JP2004319388A

JP2004319388A - Fuel container for fuel cell, fuel supply device, and fuel cell for portable apparatus

Info

Publication number: JP2004319388A
Application number: JP2003114748A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Okada; 行広岡田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2004-11-11

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel container for a fuel cell capable of supplying fuel stably regardless of the direction of the fuel cell, and easy to recognize a residual quantity of the fuel. <P>SOLUTION: The fuel container 1 storing fuel to be supplied to the fuel cell is formed into a shape of a cylinder composed of a side face part 1a and a pair of end face parts 1b. A fuel outlet tube 2 and a pump 3 are jointed to the end part 1b, and the fuel is supplied through a reverse flow preventing mechanism 4. At least a part of the fuel container 1 is constituted by an elastic material, and the fuel container shrinks by the material with elasticity being free in deformation accompanying discharge of the fuel, and by the above, the residual quantity of the fuel can be easily recognized from the shape of the fuel container. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に携帯機器に用いられる燃料電池に供給する燃料を収容する燃料容器、前記燃料容器を備えた燃料供給装置および携帯機器用燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、携帯機器用の電源には、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池が用いられている。しかし、携帯機器の急速な普及により、二次電池よりも長時間使用することが可能な電源が求められている。
【０００３】
そこで、近年、小型化された燃料電池が、携帯機器用の電源として注目されている。一般に燃料電池の発電は、水素などの燃料と、大気中の酸素との酸化還元反応を利用して行われる。一方、携帯機器用に小型化された燃料電池には、燃料として、メタノールやエタノールなどの液体燃料を直接供給するか、あるいは、それらの液体燃料を改質してから供給する。そのため、燃料を収容する燃料容器、さらに、燃料容器から燃料電池へ燃料を輸送する手段を備えた燃料供給装置の小型化も求められている。
【０００４】
従来、燃料電池用の燃料容器としては、据置型の容器が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。また、燃料容器として、二重構造の容器を採用し、内側容器に燃料、外側容器に圧縮ガスを収容しているものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
また、従来の燃料供給装置では、毛細管現象を利用して燃料電池への燃料の供給が行われている（例えば、特許文献３、４参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−３０７９７０号公報
【特許文献２】
米国特許第６４６０７３３号明細書
【特許文献３】
特開平６−１８８００８号公報
【特許文献４】
特開２００１−９３５５１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の燃料電池は、据置型であるため、燃料容器も据置型を前提としている。携帯機器用の燃料電池は、使用状況に応じて、あらゆる方向を向くことから、燃料の供給も電池の向きに合わせて行われなければならない。しかし、据置型を前提とした燃料容器を用いた場合、例えば、燃料電池の向きが上下逆になると、液体燃料を燃料電池や改質器に輸送することが困難となる。
【０００７】
特許文献２に記載の燃料電池は、ガスの圧力を利用して燃料を供給するため、内側容器と外側容器が完全に密閉されていなければならない。さらに、密閉性を長期にわたって維持する必要があり、落下に耐え得る強度も必要となる。したがって、外側容器は、耐圧容器としての強度を得るために、かなりの厚みをもたせる必要がある。さらに、外側容器と内側容器との間に圧縮ガスを保持する空間を設ける必要があるため、体積効率が低くなる。
【０００８】
特許文献３、４に記載の燃料電池のように、毛細管現象を利用する場合、燃料電池の向きにかかわらず、安定して燃料を供給できるようにするには、燃料容器内に液体燃料を浸透しやすくする部材を多く入れる必要がある。しかし、そうすることによって、燃料容器内の燃料を収容するスペースが減少してしまう。携帯機器用の燃料容器は、もともと容量が小さいため、このような燃料の収容スペースの減少割合は、据置型と比べてはるかに大きくなる。また、毛細管現象を利用した燃料供給装置では、燃料の消費量が多くなると、燃料の供給が追いつかなくなるという問題も生じる。
【０００９】
上述のように、従来においては、密閉型の構造を有し、かつ、容器がどの方向を向いていても、燃料を安定供給することが可能な携帯機器に適した燃料容器や燃料供給装置は提案されていない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記諸問題を鑑みたものであり、燃料電池の向きにかかわらず燃料電池への燃料の安定供給が可能であり、燃料の収容スペースを十分に確保することができる。燃料容器およびこれを用いた燃料供給装置を提供し、ひいては高性能な携帯機器用燃料電池を提供するものである。
【００１１】
すなわち、本発明は、燃料電池に供給する燃料を収容する燃料容器であって、前記燃料容器は、少なくとも一部が柔軟性を有する部材から構成されることを特徴とする燃料電池用燃料容器に関する。
前記燃料容器は、さらに柔軟性を有さない部材を有することができ、さらに、外部から前記燃料容器内への気体の侵入を防ぐ手段を有することが好ましい。
前記柔軟性を有する部材としては、アルミニウム箔と樹脂シートとからなるラミネートフィルム、および軟質プラスチックより選ばれる少なくとも１種から構成されることが好ましい。前記柔軟性を有さない部材としては、硬質プラスチックおよび金属より選ばれる少なくとも１種から構成されることが好ましい。
【００１２】
前記燃料容器は、さらに容器を収容する筐体を有してもよい。前記筐体は、少なくとも一部が透明であることが好ましく、外気を通過させるための貫通孔を有することが好ましい。前記筐体がその内面と一端を連結させたバネ、および前記バネの他端と連結された平板を備える場合、前記平板は、前記バネの弾性力により、前記燃料容器を圧迫するため、燃料の消費に伴って燃料容器の容積を減少させることができる。
【００１３】
また、本発明は、燃料電池用燃料および前記燃料を収容する燃料容器からなるパック燃料であって、前記燃料容器は、柔軟性を有する部材から構成され、前記燃料は、液体であることを特徴とするパック燃料に関する。
前記燃料容器には、例えば、メタノールなどの有機化合物からなる液体燃料を収容することができる。
【００１４】
また、本発明は、燃料電池に供給する燃料を収容する燃料容器、および前記燃料容器から前記燃料電池へ燃料を輸送する燃料輸送手段からなる燃料供給装置であって、前記燃料容器は、柔軟性を有する部材から構成されることを特徴とする燃料供給装置に関する。
前記燃料供給装置は、さらに、外部から前記燃料容器内への気体の侵入を防ぐ手段を有することが好ましい。前記燃料輸送手段には、例えば前記燃料容器への機械的圧力を利用して燃料を輸送する手段を用いることができる。
【００１５】
また、本発明は、燃料電池に供給する燃料を収容する燃料容器を備える携帯機器用燃料電池であって、前記燃料容器は、柔軟性を有する部材から構成されることを特徴とする携帯機器用燃料電池に関する。
前記携帯機器用燃料電池は、さらに、前記燃料容器から前記燃料電池へ燃料を輸送する燃料輸送手段を有することが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１にかかる燃料容器の一例の概略図である。
燃料容器１は、側面部１ａおよび一対の端面部１ｂからなる円筒形状を有している。容器１の一方の端面部１ｂには、燃料を排出する第１の燃料排出管２の一端が連結されている。第１の燃料排出管２の他端には、外部の気体や排出された燃料が燃料容器１へ逆流するのを防ぐ機構を有するポンプ３の入口と連結されている。ポンプ３の出口には、第２の燃料排出管５の一端が連結され、その他端には、燃料の流量を調整する流量調整バルブ４が設けられている。
【００１７】
燃料容器１および第１の燃料排出管２は、柔軟性を有する部材を用いて作製されている。燃料の排出にともなって、柔軟性を有する部材は、変形自在である。
従来の燃料容器は、柔軟性を有さない部材で作製されているため、燃料を排出するために容器の一部に外気を取り込む貫通孔が設けられている。しかし、柔軟性を有する部材を用いることにより、貫通孔を設けて外気を取り込まなくても、容器内部から燃料を排出し続けることができる。図２に燃料を排出後の本実施の形態の燃料容器の形状の一例を示す。
【００１８】
燃料容器１は、容器が縮むことから、燃料の残量を容器の形状により容易に把握することができる。容器が縮む方向は、柔軟性を有する部材に方向性をもたせることで、変更することが可能である。例えば、容器を蛇腹構造にしたり、容器がへこむ部位に予め折り目を付けておくことができる。
【００１９】
柔軟性を有する部材としては、軟質塩化ビニルやシリコーンなどの軟質プラスチック、あるいはアルミニウム箔と樹脂シートとからなるラミネートフィルムなどを用いることができる。それ以外にも、容易に変形可能な構造を有することができる材料であれば、これらの材料に限定されるものではない。また、容器の形状は、円筒形に限らず、容易に変形可能であれば箱型など、その他の形状でもよい。
【００２０】
燃料容器１にポンプ３を設けることにより、燃料容器１から排出された燃料が逆流するのを防ぐだけでなく、気体が容器１内に侵入するのも防ぐことができる。また、万一燃料容器１の内部に気体が侵入しても、ポンプ３の性能が高ければ気体を排出してから燃料を排出することができる。ただし、ポンプ３が気体を吸い込むと、たとえポンプ３の性能が高くても、容器１内部に侵入した気体が排出されるまでの間は、燃料の排出が一時的に停止する。燃料の安定な排出を行うには、燃料容器１の内部に燃料のみを収容し、気体を含まないように注意することが好ましい。
【００２１】
燃料容器１に収容する燃料としては、液体燃料を特に限定なく用いることができる。しかし、携帯機器用燃料電池に利用されることを考慮すると、燃料は、有機化合物であることが好ましい。特に、エネルギー密度や反応性の点から、メタノール、もしくはメタノール水溶液であることが好ましい。
【００２２】
実施の形態２
本発明の実施の形態２にかかる燃料容器は、円筒形状であり、両端面部１ｂに柔軟性を有さない部材を用いること以外は、上述した図１と同様の構造を有する。
【００２３】
柔軟性を有さない部材としては、硬質プラスチックおよび金属より選ばれる少なくとも１種を用いることができる。このような容器の場合、燃料の排出にともなって、柔軟性を有する部材が変形しても、柔軟性を有さない部材がその形状を保つことができる。図３に燃料を排出後の本実施の形態の燃料容器の形状の一例を示す。図３では、柔軟性を有さない部材で作製した両端面部１ｂのみがその形状を保っており、側面部１ａは縮んでいる。
【００２４】
燃料容器は、内部に収容した燃料を十分に排出することができる程度に、変形可能な部位を有すればよいので、柔軟性を有さない部材を必要に応じて用いることができる。また、柔軟性を有さない部材を用いることで容器の一部分に強度をもたせることができ、容器の破損を防止することができるとともに、市場に流通させるときに、取り扱いが容易になり、搬送の利便性もよくなる。
【００２５】
実施の形態３
図４は、本発明の実施の形態３にかかる筐体に収容された燃料容器の一例の概略図である。
燃料容器１は実施の形態１または２にかかるものと同じ構造を有し、第１の燃料排出管２とともに筐体６に収容されている。筐体６の一部には、外気を通過させるための貫通孔７が設けられている。これは、筐体６の内部が密閉されていると、内部圧力の関係から、燃料容器１が燃料の排出にともなって変形するのを妨げるからである。
【００２６】
筐体６は、少なくとも一部が透明な材料で作製されていることが好ましい。透明な材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネートなどを用いることができる。
従来のリチウムイオン電池や、ニッケル水素電池などの携帯機器用に用いられる二次電池では、残存容量を検知するために電圧を測定する必要がある。しかし、燃料電池の場合、燃料がなくなった時点で始めて電圧が急激に低下するため、電圧を測定することにより残存容量を把握することが困難である。そこで、筐体６の一部を透明な材料で作製することにより、燃料容器１の変形度合いを観察することができるので、残存する燃料の量を把握することができる。
【００２７】
さらに筐体６を設けたことにより、燃料容器１の取り扱いが容易になり、市場に流通させるときに、燃料容器１を破損させることなく、安全に輸送することができる。また、携帯機器内部への装着も容易になる。
【００２８】
実施の形態４
図５は、本発明の実施の形態４にかかる筐体に収容された燃料容器の一例の概略図である。
筐体６の内面には、バネ８の一端が連結されており、バネ８の他端は平板９と連結されている。平板９は、バネ８の弾性力によって、燃料容器１を圧迫している。その他の構成については、上述した図４と同様である。すなわち筐体６の一部には、外気を通過させるための貫通孔７が設けられている。これは、筐体６の内部が密閉されていると、内部圧力の関係から、燃料容器１が燃料の排出にともなって変形するのを妨げるからである。
【００２９】
燃料容器１には変形可能なように常に圧力がかかっており、バネ８は、燃料の減少に伴って伸長する。このような構成により、燃料電池や燃料容器の向きにかかわらず、安定した燃料供給を行うことができる。
【００３０】
実施の形態５
図６は、本発明の実施の形態５にかかる燃料電池システムの一例の概略図である。
燃料電池システム２０は、空気ポンプ１１を有する燃料電池１０と燃料供給装置４０を備える。燃料電池１０は、吸入口Ａから空気ポンプ１１によって、大気中の酸素を取り込み、排出口Ｂから燃料電池１０内部を循環した空気を排出する。燃料供給装置４０は、燃料を収容する燃料容器１と、燃料容器１から燃料電池１０へ燃料を輸送する燃料輸送手段３０とを備える。燃料輸送手段３０は、濃度制御部１２、濃度検知部１３、ポンプ３、ポンプ３と燃料電池１０とを連結する第２の燃料排出管５および気液分離部１４から構成される。気液分離部１４は、燃料電池１０から排出される余剰燃料から二酸化炭素を分離し、余剰燃料を精製する。精製された余剰燃料は、第２の燃料排出管５へ送られ、そこから再び燃料電池１０に供給される。濃度検知部１３は、精製された余剰燃料中の燃料濃度を検知し、その結果を濃度制御部１２へ伝達する。濃度制御部１２は、伝達された情報に基づいてポンプ３の出力を調整し、燃料電池１０へ供給される燃料成分の濃度を制御する。
【００３１】
次に、別の燃料電池システムとして、改質型の一例を図７に示す。図６と異なるところは、燃料輸送手段３０が濃度制御部１２、濃度検知部１３などの代わりに、改質器１５を備えている点である。改質器１５は、燃料容器１に収容された燃料を水素に改質し、燃料電池１０に供給する。
【００３２】
このように構成された燃料電池システム２０は、携帯機器用の燃料電池として用いることができる。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３４】
《実施例１》
燃料容器として、図１に示す円筒形の容器を使用した。この燃料容器１および第１の燃料排出管２は、厚みが０．３ｍｍのシート状のポリプロプレンを熱加工することにより作製した。容器の容量は１０ｃｃである。
この燃料容器１の一方の端面部１ｂには、同じ材料を用いて作製した第１の燃料排出管２の一端を連結した。そして、第１の燃料排出管２の他端には、市販のダイヤフラム式液体用ポンプ３（ＮＦ１０／１１＿Ｅ／ＤＣ、（株）ケー・エヌ・エフ・ジャパン製）の入口と連結した。ポンプ３の出口には、第２の燃料排出管５の一端を連結し、その他端には、流量調整バルブ４を接合した。
【００３５】
《実施例２》
燃料容器として、図８に示す容器を使用した。燃料容器５０は、上面部５１、下面部５３および側面部５２からなる箱型の形状を有している。燃料容器５０の上面部５１および下面部５３は、厚みが１ｍｍのアクリル樹脂で作製し、側面部５２および第１の燃料排出管２は、厚みが０．３ｍｍのポリプロピレンシートで作製した。容器の容量は１０ｃｃである。
この燃料容器５０に、実施例１と同様に、ダイヤフラム式液体用ポンプ３と、燃料調製バルブ４を取り付けた。
【００３６】
《比較例１》
燃料容器として、図１に示す円筒形の容器を使用した。この燃料容器１および第１の燃料排出管２は、厚みが１ｍｍのアクリル樹脂を用いて作製した。それ以外の構成については、実施例１と同様である。
【００３７】
まず、実施例１、２および比較例１の流量調整バルブ４を流速１ｃｃ／ｍｉｎで作動させた。そして、燃料容器をいろいろな方向に設置して試験を行った。燃料は２Ｍのメタノール水溶液を１０ｃｃ容器に入れた。
【００３８】
［評価１］
実施例１、２の燃料容器１、５０は、容器をどの方向に設置しても、一定の流速で、全ての燃料を排出することができた。
【００３９】
一方、比較例１の燃料容器１は、容器をどの方向に設置しても、燃料を排出することができなかった。これは、燃料容器１が燃料の減少によって変形しない部材で作製されているため、燃料容器１の内部の圧力が低下することによって、燃料を送り出しにくくしているためと考えられる。
この問題を解消するために、燃料容器１の上方に貫通孔を設けた。しかし、燃料容器１を設置する向きによっては、貫通孔から燃料が流出した。そこで、貫通孔に気液分離膜を設けた。しかし、燃料容器１を保存時に、気液分離膜から燃料が揮発し、収容されている燃料が減少した。また、燃料容器１が設置される向きによっては、気液分離膜に燃料が接して燃料が浸透し、気液分離膜の性能を発揮することができなかった。その結果、上述した貫通孔を設けた場合と同様の問題が発生した。
【００４０】
本実施例では、燃料の流量を調整するために流量調整バルブ４を設置したが、ポンプへの供給電力や周波数を変えて燃料の流量を調整するようにしてもよい。また、容器の製造方法は、射出成形や、熱プレスなど、どのような方法であってもよく、容易に変形可能な構造であれば同様の効果が得られる。
【００４１】
《実施例３》
実施例１で作製した燃料容器１に、２Ｍのメタノール水溶液を８ｃｃと、さらに空気を２ｃｃ含めた。
【００４２】
《比較例２》
比較例１で作製した燃料容器１に、２Ｍのメタノール水溶液を８ｃｃと、さらに空気を２ｃｃ含めた。
【００４３】
まず、実施例３および比較例２の流量調整バルブ４を流速１ｃｃ／ｍｉｎで作動させた。燃料容器１の向きは、図１に示す水平方向以外に、ポンプ３側を上または下にした。
【００４４】
［評価２］
実施例３の燃料容器１では、空気が排出されるまでの間は、燃料の排出は停止していたが、燃料容器１をどの方向に向けても、全ての燃料を排出することができた。これは、燃料容器１の内部に、空気などの気体が含まれていても、気体の排出にともなって燃料容器１が変形可能なため、気体を強制的に排除することができるからである。
【００４５】
一方、比較例２の燃料容器１では、図１のように水平に設置したときと、ポンプ３側を下に向けて設置したときに、わずかに燃料を排出することができた。しかし、燃料の排出は、すぐに停止した。これは、燃料容器１が変形できない構造であるため、容器１の内部圧力が低下することによって、燃料を送り出しにくくしているためと考えられる。また、ポンプ３側を上に向けて設置したとき、つまり、燃料容器１の内部の空気が、端面部１ｂに溜まっている状態の場合では、燃料を全く排出することができなかった。
【００４６】
実施例３では、燃料容器に気体が含まれていても、燃料を排出することが可能であったが、燃料を間欠なく安定的に排出するためには、燃料容器１の内部に気体を含まないようにすることが好ましい。
【００４７】
《実施例４》
実施例３で用いたダイヤフラム式液体ポンプ３に代えて、圧電素子を利用した燃料輸送手段を用いた。その他の構成については、実施例３と同様である。圧電素子としては、インクジェットプリンタに用いられる素子を利用し、電圧と周波数によって流量を調整した。
【００４８】
そして、実施例３、４の燃料容器１の向きは、液体ポンプ側または燃料輸送手段側を上にし、燃料の排出を行った。
【００４９】
［評価３］
実施例３の燃料容器１では、全ての燃料を排出することができた。また、燃料容器１をどの方向に向けても、同様に燃料の排出を行うことができた。
【００５０】
一方、実施例４の燃料容器１では、燃料の排出を行うことができなかった。これは、圧電素子を利用した燃料輸送手段が、気体を吸い込むと、燃料の排出能力が低くなり、今回の条件では排出が不可能となったためと考えられる。そこで、燃料を間欠なく安定に排出するには、燃料容器１の内部に気体を含まないようにすることが好ましい。
【００５１】
《実施例５》
実施例１で作製した燃料容器１および第１の燃料排出管２を、図４に示すように、厚み１ｍｍのアクリル樹脂で作製した筐体６内部に収容した。このアクリル製の筐体６には、内部に空気が導入できるように貫通孔７を設けた。
【００５２】
まず、実施例５の図４に示される流量調整バルブ４を流速１ｃｃ／ｍｉｎで作動させる。そして、燃料容器１をいろいろな方向に設置して試験を行った。
［評価４］
実施例５の燃料容器１では、容器１をどの方向に設置しても、一定の流速で、全ての燃料を排出することができた。これは、筐体６に設けた貫通孔７が、筐体６内部に空気を取り込むことができ、燃料容器１を変形可能にしたためである。さらに、筐体６に、外部から衝撃を与えても、燃料容器１の破損を防止することができた。
【００５３】
筐体６は、アクリル樹脂以外にも、他の材料を用いて作製してもよく、例えば、アルミニウムなどを用いることができる。また、容器の厚みは１ｍｍに限られず、耐破損性を生じない程度であれば、それより薄くても構わない。
【００５４】
また、筐体６は、アクリル樹脂で作製したことにより、外部から、容器１の形状を観察することができた。つまり、容器１の形状変化から、容易に燃料の残量を把握することができた。一方、筐体６を全てアルミニウムなどで作製した場合、外部から容器１の形状変化を観察することができないため、筐体６の一部に透明な窓を形成することが好ましい。
【００５５】
実施例５では、円筒形の燃料容器１を筐体６に収容したが、燃料のスペースを有効に利用するという観点から、燃料容器１とそれを収容する筐体６の形状を同一にすることが好ましい。
【００５６】
《実施例６》
実施例１の燃料容器１を用いて図６に示したような燃料電池システムを作製した。
【００５７】
燃料容器１は、実施例１と同様のものを用いた。燃料の供給は、流量の変更が可能なマイクロチューブポンプ（ＭＰ−１０００、東京理化器械（株）製）を設置して行った。燃料電池１０から排出される余剰燃料は、気液分離部１４により精製し、第２の燃料排出管５を介して、再び燃料電池１０へ供給した。そして、余剰燃料中の燃料の濃度を濃度検知部１３で検知し、検知した値に基づいて、濃度制御部１２によりポンプ３の出力を調整した。
【００５８】
燃料電池の作製手順を以下に示す。
平均一次粒子径３０ｎｍをもつ導電性カーボン粒子に、平均粒子径約３０Åの白金粒子を５０重量％担持したものを、カソード側の触媒担持粒子とした。また、導電性カーボン粒子に、平均粒子径約３０Åの白金粒子とルテニウム粒子とを、それぞれ２５重量％担持したものをアノード側の触媒担持粒子とした。
【００５９】
次に、それぞれの触媒担持粒子とプロトン導電性高分子電解質とを混合し、触媒ペーストを作成した。このとき触媒担持粒子中のカーボンとプロトン導電性高分子電解質の重量比を１：１とした。次に、プロトン導電膜（ナフィオン１１７、デュポン社製）の両面に、上記触媒ペーストを印刷し、それぞれアノード側触媒層、カソード側触媒層を形成した。触媒の印刷範囲は２ｃｍ×２ｃｍの大きさとした。
【００６０】
次に、カソード側触媒層、アノード側触媒層のそれぞれにガス拡散層を形成した。ガス拡散層はそれぞれの触媒層と接触させ、プロトン導電膜が中心となるように重ね合わせ、ホットプレス法で接合した。これにより、ＭＥＡ（電解質膜電極接合体）を作製した。ガス拡散層としてはカーボンペーパーを用いた。
【００６１】
セパレータの厚みが６ｍｍ、流路の幅および深さが１ｍｍの樹脂含浸黒鉛板を用いた。アノード側セパレータ、ＭＥＡ、カソード側セパレータおよびガスケットを順に接合してスタックを作製し、圧迫した。
【００６２】
液体燃料には、メタノール濃度が６４ｗｔ％の水溶液を用いた。ただし、燃料電池に供給するメタノールの濃度は、濃度制御部１２により、常に２Ｍに調整した。
【００６３】
《実施例７》
実施例１の燃料容器１を用いて図７に示したような改質型の燃料電池システムを作製した。燃料輸送手段３０の濃度制御部１２、濃度検知部１３などを改質器１５に代えた点以外は、図６と同様の構成とした。また、燃料電池の作製方法も実施例５と同様とした。
【００６４】
《比較例３》
実施例１の燃料容器１を用いて毛細管現象を利用した燃料電池システムを作製した。そして、アノード側の流路の幅および深さを４ｍｍとし、燃料輸送手段３０を用いる代わりに、燃料容器１およびアノード側の流路に綿を充填して、毛細管現象により、綿を介して燃料をアノード側の流路に供給したこと以外は、実施例５と同様の燃料電池システムを作製した。
【００６５】
このようにして作製された燃料電池システムについて、５ｍＡ／ｃｍ^２および５０ｍＡ／ｃｍ^２の電流密度で発電実験を行った。
【００６６】
［評価５］
まず、５ｍＡ／ｃｍ^２で発電した場合、実施例６、７および比較例３の燃料電池システムでは、発電が可能であった。また、燃料容器１がどの方向に設置されていても発電が可能であった。しかし、比較例３では、燃料容器１、およびアノード側のガス流路に綿が充填されており、燃料容器１内の燃料の量が、実施例６、７と比較して１／２程度であるため、発電時間が大幅に短くなった。
【００６７】
次に、５０ｍＡ／ｃｍ^２で発電した場合、実施例６、７では発電が可能であった。しかし、比較例３では発電を行うことができなかった。これは、比較例３では、燃料供給装置４０で毛細管現象を利用しているため、燃料の送液速度が小さく、発電に必要なメタノールを十分に供給することができなかったことに起因している。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料容器を柔軟性を有する部材を用いて作製するようにしたので、燃料電池の向きによらず、燃料の安定供給が可能であり、かつ、燃料容器の形状変化から燃料の残量を容易に把握することができる。また、燃料電池の設置方向に自由度が得られ、燃料の収容スペースを十分に確保することができるので、携帯機器に備えた場合でも安定して燃料を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる燃料容器の一例の概略図である。
【図２】燃料を排出後の同燃料容器の形状の一例の概略図である。
【図３】本発明の実施の形態２にかかる燃料を排出後の燃料容器の形状の一例の概略図である。
【図４】本発明の実施の形態３にかかる筐体に収容された燃料容器の一例の概略図である。
【図５】本発明の実施の形態４にかかる筐体に収容された燃料容器の一例の断面図である。
【図６】本実施の形態５にかかる直接型の燃料電池システムの一例の概略図である。
【図７】同燃料電池システムの改質型の一例の概略図である。
【図８】本発明の実施例にかかる箱型の燃料容器の一例の概略図である。
【符号の説明】
１、５０燃料容器
１ａ側面部
１ｂ端面部
２第１の燃料排出管
３ポンプ
４流量調整バルブ
５第２の燃料排出管
６筐体
７貫通孔
８バネ
９平板
１０燃料電池
１１空気ポンプ
１２濃度制御部
１３濃度検知部
１４気液分離部
１５改質器
２０燃料電池システム
３０燃料輸送手段
４０燃料供給装置
５１上面部
５２側面部
５３下面部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel container mainly for storing fuel to be supplied to a fuel cell used for a portable device, a fuel supply device including the fuel container, and a fuel cell for a portable device.
[0002]
[Prior art]
At present, a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel hydride battery is used as a power supply for a portable device. However, with the rapid spread of portable devices, a power source that can be used for a longer time than a secondary battery is required.
[0003]
Therefore, in recent years, miniaturized fuel cells have been receiving attention as power supplies for portable devices. Generally, power generation of a fuel cell is performed using an oxidation-reduction reaction between a fuel such as hydrogen and oxygen in the atmosphere. On the other hand, a liquid fuel such as methanol or ethanol is directly supplied to a fuel cell miniaturized for a portable device, or the liquid fuel is supplied after reforming the liquid fuel. For this reason, there is a demand for a miniaturized fuel supply device including a fuel container for storing the fuel and a means for transporting the fuel from the fuel container to the fuel cell.
[0004]
Conventionally, a stationary container has been used as a fuel container for a fuel cell (for example, see Patent Document 1). Further, there has been proposed a fuel container that employs a double-structured container, in which fuel is stored in an inner container and compressed gas is stored in an outer container (for example, see Patent Document 2).
Further, in a conventional fuel supply device, fuel is supplied to a fuel cell by utilizing a capillary phenomenon (for example, see Patent Documents 3 and 4).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-5-307970
[Patent Document 2]
U.S. Pat. No. 6,460,733
[Patent Document 3]
JP-A-6-188008
[Patent Document 4]
JP 2001-93551 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Since the fuel cell described in Patent Document 1 is a stationary type, the fuel container is also assumed to be a stationary type. A fuel cell for a portable device can be oriented in any direction depending on the usage, so that the fuel must be supplied in accordance with the direction of the cell. However, when a stationary fuel container is used, for example, if the fuel cell is turned upside down, it becomes difficult to transport the liquid fuel to the fuel cell or the reformer.
[0007]
In the fuel cell described in Patent Document 2, the inner container and the outer container must be completely sealed in order to supply fuel using gas pressure. Further, it is necessary to maintain hermeticity over a long period of time, and it is necessary to have strength capable of withstanding falling. Therefore, the outer container needs to have a considerable thickness in order to obtain strength as a pressure-resistant container. Furthermore, since it is necessary to provide a space for holding the compressed gas between the outer container and the inner container, the volume efficiency is reduced.
[0008]
In the case of utilizing the capillary phenomenon as in the fuel cells described in Patent Documents 3 and 4, in order to stably supply the fuel regardless of the direction of the fuel cell, the liquid fuel penetrates into the fuel container. It is necessary to include a lot of members to make it easier. However, by doing so, the space for containing the fuel in the fuel container is reduced. Since the capacity of a fuel container for a portable device is originally small, the reduction rate of such a fuel storage space is much larger than that of a stationary type. Further, in the fuel supply device utilizing the capillary phenomenon, there is also a problem that the supply of fuel cannot keep up with an increase in fuel consumption.
[0009]
As described above, in the related art, a fuel container and a fuel supply device suitable for a portable device having a closed structure and capable of stably supplying fuel regardless of the direction of the container are described. Not proposed.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and enables a stable supply of fuel to a fuel cell regardless of the orientation of the fuel cell, and a sufficient space for storing fuel can be secured. An object of the present invention is to provide a fuel container and a fuel supply device using the same, and further provide a high-performance mobile device fuel cell.
[0011]
That is, the present invention relates to a fuel container for storing fuel to be supplied to a fuel cell, wherein the fuel container is at least partially formed of a member having flexibility. .
The fuel container may further include a member having no flexibility, and it is preferable that the fuel container further includes means for preventing gas from entering the fuel container from the outside.
The flexible member is preferably composed of at least one selected from a laminate film composed of an aluminum foil and a resin sheet, and a soft plastic. The non-flexible member is preferably made of at least one selected from hard plastics and metals.
[0012]
The fuel container may further include a housing for housing the container. The housing is preferably at least partially transparent, and preferably has a through-hole for passing outside air. When the housing includes a spring having one end connected to the inner surface thereof, and a flat plate connected to the other end of the spring, the flat plate presses the fuel container by the elastic force of the spring. The volume of the fuel container can be reduced with consumption.
[0013]
Further, the present invention is a pack fuel comprising a fuel for a fuel cell and a fuel container containing the fuel, wherein the fuel container is formed of a flexible member, and the fuel is a liquid. Regarding the pack fuel.
The fuel container can contain, for example, a liquid fuel composed of an organic compound such as methanol.
[0014]
Further, the present invention is a fuel supply device comprising a fuel container for storing fuel to be supplied to a fuel cell, and a fuel transport means for transporting fuel from the fuel container to the fuel cell, wherein the fuel container has flexibility. The present invention relates to a fuel supply device comprising a member having:
It is preferable that the fuel supply device further includes means for preventing gas from entering the fuel container from outside. As the fuel transporting means, for example, means for transporting fuel using mechanical pressure on the fuel container can be used.
[0015]
Further, the present invention is a fuel cell for a portable device including a fuel container for storing fuel to be supplied to the fuel cell, wherein the fuel container is formed of a flexible member. Related to fuel cells.
It is preferable that the fuel cell for a portable device further includes a fuel transport means for transporting fuel from the fuel container to the fuel cell.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1
FIG. 1 is a schematic diagram of an example of the fuel container according to the first embodiment of the present invention.
The fuel container 1 has a cylindrical shape including a side surface 1a and a pair of end surfaces 1b. One end of a first fuel discharge pipe 2 for discharging fuel is connected to one end face 1 b of the container 1. The other end of the first fuel discharge pipe 2 is connected to an inlet of a pump 3 having a mechanism for preventing external gas or discharged fuel from flowing back to the fuel container 1. One end of a second fuel discharge pipe 5 is connected to the outlet of the pump 3, and a flow rate adjusting valve 4 for adjusting the flow rate of fuel is provided at the other end.
[0017]
The fuel container 1 and the first fuel discharge pipe 2 are manufactured using a flexible member. The flexible member can be deformed as the fuel is discharged.
Since a conventional fuel container is made of a member having no flexibility, a through hole for taking in outside air is provided in a part of the container for discharging fuel. However, by using a flexible member, the fuel can be continuously discharged from the inside of the container without providing the through-hole and taking in the outside air. FIG. 2 shows an example of the shape of the fuel container of the present embodiment after discharging the fuel.
[0018]
Since the fuel container 1 shrinks, the remaining amount of fuel can be easily grasped from the shape of the container. The direction in which the container shrinks can be changed by giving directionality to the flexible member. For example, the container may have a bellows structure, or a portion where the container is dented may be preliminarily creased.
[0019]
As the member having flexibility, a soft plastic such as soft vinyl chloride or silicone, or a laminate film including an aluminum foil and a resin sheet can be used. In addition, the material is not limited to these materials as long as the material can have a structure that can be easily deformed. Further, the shape of the container is not limited to the cylindrical shape, and may be other shapes such as a box shape as long as it can be easily deformed.
[0020]
By providing the pump 3 in the fuel container 1, not only the fuel discharged from the fuel container 1 can be prevented from flowing backward, but also the gas can be prevented from entering the container 1. Also, even if gas enters the interior of the fuel container 1, if the performance of the pump 3 is high, the gas can be discharged before the fuel can be discharged. However, when the pump 3 sucks the gas, even if the performance of the pump 3 is high, the discharge of the fuel is temporarily stopped until the gas that has entered the inside of the container 1 is discharged. In order to stably discharge the fuel, it is preferable to store only the fuel inside the fuel container 1 and take care not to include gas.
[0021]
As the fuel contained in the fuel container 1, liquid fuel can be used without particular limitation. However, considering that the fuel is used for a fuel cell for a portable device, the fuel is preferably an organic compound. Particularly, from the viewpoint of energy density and reactivity, methanol or an aqueous methanol solution is preferable.
[0022]
Embodiment 2
The fuel container according to the second embodiment of the present invention is cylindrical, and has the same structure as that of FIG. 1 described above, except that a member having no flexibility is used for both end surfaces 1b.
[0023]
As the member having no flexibility, at least one selected from a hard plastic and a metal can be used. In the case of such a container, even if the flexible member is deformed as the fuel is discharged, the non-flexible member can keep its shape. FIG. 3 shows an example of the shape of the fuel container of the present embodiment after discharging the fuel. In FIG. 3, only the both end portions 1b made of a member having no flexibility maintain the shape, and the side portions 1a are contracted.
[0024]
The fuel container only needs to have a deformable portion to the extent that the fuel contained therein can be sufficiently discharged, so that a member having no flexibility can be used as necessary. In addition, by using a member having no flexibility, a part of the container can be provided with strength, thereby preventing damage to the container. Convenience also improves.
[0025]
Embodiment 3
FIG. 4 is a schematic diagram of an example of the fuel container housed in the housing according to the third embodiment of the present invention.
The fuel container 1 has the same structure as that according to the first or second embodiment, and is housed in the housing 6 together with the first fuel discharge pipe 2. Part of the housing 6 is provided with a through hole 7 for passing outside air. This is because, when the inside of the housing 6 is sealed, the fuel container 1 is prevented from being deformed with the discharge of fuel due to the internal pressure.
[0026]
It is preferable that at least a part of the housing 6 is made of a transparent material. As the transparent material, for example, acrylic resin, polycarbonate, or the like can be used.
In a secondary battery used for a portable device such as a conventional lithium ion battery or a nickel hydride battery, it is necessary to measure a voltage in order to detect a remaining capacity. However, in the case of a fuel cell, the voltage drops sharply only when the fuel runs out, so it is difficult to grasp the remaining capacity by measuring the voltage. Therefore, by forming a part of the housing 6 with a transparent material, the degree of deformation of the fuel container 1 can be observed, so that the amount of remaining fuel can be grasped.
[0027]
Further, by providing the housing 6, the handling of the fuel container 1 becomes easy, and the fuel container 1 can be safely transported without being damaged when the fuel container 1 is distributed on the market. Also, it can be easily mounted inside the portable device.
[0028]
Embodiment 4
FIG. 5 is a schematic diagram of an example of a fuel container housed in a housing according to the fourth embodiment of the present invention.
One end of a spring 8 is connected to the inner surface of the housing 6, and the other end of the spring 8 is connected to a flat plate 9. The flat plate 9 presses the fuel container 1 by the elastic force of the spring 8. Other configurations are the same as those in FIG. 4 described above. That is, a through hole 7 for passing outside air is provided in a part of the housing 6. This is because, when the inside of the housing 6 is sealed, the fuel container 1 is prevented from being deformed with the discharge of fuel due to the internal pressure.
[0029]
The fuel container 1 is always under pressure so as to be deformable, and the spring 8 expands as the fuel decreases. With such a configuration, stable fuel supply can be performed regardless of the orientation of the fuel cell or the fuel container.
[0030]
Embodiment 5
FIG. 6 is a schematic diagram of an example of the fuel cell system according to Embodiment 5 of the present invention.
The fuel cell system 20 includes a fuel cell 10 having an air pump 11 and a fuel supply device 40. The fuel cell 10 takes in oxygen in the atmosphere from an intake port A by an air pump 11 and discharges air circulated inside the fuel cell 10 from an exhaust port B. The fuel supply device 40 includes a fuel container 1 that stores fuel, and a fuel transport unit 30 that transports fuel from the fuel container 1 to the fuel cell 10. The fuel transport means 30 includes a concentration control unit 12, a concentration detection unit 13, a pump 3, a second fuel discharge pipe 5 connecting the pump 3 and the fuel cell 10, and a gas-liquid separation unit 14. The gas-liquid separator 14 separates carbon dioxide from surplus fuel discharged from the fuel cell 10 and purifies the surplus fuel. The refined surplus fuel is sent to the second fuel discharge pipe 5, from which it is again supplied to the fuel cell 10. The concentration detector 13 detects the fuel concentration in the purified surplus fuel and transmits the result to the concentration controller 12. The concentration controller 12 adjusts the output of the pump 3 based on the transmitted information, and controls the concentration of the fuel component supplied to the fuel cell 10.
[0031]
Next, FIG. 7 shows an example of a reforming type as another fuel cell system. The difference from FIG. 6 is that the fuel transport means 30 includes a reformer 15 instead of the concentration control unit 12, the concentration detection unit 13, and the like. The reformer 15 reforms the fuel contained in the fuel container 1 into hydrogen, and supplies the hydrogen to the fuel cell 10.
[0032]
The fuel cell system 20 configured as described above can be used as a fuel cell for a portable device.
[0033]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[0034]
<< Example 1 >>
The cylindrical container shown in FIG. 1 was used as the fuel container. The fuel container 1 and the first fuel discharge pipe 2 were produced by thermally processing a sheet-shaped polypropylene having a thickness of 0.3 mm. The capacity of the container is 10 cc.
One end of a first fuel discharge pipe 2 made of the same material was connected to one end face 1b of the fuel container 1. The other end of the first fuel discharge pipe 2 was connected to an inlet of a commercially available diaphragm type liquid pump 3 (NF10 / 11_E / DC, manufactured by NF Japan Ltd.). One end of a second fuel discharge pipe 5 was connected to the outlet of the pump 3, and a flow control valve 4 was connected to the other end.
[0035]
<< Example 2 >>
The container shown in FIG. 8 was used as a fuel container. The fuel container 50 has a box-like shape including an upper surface portion 51, a lower surface portion 53, and a side surface portion 52. The upper surface portion 51 and the lower surface portion 53 of the fuel container 50 were made of an acrylic resin having a thickness of 1 mm, and the side surface portion 52 and the first fuel discharge pipe 2 were made of a polypropylene sheet having a thickness of 0.3 mm. The capacity of the container is 10 cc.
As in the first embodiment, the diaphragm type liquid pump 3 and the fuel preparation valve 4 were attached to the fuel container 50.
[0036]
<< Comparative Example 1 >>
The cylindrical container shown in FIG. 1 was used as the fuel container. The fuel container 1 and the first fuel discharge pipe 2 were manufactured using an acrylic resin having a thickness of 1 mm. Other configurations are the same as in the first embodiment.
[0037]
First, the flow control valves 4 of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were operated at a flow rate of 1 cc / min. Then, tests were conducted by installing the fuel container in various directions. As the fuel, a 2 cc aqueous methanol solution was placed in a 10 cc container.
[0038]
[Evaluation 1]
The fuel containers 1 and 50 of Examples 1 and 2 were able to discharge all fuel at a constant flow rate regardless of the direction in which the containers were installed.
[0039]
On the other hand, the fuel container 1 of Comparative Example 1 could not discharge fuel regardless of the direction in which the container was placed. This is probably because the fuel container 1 is made of a member that does not deform due to a decrease in the fuel, so that the pressure inside the fuel container 1 is reduced, thereby making it difficult to send out the fuel.
To solve this problem, a through hole is provided above the fuel container 1. However, fuel flowed out of the through hole depending on the direction in which the fuel container 1 was installed. Therefore, a gas-liquid separation membrane was provided in the through hole. However, when the fuel container 1 was stored, the fuel volatilized from the gas-liquid separation membrane, and the amount of stored fuel decreased. Further, depending on the direction in which the fuel container 1 is installed, the fuel comes into contact with the gas-liquid separation membrane and the fuel permeates, and the performance of the gas-liquid separation membrane cannot be exhibited. As a result, the same problem as in the case where the above-described through hole is provided occurs.
[0040]
In the present embodiment, the flow rate adjusting valve 4 is provided to adjust the flow rate of the fuel. However, the flow rate of the fuel may be adjusted by changing the power supplied to the pump or the frequency. The method of manufacturing the container may be any method such as injection molding or hot pressing, and the same effect can be obtained as long as the structure can be easily deformed.
[0041]
<< Example 3 >>
The fuel container 1 prepared in Example 1 contained 8 cc of a 2M aqueous methanol solution and 2 cc of air.
[0042]
<< Comparative Example 2 >>
The fuel container 1 produced in Comparative Example 1 contained 8 cc of a 2M aqueous methanol solution and 2 cc of air.
[0043]
First, the flow control valves 4 of Example 3 and Comparative Example 2 were operated at a flow rate of 1 cc / min. The direction of the fuel container 1 was such that the pump 3 side was up or down in addition to the horizontal direction shown in FIG.
[0044]
[Evaluation 2]
In the fuel container 1 of the third embodiment, the discharge of the fuel was stopped until the air was discharged, but all the fuel could be discharged regardless of the direction of the fuel container 1 in any direction. . This is because even if a gas such as air is contained in the fuel container 1, the gas can be forcibly removed because the fuel container 1 can be deformed as the gas is discharged.
[0045]
On the other hand, in the fuel container 1 of Comparative Example 2, the fuel could be slightly discharged when installed horizontally as shown in FIG. 1 and when installed with the pump 3 side facing down. However, fuel emission stopped shortly after. This is considered to be because the fuel container 1 has a structure that cannot be deformed, so that the internal pressure of the container 1 is reduced, thereby making it difficult to send out the fuel. Further, when the pump 3 was installed with its side facing upward, that is, when the air inside the fuel container 1 was stored in the end face 1b, the fuel could not be discharged at all.
[0046]
In the third embodiment, the fuel can be discharged even if the fuel container contains a gas. However, in order to discharge the fuel stably without intermittent operation, the fuel is contained in the fuel container 1. It is preferable not to do so.
[0047]
<< Example 4 >>
Instead of the diaphragm type liquid pump 3 used in the third embodiment, a fuel transport unit using a piezoelectric element was used. Other configurations are the same as in the third embodiment. As the piezoelectric element, an element used in an ink jet printer was used, and the flow rate was adjusted by voltage and frequency.
[0048]
The fuel was discharged from the fuel containers 1 of Examples 3 and 4 with the liquid pump side or the fuel transport means side facing upward.
[0049]
[Evaluation 3]
In the fuel container 1 of Example 3, all the fuel could be discharged. Further, no matter which direction the fuel container 1 was turned, the fuel could be discharged similarly.
[0050]
On the other hand, in the fuel container 1 of Example 4, the fuel could not be discharged. It is considered that this is because when the fuel transporting means using the piezoelectric element sucks the gas, the fuel discharging ability is reduced, and the fuel cannot be discharged under the present conditions. Therefore, in order to discharge the fuel stably without interruption, it is preferable that the gas is not contained in the fuel container 1.
[0051]
<< Example 5 >>
As shown in FIG. 4, the fuel container 1 and the first fuel discharge pipe 2 manufactured in Example 1 were housed in a housing 6 made of an acrylic resin having a thickness of 1 mm. The acrylic housing 6 was provided with a through hole 7 so that air could be introduced into the housing.
[0052]
First, the flow control valve 4 shown in FIG. 4 of the fifth embodiment is operated at a flow rate of 1 cc / min. Then, tests were conducted with the fuel container 1 placed in various directions.
[Evaluation 4]
In the fuel container 1 of Example 5, all the fuel could be discharged at a constant flow rate regardless of the direction in which the container 1 was installed. This is because the through holes 7 provided in the housing 6 can take in air into the housing 6 and make the fuel container 1 deformable. Further, even if an external impact is applied to the housing 6, the fuel container 1 can be prevented from being damaged.
[0053]
The housing 6 may be manufactured using other materials in addition to the acrylic resin. For example, aluminum or the like can be used. Further, the thickness of the container is not limited to 1 mm, and may be thinner as long as the container does not cause breakage resistance.
[0054]
Further, since the housing 6 was made of an acrylic resin, the shape of the container 1 could be observed from the outside. That is, it was possible to easily grasp the remaining amount of the fuel from the shape change of the container 1. On the other hand, when the housing 6 is entirely made of aluminum or the like, a change in shape of the container 1 cannot be observed from the outside. Therefore, it is preferable to form a transparent window in a part of the housing 6.
[0055]
In the fifth embodiment, the cylindrical fuel container 1 is housed in the housing 6, but from the viewpoint of effectively utilizing the fuel space, the shape of the fuel container 1 and the shape of the housing 6 accommodating the fuel container 1 are the same. Is preferred.
[0056]
<< Example 6 >>
Using the fuel container 1 of Example 1, a fuel cell system as shown in FIG. 6 was produced.
[0057]
The same fuel container 1 as in Example 1 was used. The fuel was supplied by installing a micro tube pump (MP-1000, manufactured by Tokyo Rika Kikai Co., Ltd.) capable of changing the flow rate. Excess fuel discharged from the fuel cell 10 was purified by the gas-liquid separation unit 14 and supplied to the fuel cell 10 again via the second fuel discharge pipe 5. Then, the concentration of the fuel in the surplus fuel was detected by the concentration detector 13, and the output of the pump 3 was adjusted by the concentration controller 12 based on the detected value.
[0058]
The procedure for manufacturing the fuel cell is described below.
The catalyst-carrying particles on the cathode side were obtained by supporting 50% by weight of platinum particles having an average particle diameter of about 30 ° on conductive carbon particles having an average primary particle diameter of 30 nm. Further, platinum particles and ruthenium particles having an average particle diameter of about 30 ° supported on conductive carbon particles by 25% by weight were used as catalyst-carrying particles on the anode side.
[0059]
Next, each of the catalyst-carrying particles and the proton-conductive polymer electrolyte were mixed to prepare a catalyst paste. At this time, the weight ratio of carbon and proton conductive polymer electrolyte in the catalyst-carrying particles was set to 1: 1. Next, the catalyst paste was printed on both surfaces of a proton conductive film (Nafion 117, manufactured by DuPont) to form an anode-side catalyst layer and a cathode-side catalyst layer, respectively. The printing area of the catalyst was 2 cm × 2 cm.
[0060]
Next, a gas diffusion layer was formed on each of the cathode-side catalyst layer and the anode-side catalyst layer. The gas diffusion layers were brought into contact with the respective catalyst layers, overlapped so that the proton conductive film became the center, and joined by hot pressing. Thus, an MEA (electrolyte membrane electrode assembly) was produced. Carbon paper was used as the gas diffusion layer.
[0061]
A resin-impregnated graphite plate having a separator thickness of 6 mm and a channel width and depth of 1 mm was used. The anode side separator, the MEA, the cathode side separator, and the gasket were joined in this order to form a stack and pressed.
[0062]
As the liquid fuel, an aqueous solution having a methanol concentration of 64% by weight was used. However, the concentration of methanol supplied to the fuel cell was always adjusted to 2M by the concentration controller 12.
[0063]
<< Example 7 >>
Using the fuel container 1 of Example 1, a reformed fuel cell system as shown in FIG. 7 was manufactured. The configuration was the same as that of FIG. 6 except that the concentration control unit 12, the concentration detection unit 13, and the like of the fuel transportation means 30 were replaced with the reformer 15. Further, the method of manufacturing the fuel cell was the same as that in Example 5.
[0064]
<< Comparative Example 3 >>
Using the fuel container 1 of Example 1, a fuel cell system utilizing capillary action was manufactured. Then, the width and depth of the flow path on the anode side are set to 4 mm, and instead of using the fuel transport means 30, cotton is filled in the fuel container 1 and the flow path on the anode side. A fuel cell system similar to that of Example 5 was produced except that was supplied to the flow path on the anode side.
[0065]
For the fuel cell system thus manufactured, 5 mA / cm ² And 50 mA / cm ² A power generation experiment was performed at a current density of.
[0066]
[Evaluation 5]
First, 5mA / cm ² When the fuel cell system of Examples 6, 7 and Comparative Example 3 generated power, power generation was possible. Also, power generation was possible regardless of the direction in which the fuel container 1 was installed. However, in Comparative Example 3, the fuel container 1 and the gas flow path on the anode side were filled with cotton, and the amount of fuel in the fuel container 1 was about half that of Examples 6 and 7, As a result, the power generation time has been significantly reduced.
[0067]
Next, 50 mA / cm ² In the case of power generation in Examples 6 and 7, power generation was possible. However, in Comparative Example 3, power could not be generated. This is because, in Comparative Example 3, the fuel supply device 40 utilizes the capillary phenomenon, so that the fuel supply speed is low, and methanol required for power generation cannot be sufficiently supplied. I have.
[0068]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the fuel container is manufactured using a flexible member, the fuel can be stably supplied regardless of the direction of the fuel cell, and the fuel can be supplied from the shape change of the fuel container. Can easily grasp the remaining amount. In addition, since the degree of freedom in the installation direction of the fuel cell can be obtained and a sufficient space for storing the fuel can be secured, the fuel can be stably supplied even when provided in a portable device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an example of a fuel container according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing an example of the shape of the fuel container after discharging fuel.
FIG. 3 is a schematic view of an example of a shape of a fuel container after discharging fuel according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view of an example of a fuel container housed in a housing according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view of an example of a fuel container housed in a housing according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram of an example of a direct fuel cell system according to a fifth embodiment.
FIG. 7 is a schematic view of an example of a reforming type of the fuel cell system.
FIG. 8 is a schematic view of an example of a box-shaped fuel container according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1,50 fuel container
1a Side part
1b End face
2 First fuel discharge pipe
3 pump
4 Flow control valve
5 Second fuel discharge pipe
6 Case
7 Through hole
8 Spring
9 flat plate
10 Fuel cell
11 Air pump
12 Concentration control unit
13 Density detector
14 Gas-liquid separation unit
15 Reformer
20 Fuel cell system
30 Fuel transportation means
40 Fuel supply device
51 Top surface
52 Side
53 Lower surface

Claims

燃料電池に供給する燃料を収容する燃料容器であって、
前記燃料容器は、少なくとも一部が柔軟性を有する部材から構成されることを特徴とする燃料電池用燃料容器。A fuel container containing fuel to be supplied to a fuel cell,
A fuel container for a fuel cell, wherein the fuel container is at least partially formed of a member having flexibility.

前記燃料容器は、さらに柔軟性を有さない部材を有する請求項１記載の燃料電池用燃料容器。The fuel container for a fuel cell according to claim 1, wherein the fuel container further includes a member having no flexibility.

さらに、外部から前記燃料容器内への気体の侵入を防ぐ手段を有する請求項１記載の燃料電池用燃料容器。2. The fuel container for a fuel cell according to claim 1, further comprising means for preventing gas from entering the fuel container from outside.

前記柔軟性を有する部材は、アルミニウム箔と樹脂シートとからなるラミネートフィルム、および軟質プラスチックより選ばれる少なくとも１種から構成される請求項１記載の燃料電池用燃料容器。2. The fuel container for a fuel cell according to claim 1, wherein the flexible member comprises at least one selected from a laminated film made of an aluminum foil and a resin sheet, and a soft plastic.

前記柔軟性を有さない部材は、硬質プラスチックおよび金属より選ばれる少なくとも１種から構成される請求項２記載の燃料電池用燃料容器。3. The fuel container according to claim 2, wherein the non-flexible member is made of at least one selected from a hard plastic and a metal.

さらに前記燃料容器を収容する筐体を有する請求項１記載の燃料電池用燃料容器。2. The fuel container for a fuel cell according to claim 1, further comprising a housing for housing the fuel container.

前記筐体は、少なくとも一部が透明である請求項６記載の燃料電池用燃料容器。7. The fuel container for a fuel cell according to claim 6, wherein the casing is at least partially transparent.

前記筐体は、外気を通過させるための貫通孔を有する請求項６記載の燃料電池用燃料容器。7. The fuel container for a fuel cell according to claim 6, wherein the housing has a through hole for passing outside air.

前記筐体の内面と一端を連結させたバネ、および前記バネの他端と連結された平板を備え、
前記平板は、前記バネの弾性力により、前記燃料容器を圧迫している請求項６記載の燃料電池用燃料容器。A spring having one end connected to the inner surface of the housing, and a flat plate connected to the other end of the spring,
7. The fuel container for a fuel cell according to claim 6, wherein the flat plate presses the fuel container by the elastic force of the spring.

燃料電池用燃料および前記燃料を収容する燃料容器からなるパック燃料であって、
前記燃料容器は、柔軟性を有する部材から構成され、
前記燃料は、液体であることを特徴とするパック燃料。A packed fuel comprising a fuel cell fuel and a fuel container containing the fuel,
The fuel container is made of a flexible member,
The fuel is a liquid, wherein the fuel is a liquid.

前記燃料は、有機化合物を含む請求項１０記載のパック燃料。The pack fuel according to claim 10, wherein the fuel includes an organic compound.

前記有機化合物は、メタノールである請求項１１記載のパック燃料。The pack fuel according to claim 11, wherein the organic compound is methanol.

燃料電池に供給する燃料を収容する燃料容器、および前記燃料容器から前記燃料電池へ燃料を輸送する燃料輸送手段から構成される燃料供給装置であって、
前記燃料容器は、柔軟性を有する部材から構成されることを特徴とする燃料供給装置。A fuel supply device comprising: a fuel container containing fuel to be supplied to a fuel cell; and fuel transport means for transporting fuel from the fuel container to the fuel cell,
The fuel supply device, wherein the fuel container is formed of a flexible member.

さらに、外部から前記燃料容器内への気体の侵入を防ぐ手段を有する請求項１３記載の燃料供給装置。14. The fuel supply device according to claim 13, further comprising means for preventing gas from entering the fuel container from outside.

前記燃料輸送手段が、前記燃料容器への機械的圧力を利用して燃料を輸送する請求項１３記載の燃料供給装置。14. The fuel supply device according to claim 13, wherein the fuel transport means transports the fuel using mechanical pressure on the fuel container.

燃料電池に供給する燃料を収容する燃料容器、および燃料電池から構成される携帯機器用燃料電池であって、
前記燃料容器は、柔軟性を有する部材から構成されることを特徴とする携帯機器用燃料電池。A fuel container for storing fuel to be supplied to the fuel cell, and a fuel cell for a portable device including the fuel cell,
The fuel cell for a portable device, wherein the fuel container is made of a flexible member.

さらに、前記燃料容器から前記燃料電池へ燃料を輸送する燃料輸送手段を有する請求項１６記載の携帯機器用燃料電池。17. The fuel cell for a portable device according to claim 16, further comprising a fuel transport means for transporting fuel from the fuel container to the fuel cell.