JP2003346836A - Direct methanol fuel cell system - Google Patents

Direct methanol fuel cell system

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JP2003346836A
JP2003346836A JP2002156811A JP2002156811A JP2003346836A JP 2003346836 A JP2003346836 A JP 2003346836A JP 2002156811 A JP2002156811 A JP 2002156811A JP 2002156811 A JP2002156811 A JP 2002156811A JP 2003346836 A JP2003346836 A JP 2003346836A
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JP
Japan
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methanol
flow path
aqueous solution
cathode
anode
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Application number
JP2002156811A
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Japanese (ja)
Inventor
Hirohisa Miyamoto
浩久 宮本
Morohiro Tomimatsu
師浩 富松
Nobuo Shibuya
信男 澁谷
Hirotaka Sakai
広隆 酒井
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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
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a direct methanol fuel cell system efficiently drivable in a stable state for a long period. <P>SOLUTION: This fuel cell system comprises an electromotive part for generating an electromotive force through a chemical reaction by making methanol solution as fuel flow to an anode flow passage 109 provided on one surface side of an electrolyte membrane 105 and air as oxidizer to a cathode flow passage 115 provided on the other surface side, a methanol solution container 110 storing the methanol solution fed to the anode side of the electromotive part, a fuel pipe 126 leading the methanol solution passed through the anode flow passage again to the methanol solution container, and an exhaust pipe 127 leading exhaust gas exhausted through the cathode flow passage to the methanol solution container. <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、小型携帯機器な
ど、従来、電池を駆動用電源としてきた電子機器を駆動
することが可能な、直接型メタノール燃料電池の発電装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power generator for a direct methanol fuel cell capable of driving an electronic device such as a small portable device which has conventionally used a battery as a driving power source.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、情報化社会を支える携帯用電子機
器の電源として、あるいは大気汚染や地球温暖化に対処
するための電源として、燃料電池に対する期待が高まっ
ている。
2. Description of the Related Art In recent years, fuel cells are expected to be used as power sources for portable electronic devices that support the information society or as power sources for dealing with air pollution and global warming.

【0003】燃料電池のなかでも、メタノールから直
接、プロトンを取り出すことにより発電を行う直接型メ
タノール燃料電池(DMFC)は、改質器が不要であり
燃料容積が少なくて済む、という特性により携帯用電子
機器への応用も考えられ、多方面への応用の期待が高ま
りつつある。
[0003] Among the fuel cells, a direct methanol fuel cell (DMFC), which generates power by directly extracting protons from methanol, does not require a reformer and requires a small fuel volume. Application to electronic equipment is also considered, and expectations for application to various fields are increasing.

【0004】この種の燃料電池においても、システムを
可能な限り小型化するためには燃料を効率よく使用する
ことが重要である。そこでDMFCでは、供給され使用
されたメタノール水溶液も全くなくなるわけではなく、
その一部が残ることに着目して、この水溶液を再び燃料
として使用することも考えられている。
[0004] Even in this type of fuel cell, it is important to use fuel efficiently in order to make the system as small as possible. Therefore, in DMFC, the methanol aqueous solution supplied and used does not disappear at all,
Paying attention to the fact that a part thereof remains, it has been considered to use this aqueous solution again as fuel.

【0005】しかし、DMFCで使用されたメタノール
水溶液を単純に燃料タンクに戻す構成を採ると、起電の
反応によって多くの水が生ずるため、メタノール水溶液
の濃度が薄くなって、起電能率が低下してしまう。ま
た、この回収されるメタノール水溶液の多量の水の処置
になんらかの対策が必要であり、更にこの多量の水を捨
てることができたとしても、これはDMFCの起電過程
で使用されたものであるから、熱を有しており、熱をも
捨てることになって、発電装置としては効率的でない。
However, if the methanol aqueous solution used in the DMFC is simply returned to the fuel tank, a large amount of water is generated by the electromotive reaction, so that the concentration of the methanol aqueous solution becomes thin and the electromotive efficiency decreases. Resulting in. In addition, some measure is required for the treatment of a large amount of the aqueous methanol solution to be recovered, and even if this large amount of water can be discarded, it is used in the process of generating an electric power of the DMFC. Therefore, it has heat and wastes heat, which is not efficient as a power generation device.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点に鑑みてなされたもので、効率的でしかも安定な
状態で長時間駆動が可能な直接型メタノール燃料電池シ
ステムを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a direct methanol fuel cell system which can be operated efficiently and stably for a long time. With the goal.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項1によれば、電解質膜の一方の面側
に設けられたアノード流路に燃料としてメタノール水溶
液を流し、他方の面側に設けられたカソード流路に酸化
剤として空気を流し化学反応により起電する起電部と、
この起電部単位の前記アノード側に供給する前記メタノ
ール水溶液を貯めるメタノール水溶液容器と、前記アノ
ード流路を通ったメタノール水溶液を再び前記メタノー
ル水溶液容器に導く燃料流路と、前記カソード流路を通
って排出された排気ガスを前記メタノール水溶液容器に
導く排気流路とを有することを特徴とする直接型メタノ
ール燃料電池システムを提供する。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a methanol aqueous solution is supplied as a fuel to an anode flow channel provided on one side of an electrolyte membrane, An electromotive section that causes air as an oxidant to flow through a cathode channel provided on the surface side of the
A methanol aqueous solution container for storing the methanol aqueous solution to be supplied to the anode side of the electromotive unit, a fuel flow channel for guiding the methanol aqueous solution passed through the anode flow channel to the methanol aqueous solution again, and a methanol flow channel passing through the cathode flow channel And an exhaust passage for guiding exhaust gas discharged through the methanol aqueous solution container to the methanol aqueous solution container.

【0008】本発明の請求項2によれば、電解質膜の一
方の面側に設けられたアノード流路に燃料としてメタノ
ール水溶液を流し、他方の面側に設けられたカソード流
路に酸化剤として空気を流し化学反応により起電する起
電部と、この起電部単位の前記アノード側に供給する前
記メタノール水溶液を貯めるメタノール水溶液容器と、
空気を前記カソード流路に導く送気流路と、前記アノー
ド流路を通ったメタノール水溶液を前記メタノール水溶
液容器に導く燃料流路と、前記カソード流路を通って排
出された排気ガスを前記メタノール水溶液容器に導く排
気流路とを有し、前記送気流路を前記排気流路又は前記
燃料流路に近接して設けたことを特徴とする直接型メタ
ノール燃料電池システムを提供する。
According to the second aspect of the present invention, an aqueous methanol solution is flown as a fuel into the anode flow path provided on one side of the electrolyte membrane, and the oxidant is passed through the cathode flow path provided on the other side. An electromotive section that causes air to flow to generate an electromotive force by a chemical reaction, and a methanol aqueous solution container that stores the methanol aqueous solution to be supplied to the anode side of the electromotive section unit,
An air supply channel for guiding air to the cathode channel, a fuel channel for guiding the aqueous methanol solution passing through the anode channel to the aqueous methanol solution container, and an exhaust gas discharged through the cathode channel for the aqueous methanol solution. A direct-type methanol fuel cell system, comprising: an exhaust passage leading to a container, wherein the air supply passage is provided near the exhaust passage or the fuel passage.

【0009】本発明の請求項3によれば、電解質膜、こ
の電解質膜の一方の面側に設けられたアノード極、前記
電解質膜の他方の面側に設けられたカソード極、前記ア
ノード極に対向して設けられ燃料としてメタノール水溶
液を流すアノード流路、前記カソード極に対向して設け
られ酸化剤として空気を流すカソード流路とを有する起
電部と、前記アノード流路に供給するメタノール水溶液
を貯めるメタノール水溶液容器と、このメタノール水溶
液容器内のメタノール水溶液を前記アノード流路に供給
する送液機構と、前記アノード流路を通ったメタノール
水溶液を前記メタノール水溶液容器に導く燃料流路と、
空気を前記カソード流路に導く送気流路と、この送気流
路により空気を前記カソード流路に供給する送気機構
と、前記カソード流路を通った排気ガスを前記メタノー
ル水溶液容器に導く排気流路とを有することを特徴とす
る直接型メタノール燃料電池システムを提供する。
According to claim 3 of the present invention, the electrolyte membrane, the anode provided on one side of the electrolyte membrane, the cathode provided on the other side of the electrolyte membrane, and the anode An electromotive section having an anode flow path provided opposite to flow a methanol aqueous solution as a fuel, a cathode flow path provided opposite the cathode electrode and flowing air as an oxidant, and a methanol aqueous solution supplied to the anode flow path A methanol aqueous solution container for storing the methanol aqueous solution, a liquid sending mechanism for supplying the methanol aqueous solution in the methanol aqueous solution container to the anode flow path, a fuel flow path for guiding the methanol aqueous solution passing through the anode flow path to the methanol aqueous solution container,
An air supply channel that guides air to the cathode channel, an air supply mechanism that supplies air to the cathode channel by the air channel, and an exhaust flow that guides exhaust gas passing through the cathode channel to the methanol aqueous solution container. And a direct methanol fuel cell system characterized by having a path.

【0010】本発明の請求項4によれば、電解質膜、こ
の電解質膜の一方の面側に設けられたアノード極、前記
電解質膜の他方の面側に設けられたカソード極、前記ア
ノード極に対向して設けられ燃料としてメタノール水溶
液を流すアノード流路、前記カソード極に対向して設け
られ酸化剤として空気を流すカソード流路とを有する起
電部と、前記アノード流路に供給するメタノール水溶液
を貯めるメタノール水溶液容器と、このメタノール水溶
液容器内のメタノール水溶液を前記アノード流路に供給
する送液機構と、前記アノード流路を通ったメタノール
水溶液を前記メタノール水溶液容器に導く燃料流路と、
空気を前記カソード流路に導く送気流路と、この送気流
路により空気を前記カソード流路に供給する送気機構
と、前記カソード流路を通った排気ガスを前記メタノー
ル水溶液容器に導く排気流路とを有し、前記送気流路は
前記排気流路に近接して設けられることを特徴とする直
接型メタノール燃料電池システムを提供する。
According to claim 4 of the present invention, the electrolyte membrane, the anode provided on one side of the electrolyte membrane, the cathode provided on the other side of the electrolyte membrane, and the anode An electromotive section having an anode flow path provided opposite to flow a methanol aqueous solution as a fuel, a cathode flow path provided opposite the cathode electrode and flowing air as an oxidant, and a methanol aqueous solution supplied to the anode flow path A methanol aqueous solution container for storing the methanol aqueous solution, a liquid sending mechanism for supplying the methanol aqueous solution in the methanol aqueous solution container to the anode flow path, a fuel flow path for guiding the methanol aqueous solution passing through the anode flow path to the methanol aqueous solution container,
An air supply channel that guides air to the cathode channel, an air supply mechanism that supplies air to the cathode channel by the air channel, and an exhaust flow that guides exhaust gas passing through the cathode channel to the methanol aqueous solution container. And a direct-type methanol fuel cell system, wherein the air supply flow path is provided adjacent to the exhaust flow path.

【0011】本発明の請求項5によれば、電解質膜、こ
の電解質膜の一方の面側に設けられたアノード極、前記
電解質膜の他方の面側に設けられたカソード極、前記ア
ノード極に対向して設けられ燃料としてメタノール水溶
液を流すアノード流路、前記カソード極に対向して設け
られ酸化剤として空気を流すカソード流路とを有する起
電部と、前記アノード流路に供給するメタノール水溶液
を貯めるメタノール水溶液容器と、このメタノール水溶
液容器内のメタノール水溶液を前記アノード流路に供給
する送液機構と、前記アノード流路を通ったメタノール
水溶液を前記メタノール水溶液容器に導く燃料流路と、
この燃料流路に近接して設けられ、空気を前記カソード
流路に導く送気流路と、この送気流路により空気を前記
カソード流路に供給する送気機構と、前記カソード流路
を通った排気ガスを前記メタノール水溶液容器に導く排
気流路とを有することを特徴とする直接型メタノール燃
料電池システムを提供する。
According to claim 5 of the present invention, the electrolyte membrane, the anode provided on one side of the electrolyte membrane, the cathode provided on the other side of the electrolyte membrane, and the anode An electromotive section having an anode flow path provided opposite to flow a methanol aqueous solution as a fuel, a cathode flow path provided opposite the cathode electrode and flowing air as an oxidant, and a methanol aqueous solution supplied to the anode flow path A methanol aqueous solution container for storing the methanol aqueous solution, a liquid sending mechanism for supplying the methanol aqueous solution in the methanol aqueous solution container to the anode flow path, a fuel flow path for guiding the methanol aqueous solution passing through the anode flow path to the methanol aqueous solution container,
An air supply passage provided in proximity to the fuel flow passage, for guiding air to the cathode flow passage, an air supply mechanism for supplying air to the cathode flow passage by the air supply flow passage, and passing through the cathode flow passage. An exhaust flow path for guiding exhaust gas to the methanol aqueous solution container is provided.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する前に図面を用いて本発明の原理を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Before describing embodiments of the present invention, the principle of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0013】図1に本発明の電池システムの簡略構成を
示す。同図において、この電池システムは、直接型メタ
ノール燃料電池(DMFC)を重ね発電を行うDMFC
スタック11(詳細は後述)と、このDMFCスタック
における発電の化学反応に必要なメタノール水溶液を貯
める混合タンク12と、この混合タンク12内のメタノ
ール水溶液、即ちメタノールと水の混合液をDMFCス
タック11の燃料供給口11aに導く送液ポンプ13
と、酸化剤、即ち外部の空気を送気パイプ14を介し
て、DMFCスタック11の酸化剤供給口11bに導く
送気ポンプ15と、DMFCスタック11の燃料排出口
11cから排出されるメタノール水溶液を上記混合タン
ク12に戻す燃料パイプ16と、DMFCスタック11
の酸化剤排出口11dから排出される空気などの混合ガ
スを上記混合タンク12に戻す排気パイプ17と、メタ
ノールを上記混合タンク12に補給する燃料カートリッ
ジ18とから成る。
FIG. 1 shows a simplified configuration of the battery system of the present invention. In this figure, this battery system is a direct methanol fuel cell (DMFC)
A stack 11 (details will be described later), a mixing tank 12 for storing a methanol aqueous solution necessary for a chemical reaction of power generation in the DMFC stack, and a methanol aqueous solution in the mixing tank 12, that is, a mixed solution of methanol and water, Liquid feed pump 13 leading to fuel supply port 11a
And an air supply pump 15 for guiding an oxidant, that is, external air, to an oxidant supply port 11b of the DMFC stack 11 through an air supply pipe 14, and a methanol aqueous solution discharged from a fuel outlet 11c of the DMFC stack 11. The fuel pipe 16 returning to the mixing tank 12 and the DMFC stack 11
An exhaust pipe 17 for returning mixed gas such as air discharged from the oxidizing agent discharge port 11d to the mixing tank 12, and a fuel cartridge 18 for replenishing the mixing tank 12 with methanol.

【0014】DMFCスタック11は、直接型メタノー
ル燃料電池において、化学反応により発電を生ずる部分
であり、これには燃料供給口11aから燃料であるメタ
ノール水溶液が供給され、DMFCスタック11の酸化
剤供給口11bには酸化剤である空気が供給される。こ
のとき、DMFCスタック11において発電がなされる
が同時に化学反応によって反応熱が生ずる。そして、D
MFCスタック11の後述するアノード流路を通って残
ったメタノール水溶液及び反応により生じた炭酸ガス
(CO)は熱と共に燃料パイプ16を通って混合タン
ク12に送られる。一方、DMFCスタック11の後述
するカソード流路を通って残った空気、水(HO)及
び熱は排気パイプ17を通ってやはり混合タンク12に
送られる。この水は熱を有するから一部、水蒸気の状態
になっている。
The DMFC stack 11 is a portion that generates power by a chemical reaction in a direct methanol fuel cell, and is supplied with a methanol aqueous solution as a fuel from a fuel supply port 11a. Air serving as an oxidizing agent is supplied to 11b. At this time, power is generated in the DMFC stack 11, but at the same time, reaction heat is generated by a chemical reaction. And D
The aqueous methanol solution remaining through an anode flow path of the MFC stack 11 described later and carbon dioxide (CO 2 ) generated by the reaction are sent to the mixing tank 12 through the fuel pipe 16 together with heat. On the other hand, air, water (H 2 O), and heat remaining through a cathode flow channel of the DMFC stack 11 which will be described later are also sent to the mixing tank 12 through the exhaust pipe 17. Since this water has heat, it is partially in the form of water vapor.

【0015】このように、混合タンク12に戻される燃
料も水も熱を有しており、したがって、水は一部、水蒸
気の状態になるから、混合タンク上部に設けられた気液
分離部材(図示せず)により分けられ、上部に設けられ
たファン19によって、CO や空気と共に外部に排出
される。したがって、水はそれほど混合タンク12に残
らない。またこのとき、熱を持ったメタノール水溶液及
び混合ガスが混合タンク12に回収されるので、混合タ
ンク12から送液ポンプ13によりDMFCスタック1
1に供給されるメタノール水溶液も相当の熱を有するこ
とになり、DMFCスタック11における起電のための
化学反応を促進することになる。
Thus, the fuel returned to the mixing tank 12
Both feed and water have heat, so some of the water is
Gas, the gas-liquid provided at the top of the mixing tank
Separated by a separating member (not shown)
By fan 19 2And exhaust with air
Is done. Therefore, much water remains in the mixing tank 12.
No. At this time, a heated aqueous methanol solution and
And the mixed gas are collected in the mixing tank 12,
DMFC stack 1 by liquid feed pump 13
The aqueous methanol solution supplied to 1 also has considerable heat.
For the generation of electric power in the DMFC stack 11
It will accelerate the chemical reaction.

【0016】なお、DMFCスタック11の酸化剤排出
口から混合タンク12に送られた水は、上述のように混
合タンク12において水蒸気として一部蒸発するが、そ
れでも水として残留する分があり、メタノール水溶液が
薄くなることがある。このような場合には、メタノール
の入った燃料カートリッジ18により、メタノールを混
合タンク12に補給し、メタノール水溶液の濃度が薄く
なり過ぎることを防ぐことができる。また、DMFCス
タック11からメタノール水溶液及び排出ガスを混合タ
ンク12に戻すようにすると、内圧が大気圧より高くな
り過ぎる場合もある。このような場合には、混合タンク
12の上記気液分離部材の近くに内圧調整装置(図示せ
ず)を設ければよい。
The water sent from the oxidizing agent discharge port of the DMFC stack 11 to the mixing tank 12 partially evaporates as steam in the mixing tank 12 as described above, but still remains as water. The aqueous solution may become thin. In such a case, methanol is supplied to the mixing tank 12 by the fuel cartridge 18 containing methanol, so that the concentration of the aqueous methanol solution can be prevented from becoming too low. Further, when the aqueous methanol solution and the exhaust gas are returned from the DMFC stack 11 to the mixing tank 12, the internal pressure may become too higher than the atmospheric pressure. In such a case, an internal pressure adjusting device (not shown) may be provided in the mixing tank 12 near the gas-liquid separation member.

【0017】このようにして、本発明ではDMFCスタ
ックで反応熱を回収し、混合タンクないで熱交換するこ
とにより、発電のために消費されるメタノール水溶液の
温度を通常よりも上げることができ、効率的な発電を行
うことができる。
As described above, in the present invention, the temperature of the aqueous methanol solution consumed for power generation can be raised more than usual by recovering the heat of reaction with the DMFC stack and exchanging heat without using the mixing tank. Efficient power generation can be performed.

【0018】また、送気ポンプ15によってDMFCス
タック11に外から供給される空気は、通常常温である
が、これについても温度が高ければ発電のための化学反
応を高めることができる。
The air supplied from the outside to the DMFC stack 11 by the air supply pump 15 is usually at room temperature, but if the temperature is too high, the chemical reaction for power generation can be enhanced.

【0019】そこで、本発明では、空気をDMFCスタ
ック11の酸化剤供給口11bに送る送気パイプ14を
燃料パイプ16あるいは排気パイプ17に近接させるこ
とにより、燃料パイプ16又は排気パイプ17に流れる
メタノール水溶液や空気などが有する熱により、送気パ
イプ14の温度を高め、ひいてはこのパイプ中を流れる
空気を熱して、DMFCスタック11に供給する酸化剤
(空気)の温度を高めることができることになる。
Therefore, in the present invention, the methanol flowing through the fuel pipe 16 or the exhaust pipe 17 is brought close to the fuel pipe 16 or the exhaust pipe 17 by sending the air supply pipe 14 for sending air to the oxidant supply port 11 b of the DMFC stack 11. The heat of the aqueous solution, the air, and the like can increase the temperature of the air supply pipe 14, and thus, the air flowing through the pipe, thereby increasing the temperature of the oxidant (air) supplied to the DMFC stack 11.

【0020】次に、本発明の実施形態について図面を用
いて説明する。 <第1の実施形態>図2に、本発明の第1の実施形態の
直接型メタノール燃料電池システムの構成を示す。直接
型メタノール燃料電池(DMFC)起電装置100の起
電部は、アノード集電体101及びアノード触媒層10
2を含むアノード極と、カソード集電体103及びカソ
ード触媒層104を含むカソード極と、上記アノード極
およびカソード極の間に配置される電解質膜105を含
む。アノード流路板106はアノード集電体101側に
配設され、これには蛇行溝形状で両端にメタノール供給
口107とメタノール排出口108とを有するアノード
流路109が形成されている。メタノール水溶液が収容
されるメタノール水溶液容器110は、送液ポンプ11
1を介して上記アノード流路板106のメタノール供給
口107に接続される。図示していないが、上記起電装
置100はヒータにより加熱される。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. <First Embodiment> FIG. 2 shows a configuration of a direct methanol fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. The electromotive section of the direct methanol fuel cell (DMFC) electromotive device 100 includes an anode current collector 101 and an anode catalyst layer 10.
2; a cathode including the cathode current collector 103 and the cathode catalyst layer 104; and an electrolyte membrane 105 disposed between the anode and the cathode. The anode flow path plate 106 is disposed on the anode current collector 101 side, and has an anode flow path 109 having a meandering groove shape and having a methanol supply port 107 and a methanol discharge port 108 at both ends. The aqueous methanol solution container 110 containing the aqueous methanol solution is provided
1 is connected to the methanol supply port 107 of the anode flow path plate 106. Although not shown, the electromotive device 100 is heated by a heater.

【0021】一方、カソード流路板112は、起電装置
100のカソード集電体103側に配設されており、こ
れには、蛇行溝形状で両端に酸化剤供給口113と酸化
剤排出口114を有するカソード流路115が形成され
ている。酸化剤供給口113には、送気ポンプ116が
接続され、例えば空気のような酸化剤を外部からこの酸
化剤供給口113に送り込む。
On the other hand, the cathode flow channel plate 112 is provided on the cathode current collector 103 side of the electromotive device 100, and has a meandering groove shape and an oxidant supply port 113 and an oxidant discharge port at both ends. A cathode channel 115 having 114 is formed. An air supply pump 116 is connected to the oxidant supply port 113, and sends an oxidant such as air from the outside to the oxidant supply port 113.

【0022】上記のような構成のDMFC電池システム
において、補助の電池により送液ポンプ111及び送気
ポンプ116を作動させることにより、燃料のメタノー
ル及び酸化剤である空気がDMFC起電部(スタック)
に供給され、発電がなされる。図2では、DMFC起電
部は1層しか示していないが、実際には電圧を上げるた
めに複数層重ねて設ける場合も多い。
In the DMFC battery system having the above-described structure, the fuel supply methanol and air, which is an oxidizing agent, are activated by operating the liquid supply pump 111 and the air supply pump 116 with the auxiliary battery.
And power is generated. Although FIG. 2 shows only one layer of the DMFC electromotive section, in practice, a plurality of layers are often provided to increase the voltage.

【0023】所定濃度のメタノール水溶液は、メタノー
ル水溶液容器110から送液ポンプ111によりアノー
ド流路板106のメタノール供給口107に供給され、
この流路板の溝の部分、即ちアノード流路109を流れ
る。アノード流路板106の凸部分はアノードカーボン
ペーパーのようなアノード集電体101と接しており、
アノード流路109を流れるメタノール水溶液がアノー
ド集電体101にしみ込むことにより、アノード触媒層
102にメタノール水溶液が供給される。しかし、供給
されたメタノール水溶液のすべてがアノード集電体10
1にしみ込むわけではなく、残ったメタノール水溶液は
メタノール排出口108から排出され、燃料パイプ12
6を介してメタノール水溶液容器110に戻される。
A methanol aqueous solution having a predetermined concentration is supplied from a methanol aqueous solution container 110 to a methanol supply port 107 of an anode channel plate 106 by a liquid sending pump 111.
The gas flows through the groove of the flow path plate, that is, the anode flow path 109. The convex portion of the anode channel plate 106 is in contact with the anode current collector 101 such as anode carbon paper,
When the aqueous methanol solution flowing through the anode flow channel 109 permeates the anode current collector 101, the aqueous methanol solution is supplied to the anode catalyst layer 102. However, all of the supplied aqueous methanol solution is the anode current collector 10.
1, the remaining aqueous methanol solution is discharged from the methanol outlet 108, and the fuel pipe 12
6 and returned to the aqueous methanol solution container 110.

【0024】このメタノール水溶液容器110に戻され
るメタノール水溶液は、発電の反応により熱を有してお
り、また反応によって生じた炭酸ガスもメタノール水溶
液容器110に入れられることになる。
The aqueous methanol solution returned to the aqueous methanol solution container 110 has heat due to the power generation reaction, and carbon dioxide gas generated by the reaction is also put into the aqueous methanol solution container 110.

【0025】一方、送気ポンプ116により送気パイプ
124を通って酸化剤供給口113から取り入れられた
空気は、カソード流路板112の溝、即ちカソード流路
115を通って流れ、カソード触媒層104にしみ込
む。そして残った空気は、酸化剤排出口114から排出
され、排気パイプ127によりメタノール水溶液容器1
10に入れられる。このとき発電の反応により生じた水
やこの水が反応熱により気体化した水蒸気もメタノール
水溶液容器110に入れられる。
On the other hand, the air taken in from the oxidant supply port 113 by the air supply pump 116 through the air supply pipe 124 flows through the groove of the cathode channel plate 112, that is, the cathode channel 115, and Soak into 104. The remaining air is discharged from the oxidizing agent discharge port 114, and the methanol aqueous solution container 1 is discharged through an exhaust pipe 127.
Put in 10. At this time, water generated by the power generation reaction and water vapor gasified by the heat of the reaction are also put into the aqueous methanol solution container 110.

【0026】電解質膜105は、例えば、高プロトン伝
導性を有するナフィオン膜が用いられる。アノード触媒
層102に用いられる触媒には、例えば、被毒の少ない
PtRuが用いられ、カソード触媒層に用いられる触媒
としては、例えばPtが用いられる。
As the electrolyte membrane 105, for example, a Nafion membrane having high proton conductivity is used. As a catalyst used for the anode catalyst layer 102, for example, PtRu with little poisoning is used, and as a catalyst used for the cathode catalyst layer, for example, Pt is used.

【0027】このような構造の直接型メタノール燃料電
池発電装置において、アノード触媒層102にメタノー
ル水溶液が供給され、触媒反応によってプロトン(陽
子)を発生させ、発生したプロトンが電解質膜105を
通り抜け、カソード触媒層104に供給された酸素と触
媒上で反応することにより、起電が行われる。
In the direct methanol fuel cell power generation device having such a structure, an aqueous methanol solution is supplied to the anode catalyst layer 102 to generate protons (protons) by a catalytic reaction, and the generated protons pass through the electrolyte membrane 105 to form a cathode. By reacting with oxygen supplied to the catalyst layer 104 on the catalyst, electromotive force is generated.

【0028】なお、上記アノード触媒層102はその厚
さによりメタノール濃度が変化し、この厚さが薄くなる
程濃度が薄くなる。発電の最大出力密度から、メタノー
ル濃度は0.5M程度がよいことがわかり、したがって
アノード触媒層102の厚さは40μ以上、好ましくは
40〜150μmにすることが望ましいことがわかっ
た。また、アノード触媒層102の多孔度(ナフィオン
含有率ε)を0.4〜0.7にすることにより、メタノ
ール水溶液の高い拡散速度を得ることができる。
The methanol concentration of the anode catalyst layer 102 changes depending on its thickness, and the concentration decreases as the thickness decreases. From the maximum output density of the power generation, it was found that the methanol concentration was preferably about 0.5 M, and therefore, it was found that the thickness of the anode catalyst layer 102 was desirably 40 μm or more, preferably 40 to 150 μm. Further, by setting the porosity (Nafion content ε) of the anode catalyst layer 102 to 0.4 to 0.7, a high diffusion rate of the methanol aqueous solution can be obtained.

【0029】メタノール水溶液容器110には、メタノ
ールの入った燃料カートリッジ128が接続できるよう
になっている。メタノール水溶液容器110のメタノー
ルの濃度が薄くなったときには燃料カートリッジ128
を接続して、メタノールを補給する。また、メタノール
水溶液容器110の上部には気液分離部材129が設け
られ、排気パイプ127によりメタノール水溶液容器1
10に送られた、空気と、水が水蒸気として外部に排出
される。燃料パイプ126によりメタノール水溶液容器
に送られた炭酸ガスが外部に排出される。また、メタノ
ール水溶液容器の内圧が高くなった場合に備えて、気液
分離部材129の近くに気圧調整弁130が外向きに設
けられる。
A fuel cartridge 128 containing methanol can be connected to the aqueous methanol solution container 110. When the methanol concentration in the aqueous methanol solution container 110 becomes low, the fuel cartridge 128
And supply methanol. A gas-liquid separation member 129 is provided above the methanol aqueous solution container 110, and the methanol aqueous solution container
The air and water sent to 10 are discharged to the outside as steam. The carbon dioxide gas sent to the methanol aqueous solution container by the fuel pipe 126 is discharged to the outside. In addition, a pressure regulating valve 130 is provided outwardly near the gas-liquid separation member 129 in case the internal pressure of the methanol aqueous solution container becomes high.

【0030】本発明のこの実施形態によれば、DMFC
起電部における発電に使用され残ったメタノール水溶液
及び空気が熱を有して、起電に際して生じた炭酸ガスや
水(水蒸気)と共にメタノール水溶液容器に戻されるの
で、再びDMFC起電部に供給されるメタノール水溶液
の温度を上げることができ、効率的なDMFCシステム
を得ることが可能である。 <第2の実施形態>次に、DMFCに酸化剤として供給
する空気を、燃料パイプに流れるメタノール水溶液によ
り加熱する第2の実施形態について図面を用いて説明す
る。
According to this embodiment of the present invention, the DMFC
The remaining aqueous methanol solution and air used for power generation in the electromotive unit have heat and are returned to the methanol aqueous solution container together with the carbon dioxide gas and water (steam) generated during the electromotive force, so that they are again supplied to the DMFC electromotive unit. The temperature of the aqueous methanol solution can be raised, and an efficient DMFC system can be obtained. Second Embodiment Next, a second embodiment in which air supplied as an oxidizing agent to a DMFC is heated by an aqueous methanol solution flowing through a fuel pipe will be described with reference to the drawings.

【0031】図3にこの実施形態の構成例を示し、この
図では図2と同じ部材などは同じ番号を付してある。送
気ポンプ134、燃料パイプ136及び排気パイプ13
7は、図2における送気ポンプ124、燃料パイプ12
6及び排気パイプ127に対応する。
FIG. 3 shows a configuration example of this embodiment. In this figure, the same members and the like as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. Air supply pump 134, fuel pipe 136, and exhaust pipe 13
7 is an air supply pump 124 and a fuel pipe 12 shown in FIG.
6 and the exhaust pipe 127.

【0032】図3において、外気から取り入れられた空
気は送気ポンプ116によって、送気パイプを介してカ
ソード流路115の酸化剤供給口113に供給される
が、この送気パイプ134を酸化剤排出口114から空
気などをメタノール水溶液容器110に送る排気パイプ
137に接触させて配設する。また、メタノール水溶液
容器110には内圧調整装置131が、気液分離部材1
29の近くに設けられ、容器内の圧力が高くなることを
防止する。
In FIG. 3, air taken in from outside air is supplied to an oxidizing agent supply port 113 of a cathode flow path 115 through an air supply pipe by an air supply pump 116. It is provided in contact with an exhaust pipe 137 for sending air or the like from the outlet port 114 to the aqueous methanol solution container 110. Further, an internal pressure adjusting device 131 is provided in the methanol aqueous solution container 110 so that the gas-liquid separating member 1 is provided.
29, which prevents the pressure in the container from increasing.

【0033】図示しない補助電源により、送液ポンプ1
11及び送気ポンプ116が起動され、メタノール水溶
液容器110からメタノール水溶液がアノード流路板1
06のメタノール供給口107に供給され、外気の空気
が送気パイプ124により、カソード流路板の酸化剤供
給口113に供給され、起電がなされる。アノード流路
板106を通ったメタノール水溶液は燃料パイプ136
を介して、メタノール排出口108からメタノール水溶
液容器110に戻される。一方カソード流路板112の
酸化剤排出口114から排出された空気、水、水蒸気は
排気パイプ137によりメタノール水溶液容器110に
入れられる。
A liquid supply pump 1 is driven by an auxiliary power supply (not shown).
11 and the air supply pump 116 are started, and the aqueous methanol solution is supplied from the aqueous methanol solution container 110 to the anode flow channel plate 1.
06, and the outside air is supplied to the oxidant supply port 113 of the cathode channel plate by the air supply pipe 124 to generate electricity. The aqueous methanol solution passed through the anode flow channel plate 106 is supplied to the fuel pipe 136.
Is returned from the methanol discharge port 108 to the methanol aqueous solution container 110 via the On the other hand, the air, water, and water vapor discharged from the oxidizing agent discharge port 114 of the cathode channel plate 112 are put into the aqueous methanol solution container 110 through the exhaust pipe 137.

【0034】燃料パイプ136により、メタノール水溶
液容器に戻されたメタノール水溶液、及び炭酸ガスは熱
を有し、排気パイプ137によりメタノール水溶液容器
110に入れられた空気、水及び水蒸気も熱を有するの
で、送液ポンプ111によりアノード流路板106に供
給されるメタノール水溶液の温度を高めることができ
る。この点は上記第1の実施形態の場合と同様である。
また、メタノール水溶液容器110に供給された空気、
水蒸気、炭酸ガスは気液分離部材129から外部に排出
され、容器内の圧力の高くなることは内圧調整装置13
1により防止される。
The aqueous methanol solution and the carbon dioxide gas returned to the aqueous methanol solution container by the fuel pipe 136 have heat, and the air, water, and water vapor put into the aqueous methanol solution container 110 by the exhaust pipe 137 also have heat. The temperature of the aqueous methanol solution supplied to the anode flow channel plate 106 by the liquid feed pump 111 can be increased. This is the same as in the first embodiment.
Further, air supplied to the aqueous methanol solution container 110,
The water vapor and carbon dioxide are discharged from the gas-liquid separation member 129 to the outside, and the increase in the pressure inside the container is caused by the internal pressure adjusting device 13.
1 prevents it.

【0035】この実施形態では、DMFCが動作を開始
した時点では排気パイプ127は暖められていないが、
起電が進行すると、排気パイプ127中を通る排気ガス
(空気、水、水蒸気)が熱を有するので、排気パイプ1
27も暖められる。
In this embodiment, the exhaust pipe 127 is not heated when the DMFC starts operating.
When the electromotive force proceeds, the exhaust gas (air, water, water vapor) passing through the exhaust pipe 127 has heat.
27 is also warmed.

【0036】したがって、排気パイプ127と接触して
設けられている、送気パイプ134も暖められ、このパ
イプ中を通る空気も熱を有することになり、結局、カソ
ード流路板112の酸化剤供給口113に供給される空
気が暖められることになる。
Therefore, the air supply pipe 134 provided in contact with the exhaust pipe 127 is also heated, and the air passing through this pipe also has heat, and as a result, the oxidant supply of the cathode flow path plate 112 The air supplied to the port 113 will be warmed.

【0037】このように、本発明のこの実施形態によれ
ば、供給される空気も暖められるので、DMFCの起電
部における化学反応が容易になされ、上記第1の実施形
態よりも更に効率を上げることが可能となる。 <第3の実施形態>次に、DMFCに酸化剤として供給
する空気を、燃料パイプに流れるメタノール水溶液によ
り加熱する第3の実施形態について図面を用いて説明す
る。図4にこの実施形態の構成例を示し、この図では図
3と同じ部材などは同じ番号を付してある。送気ポンプ
144、燃料パイプ146及び排気パイプ147は、図
2における送気ポンプ124、燃料パイプ126及び排
気パイプ127に対応する。
As described above, according to this embodiment of the present invention, the supplied air is also warmed, so that the chemical reaction in the electromotive section of the DMFC is facilitated, and the efficiency is further improved as compared with the first embodiment. Can be raised. <Third Embodiment> Next, a third embodiment in which air supplied as an oxidizing agent to a DMFC is heated by an aqueous methanol solution flowing through a fuel pipe will be described with reference to the drawings. FIG. 4 shows a configuration example of this embodiment, in which the same members and the like as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. The air supply pump 144, the fuel pipe 146, and the exhaust pipe 147 correspond to the air supply pump 124, the fuel pipe 126, and the exhaust pipe 127 in FIG.

【0038】図4において、外気から取り入れられた空
気は送気ポンプ116によって、送気パイプ144を介
してカソード流路115の酸化剤供給口113に供給さ
れるが、この送気パイプ144を、メタノール排出口1
08からメタノール水溶液及び炭酸ガスをメタノール水
溶液容器110に送る燃料パイプ146に接触させて配
設する。また、メタノール水溶液容器110には内圧調
整装置131が設けられ、容器内の圧力が高くなること
を防止する。
In FIG. 4, air taken in from outside air is supplied to the oxidant supply port 113 of the cathode channel 115 through an air supply pipe 144 by an air supply pump 116. Methanol outlet 1
From 08, a methanol aqueous solution and carbon dioxide gas are provided in contact with a fuel pipe 146 for sending the methanol aqueous solution container 110. Further, an internal pressure adjusting device 131 is provided in the methanol aqueous solution container 110 to prevent the pressure in the container from increasing.

【0039】図示しない補助電源により、送液ポンプ1
11及び送気ポンプ116が起動され、メタノール水溶
液容器110からメタノール水溶液がアノード流路板1
06のメタノール供給口107に供給され、外気の空気
が送気パイプ144により、カソード流路板の酸化剤供
給口113に供給され、起電がなされる。アノード流路
板106を通ったメタノール水溶液及び炭酸ガスは燃料
パイプ146を介して、メタノール排出口108からメ
タノール水溶液容器110に戻される。一方、カソード
流路板112の酸化剤排出口114から排出された空
気、水、水蒸気は排気パイプ147によりメタノール水
溶液容器110に入れられる。
A liquid supply pump 1 is driven by an auxiliary power supply (not shown).
11 and the air supply pump 116 are started, and the aqueous methanol solution is supplied from the aqueous methanol solution container 110 to the anode flow channel plate 1.
06 is supplied to the methanol supply port 107, and outside air is supplied to the oxidant supply port 113 of the cathode channel plate by the air supply pipe 144, thereby generating electricity. The aqueous methanol solution and carbon dioxide gas passed through the anode flow path plate 106 are returned to the aqueous methanol solution container 110 from the methanol outlet 108 via the fuel pipe 146. On the other hand, the air, water, and steam discharged from the oxidizing agent discharge port 114 of the cathode channel plate 112 are put into the aqueous methanol solution container 110 through the exhaust pipe 147.

【0040】燃料パイプ146により、メタノール水溶
液容器に戻されたメタノール水溶液、及び炭酸ガスは熱
を有し、排気パイプ147によりメタノール水溶液容器
110に入れられた空気、水及び水蒸気も熱を有するの
で、送液ポンプ111によりアノード流路板106に供
給されるメタノール水溶液の温度を高めることができ
る。この点は上記第1の実施形態の場合と同様である。
また、メタノール水溶液容器110に供給された空気、
水蒸気、炭酸ガスは気液分離部材129から外部に排出
され、容器内の圧力の高くなることは内圧調整装置13
1により防止される。
The aqueous methanol solution and the carbon dioxide gas returned to the aqueous methanol solution container by the fuel pipe 146 have heat, and the air, water, and steam put into the aqueous methanol solution container 110 by the exhaust pipe 147 also have heat. The temperature of the aqueous methanol solution supplied to the anode channel plate 106 by the liquid sending pump 111 can be increased. This is the same as in the first embodiment.
Further, air supplied to the aqueous methanol solution container 110,
The water vapor and carbon dioxide are discharged from the gas-liquid separation member 129 to the outside, and the increase in the pressure inside the container is caused by the internal pressure adjusting device 13.
1 prevents it.

【0041】この実施形態では、DMFCが動作を開始
した時点では燃料パイプ146は暖められていないが、
発電が進行すると、燃料パイプ146中を通るメタノー
ル水溶液及び炭酸ガスが熱を有するので、燃料パイプ1
46も暖められる。
In this embodiment, the fuel pipe 146 is not heated at the time when the DMFC starts operating.
As the power generation proceeds, the methanol aqueous solution and the carbon dioxide gas passing through the fuel pipe 146 have heat.
46 is also warmed.

【0042】したがって、燃料パイプ146と接触して
設けられている、送気パイプ144も暖められ、このパ
イプ中を通る空気も熱を有することになり、結局、アノ
ード流路板106のメタノール供給口107に供給され
る空気が暖められることになる。
Therefore, the air supply pipe 144 provided in contact with the fuel pipe 146 is also heated, and the air passing through this pipe also has heat. The air supplied to 107 will be warmed.

【0043】このように、本発明のこの実施形態によれ
ば、DMFC起電部に供給される空気も暖められるの
で、DMFC起電部における化学反応が容易になされ、
上記第1の実施形態よりも更に効率を上げることが可能
となる。
As described above, according to this embodiment of the present invention, since the air supplied to the DMFC generator is also warmed, the chemical reaction in the DMFC generator is facilitated,
It is possible to further increase the efficiency compared to the first embodiment.

【0044】なお、上述の図2〜図4に示した記実施形
態では、図1に示したファン19を設けなかったが、こ
れを設けて湿った空気(空気+水蒸気など)を強制的に
外部に排出すれば、メタノール水溶液容器内の結露を防
ぐことができ、電子回路に与える悪影響を防ぐ効果があ
る。
In the above-described embodiment shown in FIGS. 2 to 4, the fan 19 shown in FIG. 1 is not provided, but the fan 19 is provided to forcibly remove humid air (air + water vapor). If discharged to the outside, dew condensation in the methanol aqueous solution container can be prevented, and there is an effect of preventing adverse effects on the electronic circuit.

【0045】また、上述のファンを設けて炭酸ガスなど
を吸引し外気に出すことなく、所定の容器に入れるよう
にすれば、大気に放出することによる悪影響を防止でき
る。
Further, if the above-described fan is provided so that carbon dioxide gas or the like is sucked into the outside air without being sucked and put into the outside air, it is possible to prevent adverse effects due to release into the atmosphere.

【0046】また、図3及び図4に示した実施形態で
は、内圧調整装置を設けたが、図2に示した実施形態の
ように簡単な弁130を設けてメタノール水溶液容器の
内圧が高くなることを簡易に防止することができる。逆
に図2に示した第1の実施形態において図3あるいは図
4に示した内圧調整装置を設けて内圧が高くなることを
防ぐことができる。
In the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the internal pressure adjusting device is provided. However, as in the embodiment shown in FIG. 2, a simple valve 130 is provided to increase the internal pressure of the methanol aqueous solution container. This can be easily prevented. Conversely, in the first embodiment shown in FIG. 2, the internal pressure adjusting device shown in FIG. 3 or FIG. 4 can be provided to prevent the internal pressure from increasing.

【0047】上述の実施形態のように、内圧調整装置を
設けることにより、メタノール水溶液容器内の圧力が大
気圧よりも高くなって送液ポンプが動かなくなることを
防止できる。
By providing the internal pressure adjusting device as in the above-described embodiment, it is possible to prevent the pressure in the methanol aqueous solution container from becoming higher than the atmospheric pressure and preventing the liquid feed pump from operating.

【0048】ところで、上述の第1,第2の実施形態で
は、送気パイプを排気パイプあるいは燃料パイプに接触
させて設けたが、排気パイプと共に燃料パイプに接触さ
せて設けてもよい。また、排気又は燃料パイプは接触し
なくともこれらのパイプの熱が送気パイプに伝えられる
程、近接して設置されれば、本発明の効果を得ることが
できる。また、本発明で送気パイプ、排気パイプ、燃料
パイプとして用いられるパイプの材料は熱伝導性のよい
ものが望ましい。
In the first and second embodiments, the air supply pipe is provided in contact with the exhaust pipe or the fuel pipe. However, the air supply pipe may be provided in contact with the fuel pipe together with the exhaust pipe. Further, even if the exhaust or fuel pipes are not placed in contact with each other, the effects of the present invention can be obtained if they are installed close enough to transmit heat of these pipes to the air supply pipe. Further, it is desirable that the pipe material used as the air supply pipe, the exhaust pipe, and the fuel pipe in the present invention has good heat conductivity.

【0049】また、上述の実施形態では上記のパイプ
は、独立したパイプとして設けられている場合について
述べた。しかし、熱を伝えるべく近接して設けられるパ
イプは、独立したものでなく、たとえば2枚の板体に2
つの溝を設けて合わせることにより2つの流路を形成す
るなど、一般的には2つの流路が、熱が伝えられるほど
近接して設けられればよい。
In the above-described embodiment, a case has been described in which the above-mentioned pipe is provided as an independent pipe. However, the pipes provided in close proximity to conduct heat are not independent, for example, two plates
In general, two channels may be provided so close to each other that heat can be transmitted, for example, two channels are formed by providing and combining two grooves.

【0050】また、メタノールを補給する燃料カートリ
ッジはメタノール水溶液容器に直接着脱されず、この容
器にパイプを装着し、このパイプを介して上記燃料カー
トリッジが着脱されるようにしてもよい。
The fuel cartridge for replenishing methanol may not be directly attached to and detached from the methanol aqueous solution container, but a pipe may be attached to this container, and the fuel cartridge may be attached and detached via this pipe.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、効率
的でしかも安定な状態で長時間駆動が可能な直接型メタ
ノール燃料電池システムを得ることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a direct methanol fuel cell system which can be driven efficiently and stably for a long time.

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

【図1】本発明の原理を説明するための図。FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention.

【図2】本発明一実施形態の構成例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の他の実施形態の構成例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of another embodiment of the present invention.

【図4】本発明の他の実施形態の構成例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11・・・DMFCスタック、 11a・・・燃料供給口、 11b・・・酸化剤供給口、 12・・・混合タンク、 13,111・・・送液ポンプ、 14,124,134,144・・・送気パイプ、 15,116・・・送気ポンプ、 16,126,136,146・・・燃料パイプ、 17,127,137,147・・・排気パイプ、 18,128・・・燃料カートリッジ、 19・・・ファン、 100・・・DMFC起電装置、 101・・・アノード集電体、 102・・・アノード触媒層 103・・・カソード集電体、 104・・・カソード触媒層 105・・・電解質膜、 106・・・アノード流路板 107・・・メタノール供給口、 108・・・メタノール排出口、 109・・・アノード流路、 110・・・メタノール水溶液容器、 112・・・カソード流路板、 113・・・酸化剤供給口、 114・・・酸化剤排出口 115・・・カソード流路、 116・・・送気ポンプ、 129・・・気液分離部材、 130・・・気圧調整弁、 131・・・内圧調整装置。 11 ... DMFC stack, 11a: fuel supply port, 11b: oxidant supply port, 12 ... mixing tank, 13, 111 ... liquid sending pump, 14, 124, 134, 144 ... air supply pipe, 15, 116 ... air supply pump, 16, 126, 136, 146 ... fuel pipe, 17, 127, 137, 147 ... exhaust pipe, 18, 128 ... fuel cartridge, 19 ... fans, 100 ... DMFC electromotive device, 101 ... anode current collector, 102 ... Anode catalyst layer 103 ... cathode current collector, 104 ・ ・ ・ Cathode catalyst layer 105 ... electrolyte membrane, 106 ・ ・ ・ Anode channel plate 107: methanol supply port, 108 ... methanol outlet, 109 ・ ・ ・ Anode channel, 110 ・ ・ ・ Methanol aqueous solution container, 112 ・ ・ ・ Cathode channel plate, 113 ... oxidant supply port, 114 ・ ・ ・ Oxidant outlet 115 ... cathode flow path, 116 ... air supply pump, 129 ... gas-liquid separation member, 130 ... pressure regulating valve, 131 ... internal pressure adjusting device.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 澁谷 信男 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 酒井 広隆 埼玉県深谷市幡羅町一丁目9番地2 株式 会社東芝深谷工場内 Fターム(参考) 5H026 AA08 CC03 CX05    ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Nobuo Shibuya             No. 1 Komukai Toshiba-cho, Kawasaki-shi, Kanagawa             Toshiba R & D Center (72) Inventor Hirotaka Sakai             1-9-9 Hara-cho, Fukaya-shi, Saitama 2 shares             Toshiba Fukaya Factory F term (reference) 5H026 AA08 CC03 CX05

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電解質膜の一方の面側に設けられたアノ
ード流路に燃料としてメタノール水溶液を流し、他方の
面側に設けられたカソード流路に酸化剤として空気を流
し化学反応により起電する起電部と、 この起電部単位の前記アノード側に供給する前記メタノ
ール水溶液を貯めるメタノール水溶液容器と、 前記アノード流路を通ったメタノール水溶液を再び前記
メタノール水溶液容器に導く燃料流路と、 前記カソード流路を通って排出された排気ガスを前記メ
タノール水溶液容器に導く排気流路とを有することを特
徴とする直接型メタノール燃料電池システム。
1. An aqueous methanol solution as a fuel flows through an anode flow path provided on one side of an electrolyte membrane, and air flows as an oxidant through a cathode flow path provided on the other side of the electrolyte membrane. An electromotive unit, a methanol aqueous solution container for storing the methanol aqueous solution to be supplied to the anode side of the electromotive unit unit, and a fuel flow channel for guiding the methanol aqueous solution that has passed through the anode flow channel to the methanol aqueous solution container again, An exhaust passage for guiding exhaust gas discharged through the cathode passage to the methanol aqueous solution container.
【請求項2】 電解質膜の一方の面側に設けられたアノ
ード流路に燃料としてメタノール水溶液を流し、他方の
面側に設けられたカソード流路に酸化剤として空気を流
し化学反応により起電する起電部と、 この起電部単位の前記アノード側に供給する前記メタノ
ール水溶液を貯めるメタノール水溶液容器と、 空気を前記カソード流路に導く送気流路と、 前記アノード流路を通ったメタノール水溶液を前記メタ
ノール水溶液容器に導く燃料流路と、 前記カソード流路を通って排出された排気ガスを前記メ
タノール水溶液容器に導く排気流路とを有し、 前記送気流路を前記排気流路又は前記燃料流路に近接し
て設けたことを特徴とする直接型メタノール燃料電池シ
ステム。
2. An aqueous solution of methanol is flown as a fuel through an anode flow path provided on one side of the electrolyte membrane, and air is flowed as an oxidant through a cathode flow path provided on the other side of the electrolyte membrane. A methanol aqueous solution container for storing the aqueous methanol solution to be supplied to the anode side of each of the electromotive portions; an air supply channel for guiding air to the cathode channel; and a methanol aqueous solution passing through the anode channel. A fuel flow path that guides the exhaust gas discharged through the cathode flow path to the methanol aqueous solution container, and a fuel flow path that guides the exhaust gas discharged through the cathode flow path to the methanol aqueous solution container. A direct methanol fuel cell system, which is provided near a fuel flow path.
【請求項3】 電解質膜、この電解質膜の一方の面側に
設けられたアノード極、前記電解質膜の他方の面側に設
けられたカソード極、前記アノード極に対向して設けら
れ燃料としてメタノール水溶液を流すアノード流路、前
記カソード極に対向して設けられ酸化剤として空気を流
すカソード流路とを有する起電部と、 前記アノード流路に供給するメタノール水溶液を貯める
メタノール水溶液容器と、 このメタノール水溶液容器内のメタノール水溶液を前記
アノード流路に供給する送液機構と、 前記アノード流路を通ったメタノール水溶液を前記メタ
ノール水溶液容器に導く燃料流路と、 空気を前記カソード流路に導く送気流路と、 この送気流路により空気を前記カソード流路に供給する
送気機構と、 前記カソード流路を通った排気ガスを前記メタノール水
溶液容器に導く排気流路とを有することを特徴とする直
接型メタノール燃料電池システム。
3. An electrolyte membrane, an anode provided on one side of the electrolyte membrane, a cathode provided on the other side of the electrolyte membrane, and methanol as a fuel provided opposite the anode. An electromotive section having an anode flow path for flowing an aqueous solution, a cathode flow path provided to face the cathode electrode and flowing air as an oxidant, and a methanol aqueous solution container for storing a methanol aqueous solution to be supplied to the anode flow path. A liquid feed mechanism for supplying the aqueous methanol solution in the aqueous methanol solution container to the anode flow path; a fuel flow path for guiding the aqueous methanol solution that has passed through the anode flow path to the aqueous methanol solution vessel; An air passage, an air supply mechanism for supplying air to the cathode passage through the air passage, and an exhaust gas passing through the cathode passage. A direct methanol fuel cell system having an exhaust passage leading to the methanol aqueous solution container.
【請求項4】 電解質膜、この電解質膜の一方の面側に
設けられたアノード極、前記電解質膜の他方の面側に設
けられたカソード極、前記アノード極に対向して設けら
れ燃料としてメタノール水溶液を流すアノード流路、前
記カソード極に対向して設けられ酸化剤として空気を流
すカソード流路とを有する起電部と、 前記アノード流路に供給するメタノール水溶液を貯める
メタノール水溶液容器と、 このメタノール水溶液容器内のメタノール水溶液を前記
アノード流路に供給する送液機構と、 前記アノード流路を通ったメタノール水溶液を前記メタ
ノール水溶液容器に導く燃料流路と、 空気を前記カソード流路に導く送気流路と、 この送気流路により空気を前記カソード流路に供給する
送気機構と、 前記カソード流路を通った排気ガスを前記メタノール水
溶液容器に導く排気流路とを有し、 前記送気流路は前記排気流路に近接して設けられること
を特徴とする直接型メタノール燃料電池システム。
4. An electrolyte membrane, an anode provided on one side of the electrolyte membrane, a cathode provided on the other side of the electrolyte membrane, and methanol as a fuel provided opposite the anode. An electromotive section having an anode flow path for flowing an aqueous solution, a cathode flow path provided to face the cathode electrode and flowing air as an oxidant, and a methanol aqueous solution container for storing a methanol aqueous solution to be supplied to the anode flow path. A liquid feed mechanism for supplying the aqueous methanol solution in the aqueous methanol solution container to the anode flow path; a fuel flow path for guiding the aqueous methanol solution that has passed through the anode flow path to the aqueous methanol solution vessel; An air passage, an air supply mechanism for supplying air to the cathode passage through the air supply passage, and an exhaust gas passing through the cathode passage. An exhaust passage leading to the methanol aqueous solution container, wherein the air supply passage is provided close to the exhaust passage.
【請求項5】 電解質膜、この電解質膜の一方の面側に
設けられたアノード極、前記電解質膜の他方の面側に設
けられたカソード極、前記アノード極に対向して設けら
れ燃料としてメタノール水溶液を流すアノード流路、前
記カソード極に対向して設けられ酸化剤として空気を流
すカソード流路とを有する起電部と、 前記アノード流路に供給するメタノール水溶液を貯める
メタノール水溶液容器と、 このメタノール水溶液容器内のメタノール水溶液を前記
アノード流路に供給する送液機構と、 前記アノード流路を通ったメタノール水溶液を前記メタ
ノール水溶液容器に導く燃料流路と、 この燃料流路に近接して設けられ、空気を前記カソード
流路に導く送気流路と、 この送気流路により空気を前記カソード流路に供給する
送気機構と、 前記カソード流路を通った排気ガスを前記メタノール水
溶液容器に導く排気流路とを有することを特徴とする直
接型メタノール燃料電池システム。
5. An electrolyte membrane, an anode provided on one side of the electrolyte membrane, a cathode provided on the other side of the electrolyte membrane, and methanol as a fuel provided opposite the anode. An electromotive section having an anode flow path for flowing an aqueous solution, a cathode flow path provided to face the cathode electrode and flowing air as an oxidant, and a methanol aqueous solution container for storing a methanol aqueous solution to be supplied to the anode flow path. A liquid sending mechanism that supplies the aqueous methanol solution in the aqueous methanol solution container to the anode flow path; a fuel flow path that guides the aqueous methanol solution that has passed through the anode flow path to the aqueous methanol solution container; An air supply channel that guides air to the cathode channel; an air supply mechanism that supplies air to the cathode channel by the air channel; A direct-type methanol fuel cell system, comprising: an exhaust channel for guiding exhaust gas passing through a cathode channel to the methanol aqueous solution container.
【請求項6】 前記メタノール水溶液容器は、気体を外
部に排出できる気液分離部材を有することを特徴とする
請求項1乃至5のいずれか1記載の直接型メタノール燃
料電池システム。
6. The direct methanol fuel cell system according to claim 1, wherein the methanol aqueous solution container has a gas-liquid separation member capable of discharging gas to the outside.
【請求項7】 前記メタノール水溶液容器は、メタノー
ルを補給可能な燃料カートリッジを前記メタノール水溶
液容器に着脱可能である構造を有することを特徴とする
請求項1乃至6のいずれか1記載の直接型メタノール燃
料電池システム。
7. The direct methanol according to claim 1, wherein the methanol aqueous solution container has a structure in which a fuel cartridge capable of supplying methanol can be attached to and detached from the methanol aqueous solution container. Fuel cell system.
【請求項8】 前記メタノール水溶液容器の内圧を調整
可能な内圧調整装置を更に有することを特徴とする請求
項1乃至7のいずれか1記載の直接型メタノール燃料電
池システム。
8. The direct methanol fuel cell system according to claim 1, further comprising an internal pressure adjusting device capable of adjusting the internal pressure of the methanol aqueous solution container.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7666538B2 (en) 2004-06-16 2010-02-23 Konica Minolta Holdings, Inc. Fuel cell device
WO2010053084A1 (en) * 2008-11-07 2010-05-14 ソニー株式会社 Fuel cell, oxygen electrode used in fuel cell, and electronic device

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