JP2004178818A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料電池セルからの排出物によって前記セルへ供給する燃料を加温しかつ前記排出物を低温にして燃料効率を図ることのできる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】アノード１３とカソード１７との間に電解質膜３を挟み込んだ構成の燃料電池セル１と、前記アノード１３に対して液体燃料を供給するための燃料供給手段３１と、前記カソード１７に対して空気を供給するための空気供給手段３３と、前記カソード１７からの排出物と前記アノード１３へ供給される前記液体燃料との間の熱交換を行うための熱交換器３９とを備えた構成である。
【選択図】 図１
【解決手段】アノード１３とカソード１７との間に電解質膜３を挟み込んだ構成の燃料電池セル１と、前記アノード１３に対して液体燃料を供給するための燃料供給手段３１と、前記カソード１７に対して空気を供給するための空気供給手段３３と、前記カソード１７からの排出物と前記アノード１３へ供給される前記液体燃料との間の熱交換を行うための熱交換器３９とを備えた構成である。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池システムに係り、さらに詳細には、固体高分子電解質膜を用い、メタノールを直接燃料として発電するダイレクトメタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池としてのＤＭＦＣは、従来の燃料電池と比較して、安価で取扱いが容易であるメタノールを水素に改質することなしに、燃料電池に直接供給することができるので、改質器を用いることなく発電することができる。また、ＤＭＦＣは、固体高分子電解質膜を電解質に用いるので、硫酸や酸化カリウムという水溶液の電解質を使う場合に比較して取り扱い易く、さらに、運転温度（作動温度）を５０℃〜１００℃程度まで高められるため、電極におけるメタノール酸化反応の活性が高まり、性能が向上する。
【０００３】
ＤＭＦＣの場合、性能が顕著に温度に依存するため、常温付近や低温条件でどこまで性能が出せるかが重要な問題となる。ＤＭＦＣは運転温度が５０℃程度でも使用できるが、セルの温度を高温にすると、電極におけるメタノール酸化反応の活性が高まり、電極の単位面積あたりの電流密度を大きくすることが可能であるという利点がある。
【０００４】
燃料電池において、セルのアノード（燃料極）に燃料（メタノール水溶液）が入るときから運転温度まで液温が上昇する際にアノード燃料（メタノール水溶液）がセルから奪う潜熱と、化学反応により発生する水とアノード側からカソード側に電解質膜を透過したアノード燃料の一部とがカソード側から排出されるときに、その排出物の一部がカソード側で蒸発することによりカソード側からの排出物がセルから奪う蒸発熱との和と、セル内の化学反応による発熱との差がセル自身の発熱量となっている。したがって、セルの周囲環境（セルの表面積，セルの表面の熱伝達率，断熱材を用いた場合には断熱材の厚さ等）が決定されれば、セル温度を決定できることとなる。
【０００５】
ＤＭＦＣにおいては、セルの温度を高温にすると、電極の単位面積あたりの電流密度を大きくすることができるので、セル温度を高温にすることが望ましい。しかし、アノード燃料がセルに入るときの液温が低いと、液温が運転温度に上昇する際に、アノード燃料がセルから奪う潜熱が大きく、セルの温度が高くならないと云う問題がある。
【０００６】
ところで、燃料電池のアノードとカソードからの排出物を気液分離して液体のみを回収して蓄え、かつ消費された燃料を燃料タンクから補充して前記液体と混合する混合器内の液温が高くなると、気液分離した気体を混合器から外部へ排気するとき、燃料の一部が気化して外部に排出される。また、排気物を外部へ排気する前に、排出物の一部であるメタノール，ギ酸，ホルムアルデヒドを無害化するために触媒で燃焼されるため、発電に使用される燃料の２倍以上にまで燃料の消費量が増えるという問題がある。
【０００７】
ＤＭＦＣにおいて、アノード，カソードからの排出物を回収して再利用する構成は知られている（例えば特許文献１）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１１０１９９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１においては、アノード，カソードからの排出物を単に回収して再利用するに過ぎないものであるから、前述したごとき従来の技術と同様の問題を有するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述したごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、請求項１に係る発明は、アノードとカソードとの間に電解質膜を挟み込んだ構成の燃料電池セルと、前記アノードに対して液体燃料を供給するための燃料供給手段と、前記カソードに対して空気を供給するための空気供給手段と、前記カソードからの排出物と前記アノードへ供給される前記液体燃料との間の熱交換を行うための熱交換器とを備えた構成である。
【００１１】
請求項２に係る発明は、アノードとカソードとの間に電解質膜を挟み込んだ構成の燃料電池セルと、前記アノードに対して液体燃料を供給するための燃料供給手段と、前記カソードに対して空気を供給するための空気供給手段と、前記アノードからの排出物と前記アノードへ供給される前記液体燃料との間の熱交換を行うための熱交換器とを備えた構成である。
【００１２】
請求項３に係る発明は、アノードとカソードとの間に電解質膜を挟み込んだ構成の燃料電池セルと、前記アノードに対して液体燃料を供給するための燃料供給手段と、前記カソードに対して空気を供給するための空気供給手段と、前記アノード及び前記カソードからの排出物と前記アノードへ供給される前記液体燃料との間の熱交換を行うための熱交換器を備えた構成である。
【００１３】
請求項４に係る発明は、アノードとカソードとの間に電解質膜を挟み込んだ構成の燃料電池セルと、前記アノードに対して液体燃料を供給するための燃料供給手段と、前記カソードに対して空気を供給するための空気供給手段と、前記アノード及び前記カソードからの排出物と気液分離して液体を回収した混合器内の前記液体と外気との間の熱交換を行うための熱交換手段を前記混合器に備えた構成である。
【００１４】
請求項５に係る発明は、アノードとカソードとの間に電解質膜を挟み込んだ構成の燃料電池セルと、前記アノードに対して液体燃料を供給するための燃料供給手段と、前記カソードに対して空気を供給するための空気供給手段と、前記アノード及び前記カソードからの排出物を気液分離して液体を回収した混合器内の前記液体と外気との間の熱交換を行うための熱交換手段と、当該熱交換手段に対して前記混合器内の前記液体を供給するための液体供給手段とを備えた構成である。
【００１５】
請求項６に係る発明は、請求項４又は５に記載の燃料電池システムにおいて、前記アノード及び前記カソードからの排出物を前記混合器内の前記液体内に導入して気体を気泡として分離する構成である。
【００１６】
請求項７に係る発明は、請求項４，５又は６に記載の燃料電池システムにおいて、前記アノード及び前記カソードからの排出物を気液分離した液体を回収し蓄える第１の混合器と前記熱交換手段によって冷却された液体を回収し蓄える第２の混合器とを備え、前記第１，第２の混合器を連絡する連絡管を備えた構成である。
【００１７】
請求項８に係る発明は、請求項４，５，６又は７に記載の燃料電池システムにおいて、前記アノードからの排出物と前記アノードへ供給される液体燃料との間の熱交換を行うための熱交換器とを備えた構成である。
【００１８】
請求項９に係る発明は、請求項４，５，６又は７に記載の燃料電池システムにおいて、前記カソードからの排出物と前記アノードへ供給される液体燃料との間の熱交換を行うための熱交換器を備えた構成である。
【００１９】
請求項１０に係る発明は、請求項４，５，６又は７に記載の燃料電池システムにおいて、前記アノード及び前記カソードからの排出物と前記アノードへ供給される液体燃料との間の熱交換を行うための熱交換器を備えた構成である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図３０に示すように、ダイレクトメタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ）のセル１は、高分子電解質膜３の表裏両面にアノード，カソードとして触媒電極５を接合した構造の膜・電極接合体（ＭＥＡ）７を備え、このＭＥＡ７における前記触媒電極５を囲繞するパッキン９Ａ，９Ｂを前記高分子電解質膜３の両面に配置し、上記ＭＥＡ７を、液体燃料であるメタノール水溶液の流路１１を備えた流路板（セパレータ）１３と、空気の流路１５を備えた流路板（セパレータ）１７とによって挟み込んだ構成である。なお、前記流路板１３には燃料の入口１３Ａが設けられていると共に出口１３Ｂが設けられており、同様に流路板１７には空気の入口１７Ａと出口１７Ｂが設けられている。
【００２１】
ダイレクトメタノール形燃料電池において、実用的な燃料電池は、起電力を高めるために、図３０（Ｂ）に示すように、前記セル１を複数積み重ねてスタック構造にしてある。このスタック構造は、両側に配置したプレート１９を複数の締付部材２１によって締付けた構成である。
【００２２】
本発明は、上記構成のごときセル１を用いた燃料電池システムとして適用されるものである。
【００２３】
図１は本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムを示すもので、前記セル１におけるセパレータ（流路板）１３をアノードとして例示してあり、セパレータ（流路板１７）をカソードとして例示してある。したがって、セパレータ１３とアノードは同義として使用し、セパレータ１７とカソードは同義として使用する。よって、以降はアノード１３，カソード１７と表現することとする。
【００２４】
前記アノード１３に対して液体燃料（メタノール）を供給するために、メタノールを貯留した燃料タンク２３が設けられており、この燃料タンク２３は混合器２５と接続してある。
【００２５】
前記混合器２５は、前記アノード１３，カソード１７からの排出物を気液分離して液体（水，メタノール水溶液）を回収し、この回収した液体と前記燃料タンク２３から供給された燃料とを混合する作用をなすもので、この混合器２５の上部に備えた出口２５Ａには気体の通過は許容するが液体の通過を阻止するための気液分離膜（図示省略）が設けてあると共に、開口度を調整自在の調整バルブ２７が設けてある。したがって、前記調整バルブ２７の開度を調節することにより、前記混合器２５内の内圧を調節できるものである。
【００２６】
前記混合器２５内の液体燃料（メタノール水溶液）を前記アノード１３へ供給するために、前記混合器２５と前記アノード１３の入口１３Ａとを接続した燃料供給路２９には、燃料供給手段としてのポンプ３１が配置してある。また、前記カソード１７に対して空気を供給するために、前記カソード１７の入口１７Ａには、空気供給手段としてのエアーポンプ３３が接続してある。
【００２７】
前記アノード１３からの排出物を前記混合器２５に回収するために、前記アノード１３の出口１３Ｂと前記混合器２５は、アノード側回収路３５によって接続してある。また、前記カソード１７からの排出物を前記混合器２５に回収するために、前記カソード１７の出口１７Ｂと前記混合器２５は、カソード側回収路３７によって接続してある。
【００２８】
そして、前記カソード１７からの排出物と前記アノード１３へ供給される液体燃料との間で熱交換を行うために、前記燃料供給路２９と前記カソード側回収路３７は、熱交換器３９内を適宜に通過してある。
【００２９】
上記構成により、ポンプ３１を駆動してアノード１３に対して燃料の供給を行うとき、熱交換器３９において、カソード１７からの排出物と燃料との間で熱交換が行われ、燃料は加熱（加温）されてアノード１３へ供給され、カソード１７からの排出物は冷却されて混合器２５に回収されることになる。
【００３０】
したがって、発熱装置を用いることなく、セル１のアノード１３へ供給する燃料を高温にすることができ、燃料が運転温度まで昇温するための熱量を抑制してセル１の温度を高温（５０℃〜９０℃）に保持することが容易である。また、混合器２５に回収されるカソード１７からの排出物の温度を低くでき、混合器２５を低温（室温〜５０℃）とすることができる。
【００３１】
よって、気液分離して外部へ排気される排気ガスを低温にでき、燃料の一部が蒸発して外部に放出されることを抑制することができるものであり、前述したごとき従来の問題を解消することができるものである。
【００３２】
図２は第２の実施形態を示すもので、この第２の実施形態においては、カソード側回収路３７に替えてアノード側回収路３５が熱交換器３９を通過する構成であって、アノード１３からの排出物と燃料との間で熱交換が行われる構成である。なお、その他の構成は前述した構成と同一であるから、同一機能を奏する構成部分には同一符号を付することとして重複した説明は省略する（以下の実施形態においても同様である）。
【００３３】
この第２の実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様の効果を奏し得るものである。
【００３４】
図３は第３の実施形態を示すもので、この第３の実施形態においては、アノード側回収路３５とカソード側回収路３７とを併合した併合路４１を、前記熱交換器３９に通した構成である。
【００３５】
この第３の実施形態においては、アノード１３及びカソード１７の排出物が共に熱交換器３９に導入されて燃料との間に熱交換が行われるものであるから、前述した第１，第２の実施形態の場合よりも熱交換がより効果的に行われるものである。
【００３６】
図４は第４の実施形態を示すもので、この第４の実施形態においては、前記混合器２５内の液体燃料と外気との間の熱交換を行うために、熱交換手段の一例としての冷却フイン４３を前記混合器２５に備えた構成である。
【００３７】
この第４の実施形態の構成によれば、熱伝導によって混合器２５内の燃料及び気体が冷却されることとなり、燃料の一部が気化して外部に放出されることを抑制することができるものである。
【００３８】
図５は第５の実施形態を示すもので、前記冷却フイン４３による冷却がより効果的に行われ得るように、前記冷却フイン４３に送風するためのフアン４５を備えた構成である。
【００３９】
図６は第６の実施形態を示すもので、前記冷却フイン４３による冷却がより効果的に行われ得るように、前記冷却フイン４３の部分を通過して外気を吸引するためのフアン４７を備えた構成である。
【００４０】
前記第５，第６の実施形態の構成によれば、冷却フイン４３から熱が効果的に奪われて、混合器２５の冷却をより効果的に行うことができるものである。
【００４１】
図７は第７の実施形態を示すもので、この実施の形態においては、前記第５の実施形態においての併合路４１の先端部を混合器２５内の液体燃料内に没入した構成である。
【００４２】
この構成によれば、アノード１３及びカソード１７からの排出物は混合器２５内の液体燃料内において気液分離が行われることとなり、前記排出物中の気化した状態にある燃料を効果的に回収することができると共に排出ガスを燃料によって効果的に冷却することができ、燃料の一部が気化して外部に排気されることを効果的に抑制することができるものである。
【００４３】
図８は第８の実施形態を示すもので、この実施の形態においては、混合器２５内の燃料と外気との熱交換を行うために、前記混合器２５とは別個にフアン４９を備えた熱交換器５１を設け、かつ前記混合器１内の燃料を前記熱交換器５１に供給するための燃料（液体）供給手段としてポンプ５３を設けた構成であって、混合器２５内の燃料は、流路５５を介して熱交換器５１との間を循環されるものである。
【００４４】
上記構成によれば、混合器２５内の燃料は熱交換器５１へ導入されて外気との間に熱交換が行われるので、混合器２５内の燃料の冷却が効果的に行われ得るものである。
【００４５】
図９は第９の実施形態を示すもので、この実施形態は、前記第８の実施形態において、第７の実施形態と同様に、併合路４１の先端部を混合器２５の液体燃料内に没入した構成である。この構成によれば、前記第７，第８の実施形態と同様の効果を奏し得るものである。
【００４６】
図１０は第１０の実施形態を示すもので、この実施形態は、前記混合器２５を、前記併合路４１の先端部を燃料内に没入した第１の混合器２５−１と前記熱交換器５１からの燃料を収容する第２の混合器２５−２とに区画し、かつ第１，第２の混合器２５−１，２５−２の上部の気体部分及び下部の液体部分をそれぞれの連絡管５７によって連絡した構成である。
【００４７】
上記構成によれば、アノード１３及びカソード１７からの排出物から回収されたメタノール水溶液と熱交換器５１によって冷却された燃料とは下部の連絡管５７を介して連絡してあるにすぎないものであるから、第１，第２の混合器２５−１，２５−２内の液面は等しく保持されると共に混合することが抑圧され、前記排出物の冷却を効果的に行うことができるものである。
【００４８】
図１１は第１１の実施形態を示すものである。この実施形態は、前述した第２実施形態の構成と第９の実施形態の構成とを組合せたものである。
【００４９】
この構成においては、セル１は自己発熱によって温度が上昇する傾向にあるが、エアーポンプ３３の流量，ポンプ３１による燃料供給量、その供給温度，電池の負荷により、セル１の温度はある一定の温度に保持される。また、混合器２５内の圧力は、エアーポンプ３３による加圧とポンプ３１の加圧と混合器２５内の燃料蒸気・ガス温度及び出口２５Ａの調整バルブ２７の開度によって決定される。
【００５０】
また、上記構成においては混合器２５内の燃料のみが燃料循環系に供給され、燃料はポンプ３１，熱交換器３９，セル１，熱交換器３９，混合器２５の経路を循環し、前記熱交換器３９においてアノード１３からの排出物が冷却され、アノード１３へ供給される燃料が加熱されることとなり、燃料電池の排熱が利用されている。
【００５１】
前記混合器２５内ではアノード１３及びカソード１７からの排出物を気液分離して液体のみを回収し、分離された燃料蒸気及びガスは、出口２５Ａの調整バルブ２７を介して大気中へ排気される。前記調整バルブ２７は、前記エアーポンプ３３，ポンプ３１と共に混合器２５内の圧力を調節して、燃料タンク２３からの燃料の補充量，アノード１３への燃料供給量，カソード１７への空気供給量を規定値に設定できるようになっている。
【００５２】
前記構成において、前記セル１における電極５（図２９参照）とセパレータ１３，１７との間に集電材として１２０ｃｍ２ の大きさのカーボンペーパーを配した構成のセル１を２４枚直列に積層したスタック構造を有するものを製造して、実験的に１６Ｗの発電を行った。
【００５３】
この際、エアーポンプ３３によって外気温２５℃の空気を毎分３ｌ／ｍｉｎの流量を供給し、燃料である１．５モル／リットルの混合器２５内に蓄えられている５０℃のメタノール水溶液を熱交換器３９で５５℃に昇温し、ポンプ３１で毎分１７．３ｍｌ／ｍｉｎ供給した。
【００５４】
さらに、ポンプ５３で毎分３４．６ｍｌ／ｍｉｎのメタノール水溶液を熱交換器５１に供給し、混合器２５内に蓄えられている５０℃のメタノール水溶液を４０℃まで冷却している。
【００５５】
比較として前記熱交換器３９，５１を省略した構成の場合でセル１の運転温度は、同じ条件でほぼ同じ運転温度である７０℃となるが混合器２５の温度は５８℃になり、大気中に放出される燃料ガスの量が飛躍的に上昇し、燃料消費量が毎分８ｃｃから毎分１６ｃｃとなり、単位時間あたり約２倍も多くなった。
【００５６】
図１２は第１２の実施形態を示すもので、前述した第１実施形態の構成と第９の実施形態の構成とを組合せたもので、この実施形態においても前記第１１の実施形態と同様の効果を奏し得るものである。
【００５７】
図１３は第１３の実施形態を示すもので、前述した第３実施形態の構成と第９の実施形態の構成とを組合せたもので、前述同様に、その組合せ効果を奏するものである。
【００５８】
図１４は第１４の実施形態を示すもので、前述した第１実施形態の構成と第４実施形態の構成とを組合せたもので、前述同様に、その組合せ効果を奏するものである。
【００５９】
図１５は第１５の実施形態を示すもので、前述した第２実施形態の構成と第４の実施形態の構成とを組合せたもので、前述同様に、その組合せ効果を奏するものである。
【００６０】
図１６は第１６の実施形態を示すもので、前述した第３実施形態の構成と第４の実施形態の構成とを組合せたものである。
【００６１】
図１７は第１７の実施形態を示すもので、前述した第１実施形態の構成と第７実施形態におけるフアン４５を省略した構成とを組合せた構成である。
【００６２】
図１８は第１８の実施形態を示すもので、前述した第２実施形態の構成と第７実施形態におけるフアン４５を省略した構成とを組合せた構成である。
【００６３】
図１９は第１９の実施形態を示すもので、前述した第３実施形態の構成と第７実施形態におけるフアン４５を省略した構成とを組合せた構成である。
【００６４】
図２０は第２０の実施形態を示すもので、前述した第１実施形態の構成と第５実施形態の構成とを組合せた構成である。
【００６５】
図２１は第２１の実施形態を示すもので、前述した第２実施形態の構成と第５実施形態の構成とを組合せた構成である。
【００６６】
図２２は第２２の実施形態を示すもので、前述した第３実施形態の構成と第５実施形態の構成とを組合せた構成である。
【００６７】
図２３は第２３の実施形態を示すもので、前述した第１実施形態の構成と第７実施形態の構成とを組合せた構成である。
【００６８】
図２４は第２４の実施形態を示すもので、前述した第２実施形態の構成と第７実施形態の構成とを組合せた構成である。
【００６９】
図２５は第２５の実施形態を示すもので、前述した第３実施形態の構成と第７実施形態の構成とを組合せた構成である。
【００７０】
図２６は第２６の実施形態を示すもので、前述した第１実施形態の構成と第８実施形態の構成とを組合せた構成である。
【００７１】
図２７は第２７の実施形態を示すもので、前述した第２実施形態の構成と第８実施形態の構成とを組合せた構成である。
【００７２】
図２８は第２８の実施形態を示すもので、前述した第３実施形態の構成と第８実施形態の構成とを組合せた構成である。
【００７３】
上記説明より理解されるように、本発明は種々の実施形態で実施可能である。
【００７４】
なお、本発明は前述したごとき実施例のみに限るものではなく、図２９に示すように、アノード側回収路３５とカソード側回収路３７とを個別にして混合器２５に排出物を回収する構成とすることができるものであり、この構成は前述した各実施形態に適用することができるものである。
【００７５】
【発明の効果】
以上のごとき説明より理解されるように、本発明によれば、発熱装置を備えることなく、混合器からセルに供給される燃料を高温にすることが可能であり、また混合器から蒸気として外部へ放出される燃料の量を減少することができ、前述したごとき従来の問題を解消することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図６】本発明の第６の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図７】本発明の第７の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図８】本発明の第８の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図９】本発明の第９の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図１０】本発明の第１０の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図１１】本発明の第１１の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図１２】本発明の第１２の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図１３】本発明の第１３の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図１４】本発明の第１４の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図１５】本発明の第１５の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図１６】本発明の第１６の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図１７】本発明の第１７の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図１８】本発明の第１８の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図１９】本発明の第１９の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図２０】本発明の第２０の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図２１】本発明の第２１の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図２２】本発明の第２２の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図２３】本発明の第２３の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図２４】本発明の第２４の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図２５】本発明の第２５の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図２６】本発明の第２６の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図２７】本発明の第２７の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図２８】本発明の第２８の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図２９】本発明の第２９の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図３０】ダイレクトメタノール形燃料電池のセルの構成及びスタック構造を示す説明図である。
【符号の説明】
１ セル
３ 高分子電解質膜
７ 膜・電極接合体（ＭＥＡ）
１３，１７ セパレータ
２３ 燃料タンク
２５ 混合器
３１ ポンプ（燃料供給手段）
３３ エアーポンプ（空気供給手段）
３５ アノード側回収路
３７ カソード側回収路
３９，５１ 熱交換器
４１ 併合路
４３ 冷却フイン（熱交換手段）
５７ 連絡管
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料電池システムに係り、さらに詳細には、固体高分子電解質膜を用い、メタノールを直接燃料として発電するダイレクトメタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池としてのＤＭＦＣは、従来の燃料電池と比較して、安価で取扱いが容易であるメタノールを水素に改質することなしに、燃料電池に直接供給することができるので、改質器を用いることなく発電することができる。また、ＤＭＦＣは、固体高分子電解質膜を電解質に用いるので、硫酸や酸化カリウムという水溶液の電解質を使う場合に比較して取り扱い易く、さらに、運転温度（作動温度）を５０℃〜１００℃程度まで高められるため、電極におけるメタノール酸化反応の活性が高まり、性能が向上する。
【０００３】
ＤＭＦＣの場合、性能が顕著に温度に依存するため、常温付近や低温条件でどこまで性能が出せるかが重要な問題となる。ＤＭＦＣは運転温度が５０℃程度でも使用できるが、セルの温度を高温にすると、電極におけるメタノール酸化反応の活性が高まり、電極の単位面積あたりの電流密度を大きくすることが可能であるという利点がある。
【０００４】
燃料電池において、セルのアノード（燃料極）に燃料（メタノール水溶液）が入るときから運転温度まで液温が上昇する際にアノード燃料（メタノール水溶液）がセルから奪う潜熱と、化学反応により発生する水とアノード側からカソード側に電解質膜を透過したアノード燃料の一部とがカソード側から排出されるときに、その排出物の一部がカソード側で蒸発することによりカソード側からの排出物がセルから奪う蒸発熱との和と、セル内の化学反応による発熱との差がセル自身の発熱量となっている。したがって、セルの周囲環境（セルの表面積，セルの表面の熱伝達率，断熱材を用いた場合には断熱材の厚さ等）が決定されれば、セル温度を決定できることとなる。
【０００５】
ＤＭＦＣにおいては、セルの温度を高温にすると、電極の単位面積あたりの電流密度を大きくすることができるので、セル温度を高温にすることが望ましい。しかし、アノード燃料がセルに入るときの液温が低いと、液温が運転温度に上昇する際に、アノード燃料がセルから奪う潜熱が大きく、セルの温度が高くならないと云う問題がある。
【０００６】
ところで、燃料電池のアノードとカソードからの排出物を気液分離して液体のみを回収して蓄え、かつ消費された燃料を燃料タンクから補充して前記液体と混合する混合器内の液温が高くなると、気液分離した気体を混合器から外部へ排気するとき、燃料の一部が気化して外部に排出される。また、排気物を外部へ排気する前に、排出物の一部であるメタノール，ギ酸，ホルムアルデヒドを無害化するために触媒で燃焼されるため、発電に使用される燃料の２倍以上にまで燃料の消費量が増えるという問題がある。
【０００７】
ＤＭＦＣにおいて、アノード，カソードからの排出物を回収して再利用する構成は知られている（例えば特許文献１）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１１０１９９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１においては、アノード，カソードからの排出物を単に回収して再利用するに過ぎないものであるから、前述したごとき従来の技術と同様の問題を有するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述したごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、請求項１に係る発明は、アノードとカソードとの間に電解質膜を挟み込んだ構成の燃料電池セルと、前記アノードに対して液体燃料を供給するための燃料供給手段と、前記カソードに対して空気を供給するための空気供給手段と、前記カソードからの排出物と前記アノードへ供給される前記液体燃料との間の熱交換を行うための熱交換器とを備えた構成である。
【００１１】
請求項２に係る発明は、アノードとカソードとの間に電解質膜を挟み込んだ構成の燃料電池セルと、前記アノードに対して液体燃料を供給するための燃料供給手段と、前記カソードに対して空気を供給するための空気供給手段と、前記アノードからの排出物と前記アノードへ供給される前記液体燃料との間の熱交換を行うための熱交換器とを備えた構成である。
【００１２】
請求項３に係る発明は、アノードとカソードとの間に電解質膜を挟み込んだ構成の燃料電池セルと、前記アノードに対して液体燃料を供給するための燃料供給手段と、前記カソードに対して空気を供給するための空気供給手段と、前記アノード及び前記カソードからの排出物と前記アノードへ供給される前記液体燃料との間の熱交換を行うための熱交換器を備えた構成である。
【００１３】
請求項４に係る発明は、アノードとカソードとの間に電解質膜を挟み込んだ構成の燃料電池セルと、前記アノードに対して液体燃料を供給するための燃料供給手段と、前記カソードに対して空気を供給するための空気供給手段と、前記アノード及び前記カソードからの排出物と気液分離して液体を回収した混合器内の前記液体と外気との間の熱交換を行うための熱交換手段を前記混合器に備えた構成である。
【００１４】
請求項５に係る発明は、アノードとカソードとの間に電解質膜を挟み込んだ構成の燃料電池セルと、前記アノードに対して液体燃料を供給するための燃料供給手段と、前記カソードに対して空気を供給するための空気供給手段と、前記アノード及び前記カソードからの排出物を気液分離して液体を回収した混合器内の前記液体と外気との間の熱交換を行うための熱交換手段と、当該熱交換手段に対して前記混合器内の前記液体を供給するための液体供給手段とを備えた構成である。
【００１５】
請求項６に係る発明は、請求項４又は５に記載の燃料電池システムにおいて、前記アノード及び前記カソードからの排出物を前記混合器内の前記液体内に導入して気体を気泡として分離する構成である。
【００１６】
請求項７に係る発明は、請求項４，５又は６に記載の燃料電池システムにおいて、前記アノード及び前記カソードからの排出物を気液分離した液体を回収し蓄える第１の混合器と前記熱交換手段によって冷却された液体を回収し蓄える第２の混合器とを備え、前記第１，第２の混合器を連絡する連絡管を備えた構成である。
【００１７】
請求項８に係る発明は、請求項４，５，６又は７に記載の燃料電池システムにおいて、前記アノードからの排出物と前記アノードへ供給される液体燃料との間の熱交換を行うための熱交換器とを備えた構成である。
【００１８】
請求項９に係る発明は、請求項４，５，６又は７に記載の燃料電池システムにおいて、前記カソードからの排出物と前記アノードへ供給される液体燃料との間の熱交換を行うための熱交換器を備えた構成である。
【００１９】
請求項１０に係る発明は、請求項４，５，６又は７に記載の燃料電池システムにおいて、前記アノード及び前記カソードからの排出物と前記アノードへ供給される液体燃料との間の熱交換を行うための熱交換器を備えた構成である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図３０に示すように、ダイレクトメタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ）のセル１は、高分子電解質膜３の表裏両面にアノード，カソードとして触媒電極５を接合した構造の膜・電極接合体（ＭＥＡ）７を備え、このＭＥＡ７における前記触媒電極５を囲繞するパッキン９Ａ，９Ｂを前記高分子電解質膜３の両面に配置し、上記ＭＥＡ７を、液体燃料であるメタノール水溶液の流路１１を備えた流路板（セパレータ）１３と、空気の流路１５を備えた流路板（セパレータ）１７とによって挟み込んだ構成である。なお、前記流路板１３には燃料の入口１３Ａが設けられていると共に出口１３Ｂが設けられており、同様に流路板１７には空気の入口１７Ａと出口１７Ｂが設けられている。
【００２１】
ダイレクトメタノール形燃料電池において、実用的な燃料電池は、起電力を高めるために、図３０（Ｂ）に示すように、前記セル１を複数積み重ねてスタック構造にしてある。このスタック構造は、両側に配置したプレート１９を複数の締付部材２１によって締付けた構成である。
【００２２】
本発明は、上記構成のごときセル１を用いた燃料電池システムとして適用されるものである。
【００２３】
図１は本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムを示すもので、前記セル１におけるセパレータ（流路板）１３をアノードとして例示してあり、セパレータ（流路板１７）をカソードとして例示してある。したがって、セパレータ１３とアノードは同義として使用し、セパレータ１７とカソードは同義として使用する。よって、以降はアノード１３，カソード１７と表現することとする。
【００２４】
前記アノード１３に対して液体燃料（メタノール）を供給するために、メタノールを貯留した燃料タンク２３が設けられており、この燃料タンク２３は混合器２５と接続してある。
【００２５】
前記混合器２５は、前記アノード１３，カソード１７からの排出物を気液分離して液体（水，メタノール水溶液）を回収し、この回収した液体と前記燃料タンク２３から供給された燃料とを混合する作用をなすもので、この混合器２５の上部に備えた出口２５Ａには気体の通過は許容するが液体の通過を阻止するための気液分離膜（図示省略）が設けてあると共に、開口度を調整自在の調整バルブ２７が設けてある。したがって、前記調整バルブ２７の開度を調節することにより、前記混合器２５内の内圧を調節できるものである。
【００２６】
前記混合器２５内の液体燃料（メタノール水溶液）を前記アノード１３へ供給するために、前記混合器２５と前記アノード１３の入口１３Ａとを接続した燃料供給路２９には、燃料供給手段としてのポンプ３１が配置してある。また、前記カソード１７に対して空気を供給するために、前記カソード１７の入口１７Ａには、空気供給手段としてのエアーポンプ３３が接続してある。
【００２７】
前記アノード１３からの排出物を前記混合器２５に回収するために、前記アノード１３の出口１３Ｂと前記混合器２５は、アノード側回収路３５によって接続してある。また、前記カソード１７からの排出物を前記混合器２５に回収するために、前記カソード１７の出口１７Ｂと前記混合器２５は、カソード側回収路３７によって接続してある。
【００２８】
そして、前記カソード１７からの排出物と前記アノード１３へ供給される液体燃料との間で熱交換を行うために、前記燃料供給路２９と前記カソード側回収路３７は、熱交換器３９内を適宜に通過してある。
【００２９】
上記構成により、ポンプ３１を駆動してアノード１３に対して燃料の供給を行うとき、熱交換器３９において、カソード１７からの排出物と燃料との間で熱交換が行われ、燃料は加熱（加温）されてアノード１３へ供給され、カソード１７からの排出物は冷却されて混合器２５に回収されることになる。
【００３０】
したがって、発熱装置を用いることなく、セル１のアノード１３へ供給する燃料を高温にすることができ、燃料が運転温度まで昇温するための熱量を抑制してセル１の温度を高温（５０℃〜９０℃）に保持することが容易である。また、混合器２５に回収されるカソード１７からの排出物の温度を低くでき、混合器２５を低温（室温〜５０℃）とすることができる。
【００３１】
よって、気液分離して外部へ排気される排気ガスを低温にでき、燃料の一部が蒸発して外部に放出されることを抑制することができるものであり、前述したごとき従来の問題を解消することができるものである。
【００３２】
図２は第２の実施形態を示すもので、この第２の実施形態においては、カソード側回収路３７に替えてアノード側回収路３５が熱交換器３９を通過する構成であって、アノード１３からの排出物と燃料との間で熱交換が行われる構成である。なお、その他の構成は前述した構成と同一であるから、同一機能を奏する構成部分には同一符号を付することとして重複した説明は省略する（以下の実施形態においても同様である）。
【００３３】
この第２の実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様の効果を奏し得るものである。
【００３４】
図３は第３の実施形態を示すもので、この第３の実施形態においては、アノード側回収路３５とカソード側回収路３７とを併合した併合路４１を、前記熱交換器３９に通した構成である。
【００３５】
この第３の実施形態においては、アノード１３及びカソード１７の排出物が共に熱交換器３９に導入されて燃料との間に熱交換が行われるものであるから、前述した第１，第２の実施形態の場合よりも熱交換がより効果的に行われるものである。
【００３６】
図４は第４の実施形態を示すもので、この第４の実施形態においては、前記混合器２５内の液体燃料と外気との間の熱交換を行うために、熱交換手段の一例としての冷却フイン４３を前記混合器２５に備えた構成である。
【００３７】
この第４の実施形態の構成によれば、熱伝導によって混合器２５内の燃料及び気体が冷却されることとなり、燃料の一部が気化して外部に放出されることを抑制することができるものである。
【００３８】
図５は第５の実施形態を示すもので、前記冷却フイン４３による冷却がより効果的に行われ得るように、前記冷却フイン４３に送風するためのフアン４５を備えた構成である。
【００３９】
図６は第６の実施形態を示すもので、前記冷却フイン４３による冷却がより効果的に行われ得るように、前記冷却フイン４３の部分を通過して外気を吸引するためのフアン４７を備えた構成である。
【００４０】
前記第５，第６の実施形態の構成によれば、冷却フイン４３から熱が効果的に奪われて、混合器２５の冷却をより効果的に行うことができるものである。
【００４１】
図７は第７の実施形態を示すもので、この実施の形態においては、前記第５の実施形態においての併合路４１の先端部を混合器２５内の液体燃料内に没入した構成である。
【００４２】
この構成によれば、アノード１３及びカソード１７からの排出物は混合器２５内の液体燃料内において気液分離が行われることとなり、前記排出物中の気化した状態にある燃料を効果的に回収することができると共に排出ガスを燃料によって効果的に冷却することができ、燃料の一部が気化して外部に排気されることを効果的に抑制することができるものである。
【００４３】
図８は第８の実施形態を示すもので、この実施の形態においては、混合器２５内の燃料と外気との熱交換を行うために、前記混合器２５とは別個にフアン４９を備えた熱交換器５１を設け、かつ前記混合器１内の燃料を前記熱交換器５１に供給するための燃料（液体）供給手段としてポンプ５３を設けた構成であって、混合器２５内の燃料は、流路５５を介して熱交換器５１との間を循環されるものである。
【００４４】
上記構成によれば、混合器２５内の燃料は熱交換器５１へ導入されて外気との間に熱交換が行われるので、混合器２５内の燃料の冷却が効果的に行われ得るものである。
【００４５】
図９は第９の実施形態を示すもので、この実施形態は、前記第８の実施形態において、第７の実施形態と同様に、併合路４１の先端部を混合器２５の液体燃料内に没入した構成である。この構成によれば、前記第７，第８の実施形態と同様の効果を奏し得るものである。
【００４６】
図１０は第１０の実施形態を示すもので、この実施形態は、前記混合器２５を、前記併合路４１の先端部を燃料内に没入した第１の混合器２５−１と前記熱交換器５１からの燃料を収容する第２の混合器２５−２とに区画し、かつ第１，第２の混合器２５−１，２５−２の上部の気体部分及び下部の液体部分をそれぞれの連絡管５７によって連絡した構成である。
【００４７】
上記構成によれば、アノード１３及びカソード１７からの排出物から回収されたメタノール水溶液と熱交換器５１によって冷却された燃料とは下部の連絡管５７を介して連絡してあるにすぎないものであるから、第１，第２の混合器２５−１，２５−２内の液面は等しく保持されると共に混合することが抑圧され、前記排出物の冷却を効果的に行うことができるものである。
【００４８】
図１１は第１１の実施形態を示すものである。この実施形態は、前述した第２実施形態の構成と第９の実施形態の構成とを組合せたものである。
【００４９】
この構成においては、セル１は自己発熱によって温度が上昇する傾向にあるが、エアーポンプ３３の流量，ポンプ３１による燃料供給量、その供給温度，電池の負荷により、セル１の温度はある一定の温度に保持される。また、混合器２５内の圧力は、エアーポンプ３３による加圧とポンプ３１の加圧と混合器２５内の燃料蒸気・ガス温度及び出口２５Ａの調整バルブ２７の開度によって決定される。
【００５０】
また、上記構成においては混合器２５内の燃料のみが燃料循環系に供給され、燃料はポンプ３１，熱交換器３９，セル１，熱交換器３９，混合器２５の経路を循環し、前記熱交換器３９においてアノード１３からの排出物が冷却され、アノード１３へ供給される燃料が加熱されることとなり、燃料電池の排熱が利用されている。
【００５１】
前記混合器２５内ではアノード１３及びカソード１７からの排出物を気液分離して液体のみを回収し、分離された燃料蒸気及びガスは、出口２５Ａの調整バルブ２７を介して大気中へ排気される。前記調整バルブ２７は、前記エアーポンプ３３，ポンプ３１と共に混合器２５内の圧力を調節して、燃料タンク２３からの燃料の補充量，アノード１３への燃料供給量，カソード１７への空気供給量を規定値に設定できるようになっている。
【００５２】
前記構成において、前記セル１における電極５（図２９参照）とセパレータ１３，１７との間に集電材として１２０ｃｍ２ の大きさのカーボンペーパーを配した構成のセル１を２４枚直列に積層したスタック構造を有するものを製造して、実験的に１６Ｗの発電を行った。
【００５３】
この際、エアーポンプ３３によって外気温２５℃の空気を毎分３ｌ／ｍｉｎの流量を供給し、燃料である１．５モル／リットルの混合器２５内に蓄えられている５０℃のメタノール水溶液を熱交換器３９で５５℃に昇温し、ポンプ３１で毎分１７．３ｍｌ／ｍｉｎ供給した。
【００５４】
さらに、ポンプ５３で毎分３４．６ｍｌ／ｍｉｎのメタノール水溶液を熱交換器５１に供給し、混合器２５内に蓄えられている５０℃のメタノール水溶液を４０℃まで冷却している。
【００５５】
比較として前記熱交換器３９，５１を省略した構成の場合でセル１の運転温度は、同じ条件でほぼ同じ運転温度である７０℃となるが混合器２５の温度は５８℃になり、大気中に放出される燃料ガスの量が飛躍的に上昇し、燃料消費量が毎分８ｃｃから毎分１６ｃｃとなり、単位時間あたり約２倍も多くなった。
【００５６】
図１２は第１２の実施形態を示すもので、前述した第１実施形態の構成と第９の実施形態の構成とを組合せたもので、この実施形態においても前記第１１の実施形態と同様の効果を奏し得るものである。
【００５７】
図１３は第１３の実施形態を示すもので、前述した第３実施形態の構成と第９の実施形態の構成とを組合せたもので、前述同様に、その組合せ効果を奏するものである。
【００５８】
図１４は第１４の実施形態を示すもので、前述した第１実施形態の構成と第４実施形態の構成とを組合せたもので、前述同様に、その組合せ効果を奏するものである。
【００５９】
図１５は第１５の実施形態を示すもので、前述した第２実施形態の構成と第４の実施形態の構成とを組合せたもので、前述同様に、その組合せ効果を奏するものである。
【００６０】
図１６は第１６の実施形態を示すもので、前述した第３実施形態の構成と第４の実施形態の構成とを組合せたものである。
【００６１】
図１７は第１７の実施形態を示すもので、前述した第１実施形態の構成と第７実施形態におけるフアン４５を省略した構成とを組合せた構成である。
【００６２】
図１８は第１８の実施形態を示すもので、前述した第２実施形態の構成と第７実施形態におけるフアン４５を省略した構成とを組合せた構成である。
【００６３】
図１９は第１９の実施形態を示すもので、前述した第３実施形態の構成と第７実施形態におけるフアン４５を省略した構成とを組合せた構成である。
【００６４】
図２０は第２０の実施形態を示すもので、前述した第１実施形態の構成と第５実施形態の構成とを組合せた構成である。
【００６５】
図２１は第２１の実施形態を示すもので、前述した第２実施形態の構成と第５実施形態の構成とを組合せた構成である。
【００６６】
図２２は第２２の実施形態を示すもので、前述した第３実施形態の構成と第５実施形態の構成とを組合せた構成である。
【００６７】
図２３は第２３の実施形態を示すもので、前述した第１実施形態の構成と第７実施形態の構成とを組合せた構成である。
【００６８】
図２４は第２４の実施形態を示すもので、前述した第２実施形態の構成と第７実施形態の構成とを組合せた構成である。
【００６９】
図２５は第２５の実施形態を示すもので、前述した第３実施形態の構成と第７実施形態の構成とを組合せた構成である。
【００７０】
図２６は第２６の実施形態を示すもので、前述した第１実施形態の構成と第８実施形態の構成とを組合せた構成である。
【００７１】
図２７は第２７の実施形態を示すもので、前述した第２実施形態の構成と第８実施形態の構成とを組合せた構成である。
【００７２】
図２８は第２８の実施形態を示すもので、前述した第３実施形態の構成と第８実施形態の構成とを組合せた構成である。
【００７３】
上記説明より理解されるように、本発明は種々の実施形態で実施可能である。
【００７４】
なお、本発明は前述したごとき実施例のみに限るものではなく、図２９に示すように、アノード側回収路３５とカソード側回収路３７とを個別にして混合器２５に排出物を回収する構成とすることができるものであり、この構成は前述した各実施形態に適用することができるものである。
【００７５】
【発明の効果】
以上のごとき説明より理解されるように、本発明によれば、発熱装置を備えることなく、混合器からセルに供給される燃料を高温にすることが可能であり、また混合器から蒸気として外部へ放出される燃料の量を減少することができ、前述したごとき従来の問題を解消することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図６】本発明の第６の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図７】本発明の第７の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図８】本発明の第８の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図９】本発明の第９の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図１０】本発明の第１０の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図１１】本発明の第１１の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図１２】本発明の第１２の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図１３】本発明の第１３の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図１４】本発明の第１４の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図１５】本発明の第１５の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図１６】本発明の第１６の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図１７】本発明の第１７の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図１８】本発明の第１８の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図１９】本発明の第１９の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図２０】本発明の第２０の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図２１】本発明の第２１の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図２２】本発明の第２２の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図２３】本発明の第２３の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図２４】本発明の第２４の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図２５】本発明の第２５の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図２６】本発明の第２６の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図２７】本発明の第２７の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図２８】本発明の第２８の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図２９】本発明の第２９の実施形態に係る燃料電池システムの概略的な説明図である。
【図３０】ダイレクトメタノール形燃料電池のセルの構成及びスタック構造を示す説明図である。
【符号の説明】
１ セル
３ 高分子電解質膜
７ 膜・電極接合体（ＭＥＡ）
１３，１７ セパレータ
２３ 燃料タンク
２５ 混合器
３１ ポンプ（燃料供給手段）
３３ エアーポンプ（空気供給手段）
３５ アノード側回収路
３７ カソード側回収路
３９，５１ 熱交換器
４１ 併合路
４３ 冷却フイン（熱交換手段）
５７ 連絡管
Claims (10)
- アノードとカソードとの間に電解質膜を挟み込んだ構成の燃料電池セルと、前記アノードに対して液体燃料を供給するための燃料供給手段と、前記カソードに対して空気を供給するための空気供給手段と、前記カソードからの排出物と前記アノードへ供給される前記液体燃料との間の熱交換を行うための熱交換器とを備えたことを特徴とする燃料電池システム。
- アノードとカソードとの間に電解質膜を挟み込んだ構成の燃料電池セルと、前記アノードに対して液体燃料を供給するための燃料供給手段と、前記カソードに対して空気を供給するための空気供給手段と、前記アノードからの排出物と前記アノードへ供給される前記液体燃料との間の熱交換を行うための熱交換器とを備えたことを特徴とする燃料電池システム。
- アノードとカソードとの間に電解質膜を挟み込んだ構成の燃料電池セルと、前記アノードに対して液体燃料を供給するための燃料供給手段と、前記カソードに対して空気を供給するための空気供給手段と、前記アノード及び前記カソードからの排出物と前記アノードへ供給される前記液体燃料との間の熱交換を行うための熱交換器を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
- アノードとカソードとの間に電解質膜を挟み込んだ構成の燃料電池セルと、前記アノードに対して液体燃料を供給するための燃料供給手段と、前記カソードに対して空気を供給するための空気供給手段と、前記アノード及び前記カソードからの排出物と気液分離して液体を回収した混合器内の前記液体と外気との間の熱交換を行うための熱交換手段を前記混合器に備えたことを特徴とする燃料電池システム。
- アノードとカソードとの間に電解質膜を挟み込んだ構成の燃料電池セルと、前記アノードに対して液体燃料を供給するための燃料供給手段と、前記カソードに対して空気を供給するための空気供給手段と、前記アノード及び前記カソードからの排出物を気液分離して液体を回収した混合器内の前記液体と外気との間の熱交換を行うための熱交換手段と、当該熱交換手段に対して前記混合器内の前記液体を供給するための液体供給手段とを備えたことを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項４又は５に記載の燃料電池システムにおいて、前記アノード及び前記カソードからの排出物を前記混合器内の前記液体内に導入して気体を気泡として分離する構成であることを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項４，５又は６に記載の燃料電池システムにおいて、前記アノード及び前記カソードからの排出物を気液分離した液体を回収し蓄える第１の混合器と前記熱交換手段によって冷却された液体を回収し蓄える第２の混合器とを備え、前記第１，第２の混合器を連絡する連絡管を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項４，５，６又は７に記載の燃料電池システムにおいて、前記アノードからの排出物と前記アノードへ供給される液体燃料との間の熱交換を行うための熱交換器とを備えたことを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項４，５，６又は７に記載の燃料電池システムにおいて、前記カソードからの排出物と前記アノードへ供給される液体燃料との間の熱交換を行うための熱交換器を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項４，５，６又は７に記載の燃料電池システムにおいて、前記アノード及び前記カソードからの排出物と前記アノードへ供給される液体燃料との間の熱交換を行うための熱交換器を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
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