JP2008153094A - 燃料電池用液体送液装置および燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料の収容体積が大きくかつ残量が少なくなっても燃料を間断なく適量ずつ燃料電池へ供給できる燃料電池用液体送液装置を備えた、小型携帯機器用途の電源として有用な燃料電池システムを供給する。
【解決手段】燃料電池の燃料となる液体を貯蔵しかつ液体取出口を備えた液体タンクと、吸込口が液体タンクの内側となるように液体取出口に配置した電気浸透流ポンプとから構成される燃料電池用液体送液装置であって、液体タンク内の液体取出口近傍に吸液材を配置し、かつこの吸液材を吸込口と接触するよう構成した
【選択図】図２

Description

本発明は燃料電池システムに関し、より詳しくは固体高分子電解質型燃料電池（特に直接型燃料電池）を小型携帯機器用途の電源として用いる場合に、燃料となる液体を効率よく供給できる液体送液装置に関する。

ユビキタスネットワーク社会の進展に伴い、携帯電話、ノートパソコン、ディジタルスチルカメラ等のモバイル機器の需要が大きく伸びており、その電源として、燃料を補給すれば機器を連続利用することができる、充電が不要な燃料電池の早期実用化が期待されている。この中で、メタノールやジメチルエーテル等の燃料を水素に改質せず、燃料として直接セル内部に供給し電極酸化によって発電する直接型燃料電池が、有機燃料の持つ理論エネルギー密度の高さ、システムの簡素化、燃料貯蔵のしやすさの面から注目され、活発な研究開発が行われている。

直接型燃料電池では、メタノール等の燃料と発電後に回収される回収水とを希釈混合して適切な濃度とし、燃料電池に送液して発電している。燃料電池を安定的に発電させるには、燃料タンクの内外で回収水と混合したこれらの燃料を、間断なく適量ずつ燃料電池へ供給する必要がある。このような意図を持ったさまざまな燃料電池用液体送液装置の構成が検討されている。例えば液体タンクから液体を安定的に燃料電池へ送液する方法として、燃料容器に圧力調整機構を設けて燃料容器内の圧力を一定に保ち、送液を安定させる方法（特許文献１）が提案されている。他方で燃料を一旦貯蔵する予備タンクを設け、この予備タンクの燃料取出し口近傍に吸液材を備えることで、燃料取出し口近傍の燃料の保持能力を高め、燃料送液を安定させる方法（特許文献２）が提案されている。
特開２００１−０９３５５１号公報 特開２００４−２８８５７４号公報

しかしながら特許文献１に記載の燃料容器は、内部圧力を一定に保つための機構部品が必要であり、燃料容器本体の体積に対して収容可能な燃料容積が小さくなる。また特許文献２に記載の構成では、液体タンク内の液体が少量の場合、吸液材内に存在する液体だけでなく周囲の空気も一緒に吸い込まれるので、燃料を間断なく適量ずつ燃料電池へ供給するのが困難になる。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、燃料の収容体積が大きくかつ残量が少なくなっても燃料を間断なく適量ずつ燃料電池へ供給できる燃料電池用液体送液装置を備えた、小型携帯機器用途の電源として有用な燃料電池システムを供給することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明は以下の３つの燃料電池用液体送液装置を提案するものである。第１の形態は、燃料電池の燃料となる液体を貯蔵しかつ液体取出口を備えた液体タンクと、吸込口が液体タンクの内側となるように液体取出口に配置した電気浸透流ポンプとから構成される燃料電池用液体送液装置であって、液体タンク内の液体取出口近傍に吸液材を配置し、かつこの吸液材を吸込口と接触するよう構成したことを特徴とする。第２の形態は、燃料電池の燃料となる液体を貯蔵しかつ液体取出口を備えた液体タンクと、吸込口が液体タンクの内側となるように配置した電気浸透流ポンプとから構成される燃料電池用液体送液装置であって、電気浸透流ポンプを液体タンクの内側に配置し
、かつ吸込口に吸液材を接触させるよう配置したことを特徴とする。第３の形態は、燃料電池の燃料となる液体を貯蔵しかつ液体取出口を備えた液体タンクと、吸込口が液体タンクの内側となるように液体取出口に配置した電気浸透流ポンプとから構成される燃料電池用液体送液装置であって、液体タンクを内表面に吸液材を配置した２層構造とし、かつこの吸液材を吸込口と接触するよう構成したことを特徴とする。

本発明の構成にすることで、燃料タンクに多量の燃料を収容しつつ、残量が少なくなっても燃料を間断なく適量ずつ燃料電池へ供給できるので、燃料電池が長期間安定に作動できるようになる。

本発明により、燃料を電気浸透流ポンプの吸込口近傍に安定して保持することができるようになり、燃料タンクに多量の燃料を収容しつつ、残量が少なくなっても燃料を間断なく適量ずつ燃料電池へ供給することが可能となる。よって長期間安定に機器を作動させうる燃料電池システムを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

本発明に用いられる電気浸透流ポンプ３の構造について、図を用いて詳述する。
図１は本発明の電気浸透流ポンプの作動原理を説明した図である。電気浸透流ポンプ３は電気浸透現象を用いた液体送液装置であり、吸込口３ａ自体がスポンジ状の多孔体（布、綿、ウレタンフォーム）などの吸液性の高い材料でできている。この吸込口３ａは、誘導体６を挟んで吐出口３ｂと対峙しており、双方に電極７が付設されている。

液体が吸込口３ａに接触すると、吸込口３ａは誘導体６の近傍まで液体を吸い上げる。そして誘電体６に液体が接触すると誘電体６の表面が帯電し、液体も誘電体表面近傍で電荷を持つようになる。この時電極７に電圧を印加して外部より電界をかけると、電荷を持った液体が移動する。これが液体自身の駆動力となる。この電気浸透流ポンプ３を送液機構として用いることで、燃料電池の燃料となる液体を燃料電池へ供給する。

なお誘電体６の好適な材質は、液体の種類によって異なるが、本発明のように燃料電池の燃料（メタノールやジメチルエーテルなど）に適用する場合は、シリカの多孔質体などを用いることができる。

第１の発明は、燃料電池の燃料となる液体を貯蔵しかつ液体取出口を備えた液体タンクと、吸込口が液体タンクの内側となるように液体取出口に配置した電気浸透流ポンプとから構成される燃料電池用液体送液装置であって、液体タンク内の液体取出口近傍に吸液材を配置し、かつこの吸液材を吸込口と接触するよう構成したことを特徴とする。

図２は第１の発明の燃料電池用液体送液装置の一例を示す断面図である。なお図２では、小型携帯機器としての使用状況を反映し、燃料の残量が僅かでかつ傾斜した状態を表している。燃料電池用液体送液装置１は液体タンク２と電気浸透流ポンプ３とから構成されており、電気浸透流ポンプ３の吸込口３ａが液体タンク２の内側となるように、液体取出口２ａと接続されている。第１の発明では、吸液材４が電気浸透流ポンプ３の吸込口３ａと接触するように配置されており、燃料電池の燃料となる液体８の残量が僅かでかつ燃料電池用液体送液装置１自体が傾斜した、最も液体８の供給が困難な状態においても、液体８を間断なく適量ずつ燃料電池へ供給できる態様としている。

ここで吸液材４は液体８によって溶解しない素材であれば良く、布や綿やウレタンフォ
ーム等のスポンジ状の多孔質体などを用いることができる。また図１では吸液材４の断面形状が略コの字型の場合を示しているが、液体取出口２ａの近傍に配置した吸液材４が吸込口３ａと接触していれば、自由な態様を採ることができる。ここで吸込口３ａと吸液材４とは液体がスムーズに移動できるよう、十分に接触するよう工夫してあることが望ましく、例えばお互いの材質を同じにしたり、お互いに構造的に絡み合うようにしたりすることが望ましい。また液体タンク２の材質は液体８を浸透せずかつ液体８によって溶解しなければ良く、ポリプロピレンやポリフェニレンエーテルなどを選択できる。

第２の発明は、燃料電池の燃料となる液体を貯蔵しかつ液体取出口を備えた液体タンクと、吸込口が液体タンクの内側となるように配置した電気浸透流ポンプとから構成される燃料電池用液体送液装置であって、電気浸透流ポンプを液体タンクの内側に配置し、かつ吸込口に吸液材を接触させるよう配置したことを特徴とする。

図３は第２の発明の燃料電池用液体送液装置の一例を示す部分断面図である。燃料電池用液体送液装置１は液体タンク２と電気浸透流ポンプ３とから構成されており、液体タンク２の底部に吸込口３ａを上面に有した電気浸透流ポンプ３を配置され、かつこの吸込口３ａは吸液材４と接触するように配置されている。ここで電気浸透流ポンプ３を、液体８に耐性のある充填剤９で充填・封止して液体タンク２の底部と一体化することにより、燃料電池の燃料となる液体８の残量が僅かでかつ燃料電池用液体送液装置１自体が傾斜した、最も液体８の供給が困難な状態においても、液体８を間断なく適量ずつ燃料電池へ供給できる態様としている。さらに第２の発明においては、吸込口３ａを介して吸液材４と誘電体６の接触面積を増やすことができるので、液体８を効率的に供給できるという利点を有する。

ここで吸液材４は液体８によって溶解しない素材であれば良く、布や綿やウレタンフォーム等のスポンジ状の多孔質体などを用いることができる。また充填剤９の材質としてはエチレン・プロピレンゴムやシリコン系のゴムなどを選択できる。さらに液体タンク２の材質は液体８を浸透せずかつ液体８によって溶解しなければ良く、ポリプロピレンやポリフェニレンエーテルなどを選択できる。

第３の発明は、燃料電池の燃料となる液体を貯蔵しかつ液体取出口を備えた液体タンクと、吸込口が液体タンクの内側となるように液体取出口に配置した電気浸透流ポンプとから構成される燃料電池用液体送液装置であって、液体タンクを内表面に吸液材を配置した２層構造とし、かつこの吸液材を吸込口と接触するよう構成したことを特徴とする。

図４は第３の発明の燃料電池用液体送液装置の一例を示す断面図である。なお図４でも、図２と同様、燃料の残量が僅かでかつ傾斜した状態を表している。燃料電池用液体送液装置１は液体タンク２と電気浸透流ポンプ３とから構成されており、電気浸透流ポンプ３の吸込口３ａが液体タンク２の内側となるように、液体取出口２ａと接続されている。第２の発明では、液体タンク２を外表面に外表面材料５を、内表面に吸液材４を配置した２層構造とし、かつこの吸液材４を吸込口３ａと接触するように配置されており、燃料電池の燃料となる液体８の残量が僅かでかつ燃料電池用液体送液装置１自体が傾斜した、最も液体８の供給が困難な状態においても、液体８を間断なく適量ずつ燃料電池へ供給できる態様としている。

ここで吸液材４は液体８によって溶解しない素材であれば良く、布や綿やウレタンフォーム等のスポンジ状の多孔質体などを用いることができる。また外表面材料５は液体８を浸透せずかつ液体８によって溶解しない素材であれば良く、液体タンク２の全体構造として、吸液材４を箱状に加工した後、その周囲をポリプロピレンやポリフェニレンエーテルなどを原材料とするフィルムで密封包装して外表面材料５としたり、ポリプロピレンやポ
リフェニレンエーテルなどを原材料とする樹脂でコーティングしたりすることができる。

第４の発明は、第１〜３の発明の燃料電池用液体送液装置と、この燃料電池用液体送液装置から送液された液体を燃料として駆動する燃料電池とを含むことを特徴とする燃料電池システムに関する。

図５は本発明の燃料電池システムの一例を示すブロック図である。本発明の燃料電池用液体送液装置は、燃料電池１０に燃料となる液体８を供給する１ａと、この燃料電池１０から回収した水と燃料となる液体８とを混合して供給する１ｂの少なくともいずれか一方に用いることができる。燃料電池用液体送液装置１から燃料電池１０に液体８が供給され、空気供給装置１１から燃料電池１０に空気が供給されることにより、液体８（例えばメタノール）と空気とが反応して水と二酸化炭素となる反応が起こり、燃料電池システムを搭載した機器に電気が供給される。なお反応後に生じた二酸化炭素は、排気手段を経て大気中に排気されることになる。

本発明を活用することにより、燃料であるメタノールもしくはメタノール水溶液を水素に改質せずに直接用いる本発明の固体高分子電解質形燃料電池を、携帯電話や携帯情報端末（ＰＤＡ）、ノートＰＣ、ビデオカメラ、等の携帯用小型電子機器用の電源として、あるいは電動スクータ用の駆動電源として、課題なく適用できるようになる。よってその利用可能性は高い上に、効果は大きい。

本発明の電気浸透流ポンプの作動原理を説明した図 第１の発明の燃料電池用液体送液装置の一例を示す断面図 第２の発明の燃料電池用液体送液装置の一例を示す部分断面図 第３の発明の燃料電池用液体送液装置の一例を示す断面図 本発明の燃料電池システムの一例を示すブロック図

符号の説明

１、１ａ、１ｂ 液体送液装置
２ 液体タンク
２ａ 液体取出口
３ 電気浸透流ポンプ
３ａ 吸込口
３ｂ 吐出口
４ 吸液材
５ 外表面材料
６ 誘電体
７ 電極
８ 液体
９ 充填剤
１０ 燃料電池
１１ 空気供給装置

Claims (4)

1. 燃料電池の燃料となる液体を貯蔵しかつ液体取出口を備えた液体タンクと、吸込口が前記液体タンクの内側となるように前記液体取出口に配置した電気浸透流ポンプとから構成される燃料電池用液体送液装置であって、
   前記液体タンク内の液体取出口近傍に吸液材を配置し、かつこの吸液材を前記吸込口と接触するよう構成したことを特徴とする燃料電池用液体送液装置。
2. 燃料電池の燃料となる液体を貯蔵しかつ液体取出口を備えた液体タンクと、吸込口が前記液体タンクの内側となるように配置した電気浸透流ポンプとから構成される燃料電池用液体送液装置であって、
   前記電気浸透流ポンプを前記液体タンクの内側に配置し、かつ前記吸込口に吸液材を接触させるよう配置したことを特徴とする燃料電池用液体送液装置。
3. 燃料電池の燃料となる液体を貯蔵しかつ液体取出口を備えた液体タンクと、吸込口が前記液体タンクの内側となるように前記液体取出口に配置した電気浸透流ポンプとから構成される燃料電池用液体送液装置であって、
   前記液体タンクを内表面に吸液材を配置した２層構造とし、かつこの吸液材を前記吸込口と接触するよう構成したことを特徴とする燃料電池用液体送液装置。
4. 請求項１〜３の燃料電池用液体送液装置と、
   前記燃料電池用液体送液装置から送液された液体を燃料として駆動する燃料電池と、
   を含むことを特徴とする、燃料電池システム。

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