JP4601356B2 - 循環型液体燃料電池及びその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、液体燃料を気体と反応させ、電力を発生する循環型液体燃料電池及びその制御方法に関し、特に、電子装置の電源として使用して好適な循環型液体燃料電池及びその制御方法に関する。
近年の電子装置の発達に伴い、携帯型電子装置のように、電池により動作する機器が増加している。このような電池として、燃料電池、特に、循環型液体燃料電池が注目されている。
循環型燃料電池は、陽子または電子を透過できる物質(高分子電解質膜など)を使用し,その片側(燃料極側)に水素成分を含んだ液体燃料(メタノール水溶液など)を,反対側(空気極側)には酸素成分を含んだもの(空気など)を配置する構造を持つ。陽子または電子を透過できる物質(高分子電解質膜など)は,液体燃料内の水素陽子を透過させ,酸素成分を含んだもの(空気など)の中の酸素と結合させる。この時,液体燃料内の水素の内、残された電子が、電気として取り出せる事により電池として機能する。
図7及び図8は、従来技術の説明図である。図7に示すように、燃料電池200は、電解質膜206を挟んで、空気極202と燃料極204が設けられる。空気極202には、送風機構210により、空気が供給され、燃料極204には、液体燃料が供給される。
液体燃料にメタノールを使用した場合,空気極202側には、水素と酸素の反応により水(水蒸気)が発生し,また,燃料極204側には、メタノールが分解し,二酸化炭素が発生する。例えば、この燃料電池では,燃料極204側に、メタノール1モルと水1モル,空気極202側に、酸素1モルを消費させて、理想的な化学変化と発電を行った場合,発電後は,空気極202側に、約水3モル,燃料極204側には、二酸化炭素約1モルが発生する。
この空気極202の水蒸気は、回収タンク240に導かれ、水として、回収される。又、燃料電池は,濃度の濃い燃料を使用することにより、電解質膜206の単位面積当たりのメタノール量を増加でき、起電力の向上が期待でき、且つ燃料タンクのサイズを減らすことができる。しかし、燃料電池を構成する高分子電解質膜206では、メタノール濃度が濃いと、逆起電力を生じやすく、且つ寿命の問題から、通常1モル濃度の燃料を燃料電池に供給するのが最も良い。
このため,濃い濃度の燃料を液体燃料タンク230から燃料用ポンプ234により、希釈燃料タンク220に供給する。希釈燃料タンク220では、水により、燃料を希釈して、燃料循環ポンプ226により、燃料極204に供給する。この希釈用水は、回収タンク240からの水を水供給ポンプ242を介し希釈燃料タンク220に戻すことにより、得る。
一方、燃料極204に発生した二酸化炭素(CO)は、燃料極204で消費されなかった希釈燃料とともに、希釈燃料タンク220に回収される。図8により、この燃料電池サイクルの処理を説明すると、希釈用燃料タンク220の水位を、水位計224で測定し、水位が基準より低いと、水供給ポンプ242と燃料ポンプ234とを作動し、希釈燃料タンク220に、液体燃料タンク230の燃料及び水を補給する。又,希釈燃料タンク220内の濃度センサ222の状況に応じて、燃料用ポンプ234及び水用ポンプ232をコントロールする(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−297401号公報(図1、図5)
このような燃料希釈システムでは、燃料極204で発生した二酸化炭素は、液体燃料中に発生するため、分離することは困難である。このため、液体燃料の無駄な使用を防止し、再利用するため、希釈燃料タンク220に、二酸化炭素を含む液体燃料を回収し、二酸化炭素を排気している。
しかしながら、燃料極204で発生する二酸化炭素は、細かい泡状であり、希釈燃料タンク200内で、水と分離して、排気することが困難である。即ち、希釈燃料タンク200に流入した泡状の二酸化炭素は、細かい泡のため、希釈燃料中に混入すると、水と分離して、排気しにくい。例えば、自然放出では、一部の二酸化炭素は、分離され、排気されるが、他の二酸化炭素泡は、分離しないで、希釈燃料中に残存する。
一方、循環ポンプ226は、希釈燃料タンク220から希釈燃料を燃料極204に供給し、燃料極204から希釈燃料を希釈燃料タンク220に戻す役目を果す。この燃料電池200と希釈燃料タンク220とを循環させるためのポンプ226に、安価な羽根車使用のポンプを使用する場合には、羽根車の攪拌により、表面張力で泡状になっている希釈燃料内の二酸化炭素泡が結合し、大きい泡となる。このため、ポンプ226内に気体を吸い込み,液体燃料が循環できなくなるトラブルが発生するおそれがある。特に、小型化すると、希釈燃料タンクの脱気性能が損われる。
又、液体燃料や水の供給のため、多数のセンサやポンプを制御する必要があるため、発電した電力を制御のために多くを損失してしまう。
従って、本発明の目的は、希釈燃料の脱気を実施して、液体燃料の循環トラブルを回避するための循環型液体燃料電池及びその制御方法を提供することにある。
又、本発明の他の目的は、液体燃料電池を小型化しても、液体燃料の循環トラブルを回避するための循環型液体燃料電池及びその制御方法を提供することにある。
更に、本発明の他の目的は、希釈燃料の脱気を実施しても、動力ポンプを削減し、消費電力を低減するための循環型液体燃料電池及びその制御方法を提供することにある。
更に、本発明の他の目的は、希釈燃料タンク中の必要な水を気化せずに、液体燃料の循環トラブルを回避するための循環型液体燃料電池及びその制御方法を提供することにある。
この目的の達成のため、本発明の循環型液体燃料電池は、液体燃料を使用して発電する燃料電池と、水と前記液体燃料とを混合した希釈燃料を貯留する希釈燃料タンクと、前記燃料電池への前記希釈燃料の循環を行う少なくとも循環ポンプと第1のバルブとを備えた希釈燃料循環路と、前記希釈燃料タンクへ第2のバルブを介し水を供給するための水供給タンクと、前記希釈燃料タンクへ第3のバルブを介し前記液体燃料を供給するための燃料供給タンクと、前記希釈燃料タンクを減圧し、脱気するため第4のバルブと減圧ポンプとを有する減圧機構と、前記第1、第2及び第3のバルブを閉じ、前記希釈燃料タンクを密閉状態にした後、前記第4のバルブを開き、且つ前記減圧ポンプを駆動するコントローラとを有する。
本発明の循環型液体燃料電池の制御方法は、コントローラが、液体燃料を使用して発電する燃料電池へ、水と前記液体燃料とを混合した希釈燃料を貯留する希釈燃料タンクから、少なくとも循環ポンプと第1のバルブを備えた希釈燃料循環路を介し前記希釈燃料の循環を行うステップと、前記コントローラが、水を貯留する水タンク及び前記液体燃料を貯留する燃料タンクのいずれかから第2のバルブを介し前記希釈燃料タンクへ水または第3のバルブを介し液体燃料を供給するための水、燃料供給ステップと、前記コントローラが前記第1、第2及び第3のバルブを閉じ、前記希釈燃料タンクを密閉状態にした後、減圧機構の第4のバルブを開き、且つ減圧ポンプを駆動して、前記希釈燃料タンクを減圧し、脱気するための減圧ステップとを有する。
又、本発明では、好ましくは、前記希釈燃料循環路と、前記水供給タンクと前記希釈燃料タンクとの第1の供給路と、前記燃料供給タンクと前記希釈燃料タンクとの第2の供給路との各々に、供給動作を制御するバルブを設けた。
又、本発明では、好ましくは、前記希釈燃料循環路と、前記第1の供給路と、前記第2の供給路との各々のバルブを閉じ、前記減圧機構を動作するコントローラを設けた。
又、本発明では、好ましくは、前記コントローラは、前記第1の供給路と、前記第2の供給路とのいずれかの1つのバルブを開放し、前記減圧機構を動作して、前記希釈燃料タンクへ前記水又は液体燃料を供給する。
又、本発明では、好ましくは、前記コントローラは、前記希釈燃料タンクの燃料濃度を検出して、前記検出結果に応じて、前記第1の供給路と、前記第2の供給路とのいずれかの1つのバルブを開放し、前記減圧機構を動作して、前記希釈燃料タンクへ前記水又は液体燃料を供給する。
又、本発明では、好ましくは、前記減圧機構は、前記希釈燃料タンクに接続されたバルブと、前記バルブに接続された減圧ポンプとを有する。
又、本発明では、好ましくは、前記コントローラは、前記希釈燃料循環路のバルブを開放し、前記循環ポンプを動作し、且つ前記前記第1の供給路と、前記第2の供給路との各々のバルブを閉じ、前記希釈燃料タンクと前記燃料電池との前記希釈燃料の循環を行う。
又、本発明では、好ましくは、前記燃料電池は、電解質膜と、前記電解質膜の一方の側に前記希釈燃料を供給する燃料極と、前記電解質膜の他方の側に酸素を含む酸化剤を供給する酸素極とを有する。
又、本発明では、好ましくは、前記電解質膜が、陽子又は電子を透過できる物質からなる透過膜で構成された。
又、本発明では、好ましくは、前記コントローラは、所定の周期で、前記減圧機構を動作する。
循環型希釈燃料電池システムにおいて、希釈燃料タンクを減圧する減圧機構を設け、第1、第2及び第3のバルブを閉じ、希釈燃料タンクを密閉状態にした後、減圧機構の第4のバルブを開き、且つ減圧ポンプを駆動するため,希釈燃料中の気体を脱気することが可能となり、希釈燃料中の気体による循環ポンプの動作不良を防止し、燃料電池システムの動作を安定化できる。
以下、本発明の実施の形態を、循環型液体燃料電池、液体燃料電池の制御方法、他の実施の形態の順で説明する。
[循環型液体燃料電池]
図1は、本発明の一実施の形態の液体燃料電池の構成図、図2は、図1の燃料電池の構成図、図3は、図1の液体燃料電池の適用例の説明図である。図1に示すように、燃料電池10は、電解質膜12と、電解質膜12を挟んで、空気極14と燃料極16が設けられる。図2に示すように、電解質膜12は、陽子または電子を透過できる物質、例えば、パーフルオロスルホン酸Nafion(Du Pont社商品名)等のプロトン導電性固体高分子膜等の高分子電解質膜で構成される。この電解質膜12の両側に、燃料電極16aと、酸化剤電極14aとが設けられ、電解質板を構成する。
この酸化剤電極14aを含む空気極14に、送風機構20により、空気が供給され、燃料電極16aを含む燃料極16には、液体燃料が供給される。そして、両電極14a,16aとの間に発生した起電力は、バッテリ24に接続された補助出力調整回路22を介し、各負荷に供給される。又は、バッテリ24に充電する。
この液体燃料にメタノールを使用した場合,空気極14側には、電解質膜12のプロトン触媒を媒介として水素と酸素の反応により水(水蒸気)が発生し,また,燃料極16側には、メタノールが分解し,泡状の二酸化炭素が発生する。例えば、この燃料電池では,燃料極16側に、メタノール1モルと水1モル,空気極14側に、酸素1モルを消費させて、理想的な化学変化と発電を行った場合,発電後は,空気極14側に、約水3モル,燃料極16側には、二酸化炭素約1モルが発生する。
水回収タンク60は、この空気極14の水蒸気を、自然冷却して、水として、回収し、余剰空気を排出する。又、燃料電池は,濃度の濃い燃料を使用することにより、電解質膜12の単位面積当たりのメタノール量を増加でき、起電力の向上が期待でき、且つ燃料タンクのサイズを減らすことができる。しかし、燃料電池を構成する高分子電解質膜12では、メタノール濃度が濃いと、逆起電力を生じやすく、且つ寿命の問題から、通常1モル濃度の燃料を燃料電池に供給するのが最も良い。
このため,濃い濃度の燃料を液体燃料タンク40から燃料用バルブ103により、希釈燃料タンク30に供給し、希釈燃料タンク30では、水により、燃料を希釈して、燃料バルブ101、燃料循環ポンプ36により、燃料極16に供給する。この希釈用水は、水回収タンク60からの水を水供給タンク50に戻し、水供給タンク50の水を、水用バルブ104を介し希釈燃料タンク30に戻すことにより、得る。
一方、燃料極16に発生した二酸化炭素(CO)は、燃料極16で消費されなかった希釈燃料とともに、循環路の循環バルブ102を介し希釈燃料タンク30に回収される。
更に、希釈燃料タンク30を減圧し、希釈燃料タンク30の希釈燃料内の二酸化炭素泡を分離し、放出する減圧機構が設けられる。即ち、希釈燃料タンク30の上方の気体放出路に、減圧バルブ105と、チャンバー66と、減圧用ポンプ68とを設ける。
この減圧機構105,66,68により、希釈燃料タンク30内は、減圧され、気体を放出し易くなる。特に、希釈燃料内の気体泡は、減圧により、希釈燃料から噴出し、希釈燃料内の二酸化炭素等の除去に有効である。
又、バルブ101〜104は、減圧時(脱気時)に、希釈燃料タンク30を外部から閉じる役目を果たす。更に、バルブ103,104は、燃料供給と、水供給の動作制御の役目も果たす。
即ち、燃料電池システムを正常に動かすために,燃料循環ポンプ36に気体がたまらない周期で定期的に脱気運転を行う。脱気運転行うサイクルでは,希釈燃料タンク30につながるバルブについて,減圧用ポンプ68等につながるもの以外全てのバルブ101〜104を閉じる。減圧用ポンプ68につながるバルブ105は開放し,減圧用ポンプ68の動作により、希釈燃料タンク30を減圧し,脱気を行う。
脱気終了後は,減圧用ポンプ68の停止とバルブ105の閉鎖を行い,燃料循環のためのバルブ101、102と循環ポンプを動作させる。減圧用ポンプ68につながるバルブ105を開放したままとすることにより,脱気運転サイクル以外でも燃料電池で発生する二酸化炭素を自然放出することが可能となる。但し,開放のままで使う場合は,燃料漏れが生じないように考慮する必要がある。
脱気運転サイクル以外では,減圧用ポンプ68を、燃料供給や水供給に使用できる。即ち、脱気(減圧)サイクルでのバルブ閉鎖と同様,バルブ101〜104を一通り閉じ,減圧ポンプ68を動作させる。このとき,供給したい燃料/水のバルブ103,104を開放することで、減圧ポンプ68を、燃料/水の供給用ポンプとして使用できる。
このバルブ101〜105は、開放/閉鎖動作時のみ電力を必要とし、ポンプのように、回転駆動のため、常時電力を要しない。このため,希釈燃料中の気体を脱気することが可能となり燃料電池システムの動作不良を防止できる。また、動作するポンプの数を減らすことにより燃料電池システムの電力効率を改善できる。
又、水供給タンク50、燃料供給タンク40、希釈燃料タンク30には、それぞれ水位計52,42,32が設けられる。希釈燃料タンク30には、更に、燃料濃度計34が設けられる。コントローラ21は、各水位計52,42,32、燃料濃度計34の測定出力を監視し、各バルブ101〜105、燃料循環ポンプ36、減圧用ポンプ68を、図4以下で後述する脱気運転サイクル、燃料供給サイクル、水供給サイクルに応じて、動作制御する。
又、水回収タンク60からの水は、比較的高温のため、水回収タンク60の水を、水供給タンク50に一旦蓄積し、希釈燃料タンク30に供給する系を設けることにより、希釈燃料タンク30での水分蒸発を防止できる。
図3は、図1の液体燃料電池を適用した装置の例を示し、ここでは、パーソナルコンピュータ(モバイルパソコン)に適用した例を示す。パーソナルコンピュータ(PC)70は、表示パネル71と、回路ボード73と、マウス/キーボード72とを有する。回路ボード73には、各種メモリ78、コントローラ77と、CPU75とGPU(グラフィックプロセッサユニット)76とが搭載されたマザーボード74とが搭載される。
更に、PC70は、前述の燃料電池10、燃料電池コントローラ21、各種ポンプ、ファン20、36,66、68,101〜105、補助出力調整回路22、バッテリ24、電源供給部(レギュレータ)23とを有する。電源供給部23から、マウス/キーボード72、回路ボード73、表示パネル71に電力が供給される。
[液体燃料電池の制御方法]
次に、図1の構成の燃料電池システムの制御方法を説明する。図4乃至図6は、前述のコントローラ21が実行する燃料電池制御処理フロー図であり、図4は、燃料電池制御処理フロー図、図5は、図4の燃料供給サイクル処理フロー図、図6は、図4の水供給サイクル処理フロー図である。ここでは、図5及び図6を参照して、図4に従い、燃料電池を正常に動かすためには,燃料循環ポンプ36に気体がたまらない周期で定期的に脱気運転を行う処理を説明する。
(S10)コントローラ21は、脱気運転サイクルかを判定する。ここでは、一定周期毎に、脱気運転を行うため、決められた周期での脱気運転時間かを判定する。
(S12)脱気運転サイクルと判定すると、コントローラ21は、希釈燃料タンク30につながるバルブ101〜105について,減圧用ポンプ68につながるものバルブ105以外の全てのバルブ101〜104を閉じ、且つ循環ポンプ36を停止する。
(S14)次に、コントローラ21は、減圧用ポンプ68につながるバルブ105は開放し,減圧用ポンプ68を動作する。これにより、希釈燃料タンク30を減圧し,脱気を行う。尚、チャンバー66は、希釈燃料タンク30の容量が小さい場合には、減圧によりタンク30の燃料も吸入するおそれがあるため、内部気体をバッファする役目を果たす。この動作は、予め決められた減圧時間行い、コントローラ21は、この減圧完了時間待ちとなる。
(S16)コントローラ21は、脱気終了後(減圧完了時間後),減圧用ポンプ68の停止とバルブ105の閉鎖を行う。
(S18)次に、コントローラ21は,燃料循環のためのバルブ101,102を開放し、循環ポンプ36を動作させる。これにより、希釈燃料タンク30と燃料極16との希釈燃料の循環が行われ、発電動作が可能となる。そして、ステップS10へ戻る。
(S20)一方、ステップS10で、コントローラ21は、脱気運転サイクルでないと判定すると、希釈用燃料タンク30の水位を、水位計32で測定し、水位が基準より高いか低いかを判定する。水位が基準より高い場合には、燃料、水の供給が必要ないため、ステップS10に戻る。
(S22)一方、コントローラ21は、希釈燃料タンク30の水位が低いと判定すると、希釈燃料タンク30内の燃料濃度センサ34の測定濃度を検出し、燃料濃度が、基準より濃いか薄いかを判定する。
(S24)コントローラ21は、濃度が薄い場合には、図5の燃料供給サイクル処理を実行する。そして、ステップS10に戻る。
(S26)一方、コントローラ21は、濃度が濃い場合には、図6の水供給サイクル処理を実行する。そして、ステップS10に戻る。
次に、図5により、前述の燃料供給サイクル処理を説明する。
(S30)コントローラ21は、希釈燃料タンク30につながるバルブ101〜105について,燃料タンク40につながるバルブ103以外の全てのバルブ101,102、104を閉じ、且つ循環ポンプ36を停止する。
(S32)次に、コントローラ21は、燃料タンク40につながるバルブ103を開放する。これにより、燃料タンク40から希釈燃料タンク30へ液体燃料の供給が可能となる。
(S34)コントローラ21は、減圧ポンプ68につながるバルブ105を開放し、減圧ポンプ68を一定時間動作させる。これにより、減圧ポンプを、燃料供給用ポンプとして使用できる。
(S36)次に、コントローラ21は、バルブ103,105を閉鎖する。これにより、液体燃料の供給は停止する。
(S38)次に、コントローラ21は,燃料循環のためのバルブ101,102を開放し、循環ポンプ36を動作させる。これにより、希釈燃料タンク30と燃料極16との希釈燃料の循環が行われ、発電動作が可能となる。そして、ステップS10へ戻る。
次に、図6により、前述の水供給サイクル処理を説明する。
(S40)コントローラ21は、希釈燃料タンク30につながるバルブ101〜105について,水供給タンク50につながるバルブ104以外の全てのバルブ101,102、103を閉じ、且つ循環ポンプ36を停止する。
(S42)次に、コントローラ21は、水供給タンク50につながるバルブ104を開放する。これにより、水供給タンク50から希釈燃料タンク30へ水の供給が可能となる。
(S44)コントローラ21は、減圧ポンプ68につながるバルブ105を開放し、減圧ポンプ68を一定時間動作させる。これにより、減圧ポンプを、水供給用ポンプとして使用できる。
(S46)次に、コントローラ21は、バルブ104,105を閉鎖する。これにより、水の供給は停止する。
(S48)次に、コントローラ21は,燃料循環のためのバルブ101,102を開放し、循環ポンプ36を動作させる。これにより、希釈燃料タンク30と燃料極16との希釈燃料の循環が行われ、発電動作が可能となる。そして、ステップS10へ戻る。
このように,希釈燃料中の気体を脱気することが可能となり、燃料電池システムの動作不良を防止できる。また、動作するポンプの数を減らすことにより、燃料電池システムの電力効率を改善できる。
[他の実施の形態]
前述の実施の形態では、液体燃料として、メタノール水溶液を用いているが、メタノール水溶液に限られるものではなく、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、シクロヘキサン等の炭化水素、或いは、水素化ホウ素ナトリウムやテトラヒドロホウ酸ナトリウム(NaBH4)等のアルカリ溶液を用いても良い。
又、酸化剤として、空気或いは空気中の酸素を用いているが、酸化剤は空気に限られるものではなく、過酸化水素水(H)を用い、過酸化の分解反応により生成された酸素を利用できる。
更に、電解質膜を、プロトンを透過することのできる膜で説明しているが、電子を透過する膜で構成しても良い。しかも、燃料電池を搭載する電子装置をパーソナルコンピュータで説明したが、携帯電話等の他の携帯電子装置や、可動型のロボット、玩具等にも、適用できる。
同様に、図1の構成において、必要に応じて、水供給タンク50を削除し、水回収タンク60から希釈燃料タンク30へ水供給を行うシステムを採用することができる。
以上、本発明を実施の形態により説明したが、本発明の趣旨の範囲内において、本発明は、種々の変形が可能であり、本発明の範囲からこれらを排除するものではない。
(付記1)液体燃料を使用して発電する燃料電池と、水と前記液体燃料とを混合した希釈燃料を貯留する希釈燃料タンクと、前記燃料電池への前記希釈燃料の循環を行う少なくとも循環ポンプを備えた希釈燃料循環路と、前記希釈燃料タンクへ水を供給するための水供給タンクと、前記希釈燃料タンクへ前記液体燃料を供給するための燃料供給タンクと、前記希釈燃料タンクを減圧し、脱気するための減圧機構とを有することを特徴とする循環型液体燃料電池。
(付記2)前記希釈燃料循環路と、前記水供給タンクと前記希釈燃料タンクとの第1の供給路と、前記燃料供給タンクと前記希釈燃料タンクとの第2の供給路との各々に、供給動作を制御するバルブを設けたことを特徴とする付記1の循環型液体燃料電池。
(付記3)前記希釈燃料循環路と、前記第1の供給路と、前記第2の供給路との各々のバルブを閉じ、前記減圧機構を動作するコントローラを設けたことを特徴とする付記2の循環型液体燃料電池。
(付記4)前記コントローラは、前記第1の供給路と、前記第2の供給路とのいずれかの1つのバルブを開放し、前記減圧機構を動作して、前記希釈燃料タンクへ前記水又は液体燃料を供給することを特徴とする付記3の循環型液体燃料電池。
(付記5)前記コントローラは、前記希釈燃料タンクの燃料濃度を検出して、前記検出結果に応じて、前記第1の供給路と、前記第2の供給路とのいずれかの1つのバルブを開放し、前記減圧機構を動作して、前記希釈燃料タンクへ前記水又は液体燃料を供給することを特徴とする付記4の循環型液体燃料電池。
(付記6)前記減圧機構は、前記希釈燃料タンクに接続されたバルブと、前記バルブに接続された減圧ポンプとを有することを特徴とする付記1の循環型液体燃料電池。
(付記7)前記コントローラは、前記希釈燃料循環路のバルブを開放し、前記循環ポンプを動作し、且つ前記前記第1の供給路と、前記第2の供給路との各々のバルブを閉じ、前記希釈燃料タンクと前記燃料電池との前記希釈燃料の循環を行うことを特徴とする付記2の循環型液体燃料電池。
(付記8)前記燃料電池は、電解質膜と、前記電解質膜の一方の側に前記希釈燃料を供給する燃料極と、前記電解質膜の他方の側に酸素を含む酸化剤を供給する酸素極とを有することを特徴とする付記1の循環型液体燃料電池。
(付記9)前記電解質膜が、陽子又は電子を透過できる物質からなる透過膜で構成されたことを特徴とする付記8の循環型液体燃料電池。
(付記10)前記コントローラは、所定の周期で、前記減圧機構を動作することを特徴とする付記3の循環型液体燃料電池。
(付記11)液体燃料を使用して発電する燃料電池へ、水と前記液体燃料とを混合した希釈燃料を貯留する希釈燃料タンクから、少なくとも循環ポンプを備えた希釈燃料循環路を介し前記希釈燃料の循環を行うステップと、水を貯留する水タンク及び前記液体燃料を貯留する燃料タンクのいずれかから前記希釈燃料タンクへ水または液体燃料を供給するための水、燃料供給ステップと、減圧機構により、前記希釈燃料タンクを減圧し、脱気するための減圧ステップとを有することを特徴とする循環型液体燃料電池の制御方法。
(付記12)前記減圧ステップは、前記希釈燃料循環路と、前記水供給タンクと前記希釈燃料タンクとの第1の供給路と、前記燃料供給タンクと前記希釈燃料タンクとの第2の供給路との各々に設けたバルブを閉じ、前記減圧機構を動作するステップからなることを特徴とする付記11の循環型液体燃料電池の制御方法。
(付記13)前記供給ステップは、前記第1の供給路と、前記第2の供給路とのいずれかの1つのバルブを開放し、前記減圧機構を動作して、前記希釈燃料タンクへ前記水又は液体燃料を供給するステップからなることを特徴とする付記12の循環型液体燃料電池の制御方法。
(付記14)前記供給ステップは、前記希釈燃料タンクの燃料濃度を検出して、前記検出結果に応じて、前記第1の供給路と、前記第2の供給路とのいずれかの1つのバルブを開放し、前記減圧機構を動作して、前記希釈燃料タンクへ前記水又は液体燃料を供給するステップからなることを特徴とする付記13の循環型液体燃料電池の制御方法。
(付記15)前記減圧ステップは、前記希釈燃料タンクに接続されたバルブと、前記バルブに接続された減圧ポンプとを有する減圧機構を制御するステップからなることを特徴とする付記11の循環型液体燃料電池の制御方法。
(付記16)前記循環ステップは、前記希釈燃料循環路のバルブを開放し、前記循環ポンプを動作し、且つ前記前記第1の供給路と、前記第2の供給路との各々のバルブを閉じるステップからなることを特徴とする付記12の循環型液体燃料電池の制御方法。
(付記17)前記燃料電池は、電解質膜と、前記電解質膜の一方の側に前記希釈燃料を供給する燃料極と、前記電解質膜の他方の側に酸素を含む酸化剤を供給する酸素極とを有することを特徴とする付記11の循環型液体燃料電池の制御方法。
(付記18)前記電解質膜が、陽子又は電子を透過できる物質からなる透過膜で構成されたことを特徴とする付記17の循環型液体燃料電池の制御方法。
(付記19)前記減圧ステップは、所定の周期で、前記減圧機構を動作するステップからなることを特徴とする付記11の循環型液体燃料電池の制御方法。
このように、循環型希釈燃料電池システムにおいて、希釈燃料タンクを減圧する減圧機構を設け、第1、第2及び第3のバルブを閉じ、希釈燃料タンクを密閉状態にした後、減圧機構の第4のバルブを開き、且つ減圧ポンプを駆動するため,希釈燃料中の気体を脱気することが可能となり、希釈燃料中の気体による循環ポンプの動作不良を防止し、燃料電池システムの動作を安定化でき、特に、電子装置に好適な燃料電池の普及に寄与する。
本発明の一実施の形態の循環型液体燃料電池の構成図である。 図1の液体燃料電池の構成図である。 図1の液体燃料電池の適用例の電子装置の構成図である。 図1の液体燃料電池の制御処理フロー図である。 図4の燃料供給サイクル処理フロー図である。 図4の水供給サイクル処理フロー図である。 従来の循環型液体燃料電池の構成図である。 従来の循環型液体燃料電池の説明図である。
符号の説明
10 燃料電池
12 電解質膜
14 空気極
16 燃料極
20 送風機構
21 コントローラ
30 希釈燃料タンク
36 循環ポンプ
40 液体燃料タンク
50 水供給タンク
60 水回収タンク
66 チャンバー
68 減圧ポンプ(減圧機構)
32,42,52 水位計
34 燃料濃度計
101,102,103,104,105 バルブ

Claims (5)

  1. 液体燃料を使用して発電する燃料電池と、
    水と前記液体燃料とを混合した希釈燃料を貯留する希釈燃料タンクと、
    前記燃料電池への前記希釈燃料の循環を行う少なくとも循環ポンプと第1のバルブとを備えた希釈燃料循環路と、
    前記希釈燃料タンクへ第2のバルブを介し水を供給するための水供給タンクと、
    前記希釈燃料タンクへ第3のバルブを介し前記液体燃料を供給するための燃料供給タンクと、
    前記希釈燃料タンクを減圧し、脱気するため第4のバルブと減圧ポンプとを有する減圧機構と
    前記第1、第2及び第3のバルブを閉じ、前記希釈燃料タンクを密閉状態にした後、前記第4のバルブを開き、且つ前記減圧ポンプを駆動するコントローラとを有する
    ことを特徴とする循環型液体燃料電池。
  2. 前記コントローラは、所定の周期で、前記第1、第2及び第3のバルブを閉じ、前記希釈燃料タンクを密閉状態にした後、前記第4のバルブを開き、且つ前記減圧ポンプを駆動する
    ことを特徴とする請求項1の循環型液体燃料電池。
  3. 前記燃料電池から水蒸気から水を回収し、前記水供給タンクへ回収水を供給する水回収タンクを更に有する
    ことを特徴とする請求項の循環型液体燃料電池。
  4. 前記コントローラは、前記第2のバルブ又は第3のバルブのいずれかの1つのバルブを開放し、前記減圧機構を動作して、前記希釈燃料タンクへ前記水又は液体燃料を供給する
    ことを特徴とする請求項の循環型液体燃料電池。
  5. コントローラが、液体燃料を使用して発電する燃料電池へ、水と前記液体燃料とを混合した希釈燃料を貯留する希釈燃料タンクから、少なくとも循環ポンプと第1のバルブを備えた希釈燃料循環路を介し前記希釈燃料の循環を行うステップと、
    前記コントローラが、水を貯留する水タンク及び前記液体燃料を貯留する燃料タンクのいずれかから第2のバルブを介し前記希釈燃料タンクへ水または第3のバルブを介し液体燃料を供給するための水、燃料供給ステップと、
    前記コントローラが前記第1、第2及び第3のバルブを閉じ、前記希釈燃料タンクを密閉状態にした後、減圧機構の第4のバルブを開き、且つ減圧ポンプを駆動して、前記希釈燃料タンクを減圧し、脱気するための減圧ステップとを有する
    ことを特徴とする循環型液体燃料電池の制御方法。
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