(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード電極で起きる混合燃料の酸化反応及び、カソード電極で起きる酸素の還元反応により発電する電気発生部と、
原燃料を貯蔵する燃料容器と、
前記原燃料と、前記酸化反応に参加できなかった未反応混合燃料と、前記酸化反応及び前記還元反応の結果生成された気体及び水とが、流入及び混合されて生成される混合燃料を前記電気発生部に供給する回収装置と、
前記電気発生部に酸素を供給する空気供給部と、
を含み、
前記回収装置は、
前記電気発生部及び前記燃料容器と流体連通可能に連結されるハウジングと、
前記ハウジングの内部に取り付けられて、その一端は前記ハウジングの外部に延び、その他端は前記ハウジングの内部に延びる排気管と、
前記排気管に配設される第１弁と、
前記ハウジングと前記電気発生部の前記アノード電極に設けられたアウトレットとを流体連通可能に連結するアノード回収管に配設される第２弁と、
を含み、
前記ハウジングの内側の表面に、前記アノード回収管の出口を覆う多孔性物質が設けられる
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記回収装置は、前記ハウジングと前記電気発生部の前記カソード電極に設けられたアウトレットとを流体連通可能に連結するカソード回収管に配設される第３弁をさらに含む
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記第２弁及び前記第３弁は、断続弁である
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第２弁及び前記第３弁は、逆止弁である
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記第１弁は、断続弁である
ことを特徴とする請求項３または４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記排気管の前記他端には、浮標が設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記回収装置は、前記ハウジングと前記電気発生部の前記アノード電極のインレットとを流体連通可能に連結する混合燃料供給管に設けられる第４弁をさらに含む
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記混合燃料供給管には燃料ポンプが設けられ、前記第４弁は、前記燃料ポンプの前方に位置する
ことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記混合燃料供給管には燃料ポンプが設けられ、前記第４弁は、前記燃料ポンプの後方に位置する
ことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
【請求項１０】
水素含有混合燃料を、第１供給ラインを介して電気発生部に供給し、酸素を、第２供給ラインを介して電気発生部に供給する供給段階と、
前記電気発生部で起こる水素と酸素との電気化学反応により電気を生成する電気生成段階と、
前記電気発生部における電気化学反応により生成される副生成物を、回収経路を介して回収装置に回収する回収段階と、
前記回収装置から前記副生成物に含まれている気体成分を大気に排出する排出段階と、
前記気体成分が大気に排出される間、前記副生成物に含まれている未反応燃料及び水と原燃料とを混合して水素含有混合燃料を生成する混合燃料生成段階と、
を含み、
前記回収装置は、ハウジングと前記電気発生部のアノード電極とを流体連通可能に連結するアノード回収管を含み、
前記ハウジングの内側の表面に、前記アノード回収管の出口を覆う多孔性物質が設けられる
ことを特徴とする燃料電池の駆動方法。
【請求項１１】
前記電気発生部に対する水素含有混合燃料及び酸素の供給が中断されると、前記排出段階は中止される
ことを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池の駆動方法。
【請求項１２】
前記電気発生部に対する水素含有混合燃料及び酸素の供給が中断されると、前記回収経路が閉鎖される
ことを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池及びその駆動方法にかかり、特に、燃料電池システムの電気発生部で発生する気体、水及び未反応燃料を回収して、気体は大気中に排気させ、水と未反応燃料は効果的にリサイクルさせる回収装置を備えた燃料電池及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、燃料電池は、水素と酸素との電気化学反応により、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換させる発電システムとして知られている。上記水素としては、純水素が使用されるか、またはメタノール、エタノール、天然ガスなどのような物質に含まれる水素が使用されることもある。上記酸素としては、純酸素が使用されるか、または空気ポンプなどを用いて通常の空気に含まれる酸素が使用されることもある。
【０００３】
燃料電池は、常温または１００℃以下で作動する高分子電解質型燃料電池及び直接メタノール型（固体高分子型）燃料電池、１５０〜２００℃付近で作動するリン酸型燃料電池、６００〜７００℃の高温で作動する溶融炭酸塩型燃料電池、１０００℃以上の高温で作動する固体酸化物型燃料電池などに分類することができる。これらの燃料電池は、基本的に電気を発生する作動原理は同一であるが、使用される燃料の種類、触媒、電解質などが互いに異なる。
【０００４】
上記燃料電池のうち、低温で作動する直接メタノール型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）は、液状の高濃度メタノールと水とを混合した混合燃料を直接電気発生部のアノード電極に供給する。そして、空気中に含まれた酸素をカソード電極に供給して、メタノールに含まれた水素と上記酸素との電気化学反応により電気を生成することができる。
【０００５】
一方、燃料電池は、上述した電気化学反応に参加できなかったアノード電極における未反応燃料と、上述した化学反応の結果生成されたカソード電極における水とを回収して、上記電気発生部に再供給するための回収容器をさらに含むことができる（例えば、特許文献１〜３参照。）。また、上記回収容器には、未反応燃料に含まれた不要な気体を排出するための排気管が設けられる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１５２５６１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，６６０，４２３号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００２／０１４６６１６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような回収容器は、電気発生部と流体連通可能に連結されている。したがって、燃料電池が異常な状態で保持されている場合、例えば、燃料電池が傾斜した状態で保持されているか、あるいは逆転された状態で保持されている場合に、上記回収容器の内部に貯蔵された上記混合燃料がカソード電極に流入するか、または上記気体がアノード電極に流入するといった問題が生じることがある。
【０００８】
さらに、燃料電池が作動していない状態で上記排気管が長期間開放されていると、回収容器の内部に貯蔵された揮発性の高い上記混合燃料が上記排気管を介して持続的に蒸発し、燃料が不要に枯渇する恐れがある。
【０００９】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、燃料電池の電気発生部から回収装置の回収容器に回収された気体がアノード電極へ流入すること、及び回収容器内の混合燃料がカソード電極へ流入することを防止し、更に回収容器の内部に貯蔵された混合燃料が蒸発することを防止することができる燃料電池及びその駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、アノード電極で起きる混合燃料の酸化反応及び、カソード電極で起きる酸素の還元反応により発電する電気発生部と、原燃料を貯蔵する燃料容器と、上記原燃料と、上記酸化反応に参加できなかった未反応混合燃料と、上記酸化反応及び上記還元反応の結果生成された気体及び水とが、流入及び混合されて生成される混合燃料を上記電気発生部に供給する回収装置と、上記電気発生部に酸素を供給する空気供給部とを含み、上記回収装置は、上記電気発生部及び上記燃料容器と流体連通可能に連結されるハウジングと、上記ハウジングの内部に取り付けられて、その一端は上記ハウジングの外部に延び、その他端は上記ハウジングの内部に延びる排気管と、上記排気管に配設される第１弁と、を含むことを特徴とする燃料電池が提供される。
【００１１】
このような本発明にかかる燃料電池によれば、その一端が回収装置のハウジングの内部に位置し、その他端が上記ハウジングの外部に位置するように配設された排気管を設けたことにより、上記電気発生部における電気化学反応にて発生した副生成物としての気体成分は、上記回収装置に回収されてから上記排気管を通じて上記回収装置の外部に排出される。このように、上記回収装置内の二酸化炭素などの気体成分は外部に排出されるので、例えば上記回収装置が水平でない状態で保持されたり転倒した場合に上記気体成分が上記電気発生部に逆流するのを防止することができる。また、上記排気管に第１弁を設けたことにより、例えば燃料電池が停止されている間は上記第１弁を閉じることにより、上記回収装置に貯蔵されている混合燃料が蒸発するのを防止することができる。
【００１２】
このとき、上記回収装置は、上記ハウジングと上記電気発生部の上記アノード電極に設けられたアウトレット（アノード側排出口）とを流体連通可能に連結するアノード回収管に配設される第２弁をさらに含むことができる。上記アノード回収管は、未反応燃料及び副生成物の二酸化炭素などを上記電気発生部から回収する回収経路となるが、ここに第２弁を設けたことにより、上記回収装置内の二酸化炭素などが上記回収経路を通じて上記電気発生部のアノード電極に流入するのを防止することができる。
【００１３】
さらに、上記回収装置は、上記ハウジングと上記電気発生部の上記カソード電極に設けられたアウトレット（カソード側排出口）とを流体連通可能に連結するカソード回収管に配設される第３弁をさらに含むこともできる。上記カソード回収管は、水などを上記電気発生部から回収する回収経路となるが、ここに第３弁を設けたことにより、上記回収装置内の混合燃料などが上記回収経路を通じて上記電気発生部のカソード電極に流入するのを防止することができる。
【００１４】
このとき、上記第２弁及び上記第３弁は、断続弁であることができる。かかる断続弁によれば、上記断続弁を閉じることにより、上記回収装置内の二酸化炭素や混合燃料などが上記電気発生部へ流入するのを遮断することができる。特に、燃料電池が停止されている際に上記第２弁及び上記第３弁を閉じておけば、上記燃料電池の回収装置が水平状態に維持されなかったとしても回収装置内の混合燃料がカソード電極側に流入したり、回収装置内の二酸化炭素がアノード電極側に流入する、などの不具合を防止することができる。
【００１５】
あるいは、上記第２弁及び上記第３弁は、逆止弁であることができる。かかる逆止弁によれば、上記回収装置から上記電気発生部への流体の移動が阻止されるので、上記回収装置内の二酸化炭素や混合燃料などが上記電気発生部へ流入するのを遮断することができる。
【００１６】
また、上記第１弁は、断続弁であることができる。かかる断続弁によれば、上記断続弁を閉じることにより、上記回収装置内の混合燃料が上記排気管を通じて外部に蒸発されるのを防止することができる。特に、燃料電池が停止されている際に上記第１弁を閉じておけば、上記混合燃料が不必要に蒸発されて減少することを防止することができる。
【００１７】
また、上記排気管の上記他端には、浮標（浮き）を設けることができる。このような浮標を設けることにより、上記排気管の上記ハウジング側の端部は、上記ハウジングの傾きにかかわらず上記ハウジングの内の気体中に露出されるように位置することができる。これにより、上記回収装置内に存在する二酸化炭素などの気体成分は、上記回収装置の傾きにかかわらず外部に放出されることができる。
【００１８】
また、上記ハウジングの内側の表面には、上記アノード回収管に隣接して多孔性物質を設けるようにしてもよい。かかる多孔性物質は、気体が上記アノード回収管に流入することを遮断することができる。
【００１９】
また、上記回収装置は、上記ハウジングと上記電気発生部の上記アノード電極のインレット（アノード側供給口）とを流体連通可能に連結する混合燃料供給管に設けられる第４弁をさらに含むことができる。このとき、上記混合燃料供給管には燃料ポンプが設けられ、上記第４弁は、上記燃料ポンプの前方（上流）または後方（下流）に位置することができる。かかる第４弁を設けることにより、上記燃料ポンプの誤作動などにより、上記混合燃料が不要に上記回収装置から上記電気発生部のアノードインレットに流入するのを防止することができる。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、水素含有混合燃料を第１供給ラインを介して電気発生部に供給し、酸素を第２供給ラインを介して電気発生部に供給する供給段階と、上記電気発生部で起こる水素と酸素との電気化学反応により電気を生成する電気生成段階と、上記電気発生部における電気化学反応により生成される副生成物を回収経路を介して回収装置に回収する回収段階と、上記回収装置から上記副生成物に含まれている気体成分を大気に排出する排出段階と、上記気体成分が大気に排出される間、上記副生成物に含まれている未反応燃料及び水と原燃料とを混合して水素含有混合燃料を生成する混合燃料生成段階と、を含むことを特徴とする燃料電池の駆動方法が提供される。
【００２１】
このような本発明にかかる燃料電池の駆動方法によれば、上記回収装置から上記副生成物に含まれている気体成分を大気に排出する排出段階を設けたことにより、上記回収された副生成物に含まれる気体が上記電気発生部に流入するのを防止することができる。
【００２２】
このとき、上記電気発生部に対する水素含有混合燃料及び酸素の供給が中断されると、上記排出段階は中止されるようにするのがよい。このように、上記電気発生部にて発電が行われていないときに上記回収装置からの排出が行われないようにすることにより、上記副生成物の気体成分の排出経路から上記混合燃料が蒸発して不要に放出されるのを防止することができる。また、上記電気発生部に対する水素含有混合燃料及び酸素の供給が中断されると、上記回収経路が閉鎖されるようにするのがよい。このように、発電が行われていないときに上記回収経路を閉鎖することにより、発電を行っていない燃料電池が水平な状態で保持されなかった場合などに、上記回収装置内の二酸化炭素などの副生成物が上記電気発生部に流入するのを遮断することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように本発明によれば、その一端が回収装置のハウジングの内部に位置し、その他端が上記ハウジングの外部に位置するように配設されて第１弁を備えた排気管を設けたことにより、燃料電池が停止されている間に、上記回収装置に貯蔵されている混合燃料が蒸発するのを防止することができる燃料電池及びその駆動方法を提供できるものである。
【００２４】
このように、上記ハウジング内の気体成分は外部に排出されるので、回収装置の傾きが変更されるか、あるいは回収装置が転覆されるなどの異常な状態で回収装置が保持されたとしても、電気発生部のアノード電極に二酸化炭素などの気体が流入することを防止することができる。さらに、燃料電池が長期間停止された際にも回収装置のハウジングに設けられた排気管を介して蒸発する混合燃料の量が抑制されるので、燃料電池の誤作動を防止することができ、より効率的な発電が可能となる。また、カソード電極と上記ハウジングとを結ぶ回収経路上に弁を設けることにより、回収装置が異常な状態で保持されたとしてもカソード電極に混合燃料が流入することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、図に示される各構成要素の形状及び各構成要素間の大きさの割合は、説明の便宜上任意とすることができる。
【００２６】
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる燃料電池に設けられた回収装置１３０及びかかる燃料電池を採用した燃料電池システムを示す概略図である。
【００２７】
図１に示された本発明の実施の形態にかかる燃料電池システムにおいて、燃料とは、通常のメタノールを意味し、特に原燃料と記載された場合には、高濃度のメタノールを意味する。また、混合燃料または水素含有混合燃料とは、上記原燃料と水との混合物を意味する。
【００２８】
図１を参照すると、本発明の実施の形態にかかる燃料電池システムは、燃料容器１１０、回収装置１３０、電気発生部１４０及び空気供給部１５０から構成される。
【００２９】
燃料容器１１０には上記原燃料が貯蔵される。燃料容器１１０に貯蔵された上記原燃料は、回収装置１３０と流体連通可能に連結された原燃料供給管１１１を介して回収装置１３０に供給される。回収装置１３０では、後述する電気発生部１４０から排出される未反応の混合燃料及び水と、上記原燃料とが混合されることにより、所定の濃度の混合燃料が生成される。このようにして生成された混合燃料は、燃料ポンプ１６０の駆動力によって混合燃料供給管１２４の中を移動して、後述するアノードインレット１４７を介して電気発生部１４０のアノード電極１４２に流入する。回収装置１３０に関する詳細な説明は後述する。
【００３０】
電気発生部１４０では、回収装置１３０から供給された混合燃料に含まれた水素と、空気供給部１５０を介して供給された酸素との電気化学反応が行われることにより、電気が生成される。このとき、上記水素を含有する混合燃料は第１供給ラインを介して電気発生部１４０に供給される。また、上記酸素は第２供給ラインを介して電気発生部１４０に供給される。上記第１供給ラインは、例えば本発明の第１の実施の形態では、回収装置１３０と電気発生部１４０とを結ぶ混合燃料供給管１２４であることができる。また、上記第２供給ラインは、例えば本発明の第１の実施の形態では、空気供給部１５０及び空気供給部１５０とカソードインレット１４９とを結ぶ経路であることができる。
【００３１】
電気発生部１４０は、電気エネルギーを生成する少なくとも一つの単位燃料電池を含んで構成される。上記単位燃料電池は、混合燃料と酸素をそれぞれ酸化／還元させる電極電解質膜組立体１４４と、上記混合燃料と酸素とを電極電解質膜組立体１４４に供給し、電極電解質膜組立体１４４における酸化／還元反応により発生する生成物を排出するための分離板１４５とを含むことができる。電極電解質膜組立体１４４は、両側面をなすアノード電極１４２とカソード電極１４３との間に電解質膜１４１が介在された通常の電極電解質膜組立体の構造を有することができる。また、電気発生部１４０は、複数の上記単位燃料電池が積層されたスタック構造を有することもできる。この場合、電極電解質膜組立体１４４と、電極電解質膜組立体１４４を両側面から挟むように配置された分離板（セパレータ）１４５とから成る単位燃料電池を、複数積層させることにより燃料電池スタックを構成することができる。
【００３２】
このとき、それぞれのアノード電極１４２に隣接する一つ以上の分離板１４５に形成されたそれぞれのチャネル（図示せず）は一列に連通している。一列に連通した上記チャネルの一端は、電気発生部１４０の一側に形成されたアノードインレット（ａｎｏｄｅ  ｉｎｌｅｔ）１４７と連通している。また、上記チャネルの他端は、電気発生部１４０の他側に形成されたアノードアウトレット（ａｎｏｄｅ  ｏｕｔｌｅｔ）１４６と連通している。アノードインレット１４７及びアノードアウトレット１４６は、電気発生部１４０の一側及び他側にそれぞれ設けられることもできるし、同一の側部の異なる位置に設けられてもよい。
【００３３】
また、それぞれのカソード電極１４３に隣接する一つ以上の分離板１４５に形成されたそれぞれのチャネル（図示せず）は一列に連通している。一列に連通した上記チャネルの一端は、電気発生部１４０に形成されたカソードインレット（ｃａｔｈｏｄｅ  ｉｎｌｅｔ）１４９と連通しており、上記チャネルの他端は、電気発生部１４０に形成されたカソードアウトレット（ｃａｔｈｏｄｅ  ｏｕｔｌｅｔ）１４８と連通している。カソードインレット１４９及びカソードアウトレット１４８は、電気発生部１４０の一側及び他側にそれぞれ設けられることもできるし、同一の側部の異なる位置に設けられてもよい。
【００３４】
上記構成により、上記混合燃料は、電気発生部１４０のアノードインレット１４７を介して流入し、アノード電極１４２に隣接する分離板１４５のチャネルに沿ってアノード電極１４２に供給される。また、酸素は、電気発生部１４０のカソードインレット１４９を介して流入し、カソード電極１４３に隣接する他の分離板１４５のチャネルを介してカソード電極１４３に供給される。
【００３５】
このとき、電気発生部１４０における電気化学反応を反応式で表すと、下記の化学式のようになる。
【００３６】
【化１】
0004800241.tif 000002
【００３７】
上述の化学式で表されるように、アノード電極１４２で生成された二酸化炭素などの気体と、上記アノード電極における反応に参加できなかった未反応燃料は、アノード電極１４２に隣接する分離板１４５に形成された上記チャネルに沿って移動し、アノードアウトレット１４６を介して排出される。例えば、図１では、各アノード電極１４２に隣接するそれぞれの分離板１４５に形成されたチャネル（溝）が一つの連通した流路をなすように形成されており、アノードインレット（アノード側供給口）１４７を介して供給された混合燃料は、上記チャネルを通過することにより各アノード電極１４２に供給される。そして、各アノード電極１４２における電気化学反応の結果、未反応となった燃料は、アノードアウトレット（アノード側排出口）１４６を介して電気発生部１４０の外へ排出される。ここで、図１では、アノードインレット１４７及びアノードアウトレット１４６は、燃料電池スタックの一方の側部に位置するアノード電極１４２の異なる位置にそれぞれ配置されているが、これらの配置はかかる位置に限定されるものではない。各アノード電極１４２に燃料を供給するように連通して形成された上記チャネルの一端に燃料供給口となるアノードインレット１４７が設けられ、上記チャネルの他端に未反応燃料等の排出口となるアノードアウトレット１４６が設けられれば、これらが設けられる位置は図１に示した位置以外でも良い。
【００３８】
また、上述の反応式で表されるように、カソード電極１４３における電気化学反応により生成された副生成物としての水は、カソード電極１４３に隣接する分離板１４５に形成された上記チャネルを介して移動し、カソードアウトレット１４８を介して排出される。例えば、図１では、各カソード電極１４３に隣接するそれぞれの分離板１４５に形成されたチャネル（溝）が一つの連通した流路をなすように形成されており、カソードインレット（カソード側供給口）１４９を介して供給された酸素は、上記チャネルを通過することにより各カソード電極１４２に供給される。そして、各カソード電極１４３における電気化学反応の結果生成された水は、カソードアウトレット（カソード側排出口）１４８を介して電気発生部１４０の外へ排出される。ここで、図１では、カソードインレット１４９及びカソードアウトレット１４８は、燃料電池スタックの一方の側部に位置するカソード電極１４３の異なる位置に配置されているが、これらの配置はかかる位置に限定されるものではない。各カソード電極１４３に酸素を供給するように連通して形成された上記チャネルの一端に酸素供給口となるカソードインレット１４９が設けられ、上記チャネルの他端に水の排出口となるカソードアウトレット１４８が設けられれば、これらが設けられる位置は図１に示した位置以外でも良い。
【００３９】
次に、回収装置１３０について説明する。燃料電池は、アノードアウトレット１４６を介して排出される未反応の混合燃料とカソードアウトレット１４８を介して排出される水とを回収してリサイクルするための回収装置１３０をさらに含む。回収装置１３０は、電気発生部１４０から排出された未反応の混合燃料及び水と、燃料容器１１０から供給された原燃料とを収容してその内部でこれらが混合されるハウジング１３１を含んで構成される。ここで、ハウジング１３１内での上記未反応の混合燃料と水と原燃料との混合は、対流により自然に行われるのがよいが、攪拌手段を別途備えて上記攪拌手段により攪拌されるようにすることもできる。
【００４０】
このとき、電気発生部１４０のアノードアウトレット１４６と回収装置１３０のハウジング１３１とは、回収経路としてのアノード回収管１２３を介して流体連通可能に連結されている。したがって、未反応燃料がアノードアウトレット１４６を通じてハウジング１３１に回収されるとき、アノード電極１４２における電気化学反応により生成される副生成物もアノード回収管１２３を介してハウジング１３１に同時に流入して回収される。ここで、上記副生成物とは、例えば電気化学反応の結果生成された二酸化炭素などの気体であることができる。また、電気発生部１４０のカソードアウトレット１４８と回収装置１３０のハウジング１３１は、回収経路としてのカソード回収管１２１を介して流体連通可能に連結されているので、カソードアウトレット１４８から排出される水も回収装置１３０のハウジング１３１に流入する。
【００４１】
回収装置１３０のハウジング１３１には排気管１３２が設けられる。排気管１３２の一端はハウジング１３１の外部に延設され、排気管１３２の一端には第１弁１３３が設けられる。排気管１３２の他端は回収装置１３０のハウジング１３１の内部に延び、排気管１３２の他端は浮標（浮き）１３４に貫設される。排気管１３２の他端は、浮標１３４によりハウジング１３１の傾きにかかわらずハウジング１３１の内部にある気体中に露出されて位置することができる。よって、回収装置１３０のハウジング１３１の内部に存在する二酸化炭素などの気体成分は、排気管１３２の上記他端から排気管１３２内に流入し、排気管１３２の内部を通り、排気管１３２の上記一端を介して回収装置１３０の外部の大気に放出される。
【００４２】
一方、第１弁１３３は、その開閉動作によって排気管１３２の連通状態を断続させることにより、排気管１３２を通過する流体を連通可能にするか、または遮断させることができる。より具体的には、燃料電池が発電中である通常の状態においては、第１弁１３３を開放させておくことにより、電気発生部１４０からハウジング１３１の内部に流入する二酸化炭素などの気体を、排気管１３２を介して外部に放出させることができる。一方、燃料電池が停止された状態においては、第１弁１３３を遮断することにより、ハウジング１３１の内部にある上記混合燃料が排気管１３２を介して揮発して減少することを防止することができる。このとき、第１弁１３３は、断続弁または逆止弁により構成されることができる。
【００４３】
また、アノード回収管１２３には第２弁１２５を設けることができる。第２弁１２５は、その開閉動作によってアノード回収管１２３の連通状態を断続させることにより、アノード回収管１２３を通過する流体を連通可能にするか、または遮断させることができる。そして、カソード回収管１２１には第３弁１２６を設けることができる。第３弁１２６は、その開閉動作によってカソード回収管１２１の連通状態を断続させることにより、カソード回収管１２１を通過する流体を連通可能にするか、または遮断することができる。
【００４４】
例えば、第２弁１２５及び第３弁１２６は、断続弁から構成されるようにすることができる。この場合、燃料電池が稼動中の際には第２弁１２５及び第３弁１２６を開放し、燃料電池が停止中の際には第２弁１２５及び第３弁１２６を遮断するようにする。これにより、燃料電池が停止されている状態において燃料電池が異常な状態で保持された場合に、回収装置１３０のハウジング１３１に貯蔵された二酸化炭素などの気体がアノードアウトレット１４６を介して電気発生部１４０のアノード電極に流入するのを遮断することができる。また、ハウジング１３１に貯蔵された混合燃料がカソードアウトレット１４８を介して電気発生部１４０のカソード電極１４３に流入するのを遮断することもできる。
【００４５】
また、例えば、第２弁１２５及び第３弁１２６は、回収装置１３０のハウジング１３１の内部に向かう一方向にのみ流体連通可能にする逆止弁から構成されることができる。これにより、燃料電池が稼動中であるか、または停止中であるかにかかわらず、電気発生部１４０のアノードアウトレット１４６及びカソードアウトレット１４８を介して、未反応燃料、二酸化炭素などの気体、または水は回収装置１３０のハウジング１３１に回収されることができる。一方、燃料電池が稼動中であるか、または停止中であるかにかかわらず、回収装置１３０のハウジング１３１に貯蔵された二酸化炭素などの気体がアノードアウトレット１４６を介して電気発生部１４０のアノード電極１４２に流入したり、またはハウジング１３１に貯蔵された上記混合燃料がカソードアウトレット１４８を介して電気発生部１４０のカソード電極１４３に流入することを遮断することができる。
【００４６】
次に、本発明の第１の実施の形態の変更例について説明する。本発明の第１の実施の形態の変更例による燃料電池は、混合燃料供給管１２４に混合燃料の供給を断続するための第４弁（図示せず）をさらに備えることができる。このとき、上記第４弁は、燃料ポンプ１６０の前方（上流）または後方（下流）に配設されることができる。上記第４弁は、燃料ポンプ１６０の誤作動などにより混合燃料が不要に回収装置１３０から電気発生部１４０のアノードインレット１４７に流入することを防止するために設けられる。また、上記第４弁は、断続弁により構成されるのがよい。この場合、燃料電池の作動が停止された状態において上記第４弁が閉鎖された状態を保持するようにすれば、燃料ポンプ１６０が誤作動を起こしたとしても、混合燃料が回収装置１３０から電気発生部１４０のアノードインレット１４７に流入するのを防止することができる。また、燃料電池が作動している状態において上記第４弁が開放された状態を保持するようにすれば、混合燃料は燃料ポンプ１６０の作動により回収装置１３０から電気発生部１４０のアノードインレット１４７に流入することができる。
【００４７】
次に、本発明の第２の実施の形態にかかる燃料電池について説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態にかかる燃料電池に設けられた回収装置２３０のハウジング１３１の内部を示す透視図である。
【００４８】
図２を参照すると、回収装置２３０のハウジング１３１は、内部に多孔性物質１３５を備える点が第１の実施の形態と異なり、その他の構成は図１の回収装置１３０と同様である。多孔性物質１３５は、ハウジング１３１の内側の表面に設けられ、特にカソード回収管１２１の入口とアノード回収管１２３の入口と、混合燃料供給管１２４の入口と、ハウジング１３１の底面にわたって設けられるのがよい。多孔性物質１３５は、ハウジング１３１の内部に貯蔵された上記混合燃料を常に含有しているため、回収装置２３０が転覆されるなどの異常な状態で保持されたとしても、持続的に混合燃料供給管１２４を介して上記混合燃料を供給することができる。さらに、多孔性物質１３５は、アノード回収管１２３の入口に隣接して設けられるため、気体がアノード回収管１２３に流入することを遮断することができる。また、カソード回収管１２１の入口、アノード回収管１２３の入口及び混合燃料供給管１２４の入口に設けられる多孔性物質１３５は、上記各入口を囲むように入口の周囲に設けられるのがよい。あるいは、多孔性物質１３５は、上記各入口を覆うように設けられることもできる。
【００４９】
次に、本発明の第1の実施の形態にかかる燃料電池の駆動方法について説明する。本発明の実施の形態にかかる燃料電池の駆動方法は、供給段階と、電気生成段階と、回収段階と、排出段階と、混合燃料生成段階と、を含むことができる。
【００５０】
上記供給段階では、水素を含有する混合燃料が第１供給ライン（例えば、混合燃料供給管１２４）を介して電気発生部に供給され、また、酸素が第２供給ライン（例えば、空気供給部１５０）を介して電気発生部に供給される。また、上記電気生成段階では、電気発生部で起こる水素と酸素との電気化学反応により電気が生成される。そして、上記回収段階では、電気発生部における電気化学反応により生成された副生成物が回収経路を介して回収装置に回収される。ここで、上記副生物は、二酸化炭素などの気体成分や水であることができる。また、上記回収経路は、例えばアノード回収管１２３やカソード回収管１２１であることができる。そして、上記排出段階では、上記副生成物に含まれている気体成分が回収装置の外部の大気に排出される。そして、上記混合燃料生成段階では、上記気体成分が大気に排出される間、上記副生成物に含まれている未反応燃料及び水と原燃料とが混合されて水素含有混合燃料が生成される。ここで、上記未反応燃料と水と原燃料との混合は、対流により自然に行われるのがよいが、攪拌手段により攪拌されるようにすることもできる。
【００５１】
また、上記電気発生部に対する水素含有混合燃料及び酸素の供給が中断された場合には、上記排出段階は中止されるようにするのがよい。このように、上記電気発生部にて発電が行われていないときに上記回収装置からの排出が行われないようにすることにより、上記副生成物の気体成分と一緒に上記混合燃料が蒸発して不要に放出されるのを防止することができる。また、上記電気発生部に対する水素含有混合燃料及び酸素の供給が中断されると、上記回収経路が閉鎖されるようにするのがよい。このように、発電が行われていないときに上記回収経路を閉鎖することにより、発電を行っていない燃料電池が水平な状態で保持されなかった場合などに、上記回収装置内の二酸化炭素などの副生成物が上記電気発生部に流入するのを遮断することができる。
【００５２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、燃料電池及びその駆動方法に適用可能であり、特に、燃料電池システムの電気発生部で発生する気体、水及び未反応燃料を回収して、気体は大気中に排気させ、水と未反応燃料は効果的にリサイクルさせる回収装置を備えた燃料電池及びその駆動方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる燃料電池に設けられた回収装置及びかかる燃料電池を採用した燃料電池システムを示す概略図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態にかかる燃料電池に設けられた回収装置のハウジングの内部を示す透視図である。
【符号の説明】
【００５５】
１１０  燃料容器
１１１  原燃料供給管
１２１  カソード回収管
１２３  アノード回収管
１２４  混合燃料供給管
１２５  第２弁
１２６  第３弁
１３０、２３０  回収装置
１３１  ハウジング
１３２  排気管
１３３  第１弁
１３４  浮標（浮き）
１３５  多孔性物質
１４０  電気発生部
１４１  電解質膜
１４２  アノード電極
１４３  カソード電極
１４４  電極電解質膜組立体
１４５  分離板（セパレータ）
１４６  アノードアウトレット（アノード側排出口）
１４７  アノードインレット（アノード側供給口）
１４８  カソードアウトレット（カソード側排出口）
１４９  カソードインレット（カソード側供給口）
１５０  空気供給部
１６０  燃料ポンプ
【図１】
0004800241.tif 000003
【図２】
0004800241.tif 000004