JP2007214046A - Fuel cell system and its operation method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は燃料電池システムおよびその運転方法に関し、より特定的には、燃料水溶液を燃料電池に直接供給する燃料電池システムおよびその運転方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell system and a method for operating the fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system for supplying an aqueous fuel solution directly to the fuel cell and a method for operating the fuel cell system.
燃料水溶液を燃料電池に直接供給する燃料電池システムでは、燃料濃度(燃料水溶液の濃度)を超音波センサなどで検出し燃料濃度が一定となるように濃度制御しながら運転する。 A fuel cell system that directly supplies an aqueous fuel solution to a fuel cell is operated while detecting the fuel concentration (concentration of the aqueous fuel solution) with an ultrasonic sensor or the like and controlling the concentration so that the fuel concentration becomes constant.
しかし、超音波センサは、気泡がセンサ表面に付着すると燃料濃度を正確に検出できなくなる。一方、電気化学的なセンサによって濃度検出することも行われているが、このセンサは低温領域では検出精度が高くないため使用できない。 However, the ultrasonic sensor cannot accurately detect the fuel concentration when bubbles are attached to the sensor surface. On the other hand, concentration detection is also performed by an electrochemical sensor, but this sensor cannot be used because the detection accuracy is not high in a low temperature region.
また、特許文献1には、循環型ではなく、カートリッジ等の使い切りの容器内に包接化合物を入れ徐々に燃料を放出するようにして、燃料を補給する技術が開示されている。
しかし、このようなシステムを、燃料水溶液を循環させ比較的長時間連続して駆動するタイプの燃料電池システムで実現することは、使い捨てのカートリッジでは十分な補給ができないため困難である。 However, it is difficult to realize such a system with a fuel cell system of a type in which an aqueous fuel solution is circulated and driven continuously for a relatively long time because a disposable cartridge cannot be sufficiently replenished.
それゆえに、この発明の主たる目的は、循環型の燃料電池システムにおいて包接化合技術を用いて燃料濃度を安定させることができる、燃料電池システムおよびその運転方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, a main object of the present invention is to provide a fuel cell system and a method for operating the fuel cell system that can stabilize the fuel concentration by using the inclusion compound technique in the circulation type fuel cell system.
上述の目的を達成するために、請求項1に記載の燃料電池システムは、燃料水溶液を循環使用する燃料電池システムであって、電気化学反応によって電気エネルギを生成する燃料電池、燃料電池に供給される燃料水溶液を保持する第1水溶液保持手段、所定値よりも高い濃度の燃料水溶液と接触したとき燃料水溶液に含まれる液体燃料を取り込み所定値よりも低い濃度の燃料水溶液と接触したとき液体燃料を放出するホスト化合物からなる燃料取込・放出部材、および第1水溶液保持手段に保持された燃料水溶液への燃料取込・放出部材の出入を制御する制御手段を備える。
In order to achieve the above object, a fuel cell system according to
請求項2に記載の燃料電池システムは、請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、制御手段は、第1水溶液保持手段に燃料水溶液以上の濃度を有する燃料を補給する燃料補給手段、第1水溶液保持手段に水を補給する水補給手段、および第1水溶液保持手段に保持された燃料水溶液への燃料取込・放出部材の出入を制御するために燃料補給手段および水補給手段の動作を制御する動作制御部を含むことを特徴とする。
The fuel cell system according to
請求項3に記載の燃料電池システムは、請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、制御手段は、燃料水溶液を保持する第2水溶液保持手段、第1水溶液保持手段から第2水溶液保持手段へ燃料水溶液を供給する第1供給手段、第2水溶液保持手段から第1水溶液保持手段へ燃料水溶液を供給する第2供給手段、および第1水溶液保持手段に保持された燃料水溶液への燃料取込・放出部材の出入を制御するために第1供給手段および第2供給手段の動作を制御する動作制御部を含むことを特徴とする。
The fuel cell system according to claim 3 is the fuel cell system according to
請求項4に記載の燃料電池システムは、請求項3に記載の燃料電池システムにおいて、燃料電池から排出される水を保持する水保持手段、および水保持手段に保持される水を第1水溶液保持手段に供給する水供給手段を備え、水保持手段は第2水溶液保持手段を兼ね、水供給手段は第1供給手段または第2供給手段を兼ね、動作制御部は、第1水溶液保持手段に保持された燃料水溶液への燃料取込・放出部材の出入を制御するために水供給手段の動作を制御することを特徴とする。 The fuel cell system according to claim 4 is the fuel cell system according to claim 3, wherein water holding means for holding water discharged from the fuel cell, and water held in the water holding means are held in the first aqueous solution. The water supply means also serves as the second aqueous solution holding means, the water supply means serves also as the first supply means or the second supply means, and the operation control unit is held in the first aqueous solution holding means. The operation of the water supply means is controlled in order to control the entry / exit of the fuel take-in / release member into the aqueous fuel solution.
請求項5に記載の燃料電池システムは、請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、制御手段は、燃料取込・放出部材を保持する保持部、保持部を移動可能に支持する支持部、および第1水溶液保持手段に保持された燃料水溶液への燃料取込・放出部材の出入を制御するために支持部の動作を制御する動作制御部を含むことを特徴とする。
The fuel cell system according to claim 5 is the fuel cell system according to
請求項6に記載の燃料電池システムは、請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、第1水溶液保持手段に燃料水溶液以上の濃度を有する燃料を補給する燃料補給手段、および燃料取込・放出部材を保持しかつ第1水溶液保持手段内に配置され燃料が供給される保持部を備えることを特徴とする。
The fuel cell system according to claim 6 is the fuel cell system according to
請求項7に記載の輸送機器は、請求項1から6のいずれかに記載の燃料電池システムを含むことを特徴とする。 A transportation device according to a seventh aspect includes the fuel cell system according to any one of the first to sixth aspects.
請求項8に記載の燃料電池システムの運転方法は、燃料水溶液を循環使用する燃料電池システムの運転方法であって、燃料電池に供給される燃料水溶液を第1水溶液保持手段によって保持し、所定値よりも高い濃度の燃料水溶液と接触したとき燃料水溶液に含まれる液体燃料を取り込み所定値よりも低い濃度の燃料水溶液と接触したとき液体燃料を放出するホスト化合物からなる燃料取込・放出部材を第1水溶液保持手段内に配置し、燃料取込・放出部材と燃料水溶液とを接触させることによって第1水溶液保持手段内に存在する燃料水溶液の濃度を調整することを特徴とする。 The operation method of the fuel cell system according to claim 8 is an operation method of the fuel cell system that circulates and uses the aqueous fuel solution, the aqueous fuel solution supplied to the fuel cell is held by the first aqueous solution holding means, and the predetermined value A fuel intake / release member comprising a host compound that takes in liquid fuel contained in the aqueous fuel solution when it comes into contact with a higher concentration aqueous fuel solution and releases the liquid fuel when brought into contact with the aqueous fuel solution at a concentration lower than a predetermined value. It arrange | positions in 1 aqueous solution holding means, and adjusts the density | concentration of the fuel aqueous solution which exists in a 1st aqueous solution holding means by making a fuel intake / release member and a fuel aqueous solution contact.
請求項9に記載の燃料電池システムの運転方法は、請求項8に記載の燃料電池システムの運転方法において、第1水溶液保持手段における燃料水溶液の液位を変化させることによって燃料取込・放出部材と燃料水溶液との接触を制御することを特徴とする。
The fuel cell system operating method according to
請求項10に記載の燃料電池システムの運転方法は、請求項8に記載の燃料電池システムの運転方法において、第1水溶液保持手段に補給される水の補給量および燃料水溶液以上の濃度を有する燃料の第1水溶液保持手段への補給量を制御することによって第1水溶液保持手段内に存在する燃料水溶液の量を調整し燃料取込・放出部材と燃料水溶液との接触を制御することを特徴とする。
The fuel cell system operating method according to
請求項11に記載の燃料電池システムの運転方法は、請求項8に記載の燃料電池システムの運転方法において、第1水溶液保持手段から第2水溶液保持手段への燃料水溶液の供給量および第2水溶液保持手段から第1水溶液保持手段への燃料水溶液の供給量を制御することによって、第1水溶液保持手段内に存在する燃料水溶液の量を調整し燃料取込・放出部材と燃料水溶液との接触を制御することを特徴とする。
An operation method of the fuel cell system according to
請求項12に記載の燃料電池システムの運転方法は、請求項8に記載の燃料電池システムの運転方法において、燃料取込・放出部材を移動可能に保持し、燃料取込・放出部材を移動させることによって燃料取込・放出部材と第1水溶液保持手段内の燃料水溶液との接触を制御することを特徴とする。
The fuel cell system operating method according to
請求項13に記載の燃料電池システムの運転方法は、請求項8に記載の燃料電池システムの運転方法において、燃料電池の起動指示後に、燃料取込・放出部材に液体燃料を保持させておくことを特徴とする。
The fuel cell system operating method according to
請求項14に記載の燃料電池システムの運転方法は、請求項8に記載の燃料電池システムの運転方法において、燃料電池の停止指示後に、燃料取込・放出部材に液体燃料を保持させておくことを特徴とする。
The fuel cell system operation method according to
包接化合技術を用いれば、ホスト化合物からなる燃料取込・放出部材が燃料水溶液に接触すると燃料水溶液の濃度に応じて液体燃料を保持または放出する。請求項1に記載の燃料電池システムでは、この技術を利用し、第1水溶液保持手段に保持された燃料水溶液へ燃料取込・放出部材を入れ燃料取込・放出部材と燃料水溶液とを接触させることによって、燃料水溶液の濃度を一定にすることができる。燃料水溶液を循環使用するタイプの燃料電池システムにおいて、濃度制御が必要なときにその都度、第1水溶液保持手段に燃料取込・放出部材を入れることによって、濃度制御を行うことなく燃料水溶液の濃度を安定させることができる。また、燃料取込・放出部材を燃料水溶液から出すことで濃度を変化させることもできる。請求項8に記載の燃料電池システムの運転方法についても同様である。
If the inclusion compounding technique is used, when the fuel intake / release member made of the host compound comes into contact with the aqueous fuel solution, the liquid fuel is held or released according to the concentration of the aqueous fuel solution. In the fuel cell system according to
請求項2に記載の燃料電池システムでは、第1水溶液保持手段への燃料および水の補給量を制御することによって、第1水溶液保持手段内での燃料水溶液の量を容易に調整し第1水溶液保持手段に保持された燃料水溶液への燃料取込・放出部材の出入を簡単に制御することができる。請求項10に記載の燃料電池システムの運転方法についても同様である。
In the fuel cell system according to
請求項3に記載の燃料電池システムでは、燃料水溶液の退避または返還を可能とするための第2水溶液保持手段を設けることによって、第1水溶液保持手段内の液量を素早く変化させることができ、第1水溶液保持手段に保持された燃料水溶液への燃料取込・放出部材の出入を迅速に制御することができる。請求項11に記載の燃料電池システムの運転方法についても同様である。
In the fuel cell system according to claim 3, by providing the second aqueous solution holding means for enabling the withdrawal or return of the aqueous fuel solution, the amount of liquid in the first aqueous solution holding means can be quickly changed, It is possible to quickly control the fuel intake / release member to / from the fuel aqueous solution held by the first aqueous solution holding means. The same applies to the operation method of the fuel cell system according to
請求項4に記載の燃料電池システムでは、第1水溶液保持手段を別途設けることなく簡単な構成で第1水溶液保持手段内の液量を変化させることができる。 In the fuel cell system according to claim 4, the amount of liquid in the first aqueous solution holding means can be changed with a simple configuration without separately providing the first aqueous solution holding means.
請求項5に記載の燃料電池システムでは、保持部ひいては燃料取込・放出部材の位置を変化させることによって、第1水溶液保持手段に保持された燃料水溶液への燃料取込・放出部材の出入を簡単に制御することができる。第1水溶液保持手段の容量が大きく液体燃料の拡散に時間を要する場合には、燃料取込・放出部材を第1水溶液保持手段の水溶液出口付近に移動させることによって、目標濃度に近い燃料水溶液を燃料電池のアノードに供給することができる。請求項12に記載の燃料電池システムの運転方法についても同様である。
In the fuel cell system according to claim 5, by changing the position of the holding portion and thus the fuel intake / release member, the fuel intake / release member is moved into and out of the fuel aqueous solution held by the first aqueous solution holding means. Easy to control. When the capacity of the first aqueous solution holding means is large and it takes time to diffuse the liquid fuel, the fuel aqueous solution close to the target concentration can be obtained by moving the fuel intake / release member near the aqueous solution outlet of the first aqueous solution holding means. It can be supplied to the anode of the fuel cell. The same applies to the operation method of the fuel cell system according to
請求項6に記載の燃料電池システムでは、保持部内に燃料取込・放出部材を配置することによって、高濃度の燃料水溶液を燃料取込・放出部材に簡単に供給することができ、燃料取込・放出部材によって液体燃料を素早く保持させることができる。 In the fuel cell system according to claim 6, by arranging the fuel intake / release member in the holding portion, a high concentration aqueous fuel solution can be easily supplied to the fuel intake / release member. -Liquid fuel can be quickly held by the discharge member.
この発明は、請求項7に記載するように燃料電池システムを輸送機器に搭載する場合に好適に用いられる。 The present invention is suitably used when the fuel cell system is mounted on a transportation device as described in claim 7.
請求項9に記載の燃料電池システムの運転方法では、第1水溶液保持手段における燃料水溶液の液位を変化させることによって、燃料取込・放出部材と燃料水溶液との接触を簡単に制御することができる。
In the operation method of the fuel cell system according to
請求項13に記載の燃料電池システムの運転方法では、液体燃料を燃料電池に供給する直前に燃料取込・放出部材に保持させることができるので、液体燃料が気化し蒸発してしまうことはなく燃料効率を向上できる。
In the operation method of the fuel cell system according to
請求項14に記載の燃料電池システムの運転方法では、燃料電池の停止指示後に燃料取込・放出部材に液体燃料を保持させておくことによって、燃料電池の次回の始動を円滑に行うことができる。
In the operation method of the fuel cell system according to
この発明によれば、循環型の燃料電池システムにおいて包接化合技術を用いて燃料濃度を安定させることができる。 According to the present invention, it is possible to stabilize the fuel concentration using the inclusion compounding technique in the circulation type fuel cell system.
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。ここでは、この発明の燃料電池システム100を、輸送機器の一例である自動二輪車10に搭載した場合について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, a case where the
まず、自動二輪車10について説明する。この発明の実施の形態における左右、前後、上下とは、二輪車10のシートにドライバがそのハンドル24に向かって着座した状態を基準とした左右、前後、上下を意味する。
First, the
図1〜図7を参照して、自動二輪車10は車体11を含み、車体11は車体フレーム12を有する。車体フレーム12は、ヘッドパイプ14と、ヘッドパイプ14から後方へ斜め下方に延びる縦断面I字型のフロントフレーム16と、フロントフレーム16の後端部に連結されかつ後方へ斜め上方に立ち上がるリヤフレーム18と、リヤフレーム18の上端部に取り付けられるシートレール20とを備えている。フロントフレーム16の後端部はリヤフレーム18の中央部よりもやや下端部寄りの位置に接続され、フロントフレーム16およびリヤフレーム18全体で側面視略Y字状を呈している。
1 to 7, the
フロントフレーム16は、上下方向に幅を有して後方へ斜め下方に延びかつ左右方向に対して直交する板状部材16aと、それぞれ板状部材16aの上端縁および下端縁に形成されかつ後方へ斜め下方に延び左右方向に幅を有するフランジ部16bおよび16cと、板状部材16aの両表面に突設される補強リブ16dと、後端部に設けられたとえばボルト等によってリヤフレーム18が連結される連結部16eとを備えている。補強リブ16dは、フランジ部16bおよび16cと共に板状部材16aの両表面を区画して、後述する燃料電池システム100の構成部材を収納する収納スペースを形成している。
The
一方、リヤフレーム18は、それぞれ後方へ斜め上方に延び前後方向に幅を有しフロントフレーム16の連結部16eを挟むように配置される板状部材18aおよび18bと、板状部材18aと18bとを連結する板状部材(図示せず)とを備えている。
On the other hand, the
ヘッドパイプ14内には、図1に示すように、車体方向変更用のステアリング軸22が回動自在に挿通されている。ステアリング軸22の上端には、ハンドル24が固定されたハンドル支持部26が取り付けられており、ハンドル24の両端にはグリップ28が取り付けられている。右側のグリップ28は回動可能なスロットルグリップを構成している。
As shown in FIG. 1, a steering
ハンドル支持部26のハンドル24の前方には表示操作部30が配置されている。表示操作部30は、電動モータ60(後述)の各種データを計測表示するためのメータ30a、走行状態等の各種情報提供用のたとえば液晶ディスプレイ等で構成された表示部30b、および各種情報入力用の入力部30c等が一体化されたものである。ハンドル支持部26における表示操作部30の下方には、ヘッドランプ32が固定されており、ヘッドランプ32の左右両側には、フラッシャランプ34がそれぞれ設けられている。
A
また、ステアリング軸22の下端には左右一対のフロントフォーク36が取り付けられており、フロントフォーク36それぞれの下端には、前輪38が前車軸40を介して取り付けられている。前輪38は、フロントフォーク36によって緩衝懸架された状態で前車軸40によって回転自在に軸支されている。
A pair of left and right
一方、リヤフレーム18の後端部には、フレーム状のシートレール20が取り付けられている。シートレール20は、リヤフレーム18の上端部にたとえば溶接によって固設され、略前後方向に配設されている。シートレール20上には図示しないシートが開閉自在に設けられている。シートレール20の後端部には取り付けブラケット42が固設されており、取り付けブラケット42にはテールランプ44および左右一対のフラッシャランプ46がそれぞれ取り付けられている。
On the other hand, a frame-
また、リヤフレーム18の下端部には、スイングアーム(リヤアーム)48がピボット軸50を介して揺動自在に支持されており、スイングアーム48の後端部48aには電動モータ60(後述)を介して駆動輪である後輪52が回転自在に支持されており、スイングアーム48および後輪52は、図示しないリヤクッションによってリヤフレーム18に対して緩衝懸架されている。
A swing arm (rear arm) 48 is swingably supported at the lower end portion of the
さらに、リヤフレーム18の下端部の前側には、リヤフレーム18から左右方向に突出するようにフットレスト取付用バー54が固定され、フットレスト取付用バー54には図示しないフットレストが取り付けられる。フットレスト取付用バー54の後方には、メインスタンド56が回動可能にスイングアーム48に支持されており、メインスタンド56は、リターンスプリング58によって閉じ側に付勢されている。
Further, a
この実施形態では、スイングアーム48には、後輪52に連結されかつ後輪52を回転駆動させるためのたとえばアキシャルギャップ型の電動モータ60と、電動モータ60に電気的に接続される駆動ユニット62とが内蔵されている。図11をも参照して、駆動ユニット62は、電動モータ60の回転駆動を制御するためのコントローラ64、および二次電池134(後述)の蓄電量を検出するための蓄電量検出器65を含む。
In this embodiment, the
このような自動二輪車10の車体11には、車体フレーム12に沿って燃料電池システム100が取り付けられている。燃料電池システム100は、電動モータ60やその他の構成部材を駆動するための電気エネルギを生成する。
A
以下、燃料電池システム100について説明する。
燃料電池システム100は、メタノール(メタノール水溶液)を改質せずにダイレクトに発電に利用する直接メタノール型燃料電池システムである。
Hereinafter, the
The
燃料電池システム100は、フロントフレーム16の下方に配置される燃料電池セルスタック(以下、単にセルスタックという)102を含む。
The
図8および図9に示すように、セルスタック102は、メタノールに基づく水素イオンと酸素との電気化学反応によって電気エネルギを生成することができる燃料電池(燃料電池セル)104を、セパレータ106を挟んで複数個積層(スタック)して構成されている。セルスタック102を構成する各燃料電池セル104は、固体高分子膜等から構成される電解質膜104aと、電解質膜104aを挟んで互いに対向するアノード(燃料極)104bおよびカソード(空気極)104cとを含む。アノード104bおよびカソード104cはそれぞれ、電解質膜104a側に設けられる白金触媒層を含む。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
図4等に示すように、セルスタック102はスキッド108上に載せられ、スキッド108はフロントフレーム16のフランジ部16cから吊されるステースタック110によって支持されている。
As shown in FIG. 4 and the like, the
図6に示すように、フロントフレーム16の下方でありかつセルスタック102の上方には、水溶液用のラジエータ112と気液分離用のラジエータ114とが配置されている。ラジエータ112と114とは一体的に構成され、その前面が車両の前方やや下向きに配置され、前面に対して直交するように設けられる複数の板状のフィン(図示せず)を有する。このようなラジエータ112および114は、走行時に風を十分に受けることができる。
As shown in FIG. 6, an
図6等に示すように、ラジエータ112は、旋回するように形成されるラジエータパイプ116を含む。ラジエータパイプ116は、ステンレス等からなる直線状パイプとU字状の継手パイプとを溶接することによって、入口118a(図5参照)から出口118b(図3参照)までの1本の連続したパイプに形成されている。ラジエータ112の裏面側にはラジエータパイプ116と対向するようにラジエータ冷却用のファン120が設けられている。
As shown in FIG. 6 and the like, the
同様に、ラジエータ114は、それぞれ蛇行するように形成される2本のラジエータパイプ122を含む。各ラジエータパイプ122は、ステンレス等からなる直線状パイプとU字状の継手パイプとを溶接することによって、入口124a(図3参照)から出口124b(図3参照)までの1本の連続したパイプに形成されている。ラジエータ114の裏面側にはラジエータパイプ122と対向するようにラジエータ冷却用のファン126が設けられている。
Similarly, the
図1〜図7に戻り主に図3を参照して、フロントフレーム16の連結部16eの後側には、上方から順に燃料タンク128、水溶液タンク130および水タンク132が配置されている。燃料タンク128、水溶液タンク130および水タンク132は、たとえばPE(ポリエチレン)ブロー成型によって得られる。
1 to 7 and mainly referring to FIG. 3, a
燃料タンク128は、シートレール20の下側に配置され、シートレール20の後端部に取り付けられている。燃料タンク128は、セルスタック102の電気化学反応の燃料となる高濃度(たとえば、メタノールを約56wt%含む)のメタノール燃料(高濃度メタノール水溶液)を収容している。燃料タンク128はその上面に蓋128aを備え、蓋128aを取り外してメタノール燃料が供給される。
The
また、水溶液タンク130は、燃料タンク128の下側に設けられ、リヤフレーム18に取り付けられている。水溶液タンク130は、燃料タンク128からのメタノール燃料をセルスタック102の電気化学反応に適した濃度(たとえば、メタノールを約3wt%含む)に希釈したメタノール水溶液を収容している。つまり、水溶液タンク130は、水溶液ポンプ146(後述)によってセルスタック102に向けて送り出すべきメタノール水溶液を収容している。メタノール水溶液が燃料水溶液に相当する。
The
燃料タンク128にはレベルセンサ129が装着され、燃料タンク128内のメタノール燃料の液面の高さが検出される。水溶液タンク130にはレベルセンサ131が装着され、水溶液タンク130内のメタノール水溶液の液面の高さが検出される。レベルセンサ129,131で液面高さを検出することによって、タンク内の液量を検出できる。水溶液タンク130内の液面は、レベルセンサ131の出力に基づいてたとえば図4においてAで示す範囲内にコントロールされる。
A
水タンク132は、リヤフレーム18の板状部材18aおよび18b間でありかつセルスタック102の後側に配置されている。水タンク132にはレベルセンサ133が装着され、水タンク132内の水面の高さが検出される。
The
また、燃料タンク128の前側でありかつフロントフレーム16のフランジ部16bの上側には、二次電池134が設けられている。二次電池134はリヤフレーム18の板状部材(図示せず)の上面に配置される。二次電池134は、セルスタック102で生成された電気エネルギを蓄え、コントローラ156(後述)の指令に応じて電気エネルギを対応する電気構成部材に供給する。たとえば、二次電池134は、補機類や駆動ユニット62に電気エネルギを供給する。
A
二次電池134の上側かつシートレール20の下側には、燃料ポンプ136が配置されている。また、水溶液タンク130の上側にはキャッチタンク140が配置されている。
キャッチタンク140はその上面に蓋140aを備え、たとえば燃料電池システム100を一度も起動したことがない状態(水溶液タンク130が空の状態)において、蓋140aを取り外してメタノール水溶液が供給される。キャッチタンク140は、たとえばPE(ポリエチレン)ブロー成型によって得られる。
A
The
また、フロントフレーム16とセルスタック102とラジエータ112,114とによって囲まれた空間には、気体に含まれる塵等の異物を除去するためのエアフィルタ142が配置され、エアフィルタ142の後方斜め下側には水溶液フィルタ144が配置されている。
An
また、図4に示すように、フロントフレーム16の左側の収納スペースには、水溶液ポンプ146およびエアポンプ148が収納されている。エアポンプ148の左側にはエアチャンバ150が配置されている。水溶液ポンプ146の駆動によってセルスタック102に向けてメタノール水溶液が送り出される。
As shown in FIG. 4, an
さらに、図5に示すように、フロントフレーム16の右側の収納スペースには、前方から順にメインスイッチ152、DC−DCコンバータ154、コントローラ156、防錆用バルブ158および水ポンプ160が配置される。なお、メインスイッチ152はフロントフレーム16の収納スペースを右側から左側に貫通するように設けられている。セルスタック102の前面にはホーン162が設けられている。また、DC−DCコンバータ154は電圧を24Vから12Vに変換し、変換された12Vの電圧によってファン120,126が駆動される。
Further, as shown in FIG. 5, a
このように配置される燃料電池システム100の配管について、図4〜図7および図10を参照して説明する。
燃料タンク128と燃料ポンプ136とはパイプP1によって連通され、燃料ポンプ136と水溶液タンク130とはパイプP2によって連通されている。パイプP1は、燃料タンク128の左側面下端部と燃料ポンプ136の左側面下端部とを結び、パイプP2は、燃料ポンプ136の左側面下端部と水溶液タンク130の右側面上部とを結ぶ。燃料ポンプ136を駆動させることによって、燃料タンク128内のメタノール燃料がパイプP1,P2を介して水溶液タンク130に与えられる。
The piping of the
The
水溶液タンク130と水溶液ポンプ146とはパイプP3によって連通され、水溶液ポンプ146と水溶液フィルタ144とはパイプP4によって連通され、水溶液フィルタ144とセルスタック102とはパイプP5によって連通されている。パイプP3は、水溶液タンク130の左側面下隅部と水溶液ポンプ146の後部とを結び、パイプP4は、水溶液ポンプ146の後部と水溶液フィルタ144の左側面とを結び、パイプP5は、水溶液フィルタ144の右側面とセルスタック102の前面右下隅部に位置するアノード入口I1とを結ぶ。水溶液ポンプ146を駆動させることによって、水溶液タンク130からのメタノール水溶液が、パイプP3側からパイプP4側へと送り出され、水溶液フィルタ144で不純物が除去された後、パイプP5を介してセルスタック102に与えられる。この実施形態ではパイプP4およびP5によって水溶液ポンプ146が送り出すメタノール水溶液をセルスタック102の各燃料電池104に案内するパイプが構成される。
The
セルスタック102と水溶液用のラジエータ112とはパイプP6によって連通され、ラジエータ112と水溶液タンク130とはパイプP7によって連通されている。パイプP6は、セルスタック102の後面左上隅部に位置するアノード出口I2とラジエータ112の下面右側端部から引き出されるラジエータパイプ116の入口118a(図5参照)とを結び、パイプP7は、ラジエータ112の下面左側端部からやや中央寄りの位置から引き出されるラジエータパイプ116の出口118b(図3参照)と水溶液タンク130の左側面上隅部とを結ぶ。セルスタック102から排出される未反応メタノール水溶液および二酸化炭素はパイプP6を介してラジエータ112に与えられ温度が下げられて、パイプP7を介して水溶液タンク130に戻される。これによって水溶液タンク130内のメタノール水溶液の温度を下げることができる。
The
上述したパイプP1〜P7は主として燃料の流路となる。 The pipes P1 to P7 described above mainly serve as fuel flow paths.
また、エアフィルタ142とエアチャンバ150とはパイプP8によって連通され、エアチャンバ150とエアポンプ148とはパイプP9によって連通され、エアポンプ148と防錆用バルブ158とはパイプP10によって接続され、防錆用バルブ158とセルスタック102とはパイプP11によって接続されている。パイプP8は、エアフィルタ142の後部とエアチャンバ150の中央部よりもやや前方寄りの位置とを結び、パイプP9は、エアチャンバ150の中央部の下側とエアポンプ148の後部とを結び、パイプP10は、フロントフレーム16の板状部材16aの左側に位置するエアポンプ148と板状部材16aの右側に位置する防錆用バルブ158とを結び、パイプP11は、防錆用バルブ158とセルスタック102の後面右上端部に位置するカソード入口I3とを結ぶ。燃料電池システム100の運転時には防錆用バルブ158を開いておき、その状態でエアポンプ148を駆動させることによって、酸素を含む空気が外部から吸入される。吸入された空気は、エアフィルタ142で浄化された後、パイプP8、エアチャンバ150およびパイプP9を介してエアポンプ148に流入し、さらに、パイプP10、防錆用バルブ158およびパイプP11を介してセルスタック102に与えられる。防錆用バルブ158は、燃料電池システム100の停止時には閉じられており、エアポンプ148への水蒸気の逆流を防ぎエアポンプ148の錆を防止する。
Further, the
セルスタック102と気液分離用のラジエータ114とは2本のパイプP12によって連通され、ラジエータ114と水タンク132とは2本のパイプP13によって連通され、水タンク132にはパイプ(排気管)P14が設けられている。各パイプP12は、セルスタック102の前面左下隅部に位置するカソード出口I4とラジエータ114の下面左側端部から引き出される各ラジエータパイプ122の入口124a(図3参照)とを結び、各パイプP13は、ラジエータ114の下面左側端部からやや中央寄りの位置から引き出される各ラジエータパイプ122の出口124b(図3参照)と水タンク132の前面上部とを結び、パイプP14は、水タンク132の後面上部に接続され、一旦上昇しその後下降するようにくの字状に形成されている。セルスタック102のカソード出口I4から排出される水分(水および水蒸気)や二酸化炭素を含む排気は、パイプP12を介してラジエータ114に与えられ、水蒸気が液化される。ラジエータ114からの排気は、パイプP13を介して水と共に水タンク132に与えられ、パイプP14を介して外部に排出される。
The
上述したパイプP8〜P14は、主として排気の流路となる。 The pipes P8 to P14 described above mainly serve as an exhaust passage.
さらに、水タンク132と水ポンプ160とはパイプP15によって連通され、水ポンプ160と水溶液タンク130とはパイプP16によって連通されている。パイプP15は、水タンク132の右側面下部と水ポンプ160の中央部とを結び、パイプP16は、水ポンプ160の中央部と水溶液タンク130の左側面上隅部とを結ぶ。水ポンプ160を駆動させることによって、水タンク132内の水がパイプP15,16を介して水溶液タンク130に戻される。
Further, the
上述したパイプP15,P16は水の流路となる。 The pipes P15 and P16 described above serve as a water flow path.
また、水溶液タンク130とキャッチタンク140とはパイプP20によって連通され、キャッチタンク140と水溶液タンク130とはパイプP21によって連通され、キャッチタンク140とエアチャンバ150とはパイプP22によって連通されている。パイプP20は、水溶液タンク130の左側面上隅部とキャッチタンク140の左側面上隅部とを結び、パイプP21は、キャッチタンク140の下端部と水溶液タンク130の左側面下隅部とを結び、パイプP22は、キャッチタンク140の左側面上部寄りの位置とエアチャンバ150の上端面とを結ぶ。水溶液タンク130内にある気体(主に、二酸化炭素、気化したメタノールおよび水蒸気)は、パイプP20を介してキャッチタンク140に与えられる。気化したメタノールと水蒸気とはキャッチタンク140で冷却、液化された後、パイプP21を介して水溶液タンク130に戻される。キャッチタンク140内の気体(二酸化炭素、液化されなかったメタノールおよび水蒸気)は、パイプP22を介してエアチャンバ150に与えられる。
The
上述したパイプP20〜P22は主として燃料処理用の流路となる。 The pipes P20 to P22 described above mainly serve as fuel processing channels.
なお、図10に示すように、セルスタック102のアノード入口I1付近には、セルスタック102に供給されたメタノール水溶液の濃度に対応する濃度情報をメタノール水溶液の電気化学的特性を利用して検出するための電圧センサ168とセルスタック102に供給されたメタノール水溶液の温度を検出するための温度センサ170とが設けられている。この実施形態では、温度センサ170による検出温度を燃料電池104の温度とみなしている。温度センサは、燃料電池104の温度とみなすことができる温度を検出できる任意の箇所に設置されればよく、たとえばアノード出口I2、カソード出口I4または燃料電池104等に設けられてもよい。さらに、エアフィルタ142付近には、外気温度を検出するための外気温度センサ171が設けられている。電圧センサ168は、燃料電池(燃料電池セル)104の開回路電圧(Open Circuit Voltage)を検出し、その電圧値を電気化学的な濃度情報とする。
As shown in FIG. 10, concentration information corresponding to the concentration of the aqueous methanol solution supplied to the
このような燃料電池システム100の電気的構成について、図11を参照して説明する。
燃料電池システム100のコントローラ156は、必要な演算を行い燃料電池システム100の動作を制御するためのCPU172、CPU172にクロックを与えるクロック回路174、燃料電池システム100の動作を制御するためのプログラムやデータおよび演算データ等を格納するための、たとえばEEPROMからなるメモリ176、燃料電池システム100の誤動作を防ぐためのリセットIC178、外部機器と接続するためのインターフェイス回路180、自動二輪車10を駆動する電動モータ60にセルスタック102を接続するための電気回路182における電圧を検出するための電圧検出回路184、燃料電池104ひいてはセルスタック102を流れる電流を検出するための電流検出回路186、電気回路182を開閉するためのON/OFF回路188、電気回路182の過電圧を防止するための電圧保護回路190、電気回路182に設けられるダイオード192、および電気回路182に所定の電圧を供給するための電源回路194を含む。
The electrical configuration of such a
The
このようなコントローラ156のCPU172には、電圧センサ168、温度センサ170および外気温度センサ171からの検出信号、電圧検出回路184からの電圧検出値、ならびに電流検出回路186からの電流検出値が入力される。また、CPU172には、転倒の有無を検知する転倒スイッチ196からの検知信号や、電源をオンオフするためのメインスイッチ152からの入力信号や、各種設定や情報入力のための入力部30cからの信号が与えられる。さらに、CPU172には、レベルセンサ129,131および133からの検出信号も与えられる。
The
記憶手段であるメモリ176には、図15〜図18に示す動作を実行するためのプログラムや演算データ等の他、電圧センサ168によって得られたメタノール水溶液の電気化学的な濃度情報(燃料電池104の開回路電圧)を濃度に変換するための変換情報が格納される。この変換情報は、たとえば、電圧センサの出力情報とそれに対応する濃度との対応関係を示すテーブルデータである。
In the
さらに、メモリ176には、図14に示すような燃料電池初期温度とメタノール燃料投入量との関係を示すテーブルデータが格納される。また、メモリ176には、燃料電池温度と比較される閾値となる所定値(この実施形態では45℃)等が格納される。
Further, the
また、CPU172によって、燃料ポンプ136、水溶液ポンプ146、エアポンプ148、水ポンプ160、冷却用ファン120,126、検出用バルブ138および防錆用バルブ158等の補機類が制御される。さらに、CPU172によって、各種情報を表示し自動二輪車の搭乗者に各種情報を報知するための表示部30bが制御される。
The
また、セルスタック102には二次電池134および駆動ユニット62が接続される。二次電池134および駆動ユニット62は電動モータ60に接続される。二次電池134は、セルスタック102からの出力を補完するものであり、セルスタック102からの電気エネルギによって充電され、その放電によって電動モータ60や補機類に電気エネルギを与える。
Further, a
電動モータ60には、電動モータ60の各種データを計測するためのメータ30aが接続され、メータ30aによって計測されたデータや電動モータ60の状況は、インターフェイス回路198を介してCPU172に与えられる。
A
また、インターフェイス回路198には充電器200が接続可能であり、充電器200は外部電源(商用電源)202に接続できる。充電器200が接続されている場合にはインターフェイス回路198を介してCPU172に充電器接続信号が与えられる。充電器200のスイッチ200aはCPU172によってオン/オフできる。
The
このような燃料電池システム100において注目すべきは、水溶液タンク130である。
図12を参照して、水溶液タンク130内には保持部204が設けられている。保持部204は、水溶液タンク130の内面に取り付けられた支持部206によって支持されている。保持部204は燃料取込・放出部材208を保持する。
What should be noted in such a
Referring to FIG. 12, a holding
図13を参照して、燃料取込・放出部材208はホスト化合物からなり、燃料取込・放出部材208は、ゲスト化合物となる液体燃料である液体メタノール210を取り込み固定化する。燃料取込・放出部材208と液体メタノール210とによって包接化合物212が構成される。
Referring to FIG. 13, the fuel intake /
包接化合技術によって、ホスト化合物である燃料取込・放出部材208は、所定値よりも高い濃度のメタノール水溶液と接触したときメタノール水溶液に含まれる液体メタノール210を取り込み、所定値よりも低い濃度のメタノール水溶液(濃度がゼロの水をも含む)と接触したとき液体メタノール210を放出する。この実施形態では、閾値となる所定値が5%である包接化合物が用いられるが、それに限定されない。このようにして包接化合物212から液体メタノール210を放出した後のホスト化合物は、その液体メタノール210に対する選択的包接能を有し、液体メタノール210の包接化に有効に再利用できる。
By the inclusion compounding technology, the fuel intake /
保持部204は、燃料取込・放出部材208を保持するがメタノール水溶液を保持しない(メタノール水溶液はすり抜ける)ものであってもよい。燃料取込・放出部材208の形状は粉状であっても粒状であってもよい。
The holding
また、図12に示すように、水溶液タンク130内の液位はレベルセンサ131からの出力に基づいてAの範囲内に保持できる。Aの範囲のうち最も低い高さX1は、ホスト化合物208ひいては包接化合物がメタノール水溶液に浸かる位置であることが望ましい。
In addition, as shown in FIG. 12, the liquid level in the
この実施形態では、水溶液タンク130が第1水溶液保持手段に相当する。CPU172が動作制御部に相当する。水タンク132が水保持手段に相当する。燃料補給手段は、燃料タンク128、パイプP1,P2および燃料ポンプ136を含む。水補給手段は、水タンク132、パイプP15,P16および水ポンプ160を含む。水供給手段は、パイプP15,P16および水ポンプ160を含む。
In this embodiment, the
ついで、燃料電池システム100の運転時の主要動作について説明する。
燃料電池システム100は、メインスイッチ152がオンされた後、水溶液ポンプ146やエアポンプ148等の補機類を駆動し、運転を開始する。
Next, main operations during operation of the
After the
水溶液ポンプ146の駆動によって、水溶液タンク130に収容されるメタノール水溶液が、パイプP3側からパイプP4側へと送り出され、水溶液フィルタ144に供給される。そして、水溶液フィルタ144で不純物等が除去されたメタノール水溶液は、パイプP5、アノード入口I1を介してセルスタック102を構成する各燃料電池セル104のアノード104bにダイレクトに供給される。
By driving the
一方、エアポンプ148の駆動によってエアフィルタ142から吸入された空気(エア)は、パイプP8を介してエアチャンバ150に流入することによって消音される。そして、吸入された空気およびエアチャンバ150に与えられたキャッチタンク140からの気体が、パイプP9〜P11、カソード入口I3を介してセルスタック102を構成する各燃料電池セル104のカソード104cに供給される。
On the other hand, the air (air) drawn from the
各燃料電池セル104のアノード104bでは、供給されたメタノール水溶液におけるメタノールと水とが化学反応し、二酸化炭素および水素イオンが生成される。生成された水素イオンは、電解質膜104aを介してカソード104cに流入し、そのカソード104c側に供給された空気中の酸素と電気化学反応して水(水蒸気)および電気エネルギが生成される。つまり、セルスタック102において発電が行われる。生成された電気エネルギは、二次電池134に送られて蓄えられると共に、自動二輪車10の走行駆動等に利用される。
In the
一方、各燃料電池セル104のアノード104bで生成された二酸化炭素および未反応メタノール水溶液は、上記電気化学反応によって発生する熱によって温度上昇し(たとえば約65℃〜70℃となる)、未反応メタノール水溶液の一部は気化される。二酸化炭素および未反応メタノール水溶液は、セルスタック102のアノード出口I2を介して水溶液用のラジエータ112内に流入し、ラジエータパイプ116を流れる間にファン120によって冷却される(たとえば約40℃となる)。冷却された二酸化炭素および未反応メタノール水溶液は、パイプP7を介して水溶液タンク130に戻される。
On the other hand, the carbon dioxide and unreacted methanol aqueous solution generated at the
一方、各燃料電池セル104のカソード104cで生成された水蒸気の大部分は液化して水となってセルスタック102のカソード出口I4から排出されるが、飽和水蒸気分はガス状態で排出される。カソード出口I4から排出された水蒸気の一部は、ラジエータ114で冷却され露点を下げることによって液化される。ラジエータ114による水蒸気の液化動作は、ファン126を動作させることによって行われる。カソード出口I4からの水分(水および水蒸気)は未反応の空気と共にパイプP12,ラジエータ114およびパイプP13を介して水タンク132に与えられる。
On the other hand, most of the water vapor generated at the
また、各燃料電池セル104のカソード104cでは、キャッチタンク140からの気化したメタノールおよびクロスオーバーによってカソードに移動したメタノールが白金触媒層で酸素と反応して無害な水分と二酸化炭素とに分解される。メタノールから分解された水分と二酸化炭素とは、カソード出口I4から排出されラジエータ114を介して水タンク132に与えられる。さらに、水のクロスオーバーによって各燃料電池セル104のカソード104cに移動した水分が、カソード出口I4から排出されラジエータ114を介して水タンク132に与えられる。
Further, in the
水タンク132に回収された水は、水ポンプ160の駆動によってパイプP15,P16を介して水溶液タンク130に適宜還流され、メタノール水溶液の水として利用される。
The water collected in the
運転中の燃料電池システム100では、各燃料電池セル104の劣化を防ぎつつ各燃料電池セル104に効率よく発電させるために、メタノール水溶液の濃度検出処理が定期的に実行される。そして、その検出結果に基づいてセルスタック102に供給すべき水溶液タンク130内のメタノール水溶液のメタノール濃度がたとえば3wt%程度に調整される。具体的には、コントローラ156によって燃料ポンプ136および水ポンプ160が制御され、メタノール濃度の検出結果に基づいて、燃料タンク128内のメタノール燃料が水溶液タンク130へ供給され、水タンク132内の水が水溶液タンク130へ還流される。
In the
図15および図16を参照して、燃料電池システム100の燃料濃度の調整に関する動作について説明する。なお、初期的に燃料取込・放出部材208とメタノール水溶液とを隔離しておく。
With reference to FIG. 15 and FIG. 16, the operation related to the adjustment of the fuel concentration of the
図15および図16に示すフロー図には、燃料取り込み処理(1)(ステップS3〜S9)と燃料取り込み処理(2)(ステップS35〜S39)とが含まれているが、いずれか一方を実行すればよい。ここでは燃料取り込み処理(1)を実行するモードについて説明する。 The flow charts shown in FIGS. 15 and 16 include the fuel intake process (1) (steps S3 to S9) and the fuel intake process (2) (steps S35 to S39). Either one is executed. do it. Here, a mode for executing the fuel intake process (1) will be described.
まず、メインスイッチ152がオンされて燃料電池起動信号が入力されたか否かがCPU172によって確認される(ステップS1)。燃料電池起動信号が入力されるまで待機し、燃料電池起動信号が入力されると、メモリ176に記憶されている燃料投入量が呼び出される(ステップS3)。そして、燃料ポンプ136が駆動され(ステップS5)、記憶された投入量分の高濃度のメタノール燃料が投入される(ステップS7)。燃料投入量のデータがなければデフォルト値が用いられる。これにより、燃料取込・放出部材208に液体メタノール210が取り込まれ、保持される(ステップS9)。そして、水ポンプ160または燃料ポンプ136と水ポンプ160とが駆動されて、水溶液タンク130内の液位が図12に示すAの範囲内に収まるように調整される(ステップS11)。
First, the
その後、水溶液ポンプ146およびエアポンプ148等が駆動され発電が開始される(ステップS13)。このとき、水溶液タンク130内の液位の調整は継続される。そして、燃料取込・放出部材208による液体メタノール210の取り込み・放出を行うことによって、水溶液タンク130内のメタノール水溶液の濃度が第1濃度に自動的に調整され(ステップS15)、温度センサ170によって燃料電池104の温度が検出され(ステップS17)、その温度が45℃以上であるか否か判断される(ステップS19)。燃料電池温度が45℃以上になるまで燃料取込・放出部材208による濃度調整が継続される。この間燃料は補給されない。したがって、ステップS13の発電開始までに、燃料電池温度が45℃に達するまで運転を継続するのに十分な量の燃料を水溶液タンク130内に保持しておく。しかし、発電開始後の燃料補給は禁止されるものではない。また、第1濃度と通常運転時の濃度(第2濃度)とはほぼ同じであってもよいが、始動時の昇温時間を短くするためには第1濃度を通常運転時の濃度よりも大きくすることが望ましく、この実施形態では5%に設定される。
Thereafter, the
ステップS19において燃料電池温度が45℃以上になると、電気化学的センサである電圧センサ168によってメタノール水溶液の濃度情報が得られ、CPU172によってその濃度情報がメモリ176内の変換情報に基づいて濃度に変換され、メタノール濃度が得られる(ステップS21)。その検出濃度に基づいてCPU172が燃料ポンプ136および水ポンプ160の動作を制御することによってメタノール水溶液の濃度が第2濃度に制御され(ステップS23)、燃料電池停止信号が入力されたか否かがCPU172によって判断される(ステップS25)。燃料電池停止信号が入力されるまで電圧センサ168に基づく濃度制御が継続される。この実施形態では、第2濃度はたとえば3%に設定される。このように第2濃度を第1濃度より低くすることによって、燃料取込・放出部材208には燃料である液体メタノール210が保持されていない状態を維持することができる。
When the fuel cell temperature becomes 45 ° C. or higher in step S19, the concentration information of the methanol aqueous solution is obtained by the
ステップS25において燃料電池停止信号が入力されると、電圧センサ168を用いて水溶液濃度が検出され(ステップS27)、燃料取込・放出部材208に保持可能な量の液体メタノール210を供給できるように燃料投入量が算出され(ステップS29)、算出された燃料投入量がメモリ176に記憶される(ステップS31)。
When the fuel cell stop signal is input in step S25, the concentration of the aqueous solution is detected using the voltage sensor 168 (step S27) so that the
ここで、第1濃度より水溶液タンク130内のメタノール水溶液の濃度の方が低ければ、供給すべき液体メタノール210の量を算出できる。
Here, if the concentration of the aqueous methanol solution in the
たとえば、燃料取込・放出部材208が水溶液タンク130内のメタノール水溶液を5%に調整するものであり、燃料取込・放出部材208に保持できる液体メタノール210の量が200ml、燃料取込・放出部材208の体積が300ml、後述の液位低下後の保持部204(ここでは保持部204は水溶液をも保持可能とする)に残るメタノール水溶液が50mlとすれば、メタノール水溶液のその時点の濃度に応じて以下の量の液体メタノール210が供給される。
For example, the fuel intake /
メタノール水溶液の濃度が3%、2%、1%のとき、燃料取込・放出部材208は液体メタノール210を保持していないので、200mlの液体メタノール210を取り込むことができる。さらに保持部204に残っているメタノール水溶液を5%にするためにはそれぞれ約1ml、1.5ml、2mlの液体メタノール210が必要となる。したがって、供給すべき液体メタノール210の量はそれぞれ約201ml、201.5ml、202mlとなる。これに基づいてメタノール燃料の投入量が決定される。なお、濃度によらず液体メタノール210の供給量が200mlとなるようにメタノール燃料の投入量を決定してもよい。
When the concentration of the methanol aqueous solution is 3%, 2%, and 1%, the fuel intake /
そして、燃料取込・放出部材208とメタノール水溶液とが接触しなくなるようにたとえば高さX2(図12参照)まで水溶液タンク130内の液位が下げられ(ステップS33)、燃料取り込み処理(2)(ステップS35〜S39)を行なうことなく発電停止処理が行われ(ステップS41)、終了する。この液位を下げる動作は、メタノール燃料、水の補給量を減少させた状態で発電を継続させることによって行われる。
Then, the liquid level in the
このような燃料電池システム100によれば、包接化合技術を利用し、水溶液タンク130に保持されたメタノール水溶液へ燃料取込・放出部材208を入れ燃料取込・放出部材208とメタノール水溶液とを接触させることによって、メタノール水溶液の濃度を一定にすることができる。メタノール水溶液を循環使用するタイプの燃料電池システム100において、濃度制御が必要なときにその都度、水溶液タンク130に燃料取込・放出部材208を入れることによって、濃度制御を行うことなくメタノール水溶液の濃度を安定させることができる。また、燃料取込・放出部材208をメタノール水溶液から出すことで濃度を変化させることもできる。特に始動時において有効である。
According to such a
また、水溶液タンク130へのメタノール燃料および水の補給量を制御することによって、水溶液タンク130内でのメタノール水溶液の量を容易に調整し、水溶液タンク130に保持されたメタノール水溶液への燃料取込・放出部材208の出入を簡単に制御することができる。
Further, by controlling the amount of methanol fuel and water supplied to the
さらに、保持部204内に燃料取込・放出部材208を配置することによって、高濃度のメタノール水溶液を燃料取込・放出部材208に簡単に供給することができ、燃料取込・放出部材208によって液体メタノール210を素早く保持させることができる。
Further, by disposing the fuel intake /
また、液体メタノール210を燃料電池104に供給する直前に燃料取込・放出部材208に保持させることによって、液体メタノール210が気化し蒸発してしまうことはなく燃料効率を向上できる。
Further, by holding the
ついで、燃料取り込み処理(2)を実行するモードについて説明する。
このモードでは、初期的に燃料取込・放出部材208に液体メタノール210が保持されていなければ、所定量の液体メタノール210を供給し保持させておく。
Next, a mode for executing the fuel intake process (2) will be described.
In this mode, if the
そして、図15および図16を参照して、ステップS1において燃料電池起動信号が入力されると、燃料取り込み処理(1)(ステップS3〜S9)を実行することなくステップS11に進み、メタノール水溶液の液位が調整される。その後、上述と同様にステップS13〜S33が実行される。ステップS33において燃料取込・放出部材208とメタノール水溶液とが接触しなくなるように水溶液タンク130内の液位が下げられた後、燃料ポンプ136が駆動され(ステップS35)、ステップS31において記憶された投入量分の高濃度のメタノール燃料が投入される(ステップS37)。これにより、燃料取込・放出部材208に液体メタノール210が取り込まれ、保持される(ステップS39)。そして、発電停止処理が行われ(ステップS41)、終了する。
15 and 16, when the fuel cell activation signal is input in step S1, the process proceeds to step S11 without executing the fuel intake process (1) (steps S3 to S9), and the methanol aqueous solution The liquid level is adjusted. Thereafter, steps S13 to S33 are executed in the same manner as described above. After the liquid level in the
このモードによれば、燃料電池104の停止指示後に燃料取込・放出部材208に液体メタノール210を保持させておくことによって、燃料電池104の次回の始動を円滑に行うことができる。
According to this mode, the next start-up of the
なお、図15および図16に示す動作において、第2濃度を第1濃度より高くしてもよい。この場合、燃料取込・放出部材208に液体メタノール210が常に満たされた状態を維持できるので、燃料電池104の停止指示後や次回の起動直後に液体メタノール210を燃料取込・放出部材208に供給する必要がなくなる。
In the operations shown in FIGS. 15 and 16, the second concentration may be higher than the first concentration. In this case, since the
つぎに、図17および図18を参照して、燃料電池システム100の他の動作モードについて説明する。なお、初期的に燃料取込・放出部材208とメタノール水溶液とを隔離しておく。また、この動作モードの実行は、燃料取込・放出部材208に液体メタノール210が取り込まれていない状態で開始されることが前提条件となる。
Next, another operation mode of the
このモードでは、ステップS1において燃料電池起動信号が入力されると、温度センサ170によって燃料電池104の温度が検出され(ステップS2a)、その温度が45℃以上か否かが判断される(ステップS2b)。燃料電池温度が45℃未満であれば、メモリ176に記憶された図14に対応するテーブルデータを参照して燃料電池温度に応じて燃料投入量が算出され(ステップS2c)、燃料ポンプ136が駆動され(ステップS5)、算出された投入量分の高濃度のメタノール燃料が投入される(ステップS7)。その後は、上述と同様にステップS9〜S25の処理が実行される。一方、ステップS2bにおいて、燃料電池104の温度が45℃以上であれば、水ポンプ160または燃料ポンプ136と水ポンプ160とが駆動されて、水溶液タンク130内の液位が図12に示すAの範囲内に収まるように調整され(ステップS11a)、その後、水溶液ポンプ146およびエアポンプ148等が駆動され発電が開始され(ステップS13a)、ステップS21に進む。
In this mode, when a fuel cell activation signal is input in step S1, the temperature of the
ステップS25において燃料電池停止信号が入力されると、水溶液タンク130内の液位が調整され、燃料取込・放出部材208とメタノール水溶液とが接触しなくなるように液位が下げられる(ステップS33a)。そして、発電停止処理が行われ(ステップS41a)、終了する。
When the fuel cell stop signal is input in step S25, the liquid level in the
このモードによれば、始動時の燃料電池温度に応じてメタノール燃料の投入量を適切に決定できる。 According to this mode, the amount of methanol fuel input can be appropriately determined according to the temperature of the fuel cell at the time of startup.
なお、このモードにおいて、次のように動作させてもよい。ステップS19で燃料電池温度が45℃に達する前に燃料電池104の発電が停止されたときには、そのときの燃料電池温度を記憶しておき、次回起動時のステップS2cにおいて、記憶しておいた温度における投入量(図14参照)を差し引いてメタノール燃料を投入する。
In this mode, the following operation may be performed. When power generation of the
また、燃料電池システム100において、図10および図11に示すように、メタノール水溶液の退避または返還を可能とするための水溶液タンク130aを別途設け、CPU172で水溶液ポンプ146a,146bの動作を制御することによってメタノール水溶液の退避や返還を実行するようにしてもよい。この場合、水溶液タンク130内の液量を素早く変化させることができ、水溶液タンク130に保持されたメタノール水溶液への燃料取込・放出部材208の出入を迅速に制御することができる。この実施形態では、水溶液タンク130aが第2水溶液保持手段に相当する。第1供給手段は水溶液ポンプ146aを含み、第2供給手段は水溶液ポンプ146bを含む。なお、水溶液ポンプとして逆回転可能なポンプを用いるならば1つのポンプでよい。また、メタノール水溶液の退避、返還のいずれか一方は重力や毛管作用により行うようにしてもよい。この場合、水溶液ポンプ146a,146bのいずれか一方は不要であり、CPU172によって開閉を制御する弁機構に置換することができる。
Further, in the
また、水タンク132を水溶液タンク130aに兼用し、水ポンプ160を水溶液ポンプ146aに兼用し、CPU172によって水ポンプ160の動作を制御し、水溶液タンク130に保持されたメタノール水溶液への燃料取込・放出部材208の出入を制御するようにしてもよい。
Further, the
さらに、水タンク132を水溶液タンク130aに兼用し、水ポンプ160を水溶液ポンプ146bに兼用し、水溶液タンク130と水タンク132とをバルブ161(図10および図11参照)を介して結び、CPU172によって水ポンプ160およびバルブ161の動作を制御し、水溶液タンク130に保持されたメタノール水溶液への燃料取込・放出部材208の出入を制御するようにしてもよい。この実施形態では、第1供給手段はバルブ161を含む。
Further, the
これらの場合、水溶液タンク130aを別途設けることなく簡単な構成で水溶液タンク130内の液量を変化させることができる。
In these cases, the amount of liquid in the
なお、水溶液タンク130におけるメタノール水溶液の液位を変化させる態様としては、上述の態様に限定されず、任意の方法によって水溶液タンク130におけるメタノール水溶液の液位を変化させ燃料取込・放出部材208とメタノール水溶液との接触を制御することができる。
The mode of changing the liquid level of the aqueous methanol solution in the
さらに、図19に示すように、水溶液タンク130の上面に巻き上げ機214を設け、巻き上げ機214のワイヤ216に保持部204を接続し、保持部204を上下方向に移動可能に支持してもよい。この場合、巻き上げ機214が支持部に相当する。
Further, as shown in FIG. 19, a hoisting
この場合も、図15および図16に示す動作、図17および図18に示す動作を実行できる。但し、ステップS11,S11aの液位調整処理が、燃料取込・放出部材208を降下させメタノール水溶液に入れる処理に替えられ、ステップS33およびS33aの液位調整処理が、燃料取込・放出部材208を上昇させメタノール水溶液から出す処理に替えられることが望ましい。
Also in this case, the operations shown in FIGS. 15 and 16 and the operations shown in FIGS. 17 and 18 can be executed. However, the liquid level adjustment process of steps S11 and S11a is replaced with the process of lowering the fuel intake /
この実施形態では、巻き上げ機214の動作をCPU172によって制御することによって、保持部204ひいては燃料取込・放出部材208の上下方向の位置を変化させることができ、水溶液タンク130に保持されたメタノール水溶液への燃料取込・放出部材208の出し入れを簡単に制御できる。また、水溶液タンク130の水溶液出口付近まで燃料取込・放出部材208を移動させることによって、目標濃度に近いメタノール水溶液を燃料電池104のアノード104bに確実に供給することができる。
In this embodiment, by controlling the operation of the hoisting
また、水溶液タンク130の内側面に上下方向に延びるレールを形成しておき、そのレールを保持部204が摺動することによって保持部204ひいては燃料取込・放出部材208を上下方向に移動させてもよい。
Further, a rail extending in the vertical direction is formed on the inner surface of the
この発明は、燃料電池システム100を含む自動二輪車10ひいては自動車、船舶等の輸送機器に好適に用いられる。
The present invention is suitably used for a
なお、メタノール水溶液の濃度を求めるための変換情報は、濃度情報を濃度に変換するための演算式であってもよい。 Note that the conversion information for obtaining the concentration of the methanol aqueous solution may be an arithmetic expression for converting the concentration information into the concentration.
上述の実施形態では、ゲスト化合物となる液体燃料が液体メタノール210である場合について説明したがこれに限定されない。液体燃料は、燃料電池104の燃料として用いることができるものであればよく、たとえば、その他のアルコール類、エーテル類、炭化水素類、アセタール類などが挙げられる。当該液体燃料は、具体的にはメタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール等のアルコール類、ジメチルエーテル、メチルエチルエーテル、ジエチルエーテル等のエーテル類、プロパン、ブタン等の炭化水素類、ジメトキシメタン、トリメトキシメタン等のアセタール類などが挙げられ、これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
In the above-described embodiment, the case where the liquid fuel serving as the guest compound is the
また、ホスト化合物としては、有機化合物、無機化合物及び有機・無機複合化合物よりなるものが知られており、また、有機化合物においては、単分子系、多分子系、高分子系ホストなどが知られている。 Further, as host compounds, those composed of organic compounds, inorganic compounds and organic / inorganic composite compounds are known, and as organic compounds, monomolecular, polymolecular, and polymeric hosts are known. ing.
単分子系ホスト化合物としては、シクロデキストリン類、クラウンエーテル類、クリプタンド類、シクロファン類、アザシクロファン類、カリックスアレン類、シクロトリベラトリレン類、スフェランド類、環状オリゴペプチド類などが挙げられる。また多分子系ホスト化合物としては、尿素類、チオ尿素類、デオキシコール酸類、ペルヒドロトリフェニレン類、トリ−o−チモチド類、ビアンスリル類、スピロビフルオレン類、シクロフォスファゼン類、モノアルコール類、ジオール類、アセチレンアルコール類、ヒドロキシベンゾフェノン類、フェノール類、ビスフェノール類、トリスフェノール類、テトラキスフェノール類、ポリフェノール類、ナフトール類、ビスナフトール類、ジフェニルメタノール類、カルボン酸アミド類、チオアミド類、ビキサンテン類、カルボン酸類、イミダゾール類、ヒドロキノン類などが挙げられる。また、高分子系ホスト化合物としては、セルロース類、デンプン類、キチン類、キトサン類、ポリビニルアルコール類、1,1,2,2−テトラキスフェニルエタンをコアとするポリエチレングリコールアーム型ポリマー類、α,α,α',α'−テトラキスフェニルキシレンをコアとするポリエチレングリコールアーム型ポリマー類などが挙げられる。 Monomolecular host compounds include cyclodextrins, crown ethers, cryptands, cyclophanes, azacyclophanes, calixarenes, cyclotriveratrylenes, spherands, cyclic oligopeptides, etc. . Examples of the multi-molecular host compound include ureas, thioureas, deoxycholic acids, perhydrotriphenylenes, tri-o-thymotides, beansryls, spirobifluorenes, cyclophosphazenes, monoalcohols, Diols, acetylene alcohols, hydroxybenzophenones, phenols, bisphenols, trisphenols, tetrakisphenols, polyphenols, naphthols, bisnaphthols, diphenylmethanols, carboxylic acid amides, thioamides, bixanthenes, Examples thereof include carboxylic acids, imidazoles, and hydroquinones. In addition, examples of the polymer host compound include celluloses, starches, chitins, chitosans, polyvinyl alcohols, polyethylene glycol arm type polymers having 1,1,2,2-tetrakisphenylethane as a core, α, Examples include polyethylene glycol arm type polymers having α, α ′, α′-tetrakisphenylxylene as a core.
また、その他に有機リン化合物、有機ケイ素化合物なども挙げられる。 In addition, an organophosphorus compound, an organosilicon compound, etc. are also mentioned.
無機系ホスト化合物としては、酸化チタン、グラファイト、アルミナ、遷移金属ジカルゴゲナイト、フッ化ランタン、粘土鉱物(モンモリロナイトなど)、銀塩、ケイ酸塩、リン酸塩、ゼオライト、シリカ、多孔質ガラスなどが挙げられる。 Examples of inorganic host compounds include titanium oxide, graphite, alumina, transition metal dicargogenite, lanthanum fluoride, clay minerals (such as montmorillonite), silver salts, silicates, phosphates, zeolites, silica, and porous glass. It is done.
さらに、有機金属化合物にもホスト化合物としての性質を示すものがあり、たとえば有機アルミニウム化合物、有機チタン化合物、有機ホウ素化合物、有機亜鉛化合物、有機インジウム化合物、有機ガリウム化合物、有機テルル化合物、有機スズ化合物、有機ジルコニウム化合物、有機マグネシウム化合物などが挙げられる。また、有機カルボン酸の金属塩や有機金属錯体などを用いることも可能であるが、有機金属化合物であれば、特にこれらに限定されるものではない。 In addition, some organometallic compounds exhibit properties as host compounds, such as organoaluminum compounds, organotitanium compounds, organoboron compounds, organozinc compounds, organoindium compounds, organogallium compounds, organotellurium compounds, organotin compounds. , Organic zirconium compounds, and organic magnesium compounds. Moreover, it is also possible to use a metal salt of an organic carboxylic acid, an organic metal complex, or the like, but it is not particularly limited as long as it is an organic metal compound.
これらのホスト化合物のうち、包接能力がゲスト化合物の分子の大きさに左右されにくい多分子系ホスト化合物が好適である。 Of these host compounds, multi-molecular host compounds whose inclusion ability is hardly influenced by the molecular size of the guest compound are preferable.
多分子系ホスト化合物としては、具体的には、尿素、1,1,6,6−テトラフェニルヘキサ−2,4−ジイン−1,6−ジオール、1,1−ビス(2,4−ジメチルフェニル)−2−プロピン−1−オール、1,1,4,4−テトラフェニル−2−ブチン−1,4−ジオール、1,1,6,6−テトラキス(2,4−ジメチルフェニル)−2,4−ヘキサジイン−1,6−ジオール、9,10−ジフェニル−9,10−ジヒドロアントラセン−9,10−ジオール、9,10−ビス(4−メチルフェニル)−9,10−ジヒドロアントラセン−9,10−ジオール、1,1,2,2−テトラフェニルエタン−1,2−ジオール、4−メトキシフェノール、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、4,4'−ジヒドロキシベンゾフェノン、2,2'−ジヒドロキシベンゾフェノン、2,2',4,4'−テトラヒドロキシベンゾフェノン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、4,4'−スルホニルビスフェノール、2,2'−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、4,4'−エチリデンビスフェノール、4,4'−チオビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、1,1,3−トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニル)ブタン、1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エチレン、1,1,2,2−テトラキス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−フルオロ−4−ヒドロキシフェニル)エタン、α,α,α',α'−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)−p−キシレン、テトラキス(p−メトキシフェニル)エチレン、3,6,3',6'−テトラメトキシ−9,9'−ビ−9H−キサンテン、3,6,3',6'−テトラアセトキシ−9,9'−ビ−9H−キサンテン、3,6,3',6'−テトラヒドロキシ−9,9'−ビ−9H−キサンテン、没食子酸、没食子酸メチル、カテキン、ビス−β−ナフトール、α,α,α',α'−テトラフェニル−1,1'−ビフェニル−2,2'−ジメタノール、ジフェン酸ビスジシクロヘキシルアミド、フマル酸ビスジシクロヘキシルアミド、コール酸、デオキシコール酸、1,1,2,2−テトラフェニルエタン、テトラキス(p−ヨードフェニル)エチレン、9,9'−ビアンスリル、1,1,2,2−テトラキス(4−カルボキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−カルボキシフェニル)エタン、アセチレンジカルボン酸、2,4,5−トリフェニルイミダゾール、1,2,4,5−テトラフェニルイミダゾール、2−フェニルフェナントロ[9,10−d]イミダゾール、2−(o−シアノフェニル)フェナントロ[9,10−d]イミダゾール、2−(m−シアノフェニル)フェナントロ[9,10−d]イミダゾール、2−(p−シアノフェニル)フェナントロ[9,10−d]イミダゾール、ヒドロキノン、2−t−ブチルヒドロキノン、2,5−ジ−t−ブチルヒドロキノン、2,5−ビス(2,4−ジメチルフェニル)ヒドロキノン、などが挙げられる。 Specific examples of the multimolecular host compound include urea, 1,1,6,6-tetraphenylhexa-2,4-diyne-1,6-diol, and 1,1-bis (2,4-dimethyl). Phenyl) -2-propyn-1-ol, 1,1,4,4-tetraphenyl-2-butyne-1,4-diol, 1,1,6,6-tetrakis (2,4-dimethylphenyl)- 2,4-hexadiyne-1,6-diol, 9,10-diphenyl-9,10-dihydroanthracene-9,10-diol, 9,10-bis (4-methylphenyl) -9,10-dihydroanthracene- 9,10-diol, 1,1,2,2-tetraphenylethane-1,2-diol, 4-methoxyphenol, 2,4-dihydroxybenzophenone, 4,4′-dihydroxybenzophenone, 2, 2'-dihydroxybenzophenone, 2,2 ', 4,4'-tetrahydroxybenzophenone, 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) cyclohexane, 4,4'-sulfonylbisphenol, 2,2'-methylenebis (4- Methyl-6-tert-butylphenol), 4,4′-ethylidenebisphenol, 4,4′-thiobis (3-methyl-6-tert-butylphenol), 1,1,3-tris (2-methyl-4-hydroxy) -5-t-butylphenyl) butane, 1,1,2,2-tetrakis (4-hydroxyphenyl) ethane, 1,1,2,2-tetrakis (4-hydroxyphenyl) ethylene, 1,1,2, 2-tetrakis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) ethane, 1,1,2,2-tetrakis (3-fluoro-4-hydroxyphenyl) Ethane, α, α, α ′, α′-tetrakis (4-hydroxyphenyl) -p-xylene, tetrakis (p-methoxyphenyl) ethylene, 3,6,3 ′, 6′-tetramethoxy-9,9 ′ -Bi-9H-xanthene, 3,6,3 ', 6'-tetraacetoxy-9,9'-bi-9H-xanthene, 3,6,3', 6'-tetrahydroxy-9,9'-bi -9H-xanthene, gallic acid, methyl gallate, catechin, bis-β-naphthol, α, α, α ′, α′-tetraphenyl-1,1′-biphenyl-2,2′-dimethanol, diphenic acid Bisdicyclohexylamide, bisdicyclohexylamide fumarate, cholic acid, deoxycholic acid, 1,1,2,2-tetraphenylethane, tetrakis (p-iodophenyl) ethylene, 9,9′-bianthryl, 1,1,2 , 2- Tetrakis (4-carboxyphenyl) ethane, 1,1,2,2-tetrakis (3-carboxyphenyl) ethane, acetylenedicarboxylic acid, 2,4,5-triphenylimidazole, 1,2,4,5-tetraphenyl Imidazole, 2-phenylphenanthro [9,10-d] imidazole, 2- (o-cyanophenyl) phenanthro [9,10-d] imidazole, 2- (m-cyanophenyl) phenanthro [9,10-d ] Imidazole, 2- (p-cyanophenyl) phenanthro [9,10-d] imidazole, hydroquinone, 2-t-butylhydroquinone, 2,5-di-t-butylhydroquinone, 2,5-bis (2,4 -Dimethylphenyl) hydroquinone, and the like.
ホスト化合物としては、上記したものの中でも1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エチレンのようなフェノール系ホスト化合物、ジフェン酸ビス(ジシクロヘキシルアミド)、フマル酸ビスジシクロヘキシルアミドのようなアミド系ホスト化合物、2−(m−シアノフェニル)フェナントロ[9,10−d]イミダゾールのようなイミダゾール系ホスト化合物が包接能力の面で有利であり、特に、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサンのようなフェノール系ホスト化合物が工業的に使用しやすい点で有利である。 Among the compounds described above, 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) cyclohexane, 1,1,2,2-tetrakis (4-hydroxyphenyl) ethane, 1,1,2,2-tetrakis (4 -Hydroxyphenyl) phenolic host compounds such as ethylene, diphenic acid bis (dicyclohexylamide), amide based host compounds such as fumaric acid bisdicyclohexylamide, 2- (m-cyanophenyl) phenanthro [9,10-d] An imidazole host compound such as imidazole is advantageous in terms of inclusion ability, and in particular, a phenol host compound such as 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) cyclohexane is advantageous in terms of easy industrial use. It is.
これらのホスト化合物は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 These host compounds may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
これらのホスト化合物は、固体状の包接化合物を形成できるものであれば、どのような形状の化合物でもかまわない。 These host compounds may be compounds of any shape as long as they can form a solid clathrate compound.
また、上述のホスト化合物のうち、有機系ホスト化合物は、多孔質物質に担持させた有機・無機複合素材として使用することもできる。この場合、有機系ホスト化合物を担持する多孔質物質としては、シリカ類、ゼオライト類、活性炭類の他に、粘土鉱物類、モンモリロナイト類などの層間化合物などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。このような有機・無機複合素材は、前述の有機系ホスト化合物を、これを溶解することのできる溶媒に溶解させ、その溶液を多孔質物質中に含浸させ、溶媒を乾燥、減圧乾燥するなどの方法で製造することができる。多孔質物質に対する有機系ホスト化合物の担持量としては特に制限はないが、通常の場合、多孔質物質に対して10〜80重量%程度である。 Of the above host compounds, organic host compounds can also be used as an organic / inorganic composite material supported on a porous material. In this case, examples of the porous material supporting the organic host compound include intercalation compounds such as clay minerals and montmorillonites in addition to silicas, zeolites and activated carbons, but are not limited thereto. is not. Such an organic / inorganic composite material is prepared by dissolving the above-mentioned organic host compound in a solvent capable of dissolving it, impregnating the solution in a porous material, drying the solvent, drying under reduced pressure, etc. It can be manufactured by the method. The amount of the organic host compound supported on the porous material is not particularly limited, but is usually about 10 to 80% by weight based on the porous material.
前述の1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサンなどのホスト化合物を用いて包接化合物を合成する方法としては、燃料とホスト化合物とを直接接触、混合する方法が挙げられ、これにより、液体燃料を包接した包接化合物を容易に合成することができる。 Examples of the method for synthesizing an inclusion compound using a host compound such as 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) cyclohexane described above include a method in which a fuel and a host compound are directly contacted and mixed. It is possible to easily synthesize an inclusion compound containing liquid fuel.
包接化合物の合成に際して、燃料とホスト化合物とを接触させる温度は、特に制限はないが、常温〜100℃程度が好ましい。このときの圧力条件についても特に制限はないが、常圧環境で行うことが好ましい。また、燃料とホスト化合物とを接触させる時間についても特に制限はないが、作業効率等の面から0.01〜24時間程度とするのが好ましい。 In the synthesis of the clathrate compound, the temperature at which the fuel and the host compound are brought into contact with each other is not particularly limited, but is preferably from room temperature to about 100 ° C. There is no particular limitation on the pressure condition at this time, but it is preferably performed in a normal pressure environment. The time for contacting the fuel and the host compound is not particularly limited, but is preferably about 0.01 to 24 hours from the viewpoint of work efficiency.
このようにして得られる包接化合物は、用いたホスト化合物の種類、燃料との接触条件等によっても異なるが、通常ホスト化合物1モルに対して燃料分子0.1〜10モルを包接した包接化合物である。 The clathrate compound thus obtained varies depending on the type of the host compound used, the contact condition with the fuel, etc., but usually the clathrate in which 0.1 to 10 moles of fuel molecules are clathrated per mole of the host compound. It is a contact compound.
10 自動二輪車
100 燃料電池システム
102 燃料電池セルスタック
104 燃料電池(燃料電池セル)
128 燃料タンク
130,130a 水溶液タンク
132 水タンク
136 燃料ポンプ
146,146a,146b 水溶液ポンプ
156 コントローラ
160 水ポンプ
161 バルブ
168 電圧センサ
170 温度センサ
172 CPU
176 メモリ
204 保持部
206 支持部
208 燃料取込・放出部材
210 液体メタノール
212 包接化合物
214 巻き上げ機
P1〜P16,P20〜P22 パイプ
DESCRIPTION OF
128
176
Claims (14)
電気化学反応によって電気エネルギを生成する燃料電池、
前記燃料電池に供給される前記燃料水溶液を保持する第1水溶液保持手段、
所定値よりも高い濃度の前記燃料水溶液と接触したとき前記燃料水溶液に含まれる液体燃料を取り込み前記所定値よりも低い濃度の前記燃料水溶液と接触したとき液体燃料を放出するホスト化合物からなる燃料取込・放出部材、および
前記第1水溶液保持手段に保持された前記燃料水溶液への前記燃料取込・放出部材の出入を制御する制御手段を備える、燃料電池システム。 A fuel cell system that circulates and uses an aqueous fuel solution,
A fuel cell that generates electrical energy through an electrochemical reaction;
First aqueous solution holding means for holding the aqueous fuel solution supplied to the fuel cell;
A fuel intake comprising a host compound that takes in the liquid fuel contained in the aqueous fuel solution when coming into contact with the aqueous fuel solution having a concentration higher than a predetermined value and releases the liquid fuel when brought into contact with the aqueous fuel solution having a concentration lower than the predetermined value. A fuel cell system, comprising: a charging / discharging member; and a control unit that controls the fuel intake / release member to and from the fuel aqueous solution held by the first aqueous solution holding unit.
前記第1水溶液保持手段に前記燃料水溶液以上の濃度を有する燃料を補給する燃料補給手段、
前記第1水溶液保持手段に水を補給する水補給手段、および
前記第1水溶液保持手段に保持された前記燃料水溶液への前記燃料取込・放出部材の出入を制御するために前記燃料補給手段および前記水補給手段の動作を制御する動作制御部を含む、請求項1に記載の燃料電池システム。 The control means includes
Fuel replenishing means for replenishing the first aqueous solution holding means with fuel having a concentration equal to or higher than the aqueous fuel solution;
Water replenishing means for replenishing water to the first aqueous solution holding means, and the fuel replenishing means for controlling the fuel intake / release member to and from the fuel aqueous solution held by the first aqueous solution holding means; The fuel cell system according to claim 1, further comprising an operation control unit that controls an operation of the water supply means.
前記燃料水溶液を保持する第2水溶液保持手段、
前記第1水溶液保持手段から前記第2水溶液保持手段へ前記燃料水溶液を供給する第1供給手段、
前記第2水溶液保持手段から前記第1水溶液保持手段へ前記燃料水溶液を供給する第2供給手段、および
前記第1水溶液保持手段に保持された前記燃料水溶液への前記燃料取込・放出部材の出入を制御するために前記第1供給手段および前記第2供給手段の動作を制御する動作制御部を含む、請求項1に記載の燃料電池システム。 The control means includes
Second aqueous solution holding means for holding the aqueous fuel solution;
First supply means for supplying the aqueous fuel solution from the first aqueous solution holding means to the second aqueous solution holding means;
Second supply means for supplying the aqueous fuel solution from the second aqueous solution holding means to the first aqueous solution holding means, and the fuel intake / release member in and out of the aqueous fuel solution held by the first aqueous solution holding means 2. The fuel cell system according to claim 1, further comprising an operation control unit configured to control operations of the first supply unit and the second supply unit in order to control the operation.
前記水保持手段に保持される水を前記第1水溶液保持手段に供給する水供給手段を備え、
前記水保持手段は前記第2水溶液保持手段を兼ね、前記水供給手段は前記第1供給手段または前記第2供給手段を兼ね、
前記動作制御部は、前記第1水溶液保持手段に保持された前記燃料水溶液への前記燃料取込・放出部材の出入を制御するために前記水供給手段の動作を制御する、請求項3に記載の燃料電池システム。 Water holding means for holding water discharged from the fuel cell, and water supply means for supplying water held in the water holding means to the first aqueous solution holding means,
The water holding means also serves as the second aqueous solution holding means, the water supply means serves as the first supply means or the second supply means,
The said operation control part controls operation | movement of the said water supply means in order to control the entrance / exit of the said fuel intake / release member to the said aqueous fuel solution hold | maintained at the said 1st aqueous solution holding means. Fuel cell system.
前記燃料取込・放出部材を保持する保持部、
前記保持部を移動可能に支持する支持部、および
前記第1水溶液保持手段に保持された前記燃料水溶液への前記燃料取込・放出部材の出入を制御するために前記支持部の動作を制御する動作制御部を含む、請求項1に記載の燃料電池システム。 The control means includes
A holding portion for holding the fuel intake / release member;
A support unit for movably supporting the holding unit; and controlling the operation of the support unit to control the fuel intake / release member to and from the fuel aqueous solution held by the first aqueous solution holding unit. The fuel cell system according to claim 1, comprising an operation control unit.
前記燃料取込・放出部材を保持しかつ前記第1水溶液保持手段内に配置され前記燃料が供給される保持部を備える、請求項1に記載の燃料電池システム。 A fuel replenishing means for replenishing the first aqueous solution holding means with a fuel having a concentration equal to or higher than the aqueous fuel solution; and a fuel supply / release member which is disposed in the first aqueous solution holding means and supplied with the fuel. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a holding portion.
燃料電池に供給される前記燃料水溶液を第1水溶液保持手段によって保持し、所定値よりも高い濃度の前記燃料水溶液と接触したとき前記燃料水溶液に含まれる液体燃料を取り込み前記所定値よりも低い濃度の前記燃料水溶液と接触したとき液体燃料を放出するホスト化合物からなる燃料取込・放出部材を前記第1水溶液保持手段内に配置し、前記燃料取込・放出部材と前記燃料水溶液とを接触させることによって前記第1水溶液保持手段内に存在する前記燃料水溶液の濃度を調整する、燃料電池システムの運転方法。 An operation method of a fuel cell system that circulates and uses an aqueous fuel solution,
The fuel aqueous solution supplied to the fuel cell is held by the first aqueous solution holding means, and when it comes into contact with the fuel aqueous solution having a concentration higher than a predetermined value, the liquid fuel contained in the fuel aqueous solution is taken in and the concentration is lower than the predetermined value. A fuel intake / release member made of a host compound that releases liquid fuel when contacted with the aqueous fuel solution is disposed in the first aqueous solution holding means, and the fuel intake / release member and the aqueous fuel solution are brought into contact with each other. The operation method of the fuel cell system, wherein the concentration of the aqueous fuel solution present in the first aqueous solution holding means is adjusted accordingly.
9. The method of operating a fuel cell system according to claim 8, wherein after the fuel cell stop instruction, the fuel intake / release member holds liquid fuel.
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