JP2005108657A - 直接液体燃料形燃料電池システムおよびその燃料カセット - Google Patents

Abstract

【構成】 燃料電池スタック４からの排空気を気液分離器１８で排空気と水分とに分離し、水分を燃料カセット５０の排液溜５５に回収する。排液溜５５から、気体透過膜５８と化学フィルタ５６とを介して水分を蒸発させる。
【効果】 燃料カセットから燃料タンクに持ち込まれる水や、メタノールなどの燃料の燃焼で生じる水に相当する量の水を、燃料カセットに回収できる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、ジメチルエーテルなどの液体燃料を、例えば水と混合して燃料極に直接供給する、直接液体燃料形燃料電池システムと、その燃料カセットに関する。

直接メタノール形燃料電池では、1〜10wt%程度のメタノール／水混合燃料を用い、メタノールを水素に改質せずに、燃料極に直接供給する。直接メタノール形燃料電池は、改質器を要しないため、構造が簡単で軽量であり、携帯電話、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ等の携帯用電子機器の電源や、野外用電源、非常用電源などに有望である。メタノールなどの液体燃料を改質せずに直接燃料電池に供給する燃料電池を、直接液体燃料形燃料電池という。

直接液体燃料形燃料電池の燃料タンクには、燃料カセットから例えば30wt%程度の濃度のメタノール燃料などを供給する。燃料電池システムからは、供給された燃料中の水の一部と、メタノールなどの酸化で生じる水とを外部に排出する必要がある。この時過剰の水を専用の排液タンクに回収すると、その分だけシステムが大形化する。

この発明の基本的課題は、直接液体燃料形燃料電池システムから過剰の水や空気極での生成水を専用の排液タンク無しでも回収できるようにして、直接液体燃料形燃料電池システムをコンパクトにすることにある。
この発明の直接液体燃料形燃料電池システムでの副次的課題は、
・ 排空気中の水分をより確実に燃料カセットに回収できるようにすること、
・ 燃料カセット内に排液溜を形成して燃料カセットを有効に利用すること、及び
・ 燃料タンクの液面を所定の範囲に保てるようにすること、にある。

この発明の燃料カセットでの副次的課題は、
・ 燃料カセットへの水分の回収を容易にしながら、過剰の水分を安全に処理できるようにすること、
・ 燃料カセットの燃料残量を容易に確認できるようにすること、及び
・ 燃料カセットの着脱を容易にすることにある。

この発明は、プロトン導電性高分子固体電解質膜の両面に燃料極と空気極とを設けた燃料電池に、燃料タンクから液体燃料を供給すると共に、前記燃料タンクに燃料カセットから液体燃料を補充するようにした、直接液体燃料形燃料電池システムにおいて、
前記燃料カセットに燃料溜と排液溜とを設けて、燃料電池の空気極から排空気と共に持ち出された水分を排液溜に回収するようにしたことを特徴とする。ここで、補充する液体燃料の温度は必ずしも同じでなくてもよい。

好ましくは、前記空気極にブロワから空気を供給すると共に、空気極からの排空気に加わるブロワからの圧力を利用して、水分を燃料カセットの排液溜へ回収する。燃料極に排液溜を設けただけでは水分の回収は困難で、例えば排液ポンプなどを設けて水分を排液溜に送り込むことが考えられる。これに対してブロワを用いると共に、排液溜に排空気の放出構造を設けることによって、空気極の出口側などに残ったブロワの圧力を利用して、排液溜に水分を送り込むことができる。

また好ましくは、前記燃料カセットの排液溜に回収した水分の一部または排空気に含まれる不純物を、化学フィルタで処理した後に蒸発または外部に排出させる。化学フィルタは例えば活性炭とし、これ以外にゼオライトやシリカゲルなどを用いても良く、これらのフィルタにペロブスカイトや酸化チタン、白金ブラックなどの酸化触媒を担持させて、あるいはこのような酸化触媒を単独で用いて、回収した水分または水蒸気中の残メタノールや蟻酸、ホルムアルデヒド、蟻酸メチルなどを処理してもよい。化学フィルタは、実施例では水分を蒸発させる経路中に設けたが、排液溜中に配置して排液に浸しても良い。化学フィルタを用いると、回収した不純物を安全に処理することができ、水分の回収を容易にできる。

好ましくは、前記排液溜から排空気を排出するための手段を設ける。
また好ましくは、前記燃料タンクの液面レベルに応じて、空気極から排空気と共に持ち出された水分を、燃料カセットの排液溜に回収するか、燃料タンクへ回収するかを変更する。このようにすると、排液溜は燃料タンクの液面レベルを一定に保つためのバッファとなり、簡単に燃料タンクの液面を所定の範囲に保つことができる。

好ましくは、前記空気極の排空気から水分を分離するための気液分離器を設けて、気液分離器で分離した液体の水を燃料カセットの排液溜に回収する。この気液分離器には一定量の水を保持できるような構造が望ましい。気液分離をせずに、排空気を例えば全量排液溜に導いて水分以外を排気するようにしても良いが、排液溜で水分と排空気との分離が必要になる。また排空気により燃料溜が昇温し、燃料漏れや燃料の蒸発防止用のシール、特に直接液体燃料形燃料電池システムとの接続部（コネクタ）のシール、などが複雑になる。水分を分離した排空気を燃料タンクなどに還流させない場合にも、活性炭などの化学フィルタなどで処理して、メタノール蒸気などを除いた後に排気することが好ましい。

特に好ましくは、燃料電池を前記燃料タンクの燃料内に沈めて、空気極からの排空気中の水分の一部を前記気液分離器を介して燃料タンク内に還流させ、かつ燃料タンクに気体出口を設けて、前記燃料極からのＣＯ2を排出する。このようにすると、燃料電池の燃料極には、燃料タンク内の燃料の対流などにより、各セルに自然に燃料を均一に供給できる。また燃料電池スタックと燃料タンクを一体にでき、省スペースである。さらに気液分離器から燃料タンク内に還流した水分によって、燃料タンク内の水位を安定に保つことができる。

この発明は、直接液体燃料形燃料電池システム用の燃料カセットにおいて、該システムに接続自在な燃料溜と、該システムからの排水を蓄えるための排液溜とを備え、排液溜には、排空気を外部に排出するための排出構造を設け、排液溜に回収した水分の一部または排空気に含まれる不純物を化学フィルタで処理した後に蒸発させるようにしたことを特徴とする。

この発明の燃料カセットを用いると、燃料電池システム側から水分を燃料カセットに回収できるので、専用の排液タンクを不要にあるいは小形化できる。燃料カセットの燃料溜での燃料濃度を例えば２０〜１００wt%、好ましくは４０〜１００wt%とする。燃料をメタノール水とし、燃料溜でのメタノール濃度を例えば３０wt%すると、燃料溜からの燃料には、メタノールと水が約１：２の容積比で含まれ、両者のモル比は約１：４である。メタノール１モルの酸化により、
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→６Ｈ^＋＋ＣＯ2＋６ｅ⁻ （燃料極）
６Ｈ^＋＋６ｅ⁻＋３／２Ｏ2→３Ｈ2Ｏ （空気極）
の反応が生じ、空気極には、３モルの水蒸気が生成する。しかし実際には、プロトンがヒドロニウムイオン（Ｈ3Ｏ^＋）でプロトン導電性高分子固体電解質膜中を移動することを考慮し、メタノールと水のクロスオーバーを無視し、空気極以外での水分の蒸発を無視すれば、メタノール１モルに対して空気極に排出される水分は約９モルで、この内４モルが燃料中の水に相当し、２モルがメタノール中の水素原子に由来する水に相当する。そこで燃料溜のメタノール濃度が例えば３０wt%の場合、空気極からの水分の２／３を排液溜に回収し、１／３を燃料タンクに回収すると、燃料タンクのメタノール濃度を一定に保つことができる。また燃料溜でのメタノール濃度が２０wt%の場合、空気極からの水分を排液溜に全量回収し、燃料タンクに水分を回収しないようにすると、燃料タンクのメタノール濃度を一定に保つことができる。このように燃料溜での液体燃料濃度に応じ、燃料タンクの燃料濃度が一定となるように、空気極から持ち出された水分の、排液溜への回収量と燃料タンクへの回収量との比を定めることが好ましい。また、燃料カセット５０内の液体燃料を全て消費した後の排液溜５５のスペースは、その液体燃料が空気と反応して生成する排液量より大きくなるため、外部に排出されるＣＯ2と一部の水分を除いた以外の全てを、そのスペースに溜めることができる。

好ましくは、燃料カセットのケースに覗き窓を設けて、前記燃料溜を目視できるようにする。例えば燃料溜に弾性のある袋や可撓性の袋などを設けて、これらの袋を着色し、あるいは排液溜と燃料溜との間に可動の仕切りを設けて、袋や仕切りを覗き窓から目視できるようにする。あるいは袋などは透明にして、燃料を色素や顔料などで着色する。この場合、プロトン導電性高分子固体電解質膜は色素や顔料を透過しないので、排液溜は着色されない。いずれの場合も、色などにより簡単に燃料残量を目視できる。

また好ましくは、直接液体燃料形燃料電池システム内に着脱するための摺動ガイドを、燃料カセットに設ける。このようにすると、直接液体燃料形燃料電池システム側のガイド部材と、燃料カセットのガイドとを係合させて摺動させることにより、燃料カセットの着脱が容易になる。

好ましくは、直接液体燃料形燃料電池システムから取り外す際の引っ掛かり用の凹凸を、燃料カセットに設ける。引っ掛かり用の凹凸は、ユーザーの指を引っ掛ける突条や、ユーザーの指の腹を押し付ける凹部、あるいは凸部と凹部とを複数備えたパターンなどとし、直接液体燃料形燃料電池システム内に燃料カセットをセットした際に、凹凸が露出するようにする。このようにすると、直接液体燃料形燃料電池システム内にセットした燃料カセットを簡単に引き出せる。

この発明では、燃料カセットからメタノール、イソプロパノール、ジメチルエーテルなどと共に供給された液体燃料中の水や、空気極で生成した水分を燃料カセットに回収できるので、排液タンクを不要にあるいは小形化できる。また燃料カセットを交換すると、燃料を補充すると共に生成水などの排液を処理できるので、使い勝手が良い。

以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。

図１〜図１６に、実施例とその変形例とを示す。これらの図において、２は、メタノール／水などの液体燃料を燃料極に直接供給する燃料電池システムである。４は燃料電池スタックで、プロトン導電性高分子固体電解質膜の両面に燃料極と空気極とを設けたＭＥＡを、セパレータなどを介して複数積層したものである。６は燃料タンクで、メタノール／水などの液体燃料を蓄えると共に、その内部に燃料電池スタック４を配置して、これを液体燃料中（液面下）に沈ませる。８は空気供給路、１０は空気排出路で、これらに連通する流路が燃料電池スタック４のセパレータ及びＭＥＡに設けてあり、各セパレータの空気極側には、図示しない空気供給溝が設けてある。また各セパレータの燃料極側には、燃料タンク６の下側から上側へ連通する燃料供給溝が設けてあり、燃料タンク６内の液体燃料の自然対流などにより、燃料極に燃料を供給する。そして排燃料とＣＯ2とを、燃料供給溝の上部から燃料タンク６の液体燃料中に排出する。

１２は空気供給用のブロワで、１４は空気中の塵埃を除去するためのフィルタで、その要否は自由に選択できる。ブロワ１２から空気供給路８に吹き込まれた空気は、燃料電池スタック４内に供給され、排空気は空気排出路１０を介してラジエター１６に入り、必要に応じてファン１８からの気流により冷却され、気液分離器２０で排空気と水とに分離される。なおブロワ１２やラジエター１６，ファン１８、気液分離器２０は設けなくても良い。また気液分離器２０には、多孔質の高分子膜などの気液分離膜で気体と液体を分離するものや、邪魔板に気流を衝突させてミスト状の水分を分離するものなどを用い、公知技術の範囲で適宜に変更できる。また、気液分離器２０には、燃料タンク６内を一定液量に維持できる構造にすることもできる。

気液分離器２０の水回収口２２は、好ましくは燃料タンク６の液面下に設け、例えば燃料タンクの底部付近から水を排出するようにする。これは、気液分離器２０からの排水／排空気ライン２４が加圧されるようにするために、有効である。即ち、ブロワ１２から加えられた圧力は、その一部が排水／排空気ライン２４に加わり、気液分離器２０で分離された水分の一部と排空気を燃料カセット５０の排液溜５５へ、送液ポンプなどを用いずに、排出できるようにする。

２６は燃料ポンプで、燃料カセット５０の弾性袋５２（燃料溜）内のメタノール／水などの液体燃料を、燃料タンク６へ供給する。弾性袋５２として弾性のある袋などを用いた場合、弾性袋の収縮力により液体燃料を燃料タンク６まで供給でき、この場合は燃料ポンプ２６を省略しても良い。また、排水／排空気ライン２４を介して燃料カセット５０に加わる圧力によって液体燃料を燃料タンク８まで供給する場合も同様である。２８は燃料供給ラインである。

３０はＣＰＵ（コントロール・プロセッシング・ユニット）で、３２は燃料タンク６に設けたＣＯ2出口で、例えば撥水性の多孔質の高分子膜などを用い、燃料極で発生したＣＯ2を外部に排出する。３４はレベルメータで、燃料タンク６内の液面高さを測定し、３６はメタノールセンサで、ジメチルエーテル、イソプロパノールなどのセンサでも良く、メタノールなどの燃料濃度を測定する。ＣＰＵ３０は、レベルメータ３４の出力を用いて、ファン１８を制御する。これによりラジエター１６での冷却の程度が変化し、これに伴って気液分離器２０の効率が変化するので、燃料タンク６内の液面位置を所定範囲内に保つことができる。またメタノールセンサ３６からの信号により、燃料ポンプ２６を制御して、燃料濃度を所定の範囲内に保つようにする。

燃料タンク６での液面レベルの制御を説明する。液面が下降すると、ファン１８を作動させてラジエター１６により排空気を冷却し、気液分離器２０での水分の分離を容易にする。そして、生成した水を燃料タンク６内により多く回収して液面を上昇させる。燃料タンク６内の液面が上昇すると、ファン１８を停止させて、気液分離器２０での排空気の温度を高め、燃料タンク６内に戻される水の量を減少させる。そして分離した水分の一部をブロワ１２からの空気の圧力で、燃料カセット５０の排液溜５５に回収する。なお図１の信号Ｐ1は燃料ポンプ２６の制御信号、信号Ｐ2はファン１８の制御、信号信号Ｐ3はブロワ１２の制御信号である。

燃料カセット５０は、弾性袋５２と排液溜５５とを備え、覗き窓５４から、着色した弾性袋５２を覗けるようにしてある。また５６はシート状活性炭などの化学フィルタで、燃料カセット５０のケースに設けた孔から、多孔質高分子膜などの気体透過膜５８を介して蒸発する空気中の、メタノールや蟻酸、ホルムアルデヒド、蟻酸メチルなどの不純物を吸収する。

図２〜図７に、燃料カセットの例を示すと、６０，６２は一対のコネクタで、このうち６０が弾性袋５２から燃料を供給するためのコネクタで、６２が排液溜５５へ排燃料を回収するためのコネクタである。図２の燃料カセット５０の場合、弾性袋５２は最初、燃料が充填されて膨らんでいるので、コネクタ６０を燃料電池システム２側のコネクタに接続すると、弾性袋５２の圧力で液体燃料が供給され、燃料ポンプ２６などを不要にできる。そして弾性袋５２が収縮したスペースが、排液溜５５となり、弾性袋５２の材質には例えばシリコンゴム、ブチルゴム、ラテックスゴムなどを用いる。また燃料カセット５０などのケースには、ポリプロピレン、ポリエチレン、ＰＥＴなどを用いる。なお、排液溜５５には吸水性樹脂などを充填しておいて、回収された水を固定化するようにしても良い。

図３の燃料カセット７０の場合、ポリプロピレンやポリエチレン、ナイロン、フッ素樹脂などの液体燃料を透過させない可撓性袋７２を用い、他の点では図２の燃料カセット５０と同様である。
図４の燃料カセット７４の場合、燃料不透過性の高分子などの蛇腹袋７６を用い、コネクタ６０から液体燃料を送出するのに伴って、蛇腹袋７６が収縮するようにする。

図５の燃料カセット７８の場合、燃料溜８２と排液溜５５との間に可動壁８０を設け、燃料ポンプによる吸引力と、排液溜５５に回収された水の圧力により、可動壁８０がコネクタ６０側に移動するようにする。

図６の燃料カセット８４の場合、８６は固定仕切りで、排液溜５５と可撓性袋７２との間を仕切り、排液溜５５に回収された水の温度により可撓性袋７２内の液体燃料が昇温して、コネクタ６０のシールが難しくなるのを防止する。
図７の燃料カセット８８の場合、８６は前記の固定仕切りで、固定仕切り８６のコネクタ６０側に、弾性のある弾性袋５２を配置する。

図８に、中空針１０２を用いたコネクタ６０'を示す。９０は燃料カセット５０のケースで、９４は嵌合凹部、９６はゴムやプラスチックなどよりなる封止部で、９８は針カバーである。１００は燃料電池システム側のコネクタで、中空針１０２を封止部９６内を貫通させることにより、燃料カセット５０と燃料電池システムとを接続する。このようなコネクタ６０'は安価ではあるが、燃料カセット５０を繰り返して使用する場合には封止部９６を含めたコネクタ６０’が取り替えられるようにするのがよい。

図９に、ボール弁１１２を用いたコネクタ６０''を示す。１１４は液密用のＯリングで、１１６はボール弁１１２を開口１１８側へ押しつけるバネで、１２０は燃料電池システム側のコネクタで、１２２は取り付けリング、１２３はピンである。そしてピン１２３は取り付けリング１２２により、コネクタ１２０に固定され、コネクタ６０''をコネクタ１２０へ押し込むと、ピン１２３でボール弁１１２を後退させて、コネクタ６０''，１２０を接続できる。この場合は、燃料電池システム側にコネクタ６０''を設け、燃料カセット５０側にコネクタ１２０を設けても良い。また図８や図９の場合も、燃料供給用のコネクタ６０'，６０''と同様に、排液回収用のコネクタ６２'，６２''を構成する（図１１，図１２）。

図１０に、燃料電池システムのカセットエリア１５４に、燃料カセット５０をセットした姿を示す。燃料カセット５０は、カセットエリア１５４のカセット収容部１３０内に収容され、燃料カセット５０の出口側の端部を例えば上下からストッパ１３２で固定する。ストッパ１３２は、ロック片１３４と、ロック片１３４を燃料カセット５０の後端部へ押し出す向きに付勢するバネ１３６、並びにロック片１３４に接続した操作部１３８からなり、操作部１３８を引き上げると、ロック片１３４が後退して、燃料カセット５０を取り外すことができる。燃料カセット５０をセットすると、バネ１３６によりロック片１３４が突き出して、コネクタ６０'，６０''などを固定し、コネクタ６０'，６０''などからの液漏れを防止する。さらにロック片１３４は出口側が曲面状で、内側がカセット収容部１３０の壁面に垂直なため、燃料カセット５０を押し込む際には抵抗とならない。

図１１，図１２に示すように、燃料カセット５０の底面や側面、上面の例えば２箇所に、ガイド溝１４２を設け、カセット収容部１３０に設けた突条のガイド１４０と係合させる。これにより、燃料カセット５０を摺動させて、カセット収容部１３０内に着脱する際に、燃料カセット５０を確実にガイドし、コネクタ６０'，６０''などの接続を確実にできる。

図１３に示すように、燃料電池システム２はパーソナルコンピュータ１４６などにセットして携帯用の電源などとして用い、あるいは非常用、野外用などの電源として用いる。また図１４の１４８はシーリングテープで、燃料カセット５０のうちコネクタを設けた側をシールし、使用開始前に燃料が漏れたり蒸発したりするのを防止する。

図１５に示すように、燃料電池システム２のカセット収容部１３０の出口側に対応する位置（燃料カセット５０の後端部上側）に、燃料カセット５０に凹凸１４４を設ける。すると燃料カセット５０をカセット収容部１３０から取り外す際に、ユーザの指などを引っ掛けて容易に取り出すことができる。また図１５では、覗き窓５４内に着色した弾性袋が見えている。

燃料電池システム２は、図１５，図１６に示したように、スタックエリア１５０と補機エリア１５２並びにカセットエリア１５４を備え、スタックエリア１５０には図１６に示したように、前記の燃料タンク６を設けて、燃料電池スタック４を収納する。補機エリア１５２には図１６に示したように、前記のＣＰＵやブロワ１２、燃料ポンプ２６、ラジエター１６、ファン１８などを設け、図１５に示したコネクタ１５５からパーソナルコンピュータなどに接続できるようにする。カセットエリア１５４には、図１５に示した開口１５６を設け、燃料カセット５０の気体透過膜５８と化学フィルタ５６を通過した空気を排出できるようにする。なお化学フィルタ５６は開口１５６側に設けても良いが、フィルタの寿命が有限であるため、好ましくはない。１５８は窓で、燃料カセット５０の覗き窓５４を介して、燃料を収容した弾性袋（図１６の符号５２）などが見えるようにする。さらに１６０は、燃料カセット５０のケースに設けた蒸発孔である。

実施例では以下の効果が得られる。
(1) 燃料電池システムでの生成水などを燃料カセットに回収して廃棄できるので、排液タンクが不要で、パーソナルコンピュータや携帯情報端末などの携帯用電子機器に適したコンパクトな燃料電池システムを提供できる。
(2) 燃料カセットにより燃料の供給を容易にでき、空気極で生成した水などを回収することにより、燃料タンクの液面を所定の範囲に保つことができ、排水の処理も容易になる。
(3) 燃料の残量を、覗き窓などから容易に目視できる。
(4) 生成した蟻酸や残存するメタノールなどは、燃料カセットと共に廃棄できるので、安全である。なお排液溜への排液の回収を容易にするため、排液溜に吸水性樹脂などをセットしても良い。
(5) 排液の回収には、空気供給用のブロワの圧力を利用できるので、排液ポンプなどが不要になる。この圧力を弾性袋５２などに加えると、燃料の供給にも利用できる。

(6) 燃料カセット内に弾性袋５２や可撓性袋７２などを配置すると、燃料を消費する毎に排液溜のスペースが拡大し、燃料カセット内のスペースが有効に利用できる。排液の回収が容易になる。また弾性袋５２を用いると、弾性袋の収縮力で燃料を供給でき、燃料ポンプを不要にできる。
(7) 燃料タンクの液面を所定範囲に保つように、ラジエターの運転条件を制御できる。
(8) 排液溜から気体透過膜５８並びに化学フィルタ５６を介して、空気や水蒸気などを排出すると、多量の排液を回収でき、かつメタノールや蟻酸などを除去できる。
(9) 燃料カセットの燃料溜と排液溜の間に可動や固定の仕切りを設けると、排液により燃料溜内の燃料を昇温させることが少なくなる。このためには例えば、これらの仕切りに断熱性を付与する、あるいは図６，図７のように、仕切り８６と弾性袋５２などを別体にすればよい。
(10) 燃料タンクの底面や側面あるいは上面などにガイドを設けると、燃料カセットの着脱が容易になる。

(11) コネクタに中空針やボール弁などを用いると確実な接続ができ、燃料カセットをセットするまではコネクタから燃料が漏れないようにできる。
(12) ストッパを設けると、燃料カセットをカセット収容部に確実に固定でき、コネクタでの接続がより安定になる。
(13) シーリングテープを用いると、燃料カセットをセットする前に液体燃料が蒸発したり、コネクタにゴミが付着したりすることなどを防止できる。
(14) 凹凸を設けると、カセット収容部から燃料カセットを取り出すのが容易になる。
(15) 燃料溜でのメタノール濃度を２０〜１００wt%、好ましくは４０〜１００wt%とすると、燃料溜から供給する水分と空気極で発生する水分に応じた量の水分を排液溜に回収できる。

実施例に付いて補足すると、弾性袋５２に関する記載は、弾性の点を除いて可撓性袋７２にもそのまま当てはまる。プロトン導電性高分子固体電解質膜やその電極材料は、公知のものを適宜に用いればよい。また燃料電池スタックを燃料タンクから分離して別体にしても良く、あるいは燃料タンクを設けずに、燃料カセットの燃料溜から直接燃料極へ燃料を供給しても良い。この場合、例えば燃料極からの排燃料と空気極からの水分の双方を、排液溜に回収する。さらに燃料カセットに排液溜、高濃度燃料溜、燃料溜の３つのエリアを設けると共に、燃料溜を燃料タンクに兼用し、高濃度燃料溜から燃料溜に高濃度燃料を補給して燃料濃度を所定の範囲に保ち、燃料溜から燃料極へ直接燃料を供給しても良い。ここで、高濃度燃料溜でのメタノール濃度を例えば２０wt%とした場合、燃料極からの排燃料を例えば燃料溜に回収し、空気極からの水分排液溜に回収すると、燃料タンクのメタノール濃度をほぼ一定に保つことができる。また、燃料カセットに水タンクを設け、燃料電池システムを長時間運転しない時に燃料タンクの液面レベルが低下した場合に、この水タンクの水によって液面レベルで調整するようにもできる。

実施例の燃料カセットを用いた燃料電池システムを模式的に示す図 実施例の燃料カセットの断面図 変形例の燃料カセットの断面図 第２の変形例の燃料カセットの断面図 第３の変形例の燃料カセットの断面図 第４の変形例の燃料カセットの断面図 第５の変形例の燃料カセットの断面図 燃料電池システムと実施例の燃料カセットとを、中空針を介して接続することを模式的に示す図 燃料電池システムと実施例の燃料カセットとを、弁を介して接続することを模式的に示す図 燃料電池システム内に燃料カセットをセットした状態を示す断面図 燃料電池システムへの燃料カセットのガイドを示す図 燃料電池システムへの燃料カセットのガイドを示す図 実施例の燃料カセットを収容した燃料電池システムを、パーソナルコンピュータに取り付けた状態を示す斜視図 実施例の燃料カセットの斜視図 実施例の燃料カセットと燃料電池システムの斜視図 実施例の燃料カセットを収容した燃料電池システムの断面図

符号の説明

２ 燃料電池システム
４ 燃料電池スタック
６ 燃料タンク
８ 空気供給路
１０ 空気排出路
１２ ブロワ
１４ フィルタ
１６ ラジエター
１８ ファン
２０ 気液分離器
２２ 水回収口
２４ 排水ライン
２６ 燃料ポンプ
２８ 燃料供給ライン
３０ ＣＰＵ
３２ ＣＯ2出口
３４ レベルメータ
３６ メタノールセンサ
５０ 燃料カセット
５２ 弾性袋
５４ 覗き窓
５５ 排液溜
５６ 化学フィルタ
５８ 気体透過膜
６０，６２ コネクタ
６０'，６０'' コネクタ
７０，７４，７８ 燃料カセット
７２ 可撓性袋
７６ 蛇腹袋
８０ 可動壁
８２ 燃料溜
８４，８８ 燃料カセット
８６ 固定仕切り
９０ ケース
９４ 嵌合凹部
９６ 封止部
９８ 針カバー
１００ コネクタ
１０２ 中空針
１１２ ボール弁
１１４ Ｏリング
１１６ バネ
１１８ 開口
１２０ コネクタ
１２２ 取り付けリング
１２３ ピン
１３０ カセット収容部
１３２ ストッパ
１３４ ロック片
１３６ バネ
１３８ 操作部
１４０ ガイド
１４２ ガイド溝
１４４ 凹凸
１４６ パーソナルコンピュータ
１４８ シーリングテープ
１５０ スタックエリア
１５２ 補機エリア
１５４ カセットエリア
１５５ コネクタ
１５６ 開口
１５８ 窓
１６０ 蒸発孔

Claims (11)

1. プロトン導電性高分子固体電解質膜の両面に燃料極と空気極とを設けた燃料電池に、燃料タンクから液体燃料を供給すると共に、前記燃料タンクに燃料カセットから液体燃料を補充するようにした、直接液体燃料形燃料電池システムにおいて、
   前記燃料カセットに燃料溜と排液溜とを設けて、燃料電池の空気極から排空気と共に持ち出された水分を排液溜に回収するようにしたことを特徴とする、直接液体燃料形燃料電池システム。
2. 前記空気極にブロワから空気を供給すると共に、空気極からの排空気に加わるブロワからの圧力を利用して、水分を燃料カセットの排液溜へ回収するようにしたことを特徴とする、請求項１の直接液体燃料形燃料電池システム。
3. 前記燃料カセットの排液溜に回収した水分の一部または排空気中に含まれる不純物を、化学フィルタで処理した後に蒸発または外部に排出させるようにしたことを特徴とする、請求項１または２の直接液体燃料形燃料電池システム。
4. 前記排液溜から排空気を排出するための手段を設けたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかの直接液体燃料形燃料電池システム。
5. 前記燃料タンクの液面レベルに応じて、空気極から排空気と共に持ち出された水分を、燃料カセットの排液溜に回収するか、燃料タンクへ回収するかを変更するようにしたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかの直接液体燃料形燃料電池システム。
6. 前記空気極の排空気から水分を分離するための気液分離器を設けて、気液分離器で分離した液体の水の一部を燃料カセットの排液溜に回収するようにしたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかの直接液体燃料形燃料電池システム。
7. 燃料電池を前記燃料タンクの燃料内に沈めて、空気極からの排空気中の水分の一部を前記気液分離器を介して燃料タンク内に還流させ、かつ燃料タンクに気体出口を設けて、前記燃料極からのＣＯ2を排出するようにしたことを特徴とする、請求項６の直接液体燃料形燃料電池システム。
8. 直接液体燃料形燃料電池システムに接続自在な燃料溜と、該システムからの排水を蓄えるための排液溜とを備え、排液溜に回収した水分の一部または排空気中に含まれる不純物を化学フィルタで処理した後に蒸発または外部に排出させるようにしたことを特徴とする、直接液体燃料形燃料電池システム用の燃料カセット。
9. 燃料カセットのケースに覗き窓を設けて、前記燃料溜を目視できるようにしたことを特徴とする、請求項８の直接液体燃料形燃料電池システム用の燃料カセット。
10. 直接液体燃料形燃料電池システム内に着脱するための摺動ガイドを設けたことを特徴とする、請求項８または９の直接液体燃料形燃料電池システム用の燃料カセット。
11. 直接液体燃料形燃料電池システムから取り外す際の引っ掛かり用の凹凸を設けたことを特徴とする、請求項８〜１０のいずれかの直接液体燃料形燃料電池システム用の燃料カセット。
    

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