JPH09161822A - Direct methanol fuel cell - Google Patents
Direct methanol fuel cellInfo
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- JPH09161822A JPH09161822A JP7318288A JP31828895A JPH09161822A JP H09161822 A JPH09161822 A JP H09161822A JP 7318288 A JP7318288 A JP 7318288A JP 31828895 A JP31828895 A JP 31828895A JP H09161822 A JPH09161822 A JP H09161822A
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- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電解質を挟んでア
ノード側電極とカソード側電極が対設された燃料電池構
造体と、前記燃料電池構造体を挟持するセパレータとを
備え、燃料としてメタノール水溶液が直接供給される直
接メタノール型燃料電池に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention comprises a fuel cell structure having an anode electrode and a cathode electrode opposed to each other with an electrolyte sandwiched between them, and a separator sandwiching the fuel cell structure, and an aqueous methanol solution as a fuel. The present invention relates to a direct methanol fuel cell to which is directly supplied.
【０００２】[0002]
【従来の技術】例えば、固体高分子電解質膜を挟んでア
ノード側電極とカソード側電極とを対設した燃料電池構
造体をセパレータによって挟持して複数積層することに
より構成された燃料電池が開発され、種々の用途に実用
化されつつある。2. Description of the Related Art For example, a fuel cell has been developed in which a plurality of fuel cell structures each having an anode electrode and a cathode electrode opposed to each other with a solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween are sandwiched by a separator and stacked. Are being put to practical use for various applications.
【０００３】この種の燃料電池として、メタノール水溶
液を液体のまま直接アノード側電極に供給するととも
に、酸化剤ガス（空気）をカソード側電極に供給するこ
とにより、前記メタノール水溶液が水と反応して水素イ
オンが得られ、この水素イオンが固体高分子電解質膜内
を移動することによって外部に電気エネルギが得られる
ように構成された直接メタノール型燃料電池が知られて
いる。In this type of fuel cell, an aqueous methanol solution is supplied directly to the anode electrode in a liquid state, and an oxidizing gas (air) is supplied to the cathode electrode so that the aqueous methanol solution reacts with water. A direct methanol fuel cell is known in which hydrogen ions are obtained, and the hydrogen ions move inside the solid polymer electrolyte membrane to obtain electric energy outside.
【０００４】上記の直接メタノール型燃料電池は、例え
ば、特開平５−１７４８５６号公報に開示されている構
成を有している。これを、図１１を参照して説明する
と、メタノール遮断膜１の両側にメタノール極２と空気
極３が配置され、これらの間に電解液４が充填されて直
接メタノール型燃料電池が構成されている。そこで、メ
タノール極２側にメタノール水溶液が供給される一方、
空気極３側に空気（酸素）が供給されることにより、発
電が行われる。The direct methanol fuel cell described above has a structure disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 174856/1993. This will be described with reference to FIG. 11. A methanol electrode 2 and an air electrode 3 are arranged on both sides of the methanol barrier membrane 1, and an electrolyte solution 4 is filled between them to form a direct methanol fuel cell. There is. Therefore, while the aqueous methanol solution is supplied to the methanol electrode 2 side,
Power is generated by supplying air (oxygen) to the air electrode 3 side.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の従来
技術では、燃料であるメタノール水溶液と酸化剤ガスで
ある空気とが、メタノール極２と空気極３に対して同一
方向に流動されている。このため、燃料電池内におい
て、メタノール水溶液および空気の入口側５ａの温度よ
りも出口側５ｂの温度の方が高くなってしまう。メタノ
ール極２および空気極３で発熱反応によって生じた熱や
接触抵抗等に起因する熱が、入口側５ａから出口側５ｂ
に向かって流れるメタノール水溶液やガスと熱交換さ
れ、メタノール極２や空気極３自体が出口側５ｂで最も
加熱されるからである。これにより、メタノール極２お
よび空気極３により得られる電圧に分布が発生してしま
い、出力電圧が不安定なものになるという問題が指摘さ
れている。However, in the above-mentioned conventional technique, the aqueous methanol solution which is the fuel and the air which is the oxidant gas flow in the same direction with respect to the methanol electrode 2 and the air electrode 3. For this reason, in the fuel cell, the temperature of the outlet side 5b becomes higher than the temperature of the inlet side 5a of the aqueous methanol solution and the air. The heat generated by the exothermic reaction in the methanol electrode 2 and the air electrode 3 and the heat caused by the contact resistance are transferred from the inlet side 5a to the outlet side 5b.
This is because the methanol electrode 2 and the air electrode 3 themselves are most heated on the outlet side 5b by heat exchange with the aqueous methanol solution or gas flowing toward the. It has been pointed out that this causes a distribution in the voltage obtained by the methanol electrode 2 and the air electrode 3, resulting in an unstable output voltage.
【０００６】本発明は、この種の問題を解決するもので
あり、燃料電池構造体に部分的な温度変化が発生するこ
とがなく、安定した出力電圧を確実に得ることが可能な
直接メタノール型燃料電池を提供することを目的とす
る。The present invention solves this kind of problem, and the direct methanol type is capable of reliably obtaining a stable output voltage without causing a partial temperature change in the fuel cell structure. An object is to provide a fuel cell.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明は、アノード側要素部材に形成された重力
方向に対して平行なメタノール水溶液供給用流体通路に
沿ってメタノール水溶液が直接供給される一方、カソー
ド側要素部材に形成されかつ前記メタノール供給用流体
通路とは反対方向に向かう酸化剤ガス供給用流体通路に
沿って酸化剤ガスが供給される。このため、燃料である
メタノール水溶液と酸化剤ガスとが、燃料電池構造体内
で逆方向に流れてこの燃料電池構造体内での温度分布を
可及的に少なくすることができ、前記燃料電池構造体か
ら安定した出力電圧を得ることが可能になる。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a method for directly supplying an aqueous methanol solution along a fluid passage for supplying an aqueous methanol solution which is formed in the anode side element member and is parallel to the direction of gravity. While being supplied, the oxidant gas is supplied along the oxidant gas supply fluid passage formed in the cathode-side element member and directed in the direction opposite to the methanol supply fluid passage. Therefore, the aqueous methanol solution as a fuel and the oxidant gas flow in opposite directions in the fuel cell structure, and the temperature distribution in the fuel cell structure can be reduced as much as possible. It is possible to obtain a stable output voltage from.
【０００８】また、メタノール水溶液は、メタノール水
溶液供給用流体通路に沿って直接反重力方向に向かって
流される。これにより、メタノールと水との反応時に発
生する炭酸ガスは、上方に向かって円滑に排出される。Further, the aqueous methanol solution is caused to flow directly in the antigravity direction along the fluid passage for supplying the aqueous methanol solution. As a result, the carbon dioxide gas generated during the reaction between methanol and water is smoothly discharged upward.
【０００９】さらに、酸化剤ガス供給用流体通路は、メ
タノール水溶液供給用流体通路と平行に形成される他、
ラビリンス構造を有する。これにより、反応生成水を容
易かつ確実に除去することができる。Further, the oxidant gas supply fluid passage is formed in parallel with the methanol aqueous solution supply fluid passage,
It has a labyrinth structure. As a result, the reaction product water can be easily and surely removed.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係る直接メタノール型燃料電池１０の縦断面図であ
り、図２は、前記直接メタノール型燃料電池１０の分解
斜視説明図である。1 is a vertical sectional view of a direct methanol fuel cell 10 according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the direct methanol fuel cell 10. Is.
【００１１】この直接メタノール型燃料電池１０は、固
体高分子電解質膜１２を挟んでカソード側電極１４とア
ノード側電極１６を対設した燃料電池構造体１８と、前
記燃料電池構造体１８を挟持するセパレータ２０とを備
える。燃料電池構造体１８とセパレータ２０は、一対の
エンドプレート２２ａ、２２ｂおよび４本のタイロッド
２４により一体的に固定される。The direct methanol fuel cell 10 sandwiches the fuel cell structure 18 and a fuel cell structure 18 in which a cathode side electrode 14 and an anode side electrode 16 are opposed to each other with a solid polymer electrolyte membrane 12 sandwiched between them. And a separator 20. The fuel cell structure 18 and the separator 20 are integrally fixed by a pair of end plates 22a and 22b and four tie rods 24.
【００１２】図３に示すように、電解質膜１２の上部側
には、酸化剤ガス導入用孔部１２ａと、冷却水排出用孔
部１２ｂと、未反応メタノール水溶液および生成された
二酸化炭素ガスを排出する燃料排出用孔部１２ｃとが設
けられる。電解質膜１２の下部側には、酸化剤ガス排出
用孔部１２ｄと、冷却水導入用孔部１２ｅと、メタノー
ルと水の混合液を導入する燃料導入用孔部１２ｆとが設
けられる。As shown in FIG. 3, on the upper side of the electrolyte membrane 12, an oxidant gas introducing hole 12a, a cooling water discharging hole 12b, an unreacted methanol aqueous solution and generated carbon dioxide gas are provided. A hole 12c for discharging fuel is provided. An oxidant gas discharging hole 12d, a cooling water introducing hole 12e, and a fuel introducing hole 12f for introducing a mixed solution of methanol and water are provided on the lower side of the electrolyte membrane 12.
【００１３】燃料電池構造体１８の両側には、第１ガス
ケット３０と第２ガスケット３２とが配設される。第１
ガスケット３０は、アノード側電極１６を収容するため
の大きな開口部３４を有し、第２ガスケット３２は、カ
ソード側電極１４を収容するための大きな開口部３６を
有する。図４に示すように、第１および第２ガスケット
３０、３２は、酸化剤ガス導入用孔部３０ａ、３２ａ
と、冷却水排出用孔部３０ｂ、３２ｂと、燃料排出用孔
部３０ｃ、３２ｃとをそれぞれ上部側に設けるととも
に、酸化剤ガス排出用孔部３０ｄ、３２ｄと、冷却水導
入用孔部３０ｅ、３２ｅと、燃料導入用孔部３０ｆ、３
２ｆとをそれぞれ下部側に設ける。A first gasket 30 and a second gasket 32 are provided on both sides of the fuel cell structure 18. First
The gasket 30 has a large opening 34 for accommodating the anode 16 and the second gasket 32 has a large opening 36 for accommodating the cathode 14. As shown in FIG. 4, the first and second gaskets 30 and 32 have oxidant gas introduction holes 30a and 32a.
The cooling water discharge holes 30b and 32b and the fuel discharge holes 30c and 32c, respectively, on the upper side, and the oxidant gas discharge holes 30d and 32d and the cooling water introduction hole 30e. 32e, fuel introduction holes 30f, 3
2f and 2f are respectively provided on the lower side.
【００１４】セパレータ２０は、第１マニホールド板４
２と、この第１マニホールド板４２に当接する第１面圧
発生板４４と、前記第１面圧発生板４４と第２面圧発生
板４６との間で挟持されるセパレータ本体４８と、前記
第２面圧発生板４６に当接する第２マニホールド板５０
とを基本的に備えている。The separator 20 is the first manifold plate 4
2, a first surface pressure generating plate 44 that contacts the first manifold plate 42, a separator body 48 that is sandwiched between the first surface pressure generating plate 44 and the second surface pressure generating plate 46, and The second manifold plate 50 that contacts the second surface pressure generating plate 46
It basically has and.
【００１５】図５に示すように、第１マニホールド板４
２は、矩形状の平板で構成され、その右上隅角部に酸化
剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給用凹部４２ａが
設けられ、それに隣接して冷却水を排出するための冷却
水排出用孔部４２ｂが設けられる。第１マニホールド板
４２の左上隅角部には、未反応メタノール水溶液および
生成された二酸化炭素ガスを排出する燃料排出用孔部４
２ｃが設けられるとともに、この第１マニホールド板４
２の左下隅角部には、酸化剤ガス排出用凹部４２ｄが設
けられ、この酸化剤ガス排出用凹部４２ｄから右下隅角
部に向かって冷却水導入用孔部４２ｅとメタノールと水
を導入する燃料導入用孔部４２ｆとが順次設けられる。
酸化剤ガス供給用凹部４２ａと酸化剤ガス排出用凹部４
２ｄとは、後述する酸化剤ガス用整流板８０を収納する
開口部４５によって連通状態にある。As shown in FIG. 5, the first manifold plate 4
Reference numeral 2 denotes a rectangular flat plate, and an oxidant gas supply recess 42a for supplying an oxidant gas is provided in the upper right corner of the rectangular flat plate, and cooling water discharge for discharging cooling water is provided adjacent to the recess 42a. A hole 42b is provided. In the upper left corner of the first manifold plate 42, a fuel discharge hole 4 for discharging the unreacted methanol aqueous solution and the generated carbon dioxide gas.
2c is provided and this first manifold plate 4
An oxidant gas discharge recess 42d is provided in the lower left corner of the nozzle 2, and the cooling water introducing hole 42e and methanol and water are introduced from the oxidant gas discharge recess 42d toward the lower right corner. The fuel introducing hole 42f is sequentially provided.
Oxidant gas supply recess 42a and oxidant gas discharge recess 4
2d is in communication with the opening 45 that accommodates the rectifying plate 80 for oxidant gas, which will be described later.
【００１６】第１マニホールド板４２と第２マニホール
ド板５０とは、基本的には対称に構成されており、これ
を図６に示す。第２マニホールド板５０についてはその
詳細な説明を省略するが、その上部側に酸化剤ガス供給
用孔部５０ａと冷却水排出用孔部５０ｂと燃料排出用凹
部５０ｃとが設けられる一方、その下部側に酸化剤ガス
排出用孔部５０ｄと冷却水導入用孔部５０ｅと燃料導入
用凹部５０ｆとが設けられる。燃料排出用凹部５０ｃと
燃料導入用凹部５０ｆとは、後述するメタノール水溶液
用整流板８２を収納する開口部５２によって連通状態に
ある。The first manifold plate 42 and the second manifold plate 50 are basically constructed symmetrically, and this is shown in FIG. Although the detailed description of the second manifold plate 50 is omitted, an oxidant gas supply hole 50a, a cooling water discharge hole 50b, and a fuel discharge recess 50c are provided on the upper side of the second manifold plate 50, while the lower part thereof is provided. An oxidant gas discharge hole 50d, a cooling water introduction hole 50e, and a fuel introduction recess 50f are provided on the side. The fuel discharge recessed portion 50c and the fuel introduction recessed portion 50f are in communication with each other through an opening 52 that accommodates a methanol aqueous solution rectifying plate 82 described later.
【００１７】図７に示すように、第１面圧発生板４４
は、電子導電材で構成された平板または後述する酸化剤
ガス用整流板８０と一体化、または同一材で加工製造さ
れたものであり、その上部側には、第１マニホールド板
４２の酸化剤ガス供給用凹部４２ａに連通する酸化剤ガ
ス供給用連通孔４４ａと、冷却水排出用孔部４２ｂに連
通する冷却水排出用連通孔４４ｂと、燃料排出用孔部４
２ｃに連通する連通孔４４ｃとが設けられる。第１面圧
発生板４４の下部側には、第１マニホールド板４２の酸
化剤ガス排出用凹部４２ｄに連通する連通孔４４ｄと、
冷却水導入用孔部４２ｅに連通する連通孔４４ｅと、燃
料導入用孔部４２ｆに連通する連通孔４４ｆとが設けら
れる。As shown in FIG. 7, the first surface pressure generating plate 44
Is a flat plate made of an electronically conductive material, or integrated with a rectifying plate 80 for an oxidant gas described later, or processed and manufactured from the same material, and the oxidizer of the first manifold plate 42 is provided on the upper side thereof. Oxidant gas supply communication hole 44a communicating with gas supply recess 42a, cooling water discharge communication hole 44b communicating with cooling water discharge hole 42b, and fuel discharge hole 4
A communication hole 44c communicating with 2c is provided. A communication hole 44d, which communicates with the oxidant gas discharge recess 42d of the first manifold plate 42, is formed on the lower side of the first surface pressure generating plate 44.
A communication hole 44e that communicates with the cooling water introduction hole portion 42e and a communication hole 44f that communicates with the fuel introduction hole portion 42f are provided.
【００１８】なお、第２面圧発生板４６は、上述した第
１面圧発生板４４と実質的に同一構成であり、その詳細
な説明を省略する。The second surface pressure generating plate 46 has substantially the same structure as the first surface pressure generating plate 44 described above, and a detailed description thereof will be omitted.
【００１９】図８には、第１マニホールド板４２と第２
マニホールド板５０との間に挟持される第３のマニホー
ルド板、すなわち、セパレータ本体４８が示されてい
る。このセパレータ本体４８は、冷却水を供給して燃料
電池構造体１８を冷却するためのものである。比較的厚
めのセパレータ本体４８は、好ましくは導電性緻密材
（中実体）で構成され、第１マニホールド板４２の酸化
剤ガス供給用凹部４２ａ、第１面圧発生板４４の連通孔
４４ａと連通して酸化剤ガスを供給するための孔部４８
ａをその右上隅角部に有する。第１マニホールド板４２
の冷却水排出用孔部４２ｂ、第１面圧発生板４４の連通
孔４４ｂに連通する冷却水排出用凹部４８ｂが前記孔部
４８ａに隣接し、かつこのセパレータ本体４８の略中央
上部に設けられるとともに、左上隅角部には第１マニホ
ールド板４２の燃料排出用孔部４２ｃ、第１面圧発生板
４４の連通孔４４ｃに連通する燃料排出用孔部４８ｃが
設けられる。その左下隅角部には、第１マニホールド板
４２の酸化剤ガス排出用凹部４２ｄ、第１面圧発生板４
４の連通孔４４ｄに連通する酸化剤ガス排出用孔部４８
ｄが設けられ、図８において、冷却水排出用凹部４８ｂ
の直下に冷却水導入用凹部４８ｅが設けられている。そ
の右下隅角部には、燃料導入用孔部４８ｆが設けられ
る。冷却水排出用凹部４８ｂと冷却水導入用凹部４８ｅ
は、大きく画成された開口部６２によって連通状態にあ
る。FIG. 8 shows the first manifold plate 42 and the second manifold plate 42.
A third manifold plate sandwiched with the manifold plate 50, namely the separator body 48, is shown. The separator body 48 is for supplying cooling water to cool the fuel cell structure 18. The relatively thick separator body 48 is preferably made of a conductive dense material (solid body), and communicates with the oxidant gas supply recess 42 a of the first manifold plate 42 and the communication hole 44 a of the first surface pressure generating plate 44. Hole 48 for supplying the oxidizing gas
a at the upper right corner. First manifold plate 42
The cooling water discharge hole 42b and the cooling water discharge recess 48b communicating with the communication hole 44b of the first surface pressure generating plate 44 are provided adjacent to the hole 48a and substantially above the center of the separator body 48. At the same time, a fuel discharge hole 42c of the first manifold plate 42 and a fuel discharge hole 48c communicating with the communication hole 44c of the first surface pressure generating plate 44 are provided at the upper left corner. At the lower left corner, the oxidant gas discharge recess 42d of the first manifold plate 42 and the first surface pressure generating plate 4 are provided.
Oxidizing gas discharge hole 48 communicating with communication hole 44d of No. 4
d is provided, and in FIG. 8, the cooling water discharge recess 48b is provided.
Immediately below the cooling water introduction recess 48e is provided. A fuel introducing hole 48f is provided at the lower right corner. Cooling water discharge recess 48b and cooling water introducing recess 48e
Are in communication with each other by a large defined opening 62.
【００２０】セパレータ本体４８の開口部６２に冷却水
整流板７０、７２が嵌合固定される。冷却水整流板７
０、７２が互いに接合されると、セパレータ本体４８の
厚さと略同じ厚さになる。冷却水整流板７０は、図２に
おいて、垂直方向へと延在する複数本の並列な溝７０ａ
を有し、同様に、冷却水整流板７２も平行な溝７２ａを
複数本並設している。これらの冷却水整流板７０、７２
を合わせると、溝７０ａ、７２ａはそれぞれ大きな冷却
水整流用通路を互いに画成することになり、それぞれの
冷却水整流用通路は、冷却水排出用凹部４８ｂおよび冷
却水導入用凹部４８ｅと連通状態を確保する。Cooling water straightening plates 70 and 72 are fitted and fixed to the opening 62 of the separator body 48. Cooling water straightening plate 7
When 0 and 72 are bonded to each other, the thickness of the separator main body 48 becomes substantially the same as that of the separator body 48. The cooling water straightening plate 70 includes a plurality of parallel grooves 70a extending in the vertical direction in FIG.
Similarly, the cooling water straightening plate 72 also has a plurality of parallel grooves 72a arranged in parallel. These cooling water straightening plates 70, 72
When combined, the grooves 70a and 72a respectively define large cooling water rectifying passages, and the respective cooling water rectifying passages are in communication with the cooling water discharging recess 48b and the cooling water introducing recess 48e. Secure.
【００２１】図１、図２および図９に示すように、第１
マニホールド板４２の開口部４５に酸化剤ガス用整流板
（カソード側要素部材）８０が嵌合される。酸化剤ガス
用整流板８０の一面は平坦に構成され、他面には垂直方
向へと延在する複数本の平行な溝（酸化剤ガス供給用流
体通路）８０ａが形成される。この平行な溝８０ａによ
って酸化剤ガス供給用凹部４２ａと酸化剤ガス排出用凹
部４２ｄとが連通するとともに、該溝８０ａに沿って酸
化剤ガスが重力方向（図１および図９中、矢印Ａ方向参
照）に流される。As shown in FIGS. 1, 2 and 9, the first
An oxidant gas rectifying plate (cathode-side element member) 80 is fitted into the opening 45 of the manifold plate 42. One surface of the rectifying plate 80 for oxidant gas is configured to be flat, and a plurality of parallel grooves (fluid passages for supplying oxidant gas) 80a extending in the vertical direction are formed on the other surface. The parallel groove 80a connects the oxidant gas supply recess 42a and the oxidant gas discharge recess 42d to each other, and the oxidant gas flows along the groove 80a in the direction of gravity (direction of arrow A in FIGS. 1 and 9). See).
【００２２】第２マニホールド板５０の開口部５２にメ
タノール水溶液用整流板（アノード側要素部材）８２が
嵌合される。メタノール水溶液用整流板８２の一面は平
坦に構成され、他面には垂直方向へと延在する複数本の
平行な溝（メタノール水溶液供給用流体通路）８２ａが
形成されている。この平行な溝８２ａによって燃料排出
用凹部５０ｃと燃料導入用凹部５０ｆとが連通するとと
もに、該溝８２ａに沿ってメタノールと水との混合液が
反重力方向に流される（図１および図９中、矢印Ｂ方向
参照）。A rectifying plate (anode-side element member) 82 for aqueous methanol solution is fitted into the opening 52 of the second manifold plate 50. One surface of the rectifying plate 82 for aqueous methanol solution is flat, and a plurality of parallel grooves (fluid passages for supplying aqueous methanol solution) 82a extending in the vertical direction are formed on the other surface. The parallel groove 82a connects the fuel discharge recess 50c and the fuel introduction recess 50f, and the mixed liquid of methanol and water flows along the groove 82a in the antigravity direction (in FIGS. 1 and 9). , Arrow B direction).
【００２３】なお、第１マニホールド板４２と酸化剤ガ
ス用整流板８０の厚さと、第２マニホールド板５０とメ
タノール水溶液用整流板８２の厚さは、実質的に同一で
ある。The thickness of the first manifold plate 42 and the rectifying plate 80 for oxidant gas is substantially the same as the thickness of the second manifold plate 50 and the rectifying plate 82 for aqueous methanol solution.
【００２４】このように構成されるセパレータ本体４８
は、第１面圧発生板４４、第２面圧発生板４６で挟持さ
れ、これらがさらに第１マニホールド板４２、第２マニ
ホールド板５０で挟持される。第１マニホールド板４２
には第２ガスケット３２が当接し、第２マニホールド板
５０には第１ガスケット３０が当接し、それぞれのガス
ケット３０、３２の間に燃料電池構造体１８が挟持され
る。A separator body 48 having the above-mentioned structure
Are sandwiched between the first surface pressure generating plate 44 and the second surface pressure generating plate 46, and these are further sandwiched between the first manifold plate 42 and the second manifold plate 50. First manifold plate 42
The second gasket 32 comes into contact with the second manifold plate 50, and the first gasket 30 comes into contact with the second manifold plate 50, and the fuel cell structure 18 is sandwiched between the gaskets 30 and 32.
【００２５】図２に示す矢印方向に沿って説明すると、
酸化剤ガス用整流板８０を組み込んだ第１マニホールド
板４２、第２ガスケット３２、カソード側電極１４、電
解質膜１２、アノード側電極１６、第１ガスケット３
０、メタノール水溶液用整流板８２を組み込んだ第２マ
ニホールド板５０、第２面圧発生板４６、整流板７０、
７２を組み込んだセパレータ本体４８、第１面圧発生板
４４の如く、これらの組を多数積層し、一方の積層端部
をエンドプレート２２ａに当接させ、他方の積層端部を
エンドプレート２２ｂに当接させ、このエンドプレート
２２ａ、２２ｂがタイロッド２４により一体的に固定さ
れる。A description will be given along the arrow direction shown in FIG.
A first manifold plate 42 incorporating the rectifying plate 80 for oxidant gas, a second gasket 32, a cathode side electrode 14, an electrolyte membrane 12, an anode side electrode 16, and a first gasket 3.
0, a second manifold plate 50 incorporating a methanol aqueous solution rectifying plate 82, a second surface pressure generating plate 46, a rectifying plate 70,
Like the separator main body 48 and the first surface pressure generating plate 44 in which 72 is incorporated, a large number of these sets are laminated, one laminated end portion is brought into contact with the end plate 22a, and the other laminated end portion is arranged on the end plate 22b. The end plates 22a and 22b are brought into contact with each other and are integrally fixed by the tie rods 24.
【００２６】このように構成される直接メタノール型燃
料電池１０の動作について、以下に説明する。The operation of the direct methanol fuel cell 10 thus constructed will be described below.
【００２７】図１に示すように、メタノールと水の混合
液が、直接メタノール型燃料電池１０内の燃料通路、す
なわち、セパレータ２０を構成する第１マニホールド板
４２の燃料導入用孔部４２ｆ、燃料電池構造体１８の燃
料導入用孔部３０ｆ、１２ｆおよび３２ｆ、第２マニホ
ールド板５０の燃料導入用凹部５０ｆ等に導入される。
この混合液は、第２マニホールド板５０の燃料導入用凹
部５０ｆからメタノール水溶液用整流板８２の溝８２ａ
に沿って反重力方向に流される。これにより、アノード
側電極１６には、燃料であるメタノールと水の混合液が
供給される。As shown in FIG. 1, a mixed liquid of methanol and water is used as a fuel passage in the direct methanol fuel cell 10, that is, a fuel introducing hole 42f of the first manifold plate 42 constituting the separator 20 and a fuel. It is introduced into the fuel introduction holes 30f, 12f and 32f of the cell structure 18, the fuel introduction recess 50f of the second manifold plate 50, and the like.
This mixed liquid flows from the fuel introducing concave portion 50f of the second manifold plate 50 to the groove 82a of the methanol aqueous solution rectifying plate 82.
Along the direction of anti-gravity. As a result, a mixed solution of methanol and water as fuel is supplied to the anode 16.
【００２８】一方、酸化剤ガスである空気は、直接メタ
ノール型燃料電池１０内の酸化剤ガス通路、すなわち、
第１マニホールド板４２の酸化剤ガス供給用凹部４２
ａ、燃料電池構造体１８の酸化剤ガス導入用孔部３０
ａ、１２ａおよび３２ａを介して第２マニホールド板５
０の酸化剤ガス供給用孔部５０ａに供給される。酸化剤
ガス供給用凹部４２ａに供給された空気は、酸化剤ガス
用整流板８０の溝８０ａに導入され、この溝８０ａに沿
って重力方向に流通することにより、燃料電池構造体１
８を構成するカソード側電極１４に供給される。なお、
未反応の空気は、第１マニホールド板４２の酸化剤ガス
排出用凹部４２ｄ等を介して直接メタノール型燃料電池
１０の外部に排出される。On the other hand, the air which is the oxidant gas is oxidant gas passage in the direct methanol fuel cell 10, that is,
Oxidant gas supply recess 42 of the first manifold plate 42
a, Oxidizing gas introducing hole 30 of the fuel cell structure 18
second manifold plate 5 via a, 12a and 32a
0 is supplied to the oxidant gas supply hole 50a. The air supplied to the recess 42a for supplying the oxidant gas is introduced into the groove 80a of the rectifying plate 80 for the oxidant gas, and flows in the direction of gravity along the groove 80a, whereby the fuel cell structure 1
8 is supplied to the cathode electrode 14. In addition,
The unreacted air is directly discharged to the outside of the methanol fuel cell 10 through the oxidant gas discharging recess 42d of the first manifold plate 42 and the like.
【００２９】また、冷却水は、第１マニホールド板４２
の冷却水導入用孔部４２ｅ、燃料電池構造体１８の冷却
水導入用孔部３０ｅ、１２ｅおよび３２ｅ、第２マニホ
ールド板５０の冷却水導入用孔部５０ｅからセパレータ
本体４８の冷却水導入用凹部４８ｅに至り、この凹部４
８ｅから冷却水整流板７０、７２の溝７０ａ、７２ａ間
に導入される。そして、この冷却水は、溝７０ａ、７２
ａの間を下方から上方に向かって流動する。The cooling water is the first manifold plate 42.
Cooling water introducing hole 42e, the cooling water introducing holes 30e, 12e and 32e of the fuel cell structure 18, the cooling water introducing hole 50e of the second manifold plate 50 to the cooling water introducing recess of the separator body 48. 48e, this recess 4
8e is introduced between the grooves 70a, 72a of the cooling water straightening plates 70, 72. Then, this cooling water is supplied to the grooves 70a, 72.
Flows from a lower part to an upper part between a.
【００３０】アノード側電極１６では、（１）式に示す
ように、メタノールと水とが反応して炭酸ガスと水素イ
オンが生成される。At the anode 16 the methanol reacts with water to produce carbon dioxide and hydrogen ions, as shown in equation (1).
【００３１】 ＣＨ3 ＯＨ＋Ｈ2 Ｏ → ＣＯ2 ＋６Ｈ+ ＋６ｅ- …（１） 上記の生成された水素イオンは、電解質膜１２をカソー
ド側電極１４側に拡散移動し、このカソード側電極１４
では、（２）式に示すように、空気中の酸素との外部回
路を通って、また電子と反応して水が生成される。CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e − (1) The generated hydrogen ions diffuse and move in the electrolyte membrane 12 to the cathode side electrode 14 side, and the cathode side electrode 14
Then, as shown in the equation (2), water is generated through an external circuit with oxygen in the air and by reacting with electrons.
【００３２】 ６Ｈ+ ＋３／２・Ｏ2 ＋６ｅ- → ３Ｈ2 Ｏ …（２） アノード側電極１６に供給されたメタノール水溶液の
中、未反応メタノール水溶液は、生成された炭酸ガス
（二酸化炭素ガス）と共に第２マニホールド板５０の燃
料排出用凹部５０ｃに供給され、これに連通する連通孔
４４ｃ、燃料排出用孔部４２ｃ、３２ｃ、１２ｃおよび
３０ｃ等を通って直接メタノール型燃料電池１０の外部
に導出される。6H + + 3/2 · O 2 + 6e − → 3H 2 O (2) Among the aqueous methanol solution supplied to the anode 16, the unreacted aqueous methanol solution is generated carbon dioxide gas (carbon dioxide gas). Along with this, it is supplied to the fuel discharge recess 50c of the second manifold plate 50 and is led out to the outside of the methanol fuel cell 10 directly through the communication hole 44c and the fuel discharge hole portions 42c, 32c, 12c and 30c. To be done.
【００３３】この場合、第１の実施形態では、メタノー
ル水溶液用整流板８２の溝８２ａが重力方向に平行に形
成されるとともに、酸化剤ガス用整流板８０の溝８０ａ
が、同様に重力方向に平行に形成される。そして、溝８
２ａには、メタノール水溶液が反重力方向に流される一
方、溝８０ａには、空気が重力方向に流される（図１参
照）。In this case, in the first embodiment, the groove 82a of the methanol aqueous solution rectifying plate 82 is formed parallel to the gravity direction, and the groove 80a of the oxidant gas rectifying plate 80 is formed.
Are similarly formed parallel to the direction of gravity. And groove 8
Aqueous methanol solution flows in the antigravity direction in 2a, while air flows in the groove 80a in the gravity direction (see FIG. 1).
【００３４】このため、燃料であるメタノール水溶液と
酸化剤ガスである空気とが、燃料電池構造体１８内で逆
方向にかつ対向して流れ、この燃料電池構造体１８全体
での温度分布を可及的に少なくすることができる。従っ
て、燃料電池構造体１８から安定した出力電圧を容易か
つ確実に得ることが可能になるという効果が得られる。Therefore, the aqueous methanol solution which is the fuel and the air which is the oxidant gas flow in the fuel cell structure 18 in the opposite directions and opposite to each other, and the temperature distribution in the entire fuel cell structure 18 is allowed. It can be minimized. Therefore, the effect that the stable output voltage can be easily and surely obtained from the fuel cell structure 18 is obtained.
【００３５】さらに、メタノール水溶液は、メタノール
水溶液用整流板８２の溝８２ａに沿って反重力方向に流
される。これにより、（１）式に示すように、メタノー
ル水溶液の反応時に発生する炭酸ガスは、上方に向かっ
て円滑に排出され、この炭酸ガスが燃料電池構造体１８
内に残留することがない。Further, the aqueous methanol solution is made to flow in the antigravity direction along the groove 82a of the straightening plate 82 for aqueous methanol solution. As a result, as shown in the equation (1), carbon dioxide gas generated during the reaction of the aqueous methanol solution is smoothly discharged upward, and this carbon dioxide gas is discharged into the fuel cell structure 18
It does not remain inside.
【００３６】次いで、本発明の第２の実施形態に係る直
接メタノール型燃料電池１００が、図１０に示されてい
る。Next, a direct methanol fuel cell 100 according to the second embodiment of the present invention is shown in FIG.
【００３７】この直接メタノール型燃料電池１００は、
基本的には第１の実施形態に係る直接メタノール型燃料
電池１０と同様に構成されており、酸化剤ガス用整流板
１０２が、前述した酸化剤ガス用整流板８０と異なる構
造を有している。すなわち、酸化剤ガス用整流板１０２
は、その一面が平坦であり、その他面に鉛直方向に向か
って蛇行するラビリンス通路１０２ａを設けている。The direct methanol fuel cell 100 is
Basically, the direct methanol fuel cell 10 according to the first embodiment is configured in the same manner, and the oxidant gas rectifying plate 102 has a structure different from that of the oxidant gas rectifying plate 80 described above. There is. That is, the rectifying plate 102 for the oxidant gas
Has a flat surface on one side and a labyrinth passage 102a meandering in the vertical direction on the other side.
【００３８】このように構成される直接メタノール型燃
料電池１００では、酸化剤ガス用整流板１０２に形成さ
れたラビリンス通路１０２ａに沿って酸化剤ガス（空
気）が重力方向に流される。このため、メタノール水溶
液と酸化剤ガスとは、対向して反対方向に流動し、第１
の実施形態と同様に燃料電池構造体１８全体で温度分布
を可及的に少なくすることができる他、（２）式に示す
ように、酸化剤ガス用整流板１０２側で反応生成される
水が、ラビリンス通路１０２ａに沿って円滑に除去され
るという利点が得られる。In the direct methanol fuel cell 100 thus constructed, the oxidant gas (air) flows in the direction of gravity along the labyrinth passage 102a formed in the rectifier plate 102 for the oxidant gas. Therefore, the aqueous methanol solution and the oxidant gas flow in the opposite directions facing each other.
In the same manner as in the above embodiment, the temperature distribution in the entire fuel cell structure 18 can be reduced as much as possible, and as shown in the formula (2), the water generated by the reaction on the oxidant gas straightening plate 102 side is generated. However, there is an advantage that it is smoothly removed along the labyrinth passage 102a.
【００３９】[0039]
【発明の効果】本発明に係る直接メタノール型燃料電池
では、アノード側要素部材に形成された重力方向に対し
て平行なメタノール水溶液供給用流体通路に沿ってメタ
ノール水溶液が直接供給される一方、カソード側要素部
材に形成されかつ前記メタノール水溶液供給用流体通路
とは反対方向に向かう酸化剤ガス供給用流体通路に沿っ
て酸化剤ガスが供給される。このため、燃料であるメタ
ノール水溶液と酸化剤ガスとが、燃料電池構造体内で逆
方向に流れ、この燃料電池構造体全体の温度分布を可及
的に少なくすることができる。従って、簡単な構成で、
燃料電池構造体における出力電圧を安定化することが可
能になる。In the direct methanol fuel cell according to the present invention, the aqueous methanol solution is directly supplied along the methanol aqueous solution supply fluid passage formed in the anode side element member and parallel to the direction of gravity. The oxidant gas is supplied along the oxidant gas supply fluid passage that is formed in the side element member and extends in the direction opposite to the methanol aqueous solution supply fluid passage. Therefore, the aqueous methanol solution as the fuel and the oxidant gas flow in the fuel cell structure in opposite directions, and the temperature distribution of the entire fuel cell structure can be reduced as much as possible. Therefore, with a simple configuration,
It becomes possible to stabilize the output voltage in the fuel cell structure.
【図１】本発明の第１の実施形態に係る直接メタノール
型燃料電池の縦断面説明図である。FIG. 1 is a vertical cross-sectional explanatory view of a direct methanol fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図１に示す直接メタノール型燃料電池の分解斜
視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the direct methanol fuel cell shown in FIG.
【図３】図２に示す固体高分子電解質膜と電極の正面図
である。FIG. 3 is a front view of a solid polymer electrolyte membrane and electrodes shown in FIG.
【図４】図２に示すガスケットの正面図である。FIG. 4 is a front view of the gasket shown in FIG.
【図５】図２に示す第１マニホールド板の正面図であ
る。5 is a front view of the first manifold plate shown in FIG. 2. FIG.
【図６】図２に示す第２マニホールド板の正面図であ
る。6 is a front view of the second manifold plate shown in FIG. 2. FIG.
【図７】図２に示す面圧発生板の正面図である。FIG. 7 is a front view of the surface pressure generating plate shown in FIG.
【図８】図２に示すセパレータ本体の正面図である。FIG. 8 is a front view of the separator body shown in FIG.
【図９】図２に示す整流板の斜視図である。9 is a perspective view of the current plate shown in FIG. 2. FIG.
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る直接メタノー
ル型燃料電池の要部分解斜視説明図である。FIG. 10 is an exploded perspective view showing a main part of a direct methanol fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
【図１１】従来技術に係る直接メタノール型燃料電池の
概略説明図である。FIG. 11 is a schematic explanatory diagram of a direct methanol fuel cell according to a conventional technique.
１０、１００…直接メタノール型燃料電池 １２…固体高分子電解質膜 １４…カソード
側電極 １６…アノード側電極 １８…燃料電池
構造体 ２０…セパレータ ４２、５０…マ
ニホールド板 ４８…セパレータ本体 ７０、７２…冷
却水整流板 ８０、１０２…酸化剤ガス用整流板 ８０ａ、８２ａ
…溝 ８２…メタノール水溶液用整流板 １０２ａ…ラビ
リンス通路10, 100 ... Direct methanol fuel cell 12 ... Solid polymer electrolyte membrane 14 ... Cathode side electrode 16 ... Anode side electrode 18 ... Fuel cell structure 20 ... Separator 42, 50 ... Manifold plate 48 ... Separator body 70, 72 ... Cooling Water straightening plates 80, 102 ... Rectifying plates for oxidant gas 80a, 82a
... Groove 82 ... Rectifier plate for aqueous methanol solution 102a ... Labyrinth passage
Claims (4)
側電極が対設された燃料電池構造体と、 前記燃料電池構造体を挟持するセパレータと、 を備え、 前記セパレータは、前記アノード側電極に接触する面側
に重力方向に対して平行でかつメタノールが直接流され
るメタノール供給用流体通路が形成されたアノード側要
素部材と、 前記カソード側電極に接触する面側に前記メタノール供
給用流体通路とは反対方向に向かう酸化剤ガス供給用流
体通路が形成されたカソード側要素部材と、 を有することを特徴とする直接メタノール型燃料電池。1. A fuel cell structure in which an anode-side electrode and a cathode-side electrode are opposed to each other with an electrolyte sandwiched between them, and a separator sandwiching the fuel cell structure, wherein the separator is attached to the anode-side electrode. An anode side element member in which a methanol supply fluid passage parallel to the direction of gravity and in which methanol directly flows is formed on a contact surface side, and the methanol supply fluid passage on a surface side in contact with the cathode side electrode Is a cathode-side element member in which a fluid passage for supplying an oxidant gas directed in the opposite direction is formed, and a direct methanol fuel cell.
タノール供給用流体通路は、前記メタノールが直接反重
力方向に向かって流されるように構成されることを特徴
とする直接メタノール型燃料電池。2. The direct methanol fuel cell according to claim 1, wherein the methanol supply fluid passage is configured such that the methanol is caused to flow directly in the antigravity direction.
化剤ガス供給用流体通路は、前記メタノール供給用流体
通路と平行に形成され、かつ酸化剤ガスが重力方向に沿
って流されるように構成されることを特徴とする直接メ
タノール型燃料電池。3. The fuel cell according to claim 1, wherein the oxidant gas supply fluid passage is formed parallel to the methanol supply fluid passage, and the oxidant gas is allowed to flow along the direction of gravity. A direct methanol fuel cell characterized in that it is configured.
化剤ガス供給用流体通路は、ラビリンス構造を有するこ
とを特徴とする直接メタノール型燃料電池。4. The direct methanol fuel cell according to claim 1, wherein the oxidant gas supplying fluid passage has a labyrinth structure.
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