(57)【要約】【課題】燃料などの液体を貯蔵するタンク内の液面に上下変化や傾斜が生じても液体を安定して送給でき、大きく姿勢が変化しても安定して動作する非定置型燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料若しくは水又はそれらの混合物の何れかの液体１２を貯蔵するタンク１１を少なくとも１つ有する非定置型燃料電池システムにおいて、タンク１１内の液体１２を燃料電池に送給する供給管１３の一端部１３ａをタンク１１内に挿入し、供給管１３の一端部１３ａに、タンク１１内の液面１２ａの上下変化及び傾斜に関わらずその供給管１３の先端１３ｂを液中に浸漬させるため、浮き１５と重り１６などから成る液中浸漬手段１４を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料若しくは水又はそれらの混合物の何れかの液体を貯蔵するタンクを少なくとも１つ有する非定置型燃料電池システムにおいて、前記タンク内の液体を燃料電池に送給する供給管の一端部を前記タンク内に挿入し、前記供給管の一端部に、タンク内の液面の上下変化及び傾斜に関わらずその供給管の先端を液中に浸漬させる液中浸漬手段を設けたことを特徴とする非定置型燃料電池システム。
【請求項２】
液中浸漬手段は、供給管の一端部の先端から適当長さの位置に設けた浮きと、この浮きと供給管の先端との間に設けた重りから成ることを特徴とする請求項１記載の非定置型燃料電池システム。
【請求項３】
液中浸漬手段は、供給管の一端部の先端から適当長さの位置に設けた浮きと、この浮きの液体表面との接触面に形成した親水性の高い表面とから成ることを特徴とする請求項１記載の非定置型燃料電池システム。
【請求項４】
前記供給管の一端部における前記浮きの上方部分に可撓部を設けたことを特徴とする請求項２又は３記載の非定置型燃料電池システム。
【請求項５】
前記供給管の前記タンクの壁面を貫通する部分で前記供給管とタンク壁を結合するとともに、その結合部の周囲の前記タンク壁を伸縮性及び可撓性を有する構造としたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の非定置型燃料電池システム。
【請求項６】
前記タンク壁の前記供給管との結合部の周囲を蛇腹構造としたことを特徴とする請求項５記載の非定置型燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非定置型燃料電池システムに関し、特に燃料若しくは水又はそれらの混合物の何れかの液体を貯蔵するタンク内の液面に上下変化や傾斜が生じても液体を安定して送給できる非定置型燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池システムは、コージェネレーション装置用の燃料電池システムに代表される定置型のものだけでなく、電気自動車用燃料電池や、携帯電子機器用燃料電池等の非定置型の燃料電池システムも盛んに提案されている。例えば、ＡＣアダプターからの充電を必要としない、ユビキタスモバイル電源として、燃料を直接アノード極へ供給するダイレクト酸化型燃料電池が着目され、活発な研究開発が行われている。
【０００３】
ダイレクト酸化型燃料電池では、アノード極において燃料の酸化反応、カソード極で酸素の還元反応が起こる。燃料としてメタノールを使用するダイレクトメタノール型燃料電池の場合の反応式は、
アノード：ＣＨ3 ＯＨ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋６Ｈ+ ＋６ｅ-       （１）
カソード：３／２Ｏ2 ＋６Ｈ+ ＋６ｅ- →３Ｈ2 Ｏ            （２）  
である。
【０００４】
式（１）のように、アノード反応にはメタノールと水が必要であるが、メタノールと水を共に外部から供給すると、燃料を貯蔵するタンク又はカートリッジに水を貯蔵するためのスペースを設ける必要があり、その分体積当たりのエネルギー密度が低下することになる。そのため、ダイレクトメタノール型燃料電池では、式（２）にしたがってカソードで生成する水の一部をシステム内で回収し、再利用することが一般的に行われている。
【０００５】
さらに、水のみを回収するのではなく、燃料電池のアノード及びカソードから排出された燃料及び水を一旦回収し、燃料タンク内の高濃度燃料と混合して所定の濃度に調整された燃料を再度発電に利用する循環型燃料システムも提案されている。図３を参照して説明すると、１は燃料電池で、膜電極接合体（ＭＥＡ）をセパレータ流路面に対向するように配置して構成したセルを複数個積層したセルスタックから成っている。この燃料電池１のアノードに対して、燃料タンク２中の所定濃度の燃料と気液分離器３の回収タンク部３ａ中の水とをバルブ４ａ、４ｂを介して第１のポンプ５にて混合タンク６に供給して所定濃度に希釈し、所定濃度に希釈した燃料を混合タンク６からバルブ７を介して第２のポンプ８にて供給し、燃料電池１のカソードに対して、空気ファン９にて空気を供給することで、燃料電池１で発電するように構成されている。このような燃料電池システムにおいては、燃料タンク２だけでなく、気液分離器３の回収タンク部３ａや混合タンク６、また場合によっては別に設けられる希釈用の水タンクなどの様々な液体貯蔵タンクが具備されている。
【０００６】
なお、携帯機器に用いる燃料電池システムにおいて、燃料カートリッジ内の主タンクから第１のポンプにて、少なくとも取り出し口近傍に含浸材を備えた予備タンクに略満杯になるように燃料を供給し、この予備タンクから第２のポンプにて発電に必要な量の燃料を燃料電池に供給するようにすることで、携帯機器の姿勢、 傾きに関わらず、 安定して燃料を供給できるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、別の例として、燃料電池に燃料を供給するマイクロポンプの上流側の液通路に気泡トラップを設け、気泡トラップにて捕捉された気泡を液通路外に排出するための気泡抜き孔等の気泡排除手段を設けた構成が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−２８８５７４号公報
【特許文献２】特開２００６−２７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、非定置型燃料電池システムは、姿勢が自在に変化し、大きな傾きを生じることがあるため、図３に示すような構成においても、姿勢の影響を受けることなく、燃料タンクなどの各種液体貯蔵タンクから燃料などの液体を燃料電池１に安定して供給する必要があるが、ポンプに接続された供給管の一端部を一般的な構成のタンク内に挿入し、単純にその先端を底部まで浸漬させた構成では、姿勢によっては供給管の先端が液面の外に開口し、空気を吸引してしまってポンプに空気が入り込み、燃料などの供給が不安定になったり、停止してしまうという問題がある。
【０００９】
これに対して、特許文献１に記載された構成では、主タンクから含浸材を備えた予備タンクに常に略満杯になるように燃料を供給する構成であるため、予備タンクから燃料電池に燃料を供給する第２のポンプに空気を入り込む恐れは殆ど無くすことができるが、別に予備タンクと送給構成が必要であるため、構成が複雑でコスト高になるとともに、姿勢によっては主タンクから予備タンクへの燃料供給が長時間停滞することで、やはり燃料電池に安定して燃料を供給することができない場合がありうるという問題がある。
【００１０】
また、特許文献２に記載された構成は、マイクロポンプの上流側で燃料中の混入した気泡を除去することで、マイクロポンプの流量特性を安定化できる構成ではあるが、燃料タンク内において、供給管の先端が燃料タンクの液面の外に出てしまうような傾斜姿勢の場合に燃料の安定供給に対応できるものではない。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、燃料などの液体を貯蔵するタンク内の液面に上下変化や傾斜が生じても液体を安定して送給でき、大きく姿勢が変化しても安定して動作する非定置型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】
【００１２】
本発明の非定置型燃料電池システムは、燃料若しくは水又はそれらの混合物の何れかの液体を貯蔵するタンクを少なくとも１つ有する非定置型燃料電池システムにおいて、前記タンク内の液体を燃料電池に送給する供給管の一端部を前記タンク内に挿入し、前記供給管の一端部に、タンク内の液面の上下変化及び傾斜に関わらずその供給管の先端を液中に浸漬させる液中浸漬手段を設けたものである。
【００１３】
この構成によると、燃料若しくは水又はそれらの混合物の何れかの液体が貯蔵されたタンクに供給管の一端部を挿入してタンク内の液体を燃料電池に送給するようにした非定置型燃料電池システムにおいて、タンク内の液面の上下変化及び傾斜に関わらず、液中浸漬手段によってタンク内に挿入された供給管の一端部の先端が液中に浸漬された状態に維持でき、供給管の先端から空気が吸引されてポンプに空気が入り込む恐れがないので、姿勢が自在に変化し、大きな傾きを生じても、燃料電池に燃料などの液体を安定して送給して安定した動作を確保することができる。
【００１４】
また、液中浸漬手段として、供給管の一端部の先端から適当長さの位置に設けた浮きとこの浮きと供給管の先端との間に設けた重りにて構成すると、供給管の一端部に浮きと重りを設けるだけで、供給管の先端部が液面に対して垂直姿勢に安定的に維持された状態で液面から所定深さの位置で開口するので、空気の吸引を安定して確実に防止することができる。
【００１５】
また、液中浸漬手段として、供給管の一端部の先端から適当長さの位置に設けた浮きとこの浮きの液体表面との接触面に形成した親水性の高い表面にて構成しても、浮きの下面が表面張力で液面に密着した状態に維持されるので、重り無しで上記同様に供給管の先端部を液面に対して垂直姿勢に維持した状態で液面から所定深さの位置で開口し、空気の吸引を安定して確実に防止することができる。
【００１６】
また、供給管の一端部における浮きの上方部分に可撓部を設けると、浮きの液面に対する追従性がより高まり、一層安定して空気の吸引を防止することができる。
【００１７】
また、供給管のタンクの壁面を貫通する部分で供給管とタンク壁を結合するとともに、その結合部の周囲の前記タンク壁を伸縮性及び可撓性を有する構造とすると、液面の上下変化及び傾きに応じて供給管とタンク壁の結合部が容易に変位し、供給管の一端部が自在に移動できるので、供給管をタンク壁に対して摺動や傾動自在に貫通させたり、供給管の一端部を伸縮自在に構成したりする複雑な構成を適用することなく、簡単な構成にて上記作用効果を確保することができる。
【００１８】
また、タンク壁の供給管との結合部の周囲を蛇腹構造とすると、簡単な蛇腹構造にて伸縮性及び可撓性を持たせることができるので、一層簡単な構成にて上記作用効果を確保することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の非定置型燃料電池システムによれば、タンク内の液面の上下変化及び傾斜に関わらず、液中浸漬手段によってタンク内に挿入された供給管の一端部の先端が液中に浸漬された状態に維持でき、供給管の先端から空気が吸引されてポンプに空気が入り込む恐れがないので、姿勢が自在に変化し、大きな傾きを生じても、燃料電池に燃料などの液体を安定して送給して安定した動作を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の非定置型燃料電池システムの一実施形態について、図１、図２を参照して説明する。なお、非定置型燃料電池システムの全体構成は、図３を参照して説明した従来例と基本的に同一構成であるため、その説明を援用する。
【００２１】
図１において、１１は、図３に示した非定置型燃料電池システムにおける燃料タンク２や気液分離器３の回収タンク部３ａや混合タンク６や希釈用の水タンク（図示せず）などの液体貯蔵用のタンクであり、内部に燃料や水やその混合物などの液体１２が貯蔵されている。１３は、タンク１１内の液体１２を外部に送給する供給管であり、バルブ２１を介してポンプ２２にて混合タンク６や燃料電池１などに向けて液体１２を送給するように構成されている。
【００２２】
供給管１３は、その一端部１３ａがタンク１１内に挿入され、この供給管１３の一端部１３ａに、タンク１１内の液面１２ａの上下変化及び傾斜に関わらず、その供給管１３の先端１３ｂを液中に浸漬させる液中浸漬手段１４が設けられている。この液中浸漬手段１４は、供給管１３の先端１３ｂから適当距離の位置に設けた円盤上の浮き１５と、この浮き１５と供給管１３の先端１３ｂとの間に設けた重り１６にて構成されている。また、供給管１３の一端部１３ａにおける浮き１５の上方部分に、蛇腹構造にて自在に屈曲するように構成された可撓部１７が設けられている。
【００２３】
供給管１３の一端部１３ａは、タンク１１の上壁１１ａを貫通してタンク１１内に挿入されており、その供給管１３が上壁１１ａを貫通する部分で、供給管１３とタンク１１の上壁１１ａとが液密状態で一体的に結合されている。この供給管１３と上壁１１ａの結合部１８の周囲が伸縮性及び可撓性を持つように、上壁１１ａの結合部１８の周囲にリング帯状の蛇腹部１９が設けられている。また、供給管１３のタンク１１の上壁１１ａより外部の適所には、供給管１３の一端部１３ａの変位に供給管１３が抵抗力なく追従して変形できるように可撓部２０が設けられている。なお、供給管１３のタンク１１の外側部分が可撓性を有するチューブから成る場合は、当然のことながら別に可撓部２０を設ける必要はない。
【００２４】
可撓部１７、２０や蛇腹部１９は、いずれも耐薬品性、耐熱性、折り曲げ耐久性に優れた材料であればよく、例えばフッ素樹脂材料等を好適に用いることができる。
【００２５】
以上の構成において、上記構成の非設置型燃料電池システムが、例えば携帯型パソコンなどに搭載された場合には、非設置型燃料電池システムの全体の姿勢が大きく変化することになり、タンク１１内の液面１２ａが大きく傾斜したり、上下したりし、また燃料などの消費によっても液面１２ａが上下に変化することになる。このような場合でも、液中浸漬手段１４によってタンク１１内に挿入された供給管１３の先端１３ｂを常に確実に液体１２中に浸漬された状態に維持するようにしているので、供給管１３の先端１３ｂから空気が吸引されてポンプ２２に空気が入り込む恐れがないので、姿勢が自在に変化し、大きな傾きを生じても、燃料電池１に燃料などの液体を安定して送給して安定した動作を確保することができる。
【００２６】
図示例では、上記液中浸漬手段１４を供給管１３の先端１３ｂの近傍に設けた浮き１５とその下部に設けた重り１６にて構成しているので、例えば、図２（ａ）に示すように、液面１２ａが大きく傾斜した場合にも、供給管１３の先端１３ｂが、浮き１５と重り１６によって液面１２ａに対して垂直姿勢に安定的に維持された状態で液面１２ａから所定深さの位置で開口するので、供給管１３の一端部１３ａに浮き１５と重り１６を設けるだけの簡単かつ低コストの構成にて、空気の吸引を安定して確実に防止することができる。
【００２７】
さらに、供給管１３の一端部１３ａにおける浮き１５の上方部分に可撓部１７を設けているので、浮き１５の液面１２ａに対する追従性がより高まり、一層安定して空気の吸引を防止することができる。
【００２８】
また、供給管１３のタンク１１の上壁１１ａを貫通する部分で供給管１３と上壁１１ａを結合部１８で結合するとともに、その結合部１８の周囲に伸縮性及び可撓性を持たせる蛇腹部１９を設けているので、特に図２（ｂ）に示すように、液体１２の消費に伴ってその液面１２ａが大きく下降した場合にも、それに追従して蛇腹部１９が大きく変形して結合部１８が変位し、供給管１３の一端部１３ａが自在に下降できるので、上記のように供給管１３の先端１３ｂが、液面１２ａに対して垂直姿勢に安定的に維持された状態で液面１２ａから所定深さの位置で開口するので、空気の吸引を安定して確実に防止することができる。また、この構成により、タンク１１の上壁１１ａに対して供給管１３を摺動や傾動自在に貫通させたり、供給管１３の一端部を伸縮自在に構成したりする複雑な構成を適用する必要がないので、簡単かつ低コストの構成にて上記作用効果を確保することができる。
【００２９】
なお、以上の実施形態の説明では、液中浸漬手段１４として浮き１５と重り１６から成るものを例示したが、供給管１３の先端１３ｂから適当長さの位置に設けた浮き１５と、この浮き１５の液面１２ａとの接触面に形成した親水性の高い表面層（図示せず）にて構成しても良い。このように構成すると、浮き１５の下面が表面張力で液面１２ａに密着した状態に維持されるので、重り１６を設けることなく、同様に空気の吸引を安定して確実に防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の非定置型燃料電池は、燃料若しくは水又はそれらの混合物の何れかの液体が貯蔵されたタンク内の液面の上下変化及び傾斜に関わらず、タンク内に挿入された供給管の一端部の先端を液中に浸漬した状態に維持できて供給管の先端から空気が吸引されてポンプに空気が入り込む恐れがないため、姿勢が自在に変化して大きな傾きを生じても、燃料電池に燃料などの液体を安定して送給して安定した動作を確保することができるので、携帯電話や携帯情報端末（ＰＤＡ）、ノートパソコン、ビデオカメラ等の携帯電子機器用の電源として、また電動スクータや自動車用の電源等にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の非定置型燃料電池の一実施形態のタンクと供給管の配設状態を示す断面図。
【図２】同実施形態の使用時の状態を示し、（ａ）は傾斜状態の断面図、（ｂ）は液面が下降した状態の断面図。
【図３】従来例の非定置型燃料電池の全体概略構成図。
【符号の説明】
【００３２】
１  燃料電池
２  燃料タンク
３  気液分離器
３ａ  回収タンク
４ａ  バルブ
４ｂ  バルブ
５  第１のポンプ
６  混合タンク
７  バルブ
８  第２のポンプ
９  空気ファン
１１  タンク
１２  液体
１２ａ  液面
１３  供給管
１３ａ  一端部
１３ｂ  先端
１４  液中浸漬手段
１５  浮き
１６  重り
１７  可撓部
１８  結合部
１９  蛇腹部
２０  可撓部
２１  バルブ
２２  ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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