JP4824455B2 - 直接メタノール型燃料電池システム,および直接メタノール型燃料電池システムの運転方法 - Google Patents
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Description
また,アノード電極に残留する未反応燃料には,アノード電極における反応によって生成された二酸化炭素が含有される。アノード電極に残留する未反応燃料に含有される二酸化炭素は,膜−電極アセンブリに悪影響を及ぼすことがある。そして,現在多く用いられている高分子電解質膜の大分部分は,メタノールに浸される場合,非常に大きく膨脹する。よって,燃料として供給されるメタノール水溶液が,燃料電池本体に残されたまま,DMFCシステムが運転中止された場合,高分子電解質膜は,損傷を被って,再度DMFCシステムを運転した時,DMFCシステム性能が大きく低下されて,燃料電池の寿命を著しく短縮するという問題点がある。このような問題点を解決するために,従来の技術では,膜−電極アセンブリが腐食されたり,損傷されることを防止するために,燃料電池本体内に残された燃料を放出するか,消尽させる。しかしながら,この従来のDMFCシステムの運転方法では,メタノール濃度が1〜6モルの範囲であれば作動し,そうでなければ作動しないようになっている。よって,従来のDMFCシステムの運転方法では,燃料電池本体内に残留する上記範囲内の燃料によって,膜−電極アセンブリが腐食されたり,損傷されたりする可能性があるという問題点が依然として存在する。
図2は,本発明の第1実施形態に係るDMFCシステムを示すブロック図である。図2を参照すると,本実施形態のDMFCシステム100は,燃料電池本体110,混合タンク120,燃料供給装置130,燃料注入装置140,酸化剤供給装置150および制御装置160を含む。
図5は,本発明の第2実施形態に係るDMFCシステムを示すブロック図である。図5を参照すると,本実施形態のDMFCシステム100aは,燃料電池本体110,混合タンク120a,燃料供給装置130a,燃料注入装置140,酸化剤供給装置150,制御装置160a,タイマー166,スイッチング部168,停止ボタン164および電気貯蔵装置170を含む。
図8は,本発明の第3実施形態に係るDMFCシステムを示すブロック図である。図8を参照すると,本実施形態のDMFCシステム200は,燃料電池本体210,混合タンク220,燃料供給装置230,燃料注入装置240および制御装置250を含む。
110 燃料電池本体
120 混合タンク
130 燃料供給装置
140 燃料注入装置
150 酸化剤供給装置
160 制御装置
110a アノード
110b カソード
Claims (14)
- 電解質膜,前記電解質膜の両側面に配置されるアノード電極およびカソード電極から構成される少なくとも一つの膜−電極アセンブリを具備する燃料電池本体と;
前記燃料電池本体から排出される未反応燃料および水を回収し,混合燃料を貯蔵する混合タンクと;
前記混合タンクに,高濃度燃料を供給する燃料供給装置と;
前記混合タンクに貯蔵される前記混合燃料を,前記燃料電池本体に供給する燃料注入装置と;
直接メタノール型燃料電池システムを最終的に停止させるために入力される運転中止要求の信号に応答して,前記燃料供給装置を停止させ,前記混合燃料に含有される燃料の濃度が前記燃料電池本体に及ぶ悪影響を排除可能な基準濃度まで減少するまで,前記混合燃料が前記燃料電池本体の前記アノード電極側を経由して循環するように,前記燃料注入装置を作動させる制御装置と;
を含み,
前記燃料はメタノール水溶液であり,前記基準濃度は,前記混合燃料に含有される前記燃料の濃度を,0〜0.3モルとし,
前記混合燃料に含有される前記燃料の濃度が,前記基準濃度になるために必要な時間の間,作動するように設定されるタイマーをさらに備え,
前記タイマーは,前記作動を終了する時,前記燃料注入装置の作動を停止させ,
前記タイマーは,前記運転中止要求の信号に応答して作動するように,前記制御装置により制御されることを特徴とする,直接メタノール型燃料電池システム。 - 前記混合燃料の濃度を検出するための濃度センサーをさらに含むことを特徴とする,請求項1に記載の直接メタノール型燃料電池システム。
- 前記制御装置は,前記運転中止要求の信号として,前記直接メタノール型燃料電池システムまたは外部負荷に接続されるソフトスイッチ方式の停止ボタンによる信号を受信し,受信した前記運転中止要求の信号に応答して,前記直接メタノール型燃料電池システムの運転中止過程を遂行することを特徴とする,請求項1または2に記載の直接メタノール型燃料電池システム。
- 前記燃料電池本体は,複数の前記膜−電極アセンブリを電気的に直列接続するために,各々前記膜−電極アセンブリの両側面に配置され,流体流動のためのチャンネルを備えるセパレータをさらに具備することを特徴とする,請求項1〜3のいずれか1項に記載の直接メタノール型燃料電池システム。
- 前記燃料電池本体に酸化剤を供給する酸化剤供給装置をさらに含み,
前記制御装置は,前記燃料注入装置の停止時,または,前記燃料注入装置の停止後に,前記酸化剤供給装置の作動を停止させることを特徴とする,請求項1〜4のいずれか1項に記載の直接メタノール型燃料電池システム。 - 前記燃料電池本体は,前記カソード電極に接触する大気中の空気を酸化剤として利用する構造を具備することを特徴とする,請求項1〜4のいずれか1項に記載の直接メタノール型燃料電池システム。
- 前記燃料電池本体,前記燃料供給装置,前記燃料注入装置および前記制御装置に電気的に連結される電気貯蔵装置をさらに含むことを特徴とする,請求項1〜6のいずれか1項に記載の直接メタノール型燃料電池システム。
- 前記制御装置は,前記燃料電池本体から発生される電気を前記電気貯蔵装置に充電させることを特徴とする,請求項7に記載の直接メタノール型燃料電池システム。
- 前記燃料電池本体に接続される外部負荷を電気的に遮断し,前記電気貯蔵装置を前記燃料電池本体に電気的に接続させるスイッチング部をさらに含むことを特徴とする,請求項7または8に記載の直接メタノール型燃料電池システム。
- 燃料供給装置から供給される燃料と,燃料電池本体から排出される未反応燃料および水を混合貯蔵する混合タンク,および前記混合タンクに貯蔵される混合燃料を前記燃料電池本体に供給する燃料注入装置を具備する直接メタノール型燃料電池システムにおいて,
前記直接メタノール型燃料電池システムを最終的に停止させるための運転中止要求の信号を受信する段階と;
前記運転中止要求の信号に応答して,前記燃料供給装置を停止させて,前記混合燃料に含有される前記燃料の濃度が前記燃料電池本体に及ぶ悪影響を排除可能な基準濃度まで減少するまで,前記混合燃料が前記燃料電池本体のアノードを経由して循環するように,前記燃料注入装置を作動させる段階と;
を含み,
前記燃料はメタノール水溶液であり,前記基準濃度は,前記混合燃料に含有される前記燃料の濃度を,0〜0.3モルとし,
前記運転中止要求の信号を受信する段階に,前記混合燃料に含有される前記燃料の濃度が,前記基準濃度になるのに必要な時間間隔の間,作動するように設定され,前記作動終了の時,前記燃料注入装置の作動を停止させるためのタイマーを作動させる段階をさらに含み,
前記タイマーを作動させる段階は,前記運転中止要求の信号に応答して,前記タイマーが作動する段階を含むことを特徴とする,直接メタノール型燃料電池システムの運転方法。 - 前記燃料注入装置を作動させる段階の間において,前記混合燃料の濃度を検出する段階をさらに含むことを特徴とする,請求項10に記載の直接メタノール型燃料電池システムの運転方法。
- 前記運転中止要求の信号を受信する段階は,前記直接メタノール型燃料電池システムまたは外部負荷に接続されるソフトスイッチ方式の停止ボタンによる信号を受信する段階を含むことを特徴とする,請求項10または11に記載の直接メタノール型燃料電池システムの運転方法。
- 前記燃料注入装置を作動させる段階の間において,前記燃料電池本体から発生される電気を電気貯蔵装置に充電させる段階をさらに含むことを特徴とする,請求項10〜12のいずれか1項に記載の直接メタノール型燃料電池システムの運転方法。
- 前記燃料注入装置の停止時,または,前記燃料注入装置の停止後に,前記燃料電池本体に酸化剤を供給する酸化剤供給装置を停止させる段階をさらに含むことを特徴とする,請求項10〜13のいずれか1項に記載の直接メタノール型燃料電池システムの運転方法。
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