生成水除去裝置的製作方法

2023-06-10 17:13:36 2

專利名稱：生成水除去裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種生成水除去裝置，特別是涉及能夠迅速且可靠地除去由可攜帶的 小型設備生成的生成水的生成水除去裝置。
背景技術：
以前，燃料電池由於能量轉換效率高且進行發電反應時不產生有害物質，因此作 為各種電氣設備的能源而受到關注。構成燃料電池的單體電池在電解質層的兩側配置氧化劑極和燃料極以構成膜電 極組件(MEA)。進而，在單體電池中配置有覆蓋構成膜電極組件的氧化劑極表面的氧化劑極側導 電板，該氧化劑極側導電板設有多個空氣供給凹槽，而且在氧化劑極側導電板的外側配置 有氣體分離器。另外，還配置有覆蓋構成膜電極組件的燃料極表面的燃料極側導電板，該燃 料極側導電板設有多個燃料氣體供給凹槽。在具有上述結構的燃料電池中，通過向氧化劑極側導電板的空氣供給凹槽送入空 氣，並且向燃料極側導電板的燃料氣體供給凹槽送入燃料氣體來進行發電。但是，近年來正在進行在小型電子設備上安裝作為電源的燃料電池的研究。例如， 可實現薄型化的直接甲醇燃料電池(DMFC)最受關注。在DMFC中，通過向氧化劑極供給空 氣、氧氣等氧化性氣體，向燃料極以氣體或液體狀態供給甲醇等燃料來進行發電。但是，為了在小型電子設備上安裝燃料電池，在向氧化劑極供給作為氧化劑的空 氣(氧氣)時，需要使供給作為氧化劑的空氣(氧氣)的氣體供給裝置小型化。以前，作為小型的氣體供給裝置，公開有通過振動燃料電池來供給氣體的裝置 (例如，參照專利文獻1和專利文獻2)。在專利文獻1中公開了使用由振動體形成的多個 腔噴出氣體的氣體噴出裝置，在專利文獻2中公開了具有對氧化劑極、燃料極、分離器等施 加振動的施振機構的燃料電池。專利文獻1 (日本)特開2OO5-MM96號公報專利文獻2 (日本)特開2002-203585號公報但是，燃料電池在發電過程中生成水，若生成的水(生成水)未順利地排出到外 部，則阻礙振動體的振動，或者直接阻礙氧化劑的供給，進而不能有效地進行發電。

發明內容
於是，本發明的目的在於提供能夠從設備的排出生成水的生成水排出面迅速且可 靠地除去生成水的生成水除去裝置。為了解決上述課題，本發明第一實施方式的生成水除去裝置，其特徵在於，包括 具有排出生成水的排出面的設備和隔著規定的間隙與所述設備的排出面相對配置的振動 板，所述振動板具有突出地設置在所述間隙內的多個突起，通過使所述振動板振動，將所述 生成水霧化或氣化而將其向所述間隙外除去。
根據上述結構，通過使振動板振動，設置在振動板的多個突起將所述生成水霧化或氣化而將其向所述間隙外除去。因此，能夠可靠且迅速地除去生成水。本發明的第二實施方式在第一實施方式的基礎上，其特徵在於，所述多個突起相 對於所述振動板沿著同一方向傾斜地突出設置。根據上述結構，能夠降低一個突起放射的聲束被其他突起遮擋的可能性，由此產 生聲流，並藉助聲流可靠地除去生成水。本發明的第三實施方式在第二實施方式的基礎上，其特徵在於，所述突起相對於 所述生成水的輸送方向，其前端部朝向上遊側。根據上述結構，能夠沿著生成水的輸送方向產生聲流，從而能夠可靠地輸送生成 水並將其除去。本發明的第四實施方式在第一實施方式至第三實施方式中的任一實施方式的基 礎上，其特徵在於，所述排出面設有吸入氧化劑且排出所述生成水的孔，並構成作為所述設 備的燃料電池的一部分；所述突起或者所述突起的前端部設置在避開所述孔的位置上。根據上述結構，突起或者突起的前端部不會對氧化劑的吸入以及生成水的除去產 生物理性阻礙，能夠維持燃料電池的高發電效率。本發明的第五實施方式在第一實施方式至第四實施方式中的任一實施方式的基 礎上，其特徵在於，所述突起的表面由親水性材料形成。根據上述結構，突起容易捕獲生成水，並且能夠可靠地將生成水霧化或氣化而將 其向間隙外除去。本發明的第六實施方式在第一實施方式至第五實施方式中的任一實施方式的基 礎上，其特徵在於，所述排出面的表面由疏水性材料形成。根據上述結構，通過使振動板振動，設置在振動板的多個突起在將生成水霧化或 氣化時，能夠容易地使生成水自排出面分離並將其除去。根據本發明，能夠從設備的排出生成水的生成水排出面迅速且可靠地除去生成 水，能夠促進設備的生成生成水的反應或者處理。


圖1是第一實施方式的生成水除去裝置的原理說明圖；圖2是具有第一實施方式的生成水除去裝置的可攜式燃料電池單元的概要結構 圖；圖3是燃料電池的概要結構說明圖；圖4是用於說明壓電元件的頻率變動的圖(之一)；圖5是用於說明壓電元件的頻率變動的圖(之二)；圖6是第一實施方式的燃料電池單元的功能框圖；圖7 (a)、(b)是燃料電池的控制處理流程圖；圖8是用於說明壓電元件的頻率變動的圖(之三)；圖9是安裝了具有本發明的生成水除去裝置的燃料電池的摺疊式便攜電話終端 的說明 圖10是在便攜電話終端上安裝有燃料電池時的說明圖；圖11是裝入在殼體內的燃料電池單元的說明圖；圖12是在另一個便攜電話終端上安裝有燃料電池時的說明圖；圖13是在其他便攜電話終端上安裝有燃料電池時的說明圖；圖14是第二實施方式的原理說明圖；圖15(a)、(b)是聲束的傳遞狀態的說明圖；圖16(a)、(b)是聲壓分布的說明圖。附圖標記說明10生成水除去裝置11排出面12 設備13 間隙14振動板15 突起16生成水20燃料電池單元20A燃料電池26 間隙21,21k 突起28振動板29壓電元件B 聲束
具體實施例方式下面，參照

本發明的實施方式。[1]第一實施方式圖1是第一實施方式的生成水除去裝置的原理說明圖。生成水除去裝置10具有排出生成水的排出面11的設備12和隔著規定的間隙13 與排出面11相對配置的振動板14，該振動板14具有突出地設置在間隙13內的多個突起 15。另外，通過使振動板14振動，生成水16自突起15或者振動板14接收振動能量而 被霧化或氣化。其結果是，生成水不會積存在間隙13內而迅速地向間隙13外被除去。圖2是具有第一實施方式的生成水除去裝置的可攜式燃料電池單元的概要結構 圖。燃料電池單元20大致具有燃料電池20A、平板狀振動板28及使振動板28振動的 壓電元件29，該振動板28隔著規定的間隙26與構成燃料電池20A且作為排出生成水的排 出面發揮作用的氧化劑極22相對配置，用以產生聲波，並且該振動板28在間隙26內突出 地設有多個突起27。
突起27可以通過對振動板28進行切割加工而立起(切D起二L·加工)來形成， 或者通過埋入或粘結而形成，但是，由於通過切割加工而立起來形成突起時結構簡單，因此 突起27優選通過切割加工而立起來形成。圖3是燃料電池的概要結構說明圖。燃料電池20A具有在電解質層21的兩側分別設置氧化劑極22和燃料極23而構 成的膜電極組件24。在此，氧化劑極22作為氧化劑極電極發揮作用，燃料極23作為陽極電 極發揮作用。向氧化劑極22供給含有作為氧化劑的氧氣的空氣。向燃料極23通過毛細管現象供給甲醇水溶液或者純甲醇(以下記載為「甲醇燃 料，，)。其結果是，燃料電池20A通過甲醇燃料中的甲醇與空氣中的氧氣的電化學反應進 行發電。氧化劑極22具有氧化劑極催化劑層22A和氧化劑極基體22B。氧化劑極催化劑 層22A與電解質層21接合。氧化劑極基體22B由具有透氣性的材料構成。通過氧化劑極 基體22B的空氣供給到氧化劑極催化劑層22k。在氧化劑極22側的電解質層21的周緣部設有氧化劑極側墊圈31，隔著氧化劑極 側墊圈31設有氧化劑極側外殼32。在氧化劑極側外殼32上設有孔33，該孔33吸入含有 作為氧化劑的氧氣的空氣，並且排出通過反應而生成的生成水。另外，突起27以其前端部 不與該孔33相對的方式形成。這是為了使突起27在物理方面不妨礙氧化劑的吸入以及生 成水的除去。另外，從孔33流入的空氣流入到由氧化劑極22、氧化劑極側墊圈31和氧化劑極 側外殼32形成的空氣室34，併到達氧化劑極基體22B。另外，氧化劑極側外殼32優選具有 疏水性。作為構成氧化劑極側外殼32的材料，例舉不鏽鋼系金屬、鈦系合金等金屬材料， 或者丙烯酸樹脂、環氧樹脂、玻璃環氧樹脂、矽樹脂、纖維素、尼龍(註冊商標)、聚醯胺醯 亞胺、聚烯丙基醯胺、聚烯丙基醚酮、聚醯亞胺、聚氨酯、聚醚醯亞胺、聚醚醚酮、聚醚酮醚酮 酮、聚醚酮酮、聚醚碸、聚乙烯、聚乙二醇、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚氧乙烯、聚 碳酸酯、聚羥基乙酸、聚二甲基矽氧烷、聚苯乙烯、聚碸、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚苯 硫醚、聚鄰苯二甲醯胺、聚對苯二酸丁二醇酯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、硬質聚氯乙 烯等合成樹脂。接著說明燃料極側墊圈35。本實施方式的燃料極側墊圈35的整體由氣液分離過濾器形成。氣液分離過濾器 具有透過由燃料極23生成的氣體而阻斷甲醇燃料的氣液分離功能。作為具有氣液分離功 能的材料，例舉織布、無紡布、網眼布、毛氈或者具有開孔的海綿狀材料那樣的多孔質材 料。作為構成多孔質材料的組成物，例舉聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙 烯基醚共聚物(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)、聚 偏二氟乙烯(PVDF)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、乙烯-三氟氯乙烯共聚物(E/CTFE)、聚氟乙烯 (PVF)、全氟環狀共聚物(〃一 7 π α環狀重合體)等。氣液分離過濾器優選具有疏水性。在此，疏水性是指排斥液體燃料的性質，更詳細地講，是指根據蔡斯門圖(Zisman plot)計算出的臨界表面張力小於液體燃料的表面張力 的性質。燃料極23具有燃料極催化劑層23A和燃料極基體23B。燃料極催化劑層23A與 電解質層21接合。燃料極基體23B由多孔質材料構成。藉助毛細管現象通過燃料極基體 23B的甲醇燃料供給到燃料極催化劑層23A。燃料極基體23B優選具有親水性的導電性材 料。在此，親水性是指被液體燃料潤溼的性質，更詳細地講，是指根據蔡斯門圖計算出的臨 界表面張力大於液體燃料的表面張力的性質。例如，例舉碳紙、碳氈、碳布以及在這些材料 上塗覆親水性膜而形成的材料，還有在鈦系合金、不鏽鋼系合金的片材上通過蝕刻設置均 勻的微細孔並實施耐腐蝕導電性膜(例如，金、白金等貴金屬)而形成的材料等。 在燃料極23側的電介質層21的周緣部上設有燃料極側墊圈36。隔著燃料極側墊 圈36設有燃料極側外殼37，由燃料極23、燃料極側墊圈36和燃料極側外殼37形成貯存甲 醇燃料的燃料室38。在該燃料室38中設有墊片39。貯存在燃料室38的甲醇燃料直接供給到燃料極23。關於燃料極側墊圈36將在後 面詳細敘述。燃料極側外殼37優選具有耐甲醇性、耐酸性、機械剛性等特性。而且，燃料極側外 殼37優選具有親水性。另外，燃料極側外殼37具有燃料吸引部(未圖示)，該燃料吸引部 從設置在燃料電池20A外部的燃料箱(未圖示)等吸引甲醇燃料，向燃料室38內適當補充 甲醇燃料。作為構成燃料極側外殼37的材料，能夠採用在說明氧化劑極側外殼32時例舉的 材料。另外，通過墊片39保持燃料極23和燃料極側外殼37之間的距離。由於燃料極23 因墊片39而被電介質層21擠壓，因此燃料極23和電介質層21之間的接觸性提高。另外，設置在燃料室38內的墊片39優選具有耐甲醇性、耐酸性、機械剛性等特性。 而且，當墊片39具有分割燃料極23那樣的形狀時，由於優選能夠使生成氣體透過墊片39， 因此能夠採用多孔質材料。例如，作為墊片39，除了與上述的氣液分離過濾器相同的多孔質 材料以外，還可以例舉由聚乙烯、尼龍(註冊商標)、聚酯、人造纖維、棉、聚酯/人造纖維、 聚酯/丙烯酸樹脂、人造纖維/波萊克勒爾(々，一> )等形成的織布、無紡布、網眼 布、毛氈或者像具有開孔的海綿狀材料那樣的多孔質材料，或者氮化硼、氮化矽、碳化鉭、碳 化矽、海泡石、石絨、沸石、氧化矽、氧化鈦等無機固體。作為振動板28，優選採用輕量且楊氏模量高的材料，例如鋁。但是，若是金屬，則可以採用硬鋁、不鏽鋼、鈦；若是陶瓷，則可以採用氧化鋁、鈦酸 鋇、鐵素體、二氧化矽、氧化鋅、碳化矽、氮化矽；若是塑料，則可以採用含氟樹脂、聚苯硫醚 樹脂、聚醚碸樹脂、聚醯亞胺、聚縮醛、乙烯_乙烯醇共聚物樹脂(EVOH)。另外，從振動板28的表面到突起27的前端部的高度優選2. 0 3. Omm左右，振動 板28的厚度優選1.0mm以下。另外，作為壓電元件29，可以採用壓電係數大的材料，例如優選鋯鈦酸鉛(PZT)。 但是，也可以採用鉭酸鋰(LiTa3)、鈮酸鋰(LiNbO3)、焦硼酸鋰(Li2B4O7)等壓電陶瓷或水晶 (SiO2)。在此，供給到氧化劑極22的氣體(空氣或氧氣)通過振動板28的振動被輸送。另外，由氧化劑極22生成的水(生成水)接收由突出地設置在振動板28的多個突起27提供 的振動能量而被霧化或氣化並向間隙26外排出。在該情況下，突起27的前端與氧化劑極22之間的距離作為與氧化劑極22上的生 成水接觸的範圍，優選0. 1 1. 0mm。S卩，由於從振動板28的表面到突起27的前端部的高 度為2. 0 3. Omm左右，因此氧化劑極22與振動板28的平板部之間的距離優選為2. 1 4. Omm。在此，壓電元件29的振動頻率包括超聲波頻帶、可聽頻帶、低頻帶等所有頻帶。可 聽頻帶和低頻帶與超聲波頻帶相比具有能量損失小的優點。另外，超聲波頻帶和低頻帶與 可聽頻帶相比具有難以作為噪聲被使用者識別的優點。另外，突起27的表面和振動板28的氧化劑極22側表面具有親水性，氧化劑極22 的振動板28側表面具有疏水性。突起27的表面和振動板28的氧化劑極22側表面可以進行例如形成氧化鈦膜等 具有親水性的保護膜的表面處理。作為親水性的膜，不限於氧化鈦，可以是氮化矽、氧化鐵。另外，在氧化劑極22的表面可以進行例如形成PTFE(聚四氟乙烯)膜等具有疏水 性的保護膜的表面處理。作為疏水性的膜，不限於PTFE，可以是FEP(四氟乙烯-六氟丙烯 共聚物)、PFA (四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物)。這樣，從具有疏水性表面的氧化劑極22生成的生成水向具有親水性的突起27附 著、進而向振動板28附著。從氧化劑極22向突起27移動、進而向振動板28移動的生成水 由於表面張力難以向外部洩露。另外，通過利用超聲波使振動板28進而使突起27振動，附 著在突起27和振動板28的水被霧化或氣化成為霧(水滴)或水蒸氣，並沿著空氣的流向 排出到間隙26外。圖4是用於說明壓電元件的頻率變動的圖(之一)。圖5是用於說明壓電元件的頻率變動的圖(之二)。燃料電池20A可以具有控制振動板28的振動且產生包含突起27的振動板28的 共振頻率的控制電路。在這種情況下，如果生成水附著在突起27或者振動板28上，由于振動板28的共 振頻率發生變化，因此，如圖4所示，控制電路進行控制以跟隨生成水附著後的共振頻率。 例如，作為控制電路如果採用壓電元件29，由於輸入電流成為最大的頻率成為共振頻率，因 此，如圖5所示，求出輸入電流成為最大的極大值，作為共振頻率。在以上的說明中，作為使突起27和振動板28振動的裝置，採用了壓電元件29，但 是也可以取代壓電元件29而採用磁致伸縮元件。另外，壓電元件29、磁致伸縮元件優選通 過塗覆來進行防水。向間隙26外除去的生成水可以直接排出到大氣中，也可以通過設置水吸收劑，逐 漸地排出到大氣中。接著，說明本實施方式的燃料電池的控制方法。圖6是第一實施方式的燃料電池單元的功能框圖。在此，作為控制燃料電池20A的輔助裝置40，記載了微型計算機/升壓電路41、壓 電元件29，但是，也可以採用將這些輔助裝置40組裝在燃料電池20A內的結構。微型計算機/升壓電路41通過調整電壓、電壓頻率，向壓電元件29供給控制突起27和振動板28的振動模式、振動速度的控制信號。在這種情況下，微型計算機/升壓電路 41施加在壓電元件29的電壓波形為超聲波頻帶的正弦波、矩形波、三角波、鋸齒波等。 壓電元件29通過振動配置在燃料電池20A內的振動板28，進行氧氣供給，除去生 成水。因此，能夠提高燃料電池20A的發電效率。
在這種情況下，如圖6所示，向微型計算機/升壓電路41的電力供給，可以由燃料 電池20A進行，也可以由未圖示的外部電源進行。另外，可以由燃料電池20A將發電量信息告知微型計算機/升壓電路41。在此，如 果發電量多於目標量，微型計算機/升壓電路41通過降低施加在壓電元件29的電壓，減小 作為氧化劑供給的氧氣量，以降低發電量。另一方面，如果發電量少於目標量，微型計算機 /升壓電路41通過提高施加在壓電元件29的電壓，增加作為氧化劑供給的氧氣量，以增加 發電量。另外，微型計算機/升壓電路41可以通過改變壓電元件的振幅，來調整氧化劑極 22與突起27之間的距離，改變生成水的除去量、空氣供給量，調整發電效率，當存在多個突 起27和振動板28的共振頻率時，也可以通過調整頻率來改變振動模式，調整氧化劑供給 量、生成水蒸發量。為了降低電力消耗，僅在需要時進行間歇性驅動。圖7是燃料電池的控制處理流程圖。圖8是用於說明壓電元件的頻率變動的圖(之三)。接著，參照圖7和圖8說明壓電元件29控制振動板28的方法。以下所示的處理 由控制壓電元件29的微型計算機/升壓電路41來進行。首先，微型計算機/升壓電路41設定壓電元件29的頻率初始值(步驟S101)。例 如，作為壓電元件29的初始頻率(f)設定為60kHz。然後，微型計算機/升壓電路41測量設定在初始頻率(f)時的電流值，將該電 流值代入到電流值(Ii)和電流值(Iold)。電流值(Ii)表示每次更新的電流值，電流值 (Iold)表示前一次測量的電流值。另外，在最初的測量時，電流值(Ii)和電流值(Iold)保 存通過該測量得到的相同的值。在以下的說明中，將相比前一次檢測到的頻率而提高頻率的模式稱為UP(上升) 模式，將相比前一次檢測到的頻率而降低頻率的模式稱為D0WN(下降)模式。接著，微型計算機/升壓電路41將處理轉換到UP模式(步驟S103)接著，微型計算機/升壓電路41判斷電流值(Ii)是否在前一次電流值(Iold)以 上(步驟S104)。在步驟S104的判斷中，如果電流值(Ii)在前一次電流值(Iold)以上(步驟S104 ； 是)，則判斷現在的頻率(f)是否小於最大頻率(fmax)(步驟S105)。在此，如圖8所示，最 大頻率(fmax)是預先設定的值。在步驟S105的判斷中，如果現在的頻率(f)小於最大頻率(步驟S105 ；是)，則增 加頻率(步驟S107)，將本次的電流值(Ii)代入到前一次的電流值(Iold)中，並且將增加 後的電流值代入到電流值(Ii)(步驟S108)，返回到步驟S104的處理。在步驟S105的判斷中，如果現在的頻率(f)不小於最大頻率，微型計算機/升壓 電路41將處理轉換到圖7 (b)所示的DOWN模式處理(步驟S201)。接著，微型計算機/升壓電路41判斷電流值(Ii)是否大於前一次的電流值(Iold)(步驟 S202)。在步驟S202的判斷中，如果電流值(Ii)大於前一次的電流值(Iold)(步驟S202 ；是)，微型計算機/升壓電路41判斷現在的頻率(f)是否大於最小頻率(fmin)(步驟 S203)。在此，如圖8所示，最小頻率(fmin)是預先設定的值。在步驟S203的判斷中，如果現在的頻率(f)大於最小頻率(fmin)(步驟S203 ； 是)，微型計算機/升壓電路41降低頻率(步驟S205)。接著，微型計算機/升壓電路41將本次的電流值(Ii)代入到前一次的電流值 (Iold)，並且，將降低後的電流值代入到電流值(Ii)(步驟S205)，返回到步驟S202的處理。另一方面，如果現在的頻率(f)不大於最小頻率(fmin)(步驟S203 ；否)，微型計 算機/升壓電路41將處理轉換到UP模式(步驟5204)，即如圖7仏)所示，將處理轉換到步 驟S 103，之後進行同樣的處理。如以上說明所示，微型計算機/升壓電路41根據前一次檢測到的頻率和電流值， 轉換到UP模式或者DOWN模式，通過反覆進行這些處理，將壓電元件29的頻率設定在最佳值。其結果是，根據本實施方式的燃料電池單元20，能夠根據發電狀態、進而根據生成 水的生成狀態驅動具有多個突起27的振動板28，能夠通過間隙26內的空氣的擴散以及因 突起27和振動板的振動而產生的聲流，向間隙26外容易地除去因發電而生成的生成水。因 此，能夠有效地進行作為氧化劑的氧氣的供給，能夠提高燃料電池20A的發電效率。另外，由于振動板28的氧化劑極22側表面具有親水性，氧化劑極22的振動板28 側表面具有疏水性，因此，生成水容易從氧化劑極22側向振動板28的突起27側移動，生成 水與突起27或振動板28接觸的面積變大。其結果是，能夠容易地傳遞能量，並且更有效地 除去生成水。而且，與未設有突起27的情況相比，由於能夠確保氧化劑極22與振動板28之間 的大的間隙26，因此能夠增大作為氧化劑的氧氣的實際有效的供給路徑(供給流路)，能夠 降低壓力損失，從而可以提高發電效率。另外，當通過激振突起27或振動板28以共振電介質層21的內部時，能夠向流路 擴散附著在氧化劑極22表面的水，或者附著在燃料極23的表面膜表面的二氧化碳，從而能 夠進一步提高發電效率。以上說明了在燃料電池20A單體上設置本實施方式的生成水除去裝置而構成燃 料電池單元20的結構，但是，下面說明在各種電子設備上適用具有本實施方式的生成水除 去裝置的燃料電池的情況。圖9是安裝了具有本發明的生成水除去裝置的燃料電池的摺疊式便攜電話終端 的說明圖。便攜電話終端70通過鉸鏈機構73相互可開閉地連接顯示側框體71和操作側框 體72，在顯示側框體71的內表面配置有主顯示裝置71b，而在外表面配置有未圖示的副顯 示裝置。另外，為了檢測顯示側框體71與操作側框體72的開閉，在顯示側框體71的內表 面上設有突起71a，另一方面，在操作側框體72的內表面上設有由突起71a進行接通/斷開 的開閉檢測開關72a。圖10是在便攜電話終端上安裝有燃料電池時的說明圖。
在便攜電話終端70中，在顯示側框體71或操作側框體72的內部內置具有本發明 的生成水除去裝置的燃料電池，或者如圖10所示，在顯示側框體71的背面上安裝具有本發 明的生成水除去裝置的燃料電池單元20。燃料電池單元20配置在殼體76的內部，在該殼體76上形成有吸入空氣的吸入口 76a和排出空氣的排出口 76b。在該吸入口 76a和排出口 76b上設有未圖示的氣液分離過 濾器，以使在燃料電池單元20A生成的液體狀水不向殼體76外洩漏。圖11是裝入在殼體內的燃料電池單元的說明圖。如圖11所示，吸入口 76a和排出口 76b分別配置在殼體76的、與振動板28相對 的區域的外側。因此，從吸入口 76a吸入的含有作為氧化劑的氧氣的空氣，不會被振動板28 阻擋而流入到間隙26內，之後，不會被振動板28阻擋而從排出口 76b排出。其結果是，可 實現空氣的有效移動。另外，如果將排水部77與間隙26的終端部相對配置，由於在燃料電 池的氧化劑極側生成的水(不需要物)與空氣一同流向排水部77，因此，能夠從排水口 77b 有效地排出水。在此，排水部77的排水口 77b可以具有網眼結構。圖12是在另一個便攜電話終端上安裝有燃料電池時的說明圖。圖13是在其他便攜電話終端上安裝有燃料電池時的說明圖。如圖12和圖13所示，在將燃料電池單元20安裝在顯示側框體71背面的便攜電 話終端上，也可以在殼體76側面、上下端面開設吸入口 76a和排出口 76b。[2]第二實施方式在上述第一實施方式中，說明了通過因突起27和振動板28的振動而產生的空氣 的擴散和聲流，向間隙26外輸送生成水或含有氧化劑(氧氣)的氣體(空氣)的情況，但 是，實際上以空氣擴散為主。在第二實施方式中，說明如下的實施方式，即生成水或含有氧 化劑(氧氣)的氣體(空氣)主要通過在振動板與氧化劑極之間的間隙內產生的聲流而輸 送的情況。圖14是第二實施方式的原理說明圖。在圖14中與圖1的原理說明圖相同的部分 標註相同的附圖標記。在此說明聲流。聲流是根據聲場而形成的穩定流體的流動，在將振動板28與作為 反射板發揮作用的氧化劑極22表面相對配置，並對突起27和振動板28施加振動而產生超 聲波頻帶的駐波的情況下，突起27或振動板28與作為反射板發揮作用的氧化劑極22表面 之間產生氣柱共振，與之相伴，在突起27或振動板28與作為反射板發揮作用的氧化劑極22 表面之間產生渦流。當產生氣柱共振時，通過形成聲壓梯度，流路內的流體產生從聲壓高處 流向聲壓低處的流動。將該流動稱為聲流。通過這樣產生的聲流，在燃料電池20A中輸送 生成水或供給氧化劑(氧氣)的氣體(空氣)。這樣，從氧化劑極22排出且被霧化或氣化的生成水和被送入氧化劑極22的含有 氧化劑(氧氣)的氣體，通過產生在間隙26內的聲流而有效地輸送，由此能夠有效地除去 生成水，並且能夠有效地向氧化劑極22送入氧氣。在本實施方式中聲壓梯度如下形成。振動板28具有多個突起27A，該多個突起27A構成為，相對于振動板28沿著同一 方向傾斜規定角度θ (<90° )地突出設置，並且，突起27Α的前端部相對於生成水的輸送方向(用箭頭A表示)朝向上遊側。圖15是聲束的傳遞狀態的說明圖。其結果是，在突起27A和振動板28振動而產生的聲束中，如圖15(a)所示，被突起27A反射的聲束B的反射的比率，與圖15(b)所示的垂直地突出設置在間隙26內的突起27 的情況相比，反射的比率下降，從而在間隙26內能夠有效地形成聲壓梯度，能夠有效地產 生聲流，並使聲流有效地流向間隙26外。因此，能夠更加有效地除去生成水以及向氧化劑極22供給作為氧化劑的氧氣，從 而更有效地進行發電。[3]實施方式的變形例上述的各實施方式和應用例在所有方面只是舉例，並不限定於本實施方式。本發 明的範圍並非由上述的實施方式和構成例的說明來限定，而是通過權利要求保護的範圍來 限定，而且本發明的範圍包含與權利要求保護的範圍等效的情況以及該範圍內的所有變更。例如，在上述的燃料電池中，如果生成水積存在間隙26內，則該生成水成為在間 隙26內流動的空氣的流動阻力，導致不能確保充足的空氣供給量(氧化劑供給量)，從而使 燃料電池的發電效率下降。於是，燃料電池可以構成為，在檢測到水積存在間隙26內的時刻，將運轉狀態從 正常運轉切換到水除去運轉。在這種情況下，可以通過由配置在間隙26內的未圖示的聲壓傳感器以及輸入有 該聲壓傳感器的輸出的聲壓檢測電路檢測到的間隙26內的聲壓大小，來判斷水積存在間 隙26內的時刻。圖16是聲壓分布的說明圖。圖16(a)表示在水滴未附著於突起27和振動板28的狀態下聲壓沿間隙26的規 定方向分布的聲壓分布，圖16(b)表示在水滴附著於突起27或振動板28的狀態下聲壓沿 與規定方向相同的方向分布的聲壓分布。如圖16所示，由於水滴附著在突起27或振動板28，使得間隙26內的聲壓大幅度 下降。於是，當檢測到的聲壓低於規定的閾值時，在這一時刻能夠判斷為生成水積存在間隙 26內，因此，能夠構成為以最適合於除去生成水的頻率和電壓來驅動突起27和振動板28。其結果是，在生成水積存在間隙26內之前，以作為氧化劑的氧氣向氧化劑極22的 供給效率高的頻率和電壓來驅動突起27和振動板28，由此能夠提高發電效率，並且，當導 致發電效率下降的生成水積存時，通過提高生成水除去效率，能夠延長發電效率高的期間， 從而可以提高實際有效的發電效率。以上說明了直接檢測生成水積存的情況，但是，由於能夠大致推測直到生成水積 存的時間，因此，也可以構成為例如將以作為氧化劑的氧氣向氧化劑極22的供給效率高的 頻率和電壓來驅動突起27和振動板28的正常運轉(發電運轉)的期間設定為第一規定時 間(例如十分鐘)，然後，將以生成水除去效率高的頻率和電壓來驅動突起27和振動板28 的生成水除去運轉的期間設定為第二規定時間(例如十毫秒)，通過交替地切換正常運轉 和生成水除去運轉，以維持發電效率。另外，可以通過在間隙26內配置三個以上的聲壓傳感器，監視間隙26內的聲壓分布，以此來檢測水積存在間隙26內的時刻。 另外，如果在間隙26內逐漸積存生成水，由於間隙26內的共振頻率發生變化而導 致流入到用于振動突起27和振動板28的壓電元件29的電流下降，因此，也可以不採用聲 壓傳感器，通過檢測該電流的下降，從正常運轉控制轉換到生成水除去運轉控制。在這種情況下，隨著從正常運轉控制變更到生成水除去運轉控制，突起27和振動 板28的振動頻率也發生變化，振動的波節數和波腹數發生變化，在此過程中波節位置和波 腹位置移動，但是，即使在生成水除去運轉控制中，由於附著於突起27或振動板28的水滴 具有從波節位置向波腹位置移動的傾向，因此水集中在頻率變更後的振動中的波腹位置。於是，即使在生成水除去運轉控制中，通過變更頻率，將突起27和振動板28的各 位置變更為從波節到波腹、從波腹到波節，由此能夠有效地將生成水霧化或氣化並將其除 去。同樣，也可以通過將振動板28的振動頻率從縱向振動模式的共振頻率切換到橫 向振動模式的共振頻率，從正常運轉切換到生成水除去運轉。在以上的說明中，說明了將具有本發明的生成水除去裝置的燃料電池使用在便攜 電話終端的情況，但是並不限於此，也可以作為用於對可攜式電話機等充電的充電器、攝像 機等AV設備、便攜用遊戲機、汽車導航裝置、手持清掃機、業務用發電器、機器人等所有電 子設備的電源而使用。另外，通過使用這種生成水除去裝置，能夠將燃料電池做成平面模塊。而且，本發明的生成水除去裝置不限於應用在燃料電池中這種結構，也能夠應用 在除如上所述的所有電子設備的電源以外的用途，例如，也可以構成為沿著構成電子設備 的電子電路部的表面適用本發明的生成水除去裝置，通過輸送的氣體(空氣)、水來冷卻電 子電路部。
權利要求
一種生成水除去裝置，其特徵在於，包括具有排出生成水的排出面的設備和隔著規定的間隙與所述設備的排出面相對配置的振動板，所述振動板具有突出地設置在所述間隙內的多個突起，通過使所述振動板振動，將所述生成水霧化或氣化而將其向所述間隙外除去。
2.如權利要求1所述的生成水除去裝置，其特徵在於，所述多個突起相對於所述振動板沿著同一方向傾斜地突出設置。
3.如權利要求2所述的生成水除去裝置，其特徵在於， 所述突起相對於所述生成水的輸送方向，其前端部朝向上遊側。
4.如權利要求1 3中任一項所述的生成水除去裝置，其特徵在於，所述排出面設有吸入氧化劑且排出所述生成水的孔，並構成作為所述設備的燃料電池 的一部分；所述突起或者所述突起的前端部設置在避開所述孔的位置上。
5.如權利要求1 4中任一項所述的生成水除去裝置，其特徵在於， 所述突起的表面由親水性材料形成。
6.如權利要求5所述的生成水除去裝置，其特徵在於， 所述排出面的表面由疏水性材料形成。
全文摘要
本發明提供一種生成水除去裝置，從設備的排出生成水的生成水排出面迅速且可靠地除去生成水。該生成水除去裝置包括具有排出生成水的排出面(11)的設備(12)和隔著規定的間隙(13)與設備(12)的排出面(11)相對配置的振動板(14)，振動板(14)具有突出地設置在間隙(13)內的多個突起(15)；通過使振動板(14)振動，將生成水霧化或氣化而將其向間隙(13)外除去。
文檔編號H01M8/04GK101989662SQ201010144280
公開日2011年3月23日 申請日期2010年3月22日 優先權日2009年7月31日
發明者中村隆廣, 西川誠人 申請人:三洋電機株式會社