WO2010032674A1 - 燃料電池システム - Google Patents

燃料電池システム Download PDF

Info

Publication number
WO2010032674A1
WO2010032674A1 PCT/JP2009/065830 JP2009065830W WO2010032674A1 WO 2010032674 A1 WO2010032674 A1 WO 2010032674A1 JP 2009065830 W JP2009065830 W JP 2009065830W WO 2010032674 A1 WO2010032674 A1 WO 2010032674A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel
supply line
electrode assembly
membrane electrode
fuel supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2009/065830
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
行伯 赤本
英徳 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Publication of WO2010032674A1 publication Critical patent/WO2010032674A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04186—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04626—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04776—Pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformer, compressor, burner
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04955—Shut-off or shut-down of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system that can generate power even when a storage battery that drives a control means that stabilizes the power generation output of a membrane electrode assembly is consumed.
  • DMFC direct methanol fuel cell
  • DMFC includes a membrane electrode assembly in which a fuel electrode to which methanol is supplied, a proton conductive electrolyte membrane, and an air electrode (oxidant electrode) that takes in oxygen are stacked in this order.
  • the reaction of Formula (1) occurs at the fuel electrode, and methanol is oxidatively decomposed to generate carbon dioxide, protons, and electrons.
  • the reaction of the formula (2) occurs at the air electrode (oxidant electrode), and water is generated by oxygen, protons supplied from the fuel electrode through the electrolyte membrane, and electrons supplied from the fuel electrode through an external circuit. Generated.
  • the DMFC supplies power to the outside by electrons passing through this external circuit.
  • the active type DMFC is a DMFC in which fuel supply to the fuel electrode and air supply to the air electrode are forcibly performed using a pump, a fan, or the like.
  • the semi-passive type DMFC is a DMFC in which the fuel is supplied to the fuel electrode using a pump or the like, but the fuel is not circulated to the fuel tank and the air is supplied to the air electrode by diffusion.
  • the passive type DMFC is a DMFC in which both supply of fuel to the fuel electrode and supply of air to the air electrode are performed by diffusion.
  • the semi-passive type DMFC is preferable because it can be downsized because there are few auxiliary devices such as pumps and the supply of fuel to the fuel electrode is stable.
  • the DMFC is usually provided with a control means for stabilizing the power generation output at the membrane electrode assembly.
  • This control means for example, detects the power generation output of the membrane electrode assembly and controls the amount of fuel supplied to the fuel electrode of the membrane electrode assembly based on the detected output value, and operates with electric power. To do.
  • the DMFC is usually further provided with a built-in storage battery so that the control means can be operated when the membrane electrode assembly is not generating power.
  • the built-in storage battery is consumed by self-discharge or when power is consumed internally by the protection circuit, booster circuit, etc. in the DMFC. For this reason, if the period during which the DMFC is not used is long, the built-in storage battery may be consumed, and it may not be possible to supply power to the protection circuit or the control means, and the DMFC may not be activated.
  • the control means is operated by connecting an external power source to the DMFC.
  • the DMFC cannot be activated when there is no external power supply, such as when the DMFC is used outdoors.
  • Patent Document 1 JP-A-2004-311076 (Patent Document 1) is known as a prior art relating to a fuel cell system for supplying air to an air electrode when an air supply system to the air electrode of a DMFC is hindered. ing.
  • Patent Document 1 The fuel cell system disclosed in Patent Document 1 is a system using an active DMFC, and supplies air to the air electrode using the fuel electrode air compressor when the air electrode air compressor fails. Is. JP 2004-311076 A
  • the fuel cell system disclosed in Patent Document 1 is a system including means for supplying air to the air electrode when the air compressor for the air electrode fails, and the built-in storage battery is consumed and the DMFC cannot be started. It is not a system that makes DMFC startable.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a direct methanol fuel cell system capable of starting even when a built-in storage battery is consumed.
  • the inventors further provide a fuel supply system that supplies fuel to the membrane electrode assembly even when the built-in storage battery is exhausted. If provided, it was found that a direct methanol fuel cell system capable of starting even when the built-in storage battery is exhausted can be obtained, and the present invention has been completed.
  • the fuel cell system solves the above-described problems, and includes a fuel electrode, an air electrode, a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the air electrode, and a fuel.
  • the second fuel flow passage A manual pump which is provided, characterized in that and a second fuel supply line and a manual shut-off valve provided in the second fuel passage.
  • a fuel cell system solves the above problems, and includes a membrane electrode assembly having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the air electrode, A fuel storage section provided with a fuel storage section main body for storing fuel, and a pressurizing means for pressurizing the inside of the fuel storage section main body, and a control means for controlling fuel supply from the fuel storage section to the membrane electrode assembly
  • a storage battery that supplies electric power to the control means when the membrane electrode assembly is activated, a first fuel flow passage that supplies fuel from the fuel storage portion toward the membrane electrode assembly, and the first fuel
  • a first fuel supply line having an automatic pump provided in the flow passage and operated based on an instruction from the control means, and an automatic shut-off valve provided in the first fuel flow passage and operated based on an instruction from the control means And the fuel container And a second fuel supply line having a second fuel flow passage for supplying fuel toward the membrane electrode assembly and a manual shut-off valve provided in the second fuel flow passage.
  • the fuel cell system solves the above-described problems, and includes a membrane electrode assembly having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the air electrode, A fuel storage section provided with a fuel storage section main body for storing fuel, and a pressurizing means for pressurizing the inside of the fuel storage section main body, and a control means for controlling fuel supply from the fuel storage section to the membrane electrode assembly A storage battery for supplying electric power to the control means when the membrane electrode assembly is activated, a fuel flow passage for supplying fuel from the fuel storage portion toward the membrane electrode assembly, and the fuel flow passage.
  • An automatic pump that operates based on an instruction of the control means, and an auto-manual fuel supply line that is provided in the fuel flow path and has an automatic-manual shut-off valve that is operated based on an instruction of the control means or manually. Prepared And wherein the door.
  • the fuel cell system according to the present invention can be started even when the internal storage battery of the fuel cell system is exhausted.
  • FIG. 1st Embodiment of the fuel cell system which concerns on this invention Sectional drawing of the membrane electrode assembly used for the fuel cell system shown in FIG. Sectional drawing which shows a manual pump.
  • Fuel cell system 10 Fuel supply unit 20 Fuel cell (membrane electrode assembly, MEA) 21 Anode (fuel electrode) 22 Cathode (Air electrode) 23 Electrolyte membrane 25 Anode catalyst layer 26 Anode gas diffusion layer 27 Cathode catalyst layer 28 Cathode gas diffusion layer 29 Porous body 30 Fuel distribution mechanism 31 Fuel distribution part 32 Fuel inlet 33 Gap part 34 Fuel outlet 35 Narrow tube 36 Cover plate 37a, 37b O-ring 38 Anode space 39 Cathode space 41 Fuel storage section 42 Fuel storage section main body 45 Control means 46 Attaching / detaching section 50 First fuel supply line 51 First fuel flow path (fuel flow path) 52 Automatic pump 53 Automatic shut-off valve 55 Automatic-manual shut-off valve 60 Second fuel supply line 61 Second fuel flow passage 62, 62A Manual pump 63 Manual shut-off valve 63A Switching valve (manual shut-off valve) 70 automatic-manual fuel supply line 73 first inlet 74 second inlet 75 first outlet 76 second outlet 77 first
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention.
  • the fuel cell system 1 includes a membrane electrode assembly (MEA) 20 that generates power, a fuel supply unit 10 that supplies fuel to the membrane electrode assembly 20, a first booster circuit 93, a second booster circuit 94, an external An output terminal 95, a storage battery 91, and a control means (control circuit) 45 are provided.
  • MEA membrane electrode assembly
  • the fuel cell system 1 includes a membrane electrode assembly (MEA) 20 that generates power, a fuel supply unit 10 that supplies fuel to the membrane electrode assembly 20, a first booster circuit 93, a second booster circuit 94, an external An output terminal 95, a storage battery 91, and a control means (control circuit) 45 are provided.
  • MEA membrane electrode assembly
  • the membrane electrode assembly 20 uses fuel supplied from the fuel supply unit 10 and air (oxygen) supplied from an air intake hole (not shown) provided in the membrane electrode assembly 20. Generate electricity. The electricity generated by the membrane electrode assembly 20 is boosted by the first booster circuit 93 and the second booster circuit 94 and output from the external output terminal 95.
  • the storage battery 91 is connected to a line between the first booster circuit 93 and the second booster circuit 94 via the protection circuit 92, and supplies power to the fuel cell system 1 when the membrane electrode assembly 20 is not generating power. Supply.
  • Control means 45 controls the operating status in the fuel cell system 1. Specifically, the control means 45 controls the amount of fuel supplied from the fuel storage unit 41 to the fuel electrode 21 of the membrane electrode assembly 20 by the fuel supply unit 10, the operation of the first booster circuit 93 and the second booster circuit 94, and the like. To control.
  • Control by the fuel supply control unit 45 in the fuel supply unit 10 is that the control unit 45 controls operations such as operation / stop of the automatic pump 52 and opening / closing of the automatic shutoff valve 53 in the fuel supply unit 10. Is done.
  • FIG. 1 the transmission system of the control signal between the control means 45, the automatic pump 52, the automatic cutoff valve 53, the first booster circuit 93, and the second booster circuit 94 is indicated by a broken line.
  • the fuel cell system 1 is a so-called semi-passive type direct methanol fuel cell (DMFC) system.
  • DMFC direct methanol fuel cell
  • the semi-passive type DMFC only the fuel supply to the fuel electrode of the membrane electrode assembly 20 is forcibly performed by a pump or the like, and the air supply to the air electrode of the membrane electrode assembly 20 is a pump. It means DMFC in a form that is performed by diffusion without using.
  • active DMFCs and passive DMFCs are known as DMFCs other than the semi-passive type.
  • the active type DMFC is a DMFC in which both supply of fuel to the fuel electrode and supply of air to the air electrode are forcibly performed by a pump or the like.
  • the passive type DMFC is a DMFC in which fuel is supplied to the fuel electrode and air is supplied to the air electrode by diffusion without using a pump or the like.
  • the semi-passive type DMFC used in the present invention can be stably supplied with fuel and can be downsized. It is a form of DMFC.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the membrane electrode assembly 20 used in the fuel cell system 1 shown in FIG.
  • the membrane electrode assembly 20 is provided with a fuel electrode 21 and an air electrode 22 via an electrolyte membrane 23.
  • the fuel electrode 21 has a two-layer structure in which a sheet-like fuel electrode catalyst layer 25 and a fuel electrode gas diffusion layer 26 are laminated.
  • the air electrode 22 has a two-layer structure in which a sheet-like air electrode catalyst layer 27 and an air electrode gas diffusion layer 28 are laminated.
  • the membrane electrode assembly 20 is a multilayer stack in which the fuel electrode gas diffusion layer 26 / fuel electrode catalyst layer 25 / electrolyte membrane 23 / air electrode catalyst layer 27 / air electrode gas diffusion layer 28 are stacked in this order from the fuel electrode 21 side. It has a structure.
  • a cover plate 36 that protects the membrane electrode assembly 20 and maintains its shape is disposed on the outer surface of the air electrode gas diffusion layer 28 of the membrane electrode assembly 20.
  • the cover plate 36 is provided with an air hole (not shown) so that air can flow between the cover plate 36 and an air intake hole (not shown) provided in the housing containing the fuel cell system 1.
  • the fuel electrode catalyst layer 25 of the fuel electrode 21 and the air electrode catalyst layer 27 of the air electrode 22 are such that the catalyst is fixed to the electrolyte membrane 23 with an ion exchange resin or the like.
  • Examples of the catalyst used for the fuel electrode catalyst layer 25 and the air electrode catalyst layer 27 include simple elements of platinum group elements such as Pt, Ru, Rh, Ir, Os, and Pd, alloys containing these platinum group elements, and the like. Can be mentioned.
  • the electrolyte membrane 23 is an electrolyte membrane having proton (hydrogen ion) conductivity.
  • Examples of the proton conductive material constituting the electrolyte membrane 23 include organic materials having a sulfonic acid group and inorganic materials such as tungstic acid and phosphotungstic acid.
  • the membrane electrode assembly 20 is disposed such that the outer surface of the fuel electrode gas diffusion layer 26 faces the surface of the fuel distribution portion 31 of the fuel distribution mechanism 30.
  • An O-ring 37a is interposed between the fuel distributor 31 and the electrolyte membrane 23, and an anode space 38 is formed inside.
  • the fuel electrode gas diffusion layer 26 and the fuel electrode catalyst layer 25 are disposed.
  • an O-ring 37b is interposed between the electrolyte membrane 23 and the cover plate 36, and a cathode space 39 is formed inside.
  • An air electrode catalyst layer 27 and an air electrode gas diffusion layer 28 are disposed in the cathode space 39.
  • the fuel cell system 1 is disposed so that the cover plate 36 faces an air intake hole (not shown) of the housing in which the fuel cell system 1 of the display-side main body 3 is built.
  • a fuel distribution mechanism 30 is disposed on the fuel electrode 21 side of the membrane electrode assembly 20.
  • the fuel distribution mechanism 30 supplies the fuel sent from the fuel supply unit 10 to the fuel electrode 21 of the membrane electrode assembly 20.
  • the fuel distribution mechanism 30 includes a box-shaped fuel distribution unit 31.
  • the fuel distributor 31 includes a gap 33 for containing fuel therein, a fuel inlet 32 for injecting fuel into the gap 33, and a fuel outlet 34 for discharging the fuel in the gap 33 to the outside.
  • the fuel supply unit 10 includes the membrane electrode assembly 20 from the junction of the fuel accommodating portion 41, the first fuel supply line 50, the second fuel supply line 60, and the first fuel supply line 50 and the second fuel supply line 60. And a final supply line 81 for supplying fuel to the vehicle.
  • the fuel storage unit 41 is a tank that can store fuel therein.
  • Examples of the fuel stored in the fuel storage unit 41 include methanol fuel such as pure methanol and methanol aqueous solution, ethanol fuel such as pure ethanol and ethanol aqueous solution, propanol fuel such as propanol aqueous solution and pure propanol, aqueous glycol solution and pure glycol, and the like.
  • the first fuel supply line 50 includes a first fuel flow passage 51, an automatic pump 52, and an automatic shutoff valve 53.
  • the first fuel flow path 51 is a flow path for supplying fuel from the fuel storage portion 41 toward the membrane electrode assembly 20.
  • the end of the first fuel flow passage 51 on the membrane electrode assembly 20 side is connected to the second fuel flow passage 61 of the second fuel supply line 60.
  • the fuel in the first fuel flow passage 51 is supplied to the membrane electrode assembly 20 via the final supply line 81.
  • the final supply line 81 is connected to the fuel inlet 32 of the fuel distribution mechanism 30, and the fuel in the final supply line 81 passes through the fuel distribution mechanism 30 to the fuel electrode 21 of the membrane electrode assembly 20. Supplied.
  • a plastic hose, a rubber hose, a metal hose, or the like is used as the first fuel flow passage 51 and the final supply line 81.
  • the automatic pump 52 is provided in the first fuel flow passage 51 and automatically operates and stops based on an instruction from the control means 45.
  • a known pump capable of feeding a liquid such as an electroosmotic flow pump or a diaphragm pump, is used.
  • the automatic pump 52 preferably has an output that changes stepwise or continuously.
  • the automatic shutoff valve 53 is provided in the first fuel flow passage 51 and automatically opens and closes the valve based on an instruction from the control means 45.
  • As the automatic shutoff valve 53 a known shutoff valve capable of adjusting the liquid flow rate is used.
  • the first fuel supply line 50 has an automatic pump 52 and an automatic shut-off valve 53 controlled by the control means 45. For this reason, the first fuel supply line 50 supplies fuel only when electric power is supplied and the control means 45 operates.
  • the state in which the electric power is supplied and the control means 45 operates is, for example, a power generation state in which the membrane electrode assembly 20 is generating power, or the storage battery 91 has sufficient power even if the membrane electrode assembly 20 is not generating power. It means the normal startup state that can be supplied. Note that the first fuel supply line 50 does not supply fuel because the control means 45 does not operate in an emergency when the membrane electrode assembly 20 does not generate power and the storage battery 91 cannot sufficiently supply power.
  • the second fuel supply line 60 includes a second fuel flow passage 61, a manual pump 62, and a manual shutoff valve 63.
  • the second fuel flow path 61 is a flow path for supplying fuel from the fuel storage portion 41 toward the membrane electrode assembly 20.
  • the end of the second fuel flow passage 61 on the membrane electrode assembly 20 side is connected to the first fuel flow passage 51 of the first fuel supply line 50.
  • the fuel in the second fuel flow path 61 is supplied to the membrane electrode assembly 20 via the final supply line 81.
  • the second fuel flow passage 61 for example, a plastic hose, a rubber hose, a metal hose, or the like is used.
  • the manual pump 62 is provided in the second fuel flow passage 61 and is manually operated.
  • a manual pump 62A as shown in FIG. 3 is used as the manual pump 62.
  • a manual pump 62A shown in FIG. 3 is provided in the cylinder 101, a piston 111 including a slider 112 that slides in the cylinder 101, and connected to the slider 112 via a spring 106. And a valve body 105.
  • the cylinder 101 is provided with a suction port 102 and a check valve 107 that opens and closes the suction port 102.
  • the check valve 107 includes a hole 107a and a ball 107b that closes the hole 107a.
  • the piston 111 is provided with a discharge port 109 and a check valve 108 that opens and closes the discharge port 109.
  • the check valve 108 includes a hole 108a and a ball 108b that closes the hole 108a.
  • the manual pump 62A slides the piston 111 to discharge the fuel from the suction port 102 through the suction / discharge port 109.
  • the manual shutoff valve 63 is provided in the second fuel flow passage 61.
  • a known shutoff valve capable of adjusting the liquid flow rate is used as the manual shutoff valve 63.
  • the second fuel supply line 60 has a manual pump 62 and a manual shutoff valve 63 that are not controlled by the control means 45. For this reason, the second fuel supply line 60 manually operates the manual pump 62 even in an emergency when the power for operating the control means 45 is not supplied and the first fuel supply line 50 cannot supply the fuel, and the manual shut-off is performed.
  • the fuel can be supplied by opening the valve 63.
  • the control means 45 operates normally. Operate. In this case, the fuel is automatically supplied from the fuel storage portion 41 to the membrane electrode assembly 20 using the first fuel supply line 50 controlled by the control means 45.
  • the control means 45 does not operate normally, so fuel supply using the first fuel supply line 50 is not performed.
  • the manual pump 62 of the second fuel supply line 60 is manually operated and the manual shut-off valve 63 is opened, the fuel is supplied from the fuel storage unit 41 to the membrane electrode assembly 20 using the second fuel supply line 60.
  • the membrane electrode assembly 20 can generate power.
  • control means 45 to which power is supplied operates normally, so that the manual fuel supply by the second fuel supply line 60 is appropriately stopped, It is preferable to switch to automatic fuel supply by one fuel supply line 50.
  • the membrane electrode assembly 20 can be generated by manually operating the second fuel supply line 60 even in an emergency in which the control means 45 cannot operate normally due to insufficient power of the storage battery 91. .
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a fuel supply unit 10A used in the second embodiment of the fuel cell system according to the present invention.
  • the second embodiment of the fuel cell system is different from the first embodiment of the fuel cell system shown in FIG. 1 in that a fuel supply unit 10A is used instead of the fuel supply unit 10, and other configurations are the same. is there. For this reason, FIG. 4 shows only the fuel supply unit 10A.
  • the fuel supply unit 10A used in the second embodiment of the fuel cell system functions as a manual cutoff valve instead of the manual cutoff valve 63, as compared with the fuel supply unit 10 used in the first embodiment of the fuel cell system.
  • the configuration is the same except that the switching valve 63A is used and a feedback line 83 that connects the outlet of the switching valve 63A and the fuel storage portion 41 is further provided.
  • the switching valve 63A is an embodiment of a manual cutoff valve.
  • the switching valve 63 ⁇ / b> A is provided at the end of the second fuel flow path 61 on the membrane electrode assembly 20 side and the end of the first fuel flow path 51 of the first fuel supply line 50 on the membrane electrode assembly 20 side. Connected to. That is, the switching valve 63 ⁇ / b> A is provided at a junction of the first fuel supply line 50 and the second fuel supply line 60 on the membrane electrode assembly 20 side.
  • the switching valve 63A includes a housing (not shown) and a flow path switching member that is rotatably provided in the housing and has two independent flow paths (a first flow path 77 and a second flow path 78).
  • the switching valve 63A outputs two systems with respect to two systems.
  • the first flow path 77 means a flow path connected to the first fuel supply line 50
  • the second flow path 78 means a flow path connected to the second fuel supply line 60.
  • the housing of the switching valve 63A is provided with a first inlet 73, a second inlet 74, a first outlet 75, and a second outlet 76.
  • the first fuel flow path 51 of the first fuel supply line 50 is connected to the first inlet 73
  • the second fuel flow path 61 of the second fuel supply line 60 is connected to the second inlet 74.
  • the flow path switching member provided in the housing is capable of selecting two flow path states by rotating in the housing. Specifically, the flow path switching member rotates in the housing so that the first flow path 77 communicates between the first inlet 73 and the first outlet 75 and the second flow path 78 is the second inlet 74.
  • a flow path state (first flow path state) communicating between the second outlets 76, or the first flow path 77 communicates between the first inlet 73 and the second outlet 76 and the second flow path 78 is Any one of the flow channel states (second flow channel state) communicating between the two inlets 74 and the first outlet 75 can be selected.
  • the switching valve 63A communicates one of the first fuel supply line 50 and the second fuel supply line 60 to the first outlet 75 and the other system to the second outlet 76. It is configured as follows.
  • a final supply line 81 is connected to the first outlet 75 of the switching valve 63A.
  • the final supply line 81 supplies the fuel supplied from the first fuel supply line 50 or the second fuel supply line 60 to the membrane electrode assembly 20.
  • the second outlet 76 of the switching valve 63A is provided with a feedback line 83 that allows the switching valve 63A and the fuel storage unit 41 to communicate with each other.
  • the return line 83 returns the fuel supplied from the first fuel supply line 50 or the second fuel supply line 60 to the fuel storage unit 41. The fuel returned to the fuel storage unit 41 is reused.
  • FIG. 5 is a diagram showing the operation of the fuel supply unit 10A used in the second embodiment of the fuel cell system.
  • the control means 45 operates normally. Operate.
  • the flow path state of the switching valve 63A as the manual shutoff valve is such that the first flow path 77 connects between the first inlet 73 and the first outlet 75 to supply the first fuel.
  • the line 50 communicates with the first outlet 75, and the second flow path 78 connects the second inlet 74 and the second outlet 76 to communicate the second fuel supply line 60 and the second outlet 76.
  • State first flow path state).
  • the fuel is automatically supplied from the fuel storage unit 41 to the membrane electrode assembly 20 using the first fuel supply line 50 and the final supply line 81 controlled by the control means 45.
  • the control means 45 does not operate normally, so fuel supply using the first fuel supply line 50 is not performed.
  • the flow path state of the switching valve 63A is such that the first flow path 77 connects between the first inlet 73 and the second outlet 76 so that the first fuel supply line 50 and the second outlet 76 are connected.
  • the second flow path 78 connects the second inlet 74 and the first outlet 75 so as to communicate the second fuel supply line 60 and the first outlet 75 (second flow path). State).
  • the fuel is transferred from the fuel container 41 to the membrane electrode assembly 20 using the second fuel supply line 60 and the final supply line 81. Power is supplied to the membrane electrode assembly 20.
  • the control means 45 to which power is supplied operates normally. Therefore, the flow path state of the switching valve 63A is appropriately changed to the second state shown in FIG. It is preferable to switch from the flow path state to the first flow path state shown in FIG. 4 and switch to automatic fuel supply by the first fuel supply line 50.
  • the liquid is fed to the membrane electrode assembly 20 by using the switching valve 63A.
  • the first fuel supply line 50 and the second fuel supply line 60 can be easily selected or switched.
  • the feedback line 83 connected to the switching valve 63 ⁇ / b> A the excessively supplied fuel can be returned to the fuel storage unit 41.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a fuel supply unit 10B used in the third embodiment of the fuel cell system according to the present invention.
  • the third embodiment of the fuel cell system is different from the first embodiment of the fuel cell system shown in FIG. 1 in that a fuel supply unit 10B is used instead of the fuel supply unit 10, and other configurations are the same. is there. For this reason, FIG. 6 shows only the fuel supply unit 10B.
  • the fuel supply unit 10B used in the third embodiment of the fuel cell system uses a fuel storage unit 41A instead of the fuel storage unit 41.
  • the configuration is the same except that the manual pump 62 is not provided.
  • the fuel storage section 41A includes a fuel storage section main body 42 that stores fuel, and a pressurizing means 87 that pressurizes the inside of the fuel storage section main body 42 through a hole (not shown) that communicates the inside and outside of the fuel storage section main body 42. Is.
  • a manual pump made of a flexible material can be used as the pressurizing means 87.
  • the manual pump made of a flexible material include a bellows pump made of polyolefin such as polypropylene.
  • the control means 45 operates normally. Operate. In this case, the fuel is automatically supplied from the fuel storage portion 41 ⁇ / b> A to the membrane electrode assembly 20 using the first fuel supply line 50 controlled by the control means 45.
  • the control means 45 does not operate normally, so fuel supply using the first fuel supply line 50 is not performed.
  • the inside of the fuel storage unit main body 42 of the fuel storage unit 41A is manually pressurized using the pressurizing means 87 and the manual shutoff valve 63 of the second fuel supply line 60 is opened, the fuel is supplied to the second fuel supply line 60. Is supplied from the fuel storage portion 41A to the membrane electrode assembly 20, and the membrane electrode assembly 20 can generate power.
  • control means 45 to which power is supplied operates normally, so that the manual fuel supply by the second fuel supply line 60 is appropriately stopped, It is preferable to switch to automatic fuel supply by one fuel supply line 50.
  • the use of the fuel storage portion 41A including the pressurizing means 87 allows the first Since it is not necessary to provide the manual pump 62 in the two fuel supply lines 60, the second fuel supply line 60 can be simplified.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a fuel supply unit 10C used in the fourth embodiment of the fuel cell system according to the present invention.
  • the fourth embodiment of the fuel cell system is different from the first embodiment of the fuel cell system shown in FIG. 1 in that a fuel supply unit 10C is used instead of the fuel supply unit 10, and other configurations are the same. is there. For this reason, FIG. 7 shows only the fuel supply unit 10C.
  • the fuel supply unit 10C used in the fourth embodiment of the fuel cell system uses a fuel storage unit 41A instead of the fuel storage unit 41, as compared with the fuel supply unit 10A used in the second embodiment of the fuel cell system.
  • the configuration is the same except that the automatic pump 52 and the manual pump 62 are not provided, and the feedback line 83 is not provided.
  • the fuel container 41A used in the present embodiment is the same as the fuel container 41A used in the fuel supply unit 10B constituting the third embodiment of the fuel cell system.
  • the second outlet 76 of the switching valve 63A is provided with a closing portion 79 that closes the second outlet 76.
  • Examples of the closing portion 79 include a blind cap that closes the second outlet 76.
  • FIG. 8 is a diagram showing the operation of the fuel supply unit 10C used in the fourth embodiment of the fuel cell system.
  • the control means 45 operates normally. Operate.
  • the flow path state of the switching valve 63A as the manual shutoff valve is such that the first flow path 77 connects between the first inlet 73 and the first outlet 75 to supply the first fuel.
  • the line 50 communicates with the first outlet 75, and the second flow path 78 connects the second inlet 74 and the second outlet 76 to communicate the second fuel supply line 60 and the second outlet 76.
  • State first flow path state).
  • the fuel is supplied from the fuel storage portion 41A to the membrane electrode assembly 20 using the first fuel supply line 50 and the final supply line 81. Automatically supplied.
  • the control means 45 controls only the open / close state of the automatic shutoff valve 53.
  • the fuel Since the inside of the fuel storage portion 41A is pressurized by the pressurizing means 87, the fuel is switched from the fuel storage portion 41A to the switching valve using both the first fuel supply line 50 and the second fuel supply line 60. Automatically supplied up to 63A. However, since the fuel supplied from the second fuel supply line 60 to the switching valve 63A is guided to the second outlet 76 side where the blocking portion 79 is provided via the second flow path 78, the switching valve 63A It is not discharged and fuel is not wasted.
  • the control means 45 does not operate normally, so that fuel supply using the first fuel supply line 50 is not performed.
  • the flow path state of the switching valve 63A is such that the first flow path 77 connects between the first inlet 73 and the second outlet 76 so that the first fuel supply line 50 and the second outlet 76 are connected.
  • the second flow path 78 connects the second inlet 74 and the first outlet 75 so as to communicate the second fuel supply line 60 and the first outlet 75 (second flow path). State).
  • the fuel is supplied from the fuel storage portion 41A to the membrane electrode assembly 20 using the second fuel supply line 60 and the final supply line 81.
  • the membrane electrode assembly 20 can generate power.
  • the control means 45 supplied with electric power normally operates after the membrane electrode assembly 20 starts generating power
  • the flow path state of the switching valve 63A is appropriately changed to the second state shown in FIG. It is preferable to switch from the flow path state to the first flow path state shown in FIG. 7 and switch to automatic fuel supply by the first fuel supply line 50.
  • the liquid is fed to the membrane electrode assembly 20 by using the switching valve 63 ⁇ / b> A.
  • the first fuel supply line 50 and the second fuel supply line 60 can be easily selected or switched.
  • the automatic pump 52 is not provided in the 1st fuel supply line 50, an apparatus structure can be simplified.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a fuel supply unit 10D used in the fifth embodiment of the fuel cell system according to the present invention.
  • the fifth embodiment of the fuel cell system is different from the first embodiment of the fuel cell system shown in FIG. 1 in that a fuel supply unit 10D is used instead of the fuel supply unit 10, and other configurations are the same. is there. For this reason, FIG. 9 shows only the fuel supply unit 10D.
  • the fuel supply unit 10D used in the fifth embodiment of the fuel cell system uses a fuel storage portion 41B instead of the fuel storage portion 41A, as compared with the fuel supply unit 10B used in the third embodiment of the fuel cell system.
  • the configuration is the same except for the points described above.
  • the fuel accommodating portion 41B includes a fuel accommodating portion main body 42 that is provided with a hole portion that accommodates fuel and communicates inside and outside, an attachment / detachment portion 46 that is fixed to the hole portion and that can attach / detach the pressurizing means 87, and an attachment / detachment portion. Pressure means 87 detachably fixed to 46.
  • attachment / detachment unit 46 examples include a pipe.
  • the material of the detachable part 46 is not particularly limited.
  • the operation of the fifth embodiment of the fuel cell system provided with the fuel supply unit 10D is the same as that of the third embodiment of the fuel cell system provided with the fuel supply unit 10B, and thus the description thereof is omitted.
  • the fuel storage unit 41B including the pressurizing unit 87 is used to Since it is not necessary to provide the manual pump 62 in the two fuel supply lines 60, the second fuel supply line 60 can be simplified. Further, since the pressurizing means 87 of the fuel storage portion 41B is detachable, the space for the bulky pressurizing means 87 such as a bellows type pump can be reduced.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a fuel supply unit 10D used in the sixth embodiment of the fuel cell system according to the present invention.
  • the sixth embodiment of the fuel cell system is different from the first embodiment of the fuel cell system shown in FIG. 1 in that a fuel supply unit 10E is used instead of the fuel supply unit 10, and other configurations are the same. is there. For this reason, only the fuel supply unit 10E is shown in FIG.
  • the fuel supply unit 10E used in the sixth embodiment of the fuel cell system does not include the second fuel supply line 60 as compared with the fuel supply unit 10D used in the fifth embodiment of the fuel cell system, and A similar configuration is provided except that an auto-manual fuel supply line 70 is provided instead of the one fuel supply line 50.
  • the auto-manual fuel supply line 70 includes a fuel flow passage 51, an automatic pump 52, and an auto-manual shut-off valve 55. That is, the automatic-manual fuel supply line 70 is an automatic-manual cutoff valve in the first fuel supply line 50 of the fuel supply unit 10D used in the fifth embodiment of the fuel cell system shown in FIG. This is a replacement for 55.
  • the automatic-manual shutoff valve 55 is provided in the fuel flow passage 51, and opens or closes the valve automatically or manually based on an instruction from the control means 45.
  • As the automatic-manual shut-off valve 55 a known shut-off valve capable of adjusting the liquid flow rate is used.
  • the auto-manual fuel supply line 70 has an automatic pump 52 controlled by the control means 45 and an auto-manual shut-off valve 55 controlled automatically or manually by the control means 45.
  • the control means 45 operates normally. Operate. In this case, the automatic pump 52 controlled by the control means 45 automatically operates / stops, and the auto-manual shut-off valve 55 controlled by the control means 45 automatically opens / closes the valves. Thereby, the fuel is automatically supplied from the fuel storage part 41B to the membrane electrode assembly 20.
  • the control means 45 does not operate normally and the automatic pump 52 does not operate, so fuel is automatically supplied. There is nothing.
  • the fuel is supplied from the fuel container 41B to the membrane electrode assembly by pressurizing the inside of the fuel container body 42 of the fuel container 41B using the pressurizing means 87 and manually opening the automatic-manual shut-off valve 55. 20, power generation of the membrane electrode assembly 20 becomes possible.
  • control means 45 to which power is supplied operates normally after the membrane electrode assembly 20 starts to generate power, the automatic fuel supply using the automatic pump 52 and the automatic-manual shut-off valve 55 is appropriately performed. It is preferable to switch to supply.
  • the fuel storage unit 41B including the pressurizing means 87 and the automatic-manual cutoff valve One automatic-manual fuel supply line 70 using 55 enables automatic or manual fuel supply.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

　本発明に係る燃料電池システム１は、膜電極接合体２０と、燃料収容部４１と、燃料収容部４１から膜電極接合体２０への燃料供給を制御する制御手段４５と、膜電極接合体２０の起動時に制御手段４５に電力を供給する蓄電池９１と、燃料収容部４１から膜電極接合体２０に向けて燃料を供給する第１の燃料流通路５１、制御手段４５の指示に基づき稼働する自動ポンプ５２および制御手段４５の指示に基づき稼働する自動遮断バルブ５３を有する第１燃料供給ライン５０と、燃料収容部４１から膜電極接合体２０に向けて燃料を供給する第２の燃料流通路６１、手動ポンプ６２および手動遮断バルブ６３を有する第２燃料供給ライン６０と、を備える。

Description

燃料電池システム
　本発明は燃料電池システムに関し、詳しくは、膜電極接合体の発電出力を安定させる制御手段を駆動する蓄電池が消耗した場合でも、発電が可能な燃料電池システムに関する。
　近年、電子技術の進歩により、電子機器の小型化、高性能化、ポータブル化が進んでいる。また、携帯用電子機器においては、使用される電池の高エネルギー密度化への要求が高まっている。このため、軽量で小型でありながら高容量の二次電池が要求されている。
　このような状況のもと、小型の燃料電池システムが注目を集めている。特に、メタノールを燃料として用いた直接メタノール型燃料電池システム（ＤＭＦＣ：direct methanol fuel cell）は、エネルギー密度の高いメタノールを酸化分解して電流を直接取り出すことができるため、メタノール改質型燃料電池システムのように有機燃料から水素を作り出す改質器が不要である。このため、ＤＭＦＣは、出力密度を高くするとともに小型化することが可能であり、携帯機器用の電源として有望視されている。
　ＤＭＦＣは、メタノールが供給される燃料極と、プロトン伝導性の電解質膜と、酸素を取り込む空気極（酸化剤極）とがこの順番に積層された膜電極接合体を備える。
　ＤＭＦＣでは、燃料極において式（１）の反応が生じ、メタノールが酸化分解され、二酸化炭素、プロトンおよび電子が生成される。一方、空気極（酸化剤極）においては式（２）の反応が生じ、酸素と、燃料極から電解質膜を経て供給されるプロトンと、燃料極から外部回路を通じて供給される電子とによって水が生成される。ＤＭＦＣは、この外部回路を通る電子によって電力を外部に供給する。  
　　［化１］
　　燃料極：ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ－　　　　（１）
　　［化２］
　　空気極：６Ｈ＋＋（３／２）Ｏ２＋６ｅ－→３Ｈ２Ｏ　　　　（２）
　ＤＭＦＣには、燃料極への燃料の供給および空気極への空気（酸素）の供給の仕方によりアクティブ型、セミパッシブ型およびパッシブ型の三形態のＤＭＦＣがある。
　アクティブ型のＤＭＦＣとは、燃料極への燃料の供給や空気極への空気の供給をポンプ、ファン等を用いて強制的に行う形態のＤＭＦＣである。セミパッシブ型のＤＭＦＣとは、燃料極への燃料の供給をポンプ等を用いて行うが燃料を燃料タンクには循環させず、かつ空気極への空気の供給を拡散で行う形態のＤＭＦＣである。パッシブ型のＤＭＦＣとは、燃料極への燃料の供給および空気極への空気の供給を共に拡散で行う形態のＤＭＦＣである。
　これらのＤＭＦＣのうち、セミパッシブ型のＤＭＦＣは、ポンプ等の補器が少ないため小型化が可能であり、かつ燃料極への燃料の供給が安定しているため好ましい。
　ところで、ＤＭＦＣには、通常、膜電極接合体での発電出力を安定させるための制御手段が設けられる。この制御手段は、たとえば、膜電極接合体の発電出力を検知し、この検知した出力値に基づいて膜電極接合体の燃料極に供給する燃料量の制御等を行うものであり、電力で動作する。このため、ＤＭＦＣには、通常、膜電極接合体が発電していない場合に制御手段を動作させることができるようにさらに内蔵蓄電池が設けられている。
　しかし、内蔵蓄電池は、自己放電したり、ＤＭＦＣ内の保護回路、昇圧回路等で電力が内部消費されたりすることにより消耗する。このため、ＤＭＦＣを使用しない期間が長いと、内蔵蓄電池が消耗して保護回路や制御手段に電力を供給することができなくなりＤＭＦＣを起動できなくなる場合がある。
　これに対し、従来、内蔵蓄電池が消耗した場合に、ＤＭＦＣに外部電源を接続して制御手段を動作させることが行われてきた。しかし、ＤＭＦＣを屋外で使用する場合等のように外部電源がない場合には、ＤＭＦＣの起動ができないという問題があった。
　なお、ＤＭＦＣの空気極への空気供給系に支障を来たしたときに空気極に空気を供給する燃料電池システムに関する従来技術としては、特開２００４－３１１０７６号公報（特許文献１）が知られている。
　特許文献１に開示された燃料電池システムは、アクティブ型のＤＭＦＣを用いたシステムであり、空気極用のエアコンプレッサが故障したときに燃料極用のエアコンプレッサを用いて空気極に空気を供給するものである。
特開２００４－３１１０７６号公報
　特許文献１に開示された燃料電池システムは、空気極用のエアコンプレッサが故障したときに空気極に空気を供給する手段を備えたシステムであり、内蔵蓄電池が消耗してＤＭＦＣの起動ができない場合にＤＭＦＣを起動可能にするシステムではない。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、内蔵蓄電池が消耗した場合でも起動が可能な直接メタノール型燃料電池システムを提供することを目的とする。
　本発明者らは、制御手段の指示に基づき膜電極接合体へ燃料を供給する通常の燃料供給系統に加え、内蔵蓄電池が消耗した場合でも膜電極接合体へ燃料を供給する燃料供給系統をさらに設ければ、内蔵蓄電池が消耗した場合でも起動が可能な直接メタノール型燃料電池システムが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
　本発明に係る燃料電池システムは、上記問題点を解決するものであり、燃料極と、空気極と、前記燃料極および空気極に挟持された電解質膜とを有する膜電極接合体と、燃料を収容する燃料収容部と、前記燃料収容部から膜電極接合体への燃料供給を制御する制御手段と、前記膜電極接合体の起動時に前記制御手段に電力を供給する蓄電池と、前記燃料収容部から膜電極接合体に向けて燃料を供給する第１の燃料流通路と、前記第１の燃料流通路に設けられ、前記制御手段の指示に基づき稼働する自動ポンプと、前記第１の燃料流通路に設けられ、前記制御手段の指示に基づき稼働する自動遮断バルブとを有する第１燃料供給ラインと、前記燃料収容部から膜電極接合体に向けて燃料を供給する第２の燃料流通路と、前記第２の燃料流通路に設けられる手動ポンプと、前記第２の燃料流通路に設けられる手動遮断バルブとを有する第２燃料供給ラインと、を備えたことを特徴とする。
　また、本発明に係る燃料電池システムは、上記問題点を解決するものであり、燃料極と、空気極と、前記燃料極および空気極に挟持された電解質膜とを有する膜電極接合体と、燃料を収容する燃料収容部本体と、この燃料収容部本体の内部を加圧する加圧手段とを備えた燃料収容部と、前記燃料収容部から膜電極接合体への燃料供給を制御する制御手段と、前記膜電極接合体の起動時に前記制御手段に電力を供給する蓄電池と、前記燃料収容部から膜電極接合体に向けて燃料を供給する第１の燃料流通路と、前記第１の燃料流通路に設けられ、前記制御手段の指示に基づき稼働する自動ポンプと、前記第１の燃料流通路に設けられ、前記制御手段の指示に基づき稼働する自動遮断バルブとを有する第１燃料供給ラインと、前記燃料収容部から膜電極接合体に向けて燃料を供給する第２の燃料流通路と、前記第２の燃料流通路に設けられる手動遮断バルブとを有する第２燃料供給ラインと、を備えたことを特徴とする。
　さらに、本発明に係る燃料電池システムは、上記問題点を解決するものであり、燃料極と、空気極と、前記燃料極および空気極に挟持された電解質膜とを有する膜電極接合体と、燃料を収容する燃料収容部本体と、この燃料収容部本体の内部を加圧する加圧手段とを備えた燃料収容部と、前記燃料収容部から膜電極接合体への燃料供給を制御する制御手段と、前記膜電極接合体の起動時に前記制御手段に電力を供給する蓄電池と、前記燃料収容部から膜電極接合体に向けて燃料を供給する燃料流通路と、前記燃料流通路に設けられ、前記制御手段の指示に基づき稼働する自動ポンプと、前記燃料流通路に設けられ、前記制御手段の指示に基づきまたは手動で稼働する自動－手動遮断バルブとを有する自動－手動燃料供給ラインと、を備えたことを特徴とする。
　本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池システムの内蔵蓄電池が消耗した場合でも起動が可能になる。
本発明に係る燃料電池システムの第１実施形態の構成を示す図。 図１に示す燃料電池システムに用いられる膜電極接合体の断面図。 手動ポンプを示す断面図。 本発明に係る燃料電池システムの第２実施形態に用いられる燃料供給ユニットの構成を示す図。 本発明に係る燃料電池システムの第２実施形態に用いられる燃料供給ユニットの作用を示す図。 本発明に係る燃料電池システムの第３実施形態に用いられる燃料供給ユニットの構成を示す図。 本発明に係る燃料電池システムの第４実施形態に用いられる燃料供給ユニットの構成を示す図。 本発明に係る燃料電池システムの第４実施形態に用いられる燃料供給ユニットの作用を示す図。 本発明に係る燃料電池システムの第５実施形態に用いられる燃料供給ユニットの構成を示す図。 本発明に係る燃料電池システムの第６実施形態に用いられる燃料供給ユニットの構成を示す図。
１　燃料電池システム
１０　燃料供給ユニット
２０　燃料電池セル（膜電極接合体、ＭＥＡ）
２１　アノード（燃料極）
２２　カソード（空気極）
２３　電解質膜
２５　アノード触媒層
２６　アノードガス拡散層
２７　カソード触媒層
２８　カソードガス拡散層
２９　多孔体
３０　燃料分配機構
３１　燃料分配部
３２　燃料注入口
３３　空隙部
３４　燃料排出口
３５　細管
３６　カバープレート
３７ａ、３７ｂ　Ｏリング
３８　アノード空間
３９　カソード空間
４１　燃料収容部
４２　燃料収容部本体
４５　制御手段
４６　着脱部
５０　第１燃料供給ライン
５１　第１の燃料流通路（燃料流通路）
５２　自動ポンプ
５３　自動遮断バルブ
５５　自動－手動遮断バルブ
６０　第２燃料供給ライン
６１　第２の燃料流通路
６２、６２Ａ　手動ポンプ
６３　手動遮断バルブ
６３Ａ　切替弁（手動遮断バルブ）
７０　自動－手動燃料供給ライン
７３　第１入口
７４　第２入口
７５　第１出口
７６　第２出口
７７　第１流路
７８　第２流路
７９　閉塞部
８１　最終供給ライン
８３　帰還ライン
８７　加圧手段
９０　燃料供給ユニット
９１　蓄電池
９２　保護回路
９３　第１昇圧回路
９４　第２昇圧回路
９５　外部出力端子
１０１　シリンダ
１０２　吸込口
１０５　弁体
１０６　バネ
１０７、１０８　逆止弁
１０７ａ、１０８ａ　孔部
１０７ｂ、１０８ｂ　ボール
１０９　排出口
１１１　ピストン
１１２　摺動子
［第１実施形態］
　本発明に係る燃料電池システムの第１実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る燃料電池システムの第１実施形態の構成を示す図である。
　燃料電池システム１は、発電を行う膜電極接合体（ＭＥＡ）２０と、膜電極接合体２０に燃料を供給する燃料供給ユニット１０と、第１昇圧回路９３と、第２昇圧回路９４と、外部出力端子９５と、蓄電池９１と、制御手段（制御回路）４５とを備える。
　燃料電池システム１では、膜電極接合体２０が、燃料供給ユニット１０から供給された燃料と、膜電極接合体２０に設けられた図示しない空気取り入れ孔から供給された空気（酸素）とを用いて発電する。膜電極接合体２０で発電された電気は、第１昇圧回路９３および第２昇圧回路９４で昇圧され、外部出力端子９５から出力される。
　蓄電池９１は、保護回路９２を介して第１昇圧回路９３－第２昇圧回路９４間のラインに接続され、膜電極接合体２０が発電していない起動時等に燃料電池システム１内に電力を供給する。
　制御手段４５は、燃料電池システム１内の稼働状況を制御する。具体的には、制御手段４５は、燃料供給ユニット１０による燃料収容部４１から膜電極接合体２０の燃料極２１への燃料供給量や、第１昇圧回路９３および第２昇圧回路９４の動作等を制御する。
　燃料供給ユニット１０での燃料供給の制御手段４５による制御は、制御手段４５が、燃料供給ユニット１０中の自動ポンプ５２の稼働－停止や自動遮断バルブ５３の開放－閉塞等の動作を制御することにより行われる。図１中、制御手段４５と、自動ポンプ５２、自動遮断バルブ５３、第１昇圧回路９３および第２昇圧回路９４との間の制御信号の伝送系統を破線で示す。
　燃料電池システム１は、いわゆるセミパッシブ型の直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）のシステムである。ここで、セミパッシブ型のＤＭＦＣとは、膜電極接合体２０の燃料極への燃料の供給のみがポンプ等で強制的に行われ、膜電極接合体２０の空気極への空気の供給がポンプ等を用いず拡散で行われる形態のＤＭＦＣを意味する。
　なお、セミパッシブ型以外のＤＭＦＣとしては、アクティブ型のＤＭＦＣや、パッシブ型のＤＭＦＣが知られている。アクティブ型のＤＭＦＣとは、燃料極への燃料の供給および空気極への空気の供給が共にポンプ等で強制的に行われる形態のＤＭＦＣである。また、パッシブ型のＤＭＦＣとは、燃料極への燃料の供給および空気極への空気の供給が共にポンプ等を用いず拡散で行われる形態のＤＭＦＣである。
　アクティブ型、セミパッシブ型およびパッシブ型のＤＭＦＣのうち、本発明に用いられるセミパッシブ型のＤＭＦＣは、燃料の安定供給が可能であるとともに、小型化が可能であるため、現在、開発が望まれている形態のＤＭＦＣである。
（膜電極接合体）
　図２は、図１に示す燃料電池システム１に用いられる膜電極接合体２０の断面図である。
　膜電極接合体２０は、燃料極２１と空気極２２とが電解質膜２３を介して設けられている。燃料極２１は、シート状の燃料極触媒層２５と燃料極ガス拡散層２６とが積層された２層構造を有する。空気極２２は、シート状の空気極触媒層２７と空気極ガス拡散層２８とが積層された２層構造を有する。
　膜電極接合体２０は、燃料極２１側から、燃料極ガス拡散層２６／燃料極触媒層２５／電解質膜２３／空気極触媒層２７／空気極ガス拡散層２８の順番に積層された多層積層構造になっている。膜電極接合体２０の空気極ガス拡散層２８の外側表面には、膜電極接合体２０を保護し形状を維持するカバープレート３６が配置される。カバープレート３６には、図示しない空気孔が設けられ、燃料電池システム１を内蔵する筐体に設けられた図示しない空気取入孔との間で空気の流通が可能になっている。
　燃料極２１の燃料極触媒層２５および空気極２２の空気極触媒層２７は、触媒が電解質膜２３にイオン交換樹脂等で固着されたものになっている。燃料極触媒層２５および空気極触媒層２７に用いられる触媒としては、たとえば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等の白金族元素の単体や、これら白金族元素を含有する合金等が挙げられる。
　電解質膜２３は、プロトン（水素イオン）伝導性を有する電解質膜である。電解質膜２３構成するプロトン伝導性材料としては、たとえば、スルホン酸基を有する有機系材料や、タングステン酸、リンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。
　膜電極接合体２０は、燃料極ガス拡散層２６の外側表面が燃料分配機構３０の燃料分配部３１の表面に相対するように配置される。
　燃料分配部３１と電解質膜２３との間にはＯリング３７ａが介装され、内部にアノード空間３８が形成される。アノード空間３８内には、燃料極ガス拡散層２６および燃料極触媒層２５が配置される。
　また、電解質膜２３とカバープレート３６との間にはＯリング３７ｂが介装され、内部にカソード空間３９が形成される。カソード空間３９内には、空気極触媒層２７および空気極ガス拡散層２８が配置される。
　燃料電池システム１は、カバープレート３６が、表示側本体３の燃料電池システム１を内蔵する筐体の図示しない空気取入孔に相対するように配置される。
　膜電極接合体２０の燃料極２１側には、燃料分配機構３０が配置される。燃料分配機構３０は、燃料供給ユニット１０から送液された燃料を膜電極接合体２０の燃料極２１に供給する。燃料分配機構３０は、ボックス状の燃料分配部３１からなる。燃料分配部３１は、燃料を内部に収容する空隙部３３と、燃料を空隙部３３内に注入するための燃料注入口３２と、空隙部３３内の燃料を外部に排出する燃料排出口３４とを有する。
（燃料供給ユニット）
　燃料供給ユニット１０は、燃料収容部４１と、第１燃料供給ライン５０と、第２燃料供給ライン６０と、第１燃料供給ライン５０および第２燃料供給ライン６０の合流点から膜電極接合体２０へ燃料を供給する最終供給ライン８１とを備える。
＜燃料収容部＞
　燃料収容部４１は、内部に燃料を収容可能なタンクである。燃料収容部４１に収容される燃料としては、たとえば、純メタノールやメタノール水溶液等のメタノール燃料、純エタノールやエタノール水溶液等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、プジメチルエーテル、蟻酸、もしくはその他の液体燃料が挙げられる。いずれにしても、燃料電池に応じた液体燃料が収容される。
＜第１燃料供給ライン＞
　第１燃料供給ライン５０は、第１の燃料流通路５１と、自動ポンプ５２と、自動遮断バルブ５３とを有する。
｛第１の燃料流通路｝
　第１の燃料流通路５１は、燃料収容部４１から膜電極接合体２０に向けて燃料を供給する流路である。第１の燃料流通路５１の膜電極接合体２０側の端部は第２燃料供給ライン６０の第２の燃料流通路６１と接続される。第１の燃料流通路５１中の燃料は、最終供給ライン８１を介して膜電極接合体２０へ供給される。
　図２に示すように、最終供給ライン８１は燃料分配機構３０の燃料注入口３２に接続され、最終供給ライン８１中の燃料は燃料分配機構３０を介して膜電極接合体２０の燃料極２１へ供給される。第１の燃料流通路５１および最終供給ライン８１としては、たとえば、プラスチックホース、ゴムホースや金属ホース等が用いられる。
｛自動ポンプ｝
　自動ポンプ５２は、第１の燃料流通路５１に設けられ、制御手段４５の指示に基づき自動的に稼働－停止を行う。自動ポンプ５２としては、電気浸透流ポンプやダイアフラムポンプ等の、液体を送液可能な公知のポンプが用いられる。自動ポンプ５２は、出力が段階的または連続的に変化するものとすることが好ましい。
｛自動遮断バルブ｝
　自動遮断バルブ５３は、第１の燃料流通路５１に設けられ、制御手段４５の指示に基づき自動的にバルブの開放－閉塞を行う。自動遮断バルブ５３としては、液体の流量を調整可能な公知の遮断バルブが用いられる。
　第１燃料供給ライン５０は、制御手段４５で制御される自動ポンプ５２や自動遮断バルブ５３を有する。このため、第１燃料供給ライン５０は、電力が供給されて制御手段４５が動作する状態にのみ燃料を供給する。
　電力が供給されて制御手段４５が動作する状態とは、たとえば、膜電極接合体２０が発電している発電状態や、膜電極接合体２０が発電していなくても蓄電池９１が電力を十分に供給できる通常の起動状態を意味する。なお、膜電極接合体２０が発電せずかつ蓄電池９１が電力を十分に供給できない非常時には、制御手段４５が動作しないため、第１燃料供給ライン５０は燃料を供給しない。
＜第２燃料供給ライン＞
　第２燃料供給ライン６０は、第２の燃料流通路６１と、手動ポンプ６２と、手動遮断バルブ６３とを有する。
｛第２の燃料流通路｝
　第２の燃料流通路６１は、燃料収容部４１から膜電極接合体２０に向けて燃料を供給する流路である。第２の燃料流通路６１の膜電極接合体２０側の端部は第１燃料供給ライン５０の第１の燃料流通路５１と接続される。第２の燃料流通路６１中の燃料は、最終供給ライン８１を介して膜電極接合体２０へ供給される。
　第２の燃料流通路６１としては、たとえば、プラスチックホース、ゴムホースや金属ホース等が用いられる。
｛手動ポンプ｝
　手動ポンプ６２は、第２の燃料流通路６１に設けられ、手動で稼働させる。手動ポンプ６２としては、図３に示すような手動ポンプ６２Ａが用いられる。
　図３に示す手動ポンプ６２Ａは、シリンダ１０１と、シリンダ１０１内を摺動する摺動子１１２を備えたピストン１１１と、シリンダ１０１内に設けられ、バネ１０６を介して摺動子１１２と接続された弁体１０５とを備える。
　シリンダ１０１には、吸込口１０２と、吸込口１０２を開閉する逆止弁１０７とが設けられる。逆止弁１０７は、孔部１０７ａと、この孔部１０７ａを閉塞するボール１０７ｂとからなる。
　ピストン１１１には、排出口１０９と、排出口１０９を開閉する逆止弁１０８とが設けられる。逆止弁１０８は、孔部１０８ａと、この孔部１０８ａを閉塞するボール１０８ｂとからなる。
　手動ポンプ６２Ａは、ピストン１１１を摺動させることにより、燃料を吸込口１０２から吸込み排出口１０９から排出する。
｛手動遮断バルブ｝
　手動遮断バルブ６３は、第２の燃料流通路６１に設けられる。手動遮断バルブ６３としては、液体の流量を調整可能な公知の遮断バルブが用いられる。
　第２燃料供給ライン６０は、制御手段４５で制御されない手動ポンプ６２および手動遮断バルブ６３を有する。このため、第２燃料供給ライン６０は、制御手段４５を動作させる電力が供給されず第１燃料供給ライン５０が燃料を供給することができない非常時でも手動で手動ポンプ６２を稼働し、手動遮断バルブ６３を開放することにより、燃料を供給することができる。
（作用）
　次に、図１を参照して、燃料電池システム１の作用を説明する。
　膜電極接合体２０が発電している発電状態や、膜電極接合体２０が発電していなくても蓄電池９１が電力を十分に供給できる通常の起動状態の場合には、制御手段４５が正常に動作する。この場合、燃料は、制御手段４５に制御された第１燃料供給ライン５０を用いて燃料収容部４１から膜電極接合体２０に自動的に供給される。
　一方、膜電極接合体２０が発電せずかつ蓄電池９１が電力を十分に供給できない非常時には、制御手段４５が正常に動作しないため第１燃料供給ライン５０を用いての燃料供給は行われない。この場合、第２燃料供給ライン６０の手動ポンプ６２を手動で稼働させるとともに手動遮断バルブ６３を開放すると、燃料が第２燃料供給ライン６０を用いて燃料収容部４１から膜電極接合体２０に供給され、膜電極接合体２０の発電が可能になる。
　なお、膜電極接合体２０が発電を始めた後は電力を供給された制御手段４５が正常に動作するようになるため、適宜、第２燃料供給ライン６０による手動の燃料供給を停止し、第１燃料供給ライン５０による燃料の自動供給に切り替えることが好ましい。
　燃料電池システム１によれば、蓄電池９１の電力不足により制御手段４５が正常に動作できない非常時でも、第２燃料供給ライン６０を手動で稼働させることにより膜電極接合体２０を発電させることができる。
［第２実施形態］
　図４は、本発明に係る燃料電池システムの第２実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０Ａの構成を示す図である。
　燃料電池システムの第２実施形態は、図１に示す燃料電池システムの第１実施形態と比較して、燃料供給ユニット１０に代えて燃料供給ユニット１０Ａを用いる点で異なり、他の構成は同様である。このため、図４には、燃料供給ユニット１０Ａのみ示す。
　燃料電池システムの第２実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０Ａは、燃料電池システムの第１実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０と比較して、手動遮断バルブ６３に代えて手動遮断バルブとして機能する切替弁６３Ａを用いた点、および切替弁６３Ａの出口と燃料収容部４１とを結ぶ帰還ライン８３がさらに設けられた点以外は同様の構成を有する。
　図４中、図１に示される燃料電池システムの第１実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０と同じ構成には、同一の参照符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。また、図４中、図１に破線で示した伝送系統の記載を省略する。
｛切替弁（手動遮断バルブ）｝
　切替弁６３Ａは、手動遮断バルブの一態様である。切替弁６３Ａは、第２の燃料流通路６１の膜電極接合体２０側の端部に設けられると共に第１燃料供給ライン５０の第１の燃料流通路５１の膜電極接合体２０側の端部に接続される。すなわち、切替弁６３Ａは、第１燃料供給ライン５０と第２燃料供給ライン６０との膜電極接合体２０側の合流点に設けられる。
　切替弁６３Ａは、図示しないハウジングと、このハウジング内に回動自在に設けられ２個の独立した流路（第１流路７７、第２流路７８）を有する流路切替部材とを有する。切替弁６３Ａは、２系統の入力に対し２系統の出力を行う。第１流路７７とは第１燃料供給ライン５０に接続される流路を意味し、第２流路７８とは第２燃料供給ライン６０に接続される流路を意味する。
　切替弁６３Ａのハウジングには、第１入口７３と、第２入口７４と、第１出口７５と、第２出口７６とが設けられる。切替弁６３Ａは、第１入口７３に第１燃料供給ライン５０の第１の燃料流通路５１が接続され、第２入口７４に第２燃料供給ライン６０の第２の燃料流通路６１が接続される。
　ハウジング内に設けられた流路切替部材は、ハウジング内で回動することにより、２個の流路状態を選択することができるようになっている。具体的には、流路切替部材は、ハウジング内で回動することにより、第１流路７７が第１入口７３－第１出口７５間を連通するとともに第２流路７８が第２入口７４－第２出口７６間を連通する流路状態（第１の流路状態）、または、第１流路７７が第１入口７３－第２出口７６間を連通するとともに第２流路７８が第２入口７４－第１出口７５間を連通する流路状態（第２の流路状態）のいずれかの流路状態を選択することができるようになっている。
　これにより、切替弁６３Ａは、第１燃料供給ライン５０および第２燃料供給ライン６０のうち、選択された一方の系統を第１出口７５に連通するとともに他方の系統を第２出口７６に連通するように構成されている。
＜最終供給ライン＞
　切替弁６３Ａの第１出口７５には、最終供給ライン８１が接続される。最終供給ライン８１は、第１燃料供給ライン５０または第２燃料供給ライン６０から供給された燃料を膜電極接合体２０に供給する。
＜帰還ライン＞
　切替弁６３Ａの第２出口７６には、切替弁６３Ａと燃料収容部４１とを連通させる帰還ライン８３が設けられる。帰還ライン８３は、第１燃料供給ライン５０または第２燃料供給ライン６０から供給された燃料を燃料収容部４１に戻す。燃料収容部４１に戻された燃料は再利用される。
（作用）
　次に、図４および図５を参照して、燃料電池システムの第２実施形態の作用を説明する。図５は、燃料電池システムの第２実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０Ａの作用を示す図である。
　膜電極接合体２０が発電している発電状態や、膜電極接合体２０が発電していなくても蓄電池９１が電力を十分に供給できる通常の起動状態の場合には、制御手段４５が正常に動作する。この場合には、手動遮断バルブとしての切替弁６３Ａの流路状態を、図４に示すように、第１流路７７が第１入口７３－第１出口７５間を接続して第１燃料供給ライン５０と第１出口７５とを連通させるとともに、第２流路７８が第２入口７４－第２出口７６間を接続して第２燃料供給ライン６０と第２出口７６とを連通させる流路状態（第１の流路状態）とする。
　これにより、燃料は、制御手段４５に制御された第１燃料供給ライン５０および最終供給ライン８１を用いて燃料収容部４１から膜電極接合体２０に自動的に供給される。
　なお、第１燃料供給ライン５０により燃料が自動的に供給されている状態では、第２燃料供給ライン６０の手動ポンプ６２を稼働させる必要はない。しかし、仮に手動ポンプ６２を手動で稼働させてしまったとしても、第２燃料供給ライン６０から切替弁６３Ａに供給された燃料は、帰還ライン８３を介して燃料収容部４１に戻され、再利用されるため、燃料を無駄にすることがない。
　一方、膜電極接合体２０が発電せずかつ蓄電池９１が電力を十分に供給できない非常時には、制御手段４５が正常に動作しないため第１燃料供給ライン５０を用いての燃料供給は行われない。この場合、切替弁６３Ａの流路状態を、図５に示すように、第１流路７７が第１入口７３－第２出口７６間を接続して第１燃料供給ライン５０と第２出口７６とを連通させるとともに、第２流路７８が第２入口７４－第１出口７５間を接続して第２燃料供給ライン６０と第１出口７５とを連通させる流路状態（第２の流路状態）とする。
　この流路状態で、第２燃料供給ライン６０の手動ポンプ６２を手動で稼働させると、燃料が第２燃料供給ライン６０および最終供給ライン８１を用いて燃料収容部４１から膜電極接合体２０に供給され、膜電極接合体２０の発電が可能になる。
　なお、膜電極接合体２０が発電を始めた後は、電力を供給された制御手段４５が正常に動作するようになるため、適宜、切替弁６３Ａの流路状態を図５に示す第２の流路状態から図４に示す第１の流路状態に切り替え、第１燃料供給ライン５０による燃料の自動供給に切り替えることが好ましい。
　燃料供給ユニット１０Ａを備える燃料電池システムによれば、燃料供給ユニット１０を備える燃料電池システムの第１実施形態の奏する効果に加え、切替弁６３Ａを用いることにより、膜電極接合体２０に送液する燃料ラインとして、第１燃料供給ライン５０と第２燃料供給ライン６０とを選択したり、切り替えたりすることが簡単に行える。また、切替弁６３Ａに接続された帰還ライン８３を用いることにより、過剰に供給された燃料を燃料収容部４１に帰還させることができる。
［第３実施形態］
　図６は、本発明に係る燃料電池システムの第３実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０Ｂの構成を示す図である。
　燃料電池システムの第３実施形態は、図１に示す燃料電池システムの第１実施形態と比較して、燃料供給ユニット１０に代えて燃料供給ユニット１０Ｂを用いる点で異なり、他の構成は同様である。このため、図６には、燃料供給ユニット１０Ｂのみ示す。
　燃料電池システムの第３実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０Ｂは、燃料電池システムの第１実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０と比較して、燃料収容部４１に代えて燃料収容部４１Ａを用いた点、および手動ポンプ６２を備えない点以外は同様の構成を有する。
　図６中、図１に示される燃料電池システムの第１実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０と同じ構成には、同一の参照符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。また、図６中、図１に破線で示した伝送系統の記載を省略する。
＜燃料収容部＞
　燃料収容部４１Ａは、燃料を収容する燃料収容部本体４２と、燃料収容部本体４２内外を連通する図示しない孔部を介して燃料収容部本体４２内を加圧する加圧手段８７とを備えたものである。
　加圧手段８７としては、たとえば、可撓性のある材料からなる手動式ポンプが挙げられる。可撓性のある材料からなる手動式ポンプとしては、たとえば、ポリプロピレン等のポリオレフィンからなる蛇腹式ポンプが挙げられる。
（作用）
　次に、図６を参照して、燃料電池システムの第３実施形態の作用を説明する。
　膜電極接合体２０が発電している発電状態や、膜電極接合体２０が発電していなくても蓄電池９１が電力を十分に供給できる通常の起動状態の場合には、制御手段４５が正常に動作する。この場合、燃料は、制御手段４５に制御された第１燃料供給ライン５０を用いて燃料収容部４１Ａから膜電極接合体２０に自動的に供給される。
　一方、膜電極接合体２０が発電せずかつ蓄電池９１が電力を十分に供給できない非常時には、制御手段４５が正常に動作しないため第１燃料供給ライン５０を用いての燃料供給は行われない。この場合、加圧手段８７を用いて手動で燃料収容部４１Ａの燃料収容部本体４２内部を加圧するとともに第２燃料供給ライン６０の手動遮断バルブ６３を開放すると、燃料が第２燃料供給ライン６０を用いて燃料収容部４１Ａから膜電極接合体２０に供給され、膜電極接合体２０の発電が可能になる。
　なお、膜電極接合体２０が発電を始めた後は電力を供給された制御手段４５が正常に動作するようになるため、適宜、第２燃料供給ライン６０による手動の燃料供給を停止し、第１燃料供給ライン５０による燃料の自動供給に切り替えることが好ましい。
　燃料供給ユニット１０Ｂを備える燃料電池システムによれば、燃料供給ユニット１０を備える燃料電池システムの第１実施形態の奏する効果に加え、加圧手段８７を備えた燃料収容部４１Ａを用いることにより、第２燃料供給ライン６０中に手動ポンプ６２を設けなくて済むため、第２燃料供給ライン６０を簡略化することができる。
［第４実施形態］
　図７は、本発明に係る燃料電池システムの第４実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０Ｃの構成を示す図である。
　燃料電池システムの第４実施形態は、図１に示す燃料電池システムの第１実施形態と比較して、燃料供給ユニット１０に代えて燃料供給ユニット１０Ｃを用いる点で異なり、他の構成は同様である。このため、図７には、燃料供給ユニット１０Ｃのみ示す。
　燃料電池システムの第４実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０Ｃは、燃料電池システムの第２実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０Ａと比較して、燃料収容部４１に代えて燃料収容部４１Ａを用いた点、自動ポンプ５２および手動ポンプ６２を備えない点、ならびに帰還ライン８３を備えない点以外は同様の構成を有する。
　図７中、図４に示される燃料電池システムの第２実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０Ａと同じ構成には、同一の参照符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。また、図７中、図１に破線で示した伝送系統の記載を省略する。
　本実施形態に用いられる燃料収容部４１Ａは、燃料電池システムの第３実施形態を構成する燃料供給ユニット１０Ｂに用いられる燃料収容部４１Ａと同じである。
＜閉塞部＞
　切替弁６３Ａの第２出口７６には、第２出口７６を閉塞する閉塞部７９が設けられる。閉塞部７９としては、たとえば、第２出口７６を閉塞するめくらキャップが挙げられる。
（作用）
　次に、図７および図８を参照して、燃料電池システムの第４実施形態の作用を説明する。図８は、燃料電池システムの第４実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０Ｃの作用を示す図である。
　膜電極接合体２０が発電している発電状態や、膜電極接合体２０が発電していなくても蓄電池９１が電力を十分に供給できる通常の起動状態の場合には、制御手段４５が正常に動作する。この場合には、手動遮断バルブとしての切替弁６３Ａの流路状態を、図７に示すように、第１流路７７が第１入口７３－第１出口７５間を接続して第１燃料供給ライン５０と第１出口７５とを連通させるとともに、第２流路７８が第２入口７４－第２出口７６間を接続して第２燃料供給ライン６０と第２出口７６とを連通させる流路状態（第１の流路状態）とする。
　この流路状態で、加圧手段８７を用いて燃料収容部４１Ａ内を加圧すると、燃料は、第１燃料供給ライン５０および最終供給ライン８１を用いて燃料収容部４１Ａから膜電極接合体２０に自動的に供給される。この際、制御手段４５は自動遮断バルブ５３の開閉状態のみを制御する。
　なお、燃料収容部４１Ａ内が加圧手段８７で加圧されているため、燃料は第１燃料供給ライン５０と第２燃料供給ライン６０の両方の供給ラインを用いて燃料収容部４１Ａから切替弁６３Ａまで自動的に供給される。しかし、第２燃料供給ライン６０から切替弁６３Ａに供給された燃料は、第２流路７８を介し、閉塞部７９が設けられた第２出口７６側に案内されるため、切替弁６３Ａからは排出されず、燃料を無駄にすることはない。
　一方、膜電極接合体２０が発電せずかつ蓄電池９１が電力を十分に供給できない非常時には、制御手段４５は正常に動作しないため第１燃料供給ライン５０を用いての燃料供給は行われない。この場合、切替弁６３Ａの流路状態を、図８に示すように、第１流路７７が第１入口７３－第２出口７６間を接続して第１燃料供給ライン５０と第２出口７６とを連通させるとともに、第２流路７８が第２入口７４－第１出口７５間を接続して第２燃料供給ライン６０と第１出口７５とを連通させる流路状態（第２の流路状態）とする。
　この流路状態で、加圧手段８７を用いて燃料収容部４１Ａ内を加圧すると、燃料は、第２燃料供給ライン６０および最終供給ライン８１を用いて燃料収容部４１Ａから膜電極接合体２０に供給され、膜電極接合体２０の発電が可能になる。
　なお、膜電極接合体２０が発電を始めた後は、電力を供給された制御手段４５が正常に動作するようになるため、適宜、切替弁６３Ａの流路状態を図８に示す第２の流路状態から図７に示す第１の流路状態に切り替え、第１燃料供給ライン５０による燃料の自動供給に切り替えることが好ましい。
　燃料供給ユニット１０Ｃを備える燃料電池システムによれば、燃料供給ユニット１０を備える燃料電池システムの第１実施形態の奏する効果に加え、切替弁６３Ａを用いることにより、膜電極接合体２０に送液する燃料ラインとして、第１燃料供給ライン５０と第２燃料供給ライン６０とを選択したり、切り替えたりすることが簡単に行える。また、第１燃料供給ライン５０に自動ポンプ５２を備えないため、装置構成を簡素にすることができる。
［第５実施形態］
　図９は、本発明に係る燃料電池システムの第５実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０Ｄの構成を示す図である。
　燃料電池システムの第５実施形態は、図１に示す燃料電池システムの第１実施形態と比較して、燃料供給ユニット１０に代えて燃料供給ユニット１０Ｄを用いる点で異なり、他の構成は同様である。このため、図９には、燃料供給ユニット１０Ｄのみ示す。
　燃料電池システムの第５実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０Ｄは、燃料電池システムの第３実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０Ｂと比較して、燃料収容部４１Ａに代えて燃料収容部４１Ｂを用いた点以外は同様の構成を有する。
　図９中、図６に示される燃料電池システムの第３実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０Ｂと同じ構成には、同一の参照符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。また、図９中、図１に破線で示した伝送系統の記載を省略する。
＜燃料収容部＞
　燃料収容部４１Ｂは、燃料を収容し、内外を連通する孔部が設けられた燃料収容部本体４２と、前記孔部に固定され加圧手段８７の着脱が可能な着脱部４６と、着脱部４６に着脱自在に固定される加圧手段８７とを備える。
　着脱部４６としては、たとえば、パイプが挙げられる。着脱部４６の材質は特に限定されない。
　燃料供給ユニット１０Ｄを備えた燃料電池システムの第５実施形態の作用は、燃料供給ユニット１０Ｂを備えた燃料電池システムの第３実施形態の作用と同様であるため、説明を省略する。
　燃料供給ユニット１０Ｄを備える燃料電池システムによれば、燃料供給ユニット１０を備える燃料電池システムの第１実施形態の奏する効果に加え、加圧手段８７を備えた燃料収容部４１Ｂを用いることにより、第２燃料供給ライン６０中に手動ポンプ６２を設けなくて済むため、第２燃料供給ライン６０を簡略化することができる。また、燃料収容部４１Ｂの加圧手段８７は着脱自在であるため、蛇腹式ポンプ等のかさばる加圧手段８７のスペース分を小型化することができる。
［第６実施形態］
　図１０は、本発明に係る燃料電池システムの第６実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０Ｄの構成を示す図である。
　燃料電池システムの第６実施形態は、図１に示す燃料電池システムの第１実施形態と比較して、燃料供給ユニット１０に代えて燃料供給ユニット１０Ｅを用いる点で異なり、他の構成は同様である。このため、図１０には、燃料供給ユニット１０Ｅのみ示す。
　燃料電池システムの第６実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０Ｅは、燃料電池システムの第５実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０Ｄと比較して、第２燃料供給ライン６０を備えない点、および第１燃料供給ライン５０に代えて自動－手動燃料供給ライン７０を備えた点以外は同様の構成を有する。
　図１０中、図９に示される燃料電池システムの第５実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０Ｄと同じ構成には、同一の参照符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。また、図１０中、図１に破線で示した伝送系統の記載を省略する。
＜自動－手動燃料供給ライン＞
　自動－手動燃料供給ライン７０は、燃料流通路５１と、自動ポンプ５２と、自動－手動遮断バルブ５５とを有する。すなわち、自動－手動燃料供給ライン７０は、図９に示される燃料電池システムの第５実施形態に用いられる燃料供給ユニット１０Ｄの第１燃料供給ライン５０において、自動遮断バルブ５３を自動－手動遮断バルブ５５に代えたものである。
｛自動－手動遮断バルブ｝
　自動－手動遮断バルブ５５は、燃料流通路５１に設けられ、制御手段４５の指示に基づき自動的に、または手動でバルブの開放－閉塞を行う。自動－手動遮断バルブ５５としては、液体の流量を調整可能な公知の遮断バルブが用いられる。
　自動－手動燃料供給ライン７０は、制御手段４５で制御される自動ポンプ５２と、制御手段４５で自動的に、または手動で制御される自動－手動遮断バルブ５５とを有する。
（作用）
　次に、図１０を参照して、燃料電池システムの第６実施形態の作用を説明する。
　膜電極接合体２０が発電している発電状態や、膜電極接合体２０が発電していなくても蓄電池９１が電力を十分に供給できる通常の起動状態の場合には、制御手段４５が正常に動作する。この場合、制御手段４５に制御された自動ポンプ５２が自動的に稼働－停止を行うとともに、制御手段４５に制御された自動－手動遮断バルブ５５が自動的にバルブの開放－閉塞を行う。これにより、燃料は、燃料収容部４１Ｂから膜電極接合体２０に自動的に供給される。
　一方、膜電極接合体２０が発電せずかつ蓄電池９１が電力を十分に供給できない非常時には、制御手段４５が正常に動作せず、自動ポンプ５２が稼働しないため、燃料が自動的に供給されることはない。この場合、加圧手段８７を用いて燃料収容部４１Ｂの燃料収容部本体４２内部を加圧するとともに自動－手動遮断バルブ５５を手動で開放することにより、燃料が燃料収容部４１Ｂから膜電極接合体２０に供給され、膜電極接合体２０の発電が可能になる。
　なお、膜電極接合体２０が発電を始めた後は電力を供給された制御手段４５が正常に動作するようになるため、適宜、自動ポンプ５２および自動－手動遮断バルブ５５を用いた燃料の自動供給に切り替えることが好ましい。
　燃料供給ユニット１０Ｅを備える燃料電池システムによれば、燃料供給ユニット１０を備える燃料電池システムの第１実施形態の奏する効果に加え、加圧手段８７を備えた燃料収容部４１Ｂおよび自動－手動遮断バルブ５５を用いた１系統の自動－手動燃料供給ライン７０で、自動または手動による燃料供給が可能になる。

Claims (13)

  1. 燃料極と、空気極と、前記燃料極および空気極に挟持された電解質膜とを有する膜電極接合体と、
    　燃料を収容する燃料収容部と、
    　前記燃料収容部から膜電極接合体への燃料供給を制御する制御手段と、
    　前記膜電極接合体の起動時に前記制御手段に電力を供給する蓄電池と、
    　前記燃料収容部から膜電極接合体に向けて燃料を供給する第１の燃料流通路と、前記第１の燃料流通路に設けられ、前記制御手段の指示に基づき稼働する自動ポンプと、前記第１の燃料流通路に設けられ、前記制御手段の指示に基づき稼働する自動遮断バルブとを有する第１燃料供給ラインと、
    　前記燃料収容部から膜電極接合体に向けて燃料を供給する第２の燃料流通路と、前記第２の燃料流通路に設けられる手動ポンプと、前記第２の燃料流通路に設けられる手動遮断バルブとを有する第２燃料供給ラインと、
    　を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
  2. 前記第２燃料供給ラインの手動遮断バルブは、前記第２の燃料流通路の膜電極接合体側の端部に設けられると共に前記第１燃料供給ラインの第１の燃料流通路の膜電極接合体側の端部に接続され、前記第１燃料供給ラインおよび第２燃料供給ラインのうち、選択された一方の系統を第１出口に連通するとともに他方の系統を第２出口に連通する切替弁であり、
    　前記切替弁の第１出口から膜電極接合体へ燃料を供給する最終供給ラインと、
    　前記切替弁の第２出口から前記燃料収容部へ燃料を戻す帰還ラインと、
    　をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 前記切替弁は、前記制御手段が正常に動作するときに、前記第１燃料供給ラインと第１出口とを連通させるとともに前記第２燃料供給ラインと第２出口とを連通させ、前記制御手段が正常に動作しないときに、前記第１燃料供給ラインと第２出口とを連通させるとともに前記第２燃料供給ラインと第１出口とを連通させることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
  4. 燃料極と、空気極と、前記燃料極および空気極に挟持された電解質膜とを有する膜電極接合体と、
    　燃料を収容する燃料収容部本体と、この燃料収容部本体の内部を加圧する加圧手段とを備えた燃料収容部と、
    　前記燃料収容部から膜電極接合体への燃料供給を制御する制御手段と、
    　前記膜電極接合体の起動時に前記制御手段に電力を供給する蓄電池と、
    　前記燃料収容部から膜電極接合体に向けて燃料を供給する第１の燃料流通路と、前記第１の燃料流通路に設けられ、前記制御手段の指示に基づき稼働する自動ポンプと、前記第１の燃料流通路に設けられ、前記制御手段の指示に基づき稼働する自動遮断バルブとを有する第１燃料供給ラインと、
    　前記燃料収容部から膜電極接合体に向けて燃料を供給する第２の燃料流通路と、前記第２の燃料流通路に設けられる手動遮断バルブとを有する第２燃料供給ラインと、
    　を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
  5. 前記加圧手段は、手動式ポンプであることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
  6. 前記手動式ポンプは、前記燃料収容部に固定された蛇腹式ポンプであることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
  7. 前記燃料収容部は、前記燃料収容部本体に前記加圧手段の着脱可能な着脱部をさらに備え、前記加圧手段は前記着脱部に着脱自在に固定されることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
  8. 前記第２燃料供給ラインの手動遮断バルブは、前記第２の燃料流通路の膜電極接合体側の端部に設けられると共に前記第１燃料供給ラインの第１の燃料流通路の膜電極接合体側の端部に接続され、前記第１燃料供給ラインおよび第２燃料供給ラインのうち、選択された一方の系統を第１出口に連通するとともに他方の系統を第２出口に連通する切替弁であり、
    　前記切替弁の第１出口から膜電極接合体へ燃料を供給する最終供給ラインと、
    　前記切替弁の第２出口を閉塞する閉塞部と、
    　をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
  9. 前記切替弁は、前記制御手段が正常に動作するときに、前記第１燃料供給ラインと第１出口とを連通させるとともに前記第２燃料供給ラインと第２出口とを連通させ、前記制御手段が正常に動作しないときに、前記第１燃料供給ラインと第２出口とを連通させるとともに前記第２燃料供給ラインと第１出口とを連通させることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
  10. 燃料極と、空気極と、前記燃料極および空気極に挟持された電解質膜とを有する膜電極接合体と、
    　燃料を収容する燃料収容部本体と、この燃料収容部本体の内部を加圧する加圧手段とを備えた燃料収容部と、
    　前記燃料収容部から膜電極接合体への燃料供給を制御する制御手段と、
    　前記膜電極接合体の起動時に前記制御手段に電力を供給する蓄電池と、
    　前記燃料収容部から膜電極接合体に向けて燃料を供給する燃料流通路と、前記燃料流通路に設けられ、前記制御手段の指示に基づき稼働する自動ポンプと、前記燃料流通路に設けられ、前記制御手段の指示に基づきまたは手動で稼働する自動－手動遮断バルブとを有する自動－手動燃料供給ラインと、
    を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
  11. 前記加圧手段は、手動式ポンプであることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池システム。
  12. 前記手動式ポンプは、前記燃料収容部に固定された蛇腹式ポンプであることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池システム。
  13. 前記燃料収容部は、前記燃料収容部本体に前記加圧手段の着脱可能な着脱部をさらに備え、前記加圧手段は前記着脱部に着脱自在に固定されることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池システム。
PCT/JP2009/065830 2008-09-19 2009-09-10 燃料電池システム Ceased WO2010032674A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008-241326 2008-09-19
JP2008241326A JP2010073573A (ja) 2008-09-19 2008-09-19 燃料電池システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010032674A1 true WO2010032674A1 (ja) 2010-03-25

Family

ID=42039498

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2009/065830 Ceased WO2010032674A1 (ja) 2008-09-19 2009-09-10 燃料電池システム

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2010073573A (ja)
TW (1) TW201025716A (ja)
WO (1) WO2010032674A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5942338B2 (ja) * 2011-04-28 2016-06-29 デクセリアルズ株式会社 駆動装置、レンズモジュールおよび撮像装置
JP5923354B2 (ja) * 2012-03-23 2016-05-24 セイコーインスツル株式会社 燃料電池装置
JP5923355B2 (ja) * 2012-03-23 2016-05-24 セイコーインスツル株式会社 燃料電池装置
JP7003501B2 (ja) * 2017-09-04 2022-01-20 日産自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005332687A (ja) * 2004-05-20 2005-12-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池システム及び電子機器
JP2006032210A (ja) * 2004-07-20 2006-02-02 Toray Ind Inc 燃料電池の運転方法
WO2006093270A1 (ja) * 2005-03-04 2006-09-08 Zeon Corporation 燃料電池用燃料容器
JP2006332018A (ja) * 2005-04-25 2006-12-07 Sharp Corp 燃料電池システム及び電気機器
JP2007080731A (ja) * 2005-09-15 2007-03-29 Nec Personal Products Co Ltd 燃料供給システムおよび燃料供給方法
JP2009248993A (ja) * 2008-04-04 2009-10-29 Sony Corp 液体タンク、燃料電池および電子機器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005332687A (ja) * 2004-05-20 2005-12-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 燃料電池システム及び電子機器
JP2006032210A (ja) * 2004-07-20 2006-02-02 Toray Ind Inc 燃料電池の運転方法
WO2006093270A1 (ja) * 2005-03-04 2006-09-08 Zeon Corporation 燃料電池用燃料容器
JP2006332018A (ja) * 2005-04-25 2006-12-07 Sharp Corp 燃料電池システム及び電気機器
JP2007080731A (ja) * 2005-09-15 2007-03-29 Nec Personal Products Co Ltd 燃料供給システムおよび燃料供給方法
JP2009248993A (ja) * 2008-04-04 2009-10-29 Sony Corp 液体タンク、燃料電池および電子機器

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010073573A (ja) 2010-04-02
TW201025716A (en) 2010-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2009087741A (ja) 燃料電池の劣化検出装置及び燃料電池システム
JP2010073573A (ja) 燃料電池システム
JP2008218236A (ja) 燃料電池システム及び電子機器
WO2010013711A1 (ja) 燃料電池システム及び電子機器
JP2005332687A (ja) 燃料電池システム及び電子機器
JP2010165601A (ja) 燃料電池システム及び電子機器
JP5258203B2 (ja) 燃料電池システム及び電子機器
JP2010239701A (ja) 燃料電池システム及び圧電ポンプ装置
JP5617218B2 (ja) 燃料電池
WO2010013709A1 (ja) 燃料電池システム及び電子機器
JPWO2008068887A1 (ja) 燃料電池
JPWO2008068886A1 (ja) 燃料電池
JP2010238408A (ja) 燃料電池システム及びバルブ装置
JP2010244919A (ja) 燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法
JP4914079B2 (ja) 燃料電池の燃料補給装置、電子機器、及び燃料電池システム
JP2009181911A (ja) 電子機器
JP5556123B2 (ja) 燃料電池システム
JP2007173110A (ja) 燃料電池及び電源システム
WO2009139334A1 (ja) 燃料カートリッジ及び燃料電池システム
JP2011023198A (ja) 燃料電池システム及び充電装置
JP5025288B2 (ja) 燃料電池システム及び電子機器
JP2011165518A (ja) 燃料電池及び気体移動方法
JP2008218012A (ja) 燃料電池
JP2010033904A (ja) 燃料電池システム及び電子機器
JP2008218056A (ja) 燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09814519

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09814519

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1