JP2000353533A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池、特に小
型化に適した燃料電池に関する。The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a fuel cell suitable for miniaturization.
【0002】[0002]
【従来の技術】燃料電池は、単独の発電装置としては効
率がいいことから最近注目されている。燃料電池は、燃
料としてガスを使用するリン酸型燃料電池、溶融炭酸塩
型燃料電池、固体電解質型燃料電池、アルカリ性電解液
型燃料電池等と、燃料として液体を使用するメタノール
燃料電池、ヒドラジン燃料電池等とに大別される。これ
らの燃料電池は、主に電力用発電機や大型機器を動かす
ための動力源を対象にしているため、ガスや液体の燃
料、あるいは酸化剤ガスを電池内に導入するためのコン
プレッサやポンプ等が必要であり、システムとして複雑
であるばかりでなく、これらの導入のために電力を消費
する。2. Description of the Related Art Fuel cells have recently attracted attention because of their high efficiency as a single power generation device. Fuel cells include phosphoric acid type fuel cells using gas as fuel, molten carbonate type fuel cells, solid electrolyte type fuel cells, alkaline electrolyte type fuel cells, etc., as well as methanol fuel cells using liquid as fuel, and hydrazine fuel. It is roughly divided into batteries and the like. Since these fuel cells are mainly intended for power generators and power sources for operating large equipment, compressors and pumps for introducing gas or liquid fuel or oxidizing gas into the cells are used. Are required, and not only is the system complicated, but also consumes power for these introductions.
【0003】一方、社会的な動向として、OA機器、オ
ーディオ機器、無線機器等の各種機器は、半導体技術の
発達と共に小型化され、さらにポータブル性が要求され
ている。このような要求を満足するための電源として
は、手軽な一次電池や二次電池等が使用されている。し
かし、一次電池や二次電池は、機能上使用時間に制限が
あり、このような電池を用いたOA機器等では当然使用時
間が限定される。一次電池を使用した場合、電池の放電
が終った後に、電池を交換してOA機器等を動かすこと
はできるものの、その重量に対して使用時間が短く、ポ
ータブルな機器には不向きである。また、二次電池では
放電が終ると充電できる半面、充電のために電源が必要
で使用場所が制限されるのみならず、充電に時間がかか
るという欠点がある。このように、各種小型機器を長時
間作動させるには、従来の一次電池や二次電池の延長で
は対応が難しく、より長時間の作動に向いた電池が要求
されている。On the other hand, as a social trend, various devices such as OA devices, audio devices, and wireless devices are required to be miniaturized with the development of semiconductor technology and to be more portable. As a power source for satisfying such a demand, a simple primary battery or a secondary battery is used. However, the primary battery and the secondary battery are functionally limited in use time, and the use time is naturally limited in OA equipment and the like using such a battery. When a primary battery is used, after the battery is discharged, the battery can be replaced and the OA equipment can be moved, but the use time is short with respect to its weight, and it is not suitable for portable equipment. In addition, the secondary battery can be charged after the discharge, but has a drawback that not only the power source is required for charging, the place of use is restricted, but also the charging takes time. As described above, in order to operate various small devices for a long time, it is difficult to cope with the extension of the conventional primary battery and secondary battery, and a battery suitable for longer operation is required.
【0004】このような問題の一つの解決策として、上
述したような燃料電池がある。燃料電池は、燃料と酸化
剤を供給するだけで発電することができるという利点を
有するだけでなく、燃料のみを交換すれば連続して発電
できるという利点を有しているため、小型化が出来れば
消費電力が小さいOA機器等の小型機器の作動に極めて
有利なシステムといえる。[0004] One solution to such a problem is the fuel cell as described above. Fuel cells not only have the advantage of being able to generate power simply by supplying fuel and oxidant, but also have the advantage of being able to generate power continuously if only the fuel is replaced. For example, it can be said that the system is extremely advantageous for the operation of small devices such as OA devices with low power consumption.
【0005】燃料電池は、酸化剤として空気が使用でき
るため、酸化剤の観点からは使用場所や使用時間等に制
限を受けることはないが、燃料としてガスを使用する場
合は、OA機器等の消費電力が小さいとはいえ、ガスの
密度を考えると発電に要するガスの体積は大きく、電池
の小型化には不向きである。これに対して、液体燃料は
ガスに比べると密度が高く、小型機器用燃料電池の燃料
としては圧倒的に有利である。従って、液体燃料を用い
た燃料電池が小型化できれば、従来にない長時間作動が
可能な小型装置用の電源が実現できる。このような小型
装置用電源を実現する上での障害は、前述したように、
従来の液体燃料を用いたシステムでは、液体燃料を電池
本体に送り込むためにポンプやブロワ等が必要であるた
め、システムとしては複雑で、このままの構造では小型
化することが困難なことにある。[0005] Since air can be used as an oxidizing agent in a fuel cell, there is no restriction on the place or time of use from the viewpoint of the oxidizing agent. Although the power consumption is small, the volume of gas required for power generation is large considering the gas density, which is not suitable for miniaturization of batteries. On the other hand, liquid fuel has a higher density than gas, and is overwhelmingly advantageous as a fuel for a fuel cell for a small device. Therefore, if the size of a fuel cell using a liquid fuel can be reduced, a power supply for a small device that can be operated for a long time, which has not been available in the past, can be realized. Obstacles in realizing such a small device power supply are, as described above,
A conventional system using a liquid fuel requires a pump, a blower, and the like to feed the liquid fuel into the battery body. Therefore, the system is complicated, and it is difficult to reduce the size with the structure as it is.
【0006】液体燃料としてメタノールを用いたメタノ
ール燃料電池を例として説明する。メタノール燃料電池
は電池本体への燃料供給方法によって、液体燃料をその
まま電池本体に供給する液体供給型と、気化させたメタ
ノールを電池本体に供給する気化供給型とに大別され
る。A description will be given of a methanol fuel cell using methanol as a liquid fuel as an example. Methanol fuel cells are roughly classified into a liquid supply type in which liquid fuel is supplied to the cell body as it is and a vaporization supply type in which vaporized methanol is supplied to the cell body, depending on a method of supplying fuel to the cell body.
【0007】液体供給型のシステムでは、液体燃料をメ
タノールタンクと電池本体の間でポンプで圧送して循環
させる。このため、電池本体の他に必ずポンプが必要と
なり、装置の小型化に適さない。また、電極反応が液体
燃料との間で行われるため、メタノールを気化して電極
反応を行った場合に比べ低活性化し性能が低くなるとい
う問題が生じる。さらに、パーフルオロスルホン酸(商
品名:Nafion Du Pont社製)などのプロトン導電性固
体高分子膜などを電解質として用いた場合、メタノール
等の液体有機燃料が酸化剤極側に透過してしまうクロス
オーバーの問題も生じる。In a liquid supply type system, a liquid fuel is circulated by pumping a liquid fuel between a methanol tank and a battery body. For this reason, a pump is required in addition to the battery main body, which is not suitable for downsizing the device. In addition, since the electrode reaction is performed between the fuel and the liquid fuel, there is a problem that the activation is reduced and the performance is reduced as compared with the case where the electrode reaction is performed by vaporizing methanol. Furthermore, when a proton conductive solid polymer membrane such as perfluorosulfonic acid (trade name: manufactured by Nafion Du Pont) is used as an electrolyte, a liquid organic fuel such as methanol permeates to the oxidant electrode side. There is also the problem of over.
【0008】気化供給型の場合、従来メタノールタンク
からポンプで送られてきた液体燃料を一度気化し、気化
された燃料をブロワで電池本体に供給する方法が知られ
ている。しかしながら、この方法においても気化器など
の補器を別途設ける必要があり、装置の大型化を招くと
いう問題が生じる。[0008] In the case of the vaporization supply type, there is known a method in which liquid fuel conventionally pumped from a methanol tank is vaporized once, and the vaporized fuel is supplied to a battery body by a blower. However, also in this method, it is necessary to separately provide an auxiliary device such as a carburetor, which causes a problem that the size of the device is increased.
【0009】また、燃料電池は通常複数の単電池を積層
したスタックの形で実用されるが、ポンプやブロワで燃
料を圧送すると積層方向で燃料の配流に不均一が生じ、
スタックを構成する単電池の性能がばらつく問題があ
る。A fuel cell is usually used in the form of a stack in which a plurality of unit cells are stacked, but when fuel is pumped by a pump or a blower, the distribution of the fuel in the stacking direction becomes non-uniform.
There is a problem that the performance of the cells constituting the stack varies.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の従来の
燃料電池における上記課題を解決し、小型機器の電源と
して有用な小型燃料電池を提供するために行われたもの
で、液体燃料の供給システムを簡易化すると共に、簡素
な構造で気化された燃料を燃料極に供給することによっ
て、高性能を維持した上で小型化することを可能にした
燃料電池を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the conventional fuel cell and to provide a small fuel cell useful as a power source for small equipment. It is an object of the present invention to provide a fuel cell which simplifies a system and supplies a fuel vaporized with a simple structure to a fuel electrode, thereby enabling downsizing while maintaining high performance.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本願第1の発明は、電解
質板と、この電解質板の対向する面に設けられた酸化剤
極および燃料極と、燃料極に供給する燃料を保持する液
体燃料保持部とを有する燃料電池において、前記液体燃
料保持部に保持された燃料を電池反応の反応熱で気化さ
せる燃料電池である。According to a first aspect of the present invention, there is provided an electrolyte plate, an oxidizer electrode and a fuel electrode provided on opposing surfaces of the electrolyte plate, and a liquid fuel for holding fuel to be supplied to the fuel electrode. A fuel cell having a holding section, wherein the fuel held in the liquid fuel holding section is vaporized by reaction heat of a cell reaction.
【0012】このような構成とすることで、燃料極での
電池反応を気化した燃料との反応とすることができ、高
活性の反応を可能とし、かつ、パーフルオロスルホン酸
(商品名:Nafion Du Pont社製)などのプロトン導電
性固体高分子膜等を電解質として用い、かつ燃料として
メタノール等の液体有機燃料を用いた場合に問題となる
メタノールクロスオーバーも抑制できる。With such a configuration, the cell reaction at the fuel electrode can be made a reaction with the vaporized fuel, a highly active reaction can be achieved, and perfluorosulfonic acid (trade name: Nafion) Methanol crossover, which is a problem when a proton-conductive solid polymer membrane such as DuPont) is used as an electrolyte and a liquid organic fuel such as methanol is used as a fuel.
【0013】さらに、電池反応で生じる反応熱を利用し
て液体燃料を気化させるため、気化器などの補器を必ず
しも必要とせず、装置の小型化が可能となる。Further, since the liquid fuel is vaporized by utilizing the reaction heat generated in the battery reaction, an auxiliary device such as a vaporizer is not necessarily required, and the apparatus can be downsized.
【0014】より具体的な構成を挙げると、酸化剤極
と、この酸化剤極上に積層された電解質板と、この電解
質板上に積層された燃料極と、この燃料極上に積層され
た液体燃料保持部と、前記燃料極および液体燃料保持部
それぞれに接するように設けられた液体燃料気化部とを
有する燃料電池である。More specifically, an oxidant electrode, an electrolyte plate laminated on the oxidant electrode, a fuel electrode laminated on the electrolyte plate, and a liquid fuel laminated on the fuel electrode A fuel cell comprising a holding unit and a liquid fuel vaporizing unit provided in contact with the fuel electrode and the liquid fuel holding unit.
【0015】さらには、電解質板と、この電解質板の対
向する面に設けられた酸化剤極および燃料極と、前記燃
料極上に設けられた液体燃料気化部と、前記燃料極から
1cm以下の距離で前記液体燃料気化部と接続された液
体燃料保持部とを有する燃料電池である。Further, an electrolyte plate, an oxidizer electrode and a fuel electrode provided on opposing surfaces of the electrolyte plate, a liquid fuel vaporizer provided on the fuel electrode, and a distance of 1 cm or less from the fuel electrode. And a liquid fuel holding unit connected to the liquid fuel vaporizing unit.
【0016】本願第2の発明は、酸化剤極、この酸化剤
極上に積層された電解質板、この電解質板上に積層され
た燃料極、液体燃料保持部および前記燃料極および液体
燃料保持部それぞれに接するように設けられた液体燃料
気化部とを有する複数個の単電池と、前記複数の単電池
にそれそれの液体燃料保持部を介して接続される液体燃
料源とを有する燃料電池である。According to a second aspect of the present invention, there is provided an oxidant electrode, an electrolyte plate laminated on the oxidant electrode, a fuel electrode laminated on the electrolyte plate, a liquid fuel holding portion, and each of the fuel electrode and the liquid fuel holding portion. A fuel cell comprising: a plurality of cells having a liquid fuel vaporization section provided in contact with the fuel cell; and a liquid fuel source connected to the plurality of cells via respective liquid fuel holding sections. .
【0017】この発明によれば、本願第1の発明におけ
る前述の効果の他に、個々の単電池それぞれで燃料を気
化させるため、従来の気化供給型燃料電池に見られるよ
うなガス配流の不均一によるスタック積層方向の電池性
能のバラツキを低減できる。According to the present invention, in addition to the above-described effects of the first invention of the present application, since the fuel is vaporized in each of the individual cells, the gas distribution as in the conventional vaporized supply type fuel cell is not sufficient. Variations in battery performance in the stacking direction due to uniformity can be reduced.
【0018】また、前記液体燃料保持部は、毛管現象を
示す浸透部材からなり、液体燃料が浸透部材の毛管力に
より液体燃料気化部に供給させることが望ましい。Further, it is preferable that the liquid fuel holding section is formed of a permeating member exhibiting a capillary phenomenon, and the liquid fuel is supplied to the liquid fuel vaporizing section by the capillary force of the permeating member.
【0019】このような構成にすることで、液体燃料を
毛管力でセル内に導入するため、燃料供給のためのポン
プ等の駆動部を無くすことが可能となる。さらに、燃料
気化部内の気体燃料はほぼ飽和状態に保たれるので、電
池反応による燃料気化部の気体燃料の消費分だけ燃料浸
透部材から液体燃料が気化し、さらに気化分だけ液体燃
料が毛管力によってセル内に導入される。このように、
燃料供給量は燃料消費量に連動しているため、未反応で
電池の外に排出される燃料は殆ど無く、従来の液体燃料
電池のように、燃料出口側の処理系を簡略化することが
可能となる。With such a configuration, since the liquid fuel is introduced into the cell by capillary force, it is possible to eliminate a driving unit such as a pump for supplying fuel. Further, since the gaseous fuel in the fuel vaporizing section is kept substantially saturated, the liquid fuel is vaporized from the fuel permeable member by the amount of the gaseous fuel consumed by the fuel vaporizing section due to the cell reaction, and the liquid fuel is further capillaryly moved by the vaporized amount. Is introduced into the cell. in this way,
Since the amount of fuel supply is linked to the amount of fuel consumed, there is almost no fuel unreacted and discharged outside the cell, and the processing system on the fuel outlet side can be simplified as in a conventional liquid fuel cell. It becomes possible.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【0021】図1は、一実施例の燃料電池の要部構成を
示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a main part of a fuel cell according to one embodiment.
【0022】同図において、電解質板1は燃料極(アノ
ード)2と酸化剤極(カソード)3とにより挟持され対
向配置されている。これら電解質板1、燃料極2および
酸化剤極3によって起電部4が構成されている。ここ
で、燃料極2および酸化剤極3は、燃料や酸化剤ガスを
流通させると共に電子を通すように、導電性の多孔質体
で形成されている。In FIG. 1, an electrolyte plate 1 is sandwiched between a fuel electrode (anode) 2 and an oxidant electrode (cathode) 3 and is arranged to face each other. The electrolyte plate 1, the fuel electrode 2 and the oxidant electrode 3 constitute an electromotive section 4. Here, the fuel electrode 2 and the oxidant electrode 3 are formed of a conductive porous body so as to allow fuel and oxidant gas to flow and to pass electrons.
【0023】本願第1の発明の燃料電池においては、液
体燃料を保持する機能をもつ燃料保持部と、燃料保持部
に保持される液体燃料が気化した気体燃料を燃料極2に
導くための燃料気化部7が具備され、電池反応によって
生じる反応熱が伝わる位置に液体燃料保持部を配置して
いる。このとき反応熱により40℃程度以上に加熱され
る位置に燃料保持部を近接させることが望ましい。In the fuel cell according to the first aspect of the present invention, a fuel holding portion having a function of holding a liquid fuel, and a fuel for guiding a gaseous fuel obtained by evaporating the liquid fuel held by the fuel holding portion to the fuel electrode 2 are provided. A vaporizing section 7 is provided, and a liquid fuel holding section is arranged at a position where reaction heat generated by a cell reaction is transmitted. At this time, it is desirable to bring the fuel holding unit close to a position where it is heated to about 40 ° C. or more by the reaction heat.
【0024】図1においては、燃料保持部として機能す
る燃料浸透部材6を、起電部4上に層状に設けられた燃
料気化部7を介して積層することで、燃料保持部と燃料
極とが近接した単電池とすることを可能としている。ま
た、この単電池をセパレ一タ5を介して複数積層するこ
とにより、電池本体となるスタック9を構成している。
セパレータ5の酸化剤極3と接する面には、酸化剤ガス
を流すための酸化剤ガス供給溝8を連続溝として設けて
いる。In FIG. 1, a fuel permeable member 6 functioning as a fuel holding unit is laminated via a fuel vaporizing unit 7 provided in a layer on the electromotive unit 4 so that the fuel holding unit and the fuel electrode are Can be used as a unit cell in the vicinity. In addition, a plurality of such unit cells are stacked via a separator 5 to form a stack 9 serving as a battery body.
An oxidizing gas supply groove 8 for flowing an oxidizing gas is provided as a continuous groove on a surface of the separator 5 which is in contact with the oxidizing electrode 3.
【0025】積層された状態の燃料浸透部材6に燃料を
供給する手段として、スタック9の少なくとも1つの側
面に液体燃料タンクと接続された燃料導入路10を形成
している。なお、燃料導入路10は、必ずしも必要なも
のではなく、液体燃料タンク内の燃料が後述する燃料浸
透部に供給され得る機構になっていればよい。上記液体
燃料導入路10内に導入された液体燃料は、スタック9
の側面から燃料浸透部材に供給され、さらに燃料気化部
7で気化されて燃料極2に供給される。この際、燃料保
持部を毛管現象を示す部材で構成することにより、補器
を用いずに毛管力で液体燃料を浸透させ燃料保持部6に
供給することができる。そためには、液体燃料導入路1
0内に導入された液体燃料が、燃料浸透部材端面に直接
接触するような構成とされる。As means for supplying fuel to the fuel permeable members 6 in a stacked state, a fuel introduction passage 10 connected to a liquid fuel tank is formed on at least one side of the stack 9. The fuel introduction path 10 is not always necessary, and may be any mechanism that can supply the fuel in the liquid fuel tank to a fuel infiltration section described later. The liquid fuel introduced into the liquid fuel introduction passage 10 is
Is supplied to the fuel infiltration member from the side surface, and is further vaporized in the fuel vaporizing section 7 and supplied to the fuel electrode 2. At this time, by configuring the fuel holding unit with a member exhibiting a capillary phenomenon, the liquid fuel can be permeated by capillary force and supplied to the fuel holding unit 6 without using an auxiliary device. To do so, the liquid fuel introduction channel 1
The structure is such that the liquid fuel introduced into the cylinder 0 directly contacts the end face of the fuel permeable member.
【0026】なお、図1のように単電池を積層してスタ
ック9を構成する場合は、上記セパレータ5、燃料浸透
部材6あるいは燃料気化部7に導電性材料を用いること
で、発生した電子を伝導する集電板として機能させるこ
とも可能である。When the stack 9 is formed by stacking the unit cells as shown in FIG. 1, the generated electrons are used by using a conductive material for the separator 5, the fuel permeable member 6 or the fuel vaporizing section 7. It is also possible to function as a conducting current collecting plate.
【0027】さらに必要に応じて、燃料極2や酸化剤極
3と電解質板1との間に、層状、島状、あるいは粒状等
の触媒層を形成することもあるが、本発明はこのような
触媒層の有無に制約を受けるものではない。また、燃料
極2や酸化剤極3自体を触媒電極としてもよい。前記触
媒電極は、触媒層単独でもよいが、導電性のペーパーや
クロス等の支持体の上に触媒層を形成したような多層構
造を持つものでもよい。Further, if necessary, a layered, island-shaped or granular catalyst layer may be formed between the fuel electrode 2 or the oxidizer electrode 3 and the electrolyte plate 1. The presence or absence of a suitable catalyst layer is not limited. Further, the fuel electrode 2 or the oxidant electrode 3 may be used as the catalyst electrode. The catalyst electrode may be a single catalyst layer, or may have a multilayer structure in which a catalyst layer is formed on a support such as conductive paper or cloth.
【0028】上述したように、この実施例におけるセパ
レータ5は、酸化剤ガスを流すチャンネルとしての機能
を併せ持たせることができる。このように、セパレータ
とチャンネルの両方の機能を有する部品5(以下、チャ
ンネル兼用セパレータと記す)を用いることにより、よ
り部品点数を削減することができ、小型化をより一層図
ることが可能となる。なお、上記セパレータ5に代えて
通常のチャンネルを用いることも可能である。As described above, the separator 5 in this embodiment can also have a function as a channel for flowing an oxidizing gas. As described above, by using the component 5 having both functions of the separator and the channel (hereinafter, referred to as a channel / separator), the number of components can be further reduced, and the size can be further reduced. . Note that a normal channel can be used instead of the separator 5.
【0029】燃料貯蔵タンクから液体燃料導入路10に
液体燃料を供給する方法としては、燃料貯蔵タンクの液
体燃料を自然落下させて、液体燃料導入路10に導入す
る方法がある。この方法は、スタック9の上面より高い
位置に燃料貯蔵タンクを設けなければならないという構
造上の制約を除けば、液体燃料導入路10に確実に液体
燃料を導入することができる。他の方法としては、液体
燃料導入路10の毛管力で、燃料貯蔵タンクから液体燃
料を引き込む方法が挙げられる。この方法によれば、燃
料貯蔵タンクと液体燃料導入路10との接続点、つまり
液体燃料導入路10に設けられた燃料入口の位置を、ス
タック9の上面より高くする必要がなくなり、例えば上
記自然落下法と組み合せると、燃料タンクの設置場所を
自在に設定することができるという利点がある。As a method of supplying the liquid fuel from the fuel storage tank to the liquid fuel introduction passage 10, there is a method of allowing the liquid fuel in the fuel storage tank to fall naturally and introducing it into the liquid fuel introduction passage 10. This method can reliably introduce the liquid fuel into the liquid fuel introduction passage 10 except for the structural restriction that the fuel storage tank must be provided at a position higher than the upper surface of the stack 9. As another method, there is a method of drawing liquid fuel from a fuel storage tank by the capillary force of the liquid fuel introduction passage 10. According to this method, the connection point between the fuel storage tank and the liquid fuel introduction passage 10, that is, the position of the fuel inlet provided in the liquid fuel introduction passage 10 does not need to be higher than the upper surface of the stack 9. When combined with the drop method, there is an advantage that the installation location of the fuel tank can be freely set.
【0030】ただし、毛管力で液体燃料導入路10に導
入された液体燃料を、引き続き円滑に毛管力で燃料浸透
部材6に供給するためには、液体燃料導入路10の毛管
力より燃料浸透部材6への毛管力のほうが大きくなるよ
うに設定することが重要である。なお、液体燃料導入路
10の数は、スタック9の側面に沿って1つに限定され
るものではなく、他方のスタック側面にも液体燃料導入
路10を形成することも可能である。However, in order to continuously supply the liquid fuel introduced into the liquid fuel introduction passage 10 by the capillary force to the fuel osmotic member 6 by the capillary force, the fuel osmosis member is formed by the capillary force of the liquid fuel introduction passage 10. It is important to set the capillary force to 6 to be greater. The number of the liquid fuel introduction passages 10 is not limited to one along the side surface of the stack 9, and the liquid fuel introduction passage 10 can be formed on the other stack side surface.
【0031】また、上述したような燃料貯蔵タンクは、
電池本体から着脱可能とすることかできる。これによ
り、燃料貯蔵タンクを交換することで、電池の作動を継
続して長時間行うことが可能となる。また、燃料貯蔵タ
ンクから液体燃料導入路10への液体燃料の供給は、上
述したような自然落下や、タンク内の内圧等で液体燃料
を押し出すような構成としてもよいし、また液体燃料導
入路10の毛管力で燃料を引き出すような構成とするこ
ともできる。The fuel storage tank as described above is
It can be detachable from the battery body. Thus, by replacing the fuel storage tank, the operation of the battery can be continued for a long time. Further, the supply of the liquid fuel from the fuel storage tank to the liquid fuel introduction path 10 may be configured such that the liquid fuel is pushed out by the above-described natural fall, the internal pressure in the tank, or the like. It is also possible to adopt a configuration in which fuel is drawn out with a capillary force of 10.
【0032】上述したような方法によって、液体燃料導
入路10内に導入された液体燃料は、燃料浸透部材6に
供給されが、燃料保持部の形態としては、液体燃料浸透
部材にかぎらず、液体燃料をその内部に保持し、気化し
た燃料のみを燃料気化部7を通して燃料極2に供給する
ような機能を有していれば特に限定される物ではなく、
例えば、液体燃料の通路をもち、その燃料気化部7との
界面に気液分離膜を具備したようなものでもよい。The liquid fuel introduced into the liquid fuel introduction passage 10 is supplied to the fuel permeable member 6 by the above-described method. However, the form of the fuel holding portion is not limited to the liquid fuel permeable member, but may be a liquid fuel permeable member. The fuel is not particularly limited as long as it has a function of holding the fuel therein and supplying only the vaporized fuel to the fuel electrode 2 through the fuel vaporizing section 7.
For example, it may have a passage for a liquid fuel and include a gas-liquid separation membrane at the interface with the fuel vaporization section 7.
【0033】更に、毛管力により燃料浸透部材6に液体
燃料を供給する場合、燃料浸透部材6の形態は、液体燃
料を毛管力で浸透し得るものであれば特に限定されるも
のではなく、粒子やフィラーからなる多孔質体や、抄紙
法等で製造した不織布、繊維を織った織布等の他に、ガ
ラスやプラスチック等の板と板との間に形成された狭い
隙間等も用いることができる。Further, when the liquid fuel is supplied to the fuel permeable member 6 by capillary force, the form of the fuel permeable member 6 is not particularly limited as long as the liquid fuel can be permeable by capillary force. In addition to a porous body made of glass or a filler, a nonwoven fabric manufactured by a papermaking method, a woven fabric woven with fibers, and the like, it is also possible to use a narrow gap formed between the plates such as glass or plastic. it can.
【0034】以下に、燃料浸透部材6として多孔質体を
用いた場合について説明する。液体燃料を燃料浸透部材
6側に引き込むための毛管力としては、まず燃料浸透部
材6となる多孔質体自体の毛管力が挙げられる。このよ
うな毛管力を利用する場合、多孔質体である燃料浸透部
材6の孔を連結させた、いわゆる連続孔とし、その孔径
を制御すると共に、液体燃料導入路10側の燃料浸透部
材6側面から少なくとも他の一面まで連続した連通孔と
することにより、液体燃料を横方向でも円滑に毛管力で
供給することが可能となる。The case where a porous body is used as the fuel permeable member 6 will be described below. As the capillary force for drawing the liquid fuel into the fuel permeable member 6 side, first, the capillary force of the porous body itself that becomes the fuel permeable member 6 can be mentioned. When such a capillary force is used, a so-called continuous hole is formed by connecting the holes of the fuel permeable member 6 which is a porous body, the diameter of the hole is controlled, and the side surface of the fuel permeable member 6 on the side of the liquid fuel introduction passage 10 is controlled. To at least one other surface, the liquid fuel can be smoothly supplied by the capillary force even in the lateral direction.
【0035】燃料浸透部材6となる多孔質体の孔径等
は、液体燃料導入路10内の液体燃料を引き込み得るも
のであればよく、特に限定されるものではないが、液体
燃料導入路10の毛管力を考慮した上で、0.01〜1
50μm程度とすることが好ましい。また、多孔質体に
おける孔の連続性の指標となる孔の体積は、20〜90
%程度とすることが好ましい。孔径を0.01μmより
小さくすると、燃料浸透部材6内部の液体燃料の浸透速
度が遅くなるのでスムーズな燃料供給ができなくなり、
また150μmを超えると毛管力が低下してしまう。ま
た、孔の体積が20%未満となると連続孔の量が減り、
閉鎖された孔が増えるため、毛管力を十分に得ることが
できなくなる。逆に、孔の体積が90%を超えると、連
続孔の量は増加するものの、強度的に弱くなると共に製
造が困難となる。実用的には、孔径は0.5〜100μ
mの範囲、また孔の体積は30〜75%の範囲とするこ
とが望ましい。The pore diameter and the like of the porous body serving as the fuel permeable member 6 may be any as long as the liquid fuel in the liquid fuel introduction passage 10 can be drawn in, and is not particularly limited. 0.01-1 in consideration of capillary force
Preferably, the thickness is about 50 μm. Further, the volume of pores, which is an index of continuity of pores in the porous body, is 20 to 90.
% Is preferable. If the hole diameter is smaller than 0.01 μm, the permeation speed of the liquid fuel inside the fuel permeation member 6 becomes slow, so that a smooth fuel supply cannot be performed.
If it exceeds 150 μm, the capillary force will be reduced. When the volume of the holes is less than 20%, the amount of continuous holes decreases,
Since the number of closed holes increases, sufficient capillary force cannot be obtained. Conversely, if the volume of the pores exceeds 90%, the amount of continuous pores increases, but the strength becomes weak and the production becomes difficult. Practically, the pore size is 0.5-100μ
m, and the volume of the pores is preferably in the range of 30 to 75%.
【0036】液体燃料を燃料浸透部材6側に引き込むた
めの毛管力としては、上述した燃料浸透部材6となる多
孔質体自体の毛管力に限らない。図2は本発明に係る燃
料電池の変形例を示すものであるが、例えば図2に示す
ように、チャンネル兼用セパレータ5の燃料浸透部材6
と接する面に、液体燃料供給溝11を設け、この液体燃
料供給溝11の毛管力を利用して液体燃料を燃料浸透部
材6側に引き込むよう構成することも可能である。この
場合、液体燃料導入路10は、少なくとも液体燃料供給
溝11の開放端部と液体燃料が直接接するように設ける
ものとする。また、液体燃料供給溝11の毛管力と燃料
浸透部材6となる多孔質体自体の毛管力とを併用するこ
とも可能である。The capillary force for drawing the liquid fuel into the fuel permeable member 6 is not limited to the above-described capillary force of the porous body itself serving as the fuel permeable member 6. FIG. 2 shows a modified example of the fuel cell according to the present invention. As shown in FIG. 2, for example, as shown in FIG.
It is also possible to provide a liquid fuel supply groove 11 on the surface in contact with the liquid fuel supply groove 11 and draw the liquid fuel toward the fuel permeable member 6 by utilizing the capillary force of the liquid fuel supply groove 11. In this case, the liquid fuel introduction passage 10 is provided so that at least the open end of the liquid fuel supply groove 11 is in direct contact with the liquid fuel. It is also possible to use both the capillary force of the liquid fuel supply groove 11 and the capillary force of the porous body itself that becomes the fuel permeable member 6.
【0037】前記液体燃料供給溝11の形状は、毛管力
が発揮できれば特に制約を受けるものではないが、少な
くとも溝11による毛管力を燃料浸透部材6の毛管力よ
り小さくする必要がある。もし溝11の毛管力が燃料浸
透部材6のそれより大きいと、液体燃料導入路10中の
液体燃料は、液体燃料供給溝11内には供給されるもの
の、燃料浸透部材6には供給することができなくなる。The shape of the liquid fuel supply groove 11 is not particularly limited as long as it can exert a capillary force, but it is necessary that at least the capillary force of the groove 11 be smaller than the capillary force of the fuel permeable member 6. If the capillary force of the groove 11 is larger than that of the fuel permeable member 6, the liquid fuel in the liquid fuel introduction passage 10 is supplied to the liquid fuel supply groove 11 but is supplied to the fuel permeable member 6. Can not be done.
【0038】また、上記液体燃料供給溝11は、液体燃
料導入路10からその毛管力で液体燃料を引き込むもの
であるため、前述したように、燃料貯蔵タンクから液体
燃料導入路10にその毛管力で液体燃料を導入する場合
には、液体燃料導入路10の毛管力より液体燃料供給溝
11の毛管力のほうが大きくなるように設定する。この
ように、液体燃料供給溝11の形状は、燃料浸透部材6
となる多孔質体や液体燃料導入路10の形状を考慮した
上で設定するものとする。Further, since the liquid fuel supply groove 11 draws the liquid fuel from the liquid fuel introduction passage 10 by its capillary force, the capillary force is transferred from the fuel storage tank to the liquid fuel introduction passage 10 as described above. In the case where the liquid fuel is introduced in the step (1), the capillary force of the liquid fuel supply groove 11 is set to be larger than the capillary force of the liquid fuel introduction passage 10. Thus, the shape of the liquid fuel supply groove 11 is
It is set in consideration of the shape of the porous body and the liquid fuel introduction passage 10 to be formed.
【0039】このように、チャンネル兼用セパレータ5
に例えば水平方向に延びる液体燃料供給溝11を設ける
ことによって、燃料極2の端部全面から液体燃料が燃料
浸透部材6に供給されると共に、溝11を通して燃料浸
透部材6の横方向にも同時に燃料を供給できるため、液
体燃料導入路10内の液体燃料を、より一層円滑に燃料
浸透部材6に供給することが可能となる。As described above, the channel / separator 5
For example, by providing a liquid fuel supply groove 11 extending in the horizontal direction, the liquid fuel is supplied to the fuel permeable member 6 from the entire end portion of the fuel electrode 2, and the liquid fuel is simultaneously supplied to the fuel permeable member 6 in the lateral direction through the groove 11. Since the fuel can be supplied, the liquid fuel in the liquid fuel introduction passage 10 can be more smoothly supplied to the fuel permeable member 6.
【0040】なお、上記した実施例では、チャンネル兼
用セパレータ5に酸化剤ガス供給溝8と液体燃料供給溝
11の両方を形成したものについて説明したが、燃料浸
透部材6および酸化剤極3に対して個々にチャンネルを
設置してもよい。このような場合には、両チャンネル間
にガスを透過させない導電性板を設置したり、少なくと
も一方のチャンネルの面の孔を塞ぐ等によって、液体燃
料と酸化剤ガスとの分離を図るようにする。ただし、部
品点数の削減、ひいてはより一層の小形化を可能とする
ためには、チャンネルを兼用することが好ましい。In the above-described embodiment, the case where both the oxidizing gas supply groove 8 and the liquid fuel supply groove 11 are formed in the channel / separator 5 has been described. Channels may be set individually. In such a case, the liquid fuel and the oxidizing gas are separated from each other by installing a conductive plate that does not allow gas to pass between the two channels, or by closing a hole in the surface of at least one of the channels. . However, in order to reduce the number of parts and further reduce the size, it is preferable to use the channel also.
【0041】上述した各実施例においては、チャンネル
兼用セパレータ5を介して起電部4、燃料浸透部材6、
燃料気化部7を積層したスタック9を有する燃料電池に
ついて説明したが、本発明の燃料電池においてセパレー
タやチャンネルは必ずしも必要なものではない。図3
は、本発明に係る燃料電池の変形例を示す概略断面図で
あるが、例えば、図3に示すように、起電部4、燃料浸
透部材6、燃料気化部7を、直接複数積層してスタック
12を構成することも可能である。この際、酸化剤ガス
供給溝8は、例えば図3に示したように、酸化剤極3の
燃料浸透部材6と接する面に連続溝として形成する。In each of the above-described embodiments, the electromotive unit 4, the fuel permeable member 6,
Although the description has been given of the fuel cell having the stack 9 in which the fuel vaporization sections 7 are stacked, the separator and the channel are not always necessary in the fuel cell of the present invention. FIG.
Is a schematic cross-sectional view showing a modification of the fuel cell according to the present invention. For example, as shown in FIG. 3, a plurality of electromotive units 4, fuel permeable members 6, and fuel vaporization units 7 are directly stacked. It is also possible to configure the stack 12. At this time, the oxidizing gas supply groove 8 is formed as a continuous groove on the surface of the oxidizing electrode 3 which is in contact with the fuel permeable member 6, as shown in FIG. 3, for example.
【0042】また、上述したように燃料極2と酸化剤極
3とが直接接するような構成とする場合には、燃料浸透
部材6から酸化剤極3に液体燃料が引き込まれることを
防止することが望まれる。酸化剤極3に液体燃料が引き
込まれると、酸化剤ガスが流れにくくなり、電池反応を
阻害することになるためである。上記した酸化剤極3へ
の液体燃料の侵入を防止する方法としては、基本的には
酸化剤極3となる多孔質体の孔径を、液体燃料を毛管現
象で引き込まないような大きさに制御すればよい。ただ
し、適用する機器によっては、上記孔径を毛管現象で液
体燃料を引き込むような大きさにしなければならない場
合がある。そのような場合には、燃料浸透部材6となる
多孔質体の酸化剤極3側の面の孔を塞げばよい。When the fuel electrode 2 is in direct contact with the oxidant electrode 3 as described above, it is necessary to prevent the liquid fuel from being drawn into the oxidant electrode 3 from the fuel permeable member 6. Is desired. This is because, when the liquid fuel is drawn into the oxidant electrode 3, the oxidant gas becomes difficult to flow, thereby inhibiting the cell reaction. As a method for preventing the infiltration of the liquid fuel into the oxidant electrode 3 described above, basically, the pore diameter of the porous body serving as the oxidant electrode 3 is controlled to a size such that the liquid fuel is not drawn in by capillary action. do it. However, depending on the equipment to be applied, the hole diameter may need to be large enough to draw the liquid fuel by capillary action. In such a case, the pores on the surface of the porous body serving as the fuel permeable member 6 on the oxidant electrode 3 side may be closed.
【0043】ただし、酸化剤極3に酸化剤ガス供給溝8
を設ける場合、酸化剤極3の溝8を除く燃料浸透部材6
側の面の孔を塞いでもよいが、液体燃料が酸化剤ガス供
給溝8の側面を通して酸化剤極3に侵入するおそれがあ
り、この場合は酸化剤極3の燃料浸透部材6との接触面
および酸化剤ガス供給溝8の側面の孔を塞ぐことが好ま
しい。However, the oxidant gas supply groove 8 is
Is provided, the fuel permeable member 6 excluding the groove 8 of the oxidizer electrode 3
May be closed, but there is a risk that liquid fuel may enter the oxidant electrode 3 through the side surface of the oxidant gas supply groove 8, and in this case, the contact surface of the oxidant electrode 3 with the fuel permeable member 6. It is preferable to close the hole on the side surface of the oxidant gas supply groove 8.
【0044】このようにして電池内に導入された液体燃
料は、燃料気化部7で気化されて燃料極2に到達する。
このためには、燃料浸透部材6の毛管力より燃料気化部
7の毛管力の方が小さくなるように設定することが重要
である。もし燃料気化部7の毛管力の方が燃料浸透部材
6のそれより大きいと、燃料浸透部材6中の液体燃料は
気化せずに液体状態で燃料気化部7に浸透し、液体燃料
が燃料極2に供給されることになる。The liquid fuel thus introduced into the cell is vaporized by the fuel vaporizing section 7 and reaches the fuel electrode 2.
For this purpose, it is important to set the capillary force of the fuel vaporizing section 7 to be smaller than the capillary force of the fuel permeating member 6. If the capillary force of the fuel vaporizing part 7 is larger than that of the fuel permeable member 6, the liquid fuel in the fuel permeable member 6 does not vaporize but permeates into the fuel vaporizing part 7 in a liquid state, and the liquid fuel is 2 will be supplied.
【0045】燃料気化部7に求められる条件は、燃料保
持部6中の液体燃料が気化した気体が拡散する空間があ
り、燃料保持部6中の液体燃料に燃料電池による反応熱
が伝わる位置に配置することであり、単電池を積層して
スタックを構成する場合は更に電子導電性が求められ
る。以上の条件が満たされていればその形態は特に限定
されない。例えば、導電性が求められなければ単に燃料
保持部と燃料極との間に空間を設けるだけでもよく、ま
た導電性多孔体や導電性のメッシュを燃料極2と燃料浸
透部材6との間に積層したり、導電性のワイヤーや繊
維、粒子などを柱として燃料極2と燃料保持部との間に
挟持して微空間を形成したりすることも可能である。The condition required for the fuel vaporizing section 7 is that the liquid fuel in the fuel holding section 6 has a space in which the vaporized gas is diffused, and the reaction heat by the fuel cell is transmitted to the liquid fuel in the fuel holding section 6. In the case where a stack is formed by stacking unit cells, electronic conductivity is further required. The form is not particularly limited as long as the above conditions are satisfied. For example, if conductivity is not required, a space may be simply provided between the fuel holding portion and the fuel electrode, and a conductive porous body or a conductive mesh may be provided between the fuel electrode 2 and the fuel permeable member 6. It is also possible to form a minute space by laminating or by sandwiching a conductive wire, fiber, particle or the like as a pillar between the fuel electrode 2 and the fuel holding portion.
【0046】また、液体燃料が気化する燃料保持部と燃
料気化部の界面が、起電部から1cm以内、好ましくは
5mm以内の距離となるような形状に燃料気化部を設定
することで、燃料電池の反応熱を液体燃料の気化に有効
に利用することができる。さらに前述のように燃料極2
と燃料保持部との間に適当なものを挟持することで反応
熱を液体燃料に有効に伝えることが可能となる。Further, by setting the fuel vaporizing section to a shape such that the interface between the fuel holding section and the fuel vaporizing section where the liquid fuel vaporizes is within 1 cm, preferably within 5 mm from the electromotive section, The reaction heat of the battery can be effectively used for vaporizing the liquid fuel. Further, as described above, the fuel electrode 2
It is possible to effectively transfer the reaction heat to the liquid fuel by holding an appropriate material between the fuel and the fuel holding portion.
【0047】燃料気化部7を多孔質体で形成する場合、
先にも述べたようにその細孔径等は、燃料浸透部材6中
の液体燃料を引き込まず、気化した燃料が拡散し得るも
のであればよく、特に限定されるものではないが、燃料
浸透部材6の毛管力を考慮した上で、5μm以上とするこ
とが好ましい。また、多孔質体の孔の体積は20〜90
%程度とすることが好ましい。When the fuel vaporizing section 7 is formed of a porous body,
As described above, the pore diameter and the like are not particularly limited as long as the vaporized fuel can diffuse without drawing the liquid fuel in the fuel permeable member 6. In consideration of the capillary force of No. 6, the thickness is preferably 5 μm or more. The volume of the pores of the porous body is 20 to 90.
% Is preferable.
【0048】図1の例では、燃料浸透部材6と燃料気化
部7を独立した部材で構成しているが、液体燃料が各単
電池内部に保持され、かつ電池の内部で気化されるもの
であればこの構成に限定されるものではない。例えば、
平均孔径を厚さ方向に沿って変化させた多孔質傾斜材を
用いる方法もある。この場合、平均孔径が大きい方の面
が燃料極2に接するように配置する。即ち、孔径が小さ
い側が燃料浸透部材、孔径が大きい側が燃料気化部とし
て機能する。この場合、気化部の液体燃料保持部と接す
る面は、燃料の種類、多孔質体の細孔径の分布具合ある
いは、液体燃料の圧力の度合いによって調整することが
可能である。In the example of FIG. 1, the fuel permeating member 6 and the fuel vaporizing section 7 are constituted by independent members. However, the liquid fuel is held inside each unit cell and vaporized inside the cell. If there is, it is not limited to this configuration. For example,
There is also a method using a porous gradient material in which the average pore diameter is changed along the thickness direction. In this case, it is arranged such that the surface having the larger average pore diameter is in contact with the fuel electrode 2. That is, the side with a smaller hole diameter functions as a fuel permeable member, and the side with a larger hole diameter functions as a fuel vaporization unit. In this case, the surface of the vaporizing section in contact with the liquid fuel holding section can be adjusted according to the type of fuel, the distribution of the pore diameter of the porous body, or the degree of pressure of the liquid fuel.
【0049】他にも、多孔質板の厚み方向に対して一方
の側を液体燃料との濡れ性が良い材料で、他方の側を濡
れ性が悪い材料で成形し、濡れ性が良い方を燃料浸透部
材、濡れ性が悪い方を燃料気化部として機能させる方法
もある。この場合、液体燃料との濡れ性が悪い面が燃料
極2に接するように配置する。In addition, one side of the porous plate in the thickness direction is formed of a material having good wettability with liquid fuel, and the other side is formed of a material having poor wettability. There is also a method in which the fuel infiltration member or the one with poor wettability functions as a fuel vaporizing section. In this case, the fuel electrode 2 is arranged such that the surface having poor wettability with the liquid fuel is in contact with the fuel electrode 2.
【0050】図1では燃料気化部7が燃料浸透部材6と
燃料極2との間にある例を示したが、燃料気化部を燃料
浸透部材の一部に形成することも出来る。以下に図面を
用いてその一例を示す。FIG. 1 shows an example in which the fuel vaporizing section 7 is provided between the fuel permeable member 6 and the fuel electrode 2, but the fuel vaporizing section may be formed as a part of the fuel permeable member. An example is shown below with reference to the drawings.
【0051】図4(a)は本発明の一例を示す断面図、
図4(b)は(a)に用いる平板の平面図である。FIG. 4A is a sectional view showing an example of the present invention.
FIG. 4B is a plan view of the flat plate used in FIG.
【0052】対向配置された2枚の平板15、16の間
に毛管現象が生じるような間隔を空けて薄い隙間17を
形成し、その隙間17に液体燃料を保持する。即ち、2
枚の平板15、16が液体浸透部材を形成している。A thin gap 17 is formed between the two opposed flat plates 15 and 16 so that a capillary phenomenon occurs, and the liquid fuel is held in the gap 17. That is, 2
The flat plates 15 and 16 form a liquid permeable member.
【0053】ここで、2枚の平板のうち燃料極2と接す
る平板16には、開口が設けられている。これにより、
平滑板15、16に挟まれる部分には液体燃料が保持さ
れるが、開口部においては、燃料極と平板15との間に
挟まれる間隙17が広くなるため液体燃料は保持され
ず、空間が形成される。隙間17に保持された液体燃料
は、前記空間との界面において電池の反応熱で気化さ
れ、穴あき板16の穴を通って燃料極2に供給される。
即ち、平板15、16が対向配置される部分(穴あき板
16の穴の無い部分)が燃料浸透部材6として機能し、
燃料極2と平板15で形成される間隙部分(穴あき板1
6の穴の部分)が燃料気化部7として機能する。この様
に、燃料浸透部6と燃料気化部7とを並列配置する事に
よって電池の厚みを薄くする事が可能になる。Here, an opening is provided in the flat plate 16 which is in contact with the fuel electrode 2 among the two flat plates. This allows
The liquid fuel is held in the portion sandwiched between the smooth plates 15 and 16, but in the opening, the gap 17 sandwiched between the fuel electrode and the flat plate 15 is widened so that the liquid fuel is not held and the space is reduced. It is formed. The liquid fuel held in the gap 17 is vaporized by the reaction heat of the cell at the interface with the space, and is supplied to the fuel electrode 2 through the hole of the perforated plate 16.
That is, the portion where the flat plates 15 and 16 are opposed to each other (the portion of the perforated plate 16 having no hole) functions as the fuel permeable member 6,
The gap formed between the fuel electrode 2 and the flat plate 15 (perforated plate 1
6) functions as the fuel vaporizing section 7. Thus, by arranging the fuel permeation section 6 and the fuel vaporization section 7 in parallel, the thickness of the battery can be reduced.
【0054】この構造は、各単電池を平面上に配置して
電気的に直列接続するような平板型燃料電池に適してい
る。This structure is suitable for a flat fuel cell in which each unit cell is arranged on a plane and electrically connected in series.
【0055】図4の燃料電池を用いた平板型燃料電池の
一実施例を図5に示す。FIG. 5 shows an embodiment of a flat type fuel cell using the fuel cell of FIG.
【0056】単電池を直列に接続する場合には、第1の
単電池の酸化剤極と、第2の単電池の燃料極とを接続用
導電体18により接続している。また、それぞれの燃料
浸透部材は平板15、16を共用しているため、燃料導
入路10も共有させることが可能である。When the cells are connected in series, the oxidizer electrode of the first cell and the fuel electrode of the second cell are connected by the connecting conductor 18. Further, since the fuel infiltration members share the flat plates 15 and 16, the fuel introduction path 10 can be shared.
【0057】この場合、各単電池は接続用導電体18を
用いて直列接続されるため、燃料浸透部材6及び燃料気
化部7を形成する平板15、16は電気導電性を持つ必
要はなく、通常のガラスやプラスチックを用いる事が出
来る。In this case, since the cells are connected in series using the connecting conductor 18, the flat plates 15, 16 forming the fuel permeable member 6 and the fuel vaporizing section 7 do not need to have electric conductivity. Normal glass or plastic can be used.
【0058】燃料気化部を燃料浸透部材の一部に形成す
る方法としては上記の方法に限られるものではなく、例
えば、図6に示すように燃料浸透部材6として多孔板を
用い、その燃料極2に接する一部に、燃料気化部7とし
ての空間を形成する方法や、その空間に燃料浸透部材6
を構成する多孔体より細孔径の大きな多孔板を埋め込む
方法もある。その際、燃料浸透部材6を構成する多孔体
と燃料極2の界面に、液体燃料が直接燃料浸透部材6か
ら燃料極2へ浸透しないような処置をする必要がある。
その方法としては、燃料浸透部材6の燃料極2との界面
の細孔を塞ぐ方法や、界面に液体燃料不透過膜を設ける
などの方法がある。The method for forming the fuel vaporizing portion in a part of the fuel permeable member is not limited to the above-described method. For example, as shown in FIG. A method for forming a space as a fuel vaporizing part 7 in a part in contact with the
There is also a method of embedding a porous plate having a larger pore diameter than the porous body constituting the above. At this time, it is necessary to take measures to prevent the liquid fuel from directly penetrating from the fuel permeable member 6 to the fuel electrode 2 at the interface between the porous body constituting the fuel permeable member 6 and the fuel electrode 2.
Examples of the method include a method of closing pores at the interface of the fuel permeable member 6 with the fuel electrode 2 and a method of providing a liquid fuel impermeable membrane at the interface.
【0059】[0059]
【実施例】次に、本発明の燃料電池の具体例およびその
評価結果について述べる。本発明の目的は簡素化かつ小
型化された燃料電池であるので、先にも述べたようにシ
ステムが極めて複雑で小型化が困難な従来型の燃料気化
供給型燃料電池は比較対象外とし、小型化の可能性があ
る液体供給型の液体燃料電池と比較する。Next, specific examples of the fuel cell of the present invention and evaluation results thereof will be described. Since the object of the present invention is a simplified and miniaturized fuel cell, as described above, the conventional fuel vaporization supply type fuel cell whose system is extremely complicated and difficult to miniaturize is excluded from comparison. A comparison is made with a liquid supply type liquid fuel cell that may be downsized.
【0060】実施例1 図7に本実施例で用いた燃料電池の断面図を示す。Embodiment 1 FIG. 7 is a sectional view of a fuel cell used in this embodiment.
【0061】以下に示す要領で作製した。まず、カーボ
ンクロス上にPt-Ru系触媒層を塗布した32mm×32
mm、厚さ0.5mmの燃料極2と、カーボンクロス上
にPtブラック触媒層を塗布した32mm×32mm、厚
さ0.5mmの酸化剤極3とで、触媒層が電解質膜と接
するようにしてパーフルオロスルホン酸膜からなる40
mm×40mm、厚さ0.2mmの電解質膜1を挟持し
た。これらを、120℃で5分間、100kg/cm2
の圧力でホットプレスして接合し、起電部4を作製し
た。It was manufactured in the following manner. First, a Pt-Ru-based catalyst layer was applied on a carbon cloth and was 32 mm x 32 mm.
A fuel electrode 2 having a thickness of 0.5 mm and a thickness of 0.5 mm, and an oxidizer electrode 3 having a size of 32 mm × 32 mm and a thickness of 0.5 mm formed by coating a Pt black catalyst layer on carbon cloth so that the catalyst layer is in contact with the electrolyte membrane. Composed of a perfluorosulfonic acid membrane
An electrolyte membrane 1 of mm × 40 mm and thickness of 0.2 mm was sandwiched. 100 kg / cm 2 at 120 ° C. for 5 minutes.
Then, they were joined by hot pressing at a pressure of 5 ° C. to produce an electromotive section 4.
【0062】起電部4の燃料極2上に、燃料気化層7お
よび燃料浸透層6となる多孔質板を順次配置した。これ
を、起電部4の酸化剤極側に配置された酸化剤供給溝を
有する酸化剤極側ホルダー13と燃料極側ホルダー14
とからなるホルダー内部に組み込み、反応面積10cm
2の単電池を作製した。On the fuel electrode 2 of the electromotive section 4, a porous plate serving as the fuel vaporizing layer 7 and the fuel permeable layer 6 was sequentially arranged. This is combined with an oxidant electrode side holder 13 having an oxidant supply groove and a fuel electrode side holder 14 which are arranged on the oxidant electrode side of the electromotive section 4.
And a reaction area of 10cm
Two unit cells were produced.
【0063】前記燃料気化層7に用いた多孔質板は、平
均細孔径100μm、32mm×40mm、厚さ5mm
のカーボン多孔質板を用い、一部をホルダー外部に露出
させることで、電池反応によって発生するCO2を単電
池外部に放出できるようにしてある。The porous plate used for the fuel vaporization layer 7 has an average pore diameter of 100 μm, 32 mm × 40 mm, and a thickness of 5 mm.
By exposing a part of the carbon porous plate to the outside of the holder, CO 2 generated by the battery reaction can be released to the outside of the unit cell.
【0064】前記燃料浸透層6に用いた多孔質板は、平
均細孔径20μm、32mm×40mm、厚さ5mmの
カーボン多孔質板を用い、一部をホルダー外部に突出さ
せ、突出部を液体燃料タンクに浸漬した。The porous plate used for the fuel permeable layer 6 was a carbon porous plate having an average pore diameter of 20 μm, 32 mm × 40 mm, and a thickness of 5 mm. It was immersed in the tank.
【0065】前記酸化剤側ホルダー13に形成された酸
化剤供給溝は、深さ1mm、幅1mmの溝を等間隔に複
数本形成してあり、酸化剤供給溝の一端から空気を導入
し、他端から反応生成物である水を排出させている。The oxidizing agent supply groove formed in the oxidizing agent side holder 13 is formed with a plurality of grooves having a depth of 1 mm and a width of 1 mm at equal intervals, and air is introduced from one end of the oxidizing agent supply groove. Water, which is a reaction product, is discharged from the other end.
【0066】このようにして得た液体燃料電池に、液体
燃料としてメタノールと水の1:1(モル比)混合液を
燃料浸透層6の側面から毛管力で導入し、酸化剤ガスと
して1atmの空気を100ml/minでガスチャン
ネル8に流して80℃で発電を行った。この電池の電流
−電圧特性を図8に示す。A 1: 1 (molar ratio) mixture of methanol and water as a liquid fuel is introduced into the thus obtained liquid fuel cell from the side surface of the fuel permeable layer 6 by capillary force, and 1 atm of oxidant gas is supplied. Air was generated at 80 ° C. by flowing air through the gas channel 8 at 100 ml / min. FIG. 8 shows the current-voltage characteristics of this battery.
【0067】比較例1 従来型の液体供給型燃料電池(単電池)を、以下に示す
要領で作製した。まず、実施例1と同様にして起電部の
接合体を作製した。この起電部を、燃料極側を液体燃料
流路板、酸化剤極側を実施例1と同じガスチャンネルで
挟んで反応面積10cm2の単電池を作製した。Comparative Example 1 A conventional liquid supply type fuel cell (cell) was manufactured in the following manner. First, a joined body of the electromotive section was manufactured in the same manner as in Example 1. A unit cell having a reaction area of 10 cm 2 was produced by sandwiching the electromotive section on the fuel electrode side with the liquid fuel flow channel plate and the oxidant electrode side with the same gas channel as in Example 1.
【0068】このようにして得た液体燃料電池に、液体
燃料としてメタノールと水の1:1(モル比)混合液を
1atm、3ml/minでポンプで循環させ、酸化剤ガ
スとして1気圧の空気を100ml/minでガスチャ
ンネルに流して80℃で発電を行った。この電池の電流
−電圧特性を図8に示す。A 1: 1 (molar ratio) mixture of methanol and water as a liquid fuel is circulated through the thus obtained liquid fuel cell at a rate of 1 atm and 3 ml / min by a pump. Was passed through a gas channel at 100 ml / min to generate power at 80 ° C. FIG. 8 shows the current-voltage characteristics of this battery.
【0069】図8から明らかなように、実施例1の液体
燃料電池においては5A程度まで安定して出力が取り出
せるが、比較例1の液体燃料電池に於いては電流の増加
と共に速やかに出力が低下し、2Aも電流が取れない。
比較例1の液体供給型燃料電池の性能が低い原因は、液
体燃料と燃料極との間の電極反応活性が低いことと、液
体メタノールが電解質膜を酸化剤極側に透過してしまう
メタノール・クロスオーバーが生じたことによる。これ
に対し、実施例1の燃料電池は、燃料極には気化した燃
料が供給されるため、電極反応活性が高く、メタノール
・クロスオーバーも生じにくい。このため、高負荷でも
安定して高い性能が得られる。As is clear from FIG. 8, in the liquid fuel cell of the first embodiment, the output can be taken out stably up to about 5 A, but in the liquid fuel cell of the first comparative example, the output is rapidly increased as the current increases. And the current cannot be taken for 2A.
The low performance of the liquid supply type fuel cell of Comparative Example 1 is due to the low electrode reaction activity between the liquid fuel and the fuel electrode, and the fact that the liquid methanol permeates the electrolyte membrane toward the oxidant electrode side. Due to crossover. On the other hand, in the fuel cell of Example 1, since the fuel electrode is supplied with vaporized fuel, the electrode reaction activity is high and methanol crossover is unlikely to occur. Therefore, high performance can be stably obtained even under a high load.
【0070】実施例2 実施例1と同様にして作製した単電池を5個積層し、そ
れぞれの燃料浸透部材の突出部を、1:1の混合比で作
られたメタノールと水の混合液が充填された燃料導入路
を介して接続した。Example 2 Five unit cells produced in the same manner as in Example 1 were stacked, and the protruding portions of each fuel permeable member were mixed with a mixed solution of methanol and water formed at a mixing ratio of 1: 1. The connection was made via a filled fuel introduction channel.
【0071】酸化剤ガスとして1atmの空気を500m
l/minでガスチャンネル8に流して80℃で2Aの
負荷をとって発電を行った。1 atm of air as oxidant gas is 500 m
The gas was passed through the gas channel 8 at 1 / min to generate power at 80 ° C. with a load of 2 A.
【0072】図9に、各単電池の出力の値を示す。FIG. 9 shows the output value of each cell.
【0073】比較例2 燃料浸透部材を取り除き、燃料浸透部材に対応する位置
を空間とし、燃料導入路に気化した燃料を500ml/
min流入させたことを除き、実施例1と同様の実験を
行った。COMPARATIVE EXAMPLE 2 The fuel infiltration member was removed, and the position corresponding to the fuel infiltration member was used as a space.
The same experiment as in Example 1 was performed, except that the gas was flowed for min.
【0074】図9に、本比較例に用いた燃料電池の各単
電池の出力の値を併記する。FIG. 9 also shows the output value of each unit cell of the fuel cell used in this comparative example.
【0075】図9から明らかなように、実施例2では各
単電池において、略均一な出力が得られているのに対
し、比較例2では各単電池の出力にバラツキが有り、十
分な出力が得られていない単電池が存在することが分か
る。As is apparent from FIG. 9, in the example 2, substantially uniform output was obtained in each cell, whereas in the comparative example 2, the output of each cell varied, and the output was sufficient. It can be seen that there is a single cell for which no is obtained.
【0076】実施例においては、メタノールと水とから
なる混合液を液体燃料として用いたが、本発明における
液体燃料はこれに限られるものではなく、触媒などと接
触・反応させることで電解質に水素イオンを供給できる
ものであれば使用することが可能であり、例えばエタノ
ールなどのアルコール類や、ジメチルエーテル等のエー
テル類、ヒドラジンなどを含有する液体燃料などもしよ
うできる。In the examples, the mixed liquid consisting of methanol and water was used as the liquid fuel. However, the liquid fuel in the present invention is not limited to this. Any fuel that can supply ions can be used. For example, a liquid fuel containing alcohols such as ethanol, ethers such as dimethyl ether, hydrazine, and the like can be used.
【0077】[0077]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃料電池
によれば、ポンプやブロア等を用いなくとも、簡素な構
造で液体燃料を円滑に気化供給することができる。これ
により、従来困難とされていた小型の燃料電池を提供す
ることが可能となる。As described above, according to the fuel cell of the present invention, it is possible to smoothly vaporize and supply liquid fuel with a simple structure without using a pump, a blower or the like. This makes it possible to provide a small fuel cell that has been difficult in the past.
【0078】また、複数の単電池に供給される燃料濃度
のバラツキを抑制することが可能となり、安定した発電
を可能とする。Further, it is possible to suppress a variation in the concentration of the fuel supplied to the plurality of unit cells, thereby enabling stable power generation.
【図1】 本発明の一実施例による燃料電池の要部構成
を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a main part of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
【図2】 本発明の燃料電池の他の実施例の要部構成を
示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a main part of another embodiment of the fuel cell of the present invention.
【図3】 本発明の一実施例によるセパレータを省いた
燃料電池の要部構成を示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a main configuration of a fuel cell without a separator according to an embodiment of the present invention.
【図4】 本発明の一実施例による燃料電池の他の要部
構成を示す断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view showing another essential configuration of the fuel cell according to the embodiment of the present invention.
【図5】 図4に示す燃料電池を用いた平板型燃料電池
の構成例を示す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing a configuration example of a flat panel fuel cell using the fuel cell shown in FIG. 4;
【図6】 本発明の一実施例による燃料電池の更に他の
要部構成を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing still another essential configuration of the fuel cell according to one embodiment of the present invention.
【図7】 実施例1に係わる燃料電池の断面図。FIG. 7 is a sectional view of the fuel cell according to the first embodiment.
【図8】 本発明の実施例1及び比較例1に係わる燃料
電池の電流−電圧特性図。FIG. 8 is a current-voltage characteristic diagram of the fuel cell according to Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention.
【図9】 本発明の実施例および比較例における電池出
力を示す図。FIG. 9 is a diagram showing battery outputs according to an example of the present invention and a comparative example.
1・・・電解質板 2・・・燃料極 3・・・酸化剤極 4・・・起電部 5・・・セパレータ 6・・・燃料浸透部材 7・・・燃料気化部 8・・・酸化剤ガス供給溝 9・・・スタック 10・・・液体燃料導入路 11・・・液体燃料供給溝 12・・・セパレータを用いないスタック 13・・・酸化剤極側ホルダー 14・・・燃料極側ホルダー 15・・・平板 16・・・開口を有する平板 17・・・隙間 18・・・接続用導電体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrolyte plate 2 ... Fuel electrode 3 ... Oxidizer electrode 4 ... Electromotive part 5 ... Separator 6 ... Fuel penetration member 7 ... Fuel vaporization part 8 ... Oxidation Agent gas supply groove 9 ... Stack 10 ... Liquid fuel introduction path 11 ... Liquid fuel supply groove 12 ... Stack without using separator 13 ... Oxidant electrode side holder 14 ... Fuel electrode side Holder 15: Flat plate 16: Flat plate with opening 17 ... Gap 18: Conductor for connection
フロントページの続き (72)発明者 赤坂 芳浩 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 安田 一浩 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 高下 雅弘 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Fターム(参考) 5H026 AA06 CC03 HH03 Continuing from the front page (72) Inventor Yoshihiro Akasaka 1 Tokoba, Komukai Toshiba-cho, Saisaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Research and Development Center Co., Ltd. Inside the Toshiba R & D Center (72) Inventor Masahiro Takashita 1 in Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa F-term in the Toshiba R & D Center 5H026 AA06 CC03 HH03
Claims (6)
に設けられた液体燃料気化部とを有することを特徴とす
る燃料電池。1. An oxidant electrode, an electrolyte plate laminated on the oxidant electrode, a fuel electrode laminated on the electrolyte plate, a liquid fuel holding part laminated on the fuel electrode, and the fuel electrode And a liquid fuel vaporization unit provided in contact with each of the liquid fuel holding units.
それぞれに接するように設けられた液体燃料気化部とを
有する複数個の単電池と、 前記複数の単電池にそれそれの液体燃料保持部を介して
接続される液体燃料源とを有することを特徴とする燃料
電池。2. An oxidant electrode, an electrolyte plate laminated on the oxidant electrode, a fuel electrode laminated on the electrolyte plate, a liquid fuel holding part, and a liquid fuel holding part provided in contact with each of the fuel electrode and the liquid fuel holding part. A fuel cell, comprising: a plurality of unit cells having a liquid fuel vaporization unit provided; and a liquid fuel source connected to the plurality of unit cells via respective liquid fuel holding units.
燃料極と、 前記燃料極上に設けられた液体燃料気化部と、 前記燃料極から1cm以下の距離で前記液体燃料気化部
と接続された液体燃料保持部とを有することを特徴とす
る燃料電池。3. An electrolyte plate, an oxidizer electrode and a fuel electrode provided on opposing surfaces of the electrolyte plate, a liquid fuel vaporizer provided on the fuel electrode, and a distance of 1 cm or less from the fuel electrode. A fuel cell, comprising: a liquid fuel holding unit connected to the liquid fuel vaporizing unit.
透部材からなり、液体燃料が浸透部材の毛管力により液
体燃料気化部に供給されることを特徴とする請求項1乃
至3記載の燃料電池。4. The liquid fuel holding section according to claim 1, wherein the liquid fuel holding section is formed of a permeating member exhibiting a capillary phenomenon, and the liquid fuel is supplied to the liquid fuel vaporizing section by a capillary force of the permeating member. Fuel cell.
れた開口を有する第1の平板と、この第1の平板と対向
配置された第2の平板とからなる液体燃料保持層である
ことを特徴とする請求項4記載の燃料電池。5. The liquid fuel holding section is a liquid fuel holding layer including a first flat plate having an opening provided on a fuel electrode, and a second flat plate opposed to the first flat plate. The fuel cell according to claim 4, wherein:
燃料極と、 燃料極に供給する燃料を保持する液体燃料保持部とを有
する燃料電池において、 前記液体燃料保持部に保持された燃料を電池反応の反応
熱で気化させることを特徴とする燃料電池。6. A fuel cell comprising: an electrolyte plate; an oxidizer electrode and a fuel electrode provided on opposing surfaces of the electrolyte plate; and a liquid fuel holding portion for holding fuel supplied to the fuel electrode. A fuel cell characterized in that fuel held in a fuel holding unit is vaporized by reaction heat of a cell reaction.
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