(57)【要約】【課題】  循環燃料が蒸発し無駄に消費される燃料が少なく、燃料電池の発電量が変動しても濃縮燃料を高い精度で送液できる燃料電池を提供する。【解決手段】  濃縮燃料カートリッジ３と循環燃料タンク５を圧力導通管１２で接続することにより、濃縮燃料カートリッジ３と循環燃料タンク５の内部の圧力差を小さくする。この結果、排気口１０の圧力損失を高く設定しても、濃縮燃料ポンプ１１の送液精度を向上できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料となる液体供給物を貯蔵する第１の容器から供給された液体供給物を水と混合するための第２の容器と、
前記第２の容器に接続され、前記液体供給物を前記第１の容器から前記第２の容器へ送液するためのポンプと、
前記第１の容器内の気相部分の圧力と、前記第２の容器内の気相部分の圧力の差を小さくする様に前記第１の容器内の圧力を調整するための圧力調整手段と
を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記圧力調整手段は、前記第１の容器内の気相部分と前記第２の容器内の気相部分とを接続するための接続手段を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記接続手段は、管状部材を有することを特徴とする請求項２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記圧力調整手段は、前記第１の容器内の気相部分の圧力を検出するための第１の圧力検出手段と、
前記第２の容器内の気相部分の圧力を検出するための第２の圧力検出手段と、
前記第１の容器内に空気を供給するための空気供給手段と、
前記第１の圧力検出手段および前記第２の圧力検出手段の出力に応じて、前記第１の容器内の気相部分の圧力と前記第２の容器内の気相部分の圧力の差が小さくなる様に、前記空気供給手段から前記第１の容器へ供給される空気の量を制御することにより前記第１の容器内の圧力を制御するための制御手段と
を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池に着脱自在な燃料電池用容器であって、
前記液体供給物を取り出すための取出口と、
前記圧力調整手段により圧力を調整するための圧力調整口と
を有することを特徴とする燃料電池用容器。
【請求項６】
燃料となる液体供給物を貯蔵する第１の容器から供給された液体供給物を水と混合するための第２の容器と、
前記第２の容器に接続され、前記液体供給物を前記第１の容器から前記第２の容器へ送液するためのポンプと、
前記第２の容器に接続され、前記液体供給物の水溶液と空気中の酸素を供給されることにより発電を行う燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックおよび前記第１の容器内へ空気を供給するための空気ポンプと、
前記第１の容器内の気相部分の圧力を検出するための第１の圧力検出手段と、
前記第２の容器内の気相部分の圧力を検出するための第２の圧力検出手段と、
前記第１の圧力検出手段および前記第２の圧力検出手段の出力に応じて、前記第１の容器内の気相部分の圧力と前記第２の容器内の気相部分の圧力の差が小さくなる様に、前記空気ポンプから前記第１の容器へ供給される空気の量を制御することにより前記第１の容器内の圧力を制御するための制御手段と
を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池に着脱自在な燃料電池用容器であって、
前記液体供給物を取り出すための取出口と、
前記空気ポンプを用いて空気を供給するための圧力調整口と
を有することを特徴とする燃料電池用容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池に係り、特に液体燃料を水と混合して使用する燃料電池、および燃料電池用容器に関する。
【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、例えば直接型メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）などが開発されている。
【０００３】
従来の燃料電池を図１０に示す。
【０００４】
循環燃料タンク１０１には、濃度の高い液体燃料（濃縮燃料１０４）と水の混合溶液である循環燃料１０２が収められている。この循環燃料１０２は燃料電池スタック１０７から回収される未反応の燃料、および燃料電池スタック１０７にて発電する際に排出される生成水１０３が混入されると共に、必要に応じて濃縮燃料１０４が供給されて濃度調整される。濃縮燃料１０４は循環燃料タンク１０１に接続された濃縮燃料カートリッジ１０５に収められており、循環燃料タンク１０１と濃縮燃料カートリッジ１０５の間に設けられた濃縮燃料ポンプ１０６によって、濃縮燃料カートリッジ１０５から循環燃料タンク１０１へ送液される。
【０００５】
循環燃料タンク１０１の燃料出口は、燃料電池スタック１０７に設けられた燃料入り口と循環燃料ポンプ１０８を介して接続されている。循環燃料ポンプ１０８によって送液された循環燃料１０２は燃料電池スタック１０７内で発電に使用される。この発電の結果排出される未反応の燃料と発電に際して発生する二酸化炭素の混合物は、燃料電池スタック１０７に設けられた排出物出口に接続された循環燃料タンク１０１の排出物入り口を通って循環燃料タンク１０１へと戻される。未反応の燃料は再度循環燃料１０２として使用され、二酸化炭素等は排気口１０９から排気される。
【０００６】
燃料電池スタック１０７に設けられた空気入り口には空気ポンプ１１０が接続され、空気ポンプ１１０にて供給された空気は燃料電池スタック１０７内で発電に使用される。発電の結果、燃料電池スタック１０７から排出される生成水１０３は循環燃料タンク１０１へ送られ、循環燃料１０２と混合される。この様な構成の燃料電池は特許文献１に示されている。
【０００７】
この様な燃料電池において、濃縮燃料ポンプ１０６にて濃縮燃料１０４が送液されると、濃縮燃料カートリッジ１０５内の濃縮燃料１０４の体積が減少し、その結果濃縮燃料カートリッジ１０５の内部の圧力は減少する。一般的なポンプは、濃縮燃料ポンプ１０６への入り口と濃縮燃料ポンプ１０６からの出口の圧力の差が変動すると、ポンプの送液量も変動する。すなわち、濃縮燃料カートリッジ１０５の内部の圧力が減少するということは、濃縮燃料ポンプ１０６の送液量に影響し、濃縮燃料１０４の送液精度を悪化させてしまう。
【０００８】
この様な現象は、濃縮燃料カートリッジ１０５を大気開放する事で回避が試みられている（特許文献２）。大気開放した従来の燃料電池の濃縮燃料カートリッジ１０５部分の例を図１１に示す。
【０００９】
濃縮燃料カートリッジ１０５に空気口１１１を設け、外気を流入可能にする。その結果
、濃縮燃料１０４の減少した体積は、外気により置換され、濃縮燃料カートリッジ１０５の内部の圧力は減少することなく、大気圧とほぼ等しくなる。この際、空気口１１１に気液分離膜を設けて燃料の漏洩を防止する。
【００１０】
また、前述の濃縮燃料カートリッジ１０５の内部の圧力の減少を、空気口１１１を設けずに、もしくは空気口１１１と共に、スプリング等にて濃縮燃料１０４を加圧する事で回避する事も試みられている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００３−２２８３０  （図１４）
【特許文献２】特開２００３−１４２１３５  （５頁  および  図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが、従来の燃料電池では電力消費量が大きく変動する外部機器に接続された場合、電力消費量の変動にあわせて燃料電池スタック１０７の発電量を制御しなければならない。すなわち電力消費量の変動に連動して循環燃料１０２の消費量や二酸化炭素、生成水１０３の排出量も変動し、循環燃料タンク１０１の内部の圧力も変動しようとする。
【００１２】
一方、循環燃料タンク１０１には排気口１０９が設けられているので、循環燃料１０２の消費量や二酸化炭素、生成水１０３の排出量の変動にあわせて、排気口１０９から排気される二酸化炭素の量も変動し、循環燃料タンク１０１の内部の圧力の変動は緩和される。
【００１３】
この時、排気口１０９の圧力損失が小さいほど、循環燃料タンク１０１の内部の圧力の変動は小さくなるが、循環燃料１０２が蒸発し無駄に消費されることが懸念される。そこで、循環燃料１０２の蒸発を抑制するために排気口１０９の圧力損失を大きくすると、循環燃料タンク１０１の内部の圧力の変動は大きくなり、濃縮燃料ポンプ１０６が濃縮燃料１０４を送液する量の精度が悪化する。
【００１４】
つまり、濃縮燃料カートリッジ１０５の内部の圧力を大気開放する事で大気圧に維持したり、もしくは濃縮燃料カートリッジ１０５の内部を加圧することで一定の圧力に維持したりするだけでは、循環燃料の蒸発の抑制と濃縮燃料１０４の送液精度の向上の両方を解決することができない。
【００１５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、蒸発し無駄に消費される燃料が少なく、また、燃料電池の発電量が変動しても濃縮燃料を高い精度で送液できる燃料電池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】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、燃料となる液体供給物を貯蔵する第１の容器から供給された液体供給物を水と混合するための第２の容器と、前記第１の容器と前記第２の容器に接続され、前記液体供給物を前記第１の容器から前記第２の容器へ送液するためのポンプと、前記第１の容器内の気相部分の圧力と、前記第２の容器内の気相部分の圧力の差を小さくする様に前記第１の容器内の圧力を調整する圧力調整手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、蒸発し無駄に消費される燃料が少なく、また、燃料電池の発電量が変動しても濃縮燃料を高い精度で送液できる燃料電池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】
【００１８】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１９】
以下に、本発明による燃料電池の第１の実施例について図１を参照しながら説明する。
【００２０】
まず、燃料電池スタック１について説明する。燃料電池スタック１は複数の燃料電池セルを積層したものであり、燃料電池セルとは燃料と空気が供給されると発電するものである。発電に用いられる燃料はメタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール等と水との混合溶液が用いられる。
【００２１】
例えば燃料がメタノールの場合、燃料電池セルの燃料極（アノード）で生じる反応は、ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-
であり、一方空気極（カソード）で生じる反応は、
Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-  →  ２Ｈ2Ｏ
である。燃料電池セルに使用される電解質膜はプロトン（Ｈ+）を選択的に通す膜であり、燃料極で生じた電子は燃料電池の負荷である外部機器を通って空気極に到達し、反応が成立する。結局、燃料電池スタック１全体では、メタノールと水、酸素が反応し、二酸化炭素と水が生成される。
【００２２】
次に、燃料電池スタック１へ供給する燃料、および燃料電池スタック１より排出される排出物について説明する。前述した通り、燃料電池スタック１へアルコール等と水、酸素を供給し、二酸化炭素と水が排出されるが、排出された水をアルコール等と混合し、再度燃料として利用することができる。また、実際の排出物には、未反応の燃料、未反応の酸素が含まれており、未反応の燃料も回収することにより再度燃料として利用することができる。すなわち、排出された水や未反応の燃料を再度燃料として利用できれば、濃度の高いアルコール等と酸素を含む大気を供給するだけで、発電を持続することができる。
【００２３】
水と混合する前の濃度の高いアルコール等である液体供給物、濃縮燃料２が貯蔵される第１の容器である濃縮燃料カートリッジ３には、濃縮燃料２と水を混合して発電に用いられる燃料である循環燃料４をつくる第２の容器である循環燃料タンク５が接続されている。また、濃縮燃料カートリッジ３の気相部分と循環燃料タンク５の気相部分との間には圧力調整手段である圧力導通管１２（管状部材）が設けられている。燃料電池スタック１の燃料極の燃料入り口と、燃料電池スタック１の燃料極の排出物出口はそれぞれ循環燃料タンク５と接続されている。循環燃料タンク５と燃料電池スタック１の燃料入り口との間には循環燃料ポンプ６が設けられ、この循環燃料ポンプ６によって循環燃料４が燃料電池スタック１に供給される。燃料電池スタック１で発電の結果燃料極から排出される二酸化炭素と未反応の燃料の混合物は循環燃料タンク５へ戻される。
【００２４】
燃料電池スタック１の空気極の空気入り口には空気ポンプ７が接続されており、燃料電池スタック１の空気極へ酸素を含む空気を供給している。一方、空気極の排出物出口からは、水と未反応の酸素を含む空気の混合物が排出される。排出物出口には気液分離器８が接続され、液体の生成水９と、気体部分の空気および水蒸気を分離し、気体部分は装置外へ排出され、生成水９は前述の通り再利用のため循環燃料タンク５へ送られる。
【００２５】
循環燃料タンク５には燃料電池スタック１からの排出物である二酸化炭素等および未反応の燃料が排出されるため、循環燃料タンク５より二酸化炭素等を装置外へ排出する必要がある。そこで、循環燃料タンク５には排気口１０が設けられている。循環燃料４の蒸発を抑制するため排気口１０は圧力損失を高めに設定してある。この圧力損失によって、循
環燃料タンク５の内部の圧力は必ず大気圧より高くなり、また燃料電池スタック１の内部の反応の状態や発電量により循環燃料タンク５の内部の圧力は変動する。この圧力変動があっても圧力導通管１２によって、濃縮燃料カートリッジ３の内部も常に循環燃料タンク５の内部とほぼ同じ圧力に維持される。
【００２６】
また、燃料電池が発電を続けていると、次第に循環燃料４のアルコール等の濃度が低下してくる。そこで、循環燃料タンク５と濃縮燃料カートリッジ３の間に設けられた濃縮燃料ポンプ１１を用い、濃縮燃料２を循環燃料タンク５へ送液することにより、循環燃料４のアルコール等の濃度を調整する。濃縮燃料２の送液の際、濃縮燃料カートリッジ３の内部の圧力が低下するが、濃縮燃料カートリッジ３と循環燃料タンク５は圧力導通管１２によって接続されているため、濃縮燃料カートリッジ３と循環燃料タンク５の内部圧力の差はほとんど生じない。なお安全上の配慮から、圧力導通管１２にはバルブ１３ａや気液分離膜１４ａ、気液分離膜１４ｂが取り付けられ、濃縮燃料ポンプ１１と循環燃料タンク５の間にはバルブ１３ｂ、逆止弁１５が取り付けられている。
【００２７】
この様に第１の実施例による燃料電池は、例えば電力消費量が大きく変動する外部機器に接続され、燃料電池の発電量が大きく変動した場合でも、循環燃料タンク５の内部の圧力変動に連動し、濃縮燃料カートリッジ３の内部の圧力も変動する。すなわち循環燃料タンク５と濃縮燃料カートリッジ３の内部の圧力差を極めて小さくすることができる。これは、濃縮燃料ポンプ１１が濃縮燃料カートリッジ３から循環燃料タンク５へ送液する量の精度が安定するので、循環燃料４の濃度のコントロールが容易になる。また、循環燃料タンク５と濃縮燃料カートリッジ３の内部の圧力差は排気口１０の圧力損失に拘わらず略一定なので、循環燃料４の蒸発を防止するため排気口１０の圧力損失を十分に高く設定することが可能になる。なお、圧力導通管１２は、循環燃料タンク５と濃縮燃料カートリッジ３の内部の圧力差を小さくできればよく、取り付け場所は濃縮燃料カートリッジ３の気相部分と循環燃料タンク５の気相部分の間には限られない。例えば図２に示すように、循環燃料タンク５の気相部分に代えて、循環燃料タンク５の気相部分と圧力がほぼ同じ部分、例えば燃料電池スタック１から循環燃料タンク５へ排出物を排出する循環燃料戻り管１６と濃縮燃料カートリッジ３の気相部分の間に圧力導通管１２ｂを接続しても構わない。
【００２８】
また、その他の利便性の向上のための変形例について説明する。
【００２９】
まず、移動中に発電を行う燃料電池の場合、燃料電池が揺れたり、傾いたりすることがある。この時、濃縮燃料カートリッジ３内部の濃縮燃料２の液面や、循環燃料タンク５内部の循環燃料４の液面が揺れたり、傾いたりして、圧力導通管１２の開口部を濃縮燃料２または循環燃料４が塞いでしまい、濃縮燃料カートリッジ３の内部の圧力と循環燃料タンク５の内部の圧力の差が小さくならない場合が考えられる。そこで、この様な現象を改善した濃縮燃料カートリッジ３ａの例を図３に示す。濃縮燃料カートリッジ３ａの気相部分の一端近傍に圧力導通管１２が接続されている。圧力導通管１２から分岐した圧力導通管１２ｃは、濃縮燃料カートリッジ３ａの気相部分であって、圧力導通管１２の接続部とは反対の端部近傍に接続されている。
【００３０】
この様に、圧力導通管１２の接続部を濃縮燃料カートリッジ３の気相部分の両端２箇所に設けることにより、例えば一方の圧力導通管１２の接続部が塞がれてしまっても、もう一方の圧力導通管１２ｃの接続部によって、濃縮燃料カートリッジ３ａの内部の圧力と循環燃料タンク５の内部の圧力の差を小さくすることができる。
【００３１】
次に、濃縮燃料カートリッジ３を着脱可能にすることにより、濃縮燃料２の補充が濃縮燃料カートリッジ３の交換で可能になる。そこで、この様な場合の濃縮燃料カートリッジ３ｂの例を図４に示す。
【００３２】
図４は着脱可能な濃縮燃料カートリッジ３ｂの例である。濃縮燃料カートリッジ３ｂの底部は、使用不可能な濃縮燃料２の量を少なくするため、濃縮燃料出口２１（取出口）とつながる取り出し口２２に濃縮燃料２を集める形状、例えば図４の様なお椀状になっている。濃縮燃料カートリッジ３ｂの天井部または天井部付近には、圧力導通管取り付け口２３（圧力調整口）が設けられている。濃縮燃料出口２１と圧力導通管取り付け口２３には、自動開閉バルブを内蔵したワンタッチで着脱可能な継ぎ手２４ａおよび２４ｂが取り付けられている。なお、継ぎ手２４ａおよび２４ｂの取り付け方向は、着脱方向が平行になるように設定してある。
【００３３】
この様に、濃縮燃料出口２１と圧力導通管取り付け口２３に継ぎ手２４ａ、２４ｂを用いることで、濃縮燃料カートリッジ３ｂは、安全にワンタッチで着脱可能となり、利便性が向上する。なお、濃縮燃料出口２１は、取り出し口２２より低い位置に設けると、使用不可能な濃縮燃料の量がほとんどなくなるので好ましい。また、さらなる安全性の向上のため、濃縮燃料出口２１には逆止弁を、圧力導通管取り付け口２３には気液分離膜を追加することも可能である。
【００３４】
図５は着脱可能な濃縮燃料カートリッジ３のもうひとつの例の部分拡大図である。図４に示す着脱可能な濃縮燃料カートリッジ３ｂの継ぎ手２４ａ、２４ｂに代えてゴム状部材３１を用い、燃料電池３０側の取り付け口に中空針３２を用いる。
【００３５】
この様な着脱可能な濃縮燃料カートリッジ３ｂは、燃料電池３０と結合させた場合、図５（ｂ）の様に中空針３２はゴム状部材３１を貫通し、濃縮燃料２の送液が可能になり、また圧力導通管１２も接続される。ディスポーザブルの濃縮燃料カートリッジ３ｂを考えた場合、自動開閉バルブを内蔵したワンタッチで着脱可能な継ぎ手２４ａ、２４ｂは着脱寿命回数が必要以上に多いうえ、部品の価格も高い。一方ゴム状部材３１は着脱寿命は短いが、ディスポーザブルな濃縮燃料カートリッジ３ｂには十分であり、また部品の価格は非常に安く濃縮燃料カートリッジ３ｂのコストダウンが可能である。
【００３６】
続いて、圧力導通管１２を用いて濃縮燃料カートリッジ３と循環燃料タンク５とを接続せず、直接濃縮燃料カートリッジ３と循環燃料タンク５とを接続した例を図６に示す。図６に示すように、濃縮燃料カートリッジ３と循環燃料タンク５とは、接続手段であるバルブ１３ａにて接続されている。バルブ１３ａでなくても、接続手段であれば特に方法は問わず、バルブ１３ａに代えて、例えば前述した継ぎ手２４ａ、２４ｂを用いて濃縮燃料カートリッジ３と循環燃料タンク５を接続したり、濃縮燃料カートリッジ３と循環燃料タンク５に単に孔が空けられ、パッキンを挟んで固定するだけでも構わない。
【００３７】
最後に、濃縮燃料カートリッジ３を規格化し、汎用性をもたせた場合に有効な例を図７に示す。図７に示すように、濃縮燃料２は可撓性の膜で作られた可撓性袋４０に貯蔵されている。
【００３８】
この様な構成であると、濃縮燃料カートリッジ３ｃは、濃縮燃料カートリッジ３ｃをどのような向きで使用しても、濃縮燃料２の送液や、また、循環燃料タンク５と濃縮燃料カートリッジ３ｃの内部の圧力差が小さくなる現象の維持が可能である。濃縮燃料カートリッジ３ｃを規格化した場合、さまざまな形態の燃料電池に接続されることが予想される。例えば濃縮燃料カートリッジ３ｃを図７に対して天地が全く逆向きに設置しなければならない燃料電池であっても、支障なく使用可能となる。なお、可撓性袋４０に代えて、可撓性の膜を用いた隔壁を用いても同様の効果を得ることができる。
【実施例２】
【００３９】
以下に、本発明による燃料電池の第２の実施例について図８を参照しながら説明する。なお、図１に示す第１の実施例の燃料電池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。
【００４０】
第２の実施例では、圧力調整手段として、第１の実施例の圧力導通管１２に代えてセンサとバルブを用いて濃縮燃料カートリッジ３の内部の圧力を制御する。循環燃料タンク５には第２の圧力検出手段としてセンサ５１が設けられている。また、濃縮燃料カートリッジ３にも第１の圧力検出手段としてセンサ５２が設けられている。濃縮燃料カートリッジ３を加圧する手段である空気供給手段は、燃料電池スタック１の空気極へ空気を送る空気ポンプ７を兼用する。空気ポンプ７と燃料電池スタック１とは、空気極へ空気を送る空気管５３を用いて接続されている。空気ポンプ７と濃縮燃料カートリッジ３とは、空気管５３から分岐し、空気ポンプ７から濃縮燃料カートリッジ３へ空気を送る加圧管５４と、濃縮燃料カートリッジ３を加圧または減圧し圧力を調整する際に用いられる圧力調整管５５とを用いて接続されている。加圧管５４の途中にはバルブ５６が設けられており、センサ５１とセンサ５２の出力に応じ、濃縮燃料カートリッジ３と循環燃料タンク５の内部の圧力差が小さくなる様にバルブ５６を開閉して、濃縮燃料カートリッジ３の内部の圧力を調整する。
【００４１】
なお第２の実施例では、濃縮燃料カートリッジ３の内部の圧力調整の精度を向上させるため、圧力調整管５５には濃縮燃料カートリッジ３を大気開放するための減圧管５７が接続され、減圧管５７の途中にはバルブ５８が設けられている。センサ５１とセンサ５２の出力に応じ、濃縮燃料カートリッジ３と循環燃料タンク５の内部の圧力差が小さくなる様にバルブ５８を開閉して、濃縮燃料カートリッジ３の内部の圧力を調整することができる。つまりバルブ５６を開きバルブ５８を閉じると、濃縮燃料カートリッジ３の内部の圧力を高い方向へ調整でき、バルブ５８を開きバルブ５６を閉じると、濃縮燃料カートリッジ３の内部の圧力を低い方向へ調整できる。
【００４２】
この様に、第２の実施例による燃料電池は、第１の実施例と同様に例えば電力消費量が大きく変動する外部機器に接続され、燃料電池の発電量が大きく変動した場合でも、循環燃料タンク５の内部の圧力変動に連動し、濃縮燃料カートリッジ３の内部の圧力を調整できる。すなわち循環燃料タンク５と濃縮燃料カートリッジ３の内部の圧力差を非常に小さくすることができる。これは、濃縮燃料ポンプ１１が濃縮燃料カートリッジ３から循環燃料タンク５へ送液する量の精度が安定することにつながり、すなわち循環燃料４の濃度のコントロールが容易になる。また、循環燃料タンク５と濃縮燃料カートリッジ３の内部の圧力差は排気口１０の圧力損失に拘わらずほぼ一定なので、循環燃料４の蒸発を防止するため排気口１０の圧力損失を十分に高く設定することが可能になる。また、第２の実施例による燃料電池は、バルブ５６およびバルブ５８の開閉で濃縮燃料カートリッジ３の内部の圧力を制御するので、燃料電池の運転状況や外部環境の変化、例えば温度変化による濃縮燃料２の粘度変化や、濃縮燃料２の液面の高さと循環燃料４の液面の高さの差による水頭差を原因とする濃縮燃料ポンプ１１の濃縮燃料カートリッジ３から循環燃料タンク５へ送液する量の誤差を補正することが可能で、より精度の高い循環燃料４の濃度コントロールができるようになる。
【００４３】
また、第２の実施例による燃料電池では、センサ５２が濃縮燃料カートリッジ３に設けられているが、濃縮燃料カートリッジ３の気相部分と圧力がほぼ同じ部分、例えば圧力調整管５５の途中に設けられていても良い。第１の実施例による燃料電池の変形例にて、ディスポーザブルな濃縮燃料カートリッジ３を説明したが、第２の実施例による燃料電池にこれを応用する場合、センサ５２を圧力調整管５５の途中に設けた方がランニングコストを低減できる。
【００４４】
さらに、図９に示すように、センサ５２およびバルブ５６、減圧管５７、バルブ５８に代えて市販の圧力調整器、例えば電空レギュレータ５９を用いても良い。この場合、センサ５１の出力に応じ、シーケンサ等の制御ユニット（図示せず）を用いて濃縮燃料カートリッジ３の内部の圧力の目標値を電空レギュレータ５９に入力することにより、濃縮燃料カートリッジ３の内部の圧力を調整できる。
【００４５】
なお、本発明は上述したような各実施の形態に限定されるものではなく、形状や材質、構成を変更してもよく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変更して実施することができる。例えば、第２の実施例による燃料電池に対して、第１の実施例による燃料電池の変形例を応用可能であり、それぞれ目的にあわせ選択、組み合わせしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による燃料電池の第１の実施例を示す構成図
【図２】本発明による燃料電池の第１の実施例の変形例の一つを示す構成図
【図３】本発明による燃料電池の第１の実施例の変形例の一つを示す構成図
【図４】本発明による燃料電池の第１の実施例の変形例の一つを示す構成図
【図５】本発明による燃料電池の第１の実施例の変形例の一つを示す構成図
【図６】本発明による燃料電池の第１の実施例の変形例の一つを示す構成図
【図７】本発明による燃料電池の第１の実施例の変形例の一つを示す構成図
【図８】本発明による燃料電池の第２の実施例を示す構成図
【図９】本発明による燃料電池の第２の実施例の変形例の一つを示す構成図
【図１０】従来の燃料電池の構成図
【図１１】従来の燃料電池の構成図
【符号の説明】
【００４７】
１、１０７  燃料電池スタック
２、１０４  濃縮燃料
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、１０５  濃縮燃料カートリッジ
４、１０２  循環燃料
５、１０１  循環燃料タンク
６、１０８  循環燃料ポンプ
７、１１０  空気ポンプ
８、１１２  気液分離器
９、１０３  生成水
１０、１０９  排気口
１１、１０６  濃縮燃料ポンプ
１２、１２ｂ、１２ｃ  圧力導通管
１３ａ、１３ｂ  バルブ
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ  気液分離膜
１５  逆止弁
１６  循環燃料戻り管
２１  濃縮燃料出口
２２  取り出し口
２３  圧力導通管取り付け口
２４ａ、２４ｂ  継ぎ手
３０  燃料電池
３１  ゴム状部材
３２  中空針
４０  可撓性袋
５１、５２  センサ
５３  空気管
５４  加圧管
５５  圧力調整管
５６、５８  バルブ
５７  減圧管
５９  電空レギュレータ
１１１  空気口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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