專利名稱：燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)，具體來(lái)說(shuō)，涉及供給液體燃料而進(jìn)行發(fā)電的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃料電池是從氫和氧中產(chǎn)生電能的裝置，可以獲得高發(fā)電效率。作為燃料電池的主要的特征，可以舉出如下的方面，即，由于與以往的發(fā)電方式不同，是不經(jīng)過(guò)熱能或動(dòng)能的過(guò)程的直接發(fā)電，因此即使是小規(guī)模，也可以期待高發(fā)電效率，由于氮化合物等的排出少，噪音或振動(dòng)也小，因此環(huán)境性良好等。像這樣，由于燃料電池可以有效地利用燃料所具有的化學(xué)能，并具有對(duì)環(huán)境友好的特性，因此被期待作為面向21世紀(jì)的能量供給系統(tǒng)，從宇宙用途到汽車用途、攜帶機(jī)器用途，從大規(guī)模發(fā)電到小規(guī)模發(fā)電，被作為可以用于各種用途的將來(lái)很有希望的新的發(fā)電系統(tǒng)而受到關(guān)注，面向?qū)嵱没募夹g(shù)開(kāi)發(fā)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。
其中，固體高分子型燃料電池與其他的種類的燃料電池相比，具備動(dòng)作溫度低、具有高輸出密度的特征，特別是近年來(lái)，作為固體高分子型燃料電池的一種方式，直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel CellDMFC)受到關(guān)注。DMFC是將作為燃料的甲醇水溶液不改性地直接向陽(yáng)極供給，利用甲醇水溶液與氧的電化學(xué)反應(yīng)來(lái)獲得電能的電池，利用該電化學(xué)反應(yīng)，從陽(yáng)極中生成二氧化碳，從陰極中生成水，被作為反應(yīng)生成物排出。甲醇水溶液與氫相比，由于單位體積的能量更高，另外，更適于貯藏，爆炸等危險(xiǎn)性也更低，因此被期待用于汽車或攜帶機(jī)器(攜帶電話、筆記本型個(gè)人計(jì)算機(jī)、PDA、MP3播放器、數(shù)字照相機(jī)或電子辭典(書))等的電源中。
特開(kāi)2005-108811號(hào)公報(bào)在像包括DMFC的專利文獻(xiàn)1那樣的燃料電池系統(tǒng)中，包括緩沖罐內(nèi)的燃料電池裝置側(cè)的路徑內(nèi)因向陰極供給作為氧化劑的空氣而變?yōu)楦邏籂顟B(tài)，當(dāng)泵停止時(shí)，在緩沖罐內(nèi)被稀釋了的甲醇水溶液就會(huì)向燃料供給路徑逆流。當(dāng)甲醇水溶液向燃料供給路徑逆流時(shí)，即使下次運(yùn)轉(zhuǎn)泵，也會(huì)造成在緩沖罐中被稀釋了的甲醇水溶液回流的結(jié)果，濃度急劇地降低，產(chǎn)生發(fā)電能力降低的問(wèn)題。另外，此種問(wèn)題在燃料供給路徑中混入了氣泡的情況下也會(huì)同樣地產(chǎn)生，在燃料盒的更換等時(shí)會(huì)有氣泡進(jìn)入燃料供給路徑的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于所述的問(wèn)題而完成的，本發(fā)明的目的在于，提供能夠向燃料電池穩(wěn)定地供給液體燃料的燃料電池系統(tǒng)。另外，本發(fā)明的其他的目的在于，提供抑制了從緩沖罐中的燃料的泄漏的燃料電池系統(tǒng)。
本發(fā)明的某個(gè)方式為一種燃料電池系統(tǒng)。該燃料電池系統(tǒng)是向燃料電池供給液體燃料而運(yùn)轉(zhuǎn)燃料電池的燃料電池系統(tǒng)，其特征是，具有被可以拆裝地設(shè)置，貯藏向燃料電池供給的液體燃料的第一燃料貯藏部；將貯藏于第一燃料貯藏部中的液體燃料送出的第一燃料供給機(jī)構(gòu)；貯藏由第一燃料供給機(jī)構(gòu)送出的液體燃料的第二燃料貯藏部；將貯藏于第二燃料貯藏部中的液體燃料送出的第二燃料供給機(jī)構(gòu)；設(shè)于第二燃料貯藏部中，檢測(cè)貯藏于第二燃料貯藏部中的液體燃料的量的燃料檢測(cè)機(jī)構(gòu)，在第二燃料貯藏部的上部，設(shè)有用于第二燃料貯藏部?jī)?nèi)的氣體的吸入及排出的自由路徑。
根據(jù)該方式，即使在將第一燃料貯藏部(所謂燃料盒)從燃料電池系統(tǒng)中取下時(shí)，由于在第二燃料貯藏部中貯藏有燃料，因此也可以維持燃料電池的發(fā)電狀態(tài)。另外，在安裝第一燃料貯藏部等時(shí)產(chǎn)生的氣泡由于進(jìn)入第二燃料貯藏部而被脫泡，因此可以防止進(jìn)入燃料供給機(jī)構(gòu)。另外，由于第二燃料貯藏部?jī)?nèi)的氣體穿過(guò)自由路徑出入，因此第二燃料貯藏部?jī)?nèi)的氣體壓力基本上穩(wěn)定在大氣壓下，所以很難產(chǎn)生燃料的逆流等，由于可以將向燃料電池供給的燃料的濃度保持一定，因此可以穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)燃料電池。
而且，作為檢測(cè)燃料的量的燃料檢測(cè)機(jī)構(gòu)，只要第二燃料貯藏部為定型的容器，則既可以是檢測(cè)內(nèi)部的水位的水位傳感器(液面?zhèn)鞲衅?，也可以是并不固定地檢測(cè)其水位，而可以檢測(cè)是否低于規(guī)定的閾值的限制器之類的機(jī)構(gòu)。這樣，如果必須盡快更換燃料盒，則可以向使用者傳達(dá)必須停止燃料電池系統(tǒng)之類的狀況。
在所述方式中，自由路徑只要為一方的末端被開(kāi)放的管狀即可，另外，自由路徑的內(nèi)部體積也可以在利用第一燃料供給機(jī)構(gòu)獲得的1次的液體燃料容量以上。這樣的話，由于可以將從第二燃料貯藏部中溢出的燃料存留于自由路徑中，因此可以抑制液體燃料向系統(tǒng)之外泄漏的情況。
另外，在所述方式中，也可以在自由路徑的末端設(shè)置氣液分離構(gòu)造。這樣的話，由于利用氣液分離構(gòu)造，不會(huì)使燃料從自由路徑中泄漏，向外部放出規(guī)定的濃度以下的燃料氣體，因此可以提高燃料電池系統(tǒng)的安全性。更具體來(lái)說(shuō)，氣液分離構(gòu)造也可以具有捕集液體燃料的吸收體、吸附排出氣體中的燃料的過(guò)濾器的任意一種。該情況下，過(guò)濾器也可以是活性炭。
另外，在所述方式中，也可以還具備第三燃料貯藏機(jī)構(gòu)，其被與第二燃料供給機(jī)構(gòu)連接，將來(lái)自燃料電池的排出物與由第二燃料供給機(jī)構(gòu)送出的液體燃料混合，調(diào)和、貯藏用于向燃料電池供給的燃料，并且將不需要的氣體成分向燃料電池系統(tǒng)外部排出，自由路徑的末端可以與第三燃料貯藏機(jī)構(gòu)的氣層部分連接。
這樣的話，對(duì)于燃料電池為DMFC那樣的將液體燃料直接向燃料電池供給的類型的燃料電池的情況，從燃料電池的陽(yáng)極中排出燃料的濃度變稀了的液體燃料和二氧化碳，從陰極中排出氧的濃度變稀了的空氣和水。在第三燃料貯藏部中，通過(guò)將該排出物質(zhì)的液體成分(燃料的濃度變稀了的液體燃料和水)與來(lái)自第二燃料貯藏部的燃料混合，將排出物質(zhì)的氣體成分(二氧化碳和氧的濃度變稀了的空氣)向外部排出，就可以有效地利用燃料。
根據(jù)本發(fā)明，在供給液體燃料的燃料電池系統(tǒng)中，可以更為穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)燃料電池。


圖1是實(shí)施方式1的燃料電池系統(tǒng)的立體圖。
圖2是示意性地表示實(shí)施方式1的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成的系統(tǒng)構(gòu)成圖。
圖3是詳細(xì)表示實(shí)施方式1的燃料電池系統(tǒng)的副罐的構(gòu)成的構(gòu)成圖。
圖4是示意性地表示實(shí)施方式2的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成的系統(tǒng)構(gòu)成圖。
圖5是表示氣體流通管200的概略圖。
圖6是示意性地表示實(shí)施方式3的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成的系統(tǒng)構(gòu)成圖。
圖7是表示實(shí)施方式3的燃料電池系統(tǒng)中所用的氣液分離構(gòu)造的某個(gè)方式的圖。
圖8是表示實(shí)施方式3的燃料電池系統(tǒng)中所用的氣液分離構(gòu)造的其他方式的圖。
其中，10外殼，12限制器，20燃料電池，21陽(yáng)極，22陰極，23氧化劑供給路，24氣體過(guò)濾器，25陽(yáng)極排出路，26陰極排出路，30燃料盒，32燃料包(第一燃料貯藏部)，34燃料供給路，36盒接頭，38燃料確認(rèn)窗，40輔機(jī)組件，41甲醇泵(第一液體泵)，42甲醇泵(第二液體泵)，43甲醇泵(第三液體泵)，44氣泵，45氣液分離器，46冷卻器，46a 液體成分流通路，46b 氣體成分流通路，47冷卻風(fēng)扇，50支架，80副燃料罐(第二燃料貯藏部)，82燃料供給路，84燃料供給路，86盒接頭，90緩沖罐(第三燃料貯藏部)，91燃料供給路，92燃料供給路，93氣體成分排出路，94排氣過(guò)濾器，95罐連通路，96止回閥，97燃料過(guò)濾器，100燃料電池系統(tǒng)，LT限制器，LS液面?zhèn)鞲衅?，TS溫度傳感器，F(xiàn)CV電壓檢測(cè)機(jī)構(gòu)具體實(shí)施方式
下面將使用附圖對(duì)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)100的構(gòu)成進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
(實(shí)施方式1)圖1表示實(shí)施方式1的燃料電池系統(tǒng)100的立體圖，圖2表示燃料電池系統(tǒng)100的構(gòu)成圖。實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)100是作為液體燃料使用甲醇，通過(guò)使該甲醇與作為氧化劑的空氣在燃料電池中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行發(fā)電的所謂直接甲醇燃料電池(Direct Methanol Fuel CellDMFC)系統(tǒng)，為了可以作為能夠攜帶的筆記本型個(gè)人電腦的電源使用，整體尺寸被緊湊地構(gòu)成。
燃料電池系統(tǒng)100在如圖1所示的外殼10內(nèi)的長(zhǎng)邊方向的一側(cè)搭載有燃料電池(電池組)20，在其相反一側(cè)設(shè)有被可以在燃料電池系統(tǒng)100上拆裝地連接的燃料盒30，在大致中央部設(shè)有輔機(jī)組件40。另外，在承載筆記本型個(gè)人電腦的支架50內(nèi)設(shè)有控制單元(未圖示)和二次電池(未圖示)。
與燃料盒30相鄰地設(shè)有副燃料罐(第二燃料貯藏部)80和緩沖罐(第三燃料貯藏部)90，貯藏于燃料盒30內(nèi)的燃料包(第一燃料貯藏部)32中的純甲醇或高濃度的甲醇水溶液經(jīng)過(guò)副燃料罐80被導(dǎo)入緩沖罐90，在緩沖罐90中被稀釋為規(guī)定的濃度(1mol/L)。即，副燃料罐80具有如下的功能，即，檢測(cè)燃料包32內(nèi)的燃料余量達(dá)到0的情況，并且在拆裝燃料盒30時(shí)，將混入燃料供給路34、82中的空氣(氣體成分)脫除，緩沖罐90具有如下的功能，即，調(diào)整燃料的濃度，并且是將從燃料電池20中排出的氣體成分向本燃料電池系統(tǒng)100的外部排出(詳情后述)的氣液分離器。
輔機(jī)組件40包括從燃料包32向副燃料罐80供給燃料的甲醇泵(第一液體泵)41；從副燃料罐80向緩沖罐90供給燃料的甲醇泵(第二液體泵)42；從緩沖罐90向燃料電池20供給燃料的甲醇泵(第三液體泵)43；向燃料電池20供給氧(本實(shí)施方式中為空氣)的氣泵44，它們被搭載于作為燃料貯藏部的燃料盒30、副燃料罐80及緩沖罐90與燃料電池20之間。這是為了盡可能縮短燃料供給路34、82、84、91、92，實(shí)現(xiàn)節(jié)省空間化，并且將被間歇地供給的高濃度甲醇迅速地向燃料電池20供給。
另外，輔機(jī)組件40還包括氣液分離器45，其將以從燃料電池20的陽(yáng)極21側(cè)排出的液體為主成分的陽(yáng)極排出物(排出甲醇+二氧化碳)和以從陰極22側(cè)排出的氣體為主成分的陰極排出物(排出空氣+生成水)混合，分離為氣體成分和液體成分；冷卻器46，其使被氣液分離器45分離的氣體成分和液體成分在不同的配管(46b、46a)中流通，利用將燃料電池系統(tǒng)100內(nèi)部的空氣排出的冷卻風(fēng)扇47將燃料電池20的排出物冷卻，它們被搭載于燃料電池20和緩沖罐90之間。像這樣，通過(guò)在具有氣液分離功能的緩沖罐90(冷卻器46)的前段搭載氣液分離器45，就可以將液體與氣體混合存在的陽(yáng)極排出物與陰極排出物合流，使液體成分和氣體成分分別向液體成分流通路46a和氣體成分流通路46b流通而冷卻，可以通過(guò)將氣液混合存在的流體冷卻而提高冷卻器46中的熱交換效率。
被緩沖罐90回收了的燃料電池20的排出物當(dāng)中的氣體成分穿過(guò)氣體成分排出路93，被向燃料電池系統(tǒng)100外部排出。此時(shí)，氣體成分排出路93最好盡可能長(zhǎng)地配置，以不將液體成分向外部排出，另外在出口設(shè)置排氣過(guò)濾器94。另外，考慮到與從緩沖罐90中排出的水蒸氣量相比，由燃料電池20生成的生成水的量更多，在燃料電池系統(tǒng)100內(nèi)循環(huán)的燃料(甲醇水溶液)有可能從緩沖罐90中溢流，而將緩沖罐90與副燃料罐80在其上部進(jìn)行配管(罐連通路95)連接，當(dāng)從緩沖罐90中溢流時(shí)，副燃料罐80可以起到緩沖罐90的緩沖器的作用，并且在從燃料盒30向副燃料罐80供給燃料，副燃料罐80內(nèi)的壓力暫時(shí)性地上升時(shí)，緩沖罐90可以起到釋放副燃料罐80的壓力的作用。在副燃料罐80和緩沖罐90之間，設(shè)有止回閥96，只要不從燃料供給路91向燃料供給路84，即，不從緩沖罐90向副燃料罐80經(jīng)過(guò)罐連通路95溢流，被稀釋了的甲醇水溶液就不會(huì)逆流。另外，在燃料包32和副燃料罐80之間，設(shè)有盒接頭36、86，借助該盒接頭36、86，將燃料供給路34和燃料供給路82連接。為了使得主體側(cè)具有用于將拆裝盒時(shí)的燃料的泄漏回收的安全機(jī)構(gòu)或接頭的鎖定機(jī)構(gòu)等，該部分將燃料盒30側(cè)的盒接頭36制成陽(yáng)型，將副燃料罐80側(cè)的盒接頭86制成陰型。由于陰型的一方容易裝入復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，使得燃料盒30側(cè)成為簡(jiǎn)單的構(gòu)造，因而從尺寸及成本方面考慮是有利的。
另外，為了檢測(cè)燃料盒30的拆裝狀態(tài)，在與燃料盒30接觸的燃料電池系統(tǒng)100的主體部分上設(shè)有限制器LT。這樣，就可以檢測(cè)燃料盒30是否被以正常的狀態(tài)嵌入燃料電池系統(tǒng)100中，從而在使用中不會(huì)從盒接頭36、86部中泄漏燃料。檢測(cè)燃料盒30的拆裝的機(jī)構(gòu)并不限于限制器LT，也可以在燃料盒30的規(guī)定的位置上嵌入IC芯片等，檢測(cè)IC芯片的位置，并且在與燃料電池系統(tǒng)100的控制單元之間進(jìn)行燃料盒30的信息，例如容量、濃度、燃料的種類、序列號(hào)等信息的收發(fā)。
燃料盒30的燃料供給路34在燃料包32的底部具有其導(dǎo)入口，在以沿著燃料盒30內(nèi)壁的邊上升的方式配設(shè)后與盒接頭36連接。另外，在燃料盒上部(上邊的一部分)，開(kāi)設(shè)有能夠目視燃料供給路34的燃料確認(rèn)窗38。為了從該燃料確認(rèn)窗38確認(rèn)燃料供給路34內(nèi)部，燃料供給路34最好使用特富龍(注冊(cè)商標(biāo))管之類的透明的材料。通過(guò)將燃料包32設(shè)為容積可以變化的容器，在內(nèi)部與燃料一起預(yù)先封入少量的氣體(空氣)，在貯藏于燃料包32內(nèi)的燃料剩余很少時(shí)，就可以從燃料確認(rèn)窗38來(lái)目視確認(rèn)液相與氣相的交界。如果預(yù)先使燃料帶有顏色，則更容易確認(rèn)。
如果對(duì)以上的燃料的流動(dòng)進(jìn)行歸納，則燃料包32內(nèi)的高濃度的甲醇(或者純甲醇)流過(guò)燃料供給路34而被向燃料電池系統(tǒng)100的主體供給。燃料盒30與系統(tǒng)主體被利用盒接頭36、86連接，燃料包32內(nèi)的高濃度甲醇被利用設(shè)于從盒接頭86與副燃料罐80相連的燃料供給路82中的甲醇泵41的吸引力向副燃料罐80供給。在拆裝燃料盒30時(shí)，從盒接頭36、86部向燃料供給路34、82中混入了氣體的情況下，由于可以利用該副燃料罐80脫除氣泡，因此此種氣泡就不會(huì)從副燃料罐80向緩沖罐90側(cè)混入。
在副燃料罐80中，如圖3所示，在罐高度a的1/2以上的高度b的位置上設(shè)有檢測(cè)燃料用完的液面?zhèn)鞲衅?1，當(dāng)檢測(cè)到副燃料罐80內(nèi)的燃料的水位達(dá)到了液面?zhèn)鞲衅?1以下時(shí)，甲醇泵41即驅(qū)動(dòng)，從燃料包32向副燃料罐80追加高濃度的燃料。當(dāng)即使以規(guī)定時(shí)間驅(qū)動(dòng)甲醇泵41，副燃料罐80的燃料的水位仍未恢復(fù)時(shí)，就會(huì)向使用者進(jìn)行表示燃料用完的顯示(報(bào)警)。在向使用者發(fā)出表示燃料用完的顯示(報(bào)警)后，即使經(jīng)過(guò)用于燃料盒30的更換而設(shè)定的更換時(shí)間，燃料盒30的燃料水位仍未恢復(fù)時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)采取退避行動(dòng)。該液面?zhèn)鞲衅?1需要設(shè)于如下的位置，即，從使用者注意到燃料用完的報(bào)警起，可以保持能夠進(jìn)行更換燃料盒30所需要的時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)的量的燃料(本實(shí)施方式中，更換時(shí)間約為5分鐘，能夠進(jìn)行更換時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)的燃料量設(shè)定為約5cc)，本實(shí)施方式中，將液面?zhèn)鞲衅髟O(shè)置于罐高度(在容器中可以收容燃料的高度)的1/2以上的位置。副燃料罐80內(nèi)的高濃度甲醇被利用設(shè)于燃料供給路84中的甲醇泵42的吸引力向緩沖罐90供給。燃料供給路84被夾隔止回閥96與燃料供給路91連接，從而總是能夠使得緩沖罐90側(cè)的被稀釋了的甲醇水溶液不會(huì)從止回閥96向副燃料罐80回流。
另外，在副燃料罐80中，在容器頂面上設(shè)有與罐連通路95連通的氣體吸入排出口101，形成容器內(nèi)的氣體能夠自由地出入的構(gòu)造。由于利用該構(gòu)造，即使容器內(nèi)的液面發(fā)生變動(dòng)，容器內(nèi)的壓力也不會(huì)變?yōu)榧訅夯蜇?fù)壓狀態(tài)，因此副燃料罐80的安全性提高，此外，可以抑制液體燃料向燃料供給路82逆流，或在規(guī)定的時(shí)刻以外液體燃料流入燃料供給路84中等動(dòng)作異常。
這里，對(duì)副燃料罐80內(nèi)的燃料的液面變動(dòng)進(jìn)行說(shuō)明。利用甲醇泵42，根據(jù)燃料電池20的發(fā)電狀態(tài)，從作為燃料供給路84的端部的燃料排出口104間歇地將規(guī)定量v的液體燃料向燃料電池20供給。以下，將每一次的燃料追加量設(shè)為v，將容器內(nèi)的燃料的液面因一次的燃料排出而下降的量設(shè)為y。當(dāng)因燃料排出，檢測(cè)到副燃料罐80內(nèi)的燃料的水位達(dá)到液面?zhèn)鞲衅?1的高度以下時(shí)，即在甲醇泵42停止后，起動(dòng)甲醇泵41，從作為燃料供給路82的端部的燃料注入口102追加液體燃料，使得副燃料罐80內(nèi)的燃料的水位達(dá)到從液面?zhèn)鞲衅?1的高度起1/2·y的位置。像這樣，甲醇泵41及甲醇泵42間歇地非同步地動(dòng)作，副燃料罐80內(nèi)的燃料的水位在液面變動(dòng)范圍y的范圍中變動(dòng)。通過(guò)非同步地控制甲醇泵41及甲醇泵42，即使在有伴隨著液體燃料的殘量變化產(chǎn)生的從燃料盒30中的燃料噴出中所需的甲醇泵41的壓力增減等外部干擾、因經(jīng)時(shí)老化等使得甲醇泵41的定量精度低的情況下，也可以不對(duì)液體燃料的供給帶來(lái)妨礙地運(yùn)轉(zhuǎn)燃料電池20。
而且，氣體吸入排出口101最好位于從液面變動(dòng)范圍y的上限起，至少比y更高的位置。即，參照?qǐng)D3，最好長(zhǎng)度H1(從液面變動(dòng)范圍y的上限到氣體吸入排出口101的長(zhǎng)度)＞y。這樣的話，即使在利用甲醇泵41追加了1次燃料的情況下，也可以在副燃料罐80內(nèi)的燃料的上部保持氣體層。此外，在將副燃料罐80的直徑設(shè)為x時(shí)，氣體吸入排出口101最好位于從液面變動(dòng)范圍y的上限起，至少比x·tanθ更高的位置。即，參照?qǐng)D3，最好長(zhǎng)度H1＞x·tanθ。角度θ優(yōu)選45度。這樣的話，即使副燃料罐80為傾斜了角度θ的狀態(tài)，即使氣體吸入排出口101為浸于液體燃料中的狀態(tài)，由于無(wú)法利用液面?zhèn)鞲衅?1檢測(cè)到液體燃料的水位降低，因此可以避免不必要的燃料追加，從而可以提高燃料電池系統(tǒng)100的動(dòng)作穩(wěn)定性。
另外，作為燃料供給路82的端部的燃料注入口102最好位于比容器內(nèi)的液體燃料的通常的液面變動(dòng)范圍y的上限高度更高的位置。這樣的話，就可以確保在容器內(nèi)所能夠保持的燃料的容量，并且可以消除對(duì)液面變動(dòng)范圍y造成的影響。
另外，作為燃料供給路84的端部的燃料排出口104最好盡可能接近容器的底部。這樣的話，就可以沒(méi)有浪費(fèi)地將容器內(nèi)的燃料排出。另外，燃料排出口104最好位于從液面變動(dòng)范圍y的下限起，至少比y更低的位置。即，參照?qǐng)D3，最好長(zhǎng)度H2(從液面變動(dòng)范圍y的下限到燃料排出口104的長(zhǎng)度)＞y。
這樣的話，就可以在燃料盒30的更換中所必需的時(shí)間期間，實(shí)現(xiàn)燃料電池20的運(yùn)轉(zhuǎn)。更為理想的是，燃料排出口104最好位于從液面變動(dòng)范圍y的下限起，至少低3×y的位置。這樣的話，就可以在將燃料盒30更換3次中所必需的時(shí)間期間，實(shí)現(xiàn)燃料電池20的運(yùn)轉(zhuǎn)。
(液面?zhèn)鞲衅鞯脑O(shè)置位置例)在將氣體吸入排出口101設(shè)為從液面變動(dòng)范圍y的上限起還要高y的位置，將燃料排出口104設(shè)為比液面變動(dòng)范圍y的下限還要低3×y的位置的情況下，副燃料罐80的容器的高度即變?yōu)榧sy+y+3y＝5y。另外，液面?zhèn)鞲衅?1的高度變?yōu)榧s1/2·y+3y＝3.5y。即，當(dāng)以容器的高度作為基準(zhǔn)時(shí)，液面?zhèn)鞲衅?1的高度相當(dāng)于3.5/5＝0.7的位置。
在緩沖罐90中，也與副燃料罐80相同，在罐高度的1/3以下的位置設(shè)有檢測(cè)水不足(燃料量不足)的液面?zhèn)鞲衅鱈S2，當(dāng)檢測(cè)到緩沖罐90內(nèi)的燃料的水位達(dá)到液面?zhèn)鞲衅鱈S2以下時(shí)，即向控制單元發(fā)送信號(hào)，控制單元以使由燃料電池20生成的生成水的量增加的方式，即，以從燃料電池20中輸出高電流的方式，來(lái)控制燃料電池系統(tǒng)100內(nèi)的各種裝置。相反，在緩沖罐90內(nèi)的燃料量增加，要從緩沖罐90中溢流的情況下，則將燃料穿過(guò)罐連通路95導(dǎo)入副燃料罐80。即使因燃料盒30的拆裝等而使得副燃料罐80的氣相部分的壓力上升，該罐連通路95也總是能使得在副燃料罐80與緩沖罐90的氣相部分的壓力中不產(chǎn)生差值。
緩沖罐90內(nèi)的被稀釋了的甲醇水溶液被利用設(shè)于燃料供給路92中的甲醇泵43的吸引力向燃料電池20供給。在燃料供給路92中，在甲醇泵43的前段設(shè)有燃料過(guò)濾器97，利用燃料過(guò)濾器97，將混入了甲醇水溶液的雜質(zhì)(污物或陽(yáng)離子等)除去(吸附)，向燃料電池20的陽(yáng)極21供給。燃料過(guò)濾器97的位置雖然在甲醇泵43的后段側(cè)也沒(méi)有問(wèn)題，然而如果配置于前段，則可以避免甲醇泵43中的灰塵等污物堵塞的情況。由于甲醇泵43與相同的泵41、42不同，被涵蓋燃料電池系統(tǒng)100動(dòng)作期間的大致全部時(shí)間地運(yùn)轉(zhuǎn)，因此如上所述，考慮到污物堵塞，最好將燃料過(guò)濾器97配置于前段。
另一方面，利用氣泵44向燃料電池20的陰極22供給空氣。氣泵44吸引燃料電池系統(tǒng)100內(nèi)部的空氣，而由于在將燃料電池系統(tǒng)100外部的空氣導(dǎo)入內(nèi)部的未圖示的開(kāi)口部，設(shè)有將污物之類的微粒成分除去的過(guò)濾器，因此在氧化劑供給路23中氣泵44的后段側(cè)，配置有將空氣中的有機(jī)物利用催化燃燒除去或者將陽(yáng)離子吸附的氣體過(guò)濾器24。
從燃料電池20的陽(yáng)極21側(cè)排出的排出甲醇和二氧化碳被從陽(yáng)極排出路25向氣液分離器45排出，并且從陰極22側(cè)排出的排出空氣和生成水被從陰極排出路26排出，在氣液分離器45中合流。在氣液分離器45中，被分離為液體成分和氣體成分后，在液體成分流過(guò)液體成分流通路46a，氣體成分流過(guò)氣體成分流通路46b的同時(shí)，被利用由冷卻風(fēng)扇47強(qiáng)制性地排氣的燃料電池系統(tǒng)100內(nèi)部的空氣冷卻，分別導(dǎo)入緩沖罐90。即，緩沖罐90回收由于因發(fā)電反應(yīng)而消耗了甲醇的排出甲醇和生成水，因此緩沖罐90內(nèi)的甲醇濃度慢慢地降低。由于當(dāng)緩沖罐90內(nèi)的甲醇濃度降低時(shí)，在構(gòu)成燃料電池20的多個(gè)單元電池的電壓中即產(chǎn)生偏差，因此本實(shí)施方式中，替代濃度傳感器而檢測(cè)該偏差，當(dāng)檢測(cè)到多個(gè)單元電池的電壓達(dá)到了規(guī)定的偏差以上時(shí)，即向控制單元發(fā)送信號(hào)，控制單元驅(qū)動(dòng)甲醇泵42，從副燃料罐80向緩沖罐90補(bǔ)充燃料，調(diào)整緩沖罐90的甲醇濃度。另外，也可以是甲醇泵41與甲醇泵42連動(dòng)，在每次甲醇泵42驅(qū)動(dòng)時(shí)，將相同量的高濃度甲醇從燃料包32向副燃料罐80補(bǔ)充，為了減少輔機(jī)類的耗能，例如也可以在甲醇泵42驅(qū)動(dòng)3次后，將3倍的量的高濃度甲醇從燃料包32向副燃料罐80補(bǔ)充。
(實(shí)施方式2)圖4是示意性地表示實(shí)施方式2的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成的系統(tǒng)構(gòu)成圖。本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)100的基本的構(gòu)成與實(shí)施方式1相同。以下，對(duì)于實(shí)施方式2的燃料電池系統(tǒng)100，將針對(duì)與實(shí)施方式1不同的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。
在本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)100的副燃料罐80中，作為自由路徑，取代實(shí)施方式1的罐連通路95，設(shè)有一方的端部開(kāi)放的管狀的氣體流通管200。
圖5是表示氣體流通管200的概略圖。氣體流通管200是長(zhǎng)度足夠保持液體燃料的小直徑管道(例如內(nèi)徑為1.5×300mm左右)，氣體流通管200例如最好將內(nèi)部的體積設(shè)為所述的體積v以上。這樣的話，由于可以將從副燃料罐80中溢出的液體燃料存留于氣體流通管200內(nèi)，因此可以抑制液體燃料向系統(tǒng)之外泄漏的情況。
另外，通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定氣體流通管200的材質(zhì)和厚度，可以形成使在氣體流通管200內(nèi)蒸發(fā)了的液體燃料作為蒸氣而從表面慢慢地蒸發(fā)掉的構(gòu)造。例如，作為適于此種構(gòu)造的管材，可以舉出0.5mm以下的厚度的硅管道或低密度聚乙烯管道等。
(實(shí)施方式3)圖6是示意性地表示實(shí)施方式3的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成的系統(tǒng)構(gòu)成圖。本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)100的基本的構(gòu)成與實(shí)施方式2相同。以下，對(duì)于實(shí)施方式3的燃料電池系統(tǒng)100，將針對(duì)與實(shí)施方式2不同的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。
本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)100中，在氣體流通管200的頭端部分設(shè)有氣液分離構(gòu)造210。由于利用氣液分離構(gòu)造210，可以不從氣體流通管200中泄漏液體燃料地將規(guī)定的濃度以下的燃料氣體向外部放出，因此可以提高燃料電池系統(tǒng)100的安全性。
圖7表示氣液分離構(gòu)造210的某個(gè)方式。本方式中，氣體流通管200的末端部分被插入筒狀的燃料捕集部220中。燃料捕集部220具備容器222、吸收劑224及活性炭226。具體來(lái)說(shuō)，在插入了容器222中的氣體流通管200的周圍設(shè)有海綿狀的吸收劑224，在吸收劑224的上部，即容器222的入口附近，設(shè)有活性炭226。利用該構(gòu)造，當(dāng)從氣體流通管200中漏出的液體燃料一旦滯留于容器222的底部，滯留量增加時(shí)，則被吸收劑224捕集，可以抑制燃料泄漏的情況。另外，未被吸收劑224捕集完的燃料被具有大表面積的活性炭226促進(jìn)蒸發(fā)，被蒸發(fā)為不會(huì)達(dá)到一定濃度(例如200ppm)以上。
圖8表示氣液分離構(gòu)造210的其他的方式。本方式中，燃料捕集部220被配置于燃料電池、熱交換器等發(fā)熱體的附近。本方式的燃料捕集部220中，在插入了容器222中的氣體流通管200的周圍設(shè)有活性炭226，在活性炭226的周圍還設(shè)有吸收劑224。根據(jù)該構(gòu)造，到達(dá)了氣體流通管200的末端的液體燃料因發(fā)熱體的熱量而被促進(jìn)蒸發(fā)，通過(guò)利用活性炭226捕集過(guò)多的燃料，而被蒸發(fā)為不會(huì)達(dá)到一定濃度(例如200ppm)以上。另外，未蒸發(fā)完的燃料由于被吸收劑224吸收，因此燃料很難泄漏。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本實(shí)施方式中，雖然使用由作為液體燃料使用甲醇的DMFC構(gòu)成的燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行了說(shuō)明，然而可以適用本發(fā)明的直接供給液體燃料的類型的燃料電池系統(tǒng)并不限定于DMFC系統(tǒng)。另外，雖然對(duì)作為負(fù)載使用個(gè)人計(jì)算機(jī)的形狀的燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行了說(shuō)明，然而本發(fā)明可以被期待用于各種各樣的機(jī)器，特別是攜帶機(jī)器用的燃料電池系統(tǒng)中。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，是向燃料電池供給液體燃料而運(yùn)轉(zhuǎn)所述燃料電池的燃料電池系統(tǒng)，其特征是，具有被可以拆裝地設(shè)置，貯藏向所述燃料電池供給的液體燃料的第一燃料貯藏部；將貯藏于所述第一燃料貯藏部中的液體燃料送出的第一燃料供給機(jī)構(gòu)；貯藏由所述第一燃料供給機(jī)構(gòu)送出的液體燃料的第二燃料貯藏部；將貯藏于所述第二燃料貯藏部中的液體燃料送出的第二燃料供給機(jī)構(gòu)；設(shè)于所述第二燃料貯藏部中，檢測(cè)貯藏于所述第二燃料貯藏部中的液體燃料的量的燃料檢測(cè)機(jī)構(gòu)，在所述第二燃料貯藏部的上部，設(shè)有用于所述第二燃料貯藏部?jī)?nèi)的氣體的吸入及排出的自由路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征是，所述自由路徑為一方的末端被開(kāi)放的管狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征是，所述自由路徑的內(nèi)部體積在利用第一燃料供給機(jī)構(gòu)獲得的1次的液體燃料容量以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征是，在所述自由路徑的末端設(shè)有氣液分離構(gòu)造。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征是，所述氣液分離構(gòu)造具有捕集液體燃料的吸收體、吸附排出氣體中的所述燃料的過(guò)濾器中的某種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征是，所述過(guò)濾器為活性炭。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征是，還具備第三燃料貯藏機(jī)構(gòu)，其與所述第二燃料供給機(jī)構(gòu)連接，將來(lái)自所述燃料電池的排出物與由所述第二燃料供給機(jī)構(gòu)送出的所述液體燃料混合，調(diào)和、貯藏用于向所述燃料電池供給的燃料，并且將不需要的氣體成分向所述燃料電池系統(tǒng)外部排出，所述自由路徑的末端被與第三燃料貯藏機(jī)構(gòu)的氣層部分連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以在維持燃料電池的發(fā)電狀態(tài)的同時(shí)更換燃料盒的燃料電池系統(tǒng)。本發(fā)明的具有燃料電池(20)的燃料電池系統(tǒng)(100)具有被可以拆裝地設(shè)于燃料電池系統(tǒng)(100)中而貯藏向燃料電池(20)供給的燃料的燃料盒(30)、貯藏從燃料盒(30)中送出的燃料的副燃料罐(80)、貯藏被從副燃料罐(80)中送出而稀釋為規(guī)定的濃度的燃料的緩沖罐(90)，副燃料罐(80)的上部與緩沖罐(90)被氣體可以自由地出入的罐連通路(95)連接。
文檔編號(hào)H01M8/00GK1941470SQ20061013997
公開(kāi)日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2006年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者藤田悟朗, 株本浩揮 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社