JP4390439B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、化石燃料の枯渇の問題、環境汚染の問題が深刻になり、自動車その他の乗り物の原動機に化石燃料を直接燃やすエンジンに代えて、二次電池で駆動されるモーターを利用する電気自動車、あるいはそれらを併用するハイブリッド自動車の開発が進んでいる。そして二次電池充電用の電力を発生させるために、自動車に燃料電池システムを搭載することが熱心に研究、開発され、実用化間近にまで進歩している。
【0003】
一方、パワーアシスト自転車については、一般に二次電池で動く電動機を車輪の回転駆動に利用する仕組みが定着している。そして、パワーアシスト自転車の場合、二次電池の再充電には家庭用電力を利用し、充電器を家庭用コンセントに接続して充電するようにしていて、自転車そのものに二次電池充電用の燃料電池システムを搭載したパワーアシスト自転車は全く存在していない。
【0004】
【特許文献1】
特開昭64−017379号公報
【0005】
【特許文献2】
特開昭64−071073号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、パワーアシスト自転車の場合、それが二輪車であるため車体の傾斜が大きく、またしばしば転倒することも起こる。そのため、パワーアシスト自転車に搭載する燃料電池システムを開発する場合、車体が大きく傾斜した状態でも二次電池の充電量に応じて継続的に作動して再充電できなければならないという技術的要請がある。
【0007】
パワーアシスト自転車の二次電池充電用に搭載する燃料電池システムとしては、小型・軽量化の面から、固体高分子膜を電解質膜とする直接改質型燃料電池が望ましい。
【0008】
図19は、このような直接改質型燃料電池システムをパワーアシスト自転車に搭載した場合のレイアウトを示している。この燃料電池システムは、固体高分子膜を電解質膜とする直接改質型燃料電池(セルスタック)1、この燃料電池1の空気極側に空気を供給するエアポンプ2、燃料としてのメタノール水溶液を貯溜するメタノール・水タンク3、メタノール・水タンク3から燃料のメタノール水溶液を燃料電池1の燃料極側に供給するソルーションポンプ4から構成されている。
【0009】
メタノール・水タンク3には排気筒6が設けられ、燃料電池反応で発生した二酸化炭素の気体を排出するようにしている。また気液分離器7が空気極側に接続してあって、空気極側から排出される未反応エアと反応生成水とを受入れ、気液分離して未反応エア51をその排気筒8から排出し、また反応生成水9を一時的に貯溜する。23は、気液分離器7からメタノール・水タンク3へ反応生成水を戻すための連通ラインである。
【0010】
固体高分子型燃料電池1は液体の循環を考慮して前後方向に一定角度だけ傾斜させた状態で固定する。燃料であるメタノールは、メタノール・水タンク3に対してメタノールタンク71からメタノール供給バルブ72を経て供給する。
【0011】
この燃料電池システムは、図示していない制御回路によってメタノール水溶液のメタノール濃度制御、発電電力の出力制御を実行する。この制御は、メタノール・水タンク3内のメタノール水溶液のメタノール濃度、燃料電池1の温度、発電電流・電圧の測定信号に基づいて行う。
【0012】
このような直接改質型燃料電池システムでは、メタノールを原燃料とし、また反応生成水も発生するため、それらの液体の漏れ対策が必要であり、また、燃料電池反応で二酸化炭素気体が生成し、メタノール水溶液に混在した形で循環すること、同様に未反応エアも反応生成水に混在した形で循環することから、それらの除去のために気液分離が必要である。そこで、燃料電池1の空気極からの未反応エア、燃料極で発生した二酸化炭素などを系外に放出するため、メタノール・水タンク3、気液分離器7それぞれには排気筒6,8を設けている。
【0013】
ところが、提案されている燃料電池システムは、このままの形で二輪車や小形ヨットなどに搭載した場合、大きく傾いた時に液漏れを起こす構造である。また大きく傾いた場合、気液の分離ができない、反応液の循環ができないなどの問題がある。
【0014】
さらに、提案されている燃料電池システムでは、図19に示したように二輪車に取り付けるときに、燃料極の反応液や空気極の反応生成水の流れを考慮し、燃料電池1に左右方向では垂直にし、前後方向において多少の傾斜を持たせている。しかし、この燃料電池1は左右方向への傾きまでは考慮していないため、二輪車が大きく傾いた場合に流路詰まりが発生してしまい、燃料電池発電を継続することができない。
【0015】
燃料電池に関する技術として、ガス分離器について特開昭64−017379号公報に記載され、また気液分離器について特開昭64−071073号公報に記載されている。しかしながら、これらの公報には、大きく傾斜した時の対策について記載されていない。
【0016】
本発明はこのような技術的課題に鑑みてなされたもので、二輪車やヨットなどの傾斜の大きい乗り物に搭載する直接改質型燃料電池システムとして、大きく傾斜しても燃料電池発電を継続できる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、燃料電池と、燃料としてのメタノールと水が混合しているメタノール水溶液を貯溜するメタノール・水タンクと、前記メタノール・水タンクからメタノール水溶液を前記燃料電池の燃料極に供給するメタノール・水ポンプと、前記燃料電池の空気極で生成された反応生成水を気液分離する気液分離器と、前記気液分離器からメタノール・水タンクに反応生成水を戻す連通ラインとを備えた燃料電池システムにおいて、前記メタノール・水タンクの左右中心線上における上底部分にメタノール水溶液入口と炭酸ガス排気口を設け、前記メタノール・水タンクの左右中心線上における下底部分にメタノール水溶液出口を設け、前記連通ライン上に、メタノール・水タンクの液層、気層それぞれと連通し、その中の液位が所定レベルまで上がれば前記気液分離器からの反応生成水の流入を止め、それ以下の液位では前記気液分離器から反応生成水を流入させ、当該反応生成水の液位に前記メタノール・水タンク内のメタノール水溶液の液位を一致させる液位制御手段を設け、前記液位制御手段は、当該システムが左右どちらかに所定の許容傾斜角度まで傾斜した状態で前記メタノール・水タンク内のメタノール水溶液の液位よりも常に下方に前記メタノール水溶液出口が位置できるレベルを前記所定レベルにして液位制御するものである。
【0019】
請求項2の発明は、燃料電池と、燃料としてのメタノールと水が混合しているメタノール水溶液を貯溜するメタノール・水タンクと、前記メタノール・水タンクからメタノール水溶液を前記燃料電池の燃料極に供給するメタノール・水ポンプと、前記燃料電池の空気極で生成された反応生成水を気液分離する気液分離器と、前記気液分離器からメタノール・水タンクに反応生成水を戻す連通ラインとを備えた燃料電池システムにおいて、前記メタノール・水タンクの左右中心線上における上底部分にメタノール水溶液入口を設け、前記メタノール・水タンクの左右中心線上における下底部分にメタノール水溶液出口を設け、前記メタノール・水タンクの左右側面それぞれの上下中央部よりも高い位置に炭酸ガス排気筒の一端を接続し、当該炭酸ガス排気筒それぞれを当該メタノール・水タンクの前側面、後側面を水平に通過するように延設し、それぞれの開口端を左右反対側に開口させ、前記連通ライン上に、メタノール・水タンクの液層、気層それぞれと連通し、その中の液位が所定レベルまで上がれば前記気液分離器からの反応生成水の流入を止め、それ以下の液位では前記気液分離器から反応生成水を流入させ、当該反応生成水の液位に前記メタノール・水タンク内のメタノール水溶液の液位を一致させる液位制御手段を設け、前記液位制御手段は、当該システムが左右どちらかに所定の許容傾斜角度まで傾斜した状態で前記メタノール・水タンク内のメタノール水溶液の液位よりも常に下方に前記メタノール水溶液出口が位置できるレベルを前記所定レベルにして液位制御するものである。
【0020】
請求項3の発明は、請求項2の燃料電池システムにおいて、前記炭酸ガス排気筒に代えて、前記メタノール・水タンクの上底面の左右それぞれに炭酸ガス排気筒の一端を接続し、当該炭酸ガス排気筒を前記上底面に沿い水平に延設し、それぞれの開口端を左右反対側の端部に開口させたことを特徴とするものである。
【0021】
請求項4の発明は、燃料電池と、燃料としてのメタノールと水が混合しているメタノール水溶液を貯溜するメタノール・水タンクと、前記メタノール・水タンクからメタノール水溶液を前記燃料電池の燃料極に供給するメタノール・水ポンプと、前記燃料電池の空気極で生成された反応生成水を気液分離する気液分離器と、前記気液分離器からメタノール・水タンクに反応生成水を戻す連通ラインとを備えた燃料電池システムにおいて、前記メタノール・水タンクの左右中心線上における上底部分にメタノール水溶液入口を設け、前記メタノール・水タンクの左右中心線上における下底部分にメタノール水溶液出口を設け、前記メタノール・水タンクの左右側面それぞれに炭酸ガス排気筒を接続し、前記炭酸ガス排気筒内に、内側から外側に液圧がかからない状態では開口し、内側から外側に液圧がかかる状態では閉口する自動弁が設け、前記連通ライン上に、メタノール・水タンクの液層、気層それぞれと連通し、その中の液位が所定レベルまで上がれば前記気液分離器からの反応生成水の流入を止め、それ以下の液位では前記気液分離器から反応生成水を流入させ、当該反応生成水の液位に前記メタノール・水タンク内のメタノール水溶液の液位を一致させる液位制御手段を設け、前記液位制御手段は、当該システムが左右どちらかに所定の許容傾斜角度まで傾斜した状態で前記メタノール・水タンク内のメタノール水溶液の液位よりも常に下方に前記メタノール水溶液出口が位置できるレベルを前記所定レベルにして液位制御するものである。
【0022】
請求項5の発明は、燃料電池の空気極で生成された反応生成水を気液分離し、反応生成水入口は燃料電池の空気極側に接続し、反応生成水出口はメタノール・水タンクの反応生成水戻りラインに接続する気液分離器を備えた燃料電池システムであって、前記気液分離器は、前記反応生成水を貯溜する槽部の形状が正立状態で扁平にし、その上底部分に反応生成水入口、下底部分に反応生成水出口を設け、槽壁の反応生成水の適切レベルの直上位置となる高さに、当該位置まで反応生成水の水位が上昇したときに外部に排出するドレインを設けたことを特徴とするものである。
【0024】
請求項6の発明は、燃料電池の空気極で生成された反応生成水を気液分離し、反応生成水入口は燃料電池の空気極側に接続し、反応生成水出口はメタノール・水タンクの反応生成水戻りラインに接続する気液分離器と、当該気液分離器に前記反応生成水戻りラインを介して接続された前記メタノール・水タンクとを備えた燃料電池システムであって、前記気液分離器は、前記反応生成水を貯溜する槽部の形状が正立状態で扁平にし、その上底部分に反応生成水入口、下底部分に反応生成水出口を設け、槽壁の反応生成水の適切レベルの直上位置となる高さに、当該位置まで反応生成水の水位が上昇したときに外部に排出するドレインを設けたものであり、前記メタノール・水タンクは、その左右中心線上における上底部分にメタノール水溶液入口を設け、その左右中心線上における下底部分にメタノール水溶液出口を設け、前記メタノール・水タンクの上底面の左右それぞれに炭酸ガス排気筒の一端を接続し、当該炭酸ガス排気筒を前記上底面に沿い水平に延設し、それぞれの開口端を左右反対側の端部に開口させ、前記反応生成水戻りライン上に、メタノール・水タンクの液層、気層それぞれと連通し、その中の液位が所定レベルまで上がれば前記気液分離器からの反応生成水の流入を止め、それ以下の液位では前記気液分離器から反応生成水を流入させ、当該反応生成水の液位に前記メタノール・水タンク内のメタノール水溶液の液位を一致させる液位制御手段を設け、前記気液分離器の下側に前記メタノール・水タンクを位置させ、前記反応生成水戻りラインを左右にだ行する形状にしたことを特徴とするものである。
【0025】
請求項7の発明は、燃料電池の空気極で生成された反応生成水を気液分離し、反応生成水入口は燃料電池の空気極側に接続し、反応生成水出口はメタノール・水タンクの反応生成水戻りラインに接続する気液分離器と、当該気液分離器に前記反応生成水戻りラインを介して接続された前記メタノール・水タンクとを備えた燃料電池システムであって、前記気液分離器は、前記反応生成水を貯溜する槽部の形状が正立状態で扁平にし、その上底部分に反応生成水入口、下底部分に反応生成水出口を設け、槽壁の反応生成水の適切レベルの直上位置となる高さに、当該位置まで反応生成水の水位が上昇したときに外部に排出するドレインを設けたものであり、前記メタノール・水タンクは、その左右中心線上における上底部分にメタノール水溶液入口を設け、その左右中心線上における下底部分にメタノール水溶液出口を設け、前記メタノール・水タンクの左右側面それぞれに炭酸ガス排気筒を接続し、前記炭酸ガス排気筒内に、内側から外側に液圧がかからない状態では開口し、内側から外側に液圧がかかる状態では閉口する自動弁が設け、前記反応生成水戻りライン上に、メタノール・水タンクの液層、気層それぞれと連通し、その中の液位が所定レベルまで上がれば前記気液分離器からの反応生成水の流入を止め、それ以下の液位では前記気液分離器から反応生成水を流入させ、当該反応生成水の液位に前記メタノール・水タンク内のメタノール水溶液の液位を一致させる液位制御手段を設け、前記気液分離器の下側に前記メタノール・水タンクを位置させ、前記反応生成水戻りライン内に、正立状態では気液分離器からの反応生成水を流下させ、大きく傾いた状態ではメタノール・水タンクから気液分離器に反応生成水が逆流するのを防止する逆止弁を設けたことを特徴とするものである。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。本発明の1つの実施の形態の直接改質型燃料電池システムの全体的な構成は、図19の提案されているシステム構成と共通である。
【0028】
この実施の形態の燃料電池システムは、例えば、パワーアシスト自転車、自動二輪車、原動機付き自転車等の二輪車に組み込むシステムである。本実施の形態の燃料電池システムの特徴は、本システムを搭載している二輪車が大きく傾斜しても、燃料電池システムが燃料電池発電を継続できるように、メタノール・水タンク3と気液分離器7の機械的な構造を改良した点にある。特に二輪車が大きく傾斜した時には、図19の構成であればエア噛み込みなどで燃料電池発電が正常に行えなくなる可能性が高いので、それを起こさない構造にしている。
【0029】
<アノード(燃料極)側の構成>
図1及び図2は本実施の形態のシステムにおけるメタノール・水タンク3の構造を示し、図3及び図4は、液位制御部24の構造を示している。二輪車が大きく傾斜した状態でも燃料電池発電を継続するためには、エア噛み込みがない構造にする必要があり、メタノール・水タンク3の左右中心線(車軸)上における上底部分にメタノール水溶液入口21、炭酸ガス排気口26、メタノール入口25が設けてある。メタノール・水タンク3の左右中心線上における下底部分にメタノール水溶液出口22が設けてある。さらに、カソード(空気極)側の気液分離器7から反応生成水を戻すカソード連通ライン23がメタノール・水タンク3に接続してある。このカソード連通ライン23には、図3に詳しいように液位制御器24が設けてある。
【0030】
液位制御器24はメタノール・水タンク3の液層、気層それぞれと連通している。この液位制御器24は、その中に溜まる反応生成水の液位が上がれば、フロート24Aがその液位と共に上昇してカソード連通ライン23のパイプ端を塞ぎ、反応生成水の流入を止めることができ、それ以下の液位ではカソード連通ライン23を通じて気液分離器7から反応生成水が戻されてくる。液位制御器24はメタノール・水タンク3と液層、気層両方に連通しているので、この液位制御器24内の液位とメタノール・水タンク3内の液位とは常に同一レベルに維持できる。また、液位制御器24のフロート24Aがカソード連通ライン23のパイプ端を塞ぎ反応生成水の戻りを止めている状態での液位がメタノール・水タンク3における上限液位Lに設定してある。
【0031】
このような構造のメタノール・水タンク3では、図2に示したように、二輪車が大きく傾いた状態でも、メタノール水溶液出口22は液面下に位置し、炭酸ガス排気口26は液面より上方に位置することになり、メタノール・水タンク3から燃料電池1のアノード(燃料極)に炭酸ガスや空気だけ、あるいはメタノール水溶液にそれらが多量に混入したものが供給される状態になることがなく、燃料電池1で発電反応を継続させることができる。
【0032】
また、図4に示したように、液位制御部24はメタノール・水タンク3の左右中心線を通る位置に設置しているので、二輪車が左右どちら側に大きく傾いても、液位制御を支障なく行うことができ、これによって、安定した燃料電池反応を継続させることができることになる。
【0033】
図5はメタノール・水タンク3における炭酸ガス排気口の設置位置の別例を示している。なお、液位制御器24の取付位置、構造は図3に示した例と同様である。
【0034】
この例では、前後左右の中心において上底部分にメタノール水溶液入口21、下底部分にメタノール水溶液出口22を形成し、また、炭酸ガス排気口26A,26Bをタンク3の側面の上下中央部よりも高い位置においてほぼ水平にタンク3をそれぞれほぼ半周するように配設している。
【0035】
これにより、図6に示したように、二輪車を左右どちらにほぼ水平まで倒した傾斜状態でも、タンク3内のメタノール水溶液出口22が液面下に位置して炭酸ガスを噛み込むことがなく、気体をほとんど含有していないメタノール水溶液を燃料電池1の燃料極に継続して供給できる。しかも、上述した配置により、炭酸ガス排気口26A,26Bのうちのどちらかが液面Lよりも高い位置に位置するようになり、タンク3内の炭酸ガスの空気中への放出を可能にする。この結果、二輪車が大きく傾いた状態でも燃料電池発電を継続し、二次電池の充電に利用できることになる。
【0036】
なお、炭酸ガス排気口26A,26Bの接続位置については、例えば、図7(a),(b)に示すように、メタノール・水タンク3の上底部分に配設する構成にしてもよい。
【0037】
図8〜図10はメタノール・水タンク3における炭酸ガス排気口の第3の例を示している。なお、液位制御器24の取付位置、構造は図3に示した例と同様である。
【0038】
この例では、前後左右の中心において上底部分にメタノール水溶液入口21、下底部分にメタノール水溶液出口22を形成してある。また、図10に示すように、炭酸ガス排気口26A,26Bそれぞれには、内側から外側に液圧がかからない状態では開口し、内側から外側に液圧がかかる状態では閉口する自動弁27が設けてある。
【0039】
これにより、図8に示した正立状態から図9に示したように大きく傾斜した状態になれば、タンク3内のメタノール水溶液出口22が液面下に位置して炭酸ガスを噛み込むことがなく、気体をほとんど含有していないメタノール水溶液を燃料電池1の燃料極に継続して供給できる。また、液中に没する側の炭酸ガス排気口(ここでは、26A)において、自動弁27が閉じて液漏れを防止し、かつ他方の炭酸ガス排気口(ここでは、26B)の弁は開口状態のままで、タンク3内の炭酸ガスの空気中への放出を継続できる。この結果、二輪車が大きく傾いた状態でも燃料電池発電を継続し、二次電池の充電に利用できることになる。
【0040】
なお、自動弁27に代えて、図11に示す構造の自動弁28を採用することもできる。この自動弁28では、タンク3が正立している状態では炭酸ガス排気口26A,26Bを開口しているが、図9に示したようにタンク3が大きく傾斜すれば、下側に来る炭酸ガス排気口側で球状の弁体が開口を塞ぎ、メタノール水溶液の漏れを防ぐ作用をする。
【0041】
なお、メタノール・水タンク3における液位検出手段である図3に示した液位制御部24、またこれに代わる、図12に示したような液位センサ31は、タンク3の左右中心線(車軸)C上に位置する配置にし、あるいは図13に示したように、タンク3の左右中心線Cを通る垂直面に対して左右対称な位置に配置する。これにより、タンク3が左右どちらの側に大きく傾斜してもメタノール水溶液の液位を継続して検出(制御)できる。
【0042】
また、炭酸ガス排気口については一体成形によりメタノール・水タンク3と一体化した構造であってもよいし、図示のように別部材をタンク3に接続した構成であってもよい。
【0043】
次に、上記実施の形態の燃料電池システムにおけるカソード(空気極)側の気液分離器7の構造例を、図14、図15により説明する。この気液分離器7も二輪車、したがって器体が大きく傾斜した状態でも気液分離作用、そしてメタノール・水タンク3に対する反応生成水の継続的な供給作用を可能にする必要がある。
【0044】
そこで本例では、気液分離器7の槽形状が正立状態で扁平なものであり、その上底部分に反応生成水入口41、下底部分に反応生成水出口42を設け、また槽壁の反応生成水の適切レベルの直上位置となる高さにドレイン43(図19におけるドレイン10に相当)を設けている。反応生成水入口41は燃料電池1の空気極側に連通し、反応生成水出口42はメタノール・水タンク3の反応生成水戻りライン(連通ライン)23に連通している。また、反応生成水入口41の口径よりも反応生成水出口42の口径を大径にしてある。このドレイン43は一体成形により気液分離器7と一体化し、あるいは図示のように別部材で構成してもよい。
【0045】
本例の気液分離器7では、ドレイン43が、反応生成水がこの設置位置に達すれば余剰な反応生成水を外部に排出し、水位L2をそれ以下に維持する働きをする。これと相まって、気液分離器7の槽形状を扁平にすることにより、図15に示すように、二輪車が左右どちらかに大きく傾斜し、気液分離器7も大きく傾斜した状態になっても、液面L3が反応生成水入口41よりも下方に位置し、反応生成水の燃料電池1への逆流を防止し、燃料電池1の発電反応を継続させることができる。
【0046】
次に、本実施の形態の燃料電池システムにおけるメタノール・水タンク3と気液分離器7との連通部の構造例を、図16により説明する。メタノール・水タンク3は図1、図3に示した液位制御機能を備え、また図5、図7あるいは図11に示す構成の炭酸ガス排出機能(図示は、図8または図11に示す構造のもの)を備え、さらに、気液分離器7を上側、メタノール・水タンク3を下側に位置させ、両者間の反応生成水の連通ライン23を左右にだ行する形状にしている。
【0047】
これにより、図16(a)の正立状態では、燃料電池1で発生した反応生成水9を気液分離器7に流入させ、未反応ガスは大気中に排気し、反応生成水9をドレイン43より下方に貯溜する。そして、この反応生成水9は出口42から連通ライン23を流下してだ行し、メタノール・水タンク3に戻される。
【0048】
この例の構造にすることにより、図16(b)に示すように、二輪車が左右どちらかに大きく傾斜した状態では、上述したように各例で説明したように気液分離器7内で反応生成水9は燃料電池1側の逆流することなく留まる。またメタノール・水タンク3内でも炭酸ガスは開口している側の炭酸ガス出口(ここでは、26B)から排気できる。さらに、本例の構造では、大きく傾斜した状態で気液分離器9内の液位L3とメタノール・水タンク3内の液位L1とはレベルが異なるが、だ行している連通ライン23の大きく傾斜した状態で高い位置に来ているだ行部23Aによりメタノール・水タンク3から気液分離器7に反応生成水が逆流するのを阻止する。この結果として、液位L1が高いメタノール・水タンク3からメタノール水溶液が連通ライン23を通じて気液分離器7に逆流してその液位L3が上昇し、反応生成水入口41を通して燃料電池1にまで逆流し、燃料電池反応を停止させてしまうのを防止でき、大きく傾斜した状態でも継続して燃料電池反応を継続できる。
【0049】
次に、本実施の形態の燃料電池システムにおけるメタノール・水タンク3と気液分離器7との連通部の別の構造例を、図17を用いて説明する。本例では、メタノール・水タンク3には図1、図3に示した液位制御機能を備え、また図7に示す構成の炭酸ガス排出機能を備えたものを使用し、気液分離器7は図14に示した液位調整機能を備えたものを使用している。そして気液分離器7を上側、メタノール・水タンク3を下側に位置させ、両者間の反応生成水の連通ライン23を左右にだ行する形状にしている。連通ライン23のだ行部23A,23Bはそれぞれ、炭酸ガス排出口26A,26Bよりも外側にDだけ突出させた寸法関係にしている。
【0050】
これにより、図17(a),(b)に示す正立状態では、燃料電池1で発生した反応生成水9を気液分離器7に流入させ、未反応ガスは大気中に排気し、反応生成水9をドレイン43より下方に貯溜する。そして、この反応生成水9は出口42から連通ライン23を流下してだ行し、メタノール・水タンク3に戻される。
【0051】
そして本例の構造にすることにより、二輪車が左右どちらかに大きく傾斜した状態では、図16(b)について説明した場合と同様に、反応生成水9は燃料電池1側に逆流することなく気液分離器7内に留まる。またメタノール・水タンク3内でも炭酸ガスは開口している側の炭酸ガス出口26Aあるいは26Bから排気できる。さらに、本例の構造では、大きく傾斜した状態で気液分離器9内の液位L3とメタノール・水タンク3内の液位L1とはレベルが異なるが、だ行している連通ライン23の大きく傾斜した状態で高い位置に来ているだ行部23Aによりメタノール・水タンク3から気液分離器7に反応生成水が逆流するのを阻止する。この結果として、液位L1が高いメタノール・水タンク3からメタノール水溶液が連通ライン23を通じて気液分離器7に逆流してその液位L3が上昇し、反応生成水入口41を通して燃料電池1にまで逆流し、燃料電池反応を停止させてしまうのを防止でき、大きく傾いた状態でも継続して燃料電池反応を継続できる。
【0052】
次に、本実施の形態の燃料電池システムにおけるメタノール・水タンク3と気液分離器7との連通部のさらに別の構造例を、図18を用いて説明する。本例では、メタノール・水タンク3には図1、図3に示した液位制御機能を備え、また図8に示す構成の炭酸ガス排出機能を備えたものを使用し、気液分離器7は図14に示した液位調整機能を備えたものを使用している。そして気液分離器7を上側、メタノール・水タンク3を下側に位置させ、両者間の反応生成水の連通ライン23を直管にして逆止弁230を設けている。この逆止弁230は、メタノール・水タンク3から気液分離器7への反応生成水の逆流を阻止する。
【0053】
これにより、図18(a),(b)に示す正立状態では、燃料電池1で発生した反応生成水9を気液分離器7に流入させ、未反応ガスは大気中に排気し、反応生成水9をドレイン43より下方に貯溜する。そして、この反応生成水9は出口42から連通ライン23を流下し、逆止弁230を経て液位制御器24に戻り、ここからメタノール・水タンク3に戻される。
【0054】
そして本例の構造にすることにより、二輪車が左右どちらかに大きく傾いた状態では、図16(b)について説明した場合と同様に、気液分離器7内で反応生成水9は燃料電池1側の逆流することなく留まる。またメタノール・水タンク3内でも炭酸ガスは開口している側の炭酸ガス出口26Aあるいは26Bから排気できる。さらに、本例の構造では、大きく傾斜した状態で気液分離器9内の液位L3とメタノール・水タンク3内の液位L1とはレベルが異なるが、連通ライン23内の逆止弁230がメタノール・水タンク3から気液分離器7に反応生成水が逆流するのを阻止する。この結果として、液位L1が高いメタノール・水タンク3からメタノール水溶液が連通ライン23を通じて気液分離器7に逆流してその液位L3が上昇し、反応生成水入口41を通して燃料電池1にまで逆流し、燃料電池反応を停止させてしまうのを防止でき、大きく傾いた状態でも継続して燃料電池反応を継続できる。
【0055】
なお、上記の各実施の形態で配管類については、製造上において可能な場合には一体成形によりタンク、気液分離器等と一体化させることができ、また図示の各実施の形態のように別部材として構成することもできる。
【0056】
さらに、本発明はヨットのようにしばしば大きく傾いた状態になる乗り物にも広く適用することができる。
【0057】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、二輪車やヨットなどの大きく傾斜した状態になることが多い乗り物に搭載する直接改質型燃料電池システムとして、大きな傾斜が発生しても燃料電池発電を継続できる燃料電池システムを提供できる。
【0058】
本発明はまた、大きな傾斜状態になっても燃料電池発電を継続できる燃料電池システムを搭載した二輪車を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1つの実施の形態の燃料電池システムにおけるメタノール・水タンクの一例の断面図。
【図2】上記一例のメタノール・水タンクの傾斜状態を示す断面図。
【図3】上記一例のメタノール・水タンクの詳しい構成を示す断面図。
【図4】図3に示したメタノール・水タンクの傾斜状態を示す断面図。
【図5】上記実施の形態の燃料電池システムにおけるメタノール・水タンクの別例の平面図及び側面図。
【図6】上記のメタノール・水タンクの別例の大きく傾いた状態を示す前後方向断面図、左右方向断面図。
【図7】上記実施の形態の燃料電池システムにおけるメタノール・水タンクのさらに別の例の平面図及び側面図。
【図8】上記実施の形態の燃料電池システムにおけるメタノール・水タンクの第4例の側面断面図。
【図9】上記メタノール・水タンクの第4例の大きく傾いた状態を示す正面断面図。
【図10】上記の第4例のメタノール・水タンクにおける自動弁の正面断面図。
【図11】上記の第4例のメタノール・水タンクにおける自動弁の別例の正面断面図。
【図12】上記各例のメタノール・水タンクにおける液位センサの取付状態を示す正面断面図。
【図13】上記各例のメタノール・水タンクにおける液位センサの取付状態の他例を示す正面断面図、正面図。
【図14】上記実施の形態の燃料電池システムにおける気液分離器の断面図、及び大きく傾いた状態の断面図。
【図15】上記実施の形態の燃料電池システムにおける気液分離器の大きく傾いた状態を示す断面図。
【図16】上記実施の形態の燃料電池システムにおける気液分離器とメタノール・水タンクの一例の正立状態、大きく傾いた状態の断面図。
【図17】上記実施の形態の燃料電池システムにおける気液分離器とメタノール・水タンクの他の例の正立状態、大きく傾いた状態の断面図。
【図18】上記実施の形態の燃料電池システムにおける気液分離器とメタノール・水タンクのさらに他の例の正立状態、大きく傾いた状態の断面図。
【図19】提案されている直接改質型燃料電池システムのブロック図。
【符号の説明】
1 燃料電池
2 エアポンプ
3 メタノール・水タンク
4 ソルーションポンプ
6 排気筒
7 気液分離器
8 排気筒
9 反応生成水
21 メタノール水溶液入口
22 メタノール水溶液出口
23 連通ライン
24 液位制御器
24A フロート
25 メタノール入口
26 炭酸ガス排気口
26A,B 炭酸ガス排気口
27 自動弁
28 自動弁
31 液位センサ
41 反応生成水入口
42 反応生成水出口
43 ドレイン
71 メタノールタンク
72 メタノールポンプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell system.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the problem of exhaustion of fossil fuels and the problem of environmental pollution have become serious, and instead of engines that directly burn fossil fuels in motors of automobiles and other vehicles, electric vehicles that use motors driven by secondary batteries, or Development of hybrid vehicles that use them together is progressing. In order to generate electric power for charging the secondary battery, mounting a fuel cell system in an automobile has been intensively researched and developed, and is progressing to practical use.
[0003]
On the other hand, for power assist bicycles, a mechanism that uses a motor driven by a secondary battery for rotating the wheels has been established. In the case of a power-assisted bicycle, recharging the secondary battery uses household power and the charger is connected to a household outlet for charging. There is no power-assisted bicycle equipped with a battery system.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 64-015379
[0005]
[Patent Document 2]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-071073
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the case of a power assist bicycle, since it is a two-wheeled vehicle, the inclination of the vehicle body is large, and it often falls. Therefore, when developing a fuel cell system to be mounted on a power-assisted bicycle, there is a technical request that it must be able to continuously operate and recharge according to the amount of charge of the secondary battery even when the vehicle body is tilted greatly. .
[0007]
As a fuel cell system mounted for charging a secondary battery of a power assist bicycle, a direct reforming fuel cell using a solid polymer membrane as an electrolyte membrane is desirable from the viewpoint of miniaturization and weight reduction.
[0008]
FIG. 19 shows a layout when such a direct reforming fuel cell system is mounted on a power assist bicycle. This fuel cell system includes a direct reforming fuel cell (cell stack) 1 having a solid polymer membrane as an electrolyte membrane, an air pump 2 for supplying air to the air electrode side of the fuel cell 1, and an aqueous methanol solution as fuel. A methanol /
[0009]
An exhaust cylinder 6 is provided in the methanol /
[0010]
The polymer electrolyte fuel cell 1 is fixed in a state where it is inclined by a certain angle in the front-rear direction in consideration of liquid circulation. Methanol as fuel is supplied from the methanol tank 71 to the methanol /
[0011]
This fuel cell system executes methanol concentration control of methanol aqueous solution and output control of generated power by a control circuit (not shown). This control is performed based on the methanol concentration of the aqueous methanol solution in the methanol /
[0012]
In such a direct reforming fuel cell system, methanol is used as a raw fuel and reaction product water is also generated. Therefore, it is necessary to take measures against leakage of these liquids, and carbon dioxide gas is generated in the fuel cell reaction. Since it circulates in a form mixed with an aqueous methanol solution, and similarly unreacted air also circulates in a form mixed with reaction product water, gas-liquid separation is necessary to remove them. Therefore, in order to discharge unreacted air from the air electrode of the fuel cell 1 and carbon dioxide generated at the fuel electrode to the outside of the system, the
[0013]
However, the proposed fuel cell system has a structure that causes liquid leakage when it is tilted when mounted on a two-wheeled vehicle or a small yacht as it is. In addition, when it is tilted greatly, there are problems such as inability to separate the gas and liquid and inability to circulate the reaction liquid.
[0014]
Further, in the proposed fuel cell system, when it is attached to a two-wheeled vehicle as shown in FIG. 19, the flow of the reaction liquid of the fuel electrode and the reaction product water of the air electrode is taken into consideration, and the fuel cell 1 is perpendicular to the fuel cell 1 in the left-right direction. And has a slight inclination in the front-rear direction. However, since the fuel cell 1 does not take into account the inclination in the left-right direction, the clogging of the flow path occurs when the two-wheeled vehicle is largely inclined, and the fuel cell power generation cannot be continued.
[0015]
As a technique relating to a fuel cell, a gas separator is described in JP-A No. 64-018379, and a gas-liquid separator is described in JP-A No. 64-071073. However, these publications do not describe countermeasures for a large inclination.
[0016]
The present invention has been made in view of such technical problems, and as a direct reforming fuel cell system mounted on a vehicle having a large inclination such as a two-wheeled vehicle or a yacht, a fuel capable of continuing fuel cell power generation even when it is largely inclined. An object is to provide a battery system.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a fuel cell, a methanol / water tank for storing a methanol aqueous solution in which methanol and water as a fuel are mixed, and a methanol aqueous solution from the methanol / water tank to the fuel electrode of the fuel cell. A methanol / water pump, a gas / liquid separator that gas-liquid separates the reaction product water generated at the air electrode of the fuel cell, and a communication line that returns the reaction product water from the gas / liquid separator to the methanol / water tank. The methanol / water tank has a methanol aqueous solution inlet and a carbon dioxide gas outlet at the upper bottom portion on the left and right center line of the methanol / water tank, and the methanol aqueous solution outlet at the lower bottom portion on the left and right center line of the methanol / water tank. The liquid line and the gas layer of the methanol / water tank are communicated with each other on the communication line, and the liquid level in the methanol / water tank is set at a predetermined level. The reaction product water from the gas-liquid separator is stopped, and at a liquid level lower than that, the reaction product water is introduced from the gas-liquid separator. A liquid level control means for matching the liquid level of the aqueous methanol solution in the tank is provided, and the liquid level control means is configured such that the methanol in the methanol / water tank is in a state where the system is tilted to a predetermined allowable tilt angle on either side. The liquid level is controlled by setting the level at which the methanol aqueous solution outlet can always be located below the liquid level of the aqueous solution to the predetermined level.
[0019]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a fuel cell, a methanol / water tank for storing a methanol aqueous solution in which methanol and water as fuel are mixed, and a methanol aqueous solution from the methanol / water tank to the fuel electrode of the fuel cell. A methanol / water pump, a gas / liquid separator that gas-liquid separates the reaction product water generated at the air electrode of the fuel cell, and a communication line that returns the reaction product water from the gas / liquid separator to the methanol / water tank. The methanol / water tank is provided with a methanol aqueous solution inlet at the upper bottom portion on the left-right center line, and the methanol / water tank is provided with a methanol aqueous solution outlet at the lower bottom portion on the left / right center line.・ Connect one end of the carbon dioxide exhaust pipe to a position higher than the vertical center of each of the left and right sides of the water tank, and Each gas exhaust tube is extended so as to pass horizontally through the front side and the rear side of the methanol / water tank, the respective open ends are opened to the left and right sides, and the methanol / water tank is placed on the communication line. It communicates with each of the liquid layer and gas layer, and stops the inflow of reaction product water from the gas-liquid separator when the liquid level in it rises to a predetermined level. A liquid level control means is provided for allowing water to flow in and the liquid level of the aqueous methanol solution in the methanol / water tank to coincide with the liquid level of the reaction product water. The liquid level is controlled by setting the level at which the methanol aqueous solution outlet can always be positioned below the liquid level of the methanol aqueous solution in the methanol / water tank to the predetermined level in a state tilted to an allowable tilt angle. Is shall.
[0020]
According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell system of the second aspect, instead of the carbon dioxide gas exhaust cylinder, one end of a carbon dioxide gas exhaust cylinder is connected to each of the upper and lower surfaces of the methanol / water tank, and the carbon dioxide gas The exhaust tube is horizontally extended along the upper bottom surface, and the respective opening ends are opened at the opposite ends.
[0021]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell, a methanol / water tank for storing a methanol aqueous solution in which methanol and water as a fuel are mixed, and a methanol aqueous solution from the methanol / water tank to the fuel electrode of the fuel cell. A methanol / water pump, a gas / liquid separator that gas-liquid separates the reaction product water generated at the air electrode of the fuel cell, and a communication line that returns the reaction product water from the gas / liquid separator to the methanol / water tank. The methanol / water tank is provided with a methanol aqueous solution inlet at the upper bottom portion on the left-right center line, and the methanol / water tank is provided with a methanol aqueous solution outlet at the lower bottom portion on the left / right center line.・ Connect carbon dioxide exhaust pipes to the left and right sides of the water tank. An automatic valve is provided that opens when no pressure is applied and closes when fluid pressure is applied from the inside to the outside. The automatic valve communicates with the liquid layer and gas layer of the methanol / water tank on the communication line, and the liquid contained therein. When the level rises to a predetermined level, the flow of reaction product water from the gas-liquid separator is stopped, and at a lower liquid level, the reaction product water flows from the gas-liquid separator, and the reaction product water level is A liquid level control means for matching the liquid level of the aqueous methanol solution in the methanol / water tank is provided, and the liquid level control means is configured so that the methanol / water tank is in a state where the system is tilted to a predetermined allowable tilt angle on either the left or right The liquid level is controlled by setting the level at which the outlet of the methanol aqueous solution can always be positioned below the liquid level of the aqueous methanol solution to the predetermined level.
[0022]
The invention of claim 5 gas-liquid-separates the reaction product water generated at the air electrode of the fuel cell, the reaction product water inlet is connected to the air electrode side of the fuel cell, and the reaction product water outlet is a methanol / water tank. A fuel cell system comprising a gas-liquid separator connected to a reaction product water return line, wherein the gas-liquid separator is flattened in a state where the shape of a tank part for storing the reaction product water is in an upright state. A reaction product water inlet is provided at the bottom and a reaction product water outlet is provided at the bottom, and when the water level of the reaction product rises to a level just above the appropriate level of the reaction product water on the tank wall. A drain for discharging to the outside is provided.
[0024]
Claim 6 In the invention, the reaction product water generated at the air electrode of the fuel cell is gas-liquid separated, the reaction product water inlet is connected to the air electrode side of the fuel cell, and the reaction product water outlet is the reaction product water of the methanol / water tank. A fuel cell system comprising a gas-liquid separator connected to a return line, and the methanol / water tank connected to the gas-liquid separator via the reaction product water return line, the gas-liquid separator The tank portion for storing the reaction product water is flat in an upright state, provided with a reaction product water inlet at the upper bottom portion and a reaction product water outlet at the lower bottom portion. A drain that is discharged to the outside when the water level of the reaction product water rises to that position is provided at a height that is directly above the level, and the methanol / water tank has an upper bottom portion on its left and right center line. The methanol aqueous solution inlet is installed in , A methanol aqueous solution outlet is provided at the lower bottom portion on the left and right center line, one end of a carbon dioxide exhaust pipe is connected to each of the left and right sides of the upper bottom face of the methanol / water tank, and the carbon dioxide exhaust pipe is horizontally disposed along the upper bottom face. The reaction product water return line communicates with each of the liquid layer and gas layer of the methanol / water tank, and the liquid level therein is When it reaches a predetermined level, the flow of the reaction product water from the gas-liquid separator is stopped, and at a lower liquid level, the reaction product water is flowed from the gas-liquid separator, and the methanol A liquid level control means for matching the liquid level of the aqueous methanol solution in the water tank is provided, the methanol / water tank is positioned below the gas-liquid separator, and the reaction product water return line extends left and right In It is characterized in that the.
[0025]
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The overall configuration of the direct reforming fuel cell system of one embodiment of the present invention is the same as the proposed system configuration of FIG.
[0028]
The fuel cell system according to this embodiment is a system that is incorporated into a motorcycle such as a power assist bicycle, a motorcycle, and a motorbike. The fuel cell system according to the present embodiment is characterized by the methanol /
[0029]
<Anode (fuel electrode) side configuration>
1 and 2 show the structure of the methanol /
[0030]
The
[0031]
In the methanol /
[0032]
Also, as shown in FIG. 4, since the liquid
[0033]
FIG. 5 shows another example of the installation position of the carbon dioxide gas exhaust port in the methanol /
[0034]
In this example, a methanol
[0035]
As a result, as shown in FIG. 6, the methanol
[0036]
The connection positions of the carbon
[0037]
8 to 10 show a third example of the carbon dioxide gas exhaust port in the methanol /
[0038]
In this example, a methanol
[0039]
Thus, if the upright state shown in FIG. 8 is largely inclined as shown in FIG. 9, the methanol
[0040]
Instead of the
[0041]
Note that the liquid
[0042]
Further, the carbon dioxide gas exhaust port may have a structure integrated with the methanol /
[0043]
Next, a structural example of the gas-
[0044]
Therefore, in this example, the tank shape of the gas-
[0045]
In the gas-
[0046]
Next, an example of the structure of the communication portion between the methanol /
[0047]
Accordingly, in the upright state of FIG. 16A, the
[0048]
By adopting the structure of this example, as shown in FIG. 16B, when the two-wheeled vehicle is largely inclined to the left or right, as described above, the reaction occurs in the gas-
[0049]
Next, another structural example of the communication portion between the methanol /
[0050]
Thus, in the upright state shown in FIGS. 17A and 17B, the
[0051]
By adopting the structure of this example, when the two-wheeled vehicle is greatly inclined to the left or right, the
[0052]
Next, still another structural example of the communication portion between the methanol /
[0053]
Accordingly, in the upright state shown in FIGS. 18A and 18B, the
[0054]
By adopting the structure of this example, when the two-wheeled vehicle is greatly inclined to the left or right, the
[0055]
In addition, the piping in each of the above embodiments can be integrated with a tank, a gas-liquid separator, etc. by integral molding if possible in manufacturing, and as in the illustrated embodiments. It can also be configured as a separate member.
[0056]
Further, the present invention can be widely applied to a vehicle that is often inclined greatly like a yacht.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, fuel cell power generation can be continued even when a large inclination occurs as a direct reforming fuel cell system mounted on a vehicle that is often in a largely inclined state such as a motorcycle or a yacht. A fuel cell system can be provided.
[0058]
The present invention can also provide a two-wheeled vehicle equipped with a fuel cell system capable of continuing fuel cell power generation even in a large inclined state.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of a methanol / water tank in a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an inclined state of the methanol / water tank of the above example.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of the methanol / water tank in the example.
4 is a cross-sectional view showing an inclined state of the methanol / water tank shown in FIG. 3;
FIGS. 5A and 5B are a plan view and a side view of another example of a methanol / water tank in the fuel cell system of the embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view in the front-rear direction and a cross-sectional view in the left-right direction showing a greatly inclined state of another example of the methanol / water tank.
7 is a plan view and a side view of still another example of a methanol / water tank in the fuel cell system of the embodiment. FIG.
FIG. 8 is a side sectional view of a fourth example of a methanol / water tank in the fuel cell system of the embodiment.
FIG. 9 is a front sectional view showing a largely inclined state of the fourth example of the methanol / water tank.
FIG. 10 is a front sectional view of an automatic valve in the methanol / water tank of the fourth example.
FIG. 11 is a front sectional view of another example of an automatic valve in the methanol / water tank of the fourth example.
FIG. 12 is a front sectional view showing a mounting state of the liquid level sensor in the methanol / water tank of each of the above examples.
FIG. 13 is a front sectional view and a front view showing another example of the mounting state of the liquid level sensor in the methanol / water tank of each of the above examples.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a gas-liquid separator in the fuel cell system of the above-described embodiment, and a cross-sectional view in a largely inclined state.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a state in which the gas-liquid separator in the fuel cell system of the above embodiment is largely inclined.
FIG. 16 is a sectional view of an example of a gas-liquid separator and a methanol / water tank in the fuel cell system of the above embodiment, in an upright state and a largely inclined state.
FIG. 17 is a sectional view of another example of the gas-liquid separator and the methanol / water tank in the fuel cell system of the above embodiment, in an upright state and a largely inclined state.
FIG. 18 is a sectional view of still another example of the gas-liquid separator and the methanol / water tank in the fuel cell system according to the above embodiment, in a state of being largely inclined.
FIG. 19 is a block diagram of a proposed direct reforming fuel cell system.
[Explanation of symbols]
1 Fuel cell
2 Air pump
3 Methanol / water tank
4 Solution pump
6 Exhaust pipe
7 Gas-liquid separator
8 Exhaust pipe
9 Reaction water
21 Methanol aqueous solution inlet
22 Methanol aqueous solution outlet
23 Communication line
24 Liquid level controller
24A float
25 Methanol inlet
26 Carbon dioxide exhaust
26A, B Carbon dioxide exhaust
27 Automatic valve
28 Automatic valve
31 Liquid level sensor
41 Reaction product water inlet
42 Reaction product water outlet
43 Drain
71 Methanol tank
72 Methanol pump
Claims (7)
前記メタノール・水タンクの左右中心線上における上底部分にメタノール水溶液入口と炭酸ガス排気口を設け、
前記メタノール・水タンクの左右中心線上における下底部分にメタノール水溶液出口を設け、
前記連通ライン上に、メタノール・水タンクの液層、気層それぞれと連通し、その中の液位が所定レベルまで上がれば前記気液分離器からの反応生成水の流入を止め、それ以下の液位では前記気液分離器から反応生成水を流入させ、当該反応生成水の液位に前記メタノール・水タンク内のメタノール水溶液の液位を一致させる液位制御手段を設け、
前記液位制御手段は、当該システムが左右どちらかに所定の許容傾斜角度まで傾斜した状態で前記メタノール・水タンク内のメタノール水溶液の液位よりも常に下方に前記メタノール水溶液出口が位置できるレベルを前記所定レベルにして液位制御する燃料電池システム。A fuel cell, a methanol / water tank for storing a methanol aqueous solution in which methanol and water as a fuel are mixed, a methanol / water pump for supplying the methanol aqueous solution from the methanol / water tank to the fuel electrode of the fuel cell, A fuel cell system comprising: a gas-liquid separator that gas-liquid separates reaction product water generated at an air electrode of the fuel cell; and a communication line that returns the reaction product water from the gas-liquid separator to a methanol / water tank. ,
A methanol aqueous solution inlet and a carbon dioxide gas outlet are provided in the upper bottom portion on the left and right center line of the methanol / water tank,
A methanol aqueous solution outlet is provided in the lower bottom part on the left and right center line of the methanol / water tank,
The communication line communicates with each of the liquid layer and gas layer of the methanol / water tank, and when the liquid level therein rises to a predetermined level, the flow of reaction product water from the gas-liquid separator is stopped, At the liquid level, reaction level water is introduced from the gas-liquid separator, and a liquid level control means is provided to match the liquid level of the aqueous methanol solution in the methanol / water tank to the liquid level of the reaction level water.
The liquid level control means has a level at which the methanol aqueous solution outlet can always be positioned below the liquid level of the methanol aqueous solution in the methanol / water tank in a state where the system is tilted to a predetermined allowable tilt angle on either side. A fuel cell system that controls the liquid level at the predetermined level.
前記メタノール・水タンクの左右中心線上における上底部分にメタノール水溶液入口を設け、
前記メタノール・水タンクの左右中心線上における下底部分にメタノール水溶液出口を設け、
前記メタノール・水タンクの左右側面それぞれの上下中央部よりも高い位置に炭酸ガス排気筒の一端を接続し、当該炭酸ガス排気筒それぞれを当該メタノール・水タンクの前側面、後側面を水平に通過するように延設し、それぞれの開口端を左右反対側に開口させ、
前記連通ライン上に、メタノール・水タンクの液層、気層それぞれと連通し、その中の液位が所定レベルまで上がれば前記気液分離器からの反応生成水の流入を止め、それ以下の液位では前記気液分離器から反応生成水を流入させ、当該反応生成水の液位に前記メタノール・水タンク内のメタノール水溶液の液位を一致させる液位制御手段を設け、
前記液位制御手段は、当該システムが左右どちらかに所定の許容傾斜角度まで傾斜した状態で前記メタノール・水タンク内のメタノール水溶液の液位よりも常に下方に前記メタノール水溶液出口が位置できるレベルを前記所定レベルにして液位制御する燃料電池システム。A fuel cell, a methanol / water tank for storing a methanol aqueous solution in which methanol and water as a fuel are mixed, a methanol / water pump for supplying the methanol aqueous solution from the methanol / water tank to the fuel electrode of the fuel cell, A fuel cell system comprising: a gas-liquid separator that gas-liquid separates reaction product water generated at an air electrode of the fuel cell; and a communication line that returns the reaction product water from the gas-liquid separator to a methanol / water tank. ,
A methanol aqueous solution inlet is provided in the upper bottom part on the left and right center line of the methanol / water tank,
A methanol aqueous solution outlet is provided in the lower bottom part on the left and right center line of the methanol / water tank,
One end of the carbon dioxide gas exhaust pipe is connected to a position higher than the vertical center of each of the left and right side surfaces of the methanol / water tank, and the carbon dioxide gas exhaust pipe passes through the front and rear sides of the methanol / water tank horizontally. And open each open end to the opposite side,
The communication line communicates with each of the liquid layer and gas layer of the methanol / water tank, and when the liquid level therein rises to a predetermined level, the flow of reaction product water from the gas-liquid separator is stopped, At the liquid level, reaction level water is introduced from the gas-liquid separator, and a liquid level control means is provided to match the liquid level of the aqueous methanol solution in the methanol / water tank to the liquid level of the reaction level water.
The liquid level control means has a level at which the methanol aqueous solution outlet can always be positioned below the liquid level of the methanol aqueous solution in the methanol / water tank in a state where the system is tilted to a predetermined allowable tilt angle on either side. A fuel cell system that controls the liquid level at the predetermined level.
前記メタノール・水タンクの左右中心線上における上底部分にメタノール水溶液入口を設け、
前記メタノール・水タンクの左右中心線上における下底部分にメタノール水溶液出口を設け、
前記メタノール・水タンクの左右側面それぞれに炭酸ガス排気筒を接続し、
前記炭酸ガス排気筒内に、内側から外側に液圧がかからない状態では開口し、内側から外側に液圧がかかる状態では閉口する自動弁が設け、
前記連通ライン上に、メタノール・水タンクの液層、気層それぞれと連通し、その中の液位が所定レベルまで上がれば前記気液分離器からの反応生成水の流入を止め、それ以下の液位では前記気液分離器から反応生成水を流入させ、当該反応生成水の液位に前記メタノール・水タンク内のメタノール水溶液の液位を一致させる液位制御手段を設け、
前記液位制御手段は、当該システムが左右どちらかに所定の許容傾斜角度まで傾斜した状態で前記メタノール・水タンク内のメタノール水溶液の液位よりも常に下方に前記メタノール水溶液出口が位置できるレベルを前記所定レベルにして液位制御する燃料電池システム。A fuel cell, a methanol / water tank for storing a methanol aqueous solution in which methanol and water as a fuel are mixed, a methanol / water pump for supplying the methanol aqueous solution from the methanol / water tank to the fuel electrode of the fuel cell, A fuel cell system comprising: a gas-liquid separator that gas-liquid separates reaction product water generated at an air electrode of the fuel cell; and a communication line that returns the reaction product water from the gas-liquid separator to a methanol / water tank. ,
A methanol aqueous solution inlet is provided in the upper bottom part on the left and right center line of the methanol / water tank,
A methanol aqueous solution outlet is provided in the lower bottom part on the left and right center line of the methanol / water tank,
Connect carbon dioxide exhaust pipes to the left and right sides of the methanol / water tank,
In the carbon dioxide exhaust cylinder, an automatic valve is provided that opens when no hydraulic pressure is applied from the inside to the outside, and closes when the hydraulic pressure is applied from the inside to the outside.
The communication line communicates with each of the liquid layer and gas layer of the methanol / water tank, and when the liquid level therein rises to a predetermined level, the flow of reaction product water from the gas-liquid separator is stopped, At the liquid level, reaction level water is introduced from the gas-liquid separator, and a liquid level control means is provided to match the liquid level of the aqueous methanol solution in the methanol / water tank to the liquid level of the reaction level water.
The liquid level control means has a level at which the methanol aqueous solution outlet can always be positioned below the liquid level of the methanol aqueous solution in the methanol / water tank in a state where the system is tilted to a predetermined allowable tilt angle on either side. A fuel cell system that controls the liquid level at the predetermined level.
前記気液分離器は、前記反応生成水を貯溜する槽部の形状が正立状態で扁平にし、その上底部分に反応生成水入口、下底部分に反応生成水出口を設け、槽壁の反応生成水の適切レベルの直上位置となる高さに、当該位置まで反応生成水の水位が上昇したときに外部に排出するドレインを設けたことを特徴とする燃料電池システム。The reaction product water generated at the air electrode of the fuel cell is gas-liquid separated, the reaction product water inlet is connected to the air electrode side of the fuel cell, and the reaction product water outlet is connected to the reaction product water return line of the methanol / water tank. A fuel cell system equipped with a gas-liquid separator,
In the gas-liquid separator, the shape of the tank part for storing the reaction product water is flattened in an upright state, the reaction product water inlet is provided at the upper bottom part, and the reaction product water outlet is provided at the lower bottom part. A fuel cell system, characterized in that a drain that is discharged to the outside when the water level of the reaction product water rises to the position at a position immediately above the appropriate level of the reaction product water is provided.
前記気液分離器は、前記反応生成水を貯溜する槽部の形状が正立状態で扁平にし、その上底部分に反応生成水入口、下底部分に反応生成水出口を設け、槽壁の反応生成水の適切レベルの直上位置となる高さに、当該位置まで反応生成水の水位が上昇したときに外部に排出するドレインを設けたものであり、
前記メタノール・水タンクは、その左右中心線上における上底部分にメタノール水溶液入口を設け、その左右中心線上における下底部分にメタノール水溶液出口を設け、
前記メタノール・水タンクの上底面の左右それぞれに炭酸ガス排気筒の一端を接続し、当該炭酸ガス排気筒を前記上底面に沿い水平に延設し、それぞれの開口端を左右反対側の端部に開口させ、
前記反応生成水戻りライン上に、メタノール・水タンクの液層、気層それぞれと連通し、その中の液位が所定レベルまで上がれば前記気液分離器からの反応生成水の流入を止め、それ以下の液位では前記気液分離器から反応生成水を流入させ、当該反応生成水の液位に前記メタノール・水タンク内のメタノール水溶液の液位を一致させる液位制御手段を設け、
前記気液分離器の下側に前記メタノール・水タンクを位置させ、
前記反応生成水戻りラインを左右にだ行する形状にしたことを特徴とする燃料電池システム。The reaction product water generated at the air electrode of the fuel cell is gas-liquid separated, the reaction product water inlet is connected to the air electrode side of the fuel cell, and the reaction product water outlet is connected to the reaction product water return line of the methanol / water tank. A fuel cell system comprising: a gas-liquid separator to be connected; and the methanol / water tank connected to the gas-liquid separator via the reaction product water return line,
In the gas-liquid separator, the shape of the tank part for storing the reaction product water is flattened in an upright state, the reaction product water inlet is provided at the upper bottom part, and the reaction product water outlet is provided at the lower bottom part. A drain that is discharged to the outside when the water level of the reaction product water rises to the position at a position immediately above the appropriate level of the reaction product water is provided.
The methanol / water tank is provided with an aqueous methanol solution inlet at the upper bottom portion on the left and right center line, and is provided with an aqueous methanol solution outlet at the lower bottom portion on the left and right center line.
One end of a carbon dioxide gas exhaust cylinder is connected to each of the left and right upper and lower surfaces of the methanol / water tank, the carbon dioxide gas exhaust cylinder extends horizontally along the upper bottom surface, and the respective open ends are opposite end portions on the left and right sides. Open to
The reaction product water return line communicates with each of the liquid layer and gas layer of the methanol / water tank, and when the liquid level therein rises to a predetermined level, the flow of the reaction product water from the gas-liquid separator is stopped, At a liquid level lower than that, a reaction level water is introduced from the gas-liquid separator, and a liquid level control means is provided to match the liquid level of the aqueous methanol solution in the methanol / water tank to the liquid level of the reaction product water,
Position the methanol / water tank below the gas-liquid separator,
A fuel cell system characterized in that the reaction product water return line has a shape that runs to the left and right.
前記気液分離器は、前記反応生成水を貯溜する槽部の形状が正立状態で扁平にし、その上底部分に反応生成水入口、下底部分に反応生成水出口を設け、槽壁の反応生成水の適切レベルの直上位置となる高さに、当該位置まで反応生成水の水位が上昇したときに外部に排出するドレインを設けたものであり、
前記メタノール・水タンクは、その左右中心線上における上底部分にメタノール水溶液入口を設け、その左右中心線上における下底部分にメタノール水溶液出口を設け、
前記メタノール・水タンクの左右側面それぞれに炭酸ガス排気筒を接続し、
前記炭酸ガス排気筒内に、内側から外側に液圧がかからない状態では開口し、内側から外側に液圧がかかる状態では閉口する自動弁が設け、
前記反応生成水戻りライン上に、メタノール・水タンクの液層、気層それぞれと連通し、その中の液位が所定レベルまで上がれば前記気液分離器からの反応生成水の流入を止め、それ以下の液位では前記気液分離器から反応生成水を流入させ、当該反応生成水の液位に前記メタノール・水タンク内のメタノール水溶液の液位を一致させる液位制御手段を設け、
前記気液分離器の下側に前記メタノール・水タンクを位置させ、
前記反応生成水戻りライン内に、正立状態では気液分離器からの反応生成水を流下させ、大きく傾いた状態ではメタノール・水タンクから気液分離器に反応生成水が逆流するのを防止する逆止弁を設けたことを特徴とする燃料電池システム。The reaction product water generated at the air electrode of the fuel cell is gas-liquid separated, the reaction product water inlet is connected to the air electrode side of the fuel cell, and the reaction product water outlet is connected to the reaction product water return line of the methanol / water tank. A fuel cell system comprising: a gas-liquid separator to be connected; and the methanol / water tank connected to the gas-liquid separator via the reaction product water return line,
In the gas-liquid separator, the shape of the tank part for storing the reaction product water is flattened in an upright state, the reaction product water inlet is provided at the upper bottom part, and the reaction product water outlet is provided at the lower bottom part. A drain that is discharged to the outside when the water level of the reaction product water rises to the position at a position immediately above the appropriate level of the reaction product water is provided.
The methanol / water tank is provided with an aqueous methanol solution inlet at the upper bottom portion on the left and right center line, and is provided with an aqueous methanol solution outlet at the lower bottom portion on the left and right center line.
Connect carbon dioxide exhaust pipes to the left and right sides of the methanol / water tank,
In the carbon dioxide exhaust cylinder, an automatic valve is provided that opens when no hydraulic pressure is applied from the inside to the outside, and closes when the hydraulic pressure is applied from the inside to the outside.
The reaction product water return line communicates with each of the liquid layer and gas layer of the methanol / water tank, and when the liquid level therein rises to a predetermined level, the flow of the reaction product water from the gas-liquid separator is stopped, At a liquid level lower than that, a reaction level water is introduced from the gas-liquid separator, and a liquid level control means is provided to match the liquid level of the aqueous methanol solution in the methanol / water tank to the liquid level of the reaction product water,
Position the methanol / water tank below the gas-liquid separator,
In the reaction product water return line, the reaction product water from the gas-liquid separator is allowed to flow down in the upright state, and the reaction product water is prevented from flowing backward from the methanol / water tank to the gas-liquid separator in the state of being largely inclined. A fuel cell system comprising a check valve that performs the check.
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