JP5266834B2

JP5266834B2 - 気化装置及び発電装置

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Publication number: JP5266834B2
Application number: JP2008083907A
Authority: JP
Inventors: 章仁神田
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2028-03-27
Also published as: JP2009238617A

Description

本発明は、液体を加熱して気化させる気化装置、また、それを備える発電装置に関する。

近年、ノート型ＰＣや携帯電話等の携帯機器に搭載が期待される発電装置が開発されている。発電装置には、例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテルと水とが混合された燃料を貯留する燃料タンクと、燃料を化学反応させて改質ガス（水素ガス）を生成する反応装置と、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等が設けられている。反応装置には、燃料と水とを加熱して気化させる気化装置が設けられている。
このような気化装置として、従来では、芯状の多孔質体を加熱手段によって熱することで、長手方向に向かって気液の相変化を行うように構成されており、安定的に液体燃料を気化させる手段として、気化器を２台以上直列に接続された液体気化供給装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３４６３７２号公報

ところで、２種類の液体燃料を気化器を使用して気化させて、その混合ガスを得る場合、２液の燃料を独立に蒸発させた後、発生した蒸気を混合し、下流へ供給すると良い。しかしながら、液体種に応じた沸点があるために、燃料電池システムに気化器を複数台構成し、気化に適した温度設定を各気化器で行うためには、個別に温調システムが必要となり、システムが複雑になることが問題となっていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、多孔質体の液体導入部における気泡の発生を抑制し、動作時における脈動を防止して簡便に安定して気化させることができ、その結果、発電性能を安定化させることができる気化装置及び発電装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、上流側に液体が導入される導入部をそれぞれ有する複数の多孔質体と、
前記複数の多孔質体の前記導入部から下流側へ浸透した液体を加熱するため、前記複数の多孔質体の前記下流側の外周を覆うように設けられた複数の熱源と、
前記複数の多孔質体の温度を測定する一つの温度測定手段と、
前記一つの温度測定手段による測定温度に基づいて所定温度となるように前記複数の熱源を制御する一つの温度調整手段と、
を備え、
加熱して所定温度以上となったときに第１の多孔質体の前記導入部に第１の液体が供給され、目標流量で安定した時点で第２の多孔質体の前記導入部に沸点の低い第２の液体が供給され、前記第１の液体及び前記第２の液体が加熱されて気化して混合ガスが生成され、
前記複数の多孔質体のうち、前記第２の液体が供給される前記多孔質体の前記導入部における圧力損失が、前記第１の液体が供給される前記多孔質体の前記導入部における圧力損失に比べて大きいことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の気化装置において、
前記複数の多孔質体のうち、前記第２の液体が供給される前記多孔質体の長さが、前記第１の液体が供給される前記多孔質体の長さに比べて長いことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１に記載の気化装置において、
前記複数の多孔質体のうち、前記第２の液体が供給される前記多孔質体の平均気孔径が、前記第１の液体が供給される前記多孔質体の平均気孔径に比べて小さいことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１に記載の気化装置において、
前記複数の多孔質体のうち、前記第２の液体が供給される前記多孔質体の前記導入部と前記熱源との間の距離が、前記第１の液体が供給される前記多孔質体の前記導入部と前記熱源との間の距離に比べて長いことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれか一項に記載の気化装置において、
前記第１の液体が水であり、前記第２の液体がアルコールであることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項２〜４のいずれか一項に記載の気化装置において、
前記液体がアルコールと水の混合液であることを特徴とする。
請求項７の発明は、発電装置において、
請求項１〜６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。

本発明によれば、多孔質体の導入部における気泡の発生を抑制し、動作時における脈動を防止して簡便に安定して気化させることができ、その結果、発電セルの発電性能を安定化させることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［第一の実施の形態］
図１は、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、発電用の水を貯留する水タンク１と、発電用の液体燃料を貯留する燃料タンク２と、水タンク１及び燃料タンク２から供給された水及び液体燃料を気化する気化装置３と、水タンク１から気化装置３に水を供給する水用ポンプＰ１と、燃料タンク２から気化装置３に液体燃料を供給する燃料用ポンプＰ２と、気化装置３で気化された水及び液体燃料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、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、メタノール等の化学燃料を用いるものとする。なお、化学燃料と水との混合物としては、例えばメタノールと水とが均一に混合した混合物が化学反応材料として用いられる。

水タンク１には、送出用の水用ポンプＰ１が連結されるとともに、その下流側には水用ポンプＰ１から送り出される水の流量を検出する第一の流量計Ｆ１及び第一のバルブＶ１が設けられている。燃料タンク２には、送出用の燃料用ポンプＰ２が連結されるとともに、その下流側には燃料用ポンプＰ２から送り出される液体燃料の流量を検出する第二の流量計Ｆ２及び第二のバルブＶ２が設けられている。第一及び第二の流量計Ｆ１，Ｆ２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。

図２は、気化装置３の概略構成を示す断面図である。
気化装置３は、予め加熱しておき、所定温度以上となったときに液体の水が供給され、水の脈動が収縮して目標流量となり、その目標流量で安定した時点でメタノール等の液体燃料を供給し、このようにして供給した水及びメタノール等の液体燃料を加熱して気化し、混合ガスを生成するものである。気化装置３は、断熱ケース３６内に収容された水用吸液部３１１、燃料用吸液部３１２、水用収縮性チューブ３２１、燃料用収縮性チューブ３２２、排出部３３、水用弾性チューブ３４１、燃料用弾性チューブ３４２、加熱部（熱源）３５１，３５２、温度センサ（温度測定手段）３７等を備えている。

水用吸液部３１１は、水用ポンプＰ１から水用弾性チューブ３４１を介して水が供給され、排出部３３において加熱部３５１の熱により水用吸液部３１１内の水を加熱し、気化した水蒸気を排出部３３の排出流路３３４から排出する。
また、燃料用吸液部３１２は、燃料用ポンプＰ２から燃料用弾性チューブ３４２を介して液体燃料が供給され、排出部３３において加熱部３５２の熱により燃料用吸液部３１２内の液体燃料を加熱し、気化した液体燃料を排出部３３の排出流路３３５から排出する。
そして、水用吸液部３１１の排出流路３３４から排出された水蒸気と、燃料用吸液部３１２の排出流路３３５から排出された気化した液体燃料を、排出流路３３６で混合した後、反応装置４（図１参照）に供給する。反応装置４では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。

水用吸液部３１１は、棒状、具体的には例えば円柱状に形成された多孔質体からなる芯材であり、後述の排出部３３の嵌入部３３１に挿入されている。水用吸液部３１１は、図１に示す水用ポンプＰ１から水用弾性チューブ３４１を介して供給される液体状の水を吸収し、排出部３３の排出流路３３４側へ浸透させるものである。多孔質体としては、例えば、アクリル系繊維等の無機繊維又は有機繊維を結合材（例えばエポキシ樹脂）で固めたものや、無機粉末を焼結したもの、無機粉末を結合材で固めたもの、グラファイトとグラッシーカーボンの混合体、無機繊維又は有機繊維からなる多数本の糸材を束ねて結合材で固めたものなどを適用することができる。また、上記の材料を複数種類混合したものを多孔質体として用いることも可能である。

水用収縮性チューブ３２１は、その内部に水用吸液部３１１が嵌入されていて、水用収縮性チューブ３２１の内周面と水用吸液部３１１の外周面とが密着している。水用収縮性チューブ３２１の長さは、水用吸液部３１１の長さよりも短く、水用吸液部３１１の下流側端部（加熱先端側の端部）が水用収縮性チューブ３２１の下流側端部から突き出た位置に配置されている。水用収縮性チューブ３２１は、加熱前に熱収縮性を有する材料（例えばポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデン等）により形成されている。加熱前に予め水用収縮性チューブ３２１内に水用吸液部３１１を挿入してから加熱することで、水用収縮性チューブ３２１を収縮させ、水用収縮性チューブ３２１と水用吸液部３１１とを隙間なく密着させている。なお、上記において、水用吸液部３１１は円柱状としたが、これに限らず、例えば四角柱、六角柱等の角柱状であってもよい。

燃料用吸液部３１２は、水用吸液部３１１と同様に、多孔質体からなる芯材であり、後述の排出部３３の嵌入部３３２に挿入されている。燃料用吸液部３１２は、図１に示す燃料用ポンプＰ２から燃料用弾性チューブ３４２を介して供給される液体状の水を吸収し、排出部３３の排出流路３３５側へ浸透させるものである。多孔質体としては、上述した水用吸液部３１１と同様の材料を使用することができる。
また、この燃料用吸液部３１２の軸方向における長さＭは、水用吸液部３１１の軸方向における長さｍよりも長くなっている。このように燃料用吸液部３１２の長さＭを水用吸液部３１１の長さｍよりも長くすることによって、燃料用吸液部３１２の導入部（上流側端部）３１２aにおける圧力損失が水用吸液部３１１の導入部（上流側端部）３１１aにおける圧力損失よりも大きくなる。

燃料用収縮性チューブ３２２も、水用収縮性チューブ３２１と同様に、その内部に燃料用吸液部３１２が嵌入されていて、燃料用収縮性チューブ３２２の内周面と燃料用吸液部３１２の外周面とが密着している。燃料用収縮性チューブ３２２の長さは、燃料用吸液部３１２の長さよりも短く、燃料用吸液部３１２の下流側端部（加熱先端側の端部）が燃料用収縮性チューブ３２２の下流側端部から突き出た位置に配置されている。燃料用収縮性チューブ３２２としては、上述した水用収縮性チューブ３２１と同様の材料を使用することができる。
また、この燃料用収縮性チューブ３２２も、軸方向における長さが水用収縮性チューブ３２１よりも長くなっている。

排出部３３は、水用吸液部３１１及び燃料用吸液部３１２の下流側端部側に設けられ、後述する発熱体３５３，３５４の熱を各吸液部３１１，３１２に伝導する。この排出部３３は、例えば金属により形成されていて、水用吸液部３１１及び燃料用吸液部３１２の各収縮性チューブ３２１，３２２により覆われていない部分を覆うように、それぞれ吸液部３１１，３１２が嵌入されている。
この排出部３３には、水用吸液部３１１及び燃料用吸液部３１２が嵌入される二つの嵌入部３３１，３３２と、これら嵌入部３３１，３３２間に設けられて下流側端部から突出した一つのフランジ部３３３とが一体的に形成されている。
フランジ部３３３には、水用吸液部３１１の下流側へ浸透した液体の水が加熱部３５１によって加熱されて気化した水蒸気が排出される排出流路３３４と、燃料用吸液部３１２の下流側へ浸透した液体燃料が加熱部３５２によって加熱されて気化した燃料ガスが排出される排出流路３３５と、これら二つの排出流路３３４，３３５に連通して水蒸気と燃料ガスとが流通することによって混合する混合流路３３６とが形成されている。混合流路３３６は、断熱ケース３６の外部に連通し、混合流路３３６を介して混合ガスが排出される。
嵌入部３３１，３３２はそれぞれの吸液部３１１，３１２が嵌入されるよう筒状に形成されていている。排出流路３３４，３３５は、各嵌入部３３１，３３２の下流側略中央に配置されており、嵌入部３３１,３３２の内径よりも小さい直径となっている。
また、フランジ部３３３には、一つの温度センサ３７が挿入される挿入穴３３７が径方向に沿って形成されている。
なお、上記において、排出部３３は金属により形成されるとしたが、排出部３３は嵌入された水用吸液部３１１及び燃料用吸液部３１２に加熱部３５１，３５２による熱を供給するとともに、挿入穴３３７に挿入される温度センサ３７に各吸液部３１１，３１２の温度を良好に伝熱する役割を有しており、金属の他、熱伝導率が比較的高い材料で形成するようにしてもよい。

水用弾性チューブ３４１は、その一端部の内部に排出部３３の上流側端部及び水用収縮性チューブ３２１が嵌入されていて、排出部３３の上流側端部及び水用収縮性チューブ３２１の外周面と水用弾性チューブ３４１の内周面とが密着している。そして、水用弾性チューブ３４１の他端部は、水用収縮性チューブ３２１の上流側端部から延出していて、水が送出される水用ポンプＰ１に連結されている。
燃料用弾性チューブ３４２も、水用弾性チューブ３４１と同様にして、その一端部の内部に排出部３３の上流側端部及び燃料用収縮性チューブ３２２が嵌入されていて、排出部３３の上流側端部及び燃料用収縮性チューブ３２２の外周面と燃料用弾性チューブ３４２の内周面とが密着している。そして、燃料用弾性チューブ３４２の他端部は、燃料用収縮性チューブ３２２の上流側端部から延出していて、燃料用ポンプＰ２に連結されている。

加熱部３５１は、排出部３３における水用吸液部３１１側の嵌入部３３１の下流側端部を覆い、水用吸液部３１１の嵌入部３３１の下流側へ浸透した水を加熱するように配置され、加熱部３５２は、燃料用吸液部３１２側の嵌入部３３２の下流側端部を覆い、燃料用吸液部の嵌入部の下流側へ浸透した液体燃料を加熱するように配置されている。
加熱部３５１，３５２は、例えば加熱コイルからなる発熱体３５３，３５４と、発熱体３５３，３５４を被覆する耐熱性の接着剤３５５，３５６とから構成されている。発熱体３５３，３５４は嵌入部３３１，３３２の下流側端部周囲にそれぞれ巻かれており、接着剤３５５，３５６によって被覆されている。発熱体３５３，３５４としては、例えばＮｉ−Ｃｒ線等を使用することができる。なお、上記において、加熱部３５１，３５２は加熱コイルからなる発熱体３５３，３５４と接着剤３５５，３５６とからなるとしたが、嵌入部３３１，３３２を加熱して排出部３３に嵌入された各吸液部３１１，３１２を加熱する機能を有するものであればよく、例えばシート状の発熱体を嵌入部３３１，３３２に巻き付けた構成を有するものであっても良い。さらに、加熱部３５１，３５２は、このような加熱コイルに限らず、触媒燃焼器を設けて発熱量を空気ポンプの出力によって制御するようにしても良い。

断熱ケース３６は、例えば樹脂からなり、内部の温度を維持するために、水用弾性チューブ３４１及び燃料用弾性チューブ３４２の下流側端部及び排出部３３の上流側（一端側）を覆って、加熱部３５１，３５２を覆っている。断熱ケース３６は、下面が開口した上部断熱筐体３６１と、上面が開口した下部断熱筐体３６２とから構成されており、上部断熱筐体３６１の下面開口を各弾性チューブ３４１，３４２の上面に当接させるとともに、下部断熱筐体３６２の上面開口を各弾性チューブ３４１，３４２の下面に当接させることによって組み付けられている。これにより、断熱ケース３６内に、水用及び燃料用吸液部３１１，３１２、水用及び燃料用収縮性チューブ３２１，３２２、水用及び燃料用弾性チューブ３４１，３４２の上流側端部が収容され、断熱ケース３６の下流側端部からは水用及び燃料用弾性チューブ３４１，３４２の下流側端部は露出している。
また、断熱ケース３６には、フランジ部３３３の挿入穴３３７と連通する連通口３６３が形成されている。

温度センサ３７は、熱電対、サーミスタ又は測温抵抗体であり、断熱ケース３６の連通口３６３を介して排出部３３の挿入穴３３７に埋め込まれている。温度センサ３７には、一つの温調器（温度調整手段）３７１が接続されており、温調器３７１は、水用吸液部３１１側及び燃料用吸液部３１２側の加熱部３５１，３５２のそれぞれの発熱体３５３，３５４を発熱させる電源３７２（図１参照）に接続されている。温度センサ３７は、フランジ部３３３を介して伝わる各吸液部３１１，３１２の先端部分の温度を検出するようになっており、検出温度が温調器３７１に入力されると、温調器３７１がその検出温度に基づいて、各吸液部３１１，３１２の温度が所望の温度となるように加熱部３５１，３５２の各発熱体３５３，３５４の加熱を制御している。

図１に示す反応装置４は、化学反応式（１）に示すように気化装置３で気化した水と液体燃料とを加熱することで、水素を含有するガスに改質させる改質器４１と、発電セル５の燃料極から供給された発電に使用されずに余った水素ガス及びエアポンプＰ３から供給された空気を基に改質器４１を加熱する燃焼器４２と、化学反応式（１）に次いで逐次的に起こる化学反応式（２）によって微量に生成される一酸化炭素を、化学反応式（３）に示すように、改質器４１から供給されたガス及びエアポンプＰ３から供給された空気を基に酸化させて除去して水素ガスを抽出する一酸化炭素除去器４３と、が備えられている。燃焼器４２から排出された排気ガスは、外部に排気されるようになっている。
ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ→３Ｈ_２＋ＣＯ_２・・・（１）
Ｈ_２＋ＣＯ_２→Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ・・・（２）
２ＣＯ＋Ｏ_２→２ＣＯ_２・・・（３）

発電セル５は、一酸化炭素除去器４３から供給され、加湿器（図示しない）により加湿され燃料極に供給された水素ガスを、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により水素イオンと電子とに分離する。水素イオンは固体高分子電解質膜を通じて酸素極に伝導し、電子は燃料極により電気エネルギー（発電電力）として取り出される。一方、エアポンプＰ３から供給されて加湿器（図示しない）により加湿された酸素極に供給された空気は、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。そして、発電に使用されずに余った水素ガスは発電セル５の燃料極から燃焼器４２に送られて、当該燃焼器４２の燃焼に用いられる。また、発電セル５の酸素極から排出された排気ガスは、外部に排気されるようになっている。
Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻・・・（４）
２Ｈ^＋＋１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ・・・（５）

制御部６は、例えば汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等から構成されているものである。制御部６には、水用ポンプＰ１、燃料用ポンプＰ２及びエアポンプＰ３が図示しないドライバを介して電気的に接続され、これら水用ポンプＰ１、燃料用ポンプＰ２及びエアポンプＰ３の各ポンピング動作（送出量の調整を含む）を制御している。
また、制御部６には、第一及び第二のバルブＶ１，Ｖ２が図示しないドライバを介して電気的に接続され、第一及び第二の流量計Ｆ１，Ｆ２も電気的に接続されている。制御部６は、第一及び第二の流量計Ｆ１，Ｆ２の測定結果を受けて水及び液体燃料の流量を認識でき第一及び第二のバルブＶ１，Ｖ２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。

次に、発電装置１００の動作について説明する。
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Ｐ３を作動させ、気化装置３の加熱部３５１，３５２の電源３７２をＯＮにし、温度センサ３７によって各吸液部３１１，３１２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、燃料用ポンプＰ１及び水用ポンプＰ２の作動、第一及び第二のバルブＶ１，Ｖ２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。

改質器４１では、気化装置３から供給された混合ガス中のメタノールと水蒸気が触媒により反応して二酸化炭素及び水素が生成される（上記化学反応式（１）参照））。また、改質器４１では、化学反応式（１）についで逐次的に一酸化炭素が生成される（上記化学反応式（２）参照）。そして、改質器４１で生成された一酸化炭素、二酸化炭素及び水素等からなる混合気が一酸化炭素除去器４３に供給される。

一酸化炭素除去器４３では、改質器４１から供給された混合気中の一酸化炭素と水蒸気から二酸化炭素及び水素が生成されたり、混合気の中から特異的に選択された一酸化炭素と、エアポンプＰ３から供給された空気に含まれる酸素とが反応して二酸化炭素が生成されたり（上記化学反応式（３）参照）して、混合気中の一酸化炭素が除かれる。

このように気化装置３、改質器４１及び一酸化炭素除去器４３を経て二酸化炭素と水素が生成される。生成された改質ガス（二酸化炭素及び水素等）は、加湿器により加湿され、発電セル５の燃料極に供給される。
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Ｐ３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、電力を外部に供給する。

以上のように、水用吸液部３１１と、燃料用吸液部３１２と、加熱部３５１，３５２と、を備え、燃料用吸液部３１２の軸方向における長さＭが、水用吸液部３１１の軸方向における長さｍに比べて長いので、燃料用吸液部３１２の放熱面積が水用吸液部３１１の放熱面積よりも大きくなる。そのため、加熱部３５１，３５２によって加熱した場合に、燃料用吸液部３１２の導入部３１２aの温度を水用吸液部３１１の導入部３１１aの温度よりも低下させることができる。よって、燃料用吸液部３１２の導入部３１２aにおける気泡の発生を抑制することができる。その結果、温調システムを新たに追加することなく、一つの温度センサ３７及び一つの温調器３７１によって、動作時における脈動を防止して簡便かつ安定して気化させることができる。そして、下流側の改質器４１や発電セル５にも安定して気化した混合ガスを供給することができ、発電性能にも優れる。
また、燃料用吸液部３１２の導入部３１２aにおける圧力損失が水用吸液部３１１の導入部３１１aにおける圧力損失よりも大きくなるので、燃料用吸液部３１２の導入部３１２aにおいて液体燃料に係る圧力が増大し、それに伴い飽和溶解度が上昇し、この点においても、液体燃料中の溶存空気による気泡の発生を抑制することができる。

［第二の実施の形態］
図３は、気化装置３Ａの概略構成を示す断面図である。
第二の実施の形態の気化装置３Ａは、第一の実施の形態の気化装置３と異なり、水用吸液部３１１Ａ及び燃料用吸液部３１２Ａの長さはともに同じであるが、燃料用吸液部３１２Ａの平均気孔径が水用吸液部３１１Ａの平均気孔径に比べて小さくなっている。
ここで、平均気孔径とは、吸液部３１１Ａ，３１２Ａである多孔質体の孔の直径の平均を言うものとする。具体的には、燃料用吸液部３１２Ａの平均気孔径は約２〜１０μｍであり、水用吸液部３１１Ａの平均気孔径は約１５〜２５μｍである。
なお、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。

以上のように、燃料用吸液部３１２Ａの平均気孔径が水用吸液部３１１Ａの平均気孔径よりも小さいので、燃料用吸液部３１２Ａの圧力損失が水用吸液部３１１Ａの圧力損失よりも大きくなり、燃料用吸液部３１２Ａの導入部３１２aＡにおいて液体燃料に係る圧力が増大し、それに伴い飽和溶解度が上昇し、液体燃料中の溶存空気による気泡の析出を抑制することができる。その結果、動作時における脈動を防止して簡便に安定して気化させることができ、下流側の改質器や発電セルにも安定して気化した混合ガスを供給することができ、発電性能にも優れる。

［第三の実施の形態］
図４は、気化装置３Ｂの概略構成を示す断面図である。
第三の実施の形態の気化装置３Ｂは、第一の実施の形態の気化装置３と異なり、水用吸液部３１１Ｂ及び燃料用吸液部３１２Ｂの長さはともに同じであるが、燃料用吸液部３１２Ｂの導入部３１２aＢ（詳細には上流側端面）から加熱部３５１Ｂ（詳細には発熱体３５３Ｂ）までの距離Ｎが、水用吸液部３１１Ｂの導入部３１１aＢ（詳細には上流側端面）から加熱部３５１Ｂ（詳細には発熱体３５３Ｂ）までの距離ｎに比べて長くなっている。すなわち、加熱部３５１Ｂは、水用吸液部３１１Ｂ側の嵌入部３３１Ｂの下流側端部を覆っており、燃料用吸液部３１２Ｂ側の嵌入部３３２Ｂには設けられていない。
このように燃料用吸液部３１２Ｂ側の距離Ｎを水用吸液部３１１Ｂ側の距離ｎよりも長くすることによって、燃料用吸液部３１２の導入部３１２aＢにおける圧力損失が水用吸液部３１１の導入部３１１aＢにおける圧力損失よりも大きくなる。
なお、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Ｂを付してその説明を省略する。

以上のように、燃料用吸液部３１２Ｂの導入部３１２aＢと加熱部３５１Ｂとの間の距離Ｎが、水用吸液部３１１Ｂの導入部３１１aＢと加熱部３５１Ｂとの間の距離ｎに比べて長いので、加熱部３５１Ｂによって加熱した場合に、燃料用吸液部３１２Ｂの導入部３１２aＢの温度を水用吸液部３１１Ｂの導入部３１１aＢの温度よりも低下させることができる。よって、燃料用吸液部３１２Ｂの導入部３１２aＢにおける気泡の発生を抑制することができる。その結果、温調システムを新たに追加することなく、動作時における脈動を防止して簡便に安定して気化させることができ、下流側の改質器や発電セルにも安定して気化した混合ガスを供給することができ、発電性能にも優れる。
また、燃料用吸液部３１２Ｂの圧力損失が水用吸液部３１１Ｂの圧力損失よりも大きくなるので、燃料用吸液部３１２Ｂの導入部３１２aＢにおいて液体燃料に係る圧力が増大し、それに伴い飽和溶解度が上昇し、この点においても、液体燃料中の溶存空気による気泡の発生を抑制することができる。

なお、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。
例えば、水用吸液部３１１と燃料用吸液部３１２とにおいて圧力損失を変える手段として、第一〜第三の実施の形態以外に、水用吸液部の表面積を、燃料用吸液部の表面積に比べて小さくしても良く、また、水用吸液部の直径を燃料用吸液部の直径よりも小さくしても良い。このようにしても上記と同様の効果を得ることができる。
さらに、水用吸液部３１１の導入部３１１aに冷却効果が得られる構造、例えばヒートシンク、ヒートパイプ、空冷、液冷などの冷却構造を設けるようにしても良い。
また、水用吸液部３１１側の発熱体３５３である加熱コイルの巻き数を、燃料用吸液部３１２側の発熱体３５４である加熱コイルの巻き数に比べて多くすることによって、燃料用吸液部３１２側の圧力損失を水用吸液部３１１側に比べて大きくするようにしても良い。

また、上記実施の形態では、水用吸液部３１１には水を供給し、燃料用吸液部３１２には液体燃料を供給するとしたが、水と液体燃料に限らず、沸点の異なる液体を供給すれば良く、例えば、水とアルコールの混合比を変えて沸点の異なる混合液を各吸液部に供給するようにしても良い。

発電装置１００の基本構成を示したブロック図である。気化装置３の概略構成を示す断面図である。気化装置３Ａの概略構成を示す断面図である。気化装置３Ｂの概略構成を示す断面図である。

符号の説明

３気化装置
４反応装置
５発電セル
３１１，３１１Ａ，３１１Ｂ水（第１の液体）用吸液部（第１の多孔質体）
３１２，３１２Ａ，３１２Ｂ燃料（第２の液体）用吸液部（第２の多孔質体）
３１１a，３１２a，３１１aＢ，３１２aＢ導入部
３５１，３５２，３５１Ａ，３５１Ａ，３５２Ａ，３５２Ｂ加熱部（熱源）
３７，３７Ａ，３７Ｂ温度センサ（温度測定手段）
３７１，３７１Ａ，３７１Ｂ温調器（温度調整手段）
１００発電装置
Ｍ，ｍ長さ
Ｎ，ｎ距離

Claims

上流側に液体が導入される導入部をそれぞれ有する複数の多孔質体と、
前記複数の多孔質体の前記導入部から下流側へ浸透した液体を加熱するため、前記複数の多孔質体の前記下流側の外周を覆うように設けられた複数の熱源と、
前記複数の多孔質体の温度を測定する一つの温度測定手段と、
前記一つの温度測定手段による測定温度に基づいて所定温度となるように前記複数の熱源を制御する一つの温度調整手段と、
を備え、
加熱して所定温度以上となったときに第１の多孔質体の前記導入部に第１の液体が供給され、目標流量で安定した時点で第２の多孔質体の前記導入部に沸点の低い第２の液体が供給され、前記第１の液体及び前記第２の液体が加熱されて気化して混合ガスが生成され、
前記複数の多孔質体のうち、前記第２の液体が供給される前記多孔質体の前記導入部における圧力損失が、前記第１の液体が供給される前記多孔質体の前記導入部における圧力損失に比べて大きいことを特徴とする気化装置。
前記複数の多孔質体のうち、前記第２の液体が供給される前記多孔質体の長さが、前記第１の液体が供給される前記多孔質体の長さに比べて長いことを特徴とする請求項１に記載の気化装置。
前記複数の多孔質体のうち、前記第２の液体が供給される前記多孔質体の平均気孔径が、前記第１の液体が供給される前記多孔質体の平均気孔径に比べて小さいことを特徴とする請求項１に記載の気化装置。
前記複数の多孔質体のうち、前記第２の液体が供給される前記多孔質体の前記導入部と前記熱源との間の距離が、前記第１の液体が供給される前記多孔質体の前記導入部と前記熱源との間の距離に比べて長いことを特徴とする請求項１に記載の気化装置。
前記第１の液体が水であり、前記第２の液体がアルコールであることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の気化装置。
前記液体がアルコールと水の混合液であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の気化装置。
請求項１〜６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。