CN1930715A - 燃料电池系统、燃料电池系统驱动方法和发电用燃料容器 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池系统，其具有燃料电池(11)，所述燃料电池(11)用燃料容器(20)内的发电用燃料进行发电作业；水供给控制部分(15)，它在燃料电池(11)进行发电作业之前从燃料容器(20)提取出水，并将水供给燃料电池(11)。将燃料电池体中电解质膜的湿润状态在系统启动过程中(发电作业开始之时)适当保持并且促进了与发电作业相关的电化学反应。如此，提供了可以适当提取预定电能的燃料电池系统以及可用于该燃料电池系统的发电用燃料容器(20)。

Description

燃料电池系统、燃料电池系统驱动方法和发电用燃料容器
相关申请的交叉引用
本申请基于并且要求在2004年9月10日提交的在先日本专利申请2004-263318的优先权的益处，该申请的全部内容通过引用结合在此。
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统、燃料电池系统的驱动方法和发电用燃料容器。更具体地说，本发明涉及一种燃料重整供给型燃料电池系统，它使用从发电用燃料产生并顺利供给到这种燃料电池系统中的氢气进行发电。此外，本发明涉及一种发电用燃料容器，它具有相对于包含发电模块的燃料电池体的可拆卸结构。
背景技术
近年来，公众对于环境问题、能量问题和全球变暖的关心在增加。作为要成为下一代主流技术的供电系统(或发电系统)，向燃料电池的全面扩展研究和发展(R&D)已经进展迅速。由于燃料电池几乎不排放温室效应气体(截留热的气体)并且没有大气污染，因此对环境的影响(环境负荷)非常低。而且，相比于常规的发电系统，燃料电池(或使用燃料电池的供电系统)可以实现非常高的发电效率(能量转化效率)。
例如，对于使用这样一种燃料电池的供电系统在机动车辆中用作电动机驱动设备的驱动电源，以代替由于废气的排放等而对环境有很大的影响的汽油发动机和柴油发动机。另一个实例是例如在营业处所、住所等所使用的电源中用作低损耗发电设备，以代替来自公用事业公司的电厂的电源。因此，预期这些现代技术的实际应用和商业实现在未来的几年中将进一步扩大。
此外，这样的燃料电池系统在最近几年中已经被显著小型化，并且已经积极追求(pursed)其作为小型电子设备(便携式设备)的电源供给单元的新途径的实验，所述的小型电子设备例如笔记本式个人计算机(笔记本PC)、数字照相机、个人数字助理(PDA)、移动电话等。
此处，将简要地解释广泛已知的被称作固体聚合物电解质膜燃料电池的燃料电池的实例。通常，这种类型的燃料电池的发电作业包括使用固体聚合物电解质膜(PEM)(聚合物电解质燃料电池)作为电解质膜(离子交换膜)。在电化学反应中，氢离子和自由电子是由发电用燃料在阳极电极侧(负极，燃料电极)上产生的，并且这些氢离子渗透穿过电解质膜层。当与在阴极电极侧(正极；氧化剂电极)上的氧分子结合时，通过提取从阳极电极侧流向阴极电极侧的电子可以获得电能(电功率)。
对于供给燃料电池(阳极电极侧)的发电用燃料，优选直接供给氢气。然而，对于直接将这样的氢气供给到燃料电池的系统，由于氢气的生产、储存和供给的技术方面以及难于处理的安全方面和从经济观点考虑，实际应用只有在相对较大尺寸的系统比如在营业处所的发电装置、车辆驱动电源等的发电设备中才能获得。
另一方面，已经对应用于小型电子设备(便携式设备)等的燃料电池系统进行了研究。这些设备应用两种主要类型的液体烃基燃料：乙醇(衍生自谷物的醇)和甲醇(衍生自木材或纤维素的醇)。此外，这两种醇的获得和处理相对简单，而且制备它们所需要的制备成本经济。
而且，作为为在这种类型的燃料电池系统中使用液体烃基燃料而设计的发电用燃料供给系统，已知的有：将发电用燃料(甲醇等)供给到直接燃料电池体的阳极电极的燃料直接供给系统，以及将通过重整这种发电用燃料获得的氢气供给到阳极电极的燃料重整供给系统。
图7是表示使用燃料直接供给系统的常规现有技术的固体聚合物电解质膜类型燃料电池的概要结构图。图8是表示使用燃料重整供给系统的常规现有技术的固体聚合物电解质膜类型的燃料电池的概要结构图。此处，关于等价或相同的结构，采用相同的命名并进行解释。
首先，如图7的略图所示，燃料电池体110A具有阳极电极111、阴极电极112和电解质膜113。阳极电极由其表面上粘附(涂敷)有预定催化剂分子(例如，铂、铂-钌等)的碳电极构成。阴极电极由其表面上粘附有预定催化剂分子(例如，铂等)的碳电极构成。在阳极电极111和阴极电极112之间插入有电解质膜113(离子交换膜)的形状保持膜。
而且，在燃料直接供给系统比如图7所示的燃料电池体110A的结构中，将发电用燃料(例如，甲醇CH3OH)和水H2O直接供给到阳极电极111侧，并且在相反侧上，将环境大气(空气)中的氧O2供给到阴极电极112。
这种燃料直接供给系统所用的燃料电池的发电作业中涉及的总的电化学反应如在下面的化学反应方程(11)中所示。当将甲醇CH3OH直接供给阳极电极111时，在阳极电极111上的催化剂将气体转化，分离出带负电荷的电子e-，并产生带正电荷的氢离子(质子)H+。当这些氢离子H+从电解质膜113层迁移到阴极电极112侧时，电子e-被构成阳极电极111的碳电极提取出来，并且供给负载LD。
    ...(11)
而且，在这个化学反应中，由于除甲醇CH3OH之外，还需要水来促进这个反应，因此采用几个百分数(％)的甲醇水溶液。
另一方面，如下面化学反应方程(12)所示，通过将空气(氧O2)供给到阴极电极112，根据催化剂，流过负载LD的电子e-和迁移过电解质膜113层的氢H+离子随后复合并与空气中的氧O2反应，产生作为副产物的水H2O。
    ...(12)
这样一种在由固体聚合物电解质膜构成的电解质膜113中的一系列催化反应(电化学反应)从环境温度进行，所述的环境温度通常在约几十摄氏度的温度条件，这是较低的温度。除产生电能(电功率)之外，基本上唯一的副产物是水H2O。此外，通过这样一种电化学反应提取的电能取决于供给到燃料电池体110A的阳极电极111上的发电用燃料(甲醇和水)的量。
而且，在燃料重整供给系统比如图8所示的燃料电池体110B的结构中，将通过用重整器(图中省略，但在下面有详细描述)重整发电用燃料(比如，甲醇CH3OH)所获得的氢气H2供给阳极电极111侧，并且在相反侧上，将环境大气(空气)中的氧O2供给阴极电极112。
因此，这种燃料重整供给系统所用的燃料电池的发电作业中涉及的电化学反应表示如下面的化学反应方程(13)中所示。当将氢气H2供给阳极电极111时，催化反应将气体转化，分离出带负电荷的电子e-，并产生带正电荷的氢离子H+。当这些氢离子H+从电解质膜113层迁移到阴极电极112侧时，电子e-被构成阳极电极111的碳电极提取出来，并且供给负载LD。
    ...(13)
另一方面，如下面的化学反应方程(14)中所示，通过将空气(氧O2)供给阴极电极112，根据催化剂，流过负载LD的电子e-与迁移过电解质膜113层的氢H+离子随后复合并与空气中的氧O2反应，产生作为副产物的水H2O。
    ...(14)
这样一系列电化学反应((13)类型和(14)类型)在通常为60～80℃(140～176)(这是较低的温度)的温度条件下进行。除产生电能(电功率)之外，基本上唯一的副产物是水H2O。此外，通过这样一种电化学反应提取的电能取决于供给到燃料电池体110B的阳极电极111上的氢气的量。
除此之外，在上述各个燃料供给系统的燃料电池中的发电作业中，在电解质膜层中的氢离子H+的传导(迁移)处于将水H2O(湿气)与氢离子H+结合的H3O+水合氢离子(水合离子)的形式。因此，为了促进上述电化学反应以及提高发电效率，已知的是需要使电解质膜附近的环境大气变成水蒸气水合状态(湿/潮湿状态)。这样的燃料电池的发电作业例如已经公开于名称为“FUEL CELL SYSTEM”的日本公开(Kokai)专利申请2004-178889的详述中。
此处，如上所述，在燃料直接供给系统的燃料电池中，通过直接将构成发电用燃料(甲醇等)和水的甲醇水溶液供给到阳极电极111，可以使在电解质附近的环境大气变成充分的水蒸气水合状态。鉴于此，可以满意地促进与上述发电作业相关的电化学反应。而且，在这种方法的燃料电池中，可以简化燃料电池系统的结构。然而，通常，与燃料重整供给系统的燃料电池相比，存在发电效率(能量转化效率)较低的问题。
另一方面，在燃料重整供给系统的燃料电池中，当注意力只是放在与上述发电作业相关的电化学反应时，则水H2O(湿气)是不需要的。因此，需要这种一种装置，如加湿器等，用于将电解质附近的环境大气转变成充分的水蒸气水合状态(湿润状态)。特别地，必须提供用于重整发电用燃料(甲醇等)并产生氢气H2的重整器。而且，燃料电池系统的结构复杂。然而，通常，相比于燃料直接供给系统的燃料电池，这种方法的燃料电池的特征在于发电效率(电能转化效率)较高。
因此，当将燃料电池系统安装在其中很小型化不是必须的便携式电子设备中作为电源供给单元时，所述的便携式电子设备如移动电话设备、便携式音频装置等，其既不根据显示面板尺寸(屏幕)，也不是输入设备(键盘等)等用户友好(user-friendliness)的情况等，如笔记本PC、PDA等，或安装在小型化不是很重要的装置中作为电源供给单元时，更优选采用具有优良发电效率的燃料重整供给系统的燃料电池系统。这是即使与能够小型化但发电效率差的燃料直接供给系统的燃料电池系统相比，不能进行更显著小型化的情况。
如上所述，关于燃料重整供给系统的燃料电池系统，为了促进与燃料电池体中的发电作业相关的电化学反应，必须使电解质膜(离子交换膜)保持湿润状态。为了保持湿润状态，例如，在JP 2004-178889中的上述常规现有技术提出这样一种结构：作为在燃料电池体(即，构成化学方程(13)和(14)的电化学反应离子交换膜)中发电作业时作为副产物产生的水被回收并就近(in close proximity)供给电解质膜。
然而，至于与在燃料电池体中的发电作业相关的电化学反应，为了回收作为副产物产生的水以及为了供给燃料电池体的电解质膜，上述的发电作业需要稳定地进行。
鉴于此，关于构成化学方程(13)和(14)的电化学反应是在发电作业开始之后被稳定促进的发电作业，尽管燃料电池能够回收作为副产物的水，供给电解质膜并保持润湿状态，但是存在缺点。具体地说，存在的问题是当作为副产物产生的水在发电作业开始时或开始(系统开始时)之后即刻回收时，不能使这些电解质膜适当地保持润湿状态。
作为解决这样问题的方法，例如，尽管已经考虑在含燃料电池系统的电子设备在发运之前，将电解质膜预先增湿成为水蒸气水合状态等，但是仍然存在其它相关的问题。特别地，在电子设备发运之后，因气候条件等，电解质膜快速变干，因而发电作业变得不可能。而且，存在其中电解质层被冷冻破坏的作业故障的可能性，这产生缺陷系统。因此，必须严格强制执行在发运、储存和设备故障时的环境管理(尤其是，温度和湿度管理)。
发明内容
鉴于上述问题点，本发明在系统起始时(在发电作业起始时)有利地保持了燃料电池体的湿润状态，并且促进了与发电作业相关的电化学反应。本发明的一个目的是提供燃料电池系统发电用燃料容器，所述燃料容器能够有利地提取预定的电能并实际应用到所述的燃料电池系统中。
为了实现上述目的，本发明提供了一种燃料电池系统，其包含：燃料电池，它用燃料容器内的发电用燃料进行发电；水供给控制部分，它在燃料电池进行发电作业之前，从燃料容器中提取出水并将水供给燃料电池。
而且，本发明提供一种燃料电池的驱动方法，该方法包括如下步骤：水供给过程，它接受来自燃料容器的水，所述燃料容器单独含有发电用燃料和供给到燃料电池的水；以及发电过程，它是在水供给过程之后使燃料电池发电。
本发明提供了一种燃料电池系统及其驱动方法，该驱动方法对燃料容器进行控制，该燃料容器具有在单独保存部分内容纳的发电用燃料与水，或对来自燃料容器的发电用燃料和水进行控制，以供给燃料电池的电解质膜并使其保持预定湿润状态。
此处，关于在燃料电池体内发电作业改变到稳态之后而容纳在发电用燃料容器内的水量，也可行的是，通过将发电作业之后作为副产物产生的水回收并再次供给电解质膜，而保持预定的湿润状态。所涉及的水增加量至少是使电解质膜在发电作业启动之前保持预定湿润状态所需要的最少量，进一步是重整反应所需要的量，所述重整反应是发电用燃料在发电作业启动时产生在发电作业中使用的氢。
因此，由于可以迅速地使电解质膜保持在预定润湿状态，因此可以满意地产生电力。所必要的是在发电用燃料容器内容纳用于发电作业启动的最少量的水。而且，由于燃料电池容器的其它容量被分配容纳发电用燃料(甲醇等)，因此上述发电作业可以持续长时间，并且可以实现延长电池寿命。
在下面的详述与附图一起阅读时，本发明的上述和进一步的目的和新特征将从详述中变得更加十分明显。然而，应当清楚地理解的是，附图只是用于解释目的，而不是要限定本发明的范围。
附图简述
图1所示为本发明涉及的燃料电池系统的第一优选实施方案的整体结构的示意性方框图；
图2所示为应用于优选实施方案涉及的燃料电池系统的重整部分的一种结构实例的概念图；
图3A～3B所示为在应用于优选实施方案涉及的燃料电池系统的重整部分(燃料重整器、CO去除器)中的化学反应实例的概念图；
图4A～4C所示为可应用于本发明涉及的燃料电池系统的燃料盒实例的概要结构图；
图5所示为本发明涉及的燃料电池系统的第二优选实施方案的整体结构的示意性方框图；
图6所示为本发明涉及的燃料电池系统的第三优选实施方案的整体结构的示意性方框图；
图7所示为使用燃料直接供给系统的常规现有技术的固体聚合物电解质膜类型燃料电池的概要结构图；和
图8所示为使用燃料重整供给系统的常规现有技术的固体聚合物电解质膜类型燃料电池的概要结构图。
实施本发明的最佳方式
下文中，将参照附图详细解释本发明涉及的燃料电池系统和发电用燃料容器的优选实施方案。
<第一优选实施方案>
<燃料电池系统>
首先，解释本发明涉及的燃料电池系统的整体结构。
图1所示为本发明涉及的燃料电池系统的第一优选实施方案的整体结构的示意性方框图。此处，关于等效于在上述常规现有技术中指出的燃料电池的组成部分，标上相同或等效的命名，并且解释被简化。
总括地说，如图1所示本发明涉及的燃料电池系统具有包括如下的结构：燃料盒20、重整部分12、发电电池部分11、水回收控制部分13、燃料供给控制部分14和水供给控制部分15。燃料盒20(燃料容器，发电用燃料容器)独立地容纳发电用烃基燃料比如甲醇CH3OH，以及水H2O。重整部分12(重整部件)将燃料盒20供给的发电用燃料(甲醇CH3OH)重整，并提取出氢气H2。发电电池部分11(燃料电池体)根据使用氢气H2和氧O2的电化学反应而产生电能。水回收控制部分13(水回收控制部件)在回收由发电电池部分11内的电化学反应产生的作为副产物的水H2O的同时，控制水到至少用于发电电池部分11的电解质膜(离子交换膜)的供给状态。燃料供给控制部分14(燃料供给控制部件)控制容纳在燃料盒20内的发电用燃料到重整部分12的供给状态。水供给控制部分15(水供给控制部件)控制至少容纳在燃料盒20内的水到发电电池部分11的电解质膜的供给状态。
此处，发电电池部分11、重整部分12、水回收控制部分13、燃料供给控制部分14和水供给控制部分15都被包括在发电模块10内。燃料盒具有相对于发电模块10的可拆卸结构。因此，例如，发电模块10(下面描述)包围本发明涉及燃料电池系统，其成为电子设备的组成部分。发电用燃料和水只通过下面的方法进行补充：如同干电池、蓄电池等的情况那样，附着到电子设备(发电模块10)或从该电子设备(发电模块10)上拆卸下来的具有相同使用性的燃料盒(更换)。
下文中，详细解释每一个组成部分。
(发电电池部分11)
应用到优选实施方案涉及的燃料电池系统的发电电池部分11(燃料电池体)具有等效于如图8所示的固体聚合物电解质膜类型燃料电池的组成部分，总括地说，具有阳极电极、阴极电极和电解质膜。阳极电极由附着有催化剂分子比如铂、铂-钌等的碳电极构成。阴极电极(空气电极)由附着有催化剂分子例如铂等的碳电极构成。电解质膜(离子交换膜)由插入在阳极电极和阴极电极之间的高聚合物膜构成。将由于通过重整部分12(下面描述)重整发电用燃料(甲醇CH3OH)而获得的氢气H2供给阳极电极侧。在相反侧上，将在环境大气(空气)中的氧O2供给阴极电极。
此处，至于优选实施方案涉及的发电电池部分11，通过重整部分12进行从燃料盒20的燃料保存部分供给的甲醇CH3OH的重整。当只有氢气H2供给阳极电极时，从燃料盒20的水保存部分22中提取出的水H2O是直接的，或者在发电电池部分11内的发电作业之后作为副产物产生的水H2O被回收并供给电解质膜。供给发电电池部分11的氢气H2和水H2O的供给状态(供给时间的选择和供给量)被燃料供给控制部分14、水供给控制部分15或水回收控制部分13(下面描述)根据情形控制。此外，阴极电极例如与环境大气(环境空气)连通(自由通道)。这种直接的空气包含恒定供给的氧O2。
具体地说，至少在系统启动时(在发电作业启动时)以及在启动之后立即进行向发电电池部分11(电解质膜)供给水H2O。在这个步骤中，容纳在燃料盒20的水保存部分22内的水H2O由水供给控制部分15直接供给并控制，以使电解质膜保持在预定湿润状态(水蒸气水合状态)。在发电电池部分11内的发电作业进入稳定状态之后，从水供给控制部分15的水的供给被中断并且在发电电池部分11内的发电作业之后由水回收控制部分13产生水的供给。将这种回收的水H2O进行供给和控制，使得电解质膜维持在预定湿润状态(水蒸气水合状态)。因此，尽管由水保存部分22向发电电池部分11(电解质膜)供给水是在发电电池部分11内的发电作业之前进行的，但是向水供给控制部分15供给水可以与从燃料保存部分21向燃料供给控制部分14供给发电用燃料同时进行；当在重整部分12(下面描述)中，重整持续时间漫长时，水的供给可以在向燃料供给控制部分14供给燃料之后进行；当重整持续时间较短时，水的供给可以在向燃料供给控制部分14供给燃料之前进行。
(重整部分12)
图2所示为应用于优选实施方案涉及的燃料电池系统的重整部分的一种结构实例的概念图。
图3A～3B所示为在应用于优选实施方案涉及的燃料电池系统的重整部分(燃料重整器、CO去除器)中的化学反应实例的概念图。
如图2所示，应用于优选实施方案涉及的燃料电池系统的重整部分12包括燃料蒸发器12a、燃料重整器12b、CO去除器12c、薄膜加热器Ha，Hb、燃烧室12d和燃料蒸发器12e。燃料蒸发器12a(蒸发器)使由燃料盒供给的甲醇CH3OH和少量水H2O加热并汽化。燃料重整器12b根据汽化甲醇(甲醇气体)和水(蒸汽)的预定催化反应产生氢气H2。CO去除器12c根据由一氧化碳CO和水H2O进行的预定催化反应产生氢气H2和二氧化碳CO2，所述的水H2O是燃料重整器12b在产生氢气H2时作为副产物产生的。薄膜加热器Ha，Hb和燃烧室12d控制用促进至少在燃料蒸发器12a和燃料重整器12b中的化学反应的温度条件。燃料蒸发器12e(蒸发器)使从燃料盒供给的甲醇CH3OH汽化并提供给燃烧室12d。
薄膜加热器Ha，Hb在使用来自电源(例如，蓄电池的辅助电源、等)(图中被省略)的电能重整的初始阶段产生热量。当发电电池部分11通过被供给重整氢而产生电力时，所产生热量的放热温度被控制并使在发电电池部分11内产生的电能(电功率)转变为电源。同时，燃烧室12d控制来自被燃料蒸发器12e汽化的甲醇气体燃烧(氧化)的放热温度。
除这种温度控制机理外，当发电电池部分11通过被供给重整氢产生电力时，在燃烧室12d内通过供给空气中的氧引起氢燃烧反应，所述空气是从在发电电池部分11内未用于发电的任何残余氢所吸取的，以及从外部吸取的，导致产生了大量的放出热量。
因此，发电之后，构成主要热源的燃烧室12d将通过薄膜加热器Ha，Hb进行辅助加热，并且基于温度条件进行细微调节(微调)。此外，相对少的电能(电功率)可以达到优选的温度条件(下面描述的约几百摄氏度的温度条件)，并且可以控制所产生电能的消耗。
由于具有这样一种组成部分的重整部分12的加热，在燃料蒸发器12a中的吸热汽化反应、在燃料重整器12b中的催化反应(吸热蒸汽转化反应)和在CO去除器12c中的催化反应(放热水转移反应和放热选择性氧化反应)得以实施。
具体地，图3A解释了由在重整部分12中的甲醇CH3OH和水H2O产生氢气H2的情况。首先，在燃料蒸发器12a的汽化过程中，控制薄膜加热器Ha和燃烧室12d(下面描述)，并且将燃料蒸发器12a的加热温度(例如，通常高于100℃(212))设定甲醇CH3OH和水H2O的沸点附近的温度条件。将由燃料盒20供给的甲醇CH3OH和水H2O单独加热或液体混合物共同加热并汽化。
其次，在燃料重整器12b的蒸汽转化反应过程中，控制薄膜加热器Hb和燃烧室12d，并设定通常约300℃(572)的温度条件。如下面化学反应方程(1)所示，产生49.4kJ/mol的吸收热能，这生成氢气H2和少量的二氧化碳CO2。在这个蒸汽转化反应中，除氢气H2和二氧化碳CO2外，还产生少量的作为副产物的一氧化碳CO。
    ...(1)
因此，为了如图3B所示除去这样一种有害的副产物，在CO去除器12c的水转移反应过程中，如下面化学反应方程(2)所示，水H2O(蒸汽)与一氧化碳CO反应，产生40.2kJ/mol的吸热热能，并产生二氧化碳CO2和氢H2。
    ...(2)
此外，通过CO去除器12c的选择性氧化反应过程，如下面相对于在水转移反应中未转变成二氧化碳CO2和氢H2的一氧化碳CO的化学反应方程(3)所示，通过引入氧O2进行反应，产生283.5kJ/mol的热能，并产生二氧化碳CO2。
    ...(3)
而且，在CO去除器12c的水转移反应过程和选择性氧化反应过程中，通过安装在CO去除器12c上的温度控制机构(具体为散热片、热提取器等；图中被省略)，可以设定相应于上述热能(上述热能被吸收)所产生的热量的温度条件。
此外，供给燃烧室12d的发电用燃料(甲醇CH3OH)可以通过燃料供给控制部分14从燃料盒(下面描述)供给，并且不会有助于上述发电电池部分11的阳极电极中的化学反应，但是可以回收并供给保持未反应(残留)的氢气H2。
(燃料供给控制部分14)
燃料供给控制部分14具有作为在燃料盒20(燃料保存部分21)和发电模块10之间易于可拆卸连接的接口(interface)的作用，而且具有控制将至少容纳在燃料盒20中的发电用燃料(甲醇CH3OH)供给到上述重整部分12的供给时间选择和供给量的功能。
(水供给控制部分15)
水供给控制部分15具有作为在燃料盒20(水保存部分22)和发电模块10之间易于可拆卸连接的界面的作用，而且具有将至少容纳在燃料盒20中的水H2O供给到上述重整部分12和发电电池部分11的供给量的功能。
具体地，至于燃料供给控制部分14和水供给控制部分15，例如，可以被应用的结构包括分别在燃料盒20与重整部分12之间以及在燃料盒20与发电电池部分11之间具有液体泵和流体控制阀(或者具有与这些等效功能的供给机构)的燃料供给通道和水供给通道。
(水回收控制部分13)
在发电电池部分11内的发电作业涉及的电化学反应中，水回收控制部分13回收作为副产物产生的水H2O，并且再次将水H2O至少供给发电电池部分11，由此使电解质膜(离子交换膜)保持在预定湿润状态。此外，被水回收控制部分13回收的水中的一部分被供给重整部分12(燃料蒸发器12a，CO去除器12c)，并且也可以被用于每个化学反应。具体地，水回收控制部分13可以应用包括液体泵、流量控制阀、流体通道转换阀(和具有与这些等效功能的供给机构)的构造。
(燃料盒20)
图4A～4C所示为可应用于本发明涉及的燃料电池系统的燃料盒实例的概要构造图。此外，图4A清楚地示出包括为方便起见的阴影线的燃料盒结构。
在如图4A所示的燃料盒20中，燃料保存部分21由用于作为发电用燃料的甲醇CH3OH的包装容器构成，水保存部分22由用于预定量水H2O的包装容器构成。例如，燃料盒20具有带凹入部件的统一构造，所述凹入部件包含在燃料保存部分21的一个表面的纵向上形成的横截面半圆形状，所述燃料保存部分21具有矩形体形状并且在其中包围了用于水保存部分22的圆柱体(管状)。
此处，燃料保存部分21和水保存部分22各自分别容纳甲醇CH3OH和H2O。燃料提取部件21a(燃料出口)和水提取部件22a(水出口)都位于一个末端侧，并且提供用于提取(供给)甲醇CH3OH和水H2O到上述发电模块10(燃料供给控制部分14)。此外，开口21c，22c都位于在另一侧的每一个保存部分的内表面区域上，并且提供用于与环境大气(空气)连通。
燃料提取部件21a和水提取部件22a只有在当燃料盒20附着在发电模块10上的情况下才变成“开放状态”，这使得包含在内部的甲醇CH3OH和水H2O被在内部排放(流动)到发电模块10侧。另一方面，作为在燃料盒20从发电模块10上拆卸下来的情形下的“闭合状态”，装备作为单向阀的机构，使得CH3OH和水H2O不会向外部放出。
而且，容纳在燃料保存部分和水保存部分22中的甲醇CH3OH和水H2O并不依赖于燃料盒20的倾斜，并且在朝向上述燃料提取部件21a和水提取部件22a的方向上用预定压力恒定地加压。最后，通过每一个提取部件21a，22a完全进行排放。在每个提取部件(21a，22a)的相反侧上甲醇CH3OH和水H2O的每一个末端界面内插入高粘性液体随动体(21b，22b)(正好在发电用燃料和水的后面)。两个随动体(21b，22b)都分别具有防止来自开口21c，22c的发电用燃料和水的蒸发损耗的作用。
当发电用燃料从燃料提取部件21a流出到重整部分12时，因为流出发电用燃料的容积部分的负压被施加给随动体21b，因此随动体21b在朝具有发电用燃料的末端界面的燃料提取部件21a的方向上滑动。而且，界面中不存在空气空隙。配置燃料保存部分21，使得基于负压和大气压的压力差而经过开口21c流入的空气(大气)可以流入内部空隙内并被储存到正常压力，所述的负压和大气压是通过发电用燃料和随动体21b的滑动而在燃料保存部分21内形成的间隙中产生的。
类似地，当水从水提取部件22a中流出到重整部分12时，因为流出水的容积部分的负压被施加给随动体22b，因此随动体22b在朝具有水的末端界面的水提取部件22a的方向上滑动。而且，界面中不存在空气间隙。配置水保存部分22，使得基于负压和大气压的压力差经过开口22c流入的空气(大气)可以流入内部空隙内并被储存到正常压力，所述的负压和大气压是通过水和随动体22b的滑动在水保存部分22内形成的间隙中产生的。
因此，优选实施方案涉及的燃料电池系统并不依赖于所安装的电子设备的倾斜。因为燃料电池系统是可控的以供给发电模块10，因此将容纳在燃料盒20内的甲醇CH3OH和水H2O在朝向提取部件21a，22a的方向上分配。而且，在其中在各种位置使用并加有振动等的便携式电子设备中，可以有利地使用燃料电池系统。
另外，容纳在燃料保存部分21中的甲醇CH3OH的量尽可能地多，以根据发电电池部分11内的电源供给作业在长时期内稳定地持续产生电能。另一方面，在发电电池部分11(下面描述)内的发电作业(在系统启动时)的初始阶段，容纳在水保存部分22中的水H2O量包含使电解质膜维持在预定湿润状态(水蒸气水合状态)的必要最少量。
此外，装备优选实施方案涉及的燃料盒20，使得可附着在上述发电模块10上并且可从其上拆卸下来。因此，在优选实施方案涉及的燃料电池系统中，燃料盒20被独立地管理，并且可以进行通风。例如，使发电模块10成为电子设备比如笔记本PC、PDA等的主体的组成部分，并且发电模块10由上述发电电池部分11、重整部分12、水回收控制部分13、燃料供给控制部分14和水供给控制部分15构成。通过将燃料盒20附着到发电模块10上，将发电用燃料和水供给到发电模块10，发电作业(后面描述)变成可以实行。将预定的电能(驱动功率)供给电子设备主体。
而且，在优选实施方案涉及的燃料电池系统中，当含有发电用燃料的燃料盒被用尽并从发电模块取出时，燃料盒优选经过预定回收路线被回收，以再一次回收任何被包含的发电用燃料和水。然而，当在没有被回收而丢弃时或在燃料盒被回收之后搁置的情况下，由于燃料盒优选由对环境友好的材料制备，因此燃料盒不会影响环境，所述的影响环境比如产生有毒物质(氯化有机化合物、重金属等)。
除此之外，对于在优选实施方案涉及的燃料电池系统中使用的发电用燃料，至少由上述燃料电池构成的发电电池部分可以以高能量转化效率地产生电能。而且，上述含有发电用燃料的燃料盒不再有用之后，即使发电用燃料被抛弃在自然界或被不适当处置以及仍然保持完整的发电用燃料开始泄漏到大气中、土壤和水下或者经过焚烧排放，在本发明中使用的燃料也不污染自然环境。具体地，例如除上述甲醇、乙醇和丁醇(醇类)之外，可以满意地使用烃基液体燃料。
此处，关于可应用于优选实施方案涉及的燃料电池系统的发电用燃料，每一种燃料都包含大量具有高挥发性和可燃性的物质。鉴于此并且考虑到尽可能控制气体渗透穿过燃料盒的现象，例如，可以应用较简单的公知常识的气体或蒸汽阻挡层密封方法。这样方法的一个实例是具有内部密封的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)容器的燃料盒，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)容器具有通过气相沉积法形成的铝层涂层。
此外，在图4A所示的优选实施方案中，虽然燃料盒20的形状被解释为包含具有矩形体形状的燃料保存部分21和具有圆柱形的水保存部分22的一体结构，但是本发明并不是限制于这种结构。例如，如图4B所示，燃料盒20可以具有其中燃料保存部分21和水保存部分22相应为矩形体形状并且一起附着在一个特殊的外部表面上的一体结构。而且，如图4C所示，燃料盒20可以具有这样的一体结构，其中燃料保存部分21和水保存部分22相应构成具有横截面半圆形状的柱状体并且一起侧向附着在每一个相应的平坦的表面侧，以形成完整的柱状形状。
<燃料电池系统作业的解释>
接着，解释具有上述结构的燃料电池系统的发电作业。
关于在优选实施方案涉及的燃料电池系统中的发电作业，首先，发电模块10必须被附着在燃料盒20上。由水供给控制部分15从水保存部分22中提取合适量的水H2O并供给发电电池部分11的电解质膜。因此，在发电电池部分11内的发电作业之前，电解质膜(离子交换膜)保持在预定的湿润状态。
随后，当具有这种内置的燃料电池系统的电子设备启动时，重整部分12被薄膜加热器Ha，Hb迅速加热到预定温度。此外，由燃料供给控制部分14从燃料保存部分21中提取出预定量的发电用燃料(甲醇CH3OH)，并供给重整部分12(燃料蒸发器12a，经过燃料蒸发器12e的燃烧室12d)。同时，由水供给控制部分15从水保存部分22提取适当量的水H2O，并供给重整部分12(燃料蒸发器12a，CO去除器12c)。因此，作为预定的蒸汽转化反应，在重整部分12中使用甲醇CH3OH和水H2O的水转移反应和选择性氧化反应得到促进，将氢H2供给到发电电池部分11的阳极电极111。同时，少量残余副产物二氧化碳CO2从系统中排出到外部(释放到大气中)。
另一方面，在发电电池部分11的电解质膜113中，将从水保存部分22吸取的、构成氢离子载体的水H2O从阳极电极111侧快速渗透穿过电解质膜113层的厚度，而供给阴极电极112侧。由于发电电池部分11的阴极电极112具有恒定与环境空气连通的结构并且通过将预定量的氢气H2供给阳极电极，因此当电子在阳极电极111和阴极电极112之间流动时，基于上述的电化学反应方程(13)和(14)而提取电能。而且，在阴极电极中，水H2O是作为副产物产生的。这种水H2O由水回收控制部分13回收，并且再次供给发电电池部分11的电解质膜以及重整部分12。
而且，当通过由水回收控制部分13将水H2O供给发电电池部分11而使电解质膜开始被保持预定湿润状态时(即，建立使回收水H2O供给发电电池部分11的循环周期的阶段)，在发电电池部分11中的发电作业变为稳定状态(稳定输出电能的状态)。在这个阶段，将由水供给控制部分15使水从燃料盒20(水保存部分22)到发电电池部分11和重整部分12的供给中断。
此处，由于被水回收控制部分13回收的水H2O量增加大于如上述化学反应方程(13)和(14)所示的在重整部分12中一系列化学反应所使用的水量，因此除用于使电解质膜保持湿润状态的适当量水之外，可以供给重整部分12。
具体地，在优选实施方案涉及的燃料电池系统中，只有在发电电池部分11的发电作业的初始阶段(在系统启动时)是使发电电池部分11的电解质膜保持预定湿润状态所需要的最少量的水，并且是从燃料盒20(水保存部分22)供给的。在发电作业进入稳定状态后，从燃料盒供给水被停止，并且将在发电电池部分11中作为副产物产生的水循环，以保持预定的湿润状态。因此，容纳在水保存部分22中的水量基于在发电电池部分11内的发电作业开始阶段(在系统启动时)使电解质膜保持预定湿润状态所需要的最少量进行设定。
因此，基于优选实施方案涉及的燃料电池系统，在发电电池部分(燃料电池体)中的发电作业启动(系统启动)之前，由于可以将湿气供给发电电池部分，并且可以将电解质膜保持预定湿润状态(水蒸气水合状态)，因此可以通过重整从燃料盒提取出的发电用燃料并且将氢气供给发电电池部分的阳极电极而迅速开始发电作业。
当处于发电电池部分中的发电作业之前以及在发电作业之后即刻的状态，通过分别通过容纳在燃料盒中的水以及发电用燃料(甲醇等)，可以将上述电解质膜满意地保持湿润状态。在发电作业进入稳定状态后，从燃料盒供给水可以被暂停，可以通过重新使用发电作业之后产生的水而继续发电作业。
因此，由于容纳在应用于优选实施方案涉及的燃料电池的燃料盒内的水在非常低量时都是有效的，因此可以将剩余容积分配来容纳发电用燃料。因此，在促进上述发电作业的同时，可以实现发电作业在长时期内连续进行(延长了电池寿命)。
而且，燃料盒容纳水以及发电用燃料，并且具有可拆卸地附着在发电模块上(或者成为电子设备组成部分的发电模块)的结构。因此，发电用燃料的残留量被耗尽或不充足时，类似于当使用电子设备时干电池或蓄电池被更换的情况，只有燃料盒需要被交换(更换)。如此，可以简单地进行发电用燃料和水的补充，并且可以实现用户友好的供电系统。
此外，总是优选发电作业一旦终止，就使电解质膜保持在水蒸气水合状态。然而，如果系统(电子设备)在较长时期没有被激活等，电解质膜将干掉。这就会导致发电作业在下一次系统启动之时出现故障，并且系统不能正常运行。因此除上述结构之外，系统还包括传感器，该传感器检测电解质膜的湿润状态，并且使得能够由水供给控制部分控制从燃料盒供给水的状态，以使电解质膜总是基于检测结果而保持在预定湿润状态。如此，因为电解质膜在发电作业之前可以恒定地保持在预定湿润状态，因此燃料电池系统(或电子设备)可以被迅速且满意地激活(启动)。
<第二优选实施方案>
图5所示为本发明涉及的燃料电池系统的第二优选实施方案的整体结构的示意性方框图。此处，至于等效于上述第一实施方案的组成部分，标上相同或等效的命名并且解释被简化。
关于上述的第一优选实施方案，发电电池部分11被解释为将用于化学反应的氧O2(空气)供给阴极电极的结构以及其中阴极电极与环境空气(大气)连通的结构。而且，燃料盒20被解释为从每一个提取部件21a，22a侧提取容纳在每个保存部分21，22中的甲醇CH3OH和水H2O并供给发电模块10的结构。此外，随动体21b，22b被解释为含有每个保存部分21，22的甲醇CH3OH以及在另一个末端侧的水H2O的结构。除此之外，随动体21b，22b用大气压加压。在每一个与环境大气(空气)连通的保存部分21，22的相反末端侧上提供有开口21c，22c。优选的第二实施方案具有将空气(或氧)有效供给发电电池部分11的阴极电极侧以及燃料盒20的每个保存部分21，22的结构。
具体地，如图5所示的优选第二实施方案涉及的燃料电池系统加到在第一优选实施方案中的上述解释的结构(参考图1)。例如，燃料电池系统还包括空气供给控制部分16(空气供给控制部件)，它吸取环境空气并将预定大气压的空气经过与开口21c，22c连接的盒侧供给通道供给，所述开口21c，22c形成在燃料保存部分21和水保存部分22的相反末端侧上。除此之外，预定流量的空气(氧O2)通过与发电电池部分11的阴极电极侧(空气电极)连接的电池侧供给通道供给。
此处，空气供给控制部分16例如可以采用包括空气泵、流量控制阀、流动通道转换阀等(或具有等效功能的机构)的结构。如图5所示，空气供给控制部分16可以安置在发电模块10内，也可以安置在发电模块10和燃料盒20的外部，即，在含有燃料电池系统的电子设备内。
因此，供给足够的氧，以促进影响在发电电池部分的阴极电极中的发电作业的一系列电化学反应。如此，由于内插在燃料盒的每个保存部分中的随动体被加压，以及可以将发电用燃料和水以预定排放速率提取到发电模块侧，因此可以促进在发电电池部分和重整部分中的一系列化学反应。因此，可以获得稳定的发电作业，并且可以满意地驱动安装有这种燃料电池系统的电子设备，而不管燃料电池系统的运行环境(大气压、运行角度、振动等)。
<第三优选实施方案>
图6所示为本发明涉及的燃料电池系统的第三优选实施方案的整体结构的示意性方框图。此处，至于等效于上述第一或第二实施方案的组成部分，标上相同或等效的命名并且解释被简化。
如图6所示，第三实施方案涉及的燃料电池系统具有在上述第二优选实施方案所示结构(参考图5)，其至少在将氢气H2、水H2O和氧O2供给发电电池部分11的所有通道(进料通路)、或在主要通道以及将在发电电池部分11或重整部分12中所产生的副产物排出的通道(排出通路)中提供有开关阀VL1～VL7(通道打开和闭合部件)。在燃料电池系统启动(发电作业启动)时，每个开关阀VL1～VL7都设定在“打开状态”，以使氢气H2和水H2O的周围空气、氧O2供给和副产物的排出通路能够连通(自由通路)。另一方面，在燃料电池系统停止时(发电作业停止)，作业被控制，以使每个开关阀VL1～VL7都处于“闭合状态”，以使到发电电池部分(power cellgeneration section)的氢气H2的周围空气、水H2O、氧O2供给和副产物的排出通路不能够连通。
因此，至少在燃料电池系统停止(发电作业停止)时，每个开关阀都设定为“闭合状态”并且与发电电池部分的连接，并且与外部隔离。由于渗过电解质的水分经过用于供给氢气、水、氧等的通道以及副产物的排出通道而汽化(放出)，因此可以防止电解质膜干燥，可以满意地保持预定湿润状态(水分)。
结果，基于第三实施方案涉及的燃料电池系统，发电电池部分的电解质膜一旦设定在预定湿润状态，在系统停止时这种电解质膜的水分就被满意地保持。如此，在系统停止后的发电作业启动(系统启动)之前，没有从燃料盒(水保存部分)向发电电池部分供给水分的情况下，可以快速且满意地开始发电作业。
另外，由于电解质膜的湿润状态得以满意地保持，而在系统停止时没有从燃料盒的水保存部分供应水，因此可以减少容纳在水保存部分的水量，这部分以及在燃料保存部分中的发电用燃料的密闭容积可以增加，可以实现长时期进行发电作业(延长电池寿命)。
此外，通过在系统启动和系统停止时进行开关阀的打开和闭合的控制，只有用于相应于每个状态的通道所需要的发电用燃料、氢气和水将流动。因此，即使它是在燃料电池系统的每个通道内部部件中产生压力波动或产生外部压力波动的情况下，也可以控制发电用燃料、氢气、水、氧等的渗漏(泄漏)，并且可以满意地实现系统的启动。
最后，在第三优选实施方案中，关于在图6所示并且在优选实施方案涉及的燃料电池系统结构中的每个开关阀VL1～VL7，至少在系统停止(发电作业停止)时，它是在控制或防止发电电池部分11的电解质膜干燥而在通道上形成的实例。要过分强调的是本发明涉及的燃料电池系统并不限制于此。
尽管本发明已经参照优选实施方案进行了描述，但是本发明并不是受限于其中的说明书任一细节，而是包括所有落入后附权利要求范围的实施方案。

Claims (20)

1.一种燃料电池系统，其包含：
燃料电池(11)，它用燃料容器(20)内的发电用燃料进行发电作业；
水供给控制部分(15)，它在所述燃料电池(11)进行发电作业之前，从所述燃料容器(20)中提取出水并将水供给所述燃料电池(11)。
2.根据权利要求1的燃料电池系统，其中所述水供给控制部分(15)将水供给燃料电池，并且使所述燃料电池的电解质膜至少在所述燃料电池内的发电作业之前保持在预定湿润状态。
3.根据权利要求1的燃料电池系统，其还包括重整部分(12)，所述重整部分(12)将从所述燃料容器(20)提取的发电用燃料重整，以产生供给所述燃料电池的燃料电极的氢气。
4.根据权利要求3的燃料电池系统，其中所述水供给控制部分(15)将从所述燃料容器(20)提取的水供给所述重整部分(12)。
5.根据权利要求1的燃料电池系统，其还包括水回收控制部分(13)，所述水回收控制部分(13)回收在所述燃料电池内的发电作业之后产生的水，并且将水至少供给所述燃料电池。
6.根据权利要求5的燃料电池系统，其中所述水回收控制部分(13)将从所述燃料电池回收的水供给所述燃料电池。
7.根据权利要求6的燃料电池系统，其中只要水回收控制部分(13)开始将水供给所述燃料电池，所述水供给控制部分(15)就暂停将水供给所述燃料电池。
8.根据权利要求1的燃料电池系统，其中所述水供给控制部分可拆卸地附着到所述燃料容器(20)上。
9.根据权利要求1的燃料电池系统，其中所述燃料容器(20)具有容纳发电用燃料的燃料保存部分(21)和容纳水的水保存部分(22)；
其中所述燃料保存部分(21)形成具有燃料出口(21a)和开口(21c)，所述燃料出口(21a)用于提取发电用燃料，气体流入所述开口(21c)以将发电用燃料分配在燃料保存部分(21)内朝燃料出口(21a)的方向上；以及
其中所述水保存部分(22)形成有水出口(22a)和开口(22c)，所述水出口(22a)用于提取水，气体流入所述开口(22c)以将水分配在水保存部分(22)内朝水出口(22a)的方向上。
10.根据权利要求1的燃料电池系统，其中所述燃料容器(20)具有正好在发电用燃料后面的随动体(21b)。
11.一种燃料电池系统的驱动方法，该方法包括如下步骤：
水供给过程，它接收来自燃料容器(20)的水，所述的燃料容器(20)单独地容纳有发电用燃料和供给所述燃料电池(11)的水；以及
发电过程，它在水供给步骤之后使燃料电池发电。
12.根据权利要求11的燃料电池系统的驱动方法，该方法还包括如下步骤：
重整过程，它在发电过程之前将发电用燃料重整，以产生用于所述使燃料电池发电的氢。
13.根据权利要求11的燃料电池系统的驱动方法，其中在发电过程中由燃料电池产生的水被水回收控制部分回收，并供给到所述燃料电池的电解质膜。
14.根据权利要求11的燃料电池系统的驱动方法，其中当所述燃料电池的电解质膜达到湿润时，在水供给过程中水向燃料电池的供给被关闭。
15.一种燃料容器，它提供有进行发电作业的燃料电池的燃料，所述燃料容器包括：
燃料保存部分(21)，它容纳发电用燃料；
水保存部分(22)，它容纳用于至少在燃料电池中的发电作业之前使电解质膜保持在预定湿润状态的水。
16.根据权利要求15的燃料容器，其中所述水保存部分(22)还容纳用于重整反应以产生在燃料电池中发电作业所用的氢的水量。
17.根据权利要求15的燃料容器，其中所述燃料保存部分(21)形成有燃料出口(21a)和开口(21c)，所述燃料出口(21a)用于提取发电用燃料，而气体流进所述开口(21c)内以将发电用燃料分配在所述燃料保存部分(21)内朝燃料出口(21a)的方向上；以及
其中所述水保存部分(22)形成有水出口(22a)和开口(22c)，所述水出口(22a)用于提取水，而气体流进所述开口(22c)内以将水分配在所述水保存部分(22)内朝水出口(22a)的方向上。
18.根据权利要求15的燃料容器，其中通过经由形成在所述燃料保存部分(21)和所述水保存部分(22)中的每个相应开口(21c，22c)而在每个相应的出口(21a，22a)内流动的空气压力，使发电用燃料和水从每个相应的出口(21a，22a)提取出来。
19.根据权利要求15的燃料容器，其中所述燃料保存部分(21)具有正好在发电用燃料后面的随动体(21b)。
20.根据权利要求15的燃料容器，其中所述水保存部分(22)具有正好在水后面的随动体(22b)。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2435711B (en) * 2006-03-03 2011-01-12 Intelligent Energy Ltd Rehydration of fuel cells
US7787997B2 (en) * 2006-04-28 2010-08-31 Caterpillar Modular electric power generation system and method of use
WO2008034253A1 (en) * 2006-09-19 2008-03-27 Hyteon Inc. Control of relative humidity in fuel cell systems
US7803489B2 (en) * 2007-03-26 2010-09-28 Advanced Hydrogen Power Systems, Inc. Hydrogen mobile power plant that extracts hydrogen fuel from water
JP2010004649A (ja) * 2008-06-19 2010-01-07 Honda Motor Co Ltd 燃料電池車両の換気装置
WO2012165516A1 (ja) * 2011-05-30 2012-12-06 京セラ株式会社 燃料電池装置
US9570772B2 (en) 2013-05-08 2017-02-14 Bomecotec Co., Ltd. Power production apparatus and structure block system for water storage facility
JP6979478B2 (ja) * 2020-03-18 2021-12-15 本田技研工業株式会社 排気浄化システム
US20240170769A1 (en) * 2022-11-23 2024-05-23 Carbon Energy Inc. Method, apparatus and system for capturing carbon using fuel cell

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5364711A (en) 1992-04-01 1994-11-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Fuel cell
JPH06188008A (ja) * 1992-04-01 1994-07-08 Toshiba Corp 燃料電池
US5773162A (en) * 1993-10-12 1998-06-30 California Institute Of Technology Direct methanol feed fuel cell and system
JPH0812301A (ja) * 1994-07-05 1996-01-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd メタノール改質器
JP3553210B2 (ja) * 1995-06-26 2004-08-11 本田技研工業株式会社 燃料電池を搭載した移動体における燃料電池システム
US5789093A (en) * 1996-12-10 1998-08-04 Texas Instruments Incorporated Low profile fuel cell
JP2000223144A (ja) * 1999-01-27 2000-08-11 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム及びその制御方法
JP3668069B2 (ja) * 1999-09-21 2005-07-06 株式会社東芝 燃料電池用液体燃料収容容器および燃料電池
JP3530793B2 (ja) 1999-12-28 2004-05-24 本田技研工業株式会社 燃料電池およびその運転方法
JP3724332B2 (ja) * 2000-05-23 2005-12-07 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP2003077505A (ja) * 2001-09-05 2003-03-14 Yuasa Corp 液体燃料直接供給形燃料電池
JP4024543B2 (ja) 2002-01-21 2007-12-19 松下電器産業株式会社 燃料電池発電システム
JP4155021B2 (ja) 2002-02-28 2008-09-24 カシオ計算機株式会社 発電型電源及び電子機器
JP3704114B2 (ja) * 2002-09-30 2005-10-05 株式会社東芝 燃料電池システム
JP4298261B2 (ja) * 2002-10-25 2009-07-15 日本電信電話株式会社 燃料電池発電方法及び小型燃料電池発電装置
JP2004178889A (ja) * 2002-11-26 2004-06-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池システム
JP3838192B2 (ja) * 2002-11-26 2006-10-25 カシオ計算機株式会社 電源システム及び電源システムの異常検出方法
JP2004179042A (ja) * 2002-11-28 2004-06-24 Nisshin Steel Co Ltd 固体高分子型燃料電池
CA2508123A1 (en) * 2002-12-02 2004-06-17 Polyfuel, Inc. Fuel cell cartridge for portable electronic device
JP2004206928A (ja) * 2002-12-24 2004-07-22 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP2005222760A (ja) * 2004-02-04 2005-08-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池用燃料タンク及び燃料電池システム

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