JP2003308871A - Fuel supply cartridge for fuel cell and fuel cell provided therewith - Google Patents

Fuel supply cartridge for fuel cell and fuel cell provided therewith

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JP2003308871A
JP2003308871A JP2002112014A JP2002112014A JP2003308871A JP 2003308871 A JP2003308871 A JP 2003308871A JP 2002112014 A JP2002112014 A JP 2002112014A JP 2002112014 A JP2002112014 A JP 2002112014A JP 2003308871 A JP2003308871 A JP 2003308871A
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睦子 菰田
Yasuharu Morinishi
康晴 森西
Tomohisa Yoshie
智寿 吉江
Norimasa Yamamoto
紀征 山本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel supply cartridge for a fuel cell with the cartridge for fuel supply and power generation in just proportion, without lowering the utilization factor due to cross-over of surplus fuel or vaporization, and quickly starting/stopping the supply of a fuel. <P>SOLUTION: The fuel cell 10 comprises a cell body (a casing) 10a and a cartridge storage part 10d. The cartridge storage part 10d stores the fuel supply cartridge 17. The cell body 10a and the cartridge storage part 10d are connected to each other via a tube 18. The cartridge 17 comprises a fuel storage tank part for storing the fuel, fuel pressurizing means 19, 20, 21 for supplying the fuel from the fuel storage tank part to a negative electrode 11 in the cell body 10, and a water tank part for filling water. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、燃料電池の燃料供
給用カートリッジおよびそのカートリッジを備えてなる
燃料電池に関するものであり、さらに詳しくは、負極
(アノード)と正極(カソード)との間に電解質を介在
させて基本構成とし、負極に燃料として水素やメタノー
ルなどを、正極に酸化剤として酸素などを供給すること
によって、両極の間から電気エネルギーを取り出せるよ
うにした燃料電池に燃料を供給するためのカートリッ
ジ、およびそのカートリッジを備えてなる燃料電池に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel supply cartridge for a fuel cell and a fuel cell including the cartridge, and more specifically, an electrolyte between a negative electrode (anode) and a positive electrode (cathode). In order to supply the fuel to the fuel cell, which has a basic structure in which the anode is supplied with hydrogen or methanol as a fuel, and the cathode is supplied with oxygen or the like as an oxidant so that electric energy can be taken out between the both electrodes. And a fuel cell including the cartridge.

【0002】[0002]

【従来の技術】このような燃料電池としては、特にその
電解質を固体でかつ高分子とする高分子電解質型燃料電
池(PEFC、固体高分子型燃料電池とも称される)
や、燃料をメタノールとし、このメタノールを直接負極
に供給できるメタノール直接型燃料電池を対象とするも
のが知られており、これらの燃料電池は、例えば、携帯
用電子機器の電源として好適に用いられるものである。
2. Description of the Related Art As such a fuel cell, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC, also called a polymer electrolyte fuel cell) in which the electrolyte is a solid and a polymer is used.
Also, there is known a direct methanol fuel cell that uses methanol as a fuel and can supply the methanol directly to the negative electrode, and these fuel cells are preferably used, for example, as a power source of a portable electronic device. It is a thing.

【0003】燃料電池における電解質の種類は多いが、
高出力型ではプロトン伝導性高分子を電解質とするPE
FCにおいて、燃料として炭価水素を外部で改質して生
成した高純度水素か、あるいは直接工場生産された高純
度水素を供給するシステムの燃料電池が商業化に近い状
況にある。
Although there are many types of electrolytes in fuel cells,
High output type PE with proton conductive polymer as electrolyte
In FC, a fuel cell of a system that supplies high-purity hydrogen generated by externally reforming coal-valent hydrogen as a fuel, or high-purity hydrogen directly produced in a factory is in the state of being almost commercialized.

【0004】このようなPEFCは、低い温度で作動す
ることが可能であるが、燃料の水素をガス状で供給しな
ければならず、水素貯蔵ボンベやレギュレータなどの重
量が大きいため、現状では可搬用小型電源としては適し
ていない。
Such a PEFC can operate at a low temperature, but it must be supplied with hydrogen as a fuel in a gaseous state, and the weight of a hydrogen storage cylinder, a regulator, etc. is large. Not suitable as a small portable power source.

【0005】これに対して、液体燃料を用いる燃料電池
としては、メタノールを直接供給する燃料電池(DMF
C)が、燃料の取り扱いや貯蔵が容易であることから、
携帯用電子機器向けの電源として有力視されている。
On the other hand, as a fuel cell using a liquid fuel, a fuel cell (DMF) which directly supplies methanol is used.
C) is easy to handle and store fuel,
It is regarded as a potential power source for portable electronic devices.

【0006】このようなDMFCは、メタノール水溶液
を負極に直接供給するものである。すなわち、図6に示
すように、特開2,000−268836号公報に記載
された「発電デバイス」は、負極11、正極12、電解
質膜13、液体燃料含浸部16、液体燃料を貯蔵する液
体燃料貯蔵部32および通気構造体34からなる。そし
て、同公報に説明されたように、メタノールを樹脂ある
いは繊維の集合体からなる燃料含浸部16に蓄えてお
き、その樹脂あるいは繊維の毛管力を利用して負極11
に燃料を供給する。
Such a DMFC directly supplies an aqueous methanol solution to the negative electrode. That is, as shown in FIG. 6, the “power generation device” described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-268836 includes a negative electrode 11, a positive electrode 12, an electrolyte membrane 13, a liquid fuel impregnating portion 16, and a liquid that stores a liquid fuel. The fuel storage unit 32 and the ventilation structure 34 are included. Then, as described in the publication, methanol is stored in the fuel impregnating portion 16 made of an assembly of resins or fibers, and the negative electrode 11 is formed by utilizing the capillary force of the resin or fibers.
Fuel to.

【0007】このDMFCにあっては、燃料強制供給機
構を用いないため、燃料電池を携帯用電子機器向け電源
とすることが可能になり、さらに、燃料含浸部16によ
り燃料の供給量が制御され、クロスオーバー(正極12
へのメタノール透過)を防ぐことも可能になる。
In this DMFC, since the forced fuel supply mechanism is not used, the fuel cell can be used as a power source for portable electronic equipment, and the fuel impregnation section 16 controls the fuel supply amount. , Crossover (positive electrode 12
It is also possible to prevent (permeation of methanol to).

【0008】また、液体燃料を用いる他の燃料電池とし
ては、富山県工業技術センター研究報告No.10,1
996の「高分子アクチュエータの開発」に記載された
高分子アクチュエータを利用する手段も考えられてい
る。図7に示すように、この高分子アクチュエータであ
る小型ポンプは、ノズル47を備えた液体タンク46、
ゴム弾性膜45、給水性樹脂44、ステンレス鋼製スク
リーン部3、水溜タンク42、および空気穴41からな
る。
As another fuel cell using a liquid fuel, Toyama Prefectural Industrial Technology Center Research Report No. 10, 1
Means for utilizing the polymer actuator described in “Development of Polymer Actuator” of 996 are also considered. As shown in FIG. 7, the small pump which is the polymer actuator includes a liquid tank 46 having a nozzle 47,
It comprises a rubber elastic film 45, a water-supplying resin 44, a stainless steel screen part 3, a water reservoir 42, and an air hole 41.

【0009】そして、水溜タンク42内に充填された水
を給水性樹脂44が吸収し、この給水性樹脂44が膨潤
することでゴム弾性膜45が押されて、液体タンク46
内の液体がノズル47を通して吐出される。このような
高分子アクチュエータによれば、必要な燃料を必要な量
だけ安価に燃料電池へ供給することが可能になる。
Then, the water filling resin 44 absorbs the water filled in the water reservoir tank 42, and the rubber elastic film 45 is pushed by the swelling of the water feeding resin 44, and the liquid tank 46.
The liquid inside is discharged through the nozzle 47. According to such a polymer actuator, it becomes possible to inexpensively supply the required fuel to the fuel cell in the required amount.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記発
電デバイスにあっては、排気孔や逆止弁やその他の制御
部を装備していないため、発電の要/不要に対する制御
について考えられていない。このため、過不足のない燃
料供給および発電が困難であり、余剰燃料のクロスオー
バーや、気化による利用効率の低下を引き起こすおそれ
がある。
However, since the power generation device is not equipped with an exhaust hole, a check valve, and other control units, no consideration has been given to the control as to whether power generation is necessary or unnecessary. For this reason, it is difficult to supply fuel and generate electricity without excess and deficiency, and there is a risk of causing crossover of excess fuel and deterioration of utilization efficiency due to vaporization.

【0011】一方、前記高分子アクチュエータにあって
は、バイオ技術や医療技術への利用を目的として開発さ
れていることからも、燃料の供給を迅速に開始したり停
止したりする機構を持たず、燃料電池向けの格別な設計
が必要になる。
On the other hand, the polymer actuator does not have a mechanism for quickly starting or stopping the fuel supply because it is developed for use in biotechnology and medical technology. , A special design for fuel cells is needed.

【0012】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、過不足のない燃料供給およ
び発電が可能であり、余剰燃料のクロスオーバーや気化
による利用効率の低下を引き起こすおそれがなく、しか
も、燃料の供給を迅速に開始したり停止したりすること
のできる燃料電池燃料供給用カートリッジおよびそのカ
ートリッジを備えてなる燃料電池を提供することであ
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to enable fuel supply and power generation without excess or deficiency, and to reduce use efficiency due to crossover of excess fuel or vaporization. (EN) Provided are a fuel cell fuel supply cartridge capable of promptly starting and stopping fuel supply, and a fuel cell including the cartridge, which is unlikely to cause the fuel supply.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の1つの観点によ
れば、燃料電池の燃料を供給するためのカートリッジで
あって、燃料を収納し、かつ、燃料電池の負極に燃料を
供給するための燃料供給口を有する燃料室と、この燃料
室に付設され、燃料必要時に燃料を燃料供給口を介して
燃料電池の負極に供給するために燃料室内の燃料を加圧
する燃料加圧手段とを備えてなることを特徴とする燃料
電池の燃料供給用カートリッジが提供される。
According to one aspect of the present invention, there is provided a cartridge for supplying fuel to a fuel cell, the cartridge containing the fuel and supplying the fuel to a negative electrode of the fuel cell. A fuel chamber having a fuel supply port, and a fuel pressurizing means attached to the fuel chamber for pressurizing the fuel in the fuel chamber in order to supply the fuel to the negative electrode of the fuel cell through the fuel supply port when the fuel is needed. There is provided a fuel supply cartridge for a fuel cell, which comprises:

【0014】カートリッジは、燃料室と、この燃料室に
付設された燃料加圧手段とを備えている。燃料室は、燃
料を収納しておくための部分であり、これには、燃料電
池の負極に燃料を供給するための燃料供給口が備わって
いる。燃料加圧手段は、燃料が必要になったときに燃料
室内の燃料を加圧してその燃料を燃料供給口から燃料電
池(燃料電池本体)の負極へ供給するための手段であ
る。
The cartridge comprises a fuel chamber and fuel pressurizing means attached to the fuel chamber. The fuel chamber is a portion for storing fuel, and is provided with a fuel supply port for supplying fuel to the negative electrode of the fuel cell. The fuel pressurizing means is a means for pressurizing the fuel in the fuel chamber and supplying the fuel from the fuel supply port to the negative electrode of the fuel cell (fuel cell main body) when the fuel becomes necessary.

【0015】以上のように構成されたカートリッジにあ
っては、燃料を収納し、かつ、燃料電池の負極に燃料を
供給するための燃料供給口を有する燃料室と、この燃料
室に付設され、燃料必要時に燃料を燃料供給口を介して
燃料電池本体の負極に供給するために燃料室内の燃料を
加圧する燃料加圧手段とを備えているので、過不足のな
い燃料供給および発電が可能であり、余剰燃料のクロス
オーバーや気化による利用効率の低下を引き起こすおそ
れがなく、しかも、燃料の供給を迅速に開始したり停止
したりすることができる。
In the cartridge constructed as described above, a fuel chamber for accommodating the fuel and having a fuel supply port for supplying the fuel to the negative electrode of the fuel cell, and attached to this fuel chamber, Since a fuel pressurizing means for pressurizing the fuel in the fuel chamber is provided in order to supply the fuel to the negative electrode of the fuel cell main body through the fuel supply port when the fuel is needed, it is possible to supply and generate fuel in proper quantity. Therefore, there is no possibility of causing a decrease in utilization efficiency due to crossover of excess fuel or vaporization, and moreover, fuel supply can be started and stopped quickly.

【0016】本発明の1つの観点に係るカートリッジ
は、燃料加圧手段が、燃料室内に面する弾性壁部と、こ
の弾性壁部を介して燃料室に隣接して設けられた第1区
画室と、弾性壁部を介して燃料室内の燃料を加圧するた
めに、第1区画室内に収納され、吸水により体積膨張す
る吸水性樹脂体と、燃料必要時に吸水性樹脂体に水を供
給するための水供給手段とからなるのが好ましい。
In the cartridge according to one aspect of the present invention, the fuel pressurizing means is provided with an elastic wall portion facing the fuel chamber and a first compartment provided adjacent to the fuel chamber via the elastic wall portion. And a water-absorbent resin body that is housed in the first compartment and expands in volume by absorbing water to pressurize the fuel in the fuel chamber through the elastic wall portion, and to supply water to the water-absorbent resin body when the fuel is needed. Preferably, the water supply means is

【0017】このように構成されたカートリッジにあっ
ては、燃料室内の燃料が、第1区画室内に収納された吸
水性樹脂体の体積膨脹により弾性壁部を介して前記燃料
供給口から電池本体内へ供給されるので、簡単な構成
で、過不足のない燃料供給を迅速に行なうことが可能に
なる。
In the cartridge constructed as described above, the fuel in the fuel chamber is expanded from the fuel supply port through the elastic wall portion by the volume expansion of the water-absorbent resin body housed in the first compartment to the cell body. Since the fuel is supplied to the inside, it is possible to quickly supply the fuel without excess and deficiency with a simple structure.

【0018】弾性壁部を構成する材料としては、ポリウ
レタン樹脂、SBR樹脂、PVC樹脂、SBR樹脂、シ
リコーン樹脂などのうち、樹脂組成物ゴム領域での動的
弾性率(log10E' )が9.0dyne/cm2
下であるものが好ましく用いられる。第1区画室内に収
納される吸水性樹脂部としては、例えば粉末状、粒状、
繊維状などのデンプン系吸水性樹脂、セルロース系吸水
性樹脂あるいは合成ポリマー系吸水性樹脂から構成する
ことができる。吸水性樹脂部を構成する吸水性樹脂の一
例としては、合成ポリマー系吸水性樹脂の1種であるポ
リアクリル酸塩系吸水性樹脂としての三菱化学株式会社
製のアクアパール(登録商標)を好ましく用いることが
できる。
As the material forming the elastic wall portion, among the polyurethane resin, SBR resin, PVC resin, SBR resin, silicone resin, etc., the dynamic elastic modulus (log10E ') in the resin composition rubber region is 9.0 dyne. Those having a density of less than / cm 2 are preferably used. Examples of the water-absorbent resin portion housed in the first compartment are powdery, granular,
It may be composed of a fibrous starch-based water absorbent resin, a cellulose-based water absorbent resin, or a synthetic polymer-based water absorbent resin. As an example of the water-absorbent resin that constitutes the water-absorbent resin portion, Aqua Pearl (registered trademark) manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd. as a polyacrylate water-absorbent resin, which is one kind of synthetic polymer-based water-absorbent resin, is preferable. Can be used.

【0019】水供給手段は、燃料必要時に吸水性樹脂体
に水を供給するための手段である。水供給手段は例え
ば、吸水性樹脂体に水を供給するために、第1区画室の
室壁に形成され、水の通過を可能とするが吸水性樹脂体
の通過は阻止するスクリーン部と、このスクリーン部を
介して第1区画室に隣接して設けられた第2区画室と、
この第2区画室内に収納される水と、外気を導入するた
めに第2区画室に形成された通気孔と、この通気孔を燃
料必要時に開放することができるように密閉する密閉手
段とからなる。
The water supply means is means for supplying water to the water absorbent resin body when fuel is needed. The water supply means is, for example, for supplying water to the water-absorbent resin body, is formed on the chamber wall of the first compartment and allows the water to pass therethrough, but prevents the water-absorbent resin body from passing through the screen portion, A second compartment provided adjacent to the first compartment via the screen portion;
From the water contained in the second compartment, the vent hole formed in the second compartment for introducing the outside air, and the sealing means for sealing the vent hole so that the fuel can be opened when necessary. Become.

【0020】スクリーン部を構成する材料としては、ア
クリル樹脂のような熱可塑性樹脂の他に、ガラス転移点
が常温以下の樹脂、具体的には、低密度ポリエチレン
(比重0.91〜0.93)、ポリプロピレン、ポリエ
チレンテレフタレートなどをメッシュ状にした軟質樹
脂、あるいは綿布などの繊維を用いることができる。密
閉手段としては例えば、通気孔を燃料必要時に開放駆動
させる駆動手段からなるものが用いられる。
As a material for forming the screen portion, in addition to a thermoplastic resin such as an acrylic resin, a resin having a glass transition point of room temperature or lower, specifically low density polyethylene (specific gravity 0.91 to 0.93) is used. ), Polypropylene, polyethylene terephthalate, or other soft resin in the form of a mesh, or fibers such as cotton cloth can be used. As the sealing means, for example, a driving means for driving the vent hole to open when fuel is needed is used.

【0021】以上のように構成された水供給手段は、弾
性壁部とあいまって、次のように作用する。電源を入れ
ることで駆動手段の開放駆動により第2区画室の通気孔
が開かれると、通気孔から第2区画室へ外気が流入す
る。すると、減圧状態にあった第2区画室に収納されて
いた水が第1区画室に収納されている給水性樹脂体に吸
収され、樹脂体が膨脹する。その結果、樹脂体が弾性壁
部を燃料室の側へ弾性的に押し出す。すると、燃料室の
体積が減少し、燃料室に充填されていた燃料が前記燃料
供給口を通して電池本体内へ供給される。電源が切られ
て駆動手段の閉鎖駆動により通気孔が閉じられると、外
気が侵入しなくなるため、第2区画室が減圧状態にな
り、樹脂体は新たに水を吸収することがなく、燃料供給
が停止される。再び電源を入れると、通気孔が再び開か
れて、前記のような燃料供給が再開される。
The water supply means constructed as described above works together with the elastic wall portion as follows. When the vent hole of the second compartment is opened by opening the drive means by turning on the power source, outside air flows into the second compartment from the vent hole. Then, the water contained in the second compartment which was in a decompressed state is absorbed by the water-supplying resin body contained in the first compartment, and the resin body expands. As a result, the resin body elastically pushes the elastic wall portion toward the fuel chamber. Then, the volume of the fuel chamber is reduced, and the fuel filled in the fuel chamber is supplied into the cell body through the fuel supply port. When the power supply is turned off and the ventilation hole is closed by the closing drive of the driving means, the outside air does not enter, so that the second compartment becomes in a depressurized state, the resin body does not absorb water newly, and the fuel supply is performed. Is stopped. When the power is turned on again, the vent hole is opened again, and the fuel supply as described above is restarted.

【0022】本発明に係るカートリッジは、密閉手段に
おける駆動手段が、このカートリッジが用いられた燃料
電池により発電された電気を蓄える蓄電部と、この蓄電
部に蓄えられた電気を利用して通気孔を開閉する開閉機
構と、この開閉機構を作動させるための作動部とからな
るのが好ましい。ここで、作動部としては、電磁コイ
ル、小型モータの他に、開閉機構に所定電位を与える電
極端子などを好ましく用いることができる。開閉機構に
は、作動部が電磁コイルであるときは永久磁石を、作動
部が小型モータであるときはクランク機構を、作動部が
電極端子であるときは所定電位で変形する圧電材料ある
いは高分子ゲルを、それぞれ好ましく用いることができ
る。
In the cartridge according to the present invention, the driving means in the sealing means stores the electricity generated by the fuel cell in which the cartridge is used, and the vent hole by utilizing the electricity stored in the electricity storage section. It is preferable that it comprises an opening / closing mechanism for opening and closing the, and an operating portion for operating the opening / closing mechanism. Here, as the actuating portion, in addition to the electromagnetic coil and the small motor, it is possible to preferably use an electrode terminal for applying a predetermined potential to the opening / closing mechanism. The opening / closing mechanism includes a permanent magnet when the operating portion is an electromagnetic coil, a crank mechanism when the operating portion is a small motor, and a piezoelectric material or polymer that deforms at a predetermined potential when the operating portion is an electrode terminal. Each gel can be preferably used.

【0023】駆動手段が以上のように構成されている場
合には、燃料電池により発電された電気を有効に利用し
て、通気孔の開閉を簡単に行なうことが可能になる。
When the driving means is constructed as described above, the electricity generated by the fuel cell can be effectively utilized to easily open and close the vent hole.

【0024】本発明の別の観点によれば、燃料電池の燃
料を供給するためのカートリッジであって、燃料を発生
させるための固体物質を収納し、かつ燃料電池の負極に
燃料を供給するための燃料供給口を有する燃料室と、こ
の燃料室に付設され、固体物質と反応させて燃料を発生
させ、その燃料を燃料供給口を介して燃料電池の負極に
供給するために、燃料室内に反応物質を供給する反応物
質供給手段とを備えたことを特徴とする燃料電池の燃料
供給用カートリッジが提供される。
According to another aspect of the present invention, there is provided a cartridge for supplying fuel of a fuel cell, the cartridge containing a solid substance for generating fuel and supplying the fuel to a negative electrode of the fuel cell. And a fuel chamber having a fuel supply port, which is attached to the fuel chamber, reacts with a solid substance to generate fuel, and supplies the fuel to the negative electrode of the fuel cell through the fuel supply port. There is provided a fuel supply cartridge for a fuel cell, comprising a reactant supply means for supplying a reactant.

【0025】燃料室には、燃料を発生させるための水酸
化金属あるいは亜鉛・銅を含む金属の粉体などの固体物
質が収納されている。反応物質供給手段としては例え
ば、燃料室内に面し、逆止弁を有する区画壁部と、反応
物質を収納する反応物質タンク室と、この反応物質タン
ク室内に面する弾性壁部と、この弾性壁部を介して反応
物質タンク室に隣接して設けられた第1区画室と、弾性
壁部を介して反応物質タンク室内の反応物質を加圧する
ために、第1区画室内に収納され、吸水により体積膨張
する吸水性樹脂体と、燃料必要時に吸水性樹脂体に水を
供給するための水供給手段とからなるものが好ましく用
いられる。
The fuel chamber contains a solid substance such as metal hydroxide or powder of metal containing zinc / copper for generating fuel. As the reactant supply means, for example, a partition wall portion facing the fuel chamber and having a check valve, a reactant tank chamber for containing the reactant, an elastic wall portion facing the reactant tank chamber, and an elastic wall A first compartment provided adjacent to the reactant tank chamber via a wall portion, and a first compartment chamber for pressurizing the reactant in the reactant tank chamber via the elastic wall portion and absorbing water. It is preferable to use a water absorbent resin body that expands in volume by means of the above, and a water supply means for supplying water to the water absorbent resin body when fuel is needed.

【0026】反応物質供給手段がこのように構成されて
いる場合には、その反応物質タンク室に水または水蒸気
あるいは希硫酸・希塩酸を含む酸溶液などの反応物質を
収納しておくことで、前記のように通気孔から第2区画
室へ外気が流入し、第2区画室に収納されていた水が樹
脂体に吸収され、樹脂体が膨脹して反応物質タンク室の
反応物質に圧力がかかり、その結果、その反応物質が逆
止弁を通って燃料室へ供給され、固体物質と反応して燃
料を発生させることができる。
In the case where the reactant supply means is constructed in this way, the reactant tank chamber stores the reactant such as water or steam or an acid solution containing dilute sulfuric acid / dilute hydrochloric acid. As described above, the outside air flows into the second compartment from the ventilation hole, the water contained in the second compartment is absorbed by the resin body, the resin body expands, and pressure is applied to the reactant in the reactant tank chamber. As a result, the reactant is supplied to the fuel chamber through the check valve and can react with the solid material to generate fuel.

【0027】本発明のさらに別の観点によれば、負極、
正極、およびこれら両極の間に設けられた電解質を有す
る電池本体と、本発明の1つの観点に係るカートリッジ
と、電池本体に付設され、前記カートリッジを着脱可能
に収納するカートリッジ収納部とを備えてなり、カート
リッジ収納部が、前記カートリッジの燃料供給口に解除
可能に係合し、供給される燃料を電池本体の負極に導く
燃料導入口を有していることを特徴とする燃料電池燃料
電池が提供される。
According to still another aspect of the present invention, a negative electrode,
A positive electrode, and a battery main body having an electrolyte provided between these two electrodes, a cartridge according to one aspect of the present invention, and a cartridge storage portion attached to the battery main body and detachably storing the cartridge. The fuel cell fuel cell is characterized in that the cartridge housing portion has a fuel introduction port that is releasably engaged with the fuel supply port of the cartridge and that guides the supplied fuel to the negative electrode of the cell body. Provided.

【0028】電池本体は、この燃料電池の燃料を酸化し
てプロトンと電子を取り出すための負極と、負極での酸
化により生じた酸素を還元するための正極と、これら両
極の間に設けられて酸素と負極との反応を促進するため
の電解質膜とを有してなる。電池本体およびカートリッ
ジ収納部の大きさや形状は特に限定されるものではな
い。電池本体およびカートリッジ収納部の材質について
も、特に限定されないが、ガラス転移点が常温以上であ
る高分子材料、具体的には、ポリスチレン、ポリカーボ
ネート、硬質ポリ塩化ビニル(可塑剤0.5重量パーセ
ント添加)、ポリフェニレンオキサイドなどの硬質樹脂
が好ましく用いられる。
The cell body is provided between the negative electrode for oxidizing the fuel of the fuel cell to extract protons and electrons, the positive electrode for reducing oxygen generated by the oxidation at the negative electrode, and the both electrodes. And an electrolyte membrane for promoting the reaction between oxygen and the negative electrode. The size and shape of the battery body and the cartridge storage portion are not particularly limited. The material of the battery main body and the cartridge storage portion is not particularly limited, but a polymer material having a glass transition point of room temperature or higher, specifically, polystyrene, polycarbonate, hard polyvinyl chloride (added 0.5% by weight of a plasticizer). ), And a hard resin such as polyphenylene oxide is preferably used.

【0029】このような燃料電池にあっては、本発明の
1つの観点に係るカートリッジを備えてなるので、過不
足のない燃料供給および発電が可能であり、余剰燃料の
クロスオーバーや気化による利用効率の低下を引き起こ
すおそれがなく、しかも、燃料の供給を迅速に開始した
り停止したりすることができる。
In such a fuel cell, since the cartridge according to one aspect of the present invention is provided, it is possible to supply fuel and generate electric power without excess or deficiency, and to utilize excess fuel by crossover or vaporization. There is no possibility of causing a decrease in efficiency, and furthermore, the fuel supply can be started and stopped quickly.

【0030】本発明のもっと別の観点によれば、負極、
正極、およびこれら両極の間に設けられた電解質を有す
る電池本体と、本発明の別の観点に係るカートリッジ
と、電池本体に付設され、前記カートリッジを着脱可能
に収納するカートリッジ収納部とを備えてなり、カート
リッジ収納部が、前記カートリッジの燃料供給口に解除
可能に係合し、供給される燃料を電池本体の負極に導く
燃料導入口を有していることを特徴とする燃料電池が提
供される。このような燃料電池にあっては、本発明の別
の観点に係るカートリッジを備えてなるので、過不足の
ない燃料供給および発電が可能であり、余剰燃料のクロ
スオーバーや気化による利用効率の低下を引き起こすお
それがなく、しかも、燃料の供給を迅速に開始したり停
止したりすることができる。
According to yet another aspect of the present invention, a negative electrode,
A positive electrode, and a battery main body having an electrolyte provided between these two electrodes, a cartridge according to another aspect of the present invention, and a cartridge storage portion attached to the battery main body for detachably storing the cartridge. A fuel cell is provided in which the cartridge housing portion has a fuel introduction port that is releasably engaged with the fuel supply port of the cartridge and that guides the supplied fuel to the negative electrode of the cell body. It In such a fuel cell, since it is provided with the cartridge according to another aspect of the present invention, it is possible to supply fuel and generate power without excess or deficiency, and reduce the utilization efficiency due to crossover of excess fuel or vaporization. In addition, the fuel supply can be started and stopped quickly.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、本発明における2つの実施
の形態を図面に基づいて説明する。なお、これらによっ
て本発明が限定されるものではない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Two embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to these.

【0032】実施の形態1 図1は、本発明における実施の形態1に係る燃料電池の
概略構成を示す斜視図である。図2は、図1のI−I'
線に沿ったこの燃料電池の垂直断面図である。
Embodiment 1 FIG. 1 is a perspective view showing a schematic structure of a fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 shows II ′ of FIG.
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of this fuel cell along the line.

【0033】図1および図2において、この燃料電池1
0は、縦30mm×横50mm×高さ8mmのポリスチ
レン樹脂製の電池本体(筐体)10aと、縦30mm×
横10mm×高さ8mmの同樹脂製のカートリッジ収納
部10dとを備えてなる。
In FIG. 1 and FIG. 2, this fuel cell 1
0 is a polystyrene resin battery main body (housing) 10a having a length of 30 mm, a width of 50 mm, and a height of 8 mm, and a length of 30 mm.
It is provided with a cartridge storage portion 10d made of the same resin and having a width of 10 mm and a height of 8 mm.

【0034】電池本体10aは、燃料を酸化するための
負極11、酸素を還元するための正極12および、これ
ら両極11・12の間に設けられた電解質膜13を有し
てなる。また、電池本体10aの筐体には、正極12内
に生成する水を外気の導入で蒸発させるための複数の空
気孔16と、アルミニウム合金からなり、電気を取り出
すための正極端子8および負極端子9も設けられてい
る。電池本体10aには、未反応の気体燃料または液体
燃料の気化ガスを排出するための余剰燃料排出口7も設
けられている。
The cell body 10a has a negative electrode 11 for oxidizing fuel, a positive electrode 12 for reducing oxygen, and an electrolyte membrane 13 provided between the both electrodes 11. Further, in the housing of the battery body 10a, a plurality of air holes 16 for evaporating water generated in the positive electrode 12 by introduction of outside air, and a positive electrode terminal 8 and a negative electrode terminal made of aluminum alloy for extracting electricity. 9 is also provided. The cell body 10a is also provided with an excess fuel discharge port 7 for discharging unreacted vaporized gas of liquid fuel or liquid fuel.

【0035】負極11と正極12とは、電解質膜13を
介して対向状に設けられている。負極11は、燃料を酸
化して、燃料からプロトンと電子を取り出すためのもの
である。負極11および正極12の触媒材料として、D
uPont社製ナフィオン膜からなる膜厚50μm電解
質膜13の両面に、10重量パーセント白金担持のカー
ボン5gからなる多孔性電極触媒層11b・12bをホ
ットプレスにより固着した触媒一体型電解質膜を用い
た。
The negative electrode 11 and the positive electrode 12 are provided so as to face each other with the electrolyte membrane 13 interposed therebetween. The negative electrode 11 is for oxidizing the fuel and extracting protons and electrons from the fuel. As a catalyst material for the negative electrode 11 and the positive electrode 12, D
A catalyst-integrated electrolyte membrane was used in which porous electrode catalyst layers 11b and 12b made of 5 g of carbon supporting 10 weight percent platinum were fixed by hot pressing on both sides of a 50 μm-thickness electrolyte membrane 13 made of uPont.

【0036】電解質膜13としては、樹脂膜を、具体的
にはトリフルオロエチレン誘導体の共重合膜、リン酸含
浸ポリベンゾイミダゾール膜などを用いることができる
が、好ましくは、パーフルオロスルホン酸系のDuPo
nt社製ナフィオン膜を用いる。ナフィオン膜の他に
は、旭硝子社製フレミオン膜や旭化成社製アシプレック
ス膜などがある。
As the electrolyte membrane 13, a resin membrane, specifically, a copolymer membrane of a trifluoroethylene derivative, a phosphoric acid-impregnated polybenzimidazole membrane, or the like can be used, but a perfluorosulfonic acid-based membrane is preferable. DuPo
A Nafion membrane manufactured by nt is used. In addition to the Nafion membrane, there are Flemion membrane manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. and Aciplex membrane manufactured by Asahi Kasei Corporation.

【0037】負極11および正極12に用いる触媒層1
1b・12bには、白金、鉄、ニッケル、コバルト、ル
テニウムなどの遷移金属と白金との合金、あるいはそれ
らの酸化物の微粒子を触媒として含む炭素材料を用いる
ことができる。燃料が純水素の場合には白金が、炭化水
素を含む場合には白金−ルテニウム合金が好ましい。
Catalyst layer 1 used for negative electrode 11 and positive electrode 12
An alloy of platinum and a transition metal such as platinum, iron, nickel, cobalt, or ruthenium, or a carbon material containing fine particles of an oxide thereof as a catalyst can be used for 1b and 12b. Platinum is preferable when the fuel is pure hydrogen, and platinum-ruthenium alloy is preferable when the fuel contains hydrocarbons.

【0038】ガス拡散層11a・12aには、カーボン
ペーパーやカーボンファイバなどの多孔質炭素材料が用
いられる。負極11のガス拡散層11aにおける電解質
膜13の反対側には、厚さ0.5mmのアクリル樹脂製
薄板で囲まれた燃料空間14が設けられている。
A porous carbon material such as carbon paper or carbon fiber is used for the gas diffusion layers 11a and 12a. A fuel space 14 surrounded by a 0.5 mm-thick acrylic resin thin plate is provided on the opposite side of the gas diffusion layer 11 a of the negative electrode 11 from the electrolyte membrane 13.

【0039】収納部蓋10cには、電磁コイルで構成さ
れた作動部としての電磁コイル21が設けられている。
収納部蓋10cには、開閉可能に閉鎖される通気孔19
も設けられている。通気孔19の開閉には、開閉機構と
しての永久磁石20が利用されている。
The housing lid 10c is provided with an electromagnetic coil 21 as an actuating portion composed of an electromagnetic coil.
A vent hole 19 that can be opened and closed is provided in the storage lid 10c.
Is also provided. A permanent magnet 20 as an opening / closing mechanism is used to open / close the vent hole 19.

【0040】カートリッジ収納部10dには、燃料供給
用カートリッジ17が収納されている。図2に示された
ように、電池本体10aとカートリッジ収納部10dと
は燃料供給部としてのステンレス鋼製細管18により接
続されている。この細管18は、カートリッジ17から
電池本体10aの燃料供給孔10eへかけて設けられ、
内径1.5mm、外径2.0mmのものである。
A fuel supply cartridge 17 is stored in the cartridge storage portion 10d. As shown in FIG. 2, the cell body 10a and the cartridge storage portion 10d are connected by a stainless steel thin tube 18 as a fuel supply portion. The thin tube 18 is provided from the cartridge 17 to the fuel supply hole 10e of the cell body 10a,
The inner diameter is 1.5 mm and the outer diameter is 2.0 mm.

【0041】正極12のガス拡散層12aにおける電解
質膜13の反対側には、電池本体10aの筐体を利用し
て酸化剤空間15が設けられている。電池本体10aの
筐体における前記空気孔16は、正極12に酸素を充分
に供給するためと、正極12で生成した水を充分に除去
するために、ここでは、5mm×15mmの長方形のも
のが5つ設けられている。ただし、この数は特に限定さ
れるものではない。
On the side of the gas diffusion layer 12a of the positive electrode 12 opposite to the electrolyte membrane 13, an oxidant space 15 is provided by utilizing the casing of the battery body 10a. In order to sufficiently supply oxygen to the positive electrode 12 and to sufficiently remove water generated in the positive electrode 12, the air hole 16 in the casing of the battery body 10a is a rectangular shape of 5 mm × 15 mm here. Five are provided. However, this number is not particularly limited.

【0042】未反応の余剰燃料を排出するための前記排
出口7は、大きさが1mm×1mmの正方形であり、燃
料空間14に面して設けられている。この排出口7は、
外気の侵入を防ぐための逆止弁の機能も有している。ま
た、余剰燃料を無害で安全な物質に分解するために、排
出口7を介した燃料空間とは反対側に白金触媒を設け
た。この触媒は、余剰燃料を常温で無害かつ安全な物質
に分解することのできるものである必要があり、燃料に
よって適宜選択されるが、一般的な燃料電池に用いられ
る燃料の場合は、白金、パラジウム、ルテニウムが好ま
しい。
The discharge port 7 for discharging the unreacted surplus fuel is a square having a size of 1 mm × 1 mm, and is provided so as to face the fuel space 14. This outlet 7
It also has the function of a check valve to prevent the entry of outside air. Further, in order to decompose the surplus fuel into a harmless and safe substance, a platinum catalyst is provided on the side opposite to the fuel space through the discharge port 7. This catalyst needs to be capable of decomposing surplus fuel into a harmless and safe substance at room temperature, and is appropriately selected depending on the fuel. In the case of a fuel used in a general fuel cell, platinum, Palladium and ruthenium are preferred.

【0043】図3は、本発明における実施の形態1に係
る燃料電池と、この燃料電池が発電する電力を電源とす
る電子機器のスイッチと、この電子機器に別途備えられ
た2次電池36と、図2に示す開閉機構(永久磁石)2
0と作動部(電磁コイル)21とを接続した回路図であ
る。
FIG. 3 shows a fuel cell according to the first embodiment of the present invention, a switch of an electronic device using the electric power generated by the fuel cell as a power source, and a secondary battery 36 separately provided in the electronic device. The opening / closing mechanism (permanent magnet) 2 shown in FIG.
It is a circuit diagram which connected 0 and the operating part (electromagnetic coil) 21.

【0044】この電子機器のスイッチをオンにしたと
き、2次電池36にあらかじめ蓄えられた電力により電
磁コイル21に電流が流れて磁場が生じる。そして、そ
れに反発するように備えられた永久磁石20が電磁コイ
ル21とは反対側へスライドする。
When the switch of this electronic device is turned on, the electric current stored in the secondary battery 36 causes a current to flow in the electromagnetic coil 21 to generate a magnetic field. Then, the permanent magnet 20 provided so as to repel it slides to the side opposite to the electromagnetic coil 21.

【0045】なお、図3に示す制御回路により、電子機
器の使用中の余剰電力は蓄電部としての2次電池36に
蓄えられる。2次電池36としては、リチウムイオン2
次電池、ニッケル水素2次電池、などの中途充放電可能
な2次電池の他に、キャパシタやコンデンサなどを用い
ることができる。
By the control circuit shown in FIG. 3, the surplus electric power in use of the electronic device is stored in the secondary battery 36 as a power storage unit. As the secondary battery 36, lithium ion 2
In addition to a secondary battery that can be charged and discharged midway such as a secondary battery and a nickel-hydrogen secondary battery, a capacitor or a capacitor can be used.

【0046】図4(a)は、図1のII−II' 線に沿
ったこの燃料電池におけるカートリッジの垂直断面図で
ある。
FIG. 4A is a vertical sectional view of the cartridge in this fuel cell taken along the line II-II 'of FIG.

【0047】図4(a)において、カートリッジ17
は、燃料を収納しておくための燃料室としての燃料収納
タンク部22と、カートリッジ17内の燃料を電池本体
10内の負極11へ供給するための燃料加圧手段の一部
としての水供給手段23と、水を収納しておくための第
2区画室としての水タンク部24と、外気を導入するた
めに水タンク部24に設けられた通気孔19とを備えて
なる。
In FIG. 4A, the cartridge 17
Is a fuel storage tank portion 22 as a fuel chamber for storing fuel, and water supply as a part of fuel pressurizing means for supplying the fuel in the cartridge 17 to the negative electrode 11 in the cell body 10. It comprises means 23, a water tank portion 24 as a second compartment for storing water, and a vent hole 19 provided in the water tank portion 24 for introducing outside air.

【0048】通気孔19の外側は、スライド可能に取り
付けられた永久磁石20により開放可能に閉鎖されてい
る。通気孔19の内側は、通気孔19から水が漏れ出す
のを防止する目的で、撥水性および通気性のある防湿型
液体透過膜25で閉鎖されている。この液体透過膜25
は、ジャパンゴアテックス社製のゴアテックス膜で構成
されている。
The outside of the vent hole 19 is releasably closed by a permanent magnet 20 slidably attached. The inside of the vent hole 19 is closed by a moisture-proof liquid permeable membrane 25 having water repellency and air permeability for the purpose of preventing water from leaking from the vent hole 19. This liquid permeable membrane 25
Is composed of a GORE-TEX film manufactured by Japan GORE-TEX.

【0049】燃料収納タンク部22における水供給手段
23の反対側には、燃料収納タンク部22に混入するお
それのある異物を除去するためのフィルタ29と、図2
に示した燃料供給孔10eに面する細管18とが設けら
れている。
On the side of the fuel storage tank portion 22 opposite to the water supply means 23, there is provided a filter 29 for removing foreign matters which may be mixed in the fuel storage tank portion 22, and FIG.
The thin tube 18 facing the fuel supply hole 10e shown in FIG.

【0050】水供給手段23は、水タンク部24と、こ
の水タンク部24に隣接して燃料収納タンク部22の側
に配設され、吸水性樹脂体28が収納された第1区画室
と、この樹脂体28へ水タンク部24の水を供給すると
ともに樹脂体28が水タンク部24へ漏れ出すのを防止
するためのスクリーン部26と、樹脂体28における燃
料収納タンク部22側に設けられた弾性壁部27とを備
えてなる。
The water supply means 23 is provided with a water tank portion 24 and a first compartment which is arranged adjacent to the water tank portion 24 on the fuel storage tank portion 22 side and in which the water absorbent resin body 28 is stored. The screen portion 26 for supplying water of the water tank portion 24 to the resin body 28 and preventing the resin body 28 from leaking to the water tank portion 24, and the screen portion 26 provided on the resin body 28 on the fuel storage tank portion 22 side. The elastic wall portion 27 is provided.

【0051】樹脂体28は、吸水性樹脂の1種である三
菱化学株式会社製のアクアパール(登録商標)0.2g
から構成したものである。スクリーン部26は、φ=
0.2mmの孔を100個/cm3有する0.5mm厚
さの多孔質アクリル板からなっている。弾性壁部27
は、ゴム弾性膜を有するポリウレタン樹脂からなるゴム
壁で構成されている。
The resin body 28 is 0.2 g of Aqua Pearl (registered trademark) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, which is a kind of water-absorbent resin.
It is composed of. The screen portion 26 has a φ =
It is composed of a 0.5 mm thick porous acrylic plate having 100 holes / cm 3 of 0.2 mm. Elastic wall 27
Is composed of a rubber wall made of polyurethane resin having a rubber elastic film.

【0052】図4(b)は、図4(a)の燃料電池に燃
料を供給する際の垂直断面図である。
FIG. 4 (b) is a vertical cross-sectional view when fuel is supplied to the fuel cell of FIG. 4 (a).

【0053】図4(a)において、燃料収納タンク部2
2に液体燃料である70%メタノール10ccを、水タ
ンク部24に純水10ccを充填しておき、この燃料電
池が発電した電力を電源とする電子機器の電源スイッチ
をオンの状態にした。
In FIG. 4A, the fuel storage tank portion 2
Liquid fuel 2 was filled with 10 cc of 70% methanol and 10 cc of pure water was filled in the water tank 24, and a power switch of an electronic device using the power generated by this fuel cell as a power source was turned on.

【0054】すると、図3に示すように、この電子機器
に別途取り付けられた2次電池36に所定電位が生じ、
作動部である電磁コイル21に電流が流れて磁力が生じ
た。そして、電磁コイル21と反発するように取り付け
られた永久磁石20がスライドして、通気孔19を開放
状態にした。
Then, as shown in FIG. 3, a predetermined potential is generated in the secondary battery 36 separately attached to the electronic device,
An electric current flowed through the electromagnetic coil 21, which is the operating portion, to generate a magnetic force. Then, the permanent magnet 20 attached so as to repel the electromagnetic coil 21 slid to open the vent hole 19.

【0055】通気孔19が開放されると、水タンク部2
4に収納された純水がスクリーン部26を透過して、第
1区画室に収納された吸水性樹脂体28へ供給される。
純水が供給された樹脂体28は体積が膨脹して、図4
(b)に示すようにゴム壁27が燃料収納タンク部22
の方へ弾性変形した。
When the vent hole 19 is opened, the water tank portion 2
The pure water stored in 4 passes through the screen portion 26 and is supplied to the water absorbent resin body 28 stored in the first compartment.
The volume of the resin body 28 supplied with pure water expands, and
As shown in (b), the rubber wall 27 is attached to the fuel storage tank portion 22.
Elastically deformed toward.

【0056】すると、燃料収納タンク部22に収納され
ていた70%メタノールが、細管18を通じて電池本体
10の燃料空間14へ供給された。
Then, the 70% methanol stored in the fuel storage tank portion 22 was supplied to the fuel space 14 of the cell body 10 through the narrow tube 18.

【0057】燃料空間14に供給されたメタノールは、
負極11側の触媒層11bによって触媒酸化されてプロ
トンが生成される。負極11において生成したプロトン
は、電解質膜13を介して正極12に達する。
The methanol supplied to the fuel space 14 is
The catalyst layer 11b on the negative electrode 11 side is catalytically oxidized to generate protons. The protons generated in the negative electrode 11 reach the positive electrode 12 via the electrolyte membrane 13.

【0058】正極12には、電池本体10の筐体に設け
られた空気孔16を通じた自然拡散により、貯蔵された
酸素が酸化剤空間15へ供給され、そこで酸素が還元さ
れて発生した電子が、負極11から移動してきたプロト
ンと反応して水を生成する。これにより、正極12と負
極11との間に所定の電位差が発生し発電が行なわれ
る。生成した水は自然蒸発により、空気孔16から除去
される。発生した電荷は、集電体(図示略)を通じて集
電され、発電が行なわれる。
Oxygen stored in the positive electrode 12 is supplied to the oxidant space 15 by natural diffusion through the air holes 16 provided in the casing of the battery body 10, and electrons generated by the oxygen being reduced therein are generated. , Reacts with the protons transferred from the negative electrode 11 to generate water. As a result, a predetermined potential difference is generated between the positive electrode 12 and the negative electrode 11, and power is generated. The generated water is removed from the air holes 16 by natural evaporation. The generated charges are collected through a collector (not shown) to generate electricity.

【0059】この電子機器の電源がオフの状況では、通
気孔19が永久磁石20の吸引力により閉じられて純水
の供給が停止されるので、燃料の供給が停止される。
When the power of this electronic device is off, the ventilation hole 19 is closed by the attractive force of the permanent magnet 20 and the supply of pure water is stopped, so that the supply of fuel is stopped.

【0060】実施の形態2 図5(a)に示すカートリッジは、実施の形態1に係る
カートリッジの燃料収納タンク部に対応する部分が、逆
止弁31を備えた隔膜30で、燃料室としての固体物質
収納部22aと、反応物質タンク室としての液体収納部
22bとの2つに分割されている。この固体物質収納部
22aに5gの固体物質としての水素化ホウ素ナトリウ
ムを充填しておき、液体収納部22bに反応物質として
の純水10ccを充填した。
Embodiment 2 In the cartridge shown in FIG. 5 (a), a portion corresponding to the fuel storage tank portion of the cartridge according to Embodiment 1 is a diaphragm 30 having a check valve 31 and is used as a fuel chamber. It is divided into two parts, a solid substance storage part 22a and a liquid storage part 22b as a reaction substance tank chamber. This solid substance storage portion 22a was filled with 5 g of sodium borohydride as a solid substance, and the liquid storage portion 22b was filled with 10 cc of pure water as a reaction substance.

【0061】そして、図5(b)に示すように、通気孔
19が開放されて純水が吸水性樹脂体28に供給され、
ゴム壁27が膨らみ、液体収納部22bに圧力がかかる
と、純水が逆止弁31を開放して固体物質収納部22a
に供給される。
Then, as shown in FIG. 5B, the vent holes 19 are opened and pure water is supplied to the water absorbent resin body 28.
When the rubber wall 27 swells and pressure is applied to the liquid storage portion 22b, pure water opens the check valve 31 and the solid substance storage portion 22a.
Is supplied to.

【0062】固体物質収納部22aに供給された純水
は、その中の水素化ホウ素ナトリウムと反応して水素を
発生させる。発生した水素は細管18を通じて電池本体
10へ供給される。
The pure water supplied to the solid substance accommodating portion 22a reacts with sodium borohydride therein to generate hydrogen. The generated hydrogen is supplied to the battery body 10 through the thin tube 18.

【0063】この電子機器の電源がオフの状況では、通
気孔19が永久磁石20の吸引力により閉じられて純水
の供給が停止されるので、燃料の供給が停止される。
When the power of this electronic device is off, the ventilation hole 19 is closed by the attractive force of the permanent magnet 20 and the supply of pure water is stopped, so that the supply of fuel is stopped.

【0064】水素生成の反応は、前記以外にも容易に考
えることができ、亜鉛や銅などの金属粉と、希硫酸や希
塩酸などの酸水溶液との組み合わせ、あるいは水素化金
属と水または水蒸気との組み合わせなども可能である。
ただし、酸水溶液を用いる場合は、筐体には耐酸性硬質
ポリ塩化ビニルを用いるとともに、細管をフロロエチレ
ンビニルエーテル樹脂とブロックイソシアネートを含む
耐酸性樹脂にするなどの対策が必要になる。
The reaction of hydrogen generation can be easily considered in addition to the above, and a combination of a metal powder such as zinc or copper and an aqueous acid solution such as dilute sulfuric acid or dilute hydrochloric acid, or a metal hydride and water or steam is used. Combinations of are also possible.
However, when an acid aqueous solution is used, it is necessary to take measures such as using acid-resistant hard polyvinyl chloride for the housing and using an acid-resistant resin containing fluoroethylene vinyl ether resin and blocked isocyanate for the thin tube.

【0065】また、反応物にformate−hydr
ogen lyaseなどの水素生成酵素を用いること
もできる。この場合には、液体に当該酵素が餌とするも
のを用いれば、同様の効果が期待できる。
In addition, the form-hydrate was added to the reaction product.
A hydrogen-producing enzyme such as gen lyase can also be used. In this case, the same effect can be expected by using a liquid that the enzyme feeds.

【0066】前記の実施の形態1を用いて定電流1Aを
流して通気孔19を開閉した場合の発電試験結果を図8
に示す。また、同様に、前記の実施の形態2を用いて定
電流2Aを流して通気孔19を開閉した場合の発電試験
結果を図9に示す。図8および図9から、本発明に係る
燃料電池の燃料供給用カートリッジによれば、燃料電池
本体へ燃料供給を任意に開始しあるいは停止することが
可能になることがわかる。
FIG. 8 shows the result of the power generation test when the vent hole 19 is opened and closed by applying a constant current of 1 A using the first embodiment.
Shown in. Similarly, FIG. 9 shows the result of the power generation test when the vent hole 19 is opened and closed by applying a constant current of 2 A using the second embodiment. 8 and 9 that the fuel supply cartridge for a fuel cell according to the present invention makes it possible to arbitrarily start or stop the fuel supply to the fuel cell main body.

【0067】[0067]

【発明の効果】本発明の1つの観点に係る燃料電池の燃
料供給用カートリッジは、燃料を収納し、かつ、燃料電
池の負極に燃料を供給するための燃料供給口を有する燃
料室と、この燃料室に付設され、燃料必要時に燃料を燃
料供給口を介して燃料電池本体の負極に供給するために
燃料室内の燃料を加圧する燃料加圧手段とを備えている
ので、過不足のない燃料供給および発電が可能であり、
余剰燃料のクロスオーバーや気化による利用効率の低下
を引き起こすおそれがなく、しかも、燃料の供給を迅速
に開始したり停止したりすることができる。
A fuel supply cartridge for a fuel cell according to one aspect of the present invention contains a fuel chamber and a fuel chamber having a fuel supply port for supplying fuel to a negative electrode of the fuel cell. A fuel pressurizing means, which is attached to the fuel chamber and pressurizes the fuel in the fuel chamber so as to supply the fuel to the negative electrode of the fuel cell main body through the fuel supply port when the fuel is needed, is therefore sufficient in fuel quantity. Can be supplied and generated,
There is no risk of causing a decrease in utilization efficiency due to excess fuel crossover or vaporization, and moreover, fuel supply can be started and stopped quickly.

【0068】本発明の別の観点に係る燃料電池の燃料供
給用カートリッジは、燃料を発生させるための固体物質
を収納し、かつ燃料電池の負極に燃料を供給するための
燃料供給口を有する燃料室と、この燃料室に付設され、
固体物質と反応させて燃料を発生させ、その燃料を燃料
供給口を介して燃料電池の負極に供給するために、燃料
室内に反応物質を供給する反応物質供給手段とを備えて
いるので、過不足のない燃料供給および発電が可能であ
り、余剰燃料のクロスオーバーや気化による利用効率の
低下を引き起こすおそれがなく、しかも、燃料の供給を
迅速に開始したり停止したりすることができる。
A fuel supply cartridge for a fuel cell according to another aspect of the present invention contains a solid substance for generating fuel and has a fuel supply port for supplying fuel to a negative electrode of the fuel cell. Chamber and this fuel chamber,
Since the fuel is generated by reacting with the solid substance and the fuel is supplied to the negative electrode of the fuel cell through the fuel supply port, the reactant supply means for supplying the reactant into the fuel chamber is provided. It is possible to supply fuel and generate electricity without deficiency, there is no fear of causing a decrease in utilization efficiency due to crossover of excess fuel and vaporization, and moreover, fuel supply can be started and stopped quickly.

【0069】本発明のさらに別の観点に係る燃料電池
は、負極、正極、およびこれら両極の間に設けられた電
解質を有する電池本体と、本発明の1つの観点に係るカ
ートリッジと、電池本体に付設され、前記カートリッジ
を着脱可能に収納するカートリッジ収納部とを備えてな
り、カートリッジ収納部が、前記カートリッジの燃料供
給口に解除可能に係合し、供給される燃料を電池本体の
負極に導く燃料導入口を有しているので、過不足のない
燃料供給および発電が可能であり、余剰燃料のクロスオ
ーバーや気化による利用効率の低下を引き起こすおそれ
がなく、しかも、燃料の供給を迅速に開始したり停止し
たりすることができる。
A fuel cell according to still another aspect of the present invention includes a battery main body having a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte provided between the both electrodes, a cartridge according to one aspect of the present invention, and a battery main body. A cartridge storage part that is attached and that stores the cartridge in a detachable manner. The cartridge storage part releasably engages with the fuel supply port of the cartridge and guides the supplied fuel to the negative electrode of the cell body. Since it has a fuel inlet, it is possible to supply and generate fuel without excess or deficiency, and there is no risk of crossover of excess fuel or deterioration of utilization efficiency due to vaporization, and fuel supply can be started quickly. You can start or stop.

【0070】本発明のもっと別の観点によれば、負極、
正極、およびこれら両極の間に設けられた電解質を有す
る電池本体と、本発明の別の観点に係るカートリッジ
と、電池本体に付設され、前記カートリッジを着脱可能
に収納するカートリッジ収納部とを備えてなり、カート
リッジ収納部が、前記カートリッジの燃料供給口に解除
可能に係合し、供給される燃料を電池本体の負極に導く
燃料導入口を有しているので、過不足のない燃料供給お
よび発電が可能であり、余剰燃料のクロスオーバーや気
化による利用効率の低下を引き起こすおそれがなく、し
かも、燃料の供給を迅速に開始したり停止したりするこ
とができる。
According to yet another aspect of the present invention, a negative electrode,
A positive electrode, and a battery main body having an electrolyte provided between these two electrodes, a cartridge according to another aspect of the present invention, and a cartridge storage portion attached to the battery main body for detachably storing the cartridge. Since the cartridge housing portion has a fuel inlet port that releasably engages with the fuel supply port of the cartridge and guides the supplied fuel to the negative electrode of the cell body, there is no excess or deficiency in fuel supply and power generation. Therefore, there is no possibility of causing a decrease in utilization efficiency due to crossover of excess fuel or vaporization, and moreover, fuel supply can be started and stopped quickly.

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

【図1】図1は、本発明における実施の形態1に係る燃
料電池の概略を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an outline of a fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】図2は、図1のI−I' 線に沿ったこの燃料電
池の垂直断面図である。
2 is a vertical cross-sectional view of the fuel cell taken along the line II ′ of FIG.

【図3】図3は、図1の燃料電池と、この燃料電池が発
電する電力を電源とする電子機器のスイッチと、この電
子機器に別途備えられた2次電池と、永久磁石と駆動源
(電磁コイル)とを接続した回路図である。
FIG. 3 is a block diagram of the fuel cell of FIG. 1, a switch of an electronic device using electric power generated by the fuel cell as a power source, a secondary battery separately provided in the electronic device, a permanent magnet, and a driving source. It is a circuit diagram in which (electromagnetic coil) is connected.

【図4】図4(a)は、図1のII−II' 線に沿った
この燃料電池におけるカートリッジの垂直断面図であ
る。図4(b)は、図4(a)の燃料電池に燃料を供給
する際の垂直断面図である。
FIG. 4 (a) is a vertical cross-sectional view of the cartridge in this fuel cell taken along the line II-II ′ of FIG. FIG. 4B is a vertical cross-sectional view when the fuel is supplied to the fuel cell of FIG.

【図5】図5(a)は、本発明における実施の形態2に
係る燃料におけるカートリッジの垂直断面図である。図
5(b)は、図5(a)の燃料電池に燃料を供給する際
の垂直断面図である。
FIG. 5 (a) is a vertical cross-sectional view of the fuel cartridge according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5B is a vertical cross-sectional view when fuel is supplied to the fuel cell of FIG.

【図6】図6は、従来の発電デバイスの構成を示す垂直
断面図である。
FIG. 6 is a vertical cross-sectional view showing a configuration of a conventional power generation device.

【図7】図7は、従来の高分子アクチュエータの構成を
示す垂直断面図である。
FIG. 7 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of a conventional polymer actuator.

【図8】図8は、本発明における実施の形態1に係る燃
料電池を用いて定電流1Aを流して通気孔を開閉した場
合の発電試験結果を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a power generation test result when the fuel cell according to the first embodiment of the present invention is used to flow a constant current of 1 A to open and close the vent hole.

【図9】図9は、本発明における実施の形態2に係る燃
料電池を用いて定電流1Aを流して通気孔を開閉した場
合の発電試験結果を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing a power generation test result when the fuel cell according to the second embodiment of the present invention is used to flow a constant current of 1 A to open and close the vent hole.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

8 正極端子 9 負極端子 10 燃料電池 10a 電池本体(筐体) 10c 収納部蓋 10d カートリッジ収納部 10e 燃料供給孔 11 負極 12 正極 12a ガス拡散層 12b 触媒層 13 電解質膜 14 燃料空間 15 酸化剤空間 16 空気孔 17 カートリッジ 18 細管(燃料供給孔) 19 通気孔 20 永久磁石(開閉機構) 21 電磁コイル(作動部) 22 燃料収納タンク部(燃料室) 22a 固体物質収納部(燃料室) 22b 液体収納部(反応物質タンク室) 23 水供給手段(燃料加圧手段) 24 水タンク部 26 スクリーン部 27 ゴム壁(弾性壁部)(燃料加圧手段) 28 樹脂体 29 フィルタ 30 隔膜 31 逆止弁 8 Positive terminal 9 Negative electrode terminal 10 Fuel cell 10a Battery main body (housing) 10c storage lid 10d Cartridge compartment 10e Fuel supply hole 11 Negative electrode 12 Positive electrode 12a gas diffusion layer 12b catalyst layer 13 Electrolyte membrane 14 Fuel space 15 Oxidant space 16 air holes 17 cartridges 18 Thin tube (fuel supply hole) 19 vents 20 Permanent magnet (opening / closing mechanism) 21 Electromagnetic coil (operating part) 22 Fuel storage tank (fuel chamber) 22a Solid substance storage (fuel chamber) 22b Liquid storage (reactant tank room) 23 Water Supply Means (Fuel Pressurizing Means) 24 Water tank section 26 Screen section 27 Rubber wall (elastic wall) (fuel pressurizing means) 28 Resin body 29 filters 30 diaphragm 31 Check valve

フロントページの続き (72)発明者 吉江 智寿 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 山本 紀征 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 5H026 AA06 AA08 5H027 AA06 AA08 BA13 BA14 DD03 MM08 Continued front page    (72) Inventor Tomohisa Yoshie             22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka             Inside the company (72) Inventor Noriyuki Yamamoto             22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka             Inside the company F-term (reference) 5H026 AA06 AA08                 5H027 AA06 AA08 BA13 BA14 DD03                       MM08

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料電池の燃料を供給するためのカート
リッジであって、 燃料を収納し、かつ、燃料電池の負極に燃料を供給する
ための燃料供給口を有する燃料室と、 この燃料室に付設され、燃料必要時に燃料を燃料供給口
を介して燃料電池の負極に供給するために燃料室内の燃
料を加圧する燃料加圧手段とを備えてなることを特徴と
する燃料電池の燃料供給用カートリッジ。
1. A cartridge for supplying fuel to a fuel cell, the fuel chamber containing the fuel and having a fuel supply port for supplying fuel to the negative electrode of the fuel cell; A fuel supply device for a fuel cell, which is provided with: a fuel pressurizing means for pressurizing the fuel in the fuel chamber to supply the fuel to the negative electrode of the fuel cell through the fuel supply port when the fuel is needed. cartridge.
【請求項2】 燃料加圧手段が、燃料室内に面する弾性
壁部と、この弾性壁部を介して燃料室に隣接して設けら
れた第1区画室と、弾性壁部を介して燃料室内の燃料を
加圧するために、第1区画室内に収納され、吸水により
体積膨張する吸水性樹脂体と、燃料必要時に吸水性樹脂
体に水を供給するための水供給手段とからなることを特
徴とする請求項1に記載のカートリッジ。
2. The fuel pressurizing means comprises an elastic wall portion facing the fuel chamber, a first compartment provided adjacent to the fuel chamber through the elastic wall portion, and a fuel through the elastic wall portion. In order to pressurize the fuel in the room, it is comprised of a water-absorbent resin body that is housed in the first compartment and expands in volume by absorbing water, and water supply means for supplying water to the water-absorbent resin body when fuel is needed. The cartridge according to claim 1, wherein the cartridge is a cartridge.
【請求項3】 燃料電池が、燃料をメタノールとするメ
タノール直接型燃料電池である請求項1または2に記載
のカートリッジ。
3. The cartridge according to claim 1, wherein the fuel cell is a direct methanol fuel cell in which the fuel is methanol.
【請求項4】 燃料電池の燃料を供給するためのカート
リッジであって、 燃料を発生させるための固体物質を収納し、かつ燃料電
池の負極に燃料を供給するための燃料供給口を有する燃
料室と、 この燃料室に付設され、固体物質と反応させて燃料を発
生させ、その燃料を燃料供給口を介して燃料電池の負極
に供給するために、燃料室内に反応物質を供給する反応
物質供給手段とを備えたことを特徴とする燃料電池の燃
料供給用カートリッジ。
4. A fuel chamber cartridge for supplying fuel, the fuel chamber containing a solid substance for generating fuel, and having a fuel supply port for supplying fuel to a negative electrode of the fuel cell. And a reactant supply which is attached to the fuel chamber and supplies a reactant into the fuel chamber to generate a fuel by reacting with a solid substance and supply the fuel to the negative electrode of the fuel cell through the fuel supply port. A fuel supply cartridge for a fuel cell, comprising:
【請求項5】 反応物質供給手段が、燃料室内に面し、
逆止弁を有する区画壁部と、反応物質を収納する反応物
質タンク室と、この反応物質タンク室内に面する弾性壁
部と、この弾性壁部を介して反応物質タンク室に隣接し
て設けられた第1区画室と、弾性壁部を介して反応物質
タンク室内の反応物質を加圧するために、第1区画室内
に収納され、吸水により体積膨張する吸水性樹脂体と、
燃料必要時に吸水性樹脂体に水を供給するための水供給
手段とからなることを特徴とする請求項4に記載のカー
トリッジ。
5. The reactant supply means faces the fuel chamber,
A partition wall portion having a check valve, a reactant tank chamber for containing a reactant, an elastic wall portion facing the reactant tank chamber, and a reaction material tank chamber provided adjacent to the reactant wall chamber via the elastic wall portion. A first compartment, and a water-absorbent resin body that is housed in the first compartment to pressurize the reactant in the reactant tank chamber through the elastic wall portion and expands in volume by absorbing water;
The cartridge according to claim 4, comprising water supply means for supplying water to the water-absorbent resin body when fuel is required.
【請求項6】 水供給手段が、吸水性樹脂体に水を供給
するために、第1区画室の室壁に形成され、水の通過を
可能とするが吸水性樹脂体の通過は阻止するスクリーン
部と、このスクリーン部を介して第1区画室に隣接して
設けられた第2区画室と、この第2区画室内に収納され
る水と、外気を導入するために第2区画室に形成された
通気孔と、この通気孔を燃料必要時に開放することがで
きるように密閉する密閉手段とからなることを特徴とす
る請求項2または5に記載のカートリッジ。
6. A water supply means is formed on a chamber wall of the first compartment to supply water to the water absorbent resin body, and allows the water to pass therethrough, but prevents the water absorbent resin body from passing therethrough. A screen section, a second compartment provided adjacent to the first compartment via the screen section, water contained in the second compartment, and a second compartment for introducing outside air. 6. The cartridge according to claim 2 or 5, comprising a formed vent hole and a sealing means for sealing the vent hole so that the vent hole can be opened when fuel is needed.
【請求項7】 密閉手段が、通気孔を燃料必要時に開放
駆動させる駆動手段からなることを特徴とする請求項6
に記載のカートリッジ。
7. The sealing means comprises drive means for driving the vent hole to open when fuel is needed.
The cartridge described in.
【請求項8】 駆動手段が、燃料電池により発電された
電気を蓄える蓄電部と、この蓄電部に蓄えられた電気を
利用して通気孔を開閉する開閉機構と、この開閉機構を
作動させるための作動部とからなることを特徴とする請
求項7に記載のカートリッジ。
8. The drive means stores an electricity storage unit for storing electricity generated by a fuel cell, an opening / closing mechanism for opening and closing a vent hole by using electricity stored in the electricity storage unit, and for operating the opening / closing mechanism. 8. The cartridge according to claim 7, further comprising:
【請求項9】 吸水性樹脂体が、粉末状、粒状あるいは
繊維状のデンプン系吸水性樹脂体、セルロース系吸水性
樹脂体あるいは合成ポリマー系吸水性樹脂体からなる請
求項2、3、5〜8のいずれか1つに記載のカートリッ
ジ。
9. The water-absorbent resin body comprises a powdery, granular or fibrous starch-based water-absorbent resin body, a cellulose-based water-absorbent resin body or a synthetic polymer-based water-absorbent resin body. 8. The cartridge according to any one of 8.
【請求項10】 合成ポリマー系吸水性樹脂体が、ポリ
アクリル酸系樹脂体からなる請求項9に記載のカートリ
ッジ。
10. The cartridge according to claim 9, wherein the synthetic polymer water absorbent resin body is made of a polyacrylic acid resin body.
【請求項11】 燃料が、水素である請求項4〜10の
いずれか1つに記載のカートリッジ。
11. The cartridge according to claim 4, wherein the fuel is hydrogen.
【請求項12】 固体物質/反応物質が、水素化金属/水
または水蒸気、亜鉛・銅を含む金属の粉体/希硫酸・希
塩酸を含む酸溶液、または水素生成酵素/当該酵素を水
素生成源とする物質であることを特徴とする請求項4〜
11のいずれか1つに記載のカートリッジ。
12. The solid substance / reactant is hydrogenated metal / water or water vapor, powder of metal containing zinc / copper / acid solution containing dilute sulfuric acid / dilute hydrochloric acid, or hydrogen-producing enzyme / hydrogen generating source of the enzyme. It is a substance to be
11. The cartridge according to any one of 11.
【請求項13】 水素化金属が、水素化ホウ素ナトリウ
ムである請求項12に記載のカートリッジ。
13. The cartridge according to claim 12, wherein the metal hydride is sodium borohydride.
【請求項14】 燃料の水素を供給する燃料電池が、電
解質を固体高分子電解質とする高分子電解質型燃料電池
である請求項4〜13のいずれか1つに記載のカートリ
ッジ。
14. The cartridge according to claim 4, wherein the fuel cell for supplying hydrogen as a fuel is a polymer electrolyte fuel cell in which an electrolyte is a solid polymer electrolyte.
【請求項15】 負極、正極、およびこれら両極の間に
設けられた電解質を有する電池本体と、 請求項1または2に記載のカートリッジと、 電池本体に付設され、前記カートリッジを着脱可能に収
納するカートリッジ収納部とを備えてなり、 カートリッジ収納部が、前記カートリッジの燃料供給口
に解除可能に係合し、供給される燃料を電池本体の負極
に導く燃料導入口を有していることを特徴とする燃料電
池。
15. A battery main body having a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte provided between the both electrodes, a cartridge according to claim 1 or 2, and a cartridge attached to the battery main body for detachably storing the cartridge. A cartridge accommodating portion, wherein the cartridge accommodating portion has a fuel introduction port that is releasably engaged with the fuel supply port of the cartridge and that guides the supplied fuel to the negative electrode of the cell body. And a fuel cell.
【請求項16】 燃料電池が、燃料をメタノールとする
メタノール直接型燃料電池である請求項15に記載の燃
料電池。
16. The fuel cell according to claim 15, wherein the fuel cell is a direct methanol fuel cell in which the fuel is methanol.
【請求項17】 負極、正極、およびこれら両極の間に
設けられた電解質を有する電池本体と、 請求項4〜14のいずれか1つに記載のカートリッジ
と、 電池本体に付設され、前記カートリッジを着脱可能に収
納するカートリッジ収納部とを備えてなり、 カートリッジ収納部が、前記カートリッジの燃料供給口
に解除可能に係合し、供給される燃料を電池本体の負極
に導く燃料導入口を有していることを特徴とする燃料電
池。
17. A battery main body having a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte provided between these electrodes, a cartridge according to any one of claims 4 to 14, and a cartridge attached to the battery main body, And a cartridge receiving portion for removably storing therein, the cartridge storing portion having a fuel introduction port that releasably engages with the fuel supply port of the cartridge and guides the supplied fuel to the negative electrode of the cell body. A fuel cell characterized in that
【請求項18】 燃料電池が、電解質を固体高分子電解
質とし、燃料を水素とする高分子電解質型燃料電池であ
る請求項17に記載の燃料電池。
18. The fuel cell according to claim 17, wherein the fuel cell is a polymer electrolyte fuel cell in which the electrolyte is a solid polymer electrolyte and the fuel is hydrogen.
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