JP2004206917A

JP2004206917A - 燃料電池用気液分離タンク

Info

Publication number: JP2004206917A
Application number: JP2002371875A
Authority: JP
Inventors: Fumitomo Onishi; 史倫大西; Yasuyuki Ota; 康之太田
Original assignee: Kyoshin Co Ltd
Current assignee: Kyoshin Co Ltd
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】発明の課題は、姿勢がどのように変化しても、液漏れせず、常に燃料電池に燃料液を供給することができ、かつ、燃料電池から気液分離タンクに供給されたガスを放出することができる気液分離タンクを提供することにある。
【解決手段】前記課題を解決するための手段は、燃料液貯溜室と、
通気膜及び不織布を積層してなり、燃料液貯溜室に導入されたガスを燃料液貯溜室外に排出する気液分離膜と、
一端開口部が燃料液貯溜室の重心に位置するように取付けられ、燃料電池に燃料液を供給する燃料液供給チューブと、
液体燃料を燃料液貯溜室に注入する液体燃料注入口と、
燃料電池で生成した水を燃料液貯溜室に導入する液導入口と、
燃料電池で生成したガスを燃料液貯溜室に導入するガス導入口とを備えて成ることを特徴とする燃料電池用気液分離タンクである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池用気液分離タンク（以下において、単に「タンク」又は「気液分離タンク」と略称することがある。）に関し、更に詳しくは、姿勢又は設置状態がどのように変化しようとも、液漏れすることなく、燃料電池へ燃料液の供給が遮断することなく、また、燃料電池から該タンクへ導入されたガスを連続的に排出することができる燃料電池用気液分離タンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池には、リン酸電解質燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）、酸化物固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）、高分子固体電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）、メタノール-空気型燃料電池（ＤＭＦＣ）等があり、発電所、病院や学校等の公共施設、一般住宅、灯台やテレビ中継所等の無人運転装置、フォークリフトや電気自動車等の車、電化製品等に応用され始めている。
【０００３】
前記燃料電池の中でも、小型化・軽量化が可能なメタノール-空気型燃料電池（ＤＭＦＣ）が、モバイルパソコン、携帯電話、携帯型ＭＤプレーヤー、携帯型ＣＤプレーヤー、電子手帳等の携帯型電化製品に用いられるようになってきた。また、同時に、燃料電池に供給する燃料液を貯留する燃料電池用気液分離タンクの小型化・軽量化が要求されてきた。
【０００４】
しかし、従来の燃料電池用気液分離タンクでは、燃料電池へ燃料液を供給するための燃料液供給チューブの開口部が燃料液貯溜室底面に開口するように、燃料液供給チューブが燃料液貯留室に結合されていた。加えて、該燃料液貯留用気液分離タンクの姿勢は、使用状況に応じて様々に変わる。そうすると、燃料電池用気液分離タンク内に少量の燃料が貯留されている場合に、この燃料液貯留用気液分離タンクが倒立し、又は転倒した状態になると、燃料液供給チューブの開口部が燃料液に覆われなくなってしまうことがあり、そうすると燃料電池用気液分離タンク内に燃料液が存在するにもかかわらず、この燃料電池用気液分離タンクから燃料電池に燃料液を供給することができなくなる。
【０００５】
また、燃料電池用気液分離タンクの姿勢の変化により通気膜が液体燃料で覆われてしまうと、燃料電池で発生し、燃料液貯溜室に導入されたガスを排気することができなかった。
【０００６】
さらに、パソコン等の高電力を必要とする電化製品では、燃料液貯溜室の容積を大きくする必要があり、更に、製造メーカの要求規格によると、燃料液貯溜室には、その内容量に対して、５０％〜９０％容量の燃料液が入っていなければならないので、前記気液分離タンクの小型化・軽量化が図れなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、姿勢がどのようであっても常に燃料電池に燃料液を供給し続けることができる燃料電池用気液分離タンクを提供することにある。この発明の他の目的は、前記目的に加えて、姿勢がどのようであっても、燃料電池が供給されたガス含有液中のガスを外部に放出することのできる燃料電池用気液分離タンクを提供することにある。この発明の更なる目的は、前記目的に加えて、液漏れのない燃料電池用気液分離タンクを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段は、燃料液貯溜室と、
通気膜及び不織布を積層してなり、燃料液貯溜室に導入されたガスを燃料液貯溜室外に排出する気液分離膜と、
一端開口部が燃料液貯溜室の重心に位置するように取付けられ、燃料電池に燃料液を供給する燃料液供給チューブと、
液体燃料を燃料液貯溜室に注入する液体燃料注入口と、
燃料電池で生成した水を燃料液貯溜室に導入する液導入口と、
燃料電池で生成したガスを燃料液貯溜室に導入するガス導入口とを備えて成ることを特徴とする燃料電池用気液分離タンクである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を説明しつつ、この発明につき詳述する。
【００１０】
この発明の一例である気液分離タンク１は、図１に示されるように燃料液貯溜室２と、図２に示されるように通気膜８及び不織布９を積層してなる気液分離膜３と、図１に示されるように燃料液供給チューブ４と、液体燃料注入口７と、液導入口６と、ガス導入口５とを有する。
【００１１】
前記燃料液貯溜室２は、図１に示されるように、略長方形の容器２ａによって形成される内部空間をもって形成することができる。この燃料貯溜室２には、燃料液がその内部空間容積の少なくとも５０容量％を満たすように、燃料液が貯留される。燃料液貯溜室２内に燃料液を上記容量割合で満たすことは、燃料電池製造業者における要求規格に基づく。燃料液としては、メタノール及びエタノール等の常温で液体のアルコールと水との混合液を挙げることができる。前記容器２ａを形成する材料としては、この気液分離タンク１が設置される環境における温度での耐熱性、前記環境での使用状態に応じた耐衝撃性及び液体燃料に応じた耐薬品性等を有する材料であれば特に制限なく採用することができ、ステンレススチール、アルミニウム等の金属材料、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等の汎用樹脂、及びエンジニアリング樹脂等を挙げることができ、特に、ポリエチレン樹脂が好ましい。
【００１２】
燃料液貯溜室２を形成するその容器２ａの任意の一面に、３個の口、すなわち、液体燃料注入口７と、液導入口６と、ガス導入口５とが開口する。
【００１３】
この液体燃料注入口７は、液体燃料を補給するための注入口であり、図４に示されるように、燃料液を調製するための原料である液体燃料を貯留する液体燃料タンク（図示せず。）からこの燃料液貯溜室２に前記液体燃料を供給する液体燃料供給チューブ１０を結合する。
【００１４】
液導入口６は、燃料電池内で発生したガス及び水を燃料液貯溜室内へ導入するための導入口であり、図４に示されるように、燃料電池１１内の、ガスを含んだガス含有液を燃料電池１０から気液分離タンク１に移送する液移送チューブ１２を結合する。前記液移送チューブ１２は、前記液体燃料供給チューブ１０と同様の材質で形成することができる。
【００１５】
ガス導入口５は、燃料電池内で発生したガス及び水を燃料液貯溜室内へ導入するための導入口であり、図４に示されるように、燃料電池１１内に存在する液を蒸気として、またはミストとして含有するところの液含有ガスを燃料電池１１から気液分離タンク１に移送するガス移送チューブ１３を結合する。前記ガス移送チューブ１３は、前記液体燃料供給チューブ１０と同様の材質で形成することができる。
【００１６】
燃料液供給チューブ４は、図１及び図２に示されるように、前記燃料液貯溜室２内の重心位置に、その一端の開口部４ａが位置するように取付けられる。なお、図２に記載した対角線は、燃料液貯溜室２の内部の重心を表わすために、仮想的に用いた線である。図４に示されるように、この燃料液供給チューブ４は、その他端が燃料電池１１に接続されており、該貯燃料液溜室２内に貯留されるところの、液体燃料と水との混合液である燃料液が、該燃料液供給チューブ４を通じてポンプＰにより燃料電池１１内に導入される。
【００１７】
前記燃料液供給チューブ４は、この気液分離タンク１が設置される環境における温度での耐熱性、前記環境での使用状態に応じた耐衝撃性及び液体燃料に応じた耐薬品性等を有する材料であれば特に制限がなく、そのような材料として、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイソブチレン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ニトロセルロース樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等を挙げることができ、中でも、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイソブチレン樹脂、ポリブタジエン樹脂が好ましく、特に、ポリエチレン樹脂が好ましい。
【００１８】
前記液体燃料注入口７、前記ガス導入口５及び前記液導入口６の口径には、制限はなく、また、燃料液供給チューブとの位置関係は、図１に示されるような位置関係に限られない。
【００１９】
図１に示されるように、前記気液分離膜３は、通気膜８と不織布９とを積層してなり、燃料液貯溜室２を形成する長方形の容器２ａにおける相対する両側面それぞれに、２箇所ずつ設けられた開口部（２ｂ）を覆蓋するように取り付けられている。この気液分離膜３は、前記開口部（２ｂ）の、例えば、縁辺に接着剤等を用いて接着されている。
【００２０】
前記通気膜８は、通気性、耐薬品性、耐熱性、撥水性等に優れていればよく、その材料は、ポリオレフィン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリスルホン樹脂等を挙げることができ、中でもハロゲン系ポリオレフィン樹脂等が好ましく、特に、四フッ化エチレン樹脂が好ましい。
【００２１】
前記通気膜８の膜厚は、７０〜１３０μｍであり、特に、７０〜１００μｍが好ましい。前記膜厚が、７０μｍより薄いと、内部圧力の上昇により破裂するという不都合を生じ、１３０μｍより厚いと、ガスが透過しにくくなるという不都合を生じてしまう。
【００２２】
前記不織布９は、通気性、防水性、撥水性等に優れていればよく、その原料となる繊維には、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエステル繊維、ポリスチレン繊維、ナイロン繊維、セルロース繊維、アセテート繊維、ポリ塩化ビニル繊維、アクリル繊維、ゴム繊維等を挙げることができ、特に、ポリエステル繊維が好ましい。
【００２３】
前記不織布９の膜厚は、０．０５〜０．３ｍｍであり、特に、０．１〜０．２ｍｍが好ましい。前記膜厚が、０．０５ｍｍより薄いと、内部圧力の上昇により破裂するという不都合を生じ、０．３ｍｍより厚いと、ガスが透過しにくくなるという不都合を生じてしまう。
【００２４】
タンクに導入されたガス含有液及び液含有ガスはガスと液とに分離し、気液分離膜を通してガスが選択的に外部に排出され、水は、液体燃料の希釈溶液として再利用される。
【００２５】
次にこの発明の作用について説明する。
【００２６】
燃料液貯溜室２に貯留されている燃料液、例えば、メタノール水溶液を燃料電池に送液することにより、燃料電池１１を作動させると、この燃料電池１１から電力が出力されると同時に、燃料電池１１内に装填されている電気分解手段により水と炭酸ガスとが新たに発生する。燃料電池１１の内部で発生した水と炭酸ガスとは、液含有ガス及びガス含有液として液移送チューブ１２及びガス移送チューブ１３を介して液導入口６及びガス導入口５から燃料液貯溜室２内に戻る。燃料液貯溜室２内に戻された液含有ガス及びガス含有液とはガスと液とに分離される。燃料液貯溜室２内で分離されたガスは、気液分離膜３を通じて燃料液貯溜室２の外に放出される。かくして時間が経過すると、燃料貯溜室２内の燃料液の濃度が減少していく。燃料液の濃度が規定の濃度以下に成る場合には、液体燃料供給チューブ１０を通じて燃料液貯溜室２内に新鮮な液体燃料、例えば、メタノールが所定量補充される。
【００２７】
この気液分離タンク１は、図１に示すように燃料液供給チューブ４の開口部４ａが上を向くように、設置されているところ、この気液分離タンク１を逆さまにし、あるいは横倒しにしたとしても、図２に示すように、前記開口部４ａは燃料液貯溜室２における重心に位置しているので、常に燃料液中に没している。したがって、この気液分離タンク１の姿勢がどのようであっても、この気液分離タンク１から燃料電池１１に燃料液を、液切れすることなく供給することができる。
【００２８】
なお、燃料貯溜室２内に貯留されている燃料液濃度が常に所定の濃度範囲に収まるようにするための燃料液濃度維持装置を気液分離タンク１内、好ましくは、燃料液供給チューブ内に設置しておくのが望ましい。この燃料液濃度維持装置は、前記燃料貯溜室２内に設置されたところの、濃度を検出する濃度検出手段例えば濃度センサーと、前記濃度検出手段から出力される濃度データに基づいて燃料液の濃度が所定の閾値に到達すると、吸引吐出手段例えばポンプを駆動する駆動信号を出力する制御手段と、この制御手段から出力される駆動信号に基づいて、液体燃料供給チューブ１０に介装された吸引吐出手段とを備える構成にすることができる。このような燃料液濃度維持装置が設置されていると、一定濃度の燃料液を燃料電池に供給することができる。したがって、この燃料液濃度維持装置を有する燃料電池用気液分離タンクは、燃料電池用気液分離タンクの姿勢がどのようであっても、一定濃度燃料液を、燃料電池に供給することができるという目的を達成することができる。
【００２９】
さらに、この燃料電池用気液分離タンクは、燃料液貯溜室内に収容されている燃料液の容積が燃料液貯溜室の容積の５０％に達することを検出し、５０％に成ったことを表示することのできる液面検出装置を備えていると、この気液分離タンクの交換時期を的確に知ることができる。特に,この液面検出装置が、燃料液供給チューブ４における開口部４ａの近傍に取り付けられたセンサー（図示せず）と、このセンサーが発した出力信号を検知して点灯または消灯する警告ランプ（図示せず）とを有する構成であると、燃料液貯溜室内への燃料液の補充時期を容易に知ることができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、姿勢がどのように変化しても、液漏れすることなく、また、燃料電池への燃料液供給が遮断することなく、さらに、燃料電池から気液分離タンクへ導入されたガスを効率的に排出することができる気液分離タンクを提供することができる。この気液分離タンクを組み合わせた燃料電池を、各種電化製品に適用すると、充電操作が不要となり、電池を使用する場合に比べて使用済み電池といった廃棄物を生じることがないので環境にやさしく、長時間駆動可能な電源を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明における気液分離タンクを示す図である。
【図２】図２は、本発明における燃料液供給チューブの一端開口部が、燃料液貯溜室内部の重心に位置することを示す図である。
【図３】図３は、通気膜と不織布とからなる気液分離膜を示す図である。
【図４】図４は、燃料電池と気液分離タンクとにおける物質の移動を示す図である。
【符号の説明】
１・・・気液分離タンク、２・・・燃料液貯溜室、２ａ・・・容器、
３・・・気液分離膜、４・・・燃料液供給チューブ、４ａ・・・開口部、
５・・・ガス導入口、６・・・液導入口、７・・・液体燃料注入口、
８・・・通気膜、９・・・不織布、１０・・・液体燃料供給チューブ、
１１・・・燃料電池、１２・・・液移送チューブ、１３・・・ガス移送チューブ

Claims

燃料液貯溜室と、
通気膜及び不織布を積層してなり、燃料液貯溜室に導入されたガスを燃料液貯溜室外に排出する気液分離膜と、
一端開口部が燃料液貯溜室の重心に位置するように取付けられ、燃料電池に燃料液を供給する燃料液供給チューブと、
液体燃料を燃料液貯溜室に注入する液体燃料注入口と、
燃料電池で生成した水を燃料液貯溜室に導入する液導入口と、
燃料電池で生成したガスを燃料液貯溜室に導入するガス導入口とを備えて成ることを特徴とする燃料電池用気液分離タンク。