(57)【要約】【課題】  いかなる設置方向においても安定した燃料供給が行え、さらには排出物の処理をも行う燃料電池用燃料タンク及び燃料電池システムを提供する。【解決手段】  ケーシング１４０内部を移動する仕切り板１３０を、燃料電池本体から排出される排出物１２３にて押圧して、燃料電池本体２００へ供給する燃料１１１を加圧するように構成した。よって、燃料電池用燃料タンク１００及び燃料電池システム３００がいかなる方向に設置された場合であっても安定して上記燃料を燃料電池本体へ供給することができる。又、上記仕切り板の押圧に上記排出物を利用するようにしたことから、排出物の処理をも行うことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード極（２２０）及びカソード極（２３０）を有する燃料電池本体（２００）に接続可能な燃料電池用燃料タンクにおいて、
ケーシング（１４０）と、
上記ケーシング内を移動する仕切り板であって、上記ケーシング内を、上記アノード極（２２０）に供給される液体燃料（１１１）を収容する燃料収容部（１１０）、及び上記カソード極（２３０）からの排出物（１２３）を収容する燃料加圧部（１２０）に区分し、かつ上記排出物が上記燃料加圧部に未供給の状態では上記液体燃料を加圧せず、上記排出物が供給されたときの上記燃料加圧部の圧力上昇により移動して上記燃料収容部の上記液体燃料を加圧する仕切り板（１３０）と、
を備えることを特徴とする燃料電池用燃料タンク。
【請求項２】
上記排出物は、上記カソード極から供給される気体及び液体の少なくとも一つである、請求項１記載の燃料電池用燃料タンク。
【請求項３】
上記燃料加圧部における設定圧力値を超えた圧力上昇を防止する圧力上昇防止部（１５０）をさらに有する、請求項１又は２記載の燃料電池用燃料タンク。
【請求項４】
上記圧力上昇防止部は、上記燃料加圧部を構成する上記ケーシングに設けられる圧力開放弁（１５０）である、請求項３記載の燃料電池用燃料タンク。
【請求項５】
上記燃料加圧部に吸水性部材（１２１）を有する、請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池用燃料タンク。
【請求項６】
上記吸水性部材は、吸水性ポリマーである、請求項５記載の燃料電池用燃料タンク。
【請求項７】
上記吸水性ポリマーは、セルロース、ポリビニルアルコール、及びアクリル酸塩の少なくとも一つを主成分とする、請求項６記載の燃料電池用燃料タンク。
【請求項８】
上記ケーシング内における上記仕切り板の移動を案内する仕切り板移動用ガイド部（１８０、１８１）をさらに有する、請求項１から７のいずれかに記載の燃料電池用燃料タンク。
【請求項９】
上記仕切り板移動用ガイド部は、上記ケーシング内壁（１４１）に形成された凹凸部（１８１）である、請求項８記載の燃料電池用燃料タンク。
【請求項１０】
上記仕切り板移動用ガイド部は、上記ケーシング内に当該ケーシングの軸方向に沿って配置され上記仕切り板を貫通するガイド棒（１８０）である、請求項８記載の燃料電池用燃料タンク。
【請求項１１】
上記ケーシングの少なくとも一部分は、透明又は半透明の材料にてなり、上記仕切り板の少なくとも一部分には、当該燃料電池用燃料タンク内の上記液体燃料の残量を視認可能とする着色部を有する、請求項１から１０のいずれかに記載の燃料電池用燃料タンク。
【請求項１２】
上記燃料電池本体と当該燃料電池用燃料タンクとの接続を着脱可能とする着脱機構（１６０、１７０）をさらに備えた、請求項１から１１のいずれかに記載の燃料電池用燃料タンク。
【請求項１３】
上記着脱機構は、上記燃料加圧部から上記カソード極への上記排出物の逆流を防止する逆止弁（１７１）を有する、請求項１２記載の燃料電池用燃料タンク。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載の燃料電池用燃料タンクを備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１５】
電解質膜（２１０）を挟んでアノード極（２２０）及びカソード極（２３０）を有し、上記アノード極に燃料を供給しかつ上記カソード極へ気体にてなる酸化剤を供給することで発電を行う燃料電池本体（２００）を備えた燃料電池システムにおいて、
上記アノード極へ供給する燃料を収容する燃料タンクであり、当該燃料タンクのケーシング内を、上記アノード極（２２０）に供給される液体燃料（１１１）を収容する燃料収容部（１１０）、及び上記カソード極（２３０）からの排出物（１２３）を収容する燃料加圧部（１２０）に区分し、かつ上記排出物が上記燃料加圧部に未供給の状態では上記液体燃料を加圧せず、上記排出物が供給されたときの上記燃料加圧部の圧力上昇により上記ケーシング内を移動して上記燃料収容部の上記液体燃料を加圧する仕切り板を有する燃料タンク（１００〜１０４）を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１６】
上記燃料はメタノールを含む水溶液にてなり、上記気体は空気である、請求項１５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、メタノール等の有機燃料をアノード極に直接供給しながら発電する燃料電池本体に接続される燃料電池用燃料タンク、及び該燃料電池用燃料タンクを備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代のクリーンかつ高効率なエネルギー源として燃料電池システムが注目されている。中でも、固体高分子電解質を挟んでアノードとカソードとを配置した固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）は、電気自動車用電源や、家庭用分散型電源の用途として注目されている。上記固体高分子電解質型燃料電池の中には、メタノールやジメチルエーテル等の有機燃料を直接アノードに供給して発電する燃料電池である、例えば直接型メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）は、メタノール等の有機燃料を水素を豊富に含むガスに改質するための改質機を必要としないため、構成が簡便となり携帯機器等の用途として注目され、開発が進められている。
【０００３】
携帯機器等の用途に燃料電池を適用するためには、燃料電池システムの設置方向に自由度が要求される。即ち、いかなる設置方向においても、安定して燃料電池本体に燃料が供給されることが要求される。例えば燃料を安定して供給する方法として、液体燃料導出部において燃料供給圧力が一定になるような調整機構を有するものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
又、直接型メタノール燃料電池は、下記の反応で発電を行う。
アノード：  ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ  →  ６Ｈ＋６ｅ−＋ＣＯ２
カソード：  ６Ｈ＋６ｅ−＋３／２Ｏ２  →  ３Ｈ２Ｏ
上記反応より明らかなように、カソードでは、アノードで消費する水量の３倍の量の水が生成される。そのためカソードで生成された水を処理する必要が生じる。しかし、この水を例えば当該携帯機器の外部へ排出する場合、水や水蒸気が放出されることから、当該携帯機器に水滴が付着する問題が発生する。又、燃料電池が稼動した状態で、例えばカバンやポケットに当該携帯機器を収納した場合、カバンやポケット内が濡れてしまう等の問題が生じる。
このような問題を解消するため、燃料カートリッジ内に袋状の隔壁を形成し、排出物を収納するものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
又、特別な動力を用いることなく、燃料タンクから燃料電池へ燃料供給が可能な構成が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−９３５５１号公報
【特許文献２】特開２００３−９２１２８号公報
【特許文献３】特開平４−２２３０５８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、上記特許文献１に開示される方法では、液体燃料導出部から燃料電池本体への燃料供給は、毛管力で行われている。よって、特許文献１の方法では燃料供給力が弱く、燃料電池内部で燃料を循環させる燃料循環型の燃料電池システムには、特許文献１の方法は適用が困難である。
又、上記特許文献２に開示される提案では、燃料カートリッジの構造が複雑になることは否めず、燃料カートリッジの製造コストが上昇する。又、上記袋状の隔壁が破損する可能性や、用いられる中空針が破損する可能性があるという問題もある。さらに又、カソードからは水だけでなく、未反応の空気又は酸素等の気体も排出されるが、特許文献２には、この気体の処理については記述されていない。
又、上記特許文献３に開示される提案では、液体燃料は、弾性膜の収縮力により加圧されていることから、上記収縮力に応じて液体燃料の加圧力は変化する。即ち、図１９の点線で示すグラフのように、発電を開始したとき、つまり液体燃料が満状態のときには、燃料加圧力は高く吐出圧は高いが、運転時間が経過し燃料がほとんど空状態では燃料加圧力は低くなり吐出圧は低くなってしまう。よって、燃料電池の運転時間の経過に対して液体燃料供給圧が一定でないという問題があり、又、上記弾性膜が破損する可能性もある。
本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたもので、いかなる設置方向においても安定した燃料供給が行え、さらには排出物の処理をも行う、燃料電池用燃料タンク及び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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の第１態様である燃料電池用燃料タンクは、アノード極及びカソード極を有する燃料電池本体に接続可能な燃料電池用燃料タンクにおいて、
ケーシングと、
上記ケーシング内を移動する仕切り板であって、上記ケーシング内を、上記アノード極に供給される液体燃料を収容する燃料収容部、及び上記カソード極からの排出物を収容する燃料加圧部に区分し、かつ上記排出物が上記燃料加圧部に未供給の状態では上記液体燃料を加圧せず、上記排出物が供給されたときの上記燃料加圧部の圧力上昇により移動して上記燃料収容部の上記液体燃料を加圧する仕切り板と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
又、上記排出物は、上記カソード極から供給される気体及び液体の少なくとも一つであってもよい。
【０００９】
又、上記燃料加圧部における設定圧力値を超えた圧力上昇を防止する圧力上昇防止部をさらに有するように構成してもよい。
【００１０】
又、上記圧力上昇防止部は、上記燃料加圧部を構成する上記ケーシングに設けられる圧力開放弁であるように構成してもよい。
【００１１】
又、上記燃料加圧部に吸水性部材を有するように構成してもよい。
【００１２】
又、上記吸水性部材は、吸水性ポリマーであってもよい。
【００１３】
又、上記吸水性ポリマーは、セルロース、ポリビニルアルコール、及びアクリル酸塩の少なくとも一つを主成分としてもよい。
【００１４】
又、上記ケーシング内における上記仕切り板の移動を案内する仕切り板移動用ガイド部をさらに有するように構成してもよい。
【００１５】
又、上記仕切り板移動用ガイド部は、上記ケーシング内壁に形成された凹凸部であるように構成してもよい。
【００１６】
又、上記仕切り板移動用ガイド部は、上記ケーシング内に当該ケーシングの軸方向に沿って配置され上記仕切り板を貫通するガイド棒であるように構成してもよい。
【００１７】
又、上記ケーシングの少なくとも一部分は、透明又は半透明の材料にてなり、上記仕切り板の少なくとも一部分には、当該燃料電池用燃料タンク内の上記液体燃料の残量を視認可能とする着色部を有するように構成してもよい。
【００１８】
又、上記燃料電池本体と当該燃料電池用燃料タンクとの接続を着脱可能とする着脱機構をさらに備えるように構成してもよい。
【００１９】
又、上記着脱機構は、上記燃料加圧部から上記カソード極への上記排出物の逆流を防止する逆止弁を有するように構成してもよい。
【００２０】
さらに本発明の第２態様の燃料電池システムは、上記第１態様のいずれかに記載の燃料電池用燃料タンクを備えたことを特徴とする。
【００２１】
さらに本発明の第３態様の燃料電池システムは、電解質膜を挟んでアノード極及びカソード極を有し、上記アノード極に燃料を供給しかつ上記カソード極へ気体にてなる酸化剤を供給することで発電を行う燃料電池本体を備えた燃料電池システムにおいて、
上記アノード極へ供給する燃料を収容する燃料タンクであり、当該燃料タンクのケーシング内を、上記アノード極に供給される液体燃料を収容する燃料収容部、及び上記カソード極からの排出物を収容する燃料加圧部に区分し、かつ上記排出物が上記燃料加圧部に未供給の状態では上記液体燃料を加圧せず、上記排出物が供給されたときの上記燃料加圧部の圧力上昇により上記ケーシング内を移動して上記燃料収容部の上記液体燃料を加圧する仕切り板を有する燃料タンクを備えたことを特徴とする。
【００２２】
又、上記第３態様において、上記燃料はメタノールを含む水溶液にてなり、上記気体は空気であってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
上述したように、本発明の第１態様の燃料電池用燃料タンク、及び第２態様の燃料電池システムによれば、ケーシング内に設けた仕切り板にてケーシングを燃料加圧部と燃料収容部とに区分し、燃料電池本体から排出される排出物が燃料加圧部に供給されたとき燃料加圧部の圧力上昇により、ケーシング内を移動する仕切り板を押圧し、燃料電池本体へ供給する燃料を仕切り板にて加圧するように構成した。上述のように仕切り板は、燃料加圧部に上記排出物が未供給の状態では液体燃料を加圧せず上記排出物が供給されることで液体燃料を加圧することから、安定した燃料供給が可能となる。よって、当該燃料電池用燃料タンクがいかなる方向に設置された場合であっても安定して上記燃料を燃料電池本体へ供給することができる。又、上記排出物は、燃料加圧部に収容されることから、排出物の処理をも行うことができる。
【００２４】
又、上記排出物にて上記仕切り板の押圧を行うようにしたことから、例えばバネ等の加圧機構を燃料タンクに設ける必要がなく、燃料タンクの構成を簡素化することができる。
【００２５】
又、上記カソード極には、酸化剤としの空気又は酸素等の気体が供給されることから、カソード極からは未反応の気体及び生成された液体が排出される。よって、これらの気体や液体を利用して上記押圧を行うことで、さらに燃料タンクの構成を簡素化することができる。
【００２６】
又、上記燃料加圧部に圧力上昇防止部を設けることで、燃料加圧部の圧力調整が可能となり、必要以上に燃料加圧部内圧力が上昇するのを防止することができる。これにより、燃料電池本体へ燃料が必要以上に供給されるのを防止でき、液体燃料の安定供給が可能となり、さらに又、燃料タンクの破損等を防止することもできる。
【００２７】
上記圧力上昇防止部を圧力開放弁とすることで、圧力上昇防止部を簡易に構成することが可能である。
【００２８】
又、上記燃料加圧部に吸水性部材を設けることで、上記排出物である水を固定化することができる。これにより上記燃料加圧部からの水の流出を防止することができる。又、上記吸水性部材について吸水性ポリマー等を主成分とすることで、吸水性及びコストの両面を満足させることができる。
【００２９】
又、仕切り板移動用ガイド部を設けることで、仕切り板の移動方向を一定にすることができ、仕切り板が傾くことなく上記燃料の加圧が可能となる。又、上記仕切り板移動用ガイド部を棒状や凹凸形状とすることで、仕切り板移動用ガイド部の構造を簡素化でき、ケーシング内の構造の複雑化を防止できる。
【００３０】
又、ケーシングの少なくとも一部を透明又は半透明とすることで、燃料タンク内を目視することが可能となり、燃料の残量を視認することができる。又、仕切り板の少なくとも一部を着色することで、燃料残量確認時における視認性を向上させることができる。
【００３１】
又、燃料タンクと燃料電池本体とを着脱可能に接続することで、燃料タンクへの燃料供給時の操作性を向上させることができる。又、逆止弁を備えることで、燃料加圧部から燃料電池本体への上記排出物の逆流を防止でき、特に、燃料電池本体の作動停止時における上記逆流を防止できる。
【００３２】
さらに、又、本発明の第３態様の燃料電池システムによれば、燃料電池用燃料タンクを備えて燃料電池本体へ供給する燃料を燃料加圧部にて加圧するようにしたことから、当該燃料電池システムがいかなる方向に設置された場合であっても安定して上記燃料を燃料電池本体へ供給することができ、安定した発電を行うことができる。
又、上記燃料をメタノールを含む水溶液、燃料電池本体のカソード極へ供給する気体を空気とすることで、低コストでの発電が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の実施形態である燃料電池用燃料タンク、及び該燃料電池用燃料タンクを備えた燃料電池システムについて、図を参照しながら以下に詳しく説明する。尚、各図において、同じ構成部分については同じ符号を付している。又、上記燃料電池システムは、例えば、携帯電話等のモバイル機器や、図１８に示すようにパーソナルコンピュータ等の小型、携帯用の機器に取り付けられるのに好適である。
【００３４】
まず、上記燃料電池用燃料タンクについて、各実施形態毎に説明する。
第１実施形態；
図１及び図２には、第１実施形態の燃料電池用燃料タンク１００が示されている。該燃料電池用燃料タンク１００は、基本的構成として、仕切り板１３０と、ケーシング１４０とを備え、当該燃料電池用燃料タンク１００ではさらに、圧力開放弁１５０、燃料排出口１６０、及び排出物供給口１７０を備え、後述する燃料電池本体に接続される。又、燃料電池用燃料タンク１００と上記燃料電池本体との接続は、両者を着脱可能な構造にて行うようにしてもよく、該着脱可能構造の場合、上記燃料排出口１６０及び排出物供給口１７０を、燃料電池本体との着脱機構としても良い。
【００３５】
このような燃料電池用燃料タンク１００は、例えば円筒状、角筒状等の形状にてなる中空のケーシング１４０を有し、該ケーシング１４０内には、該ケーシング１４０の内壁１４１に接触しながら当該ケーシング１４０の軸方向に沿って移動するとともに、当該ケーシング１４０内を２室つまり燃料収容部１１０及び燃料加圧部１２０に分割する仕切り板１３０が設置されている。後述するように、仕切り板１３０は、燃料収容部１１０に収容される燃料の加圧を行うように作用する。尚、燃料電池用燃料タンク１００における燃料収納容量は、約５０〜約２００ミリリットルであり、本実施形態の燃料電池用燃料タンク１００では、約１００ミリリットルである。
【００３６】
燃料収容部１１０には、燃料電池本体のアノード極へ供給する液体燃料１１１又は液体燃料水溶液が満たされる。燃料１１１には、メタノール又はジメチルエーテル等の有機溶液が好適な例として挙げられ、特にメタノールが好ましい。又、燃料収容部１１０を構成するケーシング１４０には、上記燃料１１１を燃料電池本体のアノード極へ供給するための燃料排出口１６０が設けられている。
【００３７】
当該燃料電池用燃料タンク１００が燃料電池本体と接続されたとき、燃料加圧部１２０は、燃料電池本体のカソード極からの排出物１２３が供給される部屋であり、燃料加圧部１２０におけるケーシング１４０には、上記排出物１２３の入口である排出物供給口１７０が設けられている。上記排出物１２３としては、上記カソード極にて生成される液体及びカソード極を通過した気体の少なくとも一方である。尚、本実施形態では、上記排出物１２３としては、上記液体又は気体、若しくはこれらの混合物であり、主として上記混合物である。よって、燃料加圧部１２０にて生じる圧力は、後述する、燃料電池本体２００のカソード極２３０へ空気を供給する空気供給ポンプ２７１の吐出圧力にほぼ比例する。本実施形態では、例えばモータ式の空気供給ポンプ２７１を使用しており、吐出空気流量として例えば１〜４リットル／分程度の流量が好ましく、当該空気供給ポンプ２７１では約２リットル／分の空気流量としている。よって、燃料加圧部１２０にて生じる圧力は、本実施形態では、上記約２リットル／分の空気流量に基づいた圧力となる。
【００３８】
当該燃料電池用燃料タンク１００の使用初期の時点では、燃料加圧部１２０は、図１に示すように、ケーシング１４０内の占有率が少ない方が好ましく、具体的には２０％以下が好ましい。上記占有率が２０％を超えると、ケーシング１４０内の初期燃料占有率が大きく減少するため、燃料積載量が減少してしまうからである。燃料加圧部１２０は、使用初期では、何の物質も存在しない空の状態の空間である。変形例として、後述するように、燃料加圧部１２０内に吸水性部材等を収納していてもよい。
【００３９】
仕切り板１３０は、上述のように、ケーシング１４０内を、燃料収容部１１０と燃料加圧部１２０とに分割するための板材であり、ケーシング１４０の内壁１４１と接触する、仕切り板１３０の外周部分１３０ａには、例えば弾性部材にてなるＯ−リング等や、図示するような形状のシール部材１３３が設けられ、燃料収容部１１０の燃料１１１と、燃料加圧部１２０の上記排出物１２３とが混ざらないように構成している。このような仕切り板１３０は、水や液体燃料１１１の透過性が低い材料にてなり、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、テフロン（登録商標）等の高分子樹脂類や、ガラスや、又は、アルミニウム、ステンレス等の金属類が使用できる。仕切り板１３０の板厚は、薄いほうがケーシング１４０内における初期燃料占有率が向上するため好ましいが、薄すぎると加圧時における強度が不足する。そのため、仕切り板１３０の使用材料及びサイズによって好ましい板厚は変化する。尚、本実施形態における仕切り板１３０では、約１ｍｍの板厚である。
【００４０】
又、仕切り板１３０は、排出物１２３が燃料加圧部１２０に未供給の状態では燃料１１１を加圧せず、排出物１２３が供給されたときの燃料加圧部１２０の圧力上昇によりケーシング１４０内をその軸方向に移動して燃料収容部１１０の燃料１１１を加圧する部材である。上述のように、本実施形態では空気供給ポンプ２７１がほぼ一定の流量にてカソード極２３０へ空気を供給することから、排出物１２３の供給開始から燃料加圧部１２０はほぼ一定の圧力に維持される。よって、仕切り板１３０は、図１９に示すように、常にほぼ一定の圧力にて燃料収容部１１０の燃料１１１を加圧することができる。さらに又、剛体材料にてなる仕切り板１３０は、燃料１１１の加圧力が安定し、図１９に示すように時間経過によらずほぼ一定圧力にて燃料１１１を加圧可能となることから好ましい。しかしながら、上述のように、排出物１２３が燃料加圧部１２０に未供給の状態つまり発電開始前の状態では燃料１１１を加圧せず、排出物１２３が供給されたとき、つまり発電開始後において燃料１１１を加圧するという作用を仕切り板１３０が行う限り、仕切り板１３０は、剛体材料である必要はない。
【００４１】
又、燃料１１１が燃料電池用燃料タンク１００から外部へ漏れた場合、燃料１１１は人体に悪影響を与える物質である。よって、上述のように、排出物１２３が燃料加圧部１２０に未供給の状態では仕切り板１３０は燃料１１１を加圧していないことから、仕切り板１３０は、燃料１１１を上記外部へ漏出させないように作用する。この点において、本実施形態における燃料電池用燃料タンク１００は、高い安全性を有する構成である。
【００４２】
後述するように燃料加圧部１２０は、排出物１２３による圧力が作用することから、ケーシング１４０は、燃料加圧部１２０に作用する圧力で破損しない強度があり、水や液体燃料１１１の漏れが生じない材料であれば特には限定されない。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、テフロン（登録商標）等の高分子樹脂類や、ガラスや、又は、アルミニウム、ステンレス等の金属類が使用できる。特に、上記高分子樹脂類は、その軽量性や強度の点から好ましい。
又、ケーシング１４０の内壁１４１の内、仕切り板１３０と接する箇所には、逆移動防止部１４２を形成することもできる。該逆移動防止部１４２の一例として、図３に示すような、仕切り板１３０の移動方向１３１に向かって登り傾斜となる直角三角形状の断面にてなる係止部材１４２ａが内壁１４１に形成可能である。逆移動防止部１４２を設けることで、仕切り板１３０が燃料収容部１１０側へ移動した後に、燃料加圧部１２０側へ戻ることを防止することができる。尚、逆移動防止部１４２を形成した場合においても、上述のように仕切り板１３０の外周部分１３０ａには、Ｏ−リング等のシール部材が設けられているので、燃料収容部１１０の燃料１１１と、燃料加圧部１２０の上記排出物１２３とが混ざることはない。
【００４３】
圧力開放弁１５０は、圧力上昇防止部の機能を果たす一例に相当し、燃料加圧部１２０の圧力が設定圧力を超えた場合に、燃料加圧部１２０内の圧力を自動的に調整減圧するものであり、ケーシング１４０の内、燃料加圧部１２０を構成する胴体部分に設置される。圧力開放弁１５０の一例における概略構成を図４に示す。圧力開放弁１５０は、圧力開放部材１５１と、バネ１５２と、気液分離膜１５３とを有する。圧力開放部材１５１は、ポリエチレン、ポリプロピレン等の高分子樹脂類や、アルミニウム、ステンレス等の金属類が使用できる。気液分離膜１５３は、圧力開放弁１５０から当該タンク１００の外部へ水等の水分が漏出することを防ぐものである。材料としては、例えば、フッ素系ＦＥＰ樹脂等が挙げられ、その厚さは通常１０〜１０００ミクロン程度である。
【００４４】
このような圧力開放弁１５０では、燃料加圧部１２０の圧力が上記設定圧力以下のときには、圧力開放部材１５１は、バネ１５２の収縮力により閉止位置１５１ａに位置し、燃料加圧部１２０を密閉する。一方、燃料加圧部１２０の圧力が上記設定圧力を超えたときには、圧力開放部材１５１は、バネ１５２の収縮力に打ち勝ち開放位置１５１ｂに位置し、燃料加圧部１２０内圧力を減圧する。
このように圧力開放弁１５０を設けることで、燃料加圧部１２０の圧力が設定圧力を超えることを防止でき、よって、仕切り板１３０による燃料１１１の押圧力が設定値を超えることはなく、燃料１１１が設定値を超えて加圧されるのを防止でき、燃料１１１が異常供給されるのを防止することができる。
【００４５】
又、圧力開放弁１５０の変形例として、図５に示すように、圧力開放部材１５１の一端部分を蝶番形態とし、閉止位置１５１ａと開放位置１５１ｂとの間を回動可能とした圧力開放弁１５０ａを構成してもよい。該圧力開放弁１５０ａでは、圧力開放弁１５０に比べて構造が簡素化される。尚、圧力開放弁１５０ａにおける圧力開放部材１５１の材料としては、ポリエチレンやポリプロピレン等の高分子樹脂類が好ましい。
【００４６】
以上のように構成される第１実施形態の燃料電池用燃料タンク１００について、燃料電池用燃料タンク１００における燃料収容部１１０と燃料電池本体のアノード極とが接続され、かつ燃料電池用燃料タンク１００における燃料加圧部と燃料電池本体のカソード極とが接続された状態における燃料電池用燃料タンク１００の動作について、以下に説明する。
燃料電池本体での発電が開始されると、燃料電池本体のカソード極を通過した気体及びカソード極にて生成された液体の少なくとも一方にてなる排出物１２３が排出物供給口１７０へ供給される。尚、本実施形態では上述のように排出物１２３は、主として液体及び気体の混合物である。又、上述の発電開始とは、上記空気供給ポンプ２７１によるカソード極２３０への空気供給開始にほぼ一致する。燃料加圧部１２０は、供給された上記排出物１２３により圧力が上昇し、これにより仕切り板１３０は、燃料収容部１１０方向つまり移動方向１３１へ移動され、燃料収容部１１０に収容されている燃料１１１を加圧する。該加圧により、燃料１１１は、燃料排出口１６０を通して燃料電池本体のアノード極へ供給される。尚、燃料加圧部１２０内の圧力が設定圧力を超えるとき、圧力開放弁１５０が自動的に開かれ、気液分離膜１５３を通して上記気体を燃料加圧部１２０内から外部へ放出し、燃料加圧部１２０内を減圧する。よって、燃料加圧部１２０は、上記設定圧力以下で燃料供給に必要な一定の圧力を維持し、仕切り板１３０を燃料収容部１１０方向へ押圧し続ける。図２は、一定時間、発電をした後の燃料電池用燃料タンク１００の概略図であり、燃料収容部１１０内の燃料１１１は、発電で消費され減少する。仕切り板１３０は、燃料加圧部１２０によって常に燃料収容部１１０方向へ押圧されているため、燃料収容部１１０には空隙が発生せず、又、燃料収容部１１０内の燃料は絶えず燃料排出口１６０へ供給される。
【００４７】
このように仕切り板１３０は、発電開始後において燃料収容部１１０方向へ常に押圧されており、燃料収容部１１０内の燃料は絶えず燃料排出口１６０へ供給されることから、本第１実施形態の燃料電池用燃料タンク１００によれば、当該燃料電池用燃料タンク１００がいかなる方向を向いて設置されていても、安定して燃料１１１を燃料電池本体へ供給することが可能となる。
又、燃料電池本体にて生成される上記排出物１２３は、燃料加圧部１２０へ供給され仕切り板１３０の押圧に利用されることから、本燃料電池用燃料タンク１００によれば、上記排出物１２３の処理も併せて行うことができる。
【００４８】
第２実施形態；
図６及び図７には、第２実施形態における燃料電池用燃料タンク１０１の概略図が示されている。該燃料電池用燃料タンク１０１は、上述した第１実施形態における燃料電池用燃料タンク１００において、燃料加圧部１２０に吸水性部材１２１と隔壁１２２とを備えたものである。その他の構成は、燃料電池用燃料タンク１００の構成に同じであり、ここでは相違部分の構成について説明する。
吸水性部材１２１は、例えば、図示するように仕切り板１３０に取り付けることができるが、燃料加圧部１２０内であれば、設置箇所は特に限定しない。該吸水性部材１２１は、初期の乾燥体積の数十倍から数百倍の水を保水できるものであり、吸水に伴って膨潤する材料である。吸水性材料１２１は、特に高吸水性ポリマーであることが吸水性、コストの面で好ましく、特にカルボキシメチルセルロース系等のセルロース系高吸水性ポリマーや、ＰＶＡ吸水ゲル凍結・解凍エラストマー等のポリビニルアルコール系高吸水性ポリマーや、又は、ポリアクリル酸ナトリウム架橋物等のアクリル酸塩系高吸水性ポリマー、等が好ましい。
【００４９】
隔壁１２２は、吸水性部材１２１が膨潤することで体積が増加した際に、吸水性部材１２１が圧力開放弁１５０及び排出物供給口１７０を塞ぐことを防止するものであり、図示するように、燃料加圧部１２０内であって圧力開放弁１５０及び排出物供給口１７０から僅かに隔てた位置に設置される。
隔壁１２２の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、テフロン（登録商標）等の高分子樹脂類や、アルミニウム、ステンレス等の金属類が使用できる。又、隔壁１２２は、排出物供給口１７０から供給される気体や液体成分を通過させる開口を有する必要がある。よって、隔壁１２２の構造としては、上記開口に相当する、例えば図８に示すような丸穴１２２ａや、図９に示すようなスリット１２２ｂや、図１０のようなメッシュ１２２ｃを設けた構造等が考えられる。尚、開口１２２ａ〜１２２ｃの設置場所は、隔壁１２２の全域でもよく、一部分でもよい。尚、図８から図１０において、図示するハッチングは、断面を示すものではなく、非開口部分を表すものである。
【００５０】
このように構成される第２実施形態の燃料電池用燃料タンク１０１について、燃料電池用燃料タンク１０１と燃料電池本体とが接続された状態における燃料電池用燃料タンク１０１の動作について説明する。尚、上記排出物１２３の供給により仕切り板１３０が押圧され燃料１１１を加圧するという基本的動作は、上述した燃料電池用燃料タンク１００における動作に同じであるので、ここでは、当該燃料電池用燃料タンク１０１において特徴的な構成部分である吸水性部材１２１及び隔壁１２２に関する動作について説明する。
燃料電池本体における発電の開始により、燃料電池本体のカソード極を通過した気体、及びカソード極で発生した液体が排出物供給口１７０に供給される。燃料加圧部１２０では、供給された液体が吸水性部材１２１に吸水されるとともに、供給された気体により燃料加圧部内圧力が上昇し、上述の第１実施形態における作用と同様の作用が生じる。発電が続くにつれて、上記カソード極で発生した液体の供給量が増加し吸水性部材１２１の吸水量が増加するに伴い、吸水性部材１２１の体積が増加する。例えば図７に示すように、当該燃料電池用燃料タンク１０１を横置きの設置方向で使用した場合、吸水性部材１２１は一定以上の体積になると隔壁１２２に接し隔壁１２２に沿って膨潤する。このように、隔壁１２２を設けたことで、吸水性部材１２１が膨潤しても圧力開放弁１５０及び排出物供給口１７０を吸水性部材１２１が塞いでしまうことを防止することができる。
【００５１】
このように燃料電池用燃料タンク１０１においても上述した燃料電池用燃料タンク１００と同様に、いかなる設置方向に配置した場合でも安定して燃料１１１を燃料電池本体へ供給することができ、さらに、燃料電池用燃料タンク１０１では、燃料電池本体のカソード極で発生した液体を燃料電池システム外部に放出することなく回収することが可能となる。
【００５２】
第３実施形態；
図１１及び図１２は、第３実施形態における燃料電池用燃料タンク１０２の概略図であり、該燃料電池用燃料タンク１０２は、第１実施形態における燃料電池用燃料タンク１００において、ケーシング１４０内における仕切り板１３０の上記移動方向１３１への移動を案内するための仕切り板移動用ガイド部を設けた構成を有する。その他の構成は、燃料電池用燃料タンク１００の構成に同じであり、ここでは相違部分の構成について説明する。尚、第３実施形態における燃料電池用燃料タンク１０２における仕切り板については、符号１３２を用いる。
【００５３】
図１１には、上記仕切り板移動用ガイド部の機能を果たす一例としての、ガイド棒１８０が示されている。ガイド棒１８０は、ケーシング１４０内において仕切り板１３２の移動方向１３１つまりケーシング１４０の軸方向に平行で、仕切り板１３２を貫通して、燃料加圧部１２０及び燃料収容部１１０に連続した状態にて、ケーシング１４０に設置される。ガイド棒１８０は、その太さ、本数ともに特に限定されないが、燃料収容部１１０及び燃料加圧部１２０における占有率が小さい方が、当該燃料タンク１０２の体積効率の観点から好ましい。又、ガイド棒１８０の材料は、燃料１１１や水に溶解、膨潤しなければ特に限定はされず、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等の高分子樹脂類や、アルミニウム、ステンレス等の金属類が使用できる。
尚、仕切り板１３２において、ガイド棒１８０の貫通部分には、燃料１１１及び上記排出物１２３の漏れを防止するための、例えばＯ−リング等のシール部材が設けられている。
【００５４】
又、上記仕切り板移動用ガイド部の機能を果たす他の例として、図１２に示すように、ケーシング１４０の内壁１４１に、上記移動方向１３１に沿って、凹状又は凸状の形状にてなる凹凸部１８１を形成してもよい。この場合、仕切り板１３２における凹凸部１８１に対向する部分は、凹凸部１８１に係合するように凹凸部１８１の形状に対応して、凸又は凹状に形成される。又、凹凸部１８１の個数は特に限定されないが、１個では仕切り板１３０が該１個の凹凸部１８１から外れる可能性が高く、一方、９個以上では加工量が増えることから、２個以上、８個以下であることが好ましい。又、仕切り板１３２における凹凸部１８１に対向する部分にも、上記シール部材が設けられる。
【００５５】
このように構成される第３実施形態の燃料電池用燃料タンク１０２について、燃料電池用燃料タンク１０２と燃料電池本体とが接続された状態における燃料電池用燃料タンク１０２の動作について説明する。尚、基本的な動作は上述した燃料電池用燃料タンク１００における動作に同じであるので、ここでは、当該燃料電池用燃料タンク１０２において特徴的な構成部分である仕切り板移動用ガイド部１８０、１８１に関する動作について説明する。
燃料電池本体における発電開始により、第１実施形態にて説明した動作により、仕切り板１３２は、燃料収容部１１０方向へ押圧され移動する。このとき、ガイド棒１８０が移動方向１３１に沿って仕切り板１３２を貫通して設置されていることから、仕切り板１３２は、ガイド棒１８０に沿って移動する。このように仕切り板１３２は、ガイド棒１８０と平行方向にのみに移動方向が固定される。よって、例えば強い衝撃等が当該燃料電池用燃料タンク１０２に作用したときでも、仕切り板１３２は傾くことなく、燃料収容部１１０と燃料加圧部１２０とを仕切ることができ、燃料収容部１１０及び燃料加圧部１２０における各収納物が混合することを防止できる。
又、図１２に示す凹凸部１８１を設けた場合も、ガイド棒１８０の場合と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
第４実施形態；
図１３は第４実施形態における燃料電池用燃料タンク１０３の外観の概略図であり、燃料電池用燃料タンク１０３は、ケーシング１４０に透視部１４３を備えたものである。その他の構成は、燃料電池用燃料タンク１００の構成に同じであり、ここでは相違部分の構成について説明する。
透視部１４３は透明又は半透明のいずれでもよく、透視部１４３は、ケーシング１４０の軸方向に沿ってケーシング１４０の一部、又はケーシング１４０の全てに形成してもよい。透視部１４３がケーシング１４０の軸方向に沿ってケーシング１４０に形成されるときには、図示するようにケーシング１４０のほぼ全長にわたり形成されるのが好ましい。透視部１４３に用いられる材料として、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、テフロン（登録商標）等の高分子樹脂材料が好ましい。又、透視部１４３を備える場合、仕切り板１３０は一部もしくは全部が着色されているのが好ましく、その色は特に限定されないが、ケーシング１４０と異なる色、例えばケーシング１４０が黒色の場合、仕切り板１３０は白色等であることが好ましい。仕切り板１３０の一部分を着色した場合、勿論、着色箇所は、ケーシング１４０における透視部１４３に対応して配置され、透視部１４３を介してタンク外部から上記着色箇所を視認可能なように配置される。
尚、上記着色とは、積極的に色を付ける場合のみならず、仕切り板１３０の素材色をも含む概念である。
【００５７】
このように構成される第４実施形態の燃料電池用燃料タンク１０３について、燃料電池用燃料タンク１０３と燃料電池本体とが接続された状態における燃料電池用燃料タンク１０３の動作について説明する。尚、基本的な動作は上述した燃料電池用燃料タンク１００における動作に同じであるので、ここでは、当該燃料電池用燃料タンク１０３において特徴的な構成部分である透視部１４３に関する動作について説明する。
燃料電池本体における発電開始により、第１実施形態と同様に、仕切り板１３０は燃料収容部１１０方向へ押圧され移動する。着色された仕切り板１３０が透視部１４３まで達すると、当該燃料タンク１０３の外部から仕切り板１３０の位置が視認できる。仕切り板１３０は、着色されることで視認性が高まり、特にケーシング１４０と異なる色にすることでその効果は増加する。逆に例えば仕切り板１３０が透明の場合、燃料１１１との境界が分かりにくく視認性が低い。
【００５８】
仕切り板１３０は、常に燃料収容部１１０と燃料加圧部１２０との境界部分に存在することから、第４実施形態の燃料電池用燃料タンク１０３によれば、燃料収容部１１０内における燃料１１１の残量を仕切り板１３０の位置で確認することが可能となる。よって、透視部１４３と、ケーシング１４０に対して異色に着色した仕切り板１３０を備えることで、仕切り板１３０による燃料残量計を提供することができる。
【００５９】
第５実施形態；
図１４は、第５実施形態における燃料電池用燃料タンク１０４の概略図であり、該燃料電池用燃料タンク１０４は第１実施形態における燃料電池用燃料タンク１００の排出物供給口１７０に逆止弁１７１を備えたものである。その他の構成は、燃料電池用燃料タンク１００の構成に同じであり、ここでは相違部分の構成について説明する。
逆止弁１７１は、排出物供給口１７０を通して燃料加圧部１２０へ供給された液体の逆流を防ぐものであり、例えば燃料加圧部１２０内における排出物供給口１７０の出口部分に設置される。
【００６０】
逆止弁１７１の一例の概略図を図１５に示す。逆止弁１７１は、逆流防止部材１７２と、バネ１７３とを有し、逆流防止部材１７２は、ポリエチレン、ポリプロピレン等の高分子樹脂類や、アルミニウム、ステンレス等の金属類が使用できる。
このように構成される逆止弁１７１において、排出物１２３が燃料加圧部１２０に流入しない状態では、逆流防止部材１７２は、バネ１７３の収縮力により閉止位置１７１ａに配置され、燃料加圧部１２０内の排出物１２３が逆流するのを防止する。一方、排出物１２３が燃料加圧部１２０に流入するときには、排出物１２３の流入圧力により、逆流防止部材１７２は、バネ１７３の収縮力に打ち勝ち開放位置１７１ｂに位置し、燃料加圧部１２０内への排出物１２３の供給を可能とする。
【００６１】
又、逆止弁１７１の他の例として図１６に示し形態でもよい。図１５に示す形態と比較して、逆流防止部材１７２の一端部分を蝶番にて支持した構成にてなり、構成が簡素化される。該構成の場合、逆流防止部材１７２の材料としてはポリエチレン、ポリプロピレン等の高分子樹脂類が好ましい。
【００６２】
このように構成される第５実施形態の燃料電池用燃料タンク１０４について、燃料電池用燃料タンク１０４と燃料電池本体とが接続された状態における燃料電池用燃料タンク１０４の動作について説明する。尚、基本的な動作は上述した燃料電池用燃料タンク１００における動作に同じであるので、ここでは、当該燃料電池用燃料タンク１０４において特徴的な構成部分である逆止弁１７１に関する動作について説明する。
燃料電池本体における発電開始により、燃料電池本体のカソード極を通過した気体及びカソード極にて生成された液体が排出物供給口１７０から逆止弁１７１を通り燃料加圧部１２０へ供給される。該供給により燃料加圧部１２０内の圧力が上昇し、仕切り板１３０を押圧し移動させる。一方、発電が停止したとき、排出物供給口１７０への気体及び液体の供給が停止することから、逆止弁１７１の逆流防止部材１７２は、バネ１７３の収縮力により閉止位置１７１ａに配置され、燃料加圧部１２０を密閉する。よって、燃料加圧部１２０に収容された気体及び液体が排出物供給口１７０を逆流することを防ぐことができる。
【００６３】
特に、燃料電池用燃料タンクが燃料排出口１６０及び排出物供給口１７０にて燃料電池本体と接続され、かつ燃料電池用燃料タンクと燃料電池本体とが着脱可能な構造にてなる場合、燃料加圧部１２０内は加圧状態にあることから、燃料電池用燃料タンクを燃料電池本体から外したとき、排出物供給口１７０に逆止弁１７１を設けていないときには、燃料加圧部１２０に貯留されている上記排出物１２３である液体が排出物供給口１７０を通して外部に漏れ、電子機器や衣服をぬらし、電子機器の故障や、衣服の汚れの原因となる。このような問題点に対して、逆止弁１７１を排出物供給口１７０に備えることで、上記漏れを防止することが可能となる。
【００６４】
次に、本発明の別の実施形態である燃料電池システムについて以下に説明する。該燃料電池システムは、上述した燃料電池用燃料タンク１００〜１０４のいずれか一つを備えると伴に、該燃料電池用燃料タンクに接続される燃料電池本体を有する。
図１７に示すように、本実施形態の燃料電池システム３００は、上述した燃料電池用燃料タンク１００と、燃料電池本体２００と、気液分離装置２８１と、水タンク２８２とを備える。尚、燃料電池用燃料タンク１００に代えて、上述した燃料電池用燃料タンク１０１〜１０４のいずれかを設けても良い。又、以下に記載する各経路には、各経路にて液体等を搬送するポンプを備えることができる。尚、ポンプについては図示を省略している。
【００６５】
燃料電池本体２００は、電解質膜２１０と、アノード極２２０と、カソード極２３０と、バッファタンク２４０と、燃料供給経路２５０と、燃料循環経路２６０と、空気供給経路２７０と、排出物供給経路２８０とを備える。
電解質膜２１０は、固体高分子電解質膜を有し、アノード極２２０とカソード極２３０とに挟まれて配置される。アノード極２２０は、燃料を分解し電子を引き抜く触媒と、燃料の拡散層と、集電体としてのセパレータとが積層された構造であり、カソード極２３０は、プロトンと酸素との反応触媒と、空気の拡散層と、集電体としてのセパレータとが積層された構造である。アノード極２２０及びカソード極２３０の上記触媒としては、白金、ルテニウムが使用される。
尚、図１７では、燃料電池本体２００は、電解質膜２１０、アノード極２２０、及びカソード極２３０をそれぞれ一つずつ設けた１セルの場合を図示しているが、実際には、複数のセルが例えば直列接続されて燃料電池本体２００を構成する。
【００６６】
燃料電池用燃料タンク１００の燃料収容部１１０における燃料排出口１６０には、燃料供給経路２５０が設けられ、燃料供給経路２５０はバッファタンク２４０に接続される。バッファタンク２４０は、燃料循環経路２６０にてアノード極２２０に接続され、燃料収容部１１０から供給される燃料１１１と、水タンク２８２から供給される水とを混合し、バッファタンク２４０とアノード極２２０との間で循環させる。
カソード極２３０には、空気供給経路２７０が接続され、又、排出物供給経路２８０が接続され、排出物供給経路２８０は、気液分離装置２８１を通して燃料電池用燃料タンク１００の燃料加圧部１２０における排出物供給口１７０に接続される。気液分離装置２８１は、カソード極２３０から排出される排出物１２３である気体及び液体を分離する装置であり、分離された気体、又は気体及び液体の一部は、上記燃料加圧部１２０へ供給され、分離された液体は、水供給経路２８３にて水タンク２８２を通りバッファタンク２４０へ供給される。本実施形態では、上記気体は空気であり、上記液体は水である。
尚、空気供給経路２７０には、当該燃料電池システム３００に備わり、又は当該燃料電池システム３００の外部に備わる、例えばモータ式の空気供給ポンプ２７１が設けられ、例えば毎分２リットルの量にて空気供給が行われる。又、バッファタンク２４０及び空気供給ポンプ２７１は、当該燃料電池システム３００に備わり、又は当該燃料電池システム３００の外部に備わる制御装置２９０にて動作制御される。
【００６７】
尚、燃料電池用燃料タンク１００は、燃料収容部１１０の燃料排出口１６０を重力方向に配置するのが好ましい。又は、燃料排出口１６０を水平方向に配置することもできる。
又、燃料電池用燃料タンク１００の着脱を容易にするため、図２０及び図２１に示すように、燃料排出口１６０及び排出物供給口１７０は燃料電池用燃料タンク１００の一つの側面に配置するのが好ましい。即ち、燃料排出口１６０及び排出物供給口１７０が上記一側面にあることで、燃料電池用燃料タンク１００を燃料電池本体２００部分に単に差し込むことで接続を完了することができる。このとき、上記圧力開放弁１５０は、重力方向に直交する方向に平行な下側面を除き、さらに燃料排出口１６０及び排出物供給口１７０の設置側面とは異なる側面に配置するのが好ましい。
尚、上述のように燃料排出口１６０及び排出物供給口１７０を同一側面に配置した、図２２に示す燃料電池用燃料タンク１０５では、排出物供給口１７０から燃料加圧部１２０へ至る排出物経路１０５ａが設けられる。該排出物経路１０５ａは、図２２に示すように、燃料電池用燃料タンク１０５内を隔壁で区切って形成したり、あるいは配管を設けたり、あるいは上述のガイド棒１８０の内部を中空にして形成する等、当業者が容易想到な構成を採ることができる。
【００６８】
又、燃料電池システム３００を機器の電源として使用する場合、上記圧力開放弁１５０は、機器側及び人体側以外の方向に配置する必要がある。これは、燃料電池本体２００は、発電中には約６０℃の温度になることから、カソード極２３０から排出される気体も約６０℃となり、圧力開放弁１５０から排出される気体も多少冷却されるが数十℃の温度を有する。又、排出される気体には、水蒸気も含まれる。よって、圧力開放弁１５０が機器側及び人体側に位置していると、熱や水分等の影響で機器及び人体に悪影響を与えるからである。例えば図２３に示すように、燃料電池システム３００が例えばノート型パーソナルコンピュータに取り付けられる場合、使用者は該コンピュータを例えば膝上に載せて操作するときもあることから、上記圧力開放弁１５０を重力方向３１０ｄに配向するのは採用できない。又、上記コンピュータ側へ配向するのも上述の理由から避けねばならない。よって、この場合、上方向３１０ａ、側面方向３１０ｂ、及び背面方向３１０ｃに圧力開放弁１５０を配向するのが好ましい。
【００６９】
以上のように構成される燃料電池システム３００は、以下のように動作する。
燃料電池用燃料タンク１００の燃料排出口１６０から燃料供給経路２５０に供給された燃料１１１、例えばメタノール、及び水タンク２８２から水がバッファタンク２４０に供給され混合され、バッファタンク２４０から燃料循環経路２６０を通りアノード極２２０へ供給される。燃料１１１と水との混合液は、アノード極２２０を通過した後、バッファタンク２４０へ循環される。
カソード極２３０では、空気供給ポンプ２７１により空気供給経路２７０を通してカソード極２３０へ酸化剤としての空気又は酸素が供給される。燃料電池本体２００は、アノード極２２０及びカソード極２３０内のＰｔやＰｔ−Ｒｕなどの炭素坦治貴金属触媒によって、アノード極２２０及びカソード極２３０にて上述した反応が起こり、発電が行われる。
【００７０】
カソード極２３０を通過した空気、及びカソード極２３０にて生成した水を含む液体にてなる排出物１２３は、排出物供給経路２８０を通り気液分離装置２８１に供給され、気液分離が行われる。排出物１２３の内、分離された液体は、水供給経路２８３を通して水タンク２８２へ供給される。又、分離された気体又は気体及び液体の一部は、排出物供給経路２８０を通り燃料電池用燃料タンク１００の排出物供給口１７０へ供給され、燃料加圧部１２０へ供給される。該供給動作により、上述したように、燃料加圧部１２０における圧力が上昇し仕切り板１３０の押圧を行う。
【００７１】
このように燃料電池システム３００によれば、燃料電池本体２００のカソード極２３０から燃料電池用燃料タンク１００の排出物供給口１７０へ、カソード極２３０を通過した気体、及びカソード極２３０にて発生した液体を供給する排出物供給経路２８０を有する。よって、燃料電池用燃料タンク１００の燃料加圧部１２０は、カソード極２３０からの排出物１２３にて、燃料収容部１１０方向へ常に仕切り板１３０を押圧し、燃料電池用燃料タンク１００の燃料加圧部１２０の加圧を行うことができる。したがって、燃料収容部１１０内の燃料は、絶えず燃料排出口１６０及び燃料供給経路２５０を介して、バッファタンク２４０へ供給されることから、当該燃料電池システム３００は、いかなる方向を向いて設置されていても、安定して燃料１１１を燃料電池本体２００へ供給することが可能となり、よって安定した発電が可能となる。
又、燃料電池本体２００にて生成される排出物１２３つまりカソード極２３０を通過した気体、及びカソード極２３０にて発生した液体は、気液分離装置２８１を通して燃料加圧部１２０へ供給され仕切り板１３０の押圧に利用されることから、本燃料電池システム３００によれば、上記排出物１２３の処理も併せて行うことができる。
【００７２】
尚、上述したように、理論的には、アノード極２２０で消費する水量の３倍の量の水がカソード極２３０にて生成されることから、燃料電池用燃料タンク１００において、消費される燃料１１１の量よりも、燃料加圧部１２０に供給される排出物１２３の方が多く、燃料加圧部１２０に設けた圧力開放弁１５０から例えば水がしばしば放出されるように思われる。しかしながら実際には、アノード極２２０に供給する例えばメタノールの濃度を適切に調整する、該濃度を例えば６．５重量％に調整することで、アノード極２２０にて消費される燃料及び水量の和と、燃料加圧部１２０に供給される排出物１２３の量とをほぼ同等にすることができる。よって、圧力開放弁１５０を通して水等が外部に放出されることはほとんど発生しない。
【００７３】
尚、上述した燃料電池システム３００では、燃料電池用燃料タンク１００は、燃料電池本体２００と一体的に形成された構成を採るが、上述したように燃料電池本体２００に対して着脱可能な構成を採ってもよい。又、燃料電池用燃料タンク１００が図３に示す逆移動防止部１４２を有しないとき、燃料電池用燃料タンク１００からの燃料の供給後、仕切り板１３０を移動させて、再度、燃料収容部１１０へ燃料を注入してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、メタノール等の有機燃料をアノード極に直接供給しながら発電する燃料電池本体に接続される燃料電池用燃料タンク、及び該燃料電池用燃料タンクを備えた燃料電池システムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施形態である燃料電池用燃料タンクの一例における断面図である。
【図２】図１に示す燃料電池用燃料タンクにおいて、仕切り板が移動した状態を示す図である。
【図３】図１に示す燃料電池用燃料タンクにおいて、仕切り板の逆移動防止部をタンク内壁に設けた場合を示す図である。
【図４】図１に示す燃料電池用燃料タンクに備わる圧力開放弁の構成の一例を示す図である。
【図５】図４に示す圧力開放弁の他の構成例を示す図である。
【図６】図１に示す燃料電池用燃料タンクの変形例における構成を示す図である。
【図７】図６に示す吸収性部材が吸水し膨潤した状態を示す図である。
【図８】図６に示す隔壁の一例を示す隔壁の平面図である。
【図９】図６に示す隔壁の他の例を示す隔壁の平面図である。
【図１０】図６に示す隔壁のさらに他の例を示す隔壁の平面図である。
【図１１】図１に示す燃料電池用燃料タンクの他の変形例における構成を示す図である。
【図１２】図１１に示す仕切り板移動用ガイド部の変形例を示す図である。
【図１３】図１に示す燃料電池用燃料タンクのさらに他の変形例における構成を示す図である。
【図１４】図１に示す燃料電池用燃料タンクの別の変形例における構成を示す図である。
【図１５】図１４に示す逆止弁の構成の一例を示す図である。
【図１６】図１４に示す逆止弁の構成の他の例を示す図である。
【図１７】本発明の他の実施形態である燃料電池システムの構成例を示す図である。
【図１８】図１７に示す燃料電池システムをパーソナルコンピュータに装填した状態を示す斜視図である。
【図１９】図１、図６、図１１、図１３、及び図１４に示す燃料電池用燃料タンクにおける燃料供給圧力の変化を示すグラフである。
【図２０】図１７に示す燃料電池システムにおいて、燃料電池本体部分と、燃料タンクの燃料排出口及び排出物供給口との取り合い方法の一例を示す斜視図である。
【図２１】燃料電池本体部分と、燃料タンクの燃料排出口及び排出物供給口との取り合い方法の他の例を示す斜視図である。
【図２２】図２０及び図２１に示す取り合い方法を採る場合における燃料タンクの構造を示す断面図である。
【図２３】図１、図６、図１１、図１３、及び図１４に示す燃料電池用燃料タンクの圧力開放弁の配置方向を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
【００７６】
１００〜１０４…燃料電池用燃料タンク、１１０…燃料収容部、
１１１…燃料、１２０…燃料加圧部、１２１…吸水性部材、１２３…排出物、
１３０…仕切り板、１４０…ケーシング、１５０…圧力開放弁、
１６０…燃料排出口、１７０…排出物供給口、１７１…逆止弁、
１８０…ガイド棒、１８１…凹凸部、
２００…燃料電池本体、２１０…電解質膜、２２０…アノード極、
２３０…カソード極、
３００…燃料電池システム。
【図１】
2005032720.tif 000003
【図２】
2005032720.tif 000004
【図３】
2005032720.tif 000005
【図４】
2005032720.tif 000006
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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