(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ光触媒が担持された第１アノードと第１カソードの間に第１プロトン伝導性高分子膜が挟持されると共に、前記第１アノードの外側に第１アノード室が、前記第１カソードの外側に第１カソード室が形成され、前記第１アノードおよび前記第１カソードでの光触媒反応により発電する光燃料電池と、
それぞれ触媒が担持された第２アノードと第２カソードの間に第２プロトン伝導性高分子膜が挟持されると共に、前記第２アノードの外側に第２アノード室が、前記第２カソードの外側に第２カソード室が形成され、前記第２アノードおよび前記第２カソードでの触媒反応により発電する直接メタノール燃料電池と、
前記光燃料電池の発電時に、前記第１カソード室で生成したメタノールを取り出して前記第２アノード室に送給するメタノール送給ラインと、
前記光燃料電池の発電時に、前記第１アノード室で生成した酸素を取り出して前記第２カソード室に送給する酸素送給ラインと、
前記直接メタノール燃料電池の発電時に、前記第２カソード室で生成した水を取り出して前記第１アノード室に送給する水送給ラインと、
前記直接メタノール燃料電池の発電時に、前記第２アノード室で生成した二酸化炭素を取り出して前記第１カソード室に送給する二酸化炭素送給ラインと、を備える
複合型燃料電池システム。
【請求項２】
前記メタノール送給ラインに設けられたメタノール貯留槽と、
前記酸素送給ラインに設けられた酸素貯留槽と、
前記水送給ラインに設けられた水貯留槽と、
前記二酸化炭素送給ラインに設けられた二酸化炭素貯留槽と、を備える
請求項１に記載の複合型燃料電池システム。
【請求項３】
前記メタノール貯留槽に外部からメタノールを補充するメタノール補充手段と、
前記水貯留槽に外部から水を補充する水補充手段と、を備える
請求項２に記載の複合型燃料電池システム。
【請求項４】
前記メタノール貯留槽のメタノール貯留量を検出する第１貯留量検出手段と、
前記水貯留槽の水貯留量を検出する第２貯留量検出手段と、
前記第１貯留量検出手段の検出量が第１基準値を下回る場合に、メタノールを補充するように前記メタノール補充手段を制御し、及び／又は、前記第２貯留量検出手段の検出量が第２基準値を下回る場合に、水を補充するように前記水補充手段を制御する原料補充制御手段と、を備える
請求項３に記載の複合型燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光燃料電池と直接メタノール燃料電池とを備える複合型燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料の酸化還元反応により発電を行う電池であり、高い発電効率の点及び環境負荷が小さい点で利点を有する。
【０００３】
光燃料電池は、光触媒反応を利用し、水を燃料として発電を行い、酸素を生成し、また、同時に二酸化炭素等を還元してメタノール等を生成する電池である（例えば、後述の特許文献１参照）。光燃料電池は、大気中の二酸化炭素の削減と、燃料として有用なメタノール等の生成とを同時に達成できる利点を有する。
【０００４】
また、直接メタノール燃料電池は、メタノールを燃料極で酸化反応させることで発電を行う燃料電池である（例えば、後述の特許文献２参照）。直接メタノール燃料電池は、燃料が液体のメタノールであることから、装置のコンパクト化が可能であると共に燃料の取扱性や安全性に優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１２３５５４号公報
【特許文献２】特開２００５−２０３１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されるような光燃料電池は、光源として太陽光を利用する場合、発電量が限られる問題がある。また、特許文献２に記載されるような直接メタノール燃料電池は、メタノールを燃料として消費し、また温室効果ガスである二酸化炭素を発生する問題がある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、光燃料電池と直接メタノール燃料電池とを有機的に組み合わせ、一方の生成物を他方の燃料として相互に利用できる複合型燃料電池システム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】
【０００８】
本発明は、それぞれ光触媒が担持された第１アノードと第１カソードの間に第１プロトン伝導性高分子膜が挟持されると共に、前記第１アノードの外側に第１アノード室が、前記第１カソードの外側に第１カソード室が形成され、前記第１アノードおよび前記第１カソードでの光触媒反応により発電する光燃料電池と、それぞれ触媒が担持された第２アノードと第２カソードの間に第２プロトン伝導性高分子膜が挟持されると共に、前記第２アノードの外側に第２アノード室が、前記第２カソードの外側に第２カソード室が形成され、前記第２アノードおよび前記第２カソードでの触媒反応により発電する直接メタノール燃料電池と、前記光燃料電池の発電時に、前記第１カソード室で生成したメタノールを取り出して前記第２アノード室に送給するメタノール送給ラインと、前記光燃料電池の発電時に、前記第１アノード室で生成した酸素を取り出して前記第２カソード室に送給する酸素送給ラインと、前記直接メタノール燃料電池の発電時に、前記第２カソード室で生成した水を取り出して前記第１アノード室に送給する水送給ラインと、前記直接メタノール燃料電池の発電時に、前記第２アノード室で生成した二酸化炭素を取り出して前記第１カソード室に送給する二酸化炭素送給ラインと、を備える複合型燃料電池システムに関する。
【０００９】
また、前記メタノール送給ラインに設けられたメタノール貯留槽と、前記酸素送給ラインに設けられた酸素貯留槽と、前記水送給ラインに設けられた水貯留槽と、前記二酸化炭素送給ラインに設けられた二酸化炭素貯留槽と、を備えることが好ましい。
【００１０】
また、前記メタノール貯留槽に外部からメタノールを補充するメタノール補充手段と、前記水貯留槽に外部から水を補充する水補充手段と、を備えることが好ましい。
【００１１】
前記メタノール貯留槽のメタノール貯留量を検出する第１貯留量検出手段と、前記水貯留槽の水貯留量を検出する第２貯留量検出手段と、前記第１貯留量検出手段の検出量が第１基準値を下回る場合に、メタノールを補充するように前記メタノール補充手段を制御し、及び／又は、前記第２貯留量検出手段の検出量が第２基準値を下回る場合に、水を補充するように前記水補充手段を制御する原料補充制御手段と、を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光燃料電池と直接メタノール燃料電池とを有機的に組み合わせ、一方の生成物を他方の燃料として相互に利用できる複合型燃料電池システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る複合型燃料電池システムの概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る複合型燃料電池システムの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る複合型燃料電池システム１の全体概略図である。複合型燃料電池システム１は、光燃料電池１０と、直接メタノール燃料電池２０と、を備える。
本実施形態に係る複合型燃料電池システム１は、光燃料電池１０から得られるメタノールＷ１を直接メタノール燃料電池２０の燃料として用い、直接メタノール燃料電池２０から得られる水Ｗ３を光燃料電池１０の燃料として用いて発電を行うものである。
【００１５】
詳述すると、図１に示すように、本実施形態の複合型燃料電池システム１は、光燃料電池１０と、直接メタノール燃料電池２０と、光燃料電池１０で生成されたメタノールＷ１が流通するメタノール送給ラインＬ１と、光燃料電池１０で生成された酸素Ｗ２が流通する酸素送給ラインＬ２と、直接メタノール燃料電池２０で生成された水Ｗ３が流通する水送給ラインＬ３と、直接メタノール燃料電池２０で生成された二酸化炭素Ｗ４が流通する二酸化炭素送給ラインＬ４と、を備える。
【００１６】
＜光燃料電池＞
光燃料電池１０は、第１アノード１１と、第１カソード１２と、第１アノード室１１１と、第１カソード室１２１と、第１プロトン伝導性高分子膜１３と、外部回路１４と、を備える。また、第１アノード１１及び第１カソード１２には、それぞれ光触媒が担持されている。第１アノード室１１１には、酸素送給ラインＬ２及び水送給ラインＬ３が接続されている。第１カソード室１２１には、メタノール送給ラインＬ１及び二酸化炭素送給ラインＬ４が接続されている。
【００１７】
第１アノード１１及び第１カソード１２は、それぞれ第１アノード室１１１及び第１カソード室１２１において水溶液に浸漬される。第１アノード１１と第１カソード１２とは電気的に接続されて、第１アノード室１１１において発生した電子は、外部回路１４を通じて第１カソード室１２１に供給される。この電子の移動により電力が得られる。
第１アノード１１及び第１カソード１２の材質としては上記機能を阻害しない限り特に制限されないが、例えば、炭素（Ｃ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）、酸化錫（ＴＯ）等を挙げることができる。
【００１８】
また、第１アノード１１及び第１カソード１２には、それぞれ光触媒が担持される。
本実施形態において用いられる光触媒においては、そのバンドギャップ以上のエネルギーを有する光が照射されることにより、価電子帯の電子が伝導帯に励起され、光触媒内に生成した正孔及び励起電子がそれぞれ酸化剤及び還元剤として機能する。
第１アノード１１に担持される光触媒は、光ＳＬが照射されることで水を酸化する酸化剤として機能する光酸化触媒である。このような光酸化触媒としては、特に限定されないが、ＷＯ３、ＴｉＯ２、ＳｎＯ、ＺｎＯ等が挙げられる。中でも、紫外光や可視光への応答性を有するため太陽光を利用でき、且つ強い酸化力を有するＷＯ３を用いることが好ましい。
【００１９】
第１カソード１２に担持される光触媒は、光ＳＬが照射されることで二酸化炭素を還元する還元剤として機能する光還元触媒である。このような光還元触媒としては、特に制限されないが、ＴｉＯ２、ＳｒＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＷＯ３等が挙げられる。
【００２０】
第１アノード室１１１においては、下記式（１）に示すように、第１アノード１１に担持された光触媒の作用により、燃料である水の酸化反応が行われる。酸化反応により生成したプロトン（Ｈ＋）は、第１アノード室１１１において過剰状態となるため、第１プロトン伝導性高分子膜１３を通じ、第１カソード室１２１に移動する。同様に、酸化反応により生成した電子（ｅ−）は、外部回路１４を通じて第１アノード１１から第１カソード１２に移動し、第１カソード室１２１に供給される。
【００２１】
また、第１カソード室１２１における二酸化炭素（ＣＯ２）は、下記式（２）で示すように、第１カソード１２に担持された光触媒の作用により還元される。これにより、メタノールが生成する。以上より、下記式（３）に示すように、光燃料電池１０全体として光触媒による酸化還元反応の結果、水及び二酸化炭素からメタノール及び酸素が生成する。
２Ｈ２Ｏ  →  Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−  …  （１）
ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−  →  ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ  …  （２）
２Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２  →  ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２  …  （３）
【００２２】
第１アノード室１１１及び第１カソード室１２１は、それぞれ第１アノード１１及び第１カソード１２の外側に形成され、第１アノード１１及び第１カソード１２が浸漬される水溶液を収容する。第１アノード室１１１には、酸素送給ラインＬ２及び水送給ラインＬ３が接続されている。第１カソード室１２１には、メタノール送給ラインＬ１及び二酸化炭素送給ラインＬ４が接続されている。第１アノード室１１１及び第１カソード室１２１は、光ＳＬ（紫外光や可視光等）が第１アノード１１及び第１カソード１２に到達することを妨げないように、光透過性を有する材質で形成されることが好ましい。このような材質としては、特に制限されないが、石英ガラス等のガラスや光透過性樹脂等が挙げられる。
また、後述するように第１アノード室１１１において発生した酸素を取得し、第１カソード室１２１に二酸化炭素を供給する必要があることから、第１アノード室１１１及び第１カソード室１２１は、一定の耐圧性を有する密閉構造を備えることが好ましい。
【００２３】
第１アノード室１１１における水溶液は、純水であってもよいが、プロトンを含む酸水溶液であることが好ましい。水溶液を酸水溶液とすることにより、プロトンが関与する反応の反応速度が上昇する。
このような酸水溶液に用いる酸としては特に制限されないが、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、炭酸等が挙げられる。
【００２４】
第１プロトン伝導性高分子膜１３は、第１アノード１１と第１カソード１２との間に挟持され、第１アノード室１１１と第１カソード室１２１とを区画する。プロトン伝導性高分子膜は、高いプロトン伝導性を有し、且つ第１アノード１１と第１カソード１２との短絡を防止するため絶縁性を有する。また、本実施形態において、第１アノード室１１１では酸素が発生し、第１カソード室１２１では二酸化炭素が供給されるため、第１プロトン伝導性高分子膜１３は、これらの物質の移動を規制するものである。
このようなプロトン伝導性高分子膜としては、例えば、フェノールスルホン酸とホルムアルデヒドとの縮合体、スルホン化ポリスチレン、トリフルオロスチレンスルホン酸、フルオロカーボンスルホン酸、フルオロカーボンスルホン酸とポリビニリデンフルオライドとの混合物等が挙げられる。
【００２５】
第１プロトン伝導性高分子膜１３としては、市販品を用いることができ、例えば、「Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）」（デュポン社製）、「フレミオン（登録商標）」（株式会社旭硝子製）、「アシプレックス（登録商標）」（旭化成株式会社製）等を用いることができる。
【００２６】
外部回路１４は、第１アノード１１と第１カソード１２とを電気的に接続する回路である。上述の通り、第１アノード１１から外部回路１４を通じて第１カソード１２へ電子が移動することで、外部回路１４において電力を得ることができる。
【００２７】
＜直接メタノール燃料電池＞
直接メタノール燃料電池２０は、第２アノード２１と、第２カソード２２と、第２アノード室２１１と、第２カソード室２２１と、第２プロトン伝導性高分子膜２３と、外部回路２４と、を備える。また、第２アノード２１及び第２カソード２２には、それぞれ触媒が担持されている。なお、第２アノード室２１１には、メタノール送給ラインＬ１及び二酸化炭素送給ラインＬ４が接続されている。第２カソード室２２１には、酸素送給ラインＬ２及び水送給ラインＬ３が接続されている。
【００２８】
第２アノード２１及び第２カソード２２は、それぞれ第２アノード室２１１及び第２カソード室２２１において水溶液に浸漬される。第２アノード２１と第２カソード２２とは電気的に接続されて、第２アノード室２１１において発生した電子は、外部回路２４を通じて第２カソード室２２１に移動する。この電子の移動により電力が得られる。
第２アノード２１及び第２カソード２２の材質としては、上記機能を阻害しない限り特に制限されないが、例えば、炭素（Ｃ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）、酸化錫（ＴＯ）等を挙げることができる。
【００２９】
また、第２アノード２１及び第２カソード２２には、メタノールの酸化反応及び酸素の還元反応を促進する触媒金属が担持される。そのような触媒金属としては、例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ等の金属単体やこれらの合金が挙げられる。なお、これらの触媒金属は炭素電極等に担持されていてもよいが、これらの触媒金属を直接電極として用いてもよい。
第２アノード２１及び第２カソード２２は基本的に同様の構成とすることができる。第２アノード２１としては、微量に発生するＣＯによる被毒を抑制するため、Ｐｔ−Ｒｕ合金や、Ｐｔ粒子とＲｕ粒子を共に担持させ、触媒として用いることが好ましい。
【００３０】
第２アノード室２１１においては、下記式（４）に示すように、第２アノード２１に担持された触媒の作用により、燃料であるメタノールの酸化反応が行われる。酸化反応により生成したプロトン（Ｈ＋）は、第２アノード室２１１において過剰状態となるため、第２プロトン伝導性高分子膜２３を通じ、第２カソード室２２１に移動する。同様に酸化反応により生成した電子（ｅ−）は、外部回路２４を通じて第２アノード２１から第２カソード２２に移動し、第２カソード室２２１に供給される。
【００３１】
また、第２カソード室２２１における酸素は、下記式（５）に示すように第２カソード２２に担持された触媒の作用により還元される。これにより、水が生成する。以上より、下記式（６）に示すように、直接メタノール燃料電池２０全体として酸化還元反応の結果、メタノール及び酸素から水と二酸化炭素が生成する。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−  …  （４）
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−  →  ２Ｈ２Ｏ  …  （５）
ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２  →  ２Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２…  （６）
【００３２】
ここで、上記式（３）及び式（６）に示すように、光燃料電池１０における燃料（反応物）と、直接メタノール燃料電池２０における生成物とは、物質量も含め、理論上全く同一である。また、直接メタノール燃料電池２０における燃料（反応物）と、光燃料電池１０における生成物とは、物質量も含め、理論上全く同一である。従って、光燃料電池１０及び直接メタノール燃料電池２０の発電に伴う生成物をそれぞれの燃料として相互利用することで、複合型燃料電池システム１は、理論上、燃料の供給を要さず排出物の無い発電システムとして機能することができる。
【００３３】
第２アノード室２１１及び第２カソード室２２１は、それぞれ第２アノード２１及び第２カソード２２の外側に形成され、第２アノード２１及び第２カソード２２が浸漬される水溶液を収容する。第２アノード室２１１には、メタノール送給ラインＬ１及び二酸化炭素送給ラインＬ４が接続される。第２カソード室２２１には、酸素送給ラインＬ２及び水送給ラインＬ３が接続される。
このような第２アノード室２１１及び第２カソード室２２１は、第２アノード室２１１において発生した二酸化炭素を取得し、第２カソード室２２１に酸素を供給する必要があることから、一定の耐圧性を有する密閉構造を備えることが好ましい。
【００３４】
第２アノード室２１１における水溶液としては、メタノールを含む水溶液であればよい。しかし、上述の式（４）に示す通り、第２アノード室２１１において、反応物としてのメタノールと水とは、１：１のモル比で反応が進行する。従って、第２アノード室２１１における水溶液中のメタノールと水とにおいて、モル比は、１：１であるか、それに近い値を採ることが好ましい。
【００３５】
第２プロトン伝導性高分子膜２３は、第２アノード２１と第２カソード２２との間に挟持され、第２アノード室２１１と第２カソード室２２１とを区画する。第２プロトン伝導性高分子膜２３としては、第１プロトン伝導性高分子膜１３と同様の物を用いることができるが、第２アノード室２１１におけるメタノールが第２カソード室２２１に移動すること、いわゆるクロスオーバーを抑制できることが好ましい。
【００３６】
外部回路２４は、第２アノード２１と第２カソード２２とを電気的に接続する回路である。上記説明した通り、第２アノード２１から外部回路２４を通じて第２カソード２２へ電子が移動することで、外部回路２４において電力を得ることができる。
【００３７】
メタノール送給ラインＬ１は、光燃料電池１０において生成されたメタノールＷ１が直接メタノール燃料電池２０に送給されるラインである。メタノール送給ラインＬ１の上流側端部は第１カソード室１２１に接続され、下流側端部は第２アノード室２１１に接続される。
また、メタノール送給ラインＬ１には、メタノール貯留槽としてのメタノールタンク１５と、ポンプ１６とが設けられる。
【００３８】
メタノールタンク１５は、メタノールＷ１を貯留する設備である。メタノールタンク１５には、メタノール補充手段としてのメタノール補充部１５１が接続されている。また、メタノールタンク１５のメタノール貯留量を検出する第１貯留量検出手段としての第１貯留量センサ１５２が設けられる。
【００３９】
メタノール補充部１５１と、第１貯留量センサ１５２とは、制御部１７と電気的に接続される。
制御部１７は、ＣＰＵ及びメモリを含むマイクロプロセッサ（不図示）により構成される。制御部１７は、第１貯留量センサ１５２の貯留量検出結果に基づき、検出量が第１基準値を下回る場合に、メタノールタンク１５にメタノールを補充するようにメタノール補充部１５１を制御する。
【００４０】
ポンプ１６は、メタノールＷ１を吸引し、下流側の第２アノード室２１１へ向けて吐出する装置である。ポンプ１６は、メタノールタンク１５と第２アノード室２１１との間に設けられる。
【００４１】
酸素送給ラインＬ２は、光燃料電池１０において生成された酸素Ｗ２が直接メタノール燃料電池２０に送給されるラインである。酸素送給ラインＬ２の上流側端部は第１アノード室１１１に接続され、下流側端部は第２カソード室２２１に接続される。
また、酸素送給ラインＬ２には、酸素貯留槽としての酸素タンク１８と、ブロワ１９とが設けられる。
なお、酸素送給ラインＬ２には、外気から空気を吸入し、酸素Ｗ２として利用するための吸入口が設けられていてもよい。
【００４２】
酸素タンク１８は、酸素Ｗ２を貯留する設備である。また、ブロワ１９は、酸素Ｗ２を吸引し、下流側の第２カソード室２２１に向けて吐出する装置である。ブロワ１９は、酸素タンク１８と第２カソード室２２１との間に設けられる。
【００４３】
水送給ラインＬ３は、直接メタノール燃料電池２０において生成された水Ｗ３が光燃料電池１０に送給されるラインである。水送給ラインＬ３の上流側端部は第２カソード室２２１に接続され、下流側端部は第１アノード室１１１に接続される。
また、水送給ラインＬ３には、水貯留槽としての水タンク２５と、ポンプ２６とが設けられる。
【００４４】
水タンク２５は、水Ｗ３を貯留する設備である。水タンク２５には、水補充手段としての水補充部２５１が接続され、また、水タンク２５の水貯留量を検出する第２貯留量検出手段としての第２貯留量センサ２５２が設けられる。
【００４５】
水補充部２５１と、第２貯留量センサ２５２とは、制御部２７と電気的に接続される。
制御部２７は、ＣＰＵ及びメモリを含むマイクロプロセッサ（不図示）により構成される。制御部２７は、第２貯留量センサ２５２による貯留量検出結果に基づき、検出量が第２基準値を下回る場合に、水タンク２５に水を補充するように水補充部２５１を制御する。
【００４６】
ポンプ２６は、水Ｗ３を吸引し、下流側の第１アノード室１１１へ向けて吐出する装置である。ポンプ２６は、水タンク２５と第１アノード室１１１との間に設けられる。
【００４７】
なお、水送給ラインＬ３を流通する水Ｗ３、並びに水タンク２５及び水補充部２５１に貯留される水は、純水であってもよいが、これに制限されず、水溶液であってもよく、プロトンを含む酸水溶液であることが好ましい。
【００４８】
二酸化炭素送給ラインＬ４は、直接メタノール燃料電池２０において生成された二酸化炭素Ｗ４が光燃料電池１０に送給されるラインである。二酸化炭素送給ラインＬ４の上流側端部は第２アノード室２１１に接続され、下流側端部は第１カソード室１２１に接続される。
また、二酸化炭素送給ラインＬ４には、二酸化炭素貯留槽としての二酸化炭素タンク２８と、ブロワ２９とが設けられる。
なお、二酸化炭素送給ラインＬ４には、外気から空気を吸入し、二酸化炭素Ｗ４として利用するための吸入口が設けられていてもよい。
【００４９】
二酸化炭素タンク２８は、二酸化炭素Ｗ４を貯留する設備である。また、ブロワ２９は、二酸化炭素Ｗ４を吸引し、下流側の第１カソード室１２１に向けて吐出する装置である。ブロワ２９は、二酸化炭素タンク２８と第１カソード室１２１との間に設けられる。
【００５０】
以上説明した本実施形態に係る複合型燃料電池システム１によれば、以下のような効果を奏する。
【００５１】
本実施形態の複合型燃料電池システム１は、それぞれ光触媒が担持された第１アノード１１と第１カソード１２の間に第１プロトン伝導性高分子膜１３が挟持されると共に、第１アノード１１の外側に第１アノード室１１１が、第１カソード１２の外側に第１カソード室１２１が形成され、光触媒反応により発電する光燃料電池１０と、それぞれ触媒が担持された第２アノード２１と第２カソード２２の間に第２プロトン伝導性高分子膜が挟持されると共に、第２アノード２１の外側に第２アノード室２１１が、第２カソード２２の外側に第２カソード室２２１が形成され、触媒反応により発電する直接メタノール燃料電池２０と、光燃料電池１０の発電時に、第１カソード室１２１で生成したメタノールＷ１を第２アノード室２１１に送給するメタノール送給ラインＬ１と、第１アノード室１１１で生成した酸素Ｗ２を第２カソード室２２１に送給する酸素送給ラインＬ２と、直接メタノール燃料電池２０の発電時に、第２カソード室２２１で生成した水Ｗ３を第１アノード室１１１に送給する水送給ラインＬ３と、第２アノード室２１１で生成した二酸化炭素Ｗ４を取り出して第１カソード室１２１に送給する二酸化炭素送給ラインＬ４と、を備える。
【００５２】
そのため、光燃料電池１０で生成したメタノールを、直接メタノール燃料電池２０において燃料として使用でき、同時に、直接メタノール燃料電池２０で生成した水を、光燃料電池１０で燃料として使用できる。従って、一方の生成物を他方の燃料として相互に利用できる複合型燃料電池システム１を提供できる。
【００５３】
また、メタノール送給ラインＬ１にメタノールタンク１５が設けられ、酸素送給ラインＬ２に酸素タンク１８が設けられ、水送給ラインＬ３に水タンク２５が設けられ、二酸化炭素送給ラインＬ４に二酸化炭素タンク２８が設けられる。
【００５４】
そのため、光燃料電池１０で生成したメタノール及び酸素、並びに直接メタノール燃料電池２０で生成した水及び二酸化炭素を、それぞれ貯留することが可能となる。これにより、例えば太陽光が利用できる間は光燃料電池１０で発電を行い、生成したメタノール及び酸素を貯留しておき、太陽光が利用できない間は直接メタノール燃料電池２０で発電を行い、生成した水及び二酸化炭素を貯留しておくといった運用が可能となる。従って、複合型燃料電池システム１によって安定した発電が可能となる。
【００５５】
本実施形態の複合型燃料電池システム１は、メタノールタンク１５に外部からメタノールを補充するメタノール補充部１５１と、水タンク２５に外部から水を補充する水補充部２５１と、を備える。
【００５６】
そのため、直接メタノール燃料電池２０において燃料であるメタノールが無くなった場合であっても、外部からメタノールを補充することで、直接メタノール燃料電池２０で発電を行うことが可能となる。同様に、光燃料電池１０において燃料である水が無くなった場合であっても、外部から水を補充することで、光燃料電池１０で発電を行うことが可能となる。以上により、複合型燃料電池システム１によって、継続的に安定して発電を行うことができる。
【００５７】
本実施形態の複合型燃料電池システム１は、メタノールタンク１５のメタノール貯留量を検出する第１貯留量センサ１５２と、第１貯留量センサ１５２における検出量が第１基準値を下回る場合に、メタノールを補充するようにメタノール補充部１５１を制御する制御部１７と、水タンク２５の水貯留量を検出する第２貯留量センサ２５２と、第２貯留量センサ２５２における検出量が第２基準値を下回る場合に、水を補充するように水補充部２５１を制御する制御部２７と、を備える。
【００５８】
そのため、メタノールタンク１５及び水タンク２５の貯留量が一定以下となった場合に自動的に燃料であるメタノール及び水が補充される。従って、複合型燃料電池システム１の管理が容易となり、また、継続的に安定して発電を行うことができる。
【００５９】
以上、本発明の複合型燃料電池システムの好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されず、適宜変更が可能である。
【００６０】
例えば、本実施形態では、酸素送給ラインＬ２及び二酸化炭素送給ラインＬ４には、それぞれタンク及びブロワのみが設けられているが、これに限定されない。即ち、酸素送給ラインＬ２及び二酸化炭素送給ラインＬ４には、酸素補充部や二酸化炭素補充部等、外部からの補充手段が設けられていてもよい。また、該補充手段は、大気中の酸素や二酸化炭素を利用するものとしてもよい。
【００６１】
また、本実施形態では、メタノール補充部１５１を制御する制御部１７と、水補充部２５１を制御する制御部２７とが個別に設けられているが、これに限定されない。単一の制御部でメタノール補充部１５１及び水補充部２５１の両方を制御する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１        複合型燃料電池システム
１０      光燃料電池
１１      第１アノード
１１１    第１アノード室
１２      第１カソード
１２１    第１カソード室
１３      第１プロトン伝導性高分子膜
１５      メタノールタンク（メタノール貯留槽）
１５１    メタノール補充部（メタノール補充手段）
１５２    第１貯留量センサ（第１貯留量検出手段）
１７      制御部（原料補充制御手段）
１８      酸素タンク（酸素貯留槽）
２０      直接メタノール燃料電池
２１      第２アノード
２１１    第２アノード室
２２      第２カソード
２２１    第２カソード室
２３      第２プロトン伝導性高分子膜
２５      水タンク（水貯留槽）
２５１    水補充部（水補充手段）
２５２    第２貯留量センサ（第２貯留量検出手段）
２７      制御部（原料補充制御手段）
２８      二酸化炭素タンク（二酸化炭素貯留槽）
Ｌ１      メタノール送給ライン
Ｌ２      酸素送給ライン
Ｌ３      水送給ライン
Ｌ４      二酸化炭素送給ライン
【図１】
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