JP5105758B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
記燃料電池に供給する第1の経路と、前記カートリッジの内容物を前記燃料電池に供給する第2の経路と、前記カートリッジの内容物を前記燃料タンクに供給する第3の経路と、前記燃料電池からの排出物が前記燃料タンクへ流入される第4の経路と、前記燃料電池からの排出物が前記カートリッジへ流入される第5の経路と、検知されたカートリッジの種類に応じて、前記第1の経路と第2の経路を切り換える第1の経路制御手段と、前記第4の経路と第5の経路を切り換える第2の経路制御手段とを備え、装着されたカートリッジが洗浄液であることを、前記カートリッジ検知手段が検知したとき、前記第1の経路制御手段を前記第2の経路に切り換えるとともに、前記第2の経路制御手段を前記第5の経路に切り換え、前記カートリッジから吐出される洗浄液を前記燃料電池に供給するとともに、前記燃料電池からの排出物を前記カートリッジに回収することを特徴とする。
第1の容器に格納された精製水または所定の濃度に希釈された液体燃料を燃料タンクに供給することを特徴とする。
の排出物が前記カートリッジへ流入される第5の経路と、検知されたカートリッジの種類に応じて、前記第1の経路と第2の経路を切り換える第1の経路制御手段と、前記第4の経路と第5の経路を切り換える第2の経路制御手段とを備え、装着されたカートリッジが二つの容器を含み、第1の容器には前記燃料電池の劣化を防止するための不活性ガスを格納し、第2の容器には前記燃料電池から吐出される排出物を回収するカートリッジであることが、前記カートリッジ検知手段によって検知されたとき、前記第1の経路制御手段を前記第1の経路に切り換えるとともに、前記第2の経路制御手段を前記第5の経路に切り換え、前記燃料電池からの排出物および燃料タンク内の内容物を第2の容器に回収した後、前記第1の経路制御手段を前記第2の経路に切り換えるとともに、前記第2の経路制御手段を前記第4の経路に切り換え、第1の容器に格納された不活性ガスを前記燃料電池に供給することを特徴とする。
まず、カートリッジ検知部142は、カートリッジが燃料電池システム100に装着されているかを検出する(S10)。燃料電池システム100を起動した際、カートリッジが装着されていなければ(S10のN)、制御ユニット140は、燃料電池システム100が必要とするカートリッジの種類をユーザに報知する(S16)。必要とするカートリッジは、使用状況によって変化するため、制御ユニット140が燃料電池システム100内のメモリに記録された使用履歴に基づいて判定してもよい。カートリッジが装着されていれば(S10のY)、制御ユニット140は、カートリッジ検知部142からのデータに基づいて、そのカートリッジが燃料電池システム100の必要とするカートリッジであるかを判定する(S12)。必要とするカートリッジと異なれば(S12のN)、必要なカートリッジの種類をユーザに報知する(S16)。必要とするカートリッジであれば(S12のY)、制御ユニット140は、燃料電池システム100内の各種装置を制御し、カートリッジに対応した処理を実行する(S14)。S14の処理の詳細については、図5などに関連して詳述する。
イニシャル処理用は、燃料電池システム100を購入した際や、長期間使用しないため燃料電池102の不活性化処理をし、再度使用する際に必要な処理である。イニシャル処理用カートリッジ300は、供給バッグ310、供給路320、カートリッジ吐出ジョイント部330、回収バッグ340、回収路350およびカートリッジ回収ジョイント部360を含む。供給バッグ310は、容積変化可能な容器であり、供給路320を通じて、カートリッジ吐出ジョイント部330に繋がっている。カートリッジ吐出ジョイント部330は、燃料電池システム吸入ジョイント部132と結合して、供給バッグ310内の内容物を燃料電池システム100へと供給する。供給バッグ310には精製水や、燃料用カートリッジ200内の高濃度メタノールよりも低濃度のメタノールが格納される。供給バッグ310に格納された精製水などは、空の希釈燃料タンク122に供給され、後に装着される燃料用カートリッジ200の高濃度メタノールによって、発電に最適な濃度に調整されるために使用される。
まず、制御ユニット140は、三方弁136および三方弁138について、それぞれの弁の位置のデータを取得する。取得された弁の位置に基づいて、三方弁136にて入口136bと出口136aが、三方弁138にて入口138aと出口138bが繋がるように弁を切り替える(S18)。弁の切り替え完了後、ポンプ114の運転を開始させる(S20)。燃料電池システム100を購入した際などには、燃料電池102内の電極の酸化を防止するため、不活性ガスが充填されている。また、液漏れなどを防止するため、燃料サブタンク120と希釈燃料タンク122の内部は空となっている。三方弁の切り替えとポンプ114の起動により、希釈燃料タンク122や燃料電池102内の不活性ガスが、燃料供給路167、燃料供給路170、燃料供給路172、アノード側排出路174、排出路190を順に流通する。流通した不活性ガスは、回収路350を通じて、回収バッグ340に格納される。
まず、制御ユニット140は、三方弁136および三方弁138について、それぞれの弁の位置のデータを取得する。取得された弁の位置に基づいて、三方弁136にて入口136bと出口136aが、三方弁138にて入口138aと出口138cが繋がるように弁を切り替える(S40)。弁の切り替え完了後、希釈燃料タンク122に設置されたセンサ146により、タンク内のメタノール水溶液の液面の位置が検出される(S42)。液量が少なく、燃料用カートリッジ200から高濃度メタノール水溶液を供給しても、発電に最適な濃度のメタノール水溶液を準備できない場合(S42のN)、制御ユニット140は、イニシャル処理用カートリッジ300を必要とする旨の報知をユーザに行う(S54)。ユーザは、イニシャル処理用カートリッジ300に交換し、希釈燃料タンク122に十分な精製水などを供給した後で、再度、燃料用カートリッジ200に交換することになる。希釈燃料タンク122内の液量が十分な場合(S42のY)、センサ146により濃度が検出される。希釈燃料タンク122内の水溶液が発電に最適な濃度ではない場合、制御ユニット140は、ポンプ110およびポンプ112の運転を開始させ、燃料バッグ210内の高濃度メタノール水溶液を、希釈燃料タンク122に供給する。水溶液が最適な濃度である場合、ポンプ114の運転を開始させる(S44)。
洗浄処理は、燃料電池102の発電電圧が低下した場合や、燃料電池102の総運転時間が所定の時間に達した場合などに必要な処理である。洗浄用カートリッジ400は、洗浄液バッグ410、回収路420、カートリッジ回収ジョイント部430、供給路440およびカートリッジ吐出ジョイント部450を含む。洗浄液バッグ410は、容積変化可能な容器であり、供給路440を通じてカートリッジ吐出ジョイント部450に繋がっている。カートリッジ吐出ジョイント部450は、燃料電池システム吸入ジョイント部132と結合して、洗浄液バッグ410内の内容物を燃料電池システム100へと供給する。洗浄液バッグ410には、洗浄液として0.5mol/L程度の希硫酸が格納される。洗浄液は、燃料電池102に供給され、電解質膜に付着した金属イオンや電極に付着した酸化物を除去する。これにより、燃料電池102の発電電圧を回復させることができる。なお、洗浄液により除去される金属イオンとしては、アルミニウム、カルシウム、銅、鉄などのイオンが考えられる。
まず、制御ユニット140は、三方弁136および三方弁138について、それぞれの弁の位置のデータを取得する。取得された弁の位置に基づいて、三方弁136にて入口136cと出口136aが、三方弁138にて入口138aと出口138cが繋がるように弁を切り替える(S52)。弁の切り替え完了後、ポンプ114の運転を開始させる(S54)。三方弁の切り替えとポンプ114の起動により、洗浄液バッグ410内の洗浄液は、供給路440、燃料供給路153、供給路188、燃料供給路170、燃料供給路172、アノード側排出路174、排出路177の順に流通する。流通した洗浄液は、希釈燃料タンク122に格納される。これにより、発電運転後、希釈燃料タンク122と燃料電池102との間を繋ぐ流通経路内に残っていたメタノール水溶液などの物質が、洗浄液と共に希釈燃料タンク122内に格納される。
不活性化処理用は、燃料電池102を長期間使用しないため保管する場合や、燃料電池102を廃棄する場合に必要な処理である。不活性化処理用カートリッジ500は、供給バッグ510、供給路520、カートリッジ吐出ジョイント部530、回収バッグ540、回収路550およびカートリッジ回収ジョイント部560を含む。供給バッグ510は、容積変化可能な容器であり、供給路520を通じて、カートリッジ吐出ジョイント部530に繋がっている。カートリッジ吐出ジョイント部530は、燃料電池システム吸入ジョイント部132と結合して、供給バッグ510内の内容物を燃料電池システム100へと供給する。供給バッグ510には、不活性ガスであるアルゴンや窒素などが格納される。供給バッグ510内の不活性ガスは、燃料電池102に供給され、長期保管時における電極の酸化を防止する。また、不活性ガスを燃料電池102に供給した後に、燃料電池システム排出ジョイント部130、燃料電池システム吸入ジョイント部132および図示しない気体成分排出路192を、空気と反応することで硬化する接着剤などを密閉することが考えられる。これにより、燃料電池102は、燃料電池システム100外と直接繋がる経路が協力に密閉され、燃料電池102の廃棄時における環境への影響を低減することができる。また、供給バッグ510に、不活性ガスではなく、強力な酸化剤を格納してもよい。これにより、触媒の役割を担っている電極を酸化させ、不活性化させることができる。そのため、燃料電池102の廃棄をより安全に行うことが可能となる。
まず、制御ユニット140は、三方弁136および三方弁138について、それぞれの弁の位置のデータを取得する。取得された弁の位置に基づいて、三方弁136にて入口136bと出口136aが、三方弁138にて入口138aと出口138bが繋がるように弁を切り替える(S72)。弁の切り替え終了後、ポンプ114の運転を開始させる(S74)。三方弁の切り替えとポンプ114の起動により、希釈燃料タンク122内のメタノール水溶液が、燃料供給路167、燃料供給路170、燃料供給路172、アノード側排出路174、排出路190を順に流通する。流通したメタノール水溶液は、回収路550を通じて、回収バッグ540に回収される。燃料サブタンク120にメタノール水溶液が残存する場合、ポンプ114の運転を開始させる前に、制御ユニット140はポンプ112を起動させ、燃料サブタンク120内のメタノール水溶液を希釈燃料タンク122に移動させる。その後、ポンプ114を起動させることで、燃料サブタンク120内のメタノール水溶液も回収できる。
燃料供給路153は、燃料供給路154と供給路194に分岐する。供給路194は、供給路196を通じて直接、希釈燃料タンク122と繋がる。供給路196に、希釈燃料タンク122への経路と燃料電池102への経路とに分岐させる三方弁は存在しない。そのため、カートリッジからの吐出物を希釈燃料タンク122に供給するためには、ポンプ118が新たに必要となる。また三方弁が存在しないため、希釈燃料タンク122から燃料電池102へとメタノール水溶液を供給する経路は、カートリッジから希釈燃料タンク122へと吐出物を供給する際の経路とは独立している。希釈燃料タンク122のメタノール水溶液は、燃料供給路198、燃料供給路172を流通して燃料電池102のアノード側104に供給される。変形例に係る燃料電池システム101では、本発明の実施の形態と同様な構成についての記述を適宜省略する。
制御ユニット140は、三方弁138にて入口138aと出口138bが繋がるように弁を切り替え、ポンプ114を起動させる。希釈燃料タンク122内の不活性ガスは、燃料供給路198、燃料供給路172、アノード側排出路174、排出路190を流通した上で、イニシャル処理用カートリッジ300の回収バッグ340に格納される。その後、ポンプ114を停止させ、ポンプ118を起動させることで、イニシャル処理用カートリッジ300の供給バッグ310の精製水などを、燃料供給路153、供給路194、供給路196を流通させる。流通した精製水などが、希釈燃料タンク122に供給され、イニシャル処理は完了する。
制御ユニット140は、三方弁138にて入口138aと出口138cが繋がるように弁を切り替え、ポンプ114を起動させる。希釈燃料タンク122のメタノール水溶液は、燃料供給路198、燃料供給路172を順に流通し、燃料電池102のアノード側104に供給される。一方、燃料電池102のカソード側106には、図示しないポンプ116によって空気が供給される。これにより、燃料電池102が発電を開始する。
制御ユニット140は、三方弁138にて入口138aと出口138bが繋がるように弁を切り替え、ポンプ114、ポンプ118を起動させる。希釈燃料タンク122内のメタノール水溶液は、燃料供給路198、燃料供給路172、アノード側排出路174、排出路190を流通した上で、洗浄液バッグ410に格納されるとともに、洗浄液は洗浄液バッグ410と希釈燃料タンク122と燃料電池102とを循環することで、経路及び燃料電池102内の電極や電解質膜が洗浄される。
そして、制御ユニット140は、ポンプ114、ポンプ118を停止し、三方弁138にて入口138aと出口138cが繋がるように弁を切り替え、イニシャル処理用カートリッジ300を要求する旨の報知をユーザに行う。イニシャル処理用カートリッジ300の装着後、三方弁138にて入口138aと出口138bが繋がるように弁を切り替え、ポンプ114を起動させる。希釈燃料タンク122内のメタノール水溶液は、燃料供給路198、燃料供給路172、アノード側排出路174、排出路190を流通した上で、イニシャル処理用カートリッジ300の回収バッグ340に格納される。
制御ユニット140は、三方弁138にて入口138aと出口138bが繋がるように弁を切り替え、ポンプ114を起動させる。希釈燃料タンク122内のメタノール水溶液は、燃料供給路198、燃料供給路172、アノード側排出路174、排出路190を流通した上で、不活性化処理用カートリッジ500の回収バッグ540に格納される。格納完了後、三方弁138にて入口138aと出口138cが繋がるように弁を切り替え、ポンプ118を起動させる。不活性化処理用カートリッジ500の供給バッグ510の不活性ガスは、燃料供給路153、供給路194、供給路196を流通し、希釈燃料タンク122に供給される。供給された不活性ガスは、燃料供給路198、燃料供給路172、アノード側排出路174、排出路176を流通し、希釈燃料タンク122と燃料電池102との間を循環する。その結果、燃料電池102に不活性ガスが充填され、不活性化処理が完了する。
Claims (4)
- 液体燃料及び酸化剤を用いて発電する燃料電池と、
前記液体燃料を格納する燃料タンクと、
複数種類のカートリッジを取り換え可能なカートリッジ装着部と、
前記カートリッジ装着部に装着されたカートリッジの種類を検知するカートリッジ検知手段と、
前記燃料タンクの内容物を前記燃料電池に供給する第1の経路と、
前記カートリッジの内容物を前記燃料電池に供給する第2の経路と、
前記カートリッジの内容物を前記燃料タンクに供給する第3の経路と、
前記燃料電池からの排出物が前記燃料タンクへ流入される第4の経路と、
前記燃料電池からの排出物が前記カートリッジへ流入される第5の経路と、
検知されたカートリッジの種類に応じて、前記第1の経路と第2の経路を切り換える第1の経路制御手段と、前記第4の経路と第5の経路を切り換える第2の経路制御手段とを備え、
装着されたカートリッジが燃料であることを、前記カートリッジ検知手段が検知したとき、前記第1の経路制御手段を前記第1の経路に切り換えるとともに、前記第2の経路制御手段を前記第4の経路に切り換え、前記カートリッジの内容物を前記燃料タンクを経由して前記燃料電池に供給することを特徴とする燃料電池システム。 - 液体燃料及び酸化剤を用いて発電する燃料電池と、
前記液体燃料を格納する燃料タンクと、
複数種類のカートリッジを取り換え可能なカートリッジ装着部と、
前記カートリッジ装着部に装着されたカートリッジの種類を検知するカートリッジ検知手段と、
前記燃料タンクの内容物を前記燃料電池に供給する第1の経路と、
前記カートリッジの内容物を前記燃料電池に供給する第2の経路と、
前記カートリッジの内容物を前記燃料タンクに供給する第3の経路と、
前記燃料電池からの排出物が前記燃料タンクへ流入される第4の経路と、
前記燃料電池からの排出物が前記カートリッジへ流入される第5の経路と、
検知されたカートリッジの種類に応じて、前記第1の経路と第2の経路を切り換える第1の経路制御手段と、前記第4の経路と第5の経路を切り換える第2の経路制御手段とを備え、
装着されたカートリッジが洗浄液であることを、前記カートリッジ検知手段が検知したとき、前記第1の経路制御手段を前記第2の経路に切り換えるとともに、前記第2の経路制御手段を前記第5の経路に切り換え、前記カートリッジから吐出される洗浄液を前記燃料電池に供給するとともに、前記燃料電池からの排出物を前記カートリッジに回収することを特徴とする燃料電池システム。 - 液体燃料及び酸化剤を用いて発電する燃料電池と、
前記液体燃料を格納する燃料タンクと、
複数種類のカートリッジを取り換え可能なカートリッジ装着部と、
前記カートリッジ装着部に装着されたカートリッジの種類を検知するカートリッジ検知手段と、
前記燃料タンクの内容物を前記燃料電池に供給する第1の経路と、
前記カートリッジの内容物を前記燃料電池に供給する第2の経路と、
前記カートリッジの内容物を前記燃料タンクに供給する第3の経路と、
前記燃料電池からの排出物が前記燃料タンクへ流入される第4の経路と、
前記燃料電池からの排出物が前記カートリッジへ流入される第5の経路と、
検知されたカートリッジの種類に応じて、前記第1の経路と第2の経路を切り換える第1の経路制御手段と、前記第4の経路と第5の経路を切り換える第2の経路制御手段とを備え、
装着されたカートリッジが二つの容器を含み、第一の容器には前記燃料タンクに供給するための精製水または所定の濃度に希釈された液体燃料を格納し、第2の容器には前記燃料電池から吐出される排出物を回収するカートリッジであることが、前記カートリッジ検知手段によって検知されたとき、
前記第1の経路制御手段を前記第1の経路に切り換えるとともに、前記第2の経路制御手段を前記第5の経路に切り換え、前記燃料電池からの排出物および燃料タンク内の内容物を第二の容器に回収した後、
前記第1の経路制御手段を前記第2の経路に切り換えるとともに、前記第2の経路制御手段を前記第4の経路に切り換え、
第一の容器に格納された精製水または所定の濃度に希釈された液体燃料を燃料タンクに供給することを特徴とする燃料電池システム。 - 液体燃料及び酸化剤を用いて発電する燃料電池と、
前記液体燃料を格納する燃料タンクと、
複数種類のカートリッジを取り換え可能なカートリッジ装着部と、
前記カートリッジ装着部に装着されたカートリッジの種類を検知するカートリッジ検知手段と、
前記燃料タンクの内容物を前記燃料電池に供給する第1の経路と、
前記カートリッジの内容物を前記燃料電池に供給する第2の経路と、
前記カートリッジの内容物を前記燃料タンクに供給する第3の経路と、
前記燃料電池からの排出物が前記燃料タンクへ流入される第4の経路と、
前記燃料電池からの排出物が前記カートリッジへ流入される第5の経路と、
検知されたカートリッジの種類に応じて、前記第1の経路と第2の経路を切り換える第1の経路制御手段と、前記第4の経路と第5の経路を切り換える第2の経路制御手段とを備え、
装着されたカートリッジが二つの容器を含み、第一の容器には前記燃料電池の劣化を防止するための不活性ガスを格納し、第二の容器には前記燃料電池から吐出される排出物を回
収するカートリッジであることが、前記カートリッジ検知手段によって検知されたとき、前記第1の経路制御手段を前記第1の経路に切り換えるとともに、前記第2の経路制御手段を前記第5の経路に切り換え、前記燃料電池からの排出物および燃料タンク内の内容物を第二の容器に回収した後、
前記第1の経路制御手段を前記第2の経路に切り換えるとともに、前記第2の経路制御手段を前記第4の経路に切り換え、
第一の容器に格納された不活性ガスを前記燃料電池に供給することを特徴とする燃料電池システム。
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