JP2005346975A - Fuel cell for small portable electrical apparatus and small portable electrical apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池、特に小型携帯電気機器に適した小型燃料電池及びそれを用いた小型携帯電気機器に関する。 The present invention relates to a fuel cell, particularly a small fuel cell suitable for a small portable electric device, and a small portable electric device using the same.
燃料電池は、発電装置として効率が良いことから近年注目を集めている。特に最近ではビデオカメラ、ノートパソコン(ノートPC)等の機器への燃料電池の応用が期待されている。 In recent years, fuel cells have attracted attention because of their high efficiency as power generation devices. In particular, the application of fuel cells to devices such as video cameras and notebook personal computers (notebook PCs) has recently been expected.
燃料電池はリン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、直接メタノール型燃料電池(DMFC)、直接水素型燃料電池(DHFC)等様々な種類の電池が挙げられるが、特に小型機器に適した燃料電池は固体高分子型燃料電池(PEFC)で、直接水素型燃料電池(DHFC)、直接メタノール型燃料電池(DMFC)が挙げられる。 Examples of fuel cells include phosphoric acid fuel cells, molten carbonate fuel cells, direct methanol fuel cells (DMFC), and direct hydrogen fuel cells (DHFC). The fuel cell is a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), such as a direct hydrogen fuel cell (DHFC) or a direct methanol fuel cell (DMFC).
直接メタノール型燃料電池の小型機器への応用例としては、特許文献1および特許文献2などが挙げられる。特許文献1に開示されている直接メタノール型電池(DMFC)の例を図8〜図10に示す。図中、燃料であるメタノールは燃料収納スペース40より燃料拡散室34を通じて燃料電池本体32に供給される。燃料カートリッジ33は水収納スペース41、燃料収納スペース40の2室に分離されており、燃料電池本体32の水回収室35からの水を水収納スペース41に収納する。また、この燃料電池は酸化剤ガスをスタック101に対し垂直方向に流すように構成され、燃料となるメタノールは電極膜接続体を囲む多孔質体によってスタックの外周面より起電部102に供給するように構成されており、酸化剤ガスの流れを阻害することなく、毛管力により起電部102に円滑にメタノールの供給を行うことができる。
Examples of application of the direct methanol fuel cell to a small device include
また、特許文献2には、図12に示すように、デバイスDVCに対して相対的に左右に燃料容器と電池部とが配置され、装着されるようになっている。
しかしながら、デジタルカメラ、PDAなどのモバイル機器など携帯機器に用いる燃料電池は、できるだけ小さく軽量に構成することが携帯機器用電池としては重要である。また本発明で述べる小型携帯電気機器は、ノートPCのように通常、机の上で使用する機器ではなく、基本的にカメラ、ビデオカメラ、PDAなど、主にその使用方法において手で持ちながら使用する機器である。それらの機器は、その使用時において、必ずしも平坦な場所に置くことなく使用され、傾斜させた状態で使用される場合があるので、それらの機器に適した燃料電池はその小型携帯電気機器の使用形態を考慮しなければならない。
Further, in
However, it is important for a portable device battery to be configured to be as small and light as possible for a fuel cell used in a portable device such as a mobile device such as a digital camera or PDA. In addition, the small portable electric device described in the present invention is not a device that is usually used on a desk like a notebook PC, but basically a camera, a video camera, a PDA, etc., which is used while being held by hand mainly in its usage. Equipment. Since these devices are not necessarily placed on a flat surface during use and may be used in an inclined state, a fuel cell suitable for these devices is the use of the small portable electric device. The form must be considered.
しかしながら、従来の燃料電池ではそこまでは考慮されておらず、小型携帯電気機器用の燃料電池としては十分ではなく、使用状態によっては、触媒膜、電解質に部分的に燃料供給が不足する領域が発生し、電池性能劣化を早める要因となる。例えば、特許文献1の図8〜図10に示すような従来の燃料電池においては、燃料は燃料カートリッジ33から燃料拡散室34との接続点36を通じて燃料が供給されが、この場合、液体燃料導入路110の隙間の大きさを調整することにより生じる毛管力により燃料は導入される。しかし、燃料拡散室34の燃料は通常であれば、毛管力により満たされるが、電池が傾いた時には、燃料の自重などにより十分には満たされない場合がある。その状態で燃料拡散室34から多孔質体の端面よりメタノール燃料を燃料極104へ供給した場合、燃料は多孔質体の一部端面より供給されるようになるため、多孔質体全域に渡り、燃料が均一に供給できなくなる場合があり、十分な発電が出来なくなるとともに、場所によっては電池性能劣化も進む。また燃料カートリッジ33から燃料拡散室34との接続点36も電池の最上部より下方にあるため、最後まで、有効に燃料を供給することが困難である。
However, the conventional fuel cell has not been considered so far, and is not sufficient as a fuel cell for a small portable electric device, and depending on the use state, there is a region where the fuel supply is partially insufficient for the catalyst membrane and the electrolyte. This is a factor that accelerates battery performance deterioration. For example, in the conventional fuel cell as shown in FIGS. 8 to 10 of
また図11に示すような形の左右に燃料容器54、電池部52が配置されている燃料電池51では、電池本体の中心部に燃料供給部がある場合、小型携帯電気機器の使用時において、機器の向きや使用方法などによっては、燃料容器中のメタノール溶液が最後まで十分に安定に燃料供給が行われなくなる可能性があり、機器の動作に不具合を及ぼす場合がある。
本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、電池部と、燃料容器とが接続部を介して接続されている小型携帯電気機器用の燃料電池において、小型携帯電気機器の使用状態による燃料電池の傾斜や動作にかかわらず、燃料容器から電池部への燃料の供給を良好に安定して行うことができる小型携帯電気機器用燃料電池、およびその燃料電池を用いた小型携帯電気機器を提供するものである。 The present invention has been made in view of such a background art, and in a fuel cell for a small portable electric device in which a battery unit and a fuel container are connected via a connection unit, Regardless of the inclination or operation of the fuel cell depending on the state of use, the fuel cell for a small portable electric device capable of satisfactorily and stably supplying fuel from the fuel container to the battery unit, and the small portable using the fuel cell Provide electrical equipment.
すなわち、本発明は、燃料側電極、酸素側電極および電解質膜を有する電池部と、燃料容器とが接続部を介して接続されている燃料電池であって、前記燃料容器から電池部へ燃料を供給する多孔質体を有し、前記多孔質体は電池部の燃料側電極および電解質膜の少なくとも一方の全面を覆うように配置されていることを特徴とする小型携帯電気機器用燃料電池である。 That is, the present invention is a fuel cell in which a battery part having a fuel side electrode, an oxygen side electrode and an electrolyte membrane and a fuel container are connected via a connecting part, and fuel is supplied from the fuel container to the battery part. A fuel cell for a small portable electric device comprising a porous body to be supplied, wherein the porous body is disposed so as to cover the entire surface of at least one of a fuel-side electrode and an electrolyte membrane of a battery unit. .
前記多孔質体は燃料容器と電池部に設けられ、接続部を介して前記燃料容器の多孔質と電池部の多孔質体とが接続されているのが好ましい。
前記電池部の多孔質体の細孔の孔径は、燃料容器の多孔質体の細孔の孔径よりも小さいのが好ましい。
It is preferable that the porous body is provided in the fuel container and the battery part, and the porous body of the fuel container and the porous body of the battery part are connected via a connection part.
The pore diameter of the porous body of the battery part is preferably smaller than the pore diameter of the porous body of the fuel container.
前記燃料容器の多孔質体は、燃料容器の燃料供給口から底部まで通して設けられているのが好ましい。
前記燃料容器と電池部を接続する接続部には開口部が設けられ、前記開口部の開口面積は、燃料側電極、酸素側電極および電解質膜の少なくとも一つの断面積よりも大きいのが好ましい。
The porous body of the fuel container is preferably provided from the fuel supply port of the fuel container to the bottom.
It is preferable that an opening is provided in a connection portion connecting the fuel container and the battery portion, and an opening area of the opening is larger than at least one cross-sectional area of the fuel side electrode, the oxygen side electrode, and the electrolyte membrane.
また、本発明は、上記の小型携帯電気機器用燃料電池を有することを特徴とする小型携帯電気機器である。 Moreover, this invention is a small portable electric apparatus characterized by having said fuel cell for small portable electric apparatuses.
本発明の小型携帯電気機器用燃料電池は、使用状態による燃料電池の傾斜や動作にかかわらず、燃料容器から電池部への燃料の供給を良好に安定して行うことができる。
また、本発明の小型携帯電気機器は、燃料容器から電池部への燃料の供給を良好に安定して行うことができる燃料電池を収納しているために、電力の供給に変動がなく安定して使用することができる。
The fuel cell for a small portable electric device of the present invention can stably and stably supply fuel from the fuel container to the battery unit regardless of the inclination or operation of the fuel cell depending on the usage state.
In addition, since the small portable electric device according to the present invention houses the fuel cell that can satisfactorily and stably supply the fuel from the fuel container to the battery unit, the power supply is stable without fluctuation. Can be used.
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の小型携帯電気機器用燃料電池(以下、燃料電池と略記する)は、燃料側電極、酸素側電極および電解質膜を有する電池部と、燃料容器と、及び燃料容器と電池部を接続する接続部とを有し、接続部を介して電池部と燃料容器が隣接配置されている燃料電池であって、前記燃料容器から電池部へ燃料を供給する多孔質体を有し、前記多孔質体が電池部の燃料側電極および電解質膜の少なくとも一方の全面を覆うように配置されていることを特徴とする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
A fuel cell for a small portable electric device (hereinafter abbreviated as a fuel cell) of the present invention connects a battery part having a fuel side electrode, an oxygen side electrode and an electrolyte membrane, a fuel container, and the fuel container and the battery part. A fuel cell in which a battery unit and a fuel container are disposed adjacent to each other via the connection unit, the fuel cell having a porous body that supplies fuel from the fuel container to the battery unit, and the porous The body is disposed so as to cover the entire surface of at least one of the fuel-side electrode and the electrolyte membrane of the battery unit.
また、本発明の小型携帯電気機器は、上記の燃料電池を有する小型携帯電気機器である。
また、本発明の小型携帯電気機器は、燃料電池の燃料容器は電池部の下に配置され、燃料容器内に多孔質体を有し、多孔質体は燃料容器の燃料供給口から底部まで通して設けられており、小型携帯電気機器への燃料電池の装着は、燃料電池の電池部及び燃料容器が小型携帯電気機器に対して左右または上下になる様に配置されているのが好ましい。また、燃料容器に設けられた多孔質体は接続部の開口部を覆うように配置されているのが好ましい。
A small portable electric device of the present invention is a small portable electric device having the above fuel cell.
In the small portable electric device of the present invention, the fuel container of the fuel cell is disposed below the battery part, and has a porous body in the fuel container, and the porous body passes from the fuel supply port of the fuel container to the bottom. It is preferable that the fuel cell is mounted on the small portable electric device so that the battery cell portion and the fuel container of the fuel cell are arranged on the left and right or top and bottom with respect to the small portable electric device. Moreover, it is preferable that the porous body provided in the fuel container is disposed so as to cover the opening of the connection portion.
このような構成の燃料電池および小型携帯電気機器によれば、通常の小型携帯電気機器の使用時において、燃料容器が電池部の上方にある場合はもちろんのこと、電池部の下方あるいは左右に燃料容器が配置されている場合においても、燃料溶液が多孔質体の毛管力により移動することができる。特に、その多孔質体の細孔の孔径の大きさを、燃料溶液を流したい方向に向かって小さくすることにより、燃料溶液は孔径の小さい細孔の方向に流れるようになり、多孔質体の隅々にまで行き渡るようになる。 According to the fuel cell and the small portable electric device having such a configuration, when a normal small portable electric device is used, the fuel container is located above or below the battery portion, and the fuel is placed below or on the left and right sides of the battery portion. Even when the container is disposed, the fuel solution can be moved by the capillary force of the porous body. In particular, by reducing the pore size of the porous body toward the direction in which the fuel solution is desired to flow, the fuel solution flows in the direction of the pore having the smaller pore diameter. It reaches to every corner.
このようにして全面に燃料溶液が行き渡った多孔質体を、発電部の電極の触媒膜あるいは電解質膜を覆うように配置させることにより、安定に燃料が発電部に供給され、発電が支障なく行われるようになる。 By arranging the porous body with the fuel solution spread over the entire surface so as to cover the catalyst membrane or the electrolyte membrane of the electrode of the power generation unit, the fuel is stably supplied to the power generation unit and power generation can be performed without any problem. Will come to be.
さらには、燃料容器から電極の触媒膜、電解質膜へ燃料を供給するための接続部に設けられた開口部の開口面積を、多孔質体の幅と等しいかあるいは大きくすることにより、燃料溶液が、多孔質材中の幅方向の端部へも十分に供給されるようになり、多孔質体全面が燃料溶液、例えばメタノール溶液により良好に浸された状態となる。 Furthermore, the fuel solution can be obtained by making the opening area of the opening provided in the connecting portion for supplying fuel from the fuel container to the electrode catalyst membrane and the electrolyte membrane equal to or larger than the width of the porous body. Thus, the liquid is sufficiently supplied also to the end portion in the width direction in the porous material, and the entire surface of the porous body is satisfactorily immersed in a fuel solution such as a methanol solution.
そして、このメタノール溶液に浸された多孔質体が、電極膜接合体(燃料側電極、酸素側電極、高分子固体電解質の全体を示す)全面を覆うようにカバーされていれば、メタノール溶液が定常的に電極膜接合体に均一に供給されることとなり、電池劣化が抑制される。 If the porous body immersed in the methanol solution is covered so as to cover the entire surface of the electrode membrane assembly (showing the whole of the fuel side electrode, the oxygen side electrode, and the polymer solid electrolyte), the methanol solution The electrode membrane assembly is constantly supplied uniformly and battery deterioration is suppressed.
また、小型携帯電気機器用の燃料電池においては、安全性が重要である。特にメタノールなど有害な燃料を用いる場合の燃料漏洩対策は重要である。特に高濃度のメタノール溶液を用いる場合など、加温によるメタノール蒸気の発生に伴い、発火の危険性、メタノール蒸気の吸入の危険性など生じることもあるので、それらの危険性を回避できるよう対策を施す必要がある。少なくとも燃料容器を電池部の下部に配置できれば、電池部と燃料容器をつなぐ接続部は燃料容器の上方に位置させることができ、接続部破損時においても、燃料溶液が漏洩することを抑止でき、新たな防止策をとらずに安全対策を施すことが可能であり、好ましい。 Further, safety is important in a fuel cell for small portable electric devices. In particular, measures against fuel leakage when using harmful fuels such as methanol are important. In particular, when using high-concentration methanol solution, the generation of methanol vapor due to heating may lead to ignition and inhalation of methanol vapor. Take measures to avoid these risks. It is necessary to apply. If at least the fuel container can be arranged at the lower part of the battery part, the connection part connecting the battery part and the fuel container can be positioned above the fuel container, and even when the connection part is broken, it is possible to prevent the fuel solution from leaking, Safety measures can be taken without taking new preventive measures, which is preferable.
本発明の燃料電池を小型携帯電気機器に装着した際、燃料が下部の燃料容器から上部の電池部に、多孔質体の細孔の孔径、体積を調整することにより、多孔質体の毛管力で供給される。また、燃料容器内の多孔質体を燃料容器の底部にまで、配置させることにより、簡単な構造で安定に燃料容器内の燃料を無駄なく最後まで供給できるようになり、燃料電池から小型携帯電気機器への電力供給を長時間安定に行うことが可能になる。 When the fuel cell of the present invention is mounted on a small portable electric device, the fuel is adjusted from the lower fuel container to the upper battery part by adjusting the pore diameter and volume of the porous body, thereby reducing the capillary force of the porous body. Supplied in. In addition, by disposing the porous body in the fuel container up to the bottom of the fuel container, the fuel in the fuel container can be stably supplied to the end with a simple structure without waste. It becomes possible to supply power to the equipment stably for a long time.
また、仮に強い衝撃が燃料電池に加わり電池部と燃料容器がはずれるような状況になった場合においても、燃料容器は小型携帯電気機器に対して下部に配置されているので、燃料であるメタノールの漏洩は最低限に抑えられ、また機器へ燃料のかぶりを低減できる。このように燃料を有効に使えることができるようになるとともに安全性を高めることができるようになる。 Even when a strong impact is applied to the fuel cell and the battery part and the fuel container are detached, the fuel container is disposed below the small portable electric device, so that the fuel methanol Leakage can be minimized, and fuel fog can be reduced. In this way, the fuel can be used effectively and the safety can be improved.
以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。
実施例1
図1は本発明の第一の実施態様の燃料電池の電池部と燃料容器の接続前の状態を示す概略図であり、図1(a)は概略断面図、図1(b)は概略平面図を示す。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
Example 1
FIG. 1 is a schematic view showing a state before connection of a battery part and a fuel container of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is a schematic sectional view, and FIG. The figure is shown.
図2は本発明の第一の実施態様の燃料電池の電池部と燃料容器を接続した状態を示す概略図であり、図2(a)は概略断面図、図2(b)は概略正面図、図2(c)は接続前の斜視図を示す。 2A and 2B are schematic views showing a state in which the battery unit and the fuel container of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention are connected, FIG. 2A is a schematic cross-sectional view, and FIG. 2B is a schematic front view. FIG. 2 (c) shows a perspective view before connection.
図1および図2は、燃料にメタノールを用いる本発明の燃料電池である。図2(c)は電池部、燃料容器の接続前の燃料電池の全体概観斜視図である。本発明の燃料電池1は電池部2、燃料容器4、電池部2と燃料容器4とを接続する接続部3および隔壁11を有する。
1 and 2 show the fuel cell of the present invention using methanol as the fuel. FIG. 2C is an overall perspective view of the fuel cell before connection of the battery part and the fuel container. The
燃料容器4は燃料電池1の燃料となるメタノール燃料を格納するが、燃料容器4の上部には接続部3が設けられている。燃料容器4の内部には、電池部に燃料を供給する領域21と、電池部から燃料を回収する領域22とに二分するように隔壁11aが設けられ、燃料溶液が循環できるように構成されている。隔壁11aには多孔質体5aが形成されている。多孔質体5aは燃料容器4の底部12まで全面に形成しておくと,最後まで燃料を有効に利用できるので好ましい。
The fuel container 4 stores methanol fuel as the fuel of the
電池部2は、パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマー(商品名;Nafion、デュポン社製)を高分子固体電解質9に用い、Pt粒子、Pt/RuO2 粒子を分散させたカーボン膜を酸素側電極8、燃料側電極7とし、高分子固体電解質9を両電極で挟持したものを電極膜接合体(MEA)として用い、これを電池部2に固定し、それぞれの電極をメタノール溶液および空気に接するように構成した。電池はそのセルの発電電圧値が低い場合はリチウム電池などの二次電池と併用することにより、それぞれの機器を駆動できる所定の電圧に設定することもできるが、特開平2002−56855に開示されているように複数個のセルを同極が同じ平面上に並ぶようにしたセルを用いることも可能である。
The
また電池部2内には隔壁11bが、燃料容器4内の領域を二分するように配置した隔壁と対応して設けられている。多孔質体5bを燃料側電極7よりも大きくし、燃料側電極7の全面を覆うようにを形成し(図1(a))、それと接続するように別の多孔質体5cを燃料側電極以外の領域に形成する。
In the
多孔質体は、木綿、ガラス繊維等の有機または無機繊維、アクリル、ナイロン等の合成繊維などの材料からなり、多孔質体の緻密度を、多孔質体5a<多孔質体5b<多孔質体5cの順で大きくなるよう調整する。緻密度とは、多孔質体中における空孔の占める割合を示し、空孔の割合が小さいほど緻密度は高くなる。また、多孔質体の細孔の孔径、多孔質体を構成する材料の充填密度などを調整して制御ができる。 The porous body is made of materials such as organic or inorganic fibers such as cotton and glass fiber, and synthetic fibers such as acrylic and nylon, and the density of the porous body is determined by the porous body 5a <porous body 5b <porous body. Adjust so as to increase in the order of 5c. The density indicates the proportion of pores in the porous body. The smaller the proportion of pores, the higher the density. Further, the pore diameter of the porous body, the packing density of the material constituting the porous body, and the like can be adjusted and controlled.
具体的には、必要な毛管力を発生させるためには、多孔質体の細孔の孔径、細孔の体積率等を考慮する必要がある。細孔の孔径については、メタノール溶液の濃度にもよるが、大きすぎると毛管力が小さくなり、十分に多孔質材に燃料溶液が供給されにくくなり、また小さすぎると、多孔質体中の液体流を阻害するために燃料供給が間に合わなくなるなどし、適度な細孔の孔径が存在し、例えば1μmから250μm程度が良好である。また同様に細孔の体積も大きすぎれば、膜の強度が弱くなり、体積率を小さくすると燃料溶液の流通に不具合を生じるようになるので、細孔の体積率は多孔質体の体積に対して40〜70%程度が好ましい。また、上部に行くに従い孔径を小さくすることにより、下部の孔径が大きい部分にある燃料溶液を上部の孔径の小さい部分に移送することができる。孔径は1μmから250μmの間で適宜調整することにより、達成できる。 Specifically, in order to generate the necessary capillary force, it is necessary to consider the pore diameter of the porous body, the volume ratio of the pores, and the like. Regarding the pore diameter, although depending on the concentration of the methanol solution, if it is too large, the capillary force becomes small, it becomes difficult to supply the fuel solution to the porous material sufficiently, and if it is too small, the liquid in the porous body There is an appropriate pore size, for example, about 1 μm to 250 μm. Similarly, if the volume of the pores is too large, the strength of the membrane will be weakened, and if the volume ratio is reduced, problems will occur in the flow of the fuel solution. Therefore, the volume ratio of the pores is smaller than the volume of the porous body. About 40 to 70% is preferable. Further, by reducing the hole diameter toward the upper part, the fuel solution in the part having the larger hole diameter in the lower part can be transferred to the part having the smaller hole diameter in the upper part. The pore diameter can be achieved by appropriately adjusting between 1 μm and 250 μm.
このように細孔の孔径に傾斜をつけることにより、メタノール燃料は多孔質体の細孔の孔径が小さくなる方向に流れるようになるため、燃料容器内に設けた細孔の孔径が大きい多孔質体5aと、電池部の細孔の孔径が小さい多孔質体5bとを接続することにより、燃料容器からメタノール燃料が燃料側電極に供給されるようになる。さらに傾いた状態になっても、多孔質体5a,5bが接続された状態になっており、細孔の孔径に傾斜がついた一枚の多孔質体の様になっているため、燃料が途絶えることなく燃料側電極に供給されるようになる。 By inclining the pore diameter in this way, methanol fuel flows in a direction in which the pore diameter of the porous body decreases, so that the porous diameter of the pore provided in the fuel container is large. By connecting the body 5a and the porous body 5b having a small pore diameter of the battery portion, methanol fuel is supplied from the fuel container to the fuel side electrode. Even if it is further inclined, the porous bodies 5a and 5b are still connected, and it is like a single porous body with the pore diameter inclined, so that the fuel The fuel side electrode is supplied without interruption.
また燃料容器、電池部内部の隔壁11a,11bも接続され、隔壁が接続されることによって、燃料電池全体として、その中に燃料の循環系が形成され、未使用のメタノール燃料が燃料側電極に供給されやすくなる。 In addition, the fuel containers and the partition walls 11a and 11b inside the battery unit are also connected. By connecting the partition walls, a fuel circulation system is formed in the fuel cell as a whole, and unused methanol fuel is supplied to the fuel side electrode. It becomes easy to be supplied.
更には、燃料容器4から燃料を電池部2に供給するための開口部の開口面積を、セル部(電極または電解質膜)の断面積より大きくし、多孔質体の断面積を燃料極側電極あるいは電解質膜の断面積より大きくすることにより、より均一性良く燃料を電極に供給できる。
Furthermore, the opening area of the opening for supplying fuel from the fuel container 4 to the
このような構成の燃料電池にすることにより、燃料が少なくなっても、小型携帯電気機器を傾けた状態で使用したときであっても、燃料供給不足を抑制することができる。また電池部の燃料容器4の上部には図示していないが、ガス抜きの孔を設けてもよい。孔は一定の圧力に達した場合、弁が開くようになっており、通常は塞がれた状態となっている。 By using the fuel cell having such a configuration, shortage of fuel supply can be suppressed even when the amount of fuel decreases or even when the small portable electric device is used in an inclined state. Further, although not shown in the upper part of the fuel container 4 of the battery unit, a gas vent hole may be provided. When the hole reaches a certain pressure, the valve opens so that it is normally closed.
図6は、本発明の燃料電池を小型携帯電気機器に、上部に電池部2、下部に燃料容器4となるように燃料電池装着部10に装着した模式図である。図6においては、ビデオカメラを例として挙げているが他の小型携帯電気機器でも同様に用いることができる。小型携帯電気機器であるビデオカメラの燃料電池装着部に装着後、電気機器の電源を入れることにより不図示の燃料電池に設けられた端子より燃料電池装着部に設けられた端子を通じて電力が機器に供給され、撮影など所定の動作を行うことができる。
FIG. 6 is a schematic view showing that the fuel cell of the present invention is mounted on a fuel cell mounting portion 10 so as to be a small portable electric device with a
実施例2
図3は本発明の第二の実施態様の燃料電池を示す概略図である。
図4は図3の第二の実施態様の燃料電池の電池部と燃料容器の接続前の状態を示す概略図である。
Example 2
FIG. 3 is a schematic view showing a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing a state before connection of the battery part and the fuel container of the fuel cell of the second embodiment of FIG.
図5は図3の第二の実施態様の燃料電池の電池部と燃料容器の接続前の状態を示す概略図である。
図3〜図5はそれぞれ、燃料にメタノールを用いる本発明の第二の燃料電池を示し、実施例1の燃料電池との相違点は燃料容器と電池部の位置関係を上下から左右に、その配置位置を変えたものである。電池部2、燃料容器4、燃料容器と電池部を繋ぐ接続部3から構成される。燃料容器と電池部は分離することが可能であり、燃料容器を取り外し、交換することによって連続して発電することが可能であり、長時間の機器使用に耐えることができる。
FIG. 5 is a schematic view showing a state before connection of the battery part and the fuel container of the fuel cell of the second embodiment of FIG.
3 to 5 each show a second fuel cell of the present invention using methanol as a fuel. The difference from the fuel cell of Example 1 is that the positional relationship between the fuel container and the cell part is changed from top to bottom and left and right. The arrangement position is changed. The
また、電池部2はパーフルオロカーボンスルホン酸ポリマー(商品名;Nafion、デュポン社製)を高分子固体電解質に用い、Pt粒子、Pt/RuO2 粒子を分散させたカーボンを酸素側電極、燃料側電極とし、高分子固体電解質を両電極で挟持したものを電極膜接合体(MEA)として用い、それぞれの電極をメタノール、空気に接するように構成した。電池はそのセルの発電電圧値が低い場合はリチウム電池などの二次電池と併用することにより、それぞれの機器を駆動できる所定の電圧に設定することもできるが、特開平2002−56855に開示されているように複数個のセルを同極が同じ平面上に並ぶようにしたセルを用いることも可能である。
The
また図示していないが、水回収部は木綿、ガラス繊維等の有機または無機繊維、アクリル、ナイロン等の合成繊維などの多孔質体を形成する材料が、電池部の酸素側電極容器内面の周囲全面に接するように、且つ酸化剤ガスの酸素側電極への供給が妨げられないよう配置されている。 Although not shown, the water recovery part is made of a material that forms a porous body such as organic or inorganic fibers such as cotton and glass fibers, synthetic fibers such as acrylic and nylon, and the like around the inner surface of the oxygen side electrode container of the battery part. It is arranged so as to be in contact with the entire surface and not to prevent the supply of the oxidant gas to the oxygen side electrode.
燃料側電極は、燃料となるメタノール溶液が供給される電池部内の燃料側電極には木綿、ガラス繊維等の有機、無機繊維、アクリル、ナイロン等の合成繊維などの多孔質体を形成する材料により充たされ、燃料容器と電池部とを接続することにより、燃料が燃料側電極に均一に供給される。電池側の多孔質体と燃料容器の多孔質体を燃料容器、電池部接続時に接するようにすれば、機器の動きに左右されることなく燃料極側に安定に、均一性良く燃料側電極にメタノール燃料が供給されるようになる。 The fuel-side electrode is made of a material that forms a porous body such as organic fibers such as cotton and glass fibers, inorganic fibers, synthetic fibers such as acrylic and nylon, etc. By filling and connecting the fuel container and the battery unit, the fuel is uniformly supplied to the fuel side electrode. If the porous body on the battery side and the porous body of the fuel container are in contact with each other when the fuel container and battery part are connected, the fuel side electrode can be stably and uniformly distributed on the fuel electrode side regardless of the movement of the equipment. Methanol fuel is supplied.
また、燃料容器から燃料を電池部に供給するための開口部をセル部(触媒電極または電解質膜)の幅より大きくし、多孔質体12の断面積を燃料側電極あるいは電解質膜の幅よりも広くすることにより、より均一性良く燃料を電極に供給できる。 Further, the opening for supplying fuel from the fuel container to the battery part is made larger than the width of the cell part (catalyst electrode or electrolyte membrane), and the cross-sectional area of the porous body 12 is made larger than the width of the fuel side electrode or electrolyte membrane. By making it wide, the fuel can be supplied to the electrode with better uniformity.
また燃料容器内上部に多孔質体を配置させ、電池部と接続するようにしておく。この時、電池部の燃料極側の多孔質体の充填密度を上部に行くに従い緻密となるようにすることにより、上部にまで燃料が毛管現象により、より良く供給されるようになる。 In addition, a porous body is disposed in the upper part of the fuel container so as to be connected to the battery part. At this time, by increasing the packing density of the porous body on the fuel electrode side of the battery unit as it goes upward, the fuel can be better supplied to the upper part by capillary action.
さらには接続部の開口部を触媒膜、電解質膜よりも大きく取ることにより、更に均一性良くメタノール燃料を燃料側電極に供給することができる。また電池部の容器上部には図示していないが、ガス抜きの孔が設けられている。孔は一定の圧力に達した場合、弁が開くようになっており、通常は塞がれた状態となっており、燃料の漏洩が防止できる。 Furthermore, by making the opening of the connecting portion larger than the catalyst membrane and the electrolyte membrane, it is possible to supply methanol fuel to the fuel side electrode with higher uniformity. Further, although not shown in the figure, a vent hole is provided in the upper part of the battery part. When the hole reaches a certain pressure, the valve opens so that it is normally closed, and fuel leakage can be prevented.
図7はこの燃料電池を小型携帯電気機器に左右にそれぞれ燃料容器、電池部となるように配置させ、燃料電池装着部に装着した模式図であり、図においてはビデオカメラを例として挙げているが他の小型携帯電気機器でも同様に用いることができる。小型携帯電気機器であるビデオカメラの燃料電池装着部に装着後、電気機器の電源を入れることにより不図示の燃料電池に設けられた端子より電力が機器に供給され、撮影などを行うことができる。 FIG. 7 is a schematic diagram in which the fuel cell is arranged on a small portable electric device so as to be a fuel container and a battery part on the left and right sides, and attached to the fuel cell attachment part. In the figure, a video camera is taken as an example. However, it can be similarly used in other small portable electric devices. After mounting on the fuel cell mounting part of a video camera, which is a small portable electrical device, power is supplied to the device from a terminal provided on the fuel cell (not shown) by turning on the power of the electrical device, so that photographing can be performed .
本発明の燃料電池は、使用状態による燃料電池の傾斜や動作にかかわらず、燃料容器から電池部への燃料の供給を良好に安定して行うことができるので、小型携帯電気機器用燃料電池として利用することができる。 The fuel cell of the present invention can satisfactorily and stably supply the fuel from the fuel container to the battery unit regardless of the inclination or operation of the fuel cell depending on the usage state. Can be used.
1 燃料電池
2 電池部
3 接続部
4 燃料容器
5a,5b,5c 多孔質体
6 電極膜接合体
7 燃料側電極
8 酸素側電極
9 高分子固体電解質
10 燃料電池装着部
11a,11b 隔壁
12 底部
14 多孔質体
15 燃料拡散機構
16 小型携帯電気機器
21,22 領域
32 燃料電池本体
33 燃料カートリッジ
34 燃料拡散室
35 水回収室
36 接続点
40 燃料収納スペース
41 水収納スペース
DESCRIPTION OF
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JP2004162359A JP2005346975A (en) | 2004-05-31 | 2004-05-31 | Fuel cell for small portable electrical apparatus and small portable electrical apparatus |
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JP2003109633A (en) * | 2001-06-28 | 2003-04-11 | Foamex Lp | Liquid fuel reservoir for fuel cell |
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-
2004
- 2004-05-31 JP JP2004162359A patent/JP2005346975A/en active Pending
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