液体燃料直接供给型燃料电池系统及其运行控制方法和运行控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术可以使液体燃料直接供给型燃料电池在最佳条件下运行。通过把电解质膜夹在成对设置的负极和正极间、并设置向上述负极供给液体燃料、向上述正极供给氧化剂气体的装置而构成的多个电池串联或并联得到发电部件（１１），在它上面设置对应于用温度检测元件检测的温度来检测液体燃料浓度的传感器部件（１２），由此构成电池组（１），且设置控制装置（７），它以来自上述传感器部件（１２）的输出信号为基础控制从高浓度燃料罐（５）向燃料罐（２）供给的高浓度燃料的供给量等。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
液体燃料直接供给型燃料电池系统及其运行控制方法和运行控制装置
本专利技术涉及液体燃料直接供给型燃料电池系统、其运行控制方法和运行控制装置，更具体地说，涉及为了在最佳条件下使上述系统运行，控制向燃料电池供给的液体燃料浓度的液体燃料直接供给型燃料电池系统、控制它运行的运行控制方法和运行控制装置。
技术介绍
近年来，应对环境问题和资源、能量问题变得很重要，作为其应对方法之一，燃料电池的开发变得非常活跃。在这样的燃料电池中，不对以有机溶剂和水为主要成分的液体燃料进行转化和气化，用于直接发电的液体燃料直接供给型燃料电池，特别是在液体燃料中使用甲醇的直接甲醇型燃料电池，因构造简单，容易小型化和轻量化，所以作为以便携用电源和计算机用电源等小型电源为主的各种可移动型电源和分散型电源，对此寄予期望。通过把具有质子导电性的高分子电解质构成的电解质膜夹在成对设置的正极和负极之间作成接合体，并配置在负极一侧的用于供给作为液体燃料的甲醇水溶液的负极一侧隔板和配置在正极的用于供给作为氧化剂的空气的正极一侧隔板把此接合体夹在中间作成电池，进而，把多个电池层叠在一起成为发电部件，由此构成上述的直接甲醇型燃料电池。此外，在上述的由发电部件构成的直接甲醇型燃料电池中，为了使它稳定运行，可以是适当供给作为液体燃料的甲醇水溶液、可以适当供给作为氧化剂的空气而构成的直接甲醇型燃料电池系统。也就是适当供给甲醇水溶液和空气的话，在直接甲醇型燃料电池中，在负极，-->甲醇和水反应后生成二氧化碳，同时释放出氢离子和电子，在正极，氧夺取上述氢离子和电子生成水，可以在外部电路中得到电动势，从负极一侧排出对反应不起作用的甲醇水溶液和作为反应生成物的二氧化碳，从正极一侧排出消耗了氧的空气和作为反应生成物的水。可是，由具有质子导电性高分子电解质构成的电解质膜由于具有不仅质子容易移动，而且甲醇也容易透过的性质，所以向负极供给的甲醇通过电解质膜到达正极，其结果成为不仅使正极电位降低，而且使整个电池能量效率降低的原因。也就是，提高甲醇浓度的话，透过甲醇的量增加，正极电位显著降低，输出电压降低，整个电池的能量效率降低。此外，降低甲醇浓度的话，透过的甲醇的量可以减少，但是由于不能向负极充分供给反应所需要的甲醇，不能得到输出电流，整个电池的能量效率降低。因此，为了使直接甲醇型燃料电池系统在最佳条件下运行，对甲醇浓度和向负极供给甲醇的量进行适当控制是不可缺少的。在至今为止的直接甲醇型燃料电池系统中，甲醇水溶液中的甲醇浓度是利用电化学的临界电流的方法、利用红外吸收的方法、利用比重变化的方法、利用折射率变化的方法进行管理。利用电化学的临界电流的方法是通过准备具有质子导电性高分子电解质构成的电解质膜夹在成对设置负极和正极的临界电流测定用电池，把此电池浸渍到被检测体的甲醇水溶液中，在上述正、负极之间施加恒定电压，从流经临界电流测定用电池的电流值检测浓度的方法。利用红外吸收的方法是根据甲醇水溶液中甲醇浓度变高的话，特定频率的红外吸收增加来检测浓度的方法。利用比重的方法是根据甲醇水溶液中甲醇浓度变高的话，比重降低来检测浓度的方法。利用折射率的方法是根据甲醇水溶液中甲醇浓度变高的话，折射率变大来检测浓度的方法。专利文献1(特表2002-520778号公报)公开了在包括直接甲醇型燃料电池的电化学燃料电池中，设置用于测定其活度的传感器电池。-->
技术实现思路
上述利用电化学临界电流的方法，由于必须一直把恒定电压施加在临界电流测定用电池上，不仅存在能量损失大的问题，而且由于要使燃料电池长期运行，临界电流测定用电池消耗的话，不得不更换它，存在维护麻烦的问题。此外，利用红外吸收的方法，由于需要红外线发生装置，不仅存在燃料电池成本提高的问题，而且存在难以适用于被要求小型化的直接甲醇型燃料电池系统的问题。此外，利用比重变化的方法，如果处在直接甲醇型燃料电池系统运行中的话，甲醇水溶液一般是流动的，还混入气泡，因此，存在难以准确测定比重的问题。利用折射率变化的方法，由于需要用于检测折射率的CCD，存在难以适用于有可能运行温度在80℃以上的直接甲醇型燃料电池系统，再加上与利用比重的方法相同，由于混入气泡，存在不能正确检测浓度的问题。因此，对在直接甲醇型燃料电池系统中的甲醇水溶液中甲醇浓度进行恰当的管理是困难的。解决课题的手段鉴于上述课题，本专利技术提供对应于用温度检测元件检测温度，设置用于检测液体燃料浓度的传感器部件，可以对甲醇水溶液中的甲醇浓度进行适当管理，同时可以适当控制供给的液体燃料供给量的、象直接甲醇型燃料电池系统这样的液体燃料直接供给型燃料电池系统、控制其运行的运行控制方法和运行控制装置。也就是，提供液体燃料直接供给型燃料电池系统，包括：把具有质子导电性高分子电解质构成的电解质膜夹在成对设置的负极和正极间，由设有向上述负极供给液体燃料、向上述正极供给氧化剂气体结构的多个电池串联或并联构成发电部件；储存向上述负极供给的液体燃料的燃料罐；储存用于调整上述燃料罐内液体燃料浓度的高浓度燃料的高浓度燃料罐；储存因上述发电部件的电池反应生成的生成水的水罐；设有至少具有温度检测元件的、用于检测液体燃料浓度的传感-->器部件，根据来自上述传感器部件的输出信号，进行从高浓度燃料罐向燃料罐供给高浓度燃料的供给量的控制、从水罐向燃料罐供给的水供给量的控制、或从燃料罐向发电部件供给的液体燃料供给量的控制中的一种。优选的是，使传感器部件与发电部件设置成一体。优选的是，传感器部件由温度检测元件、膜体和设在上述膜体表面上的至少一个电极构成。优选的是，把具有质子导电性的高分子电解质膜作为膜体，把设在上述膜体两面的供给液体燃料的第1电极和供给氧化剂气体的第2电极作为上述电极，把上述第1、第2电极之间的电压和用温度检测元件得到的温度对应值作为从传感器部件输出的信号，以上述温度对应值为基础，把上述电压变换成液体燃料浓度。更有选的是，以能透过液体燃料的液体透过性膜为膜体，把具有使透过上述膜体的液体燃料氧化的催化剂的氧化电极作为上述电极，把氧化剂气体供给到上述氧化电极一侧，透过膜体的液体燃料因上述氧化电极而被氧化，这样，用温度检测元件检测温度，把此温度作为从传感器部件输出的信号，把上述温度变换成液体燃料浓度。特别优选的是，用温度检测元件检测因透过膜体的液体燃料氧化造成的传感器部件的温度变化，把此温度变化变换成液体燃料浓度变化。为了求出温度变化，优选的是，在发电部件的液体燃料供给口附近或发电部件的液体燃料排出口附近中的至少一方设置检测此附近温度的第2温度检测元件，求出传感器部件温度和第2温度检测元件温度的差。-->此外，如上所述，在本专利技术的运行控制方法中要进行从高浓度燃料罐向燃料罐供给的高浓度燃料的供给量的控制、从水罐向燃料罐供给的水供给量的控制、或从燃料罐向发电部件供给的液体燃料供给量的控制中的一种控制。本专利技术的运行控制装置设有传感器部件和控制部，如上所述，至少要进行从高浓度燃料罐向燃料罐供给的高浓度燃料的供给量的控制、从水罐向燃料罐供给的水供给量的控制、或从燃料罐向发电部件供给的液体燃料供给量的控制中的一种控制。在本专利技术中，可以用从传感器部件输出的信号检测液体燃料浓度。把传感器部件和发电部件设置成一体的话，可以得到紧凑的系统。把传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液体燃料直接供给型燃料电池系统，包括：发电部件，该发电部件通过把具有质子导电性的高分子电解质构成的电解质膜夹在成对设置的负极和正极间、且设置向上述负极供给液体燃料、向上述正极供给氧化剂气体的装置而构成的多个电池串联或并联而得到；储存向上述负极供给的液体燃料的燃料罐；储存用于调整上述燃料罐内液体燃料浓度的高浓度燃料的高浓度燃料罐；和储存因上述发电部件的电池反应生成的生成水的水罐，其特征在于，还设有至少具有温度检测元件的、以得到用于检测液体燃料浓度的输出信号的传感器部 件；以及根据来自上述传感器部件的输出信号进行从高浓度燃料罐向燃料罐供给的高浓度燃料的供给量的控制、从水罐向燃料罐供给的水供给量的控制、或从燃料罐向发电部件供给的液体燃料供给量的控制中的至少一种控制的控制部。

【技术特征摘要】
JP 2002-9-30 287976/2002;JP 2003-7-16 275703/20031.一种液体燃料直接供给型燃料电池系统，包括：发电部件，该发电部件通过把具有质子导电性的高分子电解质构成的电解质膜夹在成对设置的负极和正极间、且设置向上述负极供给液体燃料、向上述正极供给氧化剂气体的装置而构成的多个电池串联或并联而得到；储存向上述负极供给的液体燃料的燃料罐；储存用于调整上述燃料罐内液体燃料浓度的高浓度燃料的高浓度燃料罐；和储存因上述发电部件的电池反应生成的生成水的水罐，其特征在于，还设有至少具有温度检测元件的、以得到用于检测液体燃料浓度的输出信号的传感器部件；以及根据来自上述传感器部件的输出信号进行从高浓度燃料罐向燃料罐供给的高浓度燃料的供给量的控制、从水罐向燃料罐供给的水供给量的控制、或从燃料罐向发电部件供给的液体燃料供给量的控制中的至少一种控制的控制部。2.如权利要求1所述的液体燃料直接供给型燃料电池系统，其特征在于，传感器部件与发电部件设置成一体。3.如权利要求2所述的液体燃料直接供给型燃料电池系统，其特征在于，传感器部件由温度检测元件、膜体和设在上述膜体表面上的至少一个电极构成。4.如权利要求3所述的液体燃料直接供给型燃料电池系统，其特征在于，把具有质子导电性的高分子电解质膜作为膜体，把设在上述膜体两面的供给液体燃料的第1电极和供给氧化剂气体的第2电极作为上述电极，把上述第1、第2电极之间的电压和用温度检测元件得到的温度对应值作为传感器部件的输出信号，且在上述控制部把此输出信号变换成液体燃料的浓度。-->5.如权利要求3所述的液体燃料直接供给型燃料电池系统，其特征在于，以能透过液体燃料的液体透过性膜为膜体，把具有使透过上述膜体的液体燃料氧化的催化剂的氧化电极作为上述电极，把氧化剂气体供给到上述氧化电极一侧，透过膜体的液体燃料因上述氧化电极而被氧化，把用上述温度检测元件得到的温度对应值作为传感器部件的输出信号，在上述控制部把上述温度对应值变换成液体燃料的浓度。6.如权利要求5所述的液体燃料直接供给型燃料电池系统，其特征在于，把上述温度对应值变换成因透过膜体的液体燃料氧化造成的温度变化，进而变换成液体燃料的浓度。7.如权利要求6所述的液体燃料直接供给型燃料电池系统，其特征在于，在发电部件的液体燃料供给口附近或发电部件的液体燃料排出口附近的至少一方设置检测此附近温度的第2温度检测元件，利用传感器部件的温度检测信号和第2温度检测元件的信号之间的差求出上述温度变化。8.如权利要求1所述的液体燃料直接供给型燃料电池系统，其特征在于，上述传感器部件具有隔板，该隔板设有供给和/排出空气的贯通孔及供给/排出燃料的贯通孔，在此隔板之间设有质子导电性高分子电解质膜、负极和正极，上述发电部件的各个电池具有隔板，此隔板设有供给/排出空气用的贯通孔和供给/排出燃料用的贯通孔，把上述传感器部件配置在向...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥山良一，石丸文也，野村荣一，武光孝智，
申请(专利权)人：株式会社杰士汤浅，
类型：发明
国别省市：JP[日本]