專利名稱：氣化裝置、具備氣化裝置的燃料電池及氣化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使液體氣化的氣化裝置、具備氣化裝置的燃料電池及氣化方法。
背景技術(shù)：
近年來，作為能量變換效率較高的清潔電源，燃料電池受到關(guān)注，廣泛應(yīng)用于燃料電池汽車及電化住宅等中。此外，在小型化的研究開發(fā)迅速發(fā)展的便攜電話機(jī)及筆記本型個(gè)人計(jì)算機(jī)等便攜型電子設(shè)備中，也研究了燃料電池的電源的實(shí)用化。
燃料電池分類為改質(zhì)方式與燃料直接方式兩種。改質(zhì)方式(也稱為轉(zhuǎn)化方式)例如如水蒸氣改質(zhì)那樣，使在用改質(zhì)器由燃料與水生成氫后、將生成的氫供給到燃料電池中的方式。燃料直接方式是將燃料與水在不改質(zhì)的情況下供給到燃料電池中的方式。燃料及水一般以液體的狀態(tài)儲(chǔ)存，在使該燃料及水氣化后，將該燃料與水的混合氣體供給到改質(zhì)器中。因此，需要使燃料及水氣化的氣化裝置，關(guān)于這樣的氣化裝置的研究開發(fā)與燃料電池的開發(fā)一起正在進(jìn)行(例如參照日本特開2004-47260號(hào)、日本特開2001-263649號(hào))。
但是，因?yàn)樵绞菍⑦@樣的氣化裝置小型化，流量越是變小，所以是容易使燃料等過熱的結(jié)構(gòu)，所以在燃料氣化時(shí)燃料會(huì)不規(guī)則地暴沸，液滴容易混入到氣化得到的液體中，難以進(jìn)行穩(wěn)定地氣化的控制。例如如燃料與水那樣，在將混合有沸點(diǎn)不同的多種液體的物質(zhì)氣化時(shí)暴沸的影響大，控制變得更加困難。
這樣的不穩(wěn)定因素在配置有后段的改質(zhì)器及燃料電池的情況下，會(huì)使改質(zhì)器中的改質(zhì)性能或燃料電池中的發(fā)電性能變得不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述那樣的問題點(diǎn)而完成的，其目的是提供一種在使多種氣體氣化時(shí)能夠以穩(wěn)定的流量有效地供給混合氣體的氣化裝置及氣化方法。
技術(shù)方案1的氣化裝置具有以下構(gòu)件第1吸液部，其吸收第1液體；第2吸液部，其吸收第2液體；發(fā)熱體，其將所述第1吸液部及所述第2吸液部加熱，并將所述第1液體及所述第2液體氣化。
技術(shù)方案2的氣化裝置是在技術(shù)方案1所述的氣化裝置中，設(shè)置有將所述第1吸液部及所述第2吸液部之間分隔的分隔部。
技術(shù)方案3的氣化裝置是在技術(shù)方案1所述的氣化裝置中，所述第1吸液部設(shè)置在所述第2吸液部的周圍。
技術(shù)方案4的氣化裝置是在技術(shù)方案1所述的氣化裝置中，所述第1吸液部及所述第2吸液部成同心地沿半徑方向?qū)盈B，分隔部夾裝在所述第1吸液部與所述第2吸液部之間。
技術(shù)方案5的氣化裝置是在技術(shù)方案1所述的氣化裝置中，所述發(fā)熱體設(shè)置在所述第1吸液部的外周上。
技術(shù)方案6的氣化裝置是在技術(shù)方案1所述的氣化裝置中，所述發(fā)熱體設(shè)置在所述第1吸液部的一端部側(cè)。
技術(shù)方案7的氣化裝置是在技術(shù)方案1所述的氣化裝置中，設(shè)置有所述第1吸液部的一端部及所述第2吸液部的一端部連通的空間。
技術(shù)方案8的氣化裝置是在技術(shù)方案1所述的氣化裝置中，所述第1液體的沸點(diǎn)比所述第2液體高。
技術(shù)方案9的氣化裝置是在技術(shù)方案1所述的氣化裝置中，所述發(fā)熱體將所述第1吸液部的一端部加熱到所述第1液體的沸點(diǎn)以上并且將所述第1吸液部的另一端部設(shè)定為低于所述第1液體的沸點(diǎn)，將所述第2吸液部的一端部加熱到所述第2液體的沸點(diǎn)以上并且將所述第2吸液部的另一端部設(shè)定為低于所述第2液體的沸點(diǎn)。
技術(shù)方案10的氣化裝置是在技術(shù)方案1所述的氣化裝置中，具備覆蓋所述第1吸液部的一端部的排出部。
技術(shù)方案11的氣化裝置是在技術(shù)方案1所述的氣化裝置中，所述發(fā)熱體經(jīng)由所述第1吸液部將所述第2吸液部加熱。
技術(shù)方案12的燃料電池是具備技術(shù)方案1所述的氣化裝置的燃料電池。
技術(shù)方案13的氣化裝置具有以下的構(gòu)件第1吸液部，其吸收第1液體，并將第1液體氣化；第2吸液部，其吸收第2液體，并將第2液體氣化；發(fā)熱體，其設(shè)置在所述第1吸液部側(cè)及所述第2吸液部側(cè)之中的第1吸液部側(cè)。
技術(shù)方案14的液體的氣化方法是，在多個(gè)吸液部之間夾裝分隔部件，使各吸液部的一端部吸收相互不同的液體，使吸收到各吸液部中的液體滲透到另一端部，將各吸液部的另一端部加熱而將各液體氣化。
技術(shù)方案15的氣化方法是在技術(shù)方案14所述的氣化方法中，將所述多個(gè)吸液部成同心地沿半徑方向?qū)盈B，并且在所述多個(gè)吸液部之間夾裝分隔部件，在處于最外部的吸液部的端部的外周設(shè)置加熱器。
技術(shù)方案16的氣化方法是在技術(shù)方案14所述的氣化方法中，所述多個(gè)吸液部越是處于外側(cè)越是吸收沸點(diǎn)更高的液體。
技術(shù)方案17的氣化方法是在技術(shù)方案14所述的氣化方法中，將所述多個(gè)吸液部沿厚度方向依次層疊并且在所述多個(gè)吸液部之間夾裝分隔部件，在處于最下層的吸液部的端部的下層或處于最上層的吸液部的端部的上層設(shè)置加熱器。
技術(shù)方案18的氣化方法是在技術(shù)方案14所述的氣化方法中，所述多個(gè)吸液部隨著接近于所述加熱器而吸收沸點(diǎn)更高的液體。
技術(shù)方案19的氣化裝置具有以下的構(gòu)件隔熱箱；吸液部，其用于吸收液體的吸收側(cè)端部側(cè)被配置在所述隔熱箱外，且其用于將在所述吸收側(cè)端部吸收的液體氣化并排出的排出側(cè)端部側(cè)被收容在所述隔熱箱內(nèi)；加熱器，其將所述吸液部的所述排出側(cè)端部側(cè)加熱。
技術(shù)方案20的氣化裝置是在技術(shù)方案19所述的氣化裝置中，在所述加熱器與所述吸液部之間還具備將所述加熱器的熱向所述吸液部傳導(dǎo)的熱傳導(dǎo)部，所述隔熱箱的熱傳導(dǎo)率比所述熱傳導(dǎo)部低。
技術(shù)方案21的氣化裝置是在技術(shù)方案19所述的氣化裝置中，還具備散熱部，該散熱部被配置成與所述隔熱箱分離并與所述吸收側(cè)端部側(cè)接觸，并且該散熱部的熱傳導(dǎo)率比所述吸液部高。
技術(shù)方案22的氣化裝置具有以下的構(gòu)件吸液部，其從吸收側(cè)端部吸收液體，并使吸收的液體向排出側(cè)端部滲透；加熱器，其將所述吸液部的所述排出側(cè)端部側(cè)加熱；散熱部，其被配置成與所述吸收側(cè)端部側(cè)接觸，并且其的熱傳導(dǎo)率比所述吸液部高。
技術(shù)方案23的氣化裝置是在技術(shù)方案22所述的氣化裝置中，在所述加熱器與所述吸液部之間還具備將所述加熱器的熱向所述吸液部傳導(dǎo)的熱傳導(dǎo)部。
技術(shù)方案24的氣化裝置是在技術(shù)方案22所述的氣化裝置中，還具備與所述散熱部分離并收容所述吸液部的所述排出側(cè)端部側(cè)的隔熱箱。
根據(jù)本發(fā)明，能夠穩(wěn)定地進(jìn)行氣化。


圖1是沿著第1吸液部、第2吸液部和分隔部的成為同心的中心軸的縱截面的第1實(shí)施方式的氣化裝置的剖視圖。
圖2是上述氣化裝置的分解立體圖。
圖3A是第2實(shí)施方式的氣化裝置的后視圖。
圖3B是沿著圖3A所示的切斷線B-B的面的向視剖視圖。
圖3C是第2實(shí)施方式的氣化裝置的主視圖。
圖3D是沿著圖3B所示的切斷線D-D的面的向視剖視圖。
圖4是將氣化裝置與管筒(catridge)、泵、改質(zhì)器、一氧化碳除去器、燃料電池及燃燒器一起表示的框圖。
圖5是在實(shí)驗(yàn)中使用的氣化裝置的剖視圖。
圖6是在通過泵將甲醇水溶液供給到氣化裝置中的情況下的該甲醇水溶液的流量的測(cè)量結(jié)果。
圖7是在通過泵將甲醇水溶液供給到氣化裝置中的情況下的該甲醇水溶液的流量的測(cè)量結(jié)果。
圖8是在通過泵將純水供給到氣化裝置中的情況下的該純水的流量的測(cè)量結(jié)果。
圖9是在通過泵將純甲醇供給到氣化裝置中的情況下的該純甲醇的流量的測(cè)量結(jié)果。
圖10是表示對(duì)第1吸液部供給水、對(duì)第2吸液部供給甲醇的氣化裝置的溫度梯度的數(shù)據(jù)。
圖11是表示對(duì)第1吸液部供給甲醇、對(duì)第2吸液部供給水的氣化裝置的溫度梯度的數(shù)據(jù)。
圖12是沿著吸液部的中心線的縱截面的氣化裝置的剖視圖。
圖13是氣化裝置的分解立體圖。
圖14是氣化裝置的分解立體圖。
圖15是變形例的氣化裝置的縱剖視圖。
圖16是將氣化裝置與管筒、泵、改質(zhì)器、一氧化碳除去器、燃料電池及燃燒器一起表示的框圖。
圖17是表示比較例的測(cè)量結(jié)果的曲線圖。
圖18是表示實(shí)施例2的測(cè)量結(jié)果的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
以下利用附圖對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式進(jìn)行說明。但是，在以下所述的實(shí)施方式中，附加了對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明在技術(shù)上優(yōu)選的各種限定，但并不是將發(fā)明的范圍限定于以下的實(shí)施方式及圖示例。
(第1實(shí)施方式)圖1是氣化裝置1的概略剖視圖，圖2是表示氣化裝置1的上面、正面和右側(cè)面的分解立體圖。
如圖1、圖2所示，該氣化裝置1具備第1吸液部3、第2吸液部2、分隔部4、收縮性管5、彈性管6、第1液導(dǎo)入部7、第2液導(dǎo)入部13、排出部8、隔熱箱9、發(fā)熱體10及溫度傳感器11。
第2吸液部2是棒狀、具體而言是形成為圓柱狀的芯材。第2吸液部2是在內(nèi)部中形成了微小空間的多孔質(zhì)體，是能夠通過毛細(xì)管現(xiàn)象吸收液體的部件。第2吸液部2是將無機(jī)纖維或有機(jī)纖維通過結(jié)合材料(例如環(huán)氧樹脂)固定而成、或者將無機(jī)粉末燒結(jié)而成、或者也可以是將無機(jī)粉末通過結(jié)合材料(例如環(huán)氧樹脂)固定而成的，或者也可以是石墨和玻璃化碳黑的混合體，此外，第2吸液部2也可以是將由無機(jī)纖維或有機(jī)纖維構(gòu)成的多根線材扎束并用結(jié)合材料固定而成的。例如，作為第2吸液部2，可以使用丙烯酸類纖維束芯。此外，也可以將上述材料的多種混合而作為第2吸液部2使用。
將該第2吸液部2嵌入到圓筒狀的分隔部4中，將吸液部2的前端及后端開放并且分隔部4將外側(cè)覆蓋。該分隔部4對(duì)于由第2吸液部2吸收的液體及由第1吸液部3吸收的液體是非透過性的，由不會(huì)因發(fā)熱體10的發(fā)熱而變形、劣化的材料形成，例如是將不銹鋼(SUS316)之類的金屬材料設(shè)置為圓管狀而成，與圖1的面正交的方向上的分隔部4與第2吸液部2的截面形狀為同心，第2吸液部2的外周面密接在分隔部4的內(nèi)周面上。第2吸液部2的長(zhǎng)度與分隔部4的長(zhǎng)度相等，第2吸液部2的兩端面與分隔部4的兩端面對(duì)齊。
第1吸液部3形成為在內(nèi)部中具有插入第2吸液部2及分隔部4的空間的圓筒狀，是包圍內(nèi)部空間的周圍的多孔質(zhì)體，能夠通過毛細(xì)管現(xiàn)象吸收液體，由與上述第2吸液部2同樣的材料形成。在第1吸液部3的內(nèi)壁上，嵌入有外側(cè)被分隔部4覆蓋的第2吸液部2，與圖1的面正交的方向上的第2吸液部2與第1吸液部3的截面形狀同心，由分隔部4分隔為第1吸液部3和第2吸液部2。因此，由第1吸液部3滲透的液體不會(huì)經(jīng)由分隔部4移動(dòng)到第2吸液部2中，由第2吸液部2滲透的液體不會(huì)經(jīng)由分隔部4移動(dòng)到第1吸液部3中。第1吸液部3的內(nèi)徑與分隔部4的外徑大致相等，第1吸液部3的內(nèi)周面密接在分隔部4的外周面上。這樣將第2吸液部2、分隔部4及第1吸液部3成同心地沿半徑方向?qū)盈B。
此外，第1吸液部3的長(zhǎng)度比第2吸液部2及分隔部4的長(zhǎng)度短，第2吸液部2及分隔部4的一部分處于從第1吸液部3的后端突出的位置上，第2吸液部2及分隔部4的前端與第1吸液部3的前端對(duì)齊。
將嵌合有該分隔部4及第2吸液部2的第1吸液部3嵌入到收縮性管5中，第1吸液部3的外周面密接在收縮性管5上。收縮性管5的長(zhǎng)度比第1吸液部3的長(zhǎng)度短，第1吸液部3的兩端分別處于從收縮性管5的各個(gè)端部突出的位置。收縮性管5將聚烯烴、聚偏二氟乙烯等在加熱前具有收縮性的材料熱收縮而無間隙地密接在第1吸液部3上。此時(shí)，收縮性管5不會(huì)含浸在第1吸液部3的側(cè)壁中，并且液體不會(huì)從第1吸液部3的多孔向外泄漏。
第1液導(dǎo)入部7的前端及后端開口，其前端開口的內(nèi)徑與第1吸液部3的外徑大致相等，其后端開口的內(nèi)徑與分隔部4的外徑大致相等。在第1液導(dǎo)入部7的前端開口部中嵌入著第1吸液部3的后端，收縮性管5的一部分也嵌入在第1液導(dǎo)入部7的前端開口部中。嵌合有第2吸液部2及分隔部4的第1吸液部3在柔軟的情況下也可以由于收縮性管5而收縮一些，在此狀態(tài)下，第1吸液部3的后端被收容在第1液導(dǎo)入部7的前端開口部中。由于第1液導(dǎo)入部7的前端將收縮性管5覆蓋以使其重合，所以第1吸液部3不會(huì)露出。在第1吸液部3的硬度高而難以變形的情況下，由于收縮性管5為充分的應(yīng)力的緩沖部件，所以第1液導(dǎo)入部7也能夠與第1吸液部3良好地密接。
將第2吸液部2及分隔部4嵌入成使其從第1液導(dǎo)入部7的后端開口部延伸出。第1吸液部3的后端面從第1液導(dǎo)入部7后端的底74離開，在第1液導(dǎo)入部7的底74與第1吸液部3的后端面之間形成有環(huán)狀的空間71。第2吸液部2貫通空間71的中央，第2吸液部2被插入在分隔部4中。第1液導(dǎo)入部7在后端開口部的邊緣上設(shè)置有橡膠狀的O形圈12，第1液導(dǎo)入部7與分隔部4相互無間隙地密接，所以填充在空間71內(nèi)的第1液體α不會(huì)從第1液導(dǎo)入部7和分隔部4之間泄漏。
在第1液導(dǎo)入部7的側(cè)壁上凸設(shè)有第1液導(dǎo)入口72，沿著該第1液導(dǎo)入口72的中心軸，從第1液導(dǎo)入口72的前端到第1液導(dǎo)入部7的內(nèi)周面貫通有導(dǎo)入孔73，該導(dǎo)入孔73連通到空間71，從這里將第1液體α導(dǎo)入到空間71內(nèi)。另外，第1液導(dǎo)入部7是在第1液體α的沸點(diǎn)下不會(huì)劣化、變形，不會(huì)因第1液體α的接觸而腐蝕的樹脂、金屬或陶瓷。第1液導(dǎo)入口72與用來將第1液體α送出的未圖示出來的管連結(jié)。
從第1液導(dǎo)入部7突出的分隔部4的后端被第2液導(dǎo)入部13覆蓋。第2液導(dǎo)入部13是將內(nèi)部的空間16分隔的筒狀管，在其后端設(shè)置有第2液導(dǎo)入口15，第2液導(dǎo)入口15與用來將第2液體β送出的未圖示出來的管連結(jié)。第2液體β被從第2液導(dǎo)入口15導(dǎo)入的第2吸液部2吸入。第2液導(dǎo)入部13與分隔部4接合或粘接，膨脹系數(shù)優(yōu)選與分隔部4及第2吸液部2近似。第2液導(dǎo)入部13也可以以與第1液導(dǎo)入部7接觸的方式嵌入分隔部4。
排出部8是將位于后方的筒狀的收容部81、與收容部81連接而位于前方的排出口82、和從收容部8 1和排出口82的接縫外緣突出的凸緣部83一體成形而成的。排出部8將收容部81的后端及排出口82的前端開口，排出口82的外徑比收容部81的外徑小，排出口82的開口部的內(nèi)徑比收容部81的開口部的內(nèi)徑小。
收容部81收容著插入有第2吸液部2及分隔部4的第1吸液部3的前方部，以使其與第1吸液部3的前方部側(cè)壁密接。此時(shí)，收容部81的后端將收縮性管5的前端覆蓋以使其重合，所以第1吸液部3不會(huì)露出。即使在第1吸液部3的硬度高而難以變形的情況下，由于收縮性管5為充分的應(yīng)力的緩沖部件，所以排出部8也能夠與第1吸液部3良好地密接。
該排出部8由熱傳導(dǎo)率高達(dá)10(W·m-1K-1)以上、對(duì)于第1液體α及混合氣γ(第2液體β的氣體與第1液體α的氣體的混合氣體)難以腐蝕及變形的材料構(gòu)成，例如由黃銅或銅之類的金屬構(gòu)成。
并且，將彈性的彈性管6嵌入，以使其覆蓋從第1液導(dǎo)入部7與收縮性管5的接縫到排出部8與收縮性管5的接縫。即，將第1吸液部3與第2吸液部2及分隔部4一起嵌入在收容部81中，第1吸液部3的從收縮性管5突出的部分的外周面與收容部81的內(nèi)表面接觸，將收容部81的一部分插入到彈性管6中，將收容部81夾入到彈性管6與第1吸液部3的外周面之間。這樣，彈性管6與收縮性管5、第1液導(dǎo)入部7、排出部8沒有間隙地密接。
彈性管6的長(zhǎng)度比第1吸液部3的長(zhǎng)度短，收容部81的側(cè)壁的前方從彈性管6突出。另外，也可以不做成收縮性管5與彈性管6的二重結(jié)構(gòu)，如果僅通過收縮性管5或彈性管6中的一個(gè)就使第1液體α或?qū)⒌?液體α氣化得到的氣體不泄漏，則也可以僅設(shè)置一個(gè)。此外，如果通過對(duì)第1吸液部3的外周面實(shí)施覆膜等使液體或氣體不會(huì)從第1吸液部3的外周面滲出，則收縮性管5和彈性管6兩者都沒有也可以。
如以上所述，由于收縮性管5、彈性管6、第1液導(dǎo)入部7及排出部8分別為配管，所以在收縮性管5、彈性管6、第1液導(dǎo)入部7及排出部8、第2液導(dǎo)入部13的內(nèi)部空間中，由分隔部4相互隔絕地收容著第1吸液部3及第2吸液部2。另外，在代替收縮性管5及彈性管6而對(duì)第1吸液部3的外周面實(shí)施對(duì)于第1液體α為非透過性的覆膜的情況下，該覆膜起著第1液導(dǎo)入部7及排出部8收容第1吸液部3、第2吸液部2及4的管的作用。
第2吸液部2、第1吸液部3及分隔部4的前端面從排出部8的底86離開，在這些端面與排出部8的底86之間形成有空間84。該空間84連通到排出口82的排出孔82a。排出口82與用來將混合氣體γ送出的未圖示出來的管連結(jié)。
在排出部8的收容部81上，卷繞有加熱線圈等作為加熱器的發(fā)熱體10，發(fā)熱體10與收容部81連接。由于在收容部81上卷繞有發(fā)熱體10，所以第1吸液部3比第2吸液部2更接近于發(fā)熱體10。發(fā)熱體10由電熱部件構(gòu)成，是若被施加電壓則發(fā)熱的電阻體。例如，可以使用鎳鈷線作為發(fā)熱體10。發(fā)熱體10被陶瓷粘接劑、環(huán)氧粘接劑等耐熱性的粘接劑14覆蓋，通過粘接劑14將發(fā)熱體10固定在收容部81上。另外，也可以將發(fā)熱體10代替為陶瓷加熱器，也可以同時(shí)使用發(fā)熱體10與陶瓷加熱器。
在排出部8的凸緣部83上，形成有沿半徑方向穿孔的插入孔85。該插入孔85沒有達(dá)到收容部81及排出口82的內(nèi)部空間中，插入孔85的底達(dá)到第2吸液部2的端面的附近。溫度傳感器11插入在插入孔85中，溫度傳感器11位于第1吸液部3的端面附近，由此將溫度傳感器11埋入在排出部8中。溫度傳感器11是熱電偶、熱敏電阻器或測(cè)溫電阻體。溫度傳感器11為了與周圍絕緣而由絕緣體覆蓋。溫度傳感器11檢測(cè)經(jīng)由排出部8及粘接劑14傳遞的對(duì)應(yīng)于發(fā)熱體10的發(fā)熱的溫度。
如果將發(fā)熱體10加熱，則通過從發(fā)熱體10傳遞給收容部81的熱使?jié)B透到第1吸液部3中的第1液體α從第1吸液部3的前端面氣化而釋放出到空間84中，進(jìn)而來自發(fā)熱體10的熱經(jīng)由分隔部4傳遞到第2吸液部2，使?jié)B透到第2吸液部2中的第2液體β從第2吸液部2的前端面氣化而釋放出到空間84中，與第1液體α氣化后的氣體混合，該混合氣體γ充滿于空間84內(nèi)，被從排出口82的排出孔82a排出。這樣，空間84適用作將多個(gè)氣體混合的空間。
第2吸液部2由于隔著第1吸液部3及分隔部4，所以優(yōu)選將第2吸液部2的加熱溫度設(shè)定為比第1吸液部3的加熱溫度低。在此情況下，被加熱為更高溫的第1液體α優(yōu)選為比被加熱為更低溫的第2液體β沸點(diǎn)高的材料。
隔熱箱9是將發(fā)熱體10、第1吸液部3的前方及第2吸液部2的前方包圍，以使得使發(fā)熱體10、由發(fā)熱體10加熱的第1吸液部3的前方及第2吸液部2的前方的熱盡可能地不散逸到外部。此外，排出部8的收容部81與凸緣部83被收容在隔熱箱9內(nèi)。
如果將第1吸液部3的整體及第2吸液部2的整體加熱，則第1液體α從第1吸液部3的后端面被氣化，第2液體β從第2吸液部2的后端面被氣化。這些氣泡會(huì)阻礙第1吸液部3的第1液體α的滲透或者阻礙第2吸液部2的第2液體β的滲透，使來自排出口82的混合氣體γ的排出量變得不穩(wěn)定。由于第1吸液部3的后方及第2吸液部2的后方?jīng)]有被隔熱箱9覆蓋，所以第1吸液部3的后方及第2吸液部2的后方為容易較迅速地散熱的結(jié)構(gòu)，第1吸液部3的后方不會(huì)達(dá)到第1液體α的沸點(diǎn)，第2吸液部2的后方不會(huì)達(dá)到第2液體β的沸點(diǎn)。
并且，發(fā)熱體10將第1吸液部3的前方加熱以使其達(dá)到第1液體α的沸點(diǎn)，將第2吸液部2的前方加熱以使其達(dá)到第2液體β的沸點(diǎn)。因而，如果第1液體α從第1吸液部3的前端面被氣化，則通過第1吸液部3的毛細(xì)管現(xiàn)象填充到第1吸液部3的后方的第1液體α朝向第1吸液部3的前方自發(fā)地移動(dòng)；如果第2液體β從第2吸液部2的前端面被氣化，則通過第2吸液部2的毛細(xì)管現(xiàn)象填充到第2吸液部2的后方的第2液體β朝向第2吸液部2的前方自發(fā)地移動(dòng)。
隔熱箱9通過將上面?zhèn)鹊南?1和下面?zhèn)鹊南孪?2組合而在隔熱箱9的內(nèi)部中形成收容空間。上箱91及下箱92都由將氧化鈦、氧化鉀、氧化鈣、氧化硅等燒結(jié)而成的陶瓷、PES(聚醚砜)、發(fā)泡苯乙烯、發(fā)泡聚氨酯等工程塑料等隔熱材料構(gòu)成。
在上箱91的前面的下緣與下箱92的前面的上緣上形成有扇形狀的凹陷，通過將上箱91與下箱92結(jié)合，將這些凹陷對(duì)合而形成通孔93。將排出部8的排出口82嵌入到該通孔93中，排出口82從隔熱箱9的前面突出。此外，為了將位置固定而使排出部8的凸緣部83與隔熱箱9的前面?zhèn)鹊膬?nèi)表面接觸，但也可以為了提高隔熱性而在凸緣部83與隔熱箱9的前面?zhèn)鹊膬?nèi)表面之間設(shè)置空間。如果在凸緣部83的與隔熱箱9的對(duì)置面上設(shè)置槽，則能夠通過凸緣部83與隔熱箱9抵接而對(duì)位，并且能夠通過槽形成隔熱用的熱傳導(dǎo)率低的間隙，能夠提高隔熱效果。
在上箱91的背面的下緣與下箱92的背面的上緣上形成有扇形狀的凹陷，通過將上箱91與下箱92結(jié)合，將這些凹陷對(duì)合而形成通孔94。將彈性管6、收縮性管5、第1吸液部3的前方、分隔部4及第2吸液部2的前方嵌入在該通孔94中。通過彈性管6及收縮性管5將通孔94的壁面與第1吸液部3的外周面之間的間隙密封。
在上箱91的上表面貫通有配線通孔95～97，從配線通孔95～97連接到上箱91的背面的槽95a～97a形成在上箱91的上表面上。在配線通孔95中通有溫度傳感器11的配線11a，將配線11a彎折而鋪設(shè)在槽95a內(nèi)。同樣，在配線通孔96、97中通入發(fā)熱體10的兩端部的配線10a、10b，將配線10a、10b彎折而鋪設(shè)在槽96a、97a內(nèi)。
溫度傳感器11經(jīng)由配線11a與控制器50連接，發(fā)熱體10也經(jīng)由配線10a、10b與控制器50連接。將表示溫度傳感器11的檢測(cè)溫度的信號(hào)輸入到控制器50中，控制器50根據(jù)溫度傳感器11的檢測(cè)溫度來控制發(fā)熱體10，以使第1吸液部3的溫度及第2吸液部2的溫度分別成為所期望的溫度。具體而言，在溫度傳感器11的檢測(cè)溫度比上閾值高的情況下，控制器50降低向發(fā)熱體10供給的電力或者將向發(fā)熱體10供給的電力關(guān)閉，在溫度傳感器11的檢測(cè)溫度比下閾值(其中，下閾值＜上閾值)低的情況下，控制器50提高向發(fā)熱體10供給的電力或者將向發(fā)熱體10供給的電力開啟，在溫度傳感器11的檢測(cè)溫度為下閾值以上、上閾值以下的情況下，控制器50維持向發(fā)熱體10供給的電力。
接著，對(duì)氣化裝置1的動(dòng)作及使用了氣化裝置1的氣化方法進(jìn)行說明。
如果對(duì)發(fā)熱體10施加電壓，則發(fā)熱體10發(fā)熱，將收容在隔熱箱9內(nèi)的部件加熱。這里，在發(fā)熱體10的內(nèi)側(cè)的部分中，加熱溫度越是遠(yuǎn)離發(fā)熱體10越是降低。因此，更近的第1吸液部3的溫度比更遠(yuǎn)的第2吸液部2的溫度高。此外，由于第1吸液部3及第2吸液部2的后方的端部在隔熱箱9之外，前方的端部在隔熱箱內(nèi)，在前方的端部上卷繞有發(fā)熱體10，所以第1吸液部3越是從排出口82側(cè)的端部朝向第1液導(dǎo)入口72側(cè)的端部，則溫度越是降低；第2吸液部2越是從排出口82側(cè)的端部朝向第2液導(dǎo)入口15側(cè)的端部，則溫度越是降低。
在溫度傳感器11的檢測(cè)溫度為下閾值以上且上閾值以下的狀態(tài)下，按照下列方式進(jìn)行設(shè)定第1吸液部3的溫度在排出口82側(cè)的端部達(dá)到第1液體α的沸點(diǎn)，在第1液導(dǎo)入口72側(cè)的端部低于第1液體α的沸點(diǎn)，第2吸液部2的溫度在排出口82側(cè)的端部達(dá)到第2液體β的沸點(diǎn)，在第2液導(dǎo)入口15側(cè)的端部低于第2液體β的沸點(diǎn)。另外，以下，在第1吸液部3及第2吸液部2中，將卷繞有發(fā)熱體10的端部稱作排出側(cè)端部，將排出側(cè)的相反側(cè)的端部稱作吸收側(cè)端部。
在第2吸液部2及第1吸液部3的排出側(cè)端部通過發(fā)熱體10加熱的狀態(tài)下，如果通過泵等將第2液體β經(jīng)由第2液導(dǎo)入部13輸送，則該第2液體β被從第2吸液部2的吸收側(cè)端部向第2吸液部2內(nèi)吸收。被吸收到第2吸液部2中的第2液體β通過毛細(xì)管現(xiàn)象移動(dòng)到排出側(cè)端部，在第2吸液部2的排出側(cè)端部被發(fā)熱體10加熱而氣化。并且，氣化后的氣體從第2吸液部2的排出側(cè)端面向收容部81內(nèi)的空間84蒸散。這樣由于在第2吸液部2的內(nèi)部中第2液體β氣化，所以能夠抑制第2液體β的暴沸。
另一方面，在通過泵等將第1液體α通過導(dǎo)入孔73向第1液導(dǎo)入部7的空間71中供給，則該第1液體α被從第1吸液部3的吸收側(cè)端部向第1吸液部3內(nèi)吸收。被吸收到第1吸液部3中的第1液體α通過毛細(xì)管現(xiàn)象移動(dòng)到排出側(cè)端部，在第1吸液部3的排出側(cè)端部被發(fā)熱體10加熱而氣化。并且，氣化后的氣體從第1吸液部3的排出側(cè)端面向收容部81內(nèi)的空間84蒸散。這樣由于在第1吸液部3的內(nèi)部中第1液體α氣化，所以能夠抑制第1液體α的暴沸。
如果第1液體α的沸點(diǎn)比第2液體β的沸點(diǎn)高，則根據(jù)第2吸液部2及第1吸液部3的溫度分布，第2液體β在第2吸液部2的排出側(cè)端部附近氣化，第1液體α在第1吸液部3的排出側(cè)端部附近氣化。但是，如果第1液體α的沸點(diǎn)比第2液體β的沸點(diǎn)低，則如果設(shè)定成進(jìn)行溫度控制以使第2液體β在第2吸液部2的排出側(cè)端部附近氣化，則更容易被發(fā)熱體10加熱的第1吸液部3會(huì)過熱，第1吸液部3中的氣化區(qū)域不僅是排出側(cè)端部，而從排出側(cè)端部擴(kuò)展到后方，成為第1液體α的暴沸的原因。因此，優(yōu)選的是使第1液體α的沸點(diǎn)比第2液體β的沸點(diǎn)高。
在第2吸液部2內(nèi)氣化的第2液體β的氣體從第2吸液部2的排出側(cè)端面向空間84蒸散，在第1吸液部3內(nèi)氣化的第1液體α的氣體從第1吸液部3的排出側(cè)端面向空間84蒸散，這些氣體混合。該混合氣體γ通過排出孔82a被排出。
在如以上那樣地將液體氣化時(shí)，控制器50根據(jù)溫度傳感器11的檢測(cè)溫度來反饋控制發(fā)熱體10，所以第1吸液部3的排出側(cè)端部的溫度及第1吸液部3中的第1液體α的氣化區(qū)域、以及第2吸液部2的排出側(cè)端部的溫度及第2吸液部2中的第2液體β的氣化區(qū)域分別被控制為所期望的溫度、所期望的范圍。
如以上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，將第2吸液部2與第1吸液部3同心地層疊，通過分隔部4將第2吸液部2和第1吸液部3分隔，所以在第2吸液部2與第1吸液部3中，第2液體β、第1液體α不會(huì)以液體的狀態(tài)混合，所以將各自的液體吸收到各自的區(qū)域中。因此，能夠?qū)⒎悬c(diǎn)不同的兩種液體分別氣化，所以能夠?qū)⒏鱾€(gè)液體穩(wěn)定地氣化。并且，由于分別穩(wěn)定地發(fā)生的氣體在空間84中被混合，所以其混合氣體通過排出孔82a被向下游輸送，所以該混合氣體以穩(wěn)定的流量通過排出孔82a被向下游輸送。特別是，在使第1液體α為水、使第2液體β為甲醇的情況下，可以在下游配置水蒸氣改質(zhì)器來產(chǎn)生氫。
此外，在以往，如果將不同沸點(diǎn)的液體利用分別單獨(dú)的加熱機(jī)構(gòu)以不同的溫度加熱，則有氣化裝置自身變大的缺點(diǎn)，但在氣化裝置1中，由于能夠通過1個(gè)加熱機(jī)構(gòu)(發(fā)熱體10)將兩種液體分別氣化，所以不必為了兩種液體的氣化而準(zhǔn)備兩個(gè)加熱機(jī)構(gòu)或氣化裝置，不需要通過兩個(gè)溫度傳感器分別控制，所以整體上能夠?qū)崿F(xiàn)省空間化、電路的簡(jiǎn)單化及低成本化。
此外，由于將第2吸液部2嵌入到第1吸液部3的內(nèi)側(cè)，在第1吸液部3的外側(cè)卷繞了發(fā)熱體10，所以產(chǎn)生溫度從中心軸越是朝向半徑方向外側(cè)越高的溫度分布。并且，由于將沸點(diǎn)低的第2液體β吸收到第2吸液部2中而氣化、將沸點(diǎn)高的第1液體α吸收到第1吸液部3中而氣化，所以能量的利用效率變好，能夠有效地將第2液體β、第1液體α氣化。
發(fā)熱體10并不限于線圈形狀，如果配置在排出部8的側(cè)面上，也可以是薄膜發(fā)熱電阻體層。發(fā)熱電阻體層既可以是金屬氧化物，也可以是金(Au)，金由于根據(jù)溫度而發(fā)生電阻率變化，所以可以兼作溫度傳感器，所以不需要溫度傳感器11，從而能夠使配線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化。
此外，如果排出部8是導(dǎo)電性的，則只要在排出部8上覆蓋絕緣膜、在該絕緣膜上覆蓋發(fā)熱電阻體層即可。此時(shí)，如果發(fā)熱電阻體層是金，則也可以將用來改善與絕緣膜的密接性的鈦(Ti)及鉭(Ta)等基底層、用來防止金熱擴(kuò)散的由鎢(W)等高熔點(diǎn)金屬構(gòu)成的防熱擴(kuò)散層依次層疊在絕緣膜與發(fā)熱電阻體層之間。
此外，由于將第2吸液部2及第1吸液部3的排出側(cè)端部、排出部8的收容部81及凸緣部83、以及發(fā)熱體10收容在隔熱箱9內(nèi)，所以熱損失少，能夠?qū)l(fā)熱體10的熱能有效地用于液體的氣化。另一方面，由于第2吸液部2及第1吸液部3的吸收側(cè)端部在隔熱箱9之外，所以從第2吸液部2的吸收側(cè)端部到排出側(cè)端部產(chǎn)生溫度梯度，第2吸液部2的吸收側(cè)端部的溫度變得比排出側(cè)端部的溫度低。因此，被吸收到第2吸液部2中的第2液體β在吸收側(cè)端面附近不氣化，能夠防止第2吸液部2內(nèi)的氣體僅從吸收側(cè)端面噴出、即能夠防止氣體的倒流。被吸收到第1吸液部3中的第1液體α在吸收側(cè)端面附近也不氣化，能夠防止氣體的倒流。
此外，由于在排出部8中埋入有溫度傳感器11，所以能夠正確地測(cè)量第1吸液部3的排出側(cè)端面附近的溫度及第2吸液部2的排出側(cè)端面附近的溫度。此外，由于根據(jù)正確的檢測(cè)溫度進(jìn)行控制器50的溫度控制，所以能夠?qū)⒌?吸液部3的排出側(cè)端面附近的溫度及第2吸液部2的排出側(cè)端面附近的溫度保持為所期望的溫度，能夠進(jìn)行穩(wěn)定的氣化。此外，由于將隔熱箱9做成上箱91與下箱92的上下分割結(jié)構(gòu)，所以能夠進(jìn)行通過目視完成的作業(yè)，提高了氣化裝置1的組裝作業(yè)性。
此外，由于收縮性管5如果被加熱則收縮，所以提高了第1吸液部3的外周面與收縮性管5的內(nèi)周面的密接性。因此，第1液體α及第1液體α的氣體不會(huì)從第1吸液部3的外周面泄漏。
另外，在上述實(shí)施方式中，是第2吸液部2與第1吸液部3的同心二重結(jié)構(gòu)，但也可以通過再在第1吸液部3的外側(cè)設(shè)置其他的圓筒狀吸液部、在該圓筒狀吸液部與第1吸液部3之間設(shè)置分隔部，而做成三重結(jié)構(gòu)。也可以安裝更多的吸液部而做成同心多層結(jié)構(gòu)。在此情況下，優(yōu)選的是，對(duì)多個(gè)吸液部的吸收側(cè)端面來說，越是作為外側(cè)的吸液部，即越是接近于發(fā)熱體10，越是供給沸點(diǎn)高的液體；越是作為外側(cè)的吸液部，即越是遠(yuǎn)離發(fā)熱體10，越是吸收沸點(diǎn)高的液體。
此外，也可以將第2吸液部2沿周向分割、在分割的扇形的吸液部之間夾裝隔壁，使隔壁突出到第1液導(dǎo)入部7的后面的內(nèi)側(cè)的面，通過隔壁將空間71分隔為多個(gè)扇形空間，在第1液導(dǎo)入部7的外周面上形成連通到各扇形空間的導(dǎo)入孔。
此外，也可以將第2吸液部2通過隔壁分割為多個(gè)。
(第2實(shí)施方式)圖3A是氣化裝置101的后視圖，圖3B是沿著圖3A所示的切斷線B-B的面的向視剖視圖，圖3C是氣化裝置101的主視圖，圖3D是沿著圖3B所示的切斷線D-D的面的向視剖視圖。
如圖3A～圖3D所示，主體管109以方形管狀設(shè)置，主體管109的后面開口及前面開口被封閉，在該主體管109中形成有內(nèi)部空間。在主體管109的內(nèi)側(cè)形成有與其上表面及下表面平行的隔壁104，通過該隔壁104將主體管109的內(nèi)部空間分隔為從主體管109的前方到后方的上下的兩個(gè)空間。此外，隔壁104連結(jié)在主體管109的后端面、左右側(cè)面的內(nèi)側(cè)，而不連結(jié)在主體管109的前端面的內(nèi)側(cè)。因此，主體管109內(nèi)的上側(cè)的空間與下側(cè)的空間在前表面附近連通，對(duì)于該上下的空間連接的部分的空間賦予標(biāo)號(hào)184。
在主體管109的后面凸設(shè)有導(dǎo)入第2液體β的第2液導(dǎo)入口172、導(dǎo)入第1液體α的第1液導(dǎo)入口174，在主體管109的前表面上凸設(shè)有排出口182。沿著第2液導(dǎo)入口172的中心軸從第2液導(dǎo)入口172的前端到主體管109的內(nèi)表面貫通有導(dǎo)入孔173，該導(dǎo)入孔173連通到主體管109內(nèi)的下側(cè)的空間。此外，沿著第1液導(dǎo)入口174的中心軸從第1液導(dǎo)入口174的前端到主體管109的內(nèi)表面貫通有導(dǎo)入孔175，該導(dǎo)入孔175連通到主體管109內(nèi)的上側(cè)的空間。此外，沿著排出口182的中心軸從排出口182的前端到主體管109的內(nèi)表面貫通有排出孔182a，該排出孔182a連通到空間184中。
在主體管109內(nèi)的下側(cè)的空間中填充有第2吸液部102，在上側(cè)的空間中填充有第1吸液部103，第2吸液部102與第1吸液部103在它們之間夾著隔壁104而沿厚度方向?qū)盈B。第1吸液部103及第2吸液部102是形成為方棒狀的芯材。此外，第2吸液部102及第1吸液部103分別與第1實(shí)施方式的第1吸液部3及第2吸液部2同樣，是在內(nèi)部形成了微小空間的多孔質(zhì)體，能夠吸收液體。
第2吸液部102的后端面(以下將該端面稱作吸收側(cè)端面)面向?qū)肟?73，前端面(以下將該端面稱作排出側(cè)端面)面向空間184。第1吸液部103的后端面(以下將該端面稱作吸收側(cè)端面)面向?qū)肟?75，前端面(以下將該端面稱作排出側(cè)端面)面向空間184。
在主體管109的上表面上搭載有發(fā)熱體110。搭載發(fā)熱體110的位置是第1吸液部103的排出側(cè)端部側(cè)的主體管109之上。因此，吸液部102、103越是從吸收側(cè)端部朝向排出側(cè)端部，則溫度越逐漸增加。此外，第1吸液部103比第2吸液部102接近于發(fā)熱體110，第1吸液部103的排出側(cè)端部比第2吸液部102的排出側(cè)端部溫度高。
另外，主體管109及第1液導(dǎo)入口174、第2液導(dǎo)入口172、排出口182由金屬(例如不銹鋼(SUS316))構(gòu)成。
接著，對(duì)氣化裝置101的動(dòng)作及使用了氣化裝置101的氣化方法進(jìn)行說明。
在第1吸液部103及第2吸液部102的排出側(cè)端部通過陶瓷加熱器等發(fā)熱體110加熱的狀態(tài)下，如果通過泵等將第1液體α向第1液導(dǎo)入口174的導(dǎo)入孔175中輸送，則第1液體α被從第1吸液部103的吸收側(cè)端面向第1吸液部103內(nèi)吸收。并且，滲透到第1吸液部103的排出側(cè)端部的第1液體α通過發(fā)熱體110的熱而氣化。并且，氣化得到的氣體從第1吸液部103的排出側(cè)端面向空間184蒸散。
由于第1吸液部103比第2吸液部102更接近于發(fā)熱體110，并且夾在第2吸液部102與發(fā)熱體110之間，所以發(fā)熱體110的加熱溫度在第1吸液部103的排出側(cè)端部比第2吸液部102的排出側(cè)端部高。因此，優(yōu)選的是，第1液體α的沸點(diǎn)比第2液體β的沸點(diǎn)高。
另一方面，如果通過泵等將第2液體β向第2液導(dǎo)入口172的導(dǎo)入孔173中輸送，則該第2液體β被從第2吸液部102的吸收側(cè)端面向第2吸液部102內(nèi)吸收。并且，滲透到第2吸液部102的排出側(cè)端部的第2液體β通過發(fā)熱體110的熱而氣化。并且，氣化得到的氣體從第2吸液部102的排出側(cè)端面向空間184蒸散。
從第2吸液部102的排出側(cè)端面向空間184蒸散的第2液體β和從第1吸液部103的排出側(cè)端面向空間184蒸散的第1液體α的氣體在空間184內(nèi)混合。該混合氣體通過排出孔182a被排出。
根據(jù)本實(shí)施方式，由于在第2吸液部102與第1吸液部103之間夾著隔壁104、將第2吸液部102與第1吸液部103層疊，所以第2吸液部102與第1吸液部103能夠分別吸收液體。因此，能夠?qū)⒎悬c(diǎn)不同的兩種液體分別氣化，所以能夠?qū)⒏鱾€(gè)液體穩(wěn)定地氣化。進(jìn)而，由于能夠通過1個(gè)氣化裝置101將兩種液體分別氣化，所以不必為了進(jìn)行兩種液體的氣化而準(zhǔn)備兩個(gè)氣化裝置，整體上能夠?qū)崿F(xiàn)省空間化及低成本化。
此外，由于將沸點(diǎn)高的第1液體α吸收到加熱溫度高的第1吸液部103的端部中而氣化、將沸點(diǎn)低的第2液體β在加熱溫度低的第2吸液部102的端部氣化，所以能量的利用效率變好，能夠有效地將第1液體α、第2液體β氣化。
另外，在上述實(shí)施方式中，做成的是在第1吸液部103與第2吸液部102之間夾著隔壁104而將第1吸液部103與第2吸液部102重合的二重結(jié)構(gòu)，但也可以通過在主體管109內(nèi)設(shè)置更多的隔壁，將主體管109內(nèi)的空間分隔為從主體管109的吸收側(cè)端面到排出側(cè)端面的多個(gè)空間，將吸液部填充到各個(gè)空間中。在此情況下，通過使各隔壁的前端從主體管109的前面的內(nèi)側(cè)離開，使上下分割的多個(gè)空間由空間184連接，并且將連通到上下分割為多個(gè)的各個(gè)空間的導(dǎo)入孔形成在主體管109的后端面?zhèn)?。此外，在多個(gè)吸液部的吸收側(cè)端面上，優(yōu)選的是，對(duì)于越是接近于發(fā)熱體110的吸液部越是供給沸點(diǎn)高的液體，隨著接近于發(fā)熱體110而吸收沸點(diǎn)較高的液體。
此外，也可以不僅將主體管109內(nèi)的空間通過隔壁104上下分隔，而且還將平行于主體管109的左右側(cè)面的隔壁配置在主體管109內(nèi)，將主體管109內(nèi)的空間上下左右地分隔。在此情況下，通過各隔壁的前端從主體管109的前表面的內(nèi)側(cè)離開，沿上下左右被4分割的多個(gè)空間由空間184連接，并且在主體管109的后表面上形成連通到上下左右分割的各個(gè)空間中的導(dǎo)入孔。
此外，在被第2吸液部102吸收的第2液體β比被第1吸液部103吸收的第1液體α沸點(diǎn)高的情況下，將發(fā)熱體110設(shè)置在主體管109的下表面上。
主體管109由熱傳導(dǎo)率高達(dá)10(W·m-1K-1)以上、對(duì)于第1液體α及混合氣γ(第2液體β的氣體與第1液體α的氣體的混合氣體)難以腐蝕及變形的材料構(gòu)成，例如由黃銅或銅之類的金屬構(gòu)成。
發(fā)熱體110并不限于線圈形狀，如果配置在主體管109的側(cè)面上，也可以是薄膜發(fā)熱電阻體層。發(fā)熱電阻體層既可以是金屬氧化物，也可以是金(Au)，金由于根據(jù)溫度而發(fā)生電阻率變化，所以可以兼作溫度傳感器，所以不需要另外設(shè)置溫度傳感器，從而能夠使配線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化。
如果主體管109是導(dǎo)電性的，則只要在主體管109上覆蓋絕緣膜、在該絕緣膜上覆蓋發(fā)熱電阻體層即可。此時(shí)，如果發(fā)熱電阻體層是金，則也可以將用來改善與絕緣膜的密接性的鈦(Ti)及鉭(Ta)等基底層、用來防止金熱擴(kuò)散的由鎢(W)等高熔點(diǎn)金屬構(gòu)成的防熱擴(kuò)散層依次層疊在絕緣膜與發(fā)熱電阻體層之間。
(應(yīng)用例)圖4是將氣化裝置1與管筒901、902、泵903、904、改質(zhì)器905、一氧化碳除去器906、燃料電池907及燃燒器908一起表示的框圖。
第1液導(dǎo)入口72與泵904連接，該泵904與管筒902連接。在該管筒902中儲(chǔ)存有水(沸點(diǎn)100℃)，通過泵904將水送到第1液導(dǎo)入口72中。作為泵904，也可以使用注射泵或電滲流泵(Electro-OsmoticPump)。
在第2液導(dǎo)入部13上連接泵903，并且該泵903與管筒901連接。在該管筒901中儲(chǔ)存有比水沸點(diǎn)低的液體燃料(例如甲醇(沸點(diǎn)為65℃)或乙醇(沸點(diǎn)為78.3℃)，通過泵903將液體燃料向分隔部4輸送。作為泵903，也可以使用注射泵或電滲流泵(Electro-Osmotic Pump)。
在排出部8的排出口82上連接有改質(zhì)器905，將從氣化裝置1排出的燃料和水的混合氣體供給到改質(zhì)器905中。
改質(zhì)器905使從氣化裝置1供給的燃料與水的混合氣體催化反應(yīng)，生成氫氣等。此外，在改質(zhì)器905中也生成微量的一氧化碳。另外，在儲(chǔ)存在管筒901中的液體燃料是甲醇的情況下，在改質(zhì)器905中發(fā)生下式(1)、(2)所示那樣的反應(yīng)。
CH3OH+H2O→3H2+CO2(1)2CH3OH+H2O→5H2+CO+CO2(2)由改質(zhì)器905生成的產(chǎn)物的混合氣體被供給到一氧化碳除去器906中，再通過空氣泵將空氣供給到一氧化碳除去器906中。在一氧化碳除去器906中，通過催化劑選擇混合氣體中的一氧化碳，從而將一氧化碳優(yōu)先地氧化，而氫不被氧化。
燃料電池907具備擔(dān)載了催化劑微粒子的燃料極907a、擔(dān)載了催化劑微粒子的空氣極907b、和夾在燃料極907a與空氣極907b之間的電解質(zhì)膜907c。對(duì)于燃料極907a，從一氧化碳除去器906供給混合氣體；對(duì)于空氣極907b，通過空氣泵供給空氣。在燃料極907a與空氣極907b中的一個(gè)電極生成離子，離子透過電解質(zhì)膜907c，在另一個(gè)電極生成水，由此在燃料極907a與空氣極907b之間產(chǎn)生電力。另外，在電解質(zhì)膜907c是氫離子透過性的電解質(zhì)膜(例如固體高分子電解質(zhì)膜)的情況下，在燃料極907a發(fā)生下式(3)那樣的反應(yīng)，在空氣極907b發(fā)生下式(4)那樣的反應(yīng)。
H2→2H++2e-(3)2H++1/2O2+2e-→H2O (4)將包括在燃料極907a沒有反應(yīng)的剩余的氫氣等的尾氣供給到燃燒器908中，通過空氣泵將空氣供給到燃燒器908中。在燃燒器908中，空氣中的氧與未反應(yīng)的氫通過催化反應(yīng)，產(chǎn)生燃燒熱。燃燒熱在改質(zhì)器905及一氧化碳除去器906的反應(yīng)中使用。
圖4所示的系統(tǒng)整體裝載在筆記本型的個(gè)人計(jì)算機(jī)、PDA、電子記事本、數(shù)字照相機(jī)、便攜電話機(jī)、手表、記錄器、投影機(jī)之類的電子設(shè)備中，燃料電池907作為電子設(shè)備的電源使用。
另外，在將圖3A～圖3D所示的氣化裝置101應(yīng)用到圖4的系統(tǒng)中的情況下，將第1液導(dǎo)入口174連接到泵904，將第2液導(dǎo)入口172連接到泵903，從管筒902向第1液導(dǎo)入口174供給水，從管筒901向第2液導(dǎo)入口172供給燃料液體。
此外，在燃料的沸點(diǎn)比水的沸點(diǎn)高的情況下，只要將燃料導(dǎo)入到第1液導(dǎo)入口72中、將水導(dǎo)入到第2液導(dǎo)入口13中即可。
(實(shí)施例1)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，使用圖5所示那樣的氣化裝置501作為比較例。該氣化裝置501是將圖1的分隔部4、第1吸液部3和第2吸液部2的整體替換為一根圓柱狀的吸液部502、將彈性管6加長(zhǎng)、將第1液導(dǎo)入部拆下而成的。除了以上以外，氣化裝置501與氣化裝置1相同，將泵連接在流量計(jì)上，將該流量計(jì)連接在彈性管6上，將排出口82的排出孔82a開放。此外，吸液部502的條件如下。
(a)吸液部502(圓柱體)氣孔率41％，粒徑30μm，直徑1.5mm，長(zhǎng)度10.0mm，將前端2mm經(jīng)由收容部81通過發(fā)熱體10加熱到130℃。
(b)排出部8材質(zhì)黃銅，排出孔82a的內(nèi)徑為0.5mm在不將發(fā)熱體10加熱的狀態(tài)下，將60wt％的甲醇水溶液通過泵(電滲流泵)經(jīng)由流量計(jì)輸送到彈性管6，通過流量計(jì)測(cè)量甲醇水溶液的流量。將流量的測(cè)量結(jié)果在圖6中表示。另外，將泵的流量的設(shè)定值為60μl/min。
在將發(fā)熱體10加熱到130℃的狀態(tài)下，將60wt％的甲醇水溶液通過泵(電滲流泵)經(jīng)由流量計(jì)輸送到彈性管6，通過流量計(jì)測(cè)量甲醇水溶液的流量。將流量的測(cè)量結(jié)果在圖7中表示。由圖7可知，在不具有共沸點(diǎn)的甲醇水溶液中，在短時(shí)間的期間中頻繁地發(fā)生流量的峰值，在甲醇水溶液中產(chǎn)生了脈動(dòng)。進(jìn)而，流量的變動(dòng)也較大。另外，脈動(dòng)的1周期是從圖7的流量的峰值到下個(gè)流量的峰值的時(shí)間。在短期間內(nèi)可以看到最大接近于10μl/min的流量變化。
并且，在圖1所示的結(jié)構(gòu)的氣化裝置1中，在將發(fā)熱體10加熱到130℃的狀態(tài)下，將通過泵(電滲流泵)將純水輸送到第1液導(dǎo)入部7時(shí)的輸送量、通過泵(注射泵)將甲醇對(duì)第2液導(dǎo)入部13輸送時(shí)的輸送量分別在圖8、圖9中表示。氣化裝置1設(shè)定為下述的條件。
(a)第2吸液部2(圓柱體)氣孔率41％，直徑1.5mm，長(zhǎng)度20.0mm，(b)分隔部4(圓筒管)材質(zhì)SUS 316，內(nèi)徑1.5mm，厚度0.1mm，長(zhǎng)度20.0mm，(c)第1吸液部3(圓柱體)氣孔率41％，外徑2.3mm，長(zhǎng)度10.0mm，將前端2mm經(jīng)由收容部81通過發(fā)熱體10加熱到130℃。
(d)排出部8黃銅，排出孔82a的直徑為mm由圖8可知，由于在第1吸液部3內(nèi)只有純水，所以在流量中沒有顯著的大幅度波動(dòng)，能夠穩(wěn)定地輸送。
由圖9可知，從0秒到約110秒流量逐漸增加、在約110秒后流量逐漸減少的這種情況起因于注射泵的特性。
由以上的實(shí)驗(yàn)可知，如果將不具有共沸點(diǎn)的甲醇水溶液氣化，則會(huì)產(chǎn)生較大的脈動(dòng)，而在單獨(dú)為水及單獨(dú)為甲醇的情況下不會(huì)產(chǎn)生較大的脈動(dòng)。因此，如果如上述實(shí)施方式的氣化裝置1及氣化裝置101那樣將兩種液體分別供給到氣化裝置1及氣化裝置101中而分別氣化，則能夠?qū)煞N液體穩(wěn)定地氣化。
圖10是表示在氣化裝置1中在將發(fā)熱體10加熱到130℃的狀態(tài)下對(duì)第1吸液部3供給相對(duì)高沸點(diǎn)的水、對(duì)第2吸液部2供給相對(duì)低沸點(diǎn)的甲醇時(shí)的溫度梯度的數(shù)據(jù)。第1吸液部3及第2吸液部2的排出側(cè)端部由于比較均勻地被加熱，所以在大范圍的區(qū)域中達(dá)到任一種液體的沸點(diǎn)，所以可知能夠良好地將水及甲醇?xì)饣?br> 圖11是表示在氣化裝置1中在將發(fā)熱體10加熱到130℃的狀態(tài)下對(duì)第1吸液部3供給相對(duì)低沸點(diǎn)的甲醇、對(duì)第2吸液部2供給相對(duì)高沸點(diǎn)的水時(shí)的溫度梯度的數(shù)據(jù)。第1吸液部3顯著超過甲醇的沸點(diǎn)而甲醇被過量地氣化，相對(duì)于此，在第2吸液部2的排出側(cè)端部，因第1吸液部3中的甲醇?xì)饣奈鼰岫鴽]有傳遞足夠的熱量，達(dá)到水的沸點(diǎn)的區(qū)域較少，水沒有達(dá)到足夠的氣化量。
以下，利用附圖對(duì)用來實(shí)施本發(fā)明的其他實(shí)施方式進(jìn)行說明。但是，在以下所述的實(shí)施方式中，附加了對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明在技術(shù)上優(yōu)選的各種限定，但并不是將發(fā)明的范圍限定于以下的實(shí)施方式及圖示例。
圖12是氣化裝置201的剖視圖，圖13是表示上面、正面、右側(cè)面的分解立體圖，圖14是表示上面、背面、左側(cè)面的分解立體圖。
如圖12、圖13、圖14所示，該氣化裝置201具備使液體滲透到內(nèi)部中的吸液部202、含有通過被加熱而收縮的材料、或在分子結(jié)構(gòu)的主鏈中不包含雙鍵或較少的象耐熱性橡膠那樣的有彈性力的材料的收縮性管203、被設(shè)置成與吸液部202的后端相連接的散熱部204、對(duì)吸液部202傳導(dǎo)熱的熱傳導(dǎo)部205、比熱傳導(dǎo)部205熱傳導(dǎo)率低、抑制被加熱的吸液部202的前方的熱向氣化裝置201的外部傳遞的隔熱箱206、將吸液部202加熱的發(fā)熱部207、經(jīng)由熱傳導(dǎo)部205測(cè)量吸液部202的溫度的溫度傳感器208、和將由吸液部202釋放出的氣體排出的排出部209。
吸液部202是棒狀、具體而言是形成為圓柱狀的芯材，具有將與吸收側(cè)端部202b接觸的液體攝取到內(nèi)部中、通過毛細(xì)管現(xiàn)象吸起到排出側(cè)端部202a的性質(zhì)。具體而言，吸液部202是在內(nèi)部中形成有微小空間的多孔質(zhì)體，是能夠吸收液體的部件，由即使通過發(fā)熱部207加熱也不會(huì)熔融、劣化的材料構(gòu)成，例如是將無機(jī)纖維或有機(jī)纖維通過結(jié)合材料(例如環(huán)氧樹脂)固定而成、或者將無機(jī)粉末燒結(jié)而成、或者也可以是將無機(jī)粉末通過結(jié)合材料(例如環(huán)氧樹脂)固定而成的，或者是石墨和玻璃化碳黑的多孔質(zhì)混合體。此外，吸液部202也可以將由無機(jī)纖維或有機(jī)纖維構(gòu)成的多根線材扎束并通過結(jié)合材料固定而成。例如，作為吸液部202可以使用丙烯酸類纖維束芯。
該吸液部202將中央部插入到收縮性管203中，以使得排出側(cè)端部202a及吸收側(cè)端部202b露出，吸液部202的中央部的外周面密接在收縮性管203上。收縮性管203比吸液部202短，吸液部202的兩端部202a、202b分別位于從收縮性管203的各個(gè)端突出的位置。
收縮性管203由于對(duì)吸液部202攝取到內(nèi)部中的液體具有非滲透性的性質(zhì)，所以液體不會(huì)從收縮性管203漏出到外部。收縮性管203優(yōu)選具有彈性并具有收縮性。此外，在收縮性管203中沒有插入吸液部202的自然狀態(tài)下，收縮性管203的內(nèi)徑比吸液部202的直徑小，通過將吸液部202插入而將收縮性管203擴(kuò)徑，這從吸液部202與收縮性管203的密接性、防液體泄漏的方面來看是優(yōu)選的。
吸液部202從其中間部到其吸收側(cè)端部202b而嵌入在管狀的散熱部204中，從其中間部到其排出側(cè)端部202a而嵌入在熱傳導(dǎo)部205中。在散熱部204與熱傳導(dǎo)部205之間有間隔，它們相互離開而不接觸。
收縮性管203的一部分也在插入了吸液部202的狀態(tài)下嵌入在散熱部204中。吸液部202的從收縮性管203突出的部分的外周面與散熱部204的內(nèi)表面接觸。該散熱部204例如由金(熱傳導(dǎo)率315W/m·K)、銀(熱傳導(dǎo)率427W/m·K)、銅(熱傳導(dǎo)率398W/m·K)、鋁(熱傳導(dǎo)率237W/m·K)、陶瓷或碳纖維等熱傳導(dǎo)率高的材料構(gòu)成，散熱部204的熱傳導(dǎo)率比吸液部202、收縮性管203的熱傳導(dǎo)率以及隔熱箱206的熱傳導(dǎo)率高。散熱部204優(yōu)選是管結(jié)構(gòu)，特別優(yōu)選為表觀容積不太大、散熱的表面的面積較大者，例如優(yōu)選在外表面上形成有槽。
該熱傳導(dǎo)部205比吸液部202熱傳導(dǎo)率高，其是以密接的方式收容吸液部202的排出側(cè)端部202a側(cè)的筒，其是通過將一部分從隔熱箱206露出的排出部209、和從熱傳導(dǎo)部205與排出部209的接縫外緣突出的凸緣部53一體地形成。排出部209是比凸緣部53的凸緣面突出的突起狀，在排出部209上設(shè)置有排出孔55，排出孔55用來將插入在熱傳導(dǎo)部205中的吸液部202通過發(fā)熱部207的熱而使內(nèi)部的液體氣化而得到的氣體排出。排出部209的外徑比熱傳導(dǎo)部205的外徑小，排出部209的內(nèi)徑(排出孔55的直徑)比熱傳導(dǎo)部205的內(nèi)徑小。該熱傳導(dǎo)部205優(yōu)選含有如比收縮性管203、隔熱箱206及吸液部202熱傳導(dǎo)率高的金屬(例如黃銅Cu70％、Zn30％、熱傳導(dǎo)率106W/m·K)那樣的能夠?qū)l(fā)熱部207的熱有效地傳遞給吸液部202、能夠促進(jìn)液體的氣化的材料。
吸液部202被插入在熱傳導(dǎo)部205中，收縮性管203的一部分也被插入在熱傳導(dǎo)部205中，吸液部202的從收縮性管203突出的部分的外周面與熱傳導(dǎo)部205的內(nèi)表面接觸。
在熱傳導(dǎo)部205的外周上，卷繞有加熱線圈等的作為加熱器的發(fā)熱部207，發(fā)熱部207與熱傳導(dǎo)部205接觸。該發(fā)熱部207由電熱部件構(gòu)成，通過電來發(fā)熱。例如，可以將鎳鈷線作為發(fā)熱部207使用。熱傳導(dǎo)部205是導(dǎo)電部件，在發(fā)熱部207是電熱部件之類的發(fā)熱電阻體的情況下，優(yōu)選的是在熱傳導(dǎo)部205與發(fā)熱部207之間夾裝未圖示出來的絕緣膜，以將施加電壓有效地分給發(fā)熱部207來加熱。其中，熱傳導(dǎo)部205如果從隔熱箱206露出的部分足夠小，則也可以沒有這樣的絕緣膜。發(fā)熱部207由陶瓷粘接劑56覆蓋，通過陶瓷粘接劑56將發(fā)熱部207固定在熱傳導(dǎo)部205上。
在凸緣部53上，形成有沿半徑方向穿孔的插入孔54。該插入孔54沒有達(dá)到熱傳導(dǎo)部205及排出部209的內(nèi)部空間中，插入孔54的底達(dá)到吸液部202的端面附近。插入孔54在插入有溫度傳感器208的狀態(tài)下填充絕緣性粘接劑，由于溫度傳感器208的周圍被絕緣性粘接劑覆蓋，所以即使熱傳導(dǎo)部205由導(dǎo)電部件形成，也與熱傳導(dǎo)部205電絕緣。溫度傳感器208位于吸液部202的端面附近，由此將溫度傳感器208埋入在凸緣部53中。溫度傳感器208是熱電偶、熱敏電阻器或測(cè)溫電阻體。溫度傳感器208檢測(cè)經(jīng)由熱傳導(dǎo)部205及絕緣性粘接劑傳遞的對(duì)應(yīng)于發(fā)熱部207的發(fā)熱的溫度。
如果將發(fā)熱體7加熱，則通過從發(fā)熱體7向熱傳導(dǎo)部205傳遞的熱將滲透到吸液部202內(nèi)的液體氣化，并從排出孔55釋放出。
隔熱箱206將發(fā)熱部207、吸液部202的前方包圍，以使得盡可能不將發(fā)熱部207及由發(fā)熱部207加熱的吸液部202的前方的熱散逸到外部。此外，熱傳導(dǎo)部205與凸緣部53收容在隔熱箱206內(nèi)，發(fā)熱部207也收容在隔熱箱206內(nèi)。散熱部204處于隔熱箱206之外。
如果將吸液部202的整體均勻地加熱，則液體從吸液部202的吸收側(cè)端部202b被氣化。這些氣泡成為立體障礙而阻礙吸液部202的液體的滲透，使從排出部209排出的氣體的排出量變得不穩(wěn)定。
吸液部202的后方由于沒有被隔熱箱206覆蓋，所以與被隔熱箱206覆蓋的部分相比是較容易迅速地散熱的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而，由于吸液部202的熱被傳遞給散熱部204而從散熱部204的表面釋放出，所以在吸液部202的后方不會(huì)達(dá)到吸液部202內(nèi)的液體的沸點(diǎn)。
并且，發(fā)熱部207將吸液部202的前方加熱，以達(dá)到滲透到吸液部202中的液體的沸點(diǎn)。因而，如果在吸液部202內(nèi)被氣化的氣體被從排出側(cè)端部202a釋放出，則通過吸液部202的毛細(xì)管現(xiàn)象使填充在吸液部202的后方的液體朝向吸液部202的前方自發(fā)地移動(dòng)。
隔熱箱206通過組合上面?zhèn)鹊纳舷?1及下面?zhèn)鹊南孪?2，在隔熱箱206的內(nèi)部中形成收容空間。上箱61及下箱62都由將氧化鈦、氧化鉀、氧化鈣、氧化硅等燒結(jié)而成的陶瓷、PES(聚醚砜)、發(fā)泡苯乙烯、發(fā)泡聚氨酯等工程塑料、玻璃等比熱傳導(dǎo)部205熱傳導(dǎo)率低的隔熱材料構(gòu)成。
在上箱61的前面的下緣與下箱62的前面的上緣上形成有扇形狀的凹陷，通過將上箱61與下箱62結(jié)合，將這些凹陷對(duì)合而形成通孔63。將排出部209嵌入到該通孔63中，排出部209從隔熱箱206的前面突出。此外，為了將位置固定而使熱傳導(dǎo)部205的凸緣部53與隔熱箱206的前面?zhèn)鹊膬?nèi)表面接觸，但也可以為了提高隔熱性而在凸緣部53與隔熱箱206的前面?zhèn)鹊膬?nèi)表面之間設(shè)置空間。如果在凸緣部53的與隔熱箱206的對(duì)置面上設(shè)置槽，則能夠通過凸緣部53與隔熱箱206抵接而對(duì)位，并且能夠通過槽形成隔熱用的熱傳導(dǎo)率低的間隙，能夠提高隔熱效果。
在上箱61的背面的下緣與下箱62的背面的上緣上形成有扇形狀的凹陷，通過將上箱61與下箱62結(jié)合，將這些凹陷對(duì)合而形成通孔64。將收縮性管203及吸液部202嵌入在該通孔64中。收縮性管203與通孔64的壁面密接，通孔64的壁面與吸液部202的外周面之間的間隙被收縮性管203密封。
在上箱61的上表面貫通有配線通孔65～67，從配線通孔65～67連接到上箱61的背面的槽65a～67a形成在上箱61的上表面上。在配線通孔65中通入溫度傳感器208的配線51，將配線51彎折而鋪設(shè)在槽65內(nèi)。同樣，在配線通孔66、67中通入發(fā)熱部207的兩端部的配線271、配線272，將配線271、配線272彎折而鋪設(shè)在槽66a、67a內(nèi)。
溫度傳感器208經(jīng)由配線51與控制器250連接，發(fā)熱體207也經(jīng)由配線271、配線272與控制器250連接。將表示溫度傳感器208的檢測(cè)溫度的信號(hào)輸入到控制器250中，控制器250根據(jù)溫度傳感器208的檢測(cè)溫度來控制發(fā)熱體207以使得熱傳導(dǎo)部205及吸液部202的排出側(cè)端部202a側(cè)的溫度分別成為所期望的溫度。具體而言，在溫度傳感器208的檢測(cè)溫度比上閾值高的情況下，控制器250降低向發(fā)熱體207供給的電力或者將向發(fā)熱體207供給的電力關(guān)閉；在溫度傳感器208的檢測(cè)溫度比下閾值(其中，下閾值＜上閾值)低的情況下，控制器250提高向發(fā)熱體207供給的電力或者將向發(fā)熱體207供給的電力開啟，在溫度傳感器208的檢測(cè)溫度為下閾值以上、上閾值以下的情況下，控制器250維持向發(fā)熱體207供給的電力。
接著，對(duì)氣化裝置201的動(dòng)作及使用了氣化裝置201的氣化方法進(jìn)行說明。
如果對(duì)發(fā)熱部207施加電壓，則發(fā)熱部207發(fā)熱，將收容在隔熱箱206內(nèi)的部件加熱。在此狀態(tài)下，如果通過泵等將液體送入到兼作液體的供給管的散熱部204內(nèi)，則散熱部204內(nèi)的液體被從吸液部202的吸收側(cè)端部202b向吸液部202內(nèi)吸收。被吸收到吸液部202中的液體通過毛細(xì)管現(xiàn)象朝向相反側(cè)的排出側(cè)端部202a移動(dòng)。這里，在發(fā)熱體7的內(nèi)側(cè)的部分中，由于加熱溫度越是遠(yuǎn)離發(fā)熱體7越是降低，所以在溫度傳感器208的檢測(cè)溫度為下閾值以上且上閾值以下的狀態(tài)下，按照下列的方式設(shè)定在吸液部202的排出側(cè)端部202a側(cè)達(dá)到液體的沸點(diǎn)、而在吸收側(cè)端部202b側(cè)為低于液體的沸點(diǎn)的溫度。因此，主要在吸液部202的排出側(cè)端部202a側(cè)內(nèi)使液體氣化。并且，該氣體從吸液部202的排出側(cè)端部202a經(jīng)由排出部209的排出孔55排出。在吸液部202的排出側(cè)端部202a處如果液體被氣化并釋放出，則液體從吸收側(cè)端部202b側(cè)通過毛細(xì)管現(xiàn)象接著被填充而繼續(xù)進(jìn)行液體的氣化。
此外，在將液體氣化時(shí)，由于控制器250根據(jù)溫度傳感器208的檢測(cè)溫度反饋控制發(fā)熱部207，所以能夠依次管理熱傳導(dǎo)部205及吸液部202的排出側(cè)端部202a側(cè)，能夠隨著時(shí)間的變化而保持為所期望的溫度范圍。
如以上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，由于將吸液部202的排出側(cè)端部、熱傳導(dǎo)部205及凸緣部53以及發(fā)熱部207收容在隔熱箱206內(nèi)，所以熱損失少，能夠?qū)l(fā)熱部207的熱能有效地用于液體的氣化。此外，如果假設(shè)吸液部202的前方的溫度因外在的原因而變得不穩(wěn)定、吸液部202過熱，則在吸液部202內(nèi)過量地促進(jìn)氣化而成為引起暴沸的原因，但在本實(shí)施方式中，由于吸液部202的前方被隔熱箱206蓄熱，所以保溫性較高，氣化裝置201的因外部溫度等環(huán)境的影響小，所以能夠使用來穩(wěn)定地進(jìn)行液體的氣化的溫度控制變得容易，成為容易抑制過熱的結(jié)構(gòu)。
另一方面，由于吸液部202的吸收側(cè)端部處于隔熱箱206之外，所以從吸液部202的吸收側(cè)端部202b到排出側(cè)端部202a產(chǎn)生溫度梯度，吸液部202的吸收側(cè)端部202b的溫度變得比排出側(cè)端部202a的溫度低。特別是，由于吸液部202的吸收側(cè)端部與高熱傳導(dǎo)性的散熱部204接觸，該散熱部204處于隔熱箱206的外側(cè)，所以吸液部202的吸收側(cè)端部的熱容易從散熱部204自然散熱。
假設(shè)因過熱等原因在吸液部202內(nèi)過量地產(chǎn)生的氣體的一部分沒有完全從排出側(cè)端部202a釋放出而從吸收側(cè)端部202b面向散熱部204內(nèi)噴出，則在吸液部202的毛細(xì)管力及將液體向吸液部202送出的泵的驅(qū)動(dòng)力的作用下，局部存在以氣泡的形式將吸收側(cè)端部202b的至少一部分覆蓋的情況，該氣泡成為立體障礙而引起吸液部202的吸收側(cè)端部202b處的液體的攝取面積(接觸面積)的減少。因此，吸液部202的液體的滲透量至少會(huì)暫時(shí)減少而變得不穩(wěn)定。此時(shí)，吸液部202內(nèi)的液量變少，成為過熱的狀態(tài)。緊接著，氣泡再次從吸收側(cè)端部202b面進(jìn)入到吸液部202內(nèi)。如果氣泡在吸液部202內(nèi)流動(dòng)，則由于氣泡是氣體，與液體相比粘度低，所以流速會(huì)暫時(shí)上升，并且一起流入的液體在吸液部202處暴沸。
但是，在本實(shí)施方式中，由于散熱部204將熱有效地釋放出，以便維持吸液部202的后方比前方低溫的狀態(tài)，所以不易發(fā)生過熱，因此氣化量比前方顯著減少，所以幾乎沒有在吸液部202內(nèi)產(chǎn)生的氣體倒流而從吸收側(cè)端部202b朝向散熱部204側(cè)釋放出氣體的情況。因此，能夠抑制吸液部202的后方過熱，所以能夠使吸液部202中的液體的滲透量變得穩(wěn)定，并且能夠使來自排出部209的氣體的排出量變得穩(wěn)定。進(jìn)而，如果將足夠量的液體持續(xù)供給到吸液部202內(nèi)，則即使在吸收側(cè)端部202b處產(chǎn)生了微量的氣泡，也會(huì)通過更低溫的液體及散熱部204冷卻而被液化，所以能夠迅速地消除立體障礙，能夠減小由暴沸帶來的流量變化。
此外，由于能夠通過散熱部204有效地散熱，所以不需要為了抑制氣體的倒流而加長(zhǎng)吸液部202的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度而增大散熱面積，所以能夠?qū)崿F(xiàn)氣化裝置201的小型化。
此外，由于在凸緣部53中埋入有溫度傳感器208，所以能夠正確地測(cè)量吸液部202的排出側(cè)端面附近的溫度。此外，由于根據(jù)正確的檢測(cè)溫度進(jìn)行控制器250的溫度控制，所以能夠?qū)⑽翰?02的排出側(cè)端面附近的溫度在下閾值與上閾值之間保持為恒定，能夠進(jìn)行穩(wěn)定的氣化。此外，由于將隔熱箱206做成了上箱61及下箱62的上下分割結(jié)構(gòu)，所以能夠進(jìn)行通過目視完成的作業(yè)，并且提高了氣化裝置201的組裝作業(yè)性。
此外，由于如果收縮性管203被加熱則發(fā)生收縮，所以提高了吸液部202的外周面與收縮性管203的內(nèi)周面的密接性。因此，不會(huì)從吸液部202的外周面噴出氣體。
在本發(fā)明中，通過在吸液部的排出側(cè)端部側(cè)與吸收側(cè)端部側(cè)具有溫度梯度，能夠抑制液體的暴沸。
另外，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)也可以進(jìn)行各種改良及設(shè)計(jì)變更。
例如，也可以通過風(fēng)扇等在散熱部204的周圍引起強(qiáng)制對(duì)流而將散熱部204風(fēng)冷、進(jìn)一步將吸液部202的吸收側(cè)端部的熱從散熱部204散熱。此外，也可以將散熱部204水冷。在自然散熱、風(fēng)冷、水冷的任一種情況下，都可以通過在散熱部204的外表面上設(shè)置凹凸，或凸設(shè)翼片來增加散熱部204的表面積、提高散熱部204的散熱效率。
此外，對(duì)于發(fā)熱部207來說既可以代替加熱線圈而使用陶瓷加熱器，也可以同時(shí)使用加熱線圈和陶瓷加熱器。
此外，如果通過對(duì)吸液部202的外周面實(shí)施覆膜等而使得液體或氣體不會(huì)從吸液部202的外周面滲出，則也可以沒有收縮性管203。此外，作為收縮性管203，也可以將吸液部202插入到橡膠彈性管和熱收縮性管的二重管中。
此外，也可以如圖15所示的變形例的氣化裝置201A那樣，不設(shè)置溫度傳感器208。由于在氣化裝置201A中沒有設(shè)置溫度傳感器208，所以也可以在凸緣部53上不形成插入孔54，而在上箱61上不形成配線通孔65及槽65a。圖15所示的氣化裝置201A除了沒有溫度傳感器208、插入孔54、配線通孔65以外，與圖12的氣化裝置201同樣地設(shè)計(jì)，所以對(duì)于氣化裝置201A，對(duì)對(duì)應(yīng)于氣化裝置201的部分賦予相同的標(biāo)號(hào)。在這樣的結(jié)構(gòu)的氣化裝置201A中，也可以將發(fā)熱部207做成隨著溫度不同而發(fā)生電阻特性變化的發(fā)熱電阻體來兼作為溫度傳感器。從電阻率對(duì)應(yīng)于溫度變化而發(fā)生的變化足夠大、耐氧化等耐劣化及腐蝕強(qiáng)的方面來說，發(fā)熱電阻體優(yōu)選為金(Au)或含有金的合金，也可以是含有金的發(fā)熱電阻體和其他導(dǎo)電膜的層疊結(jié)構(gòu)。在熱傳導(dǎo)部205是導(dǎo)電性的情況下，只要在熱傳導(dǎo)部205上覆蓋絕緣膜、在該絕緣膜上覆蓋發(fā)熱電阻體層即可。特別是，如果發(fā)熱電阻體層含有金，則也可以將用來改善與絕緣膜的密接性的鈦(Ti)及鉭(Ta)等基底層、用來抑制金熱擴(kuò)散的由鎢(W)等高熔點(diǎn)金屬構(gòu)成的防熱擴(kuò)散層依次層疊在絕緣膜與發(fā)熱電阻體層之間。
圖16是將氣化裝置201(或氣化裝置201A)與管筒301、改質(zhì)器303、一氧化碳除去器304、燃料電池105及燃燒器306一起表示的框圖。
在散熱部204上連接有泵302，并且該泵302連接在管筒301上。在該管筒301中，液體燃料(例如甲醇、乙醇、二甲醚)與水以混合狀態(tài)或分別單獨(dú)地儲(chǔ)存，通過泵302將液體燃料與水的混合液送到散熱部204中。作為泵302，也可以使用注射泵或電滲流泵(Electro-OsmoticPump)。在排出部209上連接有改質(zhì)器303，將從氣化裝置201排出的燃料與水的混合氣體供給到改質(zhì)器303中。
改質(zhì)器303使從氣化裝置201供給的燃料與水的混合氣體發(fā)生催化反應(yīng)，生成氫氣等。此外，在改質(zhì)器303中也生成微量的一氧化碳。另外，在儲(chǔ)存在管筒301中的液體燃料是甲醇的情況下，在改質(zhì)器303中發(fā)生下式(1)、(2)所示那樣的反應(yīng)。
CH3OH+H2O→3H2+CO2(1)2CH3OH+H2O→5H2+CO+CO2(2)由改質(zhì)器303生成的產(chǎn)物的混合氣體被供給到一氧化碳除去器304中，再通過空氣泵將空氣供給到一氧化碳除去器304中。在一氧化碳除去器304中，通過催化劑選擇混合氣體中的一氧化碳，從而將一氧化碳優(yōu)先地氧化，而氫不被氧化。
燃料電池105具備擔(dān)載了催化劑微粒子的燃料極305a、擔(dān)載了催化劑微粒子的空氣極305b、和夾在燃料極305a與空氣極305b之間的電解質(zhì)膜305c。對(duì)于燃料極305a，從一氧化碳除去器304供給混合氣體；對(duì)于空氣極305b，通過空氣泵供給空氣。在燃料極305a與空氣極305b中的一個(gè)電極生成離子，離子透過電解質(zhì)膜305c，在另一個(gè)電極生成水，由此在燃料極305a與空氣極305b之間產(chǎn)生電力。另外，在電解質(zhì)膜305c是氫離子透過性的電解質(zhì)膜(例如固體高分子電解質(zhì)膜)的情況下，在燃料極305a發(fā)生下式(3)那樣的反應(yīng)，在空氣極305b發(fā)生下式(4)那樣的反應(yīng)。
H2→2H++2e-(3)2H++1/2O2+2e-→H2O (4)將包括在燃料極305a沒有反應(yīng)的剩余的氫氣等的尾氣供給到燃燒器306中，通過空氣泵將空氣供給到燃燒器306中。在燃燒器306中，空氣中的氧與未反應(yīng)的氫通過催化劑而發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生燃燒熱。燃燒熱在改質(zhì)器303及一氧化碳除去器304的反應(yīng)中使用。
(實(shí)施例2)以下，通過舉出實(shí)施例與比較例，對(duì)本發(fā)明更具體地說明。
在實(shí)施例中，使用圖12～圖14所示那樣的氣化裝置201。這里，吸液部202、散熱部204、熱傳導(dǎo)部205(與排出部209及凸緣部53一體成型)、隔熱箱206的條件如下。
(a)吸液部202碳化硅，直徑1.5mm，長(zhǎng)度10mm(b)散熱部204鋁(A1080)，內(nèi)徑1.5mm，外徑2.5mm，長(zhǎng)度15mm(c)熱傳導(dǎo)部205黃銅，吸液部202的長(zhǎng)度方向上的與發(fā)熱部207重合的部分的長(zhǎng)度為2mm，內(nèi)徑1.5mm，外徑2.5mm(d)隔熱箱206PEEK(聚醚醚酮)、下部的直徑7mm在比較例中，將氣化裝置201的散熱部204替換為低熱傳導(dǎo)率的硅管等的彈性管管材。其他條件與實(shí)施例相同。
在實(shí)施例及比較例的任一個(gè)中，都將60wt％的甲醇水溶液通過電滲流泵經(jīng)由流量計(jì)輸送到散熱部204(在比較例的情況下是低熱傳導(dǎo)率材料管材)，通過流量計(jì)測(cè)量甲醇水溶液的流量，并且通過K型鎧裝熱電偶測(cè)量吸收側(cè)端部202b附近的溫度。這里，實(shí)施例及比較例中一邊保持由發(fā)熱部207加熱的狀態(tài)一邊供給甲醇水溶液。在圖17中可知，在緊接著測(cè)量流量顯著增大之前流量下降、溫度上升。這是因?yàn)樵谖諅?cè)端部202b側(cè)產(chǎn)生氣泡，成為立體障礙而使向吸液部202的流動(dòng)停滯，從而暫時(shí)使吸液部202過熱。緊接著，如果該氣泡進(jìn)入到吸液部202中，則由于氣泡的粘度較低，所以暫時(shí)引起流量上升，大量流入到吸液部202內(nèi)的液體氣化而暴沸。
將比較例的結(jié)果在圖17中表示，將實(shí)施例的結(jié)果在圖18中表示。由圖17、圖18可知，就吸液部202的吸收側(cè)端面附近的溫度來說，與比較例相比，實(shí)施例被抑制得更低。
因此，在比較例中，容易在供給的液體中產(chǎn)生較大的脈動(dòng)(流量變化為30μl/min左右)，供給的液體的流量的峰值在約400秒的期間中發(fā)生了3次左右。
相對(duì)于此，在實(shí)施例中，沒有看到溫度的顯著上升，難以在供給的液體中產(chǎn)生脈動(dòng)，供給的液體的流量的峰值在780秒的期間中僅發(fā)生一次，抑制了暴沸的間隔(流量變化低于15μl/min)和流量的變化。這樣，由于幾乎沒有比較例那樣的由氣泡造成的暫時(shí)的流量降低，所以抑制了緊接著液體突然流入到吸液部202內(nèi)而暴沸的情況發(fā)生。這樣可知，實(shí)施例與比較例相比，供給到氣化裝置201中的液體的流動(dòng)以及從氣化裝置201排出的氣體的流動(dòng)更穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種氣化裝置，其中具有以下構(gòu)件第1吸液部，其吸收第1液體；第2吸液部，其吸收第2液體；發(fā)熱體，其將所述第1吸液部及所述第2吸液部加熱，并將所述第1液體及所述第2液體氣化。
2.如權(quán)利要求1所述的氣化裝置，其中，設(shè)置有將所述第1吸液部及所述第2吸液部之間分隔的分隔部。
3.如權(quán)利要求1所述的氣化裝置，其中，所述第1吸液部設(shè)置在所述第2吸液部的周圍。
4.如權(quán)利要求1所述的氣化裝置，其中，所述第1吸液部及所述第2吸液部成同心地沿半徑方向?qū)盈B，分隔部夾裝在所述第1吸液部與所述第2吸液部之間。
5.如權(quán)利要求1所述的氣化裝置，其中，所述發(fā)熱體設(shè)置在所述第1吸液部的外周上。
6.如權(quán)利要求1所述的氣化裝置，其中，所述發(fā)熱體設(shè)置在所述第1吸液部的一端部側(cè)。
7.如權(quán)利要求1所述的氣化裝置，其中，設(shè)置有所述第1吸液部的一端部及所述第2吸液部的一端部連通的空間。
8.如權(quán)利要求1所述的氣化裝置，其中，所述第1液體的沸點(diǎn)比所述第2液體高。
9.如權(quán)利要求1所述的氣化裝置，其中，所述發(fā)熱體將所述第1吸液部的一端部加熱到所述第1液體的沸點(diǎn)以上并且將所述第1吸液部的另一端部設(shè)定為低于所述第1液體的沸點(diǎn)，將所述第2吸液部的一端部加熱到所述第2液體的沸點(diǎn)以上并且將所述第2吸液部的另一端部設(shè)定為低于所述第2液體的沸點(diǎn)。
10.如權(quán)利要求1所述的氣化裝置，其中，具備覆蓋所述第1吸液部的一端部的排出部。
11.如權(quán)利要求1所述的氣化裝置，其中，所述發(fā)熱體經(jīng)由所述第1吸液部將所述第2吸液部加熱。
12.一種具備權(quán)利要求1所述的氣化裝置的燃料電池。
13.一種氣化裝置，其中具有以下的構(gòu)件第1吸液部，其吸收第1液體，并將第1液體氣化；第2吸液部，其吸收第2液體，并將第2液體氣化；發(fā)熱體，其設(shè)置在所述第1吸液部側(cè)及所述第2吸液部側(cè)之中的第1吸液部側(cè)。
14.一種液體的氣化方法，其中，在多個(gè)吸液部之間夾裝分隔部件，使各吸液部的一端部吸收相互不同的液體，使吸收到各吸液部中的液體滲透到另一端部，將各吸液部的另一端部加熱而將各液體氣化。
15.如權(quán)利要求14所述的氣化方法，其中，將所述多個(gè)吸液部成同心地沿半徑方向?qū)盈B，并且在所述多個(gè)吸液部之間夾裝分隔部件，在處于最外部的吸液部的端部的外周設(shè)置加熱器。
16.如權(quán)利要求14所述的氣化方法，其中，所述多個(gè)吸液部越是處于外側(cè)越是吸收沸點(diǎn)更高的液體。
17.如權(quán)利要求14所述的氣化方法，其中，將所述多個(gè)吸液部沿厚度方向依次層疊并且在所述多個(gè)吸液部之間夾裝分隔部件，在處于最下層的吸液部的端部的下層或處于最上層的吸液部的端部的上層設(shè)置加熱器。
18.如權(quán)利要求17所述的氣化方法，其中，所述多個(gè)吸液部隨著接近于所述加熱器而吸收沸點(diǎn)更高的液體。
19.一種氣化裝置，其中具有以下的構(gòu)件隔熱箱；吸液部，其用于吸收液體的吸收側(cè)端部側(cè)被配置在所述隔熱箱外，且其用于將在所述吸收側(cè)端部吸收的液體氣化并排出的排出側(cè)端部側(cè)被收容在所述隔熱箱內(nèi)；加熱器，其將所述吸液部的所述排出側(cè)端部側(cè)加熱。
20.如權(quán)利要求19所述的氣化裝置，其中，在所述加熱器與所述吸液部之間還具備將所述加熱器的熱向所述吸液部傳導(dǎo)的熱傳導(dǎo)部，所述隔熱箱的熱傳導(dǎo)率比所述熱傳導(dǎo)部低。
21.如權(quán)利要求19所述的氣化裝置，其中還具備散熱部，該散熱部被配置成與所述隔熱箱分離并與所述吸收側(cè)端部側(cè)接觸，并且該散熱部的熱傳導(dǎo)率比所述吸液部高。
22.一種氣化裝置，其中具有以下的構(gòu)件吸液部，其從吸收側(cè)端部吸收液體，并使吸收的液體向排出側(cè)端部滲透；加熱器，其將所述吸液部的所述排出側(cè)端部側(cè)加熱；散熱部，其被配置成與所述吸收側(cè)端部側(cè)接觸，并且其的熱傳導(dǎo)率比所述吸液部高。
23.如權(quán)利要求22所述的氣化裝置，其中，在所述加熱器與所述吸液部之間還具備將所述加熱器的熱向所述吸液部傳導(dǎo)的熱傳導(dǎo)部。
24.如權(quán)利要求22所述的氣化裝置，其中，還具備與所述散熱部分離并收容所述吸液部的所述排出側(cè)端部側(cè)的隔熱箱。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠抑制液體的暴沸、并且能夠以穩(wěn)定的流量有效地供給氣化得到的混合氣體的氣化裝置及氣化方法。該氣化裝置具備第1吸液部，其吸收第1液體；第2吸液部，其吸收第2液體；發(fā)熱體，其將上述第1吸液部及上述第2吸液部加熱，并將上述第1液體及上述第2液體氣化。
文檔編號(hào)H01M8/06GK101055089SQ200710085860
公開日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2007年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月21日
發(fā)明者神田章仁, 椛澤康成, 宮本直知 申請(qǐng)人:卡西歐計(jì)算機(jī)株式會(huì)社