JP2004146371A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system preventing a leakage of an inside liquid, compactly structured by reducing the number of pumps. <P>SOLUTION: The system comprises a fuel cell 1 having an anode 3, a cathode 5 and an electrolyte membrane 7 laid between the anode 3 and the membrane 7; a fuel supply unit 27 for supplying fuel to the anode 3; and a gas supplying unit 29 having a pump 31 for applying negative pressure so as to guide the gas containing oxidant to the cathode 5. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

　本発明は、燃料電池システムに関わるものであり、さらに詳細には、内部の液体の漏洩を防止し、ポンプの数を減じてコンパクトな構成とした燃料電池に関わるものである。 The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a fuel cell that has a compact structure by preventing leakage of liquid inside and reducing the number of pumps.

　一般的に、燃料電池１は、図１に示されるごとく、アノード３、カソード５およびこれらに挟持された電解質膜７を備える。なお図１では、直接型メタノール燃料電池を例示している。図２は、燃料電池システムの一般的構成と考えられる例である。燃料（この場合はメタノール）は、ポンプ１１によってアノード３に供給され、酸化剤（一般的には酸素）を含むガス（一般的には空気）はポンプ１３によってカソード５に供給される。アノード３とカソード５において、それぞれ下記の反応が進行する。 Generally, as shown in FIG. 1, the fuel cell 1 includes an anode 3, a cathode 5, and an electrolyte membrane 7 interposed therebetween. FIG. 1 illustrates a direct methanol fuel cell. FIG. 2 is an example considered as a general configuration of a fuel cell system. Fuel (in this case, methanol) is supplied to the anode 3 by a pump 11, and gas (generally, air) containing an oxidant (generally, oxygen) is supplied to the cathode 5 by a pump 13. At the anode 3 and the cathode 5, the following reactions respectively proceed.

　アノード３において、
　　　　CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e- − 121.9kJ/mol −(1)
　カソード５において、
　　　　3/2O2 + 6H+ + 6e- → 3H2O + 141.95kJ/mol −(2)
　もしプロトンと電子がアノード３とカソード５の間で自由に交換されるとすると、下記の全反応が前記燃料電池の内部で完結し、発電は起こらないことになる。 At the anode 3,
CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e - - 121.9kJ / mol - (1)
At the cathode 5,
3 / 2O 2 + 6H + + 6e - → 3H 2 O + 141.95kJ / mol - (2)
If protons and electrons are freely exchanged between the anode 3 and the cathode 5, the following reactions are completed inside the fuel cell and no power generation takes place.

　　　　CH3OH + 3/2O2 → CO2 + 2H2O + 20.05kJ/mol −(3)
　しかしながら、前記電解質膜７はカチオン選択性を有しており、カチオン（この場合はプロトン）がアニオン（この場合は電子）よりも優先して輸送される。それゆえ、電子が前記燃料電池の外部に取り出されるので、図１に示されるがごとく、発電が可能となる。前記発電の過程において、アノード３において二酸化炭素が、カソード５において水が生成する。 CH 3 OH + 3 / 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + 20.05 kJ / mol − (3)
However, the electrolyte membrane 7 has cation selectivity, and cations (protons in this case) are transported in preference to anions (electrons in this case). Therefore, since the electrons are taken out of the fuel cell, power can be generated as shown in FIG. During the power generation process, carbon dioxide is generated at the anode 3 and water is generated at the cathode 5.

　前記カチオン選択性を付与せしめるために、前記電解質膜７は保湿する必要がある。保湿のための水は前記メタノールに予め混合しておき、これを供給することが提案されている。 In order to impart the cation selectivity, the electrolyte membrane 7 needs to be kept moist. It has been proposed that water for moisturizing be previously mixed with the methanol and supplied.

　前記メタノールの一部は、前記アノード３から前記カソード５へ前記電解質膜７を浸透することが知られており、これを「クロスオーバーメタノール」と呼んでいる。前記クロスオーバーメタノールは、前記カソード５において、前記反応方程式(1)に従って水と反応し、逆起電力の原因となって、前記燃料電池の起電力を抑制する。 一部 It is known that a part of the methanol permeates the electrolyte membrane 7 from the anode 3 to the cathode 5, and this is called “crossover methanol”. The crossover methanol reacts with water at the cathode 5 according to the reaction equation (1), and causes a back electromotive force to suppress the electromotive force of the fuel cell.

　関連技術は、日本国特許公開公報２００２−１１０１９９号に開示されている。前記関連技術による燃料電池は、アノードおよび／またはカソードにおける反応生成物を再利用している。
特開２００２−１１０１９９号公報 A related technique is disclosed in Japanese Patent Publication No. 2002-110199. Fuel cells according to the related art reuse reaction products at the anode and / or cathode.
JP 2002-110199 A

　前記反応方程式(2)より理解されるように、カソードにおいて水が連続的に生成される。前記水は、排気流路において結露しやすく、前記結露水は前記排気流路を閉塞しやすい。前記排気流路が閉塞されると、内圧が高まって、期待されない問題の懸念が生じる。例えば、流路のいずれかから漏水が起こったり、前記電池反応自体に悪影響が生じることがある。 水 As understood from the above reaction equation (2), water is continuously generated at the cathode. The water easily condenses in the exhaust flow path, and the dew water easily blocks the exhaust flow path. When the exhaust passage is closed, the internal pressure increases, and there is a concern about an unexpected problem. For example, water leakage may occur from any of the flow paths, or the battery reaction itself may be adversely affected.

　本発明は前記問題に鑑みてなされたものであって、内部の液体の漏洩を防止した燃料電池の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a fuel cell in which leakage of a liquid inside is prevented.

本発明の第一の局面によれば、燃料電池システムは、アノードとカソードの間に電解質膜を挟持してなる燃料電池と、前記アノードへ燃料を供給する燃料供給ユニットと、前記カソードへ酸化剤を含むガスを導入すべく負圧を付与するポンプを有するガス供給ユニットと、を備える。 According to a first aspect of the present invention, a fuel cell system includes a fuel cell having an electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode, a fuel supply unit for supplying fuel to the anode, and an oxidant for the cathode. And a gas supply unit having a pump for applying a negative pressure to introduce a gas containing the gas.

　本発明の第二の局面によれば、燃料電池システムは、アノードとカソードの間に電解質膜を挟持してなる燃料電池と、前記アノードへ燃料を供給する燃料供給ユニットと、前記カソードへ酸化剤を含むガスを導入するポンプを有するガス供給ユニットと、前記カソードと前記燃料供給ユニットを連絡する排気路と、を備え、前記ポンプは前記排気路を通じて前記燃料供給ユニットへ正圧を付与する。 According to a second aspect of the present invention, a fuel cell system includes a fuel cell having an electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode, a fuel supply unit for supplying fuel to the anode, and an oxidant for the cathode. A gas supply unit having a pump for introducing a gas containing the gas, and an exhaust passage connecting the cathode and the fuel supply unit, wherein the pump applies a positive pressure to the fuel supply unit through the exhaust passage.

　本発明の第三の局面によれば、燃料電池システムは、アノードとカソードの間に電解質膜を挟持してなる燃料電池と、前記アノードへ燃料を供給する燃料供給ユニットと、前記カソードへ酸化剤を含むガスを導入するガス供給ユニットと、前記アノードおよび前記カソードからの排気路と、前記排気路を開閉しうる第一の開閉バルブと、前記燃料電池の電力供給をスイッチする電源スイッチと、を備え、前記第一の開閉バルブは、前記電源スイッチに伴って開閉される。 According to a third aspect of the present invention, a fuel cell system includes a fuel cell having an electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode, a fuel supply unit for supplying fuel to the anode, and an oxidant for the cathode. A gas supply unit that introduces a gas containing, an exhaust path from the anode and the cathode, a first opening / closing valve that can open and close the exhaust path, and a power switch that switches power supply of the fuel cell. The first opening / closing valve is opened / closed with the power switch.

　本発明の第四の局面によれば、アノードとカソードの間に電解質膜を挟持してなる燃料電池と、前記アノードへ燃料を供給する燃料供給ユニットと、前記カソードへ酸化剤を含むガスを導入するガス供給ユニットと、前記燃料供給ユニットを開閉しうる第二の開閉バルブと、前記燃料電池の電力供給をスイッチする電源スイッチと、を備え、前記第二の開閉バルブは、前記電源スイッチに伴って開閉される。 According to the fourth aspect of the present invention, a fuel cell having an electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode, a fuel supply unit for supplying fuel to the anode, and introducing a gas containing an oxidant to the cathode A gas supply unit, a second opening / closing valve that can open and close the fuel supply unit, and a power switch that switches power supply of the fuel cell, wherein the second opening / closing valve is associated with the power switch. Is opened and closed.

　本発明の第五の局面によれば、アノードとカソードの間に電解質膜を挟持してなる燃料電池と、前記アノードへ燃料を供給する燃料供給ユニットと、前記カソードへ酸化剤を含むガスを導入するガス供給ユニットと、前記アノードおよび前記カソードからの排気路と、前記排気路を開閉しうる第一の開閉バルブと、前記燃料供給ユニットを開閉しうる第二の開閉バルブと、前記燃料電池の電力供給をスイッチする電源スイッチと、を備え、前記第一の開閉バルブと前記第二の開閉バルブの少なくとも一方は、前記電源スイッチに伴って開閉される。 According to the fifth aspect of the present invention, a fuel cell having an electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode, a fuel supply unit for supplying fuel to the anode, and introducing a gas containing an oxidant to the cathode A gas supply unit, an exhaust path from the anode and the cathode, a first opening and closing valve that can open and close the exhaust path, a second opening and closing valve that can open and close the fuel supply unit, And a power switch for switching power supply, wherein at least one of the first open / close valve and the second open / close valve is opened / closed with the power switch.

　本発明によれば、燃料電池内の液体のもれを防止することができると共に、ポンプ数を少なくして全体的構成の小型化を図ることができるものである。 According to the present invention, leakage of liquid in the fuel cell can be prevented, and the number of pumps can be reduced to reduce the overall configuration.

　本発明の第一の実施形態を図３を参照して以下に説明する。 第一 A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

　第一の実施形態による燃料電池システムは、アノード３、カソード５およびこれらに挟持された電解質膜７を備える燃料電池１を備える。前記燃料電池システムはさらに、前記アノード３に接続された燃料供給ユニット２７と、前記カソード５に接続されたガス供給ユニット２９を備える。前記燃料供給ユニット２７は、前記アノード３へ燃料を供給し、前記ガス供給ユニット２９は、前記カソード５へ酸化剤を含むガスを供給する。前記ガスとしては、様々なものが適用可能であるが、外部から導入される空気が好適である。 The fuel cell system according to the first embodiment includes the fuel cell 1 including the anode 3, the cathode 5, and the electrolyte membrane 7 sandwiched therebetween. The fuel cell system further includes a fuel supply unit 27 connected to the anode 3 and a gas supply unit 29 connected to the cathode 5. The fuel supply unit 27 supplies fuel to the anode 3, and the gas supply unit 29 supplies gas containing an oxidant to the cathode 5. Various gases can be applied as the gas, but air introduced from the outside is preferable.

　前記燃料供給ユニット２７は、前記燃料としてメタノール水溶液を貯留するタンク９と前記アノードへ前記燃料を送出するためのポンプ１１とからなる。 The fuel supply unit 27 includes the tank 9 for storing an aqueous methanol solution as the fuel and the pump 11 for sending the fuel to the anode.

　前記ガス供給ユニット２９は、前記カソード５の入口に接続された吸気路１５と、前記カソード５の出口に接続されたポンプ３１とを備える。 The gas supply unit 29 includes the intake path 15 connected to an inlet of the cathode 5 and a pump 31 connected to an outlet of the cathode 5.

　前記ポンプ３１は、前記カソード５へ負圧を付与することによって、前記吸気路１５から前記カソード５へ前記酸化剤を含む前記ガスを導入する。前記負圧はまた、前記カソード５において連続的に生成される水および他の反応生成物が漏洩することを、前記水が結露して前記排気路１９を閉塞した場合においても、防止することとなる。 The pump 31 applies the negative pressure to the cathode 5 to introduce the gas containing the oxidant from the intake passage 15 to the cathode 5. The negative pressure also prevents the water and other reaction products continuously generated at the cathode 5 from leaking, even if the water condenses and blocks the exhaust passage 19. Become.

　上記説明において、前記負圧手段は唯一のポンプ３１を備えるとしたが、さらに他のポンプを前記吸気路１５上に備えてもよい。 In the above description, the negative pressure means includes only one pump 31. However, another pump may be provided on the intake path 15.

　本発明の第二の実施形態を図４を参照して以下に説明する。下記の説明において、上記第一の実施形態と同一の要素については同一の参照番号を付して詳細な説明を省略する。主に異なる部分について説明する。 第二 A second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In the following description, the same elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted. Mainly different parts will be described.

　本実施形態における燃料供給ユニットは、タンク９とポンプ２５および混合バッファタンク２３とを備える。前記排気路１９は、前記混合バッファタンク２３へ接続されている。前記カソード５において生成される水は、前記カソード５から排出される排気とともに前記混合バッファタンク２３へ送出される。前記混合バッファタンク２３は気液分離膜２１と調整弁３５と外部と連通した排気口３３とを備える。水は前記気液分離膜２１によって前記排気と分離されて前記混合バッファタンク２３に貯留された液体と混合される。 燃料 The fuel supply unit in the present embodiment includes the tank 9, the pump 25, and the mixing buffer tank 23. The exhaust path 19 is connected to the mixing buffer tank 23. The water generated at the cathode 5 is sent to the mixing buffer tank 23 together with the exhaust gas discharged from the cathode 5. The mixing buffer tank 23 has a gas-liquid separation membrane 21, an adjusting valve 35, and an exhaust port 33 communicating with the outside. Water is separated from the exhaust gas by the gas-liquid separation film 21 and mixed with the liquid stored in the mixing buffer tank 23.

　前記タンク９には、メタノール水溶液の代わりに濃厚メタノールが貯留されており、前記ポンプ２５によって前記混合バッファタンク２３へと送出される。前記濃厚メタノールは、前記混合バッファタンク２３において、前記カソード５から送出された水と混合されて、適切な濃度となる。 {Circle around (4)} The concentrated methanol is stored in the tank 9 instead of the aqueous methanol solution, and is sent out to the mixing buffer tank 23 by the pump 25. The concentrated methanol is mixed with the water sent from the cathode 5 in the mixing buffer tank 23 to have an appropriate concentration.

　前記ポンプ３１は、前記カソード５に負圧を付与することによって、これに前記酸化剤を含む前記ガスを導入するだけでなく、前記バッファタンク２３に正圧を付与することによって、前記メタノールと水の混合物を燃料として前記アノード３に送出する。これにより、前記第一の実施形態における前記ポンプ１１に相当するポンプを省略し、以って前記燃料電池システムをシンプルかつコンパクトに構成せしめている。 The pump 31 not only introduces the gas containing the oxidant into the cathode 5 by applying a negative pressure to the cathode 5, but also applies a positive pressure to the buffer tank 23 to Is sent to the anode 3 as a fuel. Accordingly, a pump corresponding to the pump 11 in the first embodiment is omitted, and the fuel cell system is configured to be simple and compact.

　さらには、前記混合バッファタンク２３内の内圧は前記調整弁３５を開閉することによって制御することができる。それゆえ、前記調整弁３５によって前記燃料の前記アノード３への吐出圧および流量の制御が可能である。 Further, the internal pressure in the mixing buffer tank 23 can be controlled by opening and closing the regulating valve 35. Therefore, the discharge pressure and flow rate of the fuel to the anode 3 can be controlled by the regulating valve 35.

　本発明の第三の実施形態を図５を参照して以下に説明する。下記の説明において、上記第一または第二の実施形態のいずれかと同一の要素については同一の参照番号を付して詳細な説明を省略する。主に異なる部分について説明する。 第三 A third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In the following description, the same elements as those in the first or second embodiment will be denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted. Mainly different parts will be described.

　本実施形態による燃料電池システムの構成は、上記の第二の実施形態と類似しているが、前記排気路１７は前記排気路１９と合流しており、前記ポンプ３１を介して前記混合バッファタンク２３への接続されている。 The configuration of the fuel cell system according to the present embodiment is similar to that of the above-described second embodiment, but the exhaust path 17 is merged with the exhaust path 19, and the mixing buffer tank is connected via the pump 31. 23.

　前記ポンプ３１は、前記アノード３と前記カソード５の両方へ負圧を付与する負圧手段である。前記負圧は、前記アノード３へ燃料を導入するとともに、前記カソード５へ前記酸化剤を含む前記ガスを導入し、さらに前記アノード３および前記カソード５から液漏れを防いでいる。前記ポンプ３１はさらに前記混合バッファタンク２３へ正圧を付与して、燃料を前記アノード３へ導入せしめている。すなわち、前記燃料は、前記アノード３の前記負圧と、前記混合バッファタンク２３の前記正圧の両方により、送出されている。 The pump 31 is negative pressure means for applying a negative pressure to both the anode 3 and the cathode 5. The negative pressure introduces the fuel containing the oxidant into the cathode 5 while introducing fuel to the anode 3, and further prevents liquid leakage from the anode 3 and the cathode 5. The pump 31 further applies a positive pressure to the mixing buffer tank 23 to introduce fuel into the anode 3. That is, the fuel is delivered by both the negative pressure of the anode 3 and the positive pressure of the mixing buffer tank 23.

　さらには、前記アノード３と前記カソード５からの両方の排気が前記混合バッファタンク２３へ導入されているので、前記排気に含まれる未反応メタノールおよび生成された水の両方が再利用される。 Further, since both exhaust gas from the anode 3 and the cathode 5 are introduced into the mixing buffer tank 23, both unreacted methanol and generated water contained in the exhaust gas are reused.

　本実施形態によれば、上記の実施形態と同じ効果が得られるのみならず、メタノールの再利用を効果的に行うことができる。さらには、燃料の送出がより安定せしめることができる。 According to this embodiment, not only the same effects as in the above embodiment can be obtained, but also methanol can be effectively reused. Furthermore, the delivery of fuel can be made more stable.

　本発明の第四の実施形態を図６を参照して以下に説明する。下記の説明において、上記第一から第三の実施形態のいずれかと同一の要素については同一の参照番号を付して詳細な説明を省略する。主に異なる部分について説明する。 第 A fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In the following description, the same elements as those in any of the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted. Mainly different parts will be described.

　本実施形態による燃料電池システムの構成は、上記の第二の実施形態と類似しているが、前記吸気路１５上にポンプ１３が、前記排気路１９上の前記ポンプ３１の代わりに備えられている。 The configuration of the fuel cell system according to the present embodiment is similar to that of the second embodiment, except that a pump 13 is provided on the intake path 15 instead of the pump 31 on the exhaust path 19. I have.

　前記カソード５から排出された排気は前記混合バッファタンク２３へ導入され、またポンプ１３はこれに加圧を付与するので、前記第二の実施形態と同様に、前記カソード５で生成され、前記排気に含まれる水は再利用され、前記燃料は前記加圧によって送出される。 The exhaust gas discharged from the cathode 5 is introduced into the mixing buffer tank 23, and the pump 13 applies pressure to the mixed buffer tank 23. Therefore, similarly to the second embodiment, the exhaust gas generated at the cathode 5 Is reused, and the fuel is delivered by the pressurization.

　本発明の第五の実施形態を図７を参照して以下に説明する。下記の説明において、上記第一から第四の実施形態のいずれかと同一の要素については同一の参照番号を付して詳細な説明を省略する。主に異なる部分について説明する。 第 A fifth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In the following description, the same elements as those in any of the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted. Mainly different parts will be described.

　本実施形態の燃料電池は、上記第四の実施形態の構成を包含し、さらに、前記燃料供給ユニット２７において前記アノード３の上流側に流量センサ３７と、制御ユニット３９とを備える。前記流量センサ３７は、前記アノード３へ供給される燃料の流量を検出し、前記制御ユニット３９は、前記流量センサ３７からの信号を受けて前記調整弁３５と前記ポンプ１３を制御すべく構成されている。 The fuel cell according to the present embodiment includes the configuration of the fourth embodiment, and further includes a flow sensor 37 and a control unit 39 on the fuel supply unit 27 on the upstream side of the anode 3. The flow sensor 37 detects a flow rate of the fuel supplied to the anode 3, and the control unit 39 is configured to control the regulating valve 35 and the pump 13 by receiving a signal from the flow sensor 37. ing.

　前記制御ユニット３９は、前記流量センサ３７からの信号と、所定の許容値とを比較する。許容上限値を越えた場合には、前記制御ユニット３９は、前記調整弁３５が開かれるほうへ調整し、および／または、前記ポンプ１３を抑制して、前記混合バッファタンク２３の正圧を減ずる。これにより、前記流量は前記許容値の範囲に減ぜられる。反対に、前記検出値が許容下限値を下回った場合には、前記制御ユニット３９は、前記調整弁３５を絞るべく調整し、および／または、前記ポンプ１３を促進して、前記混合バッファタンク２３の正圧を増大せしめる。これにより、前記流量は前記許容値の範囲に増大せしめられる。 (4) The control unit 39 compares the signal from the flow rate sensor 37 with a predetermined allowable value. If the allowable upper limit is exceeded, the control unit 39 adjusts the regulating valve 35 to be opened and / or suppresses the pump 13 to reduce the positive pressure of the mixing buffer tank 23. . Thereby, the flow rate is reduced to the range of the allowable value. Conversely, if the detected value falls below the permissible lower limit, the control unit 39 adjusts the throttle valve 35 to throttle and / or promotes the pump 13 to cause the mixing buffer tank 23 To increase the positive pressure. Thereby, the flow rate is increased to the range of the allowable value.

　本実施形態によれば、前記燃料の流量は、効果的かつ自動的に前記流量センサ３７および前記制御ユニット３９により制御される。 According to the present embodiment, the flow rate of the fuel is effectively and automatically controlled by the flow rate sensor 37 and the control unit 39.

　上記の説明において、流量センサ３７と制御ユニット３９は、前記第四の実施形態による燃料電池システムと結合されているが、前記第一から第三の実施形態のいずれの燃料電池システムとも結合しうる。そのような場合においても、同様な効果を得ることができる。 In the above description, the flow sensor 37 and the control unit 39 are coupled to the fuel cell system according to the fourth embodiment, but may be coupled to any of the fuel cell systems according to the first to third embodiments. . Even in such a case, a similar effect can be obtained.

　本発明の第六の実施形態を図８を参照して以下に説明する。下記の説明において、上記第一から第五の実施形態のいずれかと同一の要素については同一の参照番号を付して詳細な説明を省略する。主に異なる部分について説明する。 第 A sixth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In the following description, the same elements as those in any of the first to fifth embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted. Mainly different parts will be described.

　本実施形態の燃料電池システムは、上記の第五の実施形態と同様な構成を有しているが、前記流量センサ３７の代わりに圧力センサ４１を備えている。前記圧力センサ４１は、前記混合バッファタンク２３の内圧を検出してそれに伴う信号を前記制御ユニット３９に送る。 燃料 The fuel cell system of this embodiment has the same configuration as that of the above-described fifth embodiment, but includes a pressure sensor 41 instead of the flow sensor 37. The pressure sensor 41 detects the internal pressure of the mixing buffer tank 23 and sends a signal accompanying the detection to the control unit 39.

　前記制御ユニット３９は、前記圧力センサ４１からの信号と、所定の許容値とを比較する。許容上限値を越えた場合には、前記制御ユニット３９は、前記調整弁３５が開かれるほうへ調整し、および／または、前記ポンプ１３を抑制して、前記混合バッファタンク２３の正圧を減ずる。これにより、前記内圧は前記許容値の範囲に減ぜられる。反対に、前記検出値が許容下限値を下回った場合には、前記制御ユニット３９は、前記調整弁３５を絞るほうへ調整し、および／または、前記ポンプ１３を促進して、前記混合バッファタンク２３の内圧を増大せしめる。これにより、前記流量は前記許容値の範囲に増大せしめられる。 (4) The control unit 39 compares the signal from the pressure sensor 41 with a predetermined allowable value. If the allowable upper limit is exceeded, the control unit 39 adjusts the regulating valve 35 to be opened and / or suppresses the pump 13 to reduce the positive pressure of the mixing buffer tank 23. . Thereby, the internal pressure is reduced to the range of the allowable value. Conversely, if the detected value falls below the permissible lower limit, the control unit 39 adjusts the regulating valve 35 to be throttled and / or promotes the pump 13 to reduce the mixing buffer tank. 23 to increase the internal pressure. Thereby, the flow rate is increased to the range of the allowable value.

　本実施形態によれば、前記燃料の流量は、効果的かつ自動的に前記圧力センサ４１および前記制御ユニット３９により制御される。 According to the present embodiment, the flow rate of the fuel is effectively and automatically controlled by the pressure sensor 41 and the control unit 39.

　上記の第五の実施形態と同様に、前記圧力センサ４１および前記制御ユニット３９は、前記第一から第三の実施形態のいずれとも結合しうる。それらの場合においても、同様な効果が得られる。 As in the fifth embodiment, the pressure sensor 41 and the control unit 39 can be combined with any of the first to third embodiments. In those cases, similar effects can be obtained.

　本発明の第七の実施形態を図９を参照して以下に説明する。下記の説明において、上記第一から第六の実施形態のいずれかと同一の要素については同一の参照番号を付して詳細な説明を省略する。主に異なる部分について説明する。 七 A seventh embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In the following description, the same elements as those in any of the first to sixth embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted. Mainly different parts will be described.

　ポンプ１１および１３、燃料電池１および燃料供給タンク９に関しては、本実施形態の燃料電池システムは、図２に示された従来技術と同じ構成を有するが、さらに吸気路１５に開閉弁４３および、排気路１７，１９のそれぞれに開閉弁４５，４７を備える。前記開閉弁４３，４５，４７は、前記燃料電池システムの電源スイッチと共に開閉されるべく構成されている。前記燃料電池システムがオフとなると、前記開閉弁４３，４５，４７も同時に閉じられる。 With respect to the pumps 11 and 13, the fuel cell 1 and the fuel supply tank 9, the fuel cell system according to the present embodiment has the same configuration as that of the prior art shown in FIG. On-off valves 45, 47 are provided in the exhaust paths 17, 19, respectively. The on-off valves 43, 45, 47 are configured to open and close together with a power switch of the fuel cell system. When the fuel cell system is turned off, the on-off valves 43, 45, 47 are simultaneously closed.

　前記燃料電池の各流路１５，１７，１９は、システムがオフとなるとともに閉じられるので、液漏れが防止される。燃料電池システムが搭載された電子機器が持ち運びされる場合には電源がオフとなるので、前記燃料電池システムから液漏れすることなく安全に前記電子機器を持ち運ぶことができる。 各 Each of the flow paths 15, 17, and 19 of the fuel cell is closed when the system is turned off, so that liquid leakage is prevented. When the electronic device on which the fuel cell system is mounted is carried, the power is turned off, so that the electronic device can be safely carried without leakage from the fuel cell system.

　本構成は、本実施形態の代わりに、前記第一から第六の実施形態のいずれにも適用することができる。それらの場合においても、本実施形態と同様な効果が得られる。 This configuration can be applied to any of the first to sixth embodiments instead of this embodiment. In these cases, effects similar to those of the present embodiment can be obtained.

　例えば、前記第五の実施形態の燃料電池システムに前記開閉弁４３，４５，４７が適用された場合を例にとって、その動作手順を図１０を参照して以下に説明する。 For example, an operation procedure of the fuel cell system according to the fifth embodiment, in which the on-off valves 43, 45, and 47 are applied, will be described below with reference to FIG.

　燃料電池システムの作動が始まると、図１０に示すステップＳ１に従って前記開閉弁４３，４５，４７は開かれる。次に、ステップＳ２に従って、前記流量センサ３７の検出値Ｑは、所定の許容上限値Ｑ１と比較される。前記許容上限値Ｑ１よりも大きい場合には、ステップＳ３が実行されて調整弁３５が開かれるほうへ調整され、ついで動作はステップＳ４へと移る。Ｑが許容上限値Ｑ１よりも大きくない場合には、直接ステップＳ４へと移る。 (4) When the operation of the fuel cell system starts, the on-off valves 43, 45 and 47 are opened according to step S1 shown in FIG. Next, according to step S2, the detection value Q of the flow sensor 37 is compared with a predetermined allowable upper limit value Q1. If it is larger than the allowable upper limit value Q1, step S3 is executed to adjust the adjustment valve 35 to be opened, and then the operation proceeds to step S4. If Q is not larger than the allowable upper limit value Q1, the process directly proceeds to step S4.

　前記ステップＳ４においては、検出値Ｑは所定の許容下限値Ｑ２と比較される。前記許容下限値Ｑ２よりも小さい場合には、ステップＳ５が実行されて調整弁３５が絞られ、ついで動作はステップＳ６へと移る。Ｑが許容下限値Ｑ２よりも小さくない場合には、直接ステップＳ６へと移る。 In step S4, the detection value Q is compared with a predetermined allowable lower limit Q2. If it is smaller than the allowable lower limit Q2, step S5 is executed, the regulating valve 35 is throttled, and then the operation proceeds to step S6. If Q is not smaller than the allowable lower limit Q2, the process directly proceeds to step S6.

　ステップＳ６においては、作動を停止すべきか否かが判断される。作動を継続する場合には、動作はステップＳ２へ戻される。この場合には、燃料の流量Ｑは、許容値Ｑ１、Ｑ２の中に保持される。作動を停止する場合には、ステップＳ７が実行されて、開閉弁４３，４５，４７が同時に閉塞される。 In step S6, it is determined whether the operation should be stopped. If the operation is to be continued, the operation returns to step S2. In this case, the flow rate Q of the fuel is kept within the allowable values Q1 and Q2. When stopping the operation, step S7 is executed, and the on-off valves 43, 45, 47 are simultaneously closed.

　すなわち、燃料の流量Ｑは、動作の間、許容値に保持され、作動が停止された場合には、即座に吸気路および排気路１５，１７，１９が閉塞されて液漏れが防止される。 That is, the flow rate Q of the fuel is maintained at an allowable value during the operation, and when the operation is stopped, the intake path and the exhaust paths 15, 17, and 19 are immediately closed to prevent liquid leakage.

　上記の実施形態は、説明を簡便にするために、本発明を実施するための最小限の構成を含む各実施形態ごとに説明したが、各実施形態の構成は場合に応じて適宜組み合わせることができる。例えば、第五の実施形態の流量センサ３７と第六の実施形態の圧力センサ４１を同時に燃料電池システムに適用することができる。 The above embodiments have been described for each embodiment including the minimum configuration for carrying out the present invention for the sake of simplicity, but the configurations of each embodiment may be combined as appropriate according to circumstances. it can. For example, the flow sensor 37 of the fifth embodiment and the pressure sensor 41 of the sixth embodiment can be simultaneously applied to a fuel cell system.

　図１１は、結合された実施形態の例である第八の実施形態である。 FIG. 11 shows an eighth embodiment that is an example of the combined embodiment.

　第八の実施形態においては、前記流量センサ３７が燃料の流量の不足を検出した場合には、前記混合バッファタンク２３の内圧を高めるべく前記制御ユニット３９は前記調整弁３５を一時的に絞り、以って前記混合バッファタンク２３から前記ポンプ１１への燃料供給量を増大する。 In the eighth embodiment, when the flow rate sensor 37 detects a shortage of the fuel flow rate, the control unit 39 temporarily restricts the adjustment valve 35 to increase the internal pressure of the mixing buffer tank 23, Thus, the amount of fuel supplied from the mixing buffer tank 23 to the pump 11 is increased.

　内部の乾燥や燃料への泡の混入などの原因により燃料流量が減少するような偶発的場合に対して、燃料電池システムは直接的に応答し、燃料の不足を防止することができる。 (4) The fuel cell system can directly respond to an accidental case in which the fuel flow rate is reduced due to drying of the inside or mixing of bubbles into the fuel, thereby preventing a shortage of fuel.

　前記制御ユニット３９はさらに、燃料の漏洩を防止すべく、前記調整弁３５を閉塞するように制御する。かかる制御は、燃料電池システムが傾けられた場合において、効果的に安全を確保する。かかる制御を実施するため、燃料電池システムに傾斜センサ４９を備えることもできる。これらにより、前記燃料電池システムを安全に持ち運ぶことができる。 (4) The control unit 39 further controls the regulating valve 35 to close so as to prevent fuel leakage. Such control effectively secures safety when the fuel cell system is tilted. In order to perform such control, the fuel cell system may be provided with an inclination sensor 49. Thus, the fuel cell system can be safely carried.

　本発明の好適な実施例を記述したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。上記開示内容に基づき、該技術分野の通常の技術を有する者が、実施例の修正ないし変形により本発明を実施することが可能である。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described, the present invention is not limited to the above embodiment. Based on the above disclosure, those skilled in the art can implement the present invention by modifying or modifying the embodiments.

従来技術による直接型メタノール燃料電池の模式図である。1 is a schematic view of a conventional direct methanol fuel cell. 従来技術による燃料電池システムの模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel cell system according to a conventional technique. 本発明の第一の実施形態による燃料電池システムの模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第二の実施形態による燃料電池システムの模式図である。It is a schematic diagram of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第三の実施形態による燃料電池システムの模式図である。It is a schematic diagram of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第四の実施形態による燃料電池システムの模式図である。It is a schematic diagram of a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第五の実施形態による燃料電池システムの模式図である。It is a schematic diagram of a fuel cell system according to a fifth embodiment of the present invention. 本発明の第六の実施形態による燃料電池システムの模式図である。It is a schematic diagram of a fuel cell system according to a sixth embodiment of the present invention. 本発明の第七の実施形態による燃料電池システムの模式図である。It is a schematic diagram of a fuel cell system according to a seventh embodiment of the present invention. バルブ制御に関わるフローチャートである。It is a flowchart regarding valve control. 本発明の第八の実施形態による燃料電池システムの模式図である。It is a schematic diagram of a fuel cell system according to an eighth embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of reference numerals

　１　燃料電池
　３　アノード
　５　カソード
　７　電解質膜
　１１，１３，３１　ポンプ
　１５　吸気路
　１７，１９　排気路
　２３　混合バッファタンク
　２７　燃料供給ユニット
　２９　ガス供給ユニット
　３５　調整弁
　３７　流量センサ
　３９　制御ユニット
　４１　圧力センサ
　４３，４５，４７　開閉弁
　４９　傾斜センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 3 Anode 5 Cathode 7 Electrolyte membrane 11, 13, 31 Pump 15 Intake path 17, 19 Exhaust path 23 Mixing buffer tank 27 Fuel supply unit 29 Gas supply unit 35 Adjusting valve 37 Flow sensor 39 Control unit 41 Pressure sensor 43, 45, 47 On-off valve 49 Inclination sensor

Claims (21)

　燃料電池システムであって、
　アノードとカソードの間に電解質膜を挟持してなる燃料電池と、
　前記アノードへ燃料を供給する燃料供給ユニットと、
　前記カソードへ酸化剤を含むガスを導入すべく負圧を付与するポンプを有するガス供給ユニットと、を備えていることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system,
A fuel cell having an electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode,
A fuel supply unit for supplying fuel to the anode;
A gas supply unit having a pump for applying a negative pressure to introduce a gas containing an oxidant to the cathode. 　請求項１に記載の燃料電池システムであって、
　前記ポンプはさらに前記燃料供給ユニットに接続されていて、前記燃料供給ユニットへ正圧を付与する構成であることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
The fuel cell system, wherein the pump is further connected to the fuel supply unit and configured to apply a positive pressure to the fuel supply unit. 　請求項２に記載の燃料電池システムであって、
　前記ポンプは、前記燃料供給ユニットへ正圧を付与し、前記アノードへ前記燃料を供給せしめるべく、さらに前記燃料供給ユニットへ接続されている構成であることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 2, wherein
The fuel cell system according to claim 1, wherein the pump is further connected to the fuel supply unit so as to apply a positive pressure to the fuel supply unit and supply the fuel to the anode. 　請求項１に記載の燃料電池システムであって、
　前記ポンプは、前記燃料供給ユニットへ正圧を付与し、前記アノードへ前記燃料を供給せしめるべく、さらに前記燃料供給ユニットへ接続されている構成であることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
The fuel cell system according to claim 1, wherein the pump is further connected to the fuel supply unit so as to apply a positive pressure to the fuel supply unit and supply the fuel to the anode. 　燃料電池システムであって、
　アノードとカソードの間に電解質膜を挟持してなる燃料電池と、
　前記アノードへ燃料を供給する燃料供給ユニットと、
　前記カソードへ酸化剤を含むガスを導入するポンプを有するガス供給ユニットと、
　前記カソードと前記燃料供給ユニットを連絡する排気路と、を備え、前記ポンプは前記排気路を通じて前記燃料供給ユニットへ正圧を付与する構成であることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system,
A fuel cell having an electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode,
A fuel supply unit for supplying fuel to the anode;
A gas supply unit having a pump for introducing a gas containing an oxidant to the cathode,
A fuel cell system, comprising: an exhaust passage connecting the cathode and the fuel supply unit; wherein the pump applies a positive pressure to the fuel supply unit through the exhaust passage. 　前記請求項５に記載の燃料電池システムであって、
　前記ポンプは前記カソードの下流に配置されている構成であることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 5, wherein
The fuel cell system according to claim 1, wherein the pump is arranged downstream of the cathode. 　請求項５に記載の燃料電池システムであって、
　前記ポンプは前記カソードの上流に配置されている構成であることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 5, wherein
The fuel cell system according to claim 1, wherein the pump is arranged upstream of the cathode. 　請求項５に記載の燃料電池システムであって、
　前記燃料供給ユニットは、混合バッファタンクを備える構成であることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 5, wherein
The fuel supply system according to claim 1, wherein the fuel supply unit includes a mixing buffer tank. 　請求項８に記載の燃料電池システムであって、
　前記混合バッファタンクは、前記カソードからの排気を前記燃料と混合すべく前記排気路と接続される構成であることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 8, wherein
The fuel cell system according to claim 1, wherein the mixing buffer tank is connected to the exhaust passage so as to mix exhaust gas from the cathode with the fuel. 　請求項５に記載の燃料電池システムであって、さらに
　前記燃料の流量を検出する流量センサと、前記流量センサにより検出された前記流量に基づいて前記正圧を制御するコントローラを備える構成であることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 5, further comprising: a flow sensor that detects a flow rate of the fuel; and a controller that controls the positive pressure based on the flow rate detected by the flow sensor. A fuel cell system comprising: 　請求項８に記載の燃料電池システムであって、さらに
　前記燃料の流量を検出する流量センサと、前記流量センサにより検出された前記流量に基づいて前記混合バッファタンク内の圧力を制御するコントローラを備える構成であることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 8, further comprising: a flow rate sensor for detecting a flow rate of the fuel; and a controller for controlling a pressure in the mixing buffer tank based on the flow rate detected by the flow rate sensor. A fuel cell system having a configuration. 　請求項５に記載の燃料電池システムであって、さらに
　前記燃料の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサにより検出された前記圧力に基づいて前記正圧を制御するコントローラを備える構成であることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 5, further comprising: a pressure sensor that detects a pressure of the fuel; and a controller that controls the positive pressure based on the pressure detected by the pressure sensor. A fuel cell system comprising: 　請求項８に記載の燃料電池システムであって、さらに
　前記燃料の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサにより検出された前記圧力に基づいて前記混合バッファタンク内の圧力を制御するコントローラを備える構成であることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 8, further comprising a pressure sensor for detecting a pressure of the fuel, and a controller for controlling a pressure in the mixing buffer tank based on the pressure detected by the pressure sensor. A fuel cell system having a configuration. 　燃料電池システムであって、
　アノードとカソードの間に電解質膜を挟持してなる燃料電池と、
　前記アノードへ燃料を供給する燃料供給ユニットと、
　前記カソードへ酸化剤を含むガスを導入するガス供給ユニットと、
　前記アノードおよび前記カソードからの排気路と、
　前記排気路を開閉しうる第一の開閉バルブと、
　前記燃料電池の電力供給をスイッチする電源スイッチと、を備え、
　前記第一の開閉バルブは、前記電源スイッチに伴って開閉される構成であることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system,
A fuel cell having an electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode,
A fuel supply unit for supplying fuel to the anode;
A gas supply unit for introducing a gas containing an oxidant to the cathode,
An exhaust passage from the anode and the cathode;
A first opening and closing valve capable of opening and closing the exhaust path,
A power switch for switching the power supply of the fuel cell,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the first opening / closing valve is configured to be opened / closed in accordance with the power switch. 　請求項１４に記載の燃料電池システムであって、さらに
　前記燃料電池システムの傾斜を検出する傾斜センサを備え、前記第一の開閉バルブは、前記傾斜センサが傾斜を検出すると閉塞される構成であることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 14, further comprising an inclination sensor that detects an inclination of the fuel cell system, wherein the first opening / closing valve is closed when the inclination sensor detects the inclination. A fuel cell system, characterized in that: 　燃料電池システムであって、
　アノードとカソードの間に電解質膜を挟持してなる燃料電池と、
　前記アノードへ燃料を供給する燃料供給ユニットと、
　前記カソードへ酸化剤を含むガスを導入するガス供給ユニットと、
　前記燃料供給ユニットを開閉しうる第二の開閉バルブと、
　前記燃料電池の電力供給をスイッチする電源スイッチと、を備え、
　前記第二の開閉バルブは、前記電源スイッチに伴って開閉される構成であることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system,
A fuel cell having an electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode,
A fuel supply unit for supplying fuel to the anode;
A gas supply unit for introducing a gas containing an oxidant to the cathode,
A second opening and closing valve capable of opening and closing the fuel supply unit,
A power switch for switching the power supply of the fuel cell,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the second opening / closing valve is configured to be opened / closed in accordance with the power switch. 　請求項１６に記載の燃料電池システムであって、さらに
　前記燃料電池システムの傾斜を検出する傾斜センサを備え、前記第二の開閉バルブは、前記傾斜センサが傾斜を検出すると閉塞される構成であることを特徴とする燃料電池システム。 17. The fuel cell system according to claim 16, further comprising an inclination sensor that detects an inclination of the fuel cell system, wherein the second opening / closing valve is closed when the inclination sensor detects the inclination. A fuel cell system, characterized in that: 　燃料電池システムであって、
　アノードとカソードの間に電解質膜を挟持してなる燃料電池と、
　前記アノードへ燃料を供給する燃料供給ユニットと、
　前記カソードへ酸化剤を含むガスを導入するガス供給ユニットと、
　前記アノードおよび前記カソードからの排気路と、
　前記排気路を開閉しうる第一の開閉バルブと、
　前記燃料供給ユニットを開閉しうる第二の開閉バルブと、
　前記燃料電池の電力供給をスイッチする電源スイッチと、を備え、
　前記第一の開閉バルブと前記第二の開閉バルブの少なくとも一方は、前記電源スイッチに伴って開閉される構成であることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system,
A fuel cell having an electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode,
A fuel supply unit for supplying fuel to the anode;
A gas supply unit for introducing a gas containing an oxidant to the cathode,
An exhaust passage from the anode and the cathode;
A first opening and closing valve capable of opening and closing the exhaust path,
A second opening and closing valve capable of opening and closing the fuel supply unit,
A power switch for switching the power supply of the fuel cell,
A fuel cell system, wherein at least one of the first opening / closing valve and the second opening / closing valve is configured to be opened and closed according to the power switch. 　請求項１８に記載の燃料電池システムであって、
　前記第一の開閉バルブと前記第二の開閉バルブの両方が前記電源スイッチに伴って開閉される構成であることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 18, wherein
A fuel cell system, wherein both the first open / close valve and the second open / close valve are opened / closed by the power switch. 　請求項１８に記載の燃料電池システムであって、さらに、
　前記燃料電池システムの傾斜を検出する傾斜センサを備え、前記第一の開閉バルブと前記第二の開閉バルブの少なくとも一方は、前記傾斜センサが傾斜を検出すると閉塞される構成であることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 18, further comprising:
The fuel cell system further includes an inclination sensor that detects an inclination of the fuel cell system, wherein at least one of the first opening / closing valve and the second opening / closing valve is configured to be closed when the inclination sensor detects the inclination. Fuel cell system. 　請求項２０に記載の燃料電池システムであって、
　前記第一の開閉バルブと前記第二の開閉バルブの両方が前記傾斜センサが傾斜を検出すると閉塞される構成であることを特徴とする燃料電池システム。

The fuel cell system according to claim 20, wherein
A fuel cell system, wherein both the first opening and closing valve and the second opening and closing valve are closed when the inclination sensor detects an inclination.

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