JP2005209653A - 燃料電池システム及びこれに用いられる燃料供給装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】自己消費電力を減らし、システムの効率を向上させ、全体的なシステムの大きさをコンパクトにする燃料供給装置を有する燃料電池システムを提供すること。
【解決手段】燃料電池システムは、水素と酸素の電気化学反応によって電気エネルギーを発生する少なくとも一つの電気発生部;水素を含有した燃料を前記電気発生部へ供給する燃料供給装置;及び酸素を前記電気発生部へ供給する酸素供給源を含み、前記燃料供給装置は内部空間を有するシリンダー部３１と、前記シリンダー部３１の内部空間に設置され、燃料を貯蔵して所定の圧縮力によって内部空間が変形されながら前記燃料を排出させる燃料貯蔵部３６と、前記シリンダー部３１に連結設置されて前記燃料貯蔵部３６を実質的に圧縮させるバイアス部３４と、を含む。
【選択図】 図４

Description

本発明は燃料電池システムに関し、より詳細には燃料供給装置の構造を改善した燃料電池システムに関する。
周知のように、燃料電池はメタノール、エタノール、天然ガスのような炭化水素系列の物質内に含まれている水素と、酸素の化学反応時に生じるエネルギーを、直接、電気エネルギーに変換させる発電システムのことである。
この燃料電池は、用いる電解質の種類によって、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物型燃料電池、高分子電解質型またはアルカリ型燃料電池などに分類される。これらそれぞれの燃料電池は、根本的に同じ原理によって作動するが、用いられる燃料の種類、運転温度、触媒、及び電解質などが互いに異なる。
これらのうち、近来開発されている高分子電解質型燃料電池（以下、ＰＥＭＦＣ）は他の燃料電池に比べて出力特性が優れ、作動温度が低いと同時に速い始動及び応答の特性を有し、自動車のような移動体に用いる電源として、また、住宅、公共建物のような分散用電源及び電子機器用のような小型電源としても用いられることから、その応用範囲が広い長所を有する。
前記高分子電解質型燃料電池は、基本的にシステムを構成するためにスタック、改質器、燃料タンク、及び燃料ポンプなどを備える。スタックは燃料電池の本体を形成して、燃料ポンプは燃料タンク内の燃料を改質器に供給する。
改質器は、燃料を改質して水素ガスを発生させ、その水素ガスをスタックに供給する。したがって、この電池では燃料ポンプの作動により燃料タンク内の燃料を改質器へ供給し、改質器では燃料を改質して水素ガスを発生させる。そして、水素ガスをスタックに供給するとともに、別途のポンプなどを用いて空気をスタックに供給する。スタックでは、水素ガスと空気中に含まれている酸素の電気化学反応により電気エネルギーを発生させる。
一方、このような構造を有する燃料電池システムは、このシステム全体を駆動するため、スタックによって生産された電力の一部を自己消費する。
しかし、従来の燃料電池システムは、燃料タンクに貯蔵される燃料を改質器に供給するための別途のポンプを備える必要があり、このようなポンプを駆動するための自己消費電力が増加することによって全体的なシステムのエネルギー効率が低下する問題点がある。
また、従来の燃料電池システムは前記のようなポンプの設置空間を必要とするため、全体的なシステムの大きさをコンパクトに実現できない問題点がある。
本発明は前記の問題点を勘案したもので、その目的は自己消費電力を減らし、システムの効率を向上させ、全体的なシステムの大きさをコンパクトにする燃料供給装置を有する燃料電池システムを提供することである。
本発明による燃料電池システム用燃料供給装置は、内部空間を有するシリンダー部と、シリンダー部の内部空間に設置されて燃料を貯蔵し、所定の圧縮力によって内部空間が変形して前記燃料を排出する燃料貯蔵部、及びシリンダー部に連結設置され前記燃料貯蔵部を実質的に圧縮するバイアス部を含む。
前記燃料貯蔵部が可撓性のある外形をもって形成されることを特徴とする。
前記燃料貯蔵部がベローズタイプの蛇腹部を形成することを特徴とする。
前記バイアス部は、前記シリンダー部に連結設置され、このシリンダー部の内部空間に圧縮ガスを注入する圧縮ガス供給部材を備えることを特徴とする。
前記バイアス部は、前記シリンダー部の内部空間に配置されて前記燃料貯蔵部に連結設置される弾性部材を備えることを特徴とする。
本発明による燃料電池システム用燃料供給装置は、燃料貯蔵部が可撓性のある外形をもって形成できる。
また、本発明による燃料電池システム用燃料供給装置は、燃料貯蔵部がベローズタイプの蛇腹部を形成できる。
そして、本発明による燃料電池システム用燃料供給装置において、バイアス部はシリンダー部に連結設置されて、このシリンダー部の内部空間に圧縮ガスを注入する圧縮ガス供給部材を備えることができる。
また、バイアス部は、シリンダー部の内部空間に配置され、燃料貯蔵部に連結設置される弾性部材を備える事も出来る。
本発明による燃料電池システムは、水素と酸素の電気化学反応によって電気エネルギーを発生する少なくとも一つの電気発生部; 水素を含有した燃料を前記電気発生部へ供給する燃料供給装置; 及び、酸素を少なくとも一つの電気発生部へ供給する酸素供給源を含み、前記燃料供給装置は、内部空間を有するシリンダー部と、前記シリンダー部の内部空間に設置されて燃料を貯蔵し、所定の圧縮力によって内部空間が変形されながら前記燃料を排出させる燃料貯蔵部と、前記シリンダー部に連結設置されて前記燃料貯蔵部を実質的に圧縮させるバイアス部を含むことを特徴とする。
前記バイアス部は、前記シリンダー部の内部空間に圧縮ガスを注入する圧縮ガス供給部材を含むことを特徴とする。
前記シリンダー部は、前記圧縮ガス供給部材に連結設置される注入口と、前記スタックに連結設置される排出口を含むことを特徴とする。
前記排出口が形成された前記シリンダー部の部位と、この部位に連結される前記スタックの部位がネジ結合方式によって連結されることを特徴とする 。
前記シリンダー部に前記注入口と前記排出口を選択的に開閉できる定圧バルブが設置されることを特徴とする。
前記バイアス部は、前記シリンダー部の内部空間に配置され、前記燃料貯蔵部に連結設置される弾性部材を含むことを特徴とする。
前記弾性部材が圧縮スプリングであることを特徴とする。
前記シリンダー部は、前記スタックに連結設置される排出口を含むことを特徴とする。
前記排出口が形成された前記シリンダー部の部位と、この部位に連結される前記スタックの部位がネジ結合方式によって結合されることを特徴とする。
前記シリンダー部に前記排出口を選択的に開閉できる定圧バルブが設置されることを特徴とする。
前記燃料貯蔵部が可撓性のある外形をもって形成されることを特徴とする。
前記燃料貯蔵部がベローズタイプの蛇腹部を形成することを特徴とする。
前記酸素供給源は空気を吸入し、この空気を前記少なくとも一つの電気発生部へ供給する空気ポンプを含むことを特徴とする。
前記燃料電池システムが、直接メタノール型燃料電池方式からなることを特徴とする。
また、本発明による燃料電池システムは、水素と酸素の電気化学反応によって電気エネルギーを発生させる少なくとも一つの電気発生部と、水素を含有した燃料を前記電気発生部へ供給する燃料供給装置及び酸素を前記電気発生部へ供給する酸素供給源と、を含む。
前記燃料供給装置は、内部空間を有するシリンダー部と、前記シリンダー部の内部空間に設置されて燃料を貯蔵し、所定の圧縮力によって内部空間が変形されながら前記燃料を排出させる燃料貯蔵部と、前記シリンダー部に連結設置されて前記燃料貯蔵部を実質的に圧縮させるバイアス部と、を含む。
本発明による燃料電池システムは、水素と酸素の電気化学的反応によって電気エネルギーを発生させる少なくとも一つの電気発生部; 水素を含有する燃料から水素ガスを発生させ、前記水素ガスを前記少なくとも一つの電気発生部へ供給する改質器; 前記燃料を前記改質器へ供給する燃料供給装置; 及び、酸素を前記電気発生部へ供給する酸素供給源を含み、前記燃料供給装置は、内部空間を有するシリンダー部と、前記シリンダー部の内部空間に設置され、燃料を貯蔵して所定の圧縮力によって内部の空間が変形されながら前記燃料を排出する燃料貯蔵部と、前記シリンダー部に連結設置されて前記燃料貯蔵部を実質的に圧縮するバイアス部と、を含むことを特徴とする。
前記バイアス部は、前記シリンダー部の内部空間に圧縮ガスを注入する圧縮ガス供給部材を含むことを特徴とする。
前記シリンダー部は、前記圧縮ガス供給部材に連結設置される注入口と、前記改質器に連結設置される排出口と、を含むことを特徴とする。
前記排出口が形成される前記シリンダー部の部位と、この部位に連結される改質器の部位と、がネジ結合方式によって連結されることを特徴とする。
前記シリンダー部に前記注入口と前記排出口を選択的に開閉できる定圧バルブが設置されることを特徴とする。
前記バイアス部は、前記シリンダー部の内部空間に配置され、前記燃料貯蔵部に連結設置される弾性部材を含むことを特徴とする。
前記弾性部材が圧縮スプリングであることを特徴とする。
前記シリンダー部は、前記改質器に連結設置される排出口を含むことを特徴とする。
前記排出口が形成される前記シリンダー部の部位と、この部位に連結される前記改質器の部位と、がネジ結合方式によって連結されることを特徴とする。
前記シリンダー部に前記排出口を選択的に開閉できる定圧バルブが設置されることを特徴とする。
前記燃料貯蔵部が可撓性のある外形をもって形成されることを特徴とする。
前記燃料貯蔵部がベローズタイプの蛇腹部を形成することを特徴とする。
前記燃料電池システムが、高分子電解質型燃料電池方式からなることを特徴とする。
本発明による燃料電池システムは、複数の電気発生部が備えられ、この電気発生部を積層したスタックを形成することができる。
また、本発明による燃料電池システムにおいて、バイアス部はシリンダー部の内部空間に圧縮ガスを注入する圧縮ガス供給部材を含むことができる。
そして、本発明による燃料電池システムにおいて、シリンダー部は、圧縮ガス供給部材に連結設置される注入口と、前記スタックに連結設置される排出口を備えることができる。
また、本発明による燃料電池システムは、シリンダー部の排出口とスタックを実質的に連結する雌雄ネジ式の連結部材を備えることができる。
そして、本発明による燃料電池システムにおいて、シリンダー部には注入口と排出口を選択的に開閉させる定圧バルブを設置できる。
また、本発明による燃料電池システムにおいて、バイアス部は、シリンダー部の内部空間に配置されて前記燃料貯蔵部に連結設置される弾性部材を備える事も出来る。この場合、前記弾性部材として圧縮スプリングを用いることが好ましい。
そして、本発明による燃料電池システムにおいて、シリンダー部はスタックに連結設置される排出口を備えることができる。
また、本発明による燃料電池システムは、シリンダー部の排出口と前記スタックを実質的に連結する雌雄ネジ式の連結部材を備えることができる。
そして、本発明による燃料電池システムにおいて、シリンダー部には排出口を選択的に開閉できる定圧バルブが設置されることが出来る。
また、本発明による燃料電池システムは、燃料貯蔵部が可撓性のある外形をもって形成されることができる。
そして、本発明による燃料電池システムは、燃料貯蔵部がベローズタイプの蛇腹部を形成することができる。
また、本発明による燃料電池システムにおいて、酸素供給源は空気を吸入して、この空気を電気発生部へ供給する空気ポンプを含むことができる。
このように構成される本発明による燃料電池システムは、直接メタノール型燃料電池方式を採用する。
本発明による燃料電池システムは、水素と酸素の電気化学的反応によって電気エネルギーを発生させる少なくとも一つの電気発生部; 水素を含有する燃料から水素ガスを発生させ、前記水素ガスを前記少なくとも一つの電気発生部へ供給する改質器; 前記燃料を前記改質器へ供給する燃料供給装置; 及び、酸素を前記電気発生部へ供給する酸素供給源を含み、前記燃料供給装置は、内部空間を有するシリンダー部と、前記シリンダー部の内部空間に設置され、燃料を貯蔵して所定の圧縮力によって内部の空間が変形されながら前記燃料を排出する燃料貯蔵部と、前記シリンダー部に連結設置されて前記燃料貯蔵部を実質的に圧縮するバイアス部と、を含むことを特徴とする。
前記バイアス部は、前記シリンダー部の内部空間に圧縮ガスを注入する圧縮ガス供給部材を含むことを特徴とする。
前記シリンダー部は、前記圧縮ガス供給部材に連結設置される注入口と、前記改質器に連結設置される排出口と、を含むことを特徴とする。
前記排出口が形成される前記シリンダー部の部位と、この部位に連結される改質器の部位と、がネジ結合方式によって連結されることを特徴とする。
前記シリンダー部に前記注入口と前記排出口を選択的に開閉できる定圧バルブが設置されることを特徴とする。
前記バイアス部は、前記シリンダー部の内部空間に配置され、前記燃料貯蔵部に連結設置される弾性部材を含むことを特徴とする。
前記弾性部材が圧縮スプリングであることを特徴とする。
前記シリンダー部は、前記改質器に連結設置される排出口を含むことを特徴とする。
前記排出口が形成される前記シリンダー部の部位と、この部位に連結される前記改質器の部位と、がネジ結合方式によって連結されることを特徴とする。
前記シリンダー部に前記排出口を選択的に開閉できる定圧バルブが設置されることを特徴とする。
前記燃料貯蔵部が可撓性のある外形をもって形成されることを特徴とする。
前記燃料貯蔵部がベローズタイプの蛇腹部を形成することを特徴とする。
前記燃料電池システムが、高分子電解質型燃料電池方式からなることを特徴とする。
また、本発明による燃料電池システムは、水素と酸素の電気化学反応によって電気エネルギーを発生させる少なくとも一つの電気発生部と、水素を含有した燃料から水素ガスを発生させ、水素ガスを電気発生部へ供給する改質器と、燃料を前記改質器へ供給する燃料供給装置及び酸素を電気発生部へ供給する酸素供給源と、を含む。
ここで前記燃料供給装置は、内部空間を有するシリンダー部と、シリンダー部の内部空間に設置されて、燃料を貯蔵し所定の圧縮力によって内部空間が変形されると燃料を排出させる燃料貯蔵部と、シリンダー部に連結設置されて燃料貯蔵部を実質的に圧縮させるバイアス部と、を含む。
本発明による燃料電池システムにおいて、バイアス部はシリンダー部の内部空間に圧縮ガスを注入する圧縮ガス供給部材を含むことができる。
シリンダー部は、圧縮ガス供給部材に連結設置される注入口と、改質器に連結設置される排出口と、を備えることができる。
また、シリンダー部の排出口と改質器を連結する雌雄ネジ式の連結部材を備えることができる。
燃料貯蔵部は、改質器に連結設置されるように備えられ、この燃料貯蔵部と改質器の間に定圧バルブを設置することが好ましい。
また、バイアス部は、シリンダー部の内部空間に配置され、燃料貯蔵部に連結設置される弾性部材を備える事も出来る。この場合、弾性部材として圧縮スプリングを用いることが好ましい。
また、本発明による燃料電池システムにおいて、シリンダー部は改質器に連結設置される排出口を備えることができる。
そして、本発明による燃料電池システムは、シリンダー部の排出口と改質器を連結する雌雄ネジ式の連結部材を備えることができる。
燃料貯蔵部は、改質器に連結設置されるように備えられ、この燃料貯蔵部と改質器の間に定圧バルブを設置することが好ましい。
また、本発明による燃料電池システムは、燃料貯蔵部が可撓性のある外形をもって形成できる。
また、本発明による燃料電池システムは、前記燃料貯蔵部がベローズタイプの蛇腹部を形成できる。
このように構成される本発明による燃料電池システムは、燃料電池システムが、高分子電解質型燃料電池方式を採用することができる。
以上で説明したように、本発明による燃料電池システムによると、バイアス部により燃料貯蔵部を圧縮することで、燃料を改質器またはスタックへ供給できる構造を有するため、全体的なシステムの駆動に必要な自己消費電力を減らし、システムのエネルギー効率を向上できる効果がある。
また、本発明による燃料電池システムによると、従来用いられた燃料ポンプが排除され、全体的なシステムの大きさをコンパクトにできる効果がある。
更に、本発明による燃料電池システムは、燃料供給装置が連結部材によって改質器またはスタックから自由に着脱できる構造を有するので、設置及び交換が容易になり、システムの信頼性を高められる効果がある。
以下、添付図を参照して、本発明の実施形態につき当業者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な異なる形態で実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。
図１は、本発明の第１実施形態による燃料電池システムの全体的な構成を示す概略図であり、図２は、図１に示すスタック構造の分解斜視図である。
図面を参照すると、本発明による燃料電池システム１００は、水素を含有した燃料を改質器２０で改質して水素ガスを発生させ、この水素ガスと酸素を電気発生部１１で反応させることにより、電気エネルギーを発生させる高分子電解質型燃料電池方式を採用する。
燃料電池システム１００において電気を発生させるための燃料とは、メタノール、エタノールまたは天然ガスのように水素元素を含有した燃料であり、以下の説明では便宜上、液状で貯蔵できる燃料と仮定する。
また、本発明の燃料電池システム１００では、燃料に含まれた水素と反応させる酸素として、別途の貯蔵手段に貯蔵された純粋な酸素ガスを用いることもでき、酸素を含有した空気を使用することもできる。
しかし以下では、前記の酸素として、空気を使用する後者の例を説明する。
本発明による燃料電池システム１００は、基本的に水素と酸素の電気化学反応により電気エネルギーを発生させる少なくとも一つの電気発生部１１を備えるスタック１０と、前記の燃料から水素ガスを発生させて水素ガスを電気発生部１１に供給する改質器２０と、燃料を貯蔵してその燃料を改質器２０に供給する燃料供給装置３０と、酸素をスタック１０の電気発生部１１に供給する酸素供給源５０と、を含む。
電気発生部１１は、膜−電極アセンブリー１２を中心に置き両側にセパレータ１６を配置して電気を発生させる最少単位の積層構造体であり、複数個の電気発生部１１を本実施形態のように積層してスタック１０を形成する。
ここで膜−電極アセンブリー１２は、両側にアノード電極とカソード電極を備え、水素ガスと空気中の酸素を酸化／還元反応させる機能を有する。そして、セパレータ１６は導電性であって、２個の膜−電極アセンブリー１２の中間に配置され、一方の膜−電極アセンブリー１２のアノード電極に接触して水素ガスを供給しながら、他方の膜−電極アセンブリー１２のカソード電極にも接触して空気を供給し、同時に一方のアノード電極と他方のカソード電極を直列に接続させる機能を有する。
電気発生部１１に酸素を供給するための酸素供給源５０は空気ポンプ５１を含み、所定のポンピング力（吸入力、排出力）によって空気を吸入し、この空気を電気発生部１１に供給する。
そして、本発明に適用される改質器２０は、熱エネルギーによる化学触媒反応によって、燃料から水素ガスを発生させ、水素ガスに寄生的に含まれている一酸化炭素の濃度を低減させる通常の改質器構造を有する。
このような改質器２０を用いるのは一例であって、更に水蒸気改質、部分酸化または自熱反応などの触媒反応によって不純物を除去し、前記燃料から高純度の水素ガスを発生させることが望ましい。例えば、水性ガス切換方法、選択的酸化方法などのような触媒反応または分離膜を利用する水素の精製などの方法で水素ガスに含まれている一酸化炭素の濃度を低減させる。
改質器２０に燃料を供給する本発明の燃料供給装置５０を、図３乃至図５を参照して詳細に説明する。
図３は、図１に示す燃料供給装置構造の部分切開斜視図であり、図４は、図３の断面構成図である。
図面を参照すると、本発明の実施形態による燃料供給装置３０は、改質器２０に連結設置されるシリンダー部３１と、シリンダー部３１の内部空間に設置されて燃料を貯蔵する燃料貯蔵部３６と、シリンダー部３１に連結設置されて燃料貯蔵部３６を圧縮させるバイアス部３４と、を含んで構成される。
シリンダー部３１は、両端が閉鎖され、所定容積の内部空間を有する円筒形密閉容器の構造を有する。
また、シリンダー部３１は、一端部に内部空間と外部を連結する注入口３２を形成し、他端部には、排出口３３を形成している。この時、注入口３２は次に説明するバイアス部３４に連結される。そして排出口３３は、改質器２０に連結される。この連結は、直接接続でもよいが、ホースなどで繋ぐ接続でも差し支えない。
燃料貯蔵部３６は、シリンダー部３１の内部空間に配置され、燃料を貯蔵できる内部空間を備える。
燃料貯蔵部３６は、その内部空間からバルブを介して、シリンダー部３１の排出口３３に選択的に連結できる構造を有し、また、シリンダー部３１の内部圧力によって燃料貯蔵部３６の内部空間が変形できる柔軟な素材で、つまり、可撓性のある材料で、封筒形態の外殻構造を形成している。
バイアス部３４は、空気ポンプ、油圧ポンプ、高圧ガスボンベ等のような圧力発生装置であって、流体を加圧してシリンダー部３１の内部空間に圧入し、その流体圧力によって、燃料貯蔵部３６を圧縮させる。
図５は、本実施形態における燃料供給装置の第１変形例で、この場合は燃料貯蔵部３６の内部空間が、バイアス部３４で発生した圧力変化によって選択的に膨張収縮するよう、外郭にベローズタイプの蛇腹部３７を形成し、提灯のような形になっている。
そしてシリンダー部３１の排出口３３には、燃料貯蔵部３６の内部空間が変形する時、その燃料貯蔵部３６の内部圧力によって排出口３３が選択的に開閉する定圧バルブ３９を設置している。
定圧バルブ３９は、排出口３３を圧力に応じて選択的に開閉させるスプリング・スプールと、このスプールを中心軸方向に弾性偏倚させるためのスプリングを有する通常のニードルバルブを備える。
したがって、定圧バルブ３９は、バイアス部３４の圧力操作によって燃料貯蔵部３６の内部圧力が適正圧力を超えると、スプール押圧力がスプリングの弾性力より大きくなり排出口３３を開放させる。
そして、定圧バルブ３９は、燃料貯蔵部３６の内部圧力が適正圧力未満に低下すると、スプール押圧力がスプリング弾性力より弱くなって弾性偏倚されながら前記排出口３３を閉鎖させる。
ここで、前記適正圧力というのは、燃料貯蔵部３６の内部に作用する圧力のバルブ開閉閾値のことで、定圧バルブ３９に設置されたスプリングの弾性力で決定される圧力を意味する。
バイアス部３４は、燃料貯蔵部３６に圧縮力を与えて燃料貯蔵部３６に貯蔵された燃料をシリンダー部３１の排出口３３から改質器２０に供給するための制御装置である。
バイアス部３４は、圧縮ガス例えば、圧縮空気を収容してこの圧縮空気をシリンダー部３１の内部空間へ供給できる圧縮ガス供給部材３４Ａを備える。
圧縮ガス供給部材３４Ａは、圧縮空気を収容する圧縮空気タンクであって、シリンダー部３１の注入口３２に連結設置され、シリンダー部３１の内部空間へ圧縮ガスを供給する。そして圧縮ガス供給部材３４Ａとシリンダー部３１の注入口３２の間には、シリンダー部３１の内部空間に作用する圧力によって注入口３２を選択的に開閉させる定圧バルブ３５を設置している。
定圧バルブ３５は、注入口３２を選択的に開閉させるスプールと、スプールを中心軸方向に弾性偏倚させるためのスプリングを有する通常のニードルバルブを備える。
したがって、定圧バルブ３５はシリンダー部３１の内部空間で作用する圧縮ガスの圧力が燃料貯蔵部３６を圧縮して排出口３３を開放させることができる適正圧力未満で作用すると、圧縮ガス供給部材３４Ａに収容された圧縮ガスの圧力がスプリングの弾性力より大きくなるため、スプールが注入口３２を開放させる。
そして、定圧バルブ３５はシリンダー部３１の内部空間に作用する圧縮ガスの圧力が前記適正圧力を超えると、シリンダー部３１の内部空間に作用する圧力によってスプールがスプリングに弾性偏倚されながら注入口３２排出口３３を閉鎖させる。
本発明の実施形態によると、シリンダー部３１と改質器２０の間にはシリンダー部３１の排出口３３と改質器２０を連結するための連結機構４０と、を備えている。連結機構４０は、シリンダー部３１の排出口３３外側に形成される雄ネジ部４２と、改質器２０に形成されて雄ネジ部４２と結合する雌ネジ部４１と、で構成される。
第１実施形態による燃料電池システムの動作を詳細に説明する。
図６は、本発明の第１実施形態による燃料電池システムの動作を説明するための断面構成図である。
図１及び図６を参照すると、圧縮ガス供給部材３４Ａとシリンダー部３１の注入口３２が連結設置され、シリンダー部３１の排出口３３と改質器２０が連結機構４０によって連結設置されている状態である。
このような状態で、圧縮ガス供給部材３４Ａに収容された圧縮ガスを、注入口３２からシリンダー部３１の内部空間に注入する。そうすると、燃料貯蔵部３６はシリンダー部３１の内部空間で作用する圧縮ガスの圧力によって内部空間が変形しながら収縮する。この時燃料貯蔵部３６の内部圧力が適正圧力以上になると、定圧バルブ３９はシリンダー部３１の排出口３３を開放させる。
したがって、燃料貯蔵部３６が圧縮ガスの圧力によって収縮することにより、この燃料貯蔵部３６に貯蔵された燃料は排出口３３から改質器２０に供給される。
これで、改質器２０は燃料貯蔵部３６から供給する燃料から水素ガスを発生させ、この水素ガスに含まれている一酸化炭素の濃度を低減させた状態で水素ガスをスタック１０の電気発生部１１に供給する。
これと同時に、空気ポンプ５１を稼動させて空気を電気発生部１１に供給する。したがって、電気発生部１１では、水素ガスと空気中に含まれている酸素を電気化学的に反応させることで、電気エネルギーを発生させる。
このような過程の間、シリンダー部３１の内部空間に充填された圧縮ガスの圧力が低下して燃料貯蔵部３６の内部圧力が適正圧力未満になると、定圧バルブ３９はシリンダー部３１の排出口３３を閉鎖させて燃料貯蔵部３６から改質器２０に供給する燃料を遮断する。
一方、シリンダー部３１の内部空間に作用する圧縮ガスの圧力が、燃料貯蔵部３６を加圧して排出口３３を開放できる適正圧力より低下すると、定圧バルブ３５はシリンダー部３１の注入口３２を開放させて圧縮ガス供給部材３４Ａに収容されている圧縮空気を、注入口３２からシリンダー部３１の内部空間に注入する。
そして、シリンダー部３１の内部空間に作用する圧縮ガスの圧力が適正圧力以上になると、定圧バルブ３５はシリンダー部３１の注入口３２を閉鎖させてシリンダー部３１の内部空間に注入される圧縮ガスを遮断する。
図７は、本発明の実施形態における燃料供給装置の第２変形例を示す断面構成図である。
図面を参照すると、この場合は燃料貯蔵部３６を圧縮する弾性部材３４Ｂを有するバイアス部３４を構成する。
弾性部材３４Ｂはシリンダー部３１の内部空間に配置され、燃料貯蔵部３６に連結設置される。
好ましくは、弾性部材３４Ｂは所定弾性力を有する圧縮スプリングを備える。このような弾性部材３４Ｂの一端部がシリンダー部３１の内壁に連結設置され、他端部が燃料貯蔵部３６の本体に連結設置できる。
したがって、弾性部材３４Ｂの弾性力を燃料貯蔵部３６に与えると、弾性力により燃料貯蔵部３６の空間が変形されながら内部空間に保存される燃料をシリンダー部３１の排出口３３から排出できる。
図８は本発明の第２実施形態による燃料電池システムの全体的な構成を示す概略図であり、図９は図８に示した燃料供給装置を示す断面構成図である。
図面を参照すると、本実施形態による燃料電池システム２００は、水素を含有した燃料を、直接、スタック７０へ供給し、水素と酸素の電気化学反応により電気エネルギーを発生させる直接メタノール型燃料電池方式を採用する。
このような直接メタノール型燃料方式の燃料電池を採用する本システム２００は、高分子電解質型燃料電池方式を採用する電気実施形態のシステムと異なり、図１に示した改質器２０を要しない。
本システム２００は、水素を含有した燃料と酸素の供給を受けて電気エネルギーを発生させる少なくとも一つの電気発生部７１を備えるスタック７０と、燃料を貯蔵してその燃料をスタック７０の電気発生部７１に供給する燃料供給装置８０と、酸素を電気発生部７１に供給する酸素供給源５０を含む。
本発明に適用されるスタック７０は、電気発生部７１を構成する膜−電極アセンブリー７２の触媒層を用いて、水素ガスと酸素の電気化学反応によって電気エネルギーを発生させる構造を有する。
このようなスタック７０は通常の直接メタノール型燃料電池に採用されるスタックの構成であって広く知られており、本明細書ではその詳細な説明を省略する。そして酸素供給源５０も前記実施形態の構成と同一であるため、その詳細な説明も省略する。
本実施形態によると、燃料供給装置８０はスタック７０と、連結設置されるシリンダー部８１と、シリンダー部８１の内部空間に設置されて燃料を貯蔵する燃料貯蔵部８６と、シリンダー部８１に連結設置されて燃料貯蔵部８６を圧縮するバイアス部８４と、を含んで構成される。
ここでシリンダー部８１は、前記実施形態と同じ排出口８３を形成し、連結機構９０によってスタック７０の電気発生部７１に連結設置される。連結機構９０は、シリンダー部８１の排出口８３の外側に形成されている雄ネジ部９２と、スタック７０に形成されている雌ネジ部９１と、から構成されており、雄ネジ部９２と雌ネジ部９１がネジ結合される。
本実施形態による燃料供給装置８０の残りの構成は、電気第１実施形態の構成と同一であるため、その詳細な説明は省略する。
また、本実施形態の図面では、バイアス部８４を前記実施形態と同じ圧縮ガス供給部材８４Ａとして示しているが、これに限定することなく、バイアス部８４が前記実施形態と同じ弾性部材（図７の３４Ｂ参照）を備えることも出来る。
以上のように本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付図の範囲内で多様に変形して実施することが可能で、これらも本発明の範囲に属することとみなす。
本発明の第１実施形態による燃料電池システムの全体的な構成を示す概略図である。 図１に示すスタック構造の分解斜視図である。 図１に示す燃料供給装置構造の部分切開斜視図である。 図３の断面構成図である。 本実施形態による燃料供給装置の第１変形例を示す断面構成図である。 本発明の第１実施形態による燃料電池システムの動作を説明するための断面構成図である。 本発明の実施形態による燃料供給装置の第２変形例を示す断面構成図である。 本発明の第２実施形態による燃料電池システムの全体的な構成を示した概略図である。 図８に示す燃料供給装置の断面構成図である。
符号の説明
１０ スタック
１１ 電気発生部
１２ 膜−電極アセンブリー
１６ セパレータ
２０ 改質器
３０ 燃料供給装置
３１ シリンダー部
３２ 注入口
３３ 排出口
３４ バイアス部
３４Ａ 圧縮ガス供給部材
３４Ｂ 弾性部材
３５ （注入口３２を選択的に開閉させる）定圧バルブ
３６ 燃料貯蔵部
３７ （ベローズタイプ）の蛇腹部
３９ （排出口３３を選択的に開閉させる）定圧バルブ
４０ 連結部材
４１ 雌ネジ部
４２ 雄ネジ部
５０ 酸素供給源
５１ 空気ポンプ
７０ スタック
７１ 電気発生部
７２ 膜−電極アセンブリー
８０ 燃料供給装置
８１ シリンダー部
８４ バイアス部
８４Ａ 圧縮ガス供給部材
８３ 排出口
８６ 燃料貯蔵部
９０ 連結部材
９１ 雌ネジ部
９２ 雄ネジ部
１００ 燃料電池システム
２００ 燃料電池システム

Claims (33)

  1. 内部空間を有するシリンダー部;
    前記シリンダー部の内部空間に設置されて燃料を貯蔵し、所定の圧縮力によって内部空間の変形と伴に前記燃料を排出する燃料貯蔵部;及び
    前記シリンダー部に連結設置されて、前記燃料貯蔵部を実質的に圧縮するバイアス部を含むことを特徴とする燃料電池システム用燃料供給装置。
  2. 前記燃料貯蔵部が可撓性のある外形をもって形成されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム用燃料供給装置。
  3. 前記燃料貯蔵部がベローズタイプの蛇腹部を形成することを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池システム用燃料供給装置。
  4. 前記バイアス部は、前記シリンダー部に連結設置され、該シリンダー部の内部空間に圧縮ガスを注入する圧縮ガス供給部材を備えることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム用燃料供給装置。
  5. 前記バイアス部は、前記シリンダー部の内部空間に配置されて前記燃料貯蔵部に連結設置される弾性部材を備えることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム用燃料供給装置。
  6. 水素と酸素の電気化学反応によって電気エネルギーを発生する少なくとも一つの電気発生部;
    水素を含有した燃料を前記電気発生部へ供給する燃料供給装置;及び
    酸素を少なくとも一つの電気発生部へ供給する酸素供給源を含み、
    前記燃料供給装置は、
    内部空間を有するシリンダー部と、
    前記シリンダー部の内部空間に設置され、燃料を貯蔵して所定の圧縮力によって内部の空間が変形されながら前記燃料を排出する燃料貯蔵部と、
    前記シリンダー部に連結設置されて前記燃料貯蔵部を実質的に圧縮するバイアス部と、を含む燃料電池システム。
  7. 前記燃料電池システムが前記電気発生部を複数に備え、これらを積層形成するスタックを含むことを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池システム。
  8. 前記バイアス部は、前記シリンダー部の内部空間に圧縮ガスを注入する圧縮ガス供給部材を含むことを特徴とする、請求項７に記載の燃料電池システム。
  9. 前記シリンダー部は、前記圧縮ガス供給部材に連結設置される注入口と、前記スタックに連結設置される排出口と、を含むことを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池システム。
  10. 前記排出口が形成された前記シリンダー部の部位と、該部位に連結される前記スタックの部位がネジ結合方式によって連結されることを特徴とする、請求項９に記載の燃料電池システム。
  11. 前記シリンダー部に前記注入口と前記排出口を選択的に開閉できる定圧バルブが設置されることを特徴とする、請求項９に記載の燃料電池システム。
  12. 前記バイアス部は、前記シリンダー部の内部空間に配置され、前記燃料貯蔵部に連結設置される弾性部材を含むことを特徴とする、請求項７に記載の燃料電池システム。
  13. 前記弾性部材が圧縮スプリングであることを特徴とする、請求項１２に記載の燃料電池システム。
  14. 前記シリンダー部は、前記スタックに連結設置される排出口を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の燃料電池システム。
  15. 前記排出口が形成された前記シリンダー部の部位と、該部位に連結される前記スタックの部位と、がネジ結合方式によって結合されることを特徴とする、請求項１４に記載の燃料電池システム。
  16. 前記シリンダー部に前記排出口を選択的に開閉できる定圧バルブが設置されることを特徴とする、請求項１５に記載の燃料電池システム。
  17. 前記燃料貯蔵部が可撓性のある外形をもって形成されることを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池システム。
  18. 前記燃料貯蔵部がベローズタイプの蛇腹部を形成することを特徴とする、請求項１７に記載の燃料電池システム。
  19. 前記酸素供給源は空気を吸入し、該空気を前記少なくとも一つの電気発生部へ供給する空気ポンプを含むことを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池システム。
  20. 前記燃料電池システムが、直接メタノール型燃料電池方式からなることを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池システム。
  21. 水素と酸素の電気化学的反応によって電気エネルギーを発生させる少なくとも一つの電気発生部;
    水素を含有する燃料から水素ガスを発生させ、前記水素ガスを前記少なくとも一つの電気発生部へ供給する改質器;
    前記燃料を前記改質器へ供給する燃料供給装置;及び
    酸素を前記電気発生部へ供給する酸素供給源を含み、
    前記燃料供給装置は、
    内部空間を有するシリンダー部と、
    前記シリンダー部の内部空間に設置され、燃料を貯蔵して所定の圧縮力によって内部の空間が変形されながら前記燃料を排出する燃料貯蔵部と、
    前記シリンダー部に連結設置されて前記燃料貯蔵部を実質的に圧縮するバイアス部と、を含むことを特徴とする燃料電池システム。
  22. 前記バイアス部は、前記シリンダー部の内部空間に圧縮ガスを注入する圧縮ガス供給部材を含むことを特徴とする、請求項２１に記載の燃料電池システム。
  23. 前記シリンダー部は、前記圧縮ガス供給部材に連結設置される注入口と、前記改質器に連結設置される排出口と、を含むことを特徴とする請求項２２に記載の燃料電池システム。
  24. 前記排出口が形成される前記シリンダー部の部位と、該部位に連結される改質器の部位と、がネジ結合方式によって連結されることを特徴とする、請求項２３に記載の燃料電池システム。
  25. 前記シリンダー部に前記注入口と前記排出口を選択的に開閉できる定圧バルブが設置されることを特徴とする、請求項２４に記載の燃料電池システム。
  26. 前記バイアス部は、前記シリンダー部の内部空間に配置され、前記燃料貯蔵部に連結設置される弾性部材を含むことを特徴とする、請求項２１に記載の燃料電池システム。
  27. 前記弾性部材が圧縮スプリングであることを特徴とする、請求項２６に記載の燃料電池システム。
  28. 前記シリンダー部は、前記改質器に連結設置される排出口を含むことを特徴とする、請求項２６に記載の燃料電池システム。
  29. 前記排出口が形成される前記シリンダー部の部位と、該部位に連結される前記改質器の部位と、がネジ結合方式によって連結されることを特徴とする請求項２８に記載の燃料電池システム。
  30. 前記シリンダー部に前記排出口を選択的に開閉できる定圧バルブが設置されることを特徴とする、請求項２９に記載の燃料電池システム。
  31. 前記燃料貯蔵部が可撓性のある外形をもって形成されることを特徴とする、請求項２１に記載の燃料電池システム。
  32. 前記燃料貯蔵部がベローズタイプの蛇腹部を形成することを特徴とする、請求項３１に記載の燃料電池システム。
  33. 前記燃料電池システムが高分子電解質型燃料電池方式からなることを特徴とする、請求項３１に記載の燃料電池システム。
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