(57)【要約】【課題】  燃料電池システムにおいて、スタックに発生する水によってスタックを構成する構成要素が受ける被害を予め防止することができるようにした燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料タンクと、燃料と酸化剤の供給を受けて電力を発生させるスタックと、このスタックに連結設置されてこのスタック内の圧力を大気圧より低く維持させながら、前記燃料タンクから燃料が前記スタックに提供されるようにする圧力低減装置とを含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンク；
燃料と酸化剤の供給を受けて電力を発生させるスタック；及び
このスタックに連結設置されてこのスタック内の圧力を大気圧より低く維持させながら、前記燃料タンクから燃料が前記スタックに提供されるようにする圧力低減装置；
を含む燃料電池システム。
【請求項２】
前記圧力低減装置が真空ポンプからなる、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料タンクと前記スタックとの間に、前記燃料タンクから供給された燃料を改質して水素が含まれているガスを生成する改質器が配置され、前記燃料タンクと前記スタックに連結設置される、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記スタックと前記燃料タンクとの間に定圧バルブが配置され、このスタックと前記燃料タンクに連結設置される、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記改質器と前記燃料タンクとの間に定圧バルブが配置され、前記改質器と前記燃料タンクに連結設置される、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池システムが高分子電解質型燃料電池方式からなる、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池システムが直接メタノール型燃料電池方式からなる、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
燃料タンク；
燃料と酸化剤の供給を受けて電力を発生させるスタック；及び
このスタックに連結設置され、前記燃料タンクから燃料が前記スタックに提供されるようにする真空ポンプ；を含み、
前記スタックが前記真空ポンプと前記燃料タンクとの間に配置される燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料タンクと前記スタックとの間に、前記燃料タンクから供給された燃料を改質して水素が含まれているガスを生成する改質器が配置され、前記燃料タンクと前記スタックに連結設置される、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記スタックと前記燃料タンクとの間に定圧バルブが配置され、このスタックと前記燃料タンクに連結設置される、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記改質器と前記燃料タンクとの間に定圧バルブが配置され、前記改質器と前記燃料タンクに連結設置される、請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記燃料電池システムが高分子電解質型燃料電池方式からなる、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記燃料電池システムが直接メタノール型燃料電池方式からなる、請求項８に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システムに係り、より詳しくは、燃料電池システムの燃料供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、メタノールや天然ガスなど、炭化水素系列の物質内に含まれている水素と空気中の酸素を燃料として起こる電気化学反応によって化学エネルギーを直接電気エネルギーに変化させる発電システムである。
【０００３】
現在、商業用化されている燃料電池としてはリン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池などがあり、最近は、高効率の燃料電池として高分子電解質型燃料電池が開発されている。
【０００４】
前記高分子電解質型燃料電池は、他の燃料電池に比べて出力特性が優れており、作動温度が低いのみならず、迅速な始動及び応答特性を有しており、メタノール、天然ガスなどを改質して得られた水素を燃料として用いて自動車のような移動用電源はもちろん、住宅、公共建物のような分散用電源及び電子機器用のような小型電源など、その応用範囲が広いという長所を有している。
【０００５】
このような燃料電池が基本的にシステムの構成を備えるためには、スタック(stack)と呼ばれる燃料電池本体（以下、便宜上スタックと称する）、燃料タンク、及びこの燃料タンクから前記スタックに燃料を供給するための燃料ポンプなどが必要である。ここに、燃料として例えばメタノールを用いる場合、このメタノールを改質して水素を得るための改質器(reformer)をさらに含むことができる。
【０００６】
一方、一般的に前記スタックは、電極（アノード及びカソード）と電解質膜とが一体化して構成された膜−電極アセンブリー（Membrane Electrode Assembly；ＭＥＡ、以下、便宜上ＭＥＡと称する）と、このＭＥＡが多数備えられた場合、このＭＥＡの間に配置されてこれらＭＥＡを互いに電気的に連結するためのセパレータ（又はBipolar Plate）とを含んで構成される。
【０００７】
ここで、前記セパレータはその機能的な特性上、高い耐食性を有することが要求される。これは燃料電池システムが駆動される際、前記スタックで起こる化学的な反応によって前記スタック内に水が発生すると、この水によりそのガス通路が塞がったり表面が腐食したりして、効率を落とすことがあるからである。
【０００８】
このようなセパレータの機能低下現象を防止するために従来の燃料電池システムでは、スタック内に発生した水を蒸気化させる方法を採用していた。
【０００９】
しかし、このような努力は、燃料電池が高い温度（大略、６００〜１０００℃以上）で駆動する固体酸化物型燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell；ＳＯＦＣ)などではその効果を期待することができるが、相対的に低温（大略、６０〜１００℃又は常温〜４５℃）で駆動する高分子電解質型燃料電池や直接メタノール型燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell；ＤＭＦＣ)などではその効果を期待するのが難しい。
【００１０】
したがって、現在提案されている燃料電池システムは、スタック内で発生した水によるセパレータの被害を完全には解決できないのが実情である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は前述の問題点を勘案したものであって、本発明の目的は、燃料電池システムにおいて、スタックに発生する水によってスタックを構成する構成要素が受ける被害を予め防止することができるようにした燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による燃料電池システムは、燃料タンクと、燃料と酸化剤の供給を受けて電力を発生させるスタックと、及びこのスタックに連結設置されてこのスタック内の圧力を大気圧より低く維持させながら、前記燃料タンクから燃料が前記スタックに提供されるようにする圧力低減装置とを含む。
【００１３】
前記圧力低減装置は真空ポンプからなることができる。
【００１４】
また、本発明による燃料電池システムは、燃料タンクと、燃料と酸化剤の供給を受けて電力を発生させるスタックと、このスタックに連結設置され、前記燃料タンクから燃料が前記スタックに提供されるようにする真空ポンプとを含む。この時、前記スタックは、前記燃料タンクと前記真空ポンプとの間に配置される。
【００１５】
前記システムにおいて、前記燃料タンクと前記スタックとの間には、前記燃料タンクから供給された燃料を改質して水素が含まれているガスを生成する改質器が配置され、前記燃料タンクと前記スタックに連結設置されることができる。
【００１６】
また、前記システムにおいて、前記スタックと前記燃料タンクとの間には定圧バルブが配置され、このスタックと前記燃料タンクに連結設置されることができ、このような定圧バルブは、前記改質器がシステムに含まれる場合、この改質器と燃料タンクとの間に配置されて前記改質器と燃料タンクに連結設置される。
【００１７】
このような本発明の燃料電池システムは、高分子電解質型燃料電池方式又は直接メタノール型燃料電池方式からなることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による燃料電池システムは、スタック内に発生する水を低い温度で気化して、スタック内に水が残存しないようにすることにより、スタックを構成するセパレータのような部材の水による被害を防止し、作用上異常を起こすことを予め防止することができる。
【００１９】
これにより、本発明の燃料電池システムは、スタックの円滑な作用によってその寿命はもちろん、効率面でも利点を有し、全体的な機能性を向上する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を明確にするための好ましい実施例を、添付した図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施例による燃料電池システムの構成を説明するために示した概略図である。
【００２２】
図示の燃料電池システムの構成は、高分子電解質型燃料電池方式である。本発明は、この高分子電解質型燃料電池をはじめとする他の方式の燃料電池システムにも適用できるものであって、本発明で説明する高分子電解質型燃料電池システムは本発明を説明するためだけの一つの例であり、本発明が必ずこれに限定されるわけではない。
【００２３】
図示のように、前記高分子電解質型燃料電池システムには、基本的に燃料と酸化剤の供給を受けて電力を生産する燃料電池、つまり、スタック２０が備えられる。ここで、このスタック２０の構成は通常の高分子電解質型燃料電池のスタック構成でもよいので、その詳細な説明は省略する。
【００２４】
前記スタック２０には、燃料タンク２２から送られたメタノールなどの燃料を改質して水素ガスを生成する改質器２４が連結されているが、この前記改質器２４と燃料タンク２２との間には、前記燃料タンク２２から一定の圧力で前記燃料が前記改質器２４に供給されるようにする定圧バルブ２６が配置される。
【００２５】
また、前記スタック２０には、前記燃料タンク２２に保存された燃料を最終前記スタック２０に供給するようにポンピング力を提供する真空ポンプ２８が連結設置される。
【００２６】
この時、前記真空ポンプ２８は、一般的な燃料電池システムでのように前記燃料タンク２２に連結されて設置されず、前記スタック２０が前記燃料タンク２２に先に連結された状態でこのスタック２０に連結設置される。
【００２７】
このような真空ポンプ２８は前記スタック２０の前に位置し、そのポンピング力によって前記燃料タンク２２中にある燃料を前記スタック２０内に吸入する方式で燃料を前記スタック２０に供給する。もちろん、この時、前記燃料は前記改質器２４を経るようになるので、水素ガスに変換されて、この水素ガスが前記スタック２０に供給される。
【００２８】
このような高分子電解質型燃料電池システムは、前記スタック２０に供給される水素ガスと空気中の酸素を化学的に反応させて、これより電気的なエネルギーを生成する。
【００２９】
この高分子型電解質燃料電池システムの作用時、前記スタック２０を基準にこのスタック２０の一側、つまり、このスタック２０に水素ガスが供給される側は実質的に大気圧に近い圧力雰囲気を維持し、前記スタック２０の一側、つまり、前記真空ポンプ２８が連結された側は大気圧より低い圧力雰囲気を維持するが、これは、本発明において前記真空ポンプ２８が前記位置でそのポンピング作用によって、前記燃料タンク２２から前記スタック２０内に電気エネルギー生成に必要な水素ガスを供給させるために起こるようになる。
【００３０】
したがって、実質的に水素ガスと酸素が化学的反応を起こす前記スタック２０内の圧力雰囲気は大気圧以下（例：０.９〜０.４atm）の雰囲気を維持するようになり、前記化学的反応はこのような大気圧以下の雰囲気で起こるようになる。
【００３１】
このような圧力雰囲気で前記化学的反応が起こると、大気圧より低い圧力雰囲気により、前記化学的反応によって生成される水は、前記スタック２０内の温度が通常の水の沸点より低い温度を維持するにもかかわらず沸騰して、気化できるようになる。
【００３２】
つまり、前記高分子電解質型燃料電池システムでは、前記真空ポンプ２８が、前記スタック２０内の圧力を大気圧以下に低くする圧力低減装置として作用することによって、前記スタック２０内に生成された水が通常の沸点より低い温度で沸騰して蒸気化されるようにする。
【００３３】
図２は、本発明の発明者が数回の実験を経て得た、前記スタック２０内の気圧とそれによる水蒸気化効率を対比させたグラフであって、これで分かるように、前記スタック２０内の気圧が０.９〜０.４atmに維持される時に効率（蒸気化）が良好であることが分かる。
【００３４】
一方、本発明は、前述したように、前記高分子電解質型燃料電池システムだけでなく、図３に示したシステムにも適用することができる。つまり、スタック４０と燃料タンク４２との間に改質器を設置せずに構成される直接メタノール型燃料電池システムにも本発明が適用できる。このシステムでも、真空ポンプ４４が前記スタック４０に連結されてこのスタック４０内の圧力を大気圧以下に維持させながら、前記燃料タンク４２から液状のメタノール燃料を直接前記スタック４０内に供給して電気的エネルギーを生成し、この過程で副産される水が低い温度で沸騰して気化するようにする。この図３において引用符号４６は、前記スタック４０と前記燃料タンク４２との間に設置される定圧バルブを指す。
【００３５】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例による燃料電池システムを概略的に示した構成図である。
【図２】本発明の実施例による燃料電池システムによるスタック内の気圧とそれによる効率を比較して示したグラフである。
【図３】本発明の他の実施例による燃料電池システムを概略的に示した構成図である。
【符号の説明】
【００３７】
２０，４０  スタック
２２，４２  燃料タンク
２４  改質器
２６，４６  定圧バルブ
２８，４４  真空ポンプ
【図１】
2005216849.tif 000003
【図２】
2005216849.tif 000004
【図３】
2005216849.tif 000005