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JP2004281341A - Fuel container - Google Patents

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JP2004281341A
JP2004281341A JP2003074900A JP2003074900A JP2004281341A JP 2004281341 A JP2004281341 A JP 2004281341A JP 2003074900 A JP2003074900 A JP 2003074900A JP 2003074900 A JP2003074900 A JP 2003074900A JP 2004281341 A JP2004281341 A JP 2004281341A
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JP
Japan
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fuel
container
container body
fuel container
container according
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JP2003074900A
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Japanese (ja)
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Yasunari Kabasawa
康成 椛澤
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Casio Computer Co Ltd
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
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Priority to CA002514901A priority patent/CA2514901C/en
Priority to DE602004031535T priority patent/DE602004031535D1/en
Priority to PCT/JP2004/003784 priority patent/WO2004083036A1/en
Priority to EP06002572A priority patent/EP1659061B1/en
Priority to EP04722068.6A priority patent/EP1562826B1/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

【課題】保持される姿勢にかかわらず設けられた燃料を流出させる。
【解決手段】本発明に係る燃料容器7は、液体の燃料10を貯蔵した容器本体15と、燃料10を流出させる流出口9とを有し、燃料電池で生成された生成水を容器本体15の内部に導入することにより燃料10を流出口9から流出させるものである。燃料容器7において、燃料10には、気泡が含まれない状態で高粘性液体11が重層されており、容器本体15の内壁と高粘性液体11の液面とに囲まれた空間部60には、前記生成水を吸収することで膨潤する膨潤体17が充填されている。そして燃料容器7では、燃料電池で生成された生成水が、流路19を流通して容器本体15の内部の空間部60に導入されるようになっている。
【選択図】 図3
An object of the present invention is to discharge fuel provided regardless of a held posture.
A fuel container (7) according to the present invention has a container body (15) storing a liquid fuel (10) and an outlet (9) through which the fuel (10) flows out. The fuel 10 is caused to flow out of the outlet 9 by being introduced into the inside. In the fuel container 7, the fuel 10 is overlaid with the high-viscosity liquid 11 in a state where air bubbles are not included. The space 60 surrounded by the inner wall of the container body 15 and the liquid surface of the high-viscosity liquid 11 A swelling body 17 that swells by absorbing the generated water is filled. In the fuel container 7, water generated by the fuel cell flows through the flow path 19 and is introduced into the space 60 inside the container body 15.
[Selection diagram] FIG.

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体燃料を貯蔵する燃料容器に係り、特に燃料電池に供給するための液体燃料を貯蔵する燃料電池用燃料容器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年では、携帯電話,ノート型パソコン,デジタルカメラ,PDA(Personal Digital Assistance),電子手帳等の小型の電子機器がめざましい進歩・発展を遂げており、その電源として、アルカリ乾電池,マンガン乾電池等の一次電池及びニッケル−カドミウム蓄電池,ニッケル−水素蓄電池,リチウムイオン電池等の二次電池が用いられている。
【0003】
上記のような電子機器では、小型であることに加え、電池そのものの姿勢が変わっても一定の電力が供給されるため、例えば、ノート型パソコンであれば小脇に抱えながら持ち運んだり、携帯電話やデジタルカメラであれば胸ポケットやバックに無造作に収納した状態で持ち運んだりして使用することが可能であり、ユーザの使用場面に応じて電子機器を種々の姿勢に保持して使用することができる。
【0004】
ところが、上記電子機器に搭載される一次電池又は二次電池は、エネルギーの利用効率の観点から検証すると、必ずしもエネルギーの有効利用が図られているとは言えず、今日では、一次電池及び二次電池の代替えのために、高いエネルギー利用効率を実現できる燃料電池についての研究・開発も盛んにおこなわれている。
【0005】
燃料電池は、燃料と大気中の酸素とを電気化学的に反応させて化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出すものであり、将来性に富む有望な電池であると位置付けられている。しかし、液体燃料等を燃料とする燃料電池では、燃料を貯蔵する燃料容器の取扱いに注意しなければならない。すなわち、このタイプの燃料電池は、燃料そのものが液状で保持されているため、燃料を貯蔵する燃料容器の姿勢が適宜変えられることにより、燃料容器の内部で燃料が重力の作用する方向に移動し、燃料内に気泡が含まれる可能性がある。この場合、気泡が含まれた状態で燃料容器から流出するため、燃料容器からの燃料の流出(流出量)が不安定になり、その結果、発電モジュール(燃料容器に貯蔵された燃料を用いて発電する部分)に供給される燃料の供給量も不安定となって発電能力の低下を招いてしまう。従って、液体燃料を燃料とする燃料電池を、持ち運び自在の小型の電子機器に搭載することは難しい。
【0006】
そこで、保持される姿勢にかかわらず、発電モジュールへの燃料の供給を安定させることができる燃料容器が考案されている(例えば特許文献1参照)。
【0007】
具体的に特許文献1に記載の燃料容器(1)では、燃料容器内に液体燃料浸透部材(8)が配設されるとともに燃料容器の側面の所定箇所に負圧対策機構としての細孔(6)が形成されており、細孔からの大気の導入により燃料容器内の負圧を調整しながら、液体燃料浸透部材に浸透した燃料を毛管力により燃料容器から発電モジュール(スタック本体2)に供給している。
【0008】
【特許文献1】
特開2001−93551号公報(段落番号0011〜0019,第1図)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1に記載の燃料容器は、保持される姿勢にかかわらず燃料そのものが確実に液体燃料浸透部材に接触・浸透するため、燃料に気泡が含まれることなく燃料容器から燃料が流出し、発電モジュールへの燃料の供給を安定させることが可能であるけれども、燃料容器を横に寝かせた状態又は斜めに保持した状態においては貯蔵された燃料の量が減少すると、燃料容器に残留した燃料が液体燃料浸透部材に接触・浸透せず、貯蔵された全ての燃料を燃料容器から流出させることができない。つまり特許文献1に記載の燃料容器では、保持される姿勢にかかわらず燃料容器からの燃料の流出を安定させることはできるが、保持される姿勢によっては燃料容器に燃料が残留してしまう。
【0010】
本発明の課題は、保持される姿勢にかかわらず燃料を流出させることができる燃料容器を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明の燃料容器は、
容器本体と、
前記容器本体内に設けられた燃料と、
前記燃料を前記容器本体の外部に供給するために前記容器本体に設けられた流出口と、
前記流出口からの前記燃料の流出に応じた流体を前記容器本体の内部に導入する流体導入手段と、
前記流体導入手段と連通し、前記流体を吸収することにより前記容器本体内で膨潤する膨潤体と、
を有することを特徴とする。
【0012】
請求項1に記載の発明では、流体導入手段を介して流体を膨潤体に吸収させることにより、膨潤体が膨潤して容器本体の内圧が上昇するため、容器本体内の燃料を流出口から流出させることができる。従って燃料容器の姿勢が如何なる状態であっても、外部から流体が供給される限り膨潤体が膨潤・膨張を繰り返すので、容器本体内の燃料は減少するにも関わらず、膨潤体の膨潤・膨張による押圧力を受けて常に流出口から流出しようとする。これにより、請求項1に記載の燃料容器では、燃料が一旦外部に供給されると、保持される姿勢にかかわらず、容器本体内の燃料を常時流出しようとするので、安定して燃料を供給することができる。
【0013】
請求項2に記載の燃料容器において、
前記流体は、前記流出口から流出された前記燃料から生成された生成物であることを特徴とする。
【0014】
請求項2に記載の発明では、流出口から流出された燃料の量に応じて生成された生成物を容器本体に導入することで、容器本体が流出する燃料の量を生成物が流入する量で相殺して容器本体の容積を略均等にすることが可能であるが、燃料に対して容器本体に流入する生成物の容積が小さくても膨潤体が膨潤して容器本体に残った燃料に圧力をかけることができるため、容器本体の燃料が減っても、燃料容器の保持される姿勢に関わらず、流出口から燃料をいつでも供給できるような状態になっている。
【0015】
請求項3に記載の発明は、
請求項1又は2に記載の燃料容器において、
前記容器本体内で前記燃料と前記膨潤体との間に介在する高粘性液体を有することを特徴とする。
【0016】
請求項3に記載の発明では、容器本体内に圧力を加えられて燃料が流出口の外側より高い圧力下にある場合や、流出口の外側の圧力が容器本体内より低い状態の場合に、容器本体と高粘性液体により燃料を覆うことができるので、容器本体内の圧力の変化に伴い燃料内に気相状態の流体がほとんど混入しないので燃料容器の姿勢が如何なる状態であっても、容器本体の流出口から燃料が一旦外に出てしまえば、容器本体内外の圧力が平衡状態になるか、容器本体の流出口から燃料を外部に取り込んでいる取り込み手段が取り込みを停止しない限り、安定して燃料を供給することができる。また、容器本体に設けられた燃料が、容器本体の内壁(流出口を除く。)と高粘性液体とにより封止された状態に保持されるため、燃料が大気に接触することはほとんどない。従って、容器本体に設けられた燃料が揮発して減少するのを防止できる。
【0017】
請求項4に記載の発明は、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料容器において、
前記容器本体の内部には、前記燃料を吸収することが可能な吸収体が充填されていることを特徴とする。
【0018】
請求項4に記載の発明では、容器本体の内部には吸収体が充填されているため、燃料を常に吸収しようとして燃料を引き寄せる作用が働くので、燃料容器の姿勢に関わらず安定した燃料の供給を行うことが可能となる。
【0019】
請求項5に記載の発明は、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の燃料容器において、
前記容器本体には、前記容器本体内の容積を変化させる容積変化手段が配設されていることを特徴とする。
【0020】
請求項5に記載の発明では、容積変化手段によって容器本体の容積が減少することにより容器内の圧力が増大して燃料が流出口から流出しようとするので、簡易に燃料を流出口から供給することができる。
【0021】
請求項6に記載の発明は、
請求項4に記載の燃料容器において、
前記容器本体の内部には、前記燃料を吸収することが可能な吸収体が充填され、
前記吸収体は、前記容積変化手段による前記容器本体の容積の減少により収縮することを特徴とする。
【0022】
請求項6に記載の発明では、燃料を吸収して膨潤した吸収体が容積変化手段による容器本体の容積の減少に伴い収縮するため、吸収体が吸収していた燃料を簡易に流出口から供給することができる。
【0023】
請求項7に記載の発明は、
請求項5又は6に記載の燃料容器において、
前記容積変化手段は、応力により収縮自在な蛇腹であることを特徴とする。
【0024】
請求項7に記載の発明では、容積変化手段が、容器本体に形成された伸縮自在の蛇腹であるので、蛇腹を収縮させて容器本体の容積を減少させることにより、燃料を流出口から確実に流出させることができる。
【0025】
請求項8に記載の発明は、
請求項1〜7のいずれか一項に記載の燃料容器において、
前記容器本体の内部に外気を導入する外気導入手段を有することを特徴とする。
【0026】
請求項8に記載の発明では、外気導入手段が外気を導入することによって容器本体内の燃料の減少を補償することができる。
【0027】
請求項9に記載の発明は、
請求項8に記載の燃料容器において、
前記外気導入手段は、前記容器本体の内部と外部とを連通する通気孔であることを特徴とする。
【0028】
請求項9に記載の発明では、外気導入手段が通気孔であるので、容器本体の内部と外部との間で通気孔を通じて外気を容易に流入・流出させることができる。従って容器本体の流出口から燃料が流出するとき、外気導入手段としての通気孔から容器本体の内部に外気を導入させて、容器本体の内部に作用する負圧を調整することができる。
【0029】
請求項10に記載の発明は、
請求項9に記載の燃料容器において、
前記外気導入手段としての通気孔には、前記燃料の揮発成分の透過を遮蔽し、外気を選択的に透過させる選択性透過膜が配設されていることを特徴とする。
【0030】
請求項10に記載の発明では、外気導入手段としての通気孔に選択性透過膜が配設されているので、燃料の揮発成分が容器本体の外部に放出するのを防止できる。従って、容器本体に設けられた燃料が揮発して減少するのを確実に防止できる。
【0031】
請求項11に記載の発明は、
請求項1〜10のいずれか一項に記載の燃料容器において、
前記流出口の内部には、前記容器本体から前記流出口の外側への前記燃料の流出を許容し、前記流出口の外側から前記容器本体への前記燃料の流入を阻止する逆止弁が配設されていることを特徴とする。
【0032】
請求項11に記載の発明では、燃料の流れる方向を順方向のみとし、逆方向へ流すことを防止でき、燃料が容器本体に流れることがないので、燃料容器を外部のポンプと接続したときに、逆流による負圧のために燃料容器とポンプとの間に気体が生じることがないのでポンプも常に安定して燃料を送出できる。
【0033】
請求項12に記載の発明は、
請求項1〜11のいずれか一項に記載の燃料容器において、
前記流体導入手段は、前記流体が流通可能な前記膨潤体に通じる流路であることを特徴とする。
【0034】
請求項12に記載の発明では、流体導入手段により膨潤体が流体を確実に捕捉することができる。
【0035】
請求項13に記載の発明は、請求項1〜12のいずれか一項に記載の燃料容器において、
前記膨潤体は、パルプ,繊維,織物等に水溶性接着剤を添加して圧縮した圧縮体であることを特徴とする。
【0036】
請求項13に記載の発明では、膨潤体は水溶性接着剤を添加した圧縮体であるので、流体が燃料電池で生成された生成水である場合、この生成水が膨潤体に吸収されると水溶性接着剤が溶出し、膨潤体を圧縮された状態から解放させて確実に膨張させることができる。
【0037】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されない。
図1は、本発明に係る燃料容器7が備わった発電システム1の基本構成を示すブロック図である。図2は、発電システム1に配設される燃料貯蔵モジュール2及び発電モジュール3の概略構成を示す一部破断斜視図である。ただし、図2では燃料貯蔵モジュール2は一端部の構成のみが図示されており、他端部が省略されている。
【0038】
図1に示す通り、発電システム1は、燃料10(図2及び図3参照)を貯蔵する燃料貯蔵モジュール2と、燃料貯蔵モジュール2に貯蔵された燃料10で発電する発電モジュール3と、を有している。燃料貯蔵モジュール2と発電モジュール3とは互いに着脱自在とされており、燃料貯蔵モジュール2は、図2に示す通り、略円筒状の筐体4を有している。筐体4の頭頂部には円形の貫通孔5が形成されており、筐体4の外周側であって筐体4の頭頂部にも貫通孔6が形成されている。また筐体4の内部には燃料容器7が収納されている。
【0039】
図3は上記燃料容器7の概略構成を示す図面であって、図3(a)は燃料容器7の外観を示す斜視図であり、図3(b)は燃料容器7の内部構成を示す断面図である。
図3(a)に示す通り、燃料容器7は、所定長さを有する円筒状の容器本体15を有している。容器本体15は透明又は半透明を呈した部材であって、ポリエチレン,ポリプロピレン,ポリカーボネート,アクリル等の材料から構成されている。
【0040】
容器本体15の後端部であって容器本体15の側面には、燃料容器7の内部に外気を導入する外気導入手段としての複数の外気導入孔14,14,…が容器本体15の周方向に沿うように並んで形成されている。各外気導入孔14は、容器本体15の内部と外部とを連通する単なる通気孔である。
【0041】
容器本体15の先端部には、流出口9が突出するように配設されており、容器本体15の流出口9近傍には、燃料容器7の長手方向に沿って伸縮自在な容積変化手段としての蛇腹8が形成されている。容器本体15は、蛇腹8が伸びるとき容積が増加し、蛇腹8が減少するとき容積が減少するようになっている。
【0042】
容器本体15の側部には、発電モジュール3で生成された水を流通させて容器本体15の内部に当該水を導入するための水導入管16が配設されている。水導入管16は、燃料容器7の先端部から後端部にかけて燃料容器7の長手方向に沿って延在している。
【0043】
図3(b)に示す通り、容器本体15の内部には燃料10が貯蔵されている。具体的に燃料10は化学燃料と水との混合物である。化学燃料としては、メタノール,エタノール等のアルコール類やガソリンといった水素元素を含む化合物が適用可能である。本実施形態では、メタノールと水とを等モルで均一に混合した混合物が燃料10として用いられている。また容器本体15の内部では、燃料10の液面を完全に覆うように高粘性液体11が重層されている。これにより、燃料10は、容器本体15の内壁(供給口9を除く。)と高粘性液体11とにより容器本体15の内部に密閉されている。高粘性液体11は燃料10よりも高粘性を有する液体であって、具体的にはポリブテン,流動パラフィン,スピンドル油等の鉱油類やジメチルシリコン油,メチルフェニルシリコン油等のシリコン油類である。さらに高粘性流体11は顔料,染料等の色材で着色されている。また、高粘性液体11は、燃料10に対して不溶性又は難溶性であることが好ましい。
【0044】
これら燃料10及び高粘性液体11は、水性と油性の特性から互いに混合することなく分離しており、燃料10は、容器本体15の内壁と高粘性液体11とにより完全に封止された状態で容器本体15に貯蔵されている。また、燃料10と高粘性液体11との界面又は燃料10に混入していた空気等の気体は真空脱泡装置等で予め吸引・除去されており、燃料10と高粘性液体11との界面又は燃料10には、気泡がほとんど含まれない(気泡が無い)状態となっている。
【0045】
高粘性液体11の液面(燃料10との界面の反対側の面)と容器本体15の内壁とに囲まれた空間部60には、水を吸収することで膨潤する膨潤体17が充填されている。具体的に膨潤体17は、パルプ,繊維,織物等に水溶性接着剤を添加して圧縮した圧縮体であって、水を吸収すると水溶性接着剤が溶出して圧縮・固形化された状態から解放され、水の吸収量に応じて徐々に膨潤するようになっている。また、膨潤体17に接触する容器本体15の後壁には、膨潤体17に水を導入するための水導入孔18が形成されている。
【0046】
容器本体15の内部の流出口9近傍には、燃料10を吸収する吸収体12が圧縮された状態で充填されている。具体的に吸収体12は、撥油性材料から構成された、高粘性液体11が浸透不可な複数の微細孔を有する多孔質体であり、特に燃料10に対して高い吸収性を有している。従って吸収体12には高粘性液体11が浸透せず(吸収されず)、高粘性液体11が容器本体15の流出口9から流出しないようになっている。また吸収体12は、容器本体15に形成された上記蛇腹8の内壁に密着しており、蛇腹8を収縮させて容器本体15の容積を減少させると吸収体12は収縮し、逆に、吸収体12が燃料10を吸収して膨潤すると蛇腹8が伸びて容器本体15の容積が増加するようになっている。
【0047】
さらに容器本体15の流出口9の内部には、ダックビル状(アヒル・カモのくちばしのような形状)の逆止弁13が配設されている。逆止弁13は、吸収体12に吸収された燃料10に対して当該燃料10を押し出そうとする圧力(正圧)が加えられると、口13aを押し広げようとする方向に応力が働いて、口13aから流出口9への燃料10の流出を許容し、容器本体15の内部が負圧になることにより流出口9から逆止弁13に向けて圧力が加えられると、口13aを閉じようとする方向に応力が働いて、流出口9から容器本体15への逆流を妨げる機能を有している。本実施形態では、後述の通り、容器本体15内に正圧が加わると、逆止弁13を介して燃料10が容器本体15の内部から流出口9の外部へ流出することができるようになっている。また逆止弁13は、上記の通り、容器本体15内に負圧が加わると口13aを閉じて、逆止弁13からの燃料10等の流体の流出を阻止するようになっている。
【0048】
容器本体15の側部に配設された水導入管16の内部には、発電モジュール3で生成された流体としての水が流通する流体導入手段としての流路19が形成されている。流路19は、水導入管16の先端部から水導入管16に略沿って延在して水導入管16の後端部で屈曲し、容器本体15の水導入孔18を介して空間部60に通じており、発電モジュール3で生成された水が毛管力により流通可能な径を有する流路となっている。
【0049】
なお、上記構成を具備する燃料容器7は、図2に示す通り、供給口9が貫通孔5に挿入されかつ水導入管16の先端部が貫通孔6に挿入されるように、燃料貯蔵モジュール2の筐体4に着脱自在に収納されるようになっている。燃料容器7が燃料貯蔵モジュール2の所定位置に設置された状態では、燃料容器7は、容器本体15の外周面の一部が筐体4の外部に露出している。この状態において、上記の通り、容器本体15が透明又は半透明であり、さらに高粘性液体11が着色されているため、容器本体15を介して高粘性液体11の液面の変位を視認することで燃料10の有無又は残量を容易に確認できる。
【0050】
さらに上記の通り、容器本体15に形成された外気導入手段としての外気導入孔14,14,…は単なる通気孔とされているが、各外気導入孔14には、高粘性液体11の代わりに、燃料10の揮発成分の透過を遮蔽する機能を有し、さらに外気(空気)だけを選択に透過させる機能を有する選択性透過膜が配設されてもよい。この場合、燃料10の揮発成分が容器本体15の外部に放出するのを防止でき、容器本体15に貯蔵された燃料10が揮発して減少するのを防止できる。
【0051】
次に、発電モジュール3について説明する。
図1に示す通り、発電モジュール3は、燃料容器7から供給された燃料10を改質する改質装置20を有している。改質装置20は気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24から構成されている。また発電モジュール3は、改質装置20により改質された燃料10により発電をおこなう燃料電池25と、燃料電池25で発電された電気エネルギーを蓄電し必要に応じて電気エネルギーを供給する蓄電部26と、蓄電部26から供給された電気エネルギーを発電モジュール3全体に分配する分配部27と、上記改質装置20、燃料電池25、蓄電部26及び分配部27を電子制御する制御部28と、を有している。
【0052】
図2に示す通り、発電モジュール3は略円筒状の筐体30を有している。筐体30の内部には、気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24がこの順に重ねられた状態で配設されており、さらには気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24を囲むように燃料電池25が配設されている。また燃料電池25の外側であって筐体30の外周面には、空気中の酸素を吸気するための複数のスリット31,31,…が互いに平行に並んだ状態で形成されている。
【0053】
筐体30の頭頂部には、蓄電部26(図1参照)から外部のデバイスに電気エネルギーを供給するための端子32が配設されており、端子32の周囲であって筐体30の頭頂部には複数の通気孔33,33,…が形成されている。
【0054】
筐体30の底部には、燃料貯蔵モジュール2と嵌合するために下方に突出する管34,35が配設されている。管34は発電モジュール3で生成した水を流通させるためのものであり、管35は燃料容器7から燃料10を吸入するためのものである。また、管34にはバルブ36が配設されており、筐体30に設けられた管37がバルブ36を介して管34に通じている。
【0055】
次に、上記改質装置20の各反応器及び燃料電池25で起こる化学反応の各過程について説明する。
気化器21は、燃料貯蔵モジュール2の燃料容器7から管35を通じて供給された燃料10を加熱することで、燃料10を気化(蒸発)させるものである。気化器21で気化した混合気は水蒸気改質反応器22へ供給される。
【0056】
水蒸気改質反応器22は、化学反応式(1)のように、気化器21から供給された混合気を改質触媒で水素ガスと二酸化炭素ガスに改質するものである。
CHOH+HO→3H+CO … (1)
また、気化器21から供給された混合気が完全に水素ガスと二酸化炭素ガスとに改質されない場合もあり、この場合、化学反応式(2)のように、水蒸気改質反応器22で微量の一酸化炭素ガスが生成される。
2CHOH+HO→5HO+CO+CO … (2)
水蒸気改質反応器22で生成された水素ガス、二酸化炭素ガス及び一酸化炭素に加えて未反応の水蒸気は、水性シフト反応器23へ供給される。
【0057】
水性シフト反応器23は、化学反応式(3)のように、水蒸気改質反応器22から供給された混合気(水素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気及び一酸化炭素ガス)のうち一酸化炭素ガスを触媒で水性シフト反応させるものである。
CO+HO→CO+H … (3)
【0058】
水蒸気改質反応器22において未反応だった水蒸気が水性シフト反応に用いられ、混合気の水蒸気及び一酸化炭素ガス濃度は非常に希薄になる。水性シフト反応器23から選択酸化反応器24へ混合気(水素ガス、二酸化炭素ガス及び一酸化炭素ガスを含む。)が選択酸化反応器24へ供給される。
【0059】
選択酸化反応器24は、水性シフト反応器23から供給された混合気のうち一酸化炭素ガスを触媒によって選択し、化学反応式(4)のように、一酸化炭素ガスを酸化させるものである。
2CO+O→2CO … (4)
化学反応式(4)の左辺の酸素は、発電モジュール3の複数の通気孔33,33,…を介して大気中から選択酸化反応器24に取り込まれる。また、選択酸化反応器24には、化学反応式(4)の化学反応を選択的に促進する触媒が形成されているため、混合気に含まれる水素はほとんど酸化しない。選択酸化反応器24から燃料電池25へ混合気が供給されるが、その混合気には一酸化炭素ガスがほとんど含まれず、水素ガス及び二酸化炭素ガスの純度が非常に高い。選択酸化反応器24に水素とそれ以外の無害の副生成物とに分離できる機構が設けられていれば、各通気孔33からその副生成物を排出するようにしてもよい。
【0060】
燃料電池25は、触媒微粒子が付着した燃料極(カソード)と、触媒微粒子が付着した空気極(アノード)と、燃料極と空気極との間に介装されたフィルム状のイオン伝導膜とを具備するものである。燃料極には選択酸化反応器24からの混合気が供給され、空気極には、発電モジュール3の外周面に設けられた複数のスリット31,31,…を介して大気中の酸素ガスが供給される。
【0061】
電気化学反応式(5)に示すように、燃料極に水素ガスが供給されると、燃料極に付着した触媒により電子の分離した水素イオンが発生し、水素イオンがイオン伝導膜を通じて空気極へ伝導し、燃料極より電子が取り出される。また、選択酸化反応器24から供給された混合気のうち二酸化炭素ガスは、反応せずに外部に放出される。
3H→6H+6e … (5)
一方、電気化学反応式(6)に示すように、空気極に酸素ガスが供給されると、イオン導電膜を通過した水素イオンと、酸素ガスと、電子とが反応して、水が生成される。
6H+3/2O+6e→3HO … (6)
燃料電池25で以上のような電気化学反応が起こることによって、電気エネルギーが生成される。生成された電気エネルギーは、蓄電部26に蓄電されるようになっている。
【0062】
なお、上記気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24は、シリコン、アルミニウム合金又はガラスからなる小型の基板に形成されたマイクロ流路に流体を流してこの流体を気化させるか又は流体の少なくとも一部に化学反応を引き起こさせるマイクロリアクタとして機能するものである。以下では、気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の構造について説明する。
【0063】
図4は気化器21の断面図であり、図5は気化器21に備わった熱処理炉40の斜視図である。
図4に示す通り、気化器21は、低融点ガラスで形成された直方体状のガラス容器53を有しており、ガラス容器53の内壁及び外壁には、アルミ等で形成された輻射シールド膜51,52が成膜されている。各輻射シールド膜51,52は、赤外線を含む電磁波に対して高い反射性を有しており、後述の熱処理炉40で発した電磁波をガラス容器53の内部に反射するようになっている。これにより、熱処理炉40で発された電磁波はガラス容器53の外部に伝播するのを遮蔽され、熱処理炉40から発された電磁波による輻射熱がガラス容器53の外部に放熱するのを防止できるようになっている。
【0064】
ガラス容器53の内壁に成膜された輻射シールド膜51の内側であってガラス容器53の内部の各角部には、支持体54,54,…がそれぞれ配設されている。そして各支持体54により支持された状態で、熱処理炉40がガラス容器53の内部に配設されている。ただし、熱処理炉40はガラス容器53の内壁から離間している。
【0065】
上記熱処理炉40は、図4に示す通り、2枚の基板41,42を互いに重ね合わせて接合した構造を有している。各基板41,42はシリコン結晶,アルミニウム,ガラス等の材料で構成されている。そして図5に示す通り、各基板41,42の接合部には葛折りとされたマイクロ流路43が形成されている。
【0066】
マイクロ流路43は、基板41の一方の面に形成された葛折り状の溝を基板42に向かい合わせて基板41と基板42とを接合することで形成されており、基板41と基板42との間に封止されている。マイクロ流路43としての溝は、基板41の一方の面にフォトリソグラフィー法,エッチング法等を適宜施すことによって形成されている。
【0067】
図4及び図5に示す通り、マイクロ流路43の一方の端部には流出管45の端部が連結されている。流出管45は、基板41、輻射シールド膜51,52及びガラス容器53を貫通して熱処理炉40からガラス容器53外部に引き出されている。マイクロ流路43の他方の端部には流入管44の端部が連結されている。流入管44も、流出管45と同様に、基板42、輻射シールド膜51,52及びガラス容器53を貫通して熱処理炉40からガラス容器53の外部に引き出されている。また、流入管44は上記管35に通じており、燃料容器7に貯蔵された燃料10が、容器本体15内に加わる圧力により管35及び流入管44を介していつでもマイクロ流路43に流入できるようになっている。
【0068】
さらに図5に示す通り、基板42の基板41との接合面には、マイクロ流路43に対応するような葛折り状の発熱抵抗膜47が形成されている。基板41と基板42とが互いに接合された状態では、マイクロ流路43を形成する溝に発熱抵抗膜47が重なり、発熱抵抗膜47がマイクロ流路43の床を形成している。発熱抵抗膜47は、マイクロ流路43の一端から他端までマイクロ流路43に沿って形成されている。
【0069】
マイクロ流路43の一端において発熱抵抗膜47にリード線48が接続されており、マイクロ流路43の他端において発熱抵抗膜47にリード線49が接続されている。各リード線48,49は、金,白金,ニッケル等の抵抗率が非常に低く化学的に安定した金属材料で形成されており、各リード線48,49の電気抵抗は、発熱抵抗膜47の電気抵抗に比較しても非常に小さくなっている。
【0070】
図4に示す通り、各リード線48,49は、2枚の基板41,42に挟まれた状態で輻射シールド膜51,52及びガラス容器53を貫通して熱処理炉40からガラス容器53の外部に引き出されている。リード線48はガラス容器53の外部において分配部27の一方の電極に接続されており、リード線49はガラス容器53の外部において分配部27の他方の電極に接続されている。
【0071】
分配部27は、制御部28からの制御信号に応じて発熱抵抗膜47に供給する電力を変位させながら発熱抵抗膜47の温度を制御し、気化器21での燃料10の単位時間当たりの気化量や後述する水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24での反応の進行具合を適性化する機能を有している。例えば、分配部27によって印加される電圧が一定であれば、分配部27はリード線48,49に流す電流を変更できるようになっており、分配部27によって流れる電流が一定であれば、分配部27はリード線48−リード線49に印加する電圧を変更できるようになっている。勿論、分配部27が電圧と電流の両方を変更できてもよく、直流駆動及び交流駆動のいずれであってもよい。
【0072】
さらに制御部28は、汎用のCPU(central processing unit)等からなる演算処理装置又は専用の論理回路を有し、分配部27の電圧及び電流を示す信号をフィードバックして分配部27から発熱抵抗膜47に付与する電力を調整する機能を有している。このような構成により、発熱抵抗膜47による発熱温度が調整されるようになっている。
【0073】
なお、上記構成を具備する気化器21では、流入管44、流出管45及びリード線48,49が各輻射シールド膜51,52及びガラス容器53を貫通した状態において、ガラス容器53の内部は密閉された空間となっており、ガラス容器53の内部空間は気圧が非常に低い真空状態となっている。従ってガラス容器53の内部には熱を伝搬する媒体がほとんど存在せず、熱処理炉40からガラス容器53の外部への熱の放熱を抑えることができるようになっている。
【0074】
図6は、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の各反応器を示す断面図である。ただし、図6に示す水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の各反応器では、上記気化器21と同様の構成要素に上記と同様の符号を付してそれら構成要素の詳細な説明を省略している。
【0075】
図6に示す通り、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の各反応器は、上記気化器21と略同様の構成を有しているが、特に水蒸気改質反応器22の流入管44は気化器21の流出管45に通じており、水蒸気改質反応器22の流出管45は水性シフト反応器23の流入管44に通じており、水性シフト反応器23の流出管45は選択酸化反応器24の流入管44に通じており、選択酸化反応器24の流出管45は燃料電池25の燃料極に通じている。また、図2にも示す通り、気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の各反応器はこの順に重ねられているが、各反応器の外壁に被膜された輻射シールド膜52が隣り合う反応器同士で接触した状態で各反応器が重ねられている。
【0076】
さらに水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24のいずれの反応器においても、マイクロ流路43の内壁及び天井(つまり、基板41の溝の壁面)には改質触媒膜46がマイクロ流路43の一端から他端までマイクロ流路43に沿って形成されている。改質触媒膜46は、燃料10に含まれる化学燃料を改質して水素を生成するものであり、改質触媒膜46の成分・種類等は、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23、選択酸化反応器24の間で異なっていてもよい。ここで、水蒸気改質反応器22の場合には、上記化学反応式(1)で示された化学反応が改質触媒膜46によって促進され、水性シフト反応器23の場合には、上記化学反応式(3)で示された化学反応が改質触媒膜46によって促進され、選択酸化反応器24の場合には、上記化学反応式(4)で示された化学反応が改質触媒膜46によって促進されるようになっている。
【0077】
次に、発電システム1の使用方法及び動作を説明する。
まず、発電モジュール3に燃料10を供給するために、燃料10が貯蔵された燃料容器7を燃料貯蔵モジュール2の筐体4の所定位置に設置しなければならないが、図7(a)に示す通り、設置前の燃料容器7においては、逆止弁13が閉塞しており、吸収体12が燃料10を吸収して膨潤し、蛇腹8が伸びた状態になっている。
【0078】
そして図7(a)に示す状態の燃料容器7を燃料貯蔵モジュール2の筐体4の所定位置に設置し、その後、流出口9及び水導入管16の先端部を各貫通孔5,6に挿入するように燃料容器7を燃料貯蔵モジュール2から発電モジュール3に向けて押し付ける。すると、図7(b)に示す通り、発電モジュール3の管34が水導入管16に挿入される。
【0079】
これと同時に燃料容器7が発電モジュール3側に押し付けられるため、流出口9の先端部が発電モジュール3の筐体30の底面に当接して容器本体15には蛇腹8が縮む方向に力が加わり、燃料容器7の吸収体12及び蛇腹8が収縮する。吸収体12で吸収されていた燃料10は、吸収体12の収縮により吸収体12から放出されるが、このとき蛇腹8の収縮によって容器本体15の容積が減少したため、容器本体15内の圧力が上昇し、燃料10は行き場を失って流出口9に集まろうとする。このため、流出口9の逆止弁13に燃料10の圧力が加えられ、逆止弁13が管35を通じて流出口9から燃料10を一時的に流出し、容器本体15内外の圧力バランスの均衡が保たれる。そして流出した燃料10は、管35及び気化器21の流入管44を通じて気化器21に至り、燃料貯蔵モジュール2から発電モジュール3への燃料10の供給が開始される。
【0080】
このような燃料10の供給が開始される一方で、発電モジュール3では、改質装置20を駆動するための制御信号が制御部28から分配部27に入力される。すると、分配部27から気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の各反応器の発熱抵抗膜47にリード線48,49を介して電力が供給され、各発熱抵抗膜47が発熱する。ここで、制御部28は、分配部27から気化器21、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24の各発熱抵抗膜47に与える電圧及び電流を示す信号をフィードバックし、各発熱抵抗47が所定温度に発熱するように分配部27の電圧及び電流を制御する。
【0081】
このとき、発電モジュール3の管35及び気化器21の流入管44を通じて、燃料10が燃料容器7から気化器21の熱処理炉40内に供給され、燃料10が発熱抵抗膜47の熱によって蒸発し、気化器21内では気圧が高くなって対流が生じる。これにより、液体であった燃料10がメタノールと水との混合気に相変化し、気化器21から水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23、選択酸化反応器24及び燃料電池25までこの順に流通する。
【0082】
水蒸気改質反応器22においては、混合気が流入管44から流出管45へとマイクロ流路43を流れる。混合気がマイクロ流路43を流れているときには、混合気が発熱抵抗膜47で加熱される。そして、混合気が改質触媒膜46によって促進されて、混合気が上記化学反応式(1)・(2)のような反応を起こす。上記化学反応式(2)で生成される水が多ければ、生成された水をバルブ36により管37から管34に送出してもよい。
【0083】
水性シフト反応器23においては、混合気がマイクロ流路43を流れているときに発熱抵抗膜47によって加熱されて、上記化学反応式(3)のような反応を起こす。選択酸化反応器24においても同様に、混合気がマイクロ流路43を流れているときに発熱抵抗膜47によって加熱されて、上記化学反応式(4)のような反応を起こす。そして、水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23及び選択酸化反応器24によって生成された水素が燃料電池25の燃料極に供給され、燃料電池25においては、上記化学反応式(5)・(6)のような電気化学反応が起きて電気エネルギーが生成される。生成された電気エネルギーは、蓄電部26に蓄電されたり端子32を通じて外部に供給されたりする。
【0084】
さらに燃料電池25においては、上記化学反応式(6)に示すような電気化学反応に伴い、水が生成される。燃料電池25で生成された流体としての水(以下「生成水」という。)はそれ以後の生成水の送出と毛管力とにより、バルブ36を介して管34を流通し、管34から燃料容器7の水導入管16に流入する。
【0085】
なお、上記化学反応式(1)、(3)の左辺の水として、生成水の一部をバルブ36で制御された管37を介して水蒸気改質反応器22に導入させてもよい。このようにすることで、燃料10中の水の濃度を減らし、燃料10中の化学燃料の濃度を高めることができる。
【0086】
燃料容器7の水導入管16に流入した生成水は、それ以後の生成水の送出と毛管力とにより水導入管16の流路19を流通して容器本体15の水導入孔18に至り、水導入孔18から容器本体15の空間部60に導入される。すると、図7(c)に示す通り、膨潤体17に生成水が吸収され、膨潤体17は、水溶性接着剤が溶出して圧縮・固形化された状態から解放され、生成水の吸収量に応じて徐々に膨潤する。そして膨潤体17が膨潤するに従い、容器本体15の各外気導入孔14から空間部60に空気が導入され、膨潤体17は、生成水の吸収による膨潤に加えて導入された空気を吸入し、圧縮・固形化される前の状態に復元されるように膨潤・膨張し始める。
【0087】
ここで本実施形態では、各外気導入孔14が非常に微細な貫通孔となっており、空間部60に導入された生成水及び膨潤・膨張した膨潤体17が各外気導入孔14から漏出することはない。
【0088】
そして、図7(c)の矢印に示すように、膨潤体17の膨潤・膨張により膨潤体17が高粘性液体11を押圧し始め、高粘性液体11は、膨潤体17の膨潤・膨張による押圧力を受けて変位し、吸収体12に吸収された状態の燃料10が流出口9から発電モジュール3の管35を通じて順次流出しようとする。
【0089】
なお、高粘性液体11に対向する膨潤体17の端面を、生成水及び高粘性液体11に対して不溶性の接着剤により固化させたり、高粘性液体11と膨潤体17との間にシート材を介在させたりしてもよい。この場合、膨潤体17が高粘性液体11の液層を突き破るのを防止でき、さらには膨潤体17の膨潤・膨張の作用を高粘性液体11の液面(膨潤体17に対向する液面)全体にわたって効率よく伝達させることが可能となり、燃料10を容器本体15から確実に流出させることができる。
【0090】
その後、燃料10は、燃料容器7から流出したものから順に気化器21の流入管44を通じて気化器21に供給され、上記の通りに、気化器21から水蒸気改質反応器22、水性シフト反応器23、選択酸化反応器24及び燃料電池25まで流通して、燃料電池25で電気エネルギーと生成水が生成される。電気エネルギーは、蓄電部26に蓄電されたり端子32を通じて外部に供給されたりする。生成水は、バルブ36を介して管37を流通して管37から燃料容器7の水導入管16に流入し、容器本体15の空間部60に導入されて膨潤体17に吸収される。すると、上記の通りに、膨潤体17が膨潤・膨張し、容器本体15に貯蔵された燃料10が容器本体15から流出しようとする。つまり、発電モジュール3が燃料10を水素に改質するほど、副生成物の生成水が空間部60の膨潤体17に保持され、これにより容器本体15内の燃料10を容器本体15外に出そうと応力が働き、容器本体15の燃料10が減少するにも関わらず容器本体15から燃料10を常時出し続けようとする。
【0091】
以降、燃料貯蔵モジュール2と発電モジュール3との間で、燃料容器7から改質装置20(の気化器21)への燃料10の供給と、燃料電池25から燃料容器7への生成水の導入と、が繰り返しおこなわれる。
【0092】
そして燃料容器7から燃料10が流出し続けると、燃料容器7には燃料10がほとんどなくなり、燃料容器7から改質装置20への燃料10の供給が終了する。このとき燃料容器7の内部では、図7(d)に示す通り、高粘性液体11が吸収体12に付着するまで変位してその位置で静止している。
【0093】
なお、吸収体12は上記の通りに撥油性材料から構成されかつ複数の微細孔を有しているため、吸収体12には高粘性液体11が吸収されず、燃料容器7から発電モジュール3に高粘性液体11が流出することはない。
【0094】
以上のように本実施形態の燃料容器7では、容器本体15に貯蔵された燃料10は、高粘性液体11が重層されているため、容器本体15の内壁と高粘性液体11とにより完全に封止された状態に保持され、容器本体15の内部の流出口近傍に吸収体12が充填されているため、容器本体15の内部で吸収体12により吸収されて流出口9近傍に導出された状態に保持されている。
【0095】
そして容器本体15の空間部60に生成水が導入されると、この生成水が膨潤体17に吸収されるとともに、容器本体15の空間部60に空気が導入され、膨潤体17は、生成水の吸収による膨潤に加え、導入された空気を吸入するように膨張して高粘性液体11を押圧する。すると高粘性液体11は、膨潤体17の膨潤・膨張による押圧力を受けて変位し、これと同時に、吸収体12に吸収された状態の燃料10が流出口9から流出する。従って燃料容器7の姿勢が如何なる状態であっても、燃料電池25で生成水が生成される限り膨潤体17が膨潤・膨張を繰り返し、容器本体15に貯蔵された燃料10は、膨潤体17の膨潤・膨張による押圧力を受けて流出口9から流出しようとし続ける。これにより、本実施形態の燃料容器7では、保持される姿勢にかかわらず貯蔵された燃料10を流出させることができる。
【0096】
さらに本実施形態の燃料容器7では、上記の通り、容器本体15に貯蔵された燃料10が容器本体15の内壁と高粘性液体11とにより完全に封止された状態に保持されるため、燃料10が大気に接触することはない。従って、容器本体15に貯蔵された燃料10が揮発して減少するのを防止できる。また、燃料10が燃料容器7に貯蔵された状態では、燃料10と高粘性液体11との界面又は燃料10に気泡が含まれていない(気泡が無い)ため、本実施形態の発電システム1では、燃料貯蔵モジュール2の燃料容器7から発電モジュール3への燃料10の供給を安定させることができ、ひいては発電モジュール3で発電される電力の低下を防止することができる。
【0097】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、流体導入手段を介して流体を膨潤体に吸収させることにより、膨潤体が膨潤して容器本体の内圧が上昇するため、容器本体内の燃料を流出口から流出させることができる。従って燃料容器の姿勢が如何なる状態であっても、外部から流体が供給される限り膨潤体が膨潤・膨張を繰り返すので、容器本体内の燃料は減少するにも関わらず、膨潤体の膨潤・膨張による押圧力を受けて常に流出口から流出しようとする。これにより、請求項1に記載の燃料容器では、燃料が一旦外部に供給されると、保持される姿勢にかかわらず、容器本体内の燃料を常時流出しようとするので、安定して燃料を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】発電システムの基本構成を示すブロック図である。
【図2】燃料貯蔵モジュール及び発電モジュールの概略構成を示す一部破断斜視図である。
【図3】(a)燃料容器を示す外観斜視図であり、(b)燃料容器の内部構成を示す断面図である。
【図4】気化器を示す断面図である。
【図5】気化器の熱処理炉を示す外観斜視図である。
【図6】水蒸気改質反応器、水性シフト反応器及び選択酸化反応器の各反応器を示す断面図である。
【図7】(a)〜(d)燃料容器から発電モジュールに燃料を供給する際の燃料容器内での変化を示す図面である。
【符号の説明】
1…発電システム
2…燃料貯蔵モジュール
3…発電モジュール
4…筐体
5,6…貫通孔
7…燃料容器
8…蛇腹(容積変化手段)
9…流出口
10…燃料
11…高粘性液体
12…吸収体
13…逆止弁
14…外気導入孔(外気導入手段)
15…容器本体
16…水導入管
17…膨潤体
18…水導入孔
19…流路(流体導入手段)
20…改質装置
21…気化器
22…水蒸気改質反応器
23…水性シフト反応器
24…選択酸化反応器
25…燃料電池
26…蓄電部
27…分配部
28…制御部
30…筐体
31…スリット
32…端子
33…通気孔
34,35,37…管
36…バルブ
40…熱処理炉
41,42…基板
43…マイクロ流路
44…流入管
45…流出管
46…改質触媒膜
47…発熱抵抗膜
48,49…リード線
51,52…輻射シールド膜
53…ガラス容器
54…支持体
60…空間部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel container for storing a liquid fuel, and more particularly to a fuel container for a fuel cell for storing a liquid fuel to be supplied to a fuel cell.
[0002]
[Prior art]
In recent years, small electronic devices such as mobile phones, notebook computers, digital cameras, PDAs (Personal Digital Assistance), and electronic notebooks have made remarkable advances and developments. Batteries and secondary batteries such as nickel-cadmium storage batteries, nickel-hydrogen storage batteries, and lithium ion batteries are used.
[0003]
Since the electronic devices described above are small in size and are supplied with a constant amount of power even when the attitude of the battery itself changes, for example, a laptop computer can be carried while holding it beside a mobile phone, A digital camera can be carried around and used in a state of being stowed in a breast pocket or back casually, and can be used while holding the electronic device in various postures according to the user's usage scene. .
[0004]
However, from the viewpoint of energy use efficiency, the primary battery or the secondary battery mounted on the electronic device cannot always be said to be effective in energy utilization. As a substitute for batteries, research and development on fuel cells that can achieve high energy use efficiency are also being actively conducted.
[0005]
A fuel cell is a device that directly extracts electrical energy from chemical energy by electrochemically reacting fuel and oxygen in the atmosphere, and is positioned as a promising battery with great potential. However, in a fuel cell using a liquid fuel or the like as a fuel, care must be taken in handling a fuel container for storing the fuel. That is, in this type of fuel cell, since the fuel itself is held in a liquid state, the fuel moves in the direction in which gravity acts inside the fuel container by appropriately changing the attitude of the fuel container that stores the fuel. However, air bubbles may be included in the fuel. In this case, since the fuel flows out of the fuel container in a state in which bubbles are contained, the outflow (amount of outflow) of the fuel from the fuel container becomes unstable, and as a result, the power generation module (using the fuel stored in the fuel container) The amount of fuel supplied to the power-generating portion also becomes unstable, leading to a decrease in power generation capacity. Therefore, it is difficult to mount a fuel cell using a liquid fuel as a fuel in a small portable electronic device.
[0006]
Therefore, a fuel container has been devised which can stabilize the supply of fuel to the power generation module regardless of the held posture (for example, see Patent Document 1).
[0007]
Specifically, in the fuel container (1) described in Patent Document 1, a liquid fuel permeable member (8) is provided in the fuel container, and a fine hole ( 6) is formed, and while adjusting the negative pressure in the fuel container by introducing air from the pores, the fuel permeating the liquid fuel permeable member is transferred from the fuel container to the power generation module (stack body 2) by capillary force. Supplying.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2001-93551 A (paragraph numbers 0011 to 0019, FIG. 1)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the fuel container described in Patent Document 1, the fuel itself surely comes into contact with and penetrates the liquid fuel permeable member irrespective of the holding position, so that the fuel flows out of the fuel container without containing bubbles in the fuel, and the power is generated. Although it is possible to stabilize the supply of fuel to the module, if the amount of stored fuel decreases in a state where the fuel container is laid sideways or held diagonally, the remaining fuel in the fuel container becomes liquid. The fuel does not come into contact with or penetrate the fuel permeable member, so that all the stored fuel cannot flow out of the fuel container. That is, in the fuel container described in Patent Literature 1, it is possible to stabilize the outflow of the fuel from the fuel container irrespective of the held posture, but the fuel remains in the fuel container depending on the held posture.
[0010]
An object of the present invention is to provide a fuel container that allows fuel to flow out regardless of the held posture.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a fuel container according to the first aspect of the present invention is
A container body,
A fuel provided in the container body,
An outlet provided in the container body to supply the fuel to the outside of the container body,
Fluid introduction means for introducing a fluid according to the outflow of the fuel from the outlet into the interior of the container body,
A swelling body that communicates with the fluid introduction unit and swells in the container body by absorbing the fluid,
It is characterized by having.
[0012]
According to the first aspect of the invention, the fluid in the container main body is increased by flowing the fluid into the swelling body through the fluid introducing means, thereby swelling the swelling body and increasing the internal pressure of the container main body. Can be done. Therefore, regardless of the state of the fuel container, the swollen body repeatedly swells and expands as long as fluid is supplied from the outside. And always tries to flow out of the outlet by receiving the pressing force. Thus, in the fuel container according to the first aspect of the present invention, once the fuel is supplied to the outside, the fuel in the container main body always tries to flow out regardless of the held posture, so that the fuel is stably supplied. can do.
[0013]
The fuel container according to claim 2,
The fluid is a product generated from the fuel flowing out of the outlet.
[0014]
According to the second aspect of the present invention, the amount of fuel flowing out of the container main body is reduced by introducing the product generated according to the amount of fuel flowing out from the outlet into the container main body. It is possible to make the volume of the container main body substantially equal by offsetting it, but even if the volume of the product flowing into the container main with respect to the fuel is small, the swollen body swells and the fuel remaining in the container main body is Since the pressure can be applied, even if the fuel in the container body is reduced, the fuel can always be supplied from the outlet regardless of the holding position of the fuel container.
[0015]
The invention according to claim 3 is:
The fuel container according to claim 1 or 2,
It has a high viscosity liquid interposed between the fuel and the swelling body in the container body.
[0016]
In the invention according to claim 3, when pressure is applied to the inside of the container body and the fuel is under a higher pressure than outside the outlet, or when the pressure outside the outlet is lower than inside the container body, Since the fuel can be covered by the container body and the high-viscosity liquid, almost no gaseous phase fluid is mixed into the fuel with a change in the pressure in the container body. Once the fuel flows out from the outlet of the main body, it will be stable until the pressure inside and outside the container becomes equilibrium or the intake means that takes in the fuel from the outlet of the container stops the intake. To supply fuel. Further, since the fuel provided in the container body is kept sealed by the inner wall (excluding the outlet) of the container body and the high-viscosity liquid, the fuel hardly comes into contact with the atmosphere. Therefore, the fuel provided in the container body can be prevented from being volatilized and reduced.
[0017]
The invention described in claim 4 is
The fuel container according to any one of claims 1 to 3,
An interior of the container body is filled with an absorber capable of absorbing the fuel.
[0018]
According to the fourth aspect of the present invention, since the interior of the container main body is filled with the absorber, the function of attracting the fuel to constantly absorb the fuel works, so that the stable supply of the fuel regardless of the posture of the fuel container. Can be performed.
[0019]
The invention according to claim 5 is
The fuel container according to any one of claims 1 to 4,
The container main body is provided with volume changing means for changing the volume in the container main body.
[0020]
According to the fifth aspect of the present invention, the volume of the container body is reduced by the volume changing means, the pressure in the container is increased, and the fuel tends to flow out of the outlet, so that the fuel is easily supplied from the outlet. be able to.
[0021]
The invention according to claim 6 is
The fuel container according to claim 4,
The inside of the container body is filled with an absorber capable of absorbing the fuel,
The absorber is contracted by a reduction in the volume of the container body by the volume changing means.
[0022]
According to the sixth aspect of the present invention, since the absorbent that has absorbed the fuel and swelled contracts as the volume of the container body is reduced by the volume changing means, the fuel absorbed by the absorbent is simply supplied from the outlet. can do.
[0023]
The invention according to claim 7 is
The fuel container according to claim 5, wherein
The volume changing means is a bellows which can be contracted by stress.
[0024]
In the invention according to claim 7, since the volume changing means is an elastic bellows formed on the container body, the volume of the container body is reduced by contracting the bellows, so that the fuel can be surely discharged from the outlet. Can be drained.
[0025]
The invention according to claim 8 is
The fuel container according to any one of claims 1 to 7,
It is characterized by having outside air introduction means for introducing outside air into the inside of the container body.
[0026]
According to the eighth aspect of the present invention, the outside air introducing means introduces outside air, thereby compensating for a decrease in fuel in the container body.
[0027]
The invention according to claim 9 is
The fuel container according to claim 8,
The outside air introduction means is a vent that communicates the inside and the outside of the container body.
[0028]
According to the ninth aspect of the present invention, since the outside air introduction means is a vent, outside air can easily flow in and out between the inside and the outside of the container body through the vent. Therefore, when fuel flows out of the outlet of the container body, the outside air can be introduced into the inside of the container body through the ventilation hole as the outside air introduction means, and the negative pressure acting on the inside of the container body can be adjusted.
[0029]
The invention according to claim 10 is
The fuel container according to claim 9,
The ventilation hole as the outside air introduction means is provided with a selective permeable membrane that blocks transmission of volatile components of the fuel and selectively allows outside air to pass therethrough.
[0030]
According to the tenth aspect of the present invention, since the selective permeable membrane is provided in the ventilation hole as the outside air introducing means, it is possible to prevent the volatile components of the fuel from being released to the outside of the container body. Therefore, it is possible to reliably prevent the fuel provided in the container body from being volatilized and reduced.
[0031]
The invention according to claim 11 is
The fuel container according to any one of claims 1 to 10,
A check valve is provided inside the outlet to allow the fuel to flow out of the container body to the outside of the outlet and prevent the fuel from flowing into the container body from outside the outlet. It is characterized by being provided.
[0032]
According to the eleventh aspect of the present invention, the fuel flows only in the forward direction, can be prevented from flowing in the reverse direction, and the fuel does not flow into the container body. Therefore, when the fuel container is connected to an external pump, Since no gas is generated between the fuel container and the pump due to the negative pressure due to the backflow, the pump can always deliver fuel stably.
[0033]
The invention according to claim 12 is
The fuel container according to any one of claims 1 to 11,
The fluid introduction means is a flow passage communicating with the swollen body through which the fluid can flow.
[0034]
According to the twelfth aspect of the present invention, the swollen body can reliably capture the fluid by the fluid introducing means.
[0035]
The invention according to claim 13 is the fuel container according to any one of claims 1 to 12,
The swollen body is a compressed body obtained by adding a water-soluble adhesive to pulp, fiber, woven fabric, or the like and compressing it.
[0036]
In the invention according to claim 13, since the swelling body is a compressed body to which a water-soluble adhesive has been added, when the fluid is water generated by a fuel cell, the generated water is absorbed by the swelling body. The water-soluble adhesive is eluted, and the swollen body can be released from the compressed state and expanded reliably.
[0037]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the scope of the invention is not limited to the illustrated example.
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a power generation system 1 provided with a fuel container 7 according to the present invention. FIG. 2 is a partially cutaway perspective view showing a schematic configuration of the fuel storage module 2 and the power generation module 3 provided in the power generation system 1. However, in FIG. 2, only the configuration of one end of the fuel storage module 2 is shown, and the other end is omitted.
[0038]
As shown in FIG. 1, the power generation system 1 includes a fuel storage module 2 that stores a fuel 10 (see FIGS. 2 and 3) and a power generation module 3 that generates power using the fuel 10 stored in the fuel storage module 2. are doing. The fuel storage module 2 and the power generation module 3 are detachable from each other, and the fuel storage module 2 has a substantially cylindrical casing 4 as shown in FIG. A circular through hole 5 is formed at the top of the housing 4, and a through hole 6 is also formed at the outer periphery of the housing 4 and at the top of the housing 4. A fuel container 7 is housed inside the housing 4.
[0039]
3A and 3B are diagrams showing a schematic configuration of the fuel container 7, in which FIG. 3A is a perspective view showing an appearance of the fuel container 7, and FIG. FIG.
As shown in FIG. 3A, the fuel container 7 has a cylindrical container body 15 having a predetermined length. The container body 15 is a transparent or translucent member, and is made of a material such as polyethylene, polypropylene, polycarbonate, and acrylic.
[0040]
A plurality of outside air introduction holes 14, 14,... Serving as outside air introduction means for introducing outside air into the fuel container 7 are provided at the rear end of the container body 15 and on the side surface of the container body 15. Are formed side by side. Each outside air introduction hole 14 is a simple ventilation hole that connects the inside and the outside of the container body 15.
[0041]
An outlet 9 is provided at the tip of the container body 15 so as to protrude, and is provided near the outlet 9 of the container body 15 as a volume changing means that can expand and contract along the longitudinal direction of the fuel container 7. Bellows 8 are formed. The volume of the container body 15 increases when the bellows 8 extends, and decreases when the bellows 8 decreases.
[0042]
A water introduction pipe 16 for distributing water generated by the power generation module 3 and introducing the water into the container main body 15 is provided on a side portion of the container main body 15. The water introduction pipe 16 extends along the longitudinal direction of the fuel container 7 from the front end to the rear end of the fuel container 7.
[0043]
As shown in FIG. 3B, the fuel 10 is stored inside the container body 15. Specifically, the fuel 10 is a mixture of a chemical fuel and water. As the chemical fuel, alcohols such as methanol and ethanol, and compounds containing a hydrogen element such as gasoline can be applied. In the present embodiment, a mixture in which methanol and water are uniformly mixed in an equimolar amount is used as the fuel 10. Further, inside the container body 15, a highly viscous liquid 11 is layered so as to completely cover the liquid surface of the fuel 10. Thus, the fuel 10 is sealed inside the container body 15 by the inner wall (excluding the supply port 9) of the container body 15 and the high-viscosity liquid 11. The high-viscosity liquid 11 is a liquid having a higher viscosity than the fuel 10, and is specifically a mineral oil such as polybutene, liquid paraffin, or spindle oil, or a silicon oil such as dimethyl silicone oil or methylphenyl silicone oil. Further, the high-viscosity fluid 11 is colored with a coloring material such as a pigment or a dye. Further, the high-viscosity liquid 11 is preferably insoluble or hardly soluble in the fuel 10.
[0044]
The fuel 10 and the high-viscosity liquid 11 are separated from each other without being mixed with each other due to the characteristics of water and oil, and the fuel 10 is completely sealed by the inner wall of the container body 15 and the high-viscosity liquid 11. It is stored in the container body 15. Gas such as air at the interface between the fuel 10 and the high-viscosity liquid 11 or air or the like mixed in the fuel 10 is previously suctioned and removed by a vacuum defoaming device or the like. The fuel 10 is in a state containing almost no air bubbles (no air bubbles).
[0045]
A space 60 surrounded by the liquid surface of the highly viscous liquid 11 (the surface opposite to the interface with the fuel 10) and the inner wall of the container body 15 is filled with a swelling body 17 that swells by absorbing water. ing. Specifically, the swollen body 17 is a compressed body obtained by adding a water-soluble adhesive to pulp, fiber, woven fabric, or the like, and is compressed and solidified by absorbing the water to elute the water-soluble adhesive. From water, and gradually swell according to the amount of water absorbed. In addition, a water introduction hole 18 for introducing water into the swelling body 17 is formed on the rear wall of the container body 15 that comes into contact with the swelling body 17.
[0046]
The vicinity of the outlet 9 inside the container body 15 is filled with an absorber 12 that absorbs the fuel 10 in a compressed state. Specifically, the absorber 12 is a porous body made of an oil-repellent material and having a plurality of fine pores through which the high-viscosity liquid 11 cannot penetrate, and particularly has high absorbency for the fuel 10. . Therefore, the high-viscosity liquid 11 does not permeate (is not absorbed) into the absorber 12, and the high-viscosity liquid 11 does not flow out of the outlet 9 of the container body 15. The absorber 12 is in close contact with the inner wall of the bellows 8 formed on the container body 15, and when the bellows 8 is contracted to reduce the volume of the container body 15, the absorber 12 contracts, and conversely, absorbs. When the body 12 absorbs the fuel 10 and swells, the bellows 8 expands and the volume of the container body 15 increases.
[0047]
Further, inside the outlet 9 of the container body 15, a check valve 13 having a duck bill shape (a shape like a duck / duck beak) is provided. When a pressure (positive pressure) for pushing out the fuel 10 to the fuel 10 absorbed by the absorber 12 is applied to the check valve 13, stress acts in a direction to push and expand the opening 13 a. Then, when the fuel 10 is allowed to flow out of the outlet 13a to the outlet 9 and the inside of the container body 15 becomes negative pressure, and pressure is applied from the outlet 9 toward the check valve 13, the port 13a is closed. A stress acts in a direction to be closed, and has a function of preventing backflow from the outlet 9 to the container body 15. In the present embodiment, as described later, when a positive pressure is applied to the inside of the container body 15, the fuel 10 can flow out of the inside of the container body 15 to the outside of the outlet 9 through the check valve 13. ing. As described above, when a negative pressure is applied to the inside of the container body 15, the check valve 13 closes the opening 13 a and prevents the fluid such as the fuel 10 from flowing out of the check valve 13.
[0048]
A flow path 19 as a fluid introduction means through which water as a fluid generated by the power generation module 3 flows is formed inside the water introduction pipe 16 disposed on the side of the container body 15. The flow path 19 extends substantially along the water introduction pipe 16 from the front end of the water introduction pipe 16, bends at the rear end of the water introduction pipe 16, and forms a space through the water introduction hole 18 of the container body 15. The flow path has a diameter through which water generated by the power generation module 3 can flow by capillary force.
[0049]
In addition, as shown in FIG. 2, the fuel container 7 having the above configuration has a fuel storage module such that the supply port 9 is inserted into the through hole 5 and the tip of the water introduction pipe 16 is inserted into the through hole 6. The second housing 4 is detachably housed. When the fuel container 7 is installed at a predetermined position of the fuel storage module 2, the fuel container 7 has a part of the outer peripheral surface of the container body 15 exposed to the outside of the housing 4. In this state, as described above, since the container body 15 is transparent or translucent and the high-viscosity liquid 11 is colored, the displacement of the liquid surface of the high-viscosity liquid 11 can be visually recognized through the container body 15. Thus, the presence or absence or the remaining amount of the fuel 10 can be easily confirmed.
[0050]
Further, as described above, the outside air introduction holes 14, 14,... Formed as outside air introduction means formed in the container main body 15 are merely ventilation holes. Alternatively, a selective permeable membrane having a function of blocking the permeation of volatile components of the fuel 10 and a function of selectively permeating only outside air (air) may be provided. In this case, it is possible to prevent the volatile components of the fuel 10 from being released to the outside of the container body 15, and to prevent the fuel 10 stored in the container body 15 from being volatilized and reduced.
[0051]
Next, the power generation module 3 will be described.
As shown in FIG. 1, the power generation module 3 has a reformer 20 that reforms the fuel 10 supplied from the fuel container 7. The reformer 20 includes a vaporizer 21, a steam reforming reactor 22, an aqueous shift reactor 23, and a selective oxidation reactor 24. The power generation module 3 includes a fuel cell 25 that generates power using the fuel 10 reformed by the reforming device 20 and a power storage unit 26 that stores the electric energy generated by the fuel cell 25 and supplies the electric energy as necessary. A distribution unit 27 that distributes the electric energy supplied from the power storage unit 26 to the entire power generation module 3, a control unit 28 that electronically controls the reformer 20, the fuel cell 25, the power storage unit 26, and the distribution unit 27; have.
[0052]
As shown in FIG. 2, the power generation module 3 has a substantially cylindrical housing 30. Inside the housing 30, a vaporizer 21, a steam reforming reactor 22, an aqueous shift reactor 23, and a selective oxidation reactor 24 are arranged in a stacked state in this order. A fuel cell 25 is provided so as to surround the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24. Further, a plurality of slits 31, 31,... For taking in oxygen in the air are formed in parallel with each other on the outer peripheral surface of the housing 30 outside the fuel cell 25.
[0053]
A terminal 32 for supplying electric energy from the power storage unit 26 (see FIG. 1) to an external device is provided at the top of the housing 30. A plurality of ventilation holes 33, 33,... Are formed at the top.
[0054]
Pipes 34 and 35 projecting downward for fitting with the fuel storage module 2 are provided at the bottom of the housing 30. The pipe 34 is for flowing water generated by the power generation module 3, and the pipe 35 is for sucking the fuel 10 from the fuel container 7. A valve 36 is provided on the tube 34, and a tube 37 provided on the housing 30 communicates with the tube 34 via the valve 36.
[0055]
Next, each process of a chemical reaction occurring in each reactor of the reformer 20 and the fuel cell 25 will be described.
The vaporizer 21 vaporizes (evaporates) the fuel 10 by heating the fuel 10 supplied from the fuel container 7 of the fuel storage module 2 through the pipe 35. The mixture vaporized by the vaporizer 21 is supplied to the steam reforming reactor 22.
[0056]
The steam reforming reactor 22 reforms the mixture supplied from the vaporizer 21 into hydrogen gas and carbon dioxide gas using a reforming catalyst, as shown in chemical reaction formula (1).
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (1)
In some cases, the air-fuel mixture supplied from the vaporizer 21 may not be completely reformed into hydrogen gas and carbon dioxide gas. In this case, as shown in the chemical reaction formula (2), a very small amount Is generated.
2CH 3 OH + H 2 O → 5H 2 O + CO + CO 2 (2)
Unreacted steam in addition to the hydrogen gas, carbon dioxide gas and carbon monoxide generated in the steam reforming reactor 22 is supplied to the aqueous shift reactor 23.
[0057]
The aqueous shift reactor 23 is, as shown in chemical reaction formula (3), a gaseous mixture (hydrogen gas, carbon dioxide gas, steam and carbon monoxide gas) supplied from the steam reforming reactor 22. Is subjected to an aqueous shift reaction with a catalyst.
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (3)
[0058]
Unreacted steam in the steam reforming reactor 22 is used for the aqueous shift reaction, and the concentration of steam and carbon monoxide gas in the air-fuel mixture becomes very low. A gas mixture (including hydrogen gas, carbon dioxide gas, and carbon monoxide gas) is supplied from the aqueous shift reactor 23 to the selective oxidation reactor 24.
[0059]
The selective oxidation reactor 24 selects a carbon monoxide gas from a gas mixture supplied from the aqueous shift reactor 23 with a catalyst, and oxidizes the carbon monoxide gas as shown in a chemical reaction formula (4). .
2CO + O 2 → 2CO 2 (4)
The oxygen on the left side of the chemical reaction formula (4) is taken into the selective oxidation reactor 24 from the atmosphere through the plurality of ventilation holes 33 of the power generation module 3. Further, in the selective oxidation reactor 24, since a catalyst for selectively promoting the chemical reaction of the chemical reaction formula (4) is formed, hydrogen contained in the gas mixture is hardly oxidized. The gas mixture is supplied from the selective oxidation reactor 24 to the fuel cell 25, but the gas mixture hardly contains carbon monoxide gas, and the purity of hydrogen gas and carbon dioxide gas is very high. If the selective oxidation reactor 24 is provided with a mechanism capable of separating hydrogen and other harmless by-products, the by-products may be discharged from each vent 33.
[0060]
The fuel cell 25 includes a fuel electrode (cathode) to which catalyst particles are attached, an air electrode (anode) to which catalyst particles are attached, and a film-like ion conductive membrane interposed between the fuel electrode and the air electrode. It is provided. An air-fuel mixture from the selective oxidation reactor 24 is supplied to the fuel electrode, and oxygen gas in the atmosphere is supplied to the air electrode through a plurality of slits 31 provided on the outer peripheral surface of the power generation module 3. Is done.
[0061]
As shown in the electrochemical reaction formula (5), when hydrogen gas is supplied to the fuel electrode, a catalyst attached to the fuel electrode generates hydrogen ions having separated electrons, and the hydrogen ions are transferred to the air electrode through the ion conductive membrane. It conducts and electrons are extracted from the fuel electrode. Further, the carbon dioxide gas in the gas mixture supplied from the selective oxidation reactor 24 is discharged to the outside without reacting.
3H 2 → 6H ++ 6e (5)
On the other hand, as shown in the electrochemical reaction formula (6), when oxygen gas is supplied to the air electrode, hydrogen ions passing through the ionic conductive film, oxygen gas, and electrons react to generate water. You.
6H + + 3 / 2O 2 + 6e → 3H 2 O (6)
When the above-described electrochemical reaction occurs in the fuel cell 25, electric energy is generated. The generated electric energy is stored in the power storage unit 26.
[0062]
The vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24 flow a fluid through a microchannel formed on a small substrate made of silicon, aluminum alloy, or glass. It functions as a microreactor for vaporizing the fluid or causing a chemical reaction in at least a part of the fluid. Hereinafter, the structures of the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24 will be described.
[0063]
FIG. 4 is a sectional view of the vaporizer 21, and FIG. 5 is a perspective view of a heat treatment furnace 40 provided in the vaporizer 21.
As shown in FIG. 4, the vaporizer 21 has a rectangular parallelepiped glass container 53 made of low-melting glass, and the inner and outer walls of the glass container 53 have a radiation shield film 51 made of aluminum or the like. , 52 are formed. Each of the radiation shield films 51 and 52 has high reflectivity with respect to electromagnetic waves including infrared rays, and reflects electromagnetic waves emitted from a heat treatment furnace 40 described later into the glass container 53. Thereby, the electromagnetic wave emitted from the heat treatment furnace 40 is shielded from propagating to the outside of the glass container 53, and the radiation heat by the electromagnetic wave emitted from the heat treatment furnace 40 can be prevented from radiating to the outside of the glass container 53. Has become.
[0064]
Supports 54, 54,... Are provided at each corner inside the radiation shield film 51 formed on the inner wall of the glass container 53 and inside the glass container 53, respectively. The heat treatment furnace 40 is disposed inside the glass container 53 while being supported by the supports 54. However, the heat treatment furnace 40 is separated from the inner wall of the glass container 53.
[0065]
As shown in FIG. 4, the heat treatment furnace 40 has a structure in which two substrates 41 and 42 are overlapped and joined to each other. Each of the substrates 41 and 42 is made of a material such as silicon crystal, aluminum, and glass. Then, as shown in FIG. 5, a minute microchannel 43 is formed at the joint between the substrates 41 and 42.
[0066]
The micro flow channel 43 is formed by joining the substrate 41 and the substrate 42 with the groove formed in one surface of the substrate 41 facing the substrate 42 and facing the substrate 42. It is sealed between. The groove as the micro channel 43 is formed by appropriately performing photolithography, etching, or the like on one surface of the substrate 41.
[0067]
As shown in FIGS. 4 and 5, one end of the micro flow channel 43 is connected to an end of an outflow pipe 45. The outflow pipe 45 penetrates through the substrate 41, the radiation shield films 51 and 52, and the glass container 53, and is drawn out of the heat treatment furnace 40 to the outside of the glass container 53. The other end of the micro channel 43 is connected to an end of an inflow pipe 44. The inflow pipe 44, like the outflow pipe 45, passes through the substrate 42, the radiation shield films 51 and 52, and the glass container 53, and is drawn out of the heat treatment furnace 40 to the outside of the glass container 53. Further, the inflow pipe 44 communicates with the pipe 35 so that the fuel 10 stored in the fuel container 7 can flow into the micro flow channel 43 at any time through the pipe 35 and the inflow pipe 44 due to the pressure applied in the container body 15. It has become.
[0068]
Further, as shown in FIG. 5, on the bonding surface of the substrate 42 with the substrate 41, a ridge-shaped heating resistance film 47 corresponding to the microchannel 43 is formed. When the substrate 41 and the substrate 42 are bonded to each other, the heat generating resistive film 47 overlaps the groove forming the micro flow channel 43, and the heat generating resistive film 47 forms the floor of the micro flow channel 43. The heating resistance film 47 is formed along the micro flow channel 43 from one end to the other end of the micro flow channel 43.
[0069]
A lead wire 48 is connected to the heating resistance film 47 at one end of the micro flow channel 43, and a lead wire 49 is connected to the heating resistance film 47 at the other end of the micro flow channel 43. Each of the lead wires 48 and 49 is formed of a chemically stable metal material such as gold, platinum, and nickel having a very low resistivity. It is much smaller than the electrical resistance.
[0070]
As shown in FIG. 4, each lead wire 48, 49 penetrates the radiation shield films 51, 52 and the glass container 53 while being sandwiched between the two substrates 41, 42, from the heat treatment furnace 40 to the outside of the glass container 53. Has been drawn to. The lead wire 48 is connected to one electrode of the distribution unit 27 outside the glass container 53, and the lead wire 49 is connected to the other electrode of the distribution unit 27 outside the glass container 53.
[0071]
The distribution unit 27 controls the temperature of the heating resistance film 47 while displacing the power supplied to the heating resistance film 47 according to a control signal from the control unit 28, and vaporizes the fuel 10 in the vaporizer 21 per unit time. It has a function of optimizing the amount and the progress of the reaction in the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24 described below. For example, if the voltage applied by the distribution unit 27 is constant, the distribution unit 27 can change the current flowing through the lead wires 48 and 49. The section 27 can change the voltage applied to the lead wires 48-49. Of course, the distribution unit 27 may be able to change both the voltage and the current, and may be either DC drive or AC drive.
[0072]
Further, the control unit 28 has an arithmetic processing unit including a general-purpose CPU (central processing unit) or a dedicated logic circuit. The control unit 28 feeds back a signal indicating the voltage and current of the distribution unit 27 and feeds a signal from the distribution unit 27 to the heating resistance film. It has a function of adjusting the electric power applied to 47. With such a configuration, the temperature of heat generated by the heat generating resistive film 47 is adjusted.
[0073]
In the vaporizer 21 having the above configuration, the inside of the glass container 53 is sealed when the inflow pipe 44, the outflow pipe 45, and the lead wires 48, 49 penetrate the radiation shielding films 51, 52 and the glass container 53. The interior space of the glass container 53 is in a vacuum state with a very low atmospheric pressure. Therefore, there is almost no medium for transmitting heat inside the glass container 53, so that heat radiation from the heat treatment furnace 40 to the outside of the glass container 53 can be suppressed.
[0074]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing each of the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24. However, in each of the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24 shown in FIG. 6, the same components as those of the vaporizer 21 are denoted by the same reference numerals as those described above. Detailed description of the components is omitted.
[0075]
As shown in FIG. 6, each of the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24 has substantially the same configuration as the vaporizer 21. An inlet pipe 44 of the reactor 22 communicates with an outlet pipe 45 of the vaporizer 21, and an outlet pipe 45 of the steam reforming reactor 22 communicates with an inlet pipe 44 of the aqueous shift reactor 23. The outlet pipe 45 communicates with the inlet pipe 44 of the selective oxidation reactor 24, and the outlet pipe 45 of the selective oxidation reactor 24 communicates with the fuel electrode of the fuel cell 25. Further, as shown in FIG. 2, the respective reactors of the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24 are stacked in this order, but on the outer wall of each reactor. Each reactor is stacked with the coated radiation shield film 52 in contact with adjacent reactors.
[0076]
Further, in any of the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24, the reforming catalyst is provided on the inner wall and the ceiling of the micro channel 43 (that is, the wall surface of the groove of the substrate 41). A film 46 is formed along the micro flow channel 43 from one end to the other end of the micro flow channel 43. The reforming catalyst film 46 is for reforming the chemical fuel contained in the fuel 10 to generate hydrogen. The components and types of the reforming catalyst film 46 are the same as those of the steam reforming reactor 22 and the aqueous shift reactor. 23, the selective oxidation reactor 24 may be different. Here, in the case of the steam reforming reactor 22, the chemical reaction represented by the chemical reaction formula (1) is promoted by the reforming catalyst film 46, and in the case of the aqueous shift reactor 23, the chemical reaction is performed. The chemical reaction represented by the formula (3) is promoted by the reforming catalyst film 46, and in the case of the selective oxidation reactor 24, the chemical reaction represented by the chemical reaction formula (4) is performed by the reforming catalyst film 46. Is being promoted.
[0077]
Next, the method of use and operation of the power generation system 1 will be described.
First, in order to supply the fuel 10 to the power generation module 3, the fuel container 7 in which the fuel 10 is stored must be installed at a predetermined position of the housing 4 of the fuel storage module 2, as shown in FIG. As described above, in the fuel container 7 before installation, the check valve 13 is closed, the absorber 12 absorbs the fuel 10 and swells, and the bellows 8 is in an extended state.
[0078]
Then, the fuel container 7 in the state shown in FIG. 7A is installed at a predetermined position of the housing 4 of the fuel storage module 2, and then the outlet 9 and the tip of the water introduction pipe 16 are inserted into the through holes 5 and 6. The fuel container 7 is pressed from the fuel storage module 2 toward the power generation module 3 so as to be inserted. Then, the pipe 34 of the power generation module 3 is inserted into the water introduction pipe 16 as shown in FIG.
[0079]
At the same time, since the fuel container 7 is pressed against the power generation module 3, the tip of the outlet 9 abuts against the bottom surface of the housing 30 of the power generation module 3, and a force is applied to the container body 15 in the direction in which the bellows 8 contracts. Then, the absorber 12 and the bellows 8 of the fuel container 7 contract. The fuel 10 absorbed by the absorber 12 is released from the absorber 12 by the contraction of the absorber 12, but at this time, the volume of the container body 15 is reduced by the contraction of the bellows 8, so that the pressure in the container body 15 is reduced. Ascending, the fuel 10 loses its place and tries to collect at the outlet 9. Therefore, the pressure of the fuel 10 is applied to the check valve 13 of the outlet 9, the check valve 13 temporarily flows the fuel 10 from the outlet 9 through the pipe 35, and the pressure balance between the inside and the outside of the container body 15 is balanced. Is kept. The fuel 10 that has flowed out reaches the carburetor 21 through the pipe 35 and the inflow pipe 44 of the carburetor 21, and the supply of the fuel 10 from the fuel storage module 2 to the power generation module 3 is started.
[0080]
While the supply of the fuel 10 is started, in the power generation module 3, a control signal for driving the reformer 20 is input from the control unit 28 to the distribution unit 27. Then, electric power is supplied from the distribution unit 27 to the heat-generating resistance films 47 of the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24 via the leads 48 and 49. Then, each heating resistance film 47 generates heat. Here, the control unit 28 feeds back a signal indicating a voltage and a current applied from the distribution unit 27 to each of the heating resistance films 47 of the vaporizer 21, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24. Then, the voltage and current of the distribution unit 27 are controlled so that each heating resistor 47 generates heat to a predetermined temperature.
[0081]
At this time, the fuel 10 is supplied from the fuel container 7 into the heat treatment furnace 40 of the carburetor 21 through the pipe 35 of the power generation module 3 and the inflow pipe 44 of the carburetor 21, and the fuel 10 is evaporated by the heat of the heat generating resistance film 47. In the vaporizer 21, the pressure increases and convection occurs. As a result, the phase of the liquid fuel 10 changes to a mixture of methanol and water, and the fuel 10 from the vaporizer 21 to the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, the selective oxidation reactor 24 and the fuel cell 25. Distribute in order.
[0082]
In the steam reforming reactor 22, the air-fuel mixture flows through the micro flow channel 43 from the inflow pipe 44 to the outflow pipe 45. When the air-fuel mixture is flowing through the micro flow channel 43, the air-fuel mixture is heated by the heating resistance film 47. Then, the air-fuel mixture is promoted by the reforming catalyst film 46, and the air-fuel mixture reacts according to the chemical reaction formulas (1) and (2). If a large amount of water is generated by the chemical reaction formula (2), the generated water may be sent from the pipe 37 to the pipe 34 by the valve 36.
[0083]
In the aqueous shift reactor 23, the mixture is heated by the heat generating resistive film 47 while flowing through the micro flow channel 43, and a reaction such as the chemical reaction formula (3) occurs. Similarly, in the selective oxidation reactor 24, the mixture is heated by the heat generating resistive film 47 while flowing through the micro flow channel 43, and a reaction represented by the chemical reaction formula (4) occurs. Then, hydrogen generated by the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, and the selective oxidation reactor 24 is supplied to the fuel electrode of the fuel cell 25. In the fuel cell 25, the chemical reaction formula (5) An electrochemical reaction as in (6) occurs to generate electric energy. The generated electric energy is stored in the power storage unit 26 or supplied to the outside through the terminal 32.
[0084]
Further, in the fuel cell 25, water is generated along with the electrochemical reaction represented by the chemical reaction formula (6). Water as a fluid generated in the fuel cell 25 (hereinafter, referred to as “generated water”) flows through the pipe 34 via the valve 36 by the output of the generated water and the capillary force, and the fuel container 25 7 flows into the water introduction pipe 16.
[0085]
As the water on the left side of the chemical reaction formulas (1) and (3), a part of the generated water may be introduced into the steam reforming reactor 22 via a pipe 37 controlled by a valve 36. By doing so, the concentration of water in the fuel 10 can be reduced, and the concentration of the chemical fuel in the fuel 10 can be increased.
[0086]
The generated water that has flowed into the water introduction pipe 16 of the fuel container 7 flows through the flow path 19 of the water introduction pipe 16 by sending out the generated water and the capillary force, and reaches the water introduction hole 18 of the container body 15, The water is introduced into the space 60 of the container body 15 through the water introduction hole 18. Then, as shown in FIG. 7 (c), the generated water is absorbed by the swelling body 17, and the swelling body 17 is released from the state in which the water-soluble adhesive is eluted and compressed and solidified, and the amount of generated water absorbed Swells gradually according to. Then, as the swelling body 17 swells, air is introduced into the space portion 60 from each outside air introduction hole 14 of the container body 15, and the swelling body 17 sucks the introduced air in addition to swelling due to absorption of generated water, It begins to swell and expand so that it is restored to its state before being compressed and solidified.
[0087]
Here, in the present embodiment, each outside air introduction hole 14 is a very fine through-hole, and the generated water introduced into the space 60 and the swollen / expanded swelling body 17 leak from each outside air introduction hole 14. Never.
[0088]
Then, as shown by the arrow in FIG. 7C, the swelling body 17 starts to press the high-viscosity liquid 11 by the swelling / expansion of the swelling body 17, and the high-viscosity liquid 11 is pushed by the swelling / expansion of the swelling body 17. The fuel 10 is displaced by the pressure, and the fuel 10 absorbed in the absorber 12 tries to sequentially flow out of the outlet 9 through the pipe 35 of the power generation module 3.
[0089]
The end face of the swelling body 17 facing the high-viscosity liquid 11 is solidified by an adhesive insoluble in the generated water and the high-viscosity liquid 11, or a sheet material is placed between the high-viscosity liquid 11 and the swelling body 17. It may be interposed. In this case, the swelling body 17 can be prevented from breaking through the liquid layer of the high-viscosity liquid 11, and the swelling / swelling action of the swelling body 17 can be reduced by the liquid surface of the high-viscosity liquid 11 (liquid surface facing the swelling body 17). It is possible to transmit the fuel efficiently over the whole, and the fuel 10 can be reliably discharged from the container body 15.
[0090]
Thereafter, the fuel 10 is supplied to the vaporizer 21 through the inflow pipe 44 of the vaporizer 21 in order from the fuel that has flowed out of the fuel container 7, and as described above, the vapor reformer 22, the steam reforming reactor 22, the aqueous shift reactor 23, it flows to the selective oxidation reactor 24 and the fuel cell 25, and the fuel cell 25 generates electric energy and generated water. The electric energy is stored in the power storage unit 26 or supplied to the outside through the terminal 32. The generated water flows through the pipe 37 via the valve 36, flows into the water introduction pipe 16 of the fuel container 7 from the pipe 37, is introduced into the space 60 of the container body 15, and is absorbed by the swelling body 17. Then, as described above, the swelling body 17 swells and expands, and the fuel 10 stored in the container body 15 tends to flow out of the container body 15. In other words, as the power generation module 3 reforms the fuel 10 into hydrogen, the water generated as a by-product is retained in the swollen body 17 in the space 60, whereby the fuel 10 in the container main body 15 flows out of the container main body 15. Then, the stress acts, and the fuel 10 in the container body 15 tends to be constantly discharged even though the fuel 10 in the container body 15 decreases.
[0091]
Thereafter, between the fuel storage module 2 and the power generation module 3, the supply of the fuel 10 from the fuel container 7 to (the carburetor 21 of) the reformer 20 and the introduction of generated water from the fuel cell 25 to the fuel container 7. Is repeatedly performed.
[0092]
When the fuel 10 continues to flow out of the fuel container 7, the fuel 10 almost disappears from the fuel container 7, and the supply of the fuel 10 from the fuel container 7 to the reformer 20 ends. At this time, inside the fuel container 7, as shown in FIG. 7D, the highly viscous liquid 11 is displaced until it adheres to the absorber 12, and remains at that position.
[0093]
Since the absorber 12 is made of an oil-repellent material and has a plurality of micropores as described above, the absorber 12 does not absorb the high-viscosity liquid 11, and is transferred from the fuel container 7 to the power generation module 3. The highly viscous liquid 11 does not flow out.
[0094]
As described above, in the fuel container 7 of the present embodiment, the fuel 10 stored in the container body 15 is completely sealed by the inner wall of the container body 15 and the high-viscosity liquid 11 because the high-viscosity liquid 11 is overlaid. It is held in a stopped state, and the absorber 12 is filled near the outlet inside the container body 15, so that it is absorbed by the absorber 12 inside the container body 15 and drawn out near the outlet 9. Is held in.
[0095]
When the generated water is introduced into the space 60 of the container body 15, the generated water is absorbed by the swollen body 17, and air is introduced into the space 60 of the container body 15, and the swollen body 17 In addition to the swelling due to the absorption of the air, it expands so as to suck the introduced air and presses the highly viscous liquid 11. Then, the high-viscosity liquid 11 is displaced by receiving a pressing force due to swelling / expansion of the swelling body 17, and at the same time, the fuel 10 absorbed by the absorber 12 flows out of the outlet 9. Therefore, regardless of the posture of the fuel container 7, the swelling body 17 repeats swelling and expansion as long as the generated water is generated in the fuel cell 25, and the fuel 10 stored in the container body 15 is It continues to try to flow out of the outlet 9 under the pressing force due to swelling and expansion. Thereby, in the fuel container 7 of the present embodiment, the stored fuel 10 can flow out regardless of the held posture.
[0096]
Furthermore, in the fuel container 7 of the present embodiment, as described above, the fuel 10 stored in the container body 15 is held in a state where the fuel 10 is completely sealed by the inner wall of the container body 15 and the high-viscosity liquid 11. 10 does not come into contact with the atmosphere. Therefore, the fuel 10 stored in the container body 15 can be prevented from being volatilized and reduced. Further, in a state where the fuel 10 is stored in the fuel container 7, no air bubbles are contained in the interface between the fuel 10 and the highly viscous liquid 11 or the fuel 10 (no air bubbles). Thus, the supply of the fuel 10 from the fuel container 7 of the fuel storage module 2 to the power generation module 3 can be stabilized, and the power generated by the power generation module 3 can be prevented from lowering.
[0097]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, since the swollen body is swollen and the internal pressure of the container body is increased by absorbing the fluid into the swollen body through the fluid introducing means, the fuel in the container body is discharged to the outlet. Can be drained from Therefore, regardless of the posture of the fuel container, the swollen body repeatedly swells and expands as long as fluid is supplied from the outside. And always tries to flow out of the outlet by receiving the pressing force. Thus, in the fuel container according to the first aspect, once the fuel is supplied to the outside, the fuel in the container main body always tries to flow out regardless of the held posture, so that the fuel is supplied stably. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a power generation system.
FIG. 2 is a partially broken perspective view showing a schematic configuration of a fuel storage module and a power generation module.
FIG. 3A is an external perspective view showing a fuel container, and FIG. 3B is a cross-sectional view showing an internal configuration of the fuel container.
FIG. 4 is a sectional view showing a vaporizer.
FIG. 5 is an external perspective view showing a heat treatment furnace of a vaporizer.
FIG. 6 is a sectional view showing respective reactors of a steam reforming reactor, an aqueous shift reactor, and a selective oxidation reactor.
7A to 7D are diagrams showing changes in the fuel container when fuel is supplied from the fuel container to the power generation module.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 power generation system 2 fuel storage module 3 power generation module 4 housings 5 and 6 through hole 7 fuel container 8 bellows (volume changing means)
9 Outflow port 10 Fuel 11 High-viscosity liquid 12 Absorber 13 Check valve 14 Outside air introduction hole (outside air introduction means)
15: Container body 16: Water introduction pipe 17: Swelled body 18: Water introduction hole 19: Channel (fluid introduction means)
Reference Signs List 20 reformer 21 vaporizer 22 steam reforming reactor 23 aqueous shift reactor 24 selective oxidation reactor 25 fuel cell 26 power storage unit 27 distribution unit 28 control unit 30 housing 31 Slit 32 ... Terminal 33 ... Vent holes 34, 35, 37 ... Tube 36 ... Valve 40 ... Heat treatment furnace 41, 42 ... Substrate 43 ... Microchannel 44 ... Inflow tube 45 ... Outflow tube 46 ... Reforming catalyst film 47 ... Heating resistance Films 48, 49 Lead wires 51, 52 Radiation shield film 53 Glass container 54 Support body 60 Space

Claims (13)

容器本体と、
前記容器本体内に設けられた燃料と、
前記燃料を前記容器本体の外部に供給するために前記容器本体に設けられた流出口と、
前記流出口からの前記燃料の流出に応じた流体を前記容器本体の内部に導入する流体導入手段と、
前記流体導入手段と連通し、前記流体を吸収することにより前記容器本体内で膨潤する膨潤体と、
を有することを特徴とする燃料容器。
A container body,
A fuel provided in the container body,
An outlet provided in the container body to supply the fuel to the outside of the container body,
Fluid introduction means for introducing a fluid according to the outflow of the fuel from the outlet into the interior of the container body,
A swelling body that communicates with the fluid introduction unit and swells in the container body by absorbing the fluid,
A fuel container comprising:
請求項1に記載の燃料容器において、
前記流体は、前記流出口から流出された前記燃料から生成された生成物であることを特徴とする燃料容器。
The fuel container according to claim 1,
The fuel container according to claim 1, wherein the fluid is a product generated from the fuel flowing out of the outlet.
請求項1又は2に記載の燃料容器において、
前記容器本体内で前記燃料と前記膨潤体との間に介在する高粘性液体を有することを特徴とする燃料容器。
The fuel container according to claim 1 or 2,
A fuel container comprising a highly viscous liquid interposed between the fuel and the swollen body in the container body.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料容器において、
前記容器本体の内部には、前記燃料を吸収することが可能な吸収体が充填されていることを特徴とする燃料容器。
The fuel container according to any one of claims 1 to 3,
A fuel container, wherein an inside of the container body is filled with an absorber capable of absorbing the fuel.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の燃料容器において、
前記容器本体には、前記容器本体内の容積を変化させる容積変化手段が配設されていることを特徴とする燃料容器。
The fuel container according to any one of claims 1 to 4,
A fuel container, wherein the container main body is provided with a volume changing means for changing a volume in the container main body.
請求項5に記載の燃料容器において、
前記容器本体の内部には、前記燃料を吸収することが可能な吸収体が充填され、
前記吸収体は、前記容積変化手段による前記容器本体の容積の減少により収縮することを特徴とする燃料容器。
The fuel container according to claim 5,
The inside of the container body is filled with an absorber capable of absorbing the fuel,
The fuel container according to claim 1, wherein the absorber contracts due to a reduction in the volume of the container body by the volume changing means.
請求項5又は6に記載の燃料容器において、
前記容積変化手段は、応力により収縮自在な蛇腹であることを特徴とする燃料容器。
The fuel container according to claim 5, wherein
The fuel container according to claim 1, wherein the volume changing means is a bellows which can be contracted by a stress.
請求項1〜7のいずれか一項に記載の燃料容器において、
前記容器本体の内部に外気を導入する外気導入手段を有することを特徴とする燃料容器。
The fuel container according to any one of claims 1 to 7,
A fuel container comprising an outside air introduction unit for introducing outside air into the inside of the container body.
請求項8に記載の燃料容器において、
前記外気導入手段は、前記容器本体の内部と外部とを連通する通気孔であることを特徴とする燃料容器。
The fuel container according to claim 8,
The fuel container according to claim 1, wherein the outside air introduction means is a ventilation hole that connects the inside and the outside of the container body.
請求項9に記載の燃料容器において、
前記外気導入手段としての通気孔には、前記燃料の揮発成分の透過を遮蔽し、外気を選択的に透過させる選択性透過膜が配設されていることを特徴とする燃料容器。
The fuel container according to claim 9,
A fuel container, characterized in that a selectively permeable membrane for blocking the permeation of the volatile components of the fuel and selectively permeating the outside air is disposed in the ventilation hole as the outside air introduction means.
請求項1〜10のいずれか一項に記載の燃料容器において、
前記流出口の内部には、前記容器本体から前記流出口の外側への前記燃料の流出を許容し、前記流出口の外側から前記容器本体への前記燃料の流入を阻止する逆止弁が配設されていることを特徴とする燃料容器。
The fuel container according to any one of claims 1 to 10,
A check valve is provided inside the outlet to allow the fuel to flow out of the container body to the outside of the outlet and prevent the fuel from flowing into the container body from outside the outlet. A fuel container characterized by being provided.
請求項1〜11のいずれか一項に記載の燃料容器において、
前記流体導入手段は、前記流体が流通可能な前記膨潤体に通じる流路であることを特徴とする燃料容器。
The fuel container according to any one of claims 1 to 11,
The fuel container according to claim 1, wherein the fluid introduction unit is a flow path communicating with the swollen body through which the fluid can flow.
請求項1〜12のいずれか一項に記載の燃料容器において、
前記膨潤体は、パルプ,繊維,織物等に水溶性接着剤を添加して圧縮した圧縮体であることを特徴とする燃料容器。
The fuel container according to any one of claims 1 to 12,
The fuel container according to claim 1, wherein the swollen body is a compressed body obtained by adding a water-soluble adhesive to pulp, fiber, woven fabric, or the like.
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