JP2008027817A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 より効率的に結露を防止することの可能な燃料電池を提供することを目的とする。
【解決手段】 ＤＭＦＣ型の燃料電池１は、スタック２２から排出する気体に含まれるメタノール成分を無害化し、放出しなくてはならないため、メタノールを燃焼させるメタノール燃焼槽６０をスタック２２より下流側に設けている。メタノール燃焼槽６０はメタノールの燃焼反応により発熱反応を起こしているため、メタノール燃焼槽６０に十分なメタノールを供給し発熱を促すことができれば、メタノール燃焼槽６０を通過する高温多湿の気体に熱を与えることができる。メタノール燃焼槽６０にメタノールを供給することで発熱反応を促し、結露を防止するために必要な熱量を気体に与えることができるため、スタック２２から排出される気体が配管内で結露するのをより効率的に防止することが可能となる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、燃料電池に関し、特に結露を防止する構造に関する。

現在、携帯可能なノート型のパーソナルコンピュータ、モバイル機器等の電子機器の電源としては、主に、リチウムイオンバッテリなどの二次電池が用いられている。近年、これら電子機器の高機能化に伴う消費電力の増加や更なる長時間使用の要請から、高出力で充電の必要のない小型燃料電池が新たな電源として期待されている。燃料電池には種々の形態があるが、特に、燃料としてメタノール溶液を使用するダイレクトメタノール方式の燃料電池（以下、ＤＭＦＣと称する）は、水素を燃料とする燃料電池に比べて燃料の取扱いが容易で、システムが簡易である。ＤＭＦＣは発電の際に排出される未使用燃料を再度発電のために使用することができるため、小型で長時間運転が求められる電子機器の電源として適している。

直接メタノール型燃料電池において、スタック内の反応等によりスタックから排出される気体は大量の水分を含んでいる。発電によりスタックの温度が上昇しており、スタックから排出される気体の温度は大気より高くなっている。そのため、気体を燃料電池システムから排出する前に配管内等で放熱を起こし、気体に含まれていた水分の一部が凝縮し、水分結露を起こしてしまう。燃料電池内部の部品によっては、結露した水分が付着して劣化や破損を引き起こすことがある。また、結露した水分が燃料電池システム外に放出されてしまうと、燃料電池システムを使用する上で、不都合が生じる。

従来、結露を防止する方法としては例えば、高温多湿のガスが流れる配管をヒータで加熱する方法や、結露が生じると問題のある部品自体をヒータ等により加熱する方法が挙げられる。燃料電池に関する結露を防止する技術として例えば特許文献１に記載されたものが挙げられる。水素と酸素との反応により生成された反応ガスは、カソード内で水蒸気となって排気管から燃料電池の外部へ排気される。外部に排気する主排気管から分岐配管に排気ガスを分岐して、排気ガス中に含まれる水素を検知する水素センサに導入する。分岐配管には分岐配管を被覆する加熱手段が設けられる。分岐配管を通過し水素センサ内に導入される排気ガスの温度を、分岐入口の分流排気ガス温度よりも高い温度に保持することで、水素センサにおける結露の発生を防止することができる。
特開２００５−３５３３９７号公報

しかし上記の方法では、配管にヒータ等の加熱手段を被覆し、配管を介して排気ガスに熱を与えるため、熱伝達の効率が悪くエネルギーロスが大きいという問題がある。

そこで本発明の目的は、より効率的に結露を防止することの可能な燃料電池を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明に係る燃料電池は、液体燃料を収容する燃料タンクと、アノードとカソードを有し、前記液体燃料と酸素を化学反応させて発電を行う起電部と、前記燃料タンクから前記起電部に液体燃料を供給する第１の燃料供給手段と、前記起電部に酸素を供給する酸素供給部と、前記起電部から排出される流体が流れる第1の配管と、前記第1の配管を流れる流体を燃焼反応させる反応部と、前記液体燃料を前記燃料タンクから前記反応部に供給する第２の燃料供給手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、より効率的に結露を防止することの可能な燃料電池を提供することができる。

以下本発明に係る第１の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る燃料電池装置を示す外観斜視図である。図２は燃料電池装置をノート型コンピュータに接続した状態を示す外観斜視図である。燃料電池１は例えばノート型コンピュータ１０の外部電源として用いられる。この燃料電池１はダイレクトメタノール方式の燃料電池（ＤＭＦＣ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）である。メタノールと水を混合した予混合液を燃料とし、この予混合液を空気中の酸素と電解質膜で化学反応させることによって発電させる。このＤＭＦＣは、水素を燃料に用いる燃料電池よりも取り扱いが容易で、装置全体を小型にまとめることができる。

燃料電池１は、略直方体に形成された本体１１と、本体１１の底に沿って平坦に延出した載置部１２とを有している。本体１１の壁部には多数の通気孔１１ａが形成されている。本体１１の内部には後述する発電部が納められている。本体１１の一部は、カバー１１ｂとして取り外せるように形成されている。本体１１のカバー１１ｂを取り外した部分には後述する燃料タンクが入れられている。

載置部１２は、ノート型コンピュータ１０の後部とドッキングできるように形成されている。載置部１２の内部には、後述する制御部が設けられている。制御部は発電部の動作を制御する。載置部１２の上面には、ノート型コンピュータ１０を連結するロック機構１３と、燃料電池１から電力をノート型コンピュータ１０に供給するためのコネクタ１４とが設けられている。

ロック機構１３は、載置部１２上の３箇所に配置されており、それぞれ位置決め突起１３ａとフック１３ｂとを備える。ノート型コンピュータ１０の後部底面には、ロック機構１３に連結される係合孔、およびコネクタ１４に接続されるソケットが設けられている。

ノート型コンピュータ１０が載置部１２に押し当てられると、ロック機構１３がノート型コンピュータ１０の係合孔に挿入される。フック１３ｂによって載置部１２にノート型コンピュータ１０が保持される。その結果、ノート型コンピュータ１０のソケットがコネクタ１４と電気的に接続される。この状態で、本体１１に設けられたスイッチがオンにされると、燃料電池１は、発電を開始する。

載置部１２は、さらにイジェクトボタン１５を備える。このイジェクトボタン１５を押すと、ロック機構１３のフック１３２が解除され、ノート型コンピュータ１０を燃料電池１から取り外すことができるようになる。

図３は燃料電池の発電システムの系統図である。図４は起電部のセル構造を模式的に示した図である。燃料電池１は、発電部２０と、燃料電池１の動作を制御する制御部２１とを備えている。制御部２１は発電部２０の制御を行う他、ノート型コンピュータ１０との通信を行う通信制御部としての機能を有する。発電部２０は本体１１内に設けられており、制御部２１は載置部１２内に設けられている。

発電部２０は、発電を行うための中心となるスタック２２を有する他、燃料となるメタノールを収納する燃料カートリッジ２３を備えている。スタック２２は、化学反応によって発電を行う起電部として機能する。燃料カートリッジ２３には高濃度のメタノールが封入されている。燃料カートリッジ２３は、燃料を消費した時には容易に交換できるよう、着脱可能となっている。

発電部２０は燃料、その他の流体を流す液体流路と、空気、その他の気体を流す気体流路と、を備えている。液体流路には、燃料カートリッジ２３の出力部に配管接続された燃料ポンプ２４、燃料ポンプ２４の出力部に配管を介して接続された混合タンク２５、混合タンク２５の出力部に接続された送液ポンプ２６が設けられる。送液ポンプ２６の出力部は配管１０１を介してスタック２２のアノード（燃料極）２７に接続される。配管１０１は、混合タンク２５からスタック２２にメタノール水溶液を送出するための流路を規定している。

混合タンク２５には気液分離膜２５ａが設けられる。発電反応に伴って生成され、混合タンク２５へ還流した二酸化炭素は、混合タンク２５内で気化する。気化した二酸化炭素は気液分離膜２５ａを通過して、配管１０４ａを介して湿った空気とともに最終的には排気口５８から外部へ排気される。気液分離膜２５ａを通して空気中に飛沫したメタノール及び空気は、メタノールフィルタ６０を通過することで回収除去される。

送液ポンプ２６とスタック２２との間で、配管１０１にはイオンフィルタ２８が設けられている。混合タンク２５の出力部は、送液ポンプ２６、イオンフィルタ２８を介してアノード（燃料極）２７に接続されている。イオンフィルタ２８は例えば金属イオン吸着物質を用いて実現され、配管１０１を介して混合タンク２５からスタック２２に向けて送出されるメタノール水溶液中に含まれる金属イオンを吸着することにより、メタノール水溶液から金属イオンを除去する。

アノード２７の出力部は配管１０２を介して混合タンク２５の入力部に接続されている。配管１０２は、スタック２２のアノード２７から排出される排出流体、つまり化学反応で用いられなかった未反応メタノール水溶液および生成された二酸化炭素、を混合タンク２５に戻す流路を規定している。配管１０２には放熱フィン２９が取り付けられている。放熱フィン２９は、アノード２７から排出されるメタノール水溶液を冷却するアノード冷却部として機能する。放熱フィン２９の近傍には冷却ファン３０が取り付けられている。アノード２７から排出されるメタノール水溶液の温度は例えば６０℃以上である。このメタノール水溶液の温度は、放熱フィン２９を通過することにより、例えば４５℃〜５０℃程度にまで低下される。上述した燃料カートリッジ２３、燃料ポンプ２４、混合タンク２５、送液ポンプ２６は、スタック２２に燃料を供給する燃料供給部を構成している。

一方、気体流路には、吸気口５０、送気ポンプ５１が設けられる。送気バルブ５２が配置された配管１０３を介して、送気ポンプ５１がスタック２２のカソード（空気極）５３に接続される。配管１０４ａ、１０４ｂを介して、凝縮器５４がカソード５３の出力部に接続される。また、混合タンク２５の出力部は、混合タンクバルブ５９が配置された配管１０４ａを介して凝縮器５４に接続されている。凝縮器５４は排気バルブ５７を介して排気口５８に接続される。凝縮器５４と排気バルブ５７は配管１０５、１０７を介して接続され、凝縮器５４と排気バルブ５７との間にはメタノール燃焼槽６０と温度センサ６１が設けられる。

凝縮器５４は、カソード５２の出力部から排出される排出流体（水蒸気、水）を冷却するカソード冷却部として機能する。凝縮器５４には図示しないフィンが備えられ、水蒸気を効果的に凝縮する。凝縮器５４に対向して冷却ファン５５が配設されている。凝縮器５４による冷却により、水蒸気は凝固され、またカソード５３の出力部から排出される水の温度も低下される。これにより、水回収タンク５６から配管１０５を介して流れる水の温度は４５℃〜５０℃程度となる。

後に詳述するように、発電反応に伴って起電部２０のアノード２７側には二酸化炭素が生成され、カソード５３側には水（水蒸気）が生成される。アノード２７側で生じた二酸化炭素および化学反応に供されなかったメタノール溶液は、配管１０２を通り放熱フィン２９で冷却された後、混合タンク２５に還流する。

混合タンク２５に還流した二酸化炭素は、混合タンク２５内で気化する。気化した二酸化炭素は気液分離膜２５ａを通過して、混合タンク２５から配管１０４ｂを通って、カソード５３からの配管１０４ａに合流される。二酸化炭素は、湿り空気とともにメタノール燃焼槽６０に通される。二酸化炭素と湿り空気は排気バルブ５７を介して、最終的には排気口５８から外部へ排気される。気液分離膜２５ａを通して空気中に飛沫したメタノール及び空気は、メタノール燃焼槽６０を通過することでメタノール燃焼槽６０に回収除去される。

次に、燃料電池１における発電部２０の発電メカニズムについて、燃料と空気（酸素）の流れに沿って説明する。図４に示すように、まず、燃料カートリッジ２３内の高濃度メタノールは、燃料ポンプ２４によって、混合タンク２５に供給される。混合タンク２５の内部で高濃度メタノールは、回収された水やアノード２７からの低濃度メタノール（発電反応の残余分）等と混合されて希釈され、低濃度メタノール水溶液が生成される。低濃度メタノール水溶液の濃度は発電効率の高い濃度、例えば３〜６％、を保てるように制御される。この濃度制御は、例えば、濃度センサ６２の検出結果を基に燃料電池１の制御部２１が、燃料ポンプ２４によって混合タンク２５に供給される高濃度メタノールの量を制御することによって実現される。または、混合タンク２５に環流する水の量を水回収ポンプ６３等で制御することによって実現できる。

混合タンク２５には、混合タンク２５内のメタノール水溶液の液量を検出する液量センサ６４や、温度を検出する温度センサ６５が設けられ、これらセンサの検出結果は制御部２１に送られて発電部２０の制御などに使用される。

混合タンク２５で希釈されたメタノール水溶液は送液ポンプ２６によって、配管１０１を介してスタック２２へ圧送され、アノード２７に注入される。送液ポンプ２６からのメタノール水溶液はイオンフィルタ２８によって金属イオンが除去された後に、スタック２２のアノード２７に送られる。図４に示すように、アノード２７では、メタノールの酸化反応が行われることで電子が発生する。酸化反応で生成される水素イオン（Ｈ+）はスタック２２内の固体高分子電解質膜７０を透過してカソード５３に達する。

アノード２７で行われる酸化反応によって生成される二酸化炭素は、反応に供されなかったメタノール水溶液とともに再び混合タンク２５に環流する。この場合、アノード２７から排出されるメタノール水溶液は放熱フィン２９および冷却ファン３０によって冷却され、混合タンク２５に送られる。二酸化炭素は混合タンク２５内で気化し、混合タンクバルブ５９を介して、凝縮器５４へ向かい、最終的には排気バルブ５７を介して、排気口５８から外部へ排気される。

空気（酸素）は、空気供給部を構成する送気ポンプ５１により、吸気口５０から取り込まれ、加圧された後、送気バルブ５２から配管１０３を介しスタック２２のカソード（空気極）５３に供給される。カソード５３では、酸素（Ｏ2）の還元反応が進行し、外部の負荷からの電子（ｅ-）と、アノード２７からの水素イオン（Ｈ+）と酸素（Ｏ2）とから水（Ｈ2Ｏ）が水蒸気として生成される。この水蒸気はカソード５３から排出され、凝縮器５４に入る。凝縮器５４では、冷却ファン５５によって水蒸気が冷却されて水（液体）となり、水回収タンク５６内に一時的に蓄積される。この回収された水は水回収ポンプ５６によって混合タンク２５へと環流し、高濃度メタノールを希釈する循環システムが構成される。

発電反応が起こるとスタック２２は高温になるので、カソード５３に存在する気体もスタック２２内で高温になっている。また、カソード側では、カソード反応に起因して水が生成される。

６Ｈ^＋＋３／２Ｏ_２＋６ｅ → ３Ｈ_２Ｏ （１）

アノード側から固体高分子電解質膜７０を経由し、カソード側に通り抜けたメタノールがカソード側で酸素と反応し水が生成される。

ＣＨ_３ＯＨ＋３／２Ｏ_２ → ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ （２）

さらに、アノード２７に存在する水がアノード側から固体高分子電解質膜７０を透過し、カソード側に水が通り抜ける。これらの現象はスタック２２の発電状態や固体高分子電解質膜７０の特性に強く依存しており、それらが変化すると排気口５８から排出される排出ガス中の水分量は大きく変化する。

アノード２７から配管１０２を介して混合タンク２５に還流した二酸化炭素は、混合タンク２５内で気化する。気化した二酸化炭素は気液分離膜２５ａを通過して、混合タンク２５から配管１０４ｂを通る。混合タンク２５からの配管１０４ａはカソード５３からの配管１０４ｂと合流される。カソード反応で生じた湿り空気は配管１０４ｂを通って凝縮器５４に通される。配管１０４ａ、１０４ｂを通る気体は、カソード反応で生じた湿り空気と、気液分離膜２５ａを通過した二酸化炭素と、を含むため高温多湿になっている。また、凝縮器５４で凝縮されずに残る湿り空気は、配管１０５に導入される。高温多湿のガスは燃料電池１の外に排出されるまでに配管１０４ａ、１０４ｂや配管１０５内で放熱するため、ガスの温度が低下し配管内で結露を引き起こす。

ＤＭＦＣ型の燃料電池１は、スタック２２から排出する気体に含まれるメタノール成分を清浄化し、無害化し、放出しなくてはならないため、メタノールを燃焼させるメタノール燃焼槽６０をスタック２２より下流側に設けている。メタノール燃焼槽６０はメタノールの燃焼反応により発熱反応を起こしているため、メタノール燃焼槽６０に十分なメタノールを供給し発熱を促すことができれば、メタノール燃焼槽６０を通過する高温多湿の気体に熱を与えることができる。メタノール燃焼槽６０を通過する気体に、結露を防ぐのに十分な熱量を与えると、配管１０７で結露させることなく、燃料電池１の外に気体を放出することができる。配管１０７での結露を防ぐことができると、結露で生じた水分が排気口５８から燃料電池１の外に漏れるのを防止することができる。

メタノール供給量は例えば、スタック２２から排出される気体成分が配管１０４ｂや配管１０５等を通る際に放出する放熱量と、結露した水を蒸発させるのに必要な潜熱量とに基づいて定めることができる。この場合、メタノールの燃焼反応により生じる反応熱が、これら放熱量と潜熱量とを上回るようにメタノールを供給すれば良い。

メタノール成分の供給を実際に制御する方法としては、例えばメタノール燃焼槽６０周辺に温度センサ６１を設け、温度を監視する方法がある。メタノール燃焼槽６０周辺の温度から、配管１０５や配管１０７の結露を防止するのに必要な発熱量を算出し、発熱量から必要なメタノール供給量を算出することができる。あらかじめこれらの関係を測定しておき、温度のみからメタノール供給量を割り出すようにしても良い。

温度のほかには、湿度を基準にメタノール供給量を算出しても良い。例えば、メタノール燃焼槽６０よりも下流側の配管１０７に湿度を監視する湿度センサを設け、湿度が基準値からずれたら、基準値に合わせるようにメタノール成分の供給量を加減すれば良い。供給量を加減する方法としては、例えば燃料カートリッジ２３からメタノール燃焼槽６０にメタノール成分を供給する燃料ポンプ８０や、バルブ８１の開閉により調整する。

配管１０４ａ上には、メタノール燃焼槽６０の直前に凝縮器５４と水回収タンク５６が設けられている。メタノール燃焼槽６０の直前に水回収タンク５６を設け、カソード５３で生じた水を回収することができるため、メタノール燃焼槽６０に供給すべきメタノール量は、メタノール燃焼槽６０の直前の配管１０５での放熱を考慮して決定すれば良い。

第１の実施形態を実施した場合、メタノール燃焼槽にメタノールを供給することで発熱反応を促し、結露を防止するために必要な熱量を気体に与えることができるため、スタックから排出される気体が配管内で結露するのをより効率的に防止することが可能となる。

次に本発明の第２の実施形態について説明する。以下の説明においては、第１の実施形態と同一の物には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図５は本発明の第２の実施形態に係る燃料カートリッジを示す断面図である。本発明に係る燃料電池１では、配管１０５、１０７等での結露を防止するため、燃料カートリッジ２３からメタノール燃焼槽６０に対してメタノール成分を供給し、メタノールの燃焼反応を促している。第１の実施形態では、配管１０６を介してポンプ８０によりメタノール溶液を供給する方法を用いているが、メタノール燃焼槽６０に供給するメタノールは気体で供給する方法を用いても良い。

図５に示すように第２の実施形態に係る燃料カートリッジ１１０は、メタノール溶液を収容する容器１１１を有し、容器１１１には主に液体が流れる液体配管１１２と主に気体が流れる気体配管１１３とが設けられている。例えば、液体配管１１２は配管を介して混合タンク２５やアノード２７と接続され、気体配管１１３は配管を介してメタノール燃焼槽６０と接続される。また、液体配管１１２を２本備え、一方をアノード２７に接続し、他方をメタノール燃焼槽６０に接続するようにしても良い。容器１１１内でメタノール溶液から揮発したメタノール気体を、気液分離膜１１４を通して、気体配管１１３に導くことができる。使用時には、揮発したメタノール成分だけを気体配管１１３を介してメタノール燃焼槽６０に導入しても良い。また、気体配管１１３から揮発したメタノール成分を供給するだけでなく、液体配管１１２からもメタノール溶液をメタノール燃焼槽６０に供給するようにしても良い。

本実施形態を実施した場合、燃料カートリッジ内で揮発したメタノール気体も利用してメタノール燃焼槽にメタノール成分を供給することができる。メタノール燃焼槽にメタノールを供給することで発熱反応を促し、スタックから排出される気体が配管内で結露するのをより効率的に防止することが可能となる。

次に本発明の第３の実施形態について説明する。以下の説明においては、第１および第２の実施形態と同一の物には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。第３の実施形態に係る燃料電池１では、配管での結露を防止するため、配管にメタノールが燃焼する層を設けている。

図６は本発明の第３の実施形態に係る燃料電池に用いられる配管を示す斜視図である。図７は本発明の他の実施形態に係る燃料電池に用いられる配管の断面を示す図である。上述のように、一つの実施形態ではメタノール燃焼槽６０でメタノールの燃焼反応を起こさせることにより発熱を促しているが、配管での結露を防止するため、配管自体にメタノールが燃焼する層を設けても良い。

配管１２０は中空の本体１２１を備え、配管１２０の内部は層状に形成されている。配管の厚肉部１２２の内面にはメタノール燃焼層１２３が設けられている。また、配管１２０内を流れるガスに効率良く熱を与えるため、反応熱が系外に放出されないように配管１２０の厚肉部１２２の外側には断熱層１２４が設けられている。

配管１２０の内側にメタノール燃焼層１２３を設け、配管１２０内を流れるメタノールを酸素と反応させる。メタノール燃焼層１２３上で、メタノールと酸素が燃焼反応をして生じた反応熱によって、配管１２０内を流れるガスに熱を与え結露を防止する。

メタノール燃焼層１２３の材料には、例えば白金を用いることができる。メタノール燃焼層１２３の材料は、触媒としての働きを持つものであり、メタノールと燃焼反応をすること、反応率がいいこと、低温で反応すること等が望まれる。メタノール燃焼層１２３の材料として、他にはニッケルや銅等を用いることができる。

配管１２０の形状は、円柱状や角柱状の他に種々のものを採用することができる。なお、メタノール燃焼層１２３を設けた配管１２０を採用した場合であってもメタノール燃焼槽を併せて設けても良い。例えば、メタノール燃焼槽６０の直前あるいは直後の配管１０５、１０６、１０７等の内側にメタノール燃焼層１２３を設けることができる。

図８乃至図１０はメタノール燃焼層を有する配管の他の構造を示す斜視図である。図８に示すように、配管は中空の管とする方法以外に配管の内部に仕切り板を設けても良い。配管１３０は中空で角柱状の本体１３１を備え、配管１３０の内部には複数の仕切り板１３２が層状に設けられている。仕切り板１３２の表面１３３ａおよび裏面１３３ｂにはメタノール燃焼層（図示せず）が設けられている。また、配管１３０内を流れるガスに効率良く熱を与えるため、反応熱が系外に放出されないように配管１３０の本体１３１に断熱層１３４が設けられている。仕切り板１３２の表面１３３ａおよび裏面１３３ｂにメタノール燃焼層を設け、配管１３０内を流れるメタノールを酸素と反応させる。メタノール燃焼層上で、メタノールと酸素が燃焼反応をして生じた反応熱によって、配管１３０内を流れるガスに熱を与え結露を防止する。

仕切り板１３２の表面１３３ａおよび裏面１３３ｂにメタノール燃焼層を設けることで、図６に示すような中空の配管を使用する場合よりもメタノール燃焼層の表面積を増やすことが可能である。メタノールの燃焼反応が起こる面積が増え、メタノールの燃焼反応で生じた反応熱を、配管内を流れるガスに効率良く与えることができる。

図９に示すように、配管は断面を網目状のような構造としても良い。配管１４０は中空で角柱状の本体１４１を備え、配管１４０の内部は網目状となるように、複数の管１４２から構成される。１つの管１４２は、例えば４つの内壁１４３から構成される。それぞれの内壁１４３にはメタノール燃焼層（図示せず）が設けられている。また、配管１４０内を流れるガスに効率良く熱を与えるため、反応熱が系外に放出されないように本体１４１の外側には断熱層１４４が設けられている。
配管１４０の内部を網目状にすることで、仕切り板を設けた場合よりも、メタノール燃焼層の表面積を増やすことができる。メタノールの燃焼反応が起こる面積が増え、メタノールの燃焼反応で生じた反応熱を、配管内を流れるガスに効率良く与えることができる。

図１０に示すように、断面が六角形の管を複数束ねて配管を構成しても良い。配管１５０は中空で円柱状の本体１５１を備え、配管１５０の内部は、断面形状が六角形の管１５２を複数束ねて構成される。六角形の管１５２を採用することで、円柱状の配管１５０に管１５２を密に充填することができる。中空の管１５２の内面１５３にはメタノール燃焼層が設けられている。また、配管１５０内を流れるガスに効率良く熱を与えるため、反応熱が系外に放出されないように配管１５０の外側には断熱層１５４が設けられている。管１５２それぞれの内面１５３にメタノール燃焼層（図示せず）を設けることで、配管１５０に設けられるメタノール燃焼層の表面積を増やすこともできる。メタノールの燃焼反応が起こる面積が増え、メタノールの燃焼反応で生じた反応熱を、配管内を流れるガスに効率良く与えることができる。六角形の断面以外にも他の多角形の断面形状を有する管を複数束ねて配管を構成するようにしても良い。メタノール燃焼層の表面積を増やすため、配管は種々のものを採用することができる。

本実施形態を実施した場合、配管の内面にメタノール燃焼層を設けてメタノールを燃焼させることで結露を防止することができる。メタノール燃焼槽を設置するスペースを設けなくて良いため、燃料電池装置をより小型化することが可能となる。また、メタノール燃焼層を有する配管と、メタノール燃焼槽を併用することで、スタックから排出される気体が配管内で結露するのをより効率的に防止することが可能となる。

上記ではＤＭＦＣ型の燃料電池を例に説明したが、その他に水素燃料を用いるものや液体燃料を用いる燃料改質型の燃料電池であっても良い。

例えば、水素燃料を用いる方式の燃料電池であれば、カソードと排気口との間の配管に水素を燃焼させる水素燃焼槽を設けることができる。燃料カートリッジから水素燃料を水素燃焼槽に送り込むことで、水素燃焼槽での燃焼反応から生じる反応熱を、配管を通過する気体に与え、排出気体の結露を防止することができる。

また、エタノールやジメチルエーテルなどの液体燃料を用い、アノード側の燃料改質機で液体燃料を水素に改質して供給する方式の燃料電池であれば、カソードと排気口との間の配管に液体燃料を燃焼させる液体燃料燃焼槽を設けることができる。燃料カートリッジから液体燃料燃焼槽に送り込むことで、燃焼反応から生じる反応熱を、配管を通過する気体に与え、排出気体の結露を防止することができる。

また、燃料改質機で液体燃料を水素に改質して供給する方式の燃料電池において、改質した水素燃料をアノード側の配管から分岐させて水素を燃焼する水素燃焼槽に供給しても良い。

本発明ではその主旨を逸脱しない範囲であれば、上記の実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。

本発明に係る燃料電池装置を示す外観斜視図。 燃料電池装置をノート型コンピュータに接続した状態を示す外観斜視図。 燃料電池の発電システムの系統図。 起電部のセル構造を模式的に示した図。 本発明の第２の実施形態に係る燃料カートリッジを示す断面図。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池に用いられる配管を示す斜視図。 本発明の第3の実施形態に係る燃料電池に用いられる配管の断面図。 メタノール燃焼層を有する配管の他の構造を示す斜視図。 メタノール燃焼層を有する配管の他の構造を示す斜視図。 メタノール燃焼層を有する配管の他の構造を示す斜視図。

符号の説明

１…燃料電池、１０…ノート型コンピュータ、１１…本体、１１ｂ…カバー、１１ａ…通気孔、１２…載置部、１３…ロック機構、１３ａ…突起、１３ｂ…フック、１４…コネクタ、１５…イジェクトボタン、２０…発電部、２１…制御部、２２…スタック、２３…燃料カートリッジ、２４…燃料ポンプ、２５ａ…気液分離膜、２５…混合タンク、２６…送液ポンプ、２７…アノード、２８…イオンフィルタ、２９…放熱フィン、３０…冷却ファン、５０…吸気口、５１…送気ポンプ、５２…送気バルブ、５３…カソード、５４…凝縮器、５５…冷却ファン、５６…水回収タンク、５７…排気バルブ、５８…排気口、５９…混合タンクバルブ、６０…メタノール燃焼槽、６１…温度センサ、６２…濃度センサ、６３…水回収ポンプ、６４…液量センサ、６５…温度センサ、７０…固体高分子電解質膜、８０…燃料ポンプ、８１…バルブ、１１０…燃料カートリッジ、１１２…液体配管、１１３…気体配管、１１４…気液分離膜、

Claims (11)

1. 液体燃料を収容する燃料タンクと、
   アノードとカソードを有し、前記液体燃料と酸素を化学反応させて発電を行う起電部と、
   前記燃料タンクから前記起電部に液体燃料を供給する第１の燃料供給手段と、
   前記起電部に酸素を供給する酸素供給部と、
   前記起電部から排出される流体が流れる第1の配管と、
   前記第1の配管を流れる流体を燃焼反応させる反応部と、
   前記液体燃料を前記燃料タンクから前記反応部に供給する第２の燃料供給手段と、
   を備えることを特徴とする燃料電池。
2. 前記反応部の温度を測定する温度測定手段と、
   前記第2の燃料供給手段による前記反応部への燃料供給を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記温度測定手段により測定された温度に基づいて、前記第2の燃料供給手段による前記反応部への燃料供給を制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
3. 前記反応部の湿度を測定する湿度測定手段と、
   前記第2の燃料供給手段による前記反応部への燃料供給を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記湿度測定手段により測定された湿度に基づいて、前記第2の燃料供給手段による前記反応部への燃料供給を制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
4. 前記制御手段は、前記反応部への燃料供給量を制御することを特徴とする請求項２又は３記載の燃料電池。
5. 前記燃料タンクから前記反応部に前記液体燃料が流れる第2の配管と、
   前記第2の配管に設けられたバルブと、を備え、
   前記制御手段は前記バルブの開閉を制御し、前記反応部への燃料供給を制御することを特徴とする請求項２又は３記載の燃料電池。
6. 前記第1の配管は、内面に前記液体燃料を燃焼反応させる触媒層を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
7. 前記第1の配管は、外面に断熱層を有することを特徴とする請求項１又は６記載の燃料電池。
8. 前記第1の配管は、前記第1の配管の内部に仕切り板を有し、前記仕切り板の表面に前記液体燃料を燃焼反応させる触媒層が設けられることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
9. 前記第1の配管は、流体が流れる複数の管から構成され、前記複数の管それぞれの内面に前記液体燃料を燃焼反応させる触媒層が設けられることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
10. 前記反応部と前記起電部とを接続する前記第1の配管上に流れる気体を凝縮する凝縮器と、
    前記凝縮器により凝縮された水分を回収する回収タンクと、
    を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
11. 前記燃料タンク内で前記液体燃料から揮発する気体を収集する気体収集部と、
    前記気体収集部により収集された気体が流れる第３の配管と、
    前記第３の配管から前記反応部に前記収集された気体を送り出すポンプと、
    を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
    

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