(57)【要約】【課題】  様々な機器を必要とする燃料電池発電装置の接続の問題を直接接続によって解決することを目的とする。【解決手段】  発電部筐体所要の面に望む燃料流路の出口と燃料混合部筐体所要の面に望むの燃料流路の入口が直接接続していることにより、燃料電池発電装置を小型にでき、組み立て時間の短縮もできる。また、接続箇所の減少により液漏れが発生する可能性のある場所が減少し、接続部の形状や筐体所要の面に臨む流路の出入口を位置決めに利用することで、確実で安定した接続を可能とする。さらに、発電部内部で、希釈燃料の入口が希釈燃料の出口よりも低い位置にあり、空気の入口が空気の出口よりも高い位置にあるので、空気や希釈燃料の流れを阻害する水や二酸化炭素の排出特性を向上させることより、安定した発電を可能にする。【選択図】  図２
2006073312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電部筐体所要の面に臨む出入口を有する燃料流路を備え希釈燃料と空気を用いて発電する発電部と、
燃料混合部筐体所要の面に臨む出入口を有する燃料流路を備え前記発電部に供給される希釈燃料の濃度を調整する燃料混合部とを有し、
前記発電部の前記燃料流路の出口と前記燃料混合部の前記燃料流路の入口とが直接接続されることを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記発電部と前記燃料混合部との接続は、シール材を介して接続面どうし密着されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記シール材を配置するためにガイド溝を有する請求項２記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
前記燃料混合部の前記燃料流路の入口に設けられた凸状接続部と、
前記発電部の前記燃料流路の出口に設けられた凹状接続部とにより接続されることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項５】
前記発電部の前記燃料流路の出口に設けられた凸状接続部と、
前記燃料混合部の前記燃料流路の入口に設けられた凹状接続部とにより接続されることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項６】
前記凹状接続部と前記凸状接続部との間にシール材を有することを特徴とする請求項４及び請求項５記載の燃料電池発電装置。
【請求項７】
前記燃料混合部または前記発電部に前記希釈燃料を冷却する冷却部が接続されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項８】
前記発電部に対し、
前記希釈燃料の入口が前記希釈燃料の出口よりも低い位置にあり、
前記空気の入口が前記空気の出口よりも高い位置にあることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項９】
発電部筐体所要の面に臨む出入口を有する燃料流路を備え希釈燃料と空気を用いて発電する発電部と、
燃料供給部筐体所要の面に臨む出入口を有する燃料流路を備え前記発電部に前記希釈燃料を供給する燃料供給部を有し、
前記発電部の前記燃料流路の入口と前記燃料供給部の前記燃料流路の出口とが直接接続されることを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項１０】
発電部筐体所要の面に臨む出入口を有する空気流路を備え希釈燃料と空気を用いて発電する発電部と、
空気供給部筐体所要の面に臨む出入口を有する空気流路を備え前記発電部に前記空気を供給する空気供給部とを有し、
前記発電部の前記空気流路の入口と前記空気供給部の前記空気流路の出口とが直接接続されることを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項１１】
発電部筐体所要の面に臨む出入口を有する空気流路を備え希釈燃料と空気を用いて発電する発電部と、
気液分離部筐体所要の面に臨む出入口を有する空気流路を備え前記発電部から排出される排気ガスから水を分離する気液分離部とを有し、
前記発電部の前記空気流路の出口と前記気液分離部の前記空気流路の入口とが直接接続されることを特徴とする燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電装置に関する。詳しくは、各機器を直接接続することによって、取扱いを容易にしようとした燃料電池発電装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素やメタノール等の燃料気体と酸素等の酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより発電を行う発電素子である。燃料電池は、発電により生成される生成物が水であることから環境を汚染することがない発電素子として注目されており、例えば、自動車を駆動するための駆動電源として使用する試みが行われている。
【０００３】
燃料電池は、電解質の違い等により様々なタイプのものに分類されるが、代表的なものに、電解質に固体高分子電解質を用いた燃料電池が知られている。固体高分子電解質型燃料電池は、低コスト化が可能で、小型化、薄型化、軽量化も容易であり、電池性能の点でも高い出力密度を有することから、電子機器の駆動電源として有望である。この固体高分子電解質型燃料電池は、水素を燃料とするが、その他にメタノールや天然ガスを改質して水素を生成させて燃料とするものも開発されている。近年では、メタノールを燃料として直接燃料電池に供給し発電を行う直接メタノール型燃料電池も開発されている。
【０００４】
図１は、従来のメタノールのような液体を燃料とした直接・循環型の燃料電池発電装置で、発電部９２と燃料混合部９３を接続し、発電部９２から燃料混合部９３へ希釈燃料を排出する場合の接続についての一例を示した図である。燃料混合部９３の希釈燃料入口に継手９４を設け、継手９４に樹脂や金属などの配管９６の一端を接続し、他端を発電部２の出口に設けた継手９５に接続する。
【０００５】
また、燃料電池の軽量化を計り、反応ガスの漏出を抑えるために、各電池積層体に反応ガスである燃料の入口部及び出口部と、もう一方の反応ガスである空気の入口部及び出口部を有し、それを連通するマニホールド部によって、前記電池積層体が一体枠体中に収納された構成を有する発電部（例えば、特許文献１参照）が報告されている。
【０００６】
【特許文献１】実開平４−１２７９６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
液体を燃料とした直接・循環型の燃料電池発電装置は、希釈燃料と空気を用いて発電する発電部、発電部に希釈燃料を供給する燃料供給部、発電部に空気を供給する空気供給部、発電部に供給される希釈燃料の濃度を調整する燃料混合部、発電部から排出される排気ガスから水を分離する気液分離部、燃料を貯蔵する燃料貯蔵部、装置を制御する制御部を主機器として構成される。そして、必要に応じて、燃料を冷却する冷却部、又は、発電した電力を蓄電する蓄電部等の機器を構成要素として追加する。したがって、接続手段が多数必要となり、部品数の増大、これに伴う組み立て作業性の悪化、各機器間に無駄な空間が出来ることによる装置の大型化、取り扱いの難化の問題が発生する。また、接続箇所が増大するため、燃料が漏れる可能性のある場所が増えるという問題も有している。
【０００８】
特許文献１のように軽量化、燃料の漏出防止のために発電部自体が一体型枠体中に収納された構成を有しているものはあるが、燃料電池発電装置全体で別の機器どうしが継手で接続されているため、特許文献１だけでは、無駄な空間が出来ることによる装置の大型化、継手からの燃料の漏出には対応できない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の燃料電池発電装置は、発電部筐体所要の面に臨む出入口を有する燃料流路を備え希釈燃料と空気を用いて発電する発電部と、燃料混合部筐体所要の面に臨む出入口を有する燃料流路を備え発電部に供給される希釈燃料の濃度を調整する燃料混合部とを有し、発電部の燃料流路の出口と燃料混合部の燃料流路の入口とが直接接続されることを特徴とする。
【００１０】
本発明の燃料電池装置の発電部と燃料混合部の接続方法は、多数の固定方法を準備する必要がなく、燃料電池発電装置を小型にでき、組み立て時間の短縮もできる直接接続を特徴とする。発電部筐体所要の面に臨む燃料流路の出口と燃料混合部筐体所要の面に臨む燃料流路の入口が直接接続していることにより、燃料混合部と発電部を接続するための特別な空間が不要で、接続後の体積は燃料混合部と発電部の体積の和に収めることができる。また、継手を必要とせず接続箇所が少ないため、液漏れが発生する可能性のある場所が減少し、さらに接続部どうしの間にシール材を使用することによって、液漏れをなくすとともに、組み立て時の作業時間を短縮できる。さらに、接続部の形状や互いの流路の出入口を位置決めに利用することで、確実で安定した接続を可能とし、組み立て時の作業性も向上させることができる。また、各機器を発電部と一体として扱うことができるので、堅牢で取り扱い性が良くなる。
【００１１】
また、本発明の燃料電池発電装置は、発電部内部で希釈燃料の入口が希釈燃料の出口よりも低い位置にあり、空気の入口が空気の出口よりも高い位置にあることを特徴とする。そのため、燃料流路に混入する発電反応で発生した二酸化炭素は、気体と液体の密度と重力を利用して流路のより上方に移動する。即ち、希釈燃料の流れを阻害する二酸化炭素の排出特性を向上させることができる。また、空気流路に混入する発電反応で発生した水は、同様に流路のより下方に移動する。即ち、空気の流れを阻害する水の排出特性を向上させることができる。これによって、水や二酸化炭素を積極的に排出し、安定した発電を可能にする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の燃料電池発電装置によれば、直接接続により、燃料混合部と発電部を接続するための特別な空間が不要で、接続後の体積は燃料混合部と発電部の体積の和に収めることができる。また、接続箇所が少ないため、液漏れの発生する可能性のある場所が減少し、組み立て時の作業時間を短縮できる。さらに、接続部の形状や流路出入口を位置決めに利用することで、確実で安定した接続を可能とし、組み立て時の作業性も向上させることができる。
【００１３】
また、本発明の燃料電池発電装置は、発電部内部で、希釈燃料の入口が希釈燃料の出口よりも低い位置にあり、空気の入口が空気の出口よりも高い位置にある。そのため、流路において気体と液体の密度と重力を利用して、気体を流路のより上方、液体を流路のより下方に移動させることにより空気や希釈燃料の流れを阻害する水や二酸化炭素の排出特性を向上させることができる。これによって、水や二酸化炭素を積極的に排出し、安定した発電を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の燃料電池発電装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明においては、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００１５】
図２は、本発明の燃料電池発電装置のレイアウト図の一例である。本発明の燃料電池発電装置１は、図２に示される通り略直方体の外形を示し、筐体内にアノードとカソードに挟まれる電解質膜を有する発電部２を備えている。発電部２は、被希釈燃料の１つであるメタノールを水で希釈した希釈燃料のメタノール水溶液と空気によって発電することができ、その筐体所要の面に臨む出入口を有する燃料流路と空気流路を備えている。
【００１６】
そして、発電部２に供給される希釈燃料の濃度を調整し、燃料混合部筐体所要の面に臨む出入口を有する燃料流路を備える燃料混合部３と、希釈燃料であるメタノール水溶液の温度を調節する冷却部４と、発電部２に空気を供給し、空気供給部筐体所要の面に臨む出入口を有する空気流路を備える空気供給部５と、燃料である高濃度のメタノールを貯蔵する燃料貯蔵部６と、発電部２から排出される排気ガスから水を分離し、気液分離部筐体所要の面に臨む出入口を有する空気流路を備える気液分離部７と、発電部２で発電した電力を蓄電する蓄電部８と、発電部２に希釈燃料を供給し、燃料供給部筐体所要の面に臨む出入口を有する燃料流路を備える燃料供給部９と、装置を制御する制御部１０とを有する。
【００１７】
発電部２は、略直方体状の筐体で、その筐体内部に希釈燃料が流れる燃料流路と空気が流れる空気流路を備えている。燃料流路の出入口は、筐体所要の面に臨むように設けられている。また、空気流路の出入口も筐体所要の面に臨むように設けられている。そして、発電部２の燃料流路の出口は、下記で説明する燃料混合部３の燃料流路の入口と直接接続され、発電部２の燃料流路の入口は、燃料供給部９の燃料流路の出口と直接接続されている。また、発電部２の空気流路の出口は、気液分離部７の空気流路の入口と直接接続され、発電部２の空気流路の入口は、空気供給部５の空気流路出口と直接接続されている。
【００１８】
発電部２は、燃料供給部９から燃料であるメタノール水溶液を、空気供給部５から酸化剤である空気を供給することにより発電を行なうことができ、発電された電力は、外部回路及び蓄電部８に供給される。また、発電部２は、温度のセンサーを備えていてもよい。これにより、例えば温度センサーから制御部１０を介して冷却部４を制御し発電部２の温度をコントロールしてもよい。
【００１９】
燃料混合部３は、略直方体状の筐体で、その筐体内部に希釈燃料が流れる燃料流路を備え、その燃料流路の出入口は、筐体所要の面に臨むように設けられている。そして、燃料混合部３の燃料流路の出口は、下記で説明する冷却部４と接続され、燃料混合部３の燃料流路の入口は、発電部２及び燃料貯蔵部６の燃料流路の出口と直接接続されている。
【００２０】
燃料混合部３は、気液分離部７で分離した水を燃料混合部３に供給するために、気液分離部７と接続している。これにより、発電部２から排出される排出燃料と、気液分離部７によって分離される水と、燃料貯蔵部６から供給される被希釈燃料の高濃度メタノールとを混合することによって濃度を調節し、冷却部４を介して希釈燃料のメタノール水溶液を発電部２に供給することができる。また、例えば燃料混合部３は濃度センサー等を備えていて、燃料混合部３で混合されるメタノール水溶液の濃度が、その濃度センサーの値から制御部１０を介し調節されてもよい。
【００２１】
冷却部４は、燃料混合部３及び燃料供給部９と燃料流路が接続し、燃料混合部３から供給されるメタノール水溶液の温度を適温にまで下げることができる。このことで、本発明の燃料電池発電装置１の運転により加熱されたメタノール水溶液の温度を下げ、発電部２の過熱を防止することができる。
【００２２】
尚、冷却部４は、図２のように略直方体状の形状をしていてもよい。また、冷却部４と燃料混合部３との燃料流路の接続方法は、例えば間にある発電部２の内部に流路を設けるなどして接続することがあげられるが、その接続方法はとくに限定されるものではない。また、冷却部４の制御を制御部１０で行なってもよい。例えば、発電部２の温度が高いときに限り冷却部４を運転するように制御されていてもよい。そして、冷却部４は、発電部２に供給するメタノール水溶液の温度を下げることができれば、設置位置を限定するものではない。
【００２３】
空気供給部５は、略直方体状の筐体で、その筐体内部に空気が流れる空気流路を備え、その空気流路の出口は、筐体所要の面に臨むように設けられている。そして、空気供給部５の空気流路の出口は、発電部２の空気流路の入口と直接接続している。また、外気を取り込むことができるように開口を有している。これによって、発電に使われる酸素を外気から空気として取り込むことができる。空気供給部５の例としては、ポンプやファン等が挙げられるが、発電部２に空気を供給することができるものであればこれらに限定されるものではない。また、空気供給部５の制御を制御部１０で行なってもよい。例えば、発電部２が必要とする発電量に応じて空気供給部５の空気の供給量を制御されてもよい。
【００２４】
燃料貯蔵部６は、略直方体状の筐体で、その筐体内部に希釈燃料が流れる燃料流路を備え、その燃料流路の出口は、筐体所要の面に臨むように設けられている。そして、燃料貯蔵部６の燃料流路の出口は、燃料混合部３の燃料流路の入口と直接接続している。燃料貯蔵部６は、被希釈燃料としての高濃度のメタノールを貯蔵し、必要に応じて燃料混合部３に送ることができる。
【００２５】
気液分離部７は、略直方体状の筐体で、その筐体内部に空気が流れる空気流路と備え、その空気流路の入口は、筐体所要の面に臨むように設けられている。そして、気液分離部７の空気流路の入口は、発電部２と直接接続される。また、気液分離部７は、分離した水を燃料混合部３に供給するために、燃料混合部３と接続している。また、気液分離部７は、排気ガスを排出することができるように排出口を有している。気液分離部７は、発電部２から出される水分を含む排気ガスを気液分離させることができ、水分を取り除かれた排気ガスを外部に排出することができる。そして、分離した水を燃料混合部３に供給することができる。水は燃料混合部３で発電部２から排出される排出燃料と燃料貯蔵部６から供給される被希釈燃料を希釈するために使われる。
【００２６】
蓄電部８は、発電部２で発電された電力を蓄えることができる。また、例えば燃料供給部９、空気供給部５、制御部１０等に電力供給することができる。
【００２７】
燃料供給部９は、略直方体状の筐体で、その筐体内部に希釈燃料が流れる燃料流路を備え、その燃料流路の出口は、筐体所要の面に臨むように設けられている。そして、燃料供給部９の燃料流路の出口は、発電部２の入口と直接接続され、燃料供給部９の燃料流路の入口は、冷却部４と接続されている。これにより、冷却部４から送り込まれるメタノール水溶液を発電部２に供給することができる。このことで、本発明の燃料電池発電装置１の運転により加熱されたメタノール水溶液の温度を下げ、発電部２の過熱を防止することができる。また、燃料供給部９の制御を制御部１０で行なってもよい。例えば、発電部２が必要とする発電量に応じて燃料供給部９のエタノール水溶液の供給量を制御されてもよい。尚、燃料供給部９の形状は特に限定されるものではないが、例えばポンプなどがあげられる。
【００２８】
制御部１０は、要求される発電量、温度センサー及び濃度センサー等の値から、各機器を制御し、発電部２の発電量、冷却部４のメタノール水溶液の温度、燃料混合部３のメタノール水溶液の濃度等を調節することができる。例えば、制御部１０が燃料供給部９と空気供給部５を制御することで、空気とメタノール水溶液の発電部２への供給量がコントロールされる。これにより発電部２は必要とする発電量に応じた発電をすることができる。
【００２９】
本例の場合、燃料電池発電装置としては、最も大きく剛性の高い構造であり、希釈燃料と空気の流れがともに存在し、発電を担う機能的にも中心的な存在である発電部２を中心に構成することが理にかなっている。発電部２に燃料混合部３、空気供給部５、気液分離部７、燃料供給部９の機器を下記で説明する直接接続することによって、これらを一体として扱えるため燃料電池発電装置１内部での固定は発電部２の１箇所で可能となる。このことによって、多数の固定方法を準備する必要がなく、燃料電池発電装置１を小型にでき、組み立て時間の短縮もできるようになる。
【００３０】
図３（ａ）、図３（ｂ）、図４（ａ）及び図４（ｂ）は、発電部２と、燃料混合部３を例にとった本発明の燃料電池発電装置１の接続の一例を示している。
【００３１】
図３（ａ）に示すように、例えば、燃料混合部３の筐体所要の面には、略直方体状の凸状接続部１６が形成されている。その凸状接続部１６には、燃料混合部３の燃料混合部内燃料流路１４の入口が形成されている。また、発電部２の筐体所要の面には、凸状接続部１６をはめ込むことができるように対応した凹状接続部１７が形成されている。その凹状接続部内１７には、燃料混合部内燃料流路１４の入口と直接接続されるような発電部２の発電部内燃料流路１５の出口が形成されている。そして、発電部２と燃料混合部３とは、図３（ｂ）に示すように、凹状接続部１６に凸状接続部１７をはめ込むことにより、筐体外部に燃料流路の管を設けることなく、燃料混合部内燃料流路１４の入口と発電部内燃料流路１５の出口とを接続することができる。
【００３２】
また、凹状接続部と凸状接続部との間にシール剤を備えることができる。このシール剤１８は燃料混合部３と発電部２を固定する力によって十分に加圧された状態となるように配置される。これにより、密閉度を増し、希釈燃料のメタノール水溶液の漏出を防ぐことができる。
【００３３】
このように接続することによって、燃料混合部３と発電部２を接続するための特別な空間は不要で、接続後の体積を燃料混合部３と発電部２の体積の和に収めることができる。また、接続箇所が少ないため、液漏れが発生する可能性のある場所が減少し、さらにシール材１８を使用することによって、液漏れをなくすとともに、組み立て時の作業時間を短縮できる。さらに、接続部の凹凸を位置決めに利用することで、確実で安定した接続を可能とし、組み立て時の作業性も向上させることができる。本例では燃料混合部３に凸状の接続部を、発電部２に凹状の接続部を設けたが、この逆に燃料混合部３に凹状の接続部を、発電部２に凸状の接続部を設けても、同様の効果が得られる。
【００３４】
また、本発明の燃料電池発電装置１は、上記のような凹凸状の接続部を備えなくても略同様の効果を得る接続方法がある。図４（ａ）に示すように、例えば、燃料混合部３の筐体所要の面に燃料混合部３の燃料混合部内燃料流路１４の入口が形成され、この燃料混合部３を発電部２に接続する際、燃料混合部内燃料流路１４の入口と対応する発電部２の筐体所要の面に発電部２の発電部内燃料流路１５の出口を形成し、燃料混合部３と発電部２とを接続することもできる。これにより、図４（ｂ）のように、筐体外部に燃料流路の管を設けることなく、燃料混合部内燃料流路１４の入口と発電部内燃料流路１５の出口とを接続することができる。
【００３５】
図４（ｂ）のように、本発明の燃料電池発電装置１は、燃料混合部内燃料流路１４の入口と発電部内燃料流路１５の出口とにシール材１８を有している。シール材１８を燃料混合部３と発電部２を固定する力によって十分に加圧された状態となるようにすると、本例のような接続においても、図３に示したような接続と同様にメタノール水溶液が漏れ出すことを防ぐことができる。また、図４に図示されていないが、シール材１８を配置するためのガイド溝は、発電部２に設けても燃料混合部３に設けても同様で、シール材の位置を固定し、燃料が漏れ出すことを防ぐことができる。
【００３６】
このような接続によっても、燃料混合部３と発電部２を接続するための特別な空間は不要で、接続後の体積は燃料混合部３と発電部２の体積の和に収めることができる。また、接続箇所が少ないため、液漏れが発生する可能性のある場所が減少し、さらにシール材１８を使用することによって、液漏れをなくすとともに、組み立て時の作業時間を短縮できる。さらに、筐体所要の面に臨む流路出入口の位置が決まっていることにより、それを位置決めに利用することで、確実で安定した接続を可能とし、組み立て時の作業性も向上させることができる。
【００３７】
尚、図３及び図４に示された発電部２と燃料混合部３との接続は一例であり、同様の方法で、他の機器である空気供給部５、気液分離部７及び燃料供給部９も発電部２に接続することができる。また、例えば燃料貯蔵部６と燃料混合部３のように、発電部以外の機器どうしも同様の方法で接続することができる。
【００３８】
図５は、本発明のメタノールのような液体を燃料とした燃料電池発電装置１の構成機器とその接続や燃料の流れを示した模式図の一例で、図１の例に対応している。尚、燃料の流れに直接的なつながりのない制御部１０と蓄電部８は省略してある。また、図中の矢印２２はメタノール水溶液の流れを模式的に示し、矢印２３は空気の流れを模式的に示したものである。図５のように、本発明の燃料電池発電装置１は、アノード１９及びカソード２０で挟まれる電解質膜２１からなる発電部２と、上述した発電部２から排出される排出燃料と被希釈燃料と水とを混合させてメタノール水溶液を調整する燃料混合部３、燃料混合部３へ供給する高濃度メタノールを貯蔵する燃料貯蔵部６、発電部２における発電反応で排出される排気ガスから水を分離し燃料混合部３に水を供給する気液分離部７、カソード２０に空気を供給する空気供給部５、燃料となるメタノール水溶液をアノード１９に供給する燃料供給部９及び燃料となるメタノール水溶液を冷却する冷却部４を有している。
【００３９】
発電部２は、プロトンを透過させる膜状の電解質膜２１、発電反応における触媒を有するアノード１９及びカソード２０からなり電解質膜２１をアノード１９およびカソード２０によりはさみ、張り合わせて形成される。プロトンを透過させる電解質膜２１は、透過性と耐酸化性と耐熱性とを兼ね備えた材質で形成される。アノード１９及びカソード２０は、金属材料や炭素材料、伝導性を有する不繊布などを用いて構成され、例えば炭素材料を用いる場合、炭素材料の多孔室表面に白金等の触媒を担持させてもよい。電解質２１、アノード１９及びカソード２０の大きさ及び形状は、発電部２の大きさ及び形状に合わせて適宜変更される。発電部２はアノード１９にメタノール水溶液をカソード２０に空気を供給することで発電反応を起こすことができる。
【００４０】
アノード１９は、燃料供給部９を介して、メタノール水溶液を循環させるように燃料混合部３と接続されている。これにより、燃料混合部３で調節されたメタノール水溶液をアノード１９に供給し、発電反応に用いることができる。そして、反応終了後、アノード１９からメタノール水溶液を燃料混合部３に戻すことができる。
【００４１】
カソード２０は、空気を供給させるように空気供給部５と接続され、発電反応で発生する水を回収する気液分離部７と接続している。これにより、カソード２０に空気が供給され、アノード１９に供給されるメタノール水溶液により発電反応を起こすことができる。また、気液分離部７により発電部２での発電反応で発生する水を排出させることができ、カソード２０に表面に水が付着することにより引き起こされる反応効率の低下を防ぐことができるとともに、発生した水をメタノール水溶液の調整に利用することができる。
【００４２】
前記の燃料電池発電装置１は、燃料混合部３で調整されたメタノール水溶液をアノード１９に供給するとともに、空気供給部５を介してカソード２０に空気を供給することにより、発電部２で以下のような反応を行なうことができる。メタノール水溶液は、アノード１９において、メタノール水溶液中の水とメタノールによってCH３OH＋H２O→CO２＋６H＋＋６ｅ−という反応が起こる。この反応で発生するプロトン（H＋）は、電解質膜２１を透過しカソード２０に移動する。また、発生した電子（ｅ−）は、アノード１９から外部回路を通りカソード２０に移動する。移動してきたプロトンと電子は、カソード２０において、空気供給部５から供給される空気中の酸素と３／２O２＋６H＋＋６ｅ−→３H２Oという反応を起こす。したがって本発明の燃料電池発電装置１の発電部２には、メタノール水溶液と空気を供給することによって発電反応を行なうことができる。
【００４３】
燃料であるメタノールは、燃料貯蔵部６に貯蔵された高濃度のメタノールを燃料混合部３に供給し、燃料混合部３で例えば３〜６ｗｔ％に希釈され、燃料供給部９によって燃料混合部３から冷却部４を介して発電部２に供給され、発電に寄与したあとに発電部２から燃料混合部３に戻されるという循環経路を構成する。もう一方の燃料である酸素は、空気供給部５によって外気から空気として取り込み、発電部２に供給され、発電に寄与したあとに発電部２から水分を含んだ空気の状態で排気され、気液分離部７に供給される。気液分離部７において水と空気に分離され、空気は燃料電池発電装置の外へ排出し、水はメタノールの希釈に使われるために燃料混合部３に供給する。
【００４４】
尚、図５に示した構成は一例であり、本発明の燃料電池発電装置１は、このような構成に限るものではない。例えば、冷却部４を省くなどしてもよい。
【００４５】
図６は、発電部２に直接接続された機器と、発電部２内部での燃料系の流れを示した模式図である。図６のように、本発明の燃料電池発電装置１は、発電部２の一端側の上部に空気供給部５を接続し、発電部２の反対側の下部に気液分離器７を接続、発電部２の空気供給部５と同じ側の下部に燃料供給部９を接続し、発電部２の気液分離部７と同じ側の上部に燃料混合部３を接続することを特徴とする。
【００４６】
空気供給部５によって発電部２の上部から供給された空気は、発電部２の下部から気液分離部７に排出され、燃料供給部９によって発電部２の下部から供給されたメタノール水溶液は、発電部２の上部から燃料混合部３に戻される。このとき、発電部２内部の燃料流路は、流路入口から流路出口に向かって上昇するように流路が形成され、発電部２内部の空気流路は、流路入口から流路出口に向かって下降するように流路が形成されている。
【００４７】
ここで、発電部２内部での希釈燃料であるメタノール水溶液と空気の流れを示した斜めの矢印は模式的な表現であり実際に斜めに流れるわけではなく、気体である空気の発電部２への入口に対して発電部２からの出口が低い位置にあり、液体であるメタノール水溶液の発電部２への入口に対して発電部２からの出口が高い位置にあれば特に限定されるものではない。また、図６の例では、発電部２内部での空気とメタノール水溶液の流れが同一方向であるが、各機器の配置を工夫することによって、発電部２内部での空気とメタノール水溶液の流れを逆にすることも可能である。
【００４８】
図６のように、本発明の燃料電池発電装置１では、発電部２内部で、メタノール水溶液の入口がメタノール水溶液の出口よりも低い位置にあり、空気の入口が空気の出口よりも高い位置にあることを特徴とする。発電部２では、発電反応により二酸化炭素と水が発生する。二酸化炭素は、発電部２の燃料流路に混入し、水は、発電部２の空気流路に混入する。両流路に混入した二酸化炭素と水は、メタノール水溶液と空気の流れを阻害してしまう。そこで、燃料流路では、流路の入口が流路の出口よりも低い位置にあることで、気体と液体の密度と重力を利用して、気体である二酸化炭素を流路のより上方に、液体であるメタノール水溶液を流路のより下方に移動する。よって、メタノール水溶液の流れを阻害する二酸化炭素を流路の入口から入口よりも高い位置に備え付けられた流路の出口の方向に移動させやすくし、排出しやすくすることができる。
【００４９】
また、空気流路では、流路の入口が流路の出口よりも高い位置にあることで、燃料流路に混入した二酸化炭素と同様に、気体である空気を流路のより上方に、液体である水を流路のより下方に移動する。よって空気の流れを阻害する水を流路の入口から入口よりも低い位置に備えられた流路の出口の方向に移動させやすくし、排出しやすくすることができる。即ち、発電反応により発生する二酸化炭素と水の排出特性を向上させることができる。これによって、二酸化炭素や水を積極的に排出し、安定した発電を可能にする。
【００５０】
以上、本発明の燃料電池発電装置１に関する実施の形態である。本実施の形態で使用している被希釈燃料のメタノールは、これに限られるものではなく、通常の燃料電池で使用されている燃料を利用することもできる。例えば、エタノールやジメチルエーテルなどを使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】従来の継手と配管を用いた各機器間の接続を示す図である。
【図２】本発明の燃料電池発電装置の形状を示す図である。
【図３（ａ）】本発明における発電部と燃料混合部との接続例を示す斜視図である。
【図３（ｂ）】本発明における発電部の凹状の接続部と燃料混合部の凸状の接続部を接続させた状態を示す平面図である。
【図４（ａ）】本発明における発電部と燃料混合部との接続例を示す斜視図である。
【図４（ｂ）】本発明における発電部と燃料混合物とを平面上に接続させた状態を示す平面図である。
【図５】本発明の燃料電池発電装置の各機器の接続と流れを示す模式図である。
【図６】発電部に直接接続された機器と発電部内部での燃料系の流れを示す模式図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  燃料電池発電装置
２、９２  発電部
３、９３  燃料混合部
４  冷却部
５  空気供給部
６  燃料貯蔵部
７  気液分離部
８  蓄電部
９  燃料供給部
１０  制御部
１４  燃料混合部内燃料流路
１５  発電部内燃料流路
１６  凸状接続部
１７  凹状接続部
１８  シール材
１９  アノード
２０  カソード
２１  電解質膜
９４、９５  継手
９６  配管
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図５】
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【図６】
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