JP2005302518A - Fuel cell system and equipment - Google Patents

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裕司 藤森
Tsutomu Miyamoto
勉 宮本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system and equipment equipped with the fuel cell system in which handleability can be made excellent. <P>SOLUTION: Recirculation piping 108 is installed to communicate the air chamber of the fuel cell 1 with a pure water tank 102. Since the water generated in the air chamber is housed in the pure water tank 102, leakage of water to outside of the fuel cell system 100 can be prevented, so that the water generated in the fuel cell 1 can be re-utilized. Furthermore, since the outside of the fuel cell 1 does not become frozen even when used in a cold district, the handleability of the fuel cell system 100 can be enhanced. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池を備えた燃料電池システムおよびこの燃料電池システムを備えた機器に関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell and a device including the fuel cell system.

燃料電池は、外部から連続的に供給される燃料と酸素とを電気化学的に反応させて電気エネルギを取り出すものである。燃料電池は、他の発電方式に比べて高効率で二酸化炭素の排出量が少ないため、環境問題が顕著になっている近年注目されている。
例えば高分子電解質形燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell, PEFC)は、低い温度で動作が可能で起動時間が短く、小型化も可能である。この高分子電解質形燃料電池は、高分子固体電解質膜を空気側電極と燃料側電極とで挟んだ構造のMEA(Membrane Electrode Assembly)を備え、空気側電極に空気(酸素)を供給し、燃料側電極にメタノールや改質した水素などの燃料を供給することにより、電気化学的反応が起こり電力が発生する(例えば特許文献1参照)。
A fuel cell takes out electric energy by electrochemically reacting fuel and oxygen continuously supplied from the outside. Fuel cells have been attracting attention in recent years because environmental problems have become more prominent because they are more efficient and emit less carbon dioxide than other power generation methods.
For example, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) can operate at a low temperature, has a short start-up time, and can be downsized. This polymer electrolyte fuel cell is equipped with a MEA (Membrane Electrode Assembly) having a structure in which a polymer solid electrolyte membrane is sandwiched between an air side electrode and a fuel side electrode, and supplies air (oxygen) to the air side electrode. When a fuel such as methanol or reformed hydrogen is supplied to the side electrode, an electrochemical reaction occurs and electric power is generated (see, for example, Patent Document 1).

特開平8−162132号公報JP-A-8-162132

このような高分子電解質形燃料電池のうち、特に直接メタノール形燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC)は、燃料電池にメタノールを燃料として直接供給し電気エネルギを得るため、PEFCとは異なり、水素を収納する容器や、燃料を改質して水素を取り出す改質器などが不要となる。したがって、直接メタノール形燃料電池は、長時間連続的に使用する必要がある携帯電話やノートパソコン等の携帯機器用の携帯電源として従来型の一次電池や二次電池に取って代わるものとして注目されている。
しかしながら、燃料電池では、空気側(カソード側)電極では酸素とプロトンとが反応することにより水が生成される。この水は通常では水蒸気の状態で大気に放出されるのが一般的であるが、この燃料電池を例えば携帯機器に利用した場合では、大量の水蒸気により衣服や鞄がぬれるなどの不具合が生じる可能性がある。また、寒冷地では生成される水が凍結して燃料電池が良好に動作しない可能性があるため、夜間の取扱に注意を要するなど、取扱性に問題がある。
Among such polymer electrolyte fuel cells, the direct methanol fuel cell (DMFC), in particular, directly supplies methanol to the fuel cell as fuel to obtain electric energy. And a reformer for reforming the fuel and taking out hydrogen are not required. Therefore, direct methanol fuel cells are attracting attention as a replacement for conventional primary batteries and secondary batteries as portable power sources for portable devices such as mobile phones and laptop computers that need to be used continuously for a long time. ing.
However, in the fuel cell, water is generated by the reaction between oxygen and protons at the air side (cathode side) electrode. Normally, this water is normally released into the atmosphere in the form of water vapor, but when this fuel cell is used in a portable device, for example, there is a possibility that a large amount of water vapor causes problems such as wet clothes and heels. There is sex. Further, in cold regions, the water produced may freeze and the fuel cell may not operate well, so there are problems in handling such as careful handling at night.

本発明の目的は、取扱性を良好にできる燃料電池システムおよびこの燃料電池システムを備えた機器を提供することである。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of improving the handleability and a device including the fuel cell system.

本発明の燃料電池システムは、電解質膜、アノード側反応室、およびカソード側反応室を有するとともに、アノード側反応室に燃料を供給して電気エネルギを得る燃料電池と、当該燃料電池システムに供給される燃料を収納する燃料収納手段と、当該燃料電池システムに供給される水を収納する水収納手段と、カソード側反応室と水収納手段とを連通する連通配管とを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、燃料電池のアノード側反応室では燃料が反応してプロトンと電子とが生成される。プロトンは、電解質膜を透過してカソード側反応室に移動し、これにより電解質膜両端に電気エネルギが発生する。一方、燃料電池のカソード側反応室では空気などに含まれる酸素と電解質膜を透過したプロトンとが反応して水が生成される。ここで、燃料電池のカソード側反応室には、水収納手段に連通する連通配管が設けられているので、カソード側反応室で生成された水はこの連通配管を通って水収納手段に蓄積される。この水は、燃料電池に再び供給され、再利用が図られる。
The fuel cell system of the present invention has an electrolyte membrane, an anode side reaction chamber, and a cathode side reaction chamber, supplies a fuel to the anode side reaction chamber to obtain electric energy, and is supplied to the fuel cell system. The fuel storage means for storing the fuel to be stored, the water storage means for storing the water supplied to the fuel cell system, and the communication pipe that communicates the cathode side reaction chamber and the water storage means. .
According to the present invention, the fuel reacts in the anode side reaction chamber of the fuel cell to generate protons and electrons. Protons pass through the electrolyte membrane and move to the cathode side reaction chamber, thereby generating electric energy at both ends of the electrolyte membrane. On the other hand, in the cathode side reaction chamber of the fuel cell, oxygen contained in air or the like reacts with protons that have permeated through the electrolyte membrane to generate water. Here, the cathode side reaction chamber of the fuel cell is provided with a communication pipe communicating with the water storage means, so that the water generated in the cathode side reaction chamber is accumulated in the water storage means through this communication pipe. The This water is supplied again to the fuel cell for reuse.

カソード側反応室で生成された水が水収納手段に収納されるので、水蒸気や水が大量に燃料電池システム外部に漏れることがない。よって、例えば燃料電池システムを携帯機器に適用する場合でも衣服を濡らすなどの不具合が防止されるので、燃料電池システムの適用範囲が広くなる。また例えば燃料電池システムを寒冷地で使用する場合でも、外部に放出された水蒸気が凍結するなどの不具合が解消されるので、燃料電池システムの取扱性が向上する。
さらに、カソード側反応室で生成された水が連通配管を通って水収納手段に収納され、燃料電池の燃料の水溶液として再利用されるので、水収納手段に予め確保しなければならない水の量が最小限に抑制され、水収納手段の小型化、軽量化が促進され、ひいては燃料電池システムの小型化、軽量化が促進される。
Since water generated in the cathode side reaction chamber is stored in the water storage means, a large amount of water vapor or water does not leak outside the fuel cell system. Therefore, for example, even when the fuel cell system is applied to a portable device, problems such as wetting of clothes are prevented, so the applicable range of the fuel cell system is widened. Further, for example, even when the fuel cell system is used in a cold region, problems such as freezing of water vapor released to the outside are solved, so that the handleability of the fuel cell system is improved.
Further, since the water generated in the cathode side reaction chamber is stored in the water storage means through the communication pipe and reused as the aqueous fuel solution of the fuel cell, the amount of water that must be secured in advance in the water storage means As a result, the water storage means can be reduced in size and weight, and the fuel cell system can be reduced in size and weight.

本発明では、水収納手段から溢れた水を保持する保持手段が設けられていることが望ましい。
燃料電池システムでは、消費される燃料の量に対してカソード側反応室で生成される水の量の方が多くなるため、生成される水の全てを水収納手段に蓄積すると、水の量が過剰となる場合がある。
この発明によれば、保持手段が設けられているので、水収納手段から溢れた水が外部に漏れることなく保持手段で保持されるから、燃料電池システムの取扱性が向上する。また、保持手段が設けられているので、燃料電池に供給するのに必要な水の量を収納する大きさで水収納手段を構成し、水収納手段に収納しきれない余剰分を保持手段で保持することが可能となるため、水収納手段の寸法が必要最小限に抑制され、水収納手段の小型化が促進される。
In the present invention, it is desirable that a holding means for holding water overflowing from the water storage means is provided.
In the fuel cell system, the amount of water generated in the cathode reaction chamber is larger than the amount of fuel consumed. Therefore, if all the generated water is accumulated in the water storage means, the amount of water is reduced. May be excessive.
According to the present invention, since the holding means is provided, the water overflowing from the water storage means is held by the holding means without leaking to the outside, so that the handleability of the fuel cell system is improved. In addition, since the holding means is provided, the water storage means is configured to have a size that can store the amount of water required to be supplied to the fuel cell, and the holding means can store the surplus that cannot be stored in the water storage means. Since it can be held, the size of the water storage means is suppressed to the minimum necessary, and the downsizing of the water storage means is promoted.

本発明では、保持手段は、水を吸収保持するゲル状吸収体を備えたことが望ましい。
この発明によれば、保持手段がゲル状吸収体を備えているので、水収納手段から溢れた水が確実にゲル状吸収体に保持される。これにより、燃料電池システムからの水漏れが確実に防止され、燃料電池システムの取扱性が向上するとともに、燃料電池システムの信頼性が良好となる。
In the present invention, it is desirable that the holding means includes a gel-like absorber that absorbs and holds water.
According to this invention, since the holding means includes the gel-like absorber, the water overflowing from the water storage means is reliably held by the gel-like absorber. Thereby, water leakage from the fuel cell system is surely prevented, the handleability of the fuel cell system is improved, and the reliability of the fuel cell system is improved.

本発明では、保持手段は、水を吸収保持するゲル状吸収体と、水の少なくとも一部を大気に蒸散させる蒸散体とを備えたことが望ましい。
この発明によれば、保持手段がゲル状吸収体と蒸散体とを備えて構成されているので、水収納手段から溢れた水がゲル状吸収体で吸収可能となることで燃料電池からの水漏れの発生が防止されるとともに、蒸散体により水の少なくとも一部が大気に蒸散されるため、燃料電池システムの軽量化が促進される。なお、この場合において、蒸散体によって水の一部を一時的に保持して大気に蒸散させるので、過剰な水が蒸散されることがなく、例えばこの燃料電池システムを携帯機器に適用した場合でも、衣服をぬらすなどの不具合が防止される。
In the present invention, it is desirable that the holding means includes a gel-like absorber that absorbs and holds water and a transpiration body that evaporates at least a part of the water into the atmosphere.
According to this invention, since the holding means is configured to include the gel absorber and the transpiration body, the water overflowing from the water storage means can be absorbed by the gel absorber so that the water from the fuel cell can be absorbed. Leakage is prevented and at least a portion of the water is evaporated to the atmosphere by the vaporizer, thus reducing the weight of the fuel cell system. In this case, since a part of the water is temporarily held by the transpiration body and is evaporated to the atmosphere, excessive water is not evaporated, and even when this fuel cell system is applied to a portable device, for example. Problems such as wetting clothes are prevented.

本発明の機器は、前述の燃料電池システムを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、機器が前述の燃料電池システムを備えているので、前述の燃料電池システムの効果と同様の効果が得られ、取扱性が向上する。特に、機器が携帯機器である場合には、燃料電池で生成される水が外部に漏れて使用者の衣服を濡らすなどの不都合が解消されるので、有用である。
A device according to the present invention includes the above-described fuel cell system.
According to this invention, since the device includes the above-described fuel cell system, the same effect as that of the above-described fuel cell system can be obtained, and the handling property can be improved. In particular, when the device is a portable device, it is useful because water generated by the fuel cell leaks to the outside and inconveniences such as wetting of the user's clothes are eliminated.

本発明の燃料電池システムおよび機器によれば、カソード側反応室で生成する水を水収納手段に蓄積することにより水を処理するので、水が燃料電池から大量に放出されることがなく、燃料電池システムの取扱性を向上させることができるという効果が得られる。   According to the fuel cell system and apparatus of the present invention, water is processed by accumulating water generated in the cathode side reaction chamber in the water storage means, so that a large amount of water is not released from the fuel cell. The effect that the handleability of a battery system can be improved is acquired.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1には、本発明の一実施形態にかかる燃料電池システム100の概略構成図が示されている。この図1において、燃料電池システム100は、燃料電池1と、この燃料電池1に供給されるメタノール(燃料)を収納するメタノールタンク(燃料収納手段)101と、燃料電池1に供給され、かつメタノールを所定の濃度に希釈して燃料電池1での反応に供するための純水(水)を収納する純水タンク(水収納手段)102と、メタノールタンク101からメタノールを送液するメタノールポンプ103と、純水タンク102から純水を送液する純水ポンプ104と、メタノールおよび純水を混合し、所定濃度のメタノール水溶液を燃料電池1に供給するミキサ105と、メタノールおよび純水の供給動作を制御する供給制御手段106と、燃料電池1で反応が終了した廃液を収納する廃液手段としての廃液タンク107とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 100 according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a fuel cell system 100 includes a fuel cell 1, a methanol tank (fuel storage means) 101 that stores methanol (fuel) supplied to the fuel cell 1, a fuel cell 1, and methanol A pure water tank (water storage means) 102 for storing pure water (water) to be diluted to a predetermined concentration and used for the reaction in the fuel cell 1, a methanol pump 103 for feeding methanol from the methanol tank 101, A pure water pump 104 for sending pure water from the pure water tank 102, a mixer 105 for mixing methanol and pure water and supplying a methanol aqueous solution having a predetermined concentration to the fuel cell 1, and a supply operation for methanol and pure water. A supply control means 106 for controlling and a waste liquid tank 107 as a waste liquid means for storing the waste liquid that has been reacted in the fuel cell 1 are provided.

図2には燃料電池1の側断面図が示されている。燃料電池1は、直接メタノール形燃料電池(DMFC)であり、図2に示されるように、燃料電池セル10がケース11に収納されて構成されている。なお、本実施形態では、説明を簡略化するため、図2に示すように単一の燃料電池セル10で構成した燃料電池1を図示するが、もちろん燃料電池1が、この燃料電池セル10を複数枚積層したスタック構造とされていてもよい。   FIG. 2 shows a side sectional view of the fuel cell 1. The fuel cell 1 is a direct methanol fuel cell (DMFC). As shown in FIG. 2, the fuel cell 10 is housed in a case 11. In this embodiment, in order to simplify the description, a fuel cell 1 configured by a single fuel cell 10 is illustrated as shown in FIG. 2, but of course, the fuel cell 1 includes the fuel cell 10. A stack structure in which a plurality of sheets are stacked may be used.

燃料電池セル10は、電解質膜としての高分子固体電解質膜2と、この高分子固体電解質膜2の両面に一体的に形成されるアノード電極3およびカソード電極4と、アノード電極3側に配置される燃料拡散層5と、カソード電極4側に配置される空気拡散層6と、これら燃料拡散層5および空気拡散層6の外側にそれぞれ設けられるとともに、アノード電極3およびカソード電極4の間に発生した電気エネルギを取り出す集電体7,8とを備えている。この燃料電池セル10は、ケース11に収納され、ガスケット12によって高分子固体電解質膜2の両側から挟持されている。これにより、ケース11内部は、高分子固体電解質膜2を挟んでアノード電極3側とカソード電極4側とに封止されて分離されている。
すなわち、ケース11内壁とアノード電極3との間の領域は、液密に構成され、燃料が供給されるアノード側反応室としての燃料室31となっている。また、ケース11内壁とカソード電極4との間の領域は、空気が供給されるカソード側反応室としての空気室41となっている。なお、燃料としては、メタノール(CH3OH)水溶液が供給される。
The fuel cell 10 is disposed on the side of the anode electrode 3, the polymer solid electrolyte membrane 2 as an electrolyte membrane, the anode electrode 3 and the cathode electrode 4 integrally formed on both surfaces of the polymer solid electrolyte membrane 2. The fuel diffusion layer 5, the air diffusion layer 6 disposed on the cathode electrode 4 side, and the fuel diffusion layer 5 and the air diffusion layer 6 are provided outside the air diffusion layer 6 and generated between the anode electrode 3 and the cathode electrode 4. Current collectors 7 and 8 for taking out the electrical energy. The fuel cell 10 is housed in a case 11 and is sandwiched from both sides of the polymer solid electrolyte membrane 2 by a gasket 12. Thereby, the inside of the case 11 is sealed and separated on the anode electrode 3 side and the cathode electrode 4 side with the polymer solid electrolyte membrane 2 interposed therebetween.
That is, the region between the inner wall of the case 11 and the anode electrode 3 is liquid-tight and serves as a fuel chamber 31 as an anode-side reaction chamber to which fuel is supplied. A region between the inner wall of the case 11 and the cathode electrode 4 is an air chamber 41 as a cathode side reaction chamber to which air is supplied. Note that a methanol (CH 3 OH) aqueous solution is supplied as the fuel.

ケース11のアノード電極3側には、燃料を燃料室31に供給するための燃料供給口111と、アノード電極3での反応が終了した燃料を外部に排出するための燃料排出口112とが形成されている。また、ケース11のカソード電極4側には、空気を空気室41に供給するための空気供給口113が形成されている。この空気供給口113は、大気に開放されることで、空気室41への空気の供給を自然吸気とする構造であってもよく、またエアポンプなどによって空気室41に強制的に空気を供給する構造であってもよい。また、ケース11のカソード電極4側には、カソード電極4での反応により生成された水を回収するための生成水排出口114が形成されている。この生成水排出口114には、回収された水が流通する連通配管としての再循環配管108(図1参照)が接続されており、この再循環配管108が純水タンク102に接続されることにより、空気室41と純水タンク102とが連通している。   On the anode electrode 3 side of the case 11, a fuel supply port 111 for supplying fuel to the fuel chamber 31 and a fuel discharge port 112 for discharging the fuel that has finished the reaction at the anode electrode 3 to the outside are formed. Has been. An air supply port 113 for supplying air to the air chamber 41 is formed on the case 11 on the cathode electrode 4 side. The air supply port 113 may have a structure in which the air supply to the air chamber 41 is a natural intake by being opened to the atmosphere, and air is forcibly supplied to the air chamber 41 by an air pump or the like. It may be a structure. In addition, on the cathode electrode 4 side of the case 11, a generated water discharge port 114 is formed for recovering water generated by the reaction at the cathode electrode 4. The product water discharge port 114 is connected to a recirculation pipe 108 (see FIG. 1) as a communication pipe through which the collected water flows, and the recirculation pipe 108 is connected to the pure water tank 102. Thus, the air chamber 41 and the pure water tank 102 communicate with each other.

高分子固体電解質膜2の両面には、外縁から所定幅寸法を隔てた所定範囲内に略矩形状のアノード電極3およびカソード電極4が一体的に形成されている。高分子固体電解質膜2は、プロトン伝導性高分子で構成される高分子固体電解質樹脂が、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン(Poly Tetra Fluoro Ethylene, PTFE)フィルムの多孔空隙部に含浸されることにより構成されている。高分子固体電解質樹脂としては、例えばナフィオン(デュポン社商標)等のパーフルオロスルホン酸系ポリマー、フッ素系ポリマー、炭化水素系ポリマーなどが採用できる。また場合によってはこの高分子固体電解質樹脂に、電子導電性の生じない範囲で白金などの触媒やカーボン粉末、各種セラミックス粉末などを加えてもよい。   A substantially rectangular anode electrode 3 and cathode electrode 4 are integrally formed on both surfaces of the polymer solid electrolyte membrane 2 within a predetermined range separated by a predetermined width from the outer edge. The solid polymer electrolyte membrane 2 is formed by impregnating a porous solid portion of a stretched porous polytetrafluoroethylene (PTFE) film with a solid polymer electrolyte resin composed of a proton conductive polymer. It is configured. As the polymer solid electrolyte resin, for example, a perfluorosulfonic acid polymer such as Nafion (trademark of DuPont), a fluorine polymer, a hydrocarbon polymer, or the like can be employed. In some cases, a catalyst such as platinum, carbon powder, various ceramic powders and the like may be added to the solid polymer electrolyte resin as long as electronic conductivity does not occur.

なお、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルムは、PTFEの塊を延伸多孔化して得られる、多数の微小結節とそれらの微小結節から延出して微小結節相互を三次元的に連結する微細繊維とからなる構造を有する多孔質PTFEフィルムであり、このフィルムには、厚み方向に貫通する多数の孔が形成される。本実施形態においてこの延伸多孔質PTFEフィルムの膜厚は、1〜100μm、好ましくは3〜30μmで、孔径は0.05〜5μm、好ましくは0.5〜2μmで、空隙率は60%〜98%、好ましくは80〜92%である。膜厚が薄すぎると短絡やガス漏れ(クロスリーク)が発生しやすくなり、厚すぎると電気抵抗が高くなる。また孔径が小さすぎると高分子固体電解質樹脂の含浸が困難となり、大きすぎると高分子固体電解質樹脂の保持力が弱くなり、また補強効果も弱くなる。そして、空隙率が小さすぎると高分子固体電解質膜としての抵抗が大きくなり、大きすぎると一般にPTFE自体の強度が弱くなり補強効果が得られない。   In addition, a stretched porous polytetrafluoroethylene (PTFE) film is obtained by stretching and porous PTFE lumps, and is a microscopic structure that connects many micronodules and three-dimensionally connects the micronodules. It is a porous PTFE film having a structure composed of fibers, and a large number of holes penetrating in the thickness direction are formed in this film. In the present embodiment, the stretched porous PTFE film has a thickness of 1 to 100 μm, preferably 3 to 30 μm, a pore diameter of 0.05 to 5 μm, preferably 0.5 to 2 μm, and a porosity of 60% to 98. %, Preferably 80 to 92%. If the film thickness is too thin, short circuits and gas leaks (cross leaks) are likely to occur, and if it is too thick, the electrical resistance increases. If the pore size is too small, it is difficult to impregnate the polymer solid electrolyte resin. If it is too large, the holding power of the polymer solid electrolyte resin is weakened, and the reinforcing effect is also weakened. If the porosity is too small, the resistance of the polymer solid electrolyte membrane is increased. If it is too large, the strength of PTFE itself is generally weakened and a reinforcing effect cannot be obtained.

アノード電極3およびカソード電極4は、メタノールの分解のための触媒を担持したカーボン触媒電極膜から構成される。触媒としては、例えば白金等が採用できる。なお、アノード電極3側では、メタノールと触媒との反応により発生する中間生成物である一酸化炭素COの被毒を防止するため、少なくともアノード電極3側の触媒には、白金およびルテニウムの合金等を採用することがより好ましい。
ここで、高分子固体電解質膜2、アノード電極3、およびカソード電極4は、一体的に形成されて膜電極接合体20が構成されている。
燃料拡散層5および空気拡散層6は、メッシュの金属フォーム(例えばスチールウール等)からなる多孔性膜であり、供給される燃料および酸素をそれぞれ拡散してアノード電極3およびカソード電極4に導く。なお、これら燃料拡散層5および空気拡散層6は、それぞれ、アルミニウム、ステンレス鋼等であってもよく、またスポンジチタン等の多孔性金属材料、カーボンペーパ紙にカーボンを担持したものやカーボンクロス等であってもよい。
また、集電体7,8には、それぞれ図示しないリード線が接続されており、外部の負荷に接続されている。
The anode electrode 3 and the cathode electrode 4 are composed of a carbon catalyst electrode film carrying a catalyst for decomposing methanol. As a catalyst, platinum etc. are employable, for example. On the anode electrode 3 side, in order to prevent poisoning of carbon monoxide CO, which is an intermediate product generated by the reaction between methanol and the catalyst, at least the catalyst on the anode electrode 3 side includes an alloy of platinum and ruthenium, etc. Is more preferable.
Here, the polymer solid electrolyte membrane 2, the anode electrode 3, and the cathode electrode 4 are integrally formed to form a membrane electrode assembly 20.
The fuel diffusion layer 5 and the air diffusion layer 6 are porous membranes made of mesh metal foam (for example, steel wool) and diffuse the supplied fuel and oxygen to the anode electrode 3 and the cathode electrode 4, respectively. The fuel diffusion layer 5 and the air diffusion layer 6 may be made of aluminum, stainless steel or the like, respectively, a porous metal material such as sponge titanium, carbon paper supported on carbon, carbon cloth, or the like. It may be.
Further, lead wires (not shown) are connected to the current collectors 7 and 8, respectively, and are connected to an external load.

メタノールタンク101および純水タンク102は、燃料室31への流路が開閉可能なバルブ101A,102Aを備えている。これらのバルブ101A,102Aは、供給制御手段106に電気的に接続されており、供給制御手段106からの指令によりそれぞれ個別に開閉可能となっており、その開度も調整可能となっている。なお、メタノールタンク101および純水タンク102は、一体のケースの内部が仕切られて形成されている構成であることが好ましく、例えばいわゆるカートリッジ方式で、メタノールタンク101および純水タンク102が同時に簡単に交換可能な構造であることが望ましい。
図3には、メタノールタンク101および純水タンク102の概略図が示されている。この図3において、メタノールタンク101および純水タンク102は一体的に形成されており、それぞれメタノールポンプ103および純水ポンプ104に連通する配管が接続されている。また、純水タンク102には、空気室41に連通する再循環配管108が接続されている。この再循環配管108により、空気室41で生成された水が純水タンク102に収納される。
The methanol tank 101 and the pure water tank 102 include valves 101A and 102A that can open and close the flow path to the fuel chamber 31. These valves 101A and 102A are electrically connected to the supply control means 106, can be individually opened and closed by commands from the supply control means 106, and their opening degrees can also be adjusted. The methanol tank 101 and the pure water tank 102 are preferably configured so that the interior of the integral case is partitioned. For example, the methanol tank 101 and the pure water tank 102 can be easily and simultaneously formed in a so-called cartridge system. A replaceable structure is desirable.
FIG. 3 shows a schematic diagram of the methanol tank 101 and the pure water tank 102. In FIG. 3, the methanol tank 101 and the pure water tank 102 are integrally formed, and pipes communicating with the methanol pump 103 and the pure water pump 104 are connected to each other. In addition, a recirculation pipe 108 communicating with the air chamber 41 is connected to the pure water tank 102. The water generated in the air chamber 41 is stored in the pure water tank 102 by the recirculation pipe 108.

純水タンク102は、メタノールタンク101内のメタノール量に対して、燃料電池1での反応に必要な量の水が収納できるだけの容量で形成されている。この純水タンク102には、純水タンク102から溢れた水を吸収保持する保持手段としての吸収パッド9が設けられている。
吸収パッド9は、蒸散体としての蒸散層91と、吸収体としての吸収層92とが積層されて一体的に構成されている。蒸散層91は、純水タンク102に隣接して、つまり純水タンク102の一側面に当接して配置されており、水分保持能力のある任意の材料で構成される。この蒸散層91には、純水タンク102に連通する配管93が設けられており、純水タンク102から溢れた余剰分の水がこの配管93を通って蒸散層91に流れると、蒸散層91はこの水を一時的に内部に保持するとともに、一定量ずつ表面から大気に蒸散させる。したがって、この蒸散層91は大気に対向して配置されていることが望ましく、例えば燃料電池システム100全体をケースに収納する場合などでは、ケースに複数の通気口などを設け、蒸散層91を通気口に対向して配置すればよい。また、蒸散層91は、蒸散効率を高めるため、表面積が大きくなるように構成されることが望ましく、例えば蒸散層91が当接される純水タンク102側面よりも大きい面積の板状(シート状)に形成すれば、当該純水タンク102周囲に蒸散層91が突出して蒸散面積が大きくなる。
The pure water tank 102 is formed with a capacity capable of storing an amount of water necessary for the reaction in the fuel cell 1 with respect to the amount of methanol in the methanol tank 101. The pure water tank 102 is provided with an absorption pad 9 as a holding means for absorbing and holding water overflowing from the pure water tank 102.
The absorbent pad 9 is integrally configured by laminating a transpiration layer 91 as a transpiration body and an absorption layer 92 as an absorber. The transpiration layer 91 is disposed adjacent to the pure water tank 102, that is, in contact with one side surface of the pure water tank 102, and is made of an arbitrary material capable of retaining moisture. The transpiration layer 91 is provided with a pipe 93 communicating with the pure water tank 102. When excess water overflowing from the pure water tank 102 flows into the transpiration layer 91 through the pipe 93, the transpiration layer 91 is provided. Keeps this water temporarily inside and transcribes it from the surface to the atmosphere. Therefore, it is desirable that the transpiration layer 91 is disposed so as to face the atmosphere. For example, when the entire fuel cell system 100 is accommodated in the case, the case is provided with a plurality of vents and the transpiration layer 91 is ventilated. What is necessary is just to arrange | position facing a mouth. Further, the transpiration layer 91 is desirably configured to have a large surface area in order to increase the transpiration efficiency. ), The transpiration layer 91 protrudes around the pure water tank 102 to increase the transpiration area.

吸収層92は、例えば高分子吸収体などの任意の材料で構成されるゲル状吸収体で、蒸散層91で吸収蒸散しきれない水分を吸収し、内部に保持する。吸収層92の寸法は、蒸散層91と同じ面積の板状(シート状)に形成されることが望ましく、空気室41で生成される水の量や、蒸散層91で蒸散できる水分量などを勘案して適宜設定されることが望ましい。   The absorption layer 92 is a gel-like absorber made of an arbitrary material such as a polymer absorber, for example, absorbs moisture that cannot be absorbed and evaporated by the evaporation layer 91 and holds it inside. The dimensions of the absorption layer 92 are preferably formed in a plate shape (sheet shape) having the same area as the transpiration layer 91, and the amount of water generated in the air chamber 41, the amount of water that can be transpiration in the transpiration layer 91, etc. It is desirable to set as appropriate in consideration.

メタノールポンプ103および純水ポンプ104は、ミキサ105に接続されており、それぞれ所定量のメタノールおよび純水をメタノールタンク101および純水タンク102からミキサ105に送液する。これらのポンプ103,104は、供給制御手段106に電気的に接続されており、供給制御手段106からの送液指令信号によりポンプ103,104のON,OFFが制御される。
ミキサ105は、燃料供給口111に接続されており、供給制御手段106からの混合指令信号に基づいて、メタノールタンク101からのメタノールと、純水タンク102からの純水を混合し、メタノールが純水中に均一に分散されたメタノール水溶液を作成する混合手段となっている。なお、メタノールのみ、または純水のみを燃料室31に供給する場合には、ミキサ105は一種類の液体を混合するのみで、実質的にはその機能を発揮することなく液体が通過するのみとなる。
ここで、本実施形態ではメタノールタンク101、バルブ101A、およびメタノールポンプ103を備えてメタノール供給手段が構成されており、また純水タンク102、バルブ102A、および純水ポンプ104を備えて水供給手段が構成されている。
The methanol pump 103 and the pure water pump 104 are connected to the mixer 105, and send predetermined amounts of methanol and pure water from the methanol tank 101 and the pure water tank 102 to the mixer 105, respectively. These pumps 103, 104 are electrically connected to the supply control means 106, and ON / OFF of the pumps 103, 104 is controlled by a liquid feed command signal from the supply control means 106.
The mixer 105 is connected to the fuel supply port 111 and mixes methanol from the methanol tank 101 and pure water from the pure water tank 102 based on a mixing command signal from the supply control means 106, and the methanol is pure. This is a mixing means for preparing an aqueous methanol solution uniformly dispersed in water. When only methanol or pure water is supplied to the fuel chamber 31, the mixer 105 only mixes one type of liquid, and the liquid passes substantially without performing its function. Become.
Here, in this embodiment, a methanol supply means is configured by including the methanol tank 101, the valve 101A, and the methanol pump 103, and a water supply means is provided by having the pure water tank 102, the valve 102A, and the pure water pump 104. Is configured.

供給制御手段106は、燃料室31内のメタノール水溶液の濃度を予め設定された所定範囲内に維持するように、メタノールおよび水の供給量を制御する。メタノールおよび水の供給量の制御としては、具体的には、例えば所定範囲内の濃度のメタノール水溶液を常時一定量ずつ燃料室31に供給して燃料室31内のメタノール水溶液を循環させる方式や、また、燃料室31内のメタノール水溶液の濃度を検出するメタノール濃度検出手段を設けて、このメタノール濃度検出手段からの検出信号に基づいて供給するメタノール水溶液の濃度を調整する方式など、燃料電池システム100の用途や仕様に応じて適宜設定すればよい。
ここで、メタノール水溶液の濃度の所定範囲は、燃料室31内でのメタノールと触媒との反応効率が良好となり、かつ高分子固体電解質膜2のクロスオーバーが良好に防止される範囲で設定されることが好ましく、燃料電池1の容量、高分子固体電解質膜2の材質、性能などを勘案して適宜設定され、例えば3%〜5%または1mol/l〜8mol/lの範囲内で設定される。
The supply control means 106 controls the supply amounts of methanol and water so as to maintain the concentration of the aqueous methanol solution in the fuel chamber 31 within a predetermined range set in advance. As the control of the supply amount of methanol and water, specifically, for example, a system in which a methanol aqueous solution having a concentration within a predetermined range is constantly supplied to the fuel chamber 31 by a constant amount to circulate the methanol aqueous solution in the fuel chamber 31, Further, a fuel cell system 100 such as a system in which methanol concentration detection means for detecting the concentration of the methanol aqueous solution in the fuel chamber 31 is provided and the concentration of the methanol aqueous solution supplied based on the detection signal from the methanol concentration detection means is adjusted. What is necessary is just to set suitably according to the use and specification.
Here, the predetermined range of the concentration of the methanol aqueous solution is set in a range in which the reaction efficiency between methanol and the catalyst in the fuel chamber 31 is good and the crossover of the polymer solid electrolyte membrane 2 is well prevented. It is preferably set in consideration of the capacity of the fuel cell 1, the material of the polymer solid electrolyte membrane 2, the performance, etc., for example, within the range of 3% to 5% or 1 mol / l to 8 mol / l. .

廃液タンク107は、燃料排出口112に接続されており、燃料室31から排出された廃液を収納する。この廃液タンク107は、メタノールタンク101および純水タンク102とは別に設けられて個別に交換可能に設けられていてもよい。また、メタノールタンク101および純水タンク102に一体的に形成されていてもよい。この場合には、メタノールタンク101および純水タンク102内のメタノールまたは純水を使い切ってメタノールタンク101および純水タンク102を交換する際に、廃液タンク107も同時に交換可能となるので、交換操作が簡便となり取扱性が向上する。   The waste liquid tank 107 is connected to the fuel discharge port 112 and stores the waste liquid discharged from the fuel chamber 31. The waste liquid tank 107 may be provided separately from the methanol tank 101 and the pure water tank 102 so as to be individually replaceable. Further, it may be formed integrally with the methanol tank 101 and the pure water tank 102. In this case, when the methanol tank 101 and the pure water tank 102 are replaced by using up the methanol or pure water in the methanol tank 101 and the pure water tank 102, the waste liquid tank 107 can be replaced at the same time. Simple and easy to handle.

次に、このような燃料電池システム100の動作について説明する。
まず、燃料電池システム100の起動時には、供給制御手段106から出力される初期メタノール水溶液供給指令により、燃料室31にメタノール水溶液を充満させる。この指令信号により、バルブ101A,102Aが開き、メタノールおよび純水がそれぞれ送液される。このとき、バルブ101A,102Aの開度は、メタノール水溶液の濃度が所定範囲内となるように、あらかじめ設定されている。メタノールおよび純水は、メタノールポンプ103および純水ポンプ104によってミキサ105に送られ、ミキサ105で均一に混合された後、燃料室31に供給される。
Next, the operation of the fuel cell system 100 will be described.
First, when the fuel cell system 100 is activated, the methanol aqueous solution is filled in the fuel chamber 31 by an initial methanol aqueous solution supply command output from the supply control means 106. In response to this command signal, the valves 101A and 102A are opened, and methanol and pure water are fed, respectively. At this time, the opening degree of the valves 101A and 102A is set in advance so that the concentration of the methanol aqueous solution is within a predetermined range. Methanol and pure water are sent to the mixer 105 by the methanol pump 103 and the pure water pump 104, mixed uniformly by the mixer 105, and then supplied to the fuel chamber 31.

燃料室31では、メタノール水溶液がアノード電極3の触媒によって下記の式(1)の酸化反応を生じ、この反応により二酸化炭素COとプロトンHと電子eとを生成する。
CHOH+HO→CO+6H+6e …(1)
プロトンHは、高分子固体電解質膜2を透過してカソード電極4側に移動することにより、集電体7,8の両端に電圧が生じる。プロトンHがカソード電極4側に到達すると、外部負荷を通って仕事をした後にカソード電極4に到達した電子eと、空気室41内の空気中の酸素Oとが、カソード電極4の触媒によって反応して式(2)の還元反応が生じる。
3/2O+6H+6e→3HO …(2)
アノード電極3側で生成された二酸化炭素COや、メタノールと水との反応により生成される、例えば蟻酸、ホルムアルデヒド、一酸化炭素等の副生成物などは、反応の終了した液体とともに廃液として廃液タンク107に収納される。また、カソード電極4側で生成された水は、再循環配管108を通って純水タンク102に収納される。収納された水は、再び純水ポンプ104によって送液され、メタノールを所定濃度のメタノール水溶液に希釈するのに使用される。
In the fuel chamber 31, the methanol aqueous solution causes an oxidation reaction of the following formula (1) by the catalyst of the anode electrode 3, and this reaction generates carbon dioxide CO 2 , protons H +, and electrons e .
CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e (1)
Proton H + passes through the polymer solid electrolyte membrane 2 and moves to the cathode electrode 4 side, whereby a voltage is generated across the current collectors 7 and 8. When the proton H + reaches the cathode electrode 4 side, electrons e that have reached the cathode electrode 4 after working through an external load and oxygen O 2 in the air in the air chamber 41 are combined into the cathode electrode 4. The reduction reaction of Formula (2) occurs by reacting with a catalyst.
3 / 2O 2 + 6H + + 6e → 3H 2 O (2)
Carbon dioxide CO 2 produced on the anode electrode 3 side, and by-products such as formic acid, formaldehyde, carbon monoxide, etc. produced by the reaction of methanol and water are used as waste liquid together with the finished liquid. It is stored in the tank 107. Further, the water generated on the cathode electrode 4 side is stored in the pure water tank 102 through the recirculation pipe 108. The stored water is sent again by the pure water pump 104 and used to dilute methanol into a methanol aqueous solution having a predetermined concentration.

空気室41で生成される水は、上記の式(1)および式(2)からわかるように、1molのメタノールおよび純水に対して3mol生成される。したがって、燃料電池システム100を使用するにしたがい、純水タンク102内の水が増加して過剰となる。この余剰分の水は、純水タンク102から溢れると、配管93を通って吸収パッド9の蒸散層91に供給される。配管93からの水は、蒸散層91全面に拡散され、蒸散層91に一時的に保持されるとともに、蒸散層91表面から一定量ずつ大気に蒸散される。
また、蒸散層91で保持、蒸散しきれないさらなる余剰分の水は、蒸散層91から吸収層92に移動し、吸収層92に吸収、保持される。
メタノールタンク101内のメタノールがなくなった場合には、メタノールタンク101および純水タンク102にそれぞれメタノールおよび純水を追加するか、またはメタノールタンク101および純水タンク102ごと交換すればよい。同様に、廃液タンク107に所定量以上の廃液が収納された場合には、廃液タンク107内の廃液を廃棄するか、または廃液タンク107ごと交換すればよい。
また、吸収パッド9は所定量以上の水を吸収した場合に交換すればよく、吸収パッド9がメタノールタンク101および純水タンク102と一体に設けられている場合には、メタノールタンク101および純水タンク102を交換する際に吸収パッド9もともに交換すればよい。この際、吸収パッド9の吸収能力および蒸散能力は、メタノールタンク101内のメタノール量に応じて、メタノールタンク101内のメタノールが燃料電池1で反応したときに発生する水の量を勘案して設定されることが望ましい。
As can be seen from the above formulas (1) and (2), 3 mol of water is generated in the air chamber 41 with respect to 1 mol of methanol and pure water. Therefore, as the fuel cell system 100 is used, the water in the pure water tank 102 increases and becomes excessive. When the excess water overflows from the pure water tank 102, the excess water is supplied to the transpiration layer 91 of the absorption pad 9 through the pipe 93. Water from the pipe 93 is diffused over the entire surface of the transpiration layer 91, temporarily held in the transpiration layer 91, and transpiration from the surface of the transpiration layer 91 into the atmosphere by a certain amount.
Further, a further excessive amount of water that cannot be held and evaporated in the transpiration layer 91 moves from the transpiration layer 91 to the absorption layer 92 and is absorbed and held in the absorption layer 92.
When the methanol in the methanol tank 101 runs out, methanol and pure water may be added to the methanol tank 101 and the pure water tank 102, respectively, or the methanol tank 101 and the pure water tank 102 may be replaced. Similarly, when a predetermined amount or more of waste liquid is stored in the waste liquid tank 107, the waste liquid in the waste liquid tank 107 may be discarded or the whole waste liquid tank 107 may be replaced.
The absorption pad 9 may be replaced when a predetermined amount or more of water is absorbed. When the absorption pad 9 is provided integrally with the methanol tank 101 and the pure water tank 102, the methanol tank 101 and the pure water are used. When the tank 102 is replaced, the absorbent pad 9 may be replaced. At this time, the absorption capacity and the transpiration capacity of the absorption pad 9 are set in consideration of the amount of water generated when the methanol in the methanol tank 101 reacts in the fuel cell 1 according to the amount of methanol in the methanol tank 101. It is desirable that

このような本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
(1) 再循環配管108により空気室41と純水タンク102とを連通したので、空気室41で生成される水を純水タンク102に収納することができる。したがって、空気室41で生成された水が燃料電池システム100外部に大量に漏れることがなく、燃料電池システム100の取扱性を向上させることができる。これは、この燃料電池システム100を携帯機器に利用する場合などでは、生成された水によって衣服などを濡らすのを防止できるため、特に有用である。また、燃料電池システム100外部に大量に水が漏れるのを防止できるので、寒冷地での使用においても燃料電池1の凍結を確実に防止でき、これによっても燃料電池システム100の取扱性を向上させることができるとともに、燃料電池システム100の機器への適用範囲を広くすることができる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Since the air chamber 41 and the pure water tank 102 are communicated with each other by the recirculation pipe 108, the water generated in the air chamber 41 can be stored in the pure water tank 102. Therefore, a large amount of water generated in the air chamber 41 does not leak to the outside of the fuel cell system 100, and the handleability of the fuel cell system 100 can be improved. This is particularly useful in the case where the fuel cell system 100 is used for a portable device and the like because it can prevent the clothes and the like from being wetted by the generated water. Further, since a large amount of water can be prevented from leaking outside the fuel cell system 100, the fuel cell 1 can be reliably prevented from freezing even when used in a cold region, thereby improving the handleability of the fuel cell system 100. In addition, the range of application of the fuel cell system 100 to equipment can be widened.

(2) 再循環配管108が設けられているので、空気室41で生成される水を純水タンク102に収納することで、水をメタノール希釈用の水として再利用できる。したがって、純水タンク102にあらかじめ収納する水を少なくできるため、純水タンク102の小型化を促進できる。よって、燃料電池システム100の小型化、軽量化を促進できる。  (2) Since the recirculation pipe 108 is provided, the water generated in the air chamber 41 can be stored in the pure water tank 102 so that the water can be reused as water for diluting methanol. Accordingly, the amount of water stored in the pure water tank 102 in advance can be reduced, and the downsizing of the pure water tank 102 can be promoted. Therefore, the fuel cell system 100 can be reduced in size and weight.

(3) 純水タンク102から溢れた余剰分の水を吸収パッド9で吸収するので、純水タンク102には、燃料電池1で使用する分の純水のみを収納でき、純水タンク102の容量を最小限に抑制できる。これにより、純水タンク102の小型化を促進できるとともに、燃料電池システム100の小型化を促進できる。  (3) Since the excess water overflowing from the pure water tank 102 is absorbed by the absorption pad 9, only the pure water for use in the fuel cell 1 can be stored in the pure water tank 102. Capacity can be minimized. Accordingly, it is possible to promote the miniaturization of the pure water tank 102 and the miniaturization of the fuel cell system 100.

(4) 吸収パッド9が、蒸散層91を備えているので、純水タンク102から溢れた余剰分の水の一部を大気に蒸散できる。したがって、空気室41で生成された水の全量を燃料電池システム100内で保持する必要がなく、燃料電池システム100の軽量化を促進できる。この場合において、蒸散層91が水を一時的に保持し、その一部の一定量を蒸散させるので、蒸散量を調整でき、燃料電池システム100外部を濡らすなどの不具合を良好に回避できる。
また、吸収パッド9がゲル状吸収体で構成される吸収層92を備えているので、蒸散層91で保持、蒸散しきれない水分を吸収層92で吸収、保持することができる。したがって、吸収パッド9での水分の吸収をより確実にできるとともに、蒸散層91の蒸散量を過剰にすることなく適量に保持できる。
(4) Since the absorption pad 9 includes the transpiration layer 91, a part of the excess water overflowing from the pure water tank 102 can be transpiration to the atmosphere. Therefore, it is not necessary to hold the entire amount of water generated in the air chamber 41 in the fuel cell system 100, and the weight reduction of the fuel cell system 100 can be promoted. In this case, the transpiration layer 91 temporarily holds water and transcribes a certain amount of the transpiration, so that the transpiration amount can be adjusted, and problems such as wetting the outside of the fuel cell system 100 can be favorably avoided.
Moreover, since the absorption pad 9 is provided with the absorption layer 92 comprised with a gel-like absorber, the moisture which cannot be hold | maintained by the evaporating layer 91 and cannot be evaporated can be absorbed and hold | maintained by the absorption layer 92. FIG. Therefore, the absorption of moisture by the absorption pad 9 can be more reliably performed, and the transpiration amount of the transpiration layer 91 can be maintained at an appropriate amount without being excessive.

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
保持手段が、蒸散体および吸収体を積層して構成されている場合において、蒸散体は水収納手段に隣接、当接されているものに限らず、例えば吸収体が水収納手段に隣接、当接されていてもよい。この場合には、水収納手段から吸収体を挟んで反対側の蒸散体に、水収納手段と連通する配管を設けて、水収納手段から溢れた水を蒸散体に供給するように構成すればよい。この場合でも、蒸散体を大気側に対向配置すると、蒸散体からの水分の蒸散を促進できる。また、蒸散体が水収納手段と吸収体との間に挟まれないので、大気への対向面積が大きくなるため、蒸散効率が良好となる。
保持手段は、必ずしも蒸散体が設けられていなくてもよく、例えば、保持手段として吸収体のみが設けられ、水収納手段から溢れた水の全量を吸収体で吸収、保持する構成であってもよい。
保持手段は、必ずしも必要ではなく、例えば水収納手段の収納能力を、カソード側反応室で生じる水の量を勘案して設定すれば、再循環配管を通って水の全量が水収納手段に収納されて溢れることがないので、保持手段を設ける必要がない。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
When the holding means is configured by laminating a transpiration body and an absorber, the transpiration body is not limited to the one adjacent to or in contact with the water storage means. For example, the absorption body is adjacent to the water storage means, It may be touched. In this case, a pipe that communicates with the water storage means is provided on the opposite side of the evaporation body across the absorber from the water storage means so that the water overflowing from the water storage means is supplied to the evaporation body. Good. Even in this case, if the transpiration body is disposed opposite to the atmosphere side, the transpiration of moisture from the transpiration body can be promoted. Further, since the transpiration body is not sandwiched between the water storage means and the absorber, the facing area to the atmosphere is increased, and the transpiration efficiency is improved.
The holding means may not necessarily be provided with a transpiration body. For example, the holding means may be provided with only an absorber, and the absorber may absorb and hold the entire amount of water overflowing from the water storage means. Good.
The holding means is not necessarily required. For example, if the storage capacity of the water storage means is set in consideration of the amount of water generated in the cathode reaction chamber, the entire amount of water is stored in the water storage means through the recirculation pipe. Therefore, it is not necessary to provide holding means.

保持手段が蒸散体を備えている場合には、蒸散体を加熱する加熱手段を設けて、蒸散体からの水の蒸散を促進するように構成してもよい。この場合に加熱手段としては、例えば蒸散体近傍に設けられる発熱体を用いてもよいし、燃料電池の反応効率を良好に保持できる範囲内で、燃料電池における発熱量を利用してもよい。また、蒸散体の蒸散を促す蒸散促進手段としては、加熱手段を設けるものの他、例えば送風手段を設けてもよい。   When the holding means includes a transpiration body, a heating means for heating the transpiration body may be provided to promote the transpiration of water from the transpiration body. In this case, as the heating means, for example, a heating element provided in the vicinity of the vaporizer may be used, or the amount of heat generated in the fuel cell may be used within a range in which the reaction efficiency of the fuel cell can be satisfactorily maintained. Moreover, as a transpiration | evaporation acceleration | stimulation means which promotes transpiration | evaporation of a transpiration | evaporation body, you may provide a ventilation means other than what provides a heating means, for example.

連通配管で水収納手段に収納された水は、燃料電池の燃料を希釈して水溶液を作成する用途の他、例えばカソード側反応室に空気とともに少量の水を送って電解質膜を適度な湿度に保持するために用いてもよい。
または、連通配管で水収納手段に収納された水は、燃料電池に供給される燃料の水溶液を作成する用途の他、例えば燃料電池システムが改質器を有する場合では、改質器に供給される燃料の水溶液を作成する用途に用いてもよい。
燃料は、メタノールに限らず、水溶液の状態で燃料電池に供給される任意の材料が採用できる。また、燃料電池システムが改質器を含む場合では、燃料はメタノールなどのアルコール系燃料の他、例えばデカリンなどの有機ハイドライド燃料や、水素化ホウ素ナトリウムなどのボロハイドライド燃料などの任意の材料が採用されている。
本発明の燃料電池システムは、小型化を促進でき、大量の水分を放出せず取扱性が良好であるので、例えば携帯電話やノートパソコンなどの携帯機器、車、その他任意の機器に適用できる。
The water stored in the water storage means by the communication pipe is used for diluting the fuel of the fuel cell to create an aqueous solution, for example, sending a small amount of water together with air to the cathode reaction chamber to bring the electrolyte membrane to an appropriate humidity. It may be used to hold.
Alternatively, the water stored in the water storage means by the communication pipe is supplied to the reformer, for example, in the case where the fuel cell system has a reformer in addition to the use of preparing an aqueous solution of the fuel supplied to the fuel cell. You may use for the use which produces the aqueous solution of the fuel which is.
The fuel is not limited to methanol, and any material supplied to the fuel cell in the form of an aqueous solution can be adopted. In addition, when the fuel cell system includes a reformer, any material such as an organic fuel such as decalin or a borohydride fuel such as sodium borohydride is used as the fuel in addition to an alcohol fuel such as methanol. Has been.
Since the fuel cell system of the present invention can promote downsizing and does not release a large amount of water and has good handling properties, it can be applied to portable devices such as mobile phones and laptop computers, cars, and other arbitrary devices.

本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
The best configuration, method and the like for carrying out the present invention have been disclosed in the above description, but the present invention is not limited to this. That is, the invention has been illustrated and described primarily with respect to particular embodiments, but may be configured for the above-described embodiments without departing from the scope and spirit of the invention. Various modifications can be made by those skilled in the art in terms of materials, quantity, and other detailed configurations.
Therefore, the description limited to the shape, material, etc. disclosed above is an example for easy understanding of the present invention, and does not limit the present invention. The description by the name of the member which remove | excluded the limitation of one part or all of such restrictions is included in this invention.

本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムを示す概略構成図。1 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 燃料電池の側断面図。The side sectional view of a fuel cell. 水収納手段および保持手段を示す斜視図。The perspective view which shows a water storage means and a holding means.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池、2…高分子固体電解質膜(電解質膜)、3…アノード電極、4…カソード電極、9…吸収パッド(保持手段)、31…燃料室(アノード側反応室)、41…空気室(カソード側反応室)、91…蒸散層(蒸散体)、92…吸収層(吸収体)、100…燃料電池システム、101…メタノールタンク(燃料収納手段)、102…純水タンク(水収納手段)、108…再循環配管(連通配管)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell, 2 ... Polymer solid electrolyte membrane (electrolyte membrane), 3 ... Anode electrode, 4 ... Cathode electrode, 9 ... Absorption pad (holding means), 31 ... Fuel chamber (anode side reaction chamber), 41 ... Air Chamber (cathode side reaction chamber), 91 ... transpiration layer (vaporizer), 92 ... absorption layer (absorber), 100 ... fuel cell system, 101 ... methanol tank (fuel storage means), 102 ... pure water tank (water storage) Means), 108... Recirculation piping (communication piping).

Claims (5)

電解質膜、アノード側反応室、およびカソード側反応室を有するとともに、前記アノード側反応室に燃料を供給して電気エネルギを得る燃料電池と、
当該燃料電池システムに供給される燃料を収納する燃料収納手段と、
当該燃料電池システムに供給される水を収納する水収納手段と、
前記カソード側反応室と前記水収納手段とを連通する連通配管とを備えた
ことを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell having an electrolyte membrane, an anode side reaction chamber, and a cathode side reaction chamber, and supplying fuel to the anode side reaction chamber to obtain electric energy;
Fuel storage means for storing fuel supplied to the fuel cell system;
Water storage means for storing water supplied to the fuel cell system;
A fuel cell system comprising: a communication pipe communicating the cathode side reaction chamber and the water storage means.
請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
前記水収納手段から溢れた水を保持する保持手段が設けられている
ことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1, wherein
A fuel cell system, wherein holding means for holding water overflowing from the water storage means is provided.
請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記保持手段は、水を吸収保持するゲル状吸収体を備えた
ことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 2, wherein
The fuel cell system, wherein the holding means includes a gel-like absorber that absorbs and holds water.
請求項2または請求項3に記載の燃料電池システムにおいて、
前記保持手段は、水を吸収保持する吸収体と、水の少なくとも一部を大気に蒸散させる蒸散体とを備えた
ことを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 2 or 3,
The holding means includes an absorber that absorbs and holds water, and a transpiration body that evaporates at least a part of the water to the atmosphere.
請求項1から請求項4のいずれかに記載の燃料電池システムを備えたことを特徴とする機器。   An apparatus comprising the fuel cell system according to any one of claims 1 to 4.
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