JP2009076258A

JP2009076258A - 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法

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Publication number: JP2009076258A
Application number: JP2007242516A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sadamoto; 敦史貞本; Takahiro Suzuki; 貴博鈴木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-09-19
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2009-04-09
Also published as: US20090075128A1

Abstract

【課題】液体燃料を用いた燃料電池システムにおいて、簡単な構成で発電終了時にスタックから燃料を抜くことができ、性能劣化を防止可能な燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料タンク２と、バッファタンク５と、燃料入口１７と燃料出口１８が設けられたアノード流路板１６を有するセルを含むスタック１と、バッファタンク５から燃料入口１７、スタック１、燃料出口１８を介してバッファタンク５へ戻る経路を順方向として、燃料を循環させる循環ポンプ６と、燃料出口１８とバッファタンク５の間の経路に配置され、順方向に燃料を流し、逆方向の流れを止める第１の逆止弁７とを備え、発電が終了した後に、循環ポンプ６が逆回転することにより逆方向の流れを形成し、スタック１内から燃料入口１７を介して排出された燃料をバッファタンク５に回収する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体燃料を用いる燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法に関する。

近年、情報化社会を支える携帯用電子機器の電源として、燃料電池への期待が非常に高まりつつあり、様々なタイプの燃料電池、例えば直接型メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）などが開発されている。

ＤＭＦＣは空気に含まれる酸素とメタノールの反応により生成した電気エネルギーを接続した機器に供給する。ＤＭＦＣは、燃料電池はいわゆる一般的な電池とは異なり、起電部であるスタック、燃料を蓄えている燃料タンク及び発電を安定して継続するための補機を有する比較的複雑なシステムであるため、全体の構成を燃料電池システムと呼ぶことがある。

スタックは複数のセルを積層したものであり、空気及び燃料を適切な流量で供給すると電力が取り出せる状態となる。燃料電池システムの構成には空気の供給と、反応により生成した水（Ｈ₂Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ₂）の処理を簡単なシステムで実現するものもある。空気の供給をブロワを用いないで行うものを自発呼吸型燃料電池と呼ぶことがある。

自発呼吸型の燃料電池は、空気を強制的に送らなくても燃料がスタックに入ると即座に発電が開始されるので、構造が簡単で、システムの小型化と低コスト化に有利という利点があるが、一方で使用後の保管時にスタック内に燃料が入ったままだと発電状態が継続するので、無駄な燃料を消費してしまうばかりでなく、発電によって生じる水や副生成物により発電性能が低下してしまうという問題がある。

スタック保管時の劣化を防止するため、使用後はスタックから燃料を抜いておくことが必要になるが、スタックから燃料を抜く手段として、燃料循環経路を遮断するバルブや液抜きのためのポンプを追加すると、システムが簡単であるという特徴を損ねてしまう。

又、主に気体燃料を用いた燃料電池システムの発電終了時の動作に関して、スタック保管時の性能劣化を防止するために、各種バルブの閉止や空気極へ不活性ガスを導入するものがある（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、バルブや流路系を多用しており、携帯用電子機器の小型軽量化を図る事は困難である。

又、燃料配管の圧力を調整するために逆止弁を用いるものがある（例えば、特許文献２参照。）。これは停止状態の燃料電池の燃料循環系が減圧することによる性能劣化を抑えるため、減圧した際に自動的に大気が導入され、大気圧と燃料循環系内の圧力の差が小さくなるように圧力調整するものである。しかしながら、逆止弁は燃料循環系内の燃料を抜く手段として機能していない。

又、燃料電池の性能劣化を抑えるために、電磁弁と循環ポンプの逆転により燃料をスタック内から抜く手法がある（例えば、特許文献３参照。）。しかしながら、電磁弁と複雑な制御系を用いている点で、小型でシンプルな構造の燃料電池の特長を損ねてしまう。
特開２００６−６６１０７号公報特開２００４−３１１３４４号公報特開２００５−３２６０１号公報

本発明の目的は、液体燃料を用いた燃料電池システムにおいて、簡単な構成で発電終了時にスタックから燃料を抜くことができ、性能劣化を防止可能な燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法を提供することである。

本願発明の一態様によれば、（イ）燃料を蓄える燃料タンクと、（ロ）燃料タンクから供給された燃料を蓄えるバッファタンクと、（ハ）電解質膜と、電解質膜を介して互いに対向するアノード極及びカソード極と、アノード極に燃料を供給する燃料入口と燃料を排出する燃料出口が設けられたアノード流路板とを有し、アノード極に供給された燃料とカソード極に供給された空気との反応により発電するセルを含むスタックと、（ニ）バッファタンクから燃料入口、スタック、燃料出口を介してバッファタンクへ戻る経路を順方向として、燃料を循環させる循環ポンプと、（ホ）燃料出口とバッファタンクの間の経路に配置され、順方向に燃料を流し、逆方向の流れを止める第１の逆止弁とを備え、発電が終了した後に、循環ポンプが逆回転することにより逆方向の流れを形成し、スタック内から燃料入口を介して排出された燃料をバッファタンクに回収する燃料電池システムが提供される。

本願発明の他の態様によれば、（イ）燃料を蓄える燃料タンクと、（ロ）燃料タンクから供給された燃料を蓄えるバッファタンクと、（ハ）電解質膜と、電解質膜を介して互いに対向するアノード極及びカソード極と、アノード極に燃料を供給する燃料入口と燃料を排出する燃料出口が設けられたアノード流路板とを有し、アノード極に供給された燃料とカソード極に供給された空気との反応により発電するセルを含むスタックと、（ニ）バッファタンクから燃料入口、スタック、燃料出口を介してバッファタンクへ戻る経路を順方向として、燃料を循環させる循環ポンプと、（ホ）燃料出口とバッファタンクの間の経路に配置され、順方向に燃料を流し、逆方向の流れを止める第１の逆止弁とを備えた燃料電池システムの制御方法であって、発電が終了した後に、循環ポンプを逆回転する様に制御することにより逆方向の流れを形成し、スタック内から燃料入口を介して排出された燃料をバッファタンクに回収する燃料電池システムの制御方法が提供される。

本発明によれば、液体燃料を用いた燃料電池システムにおいて、簡単な構成で発電終了時にスタックから燃料を抜くことができ、性能劣化を防止可能な燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法を提供することができる。

次に、図面を参照して、本発明の第１〜第３の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

又、以下に示す第１〜第３の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池システムは、図１に示すように、燃料を蓄える燃料タンク（メタノールカートリッジ）２と、燃料を燃料タンク２から供給する燃料供給ポンプ４と、燃料タンク２から供給された燃料を蓄えるバッファタンク５と、電解質膜１１と、電解質膜１１を介して互いに対向するアノード極１２及びカソード極１３と、アノード極１２に燃料を供給する燃料入口１７、燃料を排出する燃料出口１８及びアノード極１２からの気体を排出する気体出口１９が設けられたアノード流路板１６とを有し、アノード極１２に供給された燃料と、カソード極１３に供給された空気との反応により発電するセルを含むスタック（起電部）１と、バッファタンク５から燃料入口１７、スタック１、燃料出口１８を介してバッファタンク５へ戻る経路を順方向（図１において反時計方向）として、燃料を循環させる循環ポンプ６と、燃料出口１８とバッファタンク５の間の経路に配置され、順方向に燃料を流し、逆方向（図１において時計方向）の流れを止める第１の逆止弁７とを備え、発電が終了した後に、循環ポンプ６が逆回転する様に、制御手段（図示せず）により制御ことにより逆方向の流れを形成し、スタック１から燃料入口１７を介して排出された燃料をバッファタンク５に回収する。

スタック１は現実的には複数のセルから構成されるが、簡略化のため図１には一つのセルを図示している。又、燃料にメタノールを用いた直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）を説明するが、エタノール又はプロパノール等の他の液体燃料を用いても構わない。

燃料タンク２、バルブ３、燃料供給ポンプ４、バッファタンク５及び循環ポンプ６は、図１において実線で簡略化して表示した燃料配管で順次接続されている。同様にスタック１の燃料入口１７と循環ポンプ６、スタック１の燃料出口１８と第１の逆止弁７、第１の逆止弁７とバッファタンク５とは、図１の実線で示す燃料配管でそれぞれ接続されている。

燃料タンク２には、燃料を貯蔵している。燃料供給ポンプ４は、燃料タンク２から供給される燃料をバッファタンク５に供給する。バッファタンク５は、燃料供給ポンプ４から供給される燃料とスタック１の燃料出口１８から排出される燃料や水を含む液体とを混合し、発電に適した濃度の燃料を貯蔵する。

循環ポンプ６は、通常運転時には、バッファタンク５内の燃料をスタック１の燃料入口１７を介してアノード極１２に供給するとともに、スタック１から燃料出口１８を介して排出される燃料を含む液体を第１の逆止弁７を介してバッファタンク５に循環させる。

スタック１の１単位であるセルは、図２に示すように、電解質膜１１、及び電解質膜１１を挟んで対向するアノード極１２及びカソード極１３を有する膜電極複合体（ＭＥＡ）１０と、アノード極１２側に設けられたアノード流路板１６とを備える。

アノード流路板１６は、アノード極１２における反応により生成した水や未反応の燃料等の気体と液体とを分離する気液分離層２０を有する。気液分離層２０は、液体を燃料出口１８へ促し、気体を気体出口１９へ促す。気液分離層２０としては、カーボンペーパー、導電性、疎液性（撥水性）及び気体透過性を有するカーボンクロス及びカーボン不織布等の多孔体層が使用可能である。

アノード流路板１６には燃料流路２１及び気体流路２２が形成されている。燃料流路２１は、燃料入口１７から導入された燃料をアノード極１２へ供給するとともに、反応により生成された水や未反応の燃料等を燃料出口１８から排出する。気体流路２２は、反応により生成した気体（ＣＯ₂）を気体出口１９から排出する。アノードガスケット１４及びカソードガスケット１５は、燃料及び空気の外部へのリークを防止する。

スタック１のセルにおいて、アノード極１２及びカソード極１３での反応は、それぞれ反応式（１），（２）で表される。

ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^- …（１）

Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^-→２Ｈ₂Ｏ …（２）

アノード反応で生成したプロトン（Ｈ⁺）は電解質膜１１を通してカソード極１３へ流れる。アノード反応で生成した電子（ｅ^-）は、図示を省略した外部回路を経由してカソード極１３へ運ばれる。アノード反応で発生したＣＯ₂は、燃料流路２１内の液中に気泡を形成するより、疎液性の気液分離層２０を透過する方が容易なため、疎液性の気液分離層２０を透過して、気体出口１９から排出される。アノード極１２で未反応の水の一部は燃料流路２１内のメタノール水溶液と混合し、残りは電解質膜１１を透過してカソード側から外部へ排出される。カソード反応で生成した水の一部は、電解質膜１１を通してアノード極１２側へ逆拡散し、残りはカソード極１３から外部へ排出される。

ここで、反応により水が新たに生成するため、これを燃料電池システム内で循環すれば、濃度の高いメタノールと空気を供給するだけで反応を持続させることができる。そのため、燃料は図１に示したバッファタンク５からスタック１に送り、スタック１から排出される水、残留メタノール等がバッファタンク５へ戻される。

第１の逆止弁７は、一方向に流れを許し、逆方向の流れを遮断する。第１の逆止弁７は、図３に例示するように弁筐体３０と、弁筐体３０に配置され流れ方向に応じて可動する弁体３１と、弁筐体３０に配置され弁体３１を堰き止め且つ流体を透過させるストッパ３２を備える。図３に示すように右側から左側への流れがある場合、弁体３１は流れに押されて右側の内壁から離れストッパ３２に接する位置にあり、流路が確保される。図４に示すように、流れが逆方向になると、弁体３１は流れに押されて右側の内壁まで移動して流路穴が塞がれるため流れが遮断される。

又、第１の逆止弁７は、図５に例示するように弁体３１に圧縮ばね３３を付加したタイプであっても良い。このタイプは流れがない場合でも圧縮ばね３３の与圧によって弁体３１は右側の内壁に押し付けられていているため流路穴は閉じられている。図６に示すように、右側から左側への圧力が圧縮ばね３３を縮ませる力まで達すると、弁体３１は内壁から離れ流路が形成される。この構成では、流れは圧縮ばね３３に打ち勝って流れなければいけないため、圧縮ばね３３がない場合に比べて圧力損失が大きいが、閉じている状態の遮断性能が良く、また流れのための圧力に閾値（クラッキング圧）を持たせることができるという利点がある。

次に、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの通常運転動作（発電動作）の一例を図７を用いて説明する。

通常運転時にはバルブ３が開いており、燃料供給ポンプ４が燃料タンク２に蓄えられている燃料をバッファタンク５へ供給する。循環ポンプ６がバッファタンク５に蓄えられている燃料をスタック１に供給するとともに、燃料出口１８から排出された未反応の燃料等を第１の逆止弁７を介してバッファタンク５へ循環させる。スタック１では、各セルのアノード極１２に供給された燃料と、カソード極１３に供給された空気との反応により発電する。反応により生成したＣＯ₂は気体出口１９を介して大気へ排出される。スタック１の発電によりバッファタンク５内の燃料は消費されていくので、これを補うように燃料供給ポンプ４が燃料タンク２から燃料をバッファタンク５へ供給し、バッファタンク５内の濃度を所定の範囲内に保つように制御される。

次に、本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池システムの発電終了後の液抜き動作について図８を用いて説明する。

発電が終了したら、バルブ３が閉じられ、燃料供給ポンプ４が停止する。循環ポンプ６が逆回転する様に、制御手段により制御ことにより、第１の逆止弁７が閉じるので、スタック１内の燃料流路２１が減圧され気体出口１９を介して大気中の空気が取り込まれる。取り込まれた空気によりスタック１内の燃料は押し出され、燃料入口１７を介してバッファタンク５へ回収される。スタック１内は複数の分岐流路であるため一部では燃料が抜けずに残ってしまうことがあり得るが、スタック１内の一部に燃料が残っていたとしても性能劣化には大きな影響はない。スタック１内から燃料が抜けた後で循環ポンプ６を停止し、液抜き動作を完了して保管する。

本発明の第１の実施の形態によれば、バッファタンク５と燃料出口１８との間の経路に第１の逆止弁７を配置し、液抜き動作時において循環ポンプ６を逆回転させることで逆方向の流れを形成することで、能動的なバルブやポンプを追加することなく簡便な機構により液抜き動作を行うことができる。その結果、スタック１の性能劣化を防止可能となる。

なお、本発明の第１の実施の形態では第１の逆止弁７を用いているが、第１の逆止弁７は動作のための電力を必要とせず、弁前後の圧力差だけにより開閉状態が決まるもので、小型で構造がシンプルであり、燃料電池システムに組み込む際も電気的な制御手段を必要としないため好適である。

他方、電磁弁は任意の時点で且つ確実に開閉動作が行えるという利点があるが、開閉には電力が必要であるため電源の小型化という点からは不都合である。すなわち一般的な電磁弁は電力を加えないときには閉じている状態か開いている状態のいずれかのタイプであり、逆の状態に移行させ状態を維持するために電力を加えておく必要がある。燃料電池システムの場合は、停止状態のときに電力が必要なものを用いることは望ましくないから、運転状態に開いた状態を維持するために電力が必要なものになるが、この場合発電効率を下げる原因となる。

又、他の構造の電磁弁に、開閉状態を変化させるときだけ電力が必要で、開閉状態の維持には電力が不要なタイプのものもある。しかし、このタイプの弁は全体の大きさが小さく且つ開いている時の圧力損失が小さいものを作ることは原理的に難しく、また衝撃が加わると開閉状態が変わってしまうことがある。

又、液抜き動作時に循環ポンプ６を長時間回し続けると、スタック１から液体が出きった後、大気中から取り込まれた空気がスタック１を介して循環ポンプ６に達するようになる。循環ポンプ６が気体を吸い込むと空回りのような状態になり、次回の発電時に順方向に燃料を送る際、送液能力は極端に低下する。これに対して、空回りをする前の循環ポンプ６内にわずかに燃料が残っている状態であれば、次回の発電時にすぐに通常の送液が行えるようになる。

そこで、液体センサや気泡センサ等のセンサを流路中に設け、センサの出力値に応じて循環ポンプ６の動作を制御してスタック１から燃料が抜けたかどうか判定しても良い。スタック１から燃料が抜けたと判断したら、循環ポンプ６が空回りを始める前に循環ポンプ６を止める。

又、燃料が満たされたスタック１から燃料が抜けるのに要する時間を予め測定しておき、測定に基づいた所定時間、循環ポンプ６を逆回転する様に制御手段により制御しても良い。これにより、センサがない簡易な制御系であっても循環ポンプ６が空回りする前に循環ポンプ６を止めることができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池システムは、図９に示すように、燃料出口１８と第１の逆止弁７との間の分岐部Ｐ１に接続された空気取り込み口４０と、分岐部Ｐ１と空気取り込み口４０との間の経路に配置され、空気取り込み口４０から分岐部Ｐ１への流れを許し、分岐部Ｐ１から空気取り込み口４０への流れを遮断する第２の逆止弁８を更に備える点が、第１の実施の形態の構成と異なる。他の構成は、図１に示した第１の実施の形態に係る燃料電池システムの構成と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。

通常運転時には、図１０に示すように、燃料出口１８から排出された未反応の燃料は第１の逆止弁７を押し開けて流れ、バッファタンク５に戻る。分岐部Ｐ１における圧力が大気圧よりも高いため、第２の逆止弁８は閉じているので、分岐部Ｐ１から空気取り込み口４０への未反応の燃料等の流れが遮断される。

一方、液抜き動作時には、図１１に示すように、循環ポンプ６を逆回転する様に、制御手段により制御することにより、第１の逆止弁７が閉じ、バッファタンク５から第１の逆止弁７に向かう燃料の流れが遮断されるので、分岐部Ｐ１の圧力は大気圧以下に下がる。このため、第２の逆止弁８が開き、大気中の空気が空気取り込み口４０から取り込まれ、燃料出口１８を介してスタック１内に流入する。同時にスタック１内に留まっていた燃料は循環ポンプ６を介してバッファタンク５に回収される。

本発明の第２の実施の形態によれば、空気取り込み口４０及び第２の逆止弁８を有することにより、大気中の空気を空気取り込み口４０から取り込んで液抜きを行うことが可能となる。

又、図１２に示すように、気体出口１９に排出口４１を配置し、気体出口１９と排出口４１との間の経路に、気体出口１９から排出口４１への流れを許し、排出口４１から気体出口１９への流れを遮断する第３の逆止弁９を配置しても良い。図１３に示すように、通常運転時には、第３の逆止弁９が開き、気体出口１９から排出されたＣＯ₂が排出口４１を介して大気へ排出される。一方、液抜き動作時には、図１４に示すように第３の逆止弁９が閉じ、排出口４１から気体出口１９への流れが遮断される。

液抜き動作において、燃料流路２１の燃料の一部が抜けずに気体出口１９から取り込まれた空気ばかりが循環ポンプ６へ戻り、液抜きが十分に行われない可能性があるが、第３の逆止弁９を用いて気体出口１９を塞ぐことで、より確実な液抜きが可能となる。実際に気体出口１９を塞いだ場合、塞がない場合と比べて、燃料の回収量が大きくなることが実験的に確かめられている。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池システムは、図１５に示すように、バッファタンク５と循環ポンプ６との間の分岐部Ｐ２に接続されたサブタンク５ａを備える点が、第１の実施の形態と異なる。サブタンク５ａとしてはプラスチック製の袋等の可撓性を有する容器が使用可能である。他の構成は、図１に示した第１の実施の形態に係る燃料電池システムの構成と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。

通常運転時には、図１６に示すように、循環ポンプ６が順方向に燃料を送り出すと、循環ポンプ６の入口側の圧力が下がる。通常運転時には、分岐部Ｐ２は循環ポンプ６に吸引されているために、サブタンク５ａ内の燃料の多くは吸い出されている。

一方、液抜き動作時には、図１７に示すように、循環ポンプ６が逆回転する様に制御し、大気中の空気が気体出口１９を介してスタック１内に取り込まれ、スタック１内から燃料入口１７を介して燃料が排出され、バッファタンク５及びサブタンク５ａに回収される。バッファタンク５は内容量に応じて可撓性容器の復元力による内圧変化があるが、サブタンク５ａとしてバッファタンク５に比べて復元力の小さいものを用いればサブタンク５ａに回収し易くなる。

再起動時はまず、サブタンク５ａ内の燃料が吸い出された後にバッファタンク５内の燃料が循環し始める。スタック１内の空気を押し出しながら燃料が循環し、空気は気液分離層２０により気体出口１９から大気に排出され、燃料が循環するようになる。

バッファタンク５には図示を省略した液量検出手段が設けられているので、バッファタンク５の容量は液量の検出が十分な精度で行える程度に小型であることが望ましいが、バッファタンク５の容量が小さいと、スタック１から燃料を回収しておく空間が不足する。本発明の第３の実施の形態によれば、サブタンク５ａを有することにより、スタック１から回収した燃料を十分に保持することができる。

又、図１８に示すように、バッファタンク５と分岐部Ｐ２の間の経路に、バッファタンク５から分岐部Ｐ２の流れを許し、分岐部Ｐ２からバッファタンク５への流れを遮断する第４の逆止弁５１を配置しても良い。図１９に示すように、通常運転時には第３の逆止弁が圧力損失となりサブタンク５ａに接続された分岐部Ｐ２は負圧となるために、サブタンク５ａ内の燃料の多くは吸い出されている。一方、図２０に示すように、循環ポンプ６が逆回転する様に制御すると、第４の逆止弁５１が閉じるので、燃料入口１７を介して排出された燃料はバッファタンク５へ戻らず、サブタンク５ａに回収される。サブタンク５ａをより効率的に機能させることができる。

又、第４の逆止弁５１の代わりに、分岐部Ｐ２とバッファタンク５との間に、絞りを配置しても良い。この場合、通常運転時にはサブタンク５ａはつぶれた状態を維持する。液抜き動作時には燃料入口１７を介して排出された燃料は、絞りによる圧力損失があるために、バッファタンク５よりもサブタンク５ａへ流れ込み易くなるので、サブタンク５ａを効率的に機能させることができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。例えば図２１に示すように、第２の実施の形態に係る燃料電池システムの構成に、第３の実施の形態において説明したサブタンク５ａを追加しても良い。さらに、燃料電池システムを安定的に運転するための要素、たとえば温度センサ、濃度センサ、フィルタなどを、上記システムの任意の位置に組み込むことができる。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池システムの一例を示す概略図である。本発明の第１の実施の形態に係るセルの一例を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態に係る逆止弁の順方向の流れを示す概略図である。本発明の第１の実施の形態に係る逆止弁の逆方向の流れを示す概略図である。本発明の第１の実施の形態に係る他の逆止弁の逆方向の流れを示す概略図である。本発明の第１の実施の形態に係る他の逆止弁の順方向の流れを示す概略図である。本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池システムの通常運転動作を説明するための概略図である。本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池システムの液抜き動作時を説明するための概略図である。本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池システムの一例を示す概略図である。本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池システムの通常運転動作を説明するための概略図である。本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池システムの液抜き動作時を説明するための概略図である。本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池システムの他の一例を示す概略図である。本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池システムの他の一例の通常運転動作を説明するための概略図である。本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池システムの他の一例の液抜き動作時を説明するための概略図である。本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池システムの一例を示す概略図である。本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池システムの通常運転動作を説明するための概略図である。本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池システムの液抜き動作時を説明するための概略図である。本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池システムの他の一例を示す概略図である。本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池システムの他の一例の通常運転動作を説明するための概略図である。本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池システムの他の一例の液抜き動作時を説明するための概略図である。本発明のその他の実施の形態に係る燃料電池システムの一例を示す概略図である。

符号の説明

１…スタック
２…燃料タンク
３…バルブ
４…燃料供給ポンプ
５…バッファタンク
５ａ…サブタンク
６…循環ポンプ
７…第１の逆止弁
８…第２の逆止弁
９…第３の逆止弁
１０…膜電極複合体（ＭＥＡ）
１１…電解質膜
１２…アノード極
１３…カソード極
１４…アノードガスケット
１５…カソードガスケット
１６…アノード流路板
１７…燃料入口
１８…燃料出口
１９…気体出口
２０…気液分離層
２１…燃料流路
２２…気体流路
３０…弁筐体
３１…弁体
３２…ストッパ
４０…空気取り込み口
４１…排出口
５１…第４の逆止弁

Claims

燃料を蓄える燃料タンクと、
前記燃料タンクから供給された燃料を蓄えるバッファタンクと、
電解質膜と、前記電解質膜を介して互いに対向するアノード極及びカソード極と、前記アノード極に前記燃料を供給する燃料入口と前記燃料を排出する燃料出口が設けられたアノード流路板とを有し、前記アノード極に供給された前記燃料と前記カソード極に供給された空気との反応により発電するセルを含むスタックと、
前記バッファタンクから前記燃料入口、前記スタック、前記燃料出口を介して前記バッファタンクへ戻る経路を順方向として、前記燃料を循環させる循環ポンプと、
前記燃料出口と前記バッファタンクの間の経路に配置され、前記順方向に前記燃料を流し、逆方向の流れを止める第１の逆止弁
とを備え、
発電が終了した後に、前記循環ポンプが逆回転することにより前記逆方向の流れを形成し、前記スタック内から前記燃料入口を介して排出された前記燃料を前記バッファタンクに回収することを特徴とする燃料電池システム。
前記第１の逆止弁と前記スタックとの間に設けられた第１の分岐部と、
前記第１の分岐部に接続された空気取り込み口と、
前記空気取り込み口と前記第１の分岐部の間の経路に配置され、前記第１の分岐部から前記空気取り込み口への流れを止める第２の逆止弁
とを更に備え、
前記循環ポンプが逆回転することにより、大気中の空気を前記空気取り込み口から取り込むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
前記気体出口に接続された排出口と、
前記気体出口と前記排出口との間の経路に配置され、前記排出口から前記気体出口への流れを止める第３の逆止弁
とを更に備え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。
前記循環ポンプが逆回転することにより、大気中の空気を前記気体出口から取り込むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
前記バッファタンクと前記燃料入口との間に設けられた第２の分岐部と、
前記第２の分岐部に接続されたサブタンクを更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
前記バッファタンクと前記第２の分岐部との間に配置され、前記第２の分岐部から前記バッファタンクへの流れを止める第４の逆止弁を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
前記アノード流路板には、前記アノード極からの気体を排出する気体出口がさらに設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
燃料を蓄える燃料タンクと、
前記燃料タンクから供給された燃料を蓄えるバッファタンクと、
電解質膜と、前記電解質膜を介して互いに対向するアノード極及びカソード極と、前記アノード極に前記燃料を供給する燃料入口と前記燃料を排出する燃料出口が設けられたアノード流路板とを有し、前記アノード極に供給された前記燃料と前記カソード極に供給された空気との反応により発電するセルを含むスタックと、
前記バッファタンクから前記燃料入口、前記スタック、前記燃料出口を介して前記バッファタンクへ戻る経路を順方向として、前記燃料を循環させる循環ポンプと、
前記燃料出口と前記バッファタンクの間の経路に配置され、前記順方向に前記燃料を流し、逆方向の流れを止める第１の逆止弁
とを備えた燃料電池システムの制御方法であって、
発電が終了した後に、前記循環ポンプを逆回転する様に制御することにより前記逆方向の流れを形成し、前記スタック内から前記燃料入口を介して排出された前記燃料を前記バッファタンクに回収することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。