JP4783764B2 - 携帯可能な液体送給システムおよびキット - Google Patents
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Description
したがって、少量の液体の安定的で計量可能な少量の液体を供給するためのポンプの使用について問題となる。
この状況では、従来の機械式ポンプの送給能力は、かなり必要量を超えており、かえって少量の液体を送給するには不適当である。
さらに、高度な技術的製品が、軽量で、細いサイズで設計されるとき、従来の機械式ポンプは、これらの製品にはかさばり過ぎる。
加えて、従来の機械式ポンプは、送給する容積、およびエネルギー消費にしばしば変動を生じる。
したがって、少量の液体を送給するのに適する簡単で、静かで、エネルギー消費の少ないポンプが、この分野で必要とされる。
しかし、毛管現象の力は、やはり、重力、表面張力、液体の温度、液体の性質、および輸送環境に拘束される。さらに、0.5〜1気圧またはそれ以上の気圧など、下方への圧力抵抗が高いとき、毛管現象は、液体を駆動するためには不十分である。
前記送給される液体が、メタノール、水、エタノール、およびその組み合わせからなるグループから選択されるとき、前記補助液は、ペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、およびその組み合わせからなるグループから選択される。
また別の手段として、前記送給される液体が、ガソリン、またはディーゼル燃料であるとき、前記補助液は、メタノール、イソプロパノール、ジクロロメタンおよびその組合せからなるグループから選択される。
前記送給される液体が、メタノール、水、エタノール、およびその組み合わせからなるグループから選択されるとき、前記補助液は、ペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、およびその組み合わせからなるグループから選択される。
また別の手段として、前記送給される液体が、ガソリン、またはディーゼル燃料であるとき、前記補助液は、メタノール、イソプロパノール、ジクロロメタンおよびその組合せからなるグループから選択される。
液体送給システム10は、主に、コンテナ11、熱源13、および送給管15を備える。
コンテナ11は、排出開口111、および収容部を有する。コンテナ11は、圧力に耐え、作動温度および含有される様々な液体などの作動状況に対応することが好ましい。
コンテナ11の収容部は、送給される液体(FTBD)20、および送給される液体(FTBD)20と混合しない補助液30を収容するために使用される。
送給される液体(FTBD)20は、室温で液体状態である。
補助液30は、送給される液体(FTBD)20の沸点よりも低い沸点を有することが好ましい。補助液30の詳細については後述する。
送給管15は、排出開口111を貫通して配置されている。液体送給システム10が作動しているとき、システムの外につながる通路を有する送給管15を除いて、コンテナ11は、実質的に封止されている。
送給される液体(FTBD)20の一部分が、送給管15を通って液体送給システム10の外に送給することができる。
第1の端部151は、コンテナ11の収容部の底部へ向けて開口している。
送給される液体(FTBD)20は、第1の端部151(入口端部)から、送給管15を通って第2の端部153(出口端部)に導かれる。
したがって、送給される液体(FTBD)20が加圧下で安定的に排出されるように、通路が設けられている。
コンテナ11の収容部内の蒸気圧により、送給される液体(FTBD)20を、送給管15および排出開口111を通って、液体送給システム10の外に安定的に駆動することができる。
液体の温度は、連続的に上昇するのではないことに留意されたい。
熱源13のみが、収容部内で駆動圧力の供給源として、蒸気圧を維持する必要がある。
制御素子17は、流れの有効性および流速の制御など、送給管15内に流れ込む送給される液体(FTBD)20の速度を調節するために使用される。制御素子17としては、例えばニードル・バルブなどの計量バルブを使用できる。
温度が設定温度に上昇すると、制御素子17が、流速を調節するために作動する。
別の手段として、適切な長さの毛細管などの小さな開口を有する管を、同時に流速を制御するために送給管として使用することができる。
毛細管を採用するときには、制御素子17としてオン・オフ型簡易バルブを使用することができる。
液体送給システム10内での好都合な作動のために、コンテナ11上に設けた充填開口113を通じてコンテナ11の中に送給される液体(FTBD)20が、供給される。
さらに、液体送給システム10は、作動中に実質的に封止するため、必要に応じて、充填開口113にカバー115を配置する。
例えば、コンテナ11は、充填開口113を通じて、液体で満たされた貯液タンク(図示せず)と連通させることができる。
したがって、貯液タンクの液体は、簡易かつ安価なポンプを使用することによって、または高い場所に配置されることから生じる重力の使用によって、コンテナ11内に供給することができる。
貯液タンクは、供給が完了するときコンテナ11から取り外すこともでき、または液体で満たされた新しい貯液タンクに交換することもできて、それによって、コンテナ11内に送給される液体(FTBD)20の供給を促進する。
このようにして、コンテナ11のサイズおよび費用を減少させることができる。
図2では送給管15、および、カバー115を有する充填開口113が、コンテナ11上に独立して配置されているが、別の手段として、送給管15を同様の作用をさせるためにカバー115上に配置することもできる。
当業者であれば、さらに説明せずとも理解されたい。
例えば、熱源13としては、熱を生成する構成要素を隣接させて、熱を生成する構成要素から生成される余分の熱を使用することができる。
より具体的には、図2に矢印で示した加熱方法による熱源13は、コンテナ11を間接的に加熱して、コンテナ11内に蒸気圧を生成する。
また熱源13には、高温ガスを使用できる。要は送給される液体(FTBD)20および補助液30を含む液体の温度を上昇させるために、液体送給システム10が高温を有する環境に配置されていればよい。
したがって、例えば、様々な電気機器、車両、または工場から生成される余分の熱、または高温を有する水を再使用することができる。
別の熱源13としては、熱電対ワイヤ、加熱帯、電熱式ヒータ、ホット・バス、高温ガス、およびその組合せからなるグループから選択することができる。さらに高温ガスには、装置の作動中に生成される排出ガス、または化学反応から生成されるガスが含まれる。
当業者は、本明細書に限定されない任意の従来の技術を使用して、熱源13を代用することができる。
液体送給システム10を加熱するためには、例えば、電気機器、化学反応、または燃焼からの熱を使用することができる。
送給される液体(FTBD)20としては、水、メタノール、エタノール、またはその組み合わせを使用できるが、これらに限定されない。送給される液体(FTBD)20は、その他にガソリン、またはディーゼル燃料を使用することができる。
図1は安定的な液体送給を示す図で、曲線はメタノールの温度を示し、縦線は排出されたメタノールの流速を示す。
図1に示すように、メタノールは、その温度が65℃をより高いとき、排出され始めた。メタノールの温度が徐々に上昇したとき、コンテナ内部の蒸気圧もまた上昇した。計量バルブを調節することによって、メタノールは、上記に説明した液体送給システムにより、約0.5c.c./分の速度で安定的かつ着実に送給された。
補助液30が、より低い沸点を有するので、補助液30は、送給される液体(FTBD)20より先に蒸発し、コンテナ11の収容部内の補助蒸気圧を上昇させて、送給される液体(FTBD)20を送給することになる。
補助液30は、蒸気圧を上昇させて、下流の潜在的な背圧抵抗に打ち勝つことができ、または下流工程でのより高い圧力作用を可能にする。
補助液30は選択して使用できる。
補助液30は、より低い沸点を有し、かつ送給される液体(FTBD)20と混合するべきでなく、または、好ましくは、送給される液体(FTBD)20の上に浮いて、その液体と共に送給されないように、送給される液体(FTBD)20の比重よりも小さい比重を有する。
補助液30の比重が、送給される液体(FTBD)20の比重よりも大きい場合には、送給管15の第1の端部151は、コンテナ11の収容部の底部からわずかに上方に配置されるべきである。
別の好ましい補助液30の選択肢は、送給される液体(FTBD)20と共に共沸混合物を形成することができる。共沸混合物は、送給される液体(FTBD)20および補助液30の沸点よりも低い沸点を有するので、送給される液体(FTBD)20を送給するためにコンテナ11内の蒸気圧の形成を促進する。
また例えば、送給される液体(FTBD)20がガソリンまたはディーゼル燃料である別の状況では、補助液30としてメタノール、イソプロパノール、ジクロロメタン、またはその組み合わせなどの補助液30を採用することができる。
ジクロロメタンの比重は大きいので、補助液30が液体送給システム10の外に排出されることを防ぐために、送給管15の第1の端部151は、コンテナ11の収容部の底部に触れるべきではない。
次の表1に送給される液体(FTBD)20および補助液30による共沸混合物の形成例を示す。
コンテナ11内の送給される液体(FTBD)20の量に比較すると、加えられた補助液30の量はかなり少なく、送給される液体(FTBD)20の濃度に実質的に影響を及ぼさない。
例えば、液体送給システム10のコンテナ11の収容部の容量が1リットルであり、送給される液体(FTBD)20がメタノール、補助液30がペンタン(C5H12)であるとき、その共沸混合物はコンテナ11内で蒸発して2atmAの圧力を生成するようにする。
共沸混合物の蒸気は、理想的気体反応式(PV=nRT)によって、共沸混合物の沸点温度(すなわち30.9℃)でコンテナ11の収容部を満たすためには約0.08モルとなる。
メタノールは、共沸混合物の14.5%であり、ペンタンは、共沸混合物の85.5%、すなわち0.0684モルであるので、約5グラムのペンタンだけで十分である。
さらに、蒸発したメタノールは、コンテナ11内の全メタノールよりはるかに少ないため、送給される液体(FTBD)20中に混合された含有量に影響を与えない。
コンテナ11の収容部が1リットルであるならば、蒸気圧が、送給される液体(FTBD)20を送給するために2絶対気圧より高い必要があり、蒸発しない補助液30の一部分が、必然的に液体送給システム10の外に排出されることを考慮すると、加えられたペンタンは、約5〜10グラムであるべきである。
送給される液体(FTBD)で満たされた収容部を有する液体送給システム10に関して、ペンタンは、排出される液体の非常に小さい割合でしかない。さらに、形成された共沸混合物は、0.37グラムより少ないメタノールを含むことになる。言い換えれば、最初に加えられたメタノールのほとんどが、液体送給システム10内にもはや残っていないということになる。
液体送給キットは、本明細書の上記に説明されたコンテナ11、送給管15、および補助液30を備える。部品を組み立てた後で、そのキットは、液体を送給するために使用することができる。
ユーザが、この液体送給キットを作動させ始めるとき、送給される液体(FTBD)20がコンテナ11の収容部内に加えられる以前に、同時に、または以後に、補助液30を収容部に加えることができる。補助液30が加熱により少なくとも部分的に蒸発することによりコンテナ11の収容部に補助蒸気圧が形成されて、送給される液体(FTBD)を送給するための駆動圧力の少なくとも一部を供給することができる。
同時に、この実施形態で開示された液体送給キットは、上述の制御素子17、充填開口113、およびカバー115もまた備えることができるが、それらの説明は省略する。
外径60ミリメートル、高さ75ミリメートルのステンレス鋼製のポットを120ミリリットルの水で満たし、ホット・バスとしてシンク内に配置した。そのポットには、圧力計、温度計、および液体送給を計測する1/16インチの毛細管出口を配置した。
その結果、水の温度が46℃のとき、蒸気圧は1.7atmAであった。ポットからの液体の流速は、1分間に約0.33グラムであった。
同様に、水の温度がセ氏70度であったとき、蒸気圧は2.5atmAであり、液体の流速は1分間に約0.79グラムであった。
すべての場合に、微小な量を送給するには、あまり高い温度は必要ではなく、送給効率は、少量の適切な補助液を加えることによって高めることができる。
本発明は、環境から利用可能な熱を使用して追加のポンプを必要とせずに、微小な量の送給される液体(FTBD)を送給することができる。本発明による製品は、携帯可能であり、細く、エネルギー消費が少なく、かつ液体送給の多くの応用に適している。
水素燃料電池が、ラップトップ型コンピュータなどの電気製品に適用されるとき、上述の超小型圧縮機、または送風機は、電気製品内の既存の設備を使用することができる。したがって、少量のメタノール水溶液が、ポンプを追加せずに安定的に送給されることができる。
2.メタノール水溶液消費:0.36グラム/分
3.最初のメタノール消費:0.05グラム/分
4.メタノール水溶液コンテナの最初の温度:47℃
5.メタノール・コンテナの作動温度および作動圧力:62℃、7psig
6.メタノール・コンテナ内の水/メタノール(モル比)=1.2
7.水素の収量:30リットル/時
8.反応区域での生成物配合:表2に示す通り
Claims (12)
- 排出開口および、室温で液体状態である送給される液体用の収容部を有するコンテナと、
前記送給される液体と混合せず、前記収容部内で補助蒸気圧を供給するために蒸発することができる前記収容部内に備える補助液と、
前記送給される液体および前記補助液を加熱することにより、前記収容部内に上昇した蒸気圧を供給する熱源と、
前記収容部に開口する第1の端部、および前記コンテナの外側に開口する第2の端部を有し、前記排出開口で前記コンテナに連結している送給管と、
前記送給管の前記第1の端部と前記第2の端部の間に配置されて、前記第2の端部で前記液体送給を制御する制御素子と、を備える液体送給システムであって、
それによって、前記上昇した蒸気圧が、前記送給される液体を、前記送給管を通って液体送給システムの外に駆動し、
前記送給される液体が、メタノール、水、エタノール、およびその組み合わせからなるグループから選択されるとき、前記補助液は、ペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、およびその組み合わせからなるグループから選択され、
または、前記送給される液体が、ガソリン、またはディーゼル燃料であるとき、前記補助液は、メタノール、イソプロパノール、ジクロロメタンおよびその組合せからなるグループから選択される、
液体送給システム。 - 前記制御素子が、計量バルブである、請求項1に記載の液体送給システム。
- 前記送給管が毛細管であり、前記制御素子が簡易バルブである、請求項1に記載の液体送給システム。
- 前記コンテナが、前記送給される液体および前記補助液を前記収容部に充填する充填開口、および前記充填開口に嵌合するカバーをさらに備え、前記カバーが前記液体送給システムの作動中に前記充填開口を封止する、請求項1に記載の液体送給システム。
- 前記熱源が、熱電対ワイヤ、加熱帯、電動式ヒータ、ホット・バス、高温ガス、化学反応からの高温蒸気、およびその組合せからなるグループから選択される、請求項1に記載の液体送給システム。
- 前記補助液が、前記送給される液体の沸点よりも低い沸点を有する、請求項1に記載の液体送給システム。
- 前記補助液、および前記送給される液体が、共沸混合物を形成することができる、請求項1に記載の液体送給システム。
- 排出開口、および収容部を有するコンテナと、
前記収容部に開口する第1の端部、および前記コンテナの外側に開口する第2の端部を有し、前記排出開口で前記コンテナに連結している送給管と、
送給される液体の沸点よりも低い沸点を有し、前記送給される液体と混合しない補助液と、
前記送給管の前記第1の端部と前記第2の端部の間に配置された制御素子と、
を備える液体送給キットであって、
前記補助液が、前記液体送給キットの作動中に、前記収容部内で補助蒸気圧を供給し、
前記送給される液体が、メタノール、水、エタノール、およびその組み合わせからなるグループから選択されるとき、前記補助液は、ペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、およびその組み合わせからなるグループから選択され、
または、前記送給される液体が、ガソリン、またはディーゼル燃料であるとき、前記補助液は、メタノール、イソプロパノール、ジクロロメタンおよびその組合せからなるグループから選択される、
液体送給キット。 - 前記補助液および前記送給される液体が、共沸混合物を形成することができる、請求項8に記載の液体送給キット。
- 前記制御素子が、計量バルブである、請求項8に記載の液体送給キット。
- 前記送給管が毛細管であり、前記制御素子が簡易バルブである、請求項8に記載の液体送給キット。
- 前記コンテナが、充填開口およびカバーをさらに備え、前記充填開口が、前記送給される液体を前記収容部に導入するためのものであり、前記カバーが、前記充填開口に嵌合する、請求項8に記載の液体送給キット。
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