料からなる。本変形例では、他方の開口部180b及び第2の輻射透過窓189が、電子機器100Aの筐体190の外周面に沿って配置されている。この場合、輻射放熱膜113aから放射され、輻射透過窓123を透過し、導波路180の一方の開口部(輻射導入部)180aから入射した輻射は、導波路180の反射面182で反射されながら導波路180内を伝播し、導波路180の他方の開口部180bより第2の輻射透過窓189,189を介して筐体190の外部に放出される。
このため、第1実施形態と同様、輻射放熱膜113aより放射された輻射が電子機器100Aの筐体190の後方より放出されるので、この輻射によって電子機器100Aの筐体190内の温度を上昇することが抑制される。また、第2の輻射透過窓189によって、電子機器100Aの筐体190の外部から導波路180A内に、埃塵等が入り込み、輻射透過窓123の表面に付着して汚染されることを防止することができる。なお、他方の開口部180bは必ずしも電子機器100Aの最外面に配置する必要はなく、最外面から窪んだ位置や突出した位置に設けてもよい。
また、低温反応部113以外にも、第1連結部112、第2連結部114、高温反応部115やアノード出力電極146、カソード出力電極147等に輻射放熱膜を設けるとともに、断熱容器120の対応する場所に輻射透過窓をそれぞれ設けてもよい。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。図18は本発明の第2実施形態に係る電子機器300を示すブロック図である。なお、第1実施形態と同様の構成については、下2桁に同符号を付して説明を割愛する。
気化器304と第1の熱交換器307とは一体に設けられており、改質器305と第2の熱交換器308とは一体に設けられており、燃料電池セルスタック340と触媒燃焼器309とは一体に設けられている。
燃料電池セル340Aは、電解質341と、電解質341の両面に形成された燃料極342(アノード)及び酸素極343(カソード)と、燃料極342に改質ガスを供給する燃料供給流路344aが設けられた燃料極セパレータ344と、酸素極343に酸素を供給する酸素供給流路345aが設けられた酸素極セパレータ345と、が積層されている。
燃料極342には燃料供給流路344aを介して改質ガスが送られる。燃料極342では改質ガス中の水素、一酸化炭素及び電解質341を通過した酸素イオンによる次の電気化学反応式(6)、(7)に示す反応が起こる。
H2+O2-→H2O+2e- …(6)
CO+O2-→CO2+2e- …(7)
生成した電子はアノード出力電極346に供給される。未反応の改質ガス(オフガス)は触媒燃焼器309に供給される。
1/2O2+2e-→O2- …(8)
生成した酸素イオンは電解質341を通過して燃料極342に供給される。未反応の酸素(空気)は触媒燃焼器309に供給される。
触媒燃焼器309の排ガス(水、酸素及び二酸化炭素の混合気体)は第2の熱交換器308及び第1の熱交換器307において熱を放出した後に、排出される。
図19は反応装置310を示す斜視図であり、図20は図19のXX−XX矢視断面図であり、図21は図19のXXI矢視図である。反応装置310は、反応装置本体311と、反応装置本体311を収容する断熱容器(第1の容器)320とからなる。なお、図19、図21では、導波路380A,380Bの図示を省略している。また、図20では、カソード出力電極347の図示を省略している。
高温反応部317には、燃料電池セル340A,340B,340C,340Dが積層された燃料電池セルスタック340及び触媒燃焼器309となる触媒燃焼流路309aが設けられる。
一体化された燃料電池セルスタック340及び触媒燃焼器309は気密容器(第2の容器)350に収容される。気密容器350は、気密容器350によって仕切られる空間の内外間で気体が流通しないようにするためのものであり、アノード出力電極346及びカソード出力電極347、リード線357c及び第3連結部316が貫通する部分が気密封止される。
また、中温反応部315には、電気ヒータ兼温度センサ355が設けられており、中温反応部315は電気ヒータ兼温度センサ355により約300〜400℃に保たれる。電気ヒータ兼温度センサ355は、断熱容器320を貫通するリード線355cに接続されており、リード線355cを介して断熱容器320の外部より電力が供給される。電気ヒータ兼温度センサ355は、絶縁膜355a,355bにより他の部材と絶縁されている。
図22は第7の変形例に係る電子機器300Aの図20に対応する模式断面図である。本変形例においては、導波路380A,380Bの各他方の開口部(輻射放出部)380b,380bの部分に、第2の輻射透過窓(第2の輻射透過領域)389がそれぞれ設けられている。各第2の輻射透過窓389はそれぞれ輻射透過窓325,327と同様の材料からなる。本変形例では、他方の開口部380b及び第2の輻射透過窓389が、電子機器300Aの筐体390の外周面に沿ってそれぞれ配置されている。この場合、輻射放熱膜315a,317aからそれぞれ放射され、輻射透過窓325,327を透過し、導波路380A,380Bの一方の開口部(輻射導入部)380a,380aから入射した輻射は、導波路380A,380Bの各反射面382で反射されながら導波路380A,380B内をそれぞれ伝播し、導波路380A,380Bの他方の開口部380b,380bより第2の輻射透過窓389,389を介して筐体390の外部に放出される。
また、中温反応部315や高温反応部317以外にも、第1連結部312、低温反応部313、第2連結部314、第3連結部316やアノード出力電極346、カソード出力電極347等に輻射放熱膜を設けるとともに、断熱容器320の対応する場所に輻射透過窓をそれぞれ設けてもよい。
110,310 反応装置
111,311 反応装置本体
111a,311a 輻射防止膜
112,312 第1連結部
112b,114b,312b,314b,316b 流出配管
112c,114c,312c,314c,316c 流入配管
113,313 低温反応部
113a,315a,317a 輻射放熱膜
114,314 第2連結部
115,317 高温反応部
120,320 断熱容器(第1の容器)
121,321 筐体(容器筐体)
121a,321a 反射膜
123,315,327 輻射透過窓
130,330 燃料電池装置
140,340 燃料電池セル
146,346 アノード出力電極
147,347 カソード出力電極
190,390 筐体(機器筐体)
315 中温反応部
316 第3連結部
350 気密容器(第2の容器)
Claims (16)
- 反応物が反応する反応部を有する反応装置本体と、
前記反応装置本体を収容するとともに、前記反応装置本体からの輻射を透過する輻射透過領域を有する第1の容器と、
前記輻射透過領域を透過した輻射が伝播する導波路とを備えることを特徴とする反応装置。 - 前記導波路は前記輻射を内部に導入する輻射導入部及び前記輻射を外部に放出する輻射放出部を有することを特徴とする請求項1に記載の反応装置。
- 前記輻射導入部が前記輻射透過領域と対向して配置されることを特徴とする請求項2に記載の反応装置。
- 前記導波路は筒状であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に反応装置。
- 前記導波路は内壁面に前記輻射を反射する反射膜が設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の反応装置。
- 前記反射膜として、Au,Al,Ag,Cu,Rhの少なくとも1つが用いられていることを特徴とする請求項5に記載の反応装置。
- 前記導波路の内壁面の面粗さは前記輻射の波長よりも小さいことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の反応装置。
- 前記反応装置本体における前記輻射透過領域との対向面には、前記反応装置本体における前記輻射透過領域との対向面を除く部分の外壁面よりも赤外領域の輻射率が高い輻射放熱領域が設けられていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の反応装置。
- 前記導波路の内壁面は、前記輻射放熱領域上の一点を焦点とし前記輻射放熱領域の法線方向を対称軸とする放物面を有することを特徴とする請求項8に記載の反応装置。
- 前記導波路は前記輻射放熱領域の法線方向に設けられた第1の導波路部と、
前記輻射透過領域の法線方向と交差する方向に設けられた第2の導波路部と、
前記第1の導波路部及び前記第2の導波路部を接続する接続部とを含むことを特徴とする請求項8または9に記載の反応装置。 - 前記接続部の内壁面のうち前記輻射透過領域を法線方向へ投影した領域の法線方向と前記輻射透過領域の法線方向とのなす角が、前記第1の導波路部と前記第2の導波路部とがなす角の1/2倍以上1倍未満であることを特徴とする請求項10に記載の反応装置。
- 前記反応装置を内部に収容する機器筐体を更に備え、
前記輻射放出部が前記機器筐体の外周面に沿って配置されることを特徴とする請求項2〜11のいずれか一項に記載の反応装置。 - 前記輻射放出部に前記輻射を透過する第2の輻射透過領域を有することを特徴とする請求項2〜12のいずれか一項に記載の反応装置。
- 前記反応部は反応物の反応により電力を生成する燃料電池セルを含むことを特徴とする請求項1〜13のいずれか一項に記載の反応装置。
- 反応物の反応により電力を生成する燃料電池セルを含む反応部を有する反応装置本体と、前記反応装置本体を収容するとともに、前記反応装置本体からの輻射を透過する輻射透過領域を有する第1の容器と、前記輻射透過領域を透過した輻射が伝播する導波路と、を有する反応装置と、
前記燃料電池セルの電力により駆動される電子機器本体と、
前記反応装置及び前記電子機器本体を内部に収容する機器筐体とを備えることを特徴とする電子機器。 - 前記導波路は前記輻射を外部に放出する輻射放出部を有し、
前記輻射放出部が前記機器筐体の外周面に沿って配置されることを特徴とする請求項15に記載の電子機器。
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