(57)【要約】【課題】  本発明は、一般的なポンプを使用しても液体燃料の濃度調整を安定して行うことができ、よってシステムの信頼性を向上させることができる、燃料電池システム及び電子機器を提供する。【解決手段】  本発明の燃料電池システムは、燃料タンク及び水タンクから混合タンクへ高濃度の液体燃料及び水を、駆動時間によって送液量を制御して供給する供給手段を有し、更に供給手段は燃料タンク及び水タンクへの逆流を防止する逆流防止手段を備えている。よって、高濃度の液体燃料及び水を供給手段で供給する際に、配管内の液面の変動による供給液量のばらつきをなくすことができるので、濃度調整の制御において適格な液量の供給が可能であり、濃度変動による出力のばらつきを減少させ燃料電池システムの信頼性を向上できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高濃度の液体燃料を収容する燃料タンクと、水を収容する水タンクと、高濃度の液体燃料と水とを混合して低濃度の液体燃料を調合し収容する混合タンクとを備え、前記低濃度の液体燃料を燃料電池のアノード電極に供給して発電を行う燃料電池システムにおいて、
前記燃料タンク及び前記水タンクから前記混合タンクへ高濃度の液体燃料及び水を、駆動時間によって送液量を制御して供給する供給手段を有し、該供給手段は前記燃料タンク及び前記水タンクへの逆流を防止する逆流防止手段を備えていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
高濃度の液体燃料を収容する燃料タンクと、水を収容する水タンクと、高濃度の液体燃料と水とを混合して低濃度の液体燃料を調合し収容する混合タンクとを備え、前記低濃度の液体燃料を燃料電池のアノード電極に供給して発電を行う燃料電池システムにおいて、
前記燃料タンク及び前記水タンクから前記混合タンクへ高濃度の液体燃料及び水を、駆動時間によって送液量を制御して供給する供給手段と、
前記燃料タンク及び前記水タンクへの逆流を防止する逆流防止手段と
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
前記逆流防止手段は、前記供給手段と前記混合タンクの間に設けられている請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記逆流防止手段は、前記供給手段の非駆動時に、前記燃料タンク及び前記水タンクへの逆流を遮断する逆止弁を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記逆止弁はクラッキング圧力を有する弁であることを特徴とする請求項４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料タンクの液面が、前記混合タンクの液面に対して下方になるように各タンクが配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記水タンクの液面が、前記混合タンクの液面に対して下方になるように各タンクが配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記逆止弁のクラッキング圧力が、前記燃料タンクの液面と前記混合タンクの液面との高低差による圧力より高いことを特徴とする請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記逆止弁のクラッキング圧力が、前記水タンクの液面と前記混合タンクの液面との高低差による圧力より高いことを特徴とする請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記供給手段の吸引側に異物を除去する異物除去手段を設けたことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の燃料電池システムを主電源又は補助電源として備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システム及び電子機器に関し、詳細には液体燃料の濃度調整を行うための混合タンクから燃料タンク及び水タンクへの液体燃料及び水の逆流を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題並びにエネルギー問題の観点から燃料電池自動車、定置用燃料電池、及び携帯用燃料電池への適用を目指した燃料電池技術の開発が活発化している。燃料電池の種類としては、水素と空気もしくは酸素を燃料とする固体高分子型燃料電池あるいはリン酸電解質型燃料電池が主流である。一方、メタノールと空気もしくは酸素を燃料とする直接メタノール型燃料電池（以下、ＤＭＦＣ（Direct Methanol Fuel Cell）と略す）もあり、比較的安価で取り扱いも容易であることから、携帯機器などの小型機器の電源への利用が図られている。
【０００３】
ここで、従来のＤＭＦＣの燃料電池システムの構成について図面を用いて以下に説明する。
図９は従来の燃料電池システムの構成を示すブロック図である。同図に示す従来の燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０１、高濃度燃料タンク１０２、濃度調整部１０３、送気ポンプ１０４、凝縮部１０５及び貯水部１０６を含んで構成されている。燃料電池スタック１０１はメタノールを液体燃料としたＤＭＦＣが用いられている。高濃度燃料タンク１０２は液体燃料としての高濃度のメタノールが収容されている。濃度調整部１０３は混合タンクを有し、高濃度燃料タンク１０２に接続され、高濃度燃料タンク１０３のメタノールが送液ポンプ１０７によって供給されるようになっている。濃度調整部１０３に供給されたメタノールは、燃料電池スタック１０１から還流する溶媒としての水によって所定の濃度に希釈される。また、濃度調整部１０３には送液ポンプ１０８が接続されている。この送液ポンプ１０８は濃度調整部１０３で希釈されたメタノールを、給液管を通じて燃料電池スタック１０１のアノード電極に供給する。なお、初期状態においては、濃度調整部１０３には予め希釈されたメタノールが収容されていている。また、燃料電池スタック１０１のカソード電極には送気ポンプ１０４により、送気管を介して空気が供給される。燃料電池スタック１０１に供給されたメタノールと空気とはアノード電極とカソード電極との間に設けられた電解質膜で反応し、アノード電極とカソード電極との間に電力が生じる。この際、アノード電極には二酸化炭素、カソード側には水が生成される。アノード電極に生じた二酸化炭素は燃料電池スタック１０１から排液管を通じて濃度調整部１０３に導入され、カソード電極に生じた水は水蒸気として排気管を通じて凝縮器１０５に導入される。ここで冷却されて液体となった水は、貯水部１０６に貯められる。ここに蓄えられた水は必要に応じて送液ポンプ１０９によって濃度調整部１０３に供給され、メタノールを所定濃度に希釈するために使用される。更に、濃度調整部１０３と貯水部１０６は、これとは別に配管されており、アノード電極で生成された二酸化炭素が排気される。そして、貯水部１０６からは、余剰の水に加えて、このアノード電極で発生した二酸化炭素並びにカソード電極に供給されてその一部の酸素が使用された空気が配管を通して排気口１０６−１から排気される。
【０００４】
このように、従来のＤＭＦＣの燃料電池システムは、通常、高濃度のメタノールが収容される高濃度燃料タンク１０２、この燃料タンクのメタノールを水によって希釈する混合タンクを有する濃度調整部１０３、この混合タンクで希釈されたメタノールを燃料電池のアノード電極に圧送する液送ポンプ１０８及び燃料電池のカソード電極に空気を送る送気ポンプ１０４などによって構成される。メタノールと空気とが送り込まれた燃料電池では、アノード電極とカソード電極との間に電力が生じるとともに、アノード電極には二酸化炭素が発生し、カソード電極には水が発生する。そして、アノード電極で発生した二酸化炭素は濃度調整部１０３の混合タンクに戻されて外部へ排気される。一方、カソード電極で発生した水は水タンクに戻される。そして、水は燃料タンクから送られてくるメタノールを希釈するために用いられ、余分な水は水蒸気として、貯水部１０６から排出される。
【０００５】
一般に、ＤＭＦＣの燃料電池システムにおいては、燃料電池スタックに供給されるメタノール水溶液の濃度を高くしすぎると、未反応メタノールが燃料電池スタックの電解質を透過してカソード電極へ流入する、いわゆるクロスオーバが過剰となり、起電力が低下する恐れがある。また、メタノール水溶液の濃度が低くなり過ぎると燃料が偏在することにより固体電解質膜を痛めてしまう。このため、燃料電池セルへ供給されるメタノール水溶液の濃度を制御する必要が生じていた。そこで、これらの問題点を解決するために従来よりいくつか提案されている。
【０００６】
その一つとして、特許文献１では、混合タンクに設けられた濃度センサによって高濃度メタノールの供給量を調整して濃度を適正な範囲に制御することで固体電解質膜の損傷を防止している。更に、特許文献２では、混合タンク内のメタノール水溶液の液面の高さを検出する液面検出センサを設置し、濃度センサの出力に基づいて燃料ポンプ及び水ポンプの供給動作を制御し、かつ液面検出センサの出力に基づいて燃料ポンプ及び水ポンプの供給動作を制御することで、更に濃度制御の信頼性を向上させている。このように高濃度燃料を使用し、水によって希釈して適正な燃料濃度として燃料電池のアノード電極へ供給する構成の燃料電池システムにおいては、混合タンクを介して、高濃度燃料タンクと水タンクが接続されている。通常、接続部はポンプ等の液送手段を備え、これらの液送手段を適宜稼動させることで濃度調整を行っている。この際、正確な液量を計量して送ることで正確な濃度制御が可能になり、システムの出力を安定させることができる。
【０００７】
ところで、濃度制御において、ポンプの送液量はポンプで送られる液体の流速×時間から求められ、ポンプで送られる液体の流速はポンプと液体や吐出圧力によって決まるが、システムにおいてはおおよそ一定値となるので、ポンプを駆動する時間によって送液量が決まる。このことから、ポンプの駆動時間を制御することで送液量を制御し、濃度調整を行うことが可能である。各タンク間には、接続のためにチューブ等を使用して配管されており、その配管の経路内にポンプが接続されている。このため、ポンプ出口からタンク入口までの配管経路内のどの位置に水面があるかによって同じ駆動時間でも送液量が変化する。更に、ポンプ位置よりも水面が下がり、ポンプ内に気体が混入するとポンプでの送液が不可能になったり、送液量が著しく減少したりするので適正な濃度調整を行うことができなくなり、発電量の変動が大きくなるなどシステムの信頼性を損なう恐れがある。ポンプとして定量を送れるタイプのプランジャータイプのものなどがあるが、装置が大きく高価であり、実用的ではない。
【０００８】
また、図９の燃料電池システムにおいては、濃度制御を行う際の送液量を送液ポンプ１０７への通電時間によって制御しており、更に濃度調整部１０３の混合タンクへの高濃度燃料の補給及び水の補給に図１０に示すようなダイヤフラム方式のポンプを使用している。このダイヤフラム方式のポンプ１２０は、モータの回転によりカム１２１を回転しそれに伴い振動する膜１２２を有し、振動により変化する容積に対して、吸引側と吐出側に設けられた２つの弁１２３，１２４により液送を行うしくみになっている。すなわちポンプの構成上、弁を有しており、液が逆流することがない。このため、この弁の部分を通過した液が逆に移動することがなく、混合タンクへ通じる配管経路内での液面の位置が変動しないので燃料電池システムのように通電時間で送液量を制御する方式においても正確な液量の液送が可能となり、燃料の濃度調整の信頼性を向上できる。このような機能を有する他のポンプとして、図１１に示すようなピストン方式のポンプ１３０がある。これは、図１０のダイヤフラム方式のポンプ１２０の膜１２２の振動による容積変化をピストン１３１に置換えたもので吸引側と吐出側に２つの弁１２３，１２４を設けることは同様である。この他に図１２に示したようなチューブポンプ１４０がある。このチューブポンプ１４０によれば、回転するロータ１４１に設けられたローラ１４２がチューブ１４１をしごいた状態で使用するため非動作状態でもチューブの少なくとも１ヶ所はつぶれた状態であるので液が逆流することを防止できる。
【特許文献１】特開２００３−１３２９２４号公報
【特許文献２】特開２００５−１５０１０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような従来のポンプは弾性変形を伴う機構を有しており、一般的に耐久性に劣る。例えば、図１０のダイヤフラム方式のポンプ１２０での膜やピストンでのシール部材、図１２のチューブポンプ１４０のチューブなどは耐久性に劣る。これらの弾性部材は使用とともに劣化するが、劣化後も交換しないで使用するとポンプの送液量が変化したり、送液できなくなったりしてシステムの信頼性を損ねることになる。また、図１０のダイヤフラム方式のポンプ１２０では振動を伴うので防振取付けするなどの必要がある。
【００１０】
そこで、液送ポンプとして信頼性の高い、図１３に示すギヤポンプ１５０や図１４に示すトロコイドポンプ１６０などの使用が考えられる。しかし、これらのポンプは容積変化する空間が厳密にはシールされてなく、回転のために微細な隙間を有している。このため、非動作時には配管内の圧力差によって、ポンプを液体が逆流してしまうことがある。混合タンクに対して高濃度燃料を送るためのポンプや希釈用の水を補給するためのポンプは、混合タンク内の液量や濃度に応じて送液を行ったり停止したりするため、システム稼動時にも頻繁に停止状態になる。この際、発電は継続されるのでアノード電極では反応によって炭酸ガスが発生し、これが常時、混合タンク内へ未使用の低濃度燃料とともに還流されてくるため、大気圧よりは圧力が高い状態になっており、逆流防止手段がない状態では、混合タンク側からポンプ側に液面が押し戻されてくる。このため送液時にポンプを駆動した際に、同じ時間駆動しても送液量に差が生じて正確な送液量の制御が困難になってしまう。更に、同じ液量を送る場合、ポンプの駆動時間が長くなるのでエネルギー損失という意味でも好ましくない。
【００１１】
また、図１５に示すような遠心式のポンプ１７０もある。この遠心式のポンプはシール性に乏しく自吸力がないが、コストがやすく小型化にも向いている。しかしながら、中に気体が混入するとこれを抜くことができずポンプとして機能しなくなってしまう。
【００１２】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、一般的なポンプを使用しても液体燃料の濃度調整を安定して行うことができ、よってシステムの信頼性を向上させることができる、燃料電池システム及び電子機器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】
【００１３】
前記問題点を解決するために、本発明の燃料電池システムは高濃度の液体燃料を収容する燃料タンクと、水を収容する水タンクと、高濃度の液体燃料と水を混合して低濃度の液体燃料を調合し収容する混合タンクとを備え、低濃度の液体燃料を燃料電池のアノード電極に供給して発電を行う燃料電池システムである。そして、本発明の燃料電池システムは、燃料タンク及び水タンクから混合タンクへ高濃度の液体燃料及び水を、駆動時間によって送液量を制御して供給する供給手段を有し、更に供給手段は燃料タンク及び水タンクへの逆流を防止する逆流防止手段を備えている。よって、高濃度の液体燃料及び水を供給手段で供給する際に、配管内の液面の変動による供給液量のばらつきをなくすことができるので、濃度調整の制御において適格な液量の供給が可能であり、濃度変動による出力のばらつきを減少させ燃料電池システムの信頼性を向上できる。
【００１４】
また、本発明の燃料電池システムは、燃料タンク及び水タンクから混合タンクへ高濃度の液体燃料及び水を、駆動時間によって送液量を制御して供給する供給手段と、燃料タンク及び前記水タンクへの逆流を防止する逆流防止手段とを有することに特徴がある。更に、この逆流防止手段を供給手段と混合タンクの間に設けている。よって、高濃度の液体燃料及び水を供給手段で供給する際に、配管内の液面の変動による供給液量のばらつきをなくすことができるので、濃度調整の制御において適格な液量の供給が可能であり、濃度変動による出力のばらつきを減少させ燃料電池システムの信頼性を向上できる。
【００１５】
更に、逆流防止手段は、供給手段の非動作時に、燃料タンク及び水タンクへの逆流を遮断する逆止弁を有している。よって、電力を消費することなく、燃料の濃度調整に関わるシステムの信頼性を向上できるので、システムの効率を向上させることができる。
【００１６】
また、逆止弁はクラッキング圧力を有する弁であることにより、供給手段の停止時の遮蔽性を向上でき、液体燃料の濃度調整に関わるシステムの信頼性を向上できる。
【００１７】
更に、燃料タンクの液面が混合タンクの液面に対して下方になるように各タンクが配置されることにより、供給手段の停止時に高濃度の液体燃料が供給手段を通して流出することを防止でき、液体燃料の濃度調整に関わるシステムの信頼性を向上できる。
【００１８】
また、水タンクの液面が混合タンクの液面に対して下方になるように各タンクが配置されることにより、供給手段の停止時に水が供給手段を通して流出することを防止でき、液体燃料の濃度調整に関わるシステムの信頼性を向上できる。
【００１９】
更に、逆止弁のクラッキング圧力が燃料タンクの液面と混合タンクの液面との高低差による圧力より高い。よって、各タンクの高低差に関わる配置上の制約がない状態でも供給手段の停止時に高濃度の液体燃料が供給手段を通して流出することを防止でき、液体燃料の濃度調整に関わるシステムの信頼性を向上でき、さらにシステムの小型化が容易となる。
【００２０】
また、逆止弁のクラッキング圧力が水タンクの液面と混合タンクの液面との高低差による圧力より高い。よって、各タンクの高低差に関わる配置上の制約がない状態でも供給手段の停止時に水が供給手段を通して流出することを防止でき、液体燃料の濃度調整に関わるシステムの信頼性を向上でき、さらにシステムの小型化が容易となる。
【００２１】
更に、供給手段の吸引側に異物を除去する異物除去手段を設けたことにより、異物の混入による液体燃料の濃度調整に関わるシステムの不具合を解消でき、システムの信頼性を向上できる。
【００２２】
また、別の発明としての電子機器は、上記燃料電池システムを主電源又は補助電源として備えたことに特徴がある。よって、液体燃料の濃度調整に関わるシステムの信頼性が高くなり、要求の厳しい電子機器の主電源や補助電源として燃料電池システムを使用することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の燃料電池システムによれば、高濃度燃料及び水をポンプなどの供給手段で供給する際に配管内の液面の変動による供給液量のばらつきをなくすことができるので、濃度調整の制御において適格な液量の供給が可能であり、濃度変動による出力のばらつきを減少させ、燃料電池システムの信頼性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は本発明の第１の実施の形態例に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。同図において、図９と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。本実施の形態例の燃料電池システム２００において、図１０〜図１５に示すようなポンプを液送ポンプとして使用しても、液面位置を安定させることができ、送液量の制御を正確に行える逆流防止手段２０１を液送ポンプの吐出口から濃度調整部１０３の混合タンクへ至る経路内にそれぞれ設けている。このように逆流防止手段２０１を設けることにより、安定した制御を行ってシステムの信頼性を向上させることができる。また、ポンプの駆動時間を短縮することでシステムでの無駄なエネルギー損失を防止できるのでシステムの効率を向上できる。
【００２５】
この逆流防止手段２０１としては例えば電磁弁がある。ポンプ作動の状況に合わせて開閉することで停止時に配管内の液面が移動することを防止できるが、電磁弁は電力を使用するのでシステムの効率を低下させてしまう。そこで、本発明では、電磁弁ではなくメカニカルな構成の逆止弁を使用している。このような逆止弁は、液体の流れによって逆方向へ液体が流れる際に弁を閉じるため電力等のエネルギーを消費することも制御することもなく動作するのでシステムの効率を低下させることなく、ポンプ停止時の液の逆流を防止しシステムの信頼性を向上できる。
【００２６】
図２は本実施の形態例の燃料電池システムにおける逆流防止手段の逆止弁の一例を示す概略断面図である。同図において、液の流れによって移動する逆止弁２０１−１があり、この逆止弁２０１−１が図２の（ａ）に示すポンプ動作時に液体がポンプから混合タンクへ向かう場合にはストッパ２０１−２により流路を遮断しないが、図２の（ｂ）に示すポンプ停止時に混合タンク側からポンプ側に向かって逆流する場合には逆止弁２０１−１がポンプ側の流路を遮断する構成になっている。逆止弁２０１−１の形状はここでは円盤状のもので示しているがこれに限るものではなく図３の（ａ）に示すようなボール状であっても、図３の（ｂ）に示すような円錐状であっても構わない。
【００２７】
図２及び図３に示した逆止弁では逆流時に弁を閉じる力が流体の流れによる圧力のみであり、逆流する際の圧力が小さい場合には弁を押す力が弱く、十分に遮蔽できないという問題がある。そこで、図４の（ａ）に示すように閉鎖状態で逆止弁２０１−１を閉じた状態を維持するような力をもったバネなどの付勢手段２０１−３を使用することが有効である。バネなどの付勢手段２０１−３の付勢力により逆止弁２０１−１が閉じているので流れの弱い状態でも液の逆方向への流れを防止できるのでシステムの信頼性を向上できる。一方、このようなバネなどの付勢手段２０１−３は、順方向へ液を流す場合に抵抗となり、ある一定の圧力がかかるまで液が流れない状態が続き、一定の圧力値を超えて液が流れるようになる。このような圧力をクラッキング圧力と呼ぶ。そこで、ポンプ等の吐出圧力をこのクラッキング圧に比べて十分に大きくなるように逆止弁の選択を行えばほとんど無視できる程度の抵抗にしかならない。ここでは、付勢手段としてバネを用いる例を示したが、これに限るものではなくゴムなどの弾性部材の弾性変形を利用したものや磁力を利用したものなどであっても構わない。
【００２８】
ところで、図１のように、高濃度の液体燃料を収容する高濃度燃料タンク１０２の液面が低濃度の液体燃料を収容する濃度調整部１０３の混合タンクの液面に対して鉛直方向上方になるようにタンクが配置されていると、ポンプ停止状態で液面の高低差による圧力差が生じ、高濃度燃料がポンプ停止状態でも混合タンク内へ流入する恐れがある。このような問題はダイヤフラム方式やピストン方式のような弁を使用したポンプにおいてもポンプの動作方向に対して順方向なので弁は閉じることがなく同様である。そこで、図５に示すように、高濃度の液体燃料を収容する高濃度燃料タンク１０２の液面が低濃度の液体燃料を収容する濃度調整部１０３の混合タンクの液面に対して下方になるようにタンクを配置すると良い。このように配置することで高低差による圧力で高濃度燃料がポンプ停止時に混合タンクに流入することがなくなりシステムの信頼性を向上できる。
【００２９】
また、このような配置も、逆にポンプ停止時に配管内の液体が混合タンク側からポンプ側へ逆流する際の要因を高める恐れがある。そこで、上述したように、逆流防止機能を有するポンプを用いるか、そうでないポンプには逆流防止手段を別途、経路内に設けることがより有効になる。
【００３０】
このことは水タンクに対しても同様のことが言える。すなわち、水を収容する水タンクの液面が低濃度の液体燃料を収容する図１の濃度調整部１０３の混合タンクの液面に対して上方になるように配置されているとポンプ停止状態で液面の高低差による圧力差が生じ、水がポンプ停止状態でも混合タンク内へ流入する恐れがある。このような問題はダイヤフラム方式やピストン方式のような弁を使用したポンプにおいてもポンプの動作方向に対して順方向なので弁は閉じることがなく同様である。そこで、水を収容する水タンクの液面が低濃度の液体燃料を収容する濃度調整部１０３の混合タンクの液面に対して下方になるようにタンクを配置すると良い。このように配置することで高低差による圧力で水がポンプ停止時に混合タンクに流入することがなくなりシステムの信頼性を向上できる。ところで、このような配置は、逆にポンプ停止時に配管内の液体が混合タンク側からポンプ側へ逆流する際の要因を高めることになる。そこで、上述したような逆流防止機能を有するポンプを使用するか、そうでないポンプには逆流防止手段を別途、経路内に設けることがより有効になる。
【００３１】
また、ポンプ停止時の高濃度タンクや水タンクからの液の混合タンク内への流入を防止するためにタンクの配置に制約を設けて対処している。このような制約はシステムの小型化という面で大きな阻害要因となってしまう。そこで、図６に示すように、逆止弁のクラッキング圧力を高濃度の液体燃料を収容する高濃度燃料タンク１０２の液面が低濃度の液体燃料を収容する濃度調整部１０３の混合タンクの液面に対して有する高低差による圧力よりも高くすればポンプ停止時に高濃度燃料が混合タンクに流入してしまう不具合を解消できる。例えば、５ｋＰａ程度のクラッキング圧力の逆止弁を使用すると５００ｍｍ程度の高低差により生じる圧力に対して閉鎖状態を保つことができ、ポンプとして５０ｋＰａ程度の吐出圧力を備えていれば送液に支障がない。よって、タンクのレイアウト上の制約条件をなくすことができるのでシステムの小型化に有利である。
【００３２】
このことは水タンクに対しても同様のことが言える。すなわち、逆止弁のクラッキング圧力を、水を収容する水タンクの液面が低濃度の液体燃料を収容する濃度調整部の混合タンクの液面に対して有する高低差による圧力よりも高くすれば、ポンプ停止時に水が混合タンクに流入してしまう不具合を解消できる。よって、タンクのレイアウト上の制約条件をなくすことができるのでシステムの小型化に有利である。
【００３３】
なお、以上のような逆止弁を使用するシステムにおいては、逆止弁の部分に異物が詰まると弁を閉鎖することができない。そこで、システムの信頼性を向上させる手段として、第２の実施の形態例の構成ブロック図である図７に示すように、異物除去のためのフィルタなどの異物除去手段２０２を使用することが有効である。更に、ポンプにおいてもダイヤフラム方式やピストン方式などの弁構造をもつものはもちろん、ギヤポンプやトロコイドポンプでも微細な隙間を有し、異物の混入によりポンプとしての機能を果さなくなってしまい、システムの信頼性を著しく低下させてしまう。よって、図７に示すように、逆流防止手段及び液送ポンプの上流側にフィルタなどの異物除去手段２０２を設置すると良い。本実施の形態例では液送ポンプの排出側に逆流防止手段の逆止弁が配置されているので、液送ポンプの吸引側に異物除去手段２０２をそれぞれ設けている。このことにより逆止弁においても異物の混入を防止できる。
【００３４】
また、以上のような燃料電池発電システムでは、システムの信頼性が高く、安定して電力を供給できるので、電子機器の主電源あるいは補助電源として使用することができる。電子機器においては、電力の供給が不安定である場合、機器の動作を続行できなくなり、ＰＣ等では作業中のデータが失われるなどの問題が生じる恐れがあり、電源システムに高い信頼性が要求される。
【００３５】
また、高濃度燃料並びに水の供給ポンプとして図１４に示す小型のトロコイドポンプを使用した場合で逆止弁を使用した場合としない場合での発電量の経時変化を図８に示す。逆止弁を使用しない状態で出力平均値の１０％程度あった変動が弁を使用することで半分の５％程度の変動に抑えることができる。濃度調整は混合タンク内の濃度センサにより検出された低濃度燃料の濃度が規定値より低ければ高濃度燃料を供給し、高ければ供給を停止し、さらに混合タンク内の液面センサにより液量がタンク容量を超えないように調整している。全く同じ制御を行なっても出力値の変動に大きな差があるのは、逆止弁を使用しないシステムでは、高濃度燃料の送液量が供給の配管内での液面の変動によってばらつくことが原因であると思われる。本発明の燃料電池システムでは、濃度制御に関わる燃料電池発電システムの出力変動を減らすことができシステムの信頼性を向上させることができる。電子機器の電源システムとして使用する場合、燃料電池の出力値の変動が大きいと、最低の出力値で電子機器の動作を保障しなくてはならないのでより大きな容量の燃料電池が必要となり、装置の大型化を招くことにもなるが、本発明の燃料電池システムによれば出力変動が小さいため必要な容量の燃料電池でよく装置の大型化を招くこともなくなる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施の形態例に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態例の燃料電池システムにおける逆流防止手段の逆止弁の一例を示す概略断面図である。
【図３】本実施の形態例の燃料電池システムにおける逆流防止手段の逆止弁の別の例を示す概略断面図である。
【図４】本実施の形態例の燃料電池システムにおける逆流防止手段の逆止弁の別の例を示す概略断面図である。
【図５】本実施の形態例の燃料電池システムにおける濃度調整部の混合タンクと貯水部の各液面の関係を示す概略図である。
【図６】本実施の形態例の燃料電池システムにおける濃度調整部の混合タンクと貯水部の各液面の関係を示す概略図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態例に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図８】逆止弁を使用した場合としない場合での発電量の経時変化を示す特性図である。
【図９】従来の燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】液送ポンプの一例を示す概略断面図である。
【図１１】液送ポンプの他の例を示す概略断面図である。
【図１２】液送ポンプの他の例を示す概略断面図である。
【図１３】液送ポンプの他の例を示す概略断面図である。
【図１４】液送ポンプの他の例を示す概略断面図である。
【図１５】液送ポンプの他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
２００；燃料電池システム、２０１；逆流防止手段、
２０１−１；逆止弁、２０１−２；ストッパ、
２０１−３；付勢手段、２０２；異物除去手段。
【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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