专利名称：燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池系统，特别涉及与所安装的盒体(cartridge)相对应地改变燃料电池系统内的路径的技术。
背景技术：
燃料电池是从氢和氧来产生电能的装置，能够获得高的发电效率。由于是直接发电，不像以往发电方式那样经过热能或动能的过程，因此，作为燃料电池的主要特征可以举出以下几点虽然规模小，但可期待高发电效率；由于氮化物等的排出减少，噪声或振动也小，因此环境性优良等。
其中，固体高分子型燃料电池与其它类型的燃料电池相比，具有动作温度低、输出密度高的特点。尤其是近年来，作为固体高分子型燃料电池的一种形式，直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel CellDMFC)备受关注。在DMFC中，在不对作为燃料的甲醇进行改质的情况下直接向阳极供给，通过甲醇水溶液和氧的电化学反应而获得电能，通过该电化学反应，从阳极生成的二氧化碳和从阴极生成的水作为反应生成物而排出。甲醇水溶液与氢相比，每单位体积的能量高，适于储存，爆炸等危险性也低，因此，在用于汽车或便携式机器(便携式电话、笔记本电脑、PDA、MP3唱机、数码照相机或者电子词典(图书))等的电源方面被寄予厚望。
通常，在DMFC中所使用的甲醇水溶液通过可装卸的盒体来供给。在盒体中存储浓度高于最适于发电的浓度的高浓度甲醇水溶液，用燃料电池系统内的稀释燃料罐对高浓度甲醇水溶液进行稀释，然后将稀释后的甲醇水溶液提供给DMFC。通过该结构，可以增大每一个盒体的发电量，从而提高了DMFC的便利性(例如参照专利文献1)。
专利文献1日本专利文献特开2004-152741号公报。
在刚购入DMFC，或长时间不使用DMFC、为了保管而使稀释燃料罐内为空的情况下，当开始使用DMFC时，需要给稀释燃料罐提供蒸馏水等。为此，寻求一种用户能够容易地进行供给蒸馏水等维护作业的燃料电池系统。另外，如果过于重视用户的便利性而使燃料电池系统的结构变复杂，则难以节省空间和成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在不使燃料电池系统的结构变复杂的情况下，用户能够容易地进行DMFC的维护的燃料电池系统。
为了解决所述课题，本发明某种方式的燃料电池系统包括用液体燃料和氧化剂来进行发电的燃料电池；收纳液体燃料的燃料罐；从燃料罐向燃料电池供给液体燃料的第一路径；可更换多种盒体的盒体安装部；向燃料电池供给从盒体喷出的内容物的第二路径；对安装在盒体安装部上的盒体种类进行检测的盒体检测装置；以及根据所检测的盒体种类来控制路径的路径控制装置。
根据该方式，用户仅通过改变盒体即可容易地进行燃料电池的维护。
另外，优选，当通过盒体检测装置检测到所安装的盒体是收纳向燃料罐供给液体燃料的盒体时，路径控制装置将从盒体喷出的液体燃料切换到向燃料罐供给的路径中，并且将来自燃料电池的排出物切换到回收到燃料罐的路径中。
另外，优选，当通过盒体检测装置检测到所安装的盒体是收纳用于清洗燃料电池内的电解质膜或者阳极的清洗液的盒体时，路径控制装置将从盒体喷出的内容物切换到向燃料电池供给的路径中，并且将来自燃料电池的排出物切换到回收到盒体的路径中。
另外，优选，当通过盒体检测装置检测到所安装的盒体包括两个容器，且在第一容器中收纳用于向燃料罐供给的蒸馏水或者被稀释至规定浓度的液体燃料，在第二容器中回收从燃料电池喷出的排出物时，路径控制装置将从盒体喷出的内容物切换到向燃料罐供给的路径中，并且将来自燃料电池的排出物切换到回收到盒体的路径中，由此能将稀释燃料罐内的液体燃料或者燃料电池内的惰性气体回收到第二容器，并且，路径控制装置将从盒体喷出的内容物切换到向燃料电池供给的路径中，并且将来自燃料电池的排出物切换到回收到稀释燃料罐的路径中，由此将收纳在第一容器中的蒸馏水或者被稀释至规定浓度的液体燃料向燃料罐供给。
另外，优选，当通过盒体检测装置检测到所安装的盒体包括两个容器，且在第一容器中收纳用于防止燃料电池劣化的惰性气体，在第二容器中回收从燃料电池喷出的排出物时，路径控制装置将从盒体喷出的内容物切换到向燃料罐供给的路径中，并且将来自燃料电池的排出物切换到回收到盒体的路径中，由此能将燃料罐内的液体燃料回收到第二容器，并且，路径控制装置将从盒体喷出的内容物切换到向燃料电池供给的路径中，并且将来自燃料电池的排出物切换到回收到燃料罐的路径中，由此将收纳在第一容器中的惰性气体向燃料电池供给。
根据该方式，用户可以仅通过改变盒体而容易地根据燃料电池系统来选择与盒体种类对应的最优路径。因此，用户易于进行燃料电池的维护。
根据本发明，在不使燃料电池系统的结构变复杂的情况下，用户能够容易地进行DMFC的维护。
图1是本发明实施方式的燃料电池系统的立体图；图2是燃料电池系统的结构图；图3是示出起动燃料电池系统时或更换盒体时的处理过程的流程图；图4是安装了初始处理用盒体的燃料电池系统的示意图；图5是示出安装了初始处理用盒体时的处理过程的流程图；图6是安装了燃料用盒体的燃料电池系统的示意图；图7是示出安装了燃料用盒体时的处理过程的流程图；图8是安装了清洗用盒体的燃料电池系统的示意图；图9是示出安装了清洗用盒体时的处理过程的流程图；图10是安装了惰性化处理用盒体的燃料电池系统的示意图；图11是示出安装了惰性化处理用盒体时的处理过程的流程图；图12是本发明变形例的燃料电池系统的示意图。
图中10-壳体；20-配件单元；30-托架；100-燃料电池系统；101-燃料电池系统；102-燃料电池；104-阳极侧；106-阴极侧；110-泵；112-泵；114-泵；116-泵；118-泵；120-燃料副罐；122-稀释燃料罐；124-冷却器；126-气液分离器；130-燃料电池系统排出接头部；132-燃料电池系统吸入接头部；134-止回阀；136-三通阀；138-三通阀；140-控制单元；142-盒体检测部；144-液面传感器；146-传感器；148-燃料过滤器；150-排气过滤器；152-空气过滤器；200-燃料用盒体；210-燃料袋；230-盒体喷出接头部；240-燃料确认窗；300-初始处理用盒体；310-供给袋；330-盒体喷出接头部；340-回收袋；360-盒体回收接头部；400-清洗用盒体；410-清洗液袋；430-盒体回收接头部；450-盒体喷出接头部；500-惰性化处理用盒体；510-供给袋；530-盒体喷出接头部；540-回收袋；560-盒体回收接头部。
具体实施例方式
图1是本发明实施方式的燃料电池系统100的立体图，图2是示出燃料电池系统100的结构图。燃料电池系统100是将甲醇作为液体燃料，通过使该甲醇和作为氧化剂的空气在燃料电池中发生电化学反应来进行发电的DMFC系统，其整体尺寸结构紧凑化，可被用作便携式笔记本电脑的电源。
在燃料电池系统100中，在图1所示的壳体10内的长度方向的一方安装有燃料电池102，在其相反侧设有以可从燃料电池系统100上装卸的方式连接的燃料用盒体200，且在大致中央部设有配件单元20。另外，在载置笔记本电脑的托架30内设有控制单元140和副电池。
在图1和图2中，安装有主要被燃料电池系统100使用的燃料用盒体200。燃料副罐120和稀释燃料罐122与燃料用盒体200邻接设置。存储在燃料用盒体200内的燃料袋210中的纯甲醇或者高浓度甲醇水溶液经由燃料副罐120导入稀释燃料罐122中，并被稀释至规定浓度(1mol/L)。燃料副罐120的功能是去掉在装卸燃料用盒体200时混入到燃料供给路220、153、154以及156中的空气。稀释燃料罐122调整燃料浓度，并且起到将从燃料电池102中排出的气体成分排出到燃料电池系统100的外部的气液分离器的功能。
配件单元20包括从燃料袋210向燃料副罐120供给燃料的泵110；从燃料副罐120向稀释燃料罐122供给燃料的泵112；以及从稀释燃料罐122向燃料电池102供给燃料的泵114，这些泵被安装在作为燃料收纳部的燃料用盒体200、燃料副罐120以及稀释燃料罐122和燃料电池102之间。这样是为了尽可能缩短燃料供给路220、153、154、156、158、160、162、166、168、170、172以节省空间，并且也为了将间歇供给的高浓度甲醇迅速向燃料电池102供给。
另外，配件单元20还包括用于向燃料电池102的负极一侧106供给氧的泵116。利用泵116从大气吸收的空气通过氧供给路180，然后通过空气过滤器152。由此可除去大气中的灰尘等。通过空气过滤器152后的空气通过氧供给路182而提供给负极一侧106。
配件单元20还包括气液分离器126和冷却器124。气液分离器126和冷却器124被安装在燃料电池102和稀释燃料罐122之间。气液分离器126使以从燃料电池102的阳极侧104排出的液体为主要成分的阳极排出物(排出甲醇+二氧化碳)和以从阴极侧106排出的气体为主要成分的阴极排出物(排出空气+生成水)在经由阴极侧排出路184以及阳极侧排出路174、排出路176之后混合，并使混合物分离成气体成分和液体成分。冷却器124使由气液分离器126分离的气体成分和液体成分流通不同的配管(186、178)，并通过排出燃料电池系统100的内部空气的冷却风扇来冷却燃料电池102的排出物。通过在具有气液分离功能的稀释燃料罐122(冷却器124)的前一级安装气液分离器126，可以使混合有液体和气体的阳极排出物和阴极排出物合流，并使液体成分和气体成分分别流通液体成分流路178和气体成分流路186来进行冷却。因此，通过冷却气液混合的流体，可以提高在冷却器124中的热交换率。
在连接稀释燃料罐122和燃料电池102的流通路径上设有三通阀136，在连接燃料电池102的阳极侧104和气液分离器126的流通路径上设有三通阀138。燃料供给路153在通往燃料副罐120之前，分支成燃料供给路154和供给路188，供给路188与三通阀136连接。三通阀136通过阀的切换，可以使燃料供给路168与燃料供给路170连接，或者使供给路188与燃料供给路170连接。三通阀136设置在连接泵114和稀释燃料罐122的流通路径之间。因此，通过切换三通阀，可以将稀释燃料罐122内的甲醇水溶液向燃料电池102供给，或者将盒体内的内容物经由燃料电池102、气液分离器126、冷却器124而向稀释燃料罐122供给。三通阀138连接在阳极侧排出路174上，并分支为排出路176和排出路190，其中，排出路176将阳极侧排出路174与气液分离器126连接，排出路190将阳极侧排出路174与燃料电池系统排出接头部130连接。三通阀138通过阀的切换，可以将阳极侧排出路174与排出路176连接，或者将阳极侧排出路174与排出路190连接。三通阀136和三通阀138是由来自控制单元140的电信号进行控制的电磁阀。
被稀释燃料罐122回收的燃料电池102的排出物中的气体成分通过气体成分排出路192被排出到燃料电池系统100的外部。此时，为了不将液体成分排出到外部，优选尽可能长地设置气体成分排出路192，并在出口处设置排气过滤器150。
由燃料电池102产生的生成水的量多于从稀释燃料罐122排出的水蒸气的量，从而在燃料电池系统100内循环的燃料可能会从稀释燃料罐122溢出，考虑到这一可能性，在稀释燃料罐122和燃料副罐120的上部对其进行配管(罐联络路164)连接，当从稀释燃料罐122溢出时，燃料副罐120起到稀释燃料罐120的缓冲器的作用，并且，当从燃料用盒体200向燃料副罐120提供燃料而使燃料副罐120内的压力暂时提高时，稀释燃料罐122起到缓解燃料副罐120的压力的作用。在燃料副罐120和稀释燃料罐122之间设有止回阀134，除非从燃料供给路162向燃料供给路160、158，即，从稀释燃料罐122向燃料副罐120，经由罐联络路164溢流，否则不允许被稀释的甲醇水溶液回流。
在燃料副罐120中设有液面传感器144，在稀释燃料罐122中设有传感器146。这些传感器测定罐内水溶液的液面位置或浓度，并将这些数据发送给控制单元140。控制单元140根据来自液面传感器144的数据而从燃料用盒体200向燃料副罐120供给燃料。另外，控制单元140根据来自传感器146的数据来控制燃料电池系统100内的各种装置。例如检测到稀释燃料罐122内的甲醇水溶液的浓度降低，则从燃料副罐120向稀释燃料罐122供给高浓度甲醇。另外，在连接稀释燃料罐122和三通阀136的流通路径上设有燃料过滤器148。通过燃料过滤器148来除去甲醇水溶液内的杂质，过滤后的甲醇水溶液被提供给燃料电池102。
在连接燃料袋210和燃料副罐120的流通路径上设有盒体喷出接头部230和燃料电池系统吸入接头部132，通过所述接头部来连接燃料供给路220和燃料供给路153。在所述接头部中，为了在本体一侧具有用于回收装拆盒体时所泄漏的燃料的安全机构或接头的锁定机构等，而使燃料用盒体200一侧的盒体喷出接头部230为阳接头，使燃料副罐120一侧的燃料电池系统吸入接头部132为阴接头。阴接头易于组装复杂的机构，简化燃料用盒体200一侧的结构，由此从考虑大小和成本方面来看是有利的。在连接三通阀138和燃料用盒体200的流通路径上设有燃料电池系统排出接头部130。燃料电池系统排出接头部130用于当盒体在内部包括两个容器时，回收从燃料电池系统100排出的排出物。燃料电池系统排出接头部130和用于回收排出物的盒体的接头部同样也是阴接头和阳接头的关系。
为了检测燃料用盒体200的装卸状态，在与燃料用盒体200接触的燃料电池系统100的本体部分上设有盒体检测部142。由此，可检测燃料用盒体200是否以正常状态嵌入燃料电池系统100中，使得在使用过程中不会从盒体喷出接头部230和燃料电池系统吸入接头部132泄漏燃料。检测燃料用盒体200的装卸的装置不限于盒体检测部142，也可以在燃料用盒体200的规定位置埋置IC芯片等，检测IC芯片的位置，并且将燃料用盒体200的信息，例如容量、浓度、燃料类型、序号等信息在燃料电池系统100的控制单元140之间进行传递。
另外，盒体检测部142检测盒体的种类。控制单元140判断被检测的盒体是否是燃料电池系统100所要求的盒体。当所安装的盒体是要求的盒体时，控制单元140控制泵114、三通阀136、138等来执行与盒体对应的处理。当所安装的盒体与要求的盒体不相同时，控制单元140将盒体不相同的信息告知用户。作为告知手段，既可以通过声音来通知，也可以是用户可进行视觉确认的显示。
燃料用盒体200的燃料供给路220在燃料袋210的底部具有导入口，该燃料供给路220以沿燃料用盒体200的内壁的边上升的方式进行配置，并连接在盒体喷出接头部230上。另外，在燃料用盒体200的上部(上边的一部分)开设有可看到燃料供给路220的燃料确认窗240。为了从该燃料确认窗240确认燃料供给路220的内部，燃料供给路220优选采用特氟纶(テフロン，注册商标)管这样的透明材料。燃料袋210为容积可变的容器，通过在其内部预先同时封装燃料和少量的气体，可以在燃料袋210内存储的燃料所剩不多时，从燃料确认窗240目视确认液相和气相的边界。如果预先使燃料带有颜色，则更容易进行确认。
图3是示出起动燃料电池系统100时和更换盒体时的处理过程的流程图。
首先，盒体检测部142检测盒体是否安装在燃料电池系统100上(S10)。当起动燃料电池系统100时，如果没有安装盒体(S10的否)，则控制装置140向用户告知燃料电池系统100所需要的盒体类型(S16)。由于所需要的盒体根据使用状况的变化而变化，因此，控制装置140可以根据存储在燃料电池系统100内的存储器中的使用履历来进行判断。如果安装有盒体(S10的是)，则控制装置140根据来自盒体检测部142的数据，判断该盒体是否是燃料电池系统100所需要的盒体(S12)。如果与所需要的盒体不同(S12的否)，则向用户告知所需要的盒体类型(S16)。如果是所需要的盒体(S12的是)，则控制装置140控制燃料电池系统100内的各种装置来执行与盒体对应的处理(S14)。参照图5等对S14的处理进行详细阐述。
图4是安装了初始处理用盒体300的燃料电池系统100的示意图。
初始处理用是在购入燃料电池系统100时，或由于长时间不使用而对燃料电池102进行惰性化处理，在再次进行使用时所必须进行的处理。初始处理用盒体300包括供给袋310、供给路320、盒体喷出接头部330、回收袋340、回收路350、以及盒体回收接头部360。供给袋310是容积可变的容器，通过供给路320与盒体喷出接头部330连接。盒体喷出接头部330与燃料电池系统吸入接头部132结合，从而将供给袋310内的内容物向燃料电池系统100供给。供给袋310中存储有蒸馏水或浓度低于燃料用盒体200内的高浓度甲醇的低浓度甲醇。存储在供给袋310中的蒸馏水等被提供给空的稀释燃料罐122，之后通过所安装的燃料用盒体200的高浓度甲醇来调整至最适于发电的浓度。
回收袋340是容积可变的容器，通过回收路350与盒体回收接头部360连接。盒体回收接头部360与燃料电池系统排出接头部130结合，回收从燃料电池系统100排出的气体等。通过惰性化处理，填充在燃料电池102等中的惰性气体被收纳到回收袋340中。
图5是示出安装了初始处理用盒体300时的处理过程的流程图。
首先，控制单元140获得三通阀136和三通阀138的各自的阀的位置数据。根据所获得的阀的位置对阀进行切换(S18)，使得通过三通阀136来连接入口136b和出口136a，通过三通阀138来连接入口138a和出口138b。结束阀的切换后，开始运转泵114(S20)。当购入燃料电池系统100等时，为了防止燃料电池102内的电极氧化而填充惰性气体。并且，为了防止液体泄漏等而使燃料副罐120和稀释燃料罐122的内部为空。通过三通阀的切换和泵114的起动，稀释燃料罐122或燃料电池102内的惰性气体顺次流通燃料供给路167、燃料供给路170、燃料供给路172、阳极侧排出路174、以及排出路190。流通后的惰性气体通过回收路350被收纳到回收袋340中。
在回收结束之前持续进行回收作业(S22的否)。预先测定回收所需的时间，在该时间期间维持各个三通阀的位置，由此控制单元140可以判断惰性气体回收的结束。另外，在排出路190内设置图中未示出的传感器来测定气体浓度，由此也可以判断回收结束。回收结束后(S22的是)，根据存储在燃料电池系统100内的存储器中的使用履历来检测在初始处理之前执行的处理类型(S24)。对于所检测的处理是清洗处理时的情况(S24的是)，参照图9进行详细阐述。这里，假定是购入燃料电池系统100的情况，没有检测之前执行的处理，不是清洗处理之后(S24的否)。
控制单元140切换阀(S30)，使得通过三通阀136来连接入口136c和出口136a，通过三通阀138来连接入口138a和出口138c。通过三通阀的切换，供给袋310内的蒸馏水等顺次流通供给路320、燃料供给路153、供给路188、燃料供给路170、燃料供给路172、阳极侧排出路174、以及排出路177。流通后的蒸馏水等被提供给稀释燃料罐122以用于稀释高浓度甲醇。
在供给结束之前持续蒸馏水等的供给作业(S32的否)。预先测定达到所需供给量时稀释燃料罐122内的液面位置，设置在稀释燃料罐122中的传感器146检测该位置，由此，控制单元140可以判断供给结束。供给结束后(S32的后)，控制单元140使泵114停止运转(S34)。
控制单元140切换阀(S36)，使得通过三通阀136来连接入口136b和出口136a，通过三通阀138来连接入口138a和出口138c。通过三通阀的切换，截断燃料电池102与盒体直接连接的路径，控制单元104告知用户初始处理结束(S38)。
图6是安装了燃料用盒体200的燃料电池系统100的示意图，图7是示出安装了燃料用盒体200时的处理过程的流程图。
首先，控制单元140获得三通阀136和三通阀138的各自的阀的位置数据。根据所获得的阀的位置对阀进行切换(S40)，使得通过三通阀136来连接入口136b和出口136a，通过三通阀138来连接入口138a和出口138c。结束阀的切换后，通过设置在稀释燃料罐122中的传感器146来检测罐内的甲醇水溶液的液面位置(S42)。当液量减少，即使从燃料用盒体200供给高浓度甲醇水溶液也无法准备最适于发电的浓度的甲醇水溶液时(S42的否)，控制单元140告知用户需要初始处理用盒体300(S54)。用户换上初始处理用盒体300，向稀释燃料罐122中供给足够的蒸馏水等之后，再次换上燃料用盒体200。当稀释燃料罐122内的液量充足时(S42的是)，通过传感器146来检测浓度。当稀释燃料罐122内的水溶液不是最适于发电的浓度时，控制单元140使泵110和泵112开始运转，将燃料袋210内的高浓度甲醇水溶液向稀释燃料罐122供给。当水溶液是最佳浓度时，使泵114开始运转(S44)。
稀释燃料罐122内的甲醇水溶液在泵114的作用下顺次流通燃料供给路167、燃料供给路170、燃料供给路172，并被向燃料电池102的阳极侧104供给。另一方面，通过图中未示出的泵116向燃料电池102的阴极侧106供给空气。由此，燃料电池102开始发电。
控制单元140在发电过程中监视燃料电池102的发电电压。当检测到由于电极或电解质膜的恶化而引起电压下降时(S46的是)，告知用户换上清洗用盒体400(S52)。也可以不检测电压下降，而根据存储在燃料电池系统100内的存储器中的燃料电池102的总运转时间来判断是否需要进行清洗处理。用户换上清洗用盒体400，对电极或电解质膜进行清洗之后，再次换上燃料用盒体200。参照图8对安装清洗用盒体时的处理过程进行详细阐述。
在没有检测到电压下降的情况下(S46的否)，继续进行燃料电池102的发电。当用户结束连接在燃料电池系统100上的笔记本电脑等机器的使用时，控制单元140检测机器的结束(S48的是)，停止运转泵114(S50)。泵114停止运转，发电处理由此结束。当由于用户使用机器而继续进行发电时(S48的否)，控制单元140继续监视燃料电池102的发电电压。
图8是安装了清洗用盒体400的燃料电池系统100的示意图。
清洗处理是燃料电池102的发电电压降低或者燃料电池102的总运转时间达到规定时间时所必须进行的处理。清洗用盒体400包括清洗液袋410、回收路420、盒体回收接头部430、供给路440、以及盒体喷出接头部450。清洗液袋410是容积可变的容器，通过供给路440与盒体喷出接头部450连接。盒体喷出接头部450与燃料电池系统吸入接头部132结合，将清洗液袋410内的内容物向燃料电池系统100供给。在清洗液袋410中作为清洗液收纳有0.5mol/L左右的稀硫酸。清洗液被提供给燃料电池102，除去附着在电解质膜上的金属离子或者附着在电极上的氧化物。由此，可以恢复燃料电池102的发电电压。作为由清洗液除去的金属离子，有铝、钙、铜、铁等的离子。
另外，清洗液袋410通过回收路420与盒体回收接头部430连接。盒体回收接头部430与燃料电池系统排出接头部130结合，回收从燃料电池102排出的清洗液。所回收的清洗液被再次收纳到清洗液袋410中，从而在清洗用盒体400内和燃料电池系统100内循环。与清洗液一起被回收的金属离子或氧化物被图中未示出的过滤器过滤。在过滤器中使用离子交换树脂或树脂制(聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯)的筛孔。需要在清洗用盒体400内的流通路径上设置过滤器。
图9是示出安装了清洗用盒体400时的处理过程的流程图。
首先，控制单元140获得三通阀136和三通阀138的各自的阀的位置数据。根据所获得的阀的位置对阀进行切换(S52)，使得通过三通阀136来连接入口136c和出口136a，通过三通阀138来连接入口138a和出口138c。结束阀的切换后，开始运转泵114(S54)。通过三通阀的切换和泵114的起动，清洗液袋410内的清洗液顺次流通供给路440、燃料供给路153、供给路188、燃料供给路170、燃料供给路172、阳极侧排出路174、以及排出路177。流通后的清洗液被收纳在稀释燃料罐122中。由此，发电运转之后残留在连接稀释燃料罐122和燃料电池102之间的流通路径内的甲醇水溶液等物质与清洗液一起被收纳到稀释燃料罐122内。
在路径清洗结束之前持续清洗作业(S56的否)。预先测定路径清洗所需的时间，通过在该时间期间维持各个三通阀的位置，控制单元140可以判断路径清洗的结束。路径清洗之后(S56的是)，控制单元140切换阀(S58)，使得通过三通阀136来连接入口136c和出口136a，通过三通阀138来连接入口138a和出口138b。通过三通阀的切换，清洗液袋410内的清洗液顺次流通供给路440、燃料供给路153、供给路188、燃料供给路170、燃料供给路172、阳极侧排出路174、以及排出路190。流通后的清洗液通过回收路420被收纳到清洗液袋410中。收纳在清洗液袋410中的清洗液被再次提供给燃料电池系统100，通过清洗液的循环来清洗燃料电池102内的电极、电解质膜。
在清洗结束之前持续清洗处理(S60的否)。预先测定清洗所需的时间，通过在该时间期间维持各个三通阀的位置，控制单元140可以判断清洗的结束。清洗之后(S60的是)，控制单元140切换阀(S62)，使得通过三通阀136来连接入口136c和出口136a，通过三通阀138来连接入口138a和出口138c。通过三通阀的切换，清洗液袋410的清洗液顺次流通供给路440、燃料供给路153、供给路188、燃料供给路170、燃料供给路172、阳极侧排出路174、以及排出路177。流通后的清洗液被收纳到稀释燃料罐122中。
在收纳结束之前持续收纳处理(S64的否)。预先测定清洗液袋410收纳清洗液所需的时间，通过在该时间期间维持各个三通阀的位置，控制单元140可以判断清洗液的收纳结束。另外，也可以通过设置在稀释燃料罐122内的传感器146，根据罐内的水溶液的液面来检测稀释燃料罐122被充分充满，从而判断清洗液的收纳结束。
收纳结束之后(S64的是)，控制单元140使泵114停止运转(S66)。控制单元140切换阀(S68)，使得通过三通阀136来连接入口136b和出口136a，通过三通阀138来连接入口138a和出口138c。通过三通阀的切换，截断燃料电池102与盒体直接连接的路径。为了将收纳在稀释燃料罐122内的清洗液和甲醇水溶液的混合溶液排出到燃料电池系统100外，控制单元104告知用户换上初始处理用盒体300(S70)。
如图4所示，通过换上初始处理用盒体300，燃料电池系统100执行所述图5的S18～S22。在这里，是收纳在稀释燃料罐122内的清洗液和甲醇水溶液的混合溶液被收纳在回收袋340中，而不是惰性气体。控制单元140根据存储在燃料电池系统100内的存储器中的使用履历来检测在初始处理之前执行的处理的类型(S24)。由于所检测的处理是清洗处理(S24的是)，因此切换阀(S26)，使得通过三通阀136来连接入口136c和出口136a，通过三通阀138来连接入口138a和出口138b。通过三通阀的切换，供给袋310内的蒸馏水顺次流通供给路320、燃料供给路153、供给路188、燃料供给路170、燃料供给路172、阳极侧排出路174、以及排出路190。其结果是，在使清洗液循环的清洗处理之后，可以除去残留在流通路径上的清洗液。含有清洗液的蒸馏水等通过回收路350被收纳到初始处理用盒体300的回收袋340中。
在清洗液的除去结束之前持续除去作业(S28的否)。预先测定除去结束所需的时间，通过在该时间期间维持各个三通阀的位置，控制单元140可以判断清洗液的除去结束。除去结束之后(S28的是)，执行所述图5的S30～S38。在向稀释燃料罐122供给生成水等之后，停止泵114，初始处理结束。之后，在用户希望进行发电处理时，再次换上燃料用盒体200。
为了提高除去电解质膜或电极的无用物质的除去能力，也可以在清洗处理中使用两种清洗液。作为两种清洗液，可以考虑双氧水和所述的稀硫酸。两种清洗液分别收纳在不同的清洗用盒体400的清洗液袋410中。首先安装收纳有双氧水的清洗用盒体400。双氧水通过流通路径而在盒体和燃料电池102之间循环，进行电解质膜和电极的脱脂。接着，用收纳有稀硫酸的清洗用壳体400来执行所述的清洗处理。通过在稀硫酸的清洗处理之前先用双氧水进行脱脂，可以提高稀硫酸对电解质膜或电极的无用物质进行除去的能力，从而也提高了燃料电池102的发电性能。
图10是安装了惰性化处理用盒体500的燃料电池系统100的示意图。
惰性化处理用是在长时间不使用燃料电池102而对其进行保管或者废弃燃料电池102时所必须进行的处理。惰性化处理用盒体500包括供给袋510、供给路520、盒体喷出接头部530、回收袋540、回收路550、以及盒体回收接头部560。供给袋510是容积可变的容器，通过供给路520与盒体喷出接头部530连接。盒体喷出接头部530与燃料电池系统吸入接头部132结合，从而将供给袋510内的内容物向燃料电池系统100供给。在供给袋510中收纳有作为惰性气体的氩或氮等。供给袋510内的惰性气体被提供给燃料电池102，防止长期保管时的电极氧化。另外，在将惰性气体提供给燃料电池102之后，可以考虑用通过与空气反应而硬化的粘接剂等来密闭燃料电池系统排出接头部130、燃料电池系统吸入接头部132以及图中未示出的气体成分排出路192。由此，通过相互协作来密闭燃料电池102的与燃料电池系统100外直接连接的路径，从而可以减少废弃燃料电池102时对环境的影响。另外，也可以在供给袋510中收纳强氧化剂，而不是惰性气体。由此，可以使承担催化剂作用的电极氧化，使之惰性化。因此，可以更加安全地废弃燃料电池102。
回收袋540是容积可变的容器，通过回收路550与盒体回收接头部560连接。盒体回收接头部560与燃料电池系统排出接头部130结合，回收收纳在稀释燃料罐122中的甲醇水溶液。用于防止长期保管时的液体泄漏等。
图11是示出安装了惰性化处理用盒体500时的处理过程的流程图。
首先，控制单元140获得三通阀136和三通阀138的各自的阀的位置数据。根据所获得的阀的位置对阀进行切换(S72)，使得通过三通阀136来连接入口136b和出口136a，通过三通阀138来连接入口138a和出口138b。结束阀的切换后，开始运转泵114(S74)。通过三通阀的切换和泵114的起动，稀释燃料罐122内的甲醇水溶液顺次流通燃料供给路167、燃料供给路170、燃料供给路172、阳极侧排出路174、以及排出路190。流通后的甲醇水溶液通过回收路550被收纳到回收袋540中。当在燃料副罐120中残存有甲醇水溶液时，在使泵114开始运转之前，控制单元140起动泵112，使燃料副罐120内的甲醇水溶液移动到稀释燃料罐122中。之后，也可以通过起动泵114来回收燃料副罐120内的甲醇水溶液。
在回收结束之前持续进行回收处理(S76的否)。预先测定回收所需的时间，通过在该时间期间维持各个三通阀的位置，控制单元140可以判断回收的结束。另外，也可以通过设在稀释燃料罐122内的传感器146来测定液面位置，从而对回收结束进行判断。回收结束后(S76的是)，控制单元140切换阀(S78)，使得通过三通阀136来连接入口136c和出口136a，通过三通阀138来连接入口138a和出口138c。通过三通阀的切换，供给袋510内的惰性气体顺次流通供给路520、燃料供给路153、供给路188、燃料供给路170、以及燃料供给路172。流通后的惰性气体被填充到燃料电池102中。
在惰性气体的填充结束之前，持续气体的供给处理(S80的否)。预先测定气体填充结束之前的时间，通过在该时间期间维持各个三通阀的位置，控制单元140可以判断填充结束。填充结束之后(S80的是)，控制单元140停止泵114的运转(S82)。控制单元140切换阀(S84)，使得通过三通阀136来连接入口136b和出口136a，通过三通阀138来连接入口138a和出口138c。通过三通阀的切换，截断燃料电池102与盒体直接连接的路径，控制单元104告知用户惰性化处理结束(S86)。
另外，在初始处理前后，为了使燃料电池102内的化学反应更加迅速，也可以追加使燃料电池102的电解质膜老化的处理。此时，另行准备老化处理用的盒体。老化处理用盒体包括收纳有蒸馏水的蒸馏水袋和加热器。蒸馏水袋通过供给路与盒体喷出接头部连接，通过回收路与盒体回收接头部连接。加热器将蒸馏水加热至用于使电解质膜老化的最适宜温度。被加热的蒸馏水通过由控制单元140进行切换的三通阀和泵114，经由流通路径在盒体和燃料电池102中循环，使电解质膜老化。在被老化的电解质膜中，由于能够迅速进行离子交换，因此提高了燃料电池的发电性能。
以上，根据实施方式对本发明进行了说明。本发明不限于所述实施方式，各种变形例作为本发明的方式也是有效的。下面，对燃料电池系统100包括一个三通阀时的实施方式进行说明。
图12是本发明变形例的燃料电池系统101的示意图。
燃料供给路153分支为燃料供给路154和供给路194。供给路194通过供给路196与稀释燃料罐122直接连接。在供给路196中不存在分支为向稀释燃料罐122的路径和向燃料电池102的路径的三通阀。因此，为了将来自盒体的喷出物提供给稀释燃料罐122，需要新的泵118。另外，由于不存在三通阀，因此，从稀释燃料罐122向燃料电池102供给甲醇水溶液的路径和从盒体向稀释燃料罐122供给喷出物时的路径是彼此独立的。稀释燃料罐122的甲醇水溶液流通燃料供给路198、燃料供给路172而被提供给燃料电池102的阳极侧104。在变形例的燃料电池系统101中，适当省略与本发明实施方式相同的结构的记述。
对在燃料电池系统101中安装有初始处理用盒体300时的情况进行说明。
控制单元140以通过三通阀138来连接入口138a和出口138b的方式对阀进行切换，并起动泵114。稀释燃料罐122内的惰性气体在流通过燃料供给路198、燃料供给路172、阳极侧排出路174、以及排出路190之后，被收纳在初始处理用盒体300的回收袋340中。之后，停止泵114，起动泵118，由此使初始处理用盒体300的供给袋310中的蒸馏水等流通燃料供给路153、供给路194、以及供给路196。流通后的蒸馏水等被提供给稀释燃料罐122，初始处理结束。
对在燃料电池系统101中安装有燃料用盒体200时的情况进行说明。
控制单元140以通过三通阀138来连接入口138a和出口138c的方式对阀进行切换，并起动泵114。稀释燃料罐122的甲醇水溶液顺次流通燃料供给路198、燃料供给路172，并被提供给燃料电池102的阳极侧104。另一方面，通过图中未示出的泵116向燃料电池102的阴极侧106提供空气。由此，燃料电池102开始发电。
对在燃料电池系统101中安装有清洗用盒体400时的情况进行说明。
控制单元140以通过三通阀138来连接入口138a和出口138b的方式对阀进行切换，并起动泵114、泵118。稀释燃料罐122内的甲醇水溶液在流通过燃料供给路198、燃料供给路172、阳极侧排出路174、以及排出路190之后，被收纳在清洗液袋410中，并且，清洗液通过在清洗液袋410、稀释燃料罐122和燃料电池102之间循环，对路径以及燃料电池102内的电极或电解质膜进行清洗。
然后，控制单元140停止泵114、泵118，以通过三通阀138来连接入口138a和出口138c的方式对阀进行切换，并告知用户需要初始处理用盒体300。安装了初始处理用盒体300之后，以通过三通阀138来连接入口138a和出口138b的方式对阀进行切换，并起动泵114。稀释燃料罐122内的甲醇水溶液在流通过燃料供给路198、燃料供给路172、阳极侧排出路174、以及排出路190之后，被收纳在初始处理用盒体300的回收袋340中。
收纳结束之后，控制单元140停止泵114，告知用户需要清洗用盒体400。在安装了清洗用盒体400之后，以通过三通阀138来连接入口138a和出口138b的方式对阀进行切换，并起动泵114和泵118，由此，清洗液袋410的清洗液流通燃料供给路153、供给路194、供给路196、燃料供给路198、燃料供给路172、阳极侧排出路174、以及排出路190，并被再次收纳到清洗液袋410中。
基于循环清洗的清洗结束之后，控制单元140使泵114和泵118停止，并告知用户需要初始处理用盒体300。在安装了初始处理用盒体300之后，以通过三通阀138来连接入口138a和出口138b的方式对阀进行切换，并使泵114和泵118起动，由此，供给袋的蒸馏水等流通燃料供给路153、供给路194、供给路196、燃料供给路198、燃料供给路172、阳极侧排出路174、以及排出路190。流通后的蒸馏水等和残留在流通路径中的清洗液一起被收纳到回收袋340中，清洗处理结束。
对在燃料电池系统101中安装有惰性化处理用盒体500时的情况进行说明。
控制单元140以通过三通阀138来连接入口138a和出口138b的方式对阀进行切换，并使泵114起动。稀释燃料罐122内的甲醇水溶液在流通过燃料供给路198、燃料供给路172、阳极侧排出路174、以及排出路190之后，被收纳到惰性化处理用盒体500的回收袋540中。收纳结束之后，以通过三通阀138来连接入口138a和出口138c的方式对阀进行切换，并使泵118起动。惰性化处理用盒体500的供给袋510的惰性气体流通燃料供给路153、供给路194、供给路196，并被提供给稀释燃料罐122。所提供的惰性气体流通燃料供给路198、燃料供给路172、阳极侧排出路174、以及排出路176，在稀释燃料罐122和燃料电池102之间循环。其结果是，在燃料电池102中填充惰性气体，惰性处理结束。
权利要求
1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括用液体燃料和氧化剂来进行发电的燃料电池；收纳所述液体燃料的燃料罐；从所述燃料罐向所述燃料电池供给所述液体燃料的第一路径；可更换多种盒体的盒体安装部；向所述燃料电池供给从所述盒体喷出的内容物的第二路径；对安装在所述盒体安装部上的盒体种类进行检测的盒体检测装置；及根据所检测的盒体种类来控制所述路径的路径控制装置。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述路径控制装置将从所述盒体喷出的液体燃料控制到向所述燃料罐供给的路径中，并且将来自所述燃料电池的排出物回收到所述燃料罐。
3.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述路径控制装置将从所述盒体喷出的清洗液控制到向所述燃料电池供给的路径中，并且将来自所述燃料电池的排出物回收到所述盒体。
4.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，当通过所述盒体检测装置检测到所安装的盒体包括两个容器，且在第一容器中收纳用于向所述燃料罐供给的蒸馏水或者被稀释至规定浓度的液体燃料，在第二容器中回收从所述燃料电池喷出的排出物时，所述路径控制装置将从所述盒体喷出的内容物控制到向所述燃料罐供给的路径中，并且将来自所述燃料电池的排出物回收到所述盒体中，由此能将燃料罐内的液体燃料或者燃料电池内的惰性气体回收到第二容器，并且，所述路径控制装置将从所述盒体喷出的内容物控制到向所述燃料电池供给的路径中，并且将来自所述燃料电池的排出物回收到所述燃料罐中，由此将收纳在第一容器中的蒸馏水或者被稀释至规定浓度的液体燃料向燃料罐供给。
5.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，当通过所述盒体检测装置检测到所安装的盒体包括两个容器，且在第一容器中收纳用于防止燃料电池劣化的惰性气体，在第二容器中回收从所述燃料电池喷出的排出物时，所述路径控制装置将从所述盒体喷出的内容物控制到向所述燃料罐供给的路径中，并且将来自所述燃料电池的排出物回收到所述盒体中，由此能将燃料罐内的液体燃料回收到第二容器，并且，所述路径控制装置将从所述盒体喷出的内容物控制到向所述燃料电池供给的路径中，并且将来自所述燃料电池的排出物回收到所述燃料罐中，由此将收纳在第一容器中的惰性气体向燃料电池供给。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种可通过简单结构向稀释燃料罐供给蒸馏水等的装置。本发明的燃料电池系统包括用液体燃料和氧化剂来进行发电的燃料电池(102)；收纳液体燃料的燃料罐(122)；从燃料罐(122)向燃料电池(102)供给液体燃料的第一路径；可更换多种盒体的盒体安装部；向燃料电池(102)供给从盒体喷出的内容物的第二路径；对安装在盒体安装部上的盒体种类进行检测的盒体检测部(142)；以及根据所检测的盒体种类来控制路径的路径控制装置。
文档编号H01M8/04GK101047260SQ20071008896
公开日2007年10月3日 申请日期2007年3月26日 优先权日2006年3月27日
发明者藤田悟朗, 木船研儿, 井村真一郎, 株本浩挥 申请人:三洋电机株式会社