JP2009286638A - Reaction apparatus and electronic appliance - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池装置等に用いる反応装置及び電子機器に関する。 The present invention relates to a reaction device and an electronic device used for a fuel cell device or the like.
近年では、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源として、水素を燃料とする燃料電池が自動車や携帯機器などに応用され始めている。燃料電池は、燃料と大気中の酸素を電気化学的に反応させて、化学エネルギーから電力を直接取り出す装置である。 In recent years, fuel cells using hydrogen as fuel as a clean power source with high energy conversion efficiency have begun to be applied to automobiles and portable devices. A fuel cell is a device that takes out electric power directly from chemical energy by electrochemically reacting fuel and oxygen in the atmosphere.
燃料電池に用いる燃料としては水素が挙げられるが、常温で気体であることによる取り扱い・貯蔵に問題がある。アルコール類及びガソリンといった液体燃料を用いる場合には、液体燃料を気化させる気化器、気化した燃料と高温の水蒸気を反応させることによって、発電に必要な水素を取り出す改質器、改質反応の副産物である一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器等が必要となる。 The fuel used in the fuel cell includes hydrogen, but there is a problem in handling and storage due to being a gas at room temperature. When liquid fuels such as alcohols and gasoline are used, a vaporizer that vaporizes the liquid fuel, a reformer that extracts hydrogen necessary for power generation by reacting the vaporized fuel with high-temperature steam, and a by-product of the reforming reaction Therefore, a carbon monoxide remover or the like that removes carbon monoxide is required.
この気化器や一酸化炭素除去器の動作温度が高温であるため、これらの反応装置本体(高温体)を断熱容器(高温体収納装置)に収納し、放熱を抑制することが行われている(例えば、特許文献参照)。
ところで、このような断熱容器において、反応装置本体から断熱容器に伝導する熱量を抑えると、反応装置本体の温度が上昇し、適切な反応温度を保てないおそれがある。一方、このような問題を避けるため、例えば、反応装置本体から断熱容器に伝導する熱量を増大させると、反応装置本体を備える外部の電子機器の温度が上昇するという問題がある。 By the way, in such a heat insulating container, if the amount of heat conducted from the reaction apparatus main body to the heat insulation container is suppressed, the temperature of the reaction apparatus main body increases, and there is a possibility that an appropriate reaction temperature cannot be maintained. On the other hand, in order to avoid such a problem, for example, when the amount of heat conducted from the reactor main body to the heat insulating container is increased, there is a problem that the temperature of an external electronic device including the reactor main body increases.
このため、本出願人は、反応装置本体からの輻射を透過させる領域を断熱容器に設け、反応装置本体の熱を輻射により断熱容器の外部へ放射することができる反応装置を検討している。しかし、波長によっては、反応装置の外側に存在する物体が輻射を吸収してしまうため、反応装置本体から放出される輻射のうち、外側の物体に対する影響の少ない波長領域の輻射を外部に放出することが必要である。特に、水に吸収されやすい波長領域の輻射が放出されると、ユーザに不快感を与えるおそれがある。 For this reason, the present applicant is studying a reaction apparatus in which a region that transmits radiation from the reaction apparatus main body is provided in the heat insulating container, and heat of the reaction apparatus main body can be radiated to the outside of the heat insulation container by radiation. However, depending on the wavelength, an object that exists outside the reactor absorbs radiation, and therefore, radiation in a wavelength region that has little influence on the outer object is emitted to the outside out of the radiation emitted from the reactor main body. It is necessary. In particular, if radiation in a wavelength region that is easily absorbed by water is emitted, there is a risk of discomfort to the user.
本発明の課題は、反応装置本体から放射される輻射のうち適切な波長領域の輻射を断熱容器の外部へ放出させることである。 An object of the present invention is to emit radiation in an appropriate wavelength region out of radiation radiated from the reactor main body to the outside of the heat insulating container.
以上の課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、反応装置であって、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第1の容器とを備え、前記第1の容器は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し、前記輻射透過領域には水が収容された水槽が設けられていることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の反応装置であって、前記水槽の少なくとも一部の領域は、3μm及び6μmを含む波長領域の輻射を選択的に吸収することを特徴とする。
Invention of
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の反応装置であって、前記水槽の少なくとも一部の領域は、前記輻射の進行方向の深さが3μm〜10μmであることを特徴とする。
Invention of
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の反応装置であって、前記水は、前記水槽内の少なくとも一部の領域において、前記輻射の進行方向の厚さが3μm〜10μmとなるように収容されていることを特徴とする。
The invention according to
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の反応装置であって、前記水槽に水を環流させる水環流路と、前記水環流路と接続され水が貯留された水タンクと、前記水タンク内の水を前記水環流路へ環流させる水ポンプとを更に備えることを特徴とする。
Invention of
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の反応装置であって、前記反応装置本体は、互いに異なる温度であり反応物がそれぞれ反応する2つ以上の反応部を有し、前記第1の容器は、前記2つ以上の反応部にそれぞれ対向配置されるとともに水が収容された水槽が設けられた2つ以上の輻射透過領域を有し、前記水槽内の水は、前記水ポンプにより、より低温側の反応部に対向配置された水槽を通過した水が、より高温側の反応部に対向配置された水槽に供給されることを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is the reaction apparatus according to the fifth aspect, wherein the main body of the reaction apparatus has two or more reaction parts at which the reactants react with each other at different temperatures. 1 container has two or more radiation transmission regions provided with water tanks that are respectively disposed opposite to the two or more reaction units and in which water is stored, and the water in the water tank is supplied by the water pump Thus, the water that has passed through the water tank disposed opposite to the reaction section on the lower temperature side is supplied to the water tank disposed opposite to the reaction section on the higher temperature side.
請求項7に記載の発明は、請求項5に記載の反応装置であって、前記反応装置本体は、前記反応部で反応する反応物または前記反応部で生成された生成物が流れる連結部を有し、前記第1の容器は、前記連結部に対向配置されるとともに水が収容された水槽が設けられた輻射透過領域を有し、前記水槽内の水は、前記水ポンプにより、低温側から高温側に流れることを特徴とする。
The invention according to
請求項8に記載の発明は、請求項5に記載の反応装置であって、前記水タンクの表面には前記水槽において水が吸収した熱量を放熱する輻射放熱膜が設けられていることを特徴とする。
The invention according to
請求項9に記載の発明は、請求項1〜8のいずれか一項に記載の反応装置であって、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。
The invention according to
請求項10に記載の発明は、反応装置であって、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と、前記燃料電池セルの電力を送る出力電極と、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の容器とを備え、前記輻射透過領域には、前記出力電極に対向配置されるとともに水が収容された水槽が設けられ、前記水槽内の水は、水を送る水ポンプにより、低温側から高温側に流れることを特徴とする。
The invention according to
請求項11に記載の発明は、電子機器であって、請求項9または10に記載の反応装置と、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を備えることを特徴とする。 An eleventh aspect of the present invention is an electronic apparatus comprising the reaction apparatus according to the ninth or tenth aspect and an electronic apparatus main body driven by electric power of the fuel cell.
請求項12に記載の発明は、電子機器であって、請求項1〜8のいずれか一項に記載の反応装置と、前記反応装置本体より供給される燃料を用いて発電を行う燃料電池セルと、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を備えることを特徴とする。 A twelfth aspect of the present invention is an electronic device, which is a fuel cell that generates electric power using the reaction apparatus according to any one of the first to eighth aspects and fuel supplied from the reaction apparatus main body. And an electronic device main body driven by the electric power of the fuel cell.
本発明によれば、反応装置本体から放射される輻射のうち適切な波長領域を断熱容器の外部へ放出させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, an appropriate wavelength area | region among the radiation radiated | emitted from the reaction apparatus main body can be discharge | released outside the heat insulation container.
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。 The best mode for carrying out the present invention will be described below 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.
〔第1実施形態〕
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。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing an
電子機器100は、燃料電池装置130と、燃料電池装置130から供給される電力により駆動される電子機器本体101と、等を含む。燃料電池装置130は後述するように、電力を生成し電子機器本体101に供給する。
The
次に、燃料電池装置130について説明する。この燃料電池装置130は、電子機器本体101に出力する電力を生成するものであり、燃料容器102、送液ポンプ103、反応装置110、燃料電池セル140、DC/DCコンバータ131、二次電池132等を備える。さらに、燃料電池装置130は、水タンク171、水ポンプ172、水環流路173を備える。水タンク171には、表面に輻射放熱膜171aが設けられている。輻射放熱膜171aは、後述する輻射放熱膜113aと同様にして形成することができる。水タンク171内の水は、後述するように、水槽161を環流する際に熱を吸収するが、輻射放熱膜171aにより、水タンク内171の水の熱量を電子機器100の外部に逃がすことができる。
Next, the
水環流路173は後述する輻射透過窓160に設けられた水槽161と接続されている。水タンク171は水槽161に環流させるためにのみ設けても良いし、他の目的で設けられた水タンクを併用してもよい。例えば、燃料の改質反応で使用される水、あるいは、発電後に生成される水の貯留用タンクを利用することができる。
The
燃料容器102には、液体の原燃料(例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル)と水との混合液が貯留されている。なお、液体の原燃料と水とを燃料容器102内で別々に貯留してもよい。
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。
The
The liquid mixture in the
反応装置110は、気化器104、改質器105、一酸化炭素除去器106、熱交換器107、触媒燃焼器109等からなる。
気化器104は燃料容器102から送られた混合液を後述する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。
The
The
改質器105は内部に流路が形成され、流路の壁面に改質触媒が担持されている。改質触媒としては、Cu/ZnO系触媒やPd/ZnO系触媒等が用いられる。改質器105は後述する電気ヒータ兼温度センサ155や触媒燃焼器109からの伝熱により気化器104から送られる混合気を約300〜400℃程度に加熱し、流路内の触媒により改質反応を起こさせる。すなわち、原燃料と水の触媒反応によって、燃料としての水素、二酸化炭素、及び、副生成物である微量な一酸化炭素等の混合気体(改質ガス)が生成される。
The
ここで、原燃料がメタノールの場合、改質器105では主に次の化学反応式(1)に示すような主反応である水蒸気改質反応が起こる。
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。
Here, when the raw fuel is methanol, the
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (1)
In addition, a small amount (about 1%) of carbon monoxide is generated as a by-product by a side reaction such as the following chemical reaction formula (2) that occurs sequentially after the chemical reaction formula (1).
H 2 + CO 2 → H 2 O + CO (2)
The product (reformed gas) resulting from the reactions of the chemical reaction formulas (1) and (2) is sent to the
一酸化炭素除去器106の内部には流路が形成され、その流路の壁面に一酸化炭素を選択的に酸化する選択酸化触媒が担持されている。選択酸化触媒としては、例えばPt/Al2O3等を用いることができる。
A flow path is formed inside the
一酸化炭素除去器106には改質器105で生成された改質ガス及び、外部の空気が送られる。改質ガスが空気と混合して一酸化炭素除去器106の流路を流れ、改質器105や電気ヒータ兼温度センサ155からの伝熱により約110〜160℃程度に加熱される。そして、改質ガスのうち一酸化炭素が触媒により次の化学反応式(3)のような主反応により優先的に酸化される。これにより主生成物として二酸化炭素が生成され、改質ガス中の一酸化炭素を燃料電池セル140に供給可能な10ppm程度まで低濃度化することができる。
2CO+O2→2CO2 …(3)
化学反応式(3)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。
The reformed gas generated by the
2CO + O 2 → 2CO 2 (3)
Since the reaction of the chemical reaction formula (3) is an exothermic reaction, it is disposed adjacent to the
The reformed gas that has passed through the
触媒燃焼器109には燃料電池セル140の燃料供給流路144aを通過した改質ガス(オフガス)及び空気が送られ、改質ガス中に残留する水素が空気により燃焼される。熱交換器107は一酸化炭素除去器106と隣接して配置され、燃料電池セル140から触媒燃焼器109に供給されるオフガス及び空気が通過する過程で、一酸化炭素除去器106の熱によりオフガス及び空気を加熱する。
The reformed gas (off-gas) and air that have passed through the
燃料電池セル140は固体高分子型燃料電池であり、固体高分子電解質膜141と、固体高分子電解質膜141の両面に形成された燃料極142(アノード)及び酸素極143(カソード)と、燃料極142に改質ガスを供給する燃料供給流路144aが設けられた燃料極セパレータ144と、酸素極143に酸素を供給する酸素供給流路145aが設けられた酸素極セパレータ145と、が積層されている。
The
固体高分子電解質膜141は水素イオンを透過するが、酸素分子、水素分子、二酸化炭素、電子を通さない性質を有する。
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。
The solid
The reformed gas is sent to the
H 2 → 2H + + 2e − (4)
The generated hydrogen ions permeate the solid
酸素極143には、空気が酸素供給流路145aを介して送られる。酸素極143では固体高分子電解質膜141を透過した水素イオンと、空気中の酸素とカソード出力電極147より供給される電子とにより、次の電気化学反応式(5)に示すように水が生成される。
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。
Air is sent to the
2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O (5)
Note that a catalyst (not shown) that promotes the reactions of the electrochemical reaction formulas (4) and (5) is provided on both surfaces of the solid
アノード出力電極146及びカソード出力電極147は外部回路であるDC/DCコンバータ131と接続されており、アノード出力電極146に到達した電子はDC/DCコンバータ131を通ってカソード出力電極147に供給される。
The
DC/DCコンバータ131は燃料電池セル140により生成された電力を適切な電圧に変換したのちに電子機器本体101に供給するとともに、電力を二次電池132に充電する。
The DC /
〔反応装置の構造〕
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。
[Reactor structure]
Next, the structure of the
反応装置本体111は、第1連結部112と、低温反応部113と、第2連結部114と、高温反応部115とからなる。反応装置本体111の外壁面には、後述する輻射放熱膜113aが設けられた部分を除き、輻射を防止する輻射防止膜111aが設けられている。輻射防止膜111aの材料には、後述する反射膜121aと同様の材料を用いることができる。輻射防止膜111aにより、反応装置本体111からの輻射による断熱容器120への熱量の移動が抑制される。
高温反応部115には、改質器105となる改質流路105a及び触媒燃焼器109となる触媒燃焼流路109aが設けられる。また、高温反応部115には、電気ヒータ兼温度センサ155が設けられており、高温反応部115は電気ヒータ兼温度センサ155により約300〜400℃に保たれる。電気ヒータ兼温度センサ155は、断熱容器120を貫通するリード線155cに接続されており、リード線155cを介して断熱容器120の外部より電力が供給される。電気ヒータ兼温度センサ155は、絶縁膜155a,155bにより他の部材と絶縁されている。
The reaction apparatus
The high
低温反応部113には、気化器104となる気化流路104a、一酸化炭素除去器106となる一酸化炭素除去流路106a、熱交換器107となる熱交換流路107aが設けられている。また、低温反応部113には、電気ヒータ兼温度センサ153が設けられており、低温反応部113は電気ヒータ兼温度センサ153により約110〜160℃に保たれる。電気ヒータ兼温度センサ153は、断熱容器120を貫通するリード線153cに接続されており、リード線153cを介して断熱容器120の外部より電力が供給される。電気ヒータ兼温度センサ153は、絶縁膜153a,153bにより他の部材と絶縁されている。
なお、図3において、リード線153c、155cは高圧側または低圧側の1本だけを図示した。また、図3は簡明に示すため、図中のリード線153c、155cが重畳しないように記載したが、実際は横方向から見た場合に重畳してもよい。
The low-
In FIG. 3, only one
また、低温反応部113の外表面には、輻射放熱膜113aが設けられている。輻射放熱膜113aには、1μm〜30μmの赤外領域での輻射率が0.5以上、より好ましくは0.8以上である高輻射率の材料を用いることができる。
A radiation
輻射放熱膜113aは、反応装置本体111の表面全体に輻射防止膜111aを成膜した後に、輻射防止膜111aと重ねて成膜してもよい。
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。
輻射放熱膜113aは、例えば高輻射率の材料を含有するエマルジョン液体を基板等に塗布し、乾燥させることでシート状に形成することができる。
あるいは、断熱容器20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。
The radiation
As a material for the radiation
The radiation
Alternatively, the radiation
一方、電気伝導性を有するもの、例えば通常の金属や可視光領域で黒色に見えるグラファイトは、赤外領域を含む長波長領域において輻射率が低くなるため、輻射放熱膜113aの材料として用いることはできない。
On the other hand, a material having electrical conductivity, for example, a normal metal or graphite that appears black in the visible light region has a low emissivity in a long wavelength region including the infrared region, and therefore, it can be used as a material for the radiation
また、輻射放熱膜113aとしては、陽極酸化等の手法により、Al2O3を低温反応部113の外表面に多孔質体状に形成することができる。あるいは、細いグラスファイバーを用いた布を輻射放熱膜113aとして用いることもできる。
輻射放熱膜113aは、断熱容器120の内壁面の輻射透過窓160と対向配置される。
Further, as the radiation
The radiation
第2連結部114は高温反応部115や低温反応部113において反応する反応物や生成する生成物の流路となる配管を含み、高温反応部115と低温反応部113との間を接続する。また、第2連結部114は、一端で高温反応部115に接続され、他端で低温反応部113に接続されるとともに、高温反応部115から低温反応部113に反応物や生成物を送る流路となる第3配管(流出配管)114bと、低温反応部113から高温反応部115に反応物や生成物を送る第4配管(流入配管)114cとを備える。
第1連結部112は高温反応部115や低温反応部113において反応する反応物や生成する生成物の流路となる配管を含む。第1連結部112は、他端側で断熱容器120を貫通するとともに、一端で低温反応部113に接続され、他端で送液ポンプ103、燃料電池セル140、図示しないエアポンプ等に接続される。また、第1連結部112は、低温反応部113から断熱容器120の外部に反応物や生成物を送る流路となる第1配管(流出配管)112bと、断熱容器120の外部から低温反応部113に反応物や生成物を送る第2配管(流入配管)112cとを備える。
第1配管及び第2配管との間、第3配管及び第4配管との間でそれぞれ熱交換が行われるようにしてもよい。
The second connecting
The
Heat exchange may be performed between the first pipe and the second pipe, and between the third pipe and the fourth pipe.
断熱容器120の内部空間は気体分子による熱伝導や対流を防ぐため、例えば10Pa以下、より好ましくは1Pa以下、といった大気圧よりも低い圧力に維持されている。
断熱容器120は、筐体121と、輻射透過窓160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。
In order to prevent heat conduction and convection due to gas molecules, the internal space of the
The
A
図5は輻射防止膜111a及び反射膜121aの材料の候補となるAu,Al,Ag,Cu,Rhの反射率の波長依存性を示すグラフである。図5に示すように、Au,Al,Ag,Cuは100℃〜1000℃の反応部から放射される約1μm以上の赤外領域での輻射の反射率が90%以上であり、輻射防止膜111a及び反射膜121aとして用いることができる。また、Rhは波長約2μm以上の赤外領域での輻射の反射率が90%以上であるので、反応部の温度が500℃以下であれば、輻射防止膜111a及び反射膜121aとして用いることができる。
FIG. 5 is a graph showing the wavelength dependence of the reflectance of Au, Al, Ag, Cu, and Rh, which are candidates for the materials of the
また、断熱容器120には、図3、図4に示すように、輻射放熱膜113aと対向する部分に輻射透過窓160が設けられている。輻射透過窓160は、断熱容器120の内壁面の反射膜121aが設けられた領域と比較して、赤外領域での輻射の透過率が高い。輻射透過窓160は低温反応部113の輻射放熱膜113aから放射される輻射を透過させて断熱容器120の外部に放出するため、低温反応部113で生じた熱量の一部が輻射により断熱容器120の外部へ放出される。
Further, as shown in FIGS. 3 and 4, the
また、図6、図7は輻射透過窓160の材料の候補となる物質の透過率と光の波長との関係を示すグラフである。輻射透過窓160としては、輻射放熱膜113aから放射される輻射の透過率が高く、かつ水に対して不溶性の材料を選択することができる。一方、輻射放熱膜113aから放射される輻射の透過率が低く吸収率が高い材料は、輻射放熱膜113aから放射される輻射を吸収することにより輻射透過窓160の温度が上昇し、断熱容器120を介して外部の装置へと伝熱してしまうため、適していない。
輻射透過窓160に適した材料としては、例えば、Si、GeやYF3、CeF3、Y2O3、CeO2等を用いることができる。
6 and 7 are graphs showing the relationship between the transmittance of a substance that is a candidate for the material of the
As a material suitable for the
輻射放熱膜113aからの輻射が輻射透過窓160を透過するため、低温反応部113で生じた熱量の一部が輻射により断熱容器120の外部へ放出される。したがって、第1連結部112を介して反応装置本体111から断熱容器120に伝導する熱量を抑えるとともに、高温反応部115からの伝熱により低温反応部113の温度が必要以上に上昇することを防いで、低温反応部113の温度を適正に維持することができる。
Since the radiation from the radiation
図8は、ヒトの皮膚に対する浸透深度と波長との関係を示すグラフである。ある波長における浸透深度が大きいほど、その波長の輻射がヒトの皮膚に吸収されやすいことを示す。このグラフから、上述した反応部から放射された輻射のうち、特に、約2.8〜3.1μmの波長領域、及び、約5.9〜6.5μmの波長領域の輻射は、浸透深度が約50μm以下となり皮膚の表面の近傍で吸収されやすいことがわかる。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between the depth of penetration of human skin and the wavelength. A greater penetration depth at a wavelength indicates that radiation at that wavelength is more readily absorbed by human skin. From this graph, among the radiation radiated from the reaction part described above, in particular, the radiation in the wavelength region of about 2.8 to 3.1 μm and the wavelength region of about 5.9 to 6.5 μm has a penetration depth. It can be seen that it is about 50 μm or less and is easily absorbed near the surface of the skin.
吸収された輻射は皮膚の表面の近傍で熱に変わるため、ユーザは温感を感じることにより、輻射によりユーザに不快感を与えるおそれがある。したがって、誘電体多層膜23b,25bでは、輻射放熱膜から放射された輻射のうち、ヒトの皮膚の表面の近傍で吸収されやすい波長領域の輻射、特に、約2.7〜3.1μmの波長領域、及び、約5.9〜6.5μmの波長領域の輻射を反射することが好ましい。 Since the absorbed radiation changes to heat near the surface of the skin, the user may feel uncomfortable due to the radiation. Therefore, in the dielectric multilayer films 23b and 25b, of the radiation radiated from the radiation heat radiation film, radiation in a wavelength region that is likely to be absorbed near the surface of human skin, in particular, a wavelength of about 2.7 to 3.1 μm. It is preferable to reflect radiation in the region and in the wavelength region of about 5.9 to 6.5 μm.
図9は所定温度における輻射強度の波長依存性を示すグラフであり、図10は水の吸収係数の波長依存性を示すグラフである。図9の各温度における輻射強度は、波長による積分値が全ての温度で等しくなるように規格化されている。従って、各温度において、輻射によって単位時間当たりに特定の熱量を放射する場合に、輻射の強度が波長によってどのように分布しているかを示している。ここで、所定温度は150℃、400℃及び800℃である。 FIG. 9 is a graph showing the wavelength dependence of the radiation intensity at a predetermined temperature, and FIG. 10 is a graph showing the wavelength dependence of the water absorption coefficient. The radiation intensity at each temperature in FIG. 9 is standardized so that the integrated value according to wavelength is equal at all temperatures. Therefore, it shows how the intensity of radiation is distributed according to wavelength when a specific amount of heat is emitted per unit time by radiation at each temperature. Here, the predetermined temperatures are 150 ° C., 400 ° C. and 800 ° C.
図11は所定温度における前述の輻射強度と吸収係数とを乗じた吸収強度を示すグラフである。これは、上述の各温度において、単位時間当たりに特定の熱量を放射する輻射を水に吸収させたときに、水が吸収する強度を示している。図11から、いずれの温度の場合も、約3μmと約6μmを含む波長領域において選択的に吸収強度が大きくなっていることが分かる。従って、上述の図8のグラフと合わせると、ヒトの皮膚に吸収されやすい波長領域は、輻射透過領域に水槽を設けることによって、選択的に遮蔽することができる。 FIG. 11 is a graph showing the absorption intensity obtained by multiplying the above-described radiation intensity and absorption coefficient at a predetermined temperature. This indicates the strength that water absorbs when the radiation that radiates a specific amount of heat per unit time is absorbed by water at each temperature described above. FIG. 11 shows that the absorption intensity is selectively increased in the wavelength region including about 3 μm and about 6 μm at any temperature. Therefore, when combined with the graph of FIG. 8 described above, the wavelength region that is easily absorbed by human skin can be selectively shielded by providing a water tank in the radiation transmission region.
そこで、本発明では、輻射のうち、皮膚に吸収されることによりユーザに不快感を与えるおそれがある約3μm及び約6μmを含む波長領域の輻射を選択的に吸収し、適切な波長領域の輻射を断熱容器の外部へ放出するために、水が貯留された水槽161が輻射透過窓160に設けられている。
Therefore, in the present invention, radiation in a wavelength region including about 3 μm and about 6 μm, which may cause discomfort to the user by being absorbed by the skin, is selectively absorbed, and radiation in an appropriate wavelength region. In order to discharge the water to the outside of the heat insulating container, a
図12は輻射透過窓160の構造を示す断面図であり、図13は図12のXIII−XIII矢視断面図である。輻射透過窓160には、図12、図13に示すように、内部に水槽161が設けられている。水槽161には、中央部の輻射光透過領域162と両端部の水導入領域163とがあり、断熱容器120の内側となる面には水導入領域163と対応する位置に反射膜163aが設けられている。反射膜163aには反射膜121aと同様の材料が用いられており、輻射放熱膜113aからの輻射のうち大部分は反射膜163aで反射される。このため、輻射放熱膜113aからの輻射は、輻射透過窓160の輻射光透過領域162を透過する。このとき、水により輻射の一部が吸収される。
12 is a cross-sectional view showing the structure of the
輻射光透過領域162の水導入領域163よりも流路深さが小さく形成されている。ここで、輻射光透過領域162における適切な流路の深さについて検討する。本明細書において、水槽の深さ、または水の厚さは、それぞれ輻射の進行方向に沿って測定した長さである。この場合、主たる進行方向は、輻射放熱膜317aから輻射が放射され、輻射透過窓361から輻射が放出される方向と一致する。
図14は光の波長による光の透過率を水槽の厚さ毎に示すスペクトルである。水の厚さが1mmの場合には、波長2μm以上の輻射がほぼ100%吸収され、また水の厚さが100μmの場合にも、波長2μm以上の輻射がほとんど吸収され、波長6μm以上の輻射がほぼ100%吸収されている。したがって、これらの流路深さでは、輻射の熱量のほとんどが輻射透過窓160に吸収され、熱が断熱容器へと伝わってしまい、余剰エネルギーを輻射によって外部に放出するという目的に合わない。
The flow path depth is formed smaller than the
FIG. 14 is a spectrum showing the light transmittance according to the light wavelength for each thickness of the water tank. When the water thickness is 1 mm, radiation with a wavelength of 2 μm or more is absorbed almost 100%, and when the water thickness is 100 μm, radiation with a wavelength of 2 μm or more is almost absorbed, and radiation with a wavelength of 6 μm or more is absorbed. Is absorbed almost 100%. Therefore, at these channel depths, most of the heat of radiation is absorbed by the
一方、水の厚さを1μmと薄くすると、赤外領域の輻射のうち皮膚に吸収されやすい波長領域の輻射が十分に吸収されず、波長3μmの輻射は約30%、波長6μmの輻射は約80%が透過して外部に放出される。
これに対し、水の厚さが3μmでは、波長3μmの輻射を選択的に95%以上吸収し、外部への透過を抑制できる。また、水の厚さが10μmでは、選択的に波長3μmの輻射を100%吸収し、波長6μmの輻射を約95%吸収し、外部への透過を抑制できる。したがって、赤外領域の輻射のうち皮膚に吸収されやすい波長領域の輻射を選択的に吸収するためには、輻射光透過領域162の流路の深さは、3μmから10μmとすればよい。
On the other hand, when the water thickness is reduced to 1 μm, the radiation in the wavelength region that is easily absorbed by the skin is not sufficiently absorbed, and the radiation at the wavelength of 3 μm is about 30% and the radiation at the wavelength of 6 μm is about 30%. 80% is transmitted and released to the outside.
On the other hand, when the water thickness is 3 μm, radiation with a wavelength of 3 μm is selectively absorbed by 95% or more, and transmission to the outside can be suppressed. Further, when the thickness of water is 10 μm, it can selectively absorb 100% of radiation having a wavelength of 3 μm and absorb about 95% of radiation having a wavelength of 6 μm, thereby suppressing transmission to the outside. Therefore, in order to selectively absorb the radiation in the wavelength region that is easily absorbed by the skin among the radiation in the infrared region, the depth of the flow path of the radiation
図15は800℃の黒体からの輻射のスペクトルと、800℃の黒体からの輻射のうち厚さ5μmの水槽を透過した光のスペクトルとを示す図である。また、図16は400℃の黒体からの輻射のスペクトルと、400℃の黒体からの輻射のうち厚さ5μmの水槽を透過した光のスペクトルとを示す図である。
輻射光透過領域162の流路深さを5μmとした場合、800℃の黒体が放出する輻射のうち約71%が透過し、また400℃の黒体が放出する輻射のうち約66%が透過することがわかる。
FIG. 15 is a diagram showing a spectrum of radiation from a black body at 800 ° C. and a spectrum of light transmitted from a black body at 800 ° C. through a water tank having a thickness of 5 μm. FIG. 16 is a diagram showing a spectrum of radiation from a black body at 400 ° C. and a spectrum of light transmitted through a water tank having a thickness of 5 μm out of radiation from a black body at 400 ° C.
When the flow path depth of the radiation
水槽161の両端部であって断熱容器120の外側となる面に水入出部164,165が設けられている。水入出部164,165は水環流路173と接続され、水ポンプ172により水タンク171内の水が水槽161に供給される。
Water inlet /
水槽161に流通させる水の流量は、輻射透過窓160の温度が上昇しすぎないように、例えば、35℃以下となるように調整されている。水の比熱は約4.19(J/(kg・K)であるので、水が単位時間(1sec)当たりに吸収する輻射の熱量をQw(W)、流量をf(cm3/min)とすると、透過窓通過前後で水温上昇ΔT(K)は、
ΔT=60Qw/4.19f …(6)
となる。従って、流量は、
f=14.3Qw/ΔT …(7)
となる。例えば、室温25℃の環境下において、透過窓温度が35℃となるようにΔTを10℃とすると、水に吸収される熱量1Wあたりで14.3(cm3/min)の水を流通させればよい。
The flow rate of the water circulated in the
ΔT = 60Qw / 4.19f (6)
It becomes. Therefore, the flow rate is
f = 14.3 Qw / ΔT (7)
It becomes. For example, assuming that ΔT is 10 ° C. so that the transmission window temperature is 35 ° C. in an environment of
以上示したように、本実施形態によれば、輻射透過窓160は、輻射放熱膜113aから放射される輻射のうち、水の吸収係数のピークに対応する約3μm及び約6μmを含む波長領域の輻射を水槽161で選択的に吸収するため、電子機器100の外部にこれらの波長領域の輻射が放出されることを抑制することができる。これにより、水の吸収係数のピークに対応するこれらの波長領域の輻射が皮膚に吸収されることによってユーザに不快感を与えることを、抑制することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
なお、上記実施形態においては、低温反応部113に輻射放熱膜113aを設けたが、高温反応部115に輻射放熱膜113aを設け、これに対向するように輻射透過窓を設けてもよい。
In the above embodiment, the radiation
図17、図18は、それぞれ水槽161の他の形態例を示す平断面図であり、図19は、それぞれ水槽161の他の形態例を示す断面図である。図17に示すように、輻射光透過領域162に仕切り166を設け、水導入領域163から複数に分岐させた水槽161としてもよい。また、図18に示すように、仕切り167を設けることにより輻射光透過領域162を葛折り状の流路としてもよい。あるいは、図19に示すように、輻射光透過領域162の中間部に、水導入領域163を設けるとともに、対応する位置に反射膜163aを設け、輻射光透過領域162の面積を調整してもよい。
なお、水が貯留された水槽161を輻射透過窓160に設ける代わりに、水が貯留された水槽161を備えない輻射透過窓160を輻射放熱膜113aと対向する位置に形成するとともに、輻射透過窓160の外側に水槽161を設けるようにしてもよい。
FIGS. 17 and 18 are each a plan sectional view showing another example of the
Instead of providing the
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態について説明する。図20は本発明の第2実施形態に係る電子機器200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。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 20 is a block diagram showing an
本実施形態においては、反応装置210が、気化器204、改質器205、第1の熱交換器207、第2の熱交換器208、触媒燃焼器209、燃料電池セルスタック240等を含む。
気化器204と第1の熱交換器207とは一体に設けられており、改質器205と第2の熱交換器208とは一体に設けられている。また、燃料電池セルスタック240と触媒燃焼器209とは一体に設けられている。
In the present embodiment, the
The
図21は反応装置210の斜視図、図22は図21のXXII−XXII切断線に対応する模式断面図、図23は図21のXXIII矢視図である。燃料電池セルスタック240は、図22に示すように、複数の燃料電池セル240A,240B,240C,240Dを積層してなる。なお、燃料電池セル240A,240B,240C,240Dは溶融炭酸塩型であり、一酸化炭素除去器は用いられない。一体化された燃料電池セルスタック240及び触媒燃焼器209は第2の容器250に収容され、第2の容器250は断熱容器220に収容されている。第2の容器250は、第2の容器250によって仕切られる空間の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246及びカソード出力電極247、リード線257c及び第3連結部216が貫通する部分は気密封止される。
なお、図20では、複数の燃料電池セル240A,240B,240C,240Dのうち単一の燃料電池セル240Aのみを示し、符号の末尾のアルファベットを省略している。また、図22は簡明に示すため、図中のリード線253c、255c、257cが重畳しないように記載したが、実際は横方向から見た場合に重畳してもよい。また、図22において、リード線253c、255c、257cは高圧側または低圧側の1本だけを図示すとともに、カソード出力電極247を図示していない。
21 is a perspective view of the
In FIG. 20, only a single
以下、単一の燃料電池セル240及び触媒燃焼器209で生じる反応について説明する。
燃料電池セル240は、電解質241と、電解質241の両面に形成された燃料極242(アノード)及び酸素極243(カソード)と、燃料極242に改質ガスを供給する燃料供給流路244aが設けられた燃料極セパレータ244と、酸素極243に酸素を供給する酸素供給流路245aが設けられた酸素極セパレータ245と、が積層されている。
Hereinafter, reactions that occur in the single
The
電解質241は炭酸イオンを透過するが、酸素分子、水素分子、一酸化炭素、二酸化炭素、電子を通さない性質を有する。
燃料極242には燃料供給流路244aを介して改質ガスが送られる。燃料極242では改質ガス中の水素、一酸化炭素及び電解質241を通過した炭酸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+CO3 2-→H2O+CO2+2e- …(6)
CO+CO3 2-→2CO2+2e- …(7)
生成した電子はアノード出力電極246に供給される。生成した水、二酸化炭素及び未反応の水素、一酸化炭素からなる混合気体(オフガス)は触媒燃焼器209に供給される。
The
The reformed gas is sent to the
H 2 + CO 3 2− → H 2 O + CO 2 + 2e − (6)
CO + CO 3 2− → 2CO 2 + 2e − (7)
The generated electrons are supplied to the
触媒燃焼器209には、第1の熱交換器207及び第2の熱交換器208により加熱された酸素(空気)と、オフガスとが混合されて供給される。触媒燃焼器209では、水素及び一酸化炭素が燃焼され、燃焼熱は燃料電池セルスタック240を加熱するのに用いられる。
触媒燃焼器209の排ガス(水、酸素及び二酸化炭素の混合気体)は酸素供給流路245aを介して酸素極243に供給される。
The catalyst combustor 209 is supplied with a mixture of oxygen (air) heated by the
The exhaust gas (mixed gas of water, oxygen and carbon dioxide) of the
酸素極243では酸素供給流路245aより供給される酸素、二酸化炭素と、カソード出力電極247より供給される電子とにより、次の電気化学反応式(8)に示す反応が起こる。
2CO2+O2+4e-→2CO3 2- …(8)
生成した炭酸イオンは電解質241を通過して燃料極242に供給される。
In the
2CO 2 + O 2 + 4e − → 2CO 3 2− (8)
The generated carbonate ions pass through the
次に、反応装置210の構造について説明する。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。
反応装置210は、図22に示すように、反応装置本体211と、反応装置本体211を収容する断熱容器220とからなる。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。
Next, the structure of the
As shown in FIG. 22, the
反応装置本体211は、高温反応部217と、中温反応部215と、低温反応部213と、第1連結部212と、第2連結部214と、第3連結部216とからなる。
高温反応部217には、燃料電池セル240A,240B,240C,240Dが積層された燃料電池セルスタック240及び触媒燃焼器209となる触媒燃焼流路209aが設けられる。
The reaction device
The high
燃料電池セル240Aの酸素極セパレータと燃料電池セル240Bの燃料極セパレータ、燃料電池セル240Bの酸素極セパレータと燃料電池セル240Cの燃料極セパレータ、燃料電池セル240Cの酸素極セパレータと燃料電池セル240Dの燃料極セパレータは、それぞれ一体化された両面セパレータ248となっている。燃料電池セル240Aの燃料極セパレータ244にアノード出力電極246が接続され、燃料電池セル240Dの酸素極セパレータ245にカソード出力電極247が接続されている。アノード出力電極246及びカソード出力電極247は断熱容器220を貫通しており、燃料電池セルスタック240で生成された電力を外部に出力する。
The oxygen electrode separator of the
また、高温反応部217には、電気ヒータ兼温度センサ257が設けられており、高温反応部217は電気ヒータ兼温度センサ257により約600〜700℃に保たれる。電気ヒータ兼温度センサ257は、断熱容器220を貫通するリード線257cに接続されており、リード線257cを介して断熱容器220の外部より電力が供給される。電気ヒータ兼温度センサ257は、絶縁膜257aにより他の部材と絶縁されている。
The high-
中温反応部215には、改質器205となる改質流路205a及び第2の熱交換器208となる熱交換流路208aが設けられている。
また、中温反応部215には、電気ヒータ兼温度センサ255が設けられており、中温反応部215は電気ヒータ兼温度センサ255により約300〜400℃に保たれる。電気ヒータ兼温度センサ255は、断熱容器220を貫通するリード線255cに接続されており、リード線255cを介して断熱容器220の外部より電力が供給される。電気ヒータ兼温度センサ255は、絶縁膜255a,255bにより他の部材と絶縁されている。
The intermediate
Further, the intermediate
低温反応部213には、気化器204となる気化流路204a、一酸化炭素除去器206となる一酸化炭素除去流路206a、熱交換器207となる熱交換流路207aが設けられている。また、低温反応部213には、電気ヒータ兼温度センサ253が設けられており、低温反応部213は電気ヒータ兼温度センサ253により約110〜160℃に保たれる。電気ヒータ兼温度センサ253は、断熱容器220を貫通するリード線253cに接続されており、リード線253cを介して断熱容器220の外部より電力が供給される。電気ヒータ兼温度センサ253は、絶縁膜253a,253bにより他の部材と絶縁されている。
The low-
第1連結部212は高温反応部217、中温反応部215や低温反応部213において反応する反応物や生成する生成物が流れる流路となる配管を含む。第1連結部212は、他端側で断熱容器220を貫通するとともに、一端で低温反応部213に接続され、他端で送液ポンプ203、図示しないエアポンプ等に接続される。第1連結部212は、低温反応部213から断熱容器220の外部に反応物や生成物を送る流路となる第1配管(流出配管)212bと、断熱容器220の外部から低温反応部213に反応物や生成物を送る第2配管(流入配管)212cとを備える。
第2連結部214は中温反応部215において反応する反応物や生成する生成物が流れる流路となる配管を含み、中温反応部215と低温反応部213との間を接続する。
第3連結部216は高温反応部217において反応する反応物や生成する生成物が流れる流路となる配管を含み、高温反応部217と中温反応部215との間を接続する。
第1配管及び第2配管との間、第3配管及び第4配管との間、第5配管及び第6配管との間でそれぞれ熱交換が行われるようにしてもよい。
The first connecting
The second connecting
The
Heat exchange may be performed between the first pipe and the second pipe, between the third pipe and the fourth pipe, and between the fifth pipe and the sixth pipe.
本実施形態においては、図22、図23に示すように、高温反応部217に輻射放熱膜217aが設けられており、断熱容器220における輻射放熱膜217aと対向する部分に第1実施形態と同様に輻射透過窓260が設けられている。本実施形態においても、輻射放熱膜217aからの輻射は輻射透過窓260を透過するため、高温反応部217で生じた熱量の一部が輻射により断熱容器220の外部へ放出される。したがって、第1連結部112を介して反応装置本体211から断熱容器220に伝導する熱量を抑えるとともに、高温反応部217からの伝熱により中温反応部215の温度が必要以上に上昇することを防いで、中温反応部215の温度を適正に維持することができる。
In this embodiment, as shown in FIGS. 22 and 23, a radiation
また、第1実施形態と同様、輻射透過窓260は、輻射放熱膜217aからの輻射のうち、水の吸収係数のピークに対応する約3μm及び約6μmを含む波長領域の輻射を水槽261で選択的に吸収するため、電子機器200の外部にこれらの波長領域の輻射が放出されることを抑制することができる。これにより、水の吸収係数のピークに対応するこれらの波長領域の輻射が皮膚に吸収されることによってユーザに不快感を与えることを、抑制することができる。
Similarly to the first embodiment, the
また、本実施形態においては、触媒燃焼器209は第2の容器250の近傍に配置されるか、接触または接合されて、燃料電池セルスタック240及び触媒燃焼器209で生じた熱が第2の容器250に伝導しやすくなっている。そして、輻射放熱膜217aは、第2の容器250における触媒燃焼器209に対応する部分に設けられている。これらの構成により、燃料電池セルスタック240及び触媒燃焼器209で生じた熱は、第2の容器250のうち特に輻射放熱膜217aに伝導されやすくなっていて、ひいては、燃料電池セルスタック240及び触媒燃焼器209から断熱容器220の外部へ輻射放熱される熱量を増大することができる。
Further, in the present embodiment, the
〔第3実施形態〕
次に、本発明の第3実施形態について説明する。図24は本発明の第3実施形態に係る電子機器300を示すブロック図である。図25は反応装置310Aの斜視図、図26は図25のXXVI−XXVI切断線に対応する模式断面図、図27は図25のXXVII矢視図である。以下、本実施形態の第3実施形態と異なる点について説明し、第3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。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 24 is a block diagram showing an
燃料電池セルスタック340は固体酸化物型であり、複数の燃料電池セル340A,340B,340C,340Dを積層してなる。第2実施形態と同様に、反応装置310Aには一酸化炭素除去器は用いられない。
なお、図24では、複数の燃料電池セル340A,340B,340C,340Dのうち単一の燃料電池セル340Aのみを示し、符号の末尾のアルファベットを省略している。
The
In FIG. 24, only a
以下、単一の燃料電池セル340及び触媒燃焼器309で生じる反応について説明する。
燃料電池セル340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。
Hereinafter, reactions that occur in the single
The
電解質341は酸素イオンを透過するが、酸素分子、水素分子、一酸化炭素、二酸化炭素、電子を通さない性質を有する。
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(9)、(10)に示す反応が起こる。
H2+O2-→H2O+2e- …(9)
CO+O2-→CO2+2e- …(10)
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。
The
The reformed gas is sent to the
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e − (9)
CO + O 2− → CO 2 + 2e − (10)
The generated electrons are supplied to the
酸素極343には酸素供給流路345aを介して、第1の熱交換器307及び第2の熱交換器308により加熱された酸素(空気)が供給される。酸素極343では、酸素と、カソード出力電極347より供給される電子とにより、次の電気化学反応式(11)に示す反応が起こる。
1/2O2+2e-→O2- …(11)
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。
Oxygen (air) heated by the
1 / 2O 2 + 2e − → O 2− (11)
The generated oxygen ions pass through the
触媒燃焼器309では、燃料供給流路344aを通過したオフガスと、酸素供給流路345aを通過した酸素(空気)とが混合され、オフガス中の水素及び一酸化炭素が燃焼される。燃焼熱は燃料電池セルスタック340を加熱するのに用いられる。
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。
In the catalytic combustor 309, the off gas that has passed through the
The exhaust gas (mixed gas of water, oxygen, and carbon dioxide) of the catalytic combustor 309 is discharged after releasing heat in the
本実施形態においては、燃料電池セルスタック340及び触媒燃焼器309が一体化された高温反応部317は、電気ヒータ兼温度センサ357及び触媒燃焼器309により約800〜1000℃に保たれる。
In the present embodiment, the high-
図26に示すように、反応装置310Aには、高温反応部317に輻射放熱膜317aが設けられており、断熱容器320における輻射放熱膜317aと対向する部分に輻射透過窓360Aが設けられている。輻射放熱膜317aからの輻射は輻射透過窓360Aを透過するため、高温反応部317で生じた熱量の一部が輻射により断熱容器320の外部へ放出される。したがって、第1連結部312を介して反応装置本体311から断熱容器320に伝導する熱量を抑えるとともに、高温反応部317からの伝熱により中温反応部315の温度が必要以上に上昇することを防いで、中温反応部315の温度を適正に維持することができる。
As shown in FIG. 26, in the
また、本実施形態においては、図26に示すように、中温反応部315に輻射放熱膜315aが設けられており、断熱容器320における輻射放熱膜315aと対向する部分に輻射透過窓360Bが設けられている。輻射放熱膜315aからの輻射は輻射透過窓360Bを透過するため、中温反応部315で生じた熱量の一部が輻射により断熱容器320の外部へ放出される。したがって、第1連結部312を介して反応装置本体311から断熱容器320に伝導する熱量を抑えるとともに、中温反応部315からの伝熱により低温反応部313の温度が必要以上に上昇することを防いで、低温反応部313の温度を適正に維持することができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 26, a radiation
また、第1乃至第2実施形態と同様、輻射透過窓360A,360Bは、輻射放熱膜317a,315aからの輻射のうち、水の吸収係数のピークに対応する約3μm及び約6μmを含む波長領域の輻射を水槽361,361で選択的に吸収するため、電子機器300の外部にこれらの波長領域の輻射が放出されることを抑制することができる。また、これにより、水の吸収係数のピークに対応するこれらの波長領域の輻射が皮膚に吸収されることによってユーザに不快感を与えることを、抑制することができる。
Similarly to the first and second embodiments, the
なお、輻射透過窓360A,360Bに循環させる水は、複数の水環流路373によりそれぞれ環流させてもよいし、輻射透過窓360A,360Bが連続するように水環流路373を設けて水を環流させてもよい。輻射透過窓360A,360Bが連続するように水環流路を設ける場合には、より低温側の輻射透過窓360Bを通過した水がより高温側の輻射透過窓360Aに供給されるように水ポンプ372を駆動することが好ましい。
The water circulated through the
さらに、本実施形態においても、触媒燃焼器309は第2の容器350の近傍に配置されるか、接触または接合されて、燃料電池セルスタック340及び触媒燃焼器309で生じた熱が第2の容器350に伝導しやすくなっている。そして、輻射放熱膜317aは、第2の容器350における触媒燃焼器309に対応する部分に設けられている。これらの構成により、燃料電池セルスタック340及び触媒燃焼器309で生じた熱は、第2の容器350のうち特に輻射放熱膜317aに伝導されやすくなっていて、ひいては、燃料電池セルスタック340及び触媒燃焼器309から断熱容器320の外部へ輻射放熱される熱量を増大することができる。
Furthermore, also in this embodiment, the catalytic combustor 309 is disposed in the vicinity of the
なお、上記実施形態においては、中温反応部315及び高温反応部317の両方に輻射放熱膜315a,317aを設けたが、いずれか一方のみでもよい。また、輻射透過窓360A,360Bについても、設けられる輻射放熱膜に対向する一方のみを設けるようにしてもよい。
また、中温反応部315及び高温反応部317におけるヒータ兼温度センサ355,357がそれぞれ設けられた側の面に輻射放熱膜315a,317aを設け、それに対向するように輻射透過窓325,327を設けてもよい。あるいは、高温反応部317における触媒燃焼器309aが設けられた側と反対側の面に輻射放熱膜317aを設け、それに対向するように輻射透過窓327を設けてもよい。これにより、高温反応部317の中で温度分布をより一様となるようにすることができる。
In the above embodiment, the radiation
In addition, radiation
図28は本実施形態に係る電子機器300の形態例を示す斜視図である。なお、図28に示す電子機器300はノート型パーソナルコンピュータである。図28に示すように、反応装置310Aは電子機器300の背面側に取り付けられており、輻射透過窓360A,360Bは電子機器300の外周面に沿って設けられている。このため、輻射放熱膜317a,315aより放射された輻射は輻射透過窓360A,360Bをそれぞれ透過して外部に放出されるため、電子機器本体301への輻射による伝熱を抑制して、電子機器本体301の温度上昇を抑制できる。この場合、電子機器本体301への伝熱を抑制できればよいので、輻射透過窓360A,360Bは必ずしも電子機器300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、輻射透過窓360A,360Bは後方向きに設けられているので、輻射が電子機器300を使用中のユーザに向けて放出されることを抑制できる。
次に、第3実施形態の変形例について説明する。
FIG. 28 is a perspective view showing an example of an
Next, a modification of the third embodiment will be described.
<変形例1>
図29は本実施形態の第1の変形例に係る反応装置310Bを示す図26と同様の断面図であり、図30は図29のXXX矢視図である。なお、斜視図については図25と同様であるので割愛する。また、反応装置310Aと同様の構成については、同符号を付して説明を割愛する。
図29、図30に示すように、第3連結部316に輻射放熱膜316aを設け、断熱容器320の輻射放熱膜316aと対向する部分に水が貯留された水槽361を有する輻射透過窓360Cを設けてもよい。ここで、輻射透過窓360Cに供給する水が低温側から高温側に流れるように水ポンプ372を駆動することが好ましい。
高温反応部317から第3連結部316へ伝導する熱量の一部が輻射放熱膜316aから放射され、輻射透過窓360Cより断熱容器320の外部へ放出されるため、第1連結部312を介して反応装置本体311から断熱容器320に伝導する熱量を抑えるとともに、第3連結部316からの伝熱により中温反応部315の温度が必要以上に上昇することを防いで、中温反応部315の温度を適正に維持することができる。
<
FIG. 29 is a cross-sectional view similar to FIG. 26 showing a
As shown in FIGS. 29 and 30, a
A part of the amount of heat conducted from the high
本変形例においても、輻射線のうち水の吸収係数のピークに対応する約3μm及び約6μmを含む波長領域の輻射波長成分を水槽361で選択的に吸収するため、輻射透過窓360Cを介して電子機器300の外部にこれらの波長領域の輻射が放出されることを抑制することができる水の吸収波長成分を含む輻射線が放出されない。これにより、人体は水を多く含むため、水の吸収係数のピークに対応するこれらの波長領域の波長成分を含む輻射線が皮膚に吸収されることによってユーザに照射されると不快に感じる場合があるが、水の吸収波長成分を吸収することでユーザにが不快に感を与えじることを抑制する防ぐことができる。
Also in this modification, in order to selectively absorb the radiation wavelength component in the wavelength region including about 3 μm and about 6 μm corresponding to the peak of the absorption coefficient of water among the radiation rays in the
<変形例2>
図31は本実施形態の第2の変形例に係る反応装置310Cを示す図26と同様の断面図であり、図32は図31のXXXII矢視図である。なお、斜視図については図25と同様であるので割愛する。また、反応装置310A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。
図31に示すように、第2連結部314に輻射放熱膜314aを設け、断熱容器320の輻射放熱膜314aと対向する部分に水が貯留された水槽361を有する輻射透過窓360Dを設けてもよい。ここで、輻射透過窓360Dに供給する水が低温側から高温側に流れるように水ポンプ372を駆動することが好ましい。
中温反応部315から第2連結部314へ伝導する熱量の一部が輻射放熱膜314aから放射され、輻射透過窓360Dより断熱容器320の外部へ放出されるため、第1連結部312を介して反応装置本体311から断熱容器320に伝導する熱量を抑えるとともに、低温反応部313、中温反応部315及び高温反応部317の温度を適正に維持することができる。
<
FIG. 31 is a cross-sectional view similar to FIG. 26 showing a
As shown in FIG. 31, even if a radiation radiating film 314 a is provided in the second connecting
A part of the amount of heat conducted from the intermediate
本変形例においても、第1の変形例と同様、水の吸収係数のピークに対応する約3μm及び約6μmを含む波長領域の輻射を水槽361で選択的に吸収するため、輻射透過窓360Cを介して電子機器300の外部にこれらの波長領域の輻射が放出されることを抑制することができる。これにより、水の吸収係数のピークに対応するこれらの波長領域の輻射が皮膚に吸収されることによってユーザに不快感を与えることを抑制することができる。
Also in this modification, as in the first modification, in order to selectively absorb the radiation in the wavelength region including about 3 μm and about 6 μm corresponding to the peak of the absorption coefficient of water in the
<変形例3>
図33は本実施形態の第3の変形例に係る反応装置310Dを示す図26と同様の断面図であり、図34は図33のXXXIV矢視図である。なお、斜視図については図25と同様であるので割愛する。また、反応装置310Aと同様の構成については、同符号を付して説明を割愛する。
図33に示すように、第1連結部312に輻射放熱膜312aを設け、断熱容器320の輻射放熱膜312aと対向する部分に水が貯留された水槽361を有する輻射透過窓360Eを設けてもよい。ここで、輻射透過窓360Eに供給する水が低温側から高温側に流れるように水ポンプ372を駆動することが好ましい。
低温反応部313から第1連結部312へ伝導する熱量の一部が輻射放熱膜312aから放射され、輻射透過窓360Eより断熱容器320の外部へ放出されるため、第1連結部312を介して反応装置本体311から断熱容器320に伝導する熱量を抑えるとともに、中温反応部315からの伝熱により低温反応部313の温度が必要以上に上昇することを防いで、低温反応部313の温度を適正に維持することができる。
<
33 is a cross-sectional view similar to FIG. 26 showing a
As shown in FIG. 33, even if a
A part of the amount of heat conducted from the low
本変形例においても、第1の変形例と同様、水の吸収係数のピークに対応する約3μm及び約6μmを含む波長領域の輻射を水槽361で選択的に吸収するため、輻射透過窓360Cを介して電子機器300の外部にこれらの波長領域の輻射が放出されることを抑制することができる。これにより、水の吸収係数のピークに対応するこれらの波長領域の輻射が皮膚に吸収されることによってユーザに不快感を与えることを抑制することができる。
Also in this modification, as in the first modification, in order to selectively absorb the radiation in the wavelength region including about 3 μm and about 6 μm corresponding to the peak of the absorption coefficient of water in the
<変形例4>
図35は本実施形態の第4の変形例に係る反応装置310Eを示す図26と同様の断面図であり、図36は図35のXXXVI矢視図である。なお、斜視図については図25と同様であるので割愛する。また、反応装置310Aと同様の構成については、同符号を付して説明を割愛する。
本変形例においては、図35、図36に示すように、アノード出力電極346及びカソード出力電極347に輻射放熱膜346a,347aを設け、断熱容器320の輻射放熱膜346a,347aと対向する部分に水が貯留された水槽361を有する輻射透過窓360F,360Gを設けている。なお、図35においては、カソード出力電極347及び輻射透過窓360Gを図示していない。
なお、輻射透過窓360F,360Gに供給する水が低温側から高温側に流れるように水ポンプ372を駆動することが好ましい。
<
FIG. 35 is a cross-sectional view similar to FIG. 26 showing a
In this modification, as shown in FIG. 35 and FIG. 36, the
In addition, it is preferable to drive the
本変形例においても、第1の変形例と同様、水の吸収係数のピークに対応する約3μm及び約6μmを含む波長領域の輻射を水槽361で選択的に吸収するため、輻射透過窓360Cを介して電子機器300の外部にこれらの波長領域の輻射が放出されることを抑制することができる。これにより、水の吸収係数のピークに対応するこれらの波長領域の輻射が皮膚に吸収されることによってユーザに不快感を与えることを抑制することができる。
Also in this modification, as in the first modification, in order to selectively absorb the radiation in the wavelength region including about 3 μm and about 6 μm corresponding to the peak of the absorption coefficient of water in the
アノード出力電極346及びカソード出力電極347から輻射放熱する場合、次のような利点があると考えられる。
まず、高温反応部317からアノード出力電極346及びカソード出力電極347へ伝導する熱量の一部が輻射放熱膜346a,347aから放射され、輻射透過窓360F,360Gより断熱容器320の外部へ放出されるため、第1連結部312、アノード出力電極346及びカソード出力電極347を介して反応装置本体311から断熱容器320に伝導する熱量を抑えるとともに、低温反応部313、中温反応部315及び高温反応部317の温度を適正に維持することができる。
When radiating and radiating heat from the
First, a part of the amount of heat conducted from the high
また、反応を行う高温反応部317、中温反応部315、低温反応部313から輻射放熱する場合、各反応部内の温度を均一とする必要があるので、各反応部内の温度分布を考慮して輻射放熱膜及び輻射放熱窓を配置する必要があった。一方、アノード出力電極346及びカソード出力電極347は、上述の各反応部と異なり内部の温度の均一性を要求されないので、電極のうちどの領域を輻射放熱領域としてもよいこととなる。従って、輻射放熱膜346a,347a及び輻射放熱窓360F,360Gを形成するときの設計上の制約が軽減される。特に、携帯型の電子機器においては、ユーザに向けて輻射放熱しないことが設計上の制約となるとが考えられるので、本実施形態は設計上の制約を軽減できる点において望ましい。
In addition, when radiation is radiated from the high
さらに、断熱容器320への伝熱量を小さくするために、アノード出力電極346及びカソード出力電極347を細くし、あるいは長くすると、各電極の電気抵抗が増大してしまい、発電効率が低下してしまうが、各電極から輻射放熱することにより、各電極の形状を変えずに、電気抵抗を低く且つ発電効率を高く維持したまま、断熱容器320への伝熱量を小さくすることができる。
Furthermore, if the
なお、第4の変形例では、輻射放熱膜346a,347aを電極の下面に設けて、輻射放熱窓360F,360Gも反応装置310Eの下面に設けたが、これに限らず、輻射放熱膜346a,347a及び輻射放熱窓360F,360Gを他の面に設けるようにしてもよい。また、輻射放熱膜346a,347aのいずれか1つのみを設け、対向するいずれか1つの輻射放熱窓360F,360Gのみを設けてもよい。
In the fourth modification, the radiation
また、本発明は以上の実施形態及び変形例に限られることはなく、例えば、輻射放熱膜312a,313a,314a,315a,316a,317a,346a,347aのいずれか2つ以上を設けてもよい。その場合には、対向する輻射透過窓360A〜360Gをそれぞれ設ける必要がある。
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications. For example, any two or more of the radiation
110,210,310A〜310E 反応装置
111,211,311 反応装置本体
120,220,320 断熱容器
160,260,360A〜360G 輻射透過窓
100,200,300 電子機器
130,230,330 燃料電池装置
140,240,340 燃料電池セル
110, 210, 310A to
Claims (12)
前記反応装置本体を収容する第1の容器とを備え、
前記第1の容器は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し、
前記輻射透過領域には水が収容された水槽が設けられていることを特徴とする反応装置。 A reactor main body having a reaction part with which a reactant reacts;
A first container for containing the reactor main body,
The first container has a radiation transmission region that transmits radiation from the reactor main body,
A reactor comprising a water tank in which water is accommodated in the radiation transmission region.
前記第1の容器は、前記2つ以上の反応部にそれぞれ対向配置されるとともに水が収容された水槽が設けられた2つ以上の輻射透過領域を有し、
前記水槽内の水は、前記水ポンプにより、より低温側の反応部に対向配置された水槽を通過した水が、より高温側の反応部に対向配置された水槽に供給されることを特徴とする請求項5に記載の反応装置。 The reaction apparatus main body has two or more reaction parts that react with each other at different temperatures.
The first container has two or more radiation transmission regions each provided with a water tank in which water is stored while being opposed to the two or more reaction parts,
The water in the water tank is supplied by the water pump to the water tank that is disposed so as to face the higher temperature side reaction section, after passing through the water tank that is disposed facing the lower temperature side reaction section. The reaction apparatus according to claim 5.
前記第1の容器は、前記連結部に対向配置されるとともに水が収容された水槽が設けられた輻射透過領域を有し、
前記水槽内の水は、前記水ポンプにより、低温側から高温側に流れることを特徴とする請求項5に記載の反応装置。 The reaction apparatus main body has a connecting part through which a reaction product reacted in the reaction part or a product generated in the reaction part flows.
The first container has a radiation transmission region provided with a water tank disposed opposite to the connecting portion and containing water,
The reaction apparatus according to claim 5, wherein water in the water tank flows from a low temperature side to a high temperature side by the water pump.
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の容器とを備え、
前記輻射透過領域には、前記出力電極に対向配置されるとともに水が収容された水槽が設けられ、
前記水槽内の水は、水を送る水ポンプにより、低温側から高温側に流れることを特徴とする反応装置。 A reaction device main body including a reaction unit including a fuel cell that generates electric power by reaction of a reactant, and an output electrode that transmits electric power of the fuel cell,
A first container having a radiation transmission region that contains the reaction apparatus main body and transmits radiation from the reaction apparatus main body;
The radiation transmitting region is provided with a water tank that is disposed opposite to the output electrode and contains water,
The water in the water tank flows from the low temperature side to the high temperature side by a water pump for sending water.
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を備えることを特徴とする電子機器。 Reactor according to claim 9 or 10,
An electronic device comprising: an electronic device main body driven by electric power of the fuel cell.
前記反応装置本体より供給される燃料を用いて発電を行う燃料電池セルと、
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を備えることを特徴とする電子機器。 Reactor according to any one of claims 1 to 8,
A fuel battery cell that generates power using the fuel supplied from the reactor main body;
An electronic device comprising: an electronic device main body driven by electric power of the fuel cell.
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