(57)【要約】【課題】  燃料の流量や組成の変動が少なく、燃料タンクの寿命を向上した燃料電池用容器および水素発生装置用容器を提供する。【解決手段】  圧力容器１１の内部にはジメチルエーテル１３と水１４を収納するための空間が設けられている。一方の空間の容積が増加すると他方の空間の容積が減少するように空間を分割する分割部１２が設けられている。圧力容器１０１には、ジメチルエーテル１３を取り出すためのジメチルエーテル出口１５と、水１４を取り出すための水出口１６が設けられている。【選択図】  図２
2006092972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にジメチルエーテルと水を収納するための空間が設けられた圧力容器と、
一方の空間の容積が増加すると他方の空間の容積が減少するように前記空間を分割し、前記一方の空間に前記ジメチルエーテル、前記他方の空間に水を収納するために設けられた分割部と、
前記一方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、ジメチルエーテルを取り出すためのジメチルエーテル出口と、
前記一方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、水を取り出すための水出口と、
を有することを特徴とする燃料容器。
【請求項２】
前記分割部は、シート状部材であることを特徴とする請求項１に記載の燃料容器。
【請求項３】
前記シート状部材は、可撓性部材であることを特徴とする請求項２に記載の燃料容器。
【請求項４】
前記ジメチルエーテル出口は前記ジメチルエーテル出口から気体のジメチルエーテルが取り出し可能となる位置、前記水出口は前記水出口から液体の水が取り出し可能となる位置に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料容器。
【請求項５】
内部にジメチルエーテルと水を収納するための空間が設けられた圧力容器と、
一方の空間の容積が増加すると他方の空間の容積が減少するように前記空間を分割し、前記一方の空間に前記ジメチルエーテル、前記他方の空間に水を収納するために設けられた分割部と、
前記一方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、ジメチルエーテルを取り出すためのジメチルエーテル出口と、
前記一方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、水を取り出すための水出口と、
前記ジメチルエーテルと前記水とを用いて水素を含有する改質ガスを得る改質部と、
前記改質ガス中に含まれる一酸化炭素の少なくとも一部を除去するためのＣＯ除去部と
前記改質ガスに含まれる水素と、大気中の酸素を用いて発電を行う燃料電池セルと、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
内部にジメチルエーテルと水を収納するための空間が設けられた圧力容器と、
一方の空間の容積が増加すると他方の空間の容積が減少するように前記空間を分割し、前記一方の空間に前記ジメチルエーテル、前記他方の空間に水を収納するために設けられた分割部と、
前記一方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、ジメチルエーテルを取り出すためのジメチルエーテル出口と、
前記一方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、水を取り出すための水出口と、
前記ジメチルエーテルと前記水とを用いて水素を含有する改質ガスを得る改質部と、
前記改質ガス中に含まれる一酸化炭素の少なくとも一部を除去するためのＣＯ除去部と、
を有することを特徴とする水素発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジメチルエーテルを改質し得られた水素を用いて発電するための燃料電池システム、およびジメチルエーテルを改質し水素を発生させるための水素製造装置に用いられる燃料容器、燃料電池システムおよび水素発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報化社会を支える携帯用電子機器の電源として、燃料電池システムへの期待が非常に高まりつつあり、様々なタイプの燃料電池が開発されている。
【０００３】
ジメチルエーテルは常温での飽和蒸気圧が約６気圧と大気圧より高圧である。また、ジメチルエーテルは、天然ガス等に比較して低温での改質が可能であり、また硫黄分を含まず、さらに容易に液化できる。従って、ジメチルエーテルの飽和蒸気圧を利用し燃料を送液する燃料電池システムは、燃料を燃料電池セルへ送液するためのポンプが不要なため、特に注目されている。
【０００４】
従来の燃料電池用容器は、ジメチルエーテルと水を発電に適した比率であらかじめ混合し、この混合液（燃料）を燃料タンクに収納していた。そして、燃料タンクに接続されたバルブを開閉することで、燃料電池システムにかかる圧力、すなわち燃料の供給量を制御していた。（特許文献１）
【特許文献１】特開２００４−１２７６２５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来の燃料電池システムは燃料タンクに接続されたバルブの手前では、ジメチルエーテルの蒸気圧が作用し、バルブの内部では急激に圧力が下がり液化されていたジメチルエーテルが気化する。そして、バルブの先では、液体の水と気体のジメチルエーテルの気液２相の燃料が燃料電池システムまで送液されることになる。
【０００６】
このような気液２相の混合流の状態である燃料は、バルブの内部から燃料電池システムの内部に至る過程でその流れが乱れ、流量や組成が変動してしまうという問題点がある。
【０００７】
また、ジメチルエーテルと水の混合液は燃料タンクに対する攻撃性が強く、特に樹脂やゴムに対する攻撃性が強い。従って、燃料タンクの寿命が短く、燃料タンクのひびなどから、燃料が漏液してしまう可能性がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、燃料の流量や組成の変動が少なく、寿命を向上した燃料容器、燃料電池システムおよび水素発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の燃料容器は、内部にジメチルエーテルと水を収納するための空間が設けられた圧力容器と、一方の空間の容積が増加すると他方の空間の容積が減少するように前記空間を分割し、前記一方の空間に前記ジメチルエーテル、前記他方の空間に水を収納するために設けられた分割部と、前記一方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、ジメチルエーテルを取り出すためのジメチルエーテル出口と、前記一方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、水を取り出すための水出口とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、内部にジメチルエーテルと水を収納するための空間が設けられた圧力容器と、一方の空間の容積が増加すると他方の空間の容積が減少するように前記空間を分割し、前記一方の空間に前記ジメチルエーテル、前記他方の空間に水を収納するために設けられた分割部と、前記一方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、ジメチルエーテルを取り出すためのジメチルエーテル出口と、前記一方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、水を取り出すための水出口と、前記ジメチルエーテルと前記水とを用いて水素を含有する改質ガスを得る改質部と、前記改質ガス中に含まれる一酸化炭素の少なくとも一部を除去するためのＣＯ除去部と前記改質ガスに含まれる水素と、大気中の酸素を用いて発電を行う燃料電池セルとを有することを特徴とする。
【００１１】
また、上記目的を達成するために、本発明の水素発生装置は、内部にジメチルエーテルと水を収納するための空間が設けられた圧力容器と、一方の空間の容積が増加すると他方の空間の容積が減少するように前記空間を分割し、前記一方の空間に前記ジメチルエーテル、前記他方の空間に水を収納するために設けられた分割部と、前記一方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、ジメチルエーテルを取り出すためのジメチルエーテル出口と、前記一方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、水を取り出すための水出口と、前記ジメチルエーテルと前記水とを用いて水素を含有する改質ガスを得る改質部と、前記改質ガス中に含まれる一酸化炭素の少なくとも一部を除去するためのＣＯ除去部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
燃料の流量や組成の変動が少なく、寿命を向上した燃料容器、燃料電池システムおよび水素発生装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、ここでは本発明に係る燃料電池用容器を例に説明するが、本発明はそれに限定されず、例えば水素発生装置用容器等の他の燃料容器にも適用可能である。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１に本発明による燃料電池用容器の第１の実施の形態を用いた燃料電池システムを示す。
【００１５】
燃料電池用容器１には、燃料電池システムの燃料となるジメチルエーテル１３（後述）と水１４（後述）が収納されている。燃料電池用容器１には、例えば燃料電池システムと着脱可能な圧力容器を用いることができる。燃料はジメチルエーテル１３の圧力を利用し、後述する気化部２へ送液することができる。
【００１６】
収納されるジメチルエーテル１３と水１４の比（モル比）は、化学量論的には１：３が理想的である。しかし、実際の燃料電池システムでは、ジメチルエーテル１３と水１４の比が１：３に近いと一酸化炭素の生成量が増大してしまう。さらに、余剰となった水１４は後述するシフト反応や発電に用いることができるため、１：３より水１４を多くすることが好ましい。ただし、後述する気化部２において燃料を加熱・気化する際のエネルギーが増大してしまうため、ジメチルエーテル１３と水１４の比は１：５．０以下、理想的には１：４．０以下（例えば１：３．５）とすることが好ましい。
【００１７】
気化部２は燃料電池用容器１と配管等により接続されている。気化部２に送られた燃料に含まれる水は加熱されて気化する。
【００１８】
改質部３は気化部２と配管等により接続されている。改質部３に送られた気化した燃料は、改質部３で改質され、水素を含有する気体（改質ガス）となる。改質部３の内部には気化した燃料が通過する流路が設けられており、流路の内壁面には気化した燃料の改質ガスへの改質反応を促進するための改質触媒が設けられている。
【００１９】
ＣＯシフト部４は改質部３と配管等により接続されている。改質部３にて改質され、ＣＯシフト部４に送られた改質ガスは、水素のほかに副生物として二酸化炭素や一酸化炭素が含まれる。一酸化炭素は燃料電池セルのアノード触媒を劣化させ、燃料電池システムの発電性能を低下させる原因となる。このためＣＯシフト部４は、改質部３から後述する燃料電池セル６へ水素を含む気体を供給する前に、ＣＯシフト部４にて一酸化炭素を二酸化炭素と水素へシフト反応させて、水素生成量の増加を図る。ＣＯシフト部４の内部には、改質された燃料が通過する流路が設けられており、流路の内壁面には改質ガスに含まれる一酸化炭素のシフト反応を促進するためのシフト触媒が設けられている。
【００２０】
ＣＯ除去部５はＣＯシフト部４と配管等により接続されている。ＣＯシフト部４にてシフト反応され、ＣＯ除去部５に送られた改質ガスは、未だ１％から２％程度の一酸化炭素が含まれている。一酸化炭素は前述の通り燃料電池システムの発電性能を低下させる原因となる。このため、ＣＯ除去部５は、改質部３から後述する燃料電池セル６へ水素を含む気体を供給する前に、ＣＯ除去部５にて一酸化炭素をメタンと水へ転化するメタン化反応させて一酸化炭素を除去する。ＣＯ除去部５の内部には、改質された燃料が通過する流路が設けられており、流路の内壁面には改質ガスに含まれる一酸化炭素のメタン化反応を促進するためのメタネーション触媒が設けられている。
【００２１】
燃料電池セル６はＣＯ除去部５と配管等により接続されている。一酸化炭素が除去された改質ガスは燃料電池セル６に送られる。燃料電池セル６は、改質ガス中の水素と大気中の酸素とを反応させる。反応に伴い、燃料電池セル６は水を生成するとともに発電を行う。
【００２２】
燃焼部７は燃料電池セル６と配管等により接続されている。燃料電池セル６では水素と酸素が反応して水が生成されるが、燃料電池セル６からの排出ガスには未反応の水素が含まれている。燃焼部７はこの未反応の水素を大気中の酸素を用いて燃焼させる。このとき、燃焼の際に発生する燃焼熱を利用し、気化部２、改質部３、ＣＯシフト部４およびＣＯ除去部５を加熱する。加熱の効率、温度の均一化および周囲の電子回路等の耐熱性の低い部品の保護のため、気化部２、改質部３、ＣＯシフト部４、ＣＯ除去部５、燃焼部７は断熱部８にて周囲を覆われている。
【００２３】
図２に燃料電池用容器１の詳細を示す。圧力容器１１の内部には、内部にジメチルエーテル１３と水１４を収納するための空間が設けられている。圧力容器１１は、例えばフッ素樹脂を用いて形成することができる。
【００２４】
圧力容器１１の内部には分割部１２が設けられている。分割部１２は圧力容器１１の内部の空間を少なくとも２つの空間に分割している。分割部１２は一方の空間の容積が増加すると、他方の空間の容積が減少するように設けられている。具体的には、例えば図２に示す様に、分割部１２を袋状に形成されたシート状部材とすることができる。特に分割部１２の材質を可撓性部材とすると、一方の空間と他方の空間の容積の変化に応じて分割部１２が容易に変形できるので好ましい。
【００２５】
液化されたジメチルエーテル１３は一方の空間に収納される。ジメチルエーテル１３の飽和蒸気圧が圧力容器１１に作用し、ジメチルエーテル１３の一部は液体、ジメチルエーテル１３の他の一部は気体の状態で収納される。ジメチルエーテル１３の飽和蒸気圧は、例えば常温下では約６気圧である。すなわち、常温下での圧力容器１１の内部の圧力は、圧力容器１１が密閉された状態では約６気圧となる。
【００２６】
水１４は他方の空間に収納される。ジメチルエーテル１３の飽和蒸気圧による圧力容器内部の圧力は、水１４にも作用する。
【００２７】
圧力容器１１には、一方の空間が開口可能となるようにジメチルエーテル出口１５が設けられている。ジメチルエーテル出口１５は、燃料電池用容器１を発電に使用する際、気体のジメチルエーテル１３が取り出し可能となる様に設けられている。例えば、ジメチルエーテル出口１５には、燃料電池用容器１を発電に使用する際に圧力容器１１の上端となる位置に設けられたセルフシール機構内蔵型の管継手を用いることができる。セルフシール機構のシール材には、例えばクロロプレンゴムを用いることができる。
【００２８】
圧力容器１１には、他方の空間が開口可能となるように水出口１６が設けられている。水出口１６は、燃料電池用容器１を発電に使用する際、液体の水１４が取り出し可能となる様に設けられている。例えば、水出口１６には、燃料電池用容器１を発電に使用する際に圧力容器１１の下端となる位置に設けられたセルフシール機構内蔵型の管継手を用いることができる。セルフシール機構のシール材には、例えばクロロプレンゴムを用いることができる。
【００２９】
ジメチルエーテル出口１５は、気化部２とジメチルエーテル配管１７を用いて接続可能となるように設けられている。ジメチルエーテル配管１７にはバルブ１８が設けられている。燃料電池用容器１から気化部２へ供給されるジメチルエーテル１３の流量が調整可能となるように、バルブ１８は設けられている。
【００３０】
同様に、水出口１６は、気化部２と水配管１９を用いて接続可能となるように設けられている。水配管１９にはバルブ２０が設けられている。燃料電池用容器１から気化部２へ供給される水１４の流量が調整可能となるように、バルブ２０は設けられている。
【００３１】
バルブ１８を通過したジメチルエーテル１３と、バルブ２０を通過した水１４は、気化部２に供給する以前に、混合部３０にて混合される。前述の通り、混合されたジメチルエーテル１３と水１４は気化部２に供給され、水１４が気化される。
【００３２】
燃料電池システムは、バルブ１８およびバルブ２０の開度を制御することにより、その発電量を制御することができる。また、バルブ１８およびバルブ２０の開度を最も開いた状態にしても、気化部２に供給されるジメチルエーテル１３、水１４のいずれか一方の圧力がジメチルエーテル１３の飽和蒸気圧に達しない場合、燃料電池用容器１に収納されているジメチルエーテル１３または水１４の残量が著しく減少しているとして燃料のエンプティを検出できる。
【００３３】
なお、ここでジメチルエーテル１３の飽和蒸気圧に達しない場合とは、燃料電池用容器１から気化部２に至るまでの圧力損失や、ジメチルエーテル１３、水１４の圧力等を検知するためのセンサ等の誤差があるため、飽和蒸気圧にこれら圧力損失や誤差を考慮し補正した閾値に達しない場合を含む。
【００３４】
このようにしてできた燃料電池用容器１は、バルブ１８およびバルブ２０の内部からジメチルエーテル１３と水１４を混合する混合部３０までの間は、気体のジメチルエーテル１３と液体の水１４が別々の状態で供給される。従って、気液２相の燃料がバルブ１８およびバルブ２０を通過することがないため、ジメチルエーテル１３と水１４の流れの乱れが抑制される。従って、ジメチルエーテル１３と水１４の流量や組成が変動してしまう現象を抑制することができる。
【００３５】
また、燃料電池用容器１は、攻撃性の強いジメチルエーテル１３と水１４の混合液に曝露されることがない。従って、燃料電池用容器１の寿命を向上させることができる。
【００３６】
また、圧力容器１１は、一方の空間の容積が増加すると他方の空間の容積が減少するように分割部１２が設けられているため、一方の空間に収納されたジメチルエーテル１３の飽和蒸気圧を、他方の空間に収納された水１４へ作用させるための配管等の加圧手段が不要である。従って、燃料電池用容器１に収納可能なジメチルエーテル１３と水１４の容量を増加させることが可能で、燃料電池システムをより長い時間運転を継続させることができる。
【００３７】
なお、図２に示す燃料電池用容器１では、圧力容器１１の水出口１６付近に分割部１２の開口部が設けられている。しかし、図３に示すように、圧力容器１１のジメチルエーテル出口１５付近に分割部１２のその開口部を設けても構わない。
【００３８】
また、図２に示す燃料電池用容器１では、燃料電池システムの発電量を制御するために、バルブ１８およびバルブ２０の２つのバルブの開度を制御する実施の形態について説明した。しかし、図４に示すように、１つのバルブ２１のみで燃料電池システムの発電量を制御することもできる。
【００３９】
バルブ筐体２２には、ポート２２ａ〜２２ｄが設けられている。バルブ筐体２２には、ポート２２ａからポート２２ｂおよびポート２２ｃからポート２２ｄを貫通状態と閉止状態とを切り替えるためのプランジャ２３が設けられている。プランジャ２３を往復動させることで切替可能となるように、プランジャ２３は設けられている。バルブ筐体２２とプランジャ２３との摺動部の一部に、パッキン２４を設けることができる。パッキン２４は、バルブ２１の内部を流れるジメチルエーテル１３と水１４の漏洩を防止するために設けられている。
【００４０】
このようなバルブ２１は、１つのプランジャを往復動させるのみで２系統の流体の流量を制御することができる。本実施の形態による燃料電池用容器１を用いた燃料電池システムの場合、例えばジメチルエーテル１３をポート２２ａからポート２２ｂへ、水１４をポート２２ｃからポート２２ｄへ流れるように用いると、ジメチルエーテル１３と水１４の流量を１つのアクチュエータで制御することができる。すなわち、アクチュエータの数を削減できるので、燃料電池システムをより小型化することができる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
図５および図６に本発明による燃料電池用容器の第２の実施の形態を示す。なお、図１に示す第１の実施の形態の各部と同一部分は、同一符号で示し、その説明を省略する。
【００４２】
燃料電池用容器１０１は、燃料電池システムと着脱可能に設けられている。図５は燃料電池システムと非接続状態の燃料電池用容器１０１を示す図である。図６は燃料電池システムと接続状態の燃料電池用容器１０１を示す図である。
【００４３】
圧力容器１０２の内部には、内部にジメチルエーテル１３と水１４を収納するための空間が設けられている。圧力容器１０２は、例えばフッ素樹脂を用いて形成することができる。
【００４４】
圧力容器１０２の内部には分割部１０３が設けられている。分割部１０３は圧力容器１０２の内部の空間を少なくとも２つの空間に分割している。分割部１０３は一方の空間の容積が増加すると、他方の空間の容積が減少するように設けられている。具体的には、第１の実施の形態と同様に分割部１０３を袋状に形成されたシート状部材、好ましくは可撓性部材のシート状部材を用いることができる。
【００４５】
液化されたジメチルエーテル１３は一方の空間に収納される。ジメチルエーテル１３の飽和蒸気圧が圧力容器１０２に作用し、ジメチルエーテル１３の一部は液体、ジメチルエーテル１３の他の一部は気体の状態で収納される。ジメチルエーテル１３の飽和蒸気圧は、例えば常温下では約６気圧である。すなわち、常温下での圧力容器１０２の内部の圧力は、圧力容器１０２が密閉された状態では約６気圧となる。
【００４６】
水１４は他方の空間に収納される。ジメチルエーテル１３の飽和蒸気圧による圧力容器内部の圧力は、水１４にも作用する。
【００４７】
燃料電池用容器１０１は、燃料電池システムと着脱可能に設けることができる。燃料電池用容器１０１の一方の空間からジメチルエーテル出口１５ａを通じて、燃料電池システムへ気体のジメチルエーテル１３が供給可能となるように、圧力容器１０２にはジメチルエーテル供給流路１０４が設けられている。具体的には、燃料電池システムが運転中上となる方向にジメチルエーテル供給流路１０４の一方の端が開口されている。ジメチルエーテル供給流路１０４の他方の端は、ジメチルエーテル出口１５ａが開口部となるように圧力容器１０２の外部に開口されている。また、ジメチルエーテル供給流路１０４の一方の端近傍には、液体のジメチルエーテル１３が燃料電池システムへ混入することを防止するための、気液分離膜１０５を設けることができる。
【００４８】
燃料電池用容器１０１の他方の空間から、燃料電池システムへ液体の水１４が供給可能となるように、圧力容器１０２には水出口１６ａが設けられている。燃料電池用容器１０１の他方の空間を開口可能となるように、水出口１６ａは圧力容器１０２に設けられている。
【００４９】
燃料電池システムと圧力容器１０２には、一方の空間および他方の空間からジメチルエーテル１３および水１４が供給可能となるように、弁部材１０６ａ〜１０６ｄが設けられている。燃料電池用容器１０１が燃料電池システムと分離状態の時に、ジメチルエーテル出口１５ａを閉止することによりジメチルエーテル１３の供給を停止するために、弁部材１０６ａは設けられている。燃料電池用容器１０１が燃料電池システムと分離状態の時に、水出口１６ａを閉止することにより水１４の供給を停止するために、弁部材１０６ｂは設けられている。燃料電池用容器１０１が燃料電池システムと分離状態の時に、燃料電池システムに残留するジメチルエーテル１３と水１４の漏洩を防止するために弁部材１０６ｃ、１０６ｄは設けられている。
【００５０】
弁部材１０６ａ〜１０６ｄは、燃料電池用容器１０１が燃料電池システムと分離状態の時に、燃料電池用容器１０１からジメチルエーテル１３と水１４が漏洩してしまうことを防止するために、弾性体１０７が設けられている。弾性体１０７の弾性力により弁部材１０６ａ〜１０６ｄは閉止方向に押し付けられている。弾性体１０７には、例えばエラストマや板ばね、コイルスプリングなどを用いることができる。
【００５１】
圧力容器１０２には、燃料電池用容器１０１が燃料電池システムと接続された状態の時に、燃料電池用容器１０１と燃料電池システムとの境界部分よりジメチルエーテル１３や水１４が漏洩することを防止するために、シール１０８が設けられている。また、燃料電池システムにもシール１０８は設けられている。シール１０８は、例えばクロロプレンゴムなどの低弾性のゴムなどを用いることができる。
【００５２】
燃料電池用容器１０１が燃料電池システムと接続された場合、燃料電池用容器１０１に設けられたシール１０８は、燃料電池システムに設けられたシール１０８と接触し、ジメチルエーテル１３と水１４の漏洩が防止される。また、弁部材１０６ａと弁部材１０６ｃ、弁部材１０６ｂと弁部材１０６ｄが接触し、お互い押し合うことにより、弾性体１０７が収縮し弁部材１０６ａ〜１０６ｄは開口方向に移動する。すると、燃料電池用容器１０１から燃料電池システムへジメチルエーテル１３と水１４が供給可能となる。
【００５３】
第１の実施の形態と同様に、燃料電池システムへ供給されたジメチルエーテル１３と水１４は、図示しないジメチルエーテル配管、水配管を用いて気化部２へ供給される。また、図示しないバルブを用いて、供給されるジメチルエーテル１３と水１４は流量を調整し、燃料電池システムの発電量を調整するこができる。
【００５４】
このようにしてできた燃料電池用容器１０１は第１の実施の形態と同様、バルブの内部からジメチルエーテル１３と水１４を混合する混合部３０までの間は、気体のジメチルエーテル１３と液体の水１４が別々の状態で供給される。従って、気液２相の燃料がバルブを通過することがないため、ジメチルエーテル１３と水１４の流れの乱れが抑制される。従って、ジメチルエーテル１３と水１４の流量や組成が変動してしまう現象を抑制することができる。
【００５５】
また、燃料電池用容器１０１は第１の実施の形態と同様、攻撃性の強いジメチルエーテル１３と水１４の混合液に曝露されることがない。従って、燃料電池用容器１の寿命を向上させることができる。
【００５６】
また、圧力容器１０２は第１の実施の形態と同様、一方の空間の容積が増加すると他方の空間の容積が減少するように分割部１０３が設けられているため、一方の空間に収納されたジメチルエーテル１３の飽和蒸気圧を、他方の空間に収納された水１４へ作用させるための配管等が不要である。従って、燃料電池用容器１に収納可能なジメチルエーテル１３と水１４の容量を増加させることが可能で、燃料電池システムをより長い時間運転を継続させることができる。
【００５７】
また、燃料電池用容器１０１は、燃料電池システムと着脱可能であって、使用者の操作なしに燃料電池用容器１０１と燃料電池システムとが接続状態の時はジメチルエーテル１３と水１４を供給可能な状態、燃料電池用容器１０１と燃料電池システムとが分離状態の時はジメチルエーテル１３と水１４の漏洩を防止した状態とが切り替えられる。従って、燃料電池システムに燃料をさらに補給する際には、使用者は燃料電池用容器１０１を交換するだけで、安全・確実に燃料を補給することができる。
【００５８】
さらに、使用者が燃料電池用容器１０１を交換する際、図５、図６に示すようにジメチルエーテル出口１５ａと水出口１６ａの着脱方向を略並行とすることで、燃料電池用容器１０１の交換作業を容易にすることができる。例えば、プッシュ操作するとロック状態、再度プッシュ操作するとロック解除状態となるような公知のロック方法を用いて、簡単なプッシュ操作で燃料電池用容器１０１を燃料電池システムに着脱可能とすることができる。ここで略並行とは、燃料電池用容器１０１の着脱に支障がない程度の並行度の差を含み、例えば燃料電池用容器１０１の着脱に支障がない程度の加工交差などを含むものを意味する。
【００５９】
なお、本実施の形態では燃料電池システムの天地が逆となって運転されることがない場合について説明した。燃料電池システムの天地が逆となっても運転が継続される燃料電池システムの場合、燃料電池用容器１０１も天地が逆となった状態で、気体のジメチルエーテル１３を供給し続けなければならない。
【００６０】
このような場合、気液分離膜１０５に替えて、図７に示す浮き１１０を用いることができる。図７（ａ）に示すように、浮き袋１１１には、気体のジメチルエーテル１３をジメチルエーテル供給流路１０４を通じて燃料電池システムへ供給するための、吸引口１１２が設けられている。浮き袋１１１には、燃料電池用容器１０１の天地が逆になった場合も、吸引口１１２が継続的に気体のジメチルエーテル１３を供給できるように、錘１１３が設けられている。錘１１３は、浮き袋１１１の重心が吸引口１１２から遠い位置となるように設けられている。
【００６１】
浮き袋１１１には、浮き袋１１１とジメチルエーテル供給流路１０４とを接続するための柔軟チューブ１１４が設けられている。柔軟チューブ１１４は、浮き袋１１１の内部とジメチルエーテル供給流路１０４とが連通するように、中空のパイプ状となっている。
【００６２】
このような浮き１１０は、図７（ｂ）に示すように、燃料電池用容器１０１が傾いたり、天地が逆となったりして、ジメチルエーテル１３の液面と浮き１１０の位置関係が変わっても、浮き袋１１１の重心が吸引口１１２から遠い位置にあるので、吸引口１１２とジメチルエーテル１３の位置関係が復元する方向に浮き１１０は動く。従って、燃料電池用容器１０１も天地が逆となった状態でも、気体のジメチルエーテル１３を供給し続けることができる。
【００６３】
なお、気液分離膜１０５に替えて、浮き１１０を用いることができると説明したが、気液分離膜１０５を吸引口１１２に設けることにより、気液分離膜１０５と浮き１１０を併用することもできる。
【００６４】
また、詳述した各実施の形態の説明及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が可能である。各実施の形態の説明では、燃料電池用容器を燃料電池システムに用いる例について説明した。しかし、図８に示すように、同様の構成の燃料電池用容器を、水素発生装置に転用することも可能である。
【００６５】
この場合、図８に示すように燃料電池システムに設けられた燃焼部７に替えて加熱部１２１を用いることが好ましい。加熱部１２１は水素発生装置の外部から、気化部２を加熱するためのエネルギー、例えば電力や燃焼ガスなどが供給可能に設けられている。水素発生装置用容器１ｂは、燃料を水素発生装置へ供給可能に設けられている。
【００６６】
このような水素発生装置は、説明した各実施の形態と同様、ジメチルエーテルと水の流量や組成が変動してしまう現象を抑制することができる。
【００６７】
また、水素発生装置用容器１ｂは攻撃性の強いジメチルエーテルと水の混合液に曝露されることがなく、水素発生装置用容器１ｂの寿命を向上させることができる。
【００６８】
また、一方の空間に収納されたジメチルエーテルの飽和蒸気圧を、他方の空間に収納された水へ作用させるための配管等が不要で、水素発生装置をより長い時間運転を継続させることができる。
【００６９】
また、水素発生装置に燃料をさらに補給する際には、使用者は水素発生装置用容器１ｂを交換するだけで、安全・確実に燃料を補給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明による燃料電池用容器の第１の実施の形態を用いた燃料電池システムを示す図。
【図２】本発明による燃料電池用容器の第１の実施の形態を示す構成図。
【図３】本発明による燃料電池用容器の第１の実施の形態の変形例を示す構成図。
【図４】本発明による燃料電池用容器の第１の実施の形態に用いるバルブの変形例を示す図。
【図５】本発明による燃料電池用容器の第２の実施の形態を示す構成図。
【図６】本発明による燃料電池用容器の第２の実施の形態を示す構成図。
【図７】本発明による燃料電池用容器の第２の実施の形態の変形例を示す図。
【図８】本発明による水素発生装置用容器を用いた水素発生装置を示す図。
【符号の説明】
【００７１】
１、１０１  燃料電池用容器
１ｂ  水素発生装置用容器
２  気化部
３  改質部
４  ＣＯシフト部
５  ＣＯ除去部
６  燃料電池セル
７  燃焼部
８  断熱部
１１、１０２  圧力容器
１２、１０３  分割部
１３  ジメチルエーテル
１４  水
１５、１５ａ  ジメチルエーテル出口
１６、１６ａ  水出口
１７  ジメチルエーテル配管
１８  バルブ
１９  水配管
２０  バルブ
２１  バルブ
２２  バルブ筐体
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ  ポート
２３  プランジャ
２４  パッキン
３０  混合部
１０４  ジメチルエーテル供給流路
１０５  気液分離膜
１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ  弁部材
１０７  弾性体
１０８  シール
１１０  浮き
１１１  浮き袋
１１２  吸引口
１１３  錘
１１４  柔軟チューブ
１２１  加熱部
【図１】
2006092972.tif 000003
【図２】
2006092972.tif 000004
【図３】
2006092972.tif 000005
【図４】
2006092972.tif 000006
【図５】
2006092972.tif 000007
【図６】
2006092972.tif 000008
【図７】
2006092972.tif 000009
【図８】
2006092972.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成17年8月24日(2005.8.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にジメチルエーテルと水を収納するための空間が設けられた圧力容器と、
一方の空間の容積が増加すると他方の空間の容積が減少するように前記空間を分割し、前記一方の空間に前記ジメチルエーテル、前記他方の空間に水を収納するために設けられた分割部と、
前記一方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、ジメチルエーテルを取り出すためのジメチルエーテル出口と、
前記他方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、水を取り出すための水出口と、
を有することを特徴とする燃料容器。
【請求項２】
前記分割部は、シート状部材であることを特徴とする請求項１に記載の燃料容器。
【請求項３】
前記シート状部材は、可撓性部材であることを特徴とする請求項２に記載の燃料容器。
【請求項４】
前記ジメチルエーテル出口は前記ジメチルエーテル出口から気体のジメチルエーテルが取り出し可能となる位置、前記水出口は前記水出口から液体の水が取り出し可能となる位置に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料容器。
【請求項５】
内部にジメチルエーテルと水を収納するための空間が設けられた圧力容器と、
一方の空間の容積が増加すると他方の空間の容積が減少するように前記空間を分割し、前記一方の空間に前記ジメチルエーテル、前記他方の空間に水を収納するために設けられた分割部と、
前記一方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、ジメチルエーテルを取り出すためのジメチルエーテル出口と、
前記他方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、水を取り出すための水出口と、
前記ジメチルエーテルと前記水とを用いて水素を含有する改質ガスを得る改質部と、
前記改質ガス中に含まれる一酸化炭素の少なくとも一部を除去するためのＣＯ除去部と
前記改質ガスに含まれる水素と、大気中の酸素を用いて発電を行う燃料電池セルと、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
内部にジメチルエーテルと水を収納するための空間が設けられた圧力容器と、
一方の空間の容積が増加すると他方の空間の容積が減少するように前記空間を分割し、前記一方の空間に前記ジメチルエーテル、前記他方の空間に水を収納するために設けられた分割部と、
前記一方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、ジメチルエーテルを取り出すためのジメチルエーテル出口と、
前記他方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、水を取り出すための水出口と、
前記ジメチルエーテルと前記水とを用いて水素を含有する改質ガスを得る改質部と、
前記改質ガス中に含まれる一酸化炭素の少なくとも一部を除去するためのＣＯ除去部と、
を有することを特徴とする水素発生装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の燃料容器は、内部にジメチルエーテルと水を収納するための空間が設けられた圧力容器と、一方の空間の容積が増加すると他方の空間の容積が減少するように前記空間を分割し、前記一方の空間に前記ジメチルエーテル、前記他方の空間に水を収納するために設けられた分割部と、前記一方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、ジメチルエーテルを取り出すためのジメチルエーテル出口と、前記他方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、水を取り出すための水出口とを有することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、内部にジメチルエーテルと水を収納するための空間が設けられた圧力容器と、一方の空間の容積が増加すると他方の空間の容積が減少するように前記空間を分割し、前記一方の空間に前記ジメチルエーテル、前記他方の空間に水を収納するために設けられた分割部と、前記一方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、ジメチルエーテルを取り出すためのジメチルエーテル出口と、前記他方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、水を取り出すための水出口と、前記ジメチルエーテルと前記水とを用いて水素を含有する改質ガスを得る改質部と、前記改質ガス中に含まれる一酸化炭素の少なくとも一部を除去するためのＣＯ除去部と前記改質ガスに含まれる水素と、大気中の酸素を用いて発電を行う燃料電池セルとを有することを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、上記目的を達成するために、本発明の水素発生装置は、内部にジメチルエーテルと水を収納するための空間が設けられた圧力容器と、一方の空間の容積が増加すると他方の空間の容積が減少するように前記空間を分割し、前記一方の空間に前記ジメチルエーテル、前記他方の空間に水を収納するために設けられた分割部と、前記一方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、ジメチルエーテルを取り出すためのジメチルエーテル出口と、前記他方の空間が開口可能となるように前記圧力容器に設けられ、水を取り出すための水出口と、前記ジメチルエーテルと前記水とを用いて水素を含有する改質ガスを得る改質部と、前記改質ガス中に含まれる一酸化炭素の少なくとも一部を除去するためのＣＯ除去部とを有することを特徴とする。