JP2003317755A - 燃料供給装置およびそれを用いた燃料電池システム - Google Patents

燃料供給装置およびそれを用いた燃料電池システム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】ポンプなどの補機を用いることなく燃料電池も
しくは燃料改質器へ液体燃料を供給することができ且つ
液体燃料の供給量を調節可能な燃料供給装置およびそれ
を用いた燃料電池システムを提供する。 【解決手段】燃料電池システムは、携帯機器の電源とし
てい用いる燃料電池１と、燃料電池１へそれぞれ燃料供
給管からなる燃料供給路３ａ，３ｂを通して液体燃料２
２，２２を供給する燃料供給装置２ａ，２ｂと、燃料供
給路３ａ，３ｂを通る液体燃料２２，２２の供給量を調
節する燃料制御用バルブ４ａ，４ｂとを備える。燃料供
給装置２ａ，２ｂは、燃料電池１の燃料混合部１ｂへ液
体燃料２２，２２を供給するものであり、燃料電池１用
の液体燃料２２および液体燃料２２を加圧して燃料電池
１へ圧送する加圧手段である加圧ガス２３を内蔵した容
器２１を備え、容器２１が燃料供給路３ａ，３ｂに着脱
されるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池もしくは
燃料改質器へ液体燃料を供給する燃料供給装置およびそ
れを用いた燃料電池システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯機器の電源として利用可能な
小型の燃料電池が各所で研究開発されており、この種の
燃料電池としては、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）
や、メタノールを燃料電池セルに供給する直接メタノー
ル型燃料電池（ＤＭＦＣ）などが提案されている。
【０００３】ここにおいて、固体高分子型燃料電池を用
いた燃料電池システムでは、メタノールを水素に改質す
る燃料改質器が必要なのに対して、直接メタノール型燃
料電池を用いた燃料電池システムでは燃料改質器が不要
なのでシステムの小型化の点で有利である。しかしなが
ら、メタノール濃度が高いとメタノールが燃料電池の固
体電解質膜を通り抜ける所謂クロスオーバーが起こり燃
料電池の出力が低下してしまうので、メタノールと水と
を混合したメタノール水溶液を燃料電池の燃料極へ供給
するようにした燃料電池システムも提案されている。
【０００４】ところで、これらの燃料電池システムにお
いて燃料電池用もしくは燃料改質器用の液体燃料を燃料
電池もしくは燃料改質器へ供給する燃料供給装置では、
液体燃料の入った容器から液体燃料をポンプによって汲
み上げたり毛管力によって吸い上げて燃料電池もしくは
燃料改質器へ供給している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように液体燃料をポンプによって汲み上げるようにした
燃料供給装置では、ポンプを駆動するための電力が必要
であり、燃料電池システム全体としての総合効率が低下
してしまうという問題があった。また、液体燃料を毛管
力によって吸い上げて供給する燃料供給装置では、燃料
供給路にバルブを設けることができないので、液体燃料
の供給量を調節することができず燃料電池の出力を制御
することができないという問題や、燃料電池の出力密度
が低いという問題があった。
【０００６】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、ポンプなどの補機を用いることなく
燃料電池もしくは燃料改質器へ液体燃料を供給すること
ができ且つ液体燃料の供給量を調節可能な燃料供給装置
およびそれを用いた燃料電池システムを提供することに
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、携帯機器に用いる燃料電池用も
しくは燃料改質器用の液体燃料および液体燃料を加圧し
て燃料電池もしくは燃料改質器へ圧送する加圧手段を内
蔵した容器と、容器を燃料電池もしくは燃料改質器への
燃料供給路に着脱する着脱手段とを備えてなることを特
徴とするものであり、ポンプなどの補機を用いることな
く燃料電池もしくは燃料改質器へ液体燃料を円滑に供給
することができて、燃料電池を含めた燃料電池システム
の総合効率を高めることが可能となり、しかも、従来の
ように毛管力によって液体燃料を吸い上げる場合に比べ
て単位時間当たりに燃料供給路を通る液体燃料の供給量
を多くすることができ、燃料供給路にバルブを設けるこ
とができるから、当該バルブを設けることによって液体
燃料の供給量を調節することが可能となる。また、容器
を燃料供給路に着脱することができるので、容器を交換
することで燃料電池の発電を継続させることができ、携
帯機器の長時間の連続使用が可能になるという利点もあ
る。
【０００８】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記液体燃料は、液体有機燃料、水、液体有機燃料
と水との混合液体燃料から選択されるので、前記液体燃
料として比較的取り扱いの容易な液体燃料を用いること
ができる。
【０００９】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、前記加圧手段は、前記容器内で前記
液体燃料を加圧する加圧ガスよりなるので、前記容器内
に特別な構造を設けたり別部材を用いることなく前記液
体燃料を加圧して前記燃料電池もしくは前記燃料改質器
へ圧送することができるから、部品点数を削減すること
ができ、低コスト化を図ることができる。
【００１０】請求項４の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、前記加圧手段は、前記液体燃料が入
れられ前記容器内に納装された可撓性の袋と、前記容器
と袋との間に充填された加圧ガスとからなるので、加圧
ガスが前記燃料電池もしくは前記燃料改質器へ流れ込む
のを防止することができる。
【００１１】請求項５の発明は、携帯機器に用いる燃料
電池用もしくは燃料改質器用の液体燃料が充填されて膨
らんだ可撓性の袋からなり液体燃料を燃料電池もしくは
燃料改質器へ圧送する容器と、容器を燃料電池もしくは
燃料改質器への燃料供給路に着脱する着脱手段とを備え
てなることを特徴とするものであり、ポンプなどの補機
を用いることなく燃料電池もしくは燃料改質器へ液体燃
料を円滑に供給することができて、燃料電池を含めた燃
料電池システムの総合効率を高めることが可能となり、
しかも、従来のように毛管力によって液体燃料を吸い上
げる場合に比べて単位時間当たりに燃料供給路を通る液
体燃料の供給量を多くすることができ、燃料供給路にバ
ルブを設けることができるから、当該バルブを設けるこ
とによって液体燃料の供給量を調節することが可能とな
る。また、容器を燃料供給路に着脱することができるの
で、容器を交換することで燃料電池の発電を継続させる
ことができ、携帯機器の長時間の連続使用が可能になる
という利点もある。
【００１２】請求項６の発明は、燃料電池と、請求項１
ないし請求項５のいずれか１項に記載の燃料供給装置
と、前記燃料供給路を通る前記液体燃料の供給量を調節
する燃料制御用バルブとを備えてなることを特徴とする
ものであり、ポンプなどの補機を用いることなく前記液
体燃料を前記燃料供給路を通して燃料電池もしくは燃料
改質器へ圧送して供給することができ、燃料電池システ
ム全体の総合効率を高めることができ、しかも、従来の
ように毛管力によって液体燃料を吸い上げる場合に比べ
て単位時間当たりに燃料供給路を通る液体燃料の供給量
を多くすることができ、燃料供給路に設けた燃料制御用
バルブによって前記液体燃料の供給量を調節することが
できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本実施形態の燃料電池システム
は、図１に示すように、携帯機器の電源としてい用いる
燃料電池１と、燃料電池１へそれぞれ燃料供給管からな
る燃料供給路３ａ，３ｂを通して液体燃料２２，２２を
供給する燃料供給装置２ａ，２ｂと、燃料供給路３ａ，
３ｂ上に配置され液体燃料２２，２２の供給量を調節す
る燃料制御用バルブ４ａ，４ｂとを備えている。なお、
燃料制御用バルブ４ａ，４ｂとしては、開量を調節する
ことで液体燃料２２，２２の流量を制御できるバルブを
採用してもよいし、燃料供給路３ａ，３ｂの開閉のみを
行うバルブを採用するようにしてもよい。また、本実施
形態の燃料電池システムでは、図示していないが、後述
の燃料混合部１ｂにて混合された混合液体燃料の濃度を
検出する濃度センサと、濃度センサの出力に基づいて燃
料制御用バルブ４ａ，４ｂを制御する制御回路などを備
えており、制御回路によって燃料制御バルブ４ａ，４ｂ
を制御することで混合液体燃料の濃度を所望の目標値に
近づけることができるようになっている。
【００１４】燃料電池１は、メタノール水溶液を燃料と
する直接メタノール型燃料電池であって、水素イオンの
伝導性の高い固体高分子膜からなるイオン伝導膜が厚み
方向の両側に設けた燃料極と空気極とで挟まれた燃料電
池セル１ａを備えている。ここに、燃料電池セル１ａ
は、燃料極へメタノール水溶液が供給される一方で、空
気極へ外部から酸化剤としての空気が供給されて、発電
することになり、燃料極では二酸化炭素が発生し、空気
極では水が発生する。なお、燃料電池１には、燃料供給
路３ａを通して供給される液体燃料２２と燃料供給路３
ｂを通して供給される液体燃料２２とを混合して上述の
混合液体燃料を得る燃料混合部１ｂ、燃料極で発生した
二酸化炭素を外部へ排出するためのガスセパレータ１ｃ
なども設けられている。
【００１５】燃料供給装置２ａ，２ｂは、燃料電池１の
燃料混合部１ｂへ液体燃料２２を供給するものであり、
燃料電池１用の液体燃料２２および液体燃料２２を加圧
して燃料電池１へ圧送する加圧手段である加圧ガス２３
を内蔵した容器２１と、容器２１の燃料装着口２４に装
着され燃料供給管３（燃料供給路３ａ，３ｂ）によって
突き破られて燃料供給管３を気密的に保持するゴム状弾
性を有する材料からなる栓２５とを備えている。なお、
本実施形態では、栓２５が容器２１を燃料電池１への燃
料供給路３ａ，３ｂに着脱する着脱手段を構成してい
る。
【００１６】ところで、一方の燃料供給装置２ａの容器
２１には、液体燃料２２としてメタノールのような液体
有機燃料が入れられ、他方の燃料供給装置２ｂの容器２
１には、液体燃料２２として水が入れられている。な
お、加圧ガス２３としては、例えば、窒素、ヘリウム、
アルゴンなどの不活性ガスを採用すればよいが、燃料供
給装置２ａにおいては液体燃料２２として揮発性が高く
蒸気圧の高いものを用いて液体燃料２２の蒸気を加圧ガ
ス２３として利用するようにしてもよい。
【００１７】しかして、本実施形態の燃料供給装置２
ａ，２ｂでは、ポンプなどの補機を用いることなく燃料
電池１へ液体燃料２２を円滑に供給することができ、燃
料電池１を含めた燃料電池システムの総合効率を高める
ことが可能となり、しかも、従来のように毛管力によっ
て液体燃料２２を吸い上げる場合に比べて単位時間当た
りに燃料供給路３ａ，３ｂを通る液体燃料２２の供給量
を多くすることができ、燃料供給路３ａ，３ｂに燃料制
御用バルブ４ａ，４ｂを設けることができるから、燃料
制御用バルブ４ａ，４ｂを設けることによって各液体燃
料２２の供給量を調節することが可能となる。また、各
容器２１を燃料供給路３ａ，３ｂに着脱することができ
るので、容器２１を交換することで燃料電池１の発電を
継続させることができ、携帯機器の長時間の連続使用が
可能になるという利点もある。
【００１８】また、容器２１内で液体燃料２２を加圧す
る加圧手段が加圧ガス２３からなるので、容器２１内に
特別な構造を設けたり別部材を用いることなく液体燃料
２２を加圧して燃料電池１へ圧送することができるか
ら、特別な構造を設けたり別部材を用いる必要がなく
て、部品点数を削減することができ、低コスト化を図る
ことができる。
【００１９】ところで、本実施形態では、上述のように
容器２１に装着した栓２５を突き破るように燃料供給管
３を容器２１内へ挿入しており栓２５が着脱手段を構成
しているが、図３に示すように、先端に近づくほど外径
が徐々に小さくなり先端部がシール部（図示せず）によ
り封止された円筒状の接続用筒部２６を容器２１から突
設するとともに、燃料供給管３に弾性材料からなる円筒
状の接続用チューブ２７を外装しておき、接続用筒部２
６の外周面と接続用チューブ２７の内周面とを密着させ
て接続用筒部２６と接続用チューブ２７とを仮接続した
後、燃料供給管３において外径を他の部位に比べて小さ
くした細径部３１の先端が上記シール部を突き破って接
続用筒部２６に挿入されるように接続用筒部２６と接続
用チューブ２７とを接続することによって燃料供給管３
を容器２に接続するようにしてもよい。図３のような構
成を採用する場合には、接続用筒部２６と接続用チュー
ブ２７とで着脱手段を構成している。
【００２０】なお、図４に示すように、燃料供給管３の
うち容器２１内に収納される部分をフレキシブルチュー
ブにより構成して先端部に重り４１を固着しておけば、
容器２１の向きに関わらず燃料供給管３の先端部を液体
燃料２２に漬けることが可能となるから、容器２１の向
きに関わらず液体燃料２２を燃料電池１へ供給すること
が可能になる。
【００２１】また、上記実施形態では、容器２１内に内
蔵され液体燃料２２を加圧する加圧手段として加圧ガス
２３を採用しているので、液体燃料２２が無くなると加
圧ガス２３が燃料供給路３ａ，３ｂへ流れ出るが、図６
に示すように、液体燃料２２が入れられ容器２１内に納
装された可撓性の袋２８と、容器２１内において容器２
１と袋２８との間の空間に入れた蒸気圧が高い液体２９
と、容器２１と袋２８との間に充満し上記液体２９の蒸
気からなる加圧ガス２３’（図６中の矢印は加圧ガス２
３’によって袋２８に外側からかかる圧力の向きを模式
的に示している）とで加圧手段を構成すれば、加圧ガス
２３’が燃料電池１へ流れ込むのを防止することができ
る。しかも、加圧ガス２３’として仮に不活性ガスを用
いる場合には燃料供給装置２ａ，２ｂの製造時に加圧ガ
ス２３’の圧力を制御する必要があるのに対して、加圧
ガス２３’として容器２内に入れる液体２９の蒸気を利
用しているので、圧力調整が不要で燃料供給装置２ａ，
２ｂの製造が容易になる。また、図７に示すように、容
器２１を液体燃料２２が入れられて膨らんだ可撓性の袋
により構成すれば、容器２１を構成する袋の復元力によ
って液体燃料２２を圧送することができる。ただし、図
７のように容器２１を可撓性の袋により構成する場合に
は、容器２１を保護するために容器２１を覆う保護容器
５１を設けることが望ましい。
【００２２】ところで、上述の燃料電池システムでは各
燃料供給装置２ａ，２ｂから各液体燃料２２，２２を燃
料電池１へ直接供給していたが、各燃料供給装置２ａ，
２ｂから各液体燃料２２，２２を燃料改質器へ供給し、
燃料改質器にて改質された燃料を燃料電池へ供給するよ
うにしていもよい。
【００２３】また、上記実施形態における燃料供給装置
２ａでは、液体燃料２２たる液体有機燃料としてメタノ
ールを採用しているが、メタノールの代わりに、ジメチ
ルエーテル、エタノールなどを採用すれば、メタノール
を採用する場合に比べて液体燃料２２の安全性を高める
ことができるとともに液体燃料２２の取り扱いが容易に
なる。また、上記実施形態では、２つの燃料供給装置２
ａ，２ｂを備えており、燃料電池１に燃料混合部１ｂを
設けてあるが、容器２１に入れる液体燃料として混合液
体燃料（例えば、メタノール水溶液）を採用するように
してもよい。
【００２４】
【発明の効果】請求項１の発明は、携帯機器に用いる燃
料電池用もしくは燃料改質器用の液体燃料および液体燃
料を加圧して燃料電池もしくは燃料改質器へ圧送する加
圧手段を内蔵した容器と、容器を燃料電池もしくは燃料
改質器への燃料供給路に着脱する着脱手段とを備えてな
るものであり、ポンプなどの補機を用いることなく燃料
電池もしくは燃料改質器へ液体燃料を円滑に供給するこ
とができるという効果があり、燃料電池を含めた燃料電
池システムの総合効率を高めることが可能となり、しか
も、従来のように毛管力によって液体燃料を吸い上げる
場合に比べて単位時間当たりに燃料供給路を通る液体燃
料の供給量を多くすることができ、燃料供給路にバルブ
を設けることができるから、当該バルブを設けることに
よって液体燃料の供給量を調節することが可能となると
いう効果がある。また、容器を燃料供給路に着脱するこ
とができるので、容器を交換することで燃料電池の発電
を継続させることができ、携帯機器の長時間の連続使用
が可能になるという利点もある。
【００２５】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記液体燃料は、液体有機燃料、水、液体有機燃料
と水との混合液体燃料から選択されるので、前記液体燃
料として比較的取り扱いの容易な液体燃料を用いること
ができるという効果がある。
【００２６】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、前記加圧手段は、前記容器内で前記
液体燃料を加圧する加圧ガスよりなるので、前記容器内
に特別な構造を設けたり別部材を用いることなく前記液
体燃料を加圧して前記燃料電池もしくは前記燃料改質器
へ圧送することができるから、部品点数を削減すること
ができ、低コスト化を図ることができるという効果があ
る。
【００２７】請求項４の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、前記加圧手段は、前記液体燃料が入
れられ前記容器内に納装された可撓性の袋と、前記容器
と袋との間に充填された加圧ガスとからなるので、加圧
ガスが前記燃料電池もしくは前記燃料改質器へ流れ込む
のを防止することができるという効果がある。
【００２８】請求項５の発明は、携帯機器に用いる燃料
電池用もしくは燃料改質器用の液体燃料が充填されて膨
らんだ可撓性の袋からなり液体燃料を燃料電池もしくは
燃料改質器へ圧送する容器と、容器を燃料電池もしくは
燃料改質器への燃料供給路に着脱する着脱手段とを備え
てなるものであり、ポンプなどの補機を用いることなく
燃料電池もしくは燃料改質器へ液体燃料を円滑に供給す
ることができるという効果があり、燃料電池を含めた燃
料電池システムの総合効率を高めることが可能となり、
しかも、従来のように毛管力によって液体燃料を吸い上
げる場合に比べて単位時間当たりに燃料供給路を通る液
体燃料の供給量を多くすることができ、燃料供給路にバ
ルブを設けることができるから、当該バルブを設けるこ
とによって液体燃料の供給量を調節することが可能とな
るという効果がある。また、容器を燃料供給路に着脱す
ることができるので、容器を交換することで燃料電池の
発電を継続させることができ、携帯機器の長時間の連続
使用が可能になるという利点もある。
【００２９】請求項６の発明は、燃料電池と、請求項１
ないし請求項５のいずれか１項に記載の燃料供給装置
と、前記燃料供給路を通る前記液体燃料の供給量を調節
する燃料制御用バルブとを備えてなるものであり、ポン
プなどの補機を用いることなく前記液体燃料を前記燃料
供給路を通して燃料電池もしくは燃料改質器へ圧送して
供給することができ、燃料電池システム全体の総合効率
を高めることができるという効果があり、しかも、従来
のように毛管力によって液体燃料を吸い上げる場合に比
べて単位時間当たりに燃料供給路を通る液体燃料の供給
量を多くすることができ、燃料供給路に設けた燃料制御
用バルブによって前記液体燃料の供給量を調節すること
ができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１における燃料電池システムの概略構
成図である。
【図２】同上の要部の概略断面図である。
【図３】同上の要部の他の構成例を示す概略断面図であ
る。
【図４】同上の別の構成例を示す燃料電池システムの概
略構成図である。
【図５】同上の要部のまた別の構成例を示す概略断面図
である。
【図６】同上の要部のさらに別の構成例を示す概略断面
図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池 １ｂ 燃料混合部 ２ａ，２ｂ 燃料供給装置 ３ａ，３ｂ 燃料供給路 ４ａ，４ｂ 燃料制御用バルブ ２１ 容器 ２２ 液体燃料 ２３ 加圧ガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 秀治 宮城県仙台市青葉区八幡１−４−22裳榮ハ イツ206 (72)発明者 江刺 正喜 宮城県仙台市太白区八木山南１丁目11−９ (72)発明者 友成 恵昭 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 吉田 和司 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 3E083 AA20 AE15 4G140 EA01 EA02 EA06 EB03 EB04 5H026 AA08 5H027 AA08 BA13

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 携帯機器に用いる燃料電池用もしくは燃
    料改質器用の液体燃料および液体燃料を加圧して燃料電
    池もしくは燃料改質器へ圧送する加圧手段を内蔵した容
    器と、容器を燃料電池もしくは燃料改質器への燃料供給
    路に着脱する着脱手段とを備えてなることを特徴とする
    燃料供給装置。
  2. 【請求項２】 前記液体燃料は、液体有機燃料、水、液
    体有機燃料と水との混合液体燃料から選択されることを
    特徴とする請求項１記載の燃料供給装置。
  3. 【請求項３】 前記加圧手段は、前記容器内で前記液体
    燃料を加圧する加圧ガスよりなることを特徴とする請求
    項１または請求項２記載の燃料供給装置。
  4. 【請求項４】 前記加圧手段は、前記液体燃料が入れら
    れ前記容器内に納装された可撓性の袋と、前記容器と袋
    との間に充填された加圧ガスとからなることを特徴とす
    る請求項１または請求項２記載の燃料供給装置。
  5. 【請求項５】 携帯機器に用いる燃料電池用もしくは燃
    料改質器用の液体燃料が充填されて膨らんだ可撓性の袋
    からなり液体燃料を燃料電池もしくは燃料改質器へ圧送
    する容器と、容器を燃料電池もしくは燃料改質器への燃
    料供給路に着脱する着脱手段とを備えてなることを特徴
    とする燃料供給装置。
  6. 【請求項６】 燃料電池と、請求項１ないし請求項５の
    いずれか１項に記載の燃料供給装置と、前記燃料供給路
    を通る前記液体燃料の供給量を調節する燃料制御用バル
    ブとを備えてなることを特徴とする燃料電池システム。
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