JP4636301B2 - Fuel tank and fuel cell system using the same - Google Patents

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Description

本発明は、例えばダイレクトメタノール方式の燃料電池システムにおいて燃料であるメタノール(液体燃料)を貯蔵、供給する燃料タンクに関するものであり、さらには、かかる燃料タンクを備えた燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel tank for storing and supplying methanol (liquid fuel) as a fuel in a direct methanol fuel cell system, for example, and further to a fuel cell system provided with such a fuel tank.

燃料電池は、例えば水素ガスやメタノール等の燃料流体と、酸化用流体(空気に含まれる酸素)とを電気化学的に反応させることにより発電を行う発電装置である。例えば、固体高分子型の燃料電池の場合、各発電体部分は、固体高分子からなる電解質膜を酸素側電極と燃料側電極とで挟み込んだ構造を有しており、酸素側電極には酸素を供給するために空気が供給され、燃料側電極には燃料流体が供給され、上記電気化学的な反応により発電が行われる。   A fuel cell is a power generation device that generates power by electrochemically reacting a fuel fluid such as hydrogen gas or methanol with an oxidizing fluid (oxygen contained in air). For example, in the case of a solid polymer type fuel cell, each power generator portion has a structure in which an electrolyte membrane made of a solid polymer is sandwiched between an oxygen side electrode and a fuel side electrode. Air is supplied to supply the fuel, fuel fluid is supplied to the fuel side electrode, and power generation is performed by the electrochemical reaction.

発電に際しては、固体高分子型の燃料電池では、イオン交換膜でありプロトン伝導体膜として機能する電解質膜中をイオン(プロトン)が移動し、酸素側電極の酸素と反応して電流が発生し、同時に酸素側電極では水が生成される。燃料電池の発電体部分は、電解質膜・電極複合体又はMEA(Membrane and Electrode Assembly)と呼ばれており、この電解質膜・電極複合体を燃料流体流路や空気流路が形成されたセパレータで挟み込んで発電セルとし、複数の発電セルを積層することで積層構造(スタック構造)の燃料電池が構成されている。   During power generation, in a polymer electrolyte fuel cell, ions (protons) move through an electrolyte membrane that is an ion exchange membrane and functions as a proton conductor membrane, and reacts with oxygen on the oxygen side electrode to generate a current. At the same time, water is generated at the oxygen side electrode. The power generation part of a fuel cell is called an electrolyte membrane / electrode assembly or MEA (Membrane and Electrode Assembly), and this electrolyte membrane / electrode assembly is a separator in which a fuel fluid channel and an air channel are formed. A fuel cell having a stacked structure (stacked structure) is configured by stacking a plurality of power generation cells as a power generation cell.

上述の燃料電池は、発電により生成される生成物が水であり、環境を汚染することがないクリーンな電源として近年注目されており、例えば、電気自動車や住宅用電源システム等、大型のシステムにおいて実用化が期待されている一方、固体高分子型の燃料電池が小型、軽量であるという特徴を生かして、例えばノート型パーソナルコンピュータ等の携帯型電子機器の電源としての応用も検討されている。   The above-described fuel cell has been attracting attention in recent years as a clean power source in which the product generated by power generation is water and does not pollute the environment. For example, in a large system such as an electric vehicle or a residential power system While it is expected to be put to practical use, taking advantage of the small size and light weight of the polymer electrolyte fuel cell, its application as a power source for portable electronic devices such as notebook personal computers is also being studied.

ところで、このような携帯型電子機器等に用いられる燃料電池においては、水素ガスに比べて取り扱いが容易なメタノールを燃料とするダイレクトメタノール方式の燃料電池システムが有利と考えられている。このダイレクトメタノール方式の燃料電池システムでは、電子機器に装着された燃料タンクを取り外して燃料であるメタノールの補充を行い、メタノールで満たした燃料タンクを電子機器に装着し、燃料タンク内のメタノールを燃料電池に供給することで発電が行われる。   By the way, in a fuel cell used for such a portable electronic device or the like, a direct methanol fuel cell system using methanol as a fuel, which is easier to handle than hydrogen gas, is considered advantageous. In this direct methanol fuel cell system, the fuel tank attached to the electronic device is removed to replenish methanol as the fuel, the fuel tank filled with methanol is attached to the electronic device, and the methanol in the fuel tank is used as fuel. Electric power is generated by supplying the battery.

この場合、燃料タンク内のメタノールを燃料電池に供給するには、燃料タンク内のメタノールを外部に押し出す力が必要であり、通常、送液ポンプにより燃料電池の電力を使ってメタノールを押し出す方式が用いられている。しかしながら、このような方式を採用した場合には、送液ポンプを駆動するための駆動電力が必要になり、燃料電池のエネルギー効率が低下するという問題がある。   In this case, in order to supply the methanol in the fuel tank to the fuel cell, it is necessary to push the methanol in the fuel tank to the outside. It is used. However, when such a method is adopted, there is a problem that driving power for driving the liquid feeding pump is required, and the energy efficiency of the fuel cell is lowered.

そこで、燃料電池の駆動電力を要することなくメタノールを供給する構造として、例えば内部のメタノールを機械的に押し出す構造の燃料タンクが提案されている(例えば、特許文献1等を参照)。この特許文献1記載の技術では、燃料タンクをシリンダー構造とし、バネを設置してプランジャ(中間壁)により押圧することで内部の燃料(メタノール)を押し出すようにしている。あるいは、燃料タンク内を隔壁で2相に分離し、内部のメタノールを弾性膜により押し出す構造の燃料タンク等も提案されている(例えば、特許文献2等を参照)。この特許文献2には、伸縮自在の柔軟な弾性膜を容器内にセットし、膜内に液体燃料を蓄えることにより、弾性膜の張力を利用して他のエネルギーを利用することなく液体燃料を排出する燃料タンクが開示されている。これら技術を採用することにより、燃料電池システム側に燃料タンク内の液体燃料を吸引するためのポンプ等を設置しなくても、燃料供給が可能になる。
特開平4−223058号公報 特開2000−314376号公報
Thus, as a structure for supplying methanol without requiring driving power of the fuel cell, for example, a fuel tank having a structure in which methanol inside is mechanically pushed out has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In the technique described in Patent Document 1, the fuel tank has a cylinder structure, and a spring is installed and pressed by a plunger (intermediate wall) to push out the internal fuel (methanol). Or the fuel tank etc. of the structure which isolate | separates the inside of a fuel tank into two phases by a partition, and extrudes methanol inside with an elastic membrane are proposed (for example, refer patent document 2 etc.). In Patent Document 2, a flexible elastic membrane that can be stretched and contracted is set in a container, and the liquid fuel is stored in the membrane, so that the liquid fuel can be used without using other energy by utilizing the tension of the elastic membrane. A fuel tank for discharging is disclosed. By adopting these techniques, fuel can be supplied without installing a pump or the like for sucking the liquid fuel in the fuel tank on the fuel cell system side.
Japanese Patent Laid-Open No. 4-223058 JP 2000-314376 A

しかしながら、バネや弾性体の弾性力を利用する方法では、均一な圧力の印加は難しく、特に、一定の圧力でメタノールを燃料タンク外に押し出すことはできない。例えば、バネが最大圧縮された状態や弾性体が伸張しきった状態と、ある程度圧縮や伸張が戻った状態とでは、加わる圧力が大きく異なる。燃料電池では、安定して電力を発生するためには、一定の圧力で液体燃料が供給されることが望まれ、燃料供給圧力の変動は、安定な運転の妨げとなる。また、燃料タンク内の液体燃料の量が僅かなものとなると、弾性力がほとんど失われ、最後まで出しきることが難しいという問題もある。   However, in the method using the elastic force of a spring or an elastic body, it is difficult to apply a uniform pressure, and in particular, methanol cannot be pushed out of the fuel tank at a constant pressure. For example, the applied pressure is greatly different between a state where the spring is fully compressed or a state where the elastic body is fully extended and a state where compression or extension is restored to some extent. In a fuel cell, in order to generate electric power stably, it is desired that liquid fuel is supplied at a constant pressure, and fluctuations in the fuel supply pressure hinder stable operation. In addition, when the amount of liquid fuel in the fuel tank becomes small, there is a problem that the elastic force is almost lost and it is difficult to take out the liquid fuel completely.

本発明は、このような従来技術の抱える問題を解決するために提案されたものであり、常に一定の圧力で液体燃料を押し出すことができ、送液ポンプ等の電気的エネルギーを使わずに、燃料電池を安定に運転することが可能な燃料タンク及び燃料電池システムを提供することを目的とする。また、本発明は、中の液体燃料を最後まで出しきることが可能で、1回の充填当たりの運転時間を長時間化し得る燃料タンク及び燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been proposed to solve such problems of the prior art, and liquid fuel can always be pushed out at a constant pressure, without using electric energy such as a liquid feed pump, It is an object of the present invention to provide a fuel tank and a fuel cell system capable of stably operating the fuel cell. It is another object of the present invention to provide a fuel tank and a fuel cell system that can discharge the liquid fuel therein to the end and can increase the operation time per filling.

上述の目的を達成するために、本発明の燃料タンクは、隔壁で仕切られた2つの空間を有し、一方の空間に液体燃料が収容されるとともに、他方の空間に低沸点溶媒が封入され、隔壁は、液体燃料と低沸点溶媒とが混合することのないようなシール性および圧力平衡が保たれた状態で可動できる可動性を備え、低沸点溶媒は、ジメチルエーテルとジエチルエーテルの混合溶媒であり、ジメチルエーテルの添加量は、低沸点溶媒が封入される空間が最大となった際に、液体として残存しない量であり、低沸点溶媒の蒸気圧により隔壁が押圧され、液体燃料が押し出されることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、当該燃料電池に燃料である液体燃料を供給する燃料タンクを備えた燃料電池システムにおいて、燃料タンクは、隔壁で仕切られた2つの空間を有し、一方の空間に液体燃料が収容されるとともに、他方の空間に低沸点溶媒が封入され、隔壁は、液体燃料と低沸点溶媒とが混合することのないようなシール性および圧力平衡が保たれた状態で可動できる可動性を備え、低沸点溶媒は、ジメチルエーテルとジエチルエーテルの混合溶媒であるとともに、ジメチルエーテルの添加量は、低沸点溶媒が封入される空間が最大となった際に、液体として残存しない量であり、低沸点溶媒の蒸気圧により隔壁が押圧され、液体燃料が押し出されることを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, the fuel tank of the present invention has two spaces partitioned by a partition wall, in which liquid fuel is accommodated in one space and a low boiling point solvent is enclosed in the other space. The partition wall is movable so that the liquid fuel and the low-boiling point solvent are not mixed with each other and can be moved in a state where pressure balance is maintained. The low-boiling point solvent is a mixed solvent of dimethyl ether and diethyl ether. Yes, the amount of dimethyl ether added is an amount that does not remain as a liquid when the space in which the low-boiling point solvent is sealed becomes maximum, and the partition wall is pressed by the vapor pressure of the low-boiling point solvent, and the liquid fuel is pushed out. It is characterized by.
The fuel cell system of the present invention, a fuel cell, the fuel cell system including a fuel tank for supplying liquid fuel is a fuel to the fuel cell, fuel tanks, the two spaces partitioned by the partition The liquid fuel is accommodated in one space, the low boiling point solvent is sealed in the other space, and the partition wall has a sealing property and a pressure balance so that the liquid fuel and the low boiling point solvent are not mixed. It has mobility that can be moved in a maintained state, and the low boiling point solvent is a mixed solvent of dimethyl ether and diethyl ether, and the amount of dimethyl ether added is the maximum when the space in which the low boiling point solvent is enclosed becomes maximum. It is an amount that does not remain as a liquid, and is characterized in that the partition wall is pressed by the vapor pressure of the low boiling point solvent and the liquid fuel is pushed out.

以上の構成を有する燃料タンクでは、ジメチルエーテルとジエチルエーテルの混合溶媒である低沸点溶媒の蒸気圧を利用して液体燃料の押し出しが行われるので、送液ポンプ等を使用する必要がなく、その駆動電力が不要である。また、上記構成の燃料タンクでは、隔壁には、常に封入される低沸点溶媒の蒸気圧が加わり、運転条件(例えば使用環境温度)等が一定であれば前記蒸気圧は一定であり、常に一定の圧力で液体燃料が押し出される。この低沸点溶媒の蒸気圧による押し出しは、液体燃料の残存量が少なくなっても一定に保たれ、したがって、燃料タンク内の液体燃料は、最後まで速やかに押し出される。 In the fuel tank having the above configuration, liquid fuel is pushed out by using the vapor pressure of a low boiling point solvent that is a mixed solvent of dimethyl ether and diethyl ether, so there is no need to use a liquid feed pump or the like, and the drive No power is required. Further, in the fuel tank having the above configuration, the vapor pressure of the low boiling point solvent that is always enclosed is applied to the partition wall, and the vapor pressure is constant if the operating condition (for example, the operating environment temperature) is constant, and is always constant. Liquid fuel is pushed out at a pressure of. The extrusion by the vapor pressure of the low boiling point solvent is kept constant even when the remaining amount of the liquid fuel decreases, and therefore the liquid fuel in the fuel tank is pushed out quickly to the end.

本発明の燃料タンク及び燃料電池システムにおいては、液体燃料と低沸点溶媒とに対するシール性および可動性を有する隔壁を設け、ジメチルエーテルとジエチルエーテルの混合溶媒である低沸点溶媒の蒸気圧を利用して液体燃料を押し出し供給するようにしているので、常に一定の圧力で液体燃料を押し出すことができ、送液ポンプ等の電気的エネルギーを使わずに、燃料電池を安定に運転することが可能である。また、低沸点溶媒の蒸気圧による加圧は、液体燃料の残存量が減っても変わらずに継続されるので、中の液体燃料を最後まで出しきることが可能で、1回の充填当たりの燃料電池の運転時間を長時間化することが可能である。更に、ジメチルエーテルの添加量を、低沸点溶媒が封入される空間が最大となった際に、液体として残存しない量とするようにしたので、広い使用温度範囲で適正な圧力を隔壁に加えることができる。 In the fuel tank and the fuel cell system of the present invention, a partition wall having sealing properties and mobility for liquid fuel and a low boiling point solvent is provided, and the vapor pressure of the low boiling point solvent which is a mixed solvent of dimethyl ether and diethyl ether is used. Since liquid fuel is pushed out and supplied, liquid fuel can always be pushed out at a constant pressure, and the fuel cell can be stably operated without using electric energy such as a liquid feed pump. . In addition, since the pressurization by the vapor pressure of the low boiling point solvent is continued without changing the remaining amount of the liquid fuel, it is possible to discharge the liquid fuel in the whole to the end, and it is possible to fill up per one filling. It is possible to extend the operation time of the fuel cell. Furthermore, since the amount of dimethyl ether added is such that it does not remain as a liquid when the space in which the low-boiling solvent is enclosed is maximized, an appropriate pressure can be applied to the partition wall over a wide operating temperature range. it can.

以下、本発明を適用した燃料タンク及び燃料電池システムの実施形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of a fuel tank and a fuel cell system to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明を適用した燃料タンクの一例を示すものである。本実施形態の燃料タンク1は、いわゆるプランジャータイプの加圧型燃料タンクであり、外装容器2の内部が隔壁(プランジャー)3により仕切られている。この隔壁3で仕切られた各空間が、それぞれ液体燃料(例えばメタノール)を収容する空間A(本例では、図中、左側の空間)、及び低沸点溶媒が封入される空間B(図中、右側の空間)となる。   FIG. 1 shows an example of a fuel tank to which the present invention is applied. The fuel tank 1 of the present embodiment is a so-called plunger-type pressurized fuel tank, and the interior of the outer container 2 is partitioned by a partition wall (plunger) 3. Each space partitioned by the partition walls 3 is a space A (in this example, the space on the left side in the figure) containing liquid fuel (for example, methanol), and a space B (in the figure, in which a low boiling point solvent is enclosed). Right space).

外装容器2は、剛性を有する材料、例えば金属や、ポリエチレンやポリプロピレン等の樹脂により形成されている。なお、これに限らず、外装容器2は、任意の材料で形成することができるが、空間Bに封入される低沸点溶媒の蒸気圧に耐え得る耐圧性の容器であることが必要であり、金属容器とすることが好ましい。   The outer container 2 is formed of a rigid material, for example, a metal, a resin such as polyethylene or polypropylene. The outer container 2 is not limited to this, and can be formed of any material. However, the outer container 2 needs to be a pressure-resistant container that can withstand the vapor pressure of the low boiling point solvent enclosed in the space B. It is preferable to use a metal container.

隔壁3は、空間Aに収容される液体燃料と空間Bに封入される低沸点溶媒とが混合することのないようなシール性を有し、且つ、圧力平衡が保たれた状態で稼働できる可動式の隔壁である。この可動式の隔壁3は、液体燃料の増減により外装容器2内を図中左右方向に移動する。例えば、燃料タンク1内に液体燃料を補充する際には、液体燃料の充填に伴って、上記隔壁3は図中右方向にスライドする。隔壁3が外装容器2の右端の内壁面まで到達すると、燃料タンク1は満タン状態となる。燃料タンク1内の液体燃料を燃料電池に供給する際には、上記空間B内の低沸点溶媒の蒸気圧に押されて、隔壁3は図中左方向へスライドする。これに伴って、空間A内の液体燃料が、吐出口2aから押し出される。   The partition wall 3 has a sealing property such that the liquid fuel accommodated in the space A and the low boiling point solvent sealed in the space B do not mix, and can be operated in a state where pressure equilibrium is maintained. It is a partition of a formula. The movable partition 3 moves in the left-right direction in the figure in the exterior container 2 by increasing or decreasing the liquid fuel. For example, when the liquid fuel is refilled in the fuel tank 1, the partition wall 3 slides in the right direction in the drawing as the liquid fuel is filled. When the partition wall 3 reaches the inner wall surface at the right end of the outer container 2, the fuel tank 1 becomes full. When the liquid fuel in the fuel tank 1 is supplied to the fuel cell, the partition wall 3 is slid leftward in the drawing by being pushed by the vapor pressure of the low boiling point solvent in the space B. Along with this, the liquid fuel in the space A is pushed out from the discharge port 2a.

上述の動作による液体燃料の供給を行うためには、空間B内に適正な蒸気圧を有する低沸点溶媒を封入する必要がある。以下、この低沸点溶媒について説明する。   In order to supply the liquid fuel by the above-described operation, it is necessary to enclose a low boiling point solvent having an appropriate vapor pressure in the space B. Hereinafter, this low boiling point solvent will be described.

図2に示すように、可動式の隔壁3は、空間A内の圧力と空間B内の圧力のバランスによって移動する。空間B内の圧力が空間A内の圧力よりも大きければ、隔壁3が図中左方向に移動して空間A内の液体燃料が押し出される。ここで、空間Aは、燃料供給時には大気開放されるので、中の圧力は大気圧になる。したがって、上記低沸点溶媒は、使用温度域において大気圧を越える蒸気圧を有すればよい。   As shown in FIG. 2, the movable partition 3 moves due to the balance between the pressure in the space A and the pressure in the space B. If the pressure in the space B is larger than the pressure in the space A, the partition wall 3 moves to the left in the figure, and the liquid fuel in the space A is pushed out. Here, since the space A is opened to the atmosphere when the fuel is supplied, the inside pressure becomes atmospheric pressure. Therefore, the low boiling point solvent only needs to have a vapor pressure exceeding the atmospheric pressure in the operating temperature range.

ただし、低沸点溶媒の蒸気圧が高すぎると、急激な圧力印加による不都合が生ずることから、あまり蒸気圧が高すぎないことが好ましい。低沸点溶媒の蒸気圧が大気圧を僅かに越え、隔壁3に常に0.1気圧程度の差圧が加わっている状態が理想的である。このような観点から、上記低沸点溶媒の蒸気圧Pは、1気圧<P≦1.5気圧であることが好ましく、1気圧<P≦1.2気圧であることがより好ましい。 However, if the vapor pressure of the low boiling point solvent is too high, there is a disadvantage caused by sudden pressure application, so it is preferable that the vapor pressure is not too high. Ideally, the vapor pressure of the low boiling point solvent slightly exceeds the atmospheric pressure, and a differential pressure of about 0.1 atm is always applied to the partition wall 3. From this point of view, the low-boiling vapor pressure P A in the solvent is preferably from 1 atm <P A ≦ 1.5 atm, and more preferably 1 atm <P A ≦ 1.2 atm.

低沸点溶媒は、上述の蒸気圧の条件を満たすものであれば、如何なるものであっても使用可能であるが、実際の使用を考えた場合には、金属製の外装容器2を腐食することがないこと、毒性が低いこと、安価であること等を考慮する必要がある。これらの条件を満たす低沸点溶媒としては、例えば、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル等を挙げることができる。     Any low boiling point solvent can be used as long as it satisfies the above-mentioned conditions of vapor pressure. However, in consideration of actual use, the metal outer container 2 is corroded. It is necessary to consider that there is no absence, low toxicity, and low cost. Examples of the low boiling point solvent that satisfies these conditions include dimethyl ether and diethyl ether.

ジメチルエーテルは、図3に示すように、常温でも蒸気圧が高く、特に低温域での使用において、隔壁3に圧力を加えるのに好適である。ただし、使用温度が高くなると、蒸気圧が高くなりすぎる。一方、ジエチルエーテルは、図4に示すように、38℃付近までは蒸気圧が大気圧を越えず、隔壁3に圧力を加えることができないが、38℃を越えると、適正な蒸気圧となり、隔壁3に適正な圧力を加えることができる。   As shown in FIG. 3, dimethyl ether has a high vapor pressure even at room temperature, and is suitable for applying pressure to the partition walls 3 particularly when used in a low temperature range. However, the vapor pressure becomes too high when the operating temperature is high. On the other hand, as shown in FIG. 4, the vapor pressure of diethyl ether does not exceed the atmospheric pressure up to about 38 ° C. and pressure cannot be applied to the partition wall 3. Appropriate pressure can be applied to the partition 3.

これらの事実を勘案すると、ジメチルエーテルとジエチルエーテルとを混合した混合溶媒を用いることが好ましいと言える。これらの混合溶媒を用いることで、広い使用温度範囲で適正な圧力を隔壁に加えることができる。この場合、ジメチルエーテルの量が多すぎると、高温域において圧力が上がり過ぎる虞れがあるので、これを考慮して、各低沸点溶媒の使用量を設定することが好ましい。具体的には、低沸点溶媒が封入される空間Bが最大となった際に、ジメチルエーテルが液体として残存しない量とすればよい。   Considering these facts, it can be said that it is preferable to use a mixed solvent in which dimethyl ether and diethyl ether are mixed. By using these mixed solvents, an appropriate pressure can be applied to the partition walls over a wide use temperature range. In this case, if the amount of dimethyl ether is too large, the pressure may increase excessively in the high temperature range, so that it is preferable to set the amount of each low-boiling solvent used in consideration of this. Specifically, the amount may be such that dimethyl ether does not remain as a liquid when the space B in which the low-boiling point solvent is enclosed is maximized.

以上の構成の燃料タンク1では、隔壁3が空間B内の低沸点溶媒の蒸気圧によって押圧され、空間A内の液体燃料が押し出され、吐出口2aを通して燃料電池システム側に供給される。このとき、隔壁3には低沸点溶媒の蒸気圧と大気圧との差圧が常に加わることになり、一定の圧力での定量的な燃料供給が実現される。また、前記差圧は、空間A内の液体燃料が少なくなっても変わることなく隔壁3に加わるので、空間A内の液体燃料は、最後まで押し出される。   In the fuel tank 1 having the above configuration, the partition wall 3 is pressed by the vapor pressure of the low boiling point solvent in the space B, the liquid fuel in the space A is pushed out, and supplied to the fuel cell system side through the discharge port 2a. At this time, a differential pressure between the vapor pressure of the low-boiling point solvent and the atmospheric pressure is always applied to the partition wall 3, and quantitative fuel supply at a constant pressure is realized. Further, the differential pressure is applied to the partition wall 3 without changing even if the liquid fuel in the space A decreases, so that the liquid fuel in the space A is pushed out to the end.

上記低沸点溶媒の蒸気圧による加圧供給は、プランジャータイプの燃料タンクばかりでなく、バルーンタイプの燃料タンク等にも適用可能である。図5は、バルーンタイプの燃料タンクへの適用例を示すものである。図5に示す燃料タンク10は、外装容器11と内装容器12とから構成され、2重構造を有するタンクである。外装容器11は、剛性を有する材料、例えば金属等により形成されている。内装容器12は、風船のような伸縮性のある軟らかい材質により形成され、液体燃料、例えばメタノールの注入により膨らみ、外装容器11にほぼ一致するまで拡張して、液体燃料であるメタノールを貯蔵する。   The pressurized supply of the low boiling point solvent by the vapor pressure is applicable not only to a plunger type fuel tank but also to a balloon type fuel tank. FIG. 5 shows an application example to a balloon type fuel tank. A fuel tank 10 shown in FIG. 5 is composed of an outer container 11 and an inner container 12 and has a double structure. The outer container 11 is formed of a rigid material, such as a metal. The inner container 12 is formed of a stretchable soft material such as a balloon, swells by injecting liquid fuel, for example, methanol, expands to substantially coincide with the outer container 11, and stores methanol as liquid fuel.

この燃料タンク10では、内装容器12内に液体燃料を充填し、また内装容器12内の液体燃料を燃料電池システム側に取り出すため、コネクタ13が取り付けられている。このコネクタ13は、燃料電池システム側のコネクタと連結され、燃料流路を構成する。したがって、内装容器12内の液体燃料は、前記コネクタ13を通して燃料電池システムの燃料電池に供給される。   In the fuel tank 10, a connector 13 is attached in order to fill the interior container 12 with liquid fuel and take out the liquid fuel in the interior container 12 to the fuel cell system side. The connector 13 is connected to a connector on the fuel cell system side and constitutes a fuel flow path. Therefore, the liquid fuel in the interior container 12 is supplied to the fuel cell of the fuel cell system through the connector 13.

上述の構成の燃料タンク10においても、外装容器11と内装容器12の間の空間に低沸点溶媒を封入することにより、先の実施形態と同様、低沸点溶媒の蒸気圧を利用して内装容器12内の液体燃料を一定の圧力で押し出すことが可能である。   Also in the fuel tank 10 having the above-described configuration, by sealing the low boiling point solvent in the space between the outer container 11 and the inner container 12, the inner container is utilized using the vapor pressure of the low boiling point solvent as in the previous embodiment. It is possible to extrude the liquid fuel in 12 at a constant pressure.

上述の構成を有する燃料タンクは、図6に示すような燃料電池システムに組み込むことができる。以下、この燃料電池システムについて説明する。   The fuel tank having the above-described configuration can be incorporated in a fuel cell system as shown in FIG. Hereinafter, this fuel cell system will be described.

本例の燃料電池システムは、発電を行う燃料電池スタック21と、燃料電池スタック21に空気を供給する空気供給系、燃料を供給する燃料供給系、水処理機構、これらを制御する制御コントローラ22、燃料電池スタック21の発電電力により駆動されるDC−DCコンバータ23及び負荷24等から構成される。   The fuel cell system of this example includes a fuel cell stack 21 that generates power, an air supply system that supplies air to the fuel cell stack 21, a fuel supply system that supplies fuel, a water treatment mechanism, and a control controller 22 that controls them. A DC-DC converter 23 driven by the power generated by the fuel cell stack 21 and a load 24 are included.

空気供給系としては、空気供給ポンプ25を備え、燃料供給系としては、メタノールタンク26、燃料混合器27、及び燃料水溶液循環ポンプ28とを備えており、このメタノールタンク26に先の構造の燃料タンクを用いる。水処理機構は、気液分離器29、水分貯蔵器30、及び処理装置31を備え、これらに付帯して電磁バルブ32、二酸化炭素除去器33等が設けられている。   The air supply system includes an air supply pump 25, and the fuel supply system includes a methanol tank 26, a fuel mixer 27, and an aqueous fuel solution circulation pump 28. Use a tank. The water treatment mechanism includes a gas-liquid separator 29, a moisture reservoir 30, and a treatment device 31, and an electromagnetic valve 32, a carbon dioxide remover 33, and the like are provided along with these.

上述の構成を有する燃料電池システムでは、メタノールタンク26からメタノールが押し出され、燃料混合器27に供給される。燃料水溶液循環ポンプ28は、メタノールと水分とを混合して燃料水溶液を生成する燃料混合器27から燃料電池スタック21に燃料水溶液を供給する。燃料電池スタック21で消費された燃料水溶液は、二酸化炭素除去器33を備えた燃料混合器27に循環され、再度燃料水溶液循環ポンプ28によって燃料電池スタック21に供給される。二酸化炭素除去器33を備えた燃料混合器27は、燃料電池スタック21によって排出された排出液体から二酸化炭素を分離して処理装置31に送り、処理装置31は二酸化炭素を大気中に排出する。メタノールの如き液体燃料を用いた燃料電池システムにおいては、液体燃料そのものが燃料電池の冷却媒体であり、燃料電池システムは別途冷却流路を必要としない。また、液体燃料を用いた燃料電池システムは、液体燃料自身が非圧縮性を有することから水素ガスの如き気体の燃料を用いる場合に比べて背圧弁が不要となる利点を有する。   In the fuel cell system having the above-described configuration, methanol is pushed out from the methanol tank 26 and supplied to the fuel mixer 27. The aqueous fuel solution circulation pump 28 supplies the aqueous fuel solution to the fuel cell stack 21 from a fuel mixer 27 that mixes methanol and moisture to produce an aqueous fuel solution. The aqueous fuel solution consumed in the fuel cell stack 21 is circulated to the fuel mixer 27 provided with the carbon dioxide remover 33 and supplied again to the fuel cell stack 21 by the aqueous fuel solution circulation pump 28. The fuel mixer 27 provided with the carbon dioxide remover 33 separates carbon dioxide from the discharged liquid discharged by the fuel cell stack 21 and sends the carbon dioxide to the processing device 31. The processing device 31 discharges the carbon dioxide into the atmosphere. In a fuel cell system using a liquid fuel such as methanol, the liquid fuel itself is a cooling medium for the fuel cell, and the fuel cell system does not require a separate cooling channel. In addition, the fuel cell system using liquid fuel has an advantage that a back pressure valve is not required as compared with the case of using gaseous fuel such as hydrogen gas because the liquid fuel itself is incompressible.

空気供給ポンプ25は、酸化剤である空気を大気から取り込んで燃料電池スタック21に供給する。燃料電池スタック21で発電に用いられた空気は、気液分離器29によって水分と分離され、処理装置31を介して大気中に排出される。分離された水分は水分貯蔵器30に貯蔵された後、燃料混合器27に送られて燃料水溶液の生成に利用される。また、水分貯蔵器30と燃料混合器27との間に設けられる電磁バルブ32は、水分貯蔵器30から燃料混合器27へ供給される水の供給量を調整する。   The air supply pump 25 takes in air as an oxidant from the atmosphere and supplies it to the fuel cell stack 21. The air used for power generation in the fuel cell stack 21 is separated from moisture by the gas-liquid separator 29 and discharged into the atmosphere via the processing device 31. The separated water is stored in the water reservoir 30 and then sent to the fuel mixer 27 to be used for generating the fuel aqueous solution. The electromagnetic valve 32 provided between the moisture reservoir 30 and the fuel mixer 27 adjusts the amount of water supplied from the moisture reservoir 30 to the fuel mixer 27.

また、燃料電池スタック21に接続されるDC−DCコンバータ23と、DC−DCコンバータ23に接続される負荷24は、燃料電池スタック21から電力を取り出すことにより、駆動される。制御コントローラ22は、燃料電池システムを構成する各装置の駆動を制御する。   Further, the DC-DC converter 23 connected to the fuel cell stack 21 and the load 24 connected to the DC-DC converter 23 are driven by taking out power from the fuel cell stack 21. The controller 22 controls driving of each device constituting the fuel cell system.

以上の構成を有する燃料電池システムにおいて、メタノールタンク26として、先に説明した燃料タンクを用いる。隔壁3で仕切られた空間A内に収容されたメタノールは、低沸点溶媒の蒸気圧が加わる隔壁3よって押し出され、燃料タンク(メタノールタンク26)から排出される。排出されたメタノールは、燃料電池スタック21へと供給され、発電に使用される。このような燃料電池システムでは、メタノールタンク26内のメタノールを吸い上げるためのメタノール供給ポンプ(送液ポンプ)が不要であり、装置構成を簡略化することができる。   In the fuel cell system having the above configuration, the fuel tank described above is used as the methanol tank 26. The methanol accommodated in the space A partitioned by the partition wall 3 is pushed out by the partition wall 3 to which the vapor pressure of the low boiling point solvent is applied, and is discharged from the fuel tank (methanol tank 26). The discharged methanol is supplied to the fuel cell stack 21 and used for power generation. In such a fuel cell system, a methanol supply pump (liquid feed pump) for sucking up methanol in the methanol tank 26 is unnecessary, and the apparatus configuration can be simplified.

以上、本発明の具体的な実施形態について説明したが、本発明がこれら実施形態に限られるものではないことは言うまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、各実施形態は、燃料としてメタノールを使用する場合を例にして説明したが、炭化水素系燃料等、液体燃料を用いる燃料電池システムの燃料タンク全般に適用することが可能である。   As mentioned above, although specific embodiment of this invention was described, it cannot be overemphasized that this invention is not restricted to these embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, each embodiment has been described with reference to the case where methanol is used as the fuel. However, the embodiments can be applied to all fuel tanks of fuel cell systems using liquid fuel such as hydrocarbon fuel.

本発明を適用した燃料タンクの一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the fuel tank to which this invention is applied. 隔壁に加わる蒸気圧の様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the mode of the vapor pressure added to a partition. ジメチルエーテルの蒸気圧曲線をメタノールの蒸気圧曲線とともに示す特性図である。It is a characteristic view which shows the vapor pressure curve of dimethyl ether with the vapor pressure curve of methanol. ジエチルエーテルの蒸気圧曲線をメタノールの蒸気圧曲線とともに示す特性図である。It is a characteristic view which shows the vapor pressure curve of diethyl ether with the vapor pressure curve of methanol. 燃料タンクの他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of a fuel tank. 燃料電池システムの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a fuel cell system.

符号の説明Explanation of symbols

1,10 燃料タンク
2 外装容器
2a 吐出口
3 隔壁
21 燃料電池スタック
26 メタノールタンク
1,10 Fuel tank 2 Outer container 2a Discharge port 3 Bulkhead 21 Fuel cell stack 26 Methanol tank

Claims (4)

隔壁で仕切られた2つの空間を有し、一方の空間に液体燃料が収容されるとともに、他方の空間に低沸点溶媒が封入され、
前記隔壁は、前記液体燃料と前記低沸点溶媒とが混合することのないようなシール性および圧力平衡が保たれた状態で可動できる可動性を備え、
前記低沸点溶媒は、ジメチルエーテルとジエチルエーテルの混合溶媒であり、前記ジメチルエーテルの添加量は、前記低沸点溶媒が封入される空間が最大となった際に、液体として残存しない量であり、
前記低沸点溶媒の蒸気圧により前記隔壁が押圧され、前記液体燃料が押し出され
料タンク。
It has two spaces partitioned by a partition wall, and liquid fuel is stored in one space, and a low boiling point solvent is sealed in the other space,
The partition wall is provided with a mobility capable of moving in a state in which a sealing property and a pressure equilibrium are maintained such that the liquid fuel and the low boiling point solvent are not mixed,
The low boiling point solvent is a mixed solvent of dimethyl ether and diethyl ether, and the addition amount of the dimethyl ether is an amount that does not remain as a liquid when the space in which the low boiling point solvent is enclosed is maximized,
Wherein said partition wall by the vapor pressure of the low boiling solvent is pressed, Ru said liquid fuel is pushed out
Fuel tank.
前記低沸点溶媒は、使用温度域において大気圧を越える蒸気圧を有する、請求項1記載の燃料タンク。 The low boiling solvents, that have a vapor pressure exceeding the atmospheric pressure in the use temperature range,請 Motomeko 1 fuel tank according. 前記低沸点溶媒の蒸気圧PAは、1気圧<PA≦1.5気圧である、請求項2記載の燃料タンク。 The vapor pressure P A of the low-boiling solvent, 1 atm <Ru P A ≦ 1.5 atm der,請 Motomeko second fuel tank according. 燃料電池と、前記燃料電池に燃料である液体燃料を供給する燃料タンクを備えた燃料電池システムにおいて、
前記隔壁は、前記液体燃料と前記低沸点溶媒とが混合することのないようなシール性および圧力平衡が保たれた状態で可動できる可動性を備え、
前記燃料タンクは、隔壁で仕切られた2つの空間を有し、一方の空間に液体燃料が収容されるとともに、他方の空間に低沸点溶媒が封入され、前記低沸点溶媒は、ジメチルエーテルとジエチルエーテルの混合溶媒であり、前記ジメチルエーテルの添加量は、前記低沸点溶媒が封入される空間が最大となった際に、液体として残存しない量であり、
前記低沸点溶媒の蒸気圧により上記隔壁が押圧され、前記液体燃料が押し出され
料電池システム。
In a fuel cell system comprising a fuel cell and a fuel tank for supplying liquid fuel as fuel to the fuel cell,
The partition wall is provided with a mobility capable of moving in a state in which a sealing property and a pressure equilibrium are maintained such that the liquid fuel and the low boiling point solvent are not mixed,
The fuel tank has two spaces partitioned by a partition wall, and liquid fuel is accommodated in one space, and a low boiling point solvent is sealed in the other space, and the low boiling point solvent includes dimethyl ether and diethyl ether. The amount of the dimethyl ether added is an amount that does not remain as a liquid when the space in which the low-boiling-point solvent is enclosed is maximized,
Wherein the vapor pressure of the low boiling point solvent the partition is pressed, Ru said liquid fuel is pushed out
Fuel cell system.
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