JP2007141616A - 燃料電池ユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の目的は、流体を循環させる循環部の内圧に因る不具合発生の抑制を図った燃料電池ユニットを得ることにある。
【解決手段】燃料電池ユニット1は、筐体6と、筐体6に収容されるとともに、流体が循環される循環部21と、循環部21に設けられ、循環部21内に生じる所定以上の圧力を開放する弁19とを具備する。
【選択図】 図4
【解決手段】燃料電池ユニット1は、筐体6と、筐体6に収容されるとともに、流体が循環される循環部21と、循環部21に設けられ、循環部21内に生じる所定以上の圧力を開放する弁19とを具備する。
【選択図】 図4
Description
本発明は、流体を循環させる循環部を備えた燃料電池ユニットに係り、特にこの循環部の不具合発生を防止する構造に関する。
近年、例えばポータブルコンピュータのような電子機器の電源として、高出力で充電を要しない小型の燃料電池ユニットが注目されている。この種の燃料電池ユニットとしては、例えばメタノール水溶液を燃料とするダイレクトメタノール型の燃料電池ユニット(以下、DMFC:Direct Methanol Fuel Cell)が提供されている。
DMFCは、メタノール水溶液と空気中の酸素とを化学反応させて発電動作を行なう起電部を備える。この起電部内には、発電動作に伴なって例えば二酸化炭素や水蒸気のような副産生成物が発生する。DMFCは、上記のような燃料、酸化剤、および副産生成物などの流体を起電部に対して流出入させる循環部を備えている。
ここで、圧力弁を備えた燃料電池システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の燃料電池システムは、ケーシングと、ケーシング内に設けられる燃料槽と空気槽とを備えている。燃料槽および空気槽にはそれぞれ圧力弁が設けられている。圧力弁は、コンバータを介してコントロール部により制御される。コントロール部は、燃料槽の圧力弁を操作して燃料槽内の圧力を低下させることで、メタノール水溶液を燃料パックから燃料槽に供給する。さらにコントロール部は、空気槽の圧力弁を操作して空気槽内の圧力を高めることで、空気槽に溜まっている水を空気槽の外部に排出する。
特開2004−127905号公報
燃料電池ユニットの運転時に、流体を循環させる循環部の一部が何らかの原因で詰まってしまうことがある。循環部の一部が詰まった状態で運転を続けると、循環部内の圧力が上昇し、循環部内が高圧になることがある。循環部内が高圧になると、循環部のなかで構造的に弱い部分から例えば燃料や水、または水蒸気のような流体が漏出するおそれがある。さらに、循環部の一部が例えば変形や亀裂のような破損を生じるおそれもある。
例えば特許文献1に記載の燃料電池システムは、上記問題を解決するものではない。すなわち上記燃料電池システムの圧力弁は、流体を燃料槽や空気槽に流出入させるためにこれらの槽内の圧力を高圧/低圧状態とするものであり、これらの槽が他の原因に起因して高圧状態となったときに作動するものではない。
本発明の目的は、流体を循環させる循環部の不具合発生の抑制を図った燃料電池ユニットを得ることにある。
上記目的を達成するために、本発明の一つの形態に係る燃料電池ユニットは、筐体と、上記筐体に収容されるとともに、流体が循環される循環部と、上記循環部に設けられ、上記循環部内に生じる所定以上の圧力を開放する弁とを具備することを特徴とする。
この構成によれば、循環部内の圧力が一定以上の高圧になることが抑制でき、内圧に因る循環部の不具合発生を抑制することができる。
以下に本発明の実施の形態を、燃料電池ユニットに適用した図面に基づいて説明する。
図1ないし図7は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池ユニット1を開示している。図1は、燃料電池ユニット1の全体を開示する。本実施形態に係る燃料電池ユニット1は、DMFC型の燃料電池装置である。図2に示すように、燃料電池ユニット1は、例えばポータブルコンピュータ2の電源として使用可能な大きさを有する。
図1ないし図7は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池ユニット1を開示している。図1は、燃料電池ユニット1の全体を開示する。本実施形態に係る燃料電池ユニット1は、DMFC型の燃料電池装置である。図2に示すように、燃料電池ユニット1は、例えばポータブルコンピュータ2の電源として使用可能な大きさを有する。
図1に示すように、燃料電池ユニット1は、装置本体3と載置部4とを備えている。装置本体3は、ポータブルコンピュータ2の幅方向に沿う細長い形状をしている。載置部4は、ポータブルコンピュータ2の後端部を載置し得るように、装置本体3の前端から水平に突出している。載置部4の上面には、電源コネクタ5が配置されている。電源コネクタ5は、ポータブルコンピュータ2を載置部4の上に載置した時に、ポータブルコンピュータ2に電気的に接続される。
図1に示すように、装置本体3は、筐体6を備えている。筐体6は、図3に示すようなDMFCユニット7を内部に収容している。DMFCユニット7は、ホルダ11、燃料カートリッジ12、混合部13、吸気部14、DMFCスタック15、冷却部16、排気部17、制御部18、および安全弁19を備えている。
混合部13、吸気部14、DMFCスタック15、冷却部16、排気部17、およびこれらを接続する配管は、協働して流体が循環される循環部21の一部を構成する。燃料カートリッジ12は、燃料容器の一例である。
図3に示すように、ホルダ11には、燃料カートリッジ12が着脱自在に取り付けられる。燃料カートリッジ12の内部には、例えば発電に供される液体燃料としての高濃度のメタノールが貯留されている。このメタノールには、例えば予めメタノールに溶解する付臭剤が付加されている。燃料電池用の燃料に混入される付臭剤としては、少量でも十分な臭気を得ることができ、さらに配管や容器などへの吸着率が低いものが好適である。付臭剤としては、例えばピリジン誘導体と立体化合物とを含有するものが好適である。
図4に示すように、ホルダ11に取付けられた燃料カートリッジ12は、第1の燃料供給管23を介して混合部13に接続される。第1の燃料供給管23は、第1の配管の一例である。第1の燃料供給管23の途中には、第1のバルブ24および燃料ポンプ25が設けられている。第1のバルブ24は、第1の燃料供給管23の流路を開放する姿勢と閉鎖する姿勢との間で開閉される。燃料ポンプ25は、燃料カートリッジ12内のメタノールを混合部13に送る。
図4に示すように、混合部13は、混合タンク31と気液分離部32とを備えている。混合タンク31は、上述の第1の燃料供給管23に連通しており、燃料カートリッジ12からメタノールが供給される。混合タンク31は、供給された高濃度のメタノールを希釈して例えば濃度数%〜数十%のメタノール水溶液を生成する。
図4に示すように、混合タンク31は、第2の燃料供給管34を介して、DMFCスタック15に接続されている。第2の燃料供給管34の途中には、フィルタ35および送液ポンプ36が設けられている。送液ポンプ36は、混合タンク31で生成されたメタノール水溶液をDMFCスタック15へと送る。
混合タンク31には、センサ部37が設けられている。センサ部37は、図示しない液量センサ、温度センサ、および濃度センサを有する。センサ部37は、混合タンク31内に収容されたメタノール水溶液の液量、温度、および濃度といった情報を検出して制御部18に送る。
気液分離部32は、気液分離室41と第1の排気管42とを備えている。気液分離室41は、混合タンク31と一体に設けられ、混合タンク31の内部と連通している。気液分離室41は、気液分離膜43を有する。気液分離膜43は、気液分離室41と混合タンク31との境界に位置するとともに、混合タンク31と気液分離室41とを区分けしている。第1の排気管42は、気液分離室41を冷却部16に接続しており、気液分離室41内の気体を冷却部16を介して排気部17に導く。
図4に示すように、安全弁19は、混合タンク31に設けられている。安全弁19は、循環部21内に生じる所定以上の圧力を開放する弁の一例である。図5に示すように、安全弁19は、ケース45、弁本体46、板ばね47、および軸受48を備えている。ケース45は、混合タンク31の上面に取り付けられている。ケース45は、混合タンク31内に開口する第1の開口部45aと、混合タンク31の外部に開口する第2の開口部45bとを有する。
弁本体46は、ケース45に収容されている。弁本体46は、軸受48により第1の開口部45aを塞ぐ位置と第1の開口部45aを開放する位置との間で進退自在に支持されている。板ばね47は、附勢機構の一例である。板ばね47は、弁本体46を第1の開口部45aを塞ぐ位置に附勢している。なお、附勢機構は板ばね47に限らず、例えばコイルばねのような板ばね以外のばねであっても良く、ゴムのような弾性部材であっても良い。
図3に示すように、吸気部14は、DMFCユニット7の外部に開口する吸気孔51を備える。吸気孔51には、エアフィルタ52が取り付けられている。吸気部14は、吸気孔51を通じて外部の空気をDMFCユニット7の内部に取り込む。図4に示すように、吸気部14は、空気供給管53を介してDMFCスタック15に接続されている。空気供給管53は、第2の配管の一例である。
空気供給管53の途中には、送気ポンプ54および第2のバルブ55が設けられている。送気ポンプ54は、吸気孔51を通じて取り込まれた空気をDMFCスタック15に供給する。第2のバルブ55は、空気供給管53の流路を開放する姿勢と閉鎖する姿勢との間で開閉される。
DMFCスタック15は、起電部の一例である。DMFCスタック15は、アノード57、カソード58、および電解質膜59を備えている。電解質膜59は、アノード57とカソード58との間に介在されるとともに、アノード57とカソード58とを区分けしている。アノード57には、混合タンク31からメタノール水溶液が供給される。カソード58には、吸気部14から酸化剤、すなわち空気が供給される。
DMFCスタック15は、メタノール水溶液および空気中の酸素を化学反応させて、発電動作を行なう。この発電動作により、副産生成物としてアノード57では二酸化炭素が生成され、カソード58では水蒸気が生成される。
冷却部16は、第1の冷却機構61と第2の冷却機構62とを備えている。第1の冷却機構61は、第1の凝縮器63および第1の冷却ファン64を有する。第1の冷却ファン64は、第1の凝縮器63を冷却するように駆動される。
図4に示すように、DMFCスタック15のアノード57は、燃料戻し管65を介して混合タンク31に接続されている。第1の冷却機構61は、燃料戻し管65の途中に設けられている。アノード57で生成された二酸化炭素、および未反応のメタノールは、アノード57を通過した後、第1の凝縮器63を通過する過程で冷却され、混合タンク31に還流される。
第2の冷却機構62は、第2の凝縮器66、第2の冷却ファン67、および水回収タンク68を有する。第2の冷却ファン67は、第2の凝縮器66を冷却するように駆動される。図4に示すように、DMFCスタック15のカソード58は、第2の排気管71の一端に接続されている。第2の排気管71の他端は、第1の排気管42に合流するとともに第2の凝縮器66に接続されている。カソード58で生成された水蒸気、および空気は、カソード58を通過した後、第2の凝縮器66に送られる。第2の凝縮器66に送られた水蒸気は、冷却され凝縮し、水として水回収タンク68に回収される。
図4に示すように、水回収タンク68は、回収管72を介して混合タンク31に接続されている。回収管72の途中には、回収ポンプ73が設けられている。回収ポンプ73は、水回収タンク68に回収された水を混合タンク31に還流させる。
図4に示すように、排気部17は、循環部21の外部に開口する排気孔75を備える。排気部17は、第2の凝縮器66を排気孔75に接続する第3の排気管76を備える。第3の排気管76は、第3の配管の一例である。第3の排気管76の途中には、フィルタ77および第3のバルブ78が設けられている。第3のバルブ78は、第3の排気管76の流路を開放する姿勢と閉鎖する姿勢との間で開閉される。第3のバルブ78が閉められたとき、排気部17は外部から閉鎖される。
第1ないし第3のバルブ24,55,78は、協働してDMFCユニット7の大部分の区画を密閉するバルブ機構81として機能する。さらに、吸気部14、DMFCスタック15のカソード58、第2の冷却機構62、混合タンク31、気液分離部32、排気部17、およびこれらを接続する配管は、協働することで気体が循環される気体循環部82の一部を構成する。
制御部18は、載置部4の中に収容されている。制御部18は、混合部13、吸気部14、DMFCスタック15、冷却部16、および排気部17などの状態を監視するとともに、これらのユニット13〜17の運転を制御する。さらに制御部18は、DMFCスタック15で発電された電力を電源コネクタ5に供給する。
次に、燃料電池ユニット1の作用について説明する。まず、図4を参照してDMFCユニット7の全体の動作について説明する。
燃料カートリッジ12に貯留されているメタノールは、第1の燃料供給管23を介して混合タンク31に送られ、混合タンク31内で希釈される。混合タンク31で希釈されたメタノール水溶液は、アノード57へと送られる。一方、カソード58には、吸気部14から空気が供給される。DMFCスタック15は、メタノール水溶液と空気中の酸素とを化学反応させて発電動作を行なう。発電動作に伴なって、アノード57には二酸化炭素が、カソード58には水蒸気が生成される。
燃料カートリッジ12に貯留されているメタノールは、第1の燃料供給管23を介して混合タンク31に送られ、混合タンク31内で希釈される。混合タンク31で希釈されたメタノール水溶液は、アノード57へと送られる。一方、カソード58には、吸気部14から空気が供給される。DMFCスタック15は、メタノール水溶液と空気中の酸素とを化学反応させて発電動作を行なう。発電動作に伴なって、アノード57には二酸化炭素が、カソード58には水蒸気が生成される。
アノード57を通過した二酸化炭素および未反応のメタノールは、第1の冷却機構61により冷却されるとともに、混合タンク31に還流される。混合タンク31に還流されたメタノール水溶液は、新しくメタノール水溶液として濃度が調整され、再びアノード57に供給され発電に供される。
混合タンク31に還流された二酸化炭素は、気液分離膜43を通じることでメタノール水溶液から分離され、一時的に気液分離室41に収容される。気液分離室41内の二酸化炭素は、第1の排気管42を介して第2の冷却機構62に送られる。第2の冷却機構62に送られた二酸化炭素は、さらに排気部17に送られて循環部21の外部に排気される。
一方、カソード58を通過した水蒸気および空気は、第2の冷却機構62によって冷却され、水蒸気が凝縮されることで空気と水とに分離される。分離された空気は、排気部17を介して循環部21の外部に排気される。分離された水は、混合タンク31に還流されて、メタノール水溶液の希釈に用いられる。
次に、図5ないし図7を参照して、安全弁19の作用について説明する。
燃料電池ユニット1は、使用しないときは、第1ないし第3のバルブ24,55,78を閉じられている。第1ないし第3のバルブ24,55,78が閉じられると、第1の燃料供給管23の上流端部、空気供給管53の上流端部、および第3の排気管76の下流端部を除く循環部21の大部分の区画が密閉された状態となる。循環部21の大部分の区画を密閉することで、循環部21内の例えば液体燃料のような有害物質が循環部21の外部に漏出することを防止することができる。
燃料電池ユニット1は、使用しないときは、第1ないし第3のバルブ24,55,78を閉じられている。第1ないし第3のバルブ24,55,78が閉じられると、第1の燃料供給管23の上流端部、空気供給管53の上流端部、および第3の排気管76の下流端部を除く循環部21の大部分の区画が密閉された状態となる。循環部21の大部分の区画を密閉することで、循環部21内の例えば液体燃料のような有害物質が循環部21の外部に漏出することを防止することができる。
循環部21の一部の区間が密閉された状態で燃料電池ユニット1が放置されると、例えば外部の気温が高かった場合などに、循環部21内の流体の温度が上昇する。図7中の点線は、安全弁19が設けられていない場合の循環部21内の温度と圧力との関係を示す。図7に示すように、循環部21内の温度が上昇すると、循環部21内の圧力もそれに伴なって上昇する。
さらに、燃料電池ユニット1の運転時に循環部21内の流路または容器などの一部が何らかの原因により詰まったときも同様に、循環部21内の圧力が上昇する。
本実施形態に係る安全弁19は、循環部21内の圧力が予め設定されている所定値(例えば図7中、S値)を超えたときに作動する。すなわち、図6に示すように、弁本体46に加えられる混合タンク31内の圧力が板ばね47の力に打ち勝ったとき、弁本体46が第1の開口部45aを開放するように移動する。第1の開口部45aが開放されると、混合タンク31内の気体が図6中の白抜き矢印のように安全弁19を通じて混合タンク31の外部に流出する。このように安全弁19は、混合タンク31内に生じる所定以上の圧力を開放する。これにより、混合タンク31内の圧力は、図7中の実線に示すように、所定値を超えて上昇することが抑制される。
混合タンク31は、循環部21を構成する他のユニット、すなわち気液分離部32、吸気部14、DMFCスタック15、冷却部16、排気部17、第1および第2の燃料供給管23,34、空気供給管53、第1ないし第3の排気管42,71,76、燃料戻し管65、および回収管72の全てに間接的に接続されているため、これらのユニット内の圧力の上昇も同時に抑制される。
すなわち、図7に示すように、循環部21内の圧力は、例えば循環部21内の温度上昇が続いても一定以上の高圧にならない。
上述のように本実施形態で用いられる液体燃料には、予め付臭剤が混入されている。したがって、安全弁19が作動して第1の開口部45aが開放されたとき、付臭剤が放つ臭いが燃料電池ユニット1の筐体6の外部にも流出する。ユーザーは、付臭剤の臭いを嗅ぐことで安全弁19が作動したことを認知し、燃料電池ユニット1の運転停止や換気などの対処を行なうことができる。
このような構成の燃料電池ユニット1によれば、循環部21の内圧に因る不具合発生の抑制を図ることができる。すなわち、循環部21内の圧力が許容値よりも大きくなりそうなときには、圧力が許容値を超える前に安全弁19が作動し、循環部21内の圧力が常に許容値以下に保たれる。これにより、循環部21から高圧に因る燃料や水の漏出を防止することができる。さらに、循環部21の一部の部品が内圧に因って破損することを防止できる。
さらに、燃料電池ユニット1は、安全弁19を備えることで小型化を図ることができる。すなわち、燃料電池ユニット1が安全弁19を有しない場合には、循環部21内の圧力が上昇しても循環部21が破損しないように、循環部21の部材の強度を大きく見積もる必要がある。しかし、燃料電池ユニット1が安全弁19を備えることで、循環部21の部材は、任意に設定した許容値に耐え得る最小の強度を見積もれば良く、個々の部材を小さくすることができる。
燃料電池ユニット1が循環部21の少なくとも一部区画を密閉するバルブ機構81を備えることで、燃料電池ユニット1の停止時において循環部21から例えば有害な物質が漏出することを極力防ぐことができる。さらに、このようなバルブ機構81により循環部21の一部区画を密閉した状態で燃料電池ユニット1を高温環境に放置したとき、循環部21内の圧力が高くなるおそれがあるが、その問題も安全弁19を備えることで解消される。
なお、循環部21は、例えばメタノール水溶液や水のような液体が循環する部位と、例えば空気や二酸化炭素のような気体が循環される部位とを備える。安全弁19は、上記どちらの部位に設けても良い。
ただし、液体が循環される部位に安全弁19を設ける場合、安全弁19が作動したときに、この安全弁19を通じて循環部21の外部に漏出しようとする液体を回収するタンクのようなものが必要となる。これに対して気体が循環される部位に安全弁19設ける場合、特別にタンクのようなものを設ける必要がなく、燃料電池ユニット1の小型化・低コスト化に寄与することができる。
さらに言えば、安全弁19は、混合タンク31に設けられると有効である。循環部21は、大別するとアノード系流路とカソード系流路とに分かれる。アノード系流路とは、メタノール水溶液のような液体燃料が流れる流路であり、例えば第2の燃料供給管34、アノード57、第1の冷却機構61、および燃料戻し管65などが含まれる。一方、カソード系流路とは、空気のような酸化剤やカソード58の生成物が流れる流路であり、例えば空気供給管53、カソード58、第2の排気管71、第2の冷却機構62、および回収管72などが含まれる。
安全弁19は、例えばアノード系流路およびカソード系流路のどちらか一方に設けても良い。ただし、循環部21は複雑な配管構成を有することから、例えばアノード系流路に設けられた安全弁19が作動しても、カソード系流路内の圧力上昇を十分に抑制できないおそれがある。したがって、アノード系流路やカソード系流路に安全弁19を設ける場合は、例えば図8に示すように、アノード系流路およびカソード系流路のそれぞれに少なくとも安全弁19が一つずつ設けられることが好ましい。
これに対して、混合タンク31は、アノード系流路とカソード系流路とが合流する部位であり、アノード系流路およびカソード系流路のそれぞれに密に連絡されている。したがって混合タンク31に設けられた安全弁19が作動すると、アノード系流路およびカソード系流路内の圧力上昇を確実に抑制することができる。すなわち、混合タンク31に安全弁19を一つ設けると、アノード系流路とカソード系流路とに分かれて二つの安全弁19を設けた場合と同様の効果を達成することができる。これは燃料電池ユニット1の小型化・低コスト化に寄与する。
本実施形態に係る安全弁19は、特別な圧力検出センサやコントロール部といった付属部材が必要なく、燃料電池ユニット1の小型化・低コスト化に寄与する。ただし、例えば循環部21内に圧力センサを配置し、コントロール部により制御される安全弁を採用しても、循環部21の不具合発生の抑制という目的は達成できる。
次に本発明の第2の実施形態に係る燃料電池ユニット91について、図9を参照して説明する。なお、第1の実施形態に係る燃料電池ユニット1と同じ機能を有する構成は、同一の符号を付してその説明を省略する。
燃料電池ユニット91は、循環部21および安全弁92を備えている。図9に示すように、安全弁92は、ケース45、弁本体46、板ばね47、軸受48、吸液シート93、およびフィルタ94を備えている。吸液シート93は、吸液部材の一例である。吸液シート93は、第2の開口部45bを覆うように取り付けられている。吸液シート93は、例えばスポンジや紙のような吸液性のある部材で形成され、表面に付着する液体を吸収する。
フィルタ94は、第2の開口部45bを覆うように取り付けられている。フィルタ94は、例えば気体中に含まれる気化したメタノールを取り除くことができるものが好適である。
このような構成の燃料電池ユニット91によれば、第1の実施形態に係る燃料電池ユニット1と同様に、循環部21の内圧に因る不具合発生の抑制を図ることができる。
さらに本実施形態に係る燃料電池ユニット91によれば、例えばメタノール蒸気のような有害物質がDMFCユニット7の外部に流出することを防止することができる。すなわち、安全弁92が作動したときは、混合タンク31内の気体がDMFCユニット7の外部に流出することになる。混合タンク31内の気体は、メタノール蒸気を一部に含む。メタノール蒸気は、人体に対して有害であるのでなるべくDMFCユニット7の外部に流出させないことが望ましい。
さらに本実施形態に係る燃料電池ユニット91によれば、例えばメタノール蒸気のような有害物質がDMFCユニット7の外部に流出することを防止することができる。すなわち、安全弁92が作動したときは、混合タンク31内の気体がDMFCユニット7の外部に流出することになる。混合タンク31内の気体は、メタノール蒸気を一部に含む。メタノール蒸気は、人体に対して有害であるのでなるべくDMFCユニット7の外部に流出させないことが望ましい。
本実施形態に係る安全弁92はフィルタを有し、安全弁92を通過中に気体中に含まれるメタノール蒸気のような有害なものを取り除くことができる。したがって燃料電池ユニット91の安全性がさらに確保される。
さらに本実施形態に係る燃料電池ユニット91によれば、DMFCユニット7の外部に液体が漏出することが防止できる。すなわち、安全弁92が作動したとき、混合タンク31内のメタノール水溶液の一部が安全弁92を通じてDMFCユニット7の外部に漏出しようとする。本実施形態に係る安全弁92は、吸液シート93を有し、安全弁92内に侵入した液体をDMFCユニット7の外部に漏らすことなく吸収するので、燃料電池ユニット91の安全性がさらに確保される。
なお、安全弁92は、フィルタ94および吸液シート93の両方を保持する必要は無く、本発明が適用される燃料電池ユニットの特性に則して、どちらか一方を適宜選択して用いても良い。さらにフィルタ94および吸液シート93の取り付け位置は、本実施形態に限らず、例えばフィルタ94が吸液シート93より弁本体46に近い位置に配置されても良い。ただし一般に市販されているフィルタ94が表面に液体が付着したときにフィルタとしての機能が十分に発揮できなくなることを考慮すれば、本実施形態のように吸液シート93を内側に配置することがより好適である。
なお、例えば吸液シート93は、第2の開口部45bを覆う必要は無く、安全弁92のケース45の内面に沿っては配置しても吸液部材としての効果を発揮することができる。
以上、第1および第2の実施形態に係る燃料電池ユニット1,91について説明したが、本発明はもちろんこれらに限定されるものではない。各実施形態に係る燃料電池ユニット1,91の各構成要素は、目的に合わせて適宜組み合わせることができる。
例えば安全弁19,92が配置される位置は、上記第1および第2の実施形態に限らず、流体が循環される循環部であればその機能を発揮することができる。例えば安全弁の構造は、本実施形態に限らない。弁は、循環部21内の圧力が所定以上に達したときに循環部21内の圧力を外部に開放する機構であればその形状および構成は問わない。さらに安全弁の数は、燃料電池ユニットの大きさ、構造、機能に合わせて複数個設けても良い。
例えば燃料に付臭材を付加する代わりに、図5中に2点鎖線で示すように安全弁19に発臭材105を配置しても良い。この発臭材105は、燃料または水と直接反応して臭いを放つものでも良く、元々臭いがある発臭材が燃料または水に溶解するカプセルに収容されていても良い。また発臭材105が配置される部位は、ケース45内に限らず、ケース45の外部であっても良い。
本発明が適用される燃料電池ユニットは、DMFCに限らず、例えばエタノールのようなアルコール類や、その他の流体燃料を取扱う燃料電池ユニットにも適用可能である。さらに本発明は、ポータブルコンピュータ用の燃料電池ユニットに限らず、例えば携帯電話やデジタルカメラのような電子機器や、自動車のような車両用の燃料電池にも適用が可能である。
1…燃料電池ユニット、6…筐体、12…燃料カートリッジ、13…混合部、14…吸気部、15…DMFCスタック、16…冷却部、19…安全弁、21…循環部、23…第1の燃料供給管、24…第1のバルブ、31…混合タンク、41…気液分離室、42…第1の排気管、45…ケース、45a…第1の開口部、45b…第2の開口部、46…弁本体、47…板ばね、53…空気供給管、55…第2のバルブ、61…第1の冷却機構、62…第2の冷却機構、76…第3の排気管、78…第3のバルブ、93…吸液シート、94…フィルタ。
Claims (9)
- 筐体と、
上記筐体に収容されるとともに、流体が循環される循環部と、
上記循環部に設けられ、上記循環部内に生じる所定以上の圧力を開放する弁と、
を具備することを特徴とする燃料電池ユニット。 - 請求項1に記載の燃料電池ユニットにおいて、
上記循環部は、上記循環部の少なくとも一部を密閉するバルブ機構を備え、上記弁は、上記バルブ機構により密閉される部分内に設けられることを特徴とする燃料電池ユニット。 - 請求項1または請求項2に記載の燃料電池ユニットにおいて、
上記循環部は、上記流体に含まれる気体が循環される気体循環部を備え、上記弁は、上記気体循環部に設けられることを特徴とする燃料電池ユニット。 - 請求項1に記載の燃料電池ユニットにおいて、
上記筐体は、液体燃料を貯留する燃料容器を収容し、
上記循環部は、
上記燃料容器から供給される液体燃料を希釈する混合タンクと、
アノードとカソードとを有し、上記混合タンクで希釈された液体燃料と空気中の酸素とを化学反応させて発電動作を行なう起電部と、
上記起電部に上記空気を供給する吸気部と、
上記アノードを通過した流体を冷却するとともに上記混合タンクに還流させる第1の冷却機構と、上記カソードを通過した流体を冷却するとともに上記混合タンクに還流させる第2の冷却機構とを有する冷却部と、を備え、
上記弁は、上記混合タンクに設けられることを特徴とする燃料電池ユニット。 - 請求項4に記載の燃料電池ユニットにおいて、
上記循環部は、上記燃料容器を上記混合タンクに接続する第1の配管と、上記第1の配管を閉鎖する第1のバルブと、上記吸気部を上記起電部に接続する第2の配管と、上記第2の配管を閉鎖する第2のバルブと、上記排気部を外部から閉鎖する第3のバルブと、を備えることを特徴とする燃料電池ユニット。 - 請求項1に記載の燃料電池ユニットにおいて、
上記弁は、
上記循環部の内部に開口する第1の開口部と、上記循環部の外部に開口する第2の開口部とを有するケースと、
上記ケースに収容される弁本体と、
上記弁本体を上記第1の開口部を塞ぐように附勢する附勢機構と、
を備えることを特徴とする燃料電池ユニット。 - 請求項6に記載の燃料電池ユニットにおいて、
上記弁は、上記第2の開口部を覆うフィルタを備えることを特徴とする燃料電池ユニット。 - 請求項6に記載の燃料電池ユニットにおいて、
上記弁は、上記ケースに設けられる吸液部材を備えることを特徴とする燃料電池ユニット。 - 請求項1に記載の燃料電池ユニットにおいて、
上記循環部内で循環される流体には付臭剤が付加されることを特徴とする燃料電池ユニット。
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