KR101095798B1 - 생성수 제거 장치 - Google Patents

생성수 제거 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101095798B1
KR101095798B1 KR1020100025085A KR20100025085A KR101095798B1 KR 101095798 B1 KR101095798 B1 KR 101095798B1 KR 1020100025085 A KR1020100025085 A KR 1020100025085A KR 20100025085 A KR20100025085 A KR 20100025085A KR 101095798 B1 KR101095798 B1 KR 101095798B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
generated water
diaphragm
water
fuel cell
projection
Prior art date
Application number
KR1020100025085A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110013180A (ko
Inventor
마사또 니시까와
다까히로 나까무라
Original Assignee
산요덴키가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 산요덴키가부시키가이샤 filed Critical 산요덴키가부시키가이샤
Publication of KR20110013180A publication Critical patent/KR20110013180A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101095798B1 publication Critical patent/KR101095798B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04574—Current
    • H01M8/04597—Current of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04171—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal using adsorbents, wicks or hydrophilic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04619—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H01M8/04888—Voltage of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • H01M8/1011—Direct alcohol fuel cells [DAFC], e.g. direct methanol fuel cells [DMFC]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/30—Fuel cells in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02B90/10—Applications of fuel cells in buildings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명의 과제는 생성수를 방출하는 기기의 생성수 방출면으로부터 신속하고, 또한 확실하게 생성수를 제거하는 것이다.
생성수를 방출하는 방출면(11)을 갖는 기기(12)와, 기기(12)의 방출면(11)에 대해 소정의 간극(13)을 형성하여 대향 배치되는 진동판(14)을 구비하고, 진동판(14)은 간극(13) 내에 돌출 형성되는 복수의 돌기(15)를 갖고, 진동판(14)을 진동시킴으로써, 생성수를 안개화 혹은 기화하여 간극(13) 밖으로 제거한다.

Description

생성수 제거 장치{PRODUCT WATER REMOVING APPARATUS}
본 발명은, 생성수 제거 장치에 관한 것으로, 특히 휴대 가능한 소형의 기기에 의해 생성된 생성수를 신속하고 또한 확실하게 제거하는 것이 가능한 생성수 제거 장치에 관한 것이다.
종래, 연료 전지는 에너지 변환 효율이 높고, 게다가 발전 반응에 의해 유해 물질을 발생시키지 않으므로, 다양한 전기 기기가 에너지원으로서 주목받고 있다.
연료 전지를 구성하는 단위 셀은 전해질층의 양측에 산화제극 및 연료극을 배치하여 막ㆍ전극 접합체(MEA)를 구성하고 있다.
또한, 단위 셀은 막ㆍ전극 접합체를 구성하는 산화제극의 표면을 덮어, 복수개의 공기 공급 홈이 오목하게 형성된 산화제극측 도전성 플레이트가 배치되고, 또한 산화제극측 도전성 플레이트의 외측에 가스 세퍼레이터가 배치되어 있다. 또한, 막ㆍ전극 접합체를 구성하는 연료극의 표면을 덮어, 복수개의 연료 가스 공급 홈이 오목하게 형성된 연료극측 도전성 플레이트가 배치되어 있다.
상기 구성을 갖는 연료 전지에 있어서는, 산화제극측 도전성 플레이트의 공기 공급 홈에 공기가 송입됨과 함께, 연료극측 도전성 플레이트의 연료 가스 공급 홈에 연료 가스가 송입됨으로써 발전이 행해진다.
그런데, 최근, 소형 전자 기기에 전원으로서 연료 전지를 탑재하는 것이 검토되고 있고, 예를 들어 박형화가 가능한 다이렉트 메탄올형 연료 전지(DMFC)가 유력시되고 있다. DMFC에서는, 공기나 산소 등의 산화성 기체를 산화제극(22)에 공급하고, 메탄올 등의 연료를 기체 또는 액체 상태로 연료극에 공급함으로써, 발전이 행해진다.
그러나, 소형의 전자 기기에 연료 전지를 탑재하기 위해서는, 산화제극에 산화제로서의 공기(산소)를 공급하는 경우에, 그것들을 공급하는 가스 공급 장치의 소형화가 필요해진다.
종래, 소형의 가스 공급 장치로서, 연료 전지를 진동시킴으로써 가스를 공급하는 장치가 개시되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2 참조). 특허 문헌 1은, 진동체에 의해 형성된 복수의 챔버를 사용하여 기체를 분출하는 기체 분출 장치를 제안하고 있고, 특허 문헌 2는 산화제극, 연료극, 세퍼레이터 등을 진동시키는 가진(加振) 수단을 구비하는 연료 전지를 제안하고 있다.
일본 특허 공개 제2005-243496호 공보 일본 특허 공개 제2002-203585호 공보
그런데, 연료 전지에 있어서는, 발전 과정에서 물이 생성되는데, 생성된 물(생성수)이 외부로 잘 배출되지 않으면, 진동체의 진동을 방해하거나, 직접적으로 산화제의 공급을 방해하게 되고, 나아가서는 효율적인 발전을 행할 수 없게 되어 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 생성수를 방출하는 기기의 생성수 방출면으로부터 신속하고, 또한 확실하게 생성수를 제거하는 것이 가능한 생성수 제거 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 형태는, 생성수를 방출하는 방출면을 갖는 기기와, 상기 기기의 방출면에 대해 소정의 간극을 형성하여 대향 배치되는 진동판을 구비하고, 상기 진동판은 상기 간극 내에 돌출 형성되는 복수의 돌기를 갖고, 상기 진동판을 진동시킴으로써, 상기 생성수를 안개화 혹은 기화하여 상기 간극 밖으로 제거하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 따르면, 진동판에 형성된 복수의 돌기는 진동판을 진동시킴으로써, 상기 생성수를 안개화 혹은 기화하여 상기 간극 밖으로 제거한다.
따라서, 생성수를 확실하고, 또한 신속하게 제거할 수 있다.
본 발명의 제2 형태는, 제1 형태에 있어서, 상기 복수의 돌기는 상기 진동판에 대해 동일 방향을 따라 비스듬하게 돌출 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 따르면, 하나의 돌기가 방사한 음향 빔이 다른 돌기에 차단될 가능성이 저감되고, 음향류를 발생시켜 음향류를 타고 확실하게 생성수를 제거할 수 있다.
본 발명의 제3 형태는, 제2 형태에 있어서, 상기 돌기는 상기 생성수의 이송 방향에 대해 그 선단부가 상류측을 향하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 따르면, 음향류를 생성수의 이송 방향을 따라 발생시킬 수 있고, 확실하게 생성수를 이송시켜 제거할 수 있다.
본 발명의 제4 형태는, 제1 형태 내지 제3 형태 중 어느 하나에 있어서, 상기 방출면은 산화제를 흡입함과 함께, 상기 생성수를 방출하는 구멍이 형성되어, 상기 기기로서의 연료 전지의 일부를 구성하고 있고, 상기 돌기 또는 상기 돌기의 선단부는 상기 구멍을 피한 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 따르면, 이는 돌기 또는 돌기의 선단부가 산화제의 흡입 및 생성수의 제거를 물리적으로 방해하지 않고, 연료 전지의 발전 효율을 높게 유지할 수 있다.
본 발명의 제5 형태는, 제1 형태 내지 제3 형태 중 어느 하나에 있어서, 상기 돌기의 표면은 친수성 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 따르면, 돌기는 생성수를 용이하게 포획하여, 확실하게 생성수를 안개화 혹은 기화하여 간극 밖으로 제거할 수 있다.
본 발명의 제6 형태는, 제5 형태에 있어서, 상기 방출면의 표면은 발수성 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 따르면, 진동판에 형성된 복수의 돌기가 진동판을 진동시킴으로써, 생성수를 안개화 혹은 기화할 때, 방출면으로부터 용이하게 생성수를 떼어놓아 제거할 수 있다.
본 발명에 따르면, 생성수를 방출하는 기기의 생성수 방출면으로부터 신속하고, 또한 확실하게 생성수를 제거할 수 있어, 기기의 생성수를 생성하는 반응 혹은 처리를 촉진할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태의 생성수 제거 장치의 원리 설명도.
도 2는 제1 실시 형태의 생성수 제거 장치를 구비한 휴대형의 연료 전지 유닛의 개요 구성도.
도 3은 연료 전지의 개요 구성 설명도.
도 4는 압전 소자의 주파수 변동을 설명하기 위한 도면(첫 번째).
도 5는 압전 소자의 주파수 변동을 설명하기 위한 도면(두 번째).
도 6은 본 제1 실시 형태에 관한 연료 전지 유닛의 기능 블록도.
도 7은 연료 전지의 제어 처리 흐름도.
도 8은 압전 소자의 주파수 변동을 설명하기 위한 도면(세 번째).
도 9는 발명에 관한 생성수 제거 장치를 구비한 연료 전지를 탑재한 절첩식 휴대 전화 단말기의 설명도.
도 10은 휴대 전화 단말기에 연료 전지를 설치한 경우의 설명도.
도 11은 커버 내에 수납된 연료 전지 유닛의 설명도.
도 12는 다른 휴대 전화 단말기에 연료 전지를 설치한 경우의 설명도.
도 13은 또 다른 휴대 전화 단말기에 연료 전지를 설치한 경우의 설명도.
도 14는 제2 실시 형태의 원리 설명도.
도 15는 음향 빔의 전달 상태의 설명도.
도 16은 음압 분포의 설명도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
[1] 제1 실시 형태
도 1은 제1 실시 형태의 생성수 제거 장치의 원리 설명도이다.
생성수 제거 장치(10)는 생성수를 방출하는 방출면(11)을 갖는 기기(12)와, 방출면(11)에 대해 소정의 간극(13)을 형성하여 대향 배치되는 진동판(14)을 구비하고, 진동판(14)은 간극(13) 내에 돌출 형성되는 복수의 돌기(15)를 갖고 있다.
그리고, 진동판(14)을 진동시킴으로써, 생성수(16)는 돌기(15) 혹은 진동판(14)으로부터 진동 에너지를 공급하여 안개화 혹은 기화한다.
이 결과, 생성수는 간극(13) 내에 머물지 않고 간극(13) 밖으로 신속하게 제거된다.
도 2는 제1 실시 형태의 생성수 제거 장치를 구비한 휴대형의 연료 전지 유닛의 개요 구성도이다.
연료 전지 유닛(20)은, 크게 구별하면, 연료 전지(20A)와, 연료 전지(20A)를 구성하고, 생성수를 방출하는 방출면으로서 기능하는 산화제극(22)에 대해 소정의 간극(26)을 개재하여 대향하도록 배치된 음파를 발생시킴과 함께, 복수의 돌기(27)가 간극(26) 내에 돌출 형성되는 평판 형상의 진동판(28)과, 진동판(28)을 진동시키는 압전 소자(29)를 구비하고 있다.
돌기(27)는 진동판(28)에 대해 잘라 세우기 가공에 의해 형성하거나, 매립 혹은 접착에 의해 형성하는 것이 가능하지만, 잘라 세우기 가공에 의해 형성하는 쪽이 구조가 단순화되므로 바람직하다.
도 3은 연료 전지의 개요 구성 설명도이다.
연료 전지(20A)는 전해질층(21)의 양측에 각각 설치된 산화제극(22)과, 연료극(23)을 배치하여 구성되는 막ㆍ전극 접합체(24)를 구비하고 있다. 여기서, 산화제극(22)은 산화제극 전극으로서 기능하고, 연료극(23)은 애노드 전극으로서 기능하고 있다.
산화제극(22)에는 산화제로서의 산소를 포함하는 공기가 공급된다.
연료극(23)에는 메탄올 수용액 혹은 순메탄올(이하,「메탄올 연료」라 기재함)이 모세관 현상에 의해 공급된다.
이들의 결과, 연료 전지(20A)는 메탄올 연료 중 메탄올과 공기 중 산소와의 전기 화학 반응에 의해 발전한다.
산화제극(22)은 산화제극 촉매층(22A) 및 산화제극 기체(22B)를 갖는다. 산화제극 촉매층(22A)은 전해질층(21)에 접합되어 있다. 산화제극 기체(22B)는 통기성을 갖는 재료로 구성되어 있다. 산화제극 기체(22B)를 통과한 공기가 산화제극 촉매층(22A)에 공급된다.
산화제극(22)측의 전해질층(21)의 주연부에 산화제극측 가스킷(31)이 설치되어 있다. 산화제극측 가스킷(31)을 개재하여 산화제극측 하우징(32)이 설치되어 있다. 산화제극측 하우징(32)에는 산화제로서의 산소를 포함하는 공기를 도입함과 함께, 반응에 의해 생성되는 생성수를 방출하는 구멍(33)이 형성되어 있다. 또한, 이 구멍(33)에 대해 돌기(27)의 선단부가 위치하지 않도록 돌기(27)가 형성되어 있다. 이는, 돌기(27)가 산화제의 도입 및 생성수의 제거를 물리적으로 방해하지 않도록 하기 위해서이다.
그리고, 구멍(33)으로부터 유입한 공기는 산화제극(22), 산화제극측 가스킷(31) 및 산화제극측 하우징(32)에 의해 형성된 공기실(34)에 유입하고, 산화제극 기체(22B)에 도달한다. 또한, 산화제극측 하우징(32)은 발수성인 것이 바람직하다. 산화제극측 하우징(32)을 구성하는 재료로서는, 스테인리스계 금속, 티타늄계 합금 등의 금속 재료, 또는 아크릴 수지, 에폭시, 유리 에폭시 수지, 실리콘, 셀룰로오스, 나일론(등록 상표), 폴리아미드이미드, 폴리아릴아미드, 폴리아릴에테르케톤, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르술폰, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 폴리옥시메틸렌, 폴리카르보네이트, 폴리글리콜산, 폴리디메틸실록산, 폴리스티렌, 폴리술폰, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리페닐렌술피드, 폴리프탈아미드, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리사불화에틸렌, 경질 폴리염화비닐 등의 합성 수지를 예로 들 수 있다.
다음에, 연료극측 가스킷(35)에 대해 설명한다.
본 실시 형태의 연료극측 가스킷(35)은 전체가 기액 분리 필터로 형성되어 있다. 기액 분리 필터는 연료극(23)에서 생성된 가스를 투과하는 한편, 메탄올 연료를 차단하는 기액 분리 기능을 구비한다. 기액 분리 기능을 발현하는 재료로서, 직포, 부직포, 메쉬, 펠트 또는 오픈 포어를 갖는 스펀지 형상의 재료와 같은 다공질의 재료를 예로 들 수 있다.
다공질 재료를 구성하는 조성물로서, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP), 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ETFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 클로로트리플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(E/CTFE), 폴리비닐플루오라이드(PVF), 퍼플로로 환상 중합체 등을 예로 들 수 있다.
기액 분리 필터는 발수성인 것이 바람직하다. 여기서, 발수성이라 함은, 액체 연료를 밀어내는 성질이며, 보다 상세하게는, Zisman 플롯에 의해 산출되는 임계 표면 장력이 액체 연료의 표면 장력보다도 낮은 성질을 말한다.
연료극(23)은 연료극 촉매층(23A) 및 연료극 기체(23B)를 갖는다. 연료극 촉매층(23A)은 전해질층(21)에 접합되어 있다. 연료극 기체(23B)는 다공질 재료로 구성되어 있다. 모세관 현상에 의해 연료극 기체(23B)를 통과한 메탄올 연료가 연료극 촉매층(23A)에 공급된다. 연료극 기체(23B)는 친수성을 나타내는 도전성 재료가 바람직하다. 여기서 말하는 친수성이라 함은, 액체 연료와 융화되는 성질이며, 보다 상세하게는 Zisman 플롯에 의해 산출되는 임계 표면 장력이 액체 연료의 표면 장력보다도 높은 성질을 말한다. 예를 들어, 카본 페이퍼, 카본 펠트, 카본 크로스, 및 그들에 친수성 피막을 실시한 것, 티타늄계 합금, 스테인리스계 합금의 시트에 에칭으로 균일한 미세 구멍을 형성하고, 내식 도전성 피막(예를 들어, 금, 백금 등의 귀금속)을 실시한 것 등을 들 수 있다.
연료극(23)측의 전해질층(21)의 주연부에 연료극측 가스킷(36)이 설치되어 있다. 연료극측 가스킷(36)을 개재하여 연료극측 하우징(37)이 설치되고, 연료극(23), 연료극측 가스킷(36) 및 연료극측 하우징(37)에 의해 메탄올 연료가 저장되는 연료실(38)이 형성되어 있다. 이 연료실(38)에는 스페이서(39)가 설치되어 있다.
연료실(38)에 저장된 메탄올 연료는 연료극(23)에 바로 공급된다. 또한, 연료극측 가스킷(36)의 상세에 대해서는 후술한다.
연료극측 하우징(37)은 내메탄올성, 내산성, 기계적 강성 등의 특성을 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 연료극측 하우징(37)은 친수성인 것이 바람직하다. 또한, 연료극측 하우징(37)에는 연료 전지(20A)의 외부에 설치된 연료 탱크(도시하지 않음) 등으로부터 메탄올 연료를 빨아올리는 연료 흡인부(도시하지 않음)를 갖고, 연료실(38) 내에 메탄올 연료가 적절하게 보충된다.
연료극측 하우징(37)을 구성하는 재료로서는, 산화제극측 하우징(32)에 대해 예시한 재료를 사용할 수 있다.
또한, 스페이서(39)에 의해 연료극(23)과, 연료극측 하우징(37)과의 거리가 유지되어 있다. 또한, 스페이서(39)에 의해 연료극(23)이 전해질층(21)에 압박되므로, 연료극(23)과 전해질층(21)과의 접촉성이 향상된다.
또한, 연료실(38) 내에 설치되는 스페이서(39)는 내메탄올성, 내산성, 기계적 강성 등의 특성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 스페이서(39)가 연료극(23)을 분단하는 형상의 경우에는, 생성 가스가 스페이서(39)를 투과 가능한 것이 바람직하므로, 다공질 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 스페이서(39)로서, 상술한 기액 분리 필터와 같은 다공질 재료 외에, 폴리에틸렌, 나일론(등록 상표), 폴리에스테르, 레이온, 면, 폴리에스테르/레이온, 폴리에스테르/아크릴, 레이온/폴리크랄 등으로 형성된 직포, 부직포, 메쉬, 펠트 또는 오픈 포어를 갖는 스펀지 형상의 재료와 같은 다공질의 재료, 또는 질화붕소, 질화규소, 탄화탄탈, 탄화규소, 세피오라이트, 애터펄자이트, 제올라이트, 산화규소, 산화티타늄 등의 무기 고체를 들 수 있다.
진동판(28)으로서는, 경량으로 영률이 높은 재질, 예를 들어 알루미늄이 바람직하다.
그러나, 금속이면 두랄루민, 스테인리스, 티타늄이어도 되고, 세라믹스이면, 알루미나, 티타늄산 바륨, 페라이트, 이산화규소, 산화아연, 탄화규소, 질화규소이어도 되고, 플라스틱이면 불소 수지, 폴리페닐렌술피드 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리이미드, 폴리아세탈, 에틸렌비닐알코올 공중합 수지(EVOH)이어도 된다.
또한, 진동판(28)의 표면으로부터 돌기(27)의 선단부까지의 높이는 2.0 내지 3.0㎜ 정도이며, 진동판(28)의 두께는 1.0㎜ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 압전 소자(29)로서는, 압전 상수가 큰 재질, 예를 들어 티탄산 지르콘산 납(PZT)이 바람직하다. 그러나, 탄탈산 리튬(LiTa3), 니오븀산 리튬(LiNbO3), 사붕산 리튬(Li2B4O7)과 같은 압전 세라믹스나, 수정(SiO2)이어도 된다.
여기서, 산화제극(22)에 공급되는 가스(공기 혹은 산소)는 진동판(28)의 진동에 의해 이송된다. 또한 산화제극(22)에 의해 생성된 물(생성수)은 진동판(28)에 돌출 형성된 복수의 돌기(27)에 의해 진동 에너지가 공급되어 안개화 혹은 기화되어 간극(26) 밖으로 배출된다.
이 경우에 있어서, 돌기(27)의 선단과 산화제극(22) 사이의 거리는 산화제극(22) 상의 생성수에 닿는 범위로서, 0.1 내지 1.0㎜인 것이 바람직하다. 즉, 산화제극(22)과 진동판(28)의 평판부와의 사이의 거리는 진동판(28)의 표면으로부터 돌기(27)의 선단부까지의 높이가 2.0 내지 3.0㎜ 정도이므로, 2.1 내지 4.0㎜인 것이 바람직하다.
여기서, 압전 소자(29)에 의한 진동의 주파수는 초음파 영역, 가청 주파수 영역, 저주파수 영역 모두를 포함한다. 가청 주파수 영역 및 저주파수 영역은 초음파 영역과 비교하여 에너지 손실이 적다는 장점이 있다. 또한, 초음파 영역 및 저주파수 영역은 가청 주파수 영역과 비교하여 이용자에게 노이즈로서 인식되기 어렵다는 장점이 있다.
또한, 돌기(27)의 표면 및 진동판(28)의 산화제극(22)측 표면은 친수성으로 되어 있고, 산화제극(22)의 진동판(28)측 표면은 발수성으로 되어 있다.
돌기(27)의 표면 및 진동판(28)의 산화제극(22)측 표면은, 예를 들어 산화티타늄 피막 등의 친수성을 갖는 피막을 형성하는 표면 처리를 행할 수 있다. 친수성의 피막으로서는, 산화티타늄에 한하지 않고, 질화규소나 산화철이어도 된다.
또한, 산화제극(22)의 표면은, 예를 들어 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 피막 등의 발수성을 갖는 피막을 형성하는 표면 처리를 행할 수 있다. 발수성의 피막으로서는, PTFE에 한하지 않고, FEP(테트라플루오로에틸렌ㆍ헥사플루오로프로필렌 공중합체)나 PFA(테트라플루오로에틸렌ㆍ퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체)이어도 된다.
이와 같이, 발수성의 표면을 갖는 산화제극(22)으로부터 생성된 생성수는 친수성의 돌기(27), 나아가서는 진동판(28)에 부착한다. 산화제극(22)으로부터 돌기(27), 나아가서는 진동판(28)으로 이동하는 생성수는 표면 장력 때문에 외부로 누출되기 어렵다. 그리고, 진동판(28), 나아가서는 돌기(27)를 초음파에 의해 진동시킴으로써, 돌기(27) 및 진동판(28)에 부착한 물은 안개화 혹은 기화되어, 안개(물방울) 혹은 수증기로 되어 공기의 흐름을 따라 간극(26) 밖으로 제거되어 간다.
도 4는 압전 소자의 주파수 변동을 설명하기 위한 도면(첫 번째)이다.
도 5는 압전 소자의 주파수 변동을 설명하기 위한 도면(두 번째)이다.
연료 전지(20A)는 진동판(28)의 진동을 제어하고, 돌기(27)를 포함하는 진동판(28)의 공진 주파수를 공급하는 제어 회로를 구비하도록 해도 된다.
이 경우에 있어서, 돌기(27) 혹은 진동판(28)에 생성수가 부착한 경우, 그 공진 주파수가 변화하므로, 도 4에 도시한 바와 같이 제어 회로는 생성수 부착 후의 공진 주파수에 추종하도록 제어한다. 예를 들어, 제어 회로로서 압전 소자(29)를 사용하는 경우, 입력 전류가 최대로 되는 주파수가 공진 주파수로 되므로, 도 5에 도시한 바와 같이 입력 전류가 최대로 되는 극대치를 구하여 공진 주파수로 한다.
이상의 설명에서는, 돌기(27) 및 진동판(28)을 진동시키는 수단으로서 압전 소자(29)를 사용하고 있었지만, 압전 소자(29) 대신에 자왜(磁歪) 소자를 사용해도 된다. 또한, 압전 소자(29)나 자왜 소자는 코팅에 의해 방수되어 있는 것이 바람직하다.
간극(26) 밖으로 제거한 생성수는 그대로 대기중에 방출시켜도 되지만, 물 흡수제를 설치하여 서서히 대기중에 방출하도록 해도 된다.
다음에, 본 실시 형태에 관한 연료 전지의 제어 방법에 대해 설명한다.
도 6은 본 제1 실시 형태에 관한 연료 전지 유닛의 기능 블록도를 나타낸다. 여기서는, 연료 전지(20A)를 제어하는 보조 기계(40)로서, 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(41), 압전 소자(29)를 기재하고 있지만, 이들 보조 기계(40)를 연료 전지(20A) 내에 조립하는 구성으로 해도 된다.
마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(41)는 전압, 그 주파수의 조정에 의해 돌기(27) 및 진동판(28)의 진동 모드, 진동 속도를 제어하는 제어 신호를 압전 소자(29)에 공급한다. 이 경우에 있어서, 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(41)가 압전 소자(29)로 인가하는 전압 파형은 초음파 영역의 정현파, 구형파, 삼각파, 톱니파 등이다.
압전 소자(29)는 연료 전지(20A) 내에 배치된 진동판(28)을 진동시켜, 산소 공급이나 생성수의 제거를 행한다. 이로 인해, 연료 전지(20A)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
이 경우에 있어서, 또한 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(41)는, 도 6에 도시한 바와 같이 연료 전지(20A)로부터 전력이 공급되어도 되고, 도시하고 있지 않은 외부의 전원으로부터 전력이 공급되어도 된다.
또한, 연료 전지(20A)로부터 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(41)에 대해 발전량 정보를 통지해도 된다. 여기서, 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(41)는 발전량이 원하는 양보다도 많은 경우에는, 압전 소자(29)에 인가하는 전압을 내려, 산화제로서 산소의 공급량을 작게 함으로써 발전량을 감소시킨다. 한편, 발전량이 원하는 양보다도 적은 경우에는, 압전 소자(29)에 인가하는 전압을 올려, 산화제로서의 산소의 공급량을 크게 함으로써 발전량을 증가시킨다.
또한, 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(41)는 산화제극(22)과 돌기(27)와의 거리를 압전 소자의 진동 진폭을 바꿈으로써 조정하고, 생성수의 제거량, 공기 공급량을 바꾸어 발전 효율을 조정해도 되고, 돌기(27) 및 진동판(28)의 공진 주파수가 복수 존재하는 경우, 주파수 조정에 의해 진동 모드를 변화시켜, 산화제 공급량, 생성수 증발량을 조정해도 된다. 소비 전력을 적게 하기 위해, 필요시에만 간헐적으로 구동시켜도 된다.
도 7은 연료 전지의 제어 처리 흐름도이다.
도 8은 압전 소자의 주파수 변동을 설명하기 위한 도면(세 번째)이다.
다음에, 압전 소자(29)의 진동판(28)의 제어 방법에 대해, 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다. 이하에 나타내는 처리는 압전 소자(29)를 제어하는, 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(41)에 의해 실행된다.
우선, 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(41)는 압전 소자(29)의 주파수의 초기치를 설정한다(스텝 S101). 예를 들어, 압전 소자(29)의 초기시의 주파수(f)로서, 60㎑를 설정한다.
그리고, 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(41)는 초기시의 주파수(f)로 설정한 상태의 전류치를 측정하고, 전류치(Ii) 및 전류치(Iold)에 대입한다. 또한, 전류치(Ii)라 함은, 매회 갱신되는 전류치를 나타내고, 전류치(Iold)라 함은, 전회 측정된 전류치를 나타낸다. 또한, 최초의 측정시에는, 전류치(Ii) 및 전류치(Iold)에 당해 측정에 의해 얻어진 동일한 값이 보존된다.
이하의 설명에 있어서는, 전회 검지한 주파수보다도 주파수를 높이는 경우를 UP 모드라 부르고, 전회 검지한 주파수보다도 주파수를 내리는 모드를 DOWN 모드라 부르는 것으로 한다.
다음에 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(41)는 UP 모드로 처리를 이행한다(스텝 S103).
다음에, 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(41)는 전류치(Ii)가 전회의 전류치(Iold) 이상인지 여부를 판별한다(스텝 S104).
스텝 S104의 판별에 있어서, 전회의 전류치(Iold) 이상인 경우에는(스텝 S104; 예), 현재의 주파수(f)가 최대 주파수(fmax)보다도 작은지 여부를 판별한다(스텝 S105). 여기서, 최대 주파수(fmax)는, 도 8에 도시한 바와 같이 미리 설정되어 있는 값으로 한다.
스텝 S105의 판별에 있어서, 현재의 주파수(f)가 최대 주파수보다 작은 경우에는(스텝 S105; 예), 주파수를 인크리먼트하여(스텝 S107), 금회의 전류치(Ii)를 전회의 전류치(Iold)에 대입함과 함께, 인크리먼트 후의 전류치를 전류치(Ii)에 대입하여(스텝 S108), 스텝 S104의 처리로 복귀한다.
스텝 S105의 판별에 있어서, 현재의 주파수(f)가 최대 주파수보다 작지 않은 경우에는, 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(41)는 도 7의 (b)에 나타내는 DOWN 모드 처리(스텝 S201)로 처리를 이행한다.
계속해서 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(41)는 전류치(Ii)가 전회의 전류치(Iold)보다도 큰지 여부를 판별한다(스텝 S202).
스텝 S202의 판별에 있어서, 전류치(Ii)가 전회의 전류치(Iold)보다도 큰 경우에는(스텝 S202; 예), 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(41)는 현재의 주파수(f)가 최소 주파수(fmin)보다도 큰지 여부를 판별한다(스텝 S203). 여기서, 최소 주파수(fmin)는, 도 8에 도시한 바와 같이 미리 설정되어 있는 값으로 한다.
스텝 S203의 판별에 있어서, 현재의 주파수(f)가 최소 주파수(fmin)보다도 큰 경우에는(스텝 S203; 예), 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(41)는 주파수를 디크리먼트한다(스텝 S205).
계속해서, 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(41)는 금회의 전류치(Ii)를 전회의 전류치(Iold)에 대입함과 함께, 디크리먼트 후의 전류치를 전류치(Ii)에 대입하여(스텝 S205), 스텝 S202의 처리로 복귀하게 된다.
한편, 현재의 주파수(f)가 최소 주파수(fmin)보다도 크지 않은 경우에는(스텝 S203; 아니오), 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(41)는 UP 모드로 처리를 이행하는(스텝 S204), 즉 도 7의 (a)에 나타낸, 스텝 S103으로 처리를 이행하여, 이하, 마찬가지의 처리를 행한다.
이상의 설명과 같이, 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(41)는 1개 전에 검출한 주파수 및 전류치를 기초로, UP 모드 혹은 DOWN 모드로 이행하고, 이들 처리를 반복함으로써 압전 소자(29)의 주파수를 최적의 값으로 설정하게 된다.
이들 결과, 본 실시 형태에 관한 연료 전지 유닛(20)에 따르면, 복수의 돌기(27)를 갖는 진동판(28)을 발전 상태, 나아가서는 생성수의 생성 상태에 맞게 구동할 수 있고, 간극(26) 내의 공기에 의한 확산과, 돌기(27) 및 진동판의 진동에 기인하는 음향류에 의해 발전의 결과 생성된 생성수를 용이하게 간극(26) 밖으로 제거할 수 있다. 따라서, 산화제로서의 산소의 공급을 효율적으로 행할 수 있고, 연료 전지(20A)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 진동판(28)의 산화제극(22)측 표면은 친수성이며, 산화제극(22)의 진동판(28)측 표면은 발수성이다. 이로 인해, 생성수가 산화제극(22)측으로부터 진동판(28)의 돌기(27)측으로 이동하기 쉬워지고, 생성수와 돌기(27) 혹은 진동판(28)이 접하는 면적이 커진다. 이 결과, 에너지를 전달하기 쉬워지고, 보다 효율적으로 생성수를 제거할 수 있다.
또한, 돌기(27)를 형성하지 않은 경우와 비교하여, 산화제극(22)과 진동판(28) 사이의 간극(26)을 크게 확보하는 것이 가능해지므로, 산화제로서의 산소의 실효적인 공급 경로(공급 유로)를 크게 할 수 있고, 압력 손실의 저감이 가능해져 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 돌기(27) 혹은 진동판(28)의 여진에 의해 전해질층(21)의 내부를 공진시킨 경우에는, 산화제극(22) 표면에 부착하는 물, 혹은 연료극(23)의 표면막의 표면에 부착하는 이산화탄소를 유로에 확산시킬 수 있어, 보다 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
이상의 설명은, 연료 전지(20A) 단체에 본 실시 형태의 생성수 제거 장치를 설치하여 연료 전지 유닛(20)을 구성한 것이었지만, 이하에 있어서는, 본 실시 형태의 생성수 제거 장치를 구비한 연료 전지를 각종 전자 기기에 적용한 경우에 대해 설명한다.
도 9는 본 발명에 관한 생성수 제거 장치를 구비한 연료 전지를 탑재한 절첩식 휴대 전화 단말기의 설명도이다.
휴대 전화 단말기(70)는 표시측 하우징(71)과 조작측 하우징(72)을 힌지 기구(73)에 의해 서로 개폐 가능하게 연결한 것이며, 표시측 하우징(71)의 내면에는 메인 디스플레이(71b), 외면에는 도시하지 않은 서브 디스플레이가 배치되어 있다. 또한, 표시측 하우징(71)과 조작측 하우징(72)의 개폐를 검지하기 위해 표시측 하우징(71)의 내면에는 돌기(71a)가 형성되고, 한편 조작측 하우징(72)의 내면에는 돌기(71a)에 의해 온/오프되어야 할 개폐 검지 스위치(72a)가 설치되어 있다.
도 10은 휴대 전화 단말기에 연료 전지를 설치한 경우의 설명도이다.
휴대 전화 단말기(70)에 있어서는, 표시측 하우징(71) 혹은 조작측 하우징(72)의 내부에 본 발명에 관한 생성수 제거 장치를 구비한 연료 전지가 내장되고, 혹은 도 10에 도시한 바와 같이 표시측 하우징(71)의 배면에 본 발명에 관한 생성수 제거 장치를 구비한 연료 전지 유닛(20)이 설치된다.
연료 전지 유닛(20)은 커버(76)의 내부에 배치되고, 이 커버(76)에는 공기를 흡입해야 할 흡입구(76a)와, 공기를 배출해야 할 배출구(76b)가 형성되어 있다. 이 흡입구(76a) 및 배출구(76b)에는 연료 전지 유닛(20A)에서 발생한 액체 상태의 물이 커버(76) 밖으로 누설되지 않도록, 도시하지 않은 기액 분리 필터가 설치되어 있다.
도 11은 커버 내에 수납된 연료 전지 유닛의 설명도이다.
도 11에 도시한 바와 같이, 흡입구(76a) 및 배출구(76b)는 각각 커버(76)의 진동판(28)과의 대향 영역의 외측에 배치되어 있다. 따라서, 흡입구(76a)로부터 흡입된 산화제로서의 산소를 포함하는 공기는 진동판(28)에 의해 차단되지 않고 간극(26)에 유입하고, 그 후, 진동판(28)에 의해 차단되지 않고, 배출구(76b)로부터 배출된다. 이 결과, 효율적인 공기의 이동이 실현된다. 또한, 배수부(77)를 간극(26)의 종단부에 대향시켜 배치하면, 연료 전지의 산화제극측에서부터 생성된 물(불필요 물질)이 공기와 함께 배수부(77)를 향해 흐르므로, 배수구(77b)로부터 효율적으로 물을 배출할 수 있다.
여기서, 배수부(77)의 배수구(77b)는 메쉬 구조로 되어 있어도 된다.
도 12는 다른 휴대 전화 단말기에 연료 전지를 설치한 경우의 설명도이다.
도 13은 또 다른 휴대 전화 단말기에 연료 전지를 설치한 경우의 설명도이다.
또한, 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 표시측 하우징(71)의 배면에 연료 전지 유닛(20)이 설치되어 있는 휴대 전화 단말기에 있어서, 커버(76)의 측면이나 상하의 단부면에 흡입구(76a) 및 배출구(76b)를 개설하는 것도 가능하다.
[2] 제2 실시 형태
상기 제1 실시 형태에 있어서, 생성수 혹은 산화제(산소)를 포함하는 가스(공기)는 돌기(27) 및 진동판(28)의 진동에 기인하는 공기의 확산 및 음향류에 의해 간극(26) 밖으로 이송된다고 설명하였지만, 실제로는 공기의 확산이 주체였다. 본 제2 실시 형태에서는, 생성수 혹은 산화제(산소)를 포함하는 가스(공기)가 주로 진동판과 산화제극 사이의 간극 내에 발생하는 음향류에 의해 이송되는 경우의 실시 형태에 대해 설명한다.
도 14는 제2 실시 형태의 원리 설명도이다. 도 14에 있어서, 도 1의 원리 설명도와 같은 부분에는 동일 부호를 부여하는 것으로 한다.
여기서, 음향류에 대해 설명한다. 음향류는 음장에 의해 만들어 내어지는 정상적인 유체의 흐름이며, 진동판(28)과 반사판으로서 기능하는 산화제극(22) 표면을 대향 배치하여, 돌기(27) 및 진동판(28)에 진동을 가하여 초음파 영역의 정재파를 발생시킨 경우에는, 돌기(27) 혹은 진동판(28)과, 반사판으로서 기능하는 산화제극(22) 표면 사이에 기주 공진이 발생하고, 이에 수반하여, 돌기(27) 혹은 진동판(28)과, 반사판으로서 기능하는 산화제극(22) 표면 사이에 소용돌이 상태의 흐름이 발생한다. 기주 공진이 발생하였을 때에, 음압의 구배를 만듦으로써, 유로 내의 유체는 음압이 높은 쪽부터 낮은 쪽으로 흐르는 흐름이 발생하게 된다. 이 흐름을 음향류라 한다. 이렇게 하여 발생한 음향류에 의해, 연료 전지(20A)에 있어서는, 생성수 혹은 산화제(산소)를 공급하는 가스(공기)가 이송된다.
이와 같이, 산화제극(22)으로부터 방출되어, 안개화 혹은 기화된 생성수 및 산화제극(22)에 송입되는 산화제(산소)를 포함하는 가스는 간극(26) 내에 발생하는 음향류에 의해 효율적으로 이송됨으로써, 생성수를 효율적으로 제거할 수 있음과 함께, 산화제극(22)에 효율적으로 산소를 송입할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 음압 구배는 이하와 같이 작성된다.
진동판(28)은 복수의 돌기(27A)를 갖고 있지만, 이 복수의 돌기(27A)는 진동판(28)에 대해 동일 방향을 따라 소정 각도 θ(＜90°) 비스듬하게 돌출 형성되어 있고, 생성수의 이송 방향(화살표 A로 나타냄)에 대해 돌기(27A)의 선단부가 상류측을 향하고 있도록 구성되어 있다.
도 15는 음향 빔의 전달 상태의 설명도이다.
이 결과, 돌기(27A) 및 진동판(28)이 진동하여 발생하는 음향 빔은, 도 15의 (a)에 도시한 바와 같이 돌기(27A)에 반사되는 음향 빔(B)은 도 15의 (b)에 나타내는 간극(26) 내에 수직으로 돌출 형성되는 돌기(27)의 경우와 비교하여, 반사되는 비율이 낮아지고, 간극(26) 내에 효율적으로 음압 구배를 형성할 수 있고, 음향류를 효율적으로 발생시켜 효율적으로 간극(26) 밖으로 음향류를 흐르게 하는 것이 가능해진다.
따라서, 보다 효율적으로 생성수의 제거 및 산화제극(22)에의 산화제인 산소의 공급을 행할 수 있어, 보다 효율적인 발전을 행할 수 있다.
[3] 실시 형태의 변형예
상술한 각 실시 형태 및 응용예는 모든 점에 있어서 예시이며, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시 형태 및 구성예의 설명이 아닌 특허청구범위에 의해 규정되고, 또한 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에 있어서의 모든 변경이 포함된다.
예를 들어, 상술한 연료 전지에 있어서는, 생성수가 간극(26) 내에 모이면, 간극(26) 내를 흐르는 공기의 유동 저항으로 되어, 충분한 공기 공급량(산화제 공급량)을 확보할 수 없어, 연료 전지의 발전 효율이 저하되게 된다.
따라서, 간극(26) 내에 물이 모인 것을 검출한 시점에서, 운전 상태를 통상 운전으로부터 물 제거 운전으로 절환하도록 구성하는 것도 가능하다.
이 경우에 있어서, 간극(26)에 물이 모인 시점은 간극(26) 내에 배치한 도시하지 않은 음압 센서 및 이 음압 센서의 출력이 입력되는 음압 검지 회로에 의해 검출한 간극(26) 내의 음압의 크기에 기초하여 판별할 수 있다.
도 16은 음압 분포의 설명도이다.
도 16의 (a)는 돌기(27) 및 진동판(28)에 물방울이 부착되지 않은 상태에 있어서의 간극(26)에 따르는 소정 방향의 음압 분포를 나타내고, 도 16의 (b)는 돌기(27) 혹은 진동판(28)에 물방울이 부착하고 있는 상태에 있어서의 소정 방향과 동일 방향의 음압 분포를 나타내고 있다.
도 16에 도시하는 바와 같이, 돌기(27) 혹은 진동판(28)에 물방울이 부착함으로써 간극(26) 내의 음압은 대폭으로 저하되어 있다. 따라서, 검지한 음압이 소정의 임계치보다도 저하된 시점을 갖고, 간극(26) 내에 생성수가 모인 것이라 판단할 수 있으므로, 생성수 제거에 최적인 주파수 및 전압에서 돌기(27) 및 진동판(28)을 구동하도록 구성하는 것이 가능하다.
이 결과, 생성수가 간극(26) 내에 모일 때까지는, 산화제로서의 산소의 산화제극(22)에의 공급 효율이 높은 주파수 및 전압에서 돌기(27) 및 진동판(28)을 구동함으로써, 발전 효율을 높일 수 있음과 함께, 발전 효율이 저하되는 생성수가 모인 시점에서는, 생성수 제거 효율을 높임으로써, 발전 효율이 높은 기간을 길게 할 수 있어, 실효적인 발전 효율을 높게 할 수 있다.
이상의 설명은, 생성수가 모인 것을 직접적으로 검출하는 것이지만, 생성수가 모일 때까지의 시간은 대략 상정할 수 있으므로, 예를 들어 산화제로서의 산소의 산화제극(22)에의 공급 효율이 높은 주파수 및 전압에서 돌기(27) 및 진동판(28)을 구동하는 통상 운전(발전 운전)의 기간을 제1 소정 시간(예를 들어, 10분)으로 하고, 그 후, 생성수 제거 효율이 높은 주파수 및 전압에서 돌기(27) 및 진동판(28)을 구동하는 생성수 제거 운전의 기간을 제2 소정 시간(예를 들어, 10m 초)으로 하고, 통상 운전과 생성수 제거 운전을 교대로 절환함으로써 발전 효율을 유지하도록 구성하는 것도 가능하다.
또한, 간극(26) 내에 3개 이상의 음압 센서를 배치하여, 간극(26) 내의 음압 분포를 감시하고, 간극(26) 내에 물이 모인 시점을 검지하는 것도 가능하다.
또한, 간극(26) 내에 생성수가 모이게 되면, 간극(26) 내의 공진 주파수가 변화하므로, 돌기(27) 및 진동판(28)을 진동시키기 위한 압전 소자(29)에 흐르는 전류가 저하되므로, 이 저하를 검지함으로써, 음압 센서를 사용하지 않고, 통상 운전 제어로부터 생성수 제거 운전 제어로 이행시키는 것도 가능하다.
이 경우에 있어서, 통상 운전 제어로부터 생성수 제거 운전 제어로 변경하는 것에 수반하여, 돌기(27) 및 진동판(28)의 진동 주파수도 변화하고, 진동의 마디의 수와 배의 수가 변화하여, 이 과정에서 마디의 위치와 배의 위치가 이동하게 되지만, 생성수 제거 운전 제어에 있어서도 돌기(27) 혹은 진동판(28)에 부착되어 있는 물방울은 마디의 위치로부터 배의 위치로 이동하는 경향이 있으므로, 주파수 변경 후의 진동에 있어서의 배의 위치에 물이 집중하게 된다.
따라서, 생성수 제거 운전 제어 중에 있어서도, 주파수를 변경함으로써, 돌기(27) 및 진동판(28)의 다양한 위치를 마디로부터 배, 배로부터 마디로 함으로써, 효율적으로 생성수를 안개화 혹은 기화하여 제거하는 것이 가능해진다.
마찬가지로, 통상 운전으로부터 생성수 제거 운전으로의 절환은 진동판(28)의 진동 주파수를 세로 진동 모드의 공진 주파수로부터 가로 진동 모드의 공진 주파수로 절환함으로써 행하는 것도 가능하다.
이상의 설명에 있어서는, 본 발명에 관한 생성수 제거 장치를 구비한 연료 전지는 휴대 전화 단말기에 사용한 경우에 대해 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 휴대 전화기 등을 충전하기 위한 충전기, 비디오 카메라 등의 AV 기기, 휴대용 게임기, 네비게이션 장치, 핸디 클리너, 업무용 발전기, 로봇 등, 모든 전자 기기의 전원으로서 사용할 수 있다.
또한, 이와 같은 생성수 제거 장치를 사용함으로써 연료 전지를 평면 모듈로 할 수 있다.
또한 본 발명에 관한 생성수 제거 장치는 연료 전지에 사용하는 구성에 한하지 않고, 상술한 바와 같이 모든 전자 기기의 전원 이외의 용도에도 응용하는 것이 가능하며, 예를 들어 전자 기기를 구성하는 전자 회로부의 표면을 따라 본 발명에 관한 생성수 제거 장치를 적용하여, 이송하고 있는 가스(공기), 물에 의해 전자 회로부를 냉각하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
10: 생성수 제거 장치
11: 방출면
12: 기기
13: 간극
14: 진동판
15: 돌기
16: 생성수
20: 연료 전지 유닛
20A: 연료 전지
26: 간극
27, 27A: 돌기
28: 진동판
29: 압전 소자
B: 음향 빔

Claims (6)

  1. 생성수를 방출하는 방출면을 갖는 기기와,
    상기 기기의 방출면에 대해 소정의 간극을 형성하여 대향 배치되는 진동판을 구비하고,
    상기 진동판은 상기 간극 내에 돌출 형성되는 복수의 돌기를 갖고,
    상기 진동판을 진동시킴으로써, 상기 생성수를 안개화 혹은 기화하여 상기 간극 밖으로 제거하는 것을 특징으로 하는 생성수 제거 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 돌기는 상기 진동판에 대해 동일 방향을 따라 비스듬하게 돌출 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 생성수 제거 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 돌기는 상기 생성수의 이송 방향에 대해 그 선단부가 상류측을 향하고 있는 것을 특징으로 하는 생성수 제거 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방출면은 산화제를 흡입함과 함께, 상기 생성수를 방출하는 구멍이 형성되어, 상기 기기로서의 연료 전지의 일부를 구성하고 있고,
    상기 돌기 또는 상기 돌기의 선단부는 상기 구멍을 피한 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 생성수 제거 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌기의 표면은 친수성 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 생성수 제거 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 방출면의 표면은 발수성 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 생성수 제거 장치.
KR1020100025085A 2009-07-31 2010-03-22 생성수 제거 장치 KR101095798B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009180091A JP2011034809A (ja) 2009-07-31 2009-07-31 生成水除去装置
JPJP-P-2009-180091 2009-07-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110013180A KR20110013180A (ko) 2011-02-09
KR101095798B1 true KR101095798B1 (ko) 2011-12-21

Family

ID=43528943

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100025085A KR101095798B1 (ko) 2009-07-31 2010-03-22 생성수 제거 장치

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20120135324A1 (ko)
EP (1) EP2461410A1 (ko)
JP (1) JP2011034809A (ko)
KR (1) KR101095798B1 (ko)
CN (1) CN101989662A (ko)
WO (1) WO2011013268A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014087144A1 (en) * 2012-12-04 2014-06-12 Intelligent Energy Limited Computing device
US10343783B2 (en) * 2016-04-28 2019-07-09 Rosemount Aerospace Inc. Method and apparatus of detecting liquid water in a cloud
DE102017211149A1 (de) * 2017-06-30 2019-01-03 Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. Brennstoffzelle

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007049756A1 (ja) 2005-10-28 2007-05-03 Sanyo Electric Co., Ltd. 流体移送装置及びこれを用いた燃料電池並びに電子機器
KR100803250B1 (ko) 2007-02-08 2008-02-14 한국과학기술원 진동 발생 장치 및 상기 진동 발생장치를 사용하는수분제거 구조를 가지는 고분자 전해질 연료전지
WO2008038735A1 (fr) 2006-09-29 2008-04-03 Sanyo Electric Co., Ltd. pile à combustible

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2565146B2 (ja) * 1994-12-26 1996-12-18 日本電気株式会社 液体定量輸送装置
FR2744769B1 (fr) * 1996-02-12 1999-02-12 Drevet Jean Baptiste Circulateur de fluide a membrane vibrante
JP3485243B2 (ja) * 1997-03-25 2004-01-13 松下電器産業株式会社 固体高分子型燃料電池
JP2000120600A (ja) * 1998-10-15 2000-04-25 Nec Yonezawa Ltd 送風装置
JP3705541B2 (ja) * 2000-12-12 2005-10-12 シャープ株式会社 燃料電池
JP2002203585A (ja) 2000-12-28 2002-07-19 Toshiba Eng Co Ltd 燃料電池
JP2004014192A (ja) * 2002-06-04 2004-01-15 Sony Corp 燃料電池装置及び燃料電池装置の制御方法
DE10345694A1 (de) * 2003-10-01 2005-04-21 Korfmacher Georg Verfahren und Vorrichtung zum Fördern von Medien
JP4677725B2 (ja) 2004-02-27 2011-04-27 ソニー株式会社 燃料電池装置、気体噴出装置及び燃料電池装置の発電方法
WO2008096657A1 (ja) * 2007-02-06 2008-08-14 Sanyo Electric Co., Ltd. 燃料電池
WO2008123055A1 (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Sanyo Electric Co., Ltd. 流体移送装置及びこれを具えた燃料電池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007049756A1 (ja) 2005-10-28 2007-05-03 Sanyo Electric Co., Ltd. 流体移送装置及びこれを用いた燃料電池並びに電子機器
WO2008038735A1 (fr) 2006-09-29 2008-04-03 Sanyo Electric Co., Ltd. pile à combustible
JP2008108708A (ja) 2006-09-29 2008-05-08 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池
KR100803250B1 (ko) 2007-02-08 2008-02-14 한국과학기술원 진동 발생 장치 및 상기 진동 발생장치를 사용하는수분제거 구조를 가지는 고분자 전해질 연료전지

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011034809A (ja) 2011-02-17
US20120135324A1 (en) 2012-05-31
CN101989662A (zh) 2011-03-23
EP2461410A1 (en) 2012-06-06
KR20110013180A (ko) 2011-02-09
WO2011013268A1 (ja) 2011-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5078515B2 (ja) 燃料電池
KR101095798B1 (ko) 생성수 제거 장치
JP5142724B2 (ja) 流体移送装置
KR101127382B1 (ko) 생성수 제거 장치
JP3705541B2 (ja) 燃料電池
US8264123B2 (en) Piezoelectric vibration device system and electronics apparatus
JP4285518B2 (ja) 接続構造体、流路制御部、燃料電池型発電装置及び電子機器
KR101095735B1 (ko) 생성수 제거 장치
JP2010009855A (ja) 燃料電池装置
JP4893195B2 (ja) 送液装置の接続構造体、燃料電池型発電装置及び電子機器
JP2006278130A (ja) 燃料電池システム
US20100028739A1 (en) Fuel cell
JP2008274929A (ja) 流体移送装置及びこれを具えた燃料電池
JP2006004784A (ja) 燃料電池装置
JP2007294348A (ja) 燃料電池装置
JP2006004785A (ja) 送液方法、液体混合方法、送液装置、液体混合装置及び燃料電池装置
JP5072246B2 (ja) 燃料電池
JP2005116360A (ja) 燃料電池システム及び携帯用電子機器
JP2010257619A (ja) 燃料電池装置および燃料制御方法
JP2007134213A (ja) 燃料電池装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee