(57)【要約】【課題】液体燃料電池の燃料供給方法の提供。【解決手段】先ず負荷のそれぞれ異なる電気的負荷値及びそれが対応する臨界濃度値、臨界出力値に基づき、第一曲線方程式と第二曲線方程式を確定し、該第一曲線方程式は該負荷が既に明らかな電気的負荷値を備えるとの条件の下、該燃料の臨界濃度値を算出し、該第二曲線方程式は該負荷が既に明らかな電気的負荷値を備えるとの条件の下、該燃料の臨界出力値を算出する。該燃料の濃度に変化が生じた時、この時の負荷の電気的負荷値と負荷が消耗する出力値を測定し、該第一曲線方程式と該第二曲線方程式を利用し、該燃料の臨界濃度値と負荷の臨界出力値を算出する。測定で得られた該負荷が消耗する出力値が算出された該臨界出力値より大きくないかどうかを判断し、もしそうなら、新しい燃料を該燃料電池中に提供する。【選択図】図１
2007294453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料電池の燃料供給方法は以下のステップを含み、
（Ａ）濃度が明らかな燃料を液体燃料電池に提供し、該液体燃料電池は電化学反応を生じ電力を発生し、該燃料は高濃度液体燃料と水溶液を混合し形成し、該高濃度液体燃料と該水溶液は、該濃度が明らかな燃料中においてそれぞれ第一含有量及び第二含有量を備え、（Ｂ）負荷と該液体燃料電池を電気的に連接し、しかも該負荷の電気的負荷値を変化させ、
（Ｃ）異なる電気的負荷値を備える負荷に対して、その時の液体燃料の濃度値と負荷が消耗する出力値をそれぞれ測定し記録し、
（Ｄ）ステップ（Ｃ）の進行中に、異なる電気的負荷値を備える負荷に対して臨界濃度値と臨界出力値をそれぞれ選出し、該臨界出力値は該燃料の濃度が該臨界濃度値に達した時に、該負荷が消耗する出力値で、
（Ｅ）該負荷のそれぞれ異なる電気的負荷値及びそれが対応する臨界濃度値、臨界出力値に基づき、第一曲線方程式と第二曲線方程式を確定し、該第一曲線方程式は該負荷が既に明らかな電気的負荷値を備えるとの条件の下、該燃料の臨界濃度値を算出し、該第二曲線方程式は該負荷が既に明らかな電気的負荷値を備えるとの条件の下、該燃料の臨界出力値を算出し、
（Ｆ）該燃料の濃度に変化が生じた時、この時の負荷の電気的負荷値と負荷が消耗する出力値を測定し、ステップ（Ｅ）で作成した該第一曲線方程式と該第二曲線方程式を利用し、該燃料の臨界濃度値と負荷の臨界出力値を算出し、
（Ｇ）ステップ（Ｆ）中で得られた該負荷が消耗する出力値がステップ（Ｆ）中で算出された該臨界出力値より大きくないかどうかを判断し、もしそうなら、新しい燃料を該燃料電池中に提供することを特徴とする液体燃料電池の燃料供給方法。
【請求項２】
前記ステップ（Ｇ）はさらに以下のステップを含み、
この時の該燃料の残余容積を測定し、ステップ（Ｆ）の該燃料の臨界濃度値に基づき、この時の該燃料中の高濃度液体燃料の別の第一含有量及び該水溶液の別の第二含有量を算出し、
第一補充量と第二補充量を算出し、該第一補充量は該第一含有量と該別の第一含有量の差異値で、該第二補充量は該第二含有量と該別の第二含有量の差異値で、
該第一補充量を備えた新たな該高濃度液体燃料と該第二補充量を備えた新たな該水溶液を該液体燃料電池中に供給することを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池の燃料供給方法。
【請求項３】
前記負荷の電気的負荷値は電圧値であることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池の燃料供給方法。
【請求項４】
前記負荷の電気的負荷値は電流密度値であることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池の燃料供給方法。
【請求項５】
前記電流密度値は１６．３３（ｍＡ／ｃｍ2）と８１．６３（ｍＡ／ｃｍ2）の間であることを特徴とする請求項４記載の液体燃料電池の燃料供給方法。
【請求項６】
前記臨界濃度値は２．５（ｖｏｌ％）と３．５（ｖｏｌ％）の間であることを特徴とする請求項４記載の液体燃料電池の燃料供給方法。
【請求項７】
前記燃料はメタノール水溶液であることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池の燃料供給方法。
【請求項８】
前記高濃度液体燃料は純メタノールであることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池の燃料供給方法。
【請求項９】
前記液体燃料電池は直接メタノール燃料電池であることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池の燃料供給方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種の燃料供給方法に関する。特に一種の安定的にかつ適当な濃度の液体燃料を長時間液体燃料電池に供給可能な液体燃料電池の燃料供給方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は燃料及び酸化剤が蓄える化学エネルギーを電極反応を通して直接電気エネルギーに転化する発電装置である。燃料電池の種類は非常に多く、分類方式もそれぞれ異なる。電解質の性質の違いに基づき区分するなら、アルカリ性燃料電池、リン酸燃料電池、陽子交換膜燃料電池、溶融炭酸塩燃料電池、固体酸化物燃料電池の５種に分類される。そのうち、陽子交換膜燃料電池はいわゆる直接メタノール燃料電池を含む。該直接メタノール燃料電池はメタノールを水素に変化させずに直接燃料とするもので、現在開発されている中ではエネルギー効率が比較的高い技術の一つである。大型発電所、自動車用発電機、携帯式電源などへの応用が目標とされている。
【０００３】
公知の技術においては、気体燃料電池、液体燃料電池（直接メタノール燃料電池など）共に商品化に向けた過程において直面している課題は、電力出力性能の安定性である。液体燃料電池において、その電力出力性能に影響を及ぼす原因は非常に多く、液体燃料の濃度もその内の一つである。燃料電池の電力出力を安定させるためには、液体燃料を液体燃料電池の電化学反応区に均一に分布させる必要がある他、安定的でかつ適当な濃度の液体燃料を液体燃料電池中に供給することはさらに重要である。このようにして初めて電力出力安定の目的を達成することができる。
【０００４】
しかし、公知の技術では、液体燃料電池の作動過程において、新しい液体燃料を添加する時期と添加量を正確に掌握することができないため、補給後の濃度は時間と共に、当初設定した最適範囲を徐々に離れて行く。こうして、液体燃料電池の全体的電力出力性能は理想状態を達成不能となってしまう。この欠点は公知の液体燃料電池が商品化に結びつかない原因の一つとなっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記構造の問題点を解決した液体燃料電池の燃料供給方法を提供するものである。
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は下記の液体燃料電池の燃料供給方法を提供する。それは液体燃料電池の燃料供給方法を提供し、それにより安定的にかつ適当な濃度の液体燃料を長時間液体燃料電池に供給可能である。すなわちそれは以下のステップを含み、（Ａ）濃度が明らかな燃料を液体燃料電池に提供し、該液体燃料電池は電化学反応を生じ電力を発生し、該燃料は高濃度液体燃料と水溶液を混合し形成し、該高濃度液体燃料と該水溶液は、該濃度が明らかな燃料中においてそれぞれ第一含有量及び第二含有量を備え、（Ｂ）負荷（Load）と該液体燃料電池を電気的に連接し、しかも該負荷の電気的負荷値を変化させる。（Ｃ）異なる電気的負荷値を備える負荷に対して、その時の液体燃料の濃度値と負荷が消耗する出力値をそれぞれ測定し記録する。（Ｄ）ステップ（Ｃ）の進行中に、異なる電気的負荷値を備える負荷に対して臨界濃度値と臨界出力値をそれぞれ選出し、該臨界出力値は該燃料の濃度が該臨界濃度値に達した時に、該負荷が消耗する出力値である。（Ｅ）該負荷のそれぞれ異なる電気的負荷値及びそれが対応する臨界濃度値、臨界出力値に基づき、第一曲線方程式と第二曲線方程式を確定し、該第一曲線方程式は該負荷が既に明らかな電気的負荷値を備えるとの条件の下、該燃料の臨界濃度値を算出し、該第二曲線方程式は該負荷が既に明らかな電気的負荷値を備えるとの条件の下、該燃料の臨界出力値を算出する。（Ｆ）該燃料の濃度に変化が生じた時、この時の負荷の電気的負荷値と負荷が消耗する出力値を測定し、ステップ（E）で作成した該第一曲線方程式と該第二曲線方程式を利用し、該燃料の臨界濃度値と負荷の臨界出力値を算出する。（Ｇ）ステップ（Ｆ）中で得られた該負荷が消耗する出力値がステップ（Ｆ）中で算出された該臨界出力値より大きくないかどうかを判断し、もしそうなら、新しい燃料を該燃料電池中に提供する。
【０００７】
内、ステップ（Ｇ）はさらに以下のステップを含み、この時の該燃料の残余容積を測定し、ステップ（Ｆ）の該燃料の臨界濃度値に基づき、この時の該燃料中の高濃度液体燃料の別の第一含有量及び該水溶液の別の第二含有量を算出する。第一補充量と第二補充量を算出し、該第一補充量は該第一含有量と該別の第一含有量の差異値で、該第二補充量は該第二含有量と該別の第二含有量の差異値である。該第一補充量を備えた新たな該高濃度液体燃料と該第二補充量を備えた新たな該水溶液を該液体燃料電池中に供給することを特徴とする液体燃料電池の燃料供給方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、液体燃料電池の燃料供給方法は以下のステップを含み、
（Ａ）濃度が明らかな燃料を液体燃料電池に提供し、該液体燃料電池は電化学反応を生じ電力を発生し、該燃料は高濃度液体燃料と水溶液を混合し形成し、該高濃度液体燃料と該水溶液は、該濃度が明らかな燃料中においてそれぞれ第一含有量及び第二含有量を備え、（Ｂ）負荷と該液体燃料電池を電気的に連接し、しかも該負荷の電気的負荷値を変化させ、
（Ｃ）異なる電気的負荷値を備える負荷に対して、その時の液体燃料の濃度値と負荷が消耗する出力値をそれぞれ測定し記録し、
（Ｄ）ステップ（Ｃ）の進行中に、異なる電気的負荷値を備える負荷に対して臨界濃度値と臨界出力値をそれぞれ選出し、該臨界出力値は該燃料の濃度が該臨界濃度値に達した時に、該負荷が消耗する出力値で、
（Ｅ）該負荷のそれぞれ異なる電気的負荷値及びそれが対応する臨界濃度値、臨界出力値に基づき、第一曲線方程式と第二曲線方程式を確定し、該第一曲線方程式は該負荷が既に明らかな電気的負荷値を備えるとの条件の下、該燃料の臨界濃度値を算出し、該第二曲線方程式は該負荷が既に明らかな電気的負荷値を備えるとの条件の下、該燃料の臨界出力値を算出し、
（Ｆ）該燃料の濃度に変化が生じた時、この時の負荷の電気的負荷値と負荷が消耗する出力値を測定し、ステップ（Ｅ）で作成した該第一曲線方程式と該第二曲線方程式を利用し、該燃料の臨界濃度値と負荷の臨界出力値を算出し、
（Ｇ）ステップ（Ｆ）中で得られた該負荷が消耗する出力値がステップ（Ｆ）中で算出された該臨界出力値より大きくないかどうかを判断し、もしそうなら、新しい燃料を該燃料電池中に提供することを特徴とする液体燃料電池の燃料供給方法としている。
請求項２の発明は、前記ステップ（Ｇ）はさらに以下のステップを含み、
この時の該燃料の残余容積を測定し、ステップ（Ｆ）の該燃料の臨界濃度値に基づき、この時の該燃料中の高濃度液体燃料の別の第一含有量及び該水溶液の別の第二含有量を算出し、
第一補充量と第二補充量を算出し、該第一補充量は該第一含有量と該別の第一含有量の差異値で、該第二補充量は該第二含有量と該別の第二含有量の差異値で、
該第一補充量を備えた新たな該高濃度液体燃料と該第二補充量を備えた新たな該水溶液を該液体燃料電池中に供給することを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池の燃料供給方法としている。
請求項３の発明は、前記負荷の電気的負荷値は電圧値であることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池の燃料供給方法としている。
請求項４の発明は、前記負荷の電気的負荷値は電流密度値であることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池の燃料供給方法としている。
請求項５の発明は、前記電流密度値は１６．３３（ｍＡ／ｃｍ2）と８１．６３（ｍＡ／ｃｍ2）の間であることを特徴とする請求項４記載の液体燃料電池の燃料供給方法としている。
請求項６の発明は、前記臨界濃度値は２．５（ｖｏｌ％）と３．５（ｖｏｌ％）の間であることを特徴とする請求項４記載の液体燃料電池の燃料供給方法としている。
請求項７の発明は、前記燃料はメタノール水溶液であることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池の燃料供給方法としている。
請求項８の発明は、前記高濃度液体燃料は純メタノールであることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池の燃料供給方法としている。
請求項９の発明は、前記液体燃料電池は直接メタノール燃料電池であることを特徴とする請求項１記載の液体燃料電池の燃料供給方法としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は具体的な実験数値に基づき作成する第二曲線方程式を通して、負荷は既に明らかな電気的負荷値を備える時には、該第二曲線方程式により該負荷の臨界出力値を算出し、これにより、該液体燃料電池の作動過程において、液体燃料電池の適当なアウトプット出力の下限を正確に掌握することができ、新たな液体燃料の添加時期を正確に掌握することができる。さらに、具体的な実験数値に基づき作成する第一曲線方程式を通して、高濃度液体燃料供給槽内の高濃度液体燃料の実際の消耗量と水溶液供給槽内の水溶液の実際の消耗量を正確に掌握することができるため、混合した液体燃料の濃度は安定し、しかも当初設定した最適範囲内を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を液体燃料電池の燃料供給方法に用いるフローチャートである図１、本発明方法が設置する液体燃料電池の燃料供給システム１０のブロックチャートである図３に示すように、本発明の燃料供給方法１０は液体燃料電池２００が必要とする液体燃料を供給するために用いる。内、本発明の液体燃料電池２００は直接メタノール燃料電池に適用可能で、直接メタノール燃料電池内の流体燃料は、メタノール水溶液などの液体燃料を使用する。本発明の燃料供給方法１０はステップ１００からステップ１１２までを含み、詳細を以下に説明する。
【００１１】
ステップ１００では、濃度が明らかな燃料（メタノール水溶液など）を液体燃料電池２００に提供し、該液体燃料電池２００は電化学反応を生じ電力を発生させる。該濃度が明らかな燃料は液体燃料供給槽２０６に保存し、しかもそれは高濃度液体燃料供給槽２１０内の高濃度液体燃料（純メタノールなど）と水溶液供給槽２１２内の水溶液を混合し形成する。この他、該高濃度液体燃料と該水溶液は、該濃度が明らかな燃料中においてそれぞれ第一含有量及び第二含有量を備える。該第一含有量は液位センサー２０６０が測定した液体燃料供給槽２０６中のその時の燃料量に、該明らかな濃度を掛け算し得られ、該第二含有量は該液体燃料供給槽２０６中のその時の燃料量と該第一含有量との間の差異値を計算し得られる。
【００１２】
ステップ１０２では、負荷２０２と該液体燃料電池２００を電気的に連接し、図３に示す制御ユニット２０４により該負荷２０２の電気的負荷値（電圧値或いは電流密度値など）を変化させる。
【００１３】
ステップ１０４では、異なる電気的負荷値を備える負荷２０２に対して、その時の液体燃料供給槽２０６内燃料の濃度値と負荷２０２が消耗する出力値をそれぞれ測定し記録する。該燃料濃度値の測定作業は、濃度センサー２０６２により行い、該負荷２０２出力値の測定作業は、該制御ユニット２０４により行う。最後に該異なる電気的負荷値と測定された濃度値、出力値は、該制御ユニット２０４に伝送され保存され、続いて各種必要な実験数値データベースが確定される。図４に示す実験数値データベースは、該燃料供給槽２０６内のメタノール水溶液の原始濃度が１０（ｖｏｌ％）で、しかも１６．３３（ｍＡ／ｃｍ2）と８１．６３（ｍＡ／ｃｍ2）の間の５種の異なる負荷電流密度値を該液体燃料電池２００に１〜２時間継続して提供し、操作温度が２５〜４０℃である条件下で、該制御ユニット２０４が確定する実験数値データベースである。
【００１４】
ステップ１０６ではステップ１０４の進行中に、異なる電気的負荷値を備える負荷２０２に対して臨界濃度値と臨界出力値をそれぞれ選出する。該臨界出力値は該燃料の濃度が該臨界濃度値に達した時に、該負荷２０２が消耗する出力値である。ここでも図４の例と同様に、該液体燃料電池２００は実際の運用の過程において、該燃料の濃度が該臨界濃度値まで低下した時には、該負荷２０２上の出力も当然低下する。この時、該負荷２０２が消耗する出力値は該臨界出力値と定義される。しかも、もし該負荷２０２が消耗する出力値が該臨界出力値より低い場合には、該液体燃料電池２００のアウトプット出力が理想的でないことを示し、また該液体燃料電池２００に提供される燃料濃度既に標準値（すなわち、臨界濃度値）を下回っていることを示す。この時には、該液体燃料電池２００のアウトプット出力の水準を回復するために、新しく、しかも濃度がより高い燃料を該液体燃料電池２００に添加しなければならない。図４に示すように、５個の黒点は、下から上へと負荷電流密度値が１６．３３、３２．６５、４８．９８、６５．１、８１．６３（ｍＡ／ｃｍ2）である時、該負荷２０２が消耗する臨界出力値の所在地をそれぞれ示す。また測定されたが各黒点はその時の臨界濃度値はそれぞれ２．７、２．８、３．０、３．２、３．４（ｖｏｌ％）である。上記の該臨界濃度値及び該臨界出力値の判断と選択作業は、主に該制御ユニット２０４により執行する。
【００１５】
ステップ１０８では、該負荷２０２のそれぞれ異なる電気的負荷値及びそれが対応する臨界濃度値、臨界出力値に基づき、第一曲線方程式と第二曲線方程式を確定する。該第一曲線方程式は該負荷２０２が既に明らかな電気的負荷値を備えるとの条件の下、該燃料の臨界濃度値を算出する。該第二曲線方程式は該負荷２０２が既に明らかな電気的負荷値を備えるとの条件の下、該燃料の臨界出力値を算出する。図５に示す第一曲線方程式は、実験により得られた図４のそれぞれ異なる電気的負荷値及びそれが対応する臨界濃度値に基づき確定された曲線方程式である。図６に示す第二曲線方程式は、実験により得られた図４のそれぞれ異なる電気的負荷値及びそれが対応する臨界出力値に基づき確定された曲線方程式である。
【００１６】
ステップ１１０では、該燃料の濃度に変化が生じた時、この時の負荷２０２の電気的負荷値と負荷２０２が消耗する出力値を測定し、ステップ１０８で作成した該第一曲線方程式（図５参照）、該第二曲線方程式（図６参照）を利用し、該制御ユニット２０４により該燃料の臨界濃度値と負荷２０２の臨界出力値を算出する。
【００１７】
ステップ１１２では、該制御ユニット２０４によりステップ１１０中で得られた該負荷が消耗する出力値がステップ１１０中で算出された該臨界出力値より大きくないかどうかを判断し、もしそうなら、新しい燃料を該燃料電池２００中に提供する。該供給作業は図２に示す。
【００１８】
図２に示すように、先ずステップ１１２０では、この時の該燃料の残余容積を測定し、ステップ１１０の該燃料の臨界濃度値に基づき、この時の該燃料中の高濃度液体燃料の別の第一含有量及び該水溶液の別の第二含有量を算出する。具体的な実施方式は、該液位センサー２０６０により該液体燃料供給槽２０６中に残余する燃料量を測定し、さらに該臨界濃度値を掛け算し、この時の該燃料中の高濃度液体燃料の別の第一含有量を算出する。次に該液体燃料供給槽２０６中に残余する燃料量を該別の第一含有量から引き算すると、この時の該燃料中の水溶液の別の第二含有量を得ることができる。ステップ１１２２では、第一補充量と第二補充量を計算する。該第一補充量はステップ１００中の該第一含有量と該別の第一含有量間の差異値で、該第二補充量はステップ１００中の該第二含有量と該別の第二含有量間の差異値である。こうして高濃度液体燃料供給槽２１０内の高濃度液体燃料の実際の消耗量と水溶液供給槽２１２内の水溶液の実際の消耗量を得ることができる。最後にステップ１１２４では、該第一補充量を備える新たな該高濃度液体燃料と該第二補充量を備える新たな該水溶液を該液体燃料電池２００中に供給する。
【００１９】
本発明において、すべての供給作業は該制御ユニット２０４がポンプ２０８、２０９を駆動し制御し、適時に該高濃度液体燃料供給槽２１０から新たな高濃度液体燃料を取り出し、或いは該水溶液供給槽２１２から新たな水溶液を取り出し、該液体燃料供給槽２０６内に入れる。さらに、混合後の液体燃料を該液体燃料電池２００中に供給する。
【００２０】
本発明の特徴は以下の通りである。具体的な実験数値に基づき作成する該第二曲線方程式を通して、該負荷２０２は既に明らかな電気的負荷値を備える時には、該第二曲線方程式により該負荷２０２の臨界出力値を算出する。これにより、該液体燃料電池の作動過程において、液体燃料電池２００の適当なアウトプット出力の下限を正確に掌握することができ、新たな液体燃料の添加時期を正確に掌握することができる。さらに、具体的な実験数値に基づき作成する該第一曲線方程式を通して、高濃度液体燃料供給槽２１０内の高濃度液体燃料の実際の消耗量と水溶液供給槽２１２内の水溶液の実際の消耗量を正確に掌握することができる。こうして最後に、混合した液体燃料の濃度は安定し、しかも当初設定した最適範囲内を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を液体燃料電池の燃料供給方法に用いるフローチャートである。
【図２】図１中ステップ１１２の詳細フローチャートである。
【図３】本発明方法が設置する液体燃料電池の燃料供給システムのブロックチャートである。
【図４】図１中のステップ１０２とステップ１０４を執行後に確定した実験数値データベースである。
【図５】図４中の各異なる電気的負荷値とそれが対応する臨界濃度値が確立する第一曲線方程式である。
【図６】図４中の各異なる電気的負荷値とそれが対応する臨界出力値が確立する第二曲線方程式である。
【符号の説明】
【００２２】
１０  燃料供給方法
１００、１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２  ステップ
１１２０、１１２２、１１２４  ステップ
２０  燃料供給システム
２００  液体燃料電池
２０２  負荷
２０４  制御ユニット
２０６  液体燃料供給槽
２０６０  液位センサー
２０６２  濃度センサー
２０８、２０９  ポンプ
２１０  高濃度液体燃料供給槽
２１２  水溶液供給槽
【図１】
2007294453.tif 000003
【図２】
2007294453.tif 000004
【図３】
2007294453.tif 000005
【図４】
2007294453.tif 000006
【図５】
2007294453.tif 000007
【図６】
2007294453.tif 000008