(57)【要約】低温始動時の性能が改善された燃料電池（１００）である。酸化を生じさせて熱を放出させ、燃料電池（１００）の温度を上昇させることができるように、燃料電池（１００）の空気極（２０２）への制御された燃料の導入を可能にするいくつかの実施形態を提供する。そのような燃料は、空気極（２０２）に直接導入されるか、又は燃料極（２０４）に導入して、電解質膜をクロスオーバーさせることができる。あるいは又、燃料がその中を通って流れると燃料のいくらかを酸化させる特別なコンジット（２０５）へ燃料を送り込むこともできる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接酸化燃料電池システムであって、該システムが、
燃料極、空気極、及び該燃料極と空気極の間に配置されている電解質膜と、
前記空気極に接続されている空気又は酸素源と、
炭素系燃料源と、
前記燃料源及び前記燃料極に接続されている温度調節システムであって、前記直接酸化燃料電池システムの温度に応答し、それによって、前記温度が所定の温度あるいは温度範囲より低いときには、前記膜を介する燃料のクロスオーバーを促進させるために、前記直接酸化燃料電池システムが前記燃料極における燃料濃度を上昇させ、それにより前記空気極において前記クロスオーバーした燃料のいくらかの酸化を生じさせるか又は増大させて、前記直接酸化燃料電池システムの温度を上昇させることができる前記温度調節システムと、
からなる直接酸化燃料電池システム。
【請求項２】
前記温度調節システムが、前記燃料電池システムの温度指示信号を発生するための温度センサを備えている請求項1に記載の直接酸化燃料電池システム。
【請求項３】
前記温度調節システムが、前記センサに接続されており、且つ前記燃料電池システムの温度を上昇させるために追加の燃料を前記燃料極に供給すべきか否かを決定するための前記信号に応答するコントローラをさらに備えている請求項2に記載の直接酸化燃料電池システム。
【請求項４】
前記温度調節システムが、前記燃料源から前記燃料極に供給される燃料量を変化させるための、前記コントローラに接続され且つそれに応答する弁をさらに備えている請求項3に記載の直接酸化燃料電池システム。
【請求項５】
前記温度調節システムが、前記燃料電池システムの温度と所定の関係を有する前記燃料電池システムの電気的特性、並びに前記燃料電池システムの温度が前記所定の温度あるいは温度範囲よりも低いことを示す、コントローラが発生させる信号に応答して燃料濃度を制御する請求項1に記載の直接酸化燃料電池システム。
【請求項６】
直接酸化燃料電池システムであって、該システムが、
燃料極、空気極、及び該燃料極と空気極の間に配置されている電解質膜と、
前記空気極に接続されている空気又は酸素源と、
炭素系燃料源と、
前記燃料源と前記空気極に接続されている温度調節システムであって、前記直接酸化燃料電池システムの温度に応答し、それによって、前記温度が所定の温度あるいは温度範囲より低いときには、前記直接酸化燃料電池システムが前記空気極に燃料を直接適用することにより、前記空気極において燃料の酸化を生じさせて前記直接酸化燃料電池システムの温度を上昇させることができる前記温度調節システムと、
からなる前記直接酸化燃料電池システム。
【請求項７】
前記温度調節システムが、前記燃料電池システムの温指示信号を発生するための温度センサを備えている請求項6に記載の直接酸化燃料電池システム。
【請求項８】
前記温度調節システムが、前記センサに接続されており、且つ前記燃料電池システムの温度を上昇させるために追加の燃料を前記燃料極に供給すべきか否かを決定するための前記信号に応答するコントローラをさらに備えている請求項7に記載の直接酸化燃料電池システム。
【請求項９】
前記温度調節システムが、前記燃料源から前記燃料極に供給される燃料量を変化させるための、前記コントローラに接続され且つそれに応答する弁をさらに備えている請求項8に記載の直接酸化燃料電池システム。
【請求項１０】
前記温度調節システムが、前記燃料電池システムの温度と所定の関係を有する前記燃料電池システムの電気的特性、並びに前記燃料電池システムの温度が前記所定の温度あるいは温度範囲より低いことを示す、コントローラが発生させる信号に応答して燃料濃度を制御する請求項6に記載の直接酸化燃料電池システム。
【請求項１１】
直接酸化燃料電池システムであって、該システムが、
燃料極、空気極、及び該燃料極と空気極の間に配置されている電解質膜と、
前記空気極に接続されている空気又は酸素源と、
炭素系燃料源と、
前記燃料源から前記燃料極あるいは前記空気極への燃料の送出を制御することにより、又は、その中を流れる燃料の少なくともいくらかの酸化によって熱を発生させるコンジットを通る燃料の流量を制御することにより、前記直接酸化燃料電池システムの温度を制御する温度調節システムと、
からなる前記直接酸化燃料電池システム。
【請求項１２】
前記温度調節システムが、前記燃料電池システムで発生した電流あるいは電圧と、燃料電池システムの温度が所定の温度範囲よりも低いことを示す信号と、に応答して燃料送出を制御する請求項10に記載の直接酸化燃料電池システム。
【請求項１３】
直接酸化燃料電池システムであって、該システムが、
燃料極、空気極、及び該燃料極と空気極の間に配置されている電解質膜と、
前記空気極に接続されている空気又は酸素源と、
炭素系燃料源と、
燃料電池システムの温度を上昇させる熱を発生させるためのコンジットであって、前記燃料源に接続されており、且つ触媒を備える内部側壁を有し、前記側壁が前記コンジット内へ空気を進入させ、それによって、燃料が前記コンジットを通り且つ前記触媒を横切って流れると前記燃料のいくらかが酸化される前記コンジットと、
からなる直接酸化燃料電池システム。
【請求項１４】
前記コンジットが、複数のコンジット分岐管、付随弁及びコントローラを含んでおり、熱の発生が、より多数の分岐管を通って燃料が流れるように弁を制御することで増大し、前記流れをより少数の分岐管に限定することで低減される請求項13に記載の直接酸化燃料電池システム。
【請求項１５】
前記コンジットへの空気の進入を制御するための手段をさらに含んでおり、それによって、発生する熱量が制御される請求項13に記載の直接酸化燃料電池システム。
【請求項１６】
直接酸化燃料電池システムであって、該システムが、
燃料極、空気極、及び該燃料極と空気極の間に配置されている電解質膜と、
前記空気極に接続されている空気又は酸素源と、
炭素系燃料源と、
前記燃料源に接続されており、コンジットを通る燃料の流量を制御するための1つ又はより多くの熱駆動制御弁であって、2つ又はより多くの異なる材料から構成されており、第一の材料は比較的低い熱膨張係数を有し、且つ第二の材料は比較的高い熱膨張係数を有しており、それによって、比較的低温では前記弁が開き、比較的暖かい温度では弁が閉じる前記熱駆動制御弁と、
からなる直接酸化燃料電池システム。
【請求項１７】
ダイレクトメタノール形燃料電池システム内の温度を制御する方法であって、該方法が、
(1)  前記システムの温度を検知するステップと、
(2)  前記検知した温度が所定の温度あるいは温度範囲より低いか否かを判定するステップと、
(3)  前記検知した温度が前記所定の温度あるいは範囲以上のときに、ステップ(1)とステップ(2)を繰り返すステップと、
(4)  前記検知した温度が前記所定の温度あるいは範囲より低いときに、前記システムの温度を上昇させるために、それまでにどの位の量のメタノールが前記システムに送出されたかを判定するステップと、
(5)  前記システムの温度を上昇させるためにそれまでに前記システムに送出された燃料量が所定の最大限度量より少ないときに、前記燃料の酸化を生じさせるか又は増大させる方法で燃料を投入し、それによって、熱を発生させて前記システムの温度を上昇させるステップと、
からなる前記方法。
【請求項１８】
前記ステップ(5)において、電解質膜を介する燃料のクロスオーバーを促進させるために燃料を前記システムの燃料極に投入し、それによって空気極において前記クロスオーバーした燃料のいくらかの酸化を生じさせるか又は増大させて前記システムの温度を上昇させる請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
前記ステップ(5)において、前記システムの空気極に燃料を投入し、それによって前記空気極において燃料の酸化を生じさせるか又は増大させて前記システムの温度を上昇させている請求項17に記載の方法。
【請求項２０】
前記ステップ(5)において、燃料をコンジットを介して投入し、前記コンジットが触媒を含む内部側壁を有しており、前記側壁が前記コンジット内へ空気を進入させ、それによって、燃料が前記コンジットを通り前記触媒を横切って流れると前記燃料のいくらかが酸化されて熱が発生する、請求項17に記載の方法。
【請求項２１】
前記コンジットが、複数のコンジット分岐管、付随弁及びコントローラを備えており、それによって、熱の発生が、より多数の分岐を通って燃料が流れるように弁を制御することで増大し、前記流れをより少数の分岐管に制限することで低減される請求項20に記載の方法。
【請求項２２】
前記コンジット内への空気の進入を制御し、それによって発生する熱量を制御する請求項20に記載の方法。
【請求項２３】
ダイレクトメタノール形燃料電池システム内の温度を制御する方法であって、該方法が、
(1)  前記燃料電池システムの温度と所定の関係を有する、電流あるいは電圧を含む前記システムの電気的特性を検知するステップと、
(2)  前記燃料電池システムの温度が所定の温度範囲より低いか否かを判定するステップと、
(3)  前記温度が所定の範囲以上のときに、ステップ(1)とステップ(2)を繰り返すステップと、
(4)  前記温度が所定の範囲より低いときに、前記システムに導入する燃料の量を増大させるステップと、
からなる前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して燃料電池の分野に関し、より具体的には、低温環境での性能を改善するために、セル内の温度を上昇させ、制御することのできる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電気化学的反応を利用して電力を発生する装置である。セルの構成要素として選択された材料にもよるが、様々な種類の物質が燃料として適している。メタノールやホルムアルデヒドのような有機物質は、高い固有エネルギーを有するため、燃料として魅力的な選択肢である。
【０００３】
燃料電池システムは、"改質器ベース"(即ち、燃料はセルに導入される前にある方法でそれらの中で処理される)、又は、燃料が内部処理を経ることなく直接セルに供給される"直接酸化"の2種に分けることができるであろう。現在利用することができる燃料電池のほとんどは改質器ベースのタイプであるが、燃料処理が必要となるために、直接酸化システムと比較して、それらの適用は比較的大規模用途に制限される。
【０００４】
直接酸化システムの例として、ダイレクトメタノール形燃料電池、即ち、DMFCを挙げることができる。DMFCでは、燃料極での電気化学反応は、メタノールと水とを、CO2、H+及びe-に変換するものである。より具体的には、燃料極において炭素系燃料の直接的な燃料極による酸化を可能にする触媒の存在下で、炭素系燃料(典型的にはメタノール水溶液)をプロトン伝導性を示す電子非伝導膜に適用する。触媒と接触すると、燃料の水素原子は燃料分子の他の成分から分離される。外部負荷を介して燃料極と空気極とを接続する回路をつなぐと、水素のプロトン及び電子は分離し、生じたプロトンは電解質膜を通過し、電子は外部負荷を通って移動する。プロトンと電子は、空気極に供給された酸素と空気極で結合し、空気極で水を生成する。燃料の炭素成分は燃料極でCO2に変換され、これによって、さらなるプロトンと電子が発生する。
【０００５】
現在の電解質膜はメタノールと水に対して透過性を示す。そのため、電気を発生させることなくメタノールは電解質膜を通って空気極側に到達することがある。この現象は、通常"メタノールクロスオーバー"と呼ばれ、DFMCの効率を減少させ、且つセルの空気極側で"クロスオーバー"したメタノールが酸化する結果、熱を発生させる。現在、メタノールを水で希釈することによってメタノールのクロスオーバーを低減させており、およそ3％メタノールのメタノール溶液がDMFCの燃料として使用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
最適な定常状態での作動中、DMFCが電力を供給する用途にもよるが、DMFCは、一般に周囲の大気温度よりも高い温度、たいてい30℃〜80℃の温度で作動する。DMFC(及びDMFC電力システム)の性能は、DMFCの温度に関係する。そのため、DMFCを長期間作動させなかったり、低温の周囲環境下での作動が要求される場合、DMFCは、典型的に、セルが作動中に発生する熱で暖まるまで最適には機能しない。これは、家電機器のような用途において、特に解決が困難である。何故なら、このような機器は、低温環境で使用されることもあるし、あるいは相当期間"停止"状態となることもあり、その間、DMFCが最適作動温度を下回る温度にまで冷えるからである。従って、可能な限り迅速に所望の電力を発生することができるように、DMFCを最適作動温度まで急速に上昇させるのを可能にするシステムの開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、熱を発生する酸化を起こすために燃料を直接空気極へ送ることによって、例えばDMFCなどの燃料電池の温度を上昇させ、且つ燃料電池温度を最適レベルに維持するための装置及び方法を提供する。燃料電池の温度を上昇させることによって、燃料電池の"低温始動"性能が改善される。好ましい実施形態において、燃料はバイパス燃料アセンブリを通って燃料電池の空気極側へ直接供給され、セル内で迅速に熱を発生させる。バイパス燃料アセンブリは、温度センサ、コントローラ、及びバイパス弁を備えている。センサは、セル内の温度を検知し、温度指示信号をコントローラに送信する。温度センサからの信号に応答して、コントローラはセル温度を上昇させるためにバイパス弁を介して燃料を空気極へ送るか否かを決定する。あるいは又、燃料電池の電気特性やその他の特性を利用してメタノール流を空気極へ送り、燃料電池内の温度センサの必要性を取り除くことができる。
【０００８】
本発明の第一の代替実施形態によれば、燃料電池を作動させるのに必要とされる量以上の付加的な燃料が燃料極に適用される。燃料極における燃料濃度の上昇により、電解質膜を介する燃料のクロスオーバーが加速されるため、燃料極に存在する燃料の量が増大し、次いで酸化によって発生する熱量が増大する。
【０００９】
本発明の第二の代替実施形態によれば、燃料源とDMFCの燃料極あるいは空気極との間にコンジットが設けられる。コンジットの側壁は、外部からの空気をコンジットに流入させるアッセンブリと燃料が通過する触媒とを含んでいる。コンジットを通って燃料が流れると、触媒が燃料のいくらかを酸化させ、これによって、燃料極あるいは空気極、又はその両方へ流入し、DMFC及びDMFC電力システムの温度を上昇させる熱が発生する。コンジットを一連の分岐管（そのうちの少なくともいくつかは触媒アッセンブリを備えている）へと拡張し、さらに、分岐管の間に多数のバルブを配置することにより、発生する熱量をより正確に制御することができる。あるいは又、コンジットを通過する流れを制御する絞り弁とともに、片枝のコンジットを配設することができ、それにより、DMFCの温度を調節できる。
【００１０】
本発明の別の形態によれば、DMFCの温度を上昇させるのに用いられる燃料の流量を、電気あるいは熱のいずれかで作動する制御弁で制御する。熱で作動するタイプでは、異なる膨張係数を有する2種の材料から弁を構成することができる。温度が比較的低いとき、弁が開いて燃料をDMFCに流すため、結果的に温度が上昇する。温度が十分な高さに高まると、弁が閉じて燃料の流れを遮断する。その結果、温度センサ、コントローラ、あるいはバイパス弁を必要とすることなく、DMFCの温度が良好に調節される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、図面を参照しながら本発明を説明する。
【００１２】
図1は、当分野で周知のダイレクトメタノール形燃料電池(DMFC)100の概略図を示しており、ハウジング101は、空気極102、電解質膜103、及び燃料極104を収めている。負荷105は、空気極102と燃料極104とに渡って接続されている。メタノール又はメタノール／水溶液がハウジング101の燃料極104側に導入され、一方、ハウジング101の空気極102側には酸素が導入される。酸素源は好ましくは周囲空気であるが、その他の源も利用し得る。燃料極104及び空気極102での反応の結果、電子は燃料極104から負荷105を経由して空気極102へと配線中を流れ、一方、水素イオンは燃料極104から膜103を通って空気極102へと流れる。反応が継続し、回路が閉じている限り、電流は負荷105を流れ続ける。
【００１３】
DMFC 100は、プロトン伝導膜(例えば、デュポン社から入手可能なナフィオン(登録商標)など)、及び白金／ルテニウム混合物(ジョンソンマッセイ社及びその他の専門会社から入手可能)などの触媒、あるいは酸充填多孔質分離器を用いて、種々の市販材料から組み立てることができる。DMFC 100の残りの構成要素は、現行組立て技術及び容易に入手可能な材料を用いて組み立てることができる。
【００１４】
図2を参照すると、本発明の温度制御システムと共に使用可能なダイレクトメタノール形燃料電池(DMFC)電力システム200が図示されている。燃料送出アセンブリ201からの燃料をポンプ202に直接供給するか、あるいは又、ポンプの上流に配置されるリザーバ(図示せず)に供給してもよい。ガス分離器203を介して燃料極排出物からの液体が、第二のガス分離器204を介して空気極排出物からの液体が、それぞれポンプ202に供給されるか、又はポンプ202によって汲み上げられ、コンジット205を介してDMFC 100の燃料極へと燃料溶液が送り込まれる。ガス分離器203及び204は、CO2透過性／水不透過性の膜、あるいは、当分野において周知の種々の他の技術をベースにしていてもよい。本発明は、ガス分離器の存在に依存するものではなく、そのような分離器を備えていない燃料電池システムで使用することができる。
【００１５】
ガス分離器203は、燃料極104からの排液を受容し、それを液体(即ち、未反応のメタノール又は、メタノールと水)と、外部環境に排出される二酸化炭素ガスとに分離する。液体成分は、DMFC 100に再循環させるため、ポンプ202に戻される。気体成分も、あるいは又、ポンプ202に戻して、自己の米国特許出願第09/717,754号の教示に従って、ポンプを駆動するのに使用することができる。ポンプ202は、水、純メタノール、及び燃料溶液の投入流れの各々の流量割合を制御するように設計することができる。図3を参照すると、バイパス燃料アセンブリ(BFA)301が追加された図2のDMFC電力システム200が図示されている。バイパス燃料アセンブリ301は、コンジット302を介してDMFC 100の空気極102に燃料を供給する機能がある。そのような燃料は、通常空気極102に存在する酸素(周囲空気又はその他の源)と反応して酸化され、DMFC 100の温度を上昇させる熱を発生させる。純燃料はより濃く濃縮されており、このため酸化されるとより速い速度で熱を発生させるため、バイパス燃料アセンブリ301は、システムを循環していない"純"燃料を供給することが好ましい。所望であれば、燃料送出アセンブリ201以外の燃料源(図示せず)を用いて、BFA 301に燃料を供給することもできる。燃料送出システムが内部燃料タンク、外部燃料カートリッジ、又は内部供給源及び外部供給源の組合せを備え得ることは理解されたい。
【００１６】
図4は、本発明の代替の実施形態を示しており、この形態では、図3のDMFC電力システムは、コンジット302を省いてコンジット401を追加することによって変更されている。この実施形態においては、コンジット401が、BFA 301からDMFC 100の燃料極104へ燃料を供給する。コンジット401を介して供給された燃料によって、燃料極104における燃料濃度が効率よく高まるため、膜103を介するメタノールクロスオーバーが増大する。あるいは又、BFA 301を、燃料ポンプ202の流量を増大するのに使用することができ、それによりコンジット205内の燃料濃度、次いで燃料極104における燃料濃度が増大する。より高い燃料濃度によって、メタノールクロスオーバーが増大するため、空気極102で酸化されるメタノールが追加され、それにより、DMFC 100及びDMFC電力システム200の温度が上昇する。そのようなクロスオーバーのため、DMFC 100の空気極102側において、酸化され熱を発生するメタノールが増大する。システム400は、システム300と比較して、ゆっくりとDMFC 100の温度を上昇させる。システム300と400を組合せたシステムを構成することが有利であろうことは当業者には理解されよう。そのように組合せたシステムは、適切に使用されるならば、最適な作動温度にDMFCの温度を急速に上昇させることが要求される際の急速な加熱、並びに継続作動中のDMFC温度の効率的な制御の両方をもたらすであろう。
【００１７】
図5を参照すると、バイパス燃料アセンブリ301の好ましい実施形態が、ブロック図形式で示されている。コントローラ501は、温度センサ502及び弁503に接続される。温度センサ502は、DMFC 100あるいはDMFC電力システム200の温度を検知し、コントローラ501にその温度指示信号を送信する。検知された温度に基づき、コントローラ501が弁503を開閉し、より多くあるいはより少ないメタノールをDMFC 100へ送出することにより、適宜温度を上げたり下げたりすることができる。
【００１８】
温度センサ502には、例えば熱電対などの種々の市販されている直接的な温度測定装置のいずれを用いても実施することができる。あるいは又、限定はしないが、DMFC 100で生成された電圧又は電流を測定する装置を含む間接的な温度測定法も使用することができる。これは、DMFC 100の作動温度がその電力出力に密接に関係することが知られているため可能である。従って、DMFC 100で生成された所与の電流における電圧、あるいは所与の電圧における電流を測定することで、温度を計算するか、又は、電力／温度の関係に基づいた表を参照することで温度を得ることができる。DMFCの温度を間接的に測定するのに使用できる他の関係があり、それには、単なる例としてだが、所与の時間における二酸化炭素及び水の発生との関係が含まれる。
【００１９】
図6は、本発明の代替の実施形態を示しており、この形態では、コンジットアセンブリ600が、DMFC電力システム200あるいは300の温度を上昇させる熱を発生させるために使用される。コンジットアセンブリ600の構造は、コンジット205(図2)、コンジット302(図3)、DMFC内あるいはDMFCに取付けられている他のコンジット、熱発生機能専用に設けられた別個のコンジット、あるいは前述の組合せを実施するのに用いることができる。酸化パック601がコンジット壁604へ一体化されている。1つ以上の酸化パックをコンジット壁604へ一体化することができることは理解されよう。酸化パック601は、空気透過膜602と触媒／支持物質603とを備える。触媒／支持物質603は、純メタノールあるいはメタノール水溶液がそこを通過する際に熱を発生する酸化が起こるように、コンジットアセンブリ600の内部に露出される。酸化を助ける空気は、気体透過性であるが純メタノール、水、あるいはメタノール水溶液は透過しない膜601によって利用可能となる。
【００２０】
コンジットアセンブリ600によって発生する熱量を制御するために、コンジットを通るメタノールの流れを制御するためのある装置が必要である。図7Aは、そのような装置の一つをブロック図形式で示している。一連の酸化パック601a〜601fは、一連のコンジットの分岐管701a〜701f上に配置されている。弁503a〜501fは、それほど熱を必要としない場合に、特定の分岐管701を遮断する機能を有する。例えば、コントローラ501(図5)が、センサ502から、より高い温度指示値を受信した(即ち、それほど熱を必要としない)場合、コントローラ501は弁503bを閉じて酸化パック601cを遮断することができる。同様に、弁503aを閉じることにより、酸化パック601a、601c及び601dを一つのグループとして効率的に遮断することができる。このように、発生した熱量を、適宜、急速にあるいはゆっくりと増大又は減少させることができる。あるいは又、コンジット内のメタノールの流量ではなく、酸化パック601を通過する空気の流量を、酸化速度を制御するために調節することができる。そのような空気の調節は、一連の弁、封止剤又は当業者に既知の他の装置やアッセンブリを組み込むことで達成できる。
【００２１】
図7Bは、3つの酸化パック601g〜601iを使用して酸化プレナム702を形成している閉鎖型コンジット700を示している。弁701は、プレナム702へ流入する燃料の流れを制御する。閉鎖型コンジット700は、図7Aのコンジットアセンブリ600c〜600fの代用となり得る。
【００２２】
図8A及び図8Bを参照すると、本発明の代替実施形態が示されている。弁803は、2種の異なる材料から構成されている。ベース材料802は、その形状や容積が温度変化の影響をほとんど、あるいは全く受けないように、低い熱膨張係数を有することが好ましい。そのような材料の例をいくつか挙げると、シリコン又は化学的に不活性なプラスチックがある。膨張材料801は、温度の増加によって膨張材料801の容積が増大するように、比較的高い熱膨張係数を有するのが好ましい。そのような材料の例には、化学的には不活性であるが熱応答性のプラスチックがある。
【００２３】
図8Aは、温度が十分に低い、即ち、弁が開いている時の弁803を示している。即ち、膨張材料801の容積は、純メタノール、又はメタノール水溶液が材料801と802の間の空隙を通り抜けることができる程度に十分に小さい。温度が十分に上昇すると、図8Bに図示しているように、材料801が膨張して空隙を塞ぐため、弁803を通ってDMFC電力システム200あるいは300へと流れる燃料溶液の容量が制限される。適切な熱膨張係数を有する材料801及び802を選択することで、弁803は燃料の流量を調節することができ、それによって、機能上、コントローラ501、温度センサ502及び弁503に取って代わることができる。
【００２４】
図5及び図9を参照すると、DMFCの温度を制御する方法が説明されている。この方法は、コントローラ501を適切にプログラムすることによって好ましく実施される。ステップ901では、コントローラ501がDMFC内の現在の温度を示す信号を受信する。上述したように、DMFC内の温度は、様々な方法によって、直接的にあるいは間接的に測定することができる。ステップ902では、コントローラ501が、現在の温度が最適な温度範囲内にあるか、範囲より上にあるか、あるいは範囲より下にあるかを判定する。温度が最適範囲内あるいは範囲より上にある場合、コントローラ501は弁503を介してメタノールを投入しない。そうする代わりに、コントローラ501はステップ903においてDMFCの温度が再度測定されるまでの所定の時間待機する。
【００２５】
DMFC内の現在の温度が最適範囲を下回る場合、コントローラ501はステップ904において、DMFC内の温度を上昇させるため、それまでにどの位の量のメタノールが投入されたかを測定するため、カウンタ又は予め記憶装置に格納しておいた数値を参照する。その目的のために投入することができるメタノールの総量は、DMFC内のメタノール濃度が最適な範囲内に維持されるよう制限されるのが好ましい。従って、ステップ905で追加されるメタノールは、前記の総量の上限に達しないという条件で投入される。メタノールの投入を制御するために追加の制御ステップを加え得ることは理解されよう。
【００２６】
本発明の前出の実施形態の少なくともいくつかはDMFC以外の直接酸化燃料電池と共に使用可能であることは理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】当分野で周知のダイレクトメタノール形燃料電池のブロック図
【図２】当分野で周知のダイレクトメタノール形燃料電池電力システムのブロック図
【図３】本発明の好ましい実施形態に従って構成されたダイレクトメタノール形燃料電池電力システムのブロック図
【図４】本発明の第１の代替実施形態に従って構成されたダイレクトメタノール形燃料電池電力システムのブロック図
【図５】図３及び図４のバイパス燃料アセンブリのブロック図
【図６】本発明の第２の代替実施形態で用いられるコンジットのブロック図
【図７Ａ】本発明の図６の実施形態で使用されるためのコンジット分岐管装置のブロック図
【図７Ｂ】図６の酸化パックに組み込まれる閉鎖型コンジットのブロック図
【図８Ａ】本発明の第３の代替実施形態のバルブ又はコンジットの概略断面図
【図８Ｂ】本発明の第３の代替実施形態のバルブ又はコンジットの概略断面図
【図９】ダイレクトメタノール形燃料電池内の温度を制御する方法のフローチャート
【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７Ａ】
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【図８Ａ】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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