JP2003257466A - 燃料電池システム - Google Patents
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- Electrochemistry (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池システムにおいて、燃料および燃料
酸化の際に生成される副生成物の漏液、ならびにこれら
の蒸発による燃料電池外への漏洩を完全に防止する。 【解決手段】 燃料極、酸化剤極および前記燃料極と前
記酸化剤極との間に挟持される電解質を具備する起電部
と、前記燃料極へ供給する燃料を収納する燃料収納容器
と、前記燃料収納容器から前記起電部へ燃料を供給する
燃料供給部と、前記燃料極に接続された燃料排出部とを
有する燃料電池システムにおいて、前記燃料収納容器、
前記燃料供給部、前記燃料極、および前記燃料排出部を
密閉して接続する。
酸化の際に生成される副生成物の漏液、ならびにこれら
の蒸発による燃料電池外への漏洩を完全に防止する。 【解決手段】 燃料極、酸化剤極および前記燃料極と前
記酸化剤極との間に挟持される電解質を具備する起電部
と、前記燃料極へ供給する燃料を収納する燃料収納容器
と、前記燃料収納容器から前記起電部へ燃料を供給する
燃料供給部と、前記燃料極に接続された燃料排出部とを
有する燃料電池システムにおいて、前記燃料収納容器、
前記燃料供給部、前記燃料極、および前記燃料排出部を
密閉して接続する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料として炭化水
素系の燃料を用い、酸化剤として酸素または空気を用い
る燃料電池を含む燃料電池システムに関する。
素系の燃料を用い、酸化剤として酸素または空気を用い
る燃料電池を含む燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池の燃料としては、例えば水素ガ
ス、または炭化水素系の液体もしくは気体の燃料が用い
られている。炭化水素系の燃料を用いた燃料電池には、
燃料を改質器で改質して水素ガスを得、この水素ガスを
燃料として用いて発電するタイプと、直接供給された炭
化水素系の燃料を用いて発電するタイプとがある。後者
のタイプにおいては、改質器を用いる必要がなく、燃料
電池システムを小型化することができる。
ス、または炭化水素系の液体もしくは気体の燃料が用い
られている。炭化水素系の燃料を用いた燃料電池には、
燃料を改質器で改質して水素ガスを得、この水素ガスを
燃料として用いて発電するタイプと、直接供給された炭
化水素系の燃料を用いて発電するタイプとがある。後者
のタイプにおいては、改質器を用いる必要がなく、燃料
電池システムを小型化することができる。
【０００３】後者のタイプについて、炭化水素系燃料と
して、たとえばメタノールを用いる燃料電池における反
応を以下に示す。 燃料極： ＣＨ3ＯＨ ＋ Ｈ2Ｏ → ＣＯ2 ＋
６Ｈ+ ＋ ６ｅ- 酸化剤極： ３／２Ｏ2 ＋ ６Ｈ+ ＋ ６ｅ- →
３Ｈ2Ｏ 全電池反応：ＣＨ3ＯＨ ＋ ３／２Ｏ2 → ＣＯ2
＋ ２Ｈ2Ｏ
して、たとえばメタノールを用いる燃料電池における反
応を以下に示す。 燃料極： ＣＨ3ＯＨ ＋ Ｈ2Ｏ → ＣＯ2 ＋
６Ｈ+ ＋ ６ｅ- 酸化剤極： ３／２Ｏ2 ＋ ６Ｈ+ ＋ ６ｅ- →
３Ｈ2Ｏ 全電池反応：ＣＨ3ＯＨ ＋ ３／２Ｏ2 → ＣＯ2
＋ ２Ｈ2Ｏ
【０００４】以上のように、直接燃料を用いるタイプの
燃料電池では、燃料極で生成物として二酸化炭素が生成
する。したがって、燃料極からの排出物には、消費され
なかった燃料および二酸化炭素などが含まれる。そし
て、このような発電による二酸化炭素の量が増大するに
つれて、燃料電池の内圧が上昇し、燃料の液漏れおよび
電池性能の低下などを招いてしまうという問題があっ
た。
燃料電池では、燃料極で生成物として二酸化炭素が生成
する。したがって、燃料極からの排出物には、消費され
なかった燃料および二酸化炭素などが含まれる。そし
て、このような発電による二酸化炭素の量が増大するに
つれて、燃料電池の内圧が上昇し、燃料の液漏れおよび
電池性能の低下などを招いてしまうという問題があっ
た。
【０００５】これに対し、例えば、燃料極からの排出物
から、フッ素樹脂で構成される多孔質体を用いて二酸化
炭素と燃料とを分離し、二酸化炭素のみを選択的にシス
テムの外に排出する生成ガス排出機構を備えた燃料電池
システムが提案されている（例えば特許文献１および
２）。
から、フッ素樹脂で構成される多孔質体を用いて二酸化
炭素と燃料とを分離し、二酸化炭素のみを選択的にシス
テムの外に排出する生成ガス排出機構を備えた燃料電池
システムが提案されている（例えば特許文献１および
２）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１０２０７０号公報
【特許文献２】米国特許第４，５６２，１２３号明細書
【０００７】上記の生成ガス排出機構を図５を参照しな
がら説明する。図５は、生成ガス排出機構を有する燃料
電池の構造を示す概略断面図である。図５に示す燃料電
池においては、燃料極側の触媒層５４およびガス拡散層
５３と、酸化剤極側の触媒層５６およびガス拡散層５７
とが、電解質膜５５を挟んで起電部を構成し、燃料を供
給する燃料供給管５２および二酸化炭素を選択的に排出
する分離膜５１が備えられている。分離膜５１は、ガス
拡散層５３まで続く燃料の通路である燃料供給管５２に
接して設けられており、この分離膜５１を介して、触媒
層５４で発生した二酸化炭素は燃料電池外に排出され
る。
がら説明する。図５は、生成ガス排出機構を有する燃料
電池の構造を示す概略断面図である。図５に示す燃料電
池においては、燃料極側の触媒層５４およびガス拡散層
５３と、酸化剤極側の触媒層５６およびガス拡散層５７
とが、電解質膜５５を挟んで起電部を構成し、燃料を供
給する燃料供給管５２および二酸化炭素を選択的に排出
する分離膜５１が備えられている。分離膜５１は、ガス
拡散層５３まで続く燃料の通路である燃料供給管５２に
接して設けられており、この分離膜５１を介して、触媒
層５４で発生した二酸化炭素は燃料電池外に排出され
る。
【０００８】一方、燃料電池の使用者は、燃料の残量が
少なくなってくれば、燃料収納容器を交換する必要があ
る。そのため、電池の使用者は、燃料収納容器の交換時
期を、前もって知ることが必要である。これに関し、従
来では、例えば赤外線を用いるメタノール消費量センサ
を取り付けたり、燃料収納容器の一部を透明または半透
明の材料で構成することにより、液体燃料の残存量を視
認できるようにしたりしている。
少なくなってくれば、燃料収納容器を交換する必要があ
る。そのため、電池の使用者は、燃料収納容器の交換時
期を、前もって知ることが必要である。これに関し、従
来では、例えば赤外線を用いるメタノール消費量センサ
を取り付けたり、燃料収納容器の一部を透明または半透
明の材料で構成することにより、液体燃料の残存量を視
認できるようにしたりしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
な従来の生成ガス排出機構は、二酸化炭素と燃料とを完
全に選択的に分離することはできず、液体と分離膜との
表面張力の差を利用して気体と液体とを分離することが
できるだけである。そのため、二酸化炭素だけではな
く、燃料、および燃料酸化の際に生成される二酸化炭素
以外の副生成物も、蒸発し、ガス状態で分離膜を通して
燃料電池外に排出されていた。
な従来の生成ガス排出機構は、二酸化炭素と燃料とを完
全に選択的に分離することはできず、液体と分離膜との
表面張力の差を利用して気体と液体とを分離することが
できるだけである。そのため、二酸化炭素だけではな
く、燃料、および燃料酸化の際に生成される二酸化炭素
以外の副生成物も、蒸発し、ガス状態で分離膜を通して
燃料電池外に排出されていた。
【００１０】このように燃料電池外に排出される燃料お
よび副生成物には、高い毒性および危険性を有する物質
が多く含まれ得る。例えば、燃料としてメタノールを用
いた場合、燃料であるメタノール、ならびに燃料酸化の
際の副生成物として生成が懸念されるギ酸およびホルム
アルデヒドなどは、劇物であり、これらが蒸発によって
燃料電池外へ漏洩することは非常に重大な問題である。
よび副生成物には、高い毒性および危険性を有する物質
が多く含まれ得る。例えば、燃料としてメタノールを用
いた場合、燃料であるメタノール、ならびに燃料酸化の
際の副生成物として生成が懸念されるギ酸およびホルム
アルデヒドなどは、劇物であり、これらが蒸発によって
燃料電池外へ漏洩することは非常に重大な問題である。
【００１１】そこで、本発明は、上述のような従来の問
題を解決するためになされ、燃料電池システムにおい
て、燃料および燃料酸化の際に生成される副生成物の漏
液はもちろん、これらの蒸発による燃料電池外への漏洩
を完全に防止することを目的とする。これと同時に、本
発明は、燃料の残存量を検知するシステムを別途設ける
ことなく、燃料の残存量を精度よく検知することのでき
る燃料電池システムを提供することを目的とする。
題を解決するためになされ、燃料電池システムにおい
て、燃料および燃料酸化の際に生成される副生成物の漏
液はもちろん、これらの蒸発による燃料電池外への漏洩
を完全に防止することを目的とする。これと同時に、本
発明は、燃料の残存量を検知するシステムを別途設ける
ことなく、燃料の残存量を精度よく検知することのでき
る燃料電池システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
本発明は、燃料極、酸化剤極および前記燃料極と前記酸
化剤極との間に挟持される電解質膜を具備する起電部
と、前記燃料極へ供給する燃料を収納する燃料収納容器
と、前記燃料極に接続された燃料排出部とを有し、前記
燃料収納容器、前記燃料極、および前記燃料排出部が密
閉して接続されていることを特徴とする燃料電池システ
ムを提供する。
本発明は、燃料極、酸化剤極および前記燃料極と前記酸
化剤極との間に挟持される電解質膜を具備する起電部
と、前記燃料極へ供給する燃料を収納する燃料収納容器
と、前記燃料極に接続された燃料排出部とを有し、前記
燃料収納容器、前記燃料極、および前記燃料排出部が密
閉して接続されていることを特徴とする燃料電池システ
ムを提供する。
【００１３】前記燃料電池システムは、さらに前記燃料
極から排出される燃料酸化生成物を吸収する生成物吸収
部を有するのが好ましい。この場合、前記燃料酸化生成
物は二酸化炭素を含んでいてもよい。また、前記燃料酸
化生成物はカルボン酸基を有する化合物を含んでいても
よい。また、前記燃料酸化生成物はアルデヒド基を有す
る化合物を含んでいてもよい。また、前記燃料酸化生成
物はケトン基を有する化合物を含んでいてもよい。
極から排出される燃料酸化生成物を吸収する生成物吸収
部を有するのが好ましい。この場合、前記燃料酸化生成
物は二酸化炭素を含んでいてもよい。また、前記燃料酸
化生成物はカルボン酸基を有する化合物を含んでいても
よい。また、前記燃料酸化生成物はアルデヒド基を有す
る化合物を含んでいてもよい。また、前記燃料酸化生成
物はケトン基を有する化合物を含んでいてもよい。
【００１４】前記燃料電池システムにおいては、前記生
成物吸収部が、物理吸着により前記燃料酸化生成物を吸
収するのが好ましい。また、前記生成物吸収部が、化学
吸着により前記燃料酸化生成物を吸収するのが好まし
い。
成物吸収部が、物理吸着により前記燃料酸化生成物を吸
収するのが好ましい。また、前記生成物吸収部が、化学
吸着により前記燃料酸化生成物を吸収するのが好まし
い。
【００１５】前記燃料電池システムは、さらに前記生成
物吸収部が吸収した二酸化炭素の量を検知するガス検知
手段を有するのが好ましい。前記生成物吸収部および／
または前記燃料収納容器は、前記燃料電池システムに装
着したり前記燃料電池システムから脱着したりして交換
可能なカートリッジ式であるのが好ましい。したがっ
て、前記生成物吸収部および前記燃料収納容器が一体化
されていても好ましい。
物吸収部が吸収した二酸化炭素の量を検知するガス検知
手段を有するのが好ましい。前記生成物吸収部および／
または前記燃料収納容器は、前記燃料電池システムに装
着したり前記燃料電池システムから脱着したりして交換
可能なカートリッジ式であるのが好ましい。したがっ
て、前記生成物吸収部および前記燃料収納容器が一体化
されていても好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発
明の実施の形態に係る燃料電池システムの構成を示す概
略図である。なお、本発明はこれに限定されるものでは
ない。
て、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発
明の実施の形態に係る燃料電池システムの構成を示す概
略図である。なお、本発明はこれに限定されるものでは
ない。
【００１７】図１に示す燃料電池システムは、燃料収納
容器１１、起電部１４、燃料収納容器１１から起電部１
４へ燃料を矢印の向きに供給する燃料供給管１３ａ、例
えばポンプからなる燃料供給部１２、起電部１４で生成
した燃料酸化生成物などを吸収する生成物吸収部１６、
起電部１４で生成した燃料酸化生成物を矢印の向きに生
成物吸収部に供給する燃料排出管１３ｂ、起電部１４へ
酸化剤を矢印の向きに供給する酸化剤供給管１８、およ
び酸化剤排出管１９を具備する。
容器１１、起電部１４、燃料収納容器１１から起電部１
４へ燃料を矢印の向きに供給する燃料供給管１３ａ、例
えばポンプからなる燃料供給部１２、起電部１４で生成
した燃料酸化生成物などを吸収する生成物吸収部１６、
起電部１４で生成した燃料酸化生成物を矢印の向きに生
成物吸収部に供給する燃料排出管１３ｂ、起電部１４へ
酸化剤を矢印の向きに供給する酸化剤供給管１８、およ
び酸化剤排出管１９を具備する。
【００１８】そして、燃料収納容器１１、燃料供給部１
２、起電部１４の燃料極、ならびに燃料極側の排出部を
構成する燃料排出管１３ｂおよび生成物吸収部１６が、
密閉して接続されている。この構成により、起電部１４
の燃料極で燃料を酸化することによって生成された生成
物および消費されなかった燃料などを、燃料電子システ
ム外に漏洩させることなく処理することができる。
２、起電部１４の燃料極、ならびに燃料極側の排出部を
構成する燃料排出管１３ｂおよび生成物吸収部１６が、
密閉して接続されている。この構成により、起電部１４
の燃料極で燃料を酸化することによって生成された生成
物および消費されなかった燃料などを、燃料電子システ
ム外に漏洩させることなく処理することができる。
【００１９】図１に示す燃料電池システムにおいては、
ポンプからなる燃料供給部１２が設けられているが、燃
料供給部１２が無くても本発明に係る燃料電池システム
を構成することができる。その際、燃料供給管１３ａ
を、毛管現象が働く程度の細管で構成するのが好まし
い。または、燃料の供給を補助するために、燃料供給管
１３ａの内部に、例えばポリウレタン、ポリエステル、
セルロース、フェノール系樹脂、ポリプロピレンまたは
ガラス繊維などの不織布または多孔質体を充填してもよ
い。
ポンプからなる燃料供給部１２が設けられているが、燃
料供給部１２が無くても本発明に係る燃料電池システム
を構成することができる。その際、燃料供給管１３ａ
を、毛管現象が働く程度の細管で構成するのが好まし
い。または、燃料の供給を補助するために、燃料供給管
１３ａの内部に、例えばポリウレタン、ポリエステル、
セルロース、フェノール系樹脂、ポリプロピレンまたは
ガラス繊維などの不織布または多孔質体を充填してもよ
い。
【００２０】起電部１４は、燃料極と酸化剤極とで電解
質膜を挟持することによって得られる単電池で構成され
る。この際、複数の単電池を積層して得られるスタック
を用いてもよく、また、複数の単電池を複数面内で直列
および並列に接続させて得られる構造の電池を用いても
よい。なお、燃料極および酸化剤極は、それぞれガス拡
散層と触媒層を含む。
質膜を挟持することによって得られる単電池で構成され
る。この際、複数の単電池を積層して得られるスタック
を用いてもよく、また、複数の単電池を複数面内で直列
および並列に接続させて得られる構造の電池を用いても
よい。なお、燃料極および酸化剤極は、それぞれガス拡
散層と触媒層を含む。
【００２１】ここで、図２に、単電池の構成の一例を示
す。図２に示すように、単電池は、燃料極側のガス拡散
層１４ａおよび触媒層１４ｂ、電解質膜１４ｃ、酸化剤
極側の触媒層１４ｄおよびガス拡散層１４ｅから構成さ
れている。図１において、燃料供給管１３ａおよび燃料
排出管１３ｂは、起電部１４の燃料極側に接続され、酸
化剤供給管１８および酸化剤排出管１９ｂは、起電部１
４の酸化剤極側に接続される。
す。図２に示すように、単電池は、燃料極側のガス拡散
層１４ａおよび触媒層１４ｂ、電解質膜１４ｃ、酸化剤
極側の触媒層１４ｄおよびガス拡散層１４ｅから構成さ
れている。図１において、燃料供給管１３ａおよび燃料
排出管１３ｂは、起電部１４の燃料極側に接続され、酸
化剤供給管１８および酸化剤排出管１９ｂは、起電部１
４の酸化剤極側に接続される。
【００２２】また、図１には示していないが、起電部１
４に酸化剤を供給する酸化剤供給管１８は、自然に吸入
した空気を酸化剤として起電部１４内に拡散させ得る単
なる開口管であってもよいが、空気の拡散を促進するた
めに、ファンまたはポンプなどの強制的な送風機構を具
備していてもよい。
４に酸化剤を供給する酸化剤供給管１８は、自然に吸入
した空気を酸化剤として起電部１４内に拡散させ得る単
なる開口管であってもよいが、空気の拡散を促進するた
めに、ファンまたはポンプなどの強制的な送風機構を具
備していてもよい。
【００２３】なお、本発明に係る燃料電池システムにお
いて用いられ得る炭化水素系の燃料としては、例えばメ
タノール、エタノール、プロパノールおよびエチレング
リコールなどのアルコール、ならびにジメチルエーテル
およびジエチルエーテルなどのエーテルなどが挙げられ
る。
いて用いられ得る炭化水素系の燃料としては、例えばメ
タノール、エタノール、プロパノールおよびエチレング
リコールなどのアルコール、ならびにジメチルエーテル
およびジエチルエーテルなどのエーテルなどが挙げられ
る。
【００２４】これらの燃料を用いたときに発生する燃料
酸化生成物のうち、特に燃料電池システムの密閉化を阻
害する生成物は、体積膨張の大きな二酸化炭素である。
さらに、蒸発による燃料電池システム外への漏洩が懸念
される副生成物として、ギ酸などのカルボン酸およびホ
ルムアルデヒドなどのアルデヒドなどが挙げられる。
酸化生成物のうち、特に燃料電池システムの密閉化を阻
害する生成物は、体積膨張の大きな二酸化炭素である。
さらに、蒸発による燃料電池システム外への漏洩が懸念
される副生成物として、ギ酸などのカルボン酸およびホ
ルムアルデヒドなどのアルデヒドなどが挙げられる。
【００２５】図１における生成物吸収部１６と燃料供給
管１３ａとの間には、分離膜１５を配置するのが好まし
い。かかる分離膜１５としては、液体が通りにくく気体
のみが通りやすい、いわゆる気液分離膜を用いることが
できる。この分離膜１５は、燃料の液体と気体とに異な
る表面張力を持たせ得る材料（撥水撥油性の材料）で構
成する。または、多孔質体の表面をこのような材料で覆
うことによって得られる部材を用いることもできる。具
体的には、例えばテトラフルオロエチレン−ヘキサフル
オロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）樹脂などのフッ素系
の樹脂を用いることができる。
管１３ａとの間には、分離膜１５を配置するのが好まし
い。かかる分離膜１５としては、液体が通りにくく気体
のみが通りやすい、いわゆる気液分離膜を用いることが
できる。この分離膜１５は、燃料の液体と気体とに異な
る表面張力を持たせ得る材料（撥水撥油性の材料）で構
成する。または、多孔質体の表面をこのような材料で覆
うことによって得られる部材を用いることもできる。具
体的には、例えばテトラフルオロエチレン−ヘキサフル
オロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）樹脂などのフッ素系
の樹脂を用いることができる。
【００２６】生成物吸収部１６には、物理吸着により二
酸化炭素を固定化する活性炭もしくはゼオライト、また
は化学反応により二酸化炭素を吸収するアルカリ性固体
もしくは液体などを用いることができる。アルカリ性固
体としては、カルシウムおよびバリウムなどのアルカリ
土類金属、カリウムおよびナトリウムなどのアルカリ金
属の水酸化物および炭酸塩などが挙げられる。また、ア
ルカリ性液体としては、これらの水溶液、ならびに非水
液体であるジエタノールアミンおよびヒドラジンなどが
挙げられる。
酸化炭素を固定化する活性炭もしくはゼオライト、また
は化学反応により二酸化炭素を吸収するアルカリ性固体
もしくは液体などを用いることができる。アルカリ性固
体としては、カルシウムおよびバリウムなどのアルカリ
土類金属、カリウムおよびナトリウムなどのアルカリ金
属の水酸化物および炭酸塩などが挙げられる。また、ア
ルカリ性液体としては、これらの水溶液、ならびに非水
液体であるジエタノールアミンおよびヒドラジンなどが
挙げられる。
【００２７】生成物吸収部１６において、燃料の酸化反
応により生成する体積膨張の大きな二酸化炭素を固定す
ることにより、燃料収納容器１１、燃料供給部１２、燃
料供給管１３ａ、起電部１４の燃料極、燃料排出管１３
ｂおよび生成物吸収部１６の燃料の満たされる部分か
ら、二酸化炭素の漏洩を防止し、燃料電池システム全体
を密閉化することが可能となる。
応により生成する体積膨張の大きな二酸化炭素を固定す
ることにより、燃料収納容器１１、燃料供給部１２、燃
料供給管１３ａ、起電部１４の燃料極、燃料排出管１３
ｂおよび生成物吸収部１６の燃料の満たされる部分か
ら、二酸化炭素の漏洩を防止し、燃料電池システム全体
を密閉化することが可能となる。
【００２８】これにより、初めて燃料、燃料酸化生成物
および副生成物などの劇毒物の、燃料電池システム外へ
の蒸発などによる漏液を無くすことができる。また、生
成物吸収部１６における生成物吸収剤として、上述のよ
うな物理吸着を利用するタイプおよび化学吸着を利用す
るタイプのいずれを用いても、燃料酸化主生成物である
二酸化炭素、ならびに副生成物として燃料電池システム
外への蒸発による漏洩が懸念されるギ酸およびホルムア
ルデヒドなども固定することができ、安全な燃料電池シ
ステムを実現することができる。
および副生成物などの劇毒物の、燃料電池システム外へ
の蒸発などによる漏液を無くすことができる。また、生
成物吸収部１６における生成物吸収剤として、上述のよ
うな物理吸着を利用するタイプおよび化学吸着を利用す
るタイプのいずれを用いても、燃料酸化主生成物である
二酸化炭素、ならびに副生成物として燃料電池システム
外への蒸発による漏洩が懸念されるギ酸およびホルムア
ルデヒドなども固定することができ、安全な燃料電池シ
ステムを実現することができる。
【００２９】生成物吸収部１６には吸収した生成物の量
を確認するためのガス検知手段を設けるのが好ましい。
前記生成物吸収剤のうち、後者の化学反応により二酸化
炭素を吸収する生成物吸収剤は、塩基性を示す物質であ
ることから、酸性を示す二酸化炭素を吸収することによ
り、二酸化炭素の吸収量に応じてｐＨ変化が生じる。こ
のｐＨ変化を検知することにより、燃料の消費量がわか
り、すなわち、燃料の残量を把握することができる。
を確認するためのガス検知手段を設けるのが好ましい。
前記生成物吸収剤のうち、後者の化学反応により二酸化
炭素を吸収する生成物吸収剤は、塩基性を示す物質であ
ることから、酸性を示す二酸化炭素を吸収することによ
り、二酸化炭素の吸収量に応じてｐＨ変化が生じる。こ
のｐＨ変化を検知することにより、燃料の消費量がわか
り、すなわち、燃料の残量を把握することができる。
【００３０】ｐＨ変化を検知する方法としては、例えば
ｐＨ変化に応じて色変化の認められる指示薬を生成物吸
収剤の中にあらかじめ添加しておき、目視により確認す
ることができる。例えば、生成物吸収部１６の一部を透
明または半透明にしておくことにより、視覚的に燃料の
残量を知ることができる。したがって、ガス検知手段
は、例えばｐＨ変化に伴う指示薬の色の変化により、吸
収した二酸化炭素の量を検知する手段であるのが好まし
い。
ｐＨ変化に応じて色変化の認められる指示薬を生成物吸
収剤の中にあらかじめ添加しておき、目視により確認す
ることができる。例えば、生成物吸収部１６の一部を透
明または半透明にしておくことにより、視覚的に燃料の
残量を知ることができる。したがって、ガス検知手段
は、例えばｐＨ変化に伴う指示薬の色の変化により、吸
収した二酸化炭素の量を検知する手段であるのが好まし
い。
【００３１】この場合、燃料収納容器１１をカートリッ
ジ式にしておくと、生成物吸収部１６による燃料の残量
検知に伴って燃料収納容器１１を新しいものと交換でき
るため、有効である。また、生成物吸収部１６もカート
リッジ式にしておいてもよい。さらに、燃料収納容器１
１と生成物吸収部１６とを一体化してカートリッジ式に
しておいてもよい。図１においては、燃料収納容器１１
と生成物吸収部１６とが一体化されて燃料カートリッジ
１７を構成している。この燃料カートリッジ１７のみを
取り外し、新しいものに取り替えることで、何度も使用
することができる。
ジ式にしておくと、生成物吸収部１６による燃料の残量
検知に伴って燃料収納容器１１を新しいものと交換でき
るため、有効である。また、生成物吸収部１６もカート
リッジ式にしておいてもよい。さらに、燃料収納容器１
１と生成物吸収部１６とを一体化してカートリッジ式に
しておいてもよい。図１においては、燃料収納容器１１
と生成物吸収部１６とが一体化されて燃料カートリッジ
１７を構成している。この燃料カートリッジ１７のみを
取り外し、新しいものに取り替えることで、何度も使用
することができる。
【００３２】生成物吸収部１６においては、例えば、使
用前に塩基性により無色であった指示薬が、二酸化炭素
の吸収に応じて、弱塩基性または中性となって発色する
ことにより、燃料の残量が残りわずかであることを知る
ことができる。あらかじめ燃料カートリッジ１７に入れ
る燃料の量から、適当な量の生成物吸収剤を充填するよ
うな設計にすることにより、精度よく燃料残量を知るこ
とができる。
用前に塩基性により無色であった指示薬が、二酸化炭素
の吸収に応じて、弱塩基性または中性となって発色する
ことにより、燃料の残量が残りわずかであることを知る
ことができる。あらかじめ燃料カートリッジ１７に入れ
る燃料の量から、適当な量の生成物吸収剤を充填するよ
うな設計にすることにより、精度よく燃料残量を知るこ
とができる。
【００３３】このような生成物吸収剤に添加する指示薬
としては、塩基性から弱塩基性または中性にかけて色変
化を起こす指示薬であればよい。このような指示薬とし
ては、例えばエチルバイオレット、フェノールフタレイ
ン、アリザリンエロー、クレゾールフタレイン、チモー
ルブルーおよびアルカリブルーなどが挙げられる。
としては、塩基性から弱塩基性または中性にかけて色変
化を起こす指示薬であればよい。このような指示薬とし
ては、例えばエチルバイオレット、フェノールフタレイ
ン、アリザリンエロー、クレゾールフタレイン、チモー
ルブルーおよびアルカリブルーなどが挙げられる。
【００３４】また、ｐＨ変化を検知するその他の方法と
しては、いわゆる市販のｐＨメータのようにガラス電極
を用いて電位差を検知することにより、ｐＨを知る方法
が挙げられる。この方法では、ｐＨ値から、燃料の消費
量を正確に知ることができ、すなわち、燃料の残量がど
の程度あるかを随時電気信号として得ることができる。
したがって、ガス検知手段はｐＨメータであってもよ
い。
しては、いわゆる市販のｐＨメータのようにガラス電極
を用いて電位差を検知することにより、ｐＨを知る方法
が挙げられる。この方法では、ｐＨ値から、燃料の消費
量を正確に知ることができ、すなわち、燃料の残量がど
の程度あるかを随時電気信号として得ることができる。
したがって、ガス検知手段はｐＨメータであってもよ
い。
【００３５】本発明に係る燃料電池システムにおいては
起電部１４の燃料極側が密閉されているため、発電によ
り生成する燃料酸化生成物を生成物吸収部１６で吸収す
ることにより、生成物吸収部１６の中は常に負圧の状態
となる。したがって、図１に示すポンプからなる燃料供
給部１２が無い場合でも、吸収されたガスの体積と同体
積の燃料が常に燃料収納容器１１から燃料供給管１３ａ
を通して起電部１４に供給されることとなる。
起電部１４の燃料極側が密閉されているため、発電によ
り生成する燃料酸化生成物を生成物吸収部１６で吸収す
ることにより、生成物吸収部１６の中は常に負圧の状態
となる。したがって、図１に示すポンプからなる燃料供
給部１２が無い場合でも、吸収されたガスの体積と同体
積の燃料が常に燃料収納容器１１から燃料供給管１３ａ
を通して起電部１４に供給されることとなる。
【００３６】この際、燃料収納容器１１の中は、燃料の
減少につれて圧力が下がってくるため、燃料が全て消費
されるまで燃料収納容器１１の中の圧力が生成物吸収部
１６内の圧力よりも低くならないように、あらかじめ窒
素またはアルゴンなどの不活性ガスを充填し、燃料収納
容器１１内の圧力を上げておけばよい。これにより、燃
料を最後まで消費することができる。
減少につれて圧力が下がってくるため、燃料が全て消費
されるまで燃料収納容器１１の中の圧力が生成物吸収部
１６内の圧力よりも低くならないように、あらかじめ窒
素またはアルゴンなどの不活性ガスを充填し、燃料収納
容器１１内の圧力を上げておけばよい。これにより、燃
料を最後まで消費することができる。
【００３７】ここで、図３は、図１の燃料カートリッジ
１７付近に相当する部分の別の態様を示す図である。図
３に示す燃料カートリッジ３７は、燃料収納容器３１、
分離膜３５および生成物吸収部３６を具備し、燃料収納
容器３１には燃料供給管３３ａが接続され、生成物吸収
部３６には分離膜３５を介して燃料排出管３３ｂが接続
されている。そして、燃料収納容器３１内の壁の一部
が、可動し得る移動隔壁３８で構成されている。
１７付近に相当する部分の別の態様を示す図である。図
３に示す燃料カートリッジ３７は、燃料収納容器３１、
分離膜３５および生成物吸収部３６を具備し、燃料収納
容器３１には燃料供給管３３ａが接続され、生成物吸収
部３６には分離膜３５を介して燃料排出管３３ｂが接続
されている。そして、燃料収納容器３１内の壁の一部
が、可動し得る移動隔壁３８で構成されている。
【００３８】図３に示すように、燃料収納容器３１内の
壁の一部を移動することのできる移動隔壁３８としても
よい。例えばバネまたはガス圧などによって、外部から
この移動隔壁３８に圧力を加えることにより、生成物吸
収部３６内の圧力を負とし、かつ燃料が燃料収納容器１
１から吸い上げられた際に移動隔壁３８を移動させ、常
に燃料収納容器１１内の圧力が負にならないようにする
ことによっても、燃料を最後まで消費することができ
る。
壁の一部を移動することのできる移動隔壁３８としても
よい。例えばバネまたはガス圧などによって、外部から
この移動隔壁３８に圧力を加えることにより、生成物吸
収部３６内の圧力を負とし、かつ燃料が燃料収納容器１
１から吸い上げられた際に移動隔壁３８を移動させ、常
に燃料収納容器１１内の圧力が負にならないようにする
ことによっても、燃料を最後まで消費することができ
る。
【００３９】図４は、図３の燃料カートリッジ３７付近
に相当する部分の別の態様を示す図である。図４に示す
燃料カートリッジ４７は、燃料収納容器４１、分離膜４
５、生成物吸収部４６およびポンプからなる燃料供給部
４２を具備し、燃料収納容器４１には燃料供給管４３ａ
が接続され、生成物吸収部４６には分離膜４５を介して
燃料排出管４３ｂが接続されている。そして、燃料収納
容器４１内の壁の一部が、可動し得る移動隔壁４８で構
成されている。
に相当する部分の別の態様を示す図である。図４に示す
燃料カートリッジ４７は、燃料収納容器４１、分離膜４
５、生成物吸収部４６およびポンプからなる燃料供給部
４２を具備し、燃料収納容器４１には燃料供給管４３ａ
が接続され、生成物吸収部４６には分離膜４５を介して
燃料排出管４３ｂが接続されている。そして、燃料収納
容器４１内の壁の一部が、可動し得る移動隔壁４８で構
成されている。
【００４０】また、図４においては、分離膜４５と燃料
収納容器４１とが、管４３ｃにより接続されている。図
４に示すように、燃料供給部４２が設けられている場合
には、燃料供給部４２が無い場合のように燃料の流れが
生成物吸収部４６と燃料収納容器４１との間で繋がって
いない方式を採用しなくてもよい。例えば、分離膜４５
において分離された未反応（未消費）の燃料が再び燃料
収納容器４１に戻って、何度も燃料電池システム内を循
環するように、管４３ｃを設けた構造を採用することも
できる。
収納容器４１とが、管４３ｃにより接続されている。図
４に示すように、燃料供給部４２が設けられている場合
には、燃料供給部４２が無い場合のように燃料の流れが
生成物吸収部４６と燃料収納容器４１との間で繋がって
いない方式を採用しなくてもよい。例えば、分離膜４５
において分離された未反応（未消費）の燃料が再び燃料
収納容器４１に戻って、何度も燃料電池システム内を循
環するように、管４３ｃを設けた構造を採用することも
できる。
【００４１】本発明に係る燃料電池システムにおいて
は、燃料が燃料収納容器から燃料供給管を通って起電部
へ供給され、そこで反応により消費され生成する燃料酸
化生成物を吸収することができる生成物吸収部を具備す
ることによって、燃料および生成物を密閉空間内で扱う
ことができる。このことから、危険性および毒性を有す
る燃料および燃料酸化副生成物を燃料電池システム外へ
全く排出させることなく、使用者にとって非常に安全な
燃料電池システムを実現することができる。
は、燃料が燃料収納容器から燃料供給管を通って起電部
へ供給され、そこで反応により消費され生成する燃料酸
化生成物を吸収することができる生成物吸収部を具備す
ることによって、燃料および生成物を密閉空間内で扱う
ことができる。このことから、危険性および毒性を有す
る燃料および燃料酸化副生成物を燃料電池システム外へ
全く排出させることなく、使用者にとって非常に安全な
燃料電池システムを実現することができる。
【００４２】また、本発明に係る燃料電池システムによ
れば、この燃料の密閉空間内において、燃料がなくなる
最後まで安定して起電部に燃料を供給し、最後まで安定
して発電を行うことができる燃料電池システムを提供す
ることもできる。また、本発明に係る燃料電池システム
においては、その際に燃料の消費量を検知することがで
きることから、使用者に燃料の残量、および燃料カート
リッジの交換時期を精度よく知らせることができる。以
下に、実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、本
発明はこれらのみに限定されるものではない。
れば、この燃料の密閉空間内において、燃料がなくなる
最後まで安定して起電部に燃料を供給し、最後まで安定
して発電を行うことができる燃料電池システムを提供す
ることもできる。また、本発明に係る燃料電池システム
においては、その際に燃料の消費量を検知することがで
きることから、使用者に燃料の残量、および燃料カート
リッジの交換時期を精度よく知らせることができる。以
下に、実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、本
発明はこれらのみに限定されるものではない。
【００４３】
【実施例】《実施例１〜４》本実施例においては、図１
に示す構造を有する燃料電池システムを作製した。３０
ｎｍの平均一次粒径を持つ導電性カーボン粒子であるケ
ッチェンブラックＥＣ（オランダ国、ＡＫＺＯ Ｃｈｅ
ｍｉｅ社）に、平均粒径約３０Åの白金粒子を担持させ
て、酸化剤極側の触媒担持粒子（５０重量％が白金）を
得た。また、ケッチェンブラックＥＣに、平均粒径約３
０Åの白金粒子とルテニウム粒子とを、それぞれ担持さ
せて燃料極側の触媒担持粒子（２５重量％が白金、２５
重量％がルテニウム）を得た。
に示す構造を有する燃料電池システムを作製した。３０
ｎｍの平均一次粒径を持つ導電性カーボン粒子であるケ
ッチェンブラックＥＣ（オランダ国、ＡＫＺＯ Ｃｈｅ
ｍｉｅ社）に、平均粒径約３０Åの白金粒子を担持させ
て、酸化剤極側の触媒担持粒子（５０重量％が白金）を
得た。また、ケッチェンブラックＥＣに、平均粒径約３
０Åの白金粒子とルテニウム粒子とを、それぞれ担持さ
せて燃料極側の触媒担持粒子（２５重量％が白金、２５
重量％がルテニウム）を得た。
【００４４】つぎに、酸化剤極側および燃料極側の触媒
担持粒子と水素イオン伝導性高分子電解質の分散液とを
それぞれ混合し、酸化剤極側および燃料極側の触媒ペー
ストを調製した。このとき、触媒担持粒子と水素イオン
伝導性高分子電解質との混合重量比は１：１とした。ま
た、水素イオン伝導性高分子電解質としてはパーフルオ
ロカーボンスルホン酸（旭硝子（株）製のフレミオン）
を用いた。
担持粒子と水素イオン伝導性高分子電解質の分散液とを
それぞれ混合し、酸化剤極側および燃料極側の触媒ペー
ストを調製した。このとき、触媒担持粒子と水素イオン
伝導性高分子電解質との混合重量比は１：１とした。ま
た、水素イオン伝導性高分子電解質としてはパーフルオ
ロカーボンスルホン酸（旭硝子（株）製のフレミオン）
を用いた。
【００４５】ついで、水素イオン伝導性高分子電解質膜
（米国デュポン社、ナフィオン１１７）の一方の面に、
酸化剤極側の触媒ペーストを印刷し、他方の面に燃料極
側の触媒ペーストを印刷した。そして、燃料極側のガス
拡散層および酸化剤極側のガス拡散層と、水素イオン伝
導性高分子電解質膜を、ホットプレス法で接合すること
で、電解質膜電極接合体（ＭＥＡ）を作成した。このと
き、燃料極および酸化剤極の触媒面積は２ｃｍ×２ｃｍ
とした。燃料側のガス拡散層および酸化剤極側のガス拡
散層としては、カーボン不織布（膜厚１９０μｍ、気孔
率７８％）を用いた。このようにして、起電部１４を得
た。
（米国デュポン社、ナフィオン１１７）の一方の面に、
酸化剤極側の触媒ペーストを印刷し、他方の面に燃料極
側の触媒ペーストを印刷した。そして、燃料極側のガス
拡散層および酸化剤極側のガス拡散層と、水素イオン伝
導性高分子電解質膜を、ホットプレス法で接合すること
で、電解質膜電極接合体（ＭＥＡ）を作成した。このと
き、燃料極および酸化剤極の触媒面積は２ｃｍ×２ｃｍ
とした。燃料側のガス拡散層および酸化剤極側のガス拡
散層としては、カーボン不織布（膜厚１９０μｍ、気孔
率７８％）を用いた。このようにして、起電部１４を得
た。
【００４６】取り外し可能な燃料カートリッジ１７内
に、生成物吸収剤を含む生成物吸収部１６を入れ、燃料
収納容器１１内にはメタノール濃度５重量％のメタノー
ル水溶液１０ｃｃを入れた。ここで、生成物吸収剤とし
ては、物理吸着により二酸化炭素を吸収する、（１）活
性炭（比表面積６００ｍ2／ｇ）もしくは（２）ゼオラ
イト（比表面積３５０ｍ2／ｇ）、または、化学吸着に
より二酸化炭素を吸収する、（３）ソーダライム（９４
重量％水酸化カルシウム、６重量％水酸化カリウム）も
しくは（４）炭酸カリウム水溶液（濃度４０重量％）を
用いた。生成物吸収剤の使用量は、それぞれ１０ｇとし
た。
に、生成物吸収剤を含む生成物吸収部１６を入れ、燃料
収納容器１１内にはメタノール濃度５重量％のメタノー
ル水溶液１０ｃｃを入れた。ここで、生成物吸収剤とし
ては、物理吸着により二酸化炭素を吸収する、（１）活
性炭（比表面積６００ｍ2／ｇ）もしくは（２）ゼオラ
イト（比表面積３５０ｍ2／ｇ）、または、化学吸着に
より二酸化炭素を吸収する、（３）ソーダライム（９４
重量％水酸化カルシウム、６重量％水酸化カリウム）も
しくは（４）炭酸カリウム水溶液（濃度４０重量％）を
用いた。生成物吸収剤の使用量は、それぞれ１０ｇとし
た。
【００４７】なお、燃料の消費により燃料収納容器１１
のタンク内が負圧にならないように、タンクに窒素ガス
を充填し、タンク内の圧力を１．３気圧とあらかじめ高
圧に設定した。燃料カートリッジ１７内の生成物吸収部
１６の入り口には、ガス選択透過性の分離膜１５とし
て、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレ
ン共重合体（ＦＥＰ）樹脂膜（膜厚２５μｍ、平均孔径
０．１μｍ）を設けた。燃料収納容器１１から起電部１
４までの燃料の供給するための燃料供給部１２としては
ポンプを使用した。また、酸化剤供給管１８において
は、ファンによる空気の強制供給は行わなかった。
のタンク内が負圧にならないように、タンクに窒素ガス
を充填し、タンク内の圧力を１．３気圧とあらかじめ高
圧に設定した。燃料カートリッジ１７内の生成物吸収部
１６の入り口には、ガス選択透過性の分離膜１５とし
て、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレ
ン共重合体（ＦＥＰ）樹脂膜（膜厚２５μｍ、平均孔径
０．１μｍ）を設けた。燃料収納容器１１から起電部１
４までの燃料の供給するための燃料供給部１２としては
ポンプを使用した。また、酸化剤供給管１８において
は、ファンによる空気の強制供給は行わなかった。
【００４８】ポンプの流速を毎分０．５ｃｃとして燃料
電池システムを運転したところ、いずれの生成物吸収剤
を用いた場合も、０．４Ｖおよび２００ｍＡの出力が得
られた。また、いずれの場合も、発電時の電圧は０．４
〜０．４５Ｖの間で、１０時間まで安定して出力を得る
ことができた。電池からのガスの漏液はもちろん見られ
なかった。さらに、起電部１４の酸化剤極のみに空気が
自由に出入りできるようにして、燃料極から燃料供給管
１３ａ、燃料排出管１３ｂ、燃料収納容器１１および生
成物吸収部１６を全てテフロン（登録商標）バッグに入
れて密封して、燃料電池システムを運転した。運転終了
後にテフロンバッグ内のガスをガスクロマトグフィーに
て分析したが、メタノールは検出されなかった。
電池システムを運転したところ、いずれの生成物吸収剤
を用いた場合も、０．４Ｖおよび２００ｍＡの出力が得
られた。また、いずれの場合も、発電時の電圧は０．４
〜０．４５Ｖの間で、１０時間まで安定して出力を得る
ことができた。電池からのガスの漏液はもちろん見られ
なかった。さらに、起電部１４の酸化剤極のみに空気が
自由に出入りできるようにして、燃料極から燃料供給管
１３ａ、燃料排出管１３ｂ、燃料収納容器１１および生
成物吸収部１６を全てテフロン（登録商標）バッグに入
れて密封して、燃料電池システムを運転した。運転終了
後にテフロンバッグ内のガスをガスクロマトグフィーに
て分析したが、メタノールは検出されなかった。
【００４９】したがって、本発明に係る燃料電池システ
ムによれば、燃料を完全に密閉系で扱うことが初めて可
能となり、その結果、システム外に有毒な燃料および燃
料酸化副生成物などを全く排出しない安全な燃料電池シ
ステムを実現することができた。また、生成物吸収剤と
して、ソーダライムにおいて水酸化カルシウムの代わり
に水酸化バリウムを添加して得られる材料、これらの混
合物、およびジエタノールアミンを用いた場合も、ほぼ
同様の効果が得られた。
ムによれば、燃料を完全に密閉系で扱うことが初めて可
能となり、その結果、システム外に有毒な燃料および燃
料酸化副生成物などを全く排出しない安全な燃料電池シ
ステムを実現することができた。また、生成物吸収剤と
して、ソーダライムにおいて水酸化カルシウムの代わり
に水酸化バリウムを添加して得られる材料、これらの混
合物、およびジエタノールアミンを用いた場合も、ほぼ
同様の効果が得られた。
【００５０】《比較例１》比較例として、実施例１と以
下の点を除き同じ構成の燃料電池システムを作製した。
すなわち、燃料排出管１３ｂの末端に分離膜１５を設け
たのみで、生成物吸収部１６を設けず、燃料排出管１３
ｂの末端に孔を空けて大気に開放し、分離膜を通して出
てきたガスは直接大気中に放出させた。
下の点を除き同じ構成の燃料電池システムを作製した。
すなわち、燃料排出管１３ｂの末端に分離膜１５を設け
たのみで、生成物吸収部１６を設けず、燃料排出管１３
ｂの末端に孔を空けて大気に開放し、分離膜を通して出
てきたガスは直接大気中に放出させた。
【００５１】かかる燃料電池システムを実施例１と同じ
運転条件で運転したところ、０．４０Ｖおよび２００ｍ
Ａの出力が得られた。その後、０．３５Ｖ〜０．４０Ｖ
の間で、７時間まで安定して出力を得ることができた。
しかし、燃料排出管１３ｂの末端の孔に数時間ガラス板
を近づけておいたところ、このガラス板に液体が付着し
た。また、この液体を純水で薄め、ガスクロマトグラフ
ィーで分析したところ、この水溶液はメタノールを含ん
でいることがわかった。
運転条件で運転したところ、０．４０Ｖおよび２００ｍ
Ａの出力が得られた。その後、０．３５Ｖ〜０．４０Ｖ
の間で、７時間まで安定して出力を得ることができた。
しかし、燃料排出管１３ｂの末端の孔に数時間ガラス板
を近づけておいたところ、このガラス板に液体が付着し
た。また、この液体を純水で薄め、ガスクロマトグラフ
ィーで分析したところ、この水溶液はメタノールを含ん
でいることがわかった。
【００５２】また、実施例１に比べて、電圧はやや低
く、駆動時間もやや短かった。発電終了時に、分離膜１
５にガスの滞留が見られたことから、発電につれて、分
離膜１５からガスが抜けきらず、燃料排出管１３ｂのガ
ス出口付近の内圧が増大し、ポンプに過大な負荷を与え
たために、燃料が十分に供給されなくなってしまったと
考えられた。
く、駆動時間もやや短かった。発電終了時に、分離膜１
５にガスの滞留が見られたことから、発電につれて、分
離膜１５からガスが抜けきらず、燃料排出管１３ｂのガ
ス出口付近の内圧が増大し、ポンプに過大な負荷を与え
たために、燃料が十分に供給されなくなってしまったと
考えられた。
【００５３】《実施例５〜１０および比較例２》実施例
１と全く同じ構成を有する燃料電池システムにおいて、
取り外し可能な燃料カートリッジ１７内に、生成物吸収
部１６、およびメタノール濃度５重量％のメタノール水
溶液１０ｃｃを含むの燃料収納容器１１を入れた。ここ
で、生成物吸収剤として、所定量のソーダライム（９４
重量％水酸化カルシウム、６重量％水酸化カリウム）、
または炭酸カリウム水溶液（濃度４０重量％）を入れ、
さらに発色剤としてエチルバイオレットを添加した。使
用した生成物吸収剤の種類および量は表１にまとめて示
した。また、燃料カートリッジ１７中の生成物吸収部１
６は透明のアクリル樹脂で構成した。
１と全く同じ構成を有する燃料電池システムにおいて、
取り外し可能な燃料カートリッジ１７内に、生成物吸収
部１６、およびメタノール濃度５重量％のメタノール水
溶液１０ｃｃを含むの燃料収納容器１１を入れた。ここ
で、生成物吸収剤として、所定量のソーダライム（９４
重量％水酸化カルシウム、６重量％水酸化カリウム）、
または炭酸カリウム水溶液（濃度４０重量％）を入れ、
さらに発色剤としてエチルバイオレットを添加した。使
用した生成物吸収剤の種類および量は表１にまとめて示
した。また、燃料カートリッジ１７中の生成物吸収部１
６は透明のアクリル樹脂で構成した。
【００５４】ポンプの流速を毎分０．５ｃｃとして運転
したところ、いずれの生成物吸収剤を用いた場合も、発
電初期０．４Ｖおよび２００ｍＡの出力が得られた。そ
して、０．４〜０．４５Ｖの間で一定時間安定して発電
した後、電圧が急降下した。また、電圧が急降下する１
０分〜３０分前に、生成物吸収剤の発色（白から紫）が
見られる場合と見られない場合とがあった。結果を表１
にまとめて示した。
したところ、いずれの生成物吸収剤を用いた場合も、発
電初期０．４Ｖおよび２００ｍＡの出力が得られた。そ
して、０．４〜０．４５Ｖの間で一定時間安定して発電
した後、電圧が急降下した。また、電圧が急降下する１
０分〜３０分前に、生成物吸収剤の発色（白から紫）が
見られる場合と見られない場合とがあった。結果を表１
にまとめて示した。
【００５５】これらの結果から、燃料に対し過剰な生成
物吸収剤がある場合、燃料をほぼ使い切るまで運転は可
能であったが、最後まで生成物吸収剤の発色は見られな
かった。また、生成物吸収剤が不足している場合、燃料
電池システムが止まる前に生成物吸収剤の発色は見られ
たが、燃料を最後まで使い切ることができずに燃料電池
システムの運転が止まった。あらかじめ燃料に対して適
正な生成物吸収剤を用いることで、残量が残り少なくな
ったときに、生成物吸収剤の発色により燃料カートリッ
ジ１７の交換時期を知ることができた。
物吸収剤がある場合、燃料をほぼ使い切るまで運転は可
能であったが、最後まで生成物吸収剤の発色は見られな
かった。また、生成物吸収剤が不足している場合、燃料
電池システムが止まる前に生成物吸収剤の発色は見られ
たが、燃料を最後まで使い切ることができずに燃料電池
システムの運転が止まった。あらかじめ燃料に対して適
正な生成物吸収剤を用いることで、残量が残り少なくな
ったときに、生成物吸収剤の発色により燃料カートリッ
ジ１７の交換時期を知ることができた。
【００５６】
【表１】
【００５７】また、生成物吸収剤の発色材として、エチ
ルバイオレット以外にも、フェノールフタレイン、アリ
ザリンエロー、クレゾールフタレイン、チモールブルー
またはアルカリブルーを添加した場合、それぞれ変色す
る色および生成物吸収量は異なったが、同じように燃料
電池システムの運転終了前に変色が見られた。これらの
発色剤を用いた場合でも、あらかじめ燃料に対して適正
な生成物吸収剤を用いることで、生成物吸収剤の発色に
より燃料カートリッジ１７の交換時期を知ることができ
た。
ルバイオレット以外にも、フェノールフタレイン、アリ
ザリンエロー、クレゾールフタレイン、チモールブルー
またはアルカリブルーを添加した場合、それぞれ変色す
る色および生成物吸収量は異なったが、同じように燃料
電池システムの運転終了前に変色が見られた。これらの
発色剤を用いた場合でも、あらかじめ燃料に対して適正
な生成物吸収剤を用いることで、生成物吸収剤の発色に
より燃料カートリッジ１７の交換時期を知ることができ
た。
【００５８】また、生成物吸収剤としての炭酸カリウム
水溶液中のｐＨ変化を調べたところ、実際に生成物吸収
剤のｐＨはアルカリ性から徐々にではあるが中性側へ変
化していた。このことから、吸収剤のｐＨを測定するこ
とによっても燃料の消費量を知ること、すなわち、燃料
の残量を検知をすることができた。
水溶液中のｐＨ変化を調べたところ、実際に生成物吸収
剤のｐＨはアルカリ性から徐々にではあるが中性側へ変
化していた。このことから、吸収剤のｐＨを測定するこ
とによっても燃料の消費量を知ること、すなわち、燃料
の残量を検知をすることができた。
【００５９】
【発明の効果】本発明によれば、燃料電池システムにお
いて、燃料および燃料酸化の際に生成される副生成物の
漏液はもちろん、これらの蒸発による燃料電池外への漏
洩を完全に防止することができる。これと同時に、本発
明によれば、燃料の残存量を検知するシステムを別途設
けることなく、燃料の残存量を精度よく検知することの
できる燃料電池システムを提供することができる。
いて、燃料および燃料酸化の際に生成される副生成物の
漏液はもちろん、これらの蒸発による燃料電池外への漏
洩を完全に防止することができる。これと同時に、本発
明によれば、燃料の残存量を検知するシステムを別途設
けることなく、燃料の残存量を精度よく検知することの
できる燃料電池システムを提供することができる。
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの
構成を示す概略図である。
構成を示す概略図である。
【図２】本発明において用いる単電池の構成の一例を示
す概略断面図である。
す概略断面図である。
【図３】図１の燃料カートリッジ１７付近に相当する部
分の別の態様を示す図である。
分の別の態様を示す図である。
【図４】図３の燃料カートリッジ３７付近に相当する部
分の別の態様を示す図である。
分の別の態様を示す図である。
【図５】生成ガス排出機構を有する燃料電池の構造を示
す概略断面図である。
す概略断面図である。
１１ 燃料収納容器
１２ 燃料供給部
１３ａ 燃料供給管
１３ｂ 燃料排出管
１４ 起電部
１４ａ ガス拡散層
１４ｂ 触媒層
１４ｃ 電解質膜
１４ｄ 触媒層
１４ｅ ガス拡散層
１５ 分離膜
１６ 生成物吸収部
１７ 燃料カートリッジ
３１ 燃料収納容器
３３ａ 燃料供給管
３３ｂ 燃料排出管
３５ 分離膜
３６ 生成物吸収部
３７ 燃料カートリッジ
３８ 移動隔壁
４１ 燃料収納容器
４２ 燃料供給部
４３ａ 燃料供給管
４３ｂ 燃料排出部
４５ 分離膜
４６ 生成物吸収部
４７ 燃料カートリッジ
４８ 移動隔壁
５１ 分離膜
５２ａ 燃料供給管
５２ｂ 燃料排出管
５３ ガス拡散層
５４ 触媒層
５５ 電解質膜
５６ 触媒層
５７ ガス拡散層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 渋谷 聡
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
(72)発明者 岡田 行広
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
Ｆターム(参考） 5H027 AA08 BA13 KK00
Claims (12)
- 【請求項１】 燃料極、酸化剤極および前記燃料極と前
記酸化剤極との間に挟持される電解質膜を具備する起電
部と、前記燃料極へ供給する燃料を収納する燃料収納容
器と、前記燃料極に接続された燃料排出部とを有し、 前記燃料収納容器、前記燃料極、および前記燃料排出部
が密閉して接続されていることを特徴とする燃料電池シ
ステム。 - 【請求項２】 前記燃料極から排出される燃料酸化生成
物を吸収する生成物吸収部を有することを特徴とする請
求項１記載の燃料電池システム。 - 【請求項３】 前記燃料酸化生成物が二酸化炭素を含む
ことを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。 - 【請求項４】 前記燃料酸化生成物がカルボン酸基を有
する化合物を含むことを特徴とする請求項２記載の燃料
電池システム。 - 【請求項５】 前記燃料酸化生成物がアルデヒド基を有
する化合物を含むことを特徴とする請求項２記載の燃料
電池システム。 - 【請求項６】 前記燃料酸化生成物がケトン基を有する
化合物を含むことを特徴とする請求項２記載の燃料電池
システム。 - 【請求項７】 前記生成物吸収部が、物理吸着により前
記燃料酸化生成物を吸収する請求項２記載の燃料電池シ
ステム。 - 【請求項８】 前記生成物吸収部が、化学吸着により前
記燃料酸化生成物を吸収する請求項２記載の燃料電池シ
ステム。 - 【請求項９】 前記生成物吸収部が吸収した二酸化炭素
の量を検知するガス検知手段を有することを特徴とする
請求項３記載の燃料電池システム。 - 【請求項１０】 前記生成物吸収部が交換可能なカート
リッジ式であることを特徴とする請求項２〜９のいずれ
かに記載の燃料電池システム。 - 【請求項１１】 前記燃料収納容器が交換可能なカート
リッジ式であることを特徴とする請求項２〜１０のいず
れかに記載の燃料電池システム。 - 【請求項１２】 前記生成物吸収部および前記燃料収納
容器が一体化されていることを特徴とする請求項２〜１
１のいずれかに記載の燃料電池システム。
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-
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-
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