JP4258559B2 - 気化装置並びにそれを備える発電装置及び電子機器 - Google Patents
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Description
気化装置として、例えば、原料となる液体を通過させる多孔質体と、多孔質体を一定温度に加熱する加熱源と、を備えた構成のものが知られている。
気化装置の上流に気泡が混入していると、多孔質体には気泡が侵入しにくいため、多孔質体の入口側で気泡が留まり、流路を塞ぐほど成長し、この気泡がその後、多孔質体にまとまって投入され、気化される液体の流量が変動する。また、これによって温度変化が生じることから気化に適した温度の制御が振れるため突沸が生じる。その結果、多孔質体に供給される液体の蒸発量や気化状態が不安定となるという問題があった。
気化状態が不安定となると、気化装置の下流側に設けられて、燃料ガスを基に改質ガスを生成する改質器における改質反応が不安定となり、さらに下流側における発電セルにおける発電性能が安定しなくなるという問題がある。そこで、気泡を除去する対策として、例えば、事前に液体を脱気する処理が知られている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、気化装置内部への気泡の侵入を防ぎ、気化物質の安定した供給を行うことのできる気化装置並びにそれを備える発電装置及び電子機器を提供することを目的としている。
供給された液体中に含まれる気体を分離する気液分離膜と、
前記気液分離膜の下流側に設けられ、前記液体を加熱する加熱部を有する気化部を備えていることを特徴とする気化装置が提供される。
前記吸液部は前記気液分離膜の下流側に設けられている。
好ましくは、前記加熱部は前記吸液部の下流側端部を加熱する。
好ましくは、前記気液分離膜によって分離される気体は前記加熱部に前記液体を供給する供給手段によって生じた気体を含む。
好ましくは、前記供給手段は、電気浸透流ポンプ又はシリンジポンプである。
好ましくは、前記気液分離膜によって分離された気体を、前記気化部の下流側に設けられて前記加熱部の熱源となる燃焼器に供給する。
好ましくは、前記液体は、燃料または水である。
供給された液体中に含まれる気体を分離する気液分離膜と、前記気液分離膜の下流側に設けられ、前記液体を加熱する加熱部を有する気化部を備えている気化装置と、
前記気化装置により生成された気体を基に改質ガスを生成する反応装置と、前記反応装置により生成された改質ガスを基に発電を行う発電セルと、を備えることを特徴とする発電装置が提供される。
好ましくは、前記燃焼器は前記発電セルから排出されるガスを燃焼する。
供給された液体中に含まれる気体を分離する気液分離膜と、前記気液分離膜の下流側に設けられ、前記液体を加熱する加熱部を有する気化部を備えている気化装置と、
前記気化装置により生成された気体を基に改質ガスを生成する反応装置と、前記反応装置により生成された改質ガスを基に発電を行う発電セルと、を備えることを特徴とする発電装置と、
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が提供される。
[第一の実施の形態]
図1は、電子機器本体1000を含めて、発電装置100の基本構成を示したブロック図である。
発電装置100は、発電用の液体燃料及び水を貯留する燃料タンク1と、燃料タンク1から供給された液体燃料及び水から電気エネルギーを生成する発電部200とを備え、発電部200は、燃料タンク1から供給された液体燃料及び水を気化させる気化装置3と、燃料タンク1から気化装置3に液体燃料及び水を供給する燃料ポンプ2と、気化装置3で気化された液体燃料及び水の混合ガスから改質ガスを生成する反応装置4と、反応装置4で生成した改質ガスを利用して発電を行う発電セル5と、さらに、DC/DCコンバータ8、2次電池9、発電装置100全体を制御する制御部6等、を備えている。
液体燃料は、化学燃料単体、あるいは化学燃料と水との混合物であり、化学燃料としては、例えばメタノール、エタノール等のアルコール類やジメチルエーテル等のエーテル類、ガソリンといった水素原子を含む化合物を使用することができる。本実施の形態では、例えばメタノールといった液体燃料と水とを均一に混合した混合物を用いる例で説明する。
燃料ポンプ2としては、電気浸透流ポンプ(Electro-Osmotic Pump)又はシリンジポンプ等を用いることができる。燃料ポンプ2の下流側には、上流側から順番に気化装置3、反応装置4及び発電セル5が設けられている。
気化装置3は、予め加熱しておき、液体燃料及び水を供給し、供給した液体燃料及び水を加熱して気化させ、混合ガスを生成するものである。
気化装置3は、吸液部(気化部)31、収縮性チューブ32、金属管38、気液分離膜39、排出部33、弾性チューブ34、加熱部35、断熱ケース36及び温度センサ37を備えている。
気化装置3は、燃料ポンプ2から弾性チューブ34を介して吸液部31に液体燃料及び水が供給され、排出部33において加熱部35の熱により吸液部31内の液体燃料及び水を加熱し、気化させた液体燃料及び水蒸気を排出部33の排出口332から排出して、反応装置4(図1参照)に供給するものである。そして、反応装置4で水素ガスが生成されて、発電セル5(図1参照)に供給される。
また、弾性チューブ34の外周面のうち、金属管38に形成された多数の貫通穴381に臨む部分には、開口部341が形成されており、貫通穴381から気液分離膜39を介して透過した気体が開口部341から外部に排出されるようになっている。
CH3OH+H2O→3H2+CO2・・・(1)
H2+CO2→H2O+CO・・・(2)
2CO+O2→2CO2・・・(3)
H2→2H++2e−・・・(4)
2H++1/2O2+2e−→H2O・・・(5)
また、制御部6には、流量センサS1,S2,S3及び可変バルブV1,V2,V3がドライバを介して電気的に接続され、制御部6は、流量センサS1,S2,S3の測定結果を受けて水及び液体燃料の流量を認識でき、可変バルブV1,V2,V3の開閉動作(開き量の調整を含む)を制御している。
そして、制御部6は、気化装置3、改質器41、燃焼器42及び一酸化炭素除去器43を加熱する発熱体(図示しない)がドライバを介して電気的に接続され、制御部6は、発熱体の発熱量とその停止とを制御するとともに、温度によって変化する発熱体の抵抗値を計測することによって気化装置3、改質器41、燃焼器42及び一酸化炭素除去器43の各反応器の温度を検出することができるようになっている。発熱体は、発電装置100の起動時に気化装置3、改質器41、燃焼器42及び一酸化炭素除去器43をそれぞれ適正な温度に加熱するものであって、燃焼器42が燃焼を開始して安定して加熱できるようになったら、停止あるいは熱量を低減させても良い。
まず、外部電子機器から通信用端子、通信用電極を介して制御部6に作動信号が入力されることによって発電装置100が作動する。これにより制御部6が、エアポンプ7を作動させ、気化装置3の加熱部35の電源をONにし、吸液部31の温度を検出し、検出結果に基づいて所定温度となるように温度制御を行う。また、改質器41、燃焼器42及び一酸化炭素除去器43の各発熱体も同様に発熱させ、所定温度となるように温度制御する。
そして、制御部6は、気化装置3が所定温度以上であれば、燃料ポンプ2の作動及び可変バルブV1の開閉動作を行い、これによって液体燃料及び水を気化装置3に供給する。気化装置3に供給された液体燃料及び水は加熱されて気化(蒸発)し、燃料ガス及び水蒸気の混合ガスとなって改質器41に供給される。
発電セル5では、燃料極に供給された水素ガスと、エアポンプ7から供給されて加湿器により加湿された酸素極に供給された空気とを基に発電し、電力を外部(DC/DCコンバータ8)に供給する。
また、吸液部31は、液体を吸液する多孔質体からなるので、毛細管現象で液体を吸収することができ、簡易な構造とすることができる。
図4は、気化装置3Aの概略構成を示す断面図である。
第二の実施の形態では、弾性チューブ34Aに形成された開口部341Aに、燃焼器42Aに連結された連結チューブ40Aが取り付けられている点で第一の実施の形態の気化装置3と異なる。その他の構成は、第一の実施の形態と同様のため、同様の構成部分については同様の数字に英字Aを付してその説明を省略する。
具体的には、弾性チューブ34Aの外側に、さらに弾性チューブ342Aが嵌め込まれており、この弾性チューブ342Aの外周の一部には燃焼器42Aに連結された管状の連結チューブ40Aが取り付けられる取付穴343Aが形成されている。
3、3A 気化装置
31、31A 吸液部(気化部)
35、35A 加熱部
39、39A 気液分離膜
40A 連結チューブ
42、42A 燃焼器
100 発電装置
200 発電部
1000 電子機器本体
V1 可変バルブ(供給手段)
Claims (11)
- 供給された液体中に含まれる気体を分離する気液分離膜と、
前記気液分離膜の下流側に設けられ、前記液体を加熱する加熱部を有する気化部を備えていることを特徴とする気化装置。 - 前記液体を吸液する多孔質体を有する吸液部を更に備え、
前記吸液部は前記気液分離膜の下流側に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の気化装置。 - 前記加熱部は前記吸液部の下流側端部を加熱することを特徴とする請求項2に記載の気化装置。
- 前記気液分離膜によって分離される気体は前記加熱部に前記液体を供給する供給手段によって生じた気体を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の気化装置。
- 前記供給手段は、電気浸透流ポンプ又はシリンジポンプであることを特徴とする請求項4に記載の気化装置。
- 前記気液分離膜によって分離された気体を、前記気化部の下流側に設けられて前記加熱部の熱源となる燃焼器に供給することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の気化装置。
- 前記液体は、燃料または水であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の気化装置。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の気化装置と、
前記気化装置により生成された気体を基に改質ガスを生成する反応装置と、
前記反応装置により生成された改質ガスを基に発電を行う発電セルと、
を備えることを特徴とする発電装置。 - 前記気化部の下流側に設けられて前記加熱部の熱源となる燃焼器を更に備えることを特徴とする請求項8に記載の発電装置。
- 前記燃焼器は前記発電セルから排出されるガスを燃焼することを特徴とする請求項9に記載の発電装置。
- 請求項8〜10のいずれか一項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。
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