(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を貯留する一つもしくは複数の燃料貯留部と、前記燃料が供給されて発電をおこなう発電部と、前記一つもしくは複数の燃料貯留部に貯留された前記燃料を前記発電部に供給するポンプとを備えているダイレクトアルコール型燃料電池の発電制御装置において、
前記発電部における発電を停止する場合に、前記一つもしくは複数の燃料貯留部からの前記発電部に対する前記燃料の供給を停止するとともに、前記ポンプによって前記発電部に空気を供給し、その空気によって前記発電部に内在する前記燃料を前記一つもしくは複数の燃料貯留部のいずれかに排出するように構成されており、
前記空気は、前記発電部に対する前記燃料の供給が停止された前記一つもしくは複数の燃料貯留部のいずれかに内在する空気を含む
ことを特徴とするダイレクトアルコール型燃料電池の発電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アルコール類を燃料として使用するダイレクトアルコール型燃料電池の発電を制御する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
酸化触媒の存在下で、燃料を酸化剤によって酸化させて発電をおこなう燃料電池が知られている。この種の燃料電池は、発電部に燃料および酸化剤が供給されると発電を開始し、また、発電部に燃料および酸化剤が供給されている間は発電を継続するようになっている。したがって、発電を停止する場合には、発電部から燃料を排出することが好ましい。そのように構成された装置の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１には、メタノール水溶液を燃料として用いるダイレクトメタノール型燃料電池（以下、ＤＭＦＣと記す）であって、その発電を停止する場合に、燃料電池にメタノール水溶液を供給する燃料水溶液循環ポンプを逆回転させて、燃料電池の燃料極側に残留するメタノール水溶液を吸い出すとともに、燃料電池をパージするように構成された発明が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３２６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１に記載された装置によれば、ポンプを逆回転させることにより、燃料電池から発電に消費されなかったメタノールや水分が吸い出されるので、残留するメタノールによる燃料電池を構成する電解質膜の劣化を抑制することができる。しかしながら、特許文献１に記載された構成では、逆回転可能なポンプやそのようなポンプを逆回転させるための制御回路などが必要になり、したがって装置の構成が複雑になる虞がある。また燃料電池をパージした空気を装置外部に排出するように構成されており、この点で改良の余地があった。
【０００５】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、発電部における発電を停止する場合に、装置内部に存在する空気を使用して、またポンプを逆回転させることなく発電部から燃料を排出することのできるダイレクトアルコール型燃料電池の発電制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、この発明は、燃料を貯留する一つもしくは複数の燃料貯留部と、前記燃料が供給されて発電をおこなう発電部と、前記一つもしくは複数の燃料貯留部に貯留された前記燃料を前記発電部に供給するポンプとを備えているダイレクトアルコール型燃料電池の発電制御装置において、前記発電部における発電を停止する場合に、前記一つもしくは複数の燃料貯留部からの前記発電部に対する前記燃料の供給を停止するとともに、前記ポンプによって前記発電部に空気を供給し、その空気によって前記発電部に内在する前記燃料を前記一つもしくは複数の燃料貯留部のいずれかに排出するように構成されており、前記空気は、前記発電部に対する前記燃料の供給が停止された前記一つもしくは複数の燃料貯留部のいずれかに内在する空気を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、発電部における発電を停止する場合に、その発電部にポンプによって空気が供給され、その空気によって発電部に内在する燃料が燃料貯留部に排出される。その結果、発電部に燃料が滞留もしくは残留することにより、発電部が劣化することを防止もしくは抑制することができる。また、ポンプによって空気を発電部に供給するように構成されているので、ポンプを逆回転させて発電部から燃料を吸い出す場合に比較して、装置の構成をある程度簡素化することができる。さらにまた、ポンプを逆回転させないので、ある程度簡易な構成のポンプを使用することができる。
【０００９】
また、この発明によれば、燃料貯留部の内部に存在する空気がポンプによって発電部に供給される。したがって、装置外部から空気を導入する場合に比較して、装置内部における内圧の上昇を防止もしくは抑制することができる。具体的には、燃料貯留部における内圧の上昇が防止もしくは抑制される。すなわち、燃料貯留部の内部圧力が上昇して燃料が装置外部に漏出したり、その内圧によって燃料が発電部に供給されたりすることを防止もしくは抑制することができる。また、装置内部に存在する空気を用いるので、発電部から押し出した燃料が装置外部に漏出することを防止もしくは抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明に係るダイレクトアルコール型燃料電池の発電制御装置を適用することができるＤＭＦＣの主要な構成を模式的に示す図である。
【図２】図１に示すＤＭＦＣの発電状態を模式的に示す図である。
【図３】図１に示すＤＭＦＣが発電を停止する状態を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
つぎにこの発明をより具体的に説明する。図１に、この発明に係るダイレクトアルコール型燃料電池の発電制御装置を適用することができるＤＭＦＣの主要な構成を模式的に示してある。ＤＭＦＣ１は、所定の濃度に調整されたメタノール水溶液を貯留する燃料タンク２を備え、この燃料タンク２は、発電部３の燃料流入孔４に供給管路５を介して連通されている。
【００１２】
発電部３は、実質的な燃料電池に相当する部分であり、詳細は図示しないが、従来一般的に知られている構成のものと同様のものである。この発電部３は、詳細は図示しないが、その発電した電力を蓄えたり、放出したりするコンデンサ（キャパシタと呼ばれることがある）やバッテリなどの蓄電装置に接続されており、この蓄電装置の充電が不十分な場合には、発電部３において発電した電力がその蓄電装置の充電に充てられ、さらに蓄電装置から接続機器に給電されるようになっている。また、蓄電装置の充電が十分である場合には、発電部３において発電した電力が所定の電圧に調整されて接続機器に給電されるようになっている。
【００１３】
また、発電部３には、酸化剤としての空気、すなわち酸素を供給するファン６が設けられている。このファン６は、例えば蓄電装置もしくは発電部３に電気的に接続されて駆動するようになっている。
【００１４】
供給管路５の途中には、三方向バルブ７が設けられている。この三方向バルブ７のポート７ａには、燃料管路８の一方の端部が接続され、他方の端部が燃料タンク２の内部に貯留されるメタノール水溶液に浸漬するようになっている。すなわち、燃料管路８の他方の端部からメタノール水溶液を吸い上げ、その吸い上げたメタノール水溶液を三方向バルブ７を介して供給管路５に供給するようになっている。また、三方向バルブ７のポート７ｂに空気管路９の一方の端部が接続されており、他方の端部が燃料タンク２の内部に滞留する空気に開放されるようになっている。すなわち、空気管路９の他方の端部から燃料タンク２の内部に滞留する空気を吸い上げ、その吸い上げた空気を三方向バルブ７を介して供給管路５に供給するようになっている。三方向バルブ７のポート７ｃは前述した供給管路５に接続され、ポート７ａ，７ｂを切り換えることにより供給管路５に、すなわち発電部３に燃料としてのメタノール水溶液あるいは空気を供給するようになっている。
【００１５】
また、空気管路９の他方の端部には、液体に比較して気体の透過性が高い、いわゆる気液分離機能を有する部材１０が設けられている。図１に示す例においては、空気管路９の他方の端部に、例えば延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン（以下、ｅＰＴＦＥと記す場合がある）、シリコン、ポリエチレンをはじめとしたポリオレフィンなどによって形成された気液分離膜１０が設けられており、その気液分離膜１０によって液相のメタノール水溶液が空気管路９に流入することを防止もしくは抑制するようになっている。
【００１６】
また詳細は図示しないが、三方向バルブ７のポート７ａ，７ｂは、電気的に制御されて切り換えられるようになっており、したがって図１に示す三方向バルブ７には、その一例として電圧をかけることによりポートを切り換えるように構成された電磁弁を使用することができる。要は、三方向バルブ７は、流路を切り換えるように構成されていればよく、したがって、前述した電磁弁に換えて、モータなどの動力源によって流路を切り換えるように構成されたものを使用してもよい。
【００１７】
さらにまた、供給管路５における三方向バルブ７よりも発電部３側に、マイクロポンプ１１が設けられている。このマイクロポンプ１１は、従来一般的に使用されているものであってよく、このマイクロポンプ１１は、要は、燃料タンク２に貯留された燃料（すなわち、メタノール水溶液）を発電部３に供給し、また、発電部３におけるメタノールの酸化反応にともなって生成した二酸化炭素などの反応生成物および反応残渣を発電部３から排出するためのものである。このマイクロポンプ１１は、発電部３に電気的に接続されてその発電した電力に応じて駆動するように構成してもよいが、一定量の燃料を発電部３に継続的に供給するためには前述した蓄電装置に接続して蓄電装置からの電力によって駆動させることが好ましい。また、マイクロポンプ１１は、前述した発電部３における発電の開始および停止に応じてその駆動が制御されるようになっている。
【００１８】
そして、前述した発電部３における発電状態を監視したり、ファン６およびマイクロポンプ１１の駆動を制御したり、三方向バルブ７のポート７ａ，７ｂを切り換えたりする制御装置１２が設けられている。この制御装置１２は、詳細は図示しないが、一例としてマイクロコンピュータを主体として構成されており、その制御装置１２に例えばＤＭＦＣ１が搭載される電気機器（接続機器）などの電源装置から発電部３における発電の開始および停止を制御する信号が入力され、もしくは制御装置１２が発電部３における発電の開始および停止を検出すると、制御装置１２は前述した電磁弁である三方向バルブ７のポート７ａ，７ｂを選択的に切り換えるための制御信号を出力するようになっている。また、マイクロポンプ１１や、ファン６の駆動および停止を制御するようになっている。
【００１９】
さらにまた、制御装置１２は、例えば発電部３の温度を検出することによってその発電状態を監視するように構成されており、発電部３の温度が所定の設定温度を超えてある程度高温になった場合に、発電部３に対する燃料の供給を停止あるいは遮断するようになっている。具体的には、制御装置１２は例えば、発電部３の温度が所定の設定温度を超えた場合に、マイクロポンプ１１の駆動を停止するようになっている。また、ＤＭＦＣ１を収容するケース内部にメタノールの濃度センサが設けられており、その濃度センサがケース内部におけるメタノールの漏出を検出した場合には、制御装置１２は、上記と同様に発電部３に対する燃料の供給を停止するようになっている。
【００２０】
発電部３の燃料排出孔１３には、排出管路１４の一方の端部が接続されており、図１に示す例では、排出管路１４の他方の端部が、燃料タンク２に接続されている。したがって、この排出管路１４を介して前述した発電部３からの反応生成物および反応残渣が燃料タンク２に排出されるようになっている。そして、燃料タンク２から三方向バルブ７および供給管路５を介して発電部３にメタノール水溶液を供給し、発電部３から排出管路１４を介して燃料タンク２に反応生成物および反応残渣を回収する経路が、いわゆる循環回路になっている。燃料タンク２がこの発明における燃料貯留部に相当する。
【００２１】
つぎに前述したように構成されたこの発明に係るダイレクトアルコール型燃料電池の発電制御装置の作用について説明する。図２に、図１に示すＤＭＦＣの発電状態を模式的に示してある。ＤＭＦＣ１が発電をおこなっている場合には、前述したように制御装置１２からの制御信号によって、三方向バルブ７のポート７ａは開制御されており、これとは反対に、三方向バルブ７のポート７ｂは閉制御されている。また前述したように、蓄電装置からの電力によってマイクロポンプ１１およびファン６が駆動されている。
【００２２】
マイクロポンプ１１が駆動すると、燃料タンク２に貯留されたメタノール水溶液は、燃料管路８の他方の端部から燃料管路８に吸い上げられて三方向バルブ７のポート７ａに供給され、ポート７ｃおよび供給管路５を流動して発電部３のアノード側に供給される。また発電部３のカソード側には、ファン６によって酸化剤としての空気、すなわち酸素が供給される。したがって、発電部３において、メタノール水溶液が酸化触媒（図示せず）の存在下で酸素によって酸化されて発電をおこなうようになっている。その発電部３において発生した電力は、例えば前述した蓄電装置に蓄えられるようになっている。
【００２３】
図３に、図１に示すＤＭＦＣが発電を停止する状態を模式的に示してある。ＤＭＦＣ１が発電を停止する場合には、制御装置１２は、三方向バルブ７のポート７ａを閉制御するようになっている。そしてこれとは反対に、制御装置１２は、三方向バルブ７のポート７ｂを開制御するように三方向バルブ７に制御信号を出力するようになっている。
【００２４】
また、制御装置１２は、制御装置１２に発電部３における発電の停止を制御する信号が入力され、もしくは制御装置１２が発電部３における発電の停止を検出してから数分間、具体的には前述したような構成の場合は、約２，３分間、マイクロポンプ１１の駆動を継続するように制御する。発電部３における発電を停止する場合に、このマイクロポンプ１１の駆動を継続する時間は、要は、発電部３から燃料としてのメタノール水溶液および反応生成物を排出するための時間であり、そのマイクロポンプ１１の駆動時間は、装置ごとに予め実験などにより求めておくことができる。なお、ファン６は、三方向バルブ７のポート７ａ、７ｂの切り換え制御に続けて、もしくはその切り換え制御と同時にその駆動が停止するよう制御される。
【００２５】
前述した構成によれば、燃料タンク２の内部に滞在する空気が、空気管路９の他方の端部から空気管路９を通って三方向バルブ７のポート７ｂに供給され、ポート７ｃおよび供給管路５を通って発電部３のアノード側に供給される。そして、発電部３のアノード側に内在するメタノール水溶液がその空気によって反応生成物とともに発電部３から押し出され、排出管路１４を流動して燃料タンク２に回収されるようになっている。
【００２６】
したがって、この発明によれば、発電部３における発電を停止する場合に、発電部３に対するメタノール水溶液の供給が停止されるとともに、マイクロポンプ１１によって燃料タンク２の内部に滞留する空気が発電部３に供給され、その空気によって発電部３に内在する燃料が、すなわちメタノール水溶液が燃料タンク２に排出される。その結果、発電部３にメタノール水溶液が滞留もしくは残留することにより、発電部３が劣化することを防止もしくは抑制することができる。また、マイクロポンプ１１によって空気を発電部３に供給するように構成されているので、マイクロポンプ１１を逆回転させて発電部３からメタノール水溶液を排出する場合に比較して、ＤＭＦＣ１の構成をある程度簡素化することができる。さらにまた、燃料タンク２の内部に滞留する空気を発電部３に供給するので、ＤＭＦＣ１の外部から空気を導入する場合に比較して、ＤＭＦＣ１の内部における内圧の上昇を防止もしくは抑制することができる。具体的には、燃料タンク２における内圧の上昇が防止もしくは抑制される。そのため、燃料タンク２の内部圧力が上昇してメタノール水溶液がＤＭＦＣ１の外部に漏出したり、その内圧の上昇によって燃料タンク２からメタノール水溶液が発電部３に供給されたりすることを防止もしくは抑制することができる。また、燃料タンク２に存在する空気を用い、その空気を燃料タンク２に発電部３からの反応生成物および反応残渣とともに戻すので、ＤＭＦＣ１の外部にメタノールを含む空気を排出することを防止もしくは抑制することができる。
【００２７】
なお、前述した構成では、この発明における燃料貯留部として燃料タンクを用いたが、燃料タンクに換えて、発電部から排出された反応生成物および反応残渣を気相成分と液相成分とに分離するいわゆる気液分離装置、相対的に高濃度の燃料を貯留する燃料タンクからの高濃度燃料と発電部から回収される相対的に低濃度の燃料とを混合して所定濃度範囲になるように燃料濃度を調整して発電部に供給するいわゆるサブタンクや燃料緩衝装置を用いてもよい。要は、この発明における燃料貯留部は、いわゆる循環回路に設けられて燃料を貯留し、発電部にその貯留された燃料を供給するとともに発電部から排出される反応生成物および反応残渣が直接的もしくは間接的に導入されるものであればよい。そしてまた、そのような気液分離装置もしくはサブタンクもしくは燃料緩衝装置の内部に滞留する空気を、発電部における発電を停止する場合に、例えばポンプによって発電部に供給し、その空気によって発電部に滞留もしくは残留する燃料を押し出して、その燃料を空気とともにそれらの内部に回収できるように構成されていればよい。
【符号の説明】
【００２８】
１…ＤＭＦＣ、  ２…燃料タンク、  ３…発電部、  １１…マイクロポンプ、  １２…制御装置。
【図１】
0005484963.tif 000002
【図２】
0005484963.tif 000003
【図３】
0005484963.tif 000004