(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜を挟んで燃料極と酸化剤極が設けられた電池スタックと、前記燃料極に供給する燃料を貯蔵する燃料タンクと、該燃料タンクに高濃度の燃料を供給する原燃料タンクと、前記酸化剤極から排出された水蒸気を凝縮させる熱交換器とを有する燃料電池システムにおいて、
前記熱交換器には、多数のチューブとフィンにより構成されたコアの両端部にそれぞれ気体側タンクと凝縮水側タンクが設けられ、該凝縮水側タンクと前記燃料タンクとが共通の容器により一体に設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料極側の燃料と酸化剤極側の気体を電解質膜を介して電気化学的に反応させて電力を発生させる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車や電子機器等において、水素等の燃料と酸素等の気体を電気化学的に反応させて燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電池システムが注目されている。この種の燃料電池システムの一つのタイプとして、ダイレクトメタノール型燃料電池システムがある。
【０００３】
図２に示されているように、このダイレクトメタノール型燃料電池システム１は、電解質膜２を挟んで燃料極３と酸化剤極４が設けられた電池スタック５と、燃料極３に供給するメタノール水溶液を貯蔵する燃料タンク６と、燃料タンク６に供給する高濃度のメタノールを貯蔵する原燃料タンク７と、酸化剤極４から排出された気体を凝縮させる熱交換器８と、熱交換器８から排出された凝縮水を貯蔵する凝縮水タンク９とから概略構成されている。
【０００４】
このような構成において、燃料タンク６から燃料極３に供給されたメタノール水溶液が酸化剤極４に供給された空気と電気化学的に反応し、電力さ発生させると共に、酸化剤極４側において水蒸気が発生し、燃料極３側において二酸化炭素とメタノール水溶液が発生する。そして、酸化剤極４側で発生した水蒸気は熱交換器８において水と空気に分離された後、それぞれ凝縮水タンク９に還流され、水は燃料タンク６に供給され、空気は大気中に放出される。また、燃料極３側で発生したメタノールは燃料タンク６に還流され、燃料タンク６内のメタノール水溶液の濃度が低下すると、原燃料タンク７から燃料タンク６に高濃度のメタノールが供給されるため、燃料タンク６内のメタノール水溶液の濃度は所要レベルに維持される（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１３２９２４号公報
【特許文献２】特開２００３−２２３９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来の燃料電池システム１では、原燃料タンク７の他に燃料を希釈するための燃料タンク６や凝縮水タンク９が必要となるため、システムの構成部品点数が増え、循環系統が複雑となり、製造コストやメンテナンスコストの増大要因となっていた。
【０００７】
本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、システムの構成部品点数を削減し、循環系統の単純化を図り、製造コスト及びメンテナンスコストの削減が可能な燃料電池システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、電解質膜を挟んで燃料極と酸化剤極が設けられた電池スタックと、前記燃料極に供給する燃料を貯蔵する燃料タンクと、前記酸化剤極から排出された気体を凝縮させる熱交換器とを有する燃料電池システムにおいて、前記燃料タンクと前記熱交換器が一体に設けられていることを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、前記熱交換器には、多数のチューブとフィンにより構成されたコアの両端部にそれぞれ気体側タンクと凝縮水側タンクが設けられ、該凝縮水側タンクに前記燃料タンクが一体に設けられている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、システムの構成部品点数を削減でき、循環系統の単純化が図れるため、製造コスト及びメンテナンスコストの削減が可能となる等、種々の優れた効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、以下の説明では、本発明をダイレクトメタノール型燃料電池システムに適用した場合を例にとって説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム１１を示しており、この燃料電池システム１１は、電解質膜１２を挟んで燃料極１３と酸化剤極１４が設けられた電池スタック１５と、酸化剤極１４から排出された気体を凝縮させる熱交換器１６とを備えている。
【００１３】
熱交換器１６は、多数のチューブ１７とフィン１８とから構成されたコア１９と、コア１９の両端部にそれぞれ設けられた気体側タンク２０及び凝縮水タンク２１とを備えている。気体側タンク２０は電池スタック１５の酸化剤極１４側と配管２２を介して接続され、凝縮水側タンク２１は電池スタック１５の燃料極１３側と配管２３を介して接続されている。また、凝縮水側タンク２１には、原燃料タンク２４が接続され、さらに、凝縮水側タンク２１は電池スタック１５の燃料極１３側と循環路２５により接続されている。
【００１４】
このように、凝縮水側タンク２１は、上記した従来における凝縮水タンク９と燃料タンク６とを一体化したものであり、燃料電池システム１１の構成部品点数を削減することができ、循環系統を単純化することができる。したがって、燃料電池システム１１の製造コスト、メンテナンスコストを削減することができる。
【００１５】
次に、図１により、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム１１の作用について説明する。
【００１６】
凝縮水側タンク２１から循環路２５を通って電池スタック１５の燃料極１３に供給されたメタノール水溶液が酸化剤極１４に供給された空気と電気化学的に反応し、電力が発生する。この時、酸化剤極１４側においては水蒸気が発生し、燃料極１３側においては二酸化炭素とメタノール水溶液が発生する。そして、酸化剤極１４側で発生した水蒸気は配管２２、気体側タンク２０を通って、熱交換器１６のコア１９において熱交換され、水と空気に分離された後、それぞれ凝縮水側タンク２１に還流され、空気は大気中に放出される。一方、燃料極１３側で発生したメタノールは配管２３を通って凝縮水側タンク２１に還流され、凝縮水側タンク２１内のメタノール水溶液の濃度が低下すると、原燃料タンク２４から凝縮水側タンク２１に高濃度のメタノールが供給され、凝縮水側タンク２１内のメタノール水溶液の濃度は所要レベルに維持される。
【００１７】
なお、上記した本発明の実施の形態では、電池スタック１５には、電池セルが１個しか設けられていないが、本発明は、電池セルが複数個積層された電池スタックにおいても適用可能であることは言う迄もない。
【００１８】
また、本発明は、上記したダイレクトメタノール型燃料電池システム１１に限らず、純水素、ガソリン、メタンガス等を燃料として使用する他のタイプの燃料電池システムにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。
【図２】従来例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００２０】
１１          燃料電池システム
１２          電解質膜
１３          燃料極
１４          酸化剤極
１５          電池スタック
１６          熱交換器
１７          チューブ
１８          フィン
１９          コア
２０          気体側タンク
２１          凝縮水側タンク
【図１】
0004685339.tif 000002
【図２】
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