JP4250509B2

JP4250509B2 - 燃料電池用混合タンク及び燃料電池システム

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Publication number: JP4250509B2
Application number: JP2003392401A
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Inventors: 要宮崎; 英一坂上
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Priority date: 2002-11-22
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Publication date: 2009-04-08
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Description

本発明は燃料電池用の混合タンク及び燃料電池システムに係り、さらに詳細には、混合タンク自体の姿勢がどのような姿勢状態であっても利用可能な混合タンク及び燃料電池システムに関する。

ここでは直接型メタノールタイプの燃料電池の混合タンクについて説明するが、本発明はアノード、カソードにそれぞれ燃料、酸素を送る他の燃料電池のタイプにもあてはまる。

図７に示すように、一般的に燃料電池におけるセル１０１は、アノード（燃料極）１０３とカソード（空気極）１０５との間に固体高分子電解質膜１０７を挟み込んだ構成であり、アノード１０３側には燃料、カソード１０５側には酸化剤（主に酸素）が供給される。以降直接型メタノール燃料電池について説明するが、本発明は他のタイプの燃料電池にも適用可能である。

アノード１０３側にはメタノール（ＣＨ₃ ＯＨ）と（Ｈ₂ Ｏ）との混合液、すなわちメタノール水溶液が供給され、カソード１０５側には酸素（Ｏ₂）、一般には空気中の酸素が供給されると、特定の触媒の存在下で以下のような反応が行われる。
（アノード１０３側）
ＣＨ₃ ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂ ＋６Ｈ⁺ ＋６ｅ^- −１２１．９ＫＪ／ｍｏｌ…（１）
（カソード１０５側）
３／２Ｏ₂ ＋６Ｈ⁺＋６ｅ^- →３Ｈ₂ Ｏ＋１４１．９５ＫＪ／ｍｏｌ…（２）
ここで、前記電解質膜１０７は電子（ｅ^- ）を通さずプロトン（Ｈ⁺ ）のみを透過するという特性を有するので、電子（ｅ^- ）はセル１０１の外部を回らざるを得ず、この作用によって電気エネルギーとして外部に取り出すことができる。

ところで、仮りに前記電解質膜１０７が無い場合には、
ＣＨ₃ ＯＨ＋３／２Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂ ＋２Ｈ₂ Ｏ＋２４．０５ＫＪ／ｍｏｌ…（３）
となり、電気エネルギーとして取り出せず、熱エネルギーとなってしまう。また、前記式（１），（２）からわかるように、アノード１０３側ではＣＯ₂ が生成されて放出され、カソード１０５側ではＨ₂ Ｏが生成され放出される。

前記電解質膜１０７がプロトン（Ｈ⁺ ）を透過するには、電解質膜１０７が水で常に湿っていることが必要であり、そのための水はアノード１０３側に供給されるメタノール水溶液によって補っている。ここで、前記アノード１０３側に供給されたメタノールの一部はクロスオーバーメタノールとしてカソード１０５側に透過することが知られている。

上述のように、カソード１０５側にメタノールの一部が透過すると、カソード１０５側に供給される酸素と反応して燃料を浪費するのみならず、カソード１０５側に生成された水と反応して［前記式（１）参照］、逆起電力を引き起し出力を低下させることになる。

図８は前記セル１０１を用いた燃料電池の概念的な説明図である。この燃料電池においては、燃料としてメタノールと水とを混合したメタノール水溶液が入っているタンク１０９内の燃料をアノード１０３に対して送給するポンプ１１１を備えると共に、外気をカソード１０５に対して送給するポンプ１１３を備えた構成である。

上記構成においては、タンク１０９内のメタノール水溶液をポンプ１１１によってアノード１０３に対して送給し、かつポンプ１１３によって入口１１５から外気を吸入し、カソード１０５に対して外気を送給すると、アノード１０３及びカソード１０５において前述したごとき反応が行われ、アノード１０３側に生成したＣＯ₂ 及び未反応の一部のメタノール（ＣＨ₃ ＯＨ），Ｈ₂Ｏがアノード１０３側の出口１１７から外部に排出される。また、カソード１０５側において生成したＨ₂ Ｏ及び外気中のＮ₂が出口１１９から外部に排出される。

未反応の一部のメタノール及び水を再利用する構成として、図９に示すごとき構成とすることができる。すなわち、前記タンク１０９とポンプ１１１との間に気液分離膜１２１を備えた混合バッファタンク１２３を配置し、前記タンク１０９から前記混合バッファタンク１２３に対してメタノール水溶液を送給するポンプ１２５を追加すると共に、前記アノード１０３側の出口１１７を前記混合バッファタンク１２３に接続した構成とする。

上記構成によれば、アノード１０３側の未反応のメタノールと水とを混合バッファタンク１２３に回収して再利用することができると共に、アノード１０３側において生成したＣＯ₂ を前記混合バッファタンク１２３において分離して外部へ放出することができる。すなわち、カソード１０５側の出口１１９を混合バッファタンク１２３に接続して、カソード１０５側に生成した水を再利用することができるものである。通常気体放出部の位置に気液分離膜１２１が設けられている。この場合、タンク１０９には、メタノール水溶液でなく、メタノールのみを収納することができ、タンク１０９の小型化を図ることができる。図１０は、カソードに供給された気体を混合バッファタンク１２３を通して外部に排出するものである。

すなわち、直接型メタノール燃料電池においては、アノード側及びカソード側の生成物は再利用されている。

ところで、アノード、カソードを備えた電池本体での生成物を再利用する燃料電池システムとしてダイレクトメタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ）の構成を概略的、概念的に示すと、図１１に示すごとき構成である。すなわち、燃料タンク１内のメタノールをポンプ３によって混合タンク（混合容器）５へ供給している。そして、燃料電池本体（セルスタック）７に対して空気及び前記混合タンク５内のメタノール水溶液を前記電池本体７に供給し、前記電池本体７において生成した水、二酸化炭素及び未反応のメタノール等はポンプ９によって回収され前記混合タンク５へ還流されている。

前記混合タンク５においては、前記燃料タンク１から供給されたメタノールと前記電池本体７から回収した水とが混合され、この混合された混合液（メタノール水溶液）が前記電池本体７に供給されるものである。そして、前記電池本体７から回収された二酸化炭素等の気体は、混合タンク５の排気口１１から外部に排気されるものである。なお、上記排気口１１には、液体の通過は阻止して気体の通過を許容する気液分離膜が設けられている。

上記構成において、図１１（Ｂ）に示すように上下が反転すると、電池本体７へ燃料を供給するための燃料供給口５Ａが上部になって混合タンク５内の気体側となり、メタノール水溶液の安定した供給ができなくなると共に、前記排気口１１が下側となって混合タンク５内の気体を排出することができなくなるという問題がある。

そこで、上下が反転した場合であっても電池本体に対して燃料を供給でき、かつ電池本体で生成されたガスを排気する構成が開発されている（例えば特許文献１参照）。
特公平４−１４４７３号公報

上記特許文献１においては、メタノールタンクの上下にそれぞれ孔及びガス排出口を対称的に設け、下側の孔から電池本体のセパレータに設けた下側の孔にメタノールを供給し、上記セパレータに備えた吸い上げ材によってメタノール極に対してメタノールを供給する構成である。そして、前記セパレータの上側に設けた孔とメタノールタンクの上側の孔とを接続した構成であって、この上側の孔からメタノール極で生成したガスを回収し、メタノールタンクの上側のガス排出口から外部にガスを排出する構成である。

したがって、上下が反転した場合には、今まで上側であった孔等が下側となり、下側であった孔等が上側となるものであって、上下反転した場合であっても使用可能である。

しかし、特許文献１においては、メタノールタンクに予め収容したメタノール水溶液を電池本体に供給するにすぎないものであって、電池本体で生成した水や未反応のメタノールを回収する構成ではないので、燃料（メタノール）の無駄が多いという問題がある。また、ガス排出口に備えられる気液分離膜は濡れた状態では気体を通し難くなるのが一般的であるから、上下反転した場合にメタノールタンク内の圧力が上昇し液漏れを生じることがある等の問題がある。

本発明は、前述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、本発明に係る燃料電池用混合タンクは、燃料電池本体へ供給するための液体燃料を収容する混合容器内に、空間部を有して収納された液体吸収部材と、前記電池本体から回収した排出物を前記混合容器内に導くための排出物導入通路と、前記混合容器内の液体燃料を取出すために前記液体吸収部材に接続した混合液取出通路と、前記混合容器内の気体を外部へ排出すべく前記空間部に接続した排気通路とを備えていることを特徴とするものである。

また、本発明は、上記燃料電池用混合タンクにおいて、前記空間部は前記液体吸収部材の内部に形成してあることを特徴とするものである。

また、本発明は、上記燃料電池用混合タンクにおいて、前記空間部は、前記液体吸収部材と前記混合容器内面との間に形成してあることを特徴とするものである。

また、本発明は、上記燃料電池用混合タンクにおいて、前記空間部は、前記混合容器のほぼ中心部分の空間を包含していることを特徴とするものである。

また、本発明は、上記燃料電池用混合タンクにおいて、前記混合液取出通路の内端部は、前記液体吸収部材のほぼ中心部に配置してあることを特徴とするものである。

また、本発明は、上記燃料電池用混合タンクにおいて、前記排出物導入路の内端部は、前記空間部内において前記液体吸収部材に接触してあることを特徴とするものである。

また、本発明は、上記燃料電池用混合タンクにおいて、前記排気通路には、液体の通過を阻止して気体の通過を許容する気液分離膜を備えていることを特徴とするものである。

また、本発明は、上記燃料電池用混合タンクにおいて、前記混合容器に対する前記液体吸収部材の位置ずれを防止するための位置ずれ防止機構を備えていることを特徴とするものである。

また、本発明に係る燃料電池システムは、アノードとカソードとの間に電解質膜を挟み込んだ構成の燃料電池本体と、前記燃料電池本体へ供給するための液体燃料を収容する混合容器内に、空間部を有して収納された液体吸収部材と、前記電池本体から回収した排出物を前記混合容器内に導くために前記電池本体と前記混合容器とを接続した排出物導入通路と、前記混合容器内の液体燃料を前記アノードへ供給すべく前記液体吸収部材と前記アノードとを接続した混合液取出通路と、前記混合容器内の気体を外部へ排出すべく前記空間部に接続した排気通路と、前記カソードへ空気を供給するための空気供給装置とを備えていることを特徴とするものである。

また、本発明に係る燃料電池システムは、アノードとカソードとの間に電解質膜を挟み込んだ構成の燃料電池本体と、前記燃料電池本体へ供給するための液体燃料を収容する混合容器内に軸心回りに回動可能に備えられた可動軸と、前記混合容器内において当該可動軸に形成した排気通路に連通して設けられた気体取入管と、前記混合容器内において前記可動軸に形成した混合液取出通路に連通して設けた混合液取入管と、前記混合容器の外部において前記可動軸の前記排気通路に連通して設けた排気口と、前記混合容器の外部において前記可動軸の前記混合液取出通路に連通されかつ前記電池本体の前記アノードに接続された混合液供給路とを備え、前記気体取入管側よりも前記混合液取入管側を重く構成してあり、かつ前記カソードへ空気を供給するための空気供給装置と、前記燃料電池本体から回収した排出物を前記混合容器内に導入するための排出物導入通路と、を備えていることを特徴とするものである。

また、本発明に係る燃料電池システムは、アノードとカソードとの間に電解質膜を挟み込んだ構成の燃料電池本体と、前記燃料電池本体へ供給するための液体燃料を収容する混合容器内において当該混合容器内の液体表面に浮遊自在の浮部材と、前記混合容器に設けた排気口に接続され内端の気体取入口が常に前記液体表面より上方に位置するように前記浮部材に支持された排気用可撓性チューブと、前記混合容器に設けた混合液取出口に接続され内端の取入口が前記混合容器内の液体内に常に位置するように前記取入口付近を重く構成し、かつ前記電池本体のアノード側に接続した供給用可撓性チューブと、前記カソードへ空気を供給するための空気供給装置と、前記燃料電池本体から回収した排出物を前記混合容器内に導入するための排出物導入通路と、を備えていることを特徴とするものである。

前記構成により、本発明によれば、燃料電池用の混合タンクが任意の姿勢になった場合であっても、上記混合タンク内から気体の排気を行うことができると共に、電池本体に対して燃料の供給を安定的に行うことができ、前述したごとき従来の問題を解消し得るものである。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明するに、前述した従来の構成と同一機能を奏する構成部分には同一符号を付することとして重複した説明は省略する。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る混合タンク１３を概略的，概念的に示すもので、この混合タンク１３における混合容器１５内には、毛管現象，その他により液体を吸収自在の例えばスポンジ等の多孔質部材などよりなる液体吸収部材１７が内装してある。この液体吸収部材１７は、前記混合容器１５のいずれの内端と接触してある。そして、この液体吸収部材１７の適宜位置，すなわち前記混合容器１５のほぼ中心（重心）位置付近には空間部１９が形成してある。

ところで、前記空間部１９は前記液体吸収部材１７によって囲繞されている場合について図示してある。しかし、前記空間部１９は前記混合容器１５内の気体が集まる空間であれば良いものであって、例えば適宜方向の内面側に開口した構成でもよいものである。

前記混合容器１５には、ポンプ（図示省略）を介して燃料タンク（図示省略）から燃料として供給されるメタノールを受入れる燃料受入口２１が形成してあると共に、電池本体（図示省略）において生成された水，二酸化炭素及び未反応のメタノール等の排出物をポンプ（図示省略）を介して回収する排出物導入通路２３が設けてある。この排出物導入通路２３はノズル，パイプ等よりなるものであって、その内端部２３Ａの開口は、前記液体吸収部材１７に形成した前記空間部１９の内周面（内面）に接触してある。

したがって、前記排出物導入通路２３から混合容器１５内に回収導入された水，メタノール水溶液等の排出物は前記液体吸収部材１７に効率良く吸収され、上記排出物中の液体と共に導入された気体は前記空間部１９内に拡散することになる。よって、前記燃料受入口２１から導入された燃料（メタノール）は、前記排出物導入通路２３から導入された水，メタノール水溶液等と混合されることになる。

そして、混合容器１５内の混合液は、当該混合容器１５に設けた混合液取出通路２５から取出されて電池本体へ供給されるものである。前記混合液取出通路２５はパイプ等によって構成してあって、前記液体吸収部材１７に接続してある。すなわち、混合液取出通路２５の内端部２５Ａは前記液体吸収部材１７内に没入してある。なお、上記内端部２５Ａは、液体吸収部材１７内に没入することなく、液体吸収部材１７の表面に接触した構成でも良いものである。

さらに、前記混合容器１５には、当該混合容器１５内の気体を外部へ排気するための排気通路２７が設けてある。この排気通路２７はパイプ等よりなるものであって、その内端部２７Ａは前記空間部１９のほぼ中央部に配置してあり、この内端部２７Ａには、液体の通過は阻止して気体の通過は許容する通常の気液分離膜２９が設けられている。

したがって、前記液体吸収部材１７が過飽和状態となって空間部１９内に液体が溢れでるようなことがあっても、前記内端部２７Ａ等が直ちに液体内に没入するようなことはなく、気体の排気を安定して行うことができるものである。

上記構成により、燃料受入口２１から送給された燃料としてのメタノールと排出物導入通路２３を介して電池本体から送給回収された水，メタノール水溶液の液体は混合容器１５内において、従来構成と同様に混合される。そして、混合液取出通路２５を介して従来と同様に電池本体に対して燃料（メタノール水溶液）が供給されると共に、前記排出物導入通路２３を介して電池本体から回収された気体は空間部１９内に拡散し、気液分離膜２９を通過して排気通路２７から外部へ排気されるものである。

前記混合容器１５内の液体は、液体吸収部材１７の吸収機能によって液体吸収部材１７に吸収された状態にあり、液体吸収部材１７内に形成した空間部１９内が液体によって充満するようなことはなく、排気通路２７からの排気は常に円滑に行われ得るものである。

前記構成において、混合容器１５の姿勢が種々変化して、混合液取出通路２５の内端部２５Ａの位置が混合容器１５の下側部分に位置する状態においては何等の問題なく電池本体に対して燃料の供給を行うことができる。ここで、前記混合液取出通路２５の内端部２５Ａが混合容器１５の上側部分に位置する状態となった場合であってもすなわち、混合容器１５がどのような向きであっても、液体吸収部材１７の毛細管現象により、液体の燃料は混合液取出通路２５の内端部２５Ａに至ることとなり、電池本体に対して燃料の供給を安定して行うことができるものである。

なお、前記混合液取出通路２５は、混合容器１５の複数箇所に配置し（例えば混合容器１５が六面体の場合は６箇所等）、混合容器１５が種々の姿勢状態であっても適数の混合液取出通路２５が混合容器１５の下側に位置する構成とすることが望ましい。このような構成とすることにより、電池本体に対する燃料の送出量を稼ぐことができると共に燃料供給の安定化を図ることができるものである。

図２は第２の実施形態を概念的，概略的に示すもので、この第２の実施形態においては、混合容器３１の対向した壁部のほぼ中央部に可動軸３３を相対的に回動自在に設けた構成である。この可動軸３３は両端支持であることが望ましいが、必ずしも両端支持に限ることなく、片持支持であっても良いものである。

前記可動軸３３には、軸心と平行な排気通路３５が形成してあると共に混合液取出通路３７が形成してある。そして、前記混合容器３１内において前記可動軸３３には、混合容器３１内の混合液４１の液面４１Ａより上方に突出した上端部に開口３９Ａを備えたパイプ状の気体取入管３９が一体に取付けてあり、この気体取入管３９は前記排気通路３５に連通してある。

さらに、前記混合容器３１内において前記可動軸３３には、前記混合容器３１内の混合液４１内に開口した下端部を没入した状態の混合液取入管４３が一体的に取付けてあり、この混合液取入管４３は前記混合液取出通路３７に連通してある。そして、前記気体取入管３９側が常に上方を指向し混合液取入管４３が下方向方向を指向した状態にあるように、前記気体取入管３９側よりも混合液取入管４３側を重くすべく、前記混合液取入管４３の下端部には重錘４５が取付けてある。

前記混合容器３１の外部において前記可動軸３３には前記排気通路３５に連通した排気口４７が一体的に設けてあると共に、前記可動軸３３の前記混合液取出通路３７に接続されかつ電池本体側に接続された混合液供給路を構成するパイプ４９が前記可動軸３３に一体的に設けられている。

なお、前記混合容器３１には、前述した第１の実施形態と同様に、燃料タンクから燃料（メタノール）を受入れる燃料受入口（図示省略）が接続してあると共に、電池本体側からの排出物を導入する排出物導入通路（図示省略）が接続してある。

上記構成によれば、可動軸３３の回りに混合容器３１が相対的に回動した場合であっても、気体取入管３９の開口３９Ａは常に液面４１Ａから上方に突出した状態にあって、混合容器３１内の気体は、気体取入管３９，排気通路３５及び排気孔４７を介して外部に排気されるものである。また、混合液取入管４３の下端部は常に混合液（メタノール水溶液）内に没入した状態にあり、混合液取入管４３，混合液取出通路３７及びパイプ４９を介して電池本体に対して燃料を安定して供給することができるものである。

上記構成においては、可動軸３３の軸心に対して直交する方向の軸心回りに混合容器３１が回動した場合には対応困難であり、適用範囲が限定されることになるが、次のごとき構成とすることにより、対応可能となるものである。

すなわち、図２（Ｂ）に示すように、可動軸３３（この場合、可動軸は混合容器３１に固定した構成であっても良い）の混合容器３１内に位置する部分にそれぞれ隣接して周溝５１Ａ，５１Ｂを形成し、一方の周溝５１Ａ内には前記排気通路３５に連通した連通孔５３Ａを設け、他方の周溝５１Ｂには前記混合液取出通路３７に連通した連通孔５３Ａを設ける。

そして、前記可動軸３３と密に嵌合して相対的に回動自在の筒状の回転軸５５に、当該回転軸５５の軸心に対して直交する方向に突出した支持軸５７を設け、この支持軸５７に隣接してそれぞれ形成した周溝５９Ａ，５９Ｂの一方の周溝５９Ａに、前記回転軸５５の内周面であって前記可動軸３３の前記周溝５１Ａに対応した位置に開口した連通孔６１Ａを設ける。上記周溝５９Ａ，５９Ｂの他方の周溝５９Ｂには、前記回転軸５５の同周面であって前記可動軸３３の前記周溝５１Ｂに対応した位置に開口した連通孔６１Ｂを設ける。

そして、前記支持軸５７と密に嵌合して相対的に回転自在の筒状の回転軸６３に前記気体取入管３９と混合液取入管４３とを上下逆方向にかつ互いの軸心を前記周溝５９Ａ，５９Ｂに対応するように位置をずらして設け、前記気体取入管３９は前記周溝５９Ａに連通し、前記混合液取入管４３は周溝５９Ｂに連通した構成とする。

上記構成により、気体取入管３９は、支持軸５７の周溝５９Ａ，連通孔６１Ａ，可動軸３３の周溝５１Ａ，連通孔５３Ａを介して排気通路３５と常に連通した状態にあり、混合液取入管４３は、支持軸５７の周溝５９Ｂ，連通孔６１Ｂ，可動軸３３の周溝５１Ｂ，連通孔５３Ｂを介して混合液取出通路３７に常に連通した状態にある。

すなわち、混合容器３１が可動軸３３の軸心回りに相対的に回動したときには、可動軸３３と回転軸５５との間において相対的な回転を生じて気体取入管３９は上方向を指向した状態にある。また、前記可動軸３３の軸心に対して直交する方向の軸心回りに混合容器３１が相対的に回動するときには、支持軸５７と回転軸６３との間に相対的な回転を生じ、気体取入管３９は上方向を指向した状態にある。

さらに、前記可動軸３３の軸心に対して交差する方向の軸心回りに前記混合容器３１が相対的に回動する場合には、前記可動軸３３と回転軸５５との間の相対的な回動及び支持軸５７と回転軸６３との間の相対的な回動とが相俟って、前記気体取入管３９は上方向を指向した状態にあるものである。

したがって、混合容器３１が種々の方向へ相対的に回動した場合であっても、混合容器３１内において気体取入管３９は常に上方向を指向した状態に保持され、その開口３９Ａは混合容器３１内の液面４１Ａから常に上方向に突出した状態にあるものである。

なお、上記構成において、気体取入管３９の開口３９Ａには気液分離膜を設けることが望ましく、混合液取入管４３の先端部に、液体吸収部材を設けることが望ましい。このような構成とすることにより、気体取入管３９内に液体が入ることを防止できると共に、混合容器３１内の混合液を混合液取入管４３の先端部に効果的に集めることができるものである。

図３は第３の実施形態を概念的，概略的に示すもので、この第３の実施形態においては、混合容器６５に設けた排気口６７に接続された排気用可撓性チューブ６９の内端部を、前記混合容器６５内の混合液（メタノール水溶液）の液面に浮遊した浮部材７１によって支持し、このチューブ６９の内端部の気体取入口６９Ａを常に液面４１Ａより上方の位置において上方向に指向してある。

なお、前記チューブ６９の内端部の気体取入口６９Ａを常に上方向に指向した状態に保持するように、前記浮部材７１の下側において、チューブ６９には重鐘６９Ｂが取付けてある。

また、前記混合容器６５に設けた混合液取出口７３に接続した供給用可撓性チューブ７５の先端部には重錘７７が取付けてあって、当該可撓性チューブ７５の先端部は、混合容器６５内の混合液４１内に常に没入した状態にある。なお、混合容器６５には排出物導入通路２３が設けられていると共に燃料受入口（図示省略）が設けてある。

上記構成によれば、混合容器６５が任意の方向に回動した場合であっても、排気用可撓性チューブ６９の先端部は浮部材７１により支持されて常に混合液４１の液面より上方に位置するものであり、混合容器６５内の気体の排気を常に円滑に行い得るものである。また供給用可撓性チューブ７５の先端部（内端部）は重錘７７によって常に混合液４１内に没入された状態に保持されるものであって、電池本体に対して混合液（燃料：メタノール水溶液）の供給を安定して行うことができるものである。

この構成においても、気体取入口６９Ａに気液分離膜を設け、またチューブ７５の先端部に液体吸収部材を設けることが望ましいものである。

図４は第４の実施形態を概念的、概略的に示すもので、前述の第１の実施形態の変形例を示すものである。本実施形態による混合タンク２１３は、前述と同様に、多孔質材料のような適宜の材料からなる液体吸収部材２１７を収容する混合容器２１５を備える。前記液体吸収部材２１７は、その内部に空洞を有しておらず、代わりに前記混合タンク２１３のいずれか一つ以上の面との間に空間部としてのギャップ２１９を有する。さらに前記混合容器２１５は、前述の構成と同様に、燃料電池（図示省略）から排出物が供給される排気流入路２２３を備え、前記液体吸収部材２１７において混合物が生成される。

前記混合タンク２１３は、前記ギャップ２１９内の気体を外部へ吐出すべく、それぞれ前記ギャップ２１９に面した排気口２２７Ａおよび２２７Ｂを備えている。前記排気口２２７Ａと前記排気口２２７Ｂは、図４に示されるごとく互いに離れた位置とすることが望ましい。このような構成とすることにより、いずれかの排気口２２７Ａまたは２２７Ｂが万一液体によって閉塞されてしまっても、他方によって排気を保証することができる。また、前記排気口２２７Ａおよび２２７Ｂは、互いに、近接していてもよいし、いずれか一方のみでもよい。さらに、前記排気口２２７Ａおよび２２７Ｂは、それぞれ気液分離膜を備えていてもよい。

前記混合容器２１５は、さらに、前記液体吸収部材２１７に吸収されている混合物（液体燃料：メタノール水溶液）を取出すために、混合液取出路２２５を備えている。その先端２２５Ａは前記液体吸収部材２１７のほぼ中心、特に重心に位置している。前記液体吸収部材２１７が吸蔵する前記混合物は、その毛管力により、常に前記先端２２５Ａに輸送される。さらに、前記先端２２５Ａは前記液体吸収部材２１７のほぼ中心に位置しているので、前記混合容器２１５がどのような向きとされても、安定して前記混合物が輸送される。すなわち、前述の構成と同様な効果を奏しうるものである。

図４には図示されていないが、前記液体吸収部材２１７が前記混合容器２１５内において揺動し位置ずれすることを防止すべく、前記混合容器２１５に適宜の位置ずれ防止機構を内装してもよい。位置ずれ防止機構を備えることにより、前記液体吸収部材２１７が膨張と収縮を繰り返しても、初期の位置から外れることがなく、安定してその機能を果たすことができる。位置ずれ防止機構としては、前記混合容器２１５の内面が有する複数の突起でもよいし、適宜の接着剤であってもよい。

本発明の各実施形態による混合タンクは、図５ないし図６に示す構成により、燃料電池システムに利用される。これら図中において、参照番号３００は、いずれかの実施形態による混合タンクである。図５に示す燃料電池システムでは、燃料電池１０１のアノード１０３およびカソード１０５のいずれかまたは両方の排気が混合タンク３００に導入される。前記混合タンク３００には、燃料タンク１０９と燃料を供給するためのポンプ１２５とが接続されており、前記燃料と前記排気が混合される。前記混合タンク３００において気液分離された後、液体（メタノール水溶液）はポンプ１１１により前記アノード１０３へ導入される。前記カソード１０５にはさらに空気供給路１１５とポンプ１１３が接続されており、外気が導入されるようになっている。前記液体と前記外気とから、発電が為される。燃料電池システムは、図６に示すごとく、前記混合タンク３００を前記ポンプ１１１より下流に配置してもよい。この構成では、前記燃料電池１０１からの排気管に、燃料タンク１０９とバルブ１４１が直接に接続されており、前記排気管において前記排気と前記燃料が混合される。そして、前記混合タンク３００において、気液分離がなされる。

本発明の第１の実施の形態に係る混合タンクの概念的，概略的な説明図である。本発明の第２の実施の形態に係る混合タンクの概念的，概略的な説明図である。本発明の第３の実施の形態に係る混合タンクの概念的，概略的な説明図である。本発明の第４の実施の形態に係る混合タンクの概念的，概略的な説明図である。本発明の実施形態のいずれかによる混合タンクを適用した燃料電池システムの第一の例の模式図である。本発明の実施形態のいずれかによる混合タンクを適用した燃料電池システムの第二の例の模式図である。直接型メタノール燃料電池の模式図である。従来の直接型メタノール燃料電池の説明図である。従来の直接型メタノール燃料電池の説明図である。従来の直接型メタノール燃料電池の説明図である。ダイレクトメタノール燃料電池の概略的、概念的な構成を示す説明図である。

符号の説明

１燃料タンク
３，９ポンプ
５，１３混合タンク
７電池本体
１１，６７排気口
１５，３１，６５混合容器
１７液体吸収部材
１９空間部
２１燃料受入口
２３排出物導入通路
２３Ａ，２５Ａ，２７Ａ内端部
２５，３７混合液取出通路
２７．３５排気通路
２９気液分離膜
３３可動軸
３９気体取入管
４３混合液取入管
６９排気用可撓性チューブ
７１浮部材
７５供給用可撓性チューブ
７７重鐘

Claims

燃料電池本体へ供給するための液体燃料を収容する混合容器内に、空間部を有して収納された液体吸収部材と、前記電池本体から回収した排出物を前記混合容器内に導くための排出物導入通路と、前記混合容器内の液体燃料を取出すために前記液体吸収部材に接続した混合液取出通路と、前記混合容器内の気体を外部へ排出すべく前記空間部に接続した排気通路とを備えていることを特徴とする燃料電池用混合タンク。
請求項１に記載の燃料電池用混合タンクにおいて、前記空間部は前記液体吸収部材の内部に形成してあることを特徴とする燃料電池用混合タンク。
請求項１に記載の燃料電池用混合タンクにおいて、前記空間部は、前記液体吸収部材と前記混合容器内面との間に形成してあることを特徴とする燃料電池用混合タンク。
請求項２又は３に記載の燃料電池用混合タンクにおいて、前記空間部は、前記混合容器のほぼ中心部分の空間を包含していることを特徴とする燃料電池用混合タンク。
請求項１，２又は３に記載の燃料電池用混合タンクにおいて、前記混合液取出通路の内端部は、前記液体吸収部材のほぼ中心部に配置してあることを特徴とする燃料電池用混合タンク。
請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池用混合タンクにおいて、前記排出物導入路の内端部は、前記空間部内において前記液体吸収部材に接触してあることを特徴とする燃料電池用混合タンク。
請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池用混合タンクにおいて、前記排気通路には、液体の通過を阻止して気体の通過を許容する気液分離膜を備えていることを特徴とする燃料電池用混合タンク。
請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池用混合タンクにおいて、前記混合容器に対する前記液体吸収部材の位置ずれを防止するための位置ずれ防止機構を備えていることを特徴とする燃料電池用混合タンク。
アノードとカソードとの間に電解質膜を挟み込んだ構成の燃料電池本体と、前記燃料電池本体へ供給するための液体燃料を収容する混合容器内に、空間部を有して収納された液体吸収部材と、前記電池本体から回収した排出物を前記混合容器内に導くために前記電池本体と前記混合容器とを接続した排出物導入通路と、前記混合容器内の液体燃料を前記アノードへ供給すべく前記液体吸収部材と前記アノードとを接続した混合液取出通路と、前記混合容器内の気体を外部へ排出すべく前記空間部に接続した排気通路と、前記カソードへ空気を供給するための空気供給装置とを備えていることを特徴とする燃料電池システム。
アノードとカソードとの間に電解質膜を挟み込んだ構成の燃料電池本体と、前記燃料電池本体へ供給するための液体燃料を収容する混合容器内に軸心回りに回動可能に備えられた可動軸と、前記混合容器内において当該可動軸に形成した排気通路に連通して設けられた気体取入管と、前記混合容器内において前記可動軸に形成した混合液取出通路に連通して設けた混合液取入管と、前記混合容器の外部において前記可動軸の前記排気通路に連通して設けた排気口と、前記混合容器の外部において前記可動軸の前記混合液取出通路に連通されかつ前記電池本体の前記アノードに接続された混合液供給路とを備え、前記気体取入管側よりも前記混合液取入管側を重く構成してあり、かつ前記カソードへ空気を供給するための空気供給装置と、前記燃料電池本体から回収した排出物を前記混合容器内に導入するための排出物導入通路と、を備えていることを特徴とする燃料電池システム。
アノードとカソードとの間に電解質膜を挟み込んだ構成の燃料電池本体と、前記燃料電池本体へ供給するための液体燃料を収容する混合容器内において当該混合容器内の液体表面に浮遊自在の浮部材と、前記混合容器に設けた排気口に接続され内端の気体取入口が常に前記液体表面より上方に位置するように前記浮部材に支持された排気用可撓性チューブと、前記混合容器に設けた混合液取出口に接続され内端の取入口が前記混合容器内の液体内に常に位置するように前記取入口付近を重く構成し、かつ前記電池本体のアノード側に接続した供給用可撓性チューブと、前記カソードへ空気を供給するための空気供給装置と、前記燃料電池本体から回収した排出物を前記混合容器内に導入するための排出物導入通路と、を備えていることを特徴とする燃料電池システム。