JP5157333B2 - 気液分離装置、発電装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、気液分離装置、発電装置及び電子機器に関し、特に水蒸気を含むガスから水を分離する気液分離装置及びそれを具備する発電装置及び電子機器に関する。

近年では、携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、腕時計、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、電子手帳等といった小型電子機器がめざまし
い進歩・発展を遂げている。電子機器の電源として用いられる一次電池及び二次電池の代替えのために、高いエネルギー容量を実現できる燃料電池についての研究・開発が盛んに行われている。

燃料電池は、燃料と大気中の酸素とを電気化学的に反応させて化学エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。燃料の化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する電気化学反応が燃料電池に利用されているので、その電気化学反応によって副生成物が生成される。このような副生成物はガス状であり、そのガスには二酸化炭素、未反応の燃料及び酸素等が含まれ、更に燃料電池において生成された水も水蒸気として含まれている。そのガスを放熱フィン、熱回収装置等によって冷却し、ガス中の水を凝縮し、液体状の水を再利用する技術がある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開２００６−２３６５９８号公報 特開２００６−２３６５９９号公報

しかしながら、特許文献１、特許文献２に記載された技術では、放熱フィンや熱回収装置でガスを冷却することによって水を凝縮させていたので、放熱フィンや熱回収装置を設けるために装置が大型である。
また、特許文献１、特許文献２に記載された技術では、放熱フィンや熱回収装置によって凝縮されて得た水を一定の箇所に送って回収するために、重力を利用している。装置を定置させて用いるのであれば装置に対して重力の向きが一定であるが、装置を携帯機器等のような電子機器に応用するとなれば、装置を定置させることはできず、装置に対する重力の向きが変化する。そのため、凝縮により得られた水は装置の向きの変化によって様々な箇所に流れてしまい、一定の箇所に集めることができない。
そこで、本発明は、装置の向きにかかわらず水を回収することができ、小型化することができるようにすることを課題とする。

請求項１に係る発明によれば、内部空間が形成され、その内部空間に通じる導入孔及び排出孔が形成されたケース部と、金属を含む放熱板と、を含む本体と、前記内部空間に収容され、前記内部空間を前記導入孔及び前記排出孔が通じる第１領域と他の第２領域とに区切る電気浸透材と、前記第２領域側において前記電気浸透材に接合した電極と、前記第１領域に収容され、一方の面が前記電気浸透材と接触し、他方の面が前記放熱板と接触した金属多孔質体と、を備えることを特徴とする気液分離装置が提供される。

請求項２に係る発明によれば、前記金属多孔質体と前記放熱板との間に絶縁材が介在しており、前記金属多孔質体が前記電気浸透材側からその反対側に向かって粗くなっていることを特徴とする請求項１に記載の気液分離装置が提供される。

請求項３に係る発明によれば、前記金属多孔質体の気孔率が前記電気浸透材側からその反対側に向かって高くなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の気液分離装置が提供される。

請求項４に係る発明によれば、前記金属多孔質体の気孔径が前記電気浸透材側からその反対側に向かって大きくなっていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の気液分離装置が提供される。

請求項５に係る発明によれば、前記金属多孔質体が前記第１領域に充填されてい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液分離装置が提供される。
請求項６に係る発明によれば、前記本体の放熱板の外面に、複数の突起を有するヒートシンクが設けられていることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の気液分離装置が提供される。

請求項７に係る発明によれば、前記金属多孔質体が前記電気浸透材に接し、前記金属多孔質体が電極として用いられ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液分離装置が提供される。

請求項８に係る発明によれば、前記第１領域側において前記電気浸透材に接合した別の電極と、前記別の電極と前記金属多孔質体との間に挟持された親水性膜と、を更に備え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液分離装置が提供される。

請求項９に係る発明によれば、請求項１から８の何れか一項に記載の気液分離装置と、
水素と酸素の電気化学反応により電力を取り出して水蒸気を含むガスを送出する発電セルと、を備え、前記発電セルから送出された水蒸気を含むガスが前記導入孔から前記第１領域に導入され、そのガスが前記金属多孔質体を通過する際にガス中の水が前記金属多孔質体に捕捉され、捕捉された水が前記第１領域から前記第２領域へ前記電気浸透材を電気浸透することを特徴とする発電装置が提供される。

請求項１０に係る発明によれば、請求項９に記載の発電装置を備える電子機器が提供される。

本発明によれば、第１領域に金属多孔質体が収容されているので、第１領域に導入されたガス中の水が金属多孔質体に捕捉され、その水が電気浸透材を電気浸透することによって第２領域に浸透することで、ガス中の水を分離することができる。本体の内部空間が電気浸透材によって第１領域と第２領域に区切られているので、装置の向きにかかわらず水を第２領域に回収することができる。
また、電気浸透材が本体の中に収容されているので、本体の外等に他の装置を設けずとも水を回収することができ、装置の小型化を図ることができる。
また、金属多孔質体の材質が金属であるがため、第１領域に導入されたガスの熱が金属多孔質体に伝熱しやすく、更にその熱が放熱されやすい。そのため、第１領域に導入されたガスの水が凝縮されやすく、水が金属多孔質体に捕捉されやすい。

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。

図１は、気液分離装置１の縦断面図である。
図１に示すように、この気液分離装置１は、本体ケース２と、本体ケース２の内側に収容された金属多孔質体４、電気浸透材６及び電極膜７とを有する。

本体ケース２は直方体箱状に成しており、本体ケース２の内側には空間２１が形成されている。内部空間２１は、本体ケース２の長手方向に沿って長尺な略直方体状の空間である。

本体ケース２の長手方向一端側の端面には、ニップル２２が突出した状態に設けられ、導入孔２３がニップル２２の突端から内部空間２１までニップル２２の中心線に沿って貫通している。本体ケース２の長手方向他端側の端面には、ニップル２４及びニップル２６が突出した状態に設けられ、排出孔２５がニップル２４の突端から内部空間２１までニップル２４の中心線に沿って貫通し、排水孔２７がニップル２６の突端から内部空間２１までニップル２６の中心線に沿って貫通している。排出孔２５は導入孔２３の対向位置に形成され、排水孔２７は導入孔２３の対向位置からずれている。

本体ケース２は放熱板２８とケース部２９とを有する。そして、ケース部２９の開口が放熱板２８によって蓋をされて、放熱板２８とケース部２９が接合されることによって、本体ケース２が構成されている。本体ケース２の外面に、特に、放熱板２８の外面に、ヒートシンク３５が設けられている。ヒートシンク３５は複数の突起を有するものであり、これら突起によって本体ケース２の外面の表面積が大きくなり、本体ケース２の放熱性が高まっている。

放熱板２８及びヒートシンク３５の材質が金属である。ケース部２９の材質は、金属であってもよいし、樹脂であってもよい。本体ケース２全体の材質が金属であってもよい。

電気浸透材６は薄板状又はシート状に形成されており、電気浸透材６の一方の面６２には電極膜７が接合されている。電気浸透材６には誘電体の多孔質材、繊維材又は粒子充填材が用いられ、一例としてシリカ繊維材料又は多孔質セラミックが用いられる。電極膜７は金属、特に貴金属からなり、更に具体的には白金からなる。電極膜７はスパッタ法、蒸着法その他の気相成長法により成膜されたものである。電極膜７が気相成長法により成膜されたものであるから、電極膜７に多数の微小孔が形成されており、電極膜７を液体が浸透する。なお、電極膜７が網目状に形成されたものでもよく、その網目を通じて液体が浸透する。

電気浸透材６が内部空間２１の長手方向と平行となるように内部空間２１に収容され、内部空間２１が電気浸透材６によって２つの領域３１，３２に区切られている。電気浸透材６の他方の面６１は電気浸透材６によって仕切られた２つの領域３１，３２のうち第１領域３１側になり、電気浸透材６の一方の面６２の電極膜７は、他方の第２領域３２側になっている。そして、導入孔２３及び排出孔２５が第１領域３１に通じ、排水孔２７が第２領域３２に通じている。

電極膜７が接合された一方の面６２とは反対側の他方の面６１には、金属多孔質体４が積み重ねられている。この金属多孔質体４は電気浸透材６に接触した状態で第１領域３１に収容されている。金属多孔質体４がその第１領域３１に充填されているのが更に好ましい。金属多孔質体４は、第１領域３１に収容された状態で、本体ケース２、特に放熱板２８の内面に接している。

金属多孔質体４の材質は金属であり、具体的にはステンレス鋼、銅、ニッケル、アルミニウム、チタン等であり、耐腐食性からステンレス鋼を用いるのが好ましい。金属多孔質体４は、焼結により多孔質状に形成された燒結金属であってもよいし、発泡により多孔質状に形成された発泡金属であってもよい。

図２は、図１に示された一点鎖線の領域を拡大して示した図である。図２に示すように、この金属多孔質体４は電気浸透材６側で緻密になっており、反対側で粗くなっている。そのため、金属多孔質体４の気孔率は電気浸透材６側から反対側に向かって高く、金属多孔質体４の気孔径は電気浸透材６側から反対側に向かって大きい。金属多孔質体４の気孔率・気孔径の傾斜は段階的であってもよいし、連続的であってもよい。電気浸透材６の面６１に金属多孔質材の複数の層が気孔率の低い順に且つ気孔径の大きい順に積層され、その積層体が金属多孔質体４となってもよい。

金属多孔質体４の気孔率・気孔径の範囲を具体的に挙げると、電気浸透材６側における気孔率が２０〜４０％であり、電気浸透材６側における気孔径が１〜５０μｍであり、反対側における気孔率が６０〜９０％であり、反対側における気孔径が２００μｍ以上である。なお、この数値範囲は、金属多孔質体４を通過するガスの圧損を１０ｋＰａに未満になるようにしたものである。

図１に示すように、金属多孔質体４の材質が金属であるので、金属多孔質体４が導電性及び伝熱性を有し、金属多孔質体４の電導率及び熱伝導率が高い。金属多孔質体４が導電性を有するので、金属多孔質体４が電極としても機能する。そのため、電気浸透材６が２つの電極（電極膜７及び金属多孔質体４）の間に挟持された状態となっている。

金属多孔質体４が多孔質状であるので、金属多孔質体４の内部には微小空間が多数形成されている。そのため、金属多孔質体４の内部において蒸気が凝集し、液体の粒子が大きくなる。そのため、金属多孔質体４は気体を透過させるとともに液体を捕捉して、金属多孔質体４の毛細管現象により液体が金属多孔質体４に吸収され得る。

本体ケース２が導電性を有する場合、本体ケース２と金属多孔質体４を絶縁し、本体ケース２と電極膜７を絶縁する。例えば、金属多孔質体４と本体ケース２の接触部分に絶縁材が介在することによって、具体的には、放熱板２８の内面やケース部２９の内面に絶縁膜が成膜されることによって、金属多孔質体４と本体ケース２が絶縁される。同様に、電極膜７と本体ケース２の接触膜に絶縁材が介在することによって、電極膜７と本体ケース２が絶縁される。なお、絶縁材としてパラキシリレン系樹脂（例えば、日本パリレン株式会社製の「パリレンＮ」）を用い、絶縁膜の場合には蒸着によりその絶縁膜を成膜する。本体ケース２の内面に絶縁膜が成膜されていると、本体ケース２の腐食を抑えることができる。

次に、気液分離装置１の動作について説明する。
金属多孔質体４と電極膜７との間に電圧を印加する。ここで、金属多孔質体４が電極膜７よりも高電位になるような電圧を印加する。なお、制御回路が金属多孔質体４と電極膜７との間の電圧を調整したり、金属多孔質体４と電極膜７に電圧を印加する時間のデューティを例えばＰＷＭ制御により調整したりしても良い。

水蒸気を含有したガスが導入孔２３を通って第１領域３１内に送られると、そのガスは金属多孔質体４を通過して排出孔２５から排出される。また、金属多孔質体４を通過しているガスに含まれる水蒸気は金属多孔質体４によって毛管凝縮されて金属多孔質体４に捕捉され、金属多孔質体４に捕捉された水が液体の状態で金属多孔質体４に吸収される。ガスが金属多孔質体４を通過する際に、放熱板２８及びヒートシンク３５における放熱によりガスが冷却され、金属多孔質体４の熱伝導率が高いので、ガスの熱が放熱されやすい。そのため、ガス中の水蒸気が凝縮されやすく、水が金属多孔質体４に捕捉されやすい。

金属多孔質体４に捕捉された水が金属多孔質体４の内部を電気浸透材６へと浸透していき、水が電気浸透材６に接触する。金属多孔質体４の気孔径が電気浸透材６側に向かって小さく、金属多孔質体４の気孔率が電気浸透材６側に向かって低いので、金属多孔質体４に捕捉された水が電気浸透材６に向かって浸透しやすくなっている。

金属多孔質体４と電極膜７との間に電解が生じているので、電気浸透流現象が生じる。例えば、電気浸透材６が多孔質シリカである場合、誘電体に「−Ｓｉ−ＯＨ」（シラノール基）が生成され、シラノール基が「Ｓｉ−Ｏ⁻」となり、シリカ表面は負に帯電する。一方、界面近傍には、液体中の正イオン（カウンターイオン）が集まり、正電荷が過剰となる。そして、金属多孔質体４を陽極とし、電極膜７を陰極として電圧を加えると、過剰な正電荷が陰極方向に移動し、粘性により水全体が陰極方向に浸透する。そのため、電気浸透材６内の水が金属多孔質体４側から電極膜７側へ浸透し、この電極膜７から第２領域３２へ滲み出る。なお、水を金属多孔質体４から電極膜７へと電気浸透させるための電圧の向きは電気浸透材６の種類によって異なるので、電気浸透材６の種類によっては電極膜７の電位よりも金属多孔質体４の電位を高くすることもある。

以上のように水蒸気を含有したガスが第１領域３１を導入孔２３から排出孔２５へ流れている時に、そのガス中の水の一部が分離されて第２領域３２へと浸透し、分離された水が排水孔２７から排水される。本体ケース２に排水孔２７を形成せずに又は排水孔２７に開閉バルブを設け、第２領域３２に水を貯留するものとしても良い。この場合、第２領域３２の容積を大きくすると良い。

以上のように、本体ケース２の内部空間が電気浸透材６によって第１領域３１と第２領域３２に区切られているので、水が第２領域３２から第１領域３１へ逆流せず、気液分離装置１の向きにかかわらず水を第２領域３２に回収することができる。特に、金属多孔質体４が第１領域３２に充填されているので、気液分離装置１の向きにかかわらず、金属多孔質体４によって水が確実に捕捉され、捕捉された水が電気浸透材６に接触する。

また、電気浸透材６が本体ケース２の中に収容され、本体ケース２の外等に他の装置を設けずとも水を回収することができ、気液分離装置１の小型化を図ることができる。特に、電気浸透材６が薄板状又はシート状であり、電気浸透材６表面の電極膜７が膜状であるから、本体ケース２の小型化が可能であり、気液分離装置１を小型化することができる。

また、金属多孔質体４が第１領域３１に収容されているので、水蒸気が金属多孔質体４にトラップされ、電気浸透材６に水が接触しやすく、この気液分離装置１によってガス中から水を効率よく分離することができる。特に、金属多孔質体４が第１領域３２に充填されているので、第１領域３１に導入されたガスの殆ど全てが金属多孔質体４を通過するので、水の捕捉の効率が高い。

その上、本体ケース２の外面にヒートシンク３５が設けられているので、本体ケース２の放熱効果が高い。更に、金属多孔質体４の材質が金属であるがため、その熱伝導率が高く、金属多孔質体４の熱も本体ケース２を介して放熱されやすい。そのため金属多孔質体４における水の凝縮の効率も良い。なお、このヒートシンク３５は、凹凸ではなく、本体ケース２の外面に設けられた冷却フィンであってもよい。

また、金属多孔質体４の気孔率・気孔径が傾斜し、金属多孔質体４は電気浸透材６側で緻密になっており、反対側で粗くなっているため、金属多孔質体４の内部に捕捉された水が毛管作用により電気浸透材６側へと浸透しやすくなる。そのため、捕捉された水の多くが、電気浸透材６に接触して、第２領域３２へと電気浸透される。

更に、金属多孔質体４の材質が金属であるがために、金属多孔質体４が電極として機能し、電気浸透材６の一方の面６１に電極を別途設けなくとも済む。それゆえ、気液分離装置１の製造工程・製造コストの削減を図ることができる。

また、金属多孔質体４と電極膜７との間の電圧を調整したり、金属多孔質体４と電極膜７に電圧を印加している時間のデューティを調整したりすることによって、水の浸透速度を変更することができる。つまり、第１領域３１から第２領域３２へ回収される水の単位時間当たりの量を変更することができる。

＜変形例＞
図３は、変形例の気液分離装置１Ａの縦断面図である。図３に示すように、金属多孔質体４と電気浸透材６との間に親水性膜８及び電極膜５が挟まれた状態に設けられている。電極膜５は、電気浸透材６に接合されている。その電極膜５に金属多孔質体４が接合されている。電極膜５が気相成長法により成膜されたものであるから、電極膜５に多数の微小孔が形成されており、電極膜５を液体が浸透する。なお、電極膜５が網目状に形成されたものでもよく、その網目を通じて液体が浸透する。

電極膜５と金属多孔質体４との間に親水性膜８が挟持され、この親水性膜８が金属多孔質体４に接触している。親水性膜８は、親水性の高い素材で製造された膜、膜表面の親水性を高めるように改質した膜、又は、界面活性剤でコーテイングした膜である。親水性膜８は多孔質状の膜であり、親水性膜８を液体が浸透する。特に、親水性膜８の気孔率は、金属多孔質体４の最も緻密な部分（電気浸透材６側の部分）の気孔率よりも小さい。更に、親水性膜８は、耐熱性を有する。親水性膜８として、ポリエーテルサルフォン膜（例えば、日本ポール株式会社製の「Ｓｕｐｏｒ（登録商標）」）を用いる。

親水性膜８が絶縁性であるので、金属多孔質体４が電極として機能しない。そのため、電極膜５と電極膜７との間に電圧が印加されると、液体状の水が電気浸透現象により第１領域３１から第２領域３２へと浸透する。

金属多孔質体４と電極膜５との間に親水性膜８が挟まれているので、金属多孔質体４に捕捉された水が電極膜５と親水性膜８との界面部分で保持されやすい。それゆえ、電気浸透流現象により水が浸透しやすい。

また、親水性膜８が緩衝材として機能し、衝撃荷重が金属多孔質体４や電気浸透材６に作用した場合でも、その衝撃荷重が親水性膜８で緩衝されて減衰する。

この気液分離装置１Ａは、親水性膜８、電極膜５が設けられたことを除いて、図１に示された気液分離装置１と同じであるので、気液分離装置１Ａと気液分離装置１との間で互いに対応する部分には同一の符号を付して、気液分離装置１Ａについての詳細な説明を省略する。

＜応用例＞
図４は、気液分離装置１を用いた発電装置３０１を示したブロック図である。なお、図１に示された気液分離装置１の代わりに変形例の気液分離装置１Ａを用いても良い。

図４に示すように、発電装置３０１は、気液分離装置１の他に、２つの燃料カートリッジ３０２、マイクロリアクタ３０３、発電セル３０９、加湿器３１０、バルブ３１１〜３１７、ポンプ３１８〜３１９、流量センサ３２０〜３２３、エアフィルタ３２４及びコネクタ３２５〜３２６を備える。この発電装置３０１は電子機器本体に搭載されており、発電装置３０１によって生じた電力が電子機器本体に用いられ、これにより電子機器本体が動作する。

燃料カートリッジ３０２の内側には、追従体３４０が設けられ、燃料カートリッジ３０２の内側の空間が追従体３４０によって２つの室３４１〜３４２に区分けされ、一方の室３４１（以下、燃料貯留室３４１という。）に液体燃料（例えば、メタノール）が貯留されている。燃料カートリッジ３０２の供給口にコネクタ３２５又はコネクタ３２７が接続されると、燃料カートリッジ３０２内の液体燃料が液体ポンプ３１９に吸引されるようになる。燃料貯留室３４１内の液体燃料の消費に伴って追従体３４０が供給口側に移動し、これにより燃料貯留室３４１の容積が減少し、室３４２（以下、廃液室３４２という。）の容積が増加する。また、燃料カートリッジ３０２にはダクト３４３が設けられ、ダクト３４３の一端が廃液室３４２に通じている。更に、燃料カートリッジ３０２には、廃液室３４２に通じる排気孔が形成され、その排気孔が気液分離膜３４４によって閉塞されている。燃料カートリッジ３０２は電子機器本体に対して着脱可能とされ、燃料カートリッジ３０２が電子機器本体に装着されると、コネクタ３２５又はコネクタ３２７が燃料カートリッジ３０２の供給口に接続され、コネクタ３２６又はコネクタ３２８がダクト３４３に接続される。

コネクタ３２５及びコネクタ３２７は流路を介して液体ポンプ３１９に接続されている。液体ポンプ３１９は、燃料カートリッジ３０２から液体燃料をマイクロリアクタ３０３の気化器３０４へ送液するものである。気化器３０４と液体ポンプ３１９との間にはオンオフバルブ３１３が設けられ、液体ポンプ３１９から気化器３０４への液体燃料の流れの遮断及び許容がオンオフバルブ３１３の開閉によって行われる。液体ポンプ３１９から気化器３０４への液体燃料の流量が流量センサ３２１によって検出されて電気信号に変換される。

エアポンプ３１８は外部から空気を吸引して、マイクロリアクタ３０３のＣＯ除去器３０６及び燃焼器３０８並びに加湿器３１０に空気を送るものである。加湿器３１０はエアポンプ３１８から送られた空気を加湿するものである。

外部の空気はエアポンプ３１８に吸引される前にエアフィルタ３２４を通過し、空気中の塵埃がエアフィルタ３２４によって捕捉される。エアポンプ３１８とＣＯ除去器３０６との間には制御バルブ３１６が設けられ、ＣＯ除去器３０６に送られる空気の流量が制御バルブ３１６によって制御され、その流量が流量センサ３２３によって検出されて電気信号に変換される。エアポンプ３１８と燃焼器３０８との間には制御バルブ３１５が設けられ、燃焼器３０８に送られる空気の流量が制御バルブ３１５によって制御され、その流量が流量センサ３２２によって検出されて電気信号に変換される。エアポンプ３１８と加湿器３１０との間にはオンオフバルブ３１１が設けられ、燃焼器３０８に送られる空気の流れの遮断及び許容がオンオフバルブ３１１の開閉によって行われる。

マイクロリアクタ３０３は気化器３０４、ＣＯ除去器３０６、燃焼器３０８の他に、改質器３０５及び薄膜ヒータ３０７を有する。

気化器３０４には、燃料カートリッジ３０２から液体燃料が送られ、更に、気液分離装置１によって分離された水（第２領域３２に浸透した水）が送られ、液体燃料と水が気化器３０４において混合される。気化器３０４は、液体燃料と水を気化させるものである。気化器３０４において気化に要するエネルギーには、薄膜ヒータ３０７による電熱や燃焼器３０８による燃焼熱が用いられる。

気化器３０４で気化した燃料と水の混合気は改質器３０５に送られる。改質器３０５においては燃料と水が触媒により改質反応を起こし、水素ガスが生成されるとともに僅かながら一酸化炭素ガスも生成される（燃料がメタノールの場合には、下記化学式（１）、（２）を参照）。改質器３０５において改質反応に要するエネルギーには、薄膜ヒータ３０７による電熱や燃焼器３０８による燃焼熱が用いられる。
ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→３Ｈ₂＋ＣＯ₂ ・・・（１）
Ｈ₂＋ＣＯ₂→Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ ・・・（２）

改質器３０５で生成された水素ガス等はＣＯ除去器３０６に送られ、更に外部の空気がＣＯ除去器３０６に送られる。ＣＯ除去器３０６においては、一酸化炭素ガスが一酸化炭素除去触媒により優先的に酸化する選択酸化反応が起こり、一酸化炭素ガスが除去される（下記化学式（３）を参照）。
２ＣＯ＋Ｏ₂→２ＣＯ₂ ・・・（３）

ＣＯ除去器３０６を経た水素ガス等は発電セル３０９の燃料極（アノード）に供給される。発電セル３０９は、燃料極と、酸素極と、燃料極と酸素極の間に挟持された電解質膜とを備える。発電セル３０９の酸素極には、加湿器３１０によって加湿された空気が供給される。この発電セル３０９は、燃料極に供給された水素ガスと、酸素極に供給された酸素ガスとを電気化学的に反応させて、電気エネルギーを生成するものである。発電セルの電解質が固体高分子電解質膜である場合、燃料極においては、水素ガスが、電気化学反応式（４）に示すように、燃料極の触媒微粒子の作用を受けて水素イオンと電子とに分離する。酸素極においては、電気化学反応式（５）に示すように、酸素極に移動した電子と、空気中の酸素ガスと、固体高分子電解質膜を通過した水素イオンとが反応して水が生成される。このような発電セルの電気化学反応により生じた電力が電子機器本体に供給されて、電子機器本体が動作する。
Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-・・・（４）
２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ・・・（５）

発電セル３０９の燃料極で未反応の水素を含むオフガスは燃焼器３０８に送られ、発電セル３０９の酸素極で生成された水（水蒸気）を含むガスは加湿器３１０に送られて空気の加湿に用いられる。加湿器３１０は中空糸膜等を有し、発電セル３０９の酸素極において生成された水等を含むガスが中空糸膜の内部を通過し、エアポンプ３１８から送られた空気が中空糸膜の周囲を通過し、中空糸膜の内部を通過したガスの湿気によって中空糸膜の周囲の空気が加湿され、その加湿された空気が発電セル３０９の空気極（カソード）に送られる。中空糸膜の内部を通過したガスは気液分離装置１の導入孔２３に送られる。

燃焼器３０８に送られたオフガス（水素ガスを含む）は、エアポンプ３１８によって燃焼器３０８に送られた空気と混合する。燃焼器３０８においては、水素ガスが燃焼器３０８の触媒により酸化して、燃焼熱が生じるとともに水（水蒸気）が生成される。燃焼器３０８で生成された水等を含むガスは、気液分離装置１の導入孔２３に送られる。上述したように、燃焼器３０８の燃焼熱は改質器３０５や気化器３０４に伝導して、気化器３０４における気化熱や改質器３０５における反応熱として用いられる。

発電セル３０９の酸素極や燃焼器３０８で生成された水（水蒸気）を含有したガスが気液分離装置１の導入孔２３に導入されると、水（液体）が排水孔２７から排出され、除湿されたガスが排出孔２５から排出される。これにより、気液分離装置１において気液分離が行われる。排水孔２７から排出された水は、気化器３０４に送られて液体燃料と混合され、気化される。その水の流量は流量センサ３２０によって検出されて電気信号に変換される。

気液分離装置１の排出孔２５から排出されたガスは三方弁３１７を介してコネクタ３２６又はコネクタ３２８に送られる。三方弁３１７は気液分離装置１の排出孔２５から排出されたガスの送り先を切り換えるものであり、その送り先がコネクタ３２６だけの場合と、コネクタ３２８だけの場合と、コネクタ３２６とコネクタ３２８の両方の場合と成り得る。

気液分離装置１の排出孔２５からコネクタ３２６やコネクタ３２８に送られたガスは、ダクト３４３を通って廃液室３４２に送られる。ガスがダクト３４３を通過している時にそのガスが放熱により冷却され、ガス中の水が凝縮する。そのため、廃液室３４２には液体状の水が貯留される。また、廃液室３４２に送られたガスは、気液分離膜３４４を透過して外部に放出される。気液分離膜３４４は液体を遮断するため、廃液室３４２に貯留した水（液体）が気液分離膜３４４を通過しない。

この発電装置３０１においては、燃料電池型の発電セル３０９と気液分離装置１が別体で設けられているため、発電セル３０９の酸素極で生成された水は酸素極では凝縮せず、気液分離装置１において凝縮する。酸素極で水が凝縮しないので、酸素極が水で被膜されず、酸素極で酸素の反応が起こりやすい。

なお、発電セル３０９が水素によって発電を行う燃料電池であったが、発電セル３０９がメタノールによって発電を行う燃料電池でも良い。この場合、改質器３０５、ＣＯ除去器３０６を設ける必要はない。場合によっては、気化器３０４も設けなくともよい。

また、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。そして、本発明の範囲は、請求の範囲に基づいて定められるものである。

図１は、本発明の実施形態における気液分離装置の縦断面を示した断面図である。 図２は、図１に示された一点鎖線の領域を拡大した拡大図である。 図３は、変形例の気液分離装置の縦断面を示した断面図である。 図４は、気液分離装置を具備する発電装置を示した図面である。

符号の説明

１、１Ａ 気液分離装置
２ 本体ケース
４ 金属多孔質体
５ 電極膜
６ 電気浸透材
７ 電極膜
８ 親水性膜
２１ 内部空間
２３ 導入孔
２５ 排出孔
３１ 第１領域
３２ 第２領域
３０１ 発電装置

Claims (10)

1. 内部空間が形成され、その内部空間に通じる導入孔及び排出孔が形成されたケース部と、金属を含む放熱板と、を含む本体と、
   前記内部空間に収容され、前記内部空間を前記導入孔及び前記排出孔が通じる第１領域と他の第２領域とに区切る電気浸透材と、
   前記第２領域側において前記電気浸透材に接合した電極と、
   前記第１領域に収容され、一方の面が前記電気浸透材と接触し、他方の面が前記放熱板と接触した金属多孔質体と、
   を備えることを特徴とする気液分離装置。
2. 前記金属多孔質体と前記放熱板との間に絶縁材が介在しており、
   前記金属多孔質体が前記電気浸透材側からその反対側に向かって粗くなっていることを特徴とする請求項１に記載の気液分離装置。
3. 前記金属多孔質体の気孔率が前記電気浸透材側からその反対側に向かって高くなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の気液分離装置。
4. 前記金属多孔質体の気孔径が前記電気浸透材側からその反対側に向かって大きくなっていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の気液分離装置。
5. 前記金属多孔質体が前記第１領域に充填されてい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液分離装置。
6. 前記本体の放熱板の外面に、複数の突起を有するヒートシンクが設けられていることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の気液分離装置。
7. 前記金属多孔質体が前記電気浸透材に接し、
   前記金属多孔質体が電極として用いられ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液分離装置。
8. 前記第１領域側において前記電気浸透材に接合した別の電極と、
   前記別の電極と前記金属多孔質体との間に挟持された親水性膜と、
   を更に備え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液分離装置。
9. 請求項１から８の何れか一項に記載の気液分離装置と、
   水素と酸素の電気化学反応により電力を取り出して水蒸気を含むガスを送出する発電セルと、
   を備え、
   前記発電セルから送出された水蒸気を含むガスが前記導入孔から前記第１領域に導入され、そのガスが前記金属多孔質体を通過する際にガス中の水が前記金属多孔質体に捕捉され、捕捉された水が前記第１領域から前記第２領域へ前記電気浸透材を電気浸透することを特徴とする発電装置。
10. 請求項９に記載の発電装置を備える電子機器。

Images