JP4876648B2 - Vaporizer - Google Patents
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Description
本発明は、液体を気化させる気化装置に関する。 The present invention relates to a vaporizer that vaporizes a liquid.
近年、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源として燃料電池が注目されるようになり、燃料電池自動車や電化住宅などに幅広く実用化されてきている。また、急速に小型化の研究、開発が進められている携帯電話機やノート型パーソナルコンピュータなどといった携帯型電子機器においても、燃料電池による電源の実用化が検討されている。 In recent years, fuel cells have attracted attention as clean power sources with high energy conversion efficiency, and have been widely put into practical use in fuel cell automobiles and electrified houses. Also, in portable electronic devices such as mobile phones and notebook personal computers, which are rapidly researched and developed for miniaturization, practical application of a power source using a fuel cell is being studied.
燃料電池は例えば改質方式と燃料直接方式の2つに分類される。改質方式は、例えば水蒸気改質のように、燃料と水から水素を改質器で生成した後に、水素を燃料電池に供給する方式であり、燃料直接方式は、燃料と水を改質せずに燃料電池に供給する方式である。燃料及び水は一般的に液体の状態で貯留され、その燃料や水を気化させた後に、その燃料と水の混合気を改質器に供給している。そのため、燃料や水を気化させる気化装置が必要であり、そのような気化装置についての研究・開発が燃料電池の開発にあわせて行われている(例えば、特許文献1、特許文献2参照。)。
ところで、このような気化装置を小型にすればするほど、流量が小さくなるために燃料や水を過熱しやすい構造のために、燃料や水が気化する際に燃料又は水が不規則に突沸し、気化した液体に液滴が混じってしまいやすく安定して気化する制御が難しい。特に沸点の異なる複数種の液体が混合されているものを気化するときに突沸の影響が大きく、制御がさらに困難となった。
そこで、本発明は、上記のような問題点を解決しようとしてなされたものであり、液体の突沸を抑えるとともに、気化した気体に液滴が混じることを抑えられる気化装置を提供することを目的とする。
By the way, the smaller the size of such a vaporizer, the smaller the flow rate, and the more easily the fuel and water are overheated. Therefore, when the fuel or water vaporizes, the fuel or water bumps irregularly. Therefore, it is difficult to control the vaporization in a stable manner because liquid droplets are likely to be mixed with the vaporized liquid. In particular, when vaporizing a mixture of a plurality of types of liquids having different boiling points, the effect of bumping is large, making control more difficult.
Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a vaporization apparatus that can suppress bumping of a liquid and can prevent liquid droplets from being mixed with the vaporized gas. To do.
以上の課題を解決するために、請求項1に記載の気化装置は、
断熱ケースと、
吸収側端部及び排出側端部を有し、前記吸収側端部側に接する液体を吸収し、吸収した液体を毛細管現象によって前記排出側端部側へと浸透させる多孔質体を有する吸液部と、
前記吸液部の前記排出側端部側の側面を覆い、前記多孔質体の前記排出側端部側を加熱するヒータと、
前記吸液部の熱伝導率及び前記断熱ケースの熱伝導率より高い熱伝導率の材料を有し、前記吸液部の前記吸収側端部側に接するように設けられている放熱部と、
を備え、
前記吸液部の前記吸収側端部側は前記断熱ケース外に配置され、前記吸液部の前記排出側端部側は前記断熱ケース内に収容され、
前記吸液部の前記吸収側端部側及び前記吸液部の前記排出側端部側では、前記放熱部及び前記断熱ケースによって前記ヒータが加熱した際に温度勾配を生じ、
前記液体は、前記排出側端部側で前記ヒータによって加熱されて気化することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the vaporizer according to claim 1 is:
An insulation case;
A liquid absorbent having an absorption side end and a discharge side end, and having a porous body that absorbs liquid in contact with the absorption side end and allows the absorbed liquid to permeate into the discharge side end by capillary action And
Have covered the sides of the discharge-side end portion of the liquid absorbing portion, a heater for heating the discharge-side end portion of the porous body,
A material having a thermal conductivity higher than the thermal conductivity of the liquid absorbing part and the thermal conductivity of the heat insulating case, and a heat radiating part provided to be in contact with the absorption side end of the liquid absorbing part,
With
The absorption side end portion side of the liquid absorption portion is disposed outside the heat insulation case, the discharge side end portion side of the liquid absorption portion is accommodated in the heat insulation case,
On the absorption side end portion side of the liquid absorption portion and the discharge side end portion side of the liquid absorption portion, a temperature gradient is generated when the heater is heated by the heat dissipation portion and the heat insulating case,
The liquid is vaporized by being heated by the heater on the discharge side end portion side.
請求項2に記載の気化装置は、請求項1に記載の気化装置において、前記ヒータと前記吸液部との間に前記ヒータの熱を前記吸液部に伝導する熱伝導部をさらに備え、
前記断熱ケースは、前記熱伝導部より熱伝導率が低いことを特徴とする。
The vaporization device according to
The heat insulation case has a lower thermal conductivity than the heat conduction part.
請求項3に記載の気化装置は、請求項1又は2に記載の気化装置において、前記放熱部は、前記断熱ケースと離間して前記吸液部の前記吸収側端部側の側面を覆うように配置されていることを特徴とする。
The vaporizer according to
請求項5に記載の気化装置は、請求項4に記載の気化装置において、前記ヒータと前記吸液部との間に前記ヒータの熱を前記吸液部に伝導する熱伝導部をさらに備えることを特徴とする。
The vaporizer according to
本発明によれば、前記吸液部の排出側端部側と吸収側端部側で温度勾配を持たせることによって液体の突沸を抑えることができる。 According to the present invention, bumping of the liquid can be suppressed by providing a temperature gradient between the discharge side end portion side and the absorption side end portion side of the liquid absorption portion.
以下に、本発明を実施するための最良の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。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, although various technically preferable limitations for implementing the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.
図1は、気化装置1の断面図であり、図2は、上面、正面、右側面を示した分解斜視図であり、図3は、上面、背面、左側面を示した分解斜視図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of the vaporizer 1, FIG. 2 is an exploded perspective view showing an upper surface, a front surface, and a right side surface, and FIG. 3 is an exploded perspective view showing an upper surface, a back surface, and a left side surface. .
図1、図2、図3に示すように、この気化装置1は、内部に液体を浸透する吸液部2と、加熱されることにより収縮する部材、或いは分子構造の主鎖に二重結合を含まない又は少ない耐熱性ゴムのように弾性力のある部材を含む収縮性チューブ3と、吸液部2の後端に接するように設けられている放熱部4と、吸液部2に熱を伝導する熱伝導部5と、熱伝導部5より熱伝導率が低く、加熱された吸液部2の前方の熱が気化装置1の外部に伝搬することを抑える断熱ケース6と、吸液部2を加熱する発熱部7と、熱伝導部5を介して吸液部2の温度を測定する温度センサ8と、吸液部2で放出された気体を排出する排出部9と、を備える。
As shown in FIGS. 1, 2, and 3, the vaporizer 1 includes a liquid absorbing
吸液部2は、棒状、具体的には円柱状に形成された芯材であり、吸収側端部2bに接する液体を内部に取り込み、毛細管現象によって排出側端部2aまで吸い上げる性質を有している。具体的には、吸液部2は、内部に微小空間が形成された多孔質体であり、液体を吸収し得るものであり、発熱部7により加熱されても溶融、劣化しない材料からなり、例えば無機繊維又は有機繊維を結合材(例えば、エポキシ樹脂)で固めたものであったり、無機粉末を焼結したものであったり、無機粉末を結合材(例えば、エポキシ樹脂)で固めたものであったり、グラファイトとグラッシーカーボンの多孔質混合体であってもよい。また、吸液部2は、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でも良い。例えば、吸液部2としては、アクリル系繊維束芯を用いることができる。
The
この吸液部2は排出側端部2a及び吸収側端部2bが露出するように中央部が収縮性チューブ3に挿入されており、吸液部2の中央部の外周面が収縮性チューブ3に密接している。収縮性チューブ3は吸液部2よりも短く、吸液部2の両端部2a、2bがそれぞれ収縮性チューブ3のそれぞれの端から突き出た位置にある。
The
収縮性チューブ3は、吸液部2が内部に取り込んだ液体に対して浸透しない性質のため、収縮性チューブ3から液体が外部に漏出することはない。収縮性チューブ3は、好ましくはエラストマー性を有するとともに収縮性を有する。また、収縮性チューブ3に吸液部2が挿入されていない自然状態では収縮性チューブ3の内径が吸液部2の径よりも小さく、吸液部2が挿入されることで収縮性チューブ3が拡径することが吸液部2と収縮性チューブ3との密着性、液体漏れ防止の観点から好ましい。
Since the
吸液部2は、その中間部からその吸収側端部2bにかけて管状の放熱部4に嵌め込まれ、その中間部からその排出側端部2aにかけて熱伝導部5に嵌め込まれている。放熱部4と熱伝導部5との間には間隔があり、これらは互いに接しないように離れている。
The
収縮性チューブ3の一部も吸液部2が挿入された状態で放熱部4に嵌め込まれている。吸液部2の収縮性チューブ3から突き出た部分の外周面が放熱部4の内面に接している。この放熱部4は例えば、金(熱伝導率315W/m・K)、銀(熱伝導率427W/m・K)、銅(熱伝導率398W/m・K)、アルミ(熱伝導率237W/m・K)、セラミック又は炭素繊維等の熱伝導率の高い材料からなり、放熱部4の熱伝導率が吸液部2、収縮性チューブ3の熱伝導率及び断熱ケース6の熱伝導率よりも高い。放熱部4は、管構造であって、特に見かけの容積が大きすぎず、放熱する表面の面積が大きい方が好ましく、例えば外表面に溝が形成されていることが好ましい。
A part of the
この熱伝導部5は、吸液部2より熱伝導率が高く、吸液部2の排出側端部2a側を密接するように収容する筒であり、一部が断熱ケース6から露呈している排出部9と、熱伝導部5と排出部9の継目外縁から突出したフランジ部53と、一体に成形されている。排出部9は、フランジ部53のフランジ面より突出した突起状であり、排出部9には排出孔55が設けられ、排出孔55は、熱伝導部5に挿入された吸液部2が発熱部7での熱によって内部の液体を気化させた気体を排出するものである。排出部9の外径は熱伝導部5の外径よりも小さく、排出部9の内径(排出孔55の径)は熱伝導部5の内径よりも小さい。この熱伝導部5は、収縮性チューブ3、断熱ケース6や吸液部2より熱伝導率が高い金属(例えば、真鍮Cu70%、Zn30% 熱伝導率106W/m・K)のように発熱部7の熱を吸液部2に効率よく伝搬し、液体の気化を促進できる材料を含むことが好ましい。
The
吸液部2は熱伝導部5に挿入され、収縮性チューブ3の一部も熱伝導部5に挿入され、吸液部2の収縮性チューブ3から突き出た部分の外周面が熱伝導部5の内面に接している。
The
熱伝導部5の外周には、加熱コイル等のヒータである発熱部7が巻かれ、発熱部7と熱伝導部5が接している。この発熱部7は電熱材からなり、電気により発熱するものである。例えば、ニッケル−コバルト線を発熱部7として用いることができる。熱伝導部5が導電部材で、発熱部7が電熱材のような発熱抵抗体の場合、発熱部7に効率的に印加電圧が分圧され加熱されるように熱伝導部5と発熱部7との間に図示しない絶縁膜を介在することが好ましい。ただし、熱伝導部5は、断熱ケース6から露出している部分が十分小さければこのような絶縁膜がなくてもよい。発熱部7はセラミック接着剤56によって被覆され、セラミック接着剤56によって発熱部7が熱伝導部5に固着されている。
A
フランジ部53には、半径方向に穿孔された挿入穴54が形成されている。この挿入穴54は熱伝導部5や排出部9の内部空間にまでは至らず、挿入穴54の底が吸液部2の端面の近傍にまで至っている。挿入穴54は、温度センサ8が挿入された状態で絶縁性接着剤が充填されており、温度センサ8は周囲を絶縁性接着剤により被膜されているので、熱伝導部5が導電部材で形成されていても熱伝導部5と電気的に絶縁されている。温度センサ8が吸液部2の端面近傍に位置し、これにより温度センサ8がフランジ部53に埋め込まれている。温度センサ8は、熱電対、サーミスタ又は測温抵抗体である。温度センサ8は熱伝導部5や絶縁性接着剤を介して伝わる発熱部7の発熱に応じた温度を検出する。
発熱体7が加熱されると、発熱体7から熱伝導部5に伝搬された熱によって吸液部2内に浸透された液体は気化されて排出孔55から放出される。
The
When the
断熱ケース6は、発熱部7及び発熱部7で加熱される吸液部2の前方の熱をできるだけ外部に逃がさないように、発熱部7、吸液部2の前方を包囲するものである。また熱伝導部5とフランジ部53が断熱ケース6内に収容され、発熱部7も断熱ケース6内に収容されている。放熱部4は断熱ケース6の外にある。
The
吸液部2の全体を均等に加熱されてしまうと、吸液部2の吸収側端部2bから液体が気化されてしまう。これらの気泡は立体障害となって吸液部2の液体の浸透を阻害してしまい、排出部9から排出される気体の排出量を不安定にしてしまう。
If the whole
吸液部2の後方は、断熱ケース6によって覆われていないので、断熱ケース6で覆われている部分に比べて比較的速やかに放熱されやすい構造となっており、さらに、吸液部2の熱が放熱部4に伝搬されて放熱部4の表面から放出されるので、吸液部2の後方では吸液部2内の液体の沸点に達することがない。
Since the back of the
そして発熱部7は、吸液部2の前方を吸液部2に浸透された液体の沸点に達するように加熱している。したがって、吸液部2内で気化された気体が排出側端部2aから放出されると、吸液部2の毛細管現象によって吸液部2の後方に充填された液体が吸液部2の前方に向かって自発的に移動することになる。
The
断熱ケース6は、上面側の上ケース61及び下面側の下ケース62が組み合わさることにより、断熱ケース6の内部に収容空間が形成されている。上ケース61及び下ケース62はどちらも酸化チタン、酸化カリウム、酸化カルシウム、酸化珪素等を焼結したセラミックや、PES(ポリエーテルサルフォンサン)、発泡スチレン、発泡ウレタン等のエンジニアリングプラスチックや、ガラス等の熱伝導部5よりも熱伝導率の低い断熱材からなる。
The
上ケース61の前面の下縁と下ケース62の前面の上縁には扇形状の窪みが形成され、上ケース61と下ケース62を結合することでこれら窪みが合わさって通し孔63が形成されている。排出部9がこの通し孔63に嵌め込まれ、排出部9が断熱ケース6の前面から突き出ている。また、位置を固定するために熱伝導部5のフランジ部53が断熱ケース6の前面側の内面に接しているが、断熱性を向上するためにフランジ部53と断熱ケース9の前面側の内面との間に空間を設けてもよい。フランジ部53の断熱ケース9との対向面に溝を設ければ、フランジ部53と断熱ケース9が当接することによって位置合わせができるとともに、溝によって断熱用の熱伝導率の低い隙間を形成することができ断熱効果を向上できる。
A fan-shaped recess is formed on the lower edge of the front surface of the
上ケース61の背面の下縁と下ケース62の背面の上縁にはそれぞれ扇形状の窪みが形成され、上ケース61と下ケース62を結合することでこれら窪みが合わさって通し孔64が形成されている。収縮性チューブ3及び吸液部2がこの通し孔64に嵌め込まれている。収縮性チューブ3と通し孔64の壁面が密接し、通し孔64の壁面と吸液部2の外周面との間の隙間が収縮性チューブ3によってシーリングされている。
Fan-shaped depressions are formed on the lower edge of the back surface of the
上ケース61の上面には配線通し孔65〜67が貫通し、配線通し孔65〜67から上ケース61の背面まで連なった溝65a〜67aが上ケース61の上面に形成されている。配線通し孔65には温度センサ8の配線51が通され、配線51が折り曲げられて溝65a内に敷設されている。同様に、配線通し孔66,67には発熱部7の両端部の配線71,72が通され、配線71,72が折り曲げられて溝66a,67a内に敷設されている。
Wiring through
温度センサ8が配線51を介してコントローラに接続され、発熱部7も配線71,72を介してコントローラに接続されている。温度センサ8の検知温度を表す信号がコントローラに入力され、コントローラが温度センサ8の検知温度に基づいて、熱伝導部5や吸液部2の排出側端部2a側の温度が所望の温度になるように発熱部7を制御する。具体的には、温度センサ8の検知温度が上閾値よりも高くなった場合に、コントローラが発熱部7への供給電力を下げるか又は発熱部7への供給電力をオフにし、温度センサ8の検知温度が下閾値(但し、下閾値<上閾値。)よりも低くなった場合に、コントローラが発熱部7への供給電力を上げるか又は発熱部7への供給電力をオンにし、温度センサ8の検知温度が下閾値以上、上閾値以下の場合には、コントローラが発熱部7への供給電力を維持する。
The
次に、気化装置1の動作及び気化装置1を用いた気化方法について説明する。
発熱部7に電圧が印加されると、発熱部7が発熱し、断熱ケース6内に収容された部材が加熱される。この状態でポンプ等によって液体が液体の供給管を兼ねている放熱部4内に送られると、放熱部4内の液体が吸液部2の吸収側端部2bから吸液部2内へ吸収される。吸液部2に吸収された液体は毛細管現象により反対側の排出側端部2aに向かって移動する。ここで、発熱体7の内側の部分では加熱温度が発熱体7から遠ざかるほど低減していくため、温度センサ8の検知温度が下閾値以上且つ上閾値以下の状態では、吸液部2の排出側端部2a側では液体の沸点に達しているが、吸収側端部2bでは、液体の沸点未満の温度となるように設定されている。このため、主に吸液部2の排出側端部2a側内で液体が気化される。そして、その気体は吸液部2の排出側端部2aから排出部9の排出孔55を通って排出される。吸液部2の排出側端部2aでは、液体が気化されて放出すると、吸収側端部2b側から液体が毛細管現象により引き続き充填されて液体の気化が継続的に行われる。
Next, the operation of the vaporizer 1 and the vaporization method using the vaporizer 1 will be described.
When a voltage is applied to the
また液体が気化されている時には、コントローラが温度センサ8の検知温度に基づいて発熱部7をフィードバック制御するので、熱伝導部5や吸液部2の排出側端部2a側の温度を逐次管理し、経時的に所望の温度範囲に保つことができる。
When the liquid is vaporized, the controller feedback-controls the
以上のように本実施形態によれば、吸液部2の排出側端部、熱伝導部5及びフランジ部53並びに発熱部7が断熱ケース6内に収容されているので、熱損失が少なく、発熱部7の熱エネルギーが液体の気化に有効利用される。また仮に、吸液部2の前方での温度が外的要因で不安定になり吸液部2が過熱してしまうと、吸液部2内で過剰に気化が促進されて突沸を引き起こす要因となっていたが、本実施形態では、吸液部2の前方が断熱ケース6によって蓄熱されるため保温性が高く気化装置1の外の温度等の環境による影響が小さいので、安定した液体の気化の為の温度制御を容易にすることができ、過熱を抑制しやすい構造となっている。
一方、吸液部2の吸収側端部が断熱ケース6の外にあるので、吸液部2の吸収側端部2bから排出側端部2aにかけて温度勾配が生じ、吸液部2の吸収側端部2bの温度が排出側端部2aの温度よりも低くなる。特に、吸液部2の吸収側端部が高熱伝導性の放熱部4に接し、その放熱部4が断熱ケース6の外側にあるので、吸液部2の吸収側端部の熱が放熱部4から自然放熱されやすい。
As described above, according to the present embodiment, since the discharge side end of the
On the other hand, since the absorption side end of the
仮に過熱等の要因により吸液部2内で過剰に生じた気体の一部が排出側端部2aから放出しきれずに吸収側端面2bから放熱部4内へと吐出されると、吸液部2の毛管力や吸液部2に液体を送出するポンプの駆動によって気泡として吸収側端部2bの少なくとも一部を覆うように局在化してしまい、この気泡が立体障害となって吸液部2の吸収側端部2bでの液体の取り込み面積(接触面積)の減少をもたらす。このため、吸液部2の液体の浸透量が少なくとも一時的に減少して不安定になってしまう。このとき、吸液部2内の液量が少なくなってしまい、過熱された状態となる。この直後、気泡が再び吸収側端面2bから吸液部2内に入る。気泡が吸液部2内を流れると、気泡は気体のため液体と比べて粘度が低いために一時的に流速が上がりになるとともに一気に流れ込んだ液体が吸液部2で突沸する。
しかしながら、本実施形態では、吸液部2の後方は、前方よりも低温であることを維持できるように放熱部4が熱を効率的に放出するので過熱されにくいため気化量は前方に比べて著しく小さいため、吸液部2内で発生した気体が逆流して吸収側端部2bから放熱部4側に向けて気体が放出されることがほとんどない。このため、吸液部2の後方が過熱されることを抑制できるので、吸液部2での液体の浸透量を安定でき、ひいては排出部9からの気体の排出量を安定することができる。さらに十分な量の液体が吸液部2内に供給され続けると、仮に微量の気泡が吸収側端部2bに生じても、より低温の液体や放熱部4によって冷却され液化されるので立体障害を速やかに解消でき、突沸による流量変化を小さくすることができる。
また、放熱部4によって効果的に放熱できるので、気体の逆流を抑制するために吸液部2の長手方向の長さを長くして放熱面積を増大させる必要がないので、気化装置1の小型化を図ることができる。
If a part of the gas excessively generated in the
However, in this embodiment, the rear of the
Further, since the
また、フランジ部53に温度センサ8が埋め込まれているので、吸液部2の排出側端面の近傍の温度を正確に測定することができる。また、正確な検知温度に従ってコントローラによる温度制御が行われるので、吸液部2の排出側端面の近傍の温度を下閾値と上閾値との間で一定に保つことができ、安定した気化を行うことができる。また、断熱ケース6を上ケース61と下ケース62の上下分割構造としたため、目視による作業が可能となるとともに、気化装置1の組立作業性が向上する。
Further, since the
また、収縮性チューブ3が加熱されると収縮するため、吸液部2の外周面と収縮性チューブ3の内周面との密接性が向上する。そのため、吸液部2の外周面から気体が突出しない。
Further, since the
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び設計の変更をおこなっても良い。
例えば、ファン等によって放熱部4の周囲に強制対流を起こすことで放熱部4を空冷し、吸液部2の吸収側端部の熱を放熱部4からより放熱するようにしても良い。また、放熱部4を水冷しても良い。自然放冷、空冷、水冷の何れの場合においても、放熱部4の外面に凹凸を設けたり、フィンを凸設させたりすることによって放熱部4の表面積を増やし、放熱部4の放熱効率を向上させても良い。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the
また、発熱部7を加熱コイルの代わりにセラミックヒータであっても良いし、加熱コイルとセラミックヒータを併用しても良い。
Further, the
また、吸液部2の外周面に被膜等を施すことによって吸液部2の外周面から液体や気体が滲み出ないようにすれば、収縮性チューブ3がなくても良い。また、収縮性チューブ3としてゴム弾性チューブと熱収縮性チューブの二重チューブに吸液部2を挿入しても良い。
Further, if the liquid or gas does not ooze out from the outer peripheral surface of the
また、図4に示した変形例の気化装置1Aのように、温度センサ8を設けなくても良い。気化装置1Aに温度センサ8を設けていないので、フランジ部53には挿入穴54を形成せずに、上ケース61には配線通し孔65及び溝65aを形成しなくても良い。図4に示した気化装置1Aは、温度センサ8、挿入穴54、配線通し孔65がないことを除いて、図1の気化装置1と同様に設けられているので、気化装置1Aについては気化装置1に対応する部分に同一の符号を付す。このような構造の気化装置1Aでは、発熱部7を、温度によって抵抗特性が変化する発熱抵抗体として温度センサを兼ねるようにしてもよい。発熱抵抗体は、温度変位に対する抵抗率の変位が十分大きく、酸化等の劣化や腐蝕に強く点で金(Au)や金を含む合金が好ましく、金を含む発熱抵抗体とその他の導電膜との積層構造であってもよい。熱伝導部5が導電性である場合、熱伝導部5上に絶縁膜を被覆し、この絶縁膜上に発熱抵抗体層を被膜すればよい。特に発熱抵抗体層が金を含むであれば、絶縁膜との密着性を改善するためのチタン(Ti)やタンタル(Ta)等の下地層、金が熱拡散を抑制するためのタングステン(W)等の高融点金属からなる熱拡散防止層を、絶縁膜と発熱抵抗体層との間に、この順に積層してもよい。
Moreover, it is not necessary to provide the
図5は、気化装置1(又は気化装置1A)をカートリッジ101、改質器103、一酸化炭素除去器104、燃料電池105及び燃焼器106とともに示したブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing the vaporizer 1 (or
放熱部4にはポンプ102が接続され、更にこのポンプ102がカートリッジ101に接続されている。このカートリッジ101には、液体燃料(例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル)と水が混合した状態又は別々に貯留され、ポンプ102によって液体燃料と水の混合液が放熱部4に送られる。ポンプ102としてシリンジポンプ、電気浸透流ポンプ(Electro-Osmotic Pump)を用いても良い。排出部9には改質器103が接続され、気化装置1から排出された燃料と水の混合気が改質器103に供給される。
A
改質器103は、気化装置1から供給された燃料と水の混合気を触媒反応させて、水素ガス等を生成するものである。また、改質器103では微量の一酸化炭素も生成される。なお、カートリッジ101に貯留された液体燃料がメタノールの場合、改質器103では次式(1)、(2)に示すような反応が起こる。
CH3OH+H2O→3H2+CO2 …(1)
2CH3OH+H2O→5H2+CO+CO2 …(2)
The
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (1)
2CH 3 OH + H 2 O → 5H 2 + CO + CO 2 (2)
改質器103で生成された生成物の混合気が一酸化炭素除去器104に供給され、更にエアポンプによって空気が一酸化炭素除去器104に供給される。一酸化炭素除去器104では、混合気中の一酸化炭素が触媒によって選択されて、一酸化炭素が優先的に酸化され、水素は酸化されない。
The mixture of the products generated in the
燃料電池105は、触媒微粒子を担持した燃料極105aと、触媒微粒子を担持した空気極105bと、燃料極105aと空気極105bとの間に介在された電解質膜105cとを備える。燃料極105aには、一酸化炭素除去器104から混合気が供給され、空気極105bには、空気がエアポンプによって供給される。燃料極105aと空気極105bのうちの一方の電極でイオンが生成され、イオンが電解質膜105cを透過し、他方の電極で水が生成され、これにより燃料極105aと空気極105bの間で電力が生じる。なお、電解質膜105cが水素イオン透過性の電解質膜(例えば、固体高分子電解質膜)の場合には、燃料極105aでは次式(3)のような反応が起き、空気極105bでは次式(4)のような反応が起こる。
H2→2H++2e- …(3)
2H++1/2O2+2e-→H2O …(4)
The
H 2 → 2H + + 2e − (3)
2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O (4)
燃料極105aで反応しなかった余剰の水素ガス等を含むオフガスが燃焼器106に供給され、エアポンプによって空気が燃焼器106に供給される。燃焼器106においては、空気中の酸素と未反応の水素とが触媒により反応し、燃焼熱が発生する。燃焼熱は、改質器103及び一酸化炭素除去器104の反応に用いられる。
Off-gas containing surplus hydrogen gas that has not reacted at the fuel electrode 105a is supplied to the
以下、実施例と比較例を挙げることによって、本発明について更に具体的に説明する。
実施例では、図1〜図3に示されるような気化装置1を用いた。ここで、吸液部2、放熱部4、熱伝導部5(排出部9及びフランジ部53と一体成型)、断熱ケース6の条件は以下のようにした。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by giving examples and comparative examples.
In the Example, the vaporizer 1 as shown in FIGS. 1-3 was used. Here, the conditions of the
(a)吸液部2:炭化ケイ素、直径1.5mm、長さ10mm
(b)放熱部4:アルミ(A1080)、内径1.5mm、外径2.5mm、長さ15mm
(c)熱伝導部5:真鍮、吸液部2の長手方向における発熱部7との重なっている部分の長さ2mm、内径1.5mm、外径2.5mm
(d)断熱ケース6:PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、下部の直径7mm
(A) Liquid absorbing part 2: silicon carbide, diameter 1.5 mm,
(B) Heat radiation part 4: Aluminum (A1080), inner diameter 1.5mm, outer diameter 2.5mm, length 15mm
(C) Heat conduction part 5: brass, the length of the part of the
(D) Thermal insulation case 6: PEEK (polyetheretherketone), lower diameter 7mm
比較例では、気化装置1の放熱部4を低熱伝導率のシリコンチューブ等の弾性チューブ管材に代えた。その他の条件は実施例と同じである。
In the comparative example, the
実施例及び比較例のどちらにおいても、60wt%のメタノール水溶液を電気浸透流ポンプによって流量計を通して放熱部4(比較例の場合には、低熱伝導率材料管材)に送液し、流量計でメタノール水溶液の流量を流量計で測定するとともに、吸液部2の吸収側端面2b近傍の温度をK型シース熱電対で測定した。ここで、実施例及び比較例は、発熱部7で加熱した状態を保ちながら、メタノール水溶液を供給した。図6では、測定流量が著しく増大する直前で流量が落ち込み、温度が上昇していることがわかる。これは吸収側端部2b側に気泡が生じてしまい、立体障害となって吸液部2への流れが停滞し一時的に吸液部2が過熱してしまうことが要因となっている。その直後、この気泡が吸液部2に入ると、気泡の粘度の低さから一時的に流量上昇が起き、吸液部2内に大量に流れ込んだ液体が気化して突沸していることを示している。
In both the examples and comparative examples, a 60 wt% aqueous methanol solution was sent to the heat radiating section 4 (low thermal conductivity material tube in the case of the comparative example) through a flowmeter by an electroosmotic pump, and methanol was flown by the flowmeter. While measuring the flow volume of aqueous solution with the flowmeter, the temperature of the absorption
比較例の結果を図6に示し、実施例の結果を図7に示す。図6、図7から明らかなように、吸液部2の吸収側端面近傍の温度は比較例よりも実施例の方が低く抑えられている。
The result of the comparative example is shown in FIG. 6, and the result of the example is shown in FIG. As is clear from FIGS. 6 and 7, the temperature in the vicinity of the absorption side end face of the
このため、比較例では、供給する液体に大きい脈動(流量変化で30μl/min程度)が起こりやすく、供給する液体の流量のピークが約400秒の間に3回程度発生していた。 For this reason, in the comparative example, a large pulsation (approximately 30 μl / min when the flow rate changes) easily occurs in the supplied liquid, and the peak of the flow rate of the supplied liquid occurs about three times in about 400 seconds.
それに対し、実施例では、温度の著しい上昇が見られず、供給する液体に脈動が起こりにくく、供給する液体の流量のピークが約780秒の間に1回しか発生せず、突沸の間隔(流量変化で15μl/min未満)、流量の変化が抑えられている。このように、比較例のような気泡による一時的な流量の低下がほとんどないため、その直後に吸液部2内にいきなり液体が流れ込んで突沸することが抑えられている。このように、実施例は比較例よりも、気化装置1に供給される液体の流れや気化装置1から排出される気体の流れが安定していることがわかった。
On the other hand, in the embodiment, no significant increase in temperature is observed, pulsation hardly occurs in the supplied liquid, the peak of the flow rate of the supplied liquid occurs only once in about 780 seconds, and the bumping interval ( Change in flow rate is less than 15 μl / min), and the change in flow rate is suppressed. As described above, since there is almost no temporary flow rate drop due to air bubbles as in the comparative example, it is possible to prevent liquid from suddenly flowing into the
1、1A 気化装置
2 吸液部
3 収縮性チューブ
4 放熱部
6 断熱ケース
5 熱伝導部
7 発熱部
8 温度センサ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
吸収側端部及び排出側端部を有し、前記吸収側端部側に接する液体を吸収し、吸収した液体を毛細管現象によって前記排出側端部側へと浸透させる多孔質体を有する吸液部と、
前記吸液部の前記排出側端部側の側面を覆い、前記多孔質体の前記排出側端部側を加熱するヒータと、
前記吸液部の熱伝導率及び前記断熱ケースの熱伝導率より高い熱伝導率の材料を有し、前記吸液部の前記吸収側端部側に接するように設けられている放熱部と、
を備え、
前記吸液部の前記吸収側端部側は前記断熱ケース外に配置され、前記吸液部の前記排出側端部側は前記断熱ケース内に収容され、
前記吸液部の前記吸収側端部側及び前記吸液部の前記排出側端部側では、前記放熱部及び前記断熱ケースによって前記ヒータが加熱した際に温度勾配を生じ、
前記液体は、前記排出側端部側で前記ヒータによって加熱されて気化することを特徴とする気化装置。 An insulation case;
A liquid absorbent having an absorption side end and a discharge side end, and having a porous body that absorbs liquid in contact with the absorption side end and allows the absorbed liquid to permeate into the discharge side end by capillary action And
Have covered the sides of the discharge-side end portion of the liquid absorbing portion, a heater for heating the discharge-side end portion of the porous body,
A material having a thermal conductivity higher than the thermal conductivity of the liquid absorbing part and the thermal conductivity of the heat insulating case, and a heat radiating part provided to be in contact with the absorption side end of the liquid absorbing part,
With
The absorption side end portion side of the liquid absorption portion is disposed outside the heat insulation case, the discharge side end portion side of the liquid absorption portion is accommodated in the heat insulation case,
On the absorption side end portion side of the liquid absorption portion and the discharge side end portion side of the liquid absorption portion, a temperature gradient is generated when the heater is heated by the heat dissipation portion and the heat insulating case,
The liquid is vaporized by being heated by the heater on the discharge side end portion side.
前記断熱ケースは、前記熱伝導部より熱伝導率が低いことを特徴とする気化装置。 The vaporization apparatus according to claim 1, further comprising a heat conduction part that conducts heat of the heater to the liquid absorption part between the heater and the liquid absorption part,
The heat insulating case has a lower thermal conductivity than the heat conducting unit.
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