JP2009091231A - 液体供給装置、水素発生装置及び燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池に使用される燃料液体及び燃料前駆体液体を体積の大きい補器を用いず、また電力を消費することなくより一定の速度で送液することを可能とする。
【解決手段】 液体を排出する排出口と、複数の外面とを有し、前記液体を収容する液体収容部と、前記複数の外面のうち第１の外面に対して荷重を与え前記液体収容部を押圧する押圧部とを有し、前記第１外面と隣り合う第２外面は、前記押圧部による押圧力が小さくなるにつれて、前記第１外面と前記第２外面とによりなす角の角度が小さくなり、前記角度は０度以上９０度未満であることを特徴とする液体供給装置。これにより液体の残量によらず、液体をより一定の速度で送液できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料前駆体である液体の供給装置、液体供給装置によって供給された液体により水素を発生する水素発生装置、及び水素発生装置により発生する水素を用いて発電する燃料電池システムに係るものである。

従来、パーソナルコンピュータや携帯電話等の電子機器の電源として固体高分子型燃料電池を用いたものが知られている。上記燃料電池で電気化学反応を起こし電気に変換する物質としては水素、メタノール等の燃料流体が挙げられる。

燃料電池は内部をイオン(プロトン)が移動する電極触媒層・固体電解質膜複合体（ＭＥＡ）が、アノード側電極とカソード側電極とに挟み込まれた構造になっている。カソード側の電極触媒層では空気、又は酸素供給装置によって酸素が供給され、アノード側の電極触媒層には上記のような燃料流体が供給される。発電の際にはアノード側の電極触媒層から与えられたプロトンが電解質膜中を移動し、カソード側の電極触媒層において酸素と反応して電流を発生する。

燃料電池を連続的に動かす場合当然ながら燃料を絶やすことなく供給する必要がある。そのため燃料を搭載した燃料カートリッジによって燃料を与え、該燃料カートリッジ中の燃料の残量が低下してくると燃料カートリッジを新規のものに交換して取り付ける方法が広く知られている。

また、上記燃料に水素を用いる場合には当然ながら燃料側電極に水素を供給する必要がある。このような燃料電池における燃料カートリッジの例として水素吸蔵合金ボンベ、高圧水素タンク、水素発生装置が挙げられる。中でも水素発生装置は燃料カートリッジ中に水素前駆体を貯蔵すること、燃料カートリッジ内部が高圧にならないことが特徴である。そのため筐体の素材の幅広い選定ができ、重量に関して優位性を持っている。

水素発生装置では複数から成る水素発生物質を反応させることによって水素を発生させる。水素発生物質の代表的な例を挙げると、水素化アルミニウムと水、固体の水素化ホウ素ナトリムと触媒溶液、液体の水素化ホウ素ナトリウムと触媒溶液等がある。上記の手法において複数の物質を反応させる際には、液体をもう一方の反応物質に加える方法が取られることが多い。

上記の水素発生装置において液体の送液方法として、ポンプやレギュレータを用いたものがある。しかし水素発生装置や燃料電池本体にポンプやレギュレータを取り付けると燃料電池システムの体積や重量が増加してしまう。また特にポンプは電気エネルギーを用いるため、燃料電池と接続される電子機器に使用できる有効な電力量が少なくなってしまう。そのため上記液体の送液装置としてバネを用いて液体に荷重をかけて押圧し、その圧力で液体を移動させるという手法がある（例えば特許文献１参照）。またこの手法はダイレクトメタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ）において燃料側電極にメタノール等の液体燃料を送液するためにも用いられている。その場合水素発生装置と同様、液体燃料にバネで荷重をかけて押圧し、その圧力で液体燃料を移動させる。
特開２００４−８７４７０

しかしバネの特性として、バネの変位量が変化するにつれバネの荷重も変化する。そのためバネを用いて液体に荷重をかけると、液体の残量によってバネの荷重が変化するため送液速度が変化する。通常バネのみで液体に荷重をかけると、残量が多い状態では荷重は大きく、少ない状態では荷重は小さい。水素発生装置において、送液速度が変化すると水素発生速度も変化する。そのためバネを用いて送液すると、残量が少ない状態では水素発生速度が低く燃料電池で使用する水素速度に満たなくなったり、残量が多い状態では水素発生速度が速く多くの水素が発生し燃料電池及び燃料カートリッジの内部圧力が高くなってしまうことがある。またＤＭＦＣにおいても流量が変化すると限界電流等の発電特性が変化する。そのため残量に応じて送液速度に変化が生じることは好ましくない。

そこで本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、液体の残量に応じて押圧力が変化するバネのような弾性体で液体を送液する場合に、大型の補器や電力を伴う補器を用いずにより一定の速度で送液する事ができる液体供給装置、供給された液体により一定の速度で水素を発生する水素発生装置、発生した水素により安定した電力を供給する燃料電池システムを提供する事を目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の様態は、液体を排出する排出口と、複数の外面とを有し、前記液体を収容する液体収容部と、前記複数の外面のうち第１外面に対して荷重を与え前記液体収容部を押圧する押圧部とを有し、前記第１外面と隣り合う第２外面は、前記押圧部による押圧力が小さくなるにつれて、前記第１外面と前記第２外面とによりなす角の角度が小さくなり、前記角度は０度以上９０度未満である位置に配置されることを特徴とする液体供給装置にある。

かかる第１の様態においては、押圧部によって液体の残量とともに減少する荷重をうける第１外面と、第１外面と隣り合う第２外面と、内部の液体を外部へと排出する排出口とを有する液体収容部を備えた液体供給装置において、押圧部によって第１外面に対して与えられる荷重が減少するとともに第１外面と第２外面によってなされる角も減少し、第２外面の液体収容部に対する荷重が増加するため、液体の残量が多い状態と少ない状態での液体収容部を押圧する力の差は大差がない。従って押圧部による荷重が液体収容部内部の液体とともに減少しても、複数の外面を有さない場合よりも、一定の速度で液体を送液することができる。

本発明の第２の様態は、第１の様態に記載の液体供給装置において、前記第２外面が複数存在し、互いに向かい合う第２外面のそれぞれの前記角から最も離れた端部までの長さが等しく、前記第２外面のそれぞれの前記端部が前記第１外面と平行を成す面に存在することを特徴とする液体供給装置にある。

かかる第２の様態においては、第２外面により液体収容部を押圧できる範囲が広がるため、より大きな液体収容部を用いることができ、液体収容部内部により多くの液体１１を収容することができる。

本発明の第３の様態は、第２の様態に記載の液体供給装置において、互いに向かい合う前記第２外面のそれぞれの、前記角から前記端部までの長さの和が、前記第１外面と前記互いに向かい合う第２外面のそれぞれが形成する２つの前記角同士によりなされる距離以下であることを特徴とする液体供給装置にある。

かかる第３の様態においては、第１外面と第２外面とによってなされる角がより小さい範囲まで使用できるため、液体収容部の内部に収容された液体をより有効に排出することができる。

本発明の第４の様態は、第２または第３の様態に記載の液体供給装置において、前記第２外面のそれぞれの前記角から最も離れた前記端部に接し、前記第１外面と平行な面を仮想面とし、前記仮想面に対して前記第１外面及び前記第２外面が対称に配置されることを特徴とする液体供給装置にある。

かかる第４の様態においては、第１外面及び第２外面が対称に配置されない場合に対して、第１外面と第２外面によってなされる角の角度が同じ状態の場合、液体収容部により多くの液体を収容する事ができる。

本発明の第５の様態は、第１乃至第４の様態に記載の液体供給装置において、前記液体収容部は可撓性を有する材料から成り、前記複数の外面は剛性を有することを特徴とする液体供給装置にある。

かかる第５の様態においては、液体の圧力が外面にかかっても外面が変形せず、液体の圧力をより一定に保持できる。

本発明の第６の様態は、第５の様態に記載の液体供給装置において、前記角は前記第１外面及び前記第２外面と接続される回転機構によって形成されることを特徴とする液体供給装置にある。

かかる第６の様態においては、回転機構によって第１外面と第２外面とによりなされる角を適切に構成することにより、角度のばらつきを低減することができる。

本発明の第７の様態は、第１乃至第３の様態に記載の液体供給装置において、前記第2外面の両端を挟み込む第1固定部及び第2固定部を備え、前記第2外面の前記角から前記端部までの長さは、前記第1固定部と前記第2固定部の間の長さよりも大きいことを特徴とする液体供給装置にある。

かかる第７の様態においては、液体収容部に液体を収容した場合に第１外面と第２外面によってなされる角の角度を確実に０度以上９０度以下に保ち、液体の一定速度での送液をより確実なものにすることができる。

本発明の第８の様態は、第４の様態に記載の液体供給装置において、互いに向かい合う2枚の前記第1外面を挟み込む位置に第１固定部及び第２固定部を備え、互いに向かい合う2枚の前記第1外面の間に位置する一側面は、少なくとも2枚の前記第2外面より構成され、前記一側面を構成する複数の前記第2外面のうち、前記第1外面と隣り合う前記第2外面は、前記端部が他の前記第2外面と隣り合い、前記第1外面と隣り合う前記第2外面に挟まれる前記第2外面のそれぞれは、一端は一の前記第2外面の一端のみと隣り合うとともに他端は二の前記第2外面の一端のみと隣り合い、前記一側面の、一方の前記第1外面と前記一方の第1外面と隣り合う前記第2外面とによりなす角から他方の前記第1外面と前記他方の第1外面と隣り合う前記第2外面とによりなす角までの長さは、前記第1固定部と前記第2固定部の間の長さよりも大きいことを特徴とする液体供給装置にある。

かかる第８の様態においては、複数の第2外面より一側面が構成された場合であっても、第1外面と第2外面によってなされる角度を確実に0度以上90度以下に保ち、液体を一定の速度でより確実に送液することができる。

本発明の第９の様態は、第１乃至第６の様態に記載の液体供給装置において、前記第２外面の前記液体が存在する側の面と対向する面上に設けられた突起部と、前記角度が最大値となるときのみ前記突起部と接するように固定された接触部を有し、前記接触部から、前記角を通り前記第１外面に対して垂直な面までの最短の距離が、前記第２外面の前記液体が存在する側の面から前記突起部の最も突出している部分までの距離未満であることを特徴とする液体供給装置にある。

かかる第９の様態においては、液体収容部に液体を収容した場合に第１外面と第２外面によってなされる角の角度を確実に０度以上９０度以下に保ち、液体の一定速度での送液をより確実なものにすることができる。
本発明の第１０の様態は、請求項１乃至９いずれかに記載の液体供給装置と、固体の反応用物質を収容するとともに前記液体供給装置から供給される前記液体と前記反応用物質とを反応させて水素を生成する反応室と、前記反応室に備えられ前記水素を前記反応室外部へと供給する水素供給口と、前記液体供給装置に備えられた前記排出口から前記反応室に前記液体を送る送液路と、前記送液路上に備えられ、前記反応室の内部圧力が基準圧力よりも低い場合のみ、前記排出口から前記反応室へ前記液体を送液する弁と、少なくとも前記液体供給装置を収容する外装とを備えることを特徴とする水素発生装置にある。

かかる第１０の様態においては、反応室の内部で液体と反応用物質を反応させて水素を発生させる水素発生装置において、弁を用いて排出口から反応室への液体の流れを制御することにより反応室へ流れる液体の量を細かに調整することができ、かつ液体収容部内の液体の残量によらず、開弁時の液体の送液速度を一定に保つため、安定した水素発生をすることができる。

本発明の第１１の様態は、第１０の様態に記載の水素発生装置において、前記接触部は前記水素発生装置の何れかの面であることを特徴とする水素発生装置にある。

かかる第１１の様態においては、水素発生装置の何れかの面を接触部として利用する事で、開弁時の液体の送液速度が一定であり安定した水素発生をすることができる水素発生装置を、より少ない部品点数で製作することができる。

本発明の第１２の様態は、第１０又は第１１の様態の水素発生装置と、前記水素供給口から供給された前記水素と酸素とを用いて発電を行う発電部とを備えることを特徴とする燃料電池システムにある。

かかる第１２の様態においては、反応用の液体が一定の送液速度で供給されるために安定して水素発生をすることができる水素発生装置を搭載しているため、安定した発電を行う燃料電池システムを提供する事ができる。

本発明の第１３の様態は、第１乃至第９の様態の液体供給装置と、前記液体供給装置を収容し前記排出口のみが貫通して外部とつながっている筐体を備え、前記排出口から供給された前記液体と大気中の酸素を用いて発電を行う発電部とを備えることを特徴とする燃料電池システムにある。

かかる第１３の様態においては、燃料電池の負荷変動後の負荷が一定の区間において、発電の燃料として用いられる液体が一定の速度で発電部に供給されるため、DMFCやDBFC等の液体燃料と酸素を用いて発電をする燃料電池において安定した発電を行うことができる。

本発明の第１４の様態は、請求項1乃至９のいずれかに記載の液体供給装置と、内部が前記液体供給装置と前記液体で満たされ、前記排出口より前記液体を供給される筐体と、前記液体と大気中の酸素を用いて発電を行う発電部と、前記筐体と前記発電部を接続し、前記液体を前記筐体から前記発電部へ送る連結口とを備え、前記連結口は、前記排出口よりも圧力損失が少ないことを特徴とする燃料電池システムにある。

かかる第１４の様態においては、燃料電池の負荷変動後の負荷が一定の区間、さらには燃料電池の負荷変動時の区間においても、発電の燃料として用いられる液体が一定の速度で発電部に供給されるため、DMFCやDBFC等の液体燃料と酸素を用いて発電をする燃料電池において安定した発電を行うことができる。

本発明の第１５の様態は、請求項１３又は１４に記載の燃料電池システムにおいて、前記接触部は前記筐体であることを特徴とする燃料電池システムにある。

かかる第１５の様態においては、筐体を接触部として利用する事で、一定の速度で供給される液体燃料と酸素を用いて発電をする燃料電池を、より少ない部品点数で製作することができる。

液体の残量に応じて押圧力が変化するバネのような弾性体で液体を送液する場合に、大型の補器や電力を伴う補器を用いずにより一定の速度で送液する事ができ、安定した電力を供給することができる。

（第１実施形態）
図１は本発明に係る液体供給装置の第１実施形態例の構成図である。以下図１に基づいて第１実施形態例を説明する。液体収容部１はシリンジや樹脂性の袋のように、荷重を受けることで内部の容積を変化させることができるものである。液体収容部１の内部は液体１１が収容されている。液体１１の例としては水素前駆体である触媒溶液・水素化ホウ素ナトリウム溶液・水や、ＤＭＦＣの燃料であるメタノールが挙げられるがこれには限らない。

液体収容部１には複数の外面があり、押圧部２は第１外面３に対して荷重を与え、液体収容部１内部の液体１１を押圧する。押圧部２はバネやゴム、圧縮気体等の弾性を示す部材である。押圧部２が荷重を与えるのは第１外面３であっても、第１外面３と隣り合う第２外面４でも良い。また、押圧部２の荷重をより全体的にかけるために押圧部２の荷重は荷重板２１を介して液体収容部１を押圧しても良い。また押圧部２は第１外面３に対して垂直に荷重をかけることが望ましい。第１外面３、第２外面４の形状はどんな形状でもかまわないが、液体供給装置をそれを使用する機器に組み込んだ際にスペースを有効に利用できるよう、四角形であることが望ましい。また押圧部２による荷重によって液体収容部１が移動しないよう、第１外面３は支持手段を設けていることが好ましい。支持の手段の例としては、第１外面３を固定する、第１外面３が移動しても荷重がかからない方向に逃げないようにガイドを設けるなどが挙げられる。

押圧部２により押圧された液体１１は、液体収容部１に備えられる排出口５より排出される。排出口５が燃料電池や水素発生器等のデバイスに接続されることにより、液体１１はそれらのデバイスへと送液される。なお、液体１１は液体１１にかかる液圧力に比例した速度で排出される。また液体１１にかかる液圧力と液体１１の排出速度の関係が保たれるよう、排出口５は一定の内径であることが望ましい。

第２外面４は第１外面３と隣り合っており、両外面によってなされる角の角度をθとする。角度θは液体収容部１の内部の液体１１が減少するにつれて小さくなっていく。また押圧部２はバネ、ゴム等の弾性体であるため、それに伴って押圧部２の荷重も減少してく。なお小型化のため、液体収容部１の内部の液体１１の残量がなくなったときに第１外面３と第２外面４が密接するように、角度θは０°以上９０°未満で利用されることが望ましい。

ここで図２を用いて液体１１の残量が多いときと少ないときの第２外面が液体収容部１に与える力を用いて、液体１１にかかる押圧力を説明する。なお、図２において液体収容部１、液体１１は省略してある。

図２（ａ）は液体収容部１の内部の液体１１の残量が多い時の液体供給装置の概略図である。押圧部２によって荷重Ｆが第２外面４にかかっているが、液体収容部１に押圧力を与えるときに有効となるのは第２外面に対して垂直な方向の力である。また図中角AとA'、角BとB'は等しいため、角Cはθとなる。よって押圧部２によって与えられる液体収容部１に対して有効な押圧力である、第２外面に対して垂直な方向の力はＦｃｏｓθである。

図２（ｂ）は液体収容部１の内部の液体１１の残量が少ないときの液体供給装置の概略図である。残量が少なくなると液体収容部１の容積は減少し、それに伴い押圧部２の荷重も減少する。また第１外面３と第２外面４によってなされる角４１の角度も減少している。ここでは押圧部２による荷重をＦ′、角４１の角度をθ′と表現する。図２（ａ）の場合と同様に押圧部２によって与えられる第２外面に対して垂直な方向の力はＦ′ｃｏｓθ′である。

ＦとＦ′を比較すると、前述のように押圧部２は液体１１の残量が減少するにつれて荷重が低下するため、Ｆ＞Ｆ′の関係が成り立つ。一方、ｃｏｓθとｃｏｓθ′を比較すると、θの範囲は０°以上９０°未満であり、液体１１の残量が多い状態ではθは大きく残量が少ない状態では小さいことから、ｃｏｓθ＜ｃｏｓθ′の関係が得られる。液体１１の残量が減少するにつれＦは減少するがｃｏｓθは上昇するため、液体１１の残量が多い状態と少ない状態での押圧力の差は、押圧部２としてバネのような弾性体を用い第１外面と第２外面を有さない液体供給装置よりも減少する。そのため残量の多い状態においても少ない状態においても、液体１１の圧力には大差がなくより一定の速度で送液が可能となる。
上記のような構造によれば、液体１１の残量が減少するに伴って荷重が減少するバネのような押圧部２を用いて液体収容部１を押圧しても、液体１１の残量が多い状態と少ない状態で液体１１をより一定の速度で送液することができる。
（第２実施形態）
図３は本発明に係る液体供給装置の第２実施形態例の構成図である。以下図３に基づいて第２実施形態例を説明する。なお、第１実施形態と同一または同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

第２実施形態は第１実施形態の液体供給装置において、第２外面４を複数有するものである。また第１外面３となす角４１から最も遠い第２外面４の端部６までの長さが、互いに向かい合う第２外面４において同じ長さである。また複数の端部６は第１外面３と平行をなす面上に存在する。

第１実施形態では第２外面４が１個だったのに対し、第２実施形態では第２外面４が複数存在する。第２外面４は回転運動をし、液体収容部１は第２外面４の回転運動範囲内にしか存在する事ができない。そのため第２外面４を複数配置した際には第２外面４の回転運動範囲が増すため、同じ第１外面３の面積、液体収容部１の高さで液体収容部１内により多くの液体１１を収容することができる。また端部６は液体１１の残量が減少するにつれて荷重板２１に接しながら角度θを減少させていくため、荷重板２１と端部６の間に働く摩擦は小さいほうが良い。また荷重板２１は剛性を有することが好ましいため、表面粗さの少ないＳＵＳ材、ＰＴＦＥ等の低摩擦樹脂の板材等を用いることが好ましい。

また第２外面４を挟み込むように第１固定部７１及び第２固定部７２が配置されている。さらに第１固定部７１と第２固定部７２の間の距離は第２外面の角４１から端部６までの長さよりも短い。そのため液体収容部１の内部に収容される液体１１の量は、角４１から端部６までの長さが、第１固定部７１と第２固定部７２の間の長さになった時点で最大となり、それ以上液体１１が収容されることは無く、角４１は確実に０°以上９０°以下になる。

第１固定部７１、第２固定部７２の材質は金属や合成樹脂材などどのようなものでもかまわないが、液体収容部を抑えこむため、ある程度の剛性を持った材質であることが好ましい。具体的には液体収容部１を挟み込んだ時にかかる荷重によって、固定部自体が撓んで、第１固定部７１と第２固定部７２の間の距離が第２外面の角４１から端部６までの長さよりも短いという関係が崩れない程度の剛性である。形状も液体収容部１の荷重がかかる方向の両端を挟み込めるならばどんなものでもかまわない。例えば図３のように第１固定部７１と第２固定部７２がそれぞれ複数個存在していても良いし、図４のように第１固定部７１と第２固定部７２は一つの部材によって構成されるものであっても良い。

また互いに向かい合う第２外面４の角４１から端部６までの長さは、それぞれの第１外面となす角４１同士の距離の１／２以下であっても良い。図５（ａ）は該長さがそれぞれの第１外面となす角４１同士の距離の１／２より長い場合、図５（ｂ）は該長さがそれぞれの第１外面となす角４１同士の距離の１／２以下の場合である。

図５（ａ）の場合、残量が減少してθが減少しとときに、互いに向かい合う第２外面４同士が干渉してしまいθが小さくならない。そのため液体収容部１は完全につぶれず、内部に液体１１を多く収容した状態で送液が停止してしまう。

それに対して図５（ｂ）の場合には、残量が減少しても互いに向かい合う第２外面４同士が干渉しない。そのため液体収容部１が完全につぶれ、内部の液体１１が殆ど残らない状態まで液体１１を排出することができる。
（第３実施形態）
図６は本発明に係る液体供給装置の第３実施形態例の構成図である。以下図６に基づいて第３実施形態例を説明する。なお、第１又は第２実施形態と同一または同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

第３実施形態は第２実施形態の液体供給装置に、さらに第１外面３と第２外面４を備えたものである。全ての端部６と接し第１外面３と平行な仮想面６１を基準に、第１外面３及び第２外面４が対称に存在している。この実施例では押圧部２は荷重板２１を介さず、第１外面３に対して直接荷重をかけている。この構造によれば第１外面３と第２外面４が対称に配置されない場合に比べ、角４１の角度が同じ状態で、液体収容部１により多くの液体１１を収容する事ができる。

また図７にこの構造における液体１１の残量の変化における液体１１にかかる圧力（液圧力）の挙動を示す。横軸に液体１１の残量、縦軸に液圧力をとったグラフである。グラフ中の実線は本発明における液体供給装置の液圧力、破線は従来の液体供給装置の液圧力であり、異なる残量における各液圧力の差が比較しやすいように、残量が約０ml付近の両者の液圧力を０ｋＰａＧとしている。従来の液体供給装置は第２外面４を有さず、シリンジのように第１外面３同士が近接するように液体収容部１は容積を減少させる。そのため第１外面３にかかった押圧部２の荷重が直接的に液体１１に液圧力をかける。押圧部２であるバネやゴム等の弾性体は液体１１の残量が減少するにつれて荷重も減少するため、液圧力は液体１１の残量と共に減少する。

実線は本発明の液体供給装置において同じ押圧部２を用いた場合のグラフであるが、従来の液体供給装置に比べて液体１１の残量が多い状態での液圧力が低い。また液体１１の残量が減少するにつれて液圧力が上昇する区間がある。この区間においては押圧部２による荷重Ｆが減少してもｃｏｓθが大きく上昇するため、第２外面が液体１１にかける荷重Ｆｃｏｓθは上昇する。そのためＦｃｏｓθの影響でこの区間において液圧力は上昇する。また角４１の角度が９０°以上になってしまうと第２外面４に存在する端部６は液体収容部１の外側に膨らむ。その場合、液体１１の残量と液圧力の関係は図７の実線のようにはならずに液体１１を一定速度で排出するといった効果が表れない。この理由からも角４１の角度θは０°以上、９０°未満であることが望ましい。

そのため残量が多い状態における液圧力は低減され、残量が多い状態と少ない状態における液圧力のばらつきは低減される。よって、より一定の速度で液体１１を供給することができる。
（第４実施形態）
図８は本発明に係る液体供給装置の第４実施形態例の構成図である。以下図８に基づいて第４実施形態例を説明する。なお、第１乃至３実施形態と同一または同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

第４実施形態は液体収容部１が可撓性材料であり、複数の外面がそれぞれ剛性を有する液体供給装置である。液体収容部１を構成する可撓性を有する材料としては、ＰＥ、ＰＰ、ＰＶＤＣ，ＰＥＴ，ＰＶＤＦ，ＰＰＥ、シリコーンシート等の樹脂材が挙げられる。外面は液体１１に液圧力がかかった場合に液体収容部１が膨らむ方向に荷重を受ける。外面が剛性を有することで、液圧力によって外面が変形することで液体収容部１の容積が変化することはなく、液圧力を保持することができる。

液体収容部１の外面が剛性を有する手段としていくつか例があげられるが、その中の一例を以下で説明する。

液体収容部１の外面が剛性を有する手段の一つの例は、液体収容部１に剛性を有する板を接着することで外面を形成するという方法である。剛性を有する板の具体例としてはＳＵＳ、ニッケル、アクリル、ＰＴＦＥ等が挙げられる。剛性を有する板を熱融着、接着材、接着テープ等の接着手段により液体収容部１と接着させる。これにより液体収容部１は複数の外面を有することができる。また、複数の外面は液体収容部１の外側と内側のどちらに接着されていても良い。

液体収容部１の複数の外面が剛性を有する手段の別の例は、液体収容部１が一部のみ厚みを有することで外面を形成するという方法である。この方法によれば複数の外面を形成するために異なる部材を組み立てる必要が無くなるため、組立工程が簡易化できる。

なお、残量が減少したときに剛性の板同士が干渉することによって液体収容部の容積が減少するのを阻害することを避けるため、それぞれの外面同士の間にはある程度のクリアランスを有することが望ましい。クリアランスの距離は、クリアランスを形成する第１外面３及び第２外面４の厚みの和以上とることが望ましい。

また図９のように第１外面３と第２外面４の間に回転機構６２を備えても良い。回転機構６２は隣接する外面と接続されることで、複数の外面は蝶番のように回転する。そのため回転機構６２を備えることにより角４１の角度のばらつきを少なくすることができる。
（第５実施形態）
図１０は本発明に係る液体供給装置の第５実施形態例の構成図である。以下図１０に基づいて第５実施形態例を説明する。なお、第１乃至４実施形態と同一または同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

第５実施形態は第１乃至第４実施形態の液体供給装置に加え第１固定部７１、第２固定部７２が配置された例である。第１固定部７１、第２固定部７２は液体収容部１の荷重がかかる方向の両端を挟み込むように配置されている。第２外面４の角から端部６までの距離をａ、第１固定部７１と第２固定部７２の間の距離をｂとすると、ａとｂの関係はｂ＜ａ×ｎ（ｎは一側面を構成する第2外面の数）である。

図１１を用いて第５実施形態の作用を説明する。なお図１１においては、液体収容部１、液体１１、押圧部２、排出口５は省略している。

もし第１固定部７１、第２固定部７２が無い場合に、角４１の角度θが９０°未満であり液体収容部１の内部に液体１１が充填されていない状態から、液体収容部１にたいして液体１１を充填していくと、角度θは次第に大きくなりやがて９０°以上になってしまう可能性がある。ここで第１固定部７１、第２固定部７２がある場合を考える。角４１の角度θが９０°未満であり、液体収容部１の内部に液体１１が充填されていない状態から、液体収容部１にたいして液体１１を充填していくと、θは徐々に増していく。しかし、第１固定部７１、第２固定部７２が配置されているため、角４１の角度θが９０°以上になることはなく、互いに向かい合う第１外面間の距離がａ×ｎになったところで角度θがそれ以上増えなくなる。つまり液体１１をどんなに充填しようとしても角度θは９０°未満の状態に抑えられ、液体１１がそれ以上充填できない状態になる。そのため第１固定部７１と第２固定部７２を配置する事により、角４１の角度θをより確実に０°以上９０°未満にすることができる。
（第６実施形態）
図１２は本発明に係る液体供給装置の第６実施形態例の構成図である。以下図１２に基づいて第６実施形態例を説明する。なお、第１乃至第５実施形態例と同一または同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

第６実施形態は第１乃至第４実施形態の液体供給装置に加え突起部７３と接触部７４が配置された例である。突起部７３は第２外面３の液体１１が存在する面と対向する面上に設けられ、接触部７４は角度θが最大となるときに突起部７３と接触するように配置されている。また第２外面４の液体１１が存在する面から突起部７３の最も突出している部分までの距離（ｃ）と、角４１を通り第１外面に対して垂直な面と接触部７４までの距離（ｄ）との関係はｃ＞ｄである。

図１3を用いて第６実施形態の作用を説明する。なお、図１3においては液体収容部１、液体１１、押圧部２、排出口５は省略している。突起部７３、接触部７４が存在しない場合に、角４１の角度θが９０°未満であり、液体収容部１の内部に液体１１が充填されていない状態で、液体収容部１に対して液体１１を充填していくと、第５実施形態で先述のように角度θが９０°以上になってしまう可能性がある。突起部７３と接触部７４がある場合には、液体収容部１に液体１１を充填していくと角４１の角度θは増していくが、突起部７３と接触部７４が接するところで角度θがそれ以上増えなくなる。ｃ＞ｄの関係から突起部７３と接触部７４が接しているときの角度θは９０°未満である。つまり液体１１をどんなに充填しようとしても角度θは９０°未満の状態に抑えられる。そのため突起部７３と接触部７４を配置することにより角４１の角度θをより確実に０°以上９０°未満にすることができる。

また材質は金属や剛性樹脂材などどのようなものでもかまわないが、ある程度の剛性を持った材質であることが好ましい。具体的には突起部７３と接触部７４が接触したときにかかる荷重によって生じる撓みによってｃ＞ｄの関係が崩れなければ良い。
（第７実施形態）
図１4は本発明に係る液体供給装置を水素発生装置と燃料電池に対して用いた第７実施形態例の構成図である。以下図１4に基づいて第７実施形態例を説明する。なお、第１乃至６実施形態と同一または同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

第７実施形態は第１乃至６実施形態に記載の液体供給装置が水素発生装置８の構成要素として用いられ、さらに発電部９を備えたものである。水素発生装置８は送液路８１、反応室８２、反応用物質８２１、水素排出口８３、弁８４によって構成されるが、外装８５をさらに有していても良い。

液体供給装置に備えられている排出口５は、内部を液体が移動することができる送液路８１によって反応室８２と接続される。反応室８２の内部には反応用物質８２１が収容されており、送液路８１中を移動してきた液体１１と接触することによって水素発生反応を起こす。反応室８２はアクリルやＳＵＳ、ニッケルのように剛性を有し、さらには水素を透過しにくい素材で作製されることが好ましい。反応用物質８２１の具体例としては固体の水素化ホウ素ナトリウム、水素化アルミ、水素化ホウ素ナトリウム水溶液、水素化ホウ素カリウムが挙げられるがこれには限らない。水素発生反応は液体１１の送液量によって変化し、送液量が多いと水素発生量は多く、送液量が少ないと水素発生量は少ない。水素発生反応によって発生した水素は反応室８２に備えられた水素排出口８３によって反応室外部へと排出される。

送液路８１には反応室８２の内部圧力が基準圧力よりも低い場合のみ液体１１を送液するように制御する弁８４が備えられる。弁８４の具体例としては電気式バルブ、圧力制御による逆止弁等がある。電気式バルブでは反応室８２の内部圧力を検出し、内部圧力が任意に設定した基準圧力よりも低い場合のみバルブを開き、液体１１の送液を制御する。逆止弁を用いた場合には反応室８２の内部圧力が液体１１にかかっている圧力よりも低い場合に開弁して液体１１を送液し、反応室８２の内部圧力が液体１１に掛かっている圧力よりも高い場合では閉弁し液体１１を送液しない。これにより液体１１の送液の制御ができる。また開弁時間が同じとき、液体１１の送液速度の速さに応じて送液量は変化するため、水素発生量も変化する。また外装８５は少なくとも液体供給装置を収容するが、反応室８２や弁８４などを収容していても良い。また第７実施形態例においては反応室８２の壁面を接触部７４として利用している。また外装８５の壁面を接触部７４として利用したり、反応室８２の内部に液体供給装置が収容されるタイプの水素発生装置において反応室８２の内壁面を接触部７４として利用することもできる。これによれば水素発生装置において弁８４が開弁している状態での液体１１の送液速度が一定であり、且つ第１外面と第２外面によってなされる角の角度θをより確実に０°以上９０°未満にすることが少ない部品点数で可能である。

発電部９は水素発生装置８において発生した水素を使用する為、水素排出口８３と接続される。発電部９はアノード側電極９１と、カソード側電極９２の間に配置されたＭＥＡ９３と、発電部筐体９４によって構成される。ＭＥＡ９３は固体電解質膜（ＰＥＭ）の両面に電極触媒層を塗布したものである。また水素発生装置で発生させた水素を水素発生装置及び発電部９の外部へ漏らすと危険である。そのため発電部筐体９４は水素排出口８３からＭＥＡ９３までの空間を外部から隔離する構造である。水素発生装置において発生した水素は水素排出口８３を通りＭＥＡ９３へと供給される。アノード側の電極触媒層で水素はプロトンと電子に分解され、生成されたプロトンは固体電解質膜中を通ってカソード側の電極触媒層へと移動する。カソード側の触媒層で固体電解質膜を通り抜けたプロトンと空気中の酸素が反応する。アノード側の電極触媒層において水素がプロトンになることによって発生する電子はアノード側電極９１からカソード側電極９２に移動し電流を得る。アノード側電極９１とカソード側電極９２を電力を消費する機器に接続することによって、該機器を動作させることが可能である。

上記のような構成の液体供給装置においては、内部で水素を発生する水素発生装置８にも適用でき、液体１１の残量によらずより弁８４の開弁時には一定の送液速度で液体１１が供給されるため、一定の速度で水素を発生し、発電部９においてより安定した発電を行うことができる。
（第８実施形態）
図１５は本発明に係る液体供給装置を燃料電池に対して用いた第８実施形態例の構成図である。以下図１５に基づいて第８実施形態例を説明する。なお、第１乃至７実施形態と同一または同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

第８実施形態は第１乃至６実施形態に記載の液体供給装置にさらに筐体１２と発電部９を備えたものである。

第８実施形態例では液体１１は直接液体型燃料電池に用いられる燃料であり、即ちメタノールや水素化ホウ素化合物の水溶液が例として挙げられる。図１５に記載のように本実施形態例においては筐体１２を接触部７４として利用している。そのため、第１外面と第２外面によってなされる角の角度θをより確実に０°以上９０°未満にする液体供給装置を、少ない部品点数で提供することが可能である。また発電部９は液体供給装置の排出口５と接続され、発電部筐体９４によって外部と遮断された空間にあるＭＥＡ９３へと供給される。また直接メタノール形燃料電池の場合、発電時のＭＥＡ９３のアノード側ではＣＨ₃ＯＨ ＋ Ｈ₂Ｏ → ３Ｈ₂ ＋ ＣＯ₂という反応が起こっており、二酸化炭素が発生している。そのため燃料電池筐体９４には発生した二酸化炭素を発電部９外部へと放出する開口部があっても良い。また開口部からは液体１１が外部に放出されないように、気体のみ透過することが望ましい。気体のみが透過する具体的な例としてはテフロン製の防湿透過膜や、ポリイミド系のガス透過膜、気液分離装置等が上げられる。防湿透過膜やガス透過膜を用いる場合、発電部９外部へと二酸化炭素を押し出すよう、発電部９の液体１１の圧力を大気圧以上に保つ事が望ましい。

直接液体型燃料電池で電圧のばらつきを少なくし安定した発電をする際には、電流量に見合った流量で液体１１をＭＥＡ９３へと供給する事が必要である。ここで発電部９に液体排出口が備えられており燃料電池の発電で使用する量以上の液体１１がＭＥＡ９３に対して供給される、いわゆるフロー系の燃料電池の場合を考える。フロー系での燃料電池では液体供給装置において供給される液体１１の送液流量がそのままＭＥＡ９３に対して供給される流量となる。仮に液体１１の残量によって液体収容部１の内部圧力の変動が大きく液体１１の供給速度が大きく変化してしまう液体供給装置を用いた場合、ＭＥＡ９３に対する液体１１の供給速度が変動してしまうため、安定した発電を行うことは難しい。一方、本実施例にあるように液体１１の残量によらず供給速度が一定の液体供給装置を用いた場合、液体１１はＭＥＡ９３に対して一定の速度で供給されるため、安定した発電を行うことが可能である。また液体１１と外部が遮断されており、ＭＥＡ９３には燃料電池の発電で使用する液体１１の量しか供給されない、いわゆるデッドエンド系の燃料電池の場合を考える。液体１１の送液流量は液体収容部１の内部圧力と発電部９のＭＥＡ９３付近の液体１１の圧力差△Ｐによって変化する。
発電をしていない状態ではＭＥＡ９３付近の液体１１の圧力は、液体収容部１の内部圧力と同じである。しかし燃料電池が発電を開始するとＭＥＡ９３は近傍にある液体１１の水素を消費するため、ＭＥＡ９３近傍の液体１１の圧力は液収容部１の圧力と比べ低くなる。この時液体１１の残量によって液体収容部１の内部圧力の変動が大きいと、液体１１の送液流量はＭＥＡ９３付近の液体１１の圧力との圧力差△Ｐによるため、変化が大きくなってしまう。しかし本実施例にあるように液体収容部１
に収容される液体１１の残量によらずに内部圧力が一定の液体供給装置を用いれば、ＭＥＡ９３に対する液体１１の送液流量の変化は少なく、発電部９において安定した発電をすることが可能である。

また負荷変動が生じる場合を図１６を用いて説明する。液体収容部１の内部圧力は図に示すように一定である。またＭＥＡ９３付近の液体１１の圧力は燃料電池での負荷変動により変化し、即ち負荷が大きい程液体１１の消費量が大きい為に圧力は低下する。また負荷変動後に負荷が一定になる場合、図のように圧力の変化が生じない不変区間が存在する。この不変区間においては液体収容部１の内部圧力とＭＥＡ９３付近の液体１１の圧力差△Ｐは一定であるため、この区間においては流量は一定
である。つまり本実施例の形態によれば、液体供給装置１１を負荷変動を伴う発電をする液体型燃料電池システムにおいて使用する事ができ、且つ負荷変動後の負荷が一定になった状態での発電部９への送液流量が一定である為、燃料電池システムの安定した運転が可能である。

（第９実施形態）
図１７は本発明に係る液体供給装置を燃料電池に対して用いた第９実施形態例の構成図である。以下図１７に基づいて第９実施形態例を説明する。なお、第１乃至８実施形態と同一または同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

第９実施形態は第１乃至第６実施形態に記載の液体供給装置に、さらに筐体１２と発電部９と連結口９５を備えたものである。筐体１２は、内部圧力によって形状を変化することがない方が好ましい。なお本実施形態において液体１１は直接液体型燃料電池に用いられる燃料であり、即ちメタノールや水素化ホウ素化合物の水溶液が例として挙げられる。筐体１２は内部に液体収容部を収容し、さらに空間は全て液体１１で満たされている。また筐体１２の内部に収容された液体収容部に備えられている排出口５は、液体収容部１と筐体１２の内部をつなぐものであり、液体収容部１の内部に収容される液体１１は排出口５を通して筐体１２の内部へと排出される。筐体１２と発電部９は連結口９５によって接続され、液体１１は連結口９５の内部を通り発電部９へと移動する事が出来る。ここで連結口９５における液体１１の圧力損失は排出口５における圧力損失よりも小さいものである。以上の構成により液体収容部１の内部に収容される液体１１には押圧部２による圧力に加え、ＭＥＡ９３付近の液体１１の圧力もかかる。

図１８を用いて液体収容部１の内部に収容される液体１１にかかる圧力と、ＭＥＡ９３付近の液体１１の圧力の関係を説明する。ＭＥＡ９３付近の液体１１の圧力は燃料電池の負荷変動に従って図１８のような変化を伴うものとする。この時、液体収容部１の内部に収容される液体１１は、押圧部２の荷重による圧力に加え、ＭＥＡ９３付近の液体１１の圧力を液体収容部１の外部からも受けるために、図のように負荷変動に伴った圧力の変化をする。この構成によれば負荷変動後の負荷が一定の不変区間での圧力差△Ｐが一定であり、且つ、ＭＥＡ９３付近の液体１１の圧力を液体収容部１の外部
からも受けることにより、負荷変動時にも圧力差△Ｐが一定である。それゆえ、負荷変動後の負荷が
一定の不変区間に加え負荷変動時においても圧力差△Ｐが一定であるため、液体１１のＭＥＡ９３へ
の送液速度は負荷が一定時においても変動時においても一定であり、第８実施形態よりもさらに燃料電池システムの安定的な発電が可能である。

本発明に係る液体供給装置の第１実施形態の構成図である。 第１実施形態における液体を押圧する押圧力の説明図である。 本発明に係る液体供給装置の第２実施形態の構成図である。 図３の第１固定部７１及び第２固定部７２の別の形態例を示す参考図である。 第２実施形態において液体１１をさらに有効に送液する液体供給装置の構成図である。 本発明に係る液体供給装置の第３実施形態の構成図である。 第３実施形態における液体１１の残量と液圧力の遷移図である。 本発明に係る液体供給装置の第４実施形態の構成図である。 第４実施形態においてさらに回転機構を有する液体供給装置の構成図である。 本発明に係る液体供給装置の第５実施形態の構成図である。 第５実施形態において第１固定部７１と第２固定部７２の位置関係を示す概略図である。 本発明に係る液体供給装置の第６実施形態の構成図である。 第６実施形態において突起部７３と接触部７４の効果を説明する概略図である。 本発明に係る液体供給装置の第７実施形態の構成図である。 本発明に係る液体供給装置の第８実施形態の構成図である。 第８実施形態における液体収容部の内部圧力とＭＥＡ付近の圧力の関係を示すグラフである。 本発明に係る液体供給装置の第９実施形態の構成図である。 第９実施形態における液体収容部の内部圧力とＭＥＡ付近の圧力の関係を示すグラフである。

符号の説明

１…液体収容部、１１…液体、１２…筐体、２…押圧部、２１…荷重板、３…第１外面、４…第２外面、５…排出口、６…端部、６１…仮想面、６２…回転機構、７１…第１固定部、７２…第２固定部、７３…突起部、７４…接触部、８…水素発生装置、８１…送液路、８２…反応室、８２１…反応用物質、８３…水素排出口、８４…弁、８５…外装、９…発電部、９１…アノード側電極、９２…カソード側電極、９３…ＭＥＡ、９４…発電部筐体、９５…連結口

Claims (15)

1. 液体を排出する排出口と、複数の外面とを有し、前記液体を収容する液体収容部と、
   前記複数の外面のうち第１外面に対して荷重を与え前記液体収容部を押圧する押圧部とを有し、
   前記第１外面と隣り合う第２外面は、前記押圧部による押圧力が小さくなるにつれて、前記第１外面と前記第２外面とによりなす角の角度が小さくなり、前記角度は０度以上９０度未満である位置に配置されることを特徴とする液体供給装置。
2. 前記第２外面が複数存在し、互いに向かい合う第２外面のそれぞれの前記角から最も離れた端部までの長さが等しく、前記第２外面のそれぞれの前記端部が前記第１外面と平行を成す面に存在することを特徴とする請求項１記載の液体供給装置。
3. 互いに向かい合う前記第２外面のそれぞれの、前記角から前記端部までの長さの和が、前記第１外面と前記互いに向かい合う第２外面のそれぞれが形成する２つの前記角同士によりなされる距離以下であることを特徴とする請求項２記載の液体供給装置。
4. 前記第2外面のそれぞれの前記角から最も離れた前記端部に接し、前記第１外面と平行な面を仮想面とし、前記仮想面に対して前記第1外面及び前記第2外面が対称に配置されることを特徴とする請求項２又は３記載の液体供給装置。
5. 前記液体収容部は可撓性を有する材料から成り、前記複数の外面は剛性を有することを特徴とする請求項1乃至４いずれかに記載の液体供給装置。
6. 前記角は前記第１外面及び前記第２外面と接続される回転機構によって形成されることを特徴とする請求項５記載の液体供給装置。
7. 前記第2外面の両端を挟み込む第1固定部及び第2固定部を備え、
   前記第2外面の前記角から前記端部までの長さは、前記第1固定部と前記第2固定部の間の長さよりも大きいことを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の液体供給装置。
8. 互いに向かい合う2枚の前記第1外面を挟み込む位置に第１固定部及び第２固定部を備え、
   互いに向かい合う2枚の前記第1外面の間に位置する一側面は、少なくとも2枚の前記第2外面より構成され、
   前記一側面を構成する複数の前記第2外面のうち、
   前記第1外面と隣り合う前記第2外面は、前記端部が他の前記第2外面と隣り合い、
   前記第1外面と隣り合う前記第2外面に挟まれる前記第2外面のそれぞれは、一端は一の前記第2外面の一端のみと隣り合うとともに他端は二の前記第2外面の一端のみと隣り合い、
   前記一側面の、一方の前記第1外面と前記一方の第1外面と隣り合う前記第2外面とによりなす角から他方の前記第1外面と前記他方の第1外面と隣り合う前記第2外面とによりなす角までの長さは、前記第1固定部と前記第2固定部の間の長さよりも大きいことを特徴とする請求項4記載の液体供給装置。
9. 前記第２外面の前記液体が存在する側の面と対向する面上に設けられた突起部と、
   前記角度が最大値となるときのみ前記突起部と接するように固定された接触部を有し、
   前記接触部から、前記角を通り前記第１外面に対して垂直な面までの最短の距離が、前記第２外面の前記液体が存在する側の面から前記突起部の最も突出している部分までの距離未満であることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の液体供給装置。
10. 請求項１乃至９いずれかに記載の液体供給装置と、
    固体の反応用物質を収容するとともに前記液体供給装置から供給される前記液体と前記反応用物質とを反応させて水素を生成する反応室と、
    前記反応室に備えられ前記水素を前記反応室外部へと供給する水素供給口と、
    前記液体供給装置に備えられた前記排出口から前記反応室に前記液体を送る送液路と、
    前記送液路上に備えられ、前記反応室の内部圧力が基準圧力よりも低い場合のみ、前記排出口から前記反応室へ前記液体を送液する弁と、
    を備えることを特徴とする水素発生装置。
11. 前記接触部は前記水素発生装置の何れかの面であることを特徴とする請求項１０記載の水素発生装置。
12. 請求項１０又は１１記載の水素発生装置と、前記水素供給口から供給された前記水素と酸素とを用いて発電を行う発電部とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
13. 請求項１乃至９のいずれかに記載の液体供給装置と、前記排出口から供給された前記液体と大気中の酸素を用いて発電を行う発電部とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
14. 請求項1乃至９のいずれかに記載の液体供給装置と、
    内部が前記液体供給装置と前記液体で満たされ、前記排出口より前記液体を供給される筐体と、
    前記液体と大気中の酸素を用いて発電を行う発電部と、
    前記筐体と前記発電部を接続し、前記液体を前記筐体から前記発電部へ送る連結口とを備え、
    前記連結口は、前記排出口よりも圧力損失が少ないことを特徴とする燃料電池システム。
15. 前記液体供給装置は前記排出口のみが貫通して外部とつながっている筐体を備え、前記接触部は前記筐体の何れかの面であることを特徴とする請求項１３又は１４記載の燃料電池システム。

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