JP5923196B2

JP5923196B2 - 発熱装置

Info

Publication number: JP5923196B2
Application number: JP2015082944A
Authority: JP
Inventors: 軒翌陸; 仲平王; 猷翔林; 逸▲うぇい▼ ▲厳▼
Original assignee: 中強光電股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2014-07-14
Filing date: 2015-04-15
Publication date: 2016-05-24
Anticipated expiration: 2035-04-15
Also published as: CN105304921A; US20160010893A1; JP2016020802A

Description

本発明は、発熱装置に関し、特に水素ガスの化学反応により熱エネルギーを生成する発熱装置に関する。

この「背景技術」段落の内容は本発明の内容の理解を助けるためのものであり、「背景技術」段落に記載される内容は、当技術分野の常用知識を持っている者が把握していること以外の従来技術も含むことができる。「背景技術」段落に記載される内容について、「背景技術」の内容又は本発明の一個又は複数個の実施例が解決しようとする問題を代表するものは、本発明の出願前に当技術分野の常用知識を持っている者が既に把握又は承知しているものではない。

現在、携帯式の暖房ストーブはほとんどガスを燃焼することで発熱し、このような裸火式の暖房ストーブは火災をもたらす危険性がある。別の種類の携帯式の暖房ストーブは、白金族金属の触媒層によりプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）などの炭化水素化合物と空気における酸素ガスとの化学反応を促進させて、この化学反応により携帯式の暖房ストーブに必要な熱エネルギーを発生する。このような非裸火式の暖房ストーブは火災の恐れを低減できる。しかし、プロパンの化学反応により熱エネルギーを発生する携帯式の暖房ストーブを操作する際に、プロパンと酸素ガスとの化学反応を効果的に促進させるため、触媒層を１５０℃程度に予め加熱する必要があり、時間がかかり、エネルギーを消費してしまう。また、プロパンと酸素ガスとが反応する場合は、水蒸気だけではなく、二酸化炭素及び一酸化炭素を発生する可能性があり、使用者が密閉空間内でこのような携帯式の暖房ストーブを使用すると、一酸化炭素中毒になる恐れがある。

中国特許第ＣＮ１０１８５２３３３号公報（特許文献１）には、水素蓄積タンクにおける水素蓄積材料に熱を供給し、水素消耗装置が水素蓄積タンクから第１の水素気流を受け、触媒加熱器が酸素気流及び水素蓄積タンクからの第２の水素気流を受ける熱供給システムが開示されている。中国特許公開第ＣＮ１０２９２７５７１号明細書（特許文献２）には、水素エネルギーの非点火式の触媒加熱器に用いられるジェットノズルが開示されている。中国特許公開第ＣＮ１０２９４４０１２号明細書（特許文献３）には、水素ガスを燃料とする非点火式の触媒加熱器が開示されている。中国特許公開第ＣＮ１０２９４４０１３号明細書（特許文献４）には、水素ガスを燃料とする非点火式の触媒加熱システムが開示されている。中国実用新案第ＣＮ２０２９５５６８７号明細書（特許文献５）には、水素ガスを燃料とする非点火式の触媒加熱器が開示されている。中国特許公開第１０２４９４３４２号明細書（特許文献６）には、セラミック繊維により水素ガスを酸化発熱反応させる環境保護型の非点火式の水素ガス燃焼及び加熱システムが開示されている。中国特許公開第１８９７３４３号明細書（特許文献７）には、触媒反応の熱による加熱器を有する燃料電池が開示されている。中国特許公開第１０３２１３９４４号明細書（特許文献８）には、水と金属水酸化物とを反応させることで発生された水素ガスを、燃料電池で利用され、電気を発生し、発光ダイオードなどの電子エネルギー消費装置が燃料電池により発生された電気を消費する気体生成装置が開示されている。

中国特許第ＣＮ１０１８５２３３３号公報中国特許公開第ＣＮ１０２９２７５７１号明細書中国特許公開第ＣＮ１０２９４４０１２号明細書中国特許公開第ＣＮ１０２９４４０１３号明細書中国実用新案第ＣＮ２０２９５５６８７号明細書中国特許公開第ＣＮ１０２４９４３４２号明細書中国特許公開第ＣＮ１８９７３４３号明細書中国特許公開第ＣＮ１０３２１３９４４号明細書

本発明は、触媒層を予め加熱することなく、使用中に人体に有害な一酸化炭素を発生しない発熱装置を提供することを目的とする。

なお、本発明の他の目的及びメリットは、本発明に開示されている手段から更に分かる。

上記本発明の目的の一つ、一部若しくは全部、又は他の目的を達成するため、本発明の実施例は、発熱装置であって、第１のタンクと、第２のタンク、と駆動素子とを含む水素ガス生成手段であって、前記第１のタンクが液体反応物を収容し、前記第２のタンクが固体反応物を収容し、前記駆動素子が前記第１のタンクと前記第２のタンクとを接続し、且つ前記液体反応物を前記第１のタンクから前記第２のタンクに移動させて、前記液体反応物と前記固体反応物とを反応させて水素ガスを発生するように駆動する、水素ガス生成手段と、前記水素ガス生成手段に接続され、且つ触媒層を含む発熱手段であって、前記水素ガスの少なくとも一部が前記第２のタンクから前記発熱手段に移動して、前記触媒層に接触して反応して熱エネルギーを発生する、発熱手段と、前記発熱装置の少なくとも１つの温度を検知する温度検知モジュールと、前記駆動素子及び前記温度検知モジュールに電気的に接続され、且つ前記発熱装置の前記少なくとも１つの温度に基づいて前記駆動素子を制御する制御手段と、を含む、発熱装置を提供する。

上述したように、本発明の実施例は下記の利点の少なくとも１つを有する。本発明の実施例では、発熱装置は水素ガス発生手段により水素ガスを発生し、触媒層の促進作用により、水素ガスと空気における酸素とを反応させて熱エネルギーを発生する。本発明の発熱装置は、従来の発熱装置のように炭化水素化合物と空気における酸素ガスとを反応させて熱エネルギーを発生するものではないため、人体に有害な一酸化炭素を発生せず、火炎を生じることなく、発熱装置の使用上の安全性を向上できる。また、水素ガスの高活性により、触媒層が水素ガスと酸素ガスとの反応を迅速的、且つ効果的に促進させて、熱エネルギーを発生できるため、発熱装置は使用中にかかった時間を減少するとともに、省エネルギーの効果は奏することができる。さらに、本発明の発熱装置は、駆動素子により液体反応物を固体反応物に移動させるように駆動し、制御手段により発熱装置の温度に基づいて駆動素子の動作を制御し、発熱量の要求、環境温度及び水素ガス生成手段の温度に基づいて液体反応物の第２のタンクへの流速を自動的に調整し、液体反応物と固体反応物とを反応させ水素ガスを発生する速度及び生成量を制御するため、発熱装置の使用上の便利さを向上できる。また、発熱装置は安全保護モジュールをさらに含み、安全保護モジュールは制御手段に電気的に接続され、発熱装置の使用状況が正常であるか否かを検知し、発熱装置が非正常の使用状態にある場合、制御手段に安全信号を送信し、制御手段に駆動素子を起動させない或いは停止させるため、発熱装置の使用上の安全性を向上できる。

本発明の上述した特徴及び優れた点をより明確に分かるように、図面を参照しながら、下記実施例に基づいて詳細に説明する。

本発明の実施例に係る発熱装置の斜視図である。図１の発熱装置の一部の構成要素の分解図である。図１の発熱装置の一部の構成要素のブロック図である。図１の発熱部の分解図である。図１の発熱装置の一部の構成要素の斜視図である。図５の発熱装置の局所的な構造を示す図である。図２の第２のタンクの分解図である。

上述した本発明に係る技術的内容、特徴及び効果は、以下の図面を参照しながら、好適な実施形態の詳細な説明に示されるように、明らかである。以下実施形態に言及される「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」等の方向の用語は、単なる図面を参照する際に、単なる方向を参考する説明用の用語であり、本発明は方向の用語に示されるものに限定されない。

図１は、本発明の実施例に係る発熱装置の斜視図である。図２は、図１の発熱装置の一部の構成要素の分解図である。図３は、図１の発熱装置の一部の構成要素のブロック図である。図１乃至図３に示すように、本実施例に係る発熱装置１００は、例えば携帯式の暖房ストーブであり、筐体１１０、基部１２０、水素ガス発生部１３０、及び発熱部１４０を含む。水素ガス発生部１３０は、第１のタンク１３２、第２のタンク１３４、及び駆動素子１３６を含む。第１のタンク１３２及び第２のタンク１３４は、液体反応物及び固体反応物をそれぞれ収容する。駆動素子１３６は、第１のタンク１３２に装着され、且つ第１のタンク１３２と第２のタンク１３４とを接続させる。駆動素子１３６は、例えばポンプ又は別の適切な種類の駆動素子であり、液体反応物を第１のタンク１３２から第２のタンク１３４に移動させて、液体反応物と固体反応物とを反応させて水素ガスを発生するように駆動する。

図４は、図１の発熱部の分解図である。図２乃至図４に示すように、第１のタンク１３２は基部１２０の上に装着され、筐体１１０により被覆され、筐体１１０は使用者が操作するための操作インターフェイス１１２を有する。発熱部１４０は、水素ガス生成部１３０の第１のタンク１３２の先端に接続され、触媒層１４２を含む。第２のタンク１３４は、例えば使い捨て式のタンクであり、基部１２０の開口１２２を介して第１のタンク１３２に着脱可能に設けられている。液体反応物と固体反応物とが反応して生じた水素ガスの少なくとも一部は、第２のタンク１３４から発熱部１４０に移動して、触媒層１４２に接触して、空気における酸素ガスと反応して熱エネルギーを発生する。触媒層１４２の材料は、白金族金属又は他の適当な触媒材料を含んでもよいが、本発明はここに例示されるものに限定されない。

本実施例に係る発熱装置１００は、従来の発熱装置のように炭化水素化合物と空気における酸素ガスとを反応させて熱エネルギーを発生するものではなく、水素ガスと酸素ガスとを反応させて熱エネルギーを発生するため、人体に有害な一酸化炭素を発生せず、高い安全性を有する。また、水素ガスの高活性により、触媒層１４２が水素ガスと酸素ガスとの反応を迅速的、且つ効果的に促進させて、熱エネルギーを発生できるため、発熱装置１００は使用中にかかった時間を減少するとともに、省エネルギーの効果は奏することができる。

本実施例では、液体反応物は、例えば液体状態の水（Ｈ_２Ｏ）であり、固体反応物は固体状態の水素化物であってもよく、例えば固体状態の水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ_４）に適切な固体状態の触媒（ｃａｔａｌｙｓｔ）を添加したものである。固体状態の水素化ホウ素ナトリウムと液体状態の水とを反応させて水素ガスを発生し、その反応式は

となる。また、液体反応物は酸性水溶液であってもよく、固体状態の水素化ホウ素ナトリウムと酸性水溶液とを反応させて水素ガスを発生し、その反応式は

となる。別の実施例では、液体反応物は、固体状態の水素化物に水を添加して生じた水溶液であってもよく、固体反応物は、固体触媒を含んでもよく、水溶液が固体反応物における固体触媒に接触する際に、水素ガスを発生する。また、別の実施例では、他の適切な種類の個体反応物と液体反応物とを反応させて水素ガスを発生してもよく、本発明はここに例示されるものに限定されない。

固体反応物は、他の種類の固体状態の水素化物でもよい、例えばホウ素水素化物、窒素水素化物、炭素水素化物、金属水素化物、ホウ素窒素水素化物、ホウ素炭素水素化物、窒素炭素水素化物、金属ホウ素水素化物、金属窒素水素化物、金属炭素水素化物、金属ホウ素窒素水素化物、金属ホウ素炭素水素化物、金属炭素窒素水素化物、ホウ素窒素炭素水素化物、金属ホウ素窒素炭素水素化物又はこれらの組み合わせであってもよく、上記の水素化ホウ素ナトリウム以外に、水素化ナトリウム（ＮａＨ）、水素化ホウ素リチウム（ＬｉＢＨ_４）、水素化リチウム（ＬｉＨ）、水素化カルシウム（ＣａＨ_２）、水素化ホウ素カルシウム（Ｃａ（ＢＨ_４）_２）、水素化ホウ素マグネシウム（ＭｇＢＨ_４）、水素化ホウ素カリウム（ＫＢＨ_４）、水素化ホウ素アルミニウム（Ａｌ（ＢＨ_３）_３）を含んでもよいが、これらに限定されない。また、固体反応物は、ＢｘＮｙＨｚの通式を有する各種の化合物であってもよく、アンモニアボラン（Ｈ_３ＢＮＨ_３）、ビスアンモニアジボラン（Ｈ_２Ｂ（ＮＨ_３）_２ＢＨ_３）、ポリアンモニアボラン（ＮＨ_２ＢＨ_２）、ボラジン（Ｂ_３Ｎ_３Ｈ_６）、ボランモルホリンコンプレックス（Ｍｏｒｐｈｏｌｉｎｅｂｏｒａｎｅ、Ｃ_４Ｈ_１２ＢＮＯ）、テトラヒドロフラン（（ＣＨ_２）_４Ｏ）複合物、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_４）又はそれらの組み合わせを含んでもよいが、これらに限定されない。固体触媒は、固体酸、テニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、若しくは鉄（Ｆｅ）を含む塩、又はそのイオンにより生成された固体触媒であってもよい。

本実施例に係る発熱装置１００は制御部１５０をさらに含み、制御部１５０は、例えば制御回路板であり、駆動素子１３６に電気的に接続されている。制御部１５０は、発熱装置１００の少なくとも１つの温度に基づいて、駆動素子１３６を制御する。本発明に係る制御部１５０は、発熱装置１００の温度に基づいて駆動素子の動作を制御し、発熱量の要求、環境温度及び水素ガス生成部１３０の温度に基づいて液体反応物の第２のタンク１３４への流速を自動的に調整し、液体反応物と固体反応物とを反応させ水素ガスを発生する速度及び生成量を制御するため、発熱装置１００の使用上の便利さ及び安全性をさらに向上できる。

以下は、本実施例に係る制御部１５０が発熱装置１００の少なくとも１つの温度に基づいて駆動素子１３６を制御する具体的な方法を説明する。図２に示すように、本実施例に係る発熱装置１００は、温度検知モジュール１６０を含む。温度検知モジュール１６０は、制御部１５０に電気的に接続され、帰還回路を形成し、発熱装置１００の少なくとも１つの温度を検知して制御部１５０に温度信号を伝送する。温度検知モジュール１６０は、制御部１５０に電気的に接続される第１の温度検知素子１６０ａを含む。第１の温度検知素子１６０ａは、発熱装置１００の制御部１５０の第１の温度（環境温度と見なしてもよい）を検知する。第１の温度検知素子１６０ａは、制御部１５０に配置されてもよいし、他の実施例では、発熱装置１００の筐体１１０、基部１２０、又は水素ガス生成部１３０などの環境温度を検知するための位置に配置されてもよいが、ここに例示されるものに限定されない。制御部１５０は、第１の温度に基づいて、液体反応物の第２のタンク１３４への流速を変更して、液体反応物と固体反応物との初期反応速度を好適にするように駆動素子１３６の作動状態を制御する。液体反応物と固体反応物とが初めて反応して水素ガスを生成する際に、初期の反応温度は環境温度であり、環境温度が高いと反応速度が速くて、環境温度が低いと反応速度が遅いため、環境温度が低すぎる場合は、水素ガスの生成量が要求量の標準を満たすために、量の比較的に多い液体反応物を第２のタンク１３４に注入する必要がある。例えば、第１の温度検知素子１６０ａにより検知された第１の温度が所定の最低環境温度値よりも低い場合は、温度信号を制御部１５０に出力して、制御部１５０は駆動素子１３６を調整し、液体反応物の第２のタンク１３４に移動する流速を速くして、水素ガスの生成速度を向上し、熱量を発生させるように発熱部１４０に直ちに供給する。

本実施例の温度検知モジュール１６０は、水素ガス生成部１３０に配置され、且つ制御部１５０に電気的に接続される第２の温度検知素子１６０ｂをさらに含む。第２の温度検知素子１６０ｂは、発熱装置１００の水素ガス生成部１３０の温度を検知する。より具体的には、第２の温度検知素子１６０ｂは、第１のタンク１３２の第２のタンク１３４に近接する部分に配置されてもよく、発熱装置１００における第２のタンク１３４の第２の温度、即ち水素ガス生成部１３０の温度（液体反応物と固体反応物とのリアルタイムの反応温度）を検知する。制御部１５０は、第２の温度に基づいて、液体反応物と固体反応物との反応により水素ガス生成部１３０が過熱か否かを判断する。第２の温度検知素子１６０ｂにより検知された温度が最高の反応温度の所定値により高い場合は、第２の温度検知素子１６０ｂは、制御部１５０に温度信号を出力し、制御部１５０は、水素ガス生成部１３０が作動し続けて加熱することを回避するように、この温度信号に基づいて駆動素子１３６を停止する。第２の温度検知素子１６０ｂにより検知された第２の温度が最高の反応温度の所定値よりも低い場合は、制御部１５０は、水素ガス生成部１３０を作動させるように、この第２の温度に基づいて駆動素子１３６を起動する。他の実施例では、第１の温度検知素子１６０ａと第２の温度検知素子１６０ｂとが同一の温度検知素子であってもよく、発熱装置１００を起動する際に、温度検知素子により検知された初期温度は第１の温度であり、一定の時間で反応した後で第２の温度が検知された。

本実施例に係る温度検知モジュール１６０は、発熱部１４０に配置され、且つ制御部１５０に電気的に接続される第３の温度検知素子１６０ｃをさらに含む。第３の温度検知素子１６０ｃは、発熱装置１００の発熱部１４０の第３の温度（発熱量の要求に相当する）を検知する。第３の温度検知素子１６０ｃにより検知された第３の温度が発熱温度所定値よりも高い場合は、制御部１５０に温度信号を出力する。制御部１５０は、発熱部１４０が十分な発熱量を有すると判断し、この温度に基づいて駆動素子１３６の作動を緩めて、液体反応物の第２のタンク１３４に移動する流速を降下して、水素ガスの生成速度を低減し、或いは駆動素子１３６を停止して、水素ガスの生成量を減少する。第３の温度検知素子１６０ｃにより検知された温度が所定値よりも低い場合は、制御部１５０は、発熱部１４０の発熱量が不足であると判断し、この温度に基づいて駆動素子１３６を起動して、発熱部１４０に水素ガスを提供させて、反応させて発熱させるように水素ガス生成部１３０を制御し、或いは駆動素子１３６の作動を加速して、液体反応物の第２のタンク１３４に移動する流速を向上し、水素ガスの生成速度を向上する。第１の温度検知素子１６０ａ、第２の温度検知素子１６０ｂ及び第３の温度検知素子１６０ｃは、例えば温度センサである。

上述したように、発熱装置１００の第１の温度、第２の温度及び第３の温度に基づいて、制御部１５０は、駆動素子１３６の作動を制御し、発熱量の要求、環境温度及び水素ガス生成部１３０の温度に基づいて液体反応物の第２のタンクへの流速及び流量を調整し、異なる段階の所定温度を設定することで、水素ガス生成のプロセスを制御し、水素ガスを効果的に生成し、発熱装置の水素消費量を節約し、安全性を向上する。

図１乃至図３に示すように、本実施例に係る発熱装置１００は、水素ガス生成部１３０に接続される燃料電池１７０をさらに含む。水素ガス生成部１３０により発生された水素ガスの少なくとも他の一部は、第２のタンク１３４から燃料電池１７０に移動し、燃料電池１７０で反応して電気エネルギーを発生する。本実施例に係る燃料電池１７０は、片面式の平板型セルスタックである。燃料電池は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＭＦＣ）、アルカリ電池（ＡＦＣ）、りん酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、又は他の水素ガスにより電気を生成する燃料電池であってもよい。燃料電池１７０により生成された電気エネルギーは、駆動素子１３６及び発熱装置１００の他の素子に供給される。例えば、発熱装置１００は、電子モジュールをさらに含み、制御手段１５０は、燃料電池１７０及び電子モジュールに電気的に接続され、且つ電子モジュールの電気量に基づいて電子モジュールに電力を供給又は供給しないように燃料電池を制御する。以下は、具体的に説明する。

発熱装置１００は、電子モジュール１８０をさらに含み、電子モジュール１８０は、電気エネルギー蓄積部１８２、電子部品１８４及び電子部品１８６を含む。電気エネルギー蓄積部１８２は、例えばリチウム電池であり、電子部品１８４及び電子部品１８６は、例えばそれぞれ発光部材及び充電接続端子であり、リチウム電池は燃料電池１７０からの電気エネルギーを蓄積し、駆動素子１３６、発光部材及び充電接続端子に電力を供給し、発光部材は、例えば発光ダイオード、電子光射出ダイオード又は電球であり、照明光又は場面光を提供し、充電接続端子は、例えばＵＳＢプラグ又は他の外部機器による充電を提供できるソケットである。

別の実施例では、燃料電池１７０は電気エネルギー蓄積部１８２のみを介して駆動素子１３６、電子部品１８４及び電子部品１８６に電力を提供し、制御部１５０は燃料電池１７０及び電子モジュール１８０に電気的に接続される。制御部１５０は、電子モジュール１８０の電気エネルギー蓄積部１８２に電力を提供して、電気エネルギー蓄積部１８２が駆動素子１３６、電子部品１８４及び電子部品１８６に十分な電気エネルギーを供給できるように、燃料電池１７０を制御する。また、電気エネルギー蓄積部１８２の電気量が蓄積電気量所定値よりも低い場合は、制御部１５０は、駆動部１３６に電力を供給し、且つ電子部品１８４及び電子部品１８６に電力を供給しないように電気エネルギー蓄積部１８２を制御することで、駆動素子１３６の正常の作動を確保できる。ここで、蓄積電気量所定値は、例えば駆動素子１３６を起動するための電気量と、電子部品１８４及び電子部品１０６に提供する電気量との和である。

別の実施例では、燃料電池１７０は、電気エネルギーの消費を低減するように、駆動素子１３６、電子部品１８４及び電子部品１８６に直接に電力を供給する。例えば、発熱装置１００が起動したばかりの初期段階では、燃料電池１７０が十分な電気エネルギーを発生しない場合、電気エネルギー蓄積部１８２は駆動素子１３６に電気エネルギーを供給する。発熱装置１００の起動から一定の時間が経過すると、燃料電池１７０は十分な電気エネルギーを発生し、燃料電池１７０は、電気エネルギーの消費を低減するように、駆動素子１３６、電子部品１８４及び電子部品１８６に電力を直接に供給する。また、制御部１５０は、電気エネルギー蓄積部１８２の電気量が蓄積電気量所定値よりも低い場合、電気エネルギー蓄積部１８２に電力を供給するように燃料電池１７０を制御し、電気エネルギー蓄積部１８２の電気量が蓄積電気量所定値以上である場合、電気エネルギー蓄積部１８２に電力を供給しないように燃料電池１７０を制御する。ここで、蓄積電気量所定値は、例えば駆動素子１３６を起動するための電気量と、電子部品１８４及び電子部品１０６に提供する電気量との和、又は電気エネルギー蓄積部１８２の満充電の電気量である。本発明は、ここに例示されるものに限定されない。

図２に示すように、本実施例に係る発熱装置１００は、制御部１５０に電気的に接続される安全保護モジュールを含む。安全保護モジュール１９０は、帰還回路を形成し、制御部１５０に駆動素子１３６を停止させるように、制御部１５０に安全信号を送信する。安全保護モジュール１９０は、水平検知素子１９０ａを含む。水平検知素子１９０ａは、例えばジャイロスコープであり、制御部１５０に電気的に接続される。発熱装置１００の傾斜角が傾斜角所定値よりも大きいと水平検知素子１９０ａにより検知された場合は、制御部１５０は、水素ガス生成部１３０が発熱部１４０へ水素ガスの供給を停止して反応の過熱を回避するように、駆動素子１３６を停止することで、発熱部１４０の倒れによる使用者のやけどを回避する。

本実施例に係る安全保護モジュール１９０は、第１のタンク１３２に配置され、第２のタンク１３４に接触し、且つ制御部１５０に電気的に接続される接触検知素子（図示せず）をさらに含む。第２のタンク１３４が第１のタンク１３２から分離したと接触検知素子により検知された場合は、制御部１５０は駆動素子１３６を停止する。これによって、第１のタンク１３２に第２のタンク１３４が装着されていない場合に作動して、第１のタンク１３２内の液体反応物が漏れることを回避できる。接触検知素子は、例えば圧力センサである。

また、安全保護モジュール１９０は、第１のタンク１３２に配置され、且つ制御部１５０に電気的に接続される水位検知素子１９０ｃをさらに含む。第１のタンク１３２における液体反応物の水位が水位所定値よりも低いと水位検知素子１９０ｃにより検知された場合は、制御部１５０は、駆動素子１３６を停止する。これによって、液体反応物が不足である場合、駆動素子１３６が作動し続け、電気エネルギーが無駄に消費することを回避できる。水位検知素子１９０ｃは、例えば投げ込み型液面レベルセンサ、静圧式投げ込み型液面レベルセンサ、又は他の水位を検知する装置である。

本実施例に係る安全保護モジュール１９０は、位置検知素子１９０ｂをさらに含み、燃料電池１７０は、水素ガス生成部１３０に分離可能に接続され、位置検知素子１９０ｂは、水素ガス生成部１３０に配置され、且つ制御部１５０に電気的に接続される。燃料電池１７０が水素ガス発生部１３０から分離したと位置検知素子１９０ｂにより検知された場合は、制御部１５０は、駆動素子１３６を停止する。位置検知素子１９０ｂは、例えば圧力センサである。

以下は、本実施例に係る発熱部１４０の具体的な構成を説明する。図１、図２及び図４に示すように、本実施例に係る発熱部１４０は、触媒層１４２の他、多孔性構造体１４４、本体１４６及び蓋体１４８をさらに含む。本体１４６は、その接続部１４６ａを介して水素ガス生成部１３０に接続され、触媒層１４２を載置し、温度検知素子１６０ｃは、例えば接続部１４６ａに配置され、発熱部１４０の温度を検知する。多孔性構造体１４４は、本体１４６上に配置され、触媒層１４２と水素ガス生成部１３０との間に位置し、蓋体１４８は、多孔性構造体１４４及び触媒層１４２を被覆する。多孔性構造体１４４の材質は、例えば多孔性の金属発泡材、セラミック繊維又は岩綿などの耐熱の多孔性材料であり、触媒層１４２と水素ガス生成部１３０との間の気体流動の抵抗となり、水素ガス生成部１３０からの水素ガスを触媒層１４２に均一に提供させて、触媒層１４２における水素ガスと酸素ガスとの反応効率を向上するためのものである。

以下は、本実施例に係る液体反応物及び水素ガスの具体的な伝達方法を説明する。図５は、図１の発熱装置の一部の構成要素の斜視図である。図６は、図５の発熱装置の局所的な構造を示す図である。図２、図５及び図６に示すように、本実施例に係る水素ガス生成部１３０は、気体流通路１３０ａ及び第１の案内構造体１３０ｂを含む。気体流通路１３０ａは、第２のタンク１３４と発熱部１４０の接続部１４６ａとの間に接続され、第１の案内構造体１３０ｂは、例えば導管であり、第２のタンク１３４と燃料電池１７０との間に接続される。液体反応物（図５及び図６において、符号５０で示される）と固体反応物（図６において６０で示される）とが第２のタンク１３４において反応して生成された水素ガスの一部（図５及び図６において、符号７０で示される）は、気体流通路１３０ａを介して発熱部１４０に到達する。液体反応物５０と固体反応物６０とが第２のタンク１３４において反応して生成された水素ガスの他の一部７０は、第１の案内構造体１３０ｂを介して燃料電池１７０に到達する。別の実施例では、第１の案内構造体１３０ｂは、気体流通路１３０ａと燃料電池１７０との間に接続されてもよいし、水素ガスを燃料電池１７０に案内するための他の箇所に接続されてもよい。

また、水素ガス生成部１３０は、第２の案内構造体１３０ｃ及び第３の案内構造体１３０ｄをさらに含み、第２のタンク１３４の収容空間Ｓ２は、固体反応物６０を収容し、その中に第４の案内構造体１３４ａを有する。第２の案内構造体１３０ｃは、例えば導管であり、駆動素子１３６と第１のタンク１３２との間に接続され、第３の案内構造体１３０ｄは、例えば導管であり、駆動素子１３６と第２のタンク１３４の第４の案内構造体１３４ａとの間に接続され、第４の案内構造体１３４ａは、固体反応物６０の真中の位置に対応する。駆動素子１３６は、第１のタンク内の液体反応物５０を駆動し、第２の案内構造体１３０ｃ、駆動素子１３６及び第３の案内構造体１３０ｄを順次に介して、第２のタンク１３４に到達する。そして、液体反応物５０は、第４の案内構造体１３４ａを介して固体反応物６０に到達する。本発明の構造は、水素ガスの流れの通路と液体反応物５０の流れの通路とが分かれ、互いに干渉しないため、水素ガス７０の流出及び液体反応物５０の流入に好適である。

図６に示すように、本実施例に係る第１のタンク１３２は、液体反応物５０を収容し、且つ第２のタンク１３４を取り囲む環状空間Ｓ１を有する。この構成によれば、液体反応物５０と固体反応物６０が第２のタンク１３４において反応して昇温した場合は、第１のタンク１３２の環状空間Ｓ１における液体反応物５０は第２のタンク１３４に降温させることができるため、反応による第２のタンク１３４が過熱して、第２のタンク１３４の交換が難しくなることを回避できる。また、液体反応物５０と固定反応物６０とが第２のタンク１３４において反応して昇温した場合は、温度の高い第２のタンク１３４は、第１のタンク１３２の環状空間Ｓ１内の液体反応物５０を適切に昇温させるため、液体反応物５０と固体反応物６０との第２のタンク１３４における反応の速度を増大できる。

以下は、第２のタンク１３４の具体的な構成を説明する。図７は、図２の第２のタンクの分解図である。図２、図６及び図７に示すように、本実施例に係る第２のタンク１３４の収容空間Ｓ２は、第４の案内構造体１３４ａ以外に、逆止弁１３４ｂ、封止素子１３４ｃ、気体透過液体不透過膜１３４ｄ、固定部材１３４ｅ、及び封止素子１３４ｆをさらに有する。封止素子１３４ｃは、固定部材１３４ｅに固定され、固体部材１３４ｅと第２のタンク１３４の内壁との隙間を封止し、収容空間Ｓ２内の空気が固定部材１３４ｅと第２のタンク１３４の内壁との間の隙間から漏れることを回避する。封止素子１３４ｆは、固定部材１３４ｅに固定され、第３の案内構造体１３０ｄと第４の案内構造体１３４ａとの連結部を封止し、液体反応物５０が漏れなく、第３の案内構造体１３０ｄから第４の案内構造体１３４ａにスムースに流れることを確保する。封止素子１３４ｃ及び封止素子１３４ｆの材質は、例えばゴム又は適切な他の封止材料である。

気体透過液体不透過膜１３４ｄは、例えばテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルムであり、固定部材１３４ｅに固定され、且つ収容空間Ｓ２を被覆し、液体反応物５０が収容空間Ｓ２から外へ移動することを阻止し、収容空間Ｓ２内の水素ガス７０は気体透過液体不透過膜１３４ｄを介して収容空間Ｓ２から外へ移動できる。逆止弁１３４ｂは、第４の案内構造体１３４ａの先端に設置され、収容空間Ｓ２内の液体反応物５０が第４の案内構造体１３４ａを介して第１のタンク１３２に逆に流れることを防止する。

上述したように、本発明の実施例は下記の利点の少なくとも１つを有する。本発明の実施例では、発熱装置は水素ガス発生手段により水素ガスを発生し、触媒層の促進作用により、水素ガスと空気における酸素とを反応させて熱エネルギーを発生する。本発明の発熱装置は、従来の発熱装置のように炭化水素化合物と空気における酸素ガスとを反応させて熱エネルギーを発生するものではないため、人体に有害な一酸化炭素を発生せず、火炎を生じることなく、発熱装置の使用上の安全性を向上できる。また、水素ガスの高活性により、触媒層が水素ガスと酸素ガスとの反応を迅速的、且つ効果的に促進させて、熱エネルギーを発生できるため、発熱装置は使用中にかかった時間を減少するとともに、省エネルギーの効果は奏することができる。さらに、本発明の発熱装置は、駆動素子により液体反応物を固体反応物に移動させるように駆動し、制御手段により発熱装置の温度に基づいて駆動素子の動作を制御し、発熱量の要求、環境温度及び水素ガス生成手段の温度に基づいて液体反応物の第２のタンクへの流速を自動的に調整し、液体反応物と固体反応物とを反応させ水素ガスを発生する速度及び生成量を制御するため、発熱装置の使用上の便利さを向上できる。また、発熱装置は安全保護モジュールをさらに含み、安全保護モジュールは制御手段に電気的に接続され、発熱装置の使用状況が正常であるか否かを検知し、発熱装置が非正常の使用状態にある場合、制御手段に安全信号を送信し、制御手段に駆動素子を起動させない或いは停止させるため、発熱装置の使用上の安全性を向上できる。また、制御手段は、発熱装置の電子部品の電気量に基づいて、燃料電池が電子部品に電力を供給するか否かを自動的に制御でき、発熱装置の使用上の便利さをさらに向上できる。

上記の説明は、本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明の実施の範囲がこれらに限定されず、本発明の特許請求の範囲及び明細書の内容に基づいて、当業者によって何れの変更及び修飾が可能であり、本発明の保護範囲は特許請求の範囲を基準とする。また、本発明の実施例又は特許請求の範囲は何れも本発明により開示された目的又は利点又は特徴の全てを必ずしも実現する必要はない。また、本明細書又は特許請求の範囲における「第１の」、「第２の」等の用語は単なる部材（ｅｌｅｍｅｎｔ）の名称を命名する或いは異なる実施例又は範囲を区別するためのものであり、部材の数の上限又は下限を限定するものではない。また、要約部分と発明の名称は単に特許文献のサーチ作業を補助するためのものであり、本発明の権利範囲を限定するものではない。

５０液体反応物
６０固体反応物
７０水素ガス
１００発熱装置
１１０筐体
１１２操作インターフェイス
１２０基部
１２２開口
１３０水素ガス発生部
１３０ａ気体流通路
１３０ｂ第１の案内構造体
１３０ｃ第２の案内構造体
１３０ｄ第３の案内構造体
１３２第１のタンク
１３４第２のタンク
１３４ａ第４の案内構造体
１３４ｂ逆止弁
１３４ｃ、１３４ｆ封止素子
１３４ｄ気体透過液体不透過膜
１３４ｅ固定部材
１３６駆動素子
１４０発熱部
１４２触媒層
１４４多孔性構造体
１４６本体
１４６ａ接続部
１４８蓋体
１５０制御部
１６０温度検知モジュール
１６０ａ第１の温度検知モジュール
１６０ｂ第２の温度検知モジュール
１６０ｃ第３の温度検知モジュール
１７０燃料電池
１８０電子モジュール
１８２電気エネルギー蓄積部
１８４、１８６電子部品
１９０安全保護モジュール
１９０ａ水平検知素子
１９０ｂ位置検知素子
１９０ｃ水位検知素子
Ｓ１環状空間
Ｓ２収容空間

Claims

発熱装置であって、
第１のタンクと、第２のタンク、と駆動素子とを含む水素ガス生成手段であって、前記第１のタンクが液体反応物を収容し、前記第２のタンクが固体反応物を収容し、前記駆動素子が前記第１のタンクと前記第２のタンクとを接続し、且つ前記液体反応物を前記第１のタンクから前記第２のタンクに移動させて、前記液体反応物と前記固体反応物とを反応させて水素ガスを発生するように駆動する、水素ガス生成手段と、
前記水素ガス生成手段に接続され、且つ触媒層を含む発熱手段であって、前記水素ガスの少なくとも一部が前記第２のタンクから前記発熱手段に移動して、前記触媒層に接触して反応して熱エネルギーを発生する、発熱手段と、
前記発熱装置の少なくとも１つの温度を検知する温度検知モジュールと、
前記駆動素子及び前記温度検知モジュールに電気的に接続され、且つ前記発熱装置の前記少なくとも１つの温度に基づいて前記駆動素子を制御する制御手段と、を含む、発熱装置。
前記制御手段は、前記温度に基づいて前記駆動素子を起動又は停止する、請求項１に記載の発熱装置。
前記制御手段は、前記少なくとも１つの温度に基づいて前記駆動素子の作動状態を制御して、前記液体反応物の前記第２のタンクへの流速を変更する、請求項１に記載の発熱装置。
前記発熱装置は、前記水素ガス生成手段に接続される燃料電池をさらに含み、
前記水素ガスの少なくとも他の一部は、前記第２のタンクから前記燃料電池に移動し、前記燃料電池で反応して電気エネルギーを発生する、請求項１に記載の発熱装置。
前記燃料電池は、前記駆動素子に電力を供給する、請求項４に記載の発熱装置。
前記発熱装置は、電子モジュールをさらに含み、
前記制御手段は、前記燃料電池及び前記電子モジュールに電気的に接続され、且つ前記電子モジュールの電気量に基づいて前記電子モジュールに電力を供給又は供給しないように前記燃料電池を制御する、請求項４に記載の発熱装置。
前記電子モジュールは、電気エネルギー蓄積手段及び電子部品を含み、
前記電気エネルギー蓄積手段は、前記燃料電池からの電気エネルギーを蓄積し、前記駆動素子及び前記電子部品に電力を供給し、
前記制御手段は、前記電気エネルギー蓄積手段の前記電気量に基づいて、前記電気エネルギー蓄積手段に電力を供給又は供給しないように前記燃料電気を制御する、請求項６に記載の発熱装置。
前記燃料電池は、前記電子部品に電力を供給する、請求項７に記載の発熱装置。
前記電気エネルギー蓄積手段の前記電気量が蓄積電気量所定値よりも低い場合は、前記制御手段は、前記駆動手段に電力を供給し、且つ前記電子部品に電力を供給しないように前記電気エネルギー蓄積手段を制御する、請求項７に記載の発熱装置。
前記水素ガス生成手段は、気体流通路及び第１の案内構造体を含み、
前記気体流通路は、前記第２のタンクと前記発熱手段との間に接続され、
前記第１の案内構造体は、前記第２のタンクと前記燃料電池との間に接続され、
前記第２のタンク内の前記水素ガスの一部は、前記気体流通路を介して前記発熱手段に到達し、前記第２のタンク内の前記水素ガスの他の一部は、前記第１の案内構造体を介して前記燃料電池に到達し、
前記第２のタンクは、前記固体反応物に対応する第４の案内構造体を有し、
前記液体反応物は、前記第４の案内構造体を介して前記固体反応物に到達する、請求項４に記載の発熱装置。
前記温度検知モジュールは、前記制御手段に配置され、且つ電気的に接続される第１の温度検知素子を含み、
前記第１の温度検知素子は、前記発熱装置の前記制御手段の第１の温度を検知し、
前記少なくとも１つの温度は、前記第１の温度を含む、請求項１に記載の発熱装置。
前記温度検知モジュールは、前記水素ガス生成手段に配置され、且つ前記制御手段に電気的に接続される第２の温度検知素子を含み、
前記第２の温度検知素子は、前記発熱装置の前記水素ガス生成手段の第２の温度を検知し、
前記少なくとも１つの温度は、前記第２の温度を含む、請求項１に記載の発熱装置。
前記温度検知モジュールは、前記発熱手段に配置され、且つ前記制御手段に電気的に接続される第３の温度検知素子を含み、
前記第３の温度検知素子は、前記発熱装置の前記発熱手段の第３の温度を検知し、
前記少なくとも１つの温度は、前記第３の温度を含む、請求項１に記載の発熱装置。
前記発熱装置は、前記制御手段に電気的に接続される安全保護モジュールを含み、
前記安全保護モジュールは、前記制御手段に前記駆動素子を停止させるように、前記制御手段に安全信号を送信する、請求項１に記載の発熱装置。
前記安全保護モジュールは、前記制御手段に電気的に接続される水平検知素子を含み、
前記発熱装置の傾斜角が傾斜角所定値よりも大きいと前記水平検知素子により検知された場合は、前記制御手段は、前記駆動素子を停止する、請求項１４に記載の発熱装置。
前記安全保護モジュールは、前記第１のタンクに配置され、且つ前記制御手段に電気的に接続される接触検知素子を含み、
前記第２のタンクが前記第１のタンクから分離したと前記接触検知素子により検知された場合は、前記制御手段は、前記駆動素子を停止する、請求項１４に記載の発熱装置。
前記安全保護モジュールは、前記第１のタンクに配置され、且つ前記制御手段に電気的に接続される水位検知素子を含み、
前記第１のタンクにおける前記液体反応物の水位が水位所定値よりも低いと前記水位検知素子により検知された場合は、前記制御手段は、前記駆動素子を停止する、請求項１４に記載の発熱装置。
前記発熱装置は、前記水素ガス生成手段に分離可能に接続される燃料電池をさらに含み、
前記安全保護モジュールは、前記水素ガス生成手段に配置され、且つ前記制御手段に電気的に接続される位置検知素子を含み、
前記水素ガスの少なくとも他の一部は、前記第２のタンクから前記燃料電池に移動し、前記燃料電池で反応して電気エネルギーを発生し、
前記燃料電池が前記水素ガス発生手段から分離したと前記位置検知素子により検知された場合は、前記制御手段は、前記駆動素子を停止する、請求項１４に記載の発熱装置。
前記第１のタンクは、前記液体反応物を収容し、且つ前記第２のタンクを取り囲む環状空間を有する、請求項１に記載の発熱装置。
前記発熱手段は、前記触媒層と前記水素ガス生成手段との間に配置される多孔性構造体を含む、請求項１に記載の発熱装置。