JP2010073573A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る燃料電池システム1は、膜電極接合体20と、燃料収容部41と、燃料収容部41から膜電極接合体20への燃料供給を制御する制御手段45と、膜電極接合体20の起動時に制御手段45に電力を供給する蓄電池91と、燃料収容部41から膜電極接合体20に向けて燃料を供給する第1の燃料流通路51、制御手段45の指示に基づき稼働する自動ポンプ52および制御手段45の指示に基づき稼働する自動遮断バルブ53を有する第1燃料供給ライン50と、燃料収容部41から膜電極接合体20に向けて燃料を供給する第2の燃料流通路61、手動ポンプ62および手動遮断バルブ63を有する第2燃料供給ライン60と、を備える。
【選択図】 図1
Description
[化1]
燃料極:CH3OH+H2O→CO2+6H++6e− (1)
[化2]
空気極:6H++(3/2)O2+6e−→3H2O (2)
DMFCには、燃料極への燃料の供給および空気極への空気(酸素)の供給の仕方によりアクティブ型、セミパッシブ型およびパッシブ型の三形態のDMFCがある。
本発明に係る燃料電池システムの第1実施形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明に係る燃料電池システムの第1実施形態の構成を示す図である。
図2は、図1に示す燃料電池システム1に用いられる膜電極接合体20の断面図である。
燃料供給ユニット10は、燃料収容部41と、第1燃料供給ライン50と、第2燃料供給ライン60と、第1燃料供給ライン50および第2燃料供給ライン60の合流点から膜電極接合体20へ燃料を供給する最終供給ライン81とを備える。
燃料収容部41は、内部に燃料を収容可能なタンクである。燃料収容部41に収容される燃料としては、たとえば、純メタノールやメタノール水溶液等のメタノール燃料、純エタノールやエタノール水溶液等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、プジメチルエーテル、蟻酸、もしくはその他の液体燃料が挙げられる。いずれにしても、燃料電池に応じた液体燃料が収容される。
第1燃料供給ライン50は、第1の燃料流通路51と、自動ポンプ52と、自動遮断バルブ53とを有する。
第1の燃料流通路51は、燃料収容部41から膜電極接合体20に向けて燃料を供給する流路である。第1の燃料流通路51の膜電極接合体20側の端部は第2燃料供給ライン60の第2の燃料流通路61と接続される。第1の燃料流通路51中の燃料は、最終供給ライン81を介して膜電極接合体20へ供給される。
自動ポンプ52は、第1の燃料流通路51に設けられ、制御手段45の指示に基づき自動的に稼働−停止を行う。自動ポンプ52としては、電気浸透流ポンプやダイアフラムポンプ等の、液体を送液可能な公知のポンプが用いられる。自動ポンプ52は、出力が段階的または連続的に変化するものとすることが好ましい。
自動遮断バルブ53は、第1の燃料流通路51に設けられ、制御手段45の指示に基づき自動的にバルブの開放−閉塞を行う。自動遮断バルブ53としては、液体の流量を調整可能な公知の遮断バルブが用いられる。
第2燃料供給ライン60は、第2の燃料流通路61と、手動ポンプ62と、手動遮断バルブ63とを有する。
第2の燃料流通路61は、燃料収容部41から膜電極接合体20に向けて燃料を供給する流路である。第2の燃料流通路61の膜電極接合体20側の端部は第1燃料供給ライン50の第1の燃料流通路51と接続される。第2の燃料流通路61中の燃料は、最終供給ライン81を介して膜電極接合体20へ供給される。
手動ポンプ62は、第2の燃料流通路61に設けられ、手動で稼働させる。手動ポンプ62としては、図3に示すような手動ポンプ62Aが用いられる。
手動遮断バルブ63は、第2の燃料流通路61に設けられる。手動遮断バルブ63としては、液体の流量を調整可能な公知の遮断バルブが用いられる。
次に、図1を参照して、燃料電池システム1の作用を説明する。
図4は、本発明に係る燃料電池システムの第2実施形態に用いられる燃料供給ユニット10Aの構成を示す図である。
切替弁63Aは、手動遮断バルブの一態様である。切替弁63Aは、第2の燃料流通路61の膜電極接合体20側の端部に設けられると共に第1燃料供給ライン50の第1の燃料流通路51の膜電極接合体20側の端部に接続される。すなわち、切替弁63Aは、第1燃料供給ライン50と第2燃料供給ライン60との膜電極接合体20側の合流点に設けられる。
切替弁63Aの第1出口75には、最終供給ライン81が接続される。最終供給ライン81は、第1燃料供給ライン50または第2燃料供給ライン60から供給された燃料を膜電極接合体20に供給する。
切替弁63Aの第2出口76には、切替弁63Aと燃料収容部41とを連通させる帰還ライン83が設けられる。帰還ライン83は、第1燃料供給ライン50または第2燃料供給ライン60から供給された燃料を燃料収容部41に戻す。燃料収容部41に戻された燃料は再利用される。
次に、図4および図5を参照して、燃料電池システムの第2実施形態の作用を説明する。図5は、燃料電池システムの第2実施形態に用いられる燃料供給ユニット10Aの作用を示す図である。
図6は、本発明に係る燃料電池システムの第3実施形態に用いられる燃料供給ユニット10Bの構成を示す図である。
燃料収容部41Aは、燃料を収容する燃料収容部本体42と、燃料収容部本体42内外を連通する図示しない孔部を介して燃料収容部本体42内を加圧する加圧手段87とを備えたものである。
次に、図6を参照して、燃料電池システムの第3実施形態の作用を説明する。
図7は、本発明に係る燃料電池システムの第4実施形態に用いられる燃料供給ユニット10Cの構成を示す図である。
切替弁63Aの第2出口76には、第2出口76を閉塞する閉塞部79が設けられる。閉塞部79としては、たとえば、第2出口76を閉塞するめくらキャップが挙げられる。
次に、図7および図8を参照して、燃料電池システムの第4実施形態の作用を説明する。図8は、燃料電池システムの第4実施形態に用いられる燃料供給ユニット10Cの作用を示す図である。
図9は、本発明に係る燃料電池システムの第5実施形態に用いられる燃料供給ユニット10Dの構成を示す図である。
燃料収容部41Bは、燃料を収容し、内外を連通する孔部が設けられた燃料収容部本体42と、前記孔部に固定され加圧手段87の着脱が可能な着脱部46と、着脱部46に着脱自在に固定される加圧手段87とを備える。
図10は、本発明に係る燃料電池システムの第6実施形態に用いられる燃料供給ユニット10Dの構成を示す図である。
自動−手動燃料供給ライン70は、燃料流通路51と、自動ポンプ52と、自動−手動遮断バルブ55とを有する。すなわち、自動−手動燃料供給ライン70は、図9に示される燃料電池システムの第5実施形態に用いられる燃料供給ユニット10Dの第1燃料供給ライン50において、自動遮断バルブ53を自動−手動遮断バルブ55に代えたものである。
自動−手動遮断バルブ55は、燃料流通路51に設けられ、制御手段45の指示に基づき自動的に、または手動でバルブの開放−閉塞を行う。自動−手動遮断バルブ55としては、液体の流量を調整可能な公知の遮断バルブが用いられる。
次に、図10を参照して、燃料電池システムの第6実施形態の作用を説明する。
10 燃料供給ユニット
20 燃料電池セル(膜電極接合体、MEA)
21 アノード(燃料極)
22 カソード(空気極)
23 電解質膜
25 アノード触媒層
26 アノードガス拡散層
27 カソード触媒層
28 カソードガス拡散層
29 多孔体
30 燃料分配機構
31 燃料分配部
32 燃料注入口
33 空隙部
34 燃料排出口
35 細管
36 カバープレート
37a、37b Oリング
38 アノード空間
39 カソード空間
41 燃料収容部
42 燃料収容部本体
45 制御手段
46 着脱部
50 第1燃料供給ライン
51 第1の燃料流通路(燃料流通路)
52 自動ポンプ
53 自動遮断バルブ
55 自動−手動遮断バルブ
60 第2燃料供給ライン
61 第2の燃料流通路
62、62A 手動ポンプ
63 手動遮断バルブ
63A 切替弁(手動遮断バルブ)
70 自動−手動燃料供給ライン
73 第1入口
74 第2入口
75 第1出口
76 第2出口
77 第1流路
78 第2流路
79 閉塞部
81 最終供給ライン
83 帰還ライン
87 加圧手段
90 燃料供給ユニット
91 蓄電池
92 保護回路
93 第1昇圧回路
94 第2昇圧回路
95 外部出力端子
101 シリンダ
102 吸込口
105 弁体
106 バネ
107、108 逆止弁
107a、108a 孔部
107b、108b ボール
109 排出口
111 ピストン
112 摺動子
Claims (13)
- 燃料極と、空気極と、前記燃料極および空気極に挟持された電解質膜とを有する膜電極接合体と、
燃料を収容する燃料収容部と、
前記燃料収容部から膜電極接合体への燃料供給を制御する制御手段と、
前記膜電極接合体の起動時に前記制御手段に電力を供給する蓄電池と、
前記燃料収容部から膜電極接合体に向けて燃料を供給する第1の燃料流通路と、前記第1の燃料流通路に設けられ、前記制御手段の指示に基づき稼働する自動ポンプと、前記第1の燃料流通路に設けられ、前記制御手段の指示に基づき稼働する自動遮断バルブとを有する第1燃料供給ラインと、
前記燃料収容部から膜電極接合体に向けて燃料を供給する第2の燃料流通路と、前記第2の燃料流通路に設けられる手動ポンプと、前記第2の燃料流通路に設けられる手動遮断バルブとを有する第2燃料供給ラインと、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 - 前記第2燃料供給ラインの手動遮断バルブは、前記第2の燃料流通路の膜電極接合体側の端部に設けられると共に前記第1燃料供給ラインの第1の燃料流通路の膜電極接合体側の端部に接続され、前記第1燃料供給ラインおよび第2燃料供給ラインのうち、選択された一方の系統を第1出口に連通するとともに他方の系統を第2出口に連通する切替弁であり、
前記切替弁の第1出口から膜電極接合体へ燃料を供給する最終供給ラインと、
前記切替弁の第2出口から前記燃料収容部へ燃料を戻す帰還ラインと、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記切替弁は、前記制御手段が正常に動作するときに、前記第1燃料供給ラインと第1出口とを連通させるとともに前記第2燃料供給ラインと第2出口とを連通させ、前記制御手段が正常に動作しないときに、前記第1燃料供給ラインと第2出口とを連通させるとともに前記第2燃料供給ラインと第1出口とを連通させ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。
- 燃料極と、空気極と、前記燃料極および空気極に挟持された電解質膜とを有する膜電極接合体と、
燃料を収容する燃料収容部本体と、この燃料収容部本体の内部を加圧する加圧手段とを備えた燃料収容部と、
前記燃料収容部から膜電極接合体への燃料供給を制御する制御手段と、
前記膜電極接合体の起動時に前記制御手段に電力を供給する蓄電池と、
前記燃料収容部から膜電極接合体に向けて燃料を供給する第1の燃料流通路と、前記第1の燃料流通路に設けられ、前記制御手段の指示に基づき稼働する自動ポンプと、前記第1の燃料流通路に設けられ、前記制御手段の指示に基づき稼働する自動遮断バルブとを有する第1燃料供給ラインと、
前記燃料収容部から膜電極接合体に向けて燃料を供給する第2の燃料流通路と、前記第2の燃料流通路に設けられる手動遮断バルブとを有する第2燃料供給ラインと、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 - 前記加圧手段は、手動式ポンプであることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。
- 前記手動式ポンプは、前記燃料収容部に固定された蛇腹式ポンプであ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。
- 前記燃料収容部は、前記燃料収容部本体に前記加圧手段の着脱可能な着脱部をさらに備え、前記加圧手段は前記着脱部に着脱自在に固定されることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。
- 前記第2燃料供給ラインの手動遮断バルブは、前記第2の燃料流通路の膜電極接合体側の端部に設けられると共に前記第1燃料供給ラインの第1の燃料流通路の膜電極接合体側の端部に接続され、前記第1燃料供給ラインおよび第2燃料供給ラインのうち、選択された一方の系統を第1出口に連通するとともに他方の系統を第2出口に連通する切替弁であり、
前記切替弁の第1出口から膜電極接合体へ燃料を供給する最終供給ラインと、
前記切替弁の第2出口を閉塞する閉塞部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。 - 前記切替弁は、前記制御手段が正常に動作するときに、前記第1燃料供給ラインと第1出口とを連通させるとともに前記第2燃料供給ラインと第2出口とを連通させ、前記制御手段が正常に動作しないときに、前記第1燃料供給ラインと第2出口とを連通させるとともに前記第2燃料供給ラインと第1出口とを連通させることを特徴とする請求項8に記載の燃料電池システム。
- 燃料極と、空気極と、前記燃料極および空気極に挟持された電解質膜とを有する膜電極接合体と、
燃料を収容する燃料収容部本体と、この燃料収容部本体の内部を加圧する加圧手段とを備えた燃料収容部と、
前記燃料収容部から膜電極接合体への燃料供給を制御する制御手段と、
前記膜電極接合体の起動時に前記制御手段に電力を供給する蓄電池と、
前記燃料収容部から膜電極接合体に向けて燃料を供給する燃料流通路と、前記燃料流通路に設けられ、前記制御手段の指示に基づき稼働する自動ポンプと、前記燃料流通路に設けられ、前記制御手段の指示に基づきまたは手動で稼働する自動−手動遮断バルブとを有する自動−手動燃料供給ラインと、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 - 前記加圧手段は、手動式ポンプであることを特徴とする請求項10に記載の燃料電池システム。
- 前記手動式ポンプは、前記燃料収容部に固定された蛇腹式ポンプであることを特徴とする請求項11に記載の燃料電池システム。
- 前記燃料収容部は、前記燃料収容部本体に前記加圧手段の着脱可能な着脱部をさらに備え、前記加圧手段は前記着脱部に着脱自在に固定されることを特徴とする請求項11に記載の燃料電池システム。
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