JP2007173110A - Fuel cell and power source system - Google Patents

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Hiroyuki Hasebe
裕之 長谷部
Koichi Kawamura
公一 川村
Nobuyasu Negishi
信保 根岸
Yuichi Sato
雄一 佐藤
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Toshiba Development and Engineering Corp
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Toshiba Corp
Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell and a power source system in which a fuel transmission to a cathode is prevented, while a power generation is not in operation. <P>SOLUTION: The fuel cell includes a cathode 2, an anode 3 and a fuel chamber 5 in which a liquid fuel is contained, a gas liquid separation layer 7 which transmits selectively steam of the above liquid fuel in the above fuel chamber 5 and a squeezing mechanism 8 which is arranged between the gas liquid separation layer 7 and the anode and controls a transmission amount of the steam of the liquid fuel. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池と、この燃料電池を備えた電源システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell and a power supply system including the fuel cell.

近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話等の各種電子機器は、半導体技術の発達と共に小型化され、燃料電池をこれらの小型機器用の電源に用いることが試みられている。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、燃料のみを補充・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、小型化が出来れば携帯電子機器の作動に極めて有利なシステムといえる。特に、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ；direct methanol fuel cell）は、エネルギー密度の高いメタノールを燃料に用い、メタノールから電極触媒上で直接電流を取り出せるため、改質器も不要なことから小型化が可能であり、燃料の取り扱いも水素ガス燃料に比べて容易なことから小型機器用電源として有望である。   In recent years, various electronic devices such as personal computers and mobile phones have been miniaturized with the development of semiconductor technology, and attempts have been made to use fuel cells as power sources for these small devices. Fuel cells have the advantage that they can generate electricity simply by supplying fuel and oxidant, and can continuously generate electricity by replenishing and replacing only the fuel. It can be said that the system is extremely advantageous for operation. In particular, direct methanol fuel cells (DMFCs) use methanol with high energy density as fuel and can directly extract current from methanol on the electrode catalyst, so a reformer is not required and the size can be reduced. It is possible and the fuel is easier to handle than hydrogen gas fuel, so it is promising as a power source for small equipment.

ＤＭＦＣの燃料の供給方法としては、液体燃料を気化してからブロア等で燃料電池内に送り込む気体供給型ＤＭＦＣと、液体燃料をそのままポンプ等で燃料電池内に送り込む液体供給型ＤＭＦＣなどがある。しかしながら、これらの燃料供給方法では、前記のようにメタノールを供給するポンプや空気を送り込むブロアが補器として必要となり、システムとして複雑な形態となる他、小型化が難しくなる欠点を有する。   DMFC fuel supply methods include a gas supply type DMFC in which liquid fuel is vaporized and then fed into the fuel cell by a blower or the like, and a liquid supply type DMFC in which liquid fuel is directly fed into the fuel cell by a pump or the like. However, in these fuel supply methods, the pump for supplying methanol and the blower for supplying air are required as auxiliary devices as described above, and the system has a complicated form and has a drawback that it is difficult to reduce the size.

一方、特許文献１に示すような内部気化型ＤＭＦＣがもう一つの燃料供給方法として知られている。この内部気化型ＤＭＦＣは、液体燃料を保持する燃料浸透層と、燃料浸透層中に保持された液体燃料のうち気化成分を拡散させるための燃料気化層とを備えるもので、気化した液体燃料が燃料気化層からアノードに供給される。特許文献１では、液体燃料としてメタノールと水が１：１のモル比で混合されたメタノール水溶液が使用され、メタノールと水の双方を気化ガスの形でアノードに供給している。   On the other hand, an internal vaporization type DMFC as shown in Patent Document 1 is known as another fuel supply method. This internal vaporization type DMFC includes a fuel permeation layer for holding liquid fuel, and a fuel vaporization layer for diffusing a vaporized component of the liquid fuel held in the fuel permeation layer. Supplied from the fuel vaporization layer to the anode. In Patent Document 1, a methanol aqueous solution in which methanol and water are mixed at a molar ratio of 1: 1 is used as a liquid fuel, and both methanol and water are supplied to the anode in the form of vaporized gas.

しかしながら、特許文献１に示す内部気化型ＤＭＦＣでは、気化反応により燃料供給がなされているため、燃料供給量の制御が難しく、発電休止時のメタノールクロスオーバ抑制に課題がある。
特許公報第３４１３１１１号 However, in the internal vaporization type DMFC shown in Patent Document 1, since fuel is supplied by a vaporization reaction, it is difficult to control the amount of fuel supply, and there is a problem in suppressing methanol crossover when power generation is stopped.
Japanese Patent Publication No. 3413111

本発明の目的は、発電休止時のカソードへの燃料透過を抑制することが可能な燃料電池及び電源システムを提供することにある。   The objective of this invention is providing the fuel cell and power supply system which can suppress the fuel permeation to the cathode at the time of an electric power generation stop.

本発明に係る燃料電池は、カソードと、
アノードと、
液体燃料が収容された燃料室と、
前記燃料室の前記液体燃料の蒸気を選択的に透過させる気液分離層と、
前記気液分離層と前記アノードとの間に配置され、前記液体燃料の蒸気の透過量を制御する絞り機構と
を具備することを特徴とするものである。 A fuel cell according to the present invention comprises a cathode,
An anode,
A fuel chamber containing liquid fuel;
A gas-liquid separation layer that selectively permeates the vapor of the liquid fuel in the fuel chamber;
A throttle mechanism is provided between the gas-liquid separation layer and the anode, and controls a permeation amount of the vapor of the liquid fuel.

本発明に係る電源システムは、電荷貯蔵機構と、前記電荷貯蔵機構に電荷を供給する燃料電池と、前記電荷貯蔵機構の残存電荷量に応じて前記燃料電池の前記絞り機構の動作を制御する制御機構とを具備し、
前記燃料電池は、カソードと、アノードと、液体燃料が収容された燃料室と、前記燃料室の前記液体燃料の蒸気を選択的に透過させる気液分離層と、前記気液分離層と前記アノードとの間に配置され、前記液体燃料の蒸気の透過量を制御する絞り機構とを具備することを特徴とするものである。 The power supply system according to the present invention includes a charge storage mechanism, a fuel cell that supplies charges to the charge storage mechanism, and a control that controls the operation of the throttle mechanism of the fuel cell in accordance with a residual charge amount of the charge storage mechanism. A mechanism,
The fuel cell includes a cathode, an anode, a fuel chamber in which liquid fuel is accommodated, a gas-liquid separation layer that selectively transmits vapor of the liquid fuel in the fuel chamber, the gas-liquid separation layer, and the anode. And a throttle mechanism that controls the permeation amount of the vapor of the liquid fuel.

本発明によれば、発電休止時のカソードへの燃料透過を抑制することが可能な燃料電池及び電源システムを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell and power supply system which can suppress the fuel permeation | transmission to the cathode at the time of an electric power generation stop can be provided.

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第一の実施形態）
図１は本発明の第一の実施形態に係る直接型メタノール燃料電池の絞り機構が開放されている状態を模式的に示した断面図で、図２は、図１の直接型メタノール燃料電池の絞り機構が閉塞されている状態を模式的に示した断面図で、図３は、絞り機構とアノードとの位置関係を示した模式図である。 (First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a state in which the throttle mechanism of the direct methanol fuel cell according to the first embodiment of the present invention is opened, and FIG. 2 shows the direct methanol fuel cell of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a state where the aperture mechanism is closed, and FIG. 3 is a schematic diagram showing a positional relationship between the aperture mechanism and the anode.

図１に示すように、膜電極接合体（ＭＥＡ）１は、カソード２（例えば酸化剤極）と、アノード３（例えば燃料極）と、カソード２とアノード３の間に配置される固体電解質膜４とを備えるものである。カソード２は、カソードガス拡散層２ａと、カソードガス拡散層２ａに積層されたカソード触媒層２ｂとを含む。一方、アノード３は、アノードガス拡散層３ａと、アノードガス拡散層３ａに積層されたアノード触媒層３ｂとを含む。   As shown in FIG. 1, a membrane electrode assembly (MEA) 1 includes a cathode 2 (for example, an oxidizer electrode), an anode 3 (for example, a fuel electrode), and a solid electrolyte membrane disposed between the cathode 2 and the anode 3. 4. The cathode 2 includes a cathode gas diffusion layer 2a and a cathode catalyst layer 2b laminated on the cathode gas diffusion layer 2a. On the other hand, the anode 3 includes an anode gas diffusion layer 3a and an anode catalyst layer 3b laminated on the anode gas diffusion layer 3a.

カソードガス拡散層２ａは、カソード触媒層２ｂに酸化剤を均一に供給する役割を担うものであるが、カソード触媒層２ｂの集電体も兼ねている。また、カソードガス拡散層３ａは、アノード触媒層３ｂに燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層３ｂの集電体も兼ねている。カソードガス拡散層２ａ及びカソードガス拡散層３ａとしては、例えば、カーボンペーパなどを挙げることができる。   The cathode gas diffusion layer 2a plays a role of uniformly supplying an oxidizing agent to the cathode catalyst layer 2b, but also serves as a current collector for the cathode catalyst layer 2b. Further, the cathode gas diffusion layer 3a serves to uniformly supply fuel to the anode catalyst layer 3b, and also serves as a current collector for the anode catalyst layer 3b. Examples of the cathode gas diffusion layer 2a and the cathode gas diffusion layer 3a include carbon paper.

カソード触媒層２ｂ及びアノード触媒層３ｂに含有される触媒としては、例えば、白金族元素の単体金属（Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等）、白金族元素を含有する合金などを挙げることができる。アノード触媒には、メタノールなどの液体燃料や一酸化炭素に対する耐性の強いＰｔ−Ｒｕ、カソード触媒には、白金を用いることが望ましいが、これに限定されるものでは無い。また、炭素材料のような導電性担持体を使用する担持触媒を使用しても、あるいは無担持触媒を使用しても良い。   Examples of the catalyst contained in the cathode catalyst layer 2b and the anode catalyst layer 3b include platinum group element simple metals (Pt, Ru, Rh, Ir, Os, Pd, etc.), alloys containing platinum group elements, and the like. be able to. It is desirable to use Pt—Ru, which is highly resistant to liquid fuels such as methanol and carbon monoxide, as the anode catalyst, and platinum as the cathode catalyst, but it is not limited to this. Further, a supported catalyst using a conductive support such as a carbon material may be used, or an unsupported catalyst may be used.

固体電解質膜４に含有されるプロトン伝導性材料としては、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂（例えば、パーフルオロスルホン酸重合体）、スルホン酸基を有するハイドロカーボン系樹脂（例えば、スルホン酸基を有するポリエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン）、タングステン酸やリンタングステン酸などの無機物等が挙げられるが、これらに限定される物ではない。   Examples of the proton conductive material contained in the solid electrolyte membrane 4 include a fluorine-based resin having a sulfonic acid group (for example, perfluorosulfonic acid polymer) and a hydrocarbon-based resin having a sulfonic acid group (for example, sulfonic acid). Group, polyether ketone having a group, sulfonated polyether ether ketone), and inorganic substances such as tungstic acid and phosphotungstic acid, but are not limited thereto.

膜電極接合体１の下方には、燃料室として液体燃料タンク５が配置されている。液体燃料タンク５内には、液体燃料６が収容されている。液体燃料６としては、例えば、純メタノール、メタノール水溶液等を挙げることができる。液体燃料のメタノール濃度は６４重量％以上、１００重量％以下が好ましい。メタノール濃度のさらに好ましい範囲は６５重量％以上、１００重量％以下である。なお、液体燃料タンク５に収容する液体燃料は必ずしもメタノール燃料に限られるものではなく、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、もしくはその他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料電池に応じた液体燃料が収容される。   A liquid fuel tank 5 is disposed below the membrane electrode assembly 1 as a fuel chamber. A liquid fuel 6 is accommodated in the liquid fuel tank 5. Examples of the liquid fuel 6 include pure methanol and aqueous methanol solution. The methanol concentration of the liquid fuel is preferably 64% by weight or more and 100% by weight or less. A more preferable range of the methanol concentration is 65% by weight or more and 100% by weight or less. Note that the liquid fuel stored in the liquid fuel tank 5 is not necessarily limited to methanol fuel, and may be ethanol fuel such as an aqueous ethanol solution or pure ethanol, dimethyl ether, formic acid, or other liquid fuel. In any case, liquid fuel corresponding to the fuel cell is accommodated.

液体燃料タンク５の開口部の上方には、気液分離層としての気液分離膜７が配置されている。気液分離膜７は、液体燃料の蒸気を選択的に透過させることにより、液体燃料の蒸気と液体成分とを分離する機能を有する。気液分離膜７としては、例えばシリコーンゴムシートを挙げることができる。   Above the opening of the liquid fuel tank 5, a gas-liquid separation membrane 7 as a gas-liquid separation layer is disposed. The gas-liquid separation membrane 7 has a function of separating the vapor of the liquid fuel and the liquid component by selectively transmitting the vapor of the liquid fuel. Examples of the gas-liquid separation membrane 7 include a silicone rubber sheet.

絞り機構８は、気液分離膜７とアノード３との間に配置されている。絞り機構８は、アノードに供給される液体燃料蒸気量を制御するためのもので、気液分離膜７と対向配置される可動板９と、可動板９に積層された固定板１０とを備えるものである。固定板１０の大きさは、図３に示すように、アノード３の反応面積よりも大きい。また、固定板１０には、複数の矩形状をなす燃料透過孔１１が開口されている。図３では、燃料透過孔１１の形状を矩形にしたが、これに限定されず、例えば、矩形以外の多角形状（例えば、三角形、六角形など）、円形、楕円形等にすることができる。但し、燃料透過孔１１の開口面積を大きくするには、矩形状が有利である。燃料透過孔１１の開口面積は、５０％以下にすることが望ましい。開口面積が５０％を超えると、燃料透過孔１１を塞ぐために必要な可動板９の移動距離が多くなったり、可動板９の非開口領域で燃料透過孔１１を閉塞するのが困難になる可能性がある。燃料透過孔１１のサイズは、１〜２ｍｍ×３〜１０ｍｍ程度の大きさにすることができる。また、燃料透過孔１１のピッチ間隔は数ミリ程度にすることが望ましい。   The throttle mechanism 8 is disposed between the gas-liquid separation membrane 7 and the anode 3. The throttle mechanism 8 is for controlling the amount of liquid fuel vapor supplied to the anode, and includes a movable plate 9 disposed opposite to the gas-liquid separation film 7 and a fixed plate 10 stacked on the movable plate 9. Is. The size of the fixing plate 10 is larger than the reaction area of the anode 3 as shown in FIG. Further, the fixed plate 10 has a plurality of rectangular fuel permeation holes 11. In FIG. 3, although the shape of the fuel permeation hole 11 is rectangular, it is not limited to this, and for example, it can be a polygonal shape (for example, a triangle, a hexagon, etc.) other than a rectangle, a circle, an ellipse, or the like. However, in order to increase the opening area of the fuel permeation hole 11, a rectangular shape is advantageous. The opening area of the fuel permeation hole 11 is desirably 50% or less. If the opening area exceeds 50%, the moving distance of the movable plate 9 necessary for closing the fuel permeation hole 11 may increase, or it may be difficult to close the fuel permeation hole 11 in the non-opening region of the movable plate 9. There is sex. The size of the fuel permeation hole 11 can be about 1 to 2 mm × 3 to 10 mm. Further, it is desirable that the pitch interval of the fuel permeation holes 11 is about several millimeters.

矩形枠状のシール部材１２は、固体電解質膜４の下面周縁と気液分離膜７の上面周縁との間に配置され、固体電解質膜４と気液分離膜７との間をシールしている。ガス抜き孔１２ａは、シール部材１２の絞り機構８よりも上方の位置に開口されており、発電により生成する炭酸ガス等の排出ガスがここから排出される。   The rectangular frame-shaped sealing member 12 is disposed between the lower surface periphery of the solid electrolyte membrane 4 and the upper surface periphery of the gas-liquid separation membrane 7, and seals between the solid electrolyte membrane 4 and the gas-liquid separation membrane 7. . The gas vent hole 12a is opened at a position above the throttle mechanism 8 of the seal member 12, and exhaust gas such as carbon dioxide generated by power generation is exhausted therefrom.

固定板１０は、アノードガス拡散層３ａと対向するように矩形枠状のシール部材１２に固定されている。可動板９には、固定板１０の燃料透過孔１１と対向する位置に開口部１３が形成されている。開口部１３の形状は燃料透過孔１１と異なっていても良いが、ほぼ同じであることが望ましい。可動板９は固定板１０の直下に配置されている。可動板９の側面からは、樹脂製の支持棒１４が水平方向に延び出ている。支持棒１４は、シール部材１２の横穴に水平移動が自在な状態に挿入され、先端付近が外部に引き出されている。例えば鉄から形成された磁性体ブロック１５は、支持棒１４の先端に固定されている。電磁石１６は、磁性体ブロック１５と所望距離を隔てて配置されている。スプリング支持板１７は、支持棒１４の下部周面に固定されている。スプリング１８は、一端がスプリング支持板１７に固定され、他端はフリーな状態にある。   The fixing plate 10 is fixed to a rectangular frame-shaped sealing member 12 so as to face the anode gas diffusion layer 3a. An opening 13 is formed in the movable plate 9 at a position facing the fuel transmission hole 11 of the fixed plate 10. The shape of the opening 13 may be different from that of the fuel permeation hole 11, but is preferably substantially the same. The movable plate 9 is disposed immediately below the fixed plate 10. From the side surface of the movable plate 9, a resin support rod 14 extends in the horizontal direction. The support bar 14 is inserted into the horizontal hole of the seal member 12 so as to be horizontally movable, and the vicinity of the tip is drawn out to the outside. For example, the magnetic block 15 formed of iron is fixed to the tip of the support bar 14. The electromagnet 16 is disposed at a desired distance from the magnetic block 15. The spring support plate 17 is fixed to the lower peripheral surface of the support bar 14. One end of the spring 18 is fixed to the spring support plate 17 and the other end is in a free state.

上述したような構成の直接メタノール型燃料電池の動作を説明する。発電時には、図１に示すように、電磁石１６への電流供給を停止し、スプリング１８で支持板１７を水平方向に加圧することにより、可動板９を電磁石１６から離れる方向に水平移動させ、可動板９の開口部１３の位置を固定板１０の燃料透過孔１１の位置に合わせる。これにより、固定板１０の燃料透過孔１１が開放される。スプリング１８によって支持板１７を一定圧力で加圧することにより、開放状態が維持される。   The operation of the direct methanol fuel cell configured as described above will be described. At the time of power generation, as shown in FIG. 1, the current supply to the electromagnet 16 is stopped, and the support plate 17 is pressurized in the horizontal direction by the spring 18, thereby moving the movable plate 9 horizontally in the direction away from the electromagnet 16. The position of the opening 13 of the plate 9 is matched with the position of the fuel permeation hole 11 of the fixed plate 10. Thereby, the fuel permeation hole 11 of the fixed plate 10 is opened. The open state is maintained by pressurizing the support plate 17 with a constant pressure by the spring 18.

気液分離膜７を拡散してきた液体燃料の蒸気は、可動板９の開口部１３及び固定板１０の燃料透過孔１１を通過した後、アノードガス拡散層３ａを拡散してアノード触媒層３ｂに供給される。アノード触媒層３ｂに供給された蒸気は、カソード触媒層２ｂに供給された酸化剤（例えば空気）と反応し、発電反応が生じる。   The vapor of the liquid fuel that has diffused through the gas-liquid separation membrane 7 passes through the opening 13 of the movable plate 9 and the fuel permeation hole 11 of the fixed plate 10, and then diffuses through the anode gas diffusion layer 3a to the anode catalyst layer 3b. Supplied. The steam supplied to the anode catalyst layer 3b reacts with an oxidant (for example, air) supplied to the cathode catalyst layer 2b to generate a power generation reaction.

発電を停止する際には、図２に示すように、電磁石１６に通電し、磁性体ブロック１５を電磁石１６に吸引する。これにより、可動板９が電磁石１６に近づく方向に水平移動するため、可動板９の開口部１３の位置が固定板１０の燃料透過孔１１の位置からずれ、固定板１０の燃料透過孔１１が可動板９の非開口領域で塞がれる。その結果、アノード３への燃料供給が停止するため、発電が中断されると共に、発電休止時のカソード２への燃料透過（メタノールクロスオーバ）を抑制することができ、燃料の浪費を抑えることができる。また、絞り機構８の開閉が可動板９の水平移動によりなされるため、燃料電池の小型化を妨げることが少ない。   When power generation is stopped, as shown in FIG. 2, the electromagnet 16 is energized and the magnetic block 15 is attracted to the electromagnet 16. Thereby, since the movable plate 9 moves horizontally in a direction approaching the electromagnet 16, the position of the opening 13 of the movable plate 9 is shifted from the position of the fuel transmission hole 11 of the fixed plate 10, and the fuel transmission hole 11 of the fixed plate 10 is moved. The movable plate 9 is blocked by a non-opening region. As a result, the supply of fuel to the anode 3 is stopped, so that power generation is interrupted and fuel permeation (methanol crossover) to the cathode 2 during power generation stoppage can be suppressed, thereby reducing fuel waste. it can. In addition, since the aperture mechanism 8 is opened and closed by the horizontal movement of the movable plate 9, it is less likely to prevent miniaturization of the fuel cell.

（第２の実施形態）
図４は本発明の第二の実施形態に係る直接型メタノール燃料電池の絞り機構が開放されている状態を模式的に示した断面図で、図５は、図４の直接型メタノール燃料電池の絞り機構が閉塞されている状態を模式的に示した断面図である。 (Second Embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a state in which the throttle mechanism of the direct methanol fuel cell according to the second embodiment of the present invention is opened, and FIG. 5 shows the direct methanol fuel cell of FIG. It is sectional drawing which showed typically the state by which the aperture mechanism is obstruct | occluded.

図４及び図５では、図１と同様な部材については、同符号を付して説明を省略する。   4 and 5, members similar to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

第２の実施形態に係る燃料電池は、絞り機構８の駆動手段を変更した例である。図４に示すように、可動板９の側面からは樹脂製の可動棒１９が水平方向に延び出ている。可動棒１９は、シール材１２の横穴に水平移動が自在な状態で挿入され、先端付近が外部に引き出されている。可動棒１９の先端付近には、歯２０が設けられている。可動棒１９の歯２０に噛み合わされる歯車２１は、モータ（図示しない）の回転軸２２に取り付けられている。モータの回転により歯車２１が回転すると、この歯車２１と歯２０が噛み合っている可動棒１９が水平方向に移動する。これにより、可動板９が水平方向に移動し、固定板１０の燃料透過孔１１の開閉がなされる。   The fuel cell according to the second embodiment is an example in which the drive unit of the aperture mechanism 8 is changed. As shown in FIG. 4, a resin movable rod 19 extends in the horizontal direction from the side surface of the movable plate 9. The movable rod 19 is inserted into the horizontal hole of the sealing material 12 in a state where it can freely move horizontally, and the vicinity of the tip is drawn out to the outside. Teeth 20 are provided in the vicinity of the tip of the movable bar 19. A gear 21 meshed with the teeth 20 of the movable bar 19 is attached to a rotating shaft 22 of a motor (not shown). When the gear 21 is rotated by the rotation of the motor, the movable bar 19 in which the gear 21 and the teeth 20 are engaged moves in the horizontal direction. Thereby, the movable plate 9 moves in the horizontal direction, and the fuel permeation hole 11 of the fixed plate 10 is opened and closed.

このような構成の燃料電池によれば、発電時には、モータを左回転（図４の矢印方向）させることにより、可動棒１９を左方向に水平移動させる。可動棒１９の移動に伴い、可動板９も左方向に水平移動するため、可動板９の開口部１３の位置を固定板１０の燃料透過孔１１の位置に合わせることができる。これにより、固定板１０の燃料透過孔１１が開放される。   According to the fuel cell having such a configuration, during power generation, the movable rod 19 is horizontally moved leftward by rotating the motor counterclockwise (in the direction of the arrow in FIG. 4). As the movable bar 19 moves, the movable plate 9 also moves horizontally in the left direction, so that the position of the opening 13 of the movable plate 9 can be adjusted to the position of the fuel transmission hole 11 of the fixed plate 10. Thereby, the fuel permeation hole 11 of the fixed plate 10 is opened.

気液分離膜７を拡散してきた液体燃料の蒸気は、可動板９の開口部１３及び固定板１０の燃料透過孔１１を通過した後、アノードガス拡散層３ａを拡散してアノード触媒層３ｂに供給される。アノード触媒層３ｂに供給された蒸気は、カソード触媒層２ｂに供給された酸化剤（例えば空気）と反応し、発電反応が生じる。   The vapor of the liquid fuel that has diffused through the gas-liquid separation membrane 7 passes through the opening 13 of the movable plate 9 and the fuel permeation hole 11 of the fixed plate 10, and then diffuses through the anode gas diffusion layer 3a to the anode catalyst layer 3b. Supplied. The steam supplied to the anode catalyst layer 3b reacts with an oxidant (for example, air) supplied to the cathode catalyst layer 2b to generate a power generation reaction.

発電を停止する際には、図５に示すように、モータを右回転（図５の矢印方向）させることにより、可動棒１９を右方向に水平移動させる。可動棒１９の移動に伴い、可動板９も右方向に水平移動するため、可動板９の開口部１３の位置が固定板１０の燃料透過孔１１の位置からずれ、固定板１０の燃料透過孔１１が可動板９の非開口領域で塞がれる。その結果、アノード３への燃料供給が停止するため、発電が中断されると共に、発電休止時のカソード２への燃料透過（メタノールクロスオーバ）を抑制することができ、燃料の浪費を抑えることができる。また、絞り機構８の開閉が可動板９の水平移動によりなされるため、燃料電池の小型化を妨げることが少ない。   When stopping power generation, as shown in FIG. 5, the movable rod 19 is moved horizontally in the right direction by rotating the motor clockwise (in the direction of the arrow in FIG. 5). As the movable rod 19 moves, the movable plate 9 also moves horizontally in the right direction. Therefore, the position of the opening 13 of the movable plate 9 deviates from the position of the fuel transmission hole 11 of the fixed plate 10, and the fuel transmission hole of the fixed plate 10. 11 is blocked by the non-opening region of the movable plate 9. As a result, the supply of fuel to the anode 3 is stopped, so that power generation is interrupted and fuel permeation (methanol crossover) to the cathode 2 during power generation stoppage can be suppressed, thereby reducing fuel waste. it can. In addition, since the aperture mechanism 8 is opened and closed by the horizontal movement of the movable plate 9, it is less likely to prevent miniaturization of the fuel cell.

前述した第一、第二の実施形態では、可動板９を気液分離膜７と対向させたが、可動板９と固定板１０の配置は逆にすることができ、固定板１０を気液分離膜７と対向させても良い。   In the first and second embodiments described above, the movable plate 9 is opposed to the gas-liquid separation film 7, but the arrangement of the movable plate 9 and the fixed plate 10 can be reversed, and the fixed plate 10 is replaced with the gas-liquid separation. It may be opposed to the separation membrane 7.

可動板９、固定板１０、支持棒１４及び可動棒１９は、メタノールに対して安定な樹脂から形成することが望ましい。   The movable plate 9, the fixed plate 10, the support rod 14, and the movable rod 19 are preferably formed from a resin that is stable against methanol.

（第三の実施形態）
この第三の実施形態は、第１の実施形態もしくは第２の実施形態に係る燃料電池を具備した電源システムである。 (Third embodiment)
The third embodiment is a power supply system including the fuel cell according to the first embodiment or the second embodiment.

図６は、第三の実施形態に係る電源システムのブロック図である。電荷貯蔵機構３１は、外部負荷に電力を供給する役割を担う。電荷貯蔵機構３１には、キャパシタ、二次電池（例えば、ニッケル水素二次電池のようなアルカリ二次電池、リチウム二次電池のような非水電解質二次電池）が使用される。燃料電池３２は、電荷貯蔵機構３１に電荷を供給する役割を担う。燃料電池３２には、第１の実施形態もしくは第２の実施形態に係る燃料電池が使用される。制御機構３３は、電荷貯蔵機構３１の残存電気量（残存電荷量）をモニタし、電荷貯蔵機構３１の残存電気量に応じて燃料電池３２に制御信号を送信する。   FIG. 6 is a block diagram of a power supply system according to the third embodiment. The charge storage mechanism 31 plays a role of supplying power to an external load. For the charge storage mechanism 31, a capacitor and a secondary battery (for example, an alkaline secondary battery such as a nickel hydride secondary battery or a nonaqueous electrolyte secondary battery such as a lithium secondary battery) are used. The fuel cell 32 plays a role of supplying charges to the charge storage mechanism 31. As the fuel cell 32, the fuel cell according to the first embodiment or the second embodiment is used. The control mechanism 33 monitors the remaining electricity amount (remaining charge amount) of the charge storage mechanism 31 and transmits a control signal to the fuel cell 32 according to the remaining electricity amount of the charge storage mechanism 31.

電荷貯蔵機構３１の残存電気量が設定値以下の場合、制御機構３３は、燃料電池３２に絞り機構８を開放するように信号を送信する。これにより、絞り機構８が開放され、アノード３に燃料が供給されるため、燃料電池が発電し、電荷貯蔵機構３１に電荷が供給される。   When the remaining electricity amount of the charge storage mechanism 31 is equal to or less than the set value, the control mechanism 33 transmits a signal to the fuel cell 32 so as to open the throttle mechanism 8. As a result, the throttle mechanism 8 is opened and fuel is supplied to the anode 3, so that the fuel cell generates power and charges are supplied to the charge storage mechanism 31.

電荷貯蔵機構３１の残存電気量が設定値を超えた場合、制御機構３３は、燃料電池３２に絞り機構８を閉塞するように信号を送信する。これにより、絞り機構８が閉塞し、アノード３への燃料供給が停止するため、燃料電池の発電が停止し、電荷貯蔵機構３１への電荷の供給が停止する。   When the remaining amount of electricity in the charge storage mechanism 31 exceeds the set value, the control mechanism 33 transmits a signal to the fuel cell 32 so as to close the throttle mechanism 8. As a result, the throttle mechanism 8 is closed, and the fuel supply to the anode 3 is stopped. Therefore, the power generation of the fuel cell is stopped, and the charge supply to the charge storage mechanism 31 is stopped.

このように電荷貯蔵機構３１への電荷供給に応じてアノード３への燃料供給を制御することができるため、燃料ロスを少なくすることができ、電源システムの効率を高めることができる。   Thus, since the fuel supply to the anode 3 can be controlled in accordance with the charge supply to the charge storage mechanism 31, the fuel loss can be reduced and the efficiency of the power supply system can be increased.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the components without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

本発明の第一の実施形態に係る直接型メタノール燃料電池の絞り機構が開放されている状態を模式的に示した断面図。The sectional view showing typically the state where the diaphragm mechanism of the direct type methanol fuel cell concerning a first embodiment of the present invention is opened. 図１の直接型メタノール燃料電池の絞り機構が閉塞されている状態を模式的に示した断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a state in which a throttle mechanism of the direct methanol fuel cell in FIG. 1 is closed. 絞り機構とアノードとの位置関係を示した模式図。The schematic diagram which showed the positional relationship of an aperture mechanism and an anode. 本発明の第二の実施形態に係る直接型メタノール燃料電池の絞り機構が開放されている状態を模式的に示した断面図。Sectional drawing which showed typically the state by which the aperture mechanism of the direct methanol fuel cell which concerns on 2nd embodiment of this invention is open | released. 図４の直接型メタノール燃料電池の絞り機構が閉塞されている状態を模式的に示した断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a state in which a throttle mechanism of the direct methanol fuel cell in FIG. 4 is closed. 第三の実施形態に係る電源システムのブロック図。The block diagram of the power supply system which concerns on 3rd embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１…膜電極接合体（ＭＥＡ）、２…カソード、２ａ…カソードガス拡散層、２ｂ…カソード触媒層、３…アノード、３ａ…アノードガス拡散層、３ｂ…アノード触媒層、４…固体電解質膜、５…液体燃料タンク、６…液体燃料、７…気液分離層、８…絞り機構、９…可動板、１０…固定板、１１…燃料透過孔、１２…シール材、１３…開口部、１４…支持棒、１５…磁性体ブロック、１６…電磁石、１７…スプリング支持板、１８…スプリング、１９…可動棒、２０…歯、２１…歯車、２２…モータの回転軸、３１…電荷貯蔵機構、３２…燃料電池、３３…制御機構。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Membrane electrode assembly (MEA), 2 ... Cathode, 2a ... Cathode gas diffusion layer, 2b ... Cathode catalyst layer, 3 ... Anode, 3a ... Anode gas diffusion layer, 3b ... Anode catalyst layer, 4 ... Solid electrolyte membrane, DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ... Liquid fuel tank, 6 ... Liquid fuel, 7 ... Gas-liquid separation layer, 8 ... Throttle mechanism, 9 ... Movable plate, 10 ... Fixed plate, 11 ... Fuel permeation hole, 12 ... Sealing material, 13 ... Opening part, 14 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Support rod, 15 ... Magnetic block, 16 ... Electromagnet, 17 ... Spring support plate, 18 ... Spring, 19 ... Movable rod, 20 ... Teeth, 21 ... Gear, 22 ... Motor rotating shaft, 31 ... Charge storage mechanism, 32 ... Fuel cell, 33 ... Control mechanism.

Claims (8)

カソードと、
アノードと、
液体燃料が収容された燃料室と、
前記燃料室の前記液体燃料の蒸気を選択的に透過させる気液分離層と、
前記気液分離層と前記アノードとの間に配置され、前記液体燃料の蒸気の透過量を制御する絞り機構と
を具備することを特徴とする燃料電池。 A cathode,
An anode,
A fuel chamber containing liquid fuel;
A gas-liquid separation layer that selectively permeates the vapor of the liquid fuel in the fuel chamber;
A fuel cell comprising: a throttle mechanism that is disposed between the gas-liquid separation layer and the anode and controls a permeation amount of the vapor of the liquid fuel. 前記絞り機構は、燃料透過孔が開口された固定板と、前記燃料透過孔と対向する位置に開口部が形成され、前記固定板に対して平行移動することにより前記燃料透過孔の開口面積を制御する可動板とを具備することを特徴とする請求項１記載の燃料電池。   The throttle mechanism includes a fixed plate having a fuel permeation hole and an opening formed at a position facing the fuel permeation hole. The throttle mechanism moves in parallel with the fixed plate to reduce an opening area of the fuel permeation hole. The fuel cell according to claim 1, further comprising a movable plate to be controlled. 前記固定板の前記燃料透過孔の開口面積は５０％以下であることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1 or 2, wherein an opening area of the fuel permeation hole of the fixing plate is 50% or less. 前記可動板の駆動手段は、前記可動板に形成された磁性体と、前記磁性体と対向する電磁石とを具備することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の燃料電池。   The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the driving means for the movable plate includes a magnetic body formed on the movable plate and an electromagnet facing the magnetic body. 前記可動板の駆動手段は、モータと、前記モータの軸に配置された歯車と、前記可動板に形成され、前記歯車と噛み合わされる歯を有する可動棒とを具備することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の燃料電池。   The movable plate driving means includes a motor, a gear disposed on a shaft of the motor, and a movable rod formed on the movable plate and having teeth engaged with the gear. Item 4. The fuel cell according to any one of Items 1 to 3. 電荷貯蔵機構と、
前記電荷貯蔵機構に電荷を供給する請求項１〜５いずれか１項記載の燃料電池と、
前記電荷貯蔵機構の残存電荷量に応じて前記燃料電池の前記絞り機構の動作を制御する制御機構と
を具備することを特徴とする電源システム。 A charge storage mechanism;
The fuel cell according to any one of claims 1 to 5, wherein charge is supplied to the charge storage mechanism;
A power supply system comprising: a control mechanism that controls the operation of the throttle mechanism of the fuel cell in accordance with a remaining charge amount of the charge storage mechanism. 前記電荷貯蔵機構は二次電池であることを特徴とする請求項６記載の電源システム。   The power supply system according to claim 6, wherein the charge storage mechanism is a secondary battery. 前記制御機構は、前記電荷貯蔵機構の残存電荷量が設定値以下の際に前記絞り機構を開放し、前記残存電荷量が前記設定値を超える際に前記絞り機構を閉鎖する制御信号を前記燃料電池に送信することを特徴とする請求項６または７記載の電源システム。   The control mechanism outputs a control signal for opening the throttle mechanism when a residual charge amount of the charge storage mechanism is equal to or less than a set value, and closing the throttle mechanism when the residual charge amount exceeds the set value. The power supply system according to claim 6 or 7, wherein the power supply system transmits to a battery.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009041530A1 (en) * 2007-09-28 2009-04-02 Sony Corporation Fuel cell system, and electronic device
WO2009072396A1 (en) * 2007-12-07 2009-06-11 Sony Corporation New fuel cell, and power supply device and electronic device using the fuel cell
US20100239943A1 (en) * 2007-05-14 2010-09-23 Kenji Kobayashi Solid polymer fuel cell
WO2011126062A1 (en) * 2010-04-07 2011-10-13 ソニー株式会社 Fuel cell

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004253189A (en) * 2003-02-18 2004-09-09 Sony Corp Power supply device
JP2004335314A (en) * 2003-05-08 2004-11-25 Hitachi Cable Ltd Fuel cell
JP2004342596A (en) * 2003-04-23 2004-12-02 Nissan Motor Co Ltd Solid polymer fuel cell stack
JP2005022936A (en) * 2003-07-01 2005-01-27 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Apparatus and method for reforming fuel
JP2005116185A (en) * 2003-10-02 2005-04-28 Nec Corp Operation method of fuel cell, and fuel cell
WO2005112172A1 (en) * 2004-05-14 2005-11-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Fuel cell

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004253189A (en) * 2003-02-18 2004-09-09 Sony Corp Power supply device
JP2004342596A (en) * 2003-04-23 2004-12-02 Nissan Motor Co Ltd Solid polymer fuel cell stack
JP2004335314A (en) * 2003-05-08 2004-11-25 Hitachi Cable Ltd Fuel cell
JP2005022936A (en) * 2003-07-01 2005-01-27 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Apparatus and method for reforming fuel
JP2005116185A (en) * 2003-10-02 2005-04-28 Nec Corp Operation method of fuel cell, and fuel cell
WO2005112172A1 (en) * 2004-05-14 2005-11-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Fuel cell

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100239943A1 (en) * 2007-05-14 2010-09-23 Kenji Kobayashi Solid polymer fuel cell
US8252482B2 (en) * 2007-05-14 2012-08-28 Nec Corporation Solid polymer fuel cell
WO2009041530A1 (en) * 2007-09-28 2009-04-02 Sony Corporation Fuel cell system, and electronic device
WO2009072396A1 (en) * 2007-12-07 2009-06-11 Sony Corporation New fuel cell, and power supply device and electronic device using the fuel cell
WO2011126062A1 (en) * 2010-04-07 2011-10-13 ソニー株式会社 Fuel cell

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