KR101127382B1 - 생성수 제거 장치 - Google Patents

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KR101127382B1
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마사또 니시까와
다까히로 나까무라
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산요덴키가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 연료 전지로부터 신속하고, 또한 확실하게 생성수를 제거함과 함께 생성수의 누설을 방지한다.
진동판(13)은, 구동시에는, 전기 기기인 연료 전지(11)에 의해 생성되는 생성수 WL을 구멍을 통해 안개화 혹은 기화하여, 간극 외부로 생성수 WF, WG를 제거한다.
이 진동판(13)의 구멍(15)은 미세한 세공으로 형성되어 있기 때문에, 진동판(13)의 비구동시에는 간극(14) 내에 생성수 WL을 모아 두는 것이 가능해진다.

Description

생성수 제거 장치{PRODUCT WATER REMOVING APPARATUS}
본 발명은 생성수 제거 장치에 관한 것으로, 특히 휴대 가능한 소형의 기기 내에서 생성된 생성수가 누출되지 않도록 하여, 신속하고 또한 확실하게 제거하는 것이 가능한 생성수 제거 장치를 제공하는 것에 있다.
종래, 연료 전지는, 에너지 변환 효율이 높고, 게다가 발전 반응에 의해 유해 물질을 발생하지 않기 때문에, 다양한 전기 기기의 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 덮고, 복수개의 공기 공급 홈이 오목 형성된 산화제극측 도전성 플레이트가 배치되고, 또한 산화제극측 도전성 플레이트의 외측에 가스 세퍼레이터가 배치되어 있다. 또한, 막ㆍ전극 접합체를 구성하는 연료극의 표면을 덮고, 복수개의 연료 가스 공급 홈이 오목 형성된 연료극측 도전성 플레이트가 배치되어 있다.
상기 구성을 갖는 연료 전지에서는, 산화제극측 도전성 플레이트의 공기 공급 홈에 공기가 송입됨과 함께, 연료극측 도전성 플레이트의 연료 가스 공급 홈에 연료 가스가 송입됨으로써 발전이 행하여진다.
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 산화제극에 공급하고, 메탄올 등의 연료를 기체 또는 액체인 상태로 연료극에 공급함으로써 발전이 행하여진다.
그러나, 소형의 전자 기기에 연료 전지를 탑재하기 위해서는, 산화제극에 산화제로서의 공기(산소)를 공급하는 경우에, 그들을 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, 발전의 과정에서 물이 생성되지만, 생성된 물(생성수)이 잘 외부로 배출되지 않으면, 진동체의 진동을 방해하거나, 직접적으로 산화제의 공급을 방해하게 되고, 나아가서는, 효율적인 발전을 행할 수 없게 되어 있었다.
한편, 기기의 비구동시에 있어서는, 생성수가 기기측 혹은 기기로부터 누출되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 목적은, 연료 전지 등의 전기 기재(전기 기기)로부터 신속하고, 또한 확실하게 생성수를 제거함과 함께, 생성수의 누설을 방지하는 것이 가능한 생성수 제거 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 형태는, 전기 기기에 의해 생성되는 생성수를 제거하는 생성수 제거 장치에서, 상기 전기 기기의 생성수의 방출면에 대하여 소정의 간극을 개재하여 대향 배치됨과 함께, 상기 생성수를 안개화 혹은 기화하기 위한 복수의 구멍을 갖고, 당해 구멍을 통해 상기 간극 외부로 상기 생성수를 제거하는 진동판을 구비하고, 이 진동판의 상기 구멍이 상기 진동판의 비구동시에 상기 간극 내에 생성수를 모아둘 수 있도록 미세한 세공으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 따르면, 진동판은, 구동시에는, 전기 기기에 의해 생성되는 생성수를 구멍을 통해 안개화 혹은 기화하여, 간극 외부로 생성수를 제거한다.
이 진동판의 구멍은 미세한 세공으로 형성되어 있기 때문에, 진동판의 비구동시에는 간극 내에 생성수를 모아 두는 것이 가능해진다.
따라서, 진동판의 구동시에는 신속하고, 또한 확실하게 생성수를 제거할 수 있음과 함께, 진동판의 비구동시에는 간극 내에 생성수를 모아 둠으로써 생성수의 누설을 방지할 수 있다.
본 발명의 제2 형태는, 연료 전지에 의해 발전시에 생성되는 생성수를 제거하는 생성수 제거 장치에서, 상기 연료 전지의 산화제극측의 생성수의 방출면에 대하여 소정의 간극을 개재하여 대향 배치됨과 함께, 상기 생성수를 안개화 혹은 기화하기 위한 복수의 구멍을 갖고, 당해 구멍을 통해 상기 간극 외부로 상기 생성수를 이송하는 진동판을 구비하고, 이 진동판의 상기 구멍이 상기 진동판의 비구동시에 상기 간극 내에 생성수를 모아둘 수 있도록 미세한 세공으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 따르면, 진동판은, 구동시에는, 연료 전지에 의해 발전시에 생성되는 생성수를 구멍을 통해 안개화 혹은 기화하여, 간극 외부로 생성수를 제거한다.
이 진동판의 구멍은 미세한 세공으로 형성되어 있기 때문에, 진동판의 비구동시에는 간극 내에 생성수를 모아 두는 것이 가능해진다.
따라서, 진동판의 구동시에는 신속하고, 또한 확실하게 생성수를 제거할 수 있음과 함께, 진동판의 비구동시에는 간극 내에 생성수를 모아 둠으로써 생성수의 누설을 방지할 수 있다.
본 발명의 제3 형태는, 제2 형태에 있어서, 모든 상기 세공은, 상기 연료 전지의 산화제극측의 흡기 구멍에 대향하는 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 따르면, 흡기 구멍에 위치하는 생성수를 신속하게 제거할 수 있기 때문에, 정제수에 의해 산화제극에서의 산화제의 공급을 방해되지 않고, 나아가서는, 효율이 좋은 발전을 행할 수 있다.
본 발명의 제4 형태는, 제1 형태 내지 제3 형태에 있어서, 상기 세공의 평균 직경 r은,
1≤r≤100(μm)
로 되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 따르면, 안개화된 생성수 혹은 기화된 생성수는 세공을 통과할 수 있지만, 액체 상태의 생성수는 세공을 통과할 수 없으므로, 진동판의 진동 중에는 생성수는 간극 외부로 이송되고, 진동판의 비구동시에는 간극 내에 생성수를 모아 둘 수 있다.
본 발명의 제5 형태는, 제4 형태에 있어서, 상기 진동판의 각 세공은, 상기 생성수의 방출면측의 직경이 다른 쪽의 면측의 직경보다 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 따르면, 액체 상태의 생성수를 받아들이기 쉽게 하고, 또한 진동판의 비구동시에 액체 상태의 생성수를 간극 내에 유지하기 쉬워진다.
본 발명의 제6 형태는, 제1 형태 내지 제5 형태 중 어느 하나에 있어서, 상기 진동판의 상기 연료 전지의 방출면에 대향하는 면에 흡수 부재를 설치한 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 따르면, 흡수 부재에 의해 생성수는 용이하게 유지됨과 함께, 진동판이 진동하고 있는 상태이면, 확실하게 생성수를 안개화 혹은 기화하여, 간극 외부로 제거할 수 있다.
본 발명의 제7 형태는, 제1 형태 내지 제5 형태 중 어느 하나에 있어서, 상기 진동판의 상기 연료 전지의 방출면에 대향하는 면은 친수성 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 따르면, 진동판의 연료 전지의 방출면에 대향하는 면은, 생성수를 용이하게 포획하여, 확실하게 생성수를 안개화 혹은 기화하여, 간극 외부로 제거할 수 있다.
본 발명의 제8 형태는, 제6 형태 또는 제7 형태에 있어서, 상기 방출면은 발수성 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 따르면, 진동판을 진동시킴으로써, 생성수를 안개화 혹은 기화할 때에, 방출면으로부터 용이하게 생성수를 떼어놓아, 제거할 수 있다.
본 발명에 따르면, 연료 전지로부터 신속하고, 또한 확실하게 생성수를 제거함과 함께 생성수의 누설을 방지할 수 있다.
도 1은 실시 형태의 생성수 제거 장치의 원리 설명도.
도 2는 실시 형태의 생성수 제거 장치를 구비한 휴대형의 연료 전지 유닛의 개요 구성도.
도 3은 세공의 단면 형상의 설명도.
도 4는 연료 전지의 개요 구성 설명도.
도 5는 압전 소자의 주파수 변동을 설명하기 위한 도면(첫번째).
도 6은 압전 소자의 주파수 변동을 설명하기 위한 도면(두번째).
도 7은 실시 형태에 관한 연료 전지 유닛의 기능 블록도.
도 8은 연료 전지의 제어 처리 흐름도.
도 9는 압전 소자의 주파수 변동을 설명하기 위한 도면(세번째).
도 10은 실시 형태의 변형예의 설명도.
도 11은 발명에 관한 생성수 제거 장치를 구비한 연료 전지를 탑재한 절첩식의 휴대 전화 단말기의 설명도.
도 12는 휴대 전화 단말기에 연료 전지를 장착한 경우의 설명도.
도 13은 커버 내에 수납된 연료 전지 유닛의 설명도.
도 14는 다른 휴대 전화 단말기에 연료 전지를 장착한 경우의 설명도.
도 15는 또 다른 휴대 전화 단말기에 연료 전지를 장착한 경우의 설명도.
도 16은 흡기 구멍과 세공의 배치 설명도.
도 17은 음압 분포의 설명도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 1은, 실시 형태의 생성수 제거 장치의 원리 설명도이다.
생성수 제거 장치(10)는, 전기 기재(전기 기기)로서의 연료 전지(11)에 의해 그 표면(11A)에 생성되는 생성수를 제거하는 것이며, 연료 전지(11)의 생성수의 방출면에 대하여 소정의 간극으로서 형성된 산화제 공급 경로(14)를 개재하여 대향 배치됨과 함께, 액체 상태의 생성수 WL을 안개화 혹은 기화하기 위한 복수의 구멍(15)을 갖고, 당해 구멍(15)을 통해 산화제 공급 경로(14) 외부로 생성수를 제거하는 진동판(13)을 구비하고, 이 진동판(13)의 구멍(15)이 진동판(13)의 비구동시에 소정의 간극으로서 형성된 산화제 공급 경로(14) 내에 생성수 WL을 모아둘 수 있도록 미세한 세공으로 형성되어 있다.
여기에서, 세공(15)이 액체 상태의 생성수 WL을 산화제 공급 경로(14) 내에 유지하고, 또한 안개 상태 혹은 기체 상태의 생성수 WF, WG를 통과시키는 것이 가능한 것은, 세공(15)의 직경이, 액체 상태의 생성수 WL보다도 작고, 안개 상태의 생성수 WF 혹은 기체 상태의 생성수 WG보다도 크기 때문이다.
이에 의해, 진동판(13)을 진동시킴으로써, 방출된 생성수는 안개화 혹은 기화되어, 세공(15)을 통해 산화제 공급 경로 외부로 직접적으로 제거되어, 안개화 혹은 기화된 생성수 WF, WG의 흐름이 산화제인 산소의 흡기 구멍(12)으로의 공급을 방해하는 일이 없으므로, 발전 효율을 높게 유지할 수 있다.
또한 세공(15)을 통과한 후의 안개화 혹은 기화된 생성수 WF, WG의 크기는, 세공(15)의 직경 이하의 미세한 것으로 되어 있으므로, 그 열용량은 작고, 용이하게 증발되게 된다.
한편, 액체 상태의 생성수 WL은 세공(15)을 통과할 수 없어, 산화제 공급 경로(14) 내에 유지되므로, 연료 전지(11)의 발전에 수반하여 흡기 구멍(12)으로 나오는 액체 상태의 물이 외부로 누설되지 않고, 반대로 외부로부터 직경이 큰 이물질이 액체와 함께, 혹은 단독으로 혼입되어 산화제극의 표면에 도달하는 일도 없다.
도 2는, 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 구성하며 복수의 흡기 구멍(21)을 갖는 산화제극측 하우징(22A)에 대하여, 소정의 간극으로서 구성된 산화제 공급 경로(23)를 개재하여 대향하도록 배치되고, 통상 사용 상태에서 액체 상태의 생성수를 산화제 공급 경로(23) 내에 유지함과 함께, 안개 상태의 생성수 WF 혹은 기체 상태의 생성수 WG를 통과시키는 것이 가능한 미세한 세공(24)이 형성된 평판 형상의 진동판(25)과, 진동판(25)을 진동시키는 압전 소자(26)를 구비하고 있다.
또한, 도 2에서는, 이해를 용이하게 하기 위해, 세공(24)을 실제의 직경보다도 크게 표시하고 있다.
세공(24)은 방전 가공이나 도금 가공에 의해 형성되어 있고, 세공(24)의 평균 직경 r은, 안개 상태의 생성수 WF 혹은 기체 상태의 생성수 WG의 입자 직경(<1μm)보다도 크고, 액체 상태의 생성수 WL의 입자(응집체)의 입자 직경(>1000μm)보다도 작게 설정되고,
1≤r≤100(μm)
로 되어 있다. 이 결과, 액체 상태의 생성수 WL은 세공(24)을 통과할 수 없고, 안개 상태의 생성수 WF 혹은 기체 상태의 생성수 WG는 세공(24)을 통과할 수 있는 것이다. 또한, 실용적으로는, 세공(24)의 평균 직경 r은 10 내지 50μm로 하는 것이 가공 비용 등의 관점에서도 바람직하다.
도 3은, 세공의 단면 형상의 설명도이다.
또한 세공(24)은, 진동판(25)의 표면(25A)측과 이면(25B)측에서 동일할 필요는 없고, 도 3의 (a)에 원뿔 사다리꼴 형상 혹은 도 3의 (b)에 2단 원통 형상으로서 예시하는 바와 같이, 표면(25A)측의 직경 rA가 이면(25B)측의 직경 rB보다 큰 직경을 갖는 형상으로 되어 있는 것이 바람직하다. 이것은, 산화제극으로부터 방출된 액체 상태의 생성수 WL을 받아들이기 쉽게 하고, 또한 액체 상태의 생성수 WL을 산화제 공급 경로(23) 내에 유지하기 위해서이다.
도 4는, 연료 전지의 개요 구성 설명도이다.
연료 전지(20A)는, 전해질층(31)의 양측에 각각 설치된 산화제극(32)과, 연료극(33)을 배치하여 구성되는 막ㆍ전극 접합체(34)를 구비하고 있다. 여기에서, 산화제극(32)은 산화제극 전극으로서 기능하고, 연료극(33)은 애노드 전극으로서 기능하고 있다.
산화제극(32)에는, 산화제로서의 산소를 포함하는 공기가 공급된다.
연료극(33)에는, 메탄올 수용액 혹은 순 메탄올(이하,「메탄올 연료」라 기재함)이 모세관 현상에 의해 공급된다.
그 결과, 연료 전지(20A)는, 메탄올 연료 중의 메탄올과 공기 중의 산소의 전기 화학 반응에 의해 발전한다.
산화제극(32)은 산화제극 촉매층(32A) 및 산화제극 기체(32B)를 갖는다. 산화제극 촉매층(32A)은 전해질층(31)에 접합되어 있다. 산화제극 기체(32B)는 통기성을 갖는 재료로 구성되어 있다. 산화제극 기체(32B)를 통과한 공기가 산화제극 촉매층(32A)에 공급된다.
산화제극(32)측의 전해질층(31)의 주연부에 산화제극측 가스킷(41)이 설치되어 있다. 산화제극측 가스킷(41)을 개재하여 산화제극측 하우징(22A)이 설치되어 있다. 산화제극측 하우징(22A)에는, 상술한 바와 같이 산화제로서의 산소를 포함하는 공기(산화제 가스)를 도입함과 함께, 반응에 의해 생성되는 생성수를 방출하는 흡기 구멍(21)이 형성되어 있다.
그리고, 흡기 구멍(21)으로부터 유입된 산화제로서의 산소는, 산화제극(32), 산화제극측 가스킷(41) 및 산화제극측 하우징(22A)에 의해 형성된 공기실(44)로 유입되고, 산화제극 기체(32B)에 도달한다. 또한, 산화제극측 하우징(22A)은 발수성인 것이 바람직하다. 산화제극측 하우징(22A)을 구성하는 재료로서는, 스테인리스계 금속, 티타늄계 합금 등의 금속 재료, 또는 아크릴 수지, 에폭시, 유리 에폭시 수지, 실리콘, 셀룰로오스, 나일론(등록 상표), 폴리아미드이미드, 폴리알릴아미드, 폴리알릴에테르케톤, 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.
다음으로, 연료극측 가스킷(45)에 대하여 설명한다.
본 실시 형태의 연료극측 가스킷(45)은, 전체가 기액 분리 필터로 형성되어 있다. 기액 분리 필터는, 연료극(33)에서 생성한 가스를 투과하는 한편, 메탄올 연료를 차단하는 기액 분리 기능을 구비한다. 기액 분리 기능을 발현하는 재료로서, 직포, 부직포, 메쉬, 펠트 또는 오픈 포어(open pore)를 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), 퍼플루오로 환상 중합체 등을 예로 들 수 있다.
기액 분리 필터는 발수성인 것이 바람직하다. 여기에서, 발수성이라 함은, 액체 연료를 밀어내는 성질이며, 보다 상세하게는, Zisman 플롯에 의해 산출되는 임계 표면 장력이 액체 연료의 표면 장력보다도 낮은 성질을 말한다.
연료극(33)은 연료극 촉매층(33A) 및 연료극 기체(33B)를 갖는다. 연료극 촉매층(23A)은 전해질층(31)에 접합되어 있다. 연료극 기체(33B)는 다공질 재료로 구성되어 있다. 모세관 현상에 의해 연료극 기체(33B)를 통과한 메탄올 연료가 연료극 촉매층(33A)에 공급된다. 연료극 기체(33B)는 친수성을 나타내는 도전성 재료가 바람직하다. 여기에서 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 클로스, 및 그것들에 친수성 피막을 실시한 것, 티타늄계 합금, 스테인리스계 합금의 시트에 에칭으로 균일한 미세 구멍을 설치하여, 내식 도전성 피막(예를 들어, 금, 백금 등의 귀금속)을 실시한 것 등을 들 수 있다.
연료극(33)측의 전해질층(31)의 주연부에 연료극측 가스킷(46)이 설치되어 있다. 연료극측 가스킷(46)을 개재하여 연료극측 하우징(47)이 설치되고, 연료극(33), 연료극측 가스킷(46) 및 연료극측 하우징(47)에 의해 메탄올 연료가 저장되는 연료실(48)이 형성되어 있다. 이 연료실(48)에는 스페이서(49)가 설치되어 있다.
연료실(48)에 저장된 메탄올 연료는, 연료극(33)에 바로 공급된다. 또한, 연료극측 가스킷(46)의 상세에 대해서는 후술한다.
연료극측 하우징(47)은, 내메탄올성, 내산성, 기계적 강성 등의 특성을 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 연료극측 하우징(47)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(47)을 구성하는 재료로서는, 산화제극측 하우징(22A)에 대하여 예시한 재료를 사용할 수 있다.
또한, 스페이서(49)에 의해 연료극(33)과, 연료극측 하우징(47)과의 거리가 유지되어 있다. 또한, 스페이서(49)에 의해 연료극(33)이 전해질층(31)에 가압되기 때문에, 연료극(33)과 전해질층(31)의 접촉성이 향상된다.
또한, 연료실(48) 내에 설치되는 스페이서(49)는, 내메탄올성, 내산성, 기계적 강성 등의 특성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 스페이서(49)가 연료극(33)을 분단하는 형상인 경우에는, 생성 가스가 스페이서(49)를 투과 가능한 것이 바람직하기 때문에, 다공질 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 스페이서(49)로서, 상술한 기액 분리 필터와 같은 다공질 재료 이외에, 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, 세피올라이트, 애터펄자이트, 제올라이트, 산화규소, 산화티타늄 등의 무기 고체를 들 수 있다.
진동판(25)으로서는, 경량이며 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(25)의 두께는 1.0mm 이하인 것이 바람직하다.
또한, 압전 소자(26)로서는, 압전 상수가 큰 재질, 예를 들어, 티타늄산 지르콘산 납(PZT)이 바람직하다. 그러나, 탄탈산 리튬(LiTa3), 니오븀산 리튬(LiNbO3), 사붕산 리튬(Li2B4O7) 등의 압전 세라믹스나, 수정(SiO2)이어도 된다.
여기에서, 산화제극(32)에 공급되는 가스(공기 혹은 산소)는, 진동판(25)의 진동에 의해 산화제 공급 경로(23) 내에 발생한 음향류에 의해 이송된다. 또한 산화제극(32)에 의해 생성된 물(생성수)은, 진동판(25)에 의해 진동 에너지가 부여되어 안개화 혹은 기화되어 산화제 공급 경로(23) 외부로 배출된다.
이 경우, 진동판(25)과 산화제극측 하우징(22A) 사이의 거리는, 산화제극측 하우징(22A) 상의 생성수에 닿는 범위로서, 0.1 내지 2.0mm인 것이 바람직하다.
여기에서, 압전 소자(26)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, 진동판(25)의 표면(25A)은 친수성으로 하는 것이 바람직하고, 산화제극측 하우징(22A)의 진동판(25)측의 표면 및 진동판(25)의 이면(25B)은 발수성으로 되는 것이 바람직하다.
진동판(25)의 표면(25A)은, 예를 들어, 산화티타늄 피막 등의 친수성을 갖는 피막을 형성하는 표면 처리를 행할 수 있다. 친수성의 피막으로서는, 산화티타늄에 한정되지 않고, 질화규소나 산화철이어도 된다.
또한, 산화제극측 하우징(22A)의 표면 및 진동판(25)의 이면(25B)은, 예를 들어, PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 피막 등의 발수성을 갖는 피막을 형성하는 표면 처리를 행할 수 있다. 발수성의 피막으로서는, PTFE에 한정되지 않고, FEP(테트라플루오로에틸렌ㆍ헥사플루오로프로필렌 공중합체)나 PFA(테트라플루오로에틸렌ㆍ퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체)이어도 된다.
이와 같이, 발수성의 표면을 갖는 산화제극(22)으로부터 생성된 생성수는, 친수성의 진동판(25)의 표면(25A)에 부착된다. 산화제극(22)으로부터 진동판(25)으로 이동하는 생성수는, 표면 장력으로 인해 외부로 누설되기 어렵다. 그리고, 진동판(25)을, 초음파에 의해 진동시킴으로써, 진동판(25)에 부착된 물은 안개화 혹은 기화하여, 안개(물방울) 혹은 기체 상태의 물이 되어 세공(24)을 통과하여, 진동판(25)의 이면(25B)에 이르고, 발수성의 이면(25B)을 따라 흐르는 공기에 의해, 이면(25B)에 다시 부착되지 않고 제거된다.
도 5는, 압전 소자의 주파수 변동을 설명하기 위한 도면(첫번째)이다.
도 6은, 압전 소자의 주파수 변동을 설명하기 위한 도면(두번째)이다.
연료 전지(20A)는, 진동판(25)의 진동을 제어하고, 진동판(25)의 공진 주파수를 부여하는 제어 회로를 구비하도록 하여도 된다.
이 경우, 진동판(25)에 생성수가 부착된 경우, 그 공진 주파수가 변화하므로, 도 5에 도시된 바와 같이, 제어 회로는, 생성수 부착 후의 공진 주파수로 추종하도록 제어된다. 예를 들어, 제어 회로로서 압전 소자(26)를 사용하는 경우, 입력 전류가 최대가 되는 주파수가 공진 주파수가 되기 때문에, 도 6에 도시된 바와 같이, 입력 전류가 최대로 되는 극대값을 구하여, 공진 주파수로 한다.
이상의 설명에서는, 진동판(25)을 진동시키는 수단으로서 압전 소자(26)를 사용하고 있었지만, 압전 소자(26) 대신에 자왜 소자를 사용하여도 된다. 또한, 압전 소자(26)나 자왜 소자는 코팅에 의해 방수되어 있는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 실시 형태에 관한 연료 전지의 제어 방법에 대하여 설명한다.
도 7은, 본 제1 실시 형태에 관한 연료 전지 유닛의 기능 블록도이다.
여기에서는, 연료 전지(20A)를 제어하는 정밀 기계(50)로서, 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(51), 압전 소자(26)를 기재하고 있지만, 이들의 보조 기계(50)를 연료 전지(20A) 내에 조립하는 구성으로 하여도 된다.
마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(51)는, 전압, 그 주파수의 조정에 의해, 진동판(25)의 진동 모드, 진동 속도를 제어하는 제어 신호를 압전 소자(26)에 공급한다. 이 경우, 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(51)가 압전 소자(26)에 인가하는 전압 파형은, 초음파 영역의 정현파, 구형파, 삼각파, 톱니파 등이다.
압전 소자(26)는, 연료 전지(20A) 내에 배치된 진동판(25)을 진동시켜, 산소 공급이나 생성수의 제거를 행한다. 이로 인해, 연료 전지(20A)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
이 경우, 또한 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(51)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 연료 전지(20A)로부터 전력을 공급하여도 되고, 도시되어 있지 않은 외부의 전원으로부터 전력을 공급하여도 된다.
또한, 연료 전지(20A)로부터 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(51)에 대하여, 발전량 정보를 통지하여도 된다. 여기에서, 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(51)는, 발전량이 원하는 양보다도 많은 경우에는, 압전 소자(26)에 인가하는 전압을 낮추어, 산화제로서 산소의 공급량을 작게 함으로써 발전량을 감소시킨다. 한편, 발전량이 원하는 양보다도 적은 경우에는, 압전 소자(26)에 인가하는 전압을 높여, 산화제로서의 산소의 공급량을 크게 함으로써 발전량을 증가시킨다.
또한, 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(51)는, 산화제극측 하우징(22A)과 진동판(25)과의 거리를 압전 소자의 진동 진폭을 바꿈으로써 조정하고, 생성수의 제거량, 공기 공급량을 바꾸어, 발전 효율을 조정하여도 되고, 진동판(25)의 공진 주파수가 복수 존재하는 경우, 주파수 조정에 의해 진동 모드를 변화시켜 산화제 공급량, 생성수 증발량을 조정하여도 된다. 소비 전력을 적게 하기 위해, 필요시에만 간헐적 구동시켜도 된다.
도 8은, 연료 전지의 제어 처리 흐름도이다.
도 9는, 압전 소자의 주파수 변동을 설명하기 위한 도면(세번째)이다.
다음으로, 압전 소자(26)의 진동판(25)의 제어 방법에 대하여, 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다. 이하에 도시된 처리는, 압전 소자(26)를 제어하는 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(51)에 의해 실행된다.
우선, 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(51)는, 압전 소자(26)의 주파수의 초기값을 설정한다(스텝 S101). 예를 들어, 압전 소자(26)의 초기시의 주파수(f)로서, 60kHz를 설정한다.
그리고, 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(51)는, 초기시의 주파수(f)로 설정한 상태의 전류값을 측정하고, 전류값(Ii) 및 전류값(Iold)에 대입한다. 또한, 전류값(Ii)이라 함은, 매회 갱신되는 전류값을 나타내고, 전류값(Iold)이라 함은, 전회 측정된 전류값을 나타낸다. 또한, 최초의 측정시에는, 전류값(Ii) 및 전류값(Iold)에 당해 측정에 의해 얻어진 동일한 값이 보존된다.
이하의 설명에서는, 전회 검지한 주파수보다도 주파수를 높이는 경우를 UP 모드라 부르고, 전회 검지한 주파수보다도 주파수를 낮추는 모드를 DOWN 모드라 부르는 것으로 한다.
다음으로, 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(51)는 UP 모드로 처리를 이행한다(스텝 S103).
다음으로, 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(51)는, 전류값(Ii)이 전회의 전류값(Iold) 이상인지 여부를 판별한다(스텝 S104).
스텝 S104의 판별에서, 전회의 전류값(Iold) 이상인 경우에는(스텝 S104; 예), 현재의 주파수(f)가 최대 주파수(fmax)보다도 작은지 여부를 판별한다(스텝 S105). 여기에서, 최대 주파수(fmax)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 미리 설정되어 있는 값으로 한다.
스텝 S105의 판별에서, 현재의 주파수(f)가 최대 주파수보다 작은 경우에는(스텝 S105; 예), 주파수를 인크리먼트하고(스텝 S107), 금회의 전류값(Ii)을 전회의 전류값(Iold)에 대입함과 함께, 인크리먼트 후의 전류값을 전류값(Ii)에 대입하고(스텝 S108), 스텝 S104의 처리로 복귀한다.
스텝 S105의 판별에서, 현재의 주파수(f)가 최대 주파수보다 작지 않은 경우에는, 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(51)는, 도 7의 (b)에 도시된 DOWN 모드 처리(스텝 S201)로 처리를 이행한다.
계속해서 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(51)는, 전류값(Ii)이 전회의 전류값(Iold)보다도 큰지 여부를 판별한다(스텝 S202).
스텝 S202의 판별에서, 전류값(Ii)이 전회의 전류값(Iold) 보다도 큰 경우에는(스텝 S202; 예), 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(51)는, 현재의 주파수(f)가 최소 주파수(fmin)보다도 큰지 여부를 판별한다(스텝 S203). 여기에서, 최소 주파수(fmin)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 미리 설정되어 있는 값으로 한다.
스텝 S203의 판별에서, 현재의 주파수(f)가 최소 주파수(fmin)보다도 큰 경우에는(스텝 S203; 예), 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(51)는, 주파수를 디크리먼트한다(스텝 S205).
계속해서, 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(51)는, 금회의 전류값(Ii)을 전회의 전류값(Iold)에 대입함과 함께, 디크리먼트 후의 전류값을 전류값(Ii)에 대입하고(스텝 S205), 스텝 S202의 처리로 복귀하게 된다.
한편, 현재의 주파수(f)가 최소 주파수(fmin)보다도 크지 않은 경우에는(스텝 S203; 아니오), 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(51)는 UP 모드로 처리를 이행한다(스텝 S204), 즉, 도 8의 (a)에 도시된 스텝 S103으로 처리를 이행하고, 이하, 마찬가지의 처리를 행한다.
이상의 설명과 같이, 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로(51)는, 1개 전에 검출한 주파수 및 전류값을 바탕으로 UP 모드 혹은 DOWN 모드로 이행하고, 이들의 처리를 반복함으로써 압전 소자(26)의 주파수를 최적인 값으로 설정하게 된다.
그 결과, 본 실시 형태에 관한 연료 전지 유닛(20)에 따르면, 진동판(25)을 발전 상태, 나아가서는, 생성수의 생성 상태에 맞추어 구동할 수 있고, 산화제 공급 경로(23) 내의 액체 상태의 생성수 WL에 효율적으로 진동 에너지를 부여하여, 안개화한 생성수 WF 혹은 기화한 생성수 WG로 하고, 세공(24)을 통과시켜 안개화한 생성수 WF 혹은 기화한 생성수 WG를 산화제 공급 경로(23) 외부로 제거할 수 있으므로, 안개화한 생성수 WF 혹은 기화한 생성수 WG의 제거시에 이들이 산화제 공급 경로(23) 내를 흐르는 일이 없으므로, 산화제 가스로서의 공기의 흐름을 방해하는 일이 없다.
또한, 산화제 공급 경로(23) 내의 공기에 의한 확산과, 진동판(25)의 진동에 기인하는 음향류에 의해 산화제 가스를 효율적으로 산화제 공급 경로(23) 내에서 흘리는 것이 가능해진다.
따라서, 연료 전지(20A)의 발전에 수반하여 흡기 구멍(21)으로 나오는 생성수, 나아가서는, 산화제 공급 경로(23) 내에 존재하는 액체 상태의 생성수를 신속하게 제거하여, 산화제로서의 산소의 공급을 효율적으로 행할 수 있어, 연료 전지(20A)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 진동판(25)의 표면(25A)은 친수성이고, 산화제극(22)의 표면은 발수성이다. 이로 인해, 생성수가, 연료 전지(20A)의 표면(산화제극측 하우징(22A))으로부터 진동판(25)으로 이동하기 쉬워져, 생성수와 진동판(25)이 접하는 면적이 커진다. 이 결과, 에너지를 전달하기 쉬워져 보다 효율적으로 생성수를 제거할 수 있다.
또한, 진동판(25)의 여진에 의해, 전해질층(31)의 내부를 공진시킨 경우에는, 산화제극측 하우징(22A) 표면에 부착되는 물, 혹은, 연료극(33)의 표면막의 표면에 부착되는 이산화탄소를 유로로 확산시킬 수 있어, 보다 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 10은, 실시 형태의 변형예의 설명도이다.
이상의 설명에서는, 진동판(25)의 산화제극(32)측의 표면(25A)을 친수성으로 하는 것이었지만, 도 10에 도시된 바와 같이, 진동판(25)의 산화제극(22)측의 표면(25A)에 물 흡수 부재(55)를 설치하도록 구성하는 것도 가능하다.
이 결과, 진동판(25)의 진동에 의해, 즉시, 안개화 혹은 기화되지 않는 액체 상태의 생성수 WL은 물 흡수 부재(55)에 의해 흡수되고, 산화제 공급 경로(23) 내에서, 산화제 가스의 공급에 미치는 영향을 보다 한층 억제할 수 있어, 효율적으로 발전을 행할 수 있다.
또한, 진동판(25)의 진동 에너지를 물 흡수 부재(55)에 흡수되어 있는 생성수에 효율적으로 부여할 수 있어, 생성수의 안개화 혹은 기화를 촉진하여 신속하게 생성수를 제거할 수 있다.
이상의 설명은, 연료 전지(20A) 단일 부재에 본 실시 형태의 생성수 제거 장치를 설치하여 연료 전지 유닛(20)을 구성한 것이었지만, 이하에서는, 본 실시 형태의 생성수 제거 장치를 구비한 연료 전지를 각종 전자 기기에 적용한 경우에 대하여 설명한다.
도 11은, 본 발명에 관한 생성수 제거 장치를 구비한 연료 전지를 탑재한 절첩식의 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 12는, 휴대 전화 단말기에 연료 전지를 장착한 경우의 설명도이다.
휴대 전화 단말기(70)에서는, 표시측 하우징(71) 혹은 조작측 하우징(72)의 내부에 본 발명에 관한 생성수 제거 장치를 구비한 연료 전지가 내장되고, 혹은, 도 12에 도시된 바와 같이, 표시측 하우징(71)의 배면에, 본 발명에 관한 생성수 제거 장치를 구비한 연료 전지 유닛(20)이 장착된다.
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. 흡입구(76a) 및 배출구(76b)에는, 연료 전지 유닛(20A)에서 발생한 액체 상태의 물이 커버(76) 외부로 누설되지 않도록, 도시하지 않은 기액 분리 필터가 설치되어 있다.
도 13은, 커버 내에 수납된 연료 전지 유닛의 설명도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 흡입구(76a) 및 배출구(76b)는 각각, 커버(76)의 진동판(25)과의 대향 영역의 외측에 배치되어 있다. 따라서, 흡입구(76a)로부터 흡입된 산화제로서의 산소를 포함하는 공기는, 화살표 A로 나타낸 바와 같이, 진동판(25)에 의해 차단되지 않고 산화제 공급 경로(23)에 유입되고, 그 후, 진동판(25)에 의해 차단되지 않고, 배출구(76b)로부터 배출된다. 이 결과, 효율적으로 산화제 가스인 공기의 이동이 실현된다.
이것과 병행하여, 연료 전지(20A)의 표면에 생성된 액체 상태의 생성수 WL은, 진동판(25)의 진동에 의해, 안개화 혹은 기화된 생성수 WF, WG로 되어, 세공(24)을 통과하여, 산화제 공급 경로(23) 외부로 직접적으로 제거되고, 또한 안개화 혹은 기화된 생성수 WF, WG는, 화살표 B로 나타낸 바와 같이, 다시 산화제 공급 경로(23)로 복귀되지 않고, 배출구(76B)를 통해 외부로 방출되게 된다. 생성수 WF, WG의 크기는, 상술한 바와 같이, 세공(24)의 직경 이하의 미세한 것으로 되어 있으므로, 용이하게 증발되게 된다.
이 경우, 도 13에 도시된 바와 같이, 진동판(25)의 주연부에는 기액 분리 필터(57)가 배치되어 있고, 진동판(25)의 비구동시에는, 액체 상태의 생성수 WL은, 진동판(25), 연료 전지(20A) 및 기액 분리 필터(57)로 형성되는 공간(산화제 공급 경로) 내에 모아져서, 휴대 전화 단말기(70) 외부로 누출되는 일은 없다. 또한, 진동판(25)의 이면(25B)에 대향하는 위치에, 물 흡수 부재(56)를 배치함으로써, 만일 생성수 WF, WG가 다시 액화된 경우이어도, 바로 흡수되어 액체로서 누출되는 일이 없다.
도 14는 다른 휴대 전화 단말기에 연료 전지를 장착한 경우의 설명도이다.
도 15는, 또 다른 휴대 전화 단말기에 연료 전지를 장착한 경우의 설명도이다.
또한, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 표시측 하우징(71)의 배면에 연료 전지 유닛(20)이 장착되어 있는 휴대 전화 단말기에서, 커버(76)의 측면이나 상하의 단부면에 흡입구(76a) 및 배출구(76b)를 개설하는 것도 가능하다.
상술한 실시 형태 및 응용예는 모든 점에 있어서 예시이며, 제한적인 것이 아니라고 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시 형태 및 구성예의 설명이 아니라 특허 청구 범위에 의해 규정되고, 또한 특허 청구 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.
도 16은, 흡기 구멍과 세공의 배치 설명도이다.
이상의 설명에서는, 흡기 구멍(21)과, 세공(24)의 배치 관계에 대해서는 상세하게 설명하지 않았지만, 산화제 공급 경로(23) 내의 액체 상태의 생성수 WL을 신속하게 제거하는 관점에서는, 흡기 구멍(21)에 대향하는 위치에는 세공(24)을 반드시 형성하는 것이 바람직하다.
이 경우, 흡기 구멍(21) 및 세공(24)을 단면 원 형상으로 한 경우에는, 동축으로 되도록 흡기 구멍(21) 및 세공(24)을 배치하는 것이 보다 바람직하다.
나아가, 도 16에 도시된 바와 같이, 2개의 흡기 구멍(21) 사이에도 세공(24)을 1개 또는 복수 배치하도록 하여도 된다.
또한, 상술한 연료 전지에서는, 생성수가 산화제 공급 경로(23) 내에 저류되면, 산화제 공급 경로(23) 내를 흐르는 공기의 유동 저항으로 되어, 충분한 공기 공급량(산화제 공급량)을 확보할 수 없어, 연료 전지의 발전 효율이 저하되게 된다.
따라서, 산화제 공급 경로(23) 내에 물이 저류된 것을 검출한 시점에서, 운전 상태를 통상 운전으로부터 물 제거 운전으로 절환하도록 구성하는 것도 가능하다.
이 경우, 산화제 공급 경로(23)에 물이 저류된 시점은, 산화제 공급 경로(23) 내에 배치한 도시하지 않은 음압 센서 및 이 음압 센서의 출력이 입력되는 음압 검지 회로에 의해 검출한 산화제 공급 경로(23) 내의 음압의 크기에 기초하여 판별할 수 있다.
도 17은, 음압 분포의 설명도이다.
도 17의 (a)는, 진동판(25)에 물방울이 부착되어 있지 않은 상태에서의 산화제 공급 경로(23)를 따르는 소정 방향의 음압 분포를 도시하고, 도 17의 (b)는, 진동판(25)에 물방울이 부착되어 있는 상태에서의 소정 방향과 동일 방향의 음압 분포를 도시하고 있다.
도 17에 도시된 바와 같이, 진동판(25)에 물방울이 부착됨으로써 산화제 공급 경로(23) 내의 음압은 대폭 저하되어 있다. 따라서, 검지한 음압이 소정의 임계값보다도 저하된 시점을 갖고, 산화제 공급 경로(23) 내에 생성수가 저류된 것이라 판단할 수 있으므로, 생성수 제거에 최적인 주파수 및 전압으로 진동판(25)을 구동하도록 구성하는 것이 가능하다.
이 결과, 생성수가 산화제 공급 경로(23) 내에 저류될 때까지는, 산화제로서의 산소의 산화제극(22)으로의 공급 효율이 높은 주파수 및 전압으로 진동판(25)을 구동함으로써, 발전 효율을 높일 수 있음과 함께, 발전 효율이 저하되는 생성수가 저류된 시점에서는, 생성수 제거 효율을 높임으로써, 발전 효율이 높은 기간을 길게 할 수 있어, 실효적인 발전 효율을 높게 할 수 있다.
이상의 설명은, 생성수가 저류된 것을 직접적으로 검출하는 것이지만, 생성수가 저류될 때까지의 시간은 대략 상정할 수 있으므로, 예를 들어, 산화제로서의 산소의 산화제극(22)으로의 공급 효율이 높은 주파수 및 전압으로 진동판(25)을 구동하는 통상 운전(발전 운전)의 기간을 제1 소정 시간(예를 들어, 10분)으로 하고, 그 후, 생성수 제거 효율이 높은 주파수 및 전압으로 진동판(25)을 구동하는 생성수 제거 운전의 기간을 제2 소정 시간(예를 들어, 10밀리초(millisecond))으로 하고, 통상 운전과 생성수 제거 운전을 교대로 절환함으로써 발전 효율을 유지하도록 구성하는 것도 가능하다.
또한, 산화제 공급 경로(23) 내에 3개 이상의 음압 센서를 배치하여, 산화제 공급 경로(23) 내의 음압 분포를 감시하고, 산화제 공급 경로(23) 내에 물이 저류된 시점을 검지하는 것도 가능하다.
또한, 산화제 공급 경로(23) 내에 생성수가 저류되어 오면, 산화제 공급 경로(23) 내의 공진 주파수가 변화되기 때문에, 진동판(25)을 진동시키기 위한 압전 소자(26)에 흐르는 전류가 저하되므로, 이 저하를 검지함으로써, 음압 센서를 사용하지 않고, 통상 운전 제어로부터 생성수 제거 운전 제어로 이행시키는 것도 가능하다.
이 경우, 통상 운전 제어로부터 생성수 제거 운전 제어로 변경하는 것에 수반하여, 진동판(25)의 진동 주파수도 변화되고, 진동의 마디의 수와 배의 수가 변화되어, 이 과정에서 마디의 위치와 배의 위치가 이동하게 되지만, 생성수 제거 운전 제어에서도, 진동판(25)에 부착되어 있는 물방울은, 마디의 위치로부터 배의 위치로 이동하는 경향이 있기 때문에, 주파수 변경 후의 진동에서의 배의 위치에 물이 집중하게 된다.
따라서, 생성수 제거 운전 제어 중에 있어서도, 주파수를 변경함으로써, 진동판(25)의 다양한 위치를 마디로부터 배, 배로부터 마디로 함으로써, 효율적으로 생성수를 안개화 혹은 기화하여 제거하는 것이 가능해진다.
마찬가지로, 통상 운전으로부터 생성수 제거 운전으로의 절환은, 진동판(25)의 진동 주파수를 세로 진동 모드의 공진 주파수로부터 가로 진동 모드의 공진 주파수로 절환함으로써 행하는 것도 가능하다.
이상의 설명에서는, 본 발명에 관한 생성수 제거 장치를 구비한 연료 전지는, 휴대 전화 단말기에 사용한 경우에 대하여 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, 이러한 생성수 제거 장치를 사용함으로써 연료 전지를 평면 모듈로 할 수 있다.
또한 본 발명에 관한 생성수 제거 장치는, 연료 전지에 사용하는 구성에 한정되지 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: 연료 전지(전기 기재, 전기 기기)
11A: 표면
12, 21: 흡기 구멍
13, 25: 진동판
14: 산화제 공급 경로(간극)
15, 24: 구멍(세공)
20: 연료 전지 유닛
20A: 연료 전지
22, 32: 산화제극
26: 압전 소자
33: 연료극
34: 막ㆍ전극 접합체
37: 연료극측 하우징
38: 연료실
50: 보조 기계
51: 마이크로컴퓨터ㆍ승압 회로
55, 56: 물 흡수 부재
57: 기액 분리 필터
70: 휴대 전화 단말기
WF, WG, WL: 생성수

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 연료 전지에 의해 발전시에 생성되는 생성수를 제거하는 생성수 제거 장치이며,
    상기 연료 전지의 산화제극측의 생성수의 방출면에 대하여 소정의 간극을 개재하여 대향 배치됨과 함께, 상기 생성수를 안개화 혹은 기화하기 위한 복수의 구멍을 갖고, 당해 구멍을 통해 상기 간극 외부로 상기 생성수를 이송하는 진동판을 구비하고,
    이 진동판의 상기 구멍이 상기 진동판의 비구동시에 상기 간극 내에 생성수를 모아둘 수 있도록 미세한 세공으로 형성되고,
    모든 상기 세공은, 상기 연료 전지의 산화제극측의 흡기 구멍에 대향하는 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 생성수 제거 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 세공의 평균 직경 r은,
    1≤r≤100(μm)
    로 되어 있는 것을 특징으로 하는 생성수 제거 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 진동판의 각 세공은, 상기 생성수의 방출면측의 직경이 다른 쪽의 면측의 직경보다 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 생성수 제거 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 진동판의 상기 연료 전지의 방출면에 대향하는 면에 흡수 부재를 설치한 것을 특징으로 하는 생성수 제거 장치.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 방출면은 발수성 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 생성수 제거 장치.
KR1020100025082A 2009-07-31 2010-03-22 생성수 제거 장치 KR101127382B1 (ko)

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