(57)【要約】【課題】  自己収縮力により燃料供給を行う燃料タンクにおいて、液体燃料の蒸散を防止し液体燃料の損失を最小限に抑える。【解決手段】  外装容器内に液体燃料を収容する内装容器が設けられてなる燃料タンクである。内装容器は、フッ素系樹脂からなる隔壁と、その外側を包み込む伸縮性部材とから構成され、２重構造を有する。メタノールと直接接する隔壁が、フッ素系樹脂により形成されているので、メタノール等の液体燃料を透過することがなく、これを通して液体燃料が蒸散することがない。また、隔壁の外側は伸縮性部材により包み込まれているので、内装容器に伸縮性が付与され、隔壁内に収容された液体燃料は、伸縮性部材の収縮力により押し出され、円滑な燃料供給が実現される。【選択図】  図１
2005029046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装容器内に液体燃料を収容する内装容器が設けられてなる燃料タンクにおいて、
上記内装容器は、フッ素系樹脂からなる隔壁と、その外側を包み込む伸縮性部材とから構成され、２重構造を有することを特徴とする燃料タンク。
【請求項２】
上記伸縮性部材の収縮力により、フッ素系樹脂からなる隔壁内の液体燃料が押し出されることを特徴とする請求項１記載の燃料タンク。
【請求項３】
上記伸縮性部材は、ラテックスゴムからなるバルーンであることを特徴とする請求項１記載の燃料タンク。
【請求項４】
上記伸縮性部材には、空気抜き孔が形成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料タンク。
【請求項５】
上記フッ素系樹脂からなる隔壁は、上記外装容器の大きさに対応する大きさを有し、上記伸縮性部材は、上記外装容器の大きさに対応して拡張可能であることを特徴とする請求項１記載の燃料タンク。
【請求項６】
クイックコネクターが外装容器を挟み込むかたちでホルダーに取り付けられ、当該ホルダーに上記内装容器の開口部が取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の燃料タンク。
【請求項７】
上記ホルダーは、内装容器内に挿入される液体燃料流通管を備えることを特徴とする請求項６記載の燃料タンク。
【請求項８】
上記液体燃料流通管には、液体燃料が流通される液体燃料流通孔が外周に複数形成されていることを特徴とする請求項７記載の燃料タンク。
【請求項９】
上記液体燃料流通管は、フッ素樹脂により形成されていることを特徴とする請求項７記載の燃料タンク。
【請求項１０】
上記液体燃料は、メタノールであることを特徴とする請求項１記載の燃料タンク。
【請求項１１】
燃料電池と、当該燃料電池に燃料である液体燃料を供給する燃料タンクを備えた燃料電池システムにおいて、
上記燃料タンクは、外装容器内に液体燃料を収容する内装容器が設けられてなる燃料タンクであって、
上記内装容器は、フッ素系樹脂からなる隔壁と、その外側を包み込む伸縮性部材とから構成され、２重構造を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１２】
燃料タンク内の液体燃料を燃料電池に供給する液体燃料供給ポンプを備え、
当該液体燃料供給ポンプによる吸引と、上記燃料タンクの伸縮性部材の収縮力による押し出しにより、上記燃料タンクから液体燃料が排出されることを特徴とする請求項１１記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
上記燃料タンクの伸縮性部材の収縮力による押し出しにより、上記燃料タンクから液体燃料が排出されることを特徴とする請求項１１記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
上記液体燃料は、メタノールであることを特徴とする請求項１１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、例えばダイレクトメタノール方式の燃料電池システムにおいて液体燃料であるメタノールを貯蔵、供給する燃料タンクに関するものであり、さらには、かかる燃料タンクを備えた燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、例えば水素ガスやメタノール等の燃料流体と、酸化用流体（空気に含まれる酸素）とを電気化学的に反応させることにより発電を行う発電装置である。例えば、固体高分子型の燃料電池の場合、各発電体部分は、固体高分子からなる電解質膜を酸素側電極と燃料側電極とで挟み込んだ構造を有しており、酸素側電極には酸素を供給するために空気が供給され、燃料側電極には燃料流体が供給され、上記電気化学的な反応により発電が行われる。
【０００３】
発電に際しては、固体高分子型の燃料電池では、イオン交換膜でありプロトン伝導体膜として機能する電解質膜中をイオン（プロトン）が移動し、酸素側電極の酸素と反応して電流が発生し、同時に酸素側電極では水が生成される。燃料電池の発電体部分は、電解質膜・電極複合体又はＭＥＡ（Membrane and Electrode Assembly）と呼ばれており、この電解質膜・電極複合体を燃料流体流路や空気流路が形成されたセパレータで挟み込んで発電セルとし、複数の発電セルを積層することで積層構造（スタック構造）の燃料電池が構成されている。
【０００４】
上述の燃料電池は、発電により生成される生成物が水であり、環境を汚染することがないクリーンな電源として近年注目されており、例えば、電気自動車や住宅用電源システム等、大型のシステムにおいて実用化が期待されている一方、固体高分子型の燃料電池が小型、軽量であるという特徴を生かして、例えばノート型パーソナルコンピュータ等の携帯型電子機器の電源としての応用も検討されている。
【０００５】
ところで、このような携帯型電子機器等に用いられる燃料電池においては、水素ガスに比べて取り扱いが容易なメタノールを燃料とするダイレクトメタノール方式の燃料電池システムが有利と考えられている。このダイレクトメタノール方式の燃料電池システムでは、電子機器に装着された燃料タンクを取り外し、燃料であるメタノールの補充を行った後、再び電子機器に装着し、燃料タンク内のメタノールを燃料電池に供給することで発電が行われる。
【０００６】
そこで、内部のメタノールを弾性膜により押し出す構造の燃料タンクが提案されている（例えば、特許文献１や特許文献２等を参照）。この特許文献１には、伸縮自在の弾性膜を容器内にセットし、膜内に液体燃料を蓄えることにより、弾性膜の張力を利用して他のエネルギーを利用することなく液体燃料を排出する燃料タンクが開示されている。特許文献２には、タンク内にアルケン単量体もしくはアルカジェン単量体から構成される高分子材料からなる隔壁を設け、内側に燃料を蓄え、外側に吸水性材料を収納することで、吸水性材料が生成水を取り入れて膨張したときの圧力を利用して隔壁に圧力を加え、燃料供給を行うようにした燃料タンクが開示されている。
【特許文献１】特開平４−２２３０５８号公報
【特許文献２】特開２００３−９２１２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これら特許文献に記載される発明で使用されている弾性膜や隔壁は、液体燃料に対してある程度の透過性を有し、この中に直接メタノール等の液体燃料を貯蔵すると、その外表面から蒸散により少しずつ失われる虞れがある。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の有する欠点を解消するために提案されたものであり、自己収縮力により円滑な燃料供給が可能であり、しかも液体燃料の蒸散を防止し液体燃料の損失を最小限に抑えることが可能な燃料タンクを提供することを目的とし、さらには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】
【０００９】
上述の目的を達成するために、本発明の燃料タンクは、外装容器内に液体燃料を収容する内装容器が設けられてなる燃料タンクにおいて、上記内装容器は、フッ素系樹脂からなる隔壁と、その外側を包み込む伸縮性部材とから構成され、２重構造を有することを特徴とする。また、本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、当該燃料電池に燃料である液体燃料を供給する燃料タンクを備えた燃料電池システムにおいて、上記燃料タンクは、外装容器内に液体燃料を収容する内装容器が設けられてなる燃料タンクであって、上記内装容器は、フッ素系樹脂からなる隔壁と、その外側を包み込む伸縮性部材とから構成され、２重構造を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の燃料タンクでは、メタノール等の液体燃料が収容される内装容器を２重構造とし、メタノールと直接接する部分にフッ素系樹脂からなる隔壁を配している。フッ素系樹脂は、メタノール等の液体燃料に対して透過性が少ない。
また、隔壁の外側は伸縮性部材により包み込まれているので、内装容器全体で見たときに、伸縮性が付与され、隔壁内に収容された液体燃料は、伸縮性部材の収縮力により押し出され、円滑な燃料供給が実現される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、液体燃料を収容する隔壁をフッ素系樹脂により形成しているので、メタノール等、液体燃料の透過による蒸散を少なくすることができる。したがって、経済的効果が得られるばかりでなく、安全面等においても有利である。また、本発明によれば、伸縮性部材によって液体燃料が収容される内装容器に伸縮性が付与されるので、その収縮力により円滑に燃料を供給することが可能である。特に、燃料電池システム側の燃料供給ポンプと組み合わせることで、速やかに燃料タンクから液体燃料を排出することができ、燃料電池に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した燃料タンク及び燃料電池システムの実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明を適用した燃料タンクの一例を示すものである。図１に示す燃料タンク１は、外装容器２と内装容器３とから構成され、２重構造を有するタンクである。外装容器２は、剛性を有する材料、例えばポリエチレン等の樹脂により形成されている。なお、これに限らず、外装容器２は、任意の材料で形成することができるが、取り扱い性や機器への装着性等を考えると、剛性を有する材料により形成することが好ましい。なお、外装容器２には、内装容器３が収縮した際の負圧を解消する目的で、空気孔２ａが設けられている。
【００１４】
内装容器３は、それ自体２重構造を有し、内側の隔壁４と、外側を包み込む伸縮性部材であるバルーン５とから構成されている。したがって、内装容器３全体が、バルーン５の働きによって伸縮性を発揮するようになっている。
【００１５】
この内装容器３では、内側の隔壁４内にメタノール等の液体燃料が収容され、貯蔵される。すなわち、前記隔壁４が液体燃料と直接接することになる。ここで、隔壁４は、例えば透過性の低い四フッ化エチレン・パーフロロアルコキシエチレン共重合樹脂（ＰＦＡ）等のフッ素系樹脂により形成されている。
【００１６】
上記隔壁４は、外装容器２に対応した大きさを有している。すなわち、隔壁４の最大内容積は、外装容器２の内容積と同じか、それ以上とされており、隔壁４に液体燃料を充填した際には、隔壁４は、外装容器２の内周面に密着するまで拡張可能である。したがって、外装容器２のサイズに見合った容量を確保することが可能である。
【００１７】
一方、バルーン５は、液体燃料と直接接することがないので、液体燃料の透過性等を考慮する必要がなく、伸縮性を有する材料を任意に選択して用いることができ、例えば、ラテックスゴム等を使用することができる。このバルーン５も、外装容器２の内周面に密着するまで伸張可能な大きさを有し、内装容器３内に貯蔵し得る液体燃料の容量を確保する上で妨げとならないようにしている。
【００１８】
このように、本実施形態の燃料タンク１では、内装容器３において、液体燃料の透過性が少ないフッ素系樹脂を隔壁４に使用して液体燃料の蒸散を抑制し、その外側のバルーン５で包み込むことにより、隔壁４内に液体燃料を充填した時にバルーン５に生ずる張力で、隔壁４内の液体燃料に圧力を加え、その排出を促進している。
【００１９】
このとき、バルーン５によって加わる張力を調整し、隔壁４との密着性を維持するために、図２に拡大して示すように、バルーン５には、多数の空気抜き孔５ａが形成されている。空気抜き孔５ａの大きさを大きくし、あるいは数を増やすことで、バルーン５の張力は次第に低下する。そこで、適正な張力が隔壁４に加わるように、バルーン５に形成される空気抜き孔５ａのサイズや数を調節する。また、この空気抜き孔５ａは、バルーン５と隔壁４との密着性を確保する上でも有用である。隔壁４は、伸縮性を有していないため、収縮状態ではシワ等が多く、拡張されるに伴って外周面が平坦化してくる。このとき、バルーン５に空気抜き孔５ａを形成しておけば、隔壁４のシワ等の間に入り込んでいた空気を空気抜き孔５ａから速やかに逃がすことができ、隔壁４の拡張に伴って、バルーン５も隔壁４に密着して伸張される。
【００２０】
燃料タンク１は、内装容器３内のメタノールを燃料電池システム側に取り出すため及び内装容器３にメタノールを供給する為のクイックコネクター６とホルダー９に挟み込まれており、このクイックコネクター６は、燃料電池システム側のコネクタと連結され、燃料流路を構成する。したがって、内装容器３内の液体燃料は、クイックコネクター６を通して燃料電池システム側の液体燃料供給ポンプによって吸い上げられ、燃料電池に供給される。
【００２１】
内装容器３は、このホルダー９に取り付けられる。その外周面にＯリング７によって内装容器３（隔壁４及びバルーン５）が気密性を保って取り付けられている。Ｏリング７によるシール部分では、外装容器２の内径が小さくされており、外周容器２の内周面でＯリング７が押圧され、シール性を増すように工夫されている。
【００２２】
上記ホルダー９は、内装容器３内に挿入される液体燃料流通管８を備えており、液体燃料は、この液体燃料流通管８を通して内装容器３内に充填され、あるいは排出される。ここで、隔壁４は、伸縮性のないフィルムで形成されており、中の液体燃料を最後まで取り出そうとすると、隔壁４にシワやたるみが生じ、バルーン５の収縮力も伝わらなくなるので、例えば燃料電池システム側の燃料供給ポンプ等で吸い出すのに大きな吸引力が必要となる。
【００２３】
そこで、本実施形態の燃料タンク１では、上記液体燃料流通管８をフッ素樹脂（ＰＦＡ）により形成するとともに、多数の液体燃料流通孔８ａを設けている。このような外周孔あきチューブを液体燃料流通孔８ａとして配することにより、液体燃料の残存量が僅かであっても、小さな吸引力で吸い出すことが可能になる。
【００２４】
以上のような構成の燃料タンク１では、内装容器３を２重構造とし、液体燃料を収容する隔壁４をフッ素系樹脂により形成しているので、メタノール等、液体燃料の透過による蒸散を少なくすることができる。したがって、経済的効果が得られるばかりでなく、安全面等においても有利である。また、本実施形態の燃料タンク１では、伸縮性部材であるバルーン５によって液体燃料が収容される内装容器３に伸縮性が付与されるので、その収縮力により最後まで円滑に燃料を供給することが可能である。
【００２５】
上述の構成を有する燃料タンクは、図３に示すような燃料電池システムに組み込むことができる。以下、この燃料電池システムについて説明する。
【００２６】
本例の燃料電池システムは、発電を行う燃料電池スタック１１と、燃料電池スタック１１に空気を供給する空気供給系、燃料を供給する燃料供給系、水処理機構、これらを制御する制御コントローラ１２、燃料電池スタック１１の発電電力により駆動されるＤＣ−ＤＣコンバータ１３及び負荷１４等から構成される。
【００２７】
空気供給系としては、空気供給ポンプ１５を備え、燃料供給系としては、メタノールタンク１６、メタノール供給ポンプ１７、燃料混合器１８、及び燃料水溶液循環ポンプ１９とを備えている。このメタノールタンク１６に、先に説明した構造の燃料タンクを用いる。水処理機構は、気液分離器２０、水分貯蔵器２１、及び処理装置２２を備え、これらに付帯して電磁バルブ２３、二酸化炭素除去器２４等が設けられている。
【００２８】
上述の構成を有する燃料電池システムでは、メタノール供給ポンプ１７は、メタノールタンク１６からメタノールを吸い上げて燃料混合器１８に供給する。このとき、メタノールタンク１６の内装容器における収縮力による押し出しと、メタノール供給ポンプ１７による吸い上げにより、メタノールタンク１６から円滑にメタノールが供給される。
【００２９】
燃料水溶液循環ポンプ１９は、メタノールと水分とを混合して燃料水溶液を生成する燃料混合器１８から燃料電池スタック１１に燃料水溶液を供給する。燃料電池スタック１１で消費された燃料水溶液は、二酸化炭素除去器２４を備えた燃料混合器１８に循環され、再度燃料水溶液循環ポンプ１９によって燃料電池スタック１１に供給される。二酸化炭素除去器２４を備えた燃料混合器１８は、燃料電池スタック１１によって排出された排出液体から二酸化炭素を分離して処理装置２２に送り、処理装置２２は二酸化炭素を大気中に排出する。メタノールの如き液体燃料を用いた燃料電池システムにおいては、液体燃料そのものが燃料電池の冷却媒体であり、燃料電池システムは別途冷却流路を必要としない。また、液体燃料を用いた燃料電池システムは、液体燃料自身が非圧縮性を有することから水素ガスの如き気体の燃料を用いる場合に比べて背圧弁が不要となる利点を有する。
【００３０】
空気供給ポンプ１５は、酸化剤である空気を大気から取り込んで燃料電池スタック１１に供給する。燃料電池スタック１１で発電に用いられた空気は、気液分離器２０によって水分と分離され、処理装置２２を介して大気中に排出される。分離された水分は水分貯蔵器２１に貯蔵された後、燃料混合器１８に送られて燃料水溶液の生成に利用される。また、水分貯蔵器２１と燃料混合器１８との間に設けられる電磁バルブ２３は、水分貯蔵器２１から燃料混合器１８へ供給される水の供給量を調整する。
【００３１】
また、燃料電池スタック１１に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータ１３と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３に接続される負荷１４は、燃料電池スタック１１から電力を取り出すことにより、駆動される。制御コントローラ１２は、燃料電池システムを構成する各装置の駆動を制御する。
【００３２】
以上、本発明の具体的な実施形態について説明したが、本発明がこれら実施形態に限られるものではないことは言うまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、各実施形態は、燃料としてメタノールを使用する場合を例にして説明したが、炭化水素系燃料等、液体燃料を用いる燃料電池システムの燃料タンク全般に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明を適用した燃料タンクの一例を示す概略断面図である。
【図２】内装容器を拡大して示す要部拡大断面図である。
【図３】燃料電池システムの構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  燃料タンク
２  外装容器
３  内装容器
４  隔壁
５  バルーン
５ａ  空気抜き孔
６  クイックコネクター
８  液体燃料流通管
８ａ  液体燃料流通孔
９  ホルダー
１１  燃料電池スタック
１６  メタノールタンク
１７  メタノール供給ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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