JP2011129431A - Fuel supply device for direct methanol fuel cell - Google Patents

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振 郭
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年坊 万
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel supply device for a direct methanol fuel cell, capable of supplying a high-concentration methanol solution to a power generation portion, as well as, increasing the amount of carbon dioxide discharged. <P>SOLUTION: The fuel supply device for the direct methanol fuel cell 1 uses a methanol solution as its fuel and is provided with a plate 18, on which a fuel supply channel 20 to supply the methanol solution to an anode side of a membrane-electrode assembly 15 is formed. The fuel supply device for the direct methanol fuel cell is such that it is provide by a gas-liquid separating membrane 22 having high permeability for gas as compared with that of the liquid, sandwiched between the membrane-electrode assembly 15 and the plate 18. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、ダイレクトメタノール型燃料電池に燃料を供給する装置に関するものである。   The present invention relates to an apparatus for supplying fuel to a direct methanol fuel cell.

燃料電池は、燃料と酸素との電気化学反応のエネルギを電力に変換する装置である。そのため、燃料電池は、バッテリと異なり、燃料および酸化剤である酸素の供給が継続されている間は、発電を継続することができる。特に、常温で液体のメタノールを燃料として用いるダイレクトメタノール型の燃料電池（以下、ＤＭＦＣと記す。）は、その動作温度が他の燃料電池に比較して低温であり、また、発電効率が高いことから、今後、小型携帯機器用電源として有望視されている。   A fuel cell is a device that converts the energy of an electrochemical reaction between fuel and oxygen into electric power. Therefore, unlike the battery, the fuel cell can continue power generation while the supply of oxygen as a fuel and an oxidant is continued. In particular, a direct methanol fuel cell (hereinafter referred to as DMFC) that uses methanol that is liquid at room temperature as a fuel has a lower operating temperature than other fuel cells and has high power generation efficiency. Therefore, it is considered promising as a power source for small portable devices in the future.

ＤＭＦＣは、アノードにおいて下記の（１）式に示したように、触媒を介してメタノールが酸化されてプロトンと電子とを生成し、そのプロトンと電子とが外部回路および電荷質膜を透過してカソードに到達し、そのカソードにおいて下記の（２）式に示したように、触媒を介して酸素の還元反応を生じることにより発電をおこなうように構成されている。   In the DMFC, as shown in the following formula (1), methanol is oxidized through a catalyst to generate protons and electrons at the anode, and the protons and electrons pass through the external circuit and the charge-quality membrane. As shown in the following formula (2), the cathode reaches the cathode, and is configured to generate power by causing a reduction reaction of oxygen via a catalyst.

アノードにおける触媒反応
ＣＨ３ＯＨ ＋ Ｈ２Ｏ → ＣＯ２ ＋ ６Ｈ＋ ＋ ６ｅ− …（１）式 Catalytic reaction at the anode CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e − (1)

カソードにおける触媒反応
３／２Ｏ２ ＋ ６Ｈ＋ ＋ ６ｅ− → ３Ｈ２Ｏ …（２）式 Catalytic reaction at the cathode 3/2 O 2 + 6H + + 6e − → 3H 2 O (2)

ところで、ＤＭＦＣは、燃料の供給方法によって、液体供給型と蒸気（気体）供給型とに大別することができる。液体供給型のＤＭＦＣは、液相のメタノール水溶液を直接、膜・電極接合体に供給するように構成されている。そのため、メタノールのクロスオーバー現象を低減させるために、予め定め低濃度に調整されたメタノール水溶液を供給する必要があり、また、発電量を向上させるためには、ポンプなどを用いて供給量を増大させる必要がある。その結果、低濃度かつ多量のメタノール水溶液を貯留するための燃料タンクおよびポンプなどが必要になり、装置が大型化する虞がある。   By the way, DMFCs can be roughly classified into a liquid supply type and a vapor (gas) supply type depending on the fuel supply method. The liquid supply type DMFC is configured to supply a liquid phase aqueous methanol solution directly to the membrane-electrode assembly. Therefore, in order to reduce the methanol crossover phenomenon, it is necessary to supply a methanol aqueous solution that has been adjusted to a low concentration in advance, and in order to improve the amount of power generation, the supply amount is increased using a pump or the like. It is necessary to let As a result, a fuel tank and a pump for storing a low concentration and a large amount of methanol aqueous solution are required, which may increase the size of the apparatus.

一方、蒸気供給型のＤＭＦＣは、加熱して蒸気化させたメタノールを膜・電極接合体に供給するように構成されている。そのため、この蒸気供給型のＤＭＦＣは、液体供給型のＤＭＦＣに比較して、高濃度のメタノールを膜・電極接合体に供給することができる。またこれにより、蒸気供給型のＤＭＦＣは、液体供給型に比較して上記の（２）式に示す反応が増大して、その発電量を向上させることができる。しかしながら、蒸気供給型のＤＭＦＣは、燃料であるメタノールを蒸気化させるための構成および蒸気化したメタノールを膜・電極接合体に輸送するためのブロアなどの構成が必要であり、結果的にその装置構成が複雑になり、また、装置が大型化する虞がある。   On the other hand, a steam supply type DMFC is configured to supply methanol vaporized by heating to a membrane / electrode assembly. Therefore, this vapor supply type DMFC can supply a high concentration of methanol to the membrane-electrode assembly as compared with the liquid supply type DMFC. In addition, this makes it possible for the steam supply type DMFC to increase the amount of power generated by increasing the reaction shown in the above formula (2) as compared to the liquid supply type. However, a steam supply type DMFC requires a structure for vaporizing methanol as a fuel and a structure such as a blower for transporting the vaporized methanol to a membrane / electrode assembly. There is a possibility that the configuration becomes complicated and the apparatus becomes large.

したがって、その構成を簡素化することが従来検討されており、その一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１には、膜・電極接合体の燃料極に隣接して設けられた燃料蒸気化層に液相の燃料を毛管力によって供給し、その液相の燃料を蒸気化させて膜・電極接合体の内部に導入するように構成された発明が記載されている。   Therefore, it has been conventionally studied to simplify the configuration, and an example thereof is described in Patent Document 1. In Patent Document 1, liquid phase fuel is supplied by a capillary force to a fuel vaporization layer provided adjacent to a fuel electrode of a membrane / electrode assembly, and the liquid phase fuel is vaporized to form a membrane / electrode. An invention configured to be introduced into an electrode assembly is described.

また、特許文献２および３には、選択的にメタノールを透過させる膜を用いてメタノール水溶液を濃縮し、その濃度が高められたメタノールを蒸気化して膜・電極接合体に供給するように構成された発明が記載されている。   Further, Patent Documents 2 and 3 are configured to concentrate a methanol aqueous solution using a membrane that selectively permeates methanol, vaporize the methanol whose concentration has been increased, and supply the methanol to the membrane / electrode assembly. The invention has been described.

さらにまた、ＤＭＦＣの周辺技術として特許文献４には、膜・電極接合体とメタノールを蒸気化させる蒸気化部との間にシャッターを設け、このシャッターの開閉により、膜・電極接合体に供給する蒸気化させたメタノールの供給量を制御するように構成された発明が記載されている。   Furthermore, as a peripheral technology of DMFC, Patent Document 4 discloses that a shutter is provided between a membrane / electrode assembly and a vaporization unit that vaporizes methanol, and the membrane / electrode assembly is supplied by opening and closing the shutter. An invention is described that is configured to control the supply of vaporized methanol.

米国特許第６４４７９４１号明細書US Pat. No. 6,447,941 米国特許第７４０７７２１号明細書US Pat. No. 7,407,721 米国特許第６６３０２６６号明細書US Pat. No. 6,630,266 米国特許出願公開第２００５／０２０２２９１号明細書US Patent Application Publication No. 2005/0202291

上述した特許文献１に記載された発明によれば、蒸気化させたメタノールを膜・電極接合体に供給できる。しかしながら、特許文献１に記載された構成では、メタノールを蒸気化させる蒸気化層の他に、この蒸気化層に毛管力によって液相のメタノールを供給する構成が必要である。これらの構成は各セルユニットにそれぞれ設ける必要があり、したがって、ＤＭＦＣ全体の構成が複雑になる虞があり、この点で改良の余地があった。   According to the invention described in Patent Document 1 described above, vaporized methanol can be supplied to the membrane-electrode assembly. However, in the configuration described in Patent Document 1, in addition to the vaporized layer that vaporizes methanol, a configuration in which liquid-phase methanol is supplied to the vaporized layer by capillary force is necessary. These configurations need to be provided in each cell unit. Therefore, the overall configuration of the DMFC may be complicated, and there is room for improvement in this respect.

また特許文献２および３に記載された発明によれば、選択的透過膜を用いることによって、膜・電極接合体に供給するメタノールの濃度を増大させることができる。しかしながら、特許文献２および３に記載された構成では、選択的透過膜によってメタノールを濃縮し、その後、蒸気化させて膜・電極接合体に供給するので、その構成が複雑になる虞があり、この点で改良の余地があった。   According to the inventions described in Patent Documents 2 and 3, the concentration of methanol supplied to the membrane-electrode assembly can be increased by using the selectively permeable membrane. However, in the configurations described in Patent Documents 2 and 3, methanol is concentrated by a selective permeable membrane, and then vaporized and supplied to the membrane-electrode assembly, so that the configuration may be complicated. There was room for improvement in this regard.

さらにまた特許文献４に記載された発明によれば、シャッターの開閉を制御することにより、膜・電極接合体に供給するメタノールの供給量を制御できる。しかしながら、特許文献４に記載された構成では、ＤＭＦＣ全体の大型化を招く虞があり、この点で改良の余地があった。   Furthermore, according to the invention described in Patent Document 4, the amount of methanol supplied to the membrane-electrode assembly can be controlled by controlling the opening and closing of the shutter. However, the configuration described in Patent Document 4 may increase the size of the entire DMFC, and there is room for improvement in this respect.

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、装置を大型化させずに、蒸気化させたメタノールを膜・電極接合体に供給し、発電量を増大させることができるダイレクトメタノール型燃料電池の燃料供給装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made by paying attention to the above technical problem, and can directly supply vaporized methanol to the membrane / electrode assembly without increasing the size of the apparatus, thereby increasing the power generation amount. An object of the present invention is to provide a fuel supply device for a methanol fuel cell.

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、メタノール水溶液を燃料とし、そのメタノール水溶液を膜・電極接合体のアノード側に供給する燃料供給チャンネルが形成されたプレートを備えたダイレクトメタノール型燃料電池の燃料供給装置において、前記膜・電極接合体と、前記プレートとの間に、液体に比較して気体の透過性が高い気液分離膜が挟まれて設けられていることを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is directed to direct methanol comprising a plate in which a fuel supply channel is formed which uses methanol aqueous solution as fuel and supplies the methanol aqueous solution to the anode side of the membrane-electrode assembly. In the fuel supply apparatus of the type fuel cell, a gas-liquid separation membrane having a higher gas permeability than the liquid is sandwiched between the membrane-electrode assembly and the plate. It is what.

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記気液分離膜は、疎水性を有する合成高分子により形成された合成高分子膜を含むことを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池の燃料供給装置である。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the gas-liquid separation membrane includes a synthetic polymer membrane formed of a synthetic polymer having hydrophobicity. It is a supply device.

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記合成高分子は、膜状に形成された延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンもしくはシリコンあるいはポリエチレンを含むことを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池の燃料供給装置である。   The invention according to claim 3 is the direct methanol fuel cell according to claim 2, wherein the synthetic polymer contains expanded porous polytetrafluoroethylene, silicon, or polyethylene formed in a film shape. It is a fuel supply device.

請求項１の発明によれば、膜・電極接合体と燃料供給チャンネルが形成されたプレートとによって気液分離膜が挟まれて設けられている。そのため、燃料供給チャンネルを流動する液相のメタノールが膜・電極接合体の熱で蒸気化されると、もしくは、気液分離膜の表面で液相のメタノールが蒸気化されると、その蒸気化されたメタノールのみが、気液分離膜を透過して膜・電極接合体に供給される。すなわち、濃縮されたメタノール蒸気が膜・電極接合体に供給されることになるので、発電量を増大（向上）させることができる。また、膜・電極接合体におけるメタノールの酸化反応で生成した二酸化炭素は、気液分離膜を透過して燃料供給チャンネルに排出される。すなわち、膜・電極接合体のアノード側に気液分離膜を接触して設けることにより、二酸化炭素の排出を容易にでき、発電量を増大（向上）させることができる。   According to the first aspect of the present invention, the gas-liquid separation membrane is sandwiched between the membrane / electrode assembly and the plate on which the fuel supply channel is formed. Therefore, when the liquid phase methanol flowing through the fuel supply channel is vaporized by the heat of the membrane / electrode assembly, or when the liquid phase methanol is vaporized on the surface of the gas-liquid separation membrane, the vaporization occurs. Only the methanol that has passed through the gas-liquid separation membrane is supplied to the membrane-electrode assembly. That is, since concentrated methanol vapor is supplied to the membrane-electrode assembly, the amount of power generation can be increased (improved). In addition, carbon dioxide generated by the oxidation reaction of methanol in the membrane / electrode assembly passes through the gas-liquid separation membrane and is discharged to the fuel supply channel. That is, by providing a gas-liquid separation membrane in contact with the anode side of the membrane / electrode assembly, carbon dioxide can be easily discharged, and the amount of power generation can be increased (improved).

請求項２の発明によれば、請求項１の発明による効果と同様の効果に加えて、気液分離膜は、疎水性を有する合成高分子によって形成されているから、気液分離膜を多層構造にするなどの設計の自由度を向上できる。また、コスト低減を図ることができる。   According to the invention of claim 2, in addition to the same effect as that of the invention of claim 1, the gas-liquid separation membrane is formed of a synthetic polymer having hydrophobicity. The degree of freedom in designing the structure can be improved. Moreover, cost reduction can be aimed at.

請求項３の発明によれば、請求項２の発明による効果と同様の効果に加えて、気液分離膜は、膜状に形成された延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンもしくはシリコンあるいはポリエチレンであるから、耐薬品性、耐腐食性を備えた膜とすることができる。また、気液分離膜を延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンによって形成した場合には、その開孔径、膜厚、多層構造とするなど気液分離膜の設計の自由度（あるいは制御性）を向上させることができる。   According to the invention of claim 3, in addition to the same effect as that of the invention of claim 2, the gas-liquid separation membrane is expanded porous polytetrafluoroethylene, silicon or polyethylene formed in a film shape. A film having chemical resistance and corrosion resistance can be obtained. In addition, when the gas-liquid separation membrane is formed of expanded porous polytetrafluoroethylene, the degree of freedom (or controllability) of the design of the gas-liquid separation membrane is improved, such as its pore diameter, film thickness, and multilayer structure. be able to.

この発明に係る装置を適用した発電部の断面図を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically sectional drawing of the electric power generation part to which the apparatus concerning this invention is applied. この発明に係る装置を適用したＤＭＦＣの構成例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structural example of DMFC to which the apparatus concerning this invention is applied. 気液分離膜の構成例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structural example of a gas-liquid separation membrane. 気液分離膜の他の構成例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the other structural example of a gas-liquid separation membrane. メタノールと水との蒸気圧曲線を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the vapor pressure curve of methanol and water. 図１のように構成された発電部の作用を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the effect | action of the electric power generation part comprised like FIG. 三方向バルブの切り替えパターンを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the switching pattern of a three-way valve | bulb. 図１に示したように構成したＤＭＦＣの実験機に、１００ｗｔ％メタノール溶液を供給した場合の発電特性を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the electric power generation characteristic at the time of supplying a 100 wt% methanol solution to the experimental machine of DMFC comprised as shown in FIG. 図１に示したように構成したＤＭＦＣの実験機に、７０ｗｔ％メタノール水溶液が供給されるように調整した場合の発電特性を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the electric power generation characteristic at the time of adjusting so that 70 wt% methanol aqueous solution may be supplied to the experimental machine of DMFC comprised as shown in FIG. 従来構成のＤＭＦＣを模式的に示す図である。It is a figure which shows DMFC of the conventional structure typically. セルを４つ直列に組み合わせたＤＭＦＣの実験機に、４０ｗｔ％メタノール水溶液が供給されるように調整した場合の発電量を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the electric power generation amount at the time of adjusting so that 40 wt% methanol aqueous solution may be supplied to the experimental machine of DMFC which combined four cells in series.

つぎにこの発明をより具体的に説明する。図２に、この発明に係る装置を適用したＤＭＦＣ１の構成例を模式的に示してある。この発明に係るＤＭＦＣ１は、相対的に高濃度のメタノール水溶液を貯留する高濃度燃料タンク２と、相対的に低濃度のメタノール水溶液を貯留するとともに発電部３から排出される二酸化炭素および不可避的に生じる未反応メタノールを分離する気液分離装置４とのいずれか一方から、燃料供給管路５を介して発電部３に燃料が供給されるように構成されている。   Next, the present invention will be described more specifically. FIG. 2 schematically shows a configuration example of the DMFC 1 to which the apparatus according to the present invention is applied. The DMFC 1 according to the present invention includes a high-concentration fuel tank 2 that stores a relatively high concentration aqueous methanol solution, carbon dioxide that is stored in a relatively low concentration methanol aqueous solution and discharged from the power generation unit 3, and inevitably. Fuel is supplied to the power generation unit 3 via the fuel supply line 5 from any one of the gas-liquid separator 4 that separates the unreacted methanol that is generated.

この燃料供給管路５には三方向バルブ６が介装されており、三方向バルブ６の流路を切り替えることによって、発電部３に供給する燃料の供給源が切り替わるように構成されている。すなわち、三方向バルブ６の三つのポートは、それぞれ高濃度燃料タンク２、気液分離装置４、燃料供給管路５を介して発電部３に接続されている。また、三方向バルブ６には、その流路を切り替えるバルブ制御装置７が設けられており、ＤＭＦＣ１の発電量の変化もしくは所定の時間間隔に基づいてその流路を切り替えるようになっている。   A three-way valve 6 is interposed in the fuel supply line 5, and the fuel supply source to be supplied to the power generation unit 3 is switched by switching the flow path of the three-way valve 6. That is, the three ports of the three-way valve 6 are connected to the power generation unit 3 via the high-concentration fuel tank 2, the gas-liquid separator 4, and the fuel supply pipe 5, respectively. Further, the three-way valve 6 is provided with a valve control device 7 for switching the flow path, and the flow path is switched based on a change in the power generation amount of the DMFC 1 or a predetermined time interval.

三方向バルブ６よりも下流側の燃料供給管路５には、言い換えれば、三方向バルブ６よりも発電部３側の燃料供給管路５には、燃料フィルタ８が介装されており、燃料に混入した微小な異物もしくは各構成部材などから生じる微小な異物を除去するようになっている。この燃料フィルタ８は、従来使用されている任意のもの（例えば、多孔質材料）であってよく、要は、メタノールに対する耐薬品性、耐腐食性を有し、発電部３における電気化学反応を阻害する微小な異物を除去できるものであればよい。   A fuel filter 8 is interposed in the fuel supply line 5 on the downstream side of the three-way valve 6, in other words, in the fuel supply line 5 on the power generation unit 3 side of the three-way valve 6. The minute foreign matters mixed in the container or the minute foreign matters generated from the respective constituent members are removed. The fuel filter 8 may be any conventionally used material (for example, a porous material). In short, the fuel filter 8 has chemical resistance and corrosion resistance to methanol, and performs an electrochemical reaction in the power generation unit 3. What is necessary is just to be able to remove the minute foreign matter which inhibits.

燃料フィルタ８よりも下流側の燃料供給管路５には、マイクロポンプ９が介装されている。このマイクロポンプ９は、従来使用されている任意のものであってよく、要は高濃度燃料タンク２もしくは気液分離装置４に貯留された燃料を発電部３に送液できるものであればよい。   A micropump 9 is interposed in the fuel supply pipe 5 downstream of the fuel filter 8. The micropump 9 may be any conventionally used one, as long as it can send the fuel stored in the high-concentration fuel tank 2 or the gas-liquid separator 4 to the power generation unit 3. .

マイクロポンプ９と発電部３との間の燃料供給管路５には、燃料供給源の切替により、発電部３に供給するメタノール水溶液の濃度変化を最小化するための燃料濃度緩衝装置１０が介装されている。この燃料濃度緩衝装置１０は、発電部３に供給するメタノール水溶液の濃度変化が所定範囲に収まるようになっており、具体的に説明すると、その内部には、ある程度希釈されたメタノール水溶液が貯留されており、例えば高濃度燃料タンク２から高濃度のメタノール水溶液が供給された場合に、そのある程度希釈されたメタノール水溶液によって高濃度メタノール水溶液を希釈して発電部３に供給するようになっている。要は、発電部３に供給するメタノール水溶液の濃度変化を緩衝（抑制）するようになっている。   The fuel supply line 5 between the micropump 9 and the power generation unit 3 is provided with a fuel concentration buffer device 10 for minimizing the concentration change of the aqueous methanol solution supplied to the power generation unit 3 by switching the fuel supply source. It is disguised. The fuel concentration buffer 10 is configured so that the concentration change of the aqueous methanol solution supplied to the power generation unit 3 falls within a predetermined range. More specifically, the aqueous methanol solution diluted to some extent is stored in the fuel concentration buffer 10. For example, when a high-concentration methanol aqueous solution is supplied from the high-concentration fuel tank 2, the high-concentration methanol aqueous solution is diluted with the methanol aqueous solution diluted to some extent and supplied to the power generation unit 3. In short, the concentration change of the aqueous methanol solution supplied to the power generation unit 3 is buffered (suppressed).

発電部３に供給されたメタノール水溶液は前述した（１）式および（２）式に示す電気化学反応をおこなって発電し、二酸化炭素および水を生じる。また、これらの電気化学反応は、その反応効率が１００％になることは殆どないため、不可避的に未反応メタノール（いわゆる、オフメタノール）を生じる。これらの反応生成物および未反応メタノールは、排出口１２から発電部３の外部に排出され、循環管路１３を流動して前述した気液分離装置４に導入されるようになっている。   The aqueous methanol solution supplied to the power generation unit 3 performs the electrochemical reaction shown in the above-described formulas (1) and (2) to generate electric power, thereby generating carbon dioxide and water. In addition, since these electrochemical reactions hardly have a reaction efficiency of 100%, unavoidably unreacted methanol (so-called off-methanol) is generated. These reaction products and unreacted methanol are discharged from the outlet 12 to the outside of the power generation unit 3, flow through the circulation line 13, and be introduced into the gas-liquid separator 4 described above.

気液分離装置４では、前述したように、二酸化炭素と未反応メタノールとが分離されるようになっており、具体的に説明すると、気体である二酸化炭素および液体である未反応メタノール（水を含む）は、気液分離装置４の内部に貯留された水に接触させられ、未反応メタノールを水に補足（溶解）させるようになっている。また、気液分離装置４の内部には、液体に比較して気体の透過性が高いｅＰＴＦＥ膜のような分離膜（図示せず）が設けられており、この分離膜によって二酸化炭素が分離され、その分離された二酸化炭素は図示しない排気口からＤＭＦＣ１の外部に排気されるようになっている。そして、補足された未反応メタノールは三方向バルブ６を介して発電部３に供給されるようになっている。また、発電部３には、ファン１４が設けられており、酸化剤である酸素を発電部３のカソード側に強制的に供給できるようになっている。   As described above, in the gas-liquid separator 4, carbon dioxide and unreacted methanol are separated. Specifically, carbon dioxide as a gas and unreacted methanol (water as a liquid) are separated. Including) is brought into contact with water stored in the gas-liquid separator 4 so that unreacted methanol is supplemented (dissolved) in water. In addition, a separation membrane (not shown) such as an ePTFE membrane having higher gas permeability than liquid is provided inside the gas-liquid separation device 4, and carbon dioxide is separated by this separation membrane. The separated carbon dioxide is exhausted to the outside of the DMFC 1 from an exhaust port (not shown). Then, the supplemented unreacted methanol is supplied to the power generation unit 3 via the three-way valve 6. The power generation unit 3 is provided with a fan 14 so that oxygen as an oxidant can be forcibly supplied to the cathode side of the power generation unit 3.

したがって、気液分離装置４から燃料（メタノール）が供給されるように三方向バルブ６を制御した場合には、未反応メタノールを含む低濃度メタノール水溶液が燃料供給管路５を流動して発電部３に供給され、すなわち、未反応メタノールが再利用するように循環回路が形成され、新たな燃料（高濃度メタノール水溶液）を追加せずに、発電を継続できるようになっている。   Therefore, when the three-way valve 6 is controlled so that fuel (methanol) is supplied from the gas-liquid separator 4, a low-concentration methanol aqueous solution containing unreacted methanol flows through the fuel supply line 5 to generate the power generation unit. In other words, a circulation circuit is formed so that unreacted methanol can be reused, and power generation can be continued without adding new fuel (high-concentration methanol aqueous solution).

図１に、前述したこの発明に係る装置を適用した発電部３の断面図を模式的に示してある。発電部３は、実質的な燃料電池に相当する部分であり、高分子電解質膜と電極とを一体化した膜・電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ；以下、ＭＥＡと記す。）１５を挟んでその両面側に集電板１６，１７がそれぞれ設けられており、これらをバイポーラープレート（燃料電池用双極板）１８，１９によって挟んで構成されている。   FIG. 1 schematically shows a cross-sectional view of a power generation unit 3 to which the above-described device according to the present invention is applied. The power generation unit 3 is a portion corresponding to a substantial fuel cell, and a membrane / electrode assembly (hereinafter referred to as MEA) 15 in which a polymer electrolyte membrane and an electrode are integrated is sandwiched therebetween. Current collector plates 16 and 17 are provided on both sides, respectively, and are sandwiched between bipolar plates (bipolar plates for fuel cells) 18 and 19.

バイポーラープレート１８，１９は、例えば合成樹脂もしくは合成樹脂と繊維との複合材料によって構成されるいわゆる繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などによって形成されている。バイポーラープレート１８，１９の一方の面には、複数の蛇行した細溝形状の燃料供給チャンネル２０が形成されており、その燃料供給チャンネル２０にポンプ９によって送液されたメタノール水溶液を流動させ、ＭＥＡ１５にメタノールを供給するようになっている。また、他方の面には、互いに平行な複数の細溝形状の空気供給チャンネル２１が形成されており、この空気供給チャンネル２１にファン１４を用いて空気を流通させてＭＥＡ１５に酸化剤である酸素を供給するようになっている。   The bipolar plates 18 and 19 are made of, for example, a so-called fiber reinforced plastic (FRP) made of synthetic resin or a composite material of synthetic resin and fibers. A plurality of meandering fuel supply channels 20 having a narrow groove shape are formed on one surface of the bipolar plates 18 and 19, and the methanol aqueous solution fed by the pump 9 is caused to flow through the fuel supply channels 20; Methanol is supplied to the MEA 15. In addition, a plurality of narrow groove-shaped air supply channels 21 that are parallel to each other are formed on the other surface, and air is circulated through the air supply channel 21 using a fan 14 and oxygen that is an oxidant is supplied to the MEA 15. To supply.

したがって、バイポーラープレート１８，１９は、ＭＥＡ１５において、前述した（１）式および（２）式に示す電気化学反応にともなって生じた熱が伝達される位置に設けられるとともに、その一方の面に形成された燃料供給チャンネル２０が、ＭＥＡ１５のアノード側に対向して配置されるようになっている。また、空気供給チャンネル２１が形成された面が、ＭＥＡ１５のカソード側に対向して配置されるようになっている。   Therefore, the bipolar plates 18 and 19 are provided in the MEA 15 at a position where heat generated by the electrochemical reaction shown in the formulas (1) and (2) described above is transmitted, and on one surface thereof. The formed fuel supply channel 20 is arranged to face the anode side of the MEA 15. Further, the surface on which the air supply channel 21 is formed is arranged to face the cathode side of the MEA 15.

ＭＥＡ１５とＭＥＡ１５のアノード側に配置されたバイポーラープレート１８との間に、言い換えれば、ＭＥＡ１５と燃料供給チャンネル２０とに挟まれて、液体に比較して気体の透過性が高い気液分離膜２２が設けられている。気液分離膜２２の一方の面はＭＥＡ１５のアノード側に直接、接触して設けられており、他方の面は、燃料供給チャンネル２０が形成されたバイポーラープレート１８に直接、接触して設けられている。   Between the MEA 15 and the bipolar plate 18 disposed on the anode side of the MEA 15, in other words, sandwiched between the MEA 15 and the fuel supply channel 20, the gas-liquid separation membrane 22 having higher gas permeability than liquid. Is provided. One surface of the gas-liquid separation membrane 22 is provided in direct contact with the anode side of the MEA 15, and the other surface is provided in direct contact with the bipolar plate 18 in which the fuel supply channel 20 is formed. ing.

この気液分離膜２２は、例えば延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）もしくはシリコン、ポリエチレンなどによって膜（フィルム）状に形成されている。また、この気液分離膜２２は、疎水性を有していてもよく、その撥水作用によって液相の水およびメタノールを弾くようになっている。要は、液体よりも気体の透過性が高くなるように構成されている部材であればよい。   The gas-liquid separation membrane 22 is formed into a membrane (film) shape by, for example, expanded porous polytetrafluoroethylene (ePTFE), silicon, polyethylene, or the like. The gas-liquid separation membrane 22 may have hydrophobicity and repels liquid phase water and methanol by its water repellent action. In short, any member may be used as long as gas permeability is higher than that of liquid.

図３に、気液分離膜２２の構成例を模式的に示してある。図３に示した気液分離膜２２は、液体に比較して相対的に気体の透過性（透過率）の高い膜２２ａを挟んでその両側に、その膜２２ａに比較して気体の透過性（透過率）が低い、もしくは高い膜２２ｂが設けられている例を示してある。すなわち、気体透過性の異なる膜を用いて三層構造にすることにより、液体および気体の透過性を調整できるように構成されている。   In FIG. 3, the structural example of the gas-liquid separation film | membrane 22 is shown typically. The gas-liquid separation membrane 22 shown in FIG. 3 sandwiches a membrane 22a having a relatively high gas permeability (permeability) as compared with a liquid, on both sides thereof, and has a gas permeability as compared with the membrane 22a. An example in which a film 22b having a low (transmittance) is high or high is shown. That is, it is comprised so that the permeability | transmittance of a liquid and gas can be adjusted by setting it as a three-layer structure using the membrane from which gas permeability differs.

また、図４に、気液分離膜２２の他の構成例を模式的に示してある。図４に示した気液分離膜２２は、液体に比較して相対的に気体の透過性（透過率）の高い膜２２ａの一方の面に、その膜２２ａに比較して気体の透過性（透過率）が低い、もしくは高い膜２２ｂが設けられている例を示してある。すなわち、図３および図４に示す構成によれば、気体の透過性が異なる膜を貼り合わせる（複合する）ことにより、気液分離膜２２の液体および気体の透過性を調整できるように構成されている。言い換えれば、液体および気体の透過性が異なる膜を複合することにより、気液分離膜２２を透過してＭＥＡ１５に供給されるメタノール蒸気の供給量を調整できるように構成されている。   FIG. 4 schematically shows another configuration example of the gas-liquid separation membrane 22. The gas-liquid separation membrane 22 shown in FIG. 4 is formed on one surface of a membrane 22a having a relatively high gas permeability (permeability) as compared to a liquid, and has a gas permeability (as compared to the membrane 22a). An example in which a film 22b having a low or high transmittance is provided is shown. That is, according to the configuration shown in FIG. 3 and FIG. 4, the liquid and gas permeability of the gas-liquid separation membrane 22 can be adjusted by bonding (combining) films having different gas permeability. ing. In other words, by combining membranes having different liquid and gas permeability, the amount of methanol vapor supplied to the MEA 15 through the gas-liquid separation membrane 22 can be adjusted.

図５に、メタノールと水との蒸気圧曲線を模式的に示してある。実線はメタノールの蒸気圧曲線を示しており、破断線は水の蒸気圧曲線を示している。ＤＭＦＣ１は、前述したように、アノードにおいて（１）式に示す触媒反応よってプロトンと電子とを生じ、これらがカソードに到達して（２）式に示す触媒反応を生じることによって発電をおこなうように構成されている。また、（１）式および（２）式に示した電気化学反応は、発熱反応であるから、ＤＭＦＣ１は発電にともなって熱を生じる。ＤＭＦＣ１の動作温度は、一般的に、４０℃から８０℃である。この一般的なＤＭＦＣ１の動作温度範囲では、図５に示したように、水の蒸気圧はメタノールの蒸気圧に比較して低い。言い換えれば、この一般的なＤＭＦＣ１の動作温度範囲では、メタノールは蒸気化されやすいが、水の蒸気化は生じ難い。   FIG. 5 schematically shows a vapor pressure curve of methanol and water. The solid line shows the vapor pressure curve of methanol, and the broken line shows the vapor pressure curve of water. As described above, the DMFC 1 generates protons and electrons by the catalytic reaction shown in the formula (1) at the anode, and these generate the catalytic reaction shown in the formula (2) when they reach the cathode. It is configured. Further, since the electrochemical reactions shown in the formulas (1) and (2) are exothermic reactions, the DMFC 1 generates heat with power generation. The operating temperature of the DMFC 1 is generally 40 ° C. to 80 ° C. In this general DMFC 1 operating temperature range, as shown in FIG. 5, the vapor pressure of water is lower than the vapor pressure of methanol. In other words, in the general operating temperature range of DMFC 1, methanol is easily vaporized, but water is not easily vaporized.

図６は、前述した図１のように構成された発電部３の作用を説明するための模式図である。なお、図６に示す例は、前述した図１に示す構成の一部を変更したものであり、したがって図１に示す部分と同一の部分には図６に図１と同様の符号を付してその説明を省略する。   FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the operation of the power generation unit 3 configured as shown in FIG. 1 described above. Note that the example shown in FIG. 6 is obtained by changing a part of the configuration shown in FIG. 1 described above. Therefore, the same parts as those shown in FIG. The description is omitted.

ＭＥＡ１５のアノード側とバイポーラープレート１８の燃料供給チャンネル２０との間に、前述した気液分離膜２２が設けられている。バイポーラープレート１８は、前述したように、電気化学反応にともなって生じた熱が伝達される位置に設けられている。そのため、発電にともなって生じた熱が燃料供給チャンネル２０を流動するメタノール水溶液に伝達されると、前述した図５に示したように、蒸気圧の関係でメタノール水溶液中のメタノールが水に比較して、相対的に多く蒸気化される。その結果、高濃度化（濃縮）されたメタノール蒸気が、気液分離膜２２を透過してＭＥＡ１５に供給される。またあるいは、気液分離膜２２は、ＭＥＡ１５に接触して設けられているので、その気液分離膜２２でメタノール水溶液中のメタノールが蒸気化し、ＭＥＡ１５に供給される。   The gas-liquid separation membrane 22 described above is provided between the anode side of the MEA 15 and the fuel supply channel 20 of the bipolar plate 18. As described above, the bipolar plate 18 is provided at a position where heat generated by the electrochemical reaction is transmitted. Therefore, when the heat generated by the power generation is transferred to the aqueous methanol solution flowing through the fuel supply channel 20, the methanol in the aqueous methanol solution is compared with the water due to the vapor pressure as shown in FIG. Therefore, it is vaporized relatively much. As a result, the highly concentrated (concentrated) methanol vapor passes through the gas-liquid separation membrane 22 and is supplied to the MEA 15. Alternatively, since the gas-liquid separation membrane 22 is provided in contact with the MEA 15, the methanol in the methanol aqueous solution is vaporized by the gas-liquid separation membrane 22 and supplied to the MEA 15.

さらにまた、ＭＥＡ１５では、前述した（１）式の触媒反応にともなって二酸化炭素が生じる。この二酸化炭素は、気液分離膜２２を透過して、燃料供給チャンネル２０に到達し、液相のメタノール水溶液の流動にともなって発電部３から排出される。発電部３から排出された二酸化炭素は、気液分離装置４に導入され、気相の二酸化炭素と液相の水および未反応メタノールとに分離され、二酸化炭素はＤＭＦＣ１の外部に排出される。   Furthermore, in the MEA 15, carbon dioxide is generated with the catalytic reaction of the above-described formula (1). The carbon dioxide passes through the gas-liquid separation membrane 22 and reaches the fuel supply channel 20, and is discharged from the power generation unit 3 as the liquid phase methanol aqueous solution flows. The carbon dioxide discharged from the power generation unit 3 is introduced into the gas-liquid separator 4 and separated into vapor phase carbon dioxide, liquid phase water, and unreacted methanol, and the carbon dioxide is discharged outside the DMFC 1.

したがって、ＭＥＡ１５と燃料供給チャンネル２０との間に気液分離膜２２を設けることにより、気液分離膜２２は、燃料供給チャンネル２０から、もしくは気液分離膜２２の表面から蒸気化されたメタノールをＭＥＡ１５に供給できるとともに、発電にともなって生じた二酸化炭素を燃料供給チャンネル２０に排出することができる。また、ＤＭＦＣ１の動作温度と、メタノールおよび水の蒸気圧の関係とにより、気液分離膜２２は蒸気化されたメタノールを濃縮するように作用し、相対的に高濃度化されたメタノール蒸気をＭＥＡ１５に供給することができ、ＤＭＦＣ１の発電性能を向上させることができる。   Therefore, by providing the gas-liquid separation membrane 22 between the MEA 15 and the fuel supply channel 20, the gas-liquid separation membrane 22 allows methanol vaporized from the fuel supply channel 20 or from the surface of the gas-liquid separation membrane 22 to be removed. While being able to supply to MEA15, the carbon dioxide produced with the power generation can be discharged to the fuel supply channel 20. Further, depending on the relationship between the operating temperature of the DMFC 1 and the vapor pressures of methanol and water, the gas-liquid separation membrane 22 acts to concentrate the vaporized methanol, and the relatively high concentration of methanol vapor is converted into the MEA 15. The power generation performance of the DMFC 1 can be improved.

図２に示したＤＭＦＣ１の実験機を作製し、その発電量を評価した。高濃度燃料タンク２には、蒸留水で希釈した５０〜１００ｗｔ％のメタノール水溶液を貯留し、高濃度燃料とした。気液分離装置４には、蒸留水で希釈した０〜５０ｗｔ％のメタノール水溶液を貯留し、低濃度燃料とした。気液分離膜２２は、厚み２００μｍのシリコンフィルム（膜）を用いた。   An experimental machine of DMFC1 shown in FIG. 2 was produced and the power generation amount was evaluated. In the high concentration fuel tank 2, 50-100 wt% methanol aqueous solution diluted with distilled water was stored to obtain high concentration fuel. In the gas-liquid separator 4, 0-50 wt% methanol aqueous solution diluted with distilled water was stored to obtain a low concentration fuel. As the gas-liquid separation membrane 22, a silicon film (membrane) having a thickness of 200 μm was used.

ＭＥＡ１５は、従来知られている構成のものを用いた。より具体的には、高分子電解質膜に、パーフルオロスルホン酸系高分子膜であるＮａｆｉｏｎ１１２（登録商標）を用いた。電解質膜を挟んで、カソード側の触媒層（膜）には、白金を主成分として構成されたものを用いた。アノード側の触媒層（膜）には、白金と酸化ルテニウムとの等量混合物によって構成されたものを用いた。   The MEA 15 has a conventionally known configuration. More specifically, Nafion 112 (registered trademark), which is a perfluorosulfonic acid polymer membrane, was used for the polymer electrolyte membrane. A catalyst layer (membrane) on the cathode side with platinum as the main component was used with the electrolyte membrane in between. As the catalyst layer (film) on the anode side, a catalyst layer (membrane) composed of an equimolar mixture of platinum and ruthenium oxide was used.

これらの触媒層における前述した電解質膜とは反対側の面には、それぞれガス拡散層としてカーボンクロスを配置した。カーボンクロスには、厚み１．０ｍｍのものを用いた。   Carbon cloths were disposed as gas diffusion layers on the surfaces of these catalyst layers opposite to the above-described electrolyte membrane. A carbon cloth having a thickness of 1.0 mm was used.

各ガス拡散層における電解質膜側とは反対側の面に、それぞれ集電板１６，１７を配置した。この集電板１６，１７には、厚み０．５ｍｍのチタン製のメッシュ構造体に白金メッキが施されたものを用いた。そして、これらの各層および集電板１６，１７を重ね合わせてホットプレス機で加熱加圧することにより、一体構造化した。ＭＥＡ１５のカソード側に、前述した気液分離膜２２を配置し、これらをバイポーラープレート１８，１９によって挟んで、一体構造化して発電部３を形成した。   Current collector plates 16 and 17 were disposed on the surface of each gas diffusion layer opposite to the electrolyte membrane side. The current collector plates 16 and 17 were obtained by applying a platinum plating to a titanium mesh structure having a thickness of 0.5 mm. These layers and current collector plates 16 and 17 were superposed and heated and pressed with a hot press machine to form an integral structure. The gas-liquid separation membrane 22 described above is arranged on the cathode side of the MEA 15, and these are sandwiched between the bipolar plates 18 and 19 to form an integrated structure to form the power generation unit 3.

図７に、前述した三方向バルブ６の切り替えパターンを模式的に示してある。図７に示したように、この三方向バルブ６は、直流電圧の正負を切り替えることによって、その流路を切り替えるように構成されている。より具体的には、図２に示したように構成したＤＭＦＣ１の三方向バルブ６に正の直流電圧（＋５ＶＤＣ）を印加した場合に、高濃度燃料タンク２から高濃度のメタノール水溶液が発電部３に供給され、負の直流電圧（−５ＶＤＣ）を印加した場合に、気液分離装置４から低濃度のメタノール水溶液（未反応メタノールを含む）が発電部３に供給されるようになっている。なお、高濃度のメタノール水溶液を供給する時間は０．１〜１．０秒に設定し、低濃度のメタノール水溶液を供給する時間は２０〜３００秒に設定した。
（評価） FIG. 7 schematically shows the switching pattern of the three-way valve 6 described above. As shown in FIG. 7, the three-way valve 6 is configured to switch its flow path by switching between positive and negative DC voltages. More specifically, when a positive DC voltage (+5 VDC) is applied to the three-way valve 6 of the DMFC 1 configured as shown in FIG. When a negative DC voltage (−5 VDC) is applied, a low-concentration aqueous methanol solution (including unreacted methanol) is supplied to the power generation unit 3 from the gas-liquid separator 4. The time for supplying the high-concentration methanol aqueous solution was set to 0.1 to 1.0 seconds, and the time for supplying the low-concentration methanol aqueous solution was set to 20 to 300 seconds.
(Evaluation)

図８に、前述したように構成したＤＭＦＣ１の実験機に、１００ｗｔ％メタノール溶液を供給した場合の発電特性を模式的に示してある。ＤＭＦＣ１の実験機は、室温で稼働（発電）させた。図８において、実線ａは、ＤＭＦＣ１から取り出す電流を変化させた場合におけるＤＭＦＣ１の温度変化を示している。ＤＭＦＣ１から取り出す電流にかかわらず、ＤＭＦＣ１の温度がほぼ一定であることが認められた。すなわち、安定して発電（電気化学反応）が生じていることが認められた。また、実線ｂは、ＤＭＦＣ１の電流電圧特性を示しており、電流の増大とともに電圧が低下することが認められた。実線ｃは、ＤＭＦＣ１の出力特性を示しており、１００％メタノール溶液を供給し、その動作温度が５０℃の場合に、約２３ｍＷ／ｃｍ２の出力が認められた。   FIG. 8 schematically shows power generation characteristics when a 100 wt% methanol solution is supplied to the DMFC 1 experimental machine configured as described above. The DMFC1 experimental machine was operated (power generation) at room temperature. In FIG. 8, the solid line a indicates the temperature change of the DMFC 1 when the current taken out from the DMFC 1 is changed. Regardless of the current drawn from DMFC1, it was found that the temperature of DMFC1 was nearly constant. That is, it was confirmed that power generation (electrochemical reaction) was stably generated. The solid line b shows the current-voltage characteristics of DMFC1, and it was recognized that the voltage decreased as the current increased. The solid line c shows the output characteristics of DMFC1, and when a 100% methanol solution was supplied and the operating temperature was 50 ° C., an output of about 23 mW / cm 2 was recognized.

図９に、前述したように構成したＤＭＦＣ１の実験機に、７０ｗｔ％メタノール水溶液が供給されるように調整した場合の発電量を模式的に示してある。気液分離膜２２には、厚み５０μｍのシリコンフィルムを用い、室温で稼働（発電）させた。図９において、実線ｄは、ＤＭＦＣ１の温度変化を示しており、長時間連続して発電させてもその動作温度がほぼ一定であることが認められた。実線ｅは、実験機の発電量を示しており、長時間連続して発電しても、出力電力の低下が認められなかった。破断線ｆは、図１０に示す従来構成のＤＭＦＣ１の発電量を示しており、その出力電力が次第に低下することが認められた。これは、クロスオーバー現象が生じることにより、発電効率が低下し、またクロスオーバー現象に伴う発熱により、ある程度短時間で触媒が劣化するためである。すなわち、気液分離膜２２をＭＥＡ１５のアノード側に接触して設けることにより、高濃度に濃縮されたメタノール蒸気をＭＥＡ１５に供給できるとともに、二酸化炭素の排出量を増大させることができ、その結果、従来構成のＤＭＦＣ１に比較して、発電特性を向上できることが認められた。   FIG. 9 schematically shows the power generation amount when the DMFC1 experimental machine configured as described above is adjusted so that a 70 wt% methanol aqueous solution is supplied. As the gas-liquid separation membrane 22, a silicon film having a thickness of 50 μm was used and operated (power generation) at room temperature. In FIG. 9, the solid line d indicates the temperature change of the DMFC 1, and it was recognized that the operating temperature is substantially constant even when power is generated continuously for a long time. The solid line e indicates the power generation amount of the experimental machine, and no decrease in output power was observed even when power was generated continuously for a long time. The broken line f indicates the power generation amount of the DMFC 1 having the conventional configuration shown in FIG. 10, and it was recognized that the output power gradually decreased. This is because the power generation efficiency is lowered due to the occurrence of the crossover phenomenon, and the catalyst is deteriorated in a short time due to the heat generated by the crossover phenomenon. That is, by providing the gas-liquid separation membrane 22 in contact with the anode side of the MEA 15, it is possible to supply highly concentrated methanol vapor to the MEA 15 and increase the amount of carbon dioxide emitted. It was recognized that the power generation characteristics can be improved as compared with the DMFC 1 having the conventional configuration.

図１１に、ＤＭＦＣ１のセル（ＭＥＡ１５に相当する）を４つ直列に組み合わせた実験機に、４０ｗｔ％メタノール水溶液が供給されるように調整した場合の発電量を模式的に示してある。気液分離膜２２には、平均孔径３．５μｍ、厚み５０μｍのｅＰＴＦＥ膜を用いた。実線ｇは、実験機の発電量を示しており、長時間連続して発電しても、出力電力の低下がほとんど認められなかった。破断線ｈは、気液分離膜２２を除いた従来構成の４セルＤＭＦＣ１の発電量を示しており、時間の経過とともにその発電量が低下することが認められた。これは、クロスオーバー現象が生じることにより、発電効率が低下し、またクロスオーバー現象に伴う発熱により、ある程度短時間で触媒が劣化するためである。すなわち、気液分離膜２２をＭＥＡ１５のアノード側に接触して設けることにより、高濃度に濃縮されたメタノール蒸気をＭＥＡ１５に供給できるとともに、二酸化炭素の排出量を増大させることができ、その結果、従来構成のＤＭＦＣ１に比較して、発電特性を向上できることが認められた。   FIG. 11 schematically shows the amount of power generated when adjustment is made so that a 40 wt% aqueous methanol solution is supplied to an experimental machine in which four DMFC1 cells (corresponding to MEA 15) are combined in series. As the gas-liquid separation membrane 22, an ePTFE membrane having an average pore diameter of 3.5 μm and a thickness of 50 μm was used. A solid line g indicates the power generation amount of the experimental machine, and even when power is generated continuously for a long time, a decrease in output power was hardly recognized. The broken line h indicates the power generation amount of the conventional 4-cell DMFC 1 excluding the gas-liquid separation membrane 22, and it was recognized that the power generation amount decreased with time. This is because the power generation efficiency is lowered due to the occurrence of the crossover phenomenon, and the catalyst is deteriorated in a short time due to the heat generated by the crossover phenomenon. That is, by providing the gas-liquid separation membrane 22 in contact with the anode side of the MEA 15, it is possible to supply highly concentrated methanol vapor to the MEA 15 and increase the amount of carbon dioxide emitted. It was recognized that the power generation characteristics can be improved as compared with the DMFC 1 having the conventional configuration.

したがって、この発明によれば、液相のメタノールに比較して気相のメタノールの透過性が高い気液分離膜２２が、ＭＥＡ１５のアノード側と燃料供給チャンネル２０との間に設けられるので、蒸気化されたメタノールのみをＭＥＡ１５に供給でき、また、発電にともなって生成した二酸化炭素を気液分離膜２２を透過させて燃料供給チャンネル２０から、発電部３の外部に排出することができる。言い換えれば、高濃度のメタノールを供給でき、また、二酸化炭素の排出量を増大させることができる。その結果、従来構成のＤＭＦＣ１に比較して、発電量を向上させることができる。   Therefore, according to the present invention, the gas-liquid separation membrane 22 having a higher gas phase methanol permeability than the liquid phase methanol is provided between the anode side of the MEA 15 and the fuel supply channel 20. Only converted methanol can be supplied to the MEA 15, and carbon dioxide generated during power generation can pass through the gas-liquid separation membrane 22 and be discharged from the fuel supply channel 20 to the outside of the power generation unit 3. In other words, high-concentration methanol can be supplied and carbon dioxide emissions can be increased. As a result, the amount of power generation can be improved as compared with the DMFC 1 having the conventional configuration.

１…ＤＭＦＣ、 ３…発電部、 １５…膜・電極接合体（ＭＥＡ）、 １８…バイポーラープレート、 ２０…燃料供給チャンネル、 ２２…気液分離膜。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... DMFC, 3 ... Power generation part, 15 ... Membrane electrode assembly (MEA), 18 ... Bipolar plate, 20 ... Fuel supply channel, 22 ... Gas-liquid separation membrane.

Claims (3)

メタノール水溶液を燃料とし、そのメタノール水溶液を膜・電極接合体のアノード側に供給する燃料供給チャンネルが形成されたプレートを備えたダイレクトメタノール型燃料電池の燃料供給装置において、
前記膜・電極接合体と、前記プレートとの間に、液体に比較して気体の透過性が高い気液分離膜が挟まれて設けられている
ことを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池の燃料供給装置。 In a fuel supply device for a direct methanol fuel cell comprising a plate formed with a fuel supply channel for supplying an aqueous methanol solution as a fuel and supplying the aqueous methanol solution to the anode side of the membrane-electrode assembly,
A fuel for a direct methanol fuel cell, characterized in that a gas-liquid separation membrane having a higher gas permeability than a liquid is sandwiched between the membrane-electrode assembly and the plate. Feeding device. 前記気液分離膜は、疎水性を有する合成高分子により形成された合成高分子膜を含むことを特徴とする請求項１に記載のダイレクトメタノール型燃料電池の燃料供給装置。   The fuel supply apparatus for a direct methanol fuel cell according to claim 1, wherein the gas-liquid separation membrane includes a synthetic polymer membrane formed of a synthetic polymer having hydrophobicity. 前記合成高分子は、膜状に形成された延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンもしくはシリコンあるいはポリエチレンを含むことを特徴とする請求項２に記載のダイレクトメタノール型燃料電池の燃料供給装置。   3. The fuel supply device for a direct methanol fuel cell according to claim 2, wherein the synthetic polymer includes expanded porous polytetrafluoroethylene, silicon, or polyethylene formed in a film shape.
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