KR100840447B1 - 기화장치, 기화장치를 구비한 연료전지 및 기화방법 - Google Patents

Abstract

액체의 돌비를 억제하는 동시에, 기화한 혼합기를 안정된 유량으로 공급할 수 있는 기화장치 및 기화 방법을 제공하기 위해, 기화장치는 제 1 액체를 흡수하는 제 1 흡액부와, 제 2 액체를 흡수하는 제 2 흡액부와, 상기 제 1 흡액부 및 상기 제 2 흡액부를 가열하고 상기 제 1 액체 및 상기 제 2 액체를 기화하는 발열체를 구비한다.

돌비, 흡액부, 간막이부, 수축성튜브, 메탄올

Description

기화장치, 기화장치를 구비한 연료전지 및 기화방법{VAPORIZER, FUEL CELL HAVING VAPORIZER, AND VAPORIZING METHOD}

도 1은 제 1 흡액부, 제 2 흡액부, 간막이부의 동심으로 되는 중심축을 따른 종단면에 있어서의 제 1 실시형태의 기화장치의 단면도,

도 2는 상기 기화장치의 분해 사시도,

도 3의 (a)는 제 2 실시형태의 기화장치의 배면도,

도 3의 (b)는 도 3의 (a)에 나타난 절단선 B-B를 따른 면의 화살표 단면도,

도 3의 (c)는 제 2 실시형태의 기화장치의 정면도,

도 3의 (d)는 도 3의 (b)에 나타난 절단선 D-D를 따른 면의 화살표 단면도,

도 4는 기화장치를 카트리지, 펌프, 개질기, 일산화탄소 제거기, 연료전지 및 연소기와 함께 나타낸 블럭도,

도 5는 실험에서 이용한 기화장치의 단면도,

도 6은 펌프로 메탄올 수용액을 기화장치에 공급한 경우에 있어서 그 메탄올 수용액의 유량의 측정결과를 나타내는 도면,

도 7은 펌프로 메탄올 수용액을 기화장치에 공급한 경우에 있어서 그 메탄올 수용액의 유량의 측정결과를 나타내는 도면,

도 8은 펌프로 순수한 물을 기화장치에 공급한 경우에 있어서 그 순수한 물 의 유량의 측정결과를 나타내는 도면,

도 9는 펌프로 순(純)메탄올을 기화장치에 공급한 경우에 있어서 그 순메탄올의 유량의 측정결과를 나타내는 도면,

도 10은 제 1 흡액부에 물, 제 2 흡액부에 메탄올을 공급한 기화장치의 온도구배를 나타낸 데이터,

도 11은 제 1 흡액부에 메탄올, 제 2 흡액부에 물을 공급한 기화장치의 온도구배를 나타낸 데이터,

도 12는 흡액부의 중심선을 따른 종단면에 있어서의 기화장치의 단면도,

도 13은 기화장치의 분해 사시도,

도 14는 기화장치의 분해 사시도,

도 15는 변형예의 기화장치의 종단면도,

도 16은 기화장치를 카트리지, 펌프, 개질기, 일산화탄소 제거기, 연료전지 및 연소기와 함께 나타낸 블럭도,

도 17은 비교예의 측정 결과를 나타낸 그래프,

도 18은 실시예 2의 측정 결과를 나타낸 그래프.

본 발명은 액체를 기화시키는 기화장치, 기화장치를 구비한 연료전지 및 기화방법에 관한 것이다.

근래, 에너지 변환 효율이 높은 깨끗한 전원으로서 연료전지가 주목받게 되어, 연료전지 자동차나 전화(電化)주택 등에 폭넓게 실용화되어 오고 있다. 또, 급속하게 소형화의 연구개발이 진행되고 있는 휴대전화기나 노트북 등과 같은 휴대형 전자기기에 있어서도, 연료전지에 의한 전원의 실용화가 검토되고 있다.

연료전지는 개질방식과 연료직접방식의 2개로 분류된다. 개질방식은 예를 들면 수증기 개질과 같이, 연료와 물로부터 개질기에 의해 수소를 생성한 후에, 생성 수소를 연료전지에 공급하는 방식이고, 연료직접방식은 연료와 물을 개질하지 않고 연료전지에 공급하는 방식이다. 연료 및 물은 일반적으로 액체 상태로 저장되며, 그 연료나 물을 기화시킨 후에, 그 연료와 물의 혼합기를 개질기에 공급하고 있다. 그 때문에, 연료나 물을 기화시키는 기화장치가 필요하고, 그러한 기화장치에 대한 연구개발이 연료전지의 개발에 맞추어 실행되고 있다（예를 들면, 일본국 특허공개공보 제2004－47260호, 일본국 특허공개공보 제2001－263649호 참조).

그런데, 이러한 기화장치를 소형으로 하면 할수록, 유량이 작아지기 때문에 연료 등을 과열하기 쉬운 구조이므로, 연료가 기화할 때에 연료가 불규칙하게 돌비(bumping)하고, 기화한 액체에 액체방울이 섞여 버리기 쉬워 안정하게 기화하는 제어가 곤란하다. 예를 들면 연료와 물과 같이, 비등점이 다른 복수종의 액체가 혼합되어 있는 것을 기화했을 경우에 돌비의 영향이 크고, 제어가 더욱 곤란하게 되었다.

이러한 불안정 요인은 후단의 개질기나 연료전지를 배치한 경우, 개질기에서 의 개질성능 또는 연료전지에서의 발전(發電) 성능을 불안정하게 해 버린다.

그래서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 이루어진 것으로서, 복수 종류의 액체를 기화시킬 때, 혼합기를 안정된 유량으로 효율적으로 공급할 수 있는 기화장치 및 기화방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

제 1 발명에 기재된 기화장치는 제 1 액체를 흡수하는 제 1 흡액부와, 제 2 액체를 흡수하는 제 2 흡액부와, 상기 제 1 흡액부 및 상기 제 2 흡액부를 가열하고 상기 제 1 액체 및 상기 제 2 액체를 기화하는 발열체를 구비하며, 상기 제 1 흡액부는 상기 제 2 흡액부의 주위에 설치되어 있다.

제 2 발명의 기화장치는 제 1 발명 기재의 기화장치에 있어서, 상기 제 1 흡액부와 상기 제 2 흡액부의 사이를 간막이하는 간막이부가 설치되어 있다.

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제 4 발명의 기화장치는 제 1 발명 기재의 기화장치에 있어서, 상기 제 1 흡액부 및 상기 제 2 흡액부는 동심으로 되도록 반경방향으로 적층되고, 상기 제 1 흡액부와 상기 제 2 흡액부의 사이에 간막이부가 개재되어 있다.

제 5 발명의 기화장치는 제 1 발명 기재의 기화장치에 있어서, 상기 발열체는 상기 제 1 흡액부의 외주에 설치되어 있다.

제 6 발명의 기화장치는 제 1 발명 기재의 기화장치에 있어서, 상기 발열체는 상기 제 1 흡액부의 일단부측에 설치되어 있다.

제 7 발명의 기화장치는 제 1 발명 기재의 기화장치에 있어서, 상기 제 1 흡 액부의 일단부 및 상기 제 2 흡액부의 일단부가 연통하는 공간이 설치되어 있다.

제 8 발명의 기화장치는 제 1 발명 기재의 기화장치에 있어서, 상기 제 1 액체는 상기 제 2 액체보다 비등점이 높다.

제 9 발명의 기화장치는 제 1 발명 기재의 기화장치에 있어서, 상기 발열체는 상기 제 1 흡액부의 일단부를 상기 제 1 액체의 비등점 이상으로 가열하는 동시에 상기 제 1 흡액부의 타단부를 상기 제 1 액체의 비등점 미만으로 설정하고, 상기 제 2 흡액부의 일단부를 상기 제 2 액체의 비등점 이상으로 가열하는 동시에 상기 제 2 흡액부의 타단부를 상기 제 2 액체의 비등점 미만으로 설정한다.

제 10 발명의 기화장치는 제 1 발명 기재의 기화장치에 있어서, 상기 제 1 흡액부의 일단부를 덮는 배출부를 구비한다.

제 11 발명의 기화장치는 제 1 발명 기재의 기화장치에 있어서, 상기 발열체는 상기 제 1 흡액부를 통해서 상기 제 2 흡액부를 가열한다.

제 12 발명의 연료전지는 제 1 발명 기재의 기화장치를 구비한다.

제 13 발명의 기화장치는 제 1 액체를 흡수하고 제 1 액체를 기화하는 제 1 흡액부와, 제 2 액체를 흡수하고 제 2 액체를 기화하는 제 2 흡액부와, 상기 제 1 흡액부측 및 상기 제 2 흡액부측 중, 제 1 흡액부측에 설치되어 있는 발열체를 갖는다.

제 14 발명의 액체의 기화방법은 복수의 흡액부의 사이에 간막이재를 개재시키고, 각 흡액부의 일단부에 서로 다른 액체를 흡수시키며, 각 흡액부에 흡수한 액체를 타단부에 침투시키고, 각 흡액부의 타단부를 가열해서 각 액체를 기화한다.

제 15 발명의 기화장치는 제 14 발명 기재의 기화방법에 있어서, 상기 복수의 흡액부를 동심으로 되도록 반경방향으로 적층하는 동시에 상기 복수의 흡액부의 사이에 간막이재를 개재시키고, 가장 외측에 있는 흡액부의 단부의 외주에 히터를 설치하였다.

제 16 발명의 기화장치는 제 14 발명 기재의 기화방법에 있어서, 상기 복수의 흡액부가 외측에 있을수록 비등점이 높은 액체를 흡수시킨다.

제 17 발명의 기화장치는 제 14 발명 기재의 기화방법에 있어서, 상기 복수의 흡액부를 두께방향으로 차례로 적층하는 동시에 상기 복수의 흡액부의 사이에 간막이재를 개재시키고, 가장 하층에 있는 흡액부의 단부의 하층에 또는 가장 상층에 있는 흡액부의 단부의 상층에 히터를 설치하였다.

제 18 발명의 기화장치는 제 17 발명 기재의 기화방법에 있어서, 상기 복수의 흡액부가 상기 히터에 가까워짐에 따라 비등점이 높은 액체를 흡수시킨다.

제 19 발명의 기화장치는 단열케이스와, 액체를 흡수하는 흡수측 단부측이 상기 단열케이스 외측에 배치되고, 상기 흡수측 단부에서 흡수된 액체를 기화하고 배출하는 배출측 단부측이 상기 단열케이스내에 수용된 흡액부와, 상기 흡액부의 상기 배출측 단부측을 가열하는 히터를 갖는다.

제 20 발명의 기화장치는 제 19 발명 기재의 기화장치에 있어서, 상기 히터와 상기 흡액부의 사이에 상기 히터의 열을 상기 흡액부에 전도하는 열전도부를 추가로 구비하고, 상기 단열케이스는 상기 열전도부보다 열전도율이 낮다.

제 21 발명의 기화장치는 제 19 발명 기재의 기화장치에 있어서, 상기 단열 케이스와 이간해서 상기 흡수측 단부측에 접하도록 배치되고, 상기 흡액부보다 열전도율이 높은 방열부를 추가로 구비한다.

제 22 발명의 기화장치는 흡수측 단부로부터 액체를 흡수하고, 흡수한 액체를 배출측 단부로 침투시키는 흡액부와, 상기 흡액부의 상기 배출측 단부측을 가열하는 히터와, 상기 흡수측 단부측에 접하도록 배치되고, 상기 흡액부보다 열전도율이 높은 방열부를 갖는다.

제 23 발명의 기화장치는 제 22 발명 기재의 기화장치에 있어서, 상기 히터와 상기 흡액부의 사이에 상기 히터의 열을 상기 흡액부에 전도하는 열전도부를 추가로 구비한다.

제 24 발명의 기화장치는 제 22 발명 기재의 기화장치에 있어서, 상기 방열부와 이간해서 상기 흡액부의 상기 배출측 단부측을 수용하는 단열케이스를 추가로 구비한다. 또한, 본 발명의 또 다른 실시예에서, 기화장치는 제 1 액체를 흡수하는 제 1 흡액부와, 제 2 액체를 흡수하는 제 2 흡액부와, 상기 제 1 흡액부 및 상기 제 2 흡액부를 가열하고 상기 제 1 액체 및 상기 제 2 액체를 기화시키는 발열체를 구비하며, 상기 발열체는 하나이다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

이하에, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태에 대해서 도면을 이용하여 설명한다. 단, 이하에 기술하는 실시형태에는 본 발명을 실시하기 위해 기술적으로 바람직한 각종 한정이 부가되어 있지만, 발명의 범위를 이하의 실시형태 및 도시예에 한정하는 것은 아니다.

[제 1 실시형태]

도 1은 기화장치(1)의 대략 단면도이며, 도 2는 기화장치(1)의 상면, 정면, 우측면을 나타낸 분해 사시도이다.

도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이, 이 기화장치(1)는 제 1 흡액부(3), 제 2흡액부(2), 간막이부(4), 수축성튜브(5), 탄성튜브(6), 제 1 액도입부(7), 제 2 액도입부(13), 배출부(8), 단열케이스(9), 발열체(10) 및 온도센서(11)를 구비한다.

제 2 흡액부(2)는 봉형상, 구체적으로는 원주형상으로 형성된 심재이다. 제 2 흡액부(2)는 내부에 미소 공간이 형성된 다공질체이며, 모세관현상으로 액체를 흡수할 수 있는 것이다. 제 2 흡액부(2)는 무기섬유 또는 유기섬유를 결합재(예를 들면, 에폭시수지)로 굳힌 것이거나, 무기분말을 소결한 것이거나, 무기분말을 결합재(예를 들면, 에폭시수지)로 굳힌 것이거나, 그래파이트와 글래시카본의 혼합체이어도 좋고, 또 제 2 흡액부(2)는 무기섬유 또는 유기섬유로 이루어지는 다수개의 실재를 묶어 결합재로 굳힌 것이어도 좋다. 예를 들면, 제 2 흡액부(2)로서는 아크릴계 섬유다발심을 이용할 수 있다. 또, 상기 재료를 복수종 혼합해서 제 2 흡액부(2)로서 이용해도 좋다.

이 제 2 흡액부(2)가 원통형상의 간막이부(4)에 끼워넣어지고, 흡액부(2)의 전단 및 후단을 개방하는 동시에 외측을 간막이부(4)가 덮고 있다. 이 간막이부(4)는 제 2 흡액부(2)에서 흡액되는 액체 및 제 1 흡액부(3)에서 흡액되는 액체에 대해 불투과성이며, 발열체(10)에서의 발열에 의해서 변형, 열화 되지 않는 재료로 형성되고, 예를 들면, 스테인리스강(SUS316)과 같은 금속재료를 원관형상으로 설치한 것이며, 도 1의 면과 직교하는 방향에서의 간막이부(4)와 제 2 흡액부(2)의 단면형상이 동심으로 되고, 제 2 흡액부(2)의 외주면이 간막이부(4)의 내주면에 밀접해 있다. 제 2 흡액부(2)의 길이가 간막이부(4)의 길이와 동등하고, 제 2 흡액 부(2)의 양 단면이 간막이부(4)의 양 단면에 일치해 있다.

제 1 흡액부(3)는 내부에 제 2 흡액부(2) 및 간막이부(4)가 삽입되는 공간을 갖는 원통형상으로 형성되고, 내부공간의 주위를 포위하는 다공질체이며, 모세관현상으로 액체를 흡수할 수 있는 것이며, 상술한 제 2 흡액부(2)와 마찬가지의 부재로 형성되어 있다. 제 1 흡액부(3)의 내벽에는 외측을 간막이부(4)로 덮인 제 2 흡액부(2)가 끼워 넣어지고, 도 1의 면과 직교하는 방향에서의 제 2 흡액부(2)와 제 1 흡액부(3)의 단면 형상이 동심으로 되며, 간막이부(4)에 의해서 제 1 흡액부(3)와 제 2 흡액부(2)가 간막이되어 있다. 이 때문에, 제 1 흡액부(3)에서 침투된 액체는 간막이부(4)를 통해서 제 2 흡액부(2)로 이동하는 일이 없으며, 제 2 흡액부(2)에서 침투된 액체는 간막이부(4)를 통해서 제 1 흡액부(3)로 이동하는 일이 없다. 제 1 흡액부(3)의 내경과 간막이부(4)의 외경이 대략 동일하고, 제 1 흡액부(3)의 내주면이 간막이부(4)의 외주면에 밀접해 있다. 이와 같이 제 2 흡액부(2), 간막이부(4) 및 제 1 흡액부(3)가 동심으로 되도록 반경방향으로 적층되어 있다.

또, 제 1 흡액부(3)의 길이는 제 2 흡액부(2) 및 간막이부(4)의 길이보다 짧고, 제 2 흡액부(2) 및 간막이부(4)의 일부가 제 1 흡액부(3)의 후단으로부터 돌출된 위치에 있으며, 제 2 흡액부(2) 및 간막이부(4)의 전단이 제 1 흡액부(3)의 전단에 일치해 있다.

이 간막이부(4) 및 제 2 흡액부(2)가 끼워 맞추어진 제 1 흡액부(3)가 수축성튜브(5)에 끼워 넣어지고, 제 1 흡액부(3)의 외주면이 수축성튜브(5)에 밀접해 있다. 수축성튜브(5)의 길이는 제 1 흡액부(3)의 길이보다 짧고, 제 1 흡액부(3)의 양단이 각각 수축성튜브(5)의 각각의 단으로부터 돌출된 위치에 있다. 수축성튜브(5)는 폴리올레핀, 폴리불화비닐리덴 등의 가열전에 열수축성을 갖는 재료를 열수축해서 제 1 흡액부(3)에 간극없이 밀착되어 있다. 이 때, 수축성튜브(5)는 제 1 흡액부(3)의 측벽에 함침해서 제 1 흡액부(3)의 다공으로부터 액체가 밖으로 누설되지 않도록 되어 있다.

제 1 액도입부(7)는 전단 및 후단이 개구되어 있고, 그 전단 개구의 내경은 제 1 흡액부(3)의 외경에 대략 동일하고, 그 후단 개구의 내경은 간막이부(4)의 외경에 대략 동일하다. 제 1 액도입부(7)의 전단 개구부에 제 1 흡액부(3)의 후단이 끼워 넣어지고, 수축성튜브(5)의 일부도 제 1 액도입부(7)의 전단 개구부에 끼워 넣어져 있다. 제 2 흡액부(2) 및 간막이부(4)가 끼워 넣어져 있는 제 1 흡액부(3)는 유연한 경우, 수축성튜브(5)에 의해서 약간 줄어들어도 좋으며, 이 상태에서 제 1 흡액부(3)의 후단이 제 1 액도입부(7)의 전단 개구부에 수용되어 있다. 제 1 액도입부(7)의 전단은 수축성튜브(5)의 후단을 중첩되도록 덮고 있기 때문에, 제 1 흡액부(3)가 노출되는 일은 없다. 제 1 흡액부(3)의 경도가 높고 잘 변형되지 않는 경우에도 수축성튜브(5)가 충분히 응력의 완충재로 되므로, 제 1 액도입부(7)는 제 1 흡액부(3)와 양호하게 밀착할 수 있다.

제 2 흡액부(2) 및 간막이부(4)는 제 1 액도입부(7)의 후단 개구부로부터 연장 돌출되어 있는 바와 같이 끼워 넣어져 있다. 제 1 흡액부(3)의 후단면은 제 1 액도입부(7) 후단의 바닥(74)으로부터 떨어져 있고, 제 1 액도입부(7)의 바닥(74) 과 제 1 흡액부(3)의 후단면의 사이에는 링형상의 공간(71)이 형성되어 있다. 공간(71)의 중앙을 제 2 흡액부(2)가 관통하고, 제 2 흡액부(2)가 간막이부(4)에 삽입되어 있다. 제 1 액도입부(7)는 후단 개구부의 가장자리에 있어서 고무형상의 O링(12)이 설치되어 있으며, 제 1 액도입부(7)와 간막이부(4)는 서로 간극없이 밀착되어 있으므로, 공간(71)내에 충전되는 제 1 액체 α는 제 1 액도입부(7)와 간막이부(4)의 사이로부터 누설되는 일이 없다.

제 1 액도입부(7)의 측벽에는 제 1 액도입구(72)가 볼록하게 설치되고, 그 제 1 액도입구(72)의 중심축을 따라서 제 1 액도입구(72)의 선단에서 제 1 액도입부(7)의 내주면까지 도입구멍(73)이 관통하고, 그 도입구멍(73)이 공간(71)에 통하며, 여기서부터 제 1 액체 α가 공간(71)내에 도입된다. 또한, 제 1 액도입부(7)는 제 1 액체 α의 비등점에 있어서, 열화, 변형되지 않으며, 제 1 액체 α의 접촉에 의해 부식하지 않는 수지, 금속 또는 세라믹이다. 제 1 액도입구(72)는 제 1 액체 α를 송출하기 위한 도시하지 않은 튜브에 연결되어 있다.

제 1 액도입부(7)로부터 돌출된 간막이부(4)의 후단은 제 2 액도입부(13)로 덮여 있다. 제 2 액도입부(13)는 내부의 공간(16)을 간막이하는 통형상관이며, 그 후단에는 제 2 액도입구(15)가 설치되고, 제 2 액도입구(15)는 제 2 액체 β를 송출하기 위한 도시하지 않은 튜브에 연결되어 있다. 제 2 액체 β는 제 2 액도입구(15)로부터 도입되는 제 2 흡액부(2)에 의해 흡입된다. 제 2 액도입부(13)는 간막이부(4)와 접합 또는 접착되어 있으며, 간막이부(4)나 제 2 흡액부(2)와 팽창계수가 근사하고 있는 것이 바람직하다. 제 2 액도입부(13)는 제 1 액도입부(7)와 접 하도록 간막이부(4)를 끼워 넣고 있어도 좋다.

배출부(8)는 후방(뒤쪽)에 위치하는 통형상의 수용부(81)와, 수용부(81)에 연결되고 전방(앞쪽)에 위치하는 배출구(82)와, 수용부(81)와 배출구(82)의 이음매 외부가장자리로부터 돌출된 플랜지부(83)를 일체로 성형한 것이다. 배출부(8)는 수용부(81)의 후단 및 배출구(82)의 전단이 개구되고, 배출구(82)의 외경은 수용부(81)의 외경보다 작으며, 배출구(82)의 개구부의 내경은 수용부(81)의 개구부의 내경보다 작다.

수용부(81)는 제 2 흡액부(2) 및 간막이부(4)가 삽입된 제 1 흡액부(3)의 전방부를 제 1 흡액부(3)의 전방부 측벽에 밀착하도록 수용하고 있다. 이 때, 수용부(81)의 후단은 수축성튜브(5)의 전단을 중첩하도록 덮고 있기 때문에, 제 1 흡액부(3)가 노출되는 일은 없다. 제 1 흡액부(3)의 경도가 높아 잘 변형되지 않는 경우에도 수축성튜브(5)가 충분한 응력의 완충재가 되므로, 배출부(8)는 제 1 흡액부(3)와 양호하게 밀착할 수 있다.

이 배출부(8)는 열전도율이 10(W·m^-1K^-1) 이상으로 높고, 제 1 액체 α나 혼합기 γ(제 2 액체 β의 기체와 제 1 액체 α의 기체의 혼합기)에 대해, 부식이나 잘 변형되지 않는 재료로 이루어지고, 예를 들면, 황동 또는 동과 같은 금속으로 이루어진다.

그리고, 일래스토머성의 탄성튜브(6)가 제 1 액도입부(7)와 수축성튜브(5)의 이음매로부터, 배출부(8)와 수축성튜브(5)의 이음매까지 덮도록 끼워 넣어져 있다. 즉 수용부(81)에는 제 1 흡액부(3)가 제 2 흡액부(2) 및 간막이부(4)와 함께 끼워 넣어지고, 제 1 흡액부(3)의 수축성튜브(5)로부터 돌출된 부분의 외주면이 수용부(81)의 내면에 접해 있고, 수용부(81)의 일부가 탄성튜브(6)에 삽입되며, 수용부(81)가 탄성튜브(6)의 내주면과 제 1 흡액부(3)의 외주면의 사이에 끼워져 있다. 이와 같이 탄성튜브(6)는 수축성튜브(5), 제 1 액도입부(7), 배출부(8)에 대해 간극이 없도록 밀착되어 있다.

탄성튜브(6)의 길이는 제 1 흡액부(3)의 길이보다 짧고, 수용부(81)의 측벽의 전방이 탄성튜브(6)로부터 돌출되어 있다. 또한, 수축성튜브(5)와 탄성튜브(6)의 이중구조로 하지 않아도, 수축성튜브(5) 또는 탄성튜브(6)의 한쪽에서만 제 1 액체 α 또는 제 1 액체 α가 기화된 기체가 누설되어 있지 않으면 한쪽만을 설치하는 것만으로도 좋다. 또, 제 1 흡액부(3)의 외주면에 피막 등을 실시하는 것에 의해서 제 1 흡액부(3)의 외주면으로부터 액체나 기체가 스며 나오지 않도록 하면, 수축성튜브(5)와 탄성튜브(6)의 양쪽이 없어도 좋다.

이상과 같이, 수축성튜브(5), 탄성튜브(6), 제 1 액도입부(7) 및 배출부(8)가 각각 배관으로 되어 있으므로, 수축성튜브(5), 탄성튜브(6), 제 1 액도입부(7) 및 배출부(8), 제 2 액도입부(13)의 내부 공간에, 제 1 흡액부(3) 및 제 2 흡액부(2)는 간막이부(4)에 의해서 서로 격리되어 수용되어 있다. 또한, 수축성튜브(5) 및 탄성튜브(6) 대신에, 제 1 액체 α에 대해 불투과성의 피막을 제 1 흡액부(3)의 외주면에 실시한 경우, 그 피막, 제 1 액도입부(7) 및 배출부(8)가 제 1 흡액부(3), 제 2 흡액부(2) 및 간막이부(4)를 수용하는 관으로서 기능한다.

제 2 흡액부(2), 제 1 흡액부(3) 및 간막이부(4)의 전단면은 배출부(8)의 바닥(86)으로부터 떨어져 있고, 이들 단면과 배출부(8)의 바닥(86)의 사이에는 공간(84)이 형성되어 있다. 이 공간(84)은 배출구(82)의 배출구멍(82a)에 통해 있다. 배출구(82)는 혼합기 γ를 송출하기 위한 도시하지 않은 튜브에 연결되어 있다.

배출부(8)의 수용부(81)에는 가열코일 등의 히터인 발열체(10)가 감겨지고, 발열체(10)와 수용부(81)가 접해 있다. 수용부(81)에 발열체(10)가 감겨져 있으므로, 제 1 흡액부(3)가 제 2 흡액부(2)보다 발열체(10)에 가깝다. 발열체(10)는 전열재로 이루어지고, 전압이 인가되면 발열하는 저항체이다. 예를 들면, 니켈-코발트선을 발열체(10)로서 이용할 수 있다. 발열체(10)는 세라믹접착제, 에폭시접착제 등의 내열성의 접착제(14)에 의해서 피복되며, 접착제(14)에 의해서 발열체(10)가 수용부(81)에 고착되어 있다. 또한, 발열체(10)를 세라믹히터에 대신해도 좋고, 발열체(10)와 세라믹히터를 병용해도 좋다.

배출부(8)의 플랜지부(83)에는 반경방향으로 천공된 삽입구멍(85)이 형성되어 있다. 이 삽입구멍(85)은 수용부(81)나 배출구(82)의 내부 공간에까지는 도달하지 않으며, 삽입구멍(85)의 바닥이 제 2 흡액부(2)의 단면의 근방에까지 도달하고 있다. 온도센서(11)가 삽입구멍(85)에 삽입되고, 온도센서(11)가 제 1 흡액부(3)의 단면 근방에 위치하며, 이것에 의해 온도센서(11)가 배출부(8)에 매립되어 있다. 온도센서(11)는 열전쌍, 서미스트 또는 측온저항체이다. 온도센서(11)는 주위와 절연하기 위해 절연체로 피복되어 있다. 온도센서(11)는 배출부(8)나 접착제(14)를 통해서 전달되는 발열체(10)의 발열에 따른 온도를 검출한다.

발열체(10)가 가열되면, 발열체(10)로부터 수용부(81)에 전파된 열에 의해서 제 1 흡액부(3)에 침투된 제 1 액체 α는 제 1 흡액부(3)의 전단면으로부터 기화되어 공간(84)으로 방출되고, 또한 발열체(10)로부터의 열은 간막이부(4)를 통해서 제 2 흡액부(2)까지 전파하고, 제 2 흡액부(2)에 침투된 제 2 액체 β는 제 2 흡액부(2)의 전단면으로부터 기화되어 공간(84)에 방출되어, 제 1 액체 α가 기화된 기체와 혼합하고, 이 혼합기 γ가 공간(84)내에 충만해서 배출구(82)의 배출구멍(82a)으로부터 배출된다. 이와 같이, 공간(84)은 복수의 기체를 혼합하기 위한 공간으로서 적용된다.

제 2 흡액부(2)는 제 1 흡액부(3) 및 간막이부(4)를 통하고 있기 때문에, 제 2 흡액부(2)의 가열온도는 제 1 흡액부(3)의 가열온도보다 낮아지도록 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 더욱 고온으로 가열되는 제 1 액체 α는 더욱 저온으로 가열되는 제 2 액체 β보다 비등점이 높은 재료인 것이 바람직하다.

단열케이스(9)는 발열체(10), 발열체(10)에서 가열되는 제 1 흡액부(3)의 전방 및 제 2 흡액부(2)의 전방의 열을 가능한한 외부로 뺏기지 않도록, 발열체(10), 제 1 흡액부(3)의 전방 및 제 2 흡액부(2)의 전방을 포위하는 것이다. 또, 배출부(8)의 수용부(81)와 플랜지부(83)가 단열케이스(9)내에 수용되어 있다.

제 1 흡액부(3)의 전체 및 제 2 흡액부(2)의 전체가 가열되어 버리면, 제 1 흡액부(3)의 후단면으로부터 제 1 액체 α가 기화되고, 제 2 흡액부(2)의 후단면으로부터 제 2 액체 β가 기화되어 버린다. 이들 기포는 제 1 흡액부(3)의 제 1 액체 α의 침투를 저해, 또는 제 2 흡액부(2)의 제 2 액체 β의 침투를 저해하고, 배출 구(82)로부터의 혼합기 γ의 배출량을 불안정하게 해 버린다. 제 1 흡액부(3)의 후방 및 제 2 흡액부(2)의 후방은 단열케이스(9)에 의해서 덮여 있지 않으므로, 제 1 흡액부(3)의 후방 및 제 2 흡액부(2)의 후방은 비교적 신속하게 방열되기 쉬운 구조로 되어 있으며, 제 1 흡액부(3)의 후방은 제 1 액체 α의 비등점에 도달하는 일이 없으며, 제 2 흡액부(2)의 후방은 제 2 액체 β의 비등점에 도달하는 일이 없다.

그리고, 발열체(10)는 제 1 흡액부(3)의 전방을 제 1 액체 α의 비등점에 도달하도록 가열하고, 제 2 흡액부(2)의 전방을 제 2 액체 β의 비등점에 도달하도록 가열하고 있다. 따라서, 제 1 흡액부(3)의 전단면으로부터 제 1 액체 α가 기화되면, 제 1 흡액부(3)의 모세관현상에 의해서 제 1 흡액부(3)의 후방에 충전된 제 1 액체 α가 제 1 흡액부(3)의 전방을 향해서 자발적으로 이동하게 되고, 제 2 흡액부(2)의 전단면으로부터 제 2 액체 β가 기화되면, 제 2 흡액부(2)의 모세관현상에 의해서 제 2 흡액부(2)의 후방에 충전된 제 2 액체 β가 제 2 흡액부(2)의 전방을 향해서 자발적으로 이동하게 된다.

단열케이스(9)는 상면측의 케이스(91) 및 하면측의 하부케이스(92)가 조립되는 것에 의해, 단열케이스(9)의 내부에 수용공간이 형성되어 있다. 상부케이스(91) 및 하부케이스(92)는 어느 쪽도 산화티타늄, 산화칼륨, 산화칼슘, 산화규소 등을 소결한 세라믹이나, PES(폴리에테르술폰산), 발포스티렌, 발포우레탄 등의 엔지니어링 플라스틱 등의 단열재로 이루어진다.

상부케이스(91)의 전면의 하부가장자리와 하부케이스(92)의 상부가장자리에 는 부채형상의 움푹패임부가 형성되고, 상부케이스(91)와 하부케이스(92)를 결합함으로써 이들 움푹패임부가 맞추어져 관통구멍(93)이 형성되어 있다. 배출부(8)의 배출구(82)가 이 관통구멍(93)에 끼워 넣어지고, 배출구(82)가 단열케이스(9)의 전면으로부터 돌출되어 있다. 또, 위치를 고정시키기 위해 배출부(8)의 플랜지부(83)가 단열케이스(9)의 전면측의 내면에 접해 있지만, 단열성을 향상시키기 위해 플랜지부(83)와 단열케이스(9)의 전면측의 내면의 사이에 공간을 마련해도 좋다. 플랜지부(83)의 단열케이스(9)와의 대향면에 홈을 마련하면, 플랜지부(83)와 단열케이스(9)가 맞닿는 것에 의해서 위치 맞춤이 가능한 동시에, 홈에 의해서 단열용의 열전도율이 낮은 간극을 형성할 수 있어 단열효과를 향상할 수 있다.

상부케이스(91)의 배면이 하부가장자리와 하부케이스(92)의 배면의 상부가장자리에는 부채형상의 움푹패임부가 형성되고, 상부케이스(91)와 하부케이스(92)를 결합함으로써 이들 오목부가 합쳐져 관통구멍(94)이 형성되어 있다. 탄성튜브(6), 수축성튜브(5), 제 1 흡액부(3)의 전방, 간막이부(4) 및 제 2 흡액부(2)의 전방이 이 관통구멍(94)에 끼워 넣어져 있다. 탄성튜브(6)와 관통구멍(94)의 벽면이 밀접하고, 관통구멍(94)의 벽면과 제 1 흡액부(3)의 외주면의 사이의 간극이 탄성튜브(6) 및 수축성튜브(5)에 의해서 밀봉되어 있다.

상부케이스(91)의 상면에는 배선관통구멍(95∼97)이 관통하고, 배선관통구멍(95∼97)으로부터 상부케이스(91)의 배면까지 연결된 홈(95a∼97a)이 상부케이스(91)의 상면에 형성되어 있다. 배선관통구멍(95)에는 온도센서(11)의 배선(11a)이 통과되고, 배선(11a)이 접어 구부러져 홈(95a)내에 부설되어 있다. 마찬가지로, 배선관통구멍(96, 97)에는 발열체(10)의 양단부의 배선(10a, 10b)이 통과되고, 배선(10a, 10b)이 접어 구부러져 홈(96a, 97a)내에 부설되어 있다.

온도센서(11)가 배선(11a)을 통해서 콘트롤러(50)에 접속되고, 발열체(10)도 배선(10a, 10b)을 통해서 콘트롤러(50)에 접속되어 있다. 온도센서(11)의 검지온도를 나타내는 신호가 콘트롤러(50)에 입력되고, 콘트롤러(50)가 온도센서(11)의 검지온도에 의거해서, 제 1 흡액부(3)의 온도나 제 2 흡액부(2)의 온도가 각각 원하는 온도로 되도록 발열체(10)를 제어한다. 구체적으로는 온도센서(11)의 검지온도가 상부임계값보다 높아진 경우에, 콘트롤러(50)가 발열체(10)에의 공급 전력을 내리거나 또는 발열체(10)에의 공급전력을 오프로 하고, 온도센서(11)의 검지온도가 하부임계값(단, 하부임계값＜상부임계값)보다 낮아진 경우에, 콘트롤러(50)가 발열체(10)로의 공급전력을 올리거나 또는 발열체(10)에의 공급전력을 온으로 하고, 온도센서(11)의 검지온도가 하부임계값 이상, 상부임계값 이하인 경우에는 콘트롤러(50)가 발열체(10)에의 공급전력을 유지한다.

다음에, 기화장치(1)의 동작 및 기화장치(1)를 이용한 기화방법에 대해서 설명한다.

발열체(10)에 전압이 인가되면, 발열체(10)가 발열하고, 단열케이스(9)내에 수용된 부재가 가열된다. 여기서, 발열체(10)의 내측의 부분에서는 가열온도가 발열체(10)로부터 멀어질수록 저감해 간다. 따라서, 더욱 가까운 제 1 흡액부(3)의 온도는 더욱 먼 제 2 흡액부(2)의 온도보다 높아진다. 또, 제 1 흡액부(3) 및 제 2 흡액부(2)의 후방의 단부가 단열케이스(9)의 외부에 있고, 전방의 단부가 단열케이 스내에 있으며, 전방의 단부에 발열체(10)가 감겨져 있으므로, 제 1 흡액부(3)는 배출구(82)측의 단부로부터 제 1 액도입구(72)측의 단부를 향할수록 온도가 저감하고, 제 2 흡액부(2)는 배출구(82)측의 단부로부터 제 2 액도입구(15)측의 단부를 향할수록 온도가 저감한다.

온도센서(11)의 검지온도가 하부임계값 이상이고 또한 상부임계값 이하인 상태에서는 제 1 흡액부(3)의 온도는 배출구(82)측의 단부에서는 제 1 액체 α의 비등점에 도달하고, 제 1 액도입구(72)측의 단부에서는 제 1 액체 α의 비등점 미만으로 되며, 제 2 흡액부(2)의 온도는 배출구(82)측의 단부에서는 제 2 액체 α의 비등점에 도달하고, 제 2 액도입구(15)측의 단부에서는 제 2 액체 β의 비등점 미만으로 되도록 설정되어 있다. 또한, 이하에서는 제 1 흡액부(3)및 제 2 흡액부(2)에 있어서, 발열체(10)가 감겨진 단부를 배출측 단부로 하고, 배출측 단부의 반대측의 단부를 흡수측 단부로 한다.

제 2 흡액부(2) 및 제 1 흡액부(3)의 배출측 단부가 발열체(10)에 의해서 가열된 상태에서, 펌프 등에 의해서 제 2 액체 β가 제 2 액도입부(13)를 통해서 송액되면, 그 제 2 액체 β가 제 2 흡액부(2)의 흡수측 단부로부터 제 2 흡액부(2)내로 흡수된다. 제 2 흡액부(2)에 흡수된 제 2 액체 β는 모세관현상에 의해 배출측 단부로 이동하고, 제 2 흡액부(2)의 배출측 단부에 있어서 발열체(10)에 의해 가열되어 기화한다. 그리고, 기화한 기체는 제 2 흡액부(2)의 배출측 단면으로부터 수용부(81)내의 공간(84)으로 증산된다. 이와 같이 제 2 흡액부(2)의 내부에서 제 2 액체 β가 기화하므로, 제 2 액체 β의 돌비를 억제할 수 있다.

한편, 펌프 등에 의해서 제 1 액체 α가 도입구멍(73)을 통해서 제 1 액도입부(7)내의 공간(71)에 공급되면, 그 제 1 액체 α가 제 1 흡액부(3)의 흡수측 단부로부터 제 1 흡액부(3)내에 흡수된다. 제 1 흡액부(3)에 흡수된 제 1 액체 α는 모세관현상에 의해 배출측 단부로 이동하고, 제 1 흡액부(3)의 배출측 단부에 있어서 발열체(10)에 의해 가열되어 기화한다. 그리고, 기화한 기체는 제 1 흡액부(3)의 배출측 단면으로부터 수용부(81)내의 공간(84)으로 증산한다. 이와 같이 제 1 흡액부(3)의 내부에서 제 1 액체 α가 기화하므로, 제 1 액체 α의 돌비를 억제할 수 있다.

제 1 액체 α의 비등점이 제 2 액체 β의 비등점보다 높으면 제 2 흡액부(2) 및 제 1 흡액부(3)의 온도분포에 의해, 제 2 액체 β가 제 2 흡액부(2)의 배출측 단면 부근에서 기화하고, 제 1 액체 α가 제 1 흡액부(3)의 배출측 단면 부근에서 기화한다. 그러나, 제 1 액체 α의 비등점이 제 2 액체 β의 비등점보다 낮으면, 제 2 액체 β가 제 2 흡액부(2)의 배출측 단면 근방에서 기화하도록 온도 제어하도록 설정하면, 더욱 발열체(10)에 가열되기 쉬운 제 1 흡액부(3)가 과열해 버리고, 제 1 흡액부(3)에 있어서의 기화영역이 배출측 단부 뿐만 아니라, 배출측 단부로부터 후방까지 확장되고, 제 1 액체 α의 돌비의 요인으로 되어 버린다. 그 때문에, 제 1 액체 α의 비등점이 제 2 액체 β의 비등점보다 높은 것이 바람직하다.

제 2 흡액부(2)내에서 기화한 제 2 액체 β의 기체가 제 2 흡액부(2)의 배출측 단면으로부터 공간(84)에 증산하고, 제 1 흡액부(3)내에서 기화한 제 1 액체 α의 기체가 제 1 흡액부(3)의 배출측 단면으로부터 공간(84)에 증산하고, 이들 기체 가 혼합한다. 이 혼합기 γ가 배출구멍(82a)을 통해 배출된다.

이상과 같이 액체가 기화하고 있을 때에는 콘트롤러(50)가 온도센서(11)의 검지온도에 의거해서 발열체(10)를 피드백 제어하므로, 제 1 흡액부(3)의 배출측 단부의 온도 및 제 1 흡액부(3)에 있어서의 제 1 액체 α의 기화영역, 및 제 2 흡액부(2)의 배출측 단부의 온도 및 제 2 흡액부(2)에 있어서의 제 2 액체 β의 기화영역이 각각 원하는 온도, 원하는 범위로 되도록 제어된다.

이상과 같이 본 실시형태에 의하면, 제 2 흡액부(2)와 제 1 흡액부(3)를 동심으로 되도록 적층하고, 간막이부(4)에 의해서 제 2 흡액부(2)와 제 1 흡액부(3)를 간막이했으므로, 제 2 흡액부(2)와 제 1 흡액부(3)에서는 제 2 액체 β, 제 1 액체 α가 액체 상태로 혼합되는 일이 없기 때문에, 개별의 영역에 개별의 액체를 흡수한다. 그 때문에, 비등점이 다른 2종류의 액체를 개별로 기화할 수 있으므로, 각각의 액체를 안정하게 기화할 수 있다. 그리고, 개별적으로 안정하게 발생한 기체가 공간(84)에서 혼합되므로, 그 혼합기가 배출구멍(82a)을 통해 하류로 보내지므로, 그 혼합기가 안정된 유량으로 배출구멍(82a)을 통해서 하류로 보내진다. 특히 제 1 액체 α를 물, 제 2 액체 β를 메탄올로 한 경우, 하류에 수증기 개질기를 배치해서 수소를 발생할 수 있다.

또, 종래, 다른 비등점의 액체를 각각 별체의 가열수단을 이용해서 다른 온도로 가열하면, 기화장치 자체가 크게 되어 버린다고 하는 폐해도 있었지만, 기화장치(1)에서는 1개의 가열수단(발열체(10))에서 2종류의 액체를 개별적으로 기화할 수 있으므로, 2종류의 액체의 기화를 위해 2개의 가열수단 혹은 기화장치를 준비하 지 않아도 좋고, 2개의 온도센서로 개별적으로 제어할 필요가 없으므로, 전체로서 공간절약화, 회로의 간략화 및 저비용화를 도모할 수 있다.

또, 제 1 흡액부(3)의 내측에 제 2 흡액부(2)를 끼워넣고, 제 1 흡액부(3)의 외측에 발열체(10)를 감았으므로, 온도가 중심축에서 반경방향 외측을 향할수록 높아지는 바와 같은 온도분포가 생긴다. 그리고, 비등점이 낮은 제 2 액체 β를 제 2 흡액부(2)에 흡수해서 기화하고, 비등점이 높은 제 1 액체 α를 제 1 흡액부(3)에 흡수해서 기화하고 있으므로, 에너지의 이용 효율이 좋아지고, 효율적으로 제 2 액체 β· 제 1 액체 α를 기화할 수 있다.

발열체(10)는 코일형상에 한정되지 않으며, 배출부(8)의 측면에 배치되어 있으면, 박막 발열 저항체층이라도 좋다. 발열 저항체층은 금속 산화물이라도 좋고, 금(Au)이어도 좋다. 금은 온도에 따라서 저항율이 변위하기 때문에 온도센서를 겸할 수 있기 때문에, 온도센서(11)가 불필요하게 되며, 배선구조를 간략화할 수 있다.

또, 배출부(8)가 도전성이면, 배출부(8)상에 절연막을 피복하고, 이 절연막상에 발열 저항체층을 피막하면 좋다. 이 때 발열 저항체층이 금이면, 절연막과의 밀착성을 개선하기 위한 티타늄(Ti)이나 탄탈륨(Ta) 등의 하지층, 금이 열확산을 방지하기 위한 텅스텐(W) 등의 고융점금속으로 이루어지는 열확산 방지층을 절연막과 발열 저항체층의 사이에, 이 순서대로 적층해도 좋다.

또, 제 2 흡액부(2) 및 제 1 흡액부(3)의 배출측 단부, 배출부(8)의 수용부(81) 및 플랜지부(83)와 발열체(10)가 단열케이스(9)내에 수용되어 있으므로, 열 손실이 적고, 발열체(10)의 열에너지가 액체의 기화에 유효하게 이용된다. 한편, 제 2 흡액부(2) 및 제 1 흡액부(3)의 흡수측 단부가 단열케이스(9)의 외측에 있으므로, 제 2 흡액부(2)의 흡수측 단부로부터 배출측 단부에 걸쳐 온도구배가 생기고, 제 2 흡액부(2)의 흡수측 단부의 온도가 배출측 단부의 온도보다 낮아진다. 그 때문에, 제 2 흡액부(2)에 흡수된 제2 액체 β가 흡수측 단면 부근에서 기화하지 않고, 제 2 흡액부(2)내의 기체가 흡수측 단면만으로부터 노출하는 것, 즉 기체의 역류를 방지할 수 있다. 제 1 흡액부(3)에 흡수된 제 1 액체 α도 흡수측 단면 부근에서 기화하지 않고, 기체의 역류를 방지할 수 있다.

또, 배출부(8)에 온도센서(11)가 매립되어 있으므로, 제 1 흡액부(3)의 배출측 단면의 근방의 온도 및 제 2 흡액부(2)의 배출측 단면의 근방의 온도를 정확하게 측정할 수 있다. 또, 정확한 검지온도에 따라서 콘트롤러(50)에 의한 온도제어가 실행되므로, 제 1 흡액부(3)의 배출측 단면의 근방의 온도 및 제 2 흡액부(2)의 배출측 단면의 근방의 온도를 원하는 온도범위로 유지할 수 있고, 안정된 기화를 실행할 수 있다. 또, 단열케이스(9)를 상부케이스(91)와 하부케이스(92)의 상하 분할 구조로 했기 때문에, 육안관찰에 의한 작업이 가능해지는 동시에, 기화장치(1)의 조립 작업성이 향상한다.

또, 수축성튜브(5)가 가열되면 수축하기 때문에, 제 1 흡액부(3)의 외주면과 수축성튜브(5)의 내주면의 밀접성이 향상한다. 그 때문에, 제 1 흡액부(3)의 외주면으로부터 제 1 액체 α나 제 1 액체 α의 기체가 누설되지 않는다.

또한, 상기 실시형태에서는 제 2 흡액부(2)와 제 1 흡액부(3)의 동심 이중구 조이었지만, 또한 제 1 흡액부(3)의 외측에 별도의 원통형상 흡액부를 설치하고, 그 원통형상 흡액부와 제 1 흡액부(3)의 사이에 간막이부를 설치함으로써, 동심 3중구조로 해도 좋다. 더욱 많은 흡액부를 외장하고, 동심 다층구조로 해도 좋다. 이 경우, 복수의 흡액부의 흡수측 단면에는 외측의 흡액부로 될수록, 즉 발열체(10)에 가까울수록 비등점이 높은 액체를 공급하고, 외측의 흡액부로 될수록, 즉 발열체(10)에 멀수록 비등점이 높은 액체를 흡수시키는 것이 바람직하다.

또, 제 2 흡액부(2)를 둘레방향으로 분할하고, 분할한 부채형의 흡액부의 사이에 간막이벽을 개재하고, 간막이벽을 제 1 액도입부(7)의 후면의 내측의 면으로 돌출시키고, 간막이벽에 의해서 공간(71)을 복수의 부채형 공간으로 간막이하고, 각 부채형 공간에 통과하는 도입구멍을 제 1 액도입부(7)의 외주면에 형성해도 좋다.

또, 제 2 흡액부(2)를 간막이벽에 의해서 복수로 분할해도 좋다.

[제 2 실시형태]

도 3의 (a)는 기화장치(101)의 배면도이고, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)에 나타낸 절단선 B-B를 따른 면의 화살표 단면도이며, 도 3의 (c)는 기화장치(101)의 정면도이고, 도 3의 (d)는 도 3의 (b)에 나타낸 절단선 D-D를 따른 면의 화살표 단면도이다.

도 3의 (a)∼(d)에 나타내는 바와 같이, 본체관(109)은 각형 관형상으로 설치되고, 본체관(109)의 후면개구 및 전면개구가 폐쇄되고, 그 본체관(109)내에는 내부공간이 형성되어 있다. 본체관(109)의 내측에는 그 상면 및 하면과 평행하게 된 간막이벽(104)이 형성되고, 이 간막이벽(104)에 의해서 본체관(109)의 내부공간이 본체관(109)의 전방에서 후방까지 도달하는 상하의 2개의 공간으로 간막이되어 있다. 또, 간막이벽(104)은 본체관(109)의 후단면, 좌우측면의 내측에 연결되고, 본체관(109)의 전단면의 내측에는 연결되어 있지 않다. 그 때문에, 본체관(109)내의 상측의 공간과 하측의 공간은 전면 부근에 있어서 통하고, 그 상하의 공간이 연결된 부분의 공간에 부호 '184’를 붙인다.

본체관(109)의 후면에는 제 2 액체 β가 도입되는 제 2 액도입구(172), 제 1 액체 α가 도입되는 제 1 액도입구(174)가 돌출되어 설치되고, 본체관(109)의 전면에는 배출구(182)가 돌출되어 설치되어 있다. 제 2 액도입구(172)의 중심축을 따라서 제 2 액도입구(172)의 선단에서 본체관(109)의 내면까지 도입구멍(173)이 관통하고, 그 도입구멍(173)이 본체관(109)내의 하측의 공간에 통해 있다. 또, 제 1 액도입구(174)의 중심축을 따라서 제 1 액도입구(174)의 선단으로부터 본체관(109)의 내면까지 도입구멍(175)이 관통하고, 그 도입구멍(175)이 본체관(109)내의 상측의 공간에 통해 있다. 또, 배출구(182)의 중심축을 따라서 배출구(182)의 선단에서 본체관(109)의 내면까지 배출구멍(182a)이 관통하고, 그 배출구멍(182a)이 공간(184)에 통해 있다.

본체관(109)내의 하측의 공간에 제 2 흡액부(102)가 충전되고, 상측의 공간에 제 1 흡액부(103)가 충전되며, 제 2 흡액부(102)와 제 1 흡액부(103)는 그들 사이에 간막이벽(104)을 사이에 두고 두께방향으로 적층되어 있다. 제 1 흡액부(103) 및 제 2 흡액부(102)는 각봉형상으로 형성된 심재이다. 또, 제 2 흡액 부(102)및 제 1 흡액부(103)는 각각 제 1 실시형태의 제 1 흡액부(3) 및 제 2 흡액부(2)와 마찬가지로, 내부에 미소 공간이 형성된 다공질체이며, 액체를 흡수할 수 있는 것이다.

제 2 흡액부(102)의 후단면(이하, 이 단면을 흡수측 단면이라 한다)은 도입구멍(173)에 면하고, 전단면(이하, 이 단면을 배출측 단면이라 한다)은 공간(184)에 면해 있다. 제 1 흡액부(103)의 후단면(이하, 이 단면을 흡수측 단면이라 한다)은 도입구멍(175)에 면하며, 전단면(이하, 이 단면을 배출측 단면이라 한다)은 공간(184)에 면해 있다.

본체관(109)의 상면에는 발열체(110)가 탑재되어 있다. 발열체(110)가 탑재되어 있는 위치는 제 1 흡액부(103)의 배출측 단부측의 본체관(109)의 위이다. 그 때문에, 흡액부(102, 103)는 흡수측 단부로부터 배출측 단부를 향할수록 온도가 점증한다. 또, 제 1 흡액부(103)가 제 2 흡액부(102)보다 발열체(110)에 가깝고, 제 1 흡액부(103)의 배출측 단부는 제 2 흡액부(102)의 배출측 단부보다 온도가 높다.

또한, 본체관(109) 및 제 1 액도입구(174), 제 2 액도입구(172), 배출구(182)는 금속(예를 들면, 스테인리스강(SUS316))으로 이루어진다.

다음에, 기화장치(101)의 동작 및 기화장치(101)를 이용한 기화방법에 대해서 설명한다.

제 1 흡액부(103) 및 제 2 흡액부(102)의 배출측 단부가 세라믹히터 등의 발열체(110)에 의해서 가열된 상태에서, 펌프 등에 의해서 제 1 액체 α가 제 1 액도입구(174)의 도입구멍(175)에 송액되면, 그 제 1 액체 α가 제 1 흡액부(103)의 흡 수측 단면으로부터 제 1 흡액부(103)내에 흡수된다. 그리고, 제 1 흡액부(103)의 배출측 단부까지 침투한 제 1 액체 α가 발열체(110)의 열에 의해 기화한다. 그리고, 기화한 기체는 제 1 흡액부(103)의 배출측 단면으로부터 공간(184)에 증산한다.

제 1 흡액부(103)는 제 2 흡액부(102)에 비해 발열체(110)에 가깝고, 또 제 2 흡액부(102)와 발열체(110)의 사이에 개재되어 있으므로, 발열체(110)에서의 가열온도는 제 1 흡액부(103)의 배출측 단부쪽이 제 2 흡액부(102)의 배출측 단부보다 높다. 이 때문에, 제 1 액체 α의 비등점이 제 2 액체 β의 비등점보다 높은 쪽이 바람직하다.

한편, 펌프 등에 의해서 제 2 액체 β가 제 2 액도입구(172)의 도입구멍(173)에 송액되면, 그 제 2 액체 β가 제 2 흡액부(102)의 흡수측 단면으로부터 제 2 흡액부(102)내에 흡수된다. 그리고, 제 2 흡액부(102)의 배출측 단부까지 침투한 제 2 액체 β가 제 1 흡액부(103)를 통해서 발열체(110)의 열에 의해 기화한다. 그리고, 기화한 기체는 제 2 흡액부(102)의 배출측 단면으로부터 공간(184)에 증산한다.

제 2 흡액부(102)의 배출측 단면으로부터 공간(184)에 증산한 제 2 액체 β의 기체와, 제 1 흡액부(103)의 배출측 단면으로부터 공간(184)에 증산한 제 1 액체 α의 기체가 공간(184)내에서 혼합된다. 이 혼합기가 배출구멍(182a)을 통해서 배출된다.

본 실시형태에 의하면, 제 2 흡액부(102)와 제 1 흡액부(103)의 사이에 간막 이벽(104)을 끼우고, 제 2 흡액부(102)와 제 1 흡액부(103)를 적층했으므로, 제 2 흡액부(102)와 제 1 흡액부(103)가 개별적으로 액체를 흡수할 수 있다. 그 때문에, 비등점이 다른 2종류의 액체를 개별적으로 기화할 수 있으므로, 각각의 액체를 안정하게 기화할 수 있다. 또한, 1개의 기화장치(101)로 2종류의 액체를 개별적으로 기화할 수 있으므로, 2종류의 액체의 기화를 위해 2개의 기화장치를 준비하지 않아도 좋고, 전체로서 공간절약화 및 저비용화를 도모할 수 있다.

또, 비등점이 높은 제 1 액체 α를 가열온도가 높은 제 1 흡액부(103)의 단부에 흡수해서 기화하고, 비등점이 낮은 제 2 액체 β를 가열온도가 낮은 제 2 흡액부(102)의 단부에서 기화하고 있으므로, 에너지의 이용 효율이 좋아지고, 효율적으로 제 1 액체 α· 제 2 액체 β를 기화할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에서는 제 1 흡액부(103)와 제 2 흡액부(102)의 사이에 간막이벽(104)을 끼우고 제 1 흡액부(103)와 제 2 흡액부(102)를 중첩한 2중구조이었지만, 본체관(109)내에 더욱 많은 간막이벽을 설치함으로써, 본체관(109)내의 공간을 본체관(109)의 흡수측 단면에서 배출측 단면에 이르는 다수의 공간으로 간막이하고, 각각의 공간에 흡액부를 충전해도 좋다. 이 경우, 각 간막이재의 전단이 본체관(109)의 전면의 내측으로부터 멀어지도록 하는 것에 의해서, 상하로 분할된 복수의 공간은 공간(184)에 의해 연결되도록 하는 동시에, 상하로 다수 분할한 각각의 공간에 통과하는 도입구멍을 본체관(109)의 후단면측에 형성한다. 또, 복수의 흡액부의 흡수측 단면에는 발열체(110)에 가까운 흡액부일수록 더욱 비등점이 높은 것을 공급하고, 발열체(110)에 가까워짐에 따라 비등점이 높은 액체를 흡수시키는 것이 바람직하다.

또, 본체관(109)내의 공간을 간막이벽(104)에 의해서 상하로 간막이할 뿐만 아니라, 또한 본체관(109)의 좌우 측면으로 평행한 간막이벽을 본체관(109)내에 배치하고, 본체관(109)내의 공간을 상하 좌우로 간막이해도 좋다. 이 경우, 각 간막이재의 전단이 본체관(109)의 전면의 내측으로부터 멀어지도록 하는 것에 의해서, 상하 좌우로 4분할된 복수의 공간은 공간(184)에 의해 연결되도록 하는 동시에, 상하 좌우로 분할한 각각의 공간에 통과하는 도입구멍을 본체관(109)의 후면에 형성한다.

또, 제 2 흡액부(102)에 흡수되는 제 2 액체 β가 제 1 흡액부(103)에 흡수되는 제 1 액체 α보다 비등점이 높은 경우에는 발열체(110)는 본체관(109)의 하면에 설치한다.

본체관(109)은 열전도율이 10(W·m^-1K^-1) 이상으로 높고, 제 1 액체 α나 혼합기 γ(제 2 액체 β의 기체와 제 1 액체 α의 기체의 혼합기)에 대해, 부식이나 잘 변형되지 않는 재료로 이루어지고, 예를 들면, 황동, 동과 같은 금속으로 이루어진다.

발열체(110)는 코일형상에 한정되지 않으며, 본체관(109)의 측면에 배치되어 있으면, 박막 발열 저항체층이라도 좋다. 발열 저항체층은 금속산화물이라도 좋고, 금(Au)이어도 좋다. 금은 온도에 따라서 저항율이 변위하기 때문에 온도 센서를 겸할 수 있어, 별도로 온도센서를 마련할 필요가 없으며, 배선구조를 간략화할 수 있 다.

본체관(109)이 도전성이면, 본체관(109)상에 절연막을 피복하고, 이 절연막상에 발열저항체층을 피막하면 좋다. 이 때 발열 저항체층이 금이면, 절연막과의 밀착성을 개선하기 위한 티타늄(Ti)이나 탄탈륨(Ta) 등의 하지층, 금이 열확산을 방지하기 위한 텅스텐(W) 등의 고융점금속으로 이루어지는 열확산방지층을 절연막과 발열저항체층의 사이에 이 순서대로 적층해도 좋다.

[응용예]

도 4는 기화장치(1)를 카트리지(901, 902), 펌프(903, 904), 개질기(905), 일산화탄소 제거기(906), 연료전지(907) 및 연소기(908)와 함께 나타낸 블록도이다.

제 1 액도입구(72)가 펌프(904)에 접속되고, 이 펌프(904)가 카트리지(902)에 접속되어 있다. 이 카트리지(902)에는 물(비등점 100℃)이 저장되며, 펌프(904)에 의해서 물이 제 1 액도입구(72)로 보내진다. 펌프(904)로서 시린지펌프 또는 전기침투류 펌프(Electro-Osmotic Pump)를 이용해도 좋다.

제 2 액도입부(13)에는 펌프(903)가 접속되고, 또한 이 펌프(903)가 카트리지(901)에 접속되어 있다. 이 카트리지(901)에는 물보다 비등점이 낮은 액체연료(예를 들면, 메탄올(비등점 65℃), 또는 에탄올(비등점 78.3℃))가 저장되고, 펌프(903)에 의해서 액체연료가 간막이부(4)로 보내진다. 펌프(903)로서 시린지펌프 또는 전기침투류 펌프(Electro-Osmotic Pump)를 이용해도 좋다.

배출부(8)의 배출구(82)에는 개질기(905)가 접속되고, 기화장치(1)로부터 배 출된 연료와 물의 혼합기가 개질기(905)에 공급된다.

개질기(905)는 기화장치(1)로부터 공급된 연료와 물의 혼합기를 촉매 반응시키고, 수소가스 등을 생성하는 것이다. 또, 개질기(905)에서는 미량의 일산화탄소도 생성된다. 또한, 카트리지(901)에 저장된 액체연료가 메탄올인 경우, 개질기(905)에서는 다음식 [1], [2]에 나타내는 바와 같은 반응이 일어난다.

CH₃OH＋H₂O→3H₂＋CO₂…[1]

2CH₃OH＋H₂O→5H₂＋CO＋CO₂…[2]

개질기(905)에서 생성된 생성물의 혼합기가 일산화탄소 제거기(906)에 공급되고, 또한 에어펌프에 의해서 공기가 일산화탄소 제거기(906)에 공급된다. 일산화탄소 제거기(906)에서는 혼합기중의 일산화탄소가 촉매에 의해서 선택되며, 일산화탄소가 우선적으로 산화되고 수소는 산화되지 않는다.

연료전지(907)는 촉매미립자를 담지한 연료극(907a)과, 촉매 미립자를 담지한 공기극(907b)과, 연료극(907a)과 공기극(907b)의 사이에 개재된 전해질막(907c)을 구비한다. 연료극(907a)에는 일산화탄소 제거기(906)로부터 혼합기가 공급되고, 공기극(907b)에는 공기가 에어펌프에 의해서 공급된다. 연료극(907a)과 공기극(907b) 중의 한쪽의 전극에서 이온이 생성되고, 이온이 전해질막(907c)을 투과하며, 다른쪽의 전극에서 물이 생성되고, 이것에 의해 연료극(907a)과 공기극(907b)의 사이에서 전력이 생긴다. 또한, 전해질막(907c)이 수소이온 투과성의 전해질막(예를 들면, 고체 고분자 전해질막)인 경우에는 연료극(907a)에서는 다음 식[3]과 같은 반응이 일어나고, 공기극(907b)에서는 다음 식[4]와 같은 반응이 일어난다.

H₂→2H⁺+2e^-…[3]

2H⁺+1/2O₂＋2e^--→H₂O…[4]

연료극(907a)에서 반응하지 않았던 잉여의 수소가스 등을 포함하는 오프가스가 연소기(908)에 공급되고, 에어펌프에 의해서 공기가 연소기(908)에 공급된다. 연소기(908)에 있어서는 공기중의 산소와 미반응의 수소가 촉매에 의해 반응하고, 연소열이 발생한다. 연소열은 개질기(905) 및 일산화탄소 제거기(906)의 반응에 이용된다.

도 4에 나타난 시스템 전체는 노트북, PDA, 전자수첩, 디지탈카메라, 휴대 전화기, 손목시계, 레지스터, 프로젝터와 같은 전자기기에 탑재되고, 연료전지(907)가 전자기기의 전원으로서 이용된다.

또한, 도 3의 (a)∼(d)에 나타난 기화장치(101)를 도 4의 시스템에 적용하는 경우에는 제 1 액도입구(174)가 펌프(904)에 접속되고, 제 2 액도입구(172)가 펌프(903)에 접속되며, 카트리지(902)로부터 제 1 액도입구(174)에 물이 공급되고, 카트리지(901)로부터 제 2 액도입구(172)에 액체연료가 공급된다.

또, 연료가 물보다 비등점이 높은 경우는 연료를 제 1 액도입구(72)에 도입하고, 물을 제 2 액도입부(13)에 도입하면 좋다.

[실시예 1]

실험을 하였다. 실험에서는 비교예로서 도 5에 나타내는 바와 같은 기화장치(501)를 이용하였다. 이 기화장치(501)는 도 1의 간막이부(4)와 제 1 흡액부(3)와 제 2 흡액부(2)의 일체물을 1개의 원주형상의 흡액부(502) 대신에, 탄성튜브(6)를 길게 하고, 제 1 액도입부(7)를 떼어낸 것이다. 이상의 것을 제외하면, 기화장치(501)는 기화장치(1)와 동일하고, 펌프를 유량계에 접속하고, 그 유량계를 탄성튜브(6)에 접속하며, 배출구(82)의 배출구멍(82a)을 개방하였다. 또, 흡액부(502)의 조건은 이하와 같이 하였다.

(a) 흡액부(502)(원주체)： 기공율 41%, 입경： 30㎛, 직경 1.5㎜, 길이 10.0㎜, 선단 2㎜를 수용부(81)를 통해서 발열체(10)에 의해 130℃로 가열.

(b) 배출부(8)：재질 황동, 배출구멍(82a)의 내경 0.5㎜

발열체(10)를 가열로 하지 않는 상태에서, 60wt%의 메탄올수용액을 펌프(전기침투류 펌프)에 의해서 유량계를 통해 탄성튜브(6)에 송액하고, 유량계로 메탄올수용액의 유량을 유량계로 측정하였다. 유량의 측정결과를 도 6에 나타낸다. 또한, 펌프의 유량의 설정값은 60μl/min으로 하였다.

발열체(10)를 130℃로 가열한 상태에서, 60wt%의 메탄올수용액을 펌프(전기침투류 펌프)에 의해서 유량계를 통해 탄성튜브(6)에 송액하고, 유량계로 메탄올수용액의 유량을 유량계로 측정하였다. 유량의 측정결과를 도 7에 나타낸다. 도 7로부터 명확한 바와 같이, 공비등점을 갖지 않은 메탄올수용액에서는 유량의 피크가 단시간 동안에 빈발하게 발생하고, 메탄올수용액에 맥동이 생기고 있었다. 또한, 유량의 변동도 컸다. 또한, 맥동의 1주기는 도 7의 유량의 피크에서 다음의 유량의 피크까지의 시간이다. 단기간에 최대 10μl/min 가까이의 유량 변화가 보였다.

그리고, 도 1에 나타내는 구조의 기화장치(1)에 있어서, 발열체(10)를 130℃로 가열한 상태에서, 제 1 액도입부(7)에 순수한 물을 펌프(전기침투류 펌프)에 의해서 송액했을 때의 송액량, 제 2 액도입부(13)에 메탄올을 펌프(시린지펌프)에 의해서 송액했을 때의 송액량을 각각 도 8, 도 9에 나타낸다. 기화장치(1)는 하기의 조건으로 설정되어 있다.

(a) 제 2 흡액부(2)(원주체)： 기공율 41%, 직경 1.5㎜, 길이 20.0㎜,

(b) 간막이부(4)(원통관)： 재질 SUS316, 내경 1.5㎜, 두께 0.1㎜, 길이 20.0㎜,

(c) 제 1 흡액부(3)(원통체)： 기공율 41%, 외경 2.3㎜, 길이 10.0㎜, 선단 2㎜를 수용부(81)를 통해서 발열체(10)에 의해 130℃로 가열.

(d) 배출부(8)： 황동 배출구멍(82a)의 직경 ㎜

도 8로부터 명확한 바와 같이, 제 1 흡액부(3)내에는 순수한 물 밖에 없기 때문에 유량에 현저한 란고하(亂高下)는 없으며 안정하게 송액가능하다.

도 9로부터 명백한 바와 같이, 제 2 흡액부(2)내에는 메탄올밖에 없기 때문에 유량에 현저한 란고하는 없으며 안정하게 송액가능하다.

또한, 도 9에 있어서, 0초부터 대략 110초에 걸쳐 유량이 서서히 증가하고, 대략 110초 후에는 유량이 서서히 줄고 있던 것은 시린지펌프의 특성에 기인한다.

이상의 실험으로부터 알 수 있는 바와 같이, 공비등점을 갖지 않는 메탄올 수용액을 기화하면, 큰 맥동이 생기고 있었지만, 물 단체 및 메탄올 단체에서는 큰 맥동이 생기고 있지 않았다. 그 때문에, 상기 실시형태의 기화장치(1)나 기화장치(101)와 같이 2종류의 액체를 개별적으로 기화장치(1)나 기화장치(101)에 공급해서 개별적으로 기화하면, 2종류의 액체를 안정하게 기화할 수 있다.

도 10은 기화장치(1)에 있어서, 발열체(10)를 130℃로 가열한 상태에서 제 1 흡액부(3)에 상대적으로 고비등점의 물, 제 2 흡액부(2)에 상대적으로 저비등점의 메탄올을 공급했을 때의 온도구배를 나타낸 데이터이다. 제 1 흡액부(3) 및 제 2 흡액부(2)의 배출측 단부는 비교적 불균일없이 가열되고 있기 때문에, 광범위한 영역에서 어느 액체의 비등점에 이르고 있기 때문에, 양호하게 물 및 메탄올을 기화할 수 있는 것을 알 수 있다.

도 11은 기화장치(1)에 있어서, 발열체(10)를 130℃로 가열한 상태에서 제 1 흡액부(3)에 상대적으로 저비등점의 메탄올, 제 2 흡액부(2)에 상대적으로 고비등점의 물을 공급했을 때의 온도구배를 나타낸 데이터이다. 제 1 흡액부(3)는 메탄올의 비등점을 현저하게 초과하여 과잉으로 메탄올이 기화되는데 반해, 제 2 흡액부(2)의 배출측 단부에서는 제 1 흡액부(3)에서의 메탄올 기화에서의 흡열에 의해서 충분한 열량이 전달되지 않아, 물의 비등점에 도달해 있는 영역이 적고, 물이 충분한 기화량에 도달해 있지 않다.

이하에, 본 발명을 실시하기 위한 다른 형태에 대해서 도면을 이용해서 설명한다. 단, 이하에 기술하는 실시형태에는 본 발명을 실시하기 위해 기술적으로 바람직한 각종 한정이 부가되어 있지만, 발명의 범위를 이하의 실시형태 및 도시예에 한정하는 것은 아니다.

도 12는 기화장치(201)의 단면도이며, 도 13은 상면, 정면, 우측면을 나타낸 분해사시도이며, 도 14는 상면, 배면, 좌측면을 나타낸 분해사시도이다.

도 12, 도 13, 도 14에 나타내는 바와 같이, 이 기화장치(201)는 내부에 액체를 침투하는 흡액부(202)와, 가열되는 것에 의해 수축하는 부재, 혹은 분자구조의 주쇄에 이중 결합을 포함하지 않거나 또는 적은 내열성 고무와 같이 탄성력이 있는 부재를 포함하는 수축성튜브(203)와, 흡액부(202)의 후단에 접하도록 설치되어 있는 방열부(204)와, 흡액부(202)에 열을 전도하는 열전도부(205)와, 열전도부(205)보다 열전도율이 낮고, 가열된 흡액부(202)의 전방의 열이 기화장치(201)의 외부에 전파하는 것을 억제하는 단열케이스(206)와, 흡액부(202)를 가열하는 발열부(207)와, 열전도부(205)를 통해서 흡액부(202)의 온도를 측정하는 온도센서(208)와, 흡액부(202)에서 방출된 기체를 배출하는 배출부(209)를 구비한다.

흡액부(202)는 봉형상, 구체적으로는 원주형상으로 형성된 심재이며, 흡수측 단부(202b)에 접하는 액체를 내부에 받아들이고, 모세관현상에 의해서 배출측 단부(202a)까지 빨아올리는 성질을 갖고 있다. 구체적으로는 흡액부(202)는 내부에 미소공간이 형성된 다공질체이며, 액체를 흡수할 수 있는 것으로서, 발열부(207)에 의해 가열되어도 용해, 열화되지 않는 재료로 이루어지고, 예를 들면 무기섬유 또는 유기섬유를 결합재(예를 들면, 에폭시수지)로 굳힌 것이거나 무기분말을 소결한 것이거나 무기분말을 결합재(예를 들면, 에폭시수지)로 굳힌 것이거나, 그래파이트와 글래시카본의 다공질 혼합체이어도 좋다. 또, 흡액부(202)는 무기섬유 또는 유기섬유로 이루어지는 다수개의 실재를 묶어 결합재로 굳힌 것이어도 좋다. 예를 들 면, 흡액부(202)로서는 아크릴계 섬유다발코어를 이용할 수 있다.

이 흡액부(202)는 배출측 단부(202a) 및 흡수측 단부(202b)가 노출하도록 중앙부가 수축성튜브(203)에 삽입되어 있으며, 흡액부(202)의 중앙부의 외주면이 수축성튜브(203)에 밀접해 있다. 수축성튜브(203)는 흡액부(202)보다 짧고, 흡액부(202)의 양단부(202a, 202b)가 각각 수축성튜브(203)의 각각의 끝으로부터 돌출된 위치에 있다.

수축성튜브(203)는 흡액부(202)가 내부에 받아들인 액체에 대해 침투하지 않는 성질 때문에, 수축성튜브(203)로부터 액체가 외부에 누출되는 일은 없다. 수축성튜브(203)는 바람직하게는 일래스터머성을 가지는 동시에 수축성을 갖는다. 또, 수축성튜브(203)에 흡액부(202)가 삽입되어 있지 않은 자연 상태에서는 수축성튜브(203)의 내경이 흡액부(202)의 직경보다 작고, 흡액부(202)가 삽입됨으로써 수축성튜브(203)가 직경확대하는 것이 흡액부(202)와 수축성튜브(203)의 밀착성, 액체누출방지의 관점에서 바람직하다.

흡액부(202)는 그 중간부로부터 그 흡수측 단부(202b)에 걸쳐 관형상의 방열부(204)에 끼워 넣어지고, 그 중간부로부터 그 배출측 단부(202a)에 걸쳐서 열전도부(205)에 끼워 넣어져 있다. 방열부(204)와 열전도부(205)의 사이에는 간격이 있으며, 이들은 서로 접하지 않도록 떨어져 있다.

수축성튜브(203)의 일부도 흡액부(202)가 삽입된 상태에서 방열부(204)에 끼워 넣어져 있다. 흡액부(202)의 수축성튜브(203)로부터 돌출된 부분의 외주면이 방열부(204)의 내면에 접해 있다. 이 방열부(204)는 예를 들면, 금(열전도율 315W/m ·K), 은(열전도율 427W/m·K), 동(열전도율 398W/m·K), 알루미늄(열전도율 237W/m·K), 세라믹 또는 탄소섬유 등의 열전도율이 높은 재료로 이루어지고, 방열부(204)의 열전도율이 흡액부(202), 수축성튜브(203)의 열전도율 및 단열케이스(206)의 열전도율보다 높다. 방열부(204)는 관구조로서, 특히 외관의 용적이 너무 크지 않으며, 방열하는 표면의 면적이 큰 쪽이 바람직하고, 예를 들면 외표면에 홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이 열전도부(205)는 흡액부(202)보다 열전도율이 높고, 흡액부(202)의 배출측 단부(202a)측을 밀접하도록 수용하는 통이며, 일부가 단열케이스(206)로부터 노출되어 있는 배출부(209)와, 열전도부(205)와 배출부(209)의 이음매 바깥가장자리로부터 돌출된 플랜지부(53)와 일체로 성형되어 있다. 배출부(209)는 플랜지부(53)의 플랜지면으로부터 돌출된 돌기형상이며, 배출부(209)에는 배출구멍(55)이 설치되고, 배출구멍(55)은 열전도부(205)에 삽입된 흡액부(202)가 발열부(207)에서의 열에 의해서 내부의 액체를 기화시킨 기체를 배출하는 것이다. 배출부(209)의 외경은 열전도부(205)의 외경보다 작고, 배출부(209)의 내경(배출구멍(55)의 직경)은 열전도부(205)의 내경보다 작다. 이 열전도부(205)는 수축성튜브(203), 단열케이스(206)나 흡액부(202)보다 열전도율이 높은 금속(예를 들면, 놋쇠 Cu70%, Zn30%, 열전도율 106W/m·K)과 같이 발열부(207)의 열을 흡액부(202)에 효율좋게 전파하고, 액체의 기화를 촉진할 수 있는 재료를 포함하는 것이 바람직하다.

흡액부(202)는 열전도부(205)에 삽입되고, 수축성튜브(203)의 일부도 열전도부(205)에 삽입되며, 흡액부(202)의 수축성튜브(203)로부터 돌출된 부분의 외주면 이 열전도부(205)의 내면에 접해 있다.

열전도부(205)의 외주에는 가열코일 등의 히터인 발열부(207)가 감겨지고, 발열부(207)와 열전도부(205)가 접해 있다. 이 발열부(207)는 전열재로 이루어지며, 전기에 의해 발열하는 것이다. 예를 들면, 니켈-코발트선을 발열부(207)로서 이용할 수 있다. 열전도부(205)가 도전부재이고, 발열부(207)가 전열재와 같은 발열저항체의 경우, 발열부(207)에 효율적으로 인가전압이 분압되어 가열되도록 열전도부(205)와 발열부(207)의 사이에 도시하지 않은 절연막을 개재하는 것이 바람직하다. 단, 열전도부(205)는 단열케이스(206)로부터 노출되어 있는 부분이 충분히 작으면 이러한 절연막이 없어도 좋다. 발열부(207)는 세라믹접착제(56)에 의해서 피복되고, 세라믹접착제(56)에 의해서 발열부(207)가 열전도부(205)에 고착되어 있다.

플랜지부(53)에는 반경방향으로 천공된 삽입구멍(54)이 형성되어 있다. 이 삽입구멍(54)은 열전도부(205)나 배출부(209)의 내부공간에까지는 도달하지 않으며, 삽입구멍(54)의 바닥이 흡액부(202)의 단면의 근방에까지 도달해 있다. 삽입구멍(54)은 온도센서(208)가 삽입된 상태에서 절연성접착제가 충전되어 있으며, 온도센서(208)는 주위를 절연성접착제에 의해 피막되어 있으므로, 열전도부(205)가 도전부재로 형성되어 있어도 열전도부(205)와 전기적으로 절연되어 있다. 온도센서(208)가 흡액부(202)의 단면 근방에 위치하고, 이것에 의해 온도센서(208)가 플랜지부(53)에 매립되어 있다. 온도센서(208)는 열전대, 서미스트 또는 측온저항체이다. 온도센서(208)는 열전도부(205)나 절연성접착제를 통해서 전달되는 발열 부(207)의 발열에 따른 온도를 검출한다.

발열체(7)가 가열되면, 발열체(7)로부터 열전도부(205)에 전파된 열에 의해서 흡액부(202)내에 침투된 액체는 기화되어 배출구멍(55)으로부터 방출된다.

단열케이스(206)는 발열부(207) 및 발열부(207)에서 가열되는 흡액부(202)의 전방의 열을 가능한 한 외부로 달아나지 않도록, 발열부(207), 흡액부(202)의 전방을 포위하는 것이다. 또 열전도부(205)와 플랜지부(53)가 단열케이스(206)내에 수용되고, 발열부(207)도 단열케이스(206)내에 수용되어 있다. 방열부(204)는 단열케이스(206)의 밖에 있다.

흡액부(202)의 전체가 균등하게 가열해 버리면, 흡액부(202)의 흡수측 단부(202b)로부터 액체가 기화되어 버린다. 이들 기포는 입체 장해로 되어 흡액부(202)의 액체의 침투를 저해시켜 버리고, 배출부(209)로부터 배출되는 기체의 배출량을 불안정하게 해 버린다.

흡액부(202)의 후방은 단열케이스(206)에 의해서 덮여 있지 않으므로, 단열케이스(206)로 덮여 있는 부분에 비해 비교적 신속하게 방열되기 쉬운 구조로 되어 있고, 또한 흡액부(202)의 열이 방열부(204)에 전파되어 방열부(204)의 표면으로부터 방출되므로, 흡액부(202)의 후방에서는 흡액부(202)내의 액체의 비등점에 이르는 일이 없다.

그리고, 발열부(207)는 흡액부(202)의 전방을 흡액부(202)에 침투된 액체의 비등점에 이르도록 가열하고 있다. 따라서, 흡액부(202)내에서 기화된 기체가 배출측 단부(202a)로부터 방출되면, 흡액부(202)의 모세관현상에 의해서 흡액부(202)의 후방에 충전된 액체가 흡액부(202)의 전방을 향해 자발적으로 이동하게 된다.

단열케이스(206)는 상면측의 상부케이스(61) 및 하면측의 하부케이스(62)가 조합되는 것에 의해, 단열케이스(206)의 내부에 수용 공간이 형성되어 있다. 상부케이스(61) 및 하부케이스(62)는 모두 산화티탄늄, 산화칼륨, 산화칼슘, 산화규소 등을 소결한 세라믹이나, PES(폴리에테르술폰산), 발포스티렌, 발포우레탄 등의 엔지니어링 플라스틱이나, 유리 등의 열전도부(205)보다 열전도율이 낮은 단열재로 이루어진다.

상부케이스(61)의 전면의 하부가장자리와 하부케이스(62)의 전면의 상부 가장자리에는 부채형상의 움푹패임부가 형성되고, 상부케이스(61)와 하부케이스(62)를 결합함으로써 이들 움푹패임부가 맞추어져 관통구멍(63)이 형성되어 있다. 배출부(209)가 이 관통구멍(63)에 끼워 넣어지고, 배출부(209)가 단열케이스(206)의 전면으로부터 돌출되어 있다. 또, 위치를 고정시키기 위해 열전도부(205)의 플랜지부(53)가 단열케이스(206)의 전면측의 내면에 접해 있지만, 단열성을 향상시키기 위해 플랜지부(53)와 단열케이스(9)의 전면측의 내면의 사이에 공간을 마련해도 좋다. 플랜지부(53)의 단열케이스(9)와의 대향면에 홈을 마련하면, 플랜지부(53)와 단열케이스(9)가 맞닿는 것에 의해서 위치맞춤이 가능한 동시에, 홈에 의해서 단열용의 열전도율이 낮은 간극을 형성하는 것이 가능하여 단열효과를 향상시킬 수 있다.

상부케이스(61)의 배면의 하부가장자리와 하부케이스(62)의 배면의 상부가장자리에는 각각 부채형상의 움푹패임부가 형성되고, 상부케이스(61)와 하부케이 스(62)를 결합함으로써 이들 움푹패임부가 맞추어져 관통구멍(64)이 형성되어 있다. 수축성튜브(203) 및 흡액부(202)가 이 관통구멍(64)에 끼워 넣어져 있다. 수축성튜브(203)와 관통구멍(64)의 벽면이 밀접하고, 관통구멍(64)의 벽면과 흡액부(202)의 외주면의 사이의 간극이 수축성튜브(203)에 의해서 밀봉되어 있다.

상부케이스(61)의 상면에는 배선 관통구멍(65∼67)이 관통하고, 배선 관통구멍(65∼67)으로부터 상부케이스(61)의 배면까지 연결된 홈(65a∼67a)이 상부케이스(61)의 상면에 형성되어 있다. 배선 관통구멍(65)에는 온도센서(208)의 배선(51)이 통과되고, 배선(51)이 접어 구부러져 홈(65a)내에 부설되어 있다. 마찬가지로, 배선 관통구멍(66, 67)에는 발열부(207)의 양단부의 배선(271), 배선(272)이 통과되고, 배선(271), 배선(272)이 접어 구부러져 홈(66a, 67a)내에 부설되어 있다.

온도센서(208)가 배선(51)을 통해서 콘트롤러(250)에 접속되고, 발열부(207)도 배선(271), 배선(272)을 통해서 콘트롤러(250)에 접속되어 있다. 온도센서(208)의 검지온도를 나타내는 신호가 콘트롤러(250)에 입력되고, 콘트롤러(250)가 온도센서(208)의 검지온도에 의거해서, 열전도부(205)나 흡액부(202)의 배출측 단부(202a)측의 온도가 원하는 온도로 되도록 발열부(207)를 제어한다. 구체적으로는 온도센서(208)의 검지온도가 상부임계값보다 높아진 경우에, 콘트롤러(250)가 발열부(207)에의 공급전력을 내리거나 또는 발열부(207)로의 공급전력을 오프로 하고, 온도센서(208)의 검지온도가 하부임계값(단, 하부임계값＜상부임계값)보다 낮아진 경우에, 콘트롤러(250)가 발열부(207)로의 공급전력을 올리거나 또는 발열부(207)에의 공급전력을 온으로 하고, 온도센서(208)의 검지온도가 하부임계값 이상, 상부 임계값 이하인 경우에는 콘트롤러(250)가 발열부(207)에의 공급전력을 유지한다.

다음에, 기화장치(201)의 동작 및 기화장치(201)를 이용한 기화방법에 대해서 설명한다.

발열부(207)에 전압이 인가되면, 발열부(207)가 발열하고, 단열케이스(206)내에 수용된 부재가 가열된다. 이 상태에서 펌프 등에 의해서 액체가 액체의 공급관을 겸하고 있는 방열부(204)내로 보내지면, 방열부(204)내의 액체가 흡액부(202)의 흡수측 단부(202b)로부터 흡액부(202)내에 흡수된다. 흡액부(202)에 흡수된 액체는 모세관현상에 의해 반대측의 배출측 단부(202a)를 향해 이동한다. 여기서, 발열체(7)의 내측의 부분에서는 가열온도가 발열체(7)로부터 멀어질수록 저감해 가기 때문에, 온도센서(208)의 검지온도가 하부임계값 이상이고 또한 상부임계값 이하인 상태에서는 흡액부(202)의 배출측 단부(202a)측에서는 액체의 비등점에 이르고 있지만, 흡수측 단부(202b)에서는 액체의 비등점 미만의 온도로 되도록 설정되어 있다. 이 때문에, 주로 흡액부(202)의 배출측 단부(202a)측내에서 액체가 기화된다. 그리고, 그 기체는 흡액부(202)의 배출측 단부(202a)로부터 배출부(209)의 배출구멍(55)을 통해 배출된다. 흡액부(202)의 배출측 단부(202a)에서는 액체가 기화되어 방출하면, 흡수측 단부(202b)측으로부터 액체가 모세관현상에 의해 계속해서 충전되어 액체의 기화가 계속적으로 실행된다.

또, 액체가 기화되어 있을 때에는 콘트롤러(250)가 온도센서(208)의 검지온도에 의거해서 발열부(207)를 피드백 제어하므로, 열전도부(205)나 흡액부(202)의 배출측 단부(202a)측의 온도를 순차 관리하고, 경시적으로 원하는 온도 범위로 유 지할 수 있다.

이상과 같이 본 실시형태에 따르면, 흡액부(202)의 배출측 단부, 열전도부(205) 및 플랜지부(53)와 발열부(207)가 단열케이스(206)내에 수용되어 있으므로, 열손실이 적고, 발열부(207)의 열에너지가 액체의 기화에 유효하게 이용된다. 또 가령, 흡액부(202)의 전방에서의 온도가 외적 요인으로 불안정하게 되어 흡액부(202)가 과열되어 버리면, 흡액부(202)내에서 과잉으로 기화가 촉진되어 돌비를 야기시키는 요인으로 되고 있었지만, 본 실시형태에서는 흡액부(202)의 전방이 단열케이스(206)에 의해서 축열되기 때문에 보온성이 높고 기화장치(201)의 밖의 온도 등의 환경에 의한 영향이 작으므로, 안정된 액체의 기화를 위한 온도제어를 용이하게 할 수 있어 과열을 억제하기 쉬운 구조가 되고 있다.

한편, 흡액부(202)의 흡수측 단부가 단열케이스(206)의 밖에 있으므로, 흡액부(202)의 흡수측 단부(202b)로부터 배출측 단부(202a)에 걸쳐 온도구배가 생기고, 흡액부(202)의 흡수측 단부(202b)의 온도가 배출측 단부(202a)의 온도보다 낮아진다. 특히, 흡액부(202)의 흡수측 단부가 고열전도성의 방열부(204)에 접하고, 그 방열부(204)가 단열케이스(206)의 외측에 있으므로, 흡액부(202)의 흡수측 단부의 열이 방열부(204)로부터 자연 방열되기 쉽다.

가령 과열 등의 요인에 의해 흡액부(202)내에서 과잉으로 생긴 기체의 일부가 배출측 단부(202a)로부터 다 방출하지 않고 흡수측 단부(202b)면으로부터 방열부(204)내로 토출되면, 흡액부(202)의 모관력이나 흡액부(202)로 액체를 송출하는 펌프의 구동에 의해서 기포로서 흡수측 단부(202b)의 적어도 일부를 덮도록 국재화 해 버리고, 이 기포가 입체장해로 되어 흡액부(202)의 흡수측 단부(202b)에서의 액체의 받아들임면적(접촉면적)의 감소를 초래한다. 이 때문에, 흡액부(202)의 액체의 침투량이 적어도 일시적으로 감소해서 불안정하게 되어 버린다. 이 때, 흡액부(202)내의 액량이 적어져 버려, 과열된 상태로 된다. 그 직후, 기포가 재차 흡수측 단부(202b)면으로부터 흡액부(202)내에 들어간다. 기포가 흡액부(202)내를 흐르면, 기포는 기체이기 때문에 액체에 비해 점도가 낮기 때문에 일시적으로 유속이 상승으로 되는 동시에 단숨에 유입된 액체가 흡액부(202)에서 돌비한다.

그러나, 본 실시형태에서는 흡액부(202)의 후방은 전방보다 저온인 것을 유지할 수 있도록 방열부(204)가 열을 효율적으로 방출하므로 잘 과열되지 않기 때문에 기화량은 전방에 비해 현저하게 작아, 흡액부(202)내에서 발생한 기체가 역류해서 흡수측 단부(202b)로부터 방열부(204)측을 향해 기체가 방출되는 일이 거의 없다. 이 때문에, 흡액부(202)의 후방이 과열되는 것을 억제할 수 있으므로, 흡액부(202)에서의 액체의 침투량을 안정시킬 수 있고, 더 나아가서는 배출부(209)로부터의 기체의 배출량을 안정시킬 수 있다. 또한, 충분한 양의 액체가 흡액부(202)내에 계속해서 공급되면, 가령 미량의 기포가 흡수측 단부(202b)에 생겨도, 더욱 저온의 액체나 방열부(204)에 의해서 냉각되어 액화되므로 입체장해를 신속하게 해소할 수 있고, 돌비에 의한 유량 변화를 작게 할 수 있다.

또, 방열부(204)에 의해서 효과적으로 방열할 수 있으므로, 기체의 역류를 억제하기 위해 흡액부(202)의 긴쪽방향의 길이를 길게 해서 방열면적을 증대시킬 필요가 없으므로, 기화장치(201)의 소형화를 도모할 수 있다.

또, 플랜지부(53)에 온도센서(208)가 매립되어 있으므로, 흡액부(202)의 배출측 단면의 근방의 온도를 정확하게 측정할 수 있다. 또, 정확한 검지온도에 따라서 콘트롤러(250)에 의한 온도제어가 실행되므로, 흡액부(202)의 배출측 단면의 근방의 온도를 하부임계값과 상부임계값의 사이에서 일정하게 유지할 수 있고, 안정된 기화를 실행할 수 있다. 또, 단열케이스(206)를 상부케이스(61)와 하부케이스(62)의 상하 분할 구조로 했기 때문에, 육안관찰에 의한 작업이 가능해지는 동시에, 기화장치(201)의 조립 작업성이 향상된다.

또, 수축성튜브(203)가 가열되면 수축하기 때문에, 흡액부(202)의 외주면과 수축성튜브(203)의 내주면의 밀접성이 향상한다. 그 때문에, 흡액부(202)의 외주면으로부터 기체가 돌출되지 않는다.

본 발명에서는 흡액부의 배출측 단부측과 흡수측 단부측에서 온도구배를 갖게 하는 것에 의해서 액체의 돌비를 억제할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 주지를 이탈하지 않은 범위에 있어서 각종의 개량 및 설계의 변경을 해도 좋다.

예를 들면, 팬 등에 의해서 방열부(204)의 주위에 강제 대류를 일으킴으로써 방열부(204)를 공랭하고, 흡액부(202)의 흡수측 단부의 열을 방열부(204)로부터 더욱 방열하도록 해도 좋다. 또, 방열부(204)를 수랭해도 좋다. 자연방랭, 공랭, 수랭의 어느 쪽의 경우에 있어서도 방열부(204)의 외면에 오목볼록을 마련하거나, 핀을 볼록하게 마련하는 것에 의해서 방열부(204)의 표면적을 늘리고, 방열부(204)의 방열효율을 향상시켜도 좋다.

또, 발열부(207)를 가열코일 대신에 세라믹히터이어도 좋으며, 가열코일과 세라믹히터를 병용해도 좋다.

또, 흡액부(202)의 외주면에 피막 등을 실시하는 것에 의해서 흡액부(202)의 외주면으로부터 액체나 기체가 스며들지 않도록 하면, 수축성튜브(203)가 없어도 좋다. 또, 수축성튜브(203)로서 고무탄성 튜브와 열수축성 튜브의 이중 튜브에 흡액부(202)를 삽입해도 좋다.

또, 도 15에 나타낸 변형예의 기화장치(201A)와 같이, 온도센서(208)를 설치하지 않아도 좋다. 기화장치(201A)에 온도센서(208)를 마련하고 있지 않으므로, 플랜지부(53)에는 삽입구멍(54)을 형성하지 않고, 상부케이스(61)에는 배선 관통구멍(65) 및 홈(65a)을 형성하지 않아도 좋다. 도 15에 나타낸 기화장치(201A)는 온도센서(208), 삽입구멍(54), 배선 관통구멍(65)이 없는 것을 제외하고, 도 12의 기화장치(201)와 마찬가지로 설치되어 있으므로, 기화장치(201A)에 대해서는 기화장치(201)에 대응하는 부분에 동일한 부호를 붙인다. 이러한 구조의 기화장치(201A)에서는 발열부(207)를 온도에 의해서 저항 특성이 변화하는 발열 저항체로서 온도 센서를 겸하도록 해도 좋다. 발열 저항체는 온도 변위에 대한 저항율의 변위가 충분히 크고, 산화 등의 열화나 부식에 강한 점에서 금(Au)이나 금을 포함하는 합금이 바람직하며, 금을 포함하는 발열저항체와 그 밖의 도전막의 적층구조이어도 좋다. 열전도부(205)가 도전성인 경우, 열전도부(205)상에 절연막을 피복하고, 이 절연막상에 발열 저항체층을 피막하면 좋다. 특히 발열 저항체층이 금을 포함하면, 절연막과의 밀착성을 개선하기 위한 티탄늄(Ti)이나 탄탈륨(Ta) 등의 하지층, 금이 열확산을 억제하기 위한 텅스텐(W) 등의 고융점금속으로 이루어지는 열확산 방지층을 절연막과 발열 저항체층의 사이에, 이 순서대로 적층해도 좋다.

도 16은 기화장치(201)(또는 기화장치(201A))를 카트리지(301), 개질기(303), 일산화탄소 제거기(304), 연료전지(105) 및 연소기(306)와 함께 나타낸 블록도이다.

방열부(204)에는 펌프(302)가 접속되고, 또한 이 펌프(302)가 카트리지(301)에 접속되어 있다. 이 카트리지(301)에는 액체연료(예를 들면, 메탄올, 에탄올, 디메틸에테르)와 물이 혼합된 상태 또는 개별적으로 저장되고, 펌프(302)에 의해서 액체연료와 물의 혼합액이 방열부(204)로 보내진다. 펌프(302)로서 시린지펌프, 전기침투류 펌프(Electro-Osmotic Pump)를 이용해도 좋다. 배출부(209)에는 개질기(303)가 접속되고, 기화장치(201)로부터 배출된 연료와 물의 혼합기가 개질기(303)에 공급된다.

개질기(303)는 기화장치(201)로부터 공급된 연료와 물의 혼합기를 촉매반응시켜, 수소가스 등을 생성하는 것이다. 또, 개질기(303)에서는 미량의 일산화탄소도 생성된다. 또한, 카트리지(301)에 저장된 액체연료가 메탄올인 경우, 개질기(303)에서는 다음식 [1], [2]에 나타내는 바와 같은 반응이 일어난다.

CH₃OH＋H₂O→3H₂＋CO₂…[1]

2CH₃OH＋H₂O→5H₂＋CO＋CO₂…[2]

개질기(303)에서 생성된 생성물의 혼합기가 일산화탄소 제거기(304)에 공급 되고, 또한 에어펌프에 의해서 공기가 일산화탄소 제거기(304)에 공급된다. 일산화탄소 제거기(304)에서는 혼합기중의 일산화탄소가 촉매에 의해서 선택되어, 일산화탄소가 우선적으로 산화되고, 수소는 산화되지 않는다.

연료전지(105)는 촉매 미립자를 담지한 연료극(305a)과, 촉매 미립자를 담지한 공기극(305b)과, 연료극(305a)과 공기극(305b)의 사이에 개재된 전해질막(305c)을 구비한다. 연료극(305a)에는 일산화탄소 제거기(304)로부터 혼합기가 공급되고, 공기극(305b)에는 공기가 에어펌프에 의해서 공급된다. 연료극(305a)과 공기극(305b) 중의 한쪽의 전극에서 이온이 생성되고, 이온이 전해질막(305c)을 투과하고, 다른쪽의 전극에서 물이 생성되고, 이것에 의해 연료극(305a)과 공기극(305b)의 사이에서 전력이 생긴다. 또한, 전해질막(305c)이 수소 이온 투과성의 전해질막(예를 들면, 고체 고분자 전해질막)인 경우에는 연료극(305a)에서는 다음 식 [3]과 같은 반응이 일어나고, 공기극(305b)에서는 다음 식 [4]와 같은 반응이 일어난다.

H₂→2H⁺+2e^-…[3]

2H⁺+1/2O₂＋2e^--→H₂O…[4]

연료극(305a)에서 반응하지 않았던 잉여의 수소가스 등을 포함하는 오프가스가 연소기(306)에 공급되고, 에어펌프에 의해서 공기가 연소기(306)에 공급된다. 연소기(306)에 있어서는 공기중의 산소와 미반응의 수소가 촉매에 의해 반응하며, 연소열이 발생한다. 연소열은 개질기(303) 및 일산화탄소 제거기(304)의 반응에 이용된다.

<실시예 2>

이하, 실시예와 비교예를 드는 것에 의해서, 본 발명에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.

실시예에서는 도 12∼도 14에 나타내는 바와 같은 기화장치(201)를 이용하였다. 여기서, 흡액부(202), 방열부(204), 열전도부(205)(배출부(209) 및 플랜지부(53)와 일체 성형), 단열케이스(206)의 조건은 이하와 같이 하였다.

(a) 흡액부(202)： 탄화규소, 직경 1.5㎜, 길이 10㎜

(b) 방열부(204)： 알루미늄(A1080), 내경 1.5㎜, 외경 2.5㎜, 길이 15㎜

(c) 열전도부(205)： 놋쇠, 흡액부(202)의 긴쪽방향에 있어서의 발열부(207)와의 중첩되어 있는 부분의 길이 2㎜, 내경 1.5㎜, 외경 2.5㎜

(d) 단열케이스(206)： PEEK(폴리 에테르 에테르 케톤), 하부의 직경 7㎜

비교예에서는 기화장치(201)의 방열부(204)를 저열전도율의 실리콘튜브 등의 탄성튜브관재에 대신하였다. 그 밖의 조건은 실시예와 동일하다.

실시예 및 비교예의 어느 쪽에 있어서도, 60wt%의 메탄올 수용액을 전기침투류 펌프에 의해서 유량계를 통해 방열부(204)(비교예의 경우에는 저열전도율 재료 관재)에 송액하고, 유량계에 의해 메탄올 수용액의 유량을 유량계로 측정하는 동시에, 흡액부(202)의 흡수측 단부(202b) 근방의 온도를 K형 시스(sheath) 열전대로 측정하였다. 여기서, 실시예 및 비교예는 발열부(207)에 의해 가열한 상태를 유지 하면서, 메탄올 수용액을 공급하였다. 도 17에서는 측정유량이 현저하게 증대하기 직전에 유량이 떨어지고, 온도가 상승하고 있는 것을 알 수 있다. 이것은 흡수측 단부(202b)측에 기포가 생겨 버려, 입체장해로 되어 흡액부(202)에의 흐름이 정체하고 일시적으로 흡액부(202)가 과열되어 버리는 것이 요인으로 되어 있다. 그 직후, 이 기포가 흡액부(202)에 들어가면, 기포의 점도의 낮음으로부터 일시적으로 유량 상승이 일어나 흡액부(202)내에 대량으로 흘러들어간 액체가 기화하여 돌비하고 있는 것을 나타내고 있다.

비교예의 결과를 도 17에 나타내고, 실시예의 결과를 도 18에 나타낸다. 도 17, 도 18로부터 명확한 바와 같이, 흡액부(202)의 흡수측 단면 근방의 온도는 비교예보다 실시예쪽이 낮게 억제되어 있다.

이 때문에, 비교예에서는 공급하는 액체에 큰 맥동(유량변화로 30μl/min 정도)이 일어나기 쉽고, 공급하는 액체의 유량의 피크가 약 400초인 동안에 3회 정도 발생하고 있었다.

그것에 대해, 실시예에서는 온도의 현저한 상승이 보이지 않고, 공급하는 액체에 맥동이 잘 일어나지 않으며, 공급하는 액체의 유량의 피크가 약 780초인 동안에 1회밖에 발생하지 않고, 돌비의 간격(유량 변화로 15μl/min 미만), 유량의 변화가 억제되어 있다. 이와 같이, 비교예와 같은 기포에 의한 일시적인 유량의 저하가 거의 없기 때문에, 그 직후에 흡액부(202)내에 갑자기 액체가 흘러들어가 돌비하는 것이 억제되어 있다. 이와 같이, 실시예는 비교예보다, 기화장치(201)에 공급되는 액체의 흐름이나 기화장치(201)로부터 배출되는 기체의 흐름이 안정되어 있는 것을 알 수 있었다.

본 발명에 따르면, 안정하게 기화할 수 있다.

Claims (26)

1. 제 1 액체를 흡수하는 제 1 흡액부와,

   제 2 액체를 흡수하는 제 2 흡액부와,

   상기 제 1 흡액부 및 상기 제 2 흡액부를 가열하고 상기 제 1 액체 및 상기 제 2 액체를 기화하는 발열체를 구비하며,

   상기 제 1 흡액부는 상기 제 2 흡액부의 주위에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기화장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 흡액부와 상기 제 2 흡액부의 사이를 간막이하는 간막이부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기화장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 흡액부 및 상기 제 2 흡액부는 동심으로 되도록 반경방향으로 적층되고, 상기 제 1 흡액부와 상기 제 2 흡액부의 사이에 간막이부가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 기화장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 발열체는 상기 제 1 흡액부의 외주에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기화장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 발열체는 상기 제 1 흡액부의 일단부측에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기화장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 흡액부의 일단부 및 상기 제 2 흡액부의 일단부가 연통하는 공간이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기화장치.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 제 1 액체는 상기 제 2 액체보다 비등점이 높은 것을 특징으로 하는 기화장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 발열체는 상기 제 1 흡액부의 일단부를 상기 제 1 액체의 비등점 이상으로 가열하는 동시에 상기 제 1 흡액부의 타단부를 상기 제 1 액체의 비등점 미만으로 설정하고, 상기 제 2 흡액부의 일단부를 상기 제 2 액체의 비등점 이상으로 가열하는 동시에 상기 제 2 흡액부의 타단부를 상기 제 2 액체의 비등점 미만으로 설정하는 것을 특징으로 하는 기화장치.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1 흡액부의 일단부를 덮는 배출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기화장치.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 발열체는 상기 제 1 흡액부를 통해서 상기 제 2 흡액부를 가열하는 것을 특징으로 하는 기화장치.
12. 특허청구범위 제 1 항에 기재된 기화장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지.
13. 제 1 액체를 흡수하고, 제 1 액체를 기화하는 제 1 흡액부와,

    제 2 액체를 흡수하고, 제 2 액체를 기화하는 제 2 흡액부와,

    상기 제 1 흡액부측 및 상기 제 2 흡액부측 중, 제 1 흡액부측에 설치되어 있는 발열체를 구비하는 것을 특징으로 하는 기화장치.
14. 복수의 흡액부의 사이에 간막이재를 개재시키고, 각 흡액부의 일단부에 서로 다른 액체를 흡수시키며, 각 흡액부에 흡수한 액체를 타단부에 침투시키고, 각 흡액부의 타단부를 가열해서 각 액체를 기화하는 것을 특징으로 하는 액체의 기화방법.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 복수의 흡액부를 동심으로 되도록 반경방향으로 적층하는 동시에, 상기 복수의 흡액부의 사이에 간막이재를 개재시키고, 가장 외측에 있는 흡액부의 단부의 외주에 히터를 설치한 것을 특징으로 하는 기화방법.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 복수의 흡액부가 외측에 있을수록 비등점이 높은 액체를 흡수시키는 것을 특징으로 하는 기화방법.
17. 제 14 항에 있어서,

    상기 복수의 흡액부를 두께 방향으로 차례로 적층하는 동시에 상기 복수의 흡액부의 사이에 간막이재를 개재시키고, 가장 하층에 있는 흡액부의 단부의 하층에 또는 가장 상층에 있는 흡액부의 단부의 상층에 히터를 설치한 것을 특징으로 하는 기화방법.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 복수의 흡액부가 상기 히터에 가까워짐에 따라 비등점이 높은 액체를 흡수시키는 것을 특징으로 하는 기화방법.
19. 단열케이스와,

    액체를 흡수하는 흡수측 단부측이 상기 단열케이스 외부에 배치되고, 상기 흡수측 단부에서 흡수된 액체를 기화하고 배출하는 배출측 단부측이 상기 단열케이스내에 수용된 흡액부와,

    상기 흡액부의 상기 배출측 단부측을 가열하는 히터를 갖는 것을 특징으로 하는 기화장치.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 히터와 상기 흡액부의 사이에 상기 히터의 열을 상기 흡액부에 전도하는 열전도부를 추가로 구비하고,

    상기 단열케이스는 상기 열전도부보다 열전도율이 낮은 것을 특징으로 하는 기화장치.
21. 제 19 항에 있어서,

    상기 단열케이스와 이간해서 상기 흡수측 단부측에 접하도록 배치되고, 상기 흡액부보다 열전도율이 높은 방열부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 기화장치.
22. 흡수측 단부로부터 액체를 흡수하고, 흡수한 액체를 배출측 단부로 침투시키는 흡액부와,

    상기 흡액부의 상기 배출측 단부측을 가열하는 히터와,

    상기 흡수측 단부측에 접하도록 배치되고, 상기 흡액부보다 열전도율이 높은 방열부를 갖는 것을 특징으로 하는 기화장치.
23. 제 22 항에 있어서,

    상기 히터와 상기 흡액부의 사이에 상기 히터의 열을 상기 흡액부에 전도하는 열전도부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 기화장치.
24. 제 22 항에 있어서,

    상기 방열부와 이간해서 상기 흡액부의 상기 배출측 단부측을 수용하는 단열케이스를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 기화장치.
25. 제 1 액체를 흡수하는 제 1 흡액부와,

    제 2 액체를 흡수하는 제 2 흡액부와,

    상기 제 1 흡액부 및 상기 제 2 흡액부를 가열하고 상기 제 1 액체 및 상기 제 2 액체를 기화시키는 발열체를 구비하며,

    상기 발열체는 하나인 것을 특징으로 하는 기화장치.
26. 제 1 항에 있어서,

    상기 발열체는 하나인 것을 특징으로 하는 기화장치.

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