JP2001093541A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell

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JP2001093541A
JP2001093541A JP26720899A JP26720899A JP2001093541A JP 2001093541 A JP2001093541 A JP 2001093541A JP 26720899 A JP26720899 A JP 26720899A JP 26720899 A JP26720899 A JP 26720899A JP 2001093541 A JP2001093541 A JP 2001093541A
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JP
Japan
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fuel
fuel cell
electrode
cell
heating
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Application number
JP26720899A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Akasaka
芳浩 赤坂
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell that makes a liquid fuel supply system simple, with smooth vaporization and shortened start time, and also can promote miniaturization. SOLUTION: The fuel cell includes unit batteries 10 each including a fuel electrode, an oxidizer electrode opposite to the fuel electrode, and an electrolyte layer interposed in between. A plurality of the unit batteries are stacked one on another, while intervening a fuel penetration/vaporization plate (11) into which a liquid fuel is introduced. Moreover, the fuel introduction side of the fuel battery is provided with heating means 8 for heating the fuel penetration/ vaporization plate.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池に係り、特
に燃料をスムーズに気化することが可能な小型化に適し
た燃料電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to a fuel cell suitable for miniaturization capable of smoothly vaporizing fuel.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は、単独の発電装置としては効
率が優れていることから最近注目されている電源であ
る。こうした燃料電池は、燃料としてガスを使用するリ
ン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体電解質型
燃料電池、およびアルカリ性電解液型燃料電池と、燃料
として液体を使用するメタノール燃料電池およびヒドラ
ジン燃料電池等とに大別される。
2. Description of the Related Art A fuel cell is a power source that has recently attracted attention because of its high efficiency as a single power generator. Such fuel cells include a phosphoric acid fuel cell, a molten carbonate fuel cell, a solid electrolyte fuel cell, and an alkaline electrolyte fuel cell using gas as fuel, and a methanol fuel cell and hydrazine using liquid as fuel. They are roughly divided into fuel cells and the like.

【0003】社会的な動向として、OA機器、オーディ
オ機器、無線機器等の各種機器は、半導体技術の発達と
ともに小型化され、さらにポータブル性が要求されてい
る。このような要求を満足するための発電源としては、
手軽な一次電池や二次電池等が使用されている。
[0003] As a social trend, various devices such as OA devices, audio devices, and wireless devices are required to be miniaturized with the development of semiconductor technology and to be more portable. As a power source to satisfy such demands,
Easy primary batteries and secondary batteries are used.

【0004】しかしながら、一次電池や二次電池は、機
能上使用時間に制限があるので、このような電池を用い
たOA機器等では、当然ながら使用時間が限定される。
これらの電池を使用した場合、電池の放電が終了した後
に、電池を交換してOA機器等を動かすことはできるも
のの、一次電池ではその重量に対して使用時間が短いた
めにポータブルな機器には不向きである。一方、二次電
池では、放電が終了すると充電することができる半面、
充電のために電源が必要で使用場所が制限される。しか
も、充電に時間がかかるという欠点がある。
However, the primary battery and the secondary battery have a limited use time in terms of function, so that the use time of an OA device or the like using such a battery is naturally limited.
When these batteries are used, after the batteries have been discharged, the batteries can be replaced and the OA equipment can be moved, but the primary battery has a short usage time with respect to its weight, so it is not suitable for portable equipment. Not suitable. On the other hand, a secondary battery can be charged when discharge ends,
A power source is required for charging, and the place of use is limited. In addition, there is a disadvantage that charging takes time.

【0005】このように、各種小型機器を長時間作動さ
せるには、従来の一次電池や二次電池の延長では対応が
難しく、より長時間の作動に好適に用いられる電池が要
求されている。
As described above, in order to operate various small devices for a long time, it is difficult to cope with the extension of the conventional primary battery or secondary battery, and there is a demand for a battery suitably used for a longer operation.

【0006】こうした要求に応えるための一つの解決策
として、燃料電池が挙げられる。燃料電池は、燃料と酸
化剤とを供給するだけで発電できるという利点を有して
おり、燃料を交換すれば連続して発電することが可能で
ある。このため、小型化を図ることができれば、燃料電
池は、消費電力が小さいOA機器等の小型機器の作動に
極めて有利なシステムといえる。
[0006] One solution to meet such demands is a fuel cell. The fuel cell has an advantage that power can be generated only by supplying the fuel and the oxidant, and it is possible to continuously generate power by replacing the fuel. For this reason, if the size can be reduced, the fuel cell can be said to be a very advantageous system for the operation of small devices such as OA devices with low power consumption.

【0007】燃料電池は、酸化剤として空気を使用する
ことができるため、酸化剤の観点からは使用場所や使用
時間等に制限を受けることはない。しかしながら、燃料
としてガスを使用する場合は、OA機器等の消費電力が
小さいとはいえ、ガスの密度を考えると発電に要するガ
ス量は大きく、電池の小型化には不向きである。これに
対して、液体燃料はガスよりも密度が高く、小型機器用
燃料電池の燃料としては圧倒的に有利である。したがっ
て、高濃度の液体燃料を用いた燃料電池が小型化できれ
ば、従来にない長時間作動が可能な小型装置用の電源を
実現することができる。
[0007] Since the fuel cell can use air as an oxidizing agent, there is no restriction on the place of use, the use time, and the like from the viewpoint of the oxidizing agent. However, when gas is used as a fuel, although the power consumption of OA equipment and the like is small, the gas amount required for power generation is large considering the density of the gas, which is not suitable for miniaturization of batteries. On the other hand, liquid fuel has a higher density than gas, and is overwhelmingly advantageous as a fuel for a fuel cell for a small device. Therefore, if a fuel cell using a high-concentration liquid fuel can be miniaturized, a power source for a small device that can operate for a long time, which has not been available in the past, can be realized.

【0008】例えば、液体燃料としてメタノールを用い
たメタノール燃料電池は、電池本体への燃料供給方法に
よって、液体燃料をそのまま電池本体に供給する液体供
給型と、液体燃料を気化させてから電池本体に供給する
気化供給型とに大別される。
[0008] For example, a methanol fuel cell using methanol as a liquid fuel is a liquid supply type in which liquid fuel is supplied to the cell body as it is, or a liquid supply type in which liquid fuel is vaporized and then supplied to the cell body. It is roughly divided into a vaporization supply type that supplies.

【0009】液体供給型のシステムでは、電極反応が液
体燃料との間で行われるため、メタノールをガス化して
電極反応を行う場合よりも低活性で性能が低くなるとい
う問題が生じる。さらに、パーフルオロスルホン酸(商
品名:Nafion DuPont社製)などのプロト
ン導電性固体高分子膜などを電解質として用いる際に
は、メタノール等の液体有機燃料を酸化剤極側に透過し
てしまうクロスオーバーの問題も生じる。
In the liquid supply type system, since the electrode reaction is carried out with the liquid fuel, there is a problem that the activity is lower and the performance is lower than in the case where the electrode reaction is carried out by gasifying methanol. Furthermore, when a proton-conductive solid polymer membrane such as perfluorosulfonic acid (trade name: manufactured by Nafion DuPont) is used as an electrolyte, a cloth that permeates a liquid organic fuel such as methanol to the oxidant electrode side. There is also the problem of over.

【0010】一方、気化供給型においては、液体燃料タ
ンクからポンプで送られたメタノールなどの液体燃料を
気化器などの補器により気化し、気化された燃料をブロ
ワで電池本他に供給する方法も知られている。この方法
においても、気化させるための補器が必要となるので装
置の大型化を招くという問題が生じる。
On the other hand, in the vaporization supply type, a method is used in which a liquid fuel such as methanol pumped from a liquid fuel tank is vaporized by an auxiliary device such as a vaporizer and the vaporized fuel is supplied to a battery or the like by a blower. Is also known. Also in this method, there is a problem that an auxiliary device for vaporizing is required, which results in an increase in the size of the device.

【0011】燃料電池は、通常複数の単電池を積層した
スタックの形で実用されるものである。ポンプやブロワ
で予め気化した燃料を圧送する場合には、各単電池へ供
給する途中で気化された燃料が凝結したり、スタックの
積層方向における燃料の温度が異なることがある。こう
した場合には、スタックを構成する単電池の性能がばら
つくおそれがある。
A fuel cell is generally used in the form of a stack in which a plurality of unit cells are stacked. When the fuel vaporized in advance is pumped by a pump or a blower, the vaporized fuel may condense during the supply to each unit cell, or the temperature of the fuel in the stacking direction of the stack may be different. In such a case, the performance of the cells constituting the stack may vary.

【0012】また、冬季に低温状態におかれた場合、メ
タノール等の液体燃料は気化することが困難となって、
電池立ち上がりの速度は極めて遅れてしまうという問題
があった。
Further, when the temperature is low in winter, liquid fuel such as methanol becomes difficult to vaporize.
There has been a problem that the rising speed of the battery is extremely delayed.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の燃料
電池における上述したような問題点を解決して、小型機
器の電源として有用な小型燃料電池を提供するために行
われたものであり、液体燃料の供給システムを簡素化す
るとともに、燃料の気化をスムーズに行って電池起動時
間を短縮し、しかも小型化を図ることを可能にした燃料
電池を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the conventional fuel cell and to provide a small fuel cell useful as a power source for small equipment. It is another object of the present invention to provide a fuel cell which simplifies a liquid fuel supply system, smoothly evaporates the fuel, shortens the battery start-up time, and achieves downsizing.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、燃料極と、この燃料極に対向して配置さ
れた酸化剤極と、これらの燃料極および酸化剤極に挟持
された電解質層とを有する単電池が燃料浸透気化板を介
して複数層積層され、液体燃料が前記燃料浸透気化板に
導入される燃料電池において、前記燃料浸透気化板を加
熱するための加熱手段を、燃料導入側に具備することを
特徴とする燃料電池を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, the present invention provides a fuel electrode, an oxidizer electrode disposed opposite to the fuel electrode, and sandwiched between the fuel electrode and the oxidizer electrode. Heating unit for heating the fuel permeation vaporizing plate in a fuel cell in which a plurality of unit cells each having a separated electrolyte layer are stacked via a fuel permeation vaporizing plate and a liquid fuel is introduced into the fuel permeation vaporizing plate. Is provided on the fuel introduction side.

【0015】また本発明は、燃料極と、この燃料極に対
向して配置される酸化剤極と、前記燃料極および酸化剤
極に挟持された電解質層とを有する単電池が燃料浸透気
化板を介して複数層積層され、液体燃料が前記燃料浸透
気化板に導入される燃料電池において、前記燃料浸透気
化板に直接通電して、これを加熱する手段を具備するこ
とを特徴とする燃料電池を提供する。
According to the present invention, there is provided a fuel cell having a fuel electrode, an oxidant electrode disposed opposite to the fuel electrode, and an electrolyte layer sandwiched between the fuel electrode and the oxidant electrode. A fuel cell in which liquid fuel is introduced into the fuel pervaporation plate by means of a fuel cell, wherein the fuel cell comprises means for directly energizing and heating the fuel pervaporation plate. I will provide a.

【0016】以下、本発明を詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail.

【0017】本発明の燃料電池の一例の構成を表す概略
図を図1に示す。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an example of the fuel cell of the present invention.

【0018】図示するように、本発明の燃料電池は、基
本的には、燃料タンク1、燃料電池本体2、燃料を本体
に導入する導入管3により構成される。
As shown, the fuel cell of the present invention basically comprises a fuel tank 1, a fuel cell main body 2, and an introduction pipe 3 for introducing fuel into the main body.

【0019】液体燃料タンク1中の貯液部5に液体燃料
が収容され、この内部には芯体6が設けられている。さ
らに燃料タンク1は、その上部側面には透過膜4が設け
られ、底部のジャンクション7によって導入管3に接続
されている。
Liquid fuel is stored in a liquid storage section 5 in the liquid fuel tank 1, and a core 6 is provided inside the liquid fuel. Further, the fuel tank 1 is provided with a permeable membrane 4 on the upper side surface, and is connected to the introduction pipe 3 by a junction 7 on the bottom.

【0020】燃料電池本体2は、複数層のMEA(Me
mbrane ElectrodeAssembly)
10が燃料浸透気化板11を介して積層されており、各
燃料浸透気化板11には導入管3により導入された液体
燃料が、レシーバー13を経てそれぞれ供給される。
The fuel cell body 2 has a plurality of layers of MEAs (Me
mbrane ElectrodeAssembly)
Numerals 10 are stacked via a fuel permeable vaporizing plate 11, and the liquid fuel introduced by the introduction pipe 3 is supplied to each fuel permeable vaporizing plate 11 via a receiver 13.

【0021】図1には示していないが、MEA10にお
いては、燃料極(アノード)と酸化剤極(カソード)と
が対向配置され、これらの間に電解質板が挟持された構
成であり、燃料極には燃料浸透気化板11が隣接してい
る。同様に図示していないが、各電池を分離する役目を
果たすセパレーターの酸化剤極側には、酸化剤導入溝が
形成されている。この酸化剤導入溝の一端から空気など
の酸化剤を導入し、他端から排出させることによって酸
化剤極へ酸化剤が供給される。
Although not shown in FIG. 1, the MEA 10 has a configuration in which a fuel electrode (anode) and an oxidant electrode (cathode) are arranged to face each other, and an electrolyte plate is sandwiched between them. Is adjacent to the fuel pervaporation plate 11. Similarly, although not shown, an oxidant introduction groove is formed on the oxidant electrode side of the separator that functions to separate the batteries. An oxidant such as air is introduced from one end of the oxidant introduction groove and discharged from the other end, whereby the oxidant is supplied to the oxidant electrode.

【0022】MEA10におけるこうした燃料極および
酸化剤極は、気化した燃料や酸化剤ガスを流通させると
ともに電子を通すように、導電性の多孔質体で形成され
ている。
The fuel electrode and the oxidant electrode in the MEA 10 are formed of a conductive porous material so that the vaporized fuel and the oxidant gas can flow and pass electrons.

【0023】また、図示するように、本発明の燃料電池
においては、レシーバー13と各燃料浸透気化板11と
の間には、燃料浸透気化板11を一括して加熱するため
の通電発熱可能な加熱手段(ヒーターユニット)8が配
置されている。
Further, as shown in the drawing, in the fuel cell of the present invention, between the receiver 13 and each fuel permeable vaporizing plate 11, it is possible to conduct and generate heat for heating the fuel permeable vaporizing plate 11 collectively. A heating means (heater unit) 8 is provided.

【0024】燃料電池本体2のガス排出側の側面にはガ
ス透過膜12が設けられており、本体の下部には、タン
ク接続部14、予熱電源および回路15、コネクター1
6が備えられている。
A gas permeable membrane 12 is provided on the side of the fuel cell main body 2 on the gas discharge side, and a tank connecting portion 14, a preheating power supply and circuit 15, a connector 1
6 are provided.

【0025】ここで、本発明の燃料電池におけるヒータ
ーユニット8について、図面を参照して詳細に説明す
る。ヒーターユニット8は、例えば図2に示すような構
成とすることができる。図2(a)はヒーターユニット
8の正面図を表しており、図2(b)は、ヒーターユニ
ット8の断面図を表している。
Here, the heater unit 8 in the fuel cell of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The heater unit 8 can be configured, for example, as shown in FIG. FIG. 2A is a front view of the heater unit 8, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the heater unit 8.

【0026】ヒーターユニット8は、図2(b)に示す
ように、外殻21と、この内部に配置された発熱体22
とにより構成される。
As shown in FIG. 2B, the heater unit 8 includes an outer shell 21 and a heating element 22 disposed inside the outer shell 21.
It is composed of

【0027】ヒーターユニット8の外殻は、電気絶縁性
であるフッ素系樹脂やシリコン樹脂、および電気絶縁
性、熱伝導性の優れた炭化物系セラミックス、酸化物系
セラミックス、ホウ素化物セラミックスにより構成され
ることが好ましい。なお本発明においては、ヒーターユ
ニット外殻として窒化物系セラミックスを用いない。窒
化物系セラミックスは、熱伝導性は良好であるものの、
燃料中に含まれる水分と窒化物系セラミックスとが反応
してアンモニアガスが生成するおそれがあるためであ
る。ヒーターユニット外殻は、電気絶縁性に優れるテフ
ロン、シリコンラバー、またはポリエチレンにより構成
してもよい。
The outer shell of the heater unit 8 is made of an electrically insulating fluorine resin or silicon resin, and a carbide ceramic, an oxide ceramic or a boride ceramic having excellent electric insulation and heat conductivity. Is preferred. In the present invention, a nitride ceramic is not used as the outer shell of the heater unit. Although nitride-based ceramics have good thermal conductivity,
This is because the moisture contained in the fuel may react with the nitride ceramics to generate ammonia gas. The outer shell of the heater unit may be made of Teflon, silicon rubber, or polyethylene having excellent electrical insulation.

【0028】具体的には、ヒーターユニット外殻を構成
する材料としては、電気絶縁性、熱伝導性のよいSi
C、TiC、WC、W2C、ZrC、VC、NbC、H
fC、BeO、MgO、CaO、Al23、ThO2
ZrO2、UO2、CeO2、ZrB2、TiB2、Hf
B、およびTaB2等が挙げられる。
Specifically, the material constituting the outer shell of the heater unit is Si, which has good electrical insulation and heat conductivity.
C, TiC, WC, W 2 C, ZrC, VC, NbC, H
fC, BeO, MgO, CaO, Al 2 O 3 , ThO 2 ,
ZrO 2 , UO 2 , CeO 2 , ZrB 2 , TiB 2 , Hf
B, TaB 2 and the like.

【0029】ヒーターユニット外殻の内部に設けられる
ヒーターユニット内発熱体22は、発熱抵抗特性を有す
る焼結体または金属体あるいはこれらの複合体であるこ
とが好ましい。
It is preferable that the heater 22 in the heater unit provided inside the outer shell of the heater unit is a sintered body, a metal body, or a composite body having a heating resistance characteristic.

【0030】具体的には、発熱体22としては、Au、
Pt、Ni、Cr、W、Ta、Mo、Nb、Ti、Z
r、Si、C、La、V、Fe、O、Coからなる群か
ら選ばれる金属発熱体および非金属発熱体とすることが
できる。
Specifically, as the heating element 22, Au,
Pt, Ni, Cr, W, Ta, Mo, Nb, Ti, Z
Metal heating elements and non-metal heating elements selected from the group consisting of r, Si, C, La, V, Fe, O, and Co can be used.

【0031】なお、図示するように断熱・蓄熱ユニット
9を、ヒーターユニット8の反対側であるガス排出部に
設けることもできるが、必ずしも必要ではない。こうし
た断熱・蓄熱ユニット9は、発熱抵抗特性を有しない
が、電池反応により発生した熱の断熱および熱を蓄える
ことが可能なものであり、図3に示すような形状とする
ことができる。
As shown in the figure, the heat insulation / heat storage unit 9 can be provided at the gas discharge portion opposite to the heater unit 8, but it is not always necessary. Although the heat insulation / heat storage unit 9 does not have the heat generation resistance characteristic, it can store the heat insulation and the heat generated by the battery reaction, and can have a shape as shown in FIG.

【0032】断熱・蓄熱ユニット9は、例えば、ウレタ
ンフォーム、ポリスチレンフォーム、ラバーフォーム、
イソシアヌレートフォーム、スチレンフォーム、フェノ
ールフォーム、尿素フォーム、炭化コルク、ケイ酸カル
シウム板、フォームグラス、ロックウール、グラスファ
イバー、ガラスフォーム、シリカフォーム、コルク、マ
グネシア、バーミキュライト、酸化鉄系煉瓦およびこれ
らの複合品により構成することができる。
The heat insulation / heat storage unit 9 includes, for example, urethane foam, polystyrene foam, rubber foam,
Isocyanurate foam, styrene foam, phenol foam, urea foam, carbonized cork, calcium silicate plate, foam glass, rock wool, glass fiber, glass foam, silica foam, cork, magnesia, vermiculite, iron oxide brick and composites thereof It can be constituted by a product.

【0033】図4には、本発明の燃料電池の他の例の構
成を表す概略図を示す。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of another example of the fuel cell of the present invention.

【0034】図示する燃料電池においては、燃料浸透気
化板11に直接通電して、これを加熱する手段18がさ
らに設けられている。それ以外は、図1に示した燃料電
池と同様の構成である。なお、図4に示すように各燃料
浸透気化板に直接通電加熱する手段18を設ける場合に
は、燃料浸透気化板11を一括して加熱するためのヒー
ターユニット8を省略することも可能である。
The fuel cell shown in the drawing is further provided with a means 18 for directly energizing the fuel pervaporation plate 11 and heating it. Otherwise, the configuration is the same as that of the fuel cell shown in FIG. When the means 18 for directly energizing and heating the fuel pervaporation plates is provided as shown in FIG. 4, the heater unit 8 for heating the fuel pervaporation plates 11 collectively can be omitted. .

【0035】上述したように、燃料気化浸透板を一括し
て加熱するためのヒーターユニット8、あるいは燃料浸
透気化板を直接通電加熱する手段18を設けているの
で、本発明の燃料電池は、電池起動時に必要な燃料を迅
速に気化することが可能となる。しかも本発明の燃料電
池においては、大がかりな補器などを使用せずに液体燃
料を気化することができるので、装置の小型化を図るこ
とが可能となる。
As described above, since the heater unit 8 for heating the fuel vaporized perforated plate at a time or the means 18 for directly energizing and heating the fuel vaporized perforated plate is provided, the fuel cell of the present invention is It is possible to quickly vaporize the fuel required at startup. Moreover, in the fuel cell of the present invention, the liquid fuel can be vaporized without using a large auxiliary device or the like, so that the size of the device can be reduced.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】以下、具体例を示して本発明をさ
らに詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples.

【0037】(実施例1)本実施例においては、断熱・
蓄熱ユニット9を設けない以外は、図1に示したものと
同様の燃料電池を構成した。
(Embodiment 1) In this embodiment, heat insulation and
A fuel cell similar to that shown in FIG. 1 was configured except that the heat storage unit 9 was not provided.

【0038】ヒーターユニット8としては、絶縁性に優
れるテフロンを外殻21とし、シースタイプのニクロム
発熱体を発熱体22として図2(b)に示したように内
部に配線した。
As the heater unit 8, Teflon having excellent insulating properties was used as the outer shell 21, and a sheath-type nichrome heating element was used as the heating element 22 and wired inside as shown in FIG. 2B.

【0039】MEA10としては、50mm×50m
m、膜厚0.18mmの高分子電解質膜であるナフィオ
ン117(デュポン社製)を用いた。燃料極は、撥水処
理したカーボン層を塗布したカーボンクロス表面に膜厚
50μmの触媒層(Pt/Ru=1/1、4.0mg/
cm2)を有する多孔質体により構成した。また酸化剤
極は、撥水処理したカーボン層を塗布したカーボンクロ
ス表面に膜厚50μmの触媒層(Pt Black、
4.0mg/cm2)を有する多孔質体により構成し
た。燃料極および酸化剤極とも、そのサイズは、33m
m×33mm、膜厚0.4mmとした。
The MEA 10 is 50 mm × 50 m
m, Nafion 117 (manufactured by DuPont), which is a polymer electrolyte membrane having a thickness of 0.18 mm, was used. The fuel electrode was a 50 μm-thick catalyst layer (Pt / Ru = 1/1, 4.0 mg / m) on the surface of the carbon cloth coated with the water-repellent carbon layer.
cm 2 ). The oxidizer electrode is formed by coating a 50 μm-thick catalyst layer (Pt Black,
4.0 mg / cm 2 ). The size of both the fuel electrode and the oxidizer electrode is 33 m
mx 33 mm, thickness 0.4 mm.

【0040】MEA上には、カーボン製のセパレータ
(33mm×33mm、厚さ4mm)それぞれ圧接して
気密化した。各セパレーターには、それぞれ深さ1mm
の溝を切削加工により形成した。酸化剤極側に配置され
たセパレーターに形成された溝には、酸化剤ガスとして
の空気が導入される。燃料極側に設置されたセパレータ
に形成された溝には、燃料としてのメタノールおよび水
が、電池外部に設けられたタンクから供給される。
The carbon separators (33 mm × 33 mm, thickness 4 mm) were pressed against the MEA to make them airtight. Each separator has a depth of 1mm
Were formed by cutting. Air as an oxidant gas is introduced into a groove formed in the separator arranged on the oxidant electrode side. Methanol and water as fuel are supplied from a tank provided outside the cell to a groove formed in the separator provided on the fuel electrode side.

【0041】このようにして得られた燃料電池の積層方
向に、2kgf/cm2の圧力で加圧して固定した。
The fuel cell thus obtained was pressed and fixed at a pressure of 2 kgf / cm 2 in the stacking direction.

【0042】上述したような構成の燃料電池を、次の手
順で起動した。
The fuel cell having the above-described configuration was started in the following procedure.

【0043】始めに、スタック本体に内蔵されている予
熱電源16から、電圧3.5Vをヒーターユニット8に
印加しつつ、燃料極側に設けられたセパレータにメタノ
ールと水との混合溶液を、その利用率が60%となるよ
うに供給した。一方、酸化剤極側に設けられたセパレー
タの溝には、酸化剤ガスとしての空気を、その利用率が
20%となるように供給した。
First, while applying a voltage of 3.5 V to the heater unit 8 from the preheating power supply 16 built in the stack body, a mixed solution of methanol and water was supplied to the separator provided on the fuel electrode side. Supplied so that the utilization rate might be 60%. On the other hand, air as an oxidant gas was supplied to the groove of the separator provided on the oxidant electrode side so that the utilization rate became 20%.

【0044】本実施例の電池を0℃から起動した際のセ
ル電圧の経時変化を、図5のグラフ中に曲線aとして示
す。
The change over time of the cell voltage when the battery of this embodiment was started from 0 ° C. is shown as a curve a in the graph of FIG.

【0045】図5のグラフに示されるように本実施例の
燃料電池は、40秒というという極めて短い時間で、電
圧が1Vに安定している。
As shown in the graph of FIG. 5, in the fuel cell of this embodiment, the voltage is stabilized at 1 V in a very short time of 40 seconds.

【0046】(実施例2)図1に示した構成の燃料電池
を用いた。すなわち、断熱・蓄熱ユニット9を設けた以
外は、前述の実施例1と同様の条件の燃料電池を構成し
た。これを前述と同様の条件で運転した後、電池の発電
を終了させ、5分後に再起動した。この際の燃料電池の
セル電圧の経時変化を、図5のグラフ中に曲線bとして
示す。
Example 2 A fuel cell having the structure shown in FIG. 1 was used. That is, a fuel cell was constructed under the same conditions as in Example 1 except that the heat insulation / heat storage unit 9 was provided. The battery was operated under the same conditions as described above, the power generation of the battery was terminated, and the battery was restarted after 5 minutes. The change over time of the cell voltage of the fuel cell at this time is shown as a curve b in the graph of FIG.

【0047】図5のグラフに示されるように本実施例の
燃料電池は、40秒というという極めて短い時間で、電
圧が1Vに安定している。
As shown in the graph of FIG. 5, in the fuel cell of this embodiment, the voltage is stabilized at 1 V in a very short time of 40 seconds.

【0048】(実施例3)図1に示した構成の燃料電池
を用いた。すなわち、断熱・蓄熱ユニット9を設けた以
外は、前述の実施例1と同様の条件の燃料電池を構成し
た。この燃料電池を、次の手順で運転した。
Example 3 A fuel cell having the structure shown in FIG. 1 was used. That is, a fuel cell was constructed under the same conditions as in Example 1 except that the heat insulation / heat storage unit 9 was provided. This fuel cell was operated in the following procedure.

【0049】まず、スタック本体に内蔵されている予熱
電源16から、ヒーターユニット8に電圧3.5Vを印
加した。ヒーターユニット8が60℃まで昇温している
ことを確認した後、燃料極側に設けられたセパレータに
メタノールと水との混合溶液を、その利用率が60%と
なるように供給した。一方、酸化剤極側に設けられたセ
パレータの溝に、酸化剤ガスとしての空気を、その利用
率が20%となるように供給した。
First, a voltage of 3.5 V was applied to the heater unit 8 from the preheating power supply 16 built in the stack body. After confirming that the temperature of the heater unit 8 was raised to 60 ° C., a mixed solution of methanol and water was supplied to a separator provided on the fuel electrode side so that the utilization rate became 60%. On the other hand, air as an oxidant gas was supplied to the groove of the separator provided on the oxidant electrode side so that the utilization rate became 20%.

【0050】本実施例の電池を0℃から起動した際のセ
ル電圧の経時変化を、図5のグラフ中に曲線cとして示
す。
The change over time of the cell voltage when the battery of this example was started from 0 ° C. is shown as a curve c in the graph of FIG.

【0051】図5のグラフに示されるように本実施例の
燃料電池は、立ち上がりが早く、立ち上げ後、20秒と
いう極めて短い時間で、電圧が1Vに安定している。
As shown in the graph of FIG. 5, in the fuel cell of this embodiment, the voltage rises quickly, and the voltage is stabilized at 1 V in a very short time of 20 seconds after the fuel cell rises.

【0052】(比較例)ヒーターユニット8を設けない
以外は、図1に示したものと同様の燃料電池を構成し、
前述と同様の条件で運転した。この電池のセル電圧の経
時変化を、図5のグラフ中に曲線dとして示す。
Comparative Example A fuel cell similar to that shown in FIG. 1 was constructed except that the heater unit 8 was not provided.
The operation was performed under the same conditions as described above. The change over time of the cell voltage of this battery is shown as a curve d in the graph of FIG.

【0053】図5のグラフに示されるように比較例の電
池は、運転開始直後の電圧上昇に多くの時間を要してい
る。具体的には、1Vのセル電圧を得るのに180秒も
の時間が必要であり、この電池は短時間で駆動できない
ことがわかる。
As shown in the graph of FIG. 5, in the battery of the comparative example, it takes much time for the voltage to rise immediately after the start of operation. Specifically, it takes 180 seconds to obtain a cell voltage of 1 V, which indicates that this battery cannot be driven in a short time.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
液体燃料の供給システムを簡素化するとともに、燃料の
気化をスムーズに行って電池起動時間を短縮し、しかも
小型化を図ることを可能にした燃料電池が提供される。
本発明の燃料電池は、冬季または低温状態においても短
時間で良好に起動することができ、その工業的価値は大
きい。
As described in detail above, according to the present invention,
A fuel cell is provided, which simplifies a liquid fuel supply system, smoothly evaporates fuel, shortens the battery start-up time, and enables downsizing.
INDUSTRIAL APPLICABILITY The fuel cell of the present invention can be started well in a short time even in winter or in a low temperature state, and its industrial value is great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の燃料電池の一例の構成を表す概略図。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an example of a fuel cell according to the present invention.

【図2】本発明の燃料電池に用いられるヒーターユニッ
トの一例を表す概略図。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a heater unit used in the fuel cell of the present invention.

【図3】本発明の燃料電池に用いられ得る断熱・蓄熱ユ
ニットの一例を表す概略図。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a heat insulation / heat storage unit that can be used in the fuel cell of the present invention.

【図4】本発明の燃料電池の他の例の構成を表す概略
図。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of another example of the fuel cell of the present invention.

【図5】起動時間とセル電圧との関係を表すグラフ図。FIG. 5 is a graph showing a relationship between a start-up time and a cell voltage.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…燃料タンク 2…燃料電池本体 3…導入管 4…透過膜 5…貯液部 6…芯体 7…ジャンクション 8…ヒーターユニット 9…断熱・蓄熱ユニット 10…MEA 11…燃料浸透気化板 12…ガス透過膜 13…レシーバー 14…タンク接続部 15…予熱電源および回路 16…コネクター 18…直接通電加熱手段 21…ヒーターユニット外殻 22…ヒーターユニット内発熱体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel tank 2 ... Fuel cell main body 3 ... Introductory pipe 4 ... Permeation membrane 5 ... Liquid storage part 6 ... Core 7 ... Junction 8 ... Heater unit 9 ... Heat insulation / heat storage unit 10 ... MEA 11 ... Fuel permeation vaporization plate 12 ... Gas permeable membrane 13 ... Receiver 14 ... Tank connection 15 ... Preheating power supply and circuit 16 ... Connector 18 ... Direct current heating means 21 ... Heater unit outer shell 22 ... Heater inside heating unit

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料極と、この燃料極に対向して配置さ
れた酸化剤極と、これらの燃料極および酸化剤極に挟持
された電解質層とを有する単電池が燃料浸透気化板を介
して複数層積層され、液体燃料が前記燃料浸透気化板に
導入される燃料電池において、 前記燃料浸透気化板を加熱するための加熱手段を、燃料
導入側に具備することを特徴とする燃料電池。
1. A unit cell comprising a fuel electrode, an oxidant electrode disposed opposite to the fuel electrode, and an electrolyte layer sandwiched between the fuel electrode and the oxidant electrode, via a fuel permeable vaporizing plate. A fuel cell in which a plurality of layers are stacked and liquid fuel is introduced into the fuel osmotic vaporizing plate, wherein a heating means for heating the fuel osmotic vaporizing plate is provided on the fuel introduction side.
【請求項2】 電池反応により発生した熱の断熱および
熱を蓄えることができるとともに発熱抵抗特性を有しな
い断熱・蓄熱ユニットを、前記加熱手段の反対側である
ガス排出部に具備することを特徴とする請求項1に記載
の燃料電池。
2. A gas discharge unit, which is on the opposite side of said heating means, is provided with a heat insulation / heat storage unit capable of storing heat generated by a battery reaction and storing heat and having no heat generation resistance characteristic. The fuel cell according to claim 1, wherein
【請求項3】 燃料極と、この燃料極に対向して配置さ
れる酸化剤極と、前記燃料極および酸化剤極に挟持され
た電解質層とを有する単電池が燃料浸透気化板を介して
複数層積層され、液体燃料が前記燃料浸透気化板に導入
される燃料電池において、 前記燃料浸透気化板に直接通電して、これを加熱する手
段を具備することを特徴とする燃料電池。
3. A unit cell comprising a fuel electrode, an oxidant electrode disposed opposite to the fuel electrode, and an electrolyte layer sandwiched between the fuel electrode and the oxidant electrode, via a fuel permeable vaporizing plate. A fuel cell having a plurality of layers stacked and in which liquid fuel is introduced into the fuel permeation vaporizing plate, comprising: means for directly energizing the fuel permeation vaporizing plate and heating the same.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7749625B2 (en) 2003-12-18 2010-07-06 Kurita Water Industries Ltd. Fuel for fuel cell, fuel cell and application thereof

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