JP2006004785A - Liquid transportation method, liquid blending method, liquid transportation device, liquid blending device, and fuel cell device - Google Patents

Liquid transportation method, liquid blending method, liquid transportation device, liquid blending device, and fuel cell device Download PDF

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康博 山東
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暢久 石田
Koichi Samejima
幸一 鮫島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid transportation method and a device, wherein two kinds or more of liquids can be transported stably at a prescribed ratio, and a liquid blending method and a device by utilizing this wherein two kinds or more of liquids can be blended stably at a prescribed ratio, and furthermore provide a small-sized fuel cell which is superior in power generation performance and efficiency. <P>SOLUTION: These are the liquid transportation method and the device, wherein one or two or more micro-pumps P1 to P11 are installed corresponding to respective kinds of liquids of two kinds or more, and a plurality of numbers of pumps P2 to P11 are installed as for at least one kind of the liquid, every pump is made to have the same performance, and it is driven as for the liquid for which one pump P1 is installed, while as for the liquid for which two or more pumps P2 to P11 are installed, the numbers of the pumps to be driven are decided out of these pumps in accordance with the prescribed ratio of liquid transportation, and by driving these pumps, two kinds or more of liquids are transported at the prescribed ratio of liquid transportation. These are the liquid blending method and the device 100, as well as the fuel cell device C1 utilizing these. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は2種以上の液体を所定の送液割合で送るための送液方法及び送液装置に関し、さらに、該送液方法、送液装置を利用した液体混合方法、液体混合装置及び燃料電池装置に関する。   The present invention relates to a liquid feeding method and a liquid feeding device for feeding two or more kinds of liquids at a predetermined liquid feeding ratio, and further, the liquid feeding method, a liquid mixing method using the liquid feeding device, a liquid mixing device, and a fuel cell. Relates to the device.

近年、マイクロマシン技術を応用して化学分析や合成などのための装置や手法を微細化して該分析や合成などを行うμ−TAS(μ−Total Analysis System)が注目されている。旧来の分析、合成等を行う装置に比べ微細化されたμ−TASでは、試料の量が少なく済む、反応時間が短い、廃棄物が少ない等のメリットがある。また、医療分野に採用した場合、検体(血液)の量を少なくすることで患者の負担を軽減でき、試薬の量を少なくすることで検査のコストを下げることができる。さらに、検体及び試薬の量が少ないことから反応時間が大幅に短縮され検査の効率化がはかれる。μ−TASは携帯性にも優れており医療検査、環境分析等の広い分野での応用が期待されている。   In recent years, μ-TAS (μ-Total Analysis System), which applies micromachine technology and refines apparatuses and methods for chemical analysis and synthesis to perform the analysis and synthesis, has attracted attention. The micro-TAS miniaturized in comparison with the conventional analysis and synthesis apparatus has advantages such as a small amount of sample, a short reaction time, and a small amount of waste. When employed in the medical field, the burden on the patient can be reduced by reducing the amount of the specimen (blood), and the cost of the test can be reduced by reducing the amount of the reagent. Furthermore, since the amount of the specimen and the reagent is small, the reaction time is greatly shortened, and the efficiency of the test can be improved. μ-TAS is also excellent in portability and is expected to be applied in a wide range of fields such as medical examination and environmental analysis.

かかるμ−TASではマイクロ流体システムが採用されることがある。マイクロ流体システムを用いる化学分析、環境計測等では、分析、計測等を行うデバイス(チップ)上で送液、液体混合、検出を行うために、マイクロポンプやシリンジポンプ等の送液手段が必要とされる。しかし、例えばチップと送液手段が切り離されている場合、両者を何らかのインターフェースで接続する必要があるが、その接続時に気泡が混入する等の問題が発生する。また、該両者接続部のデッドボリュームが大きくなり、そのために精密な送液制御が困難であったり、無駄な検体や試薬を必要としたりする。さらに、シリンジポンプ等の外付け送液手段を接続した場合、チップを含む装置全体が大きくなり、マイクロ流体システムの利点が生かせない。   In such μ-TAS, a microfluidic system may be employed. In chemical analysis and environmental measurement using a microfluidic system, liquid feeding means such as a micro pump and a syringe pump are required to perform liquid feeding, liquid mixing, and detection on a device (chip) that performs analysis and measurement. Is done. However, for example, when the chip and the liquid feeding means are separated from each other, it is necessary to connect the two with a certain interface, but there arises a problem that bubbles are mixed at the time of the connection. In addition, the dead volume at the connecting portion becomes large, which makes it difficult to perform precise liquid feeding control, and requires useless samples and reagents. Furthermore, when an external liquid feeding means such as a syringe pump is connected, the entire apparatus including the chip becomes large, and the advantages of the microfluidic system cannot be utilized.

この点、例えば、特開2001−322099号公報は、分析、計測、検査等を行うデバイス(チップ)に搭載可能のコンパクトで嵩張らない薄型に形成可能の、圧電素子駆動型マイクロポンプを開示しており、特開2002−214241号公報は、かかるマイクロポンプを利用したコンパクトで嵩張らない薄型に形成可能の液体供給機構及びこれを利用した液体混合機構を搭載した、被検査液体と試薬との反応を検出するマイクロチップを開示している。さらに、特開2003−220322号公報は、かかるマイクロポンプを利用したコンパクトで嵩張らない薄型に形成可能の、改良された液体の拡散混合機構を開示している。   In this regard, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-322099 discloses a piezoelectric element-driven micropump that can be mounted on a device (chip) that performs analysis, measurement, inspection, and the like, and that can be formed thin and not bulky. JP-A-2002-214241 discloses a reaction between a liquid to be inspected and a reagent equipped with a liquid supply mechanism that can be formed in a compact and not bulky thin shape using such a micropump and a liquid mixing mechanism using the liquid supply mechanism. A microchip for detection is disclosed. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-220322 discloses an improved liquid diffusing and mixing mechanism that uses such a micropump and that can be formed into a thin, compact and non-bulk shape.

ところで、複数種類の液体の送液、混合等が要求される分野は分析、計測、検査の分野に限られない。
ユビキタス社会の幕開けとともに電池の長寿命に対する要求が高まってきている。従来のリチウム電池はその理論限界に近づきつつあり、これ以上の大幅な性能向上は望めなくなりつつある。そんな中、重量(容積)あたりのエネルギー密度の高さから従来の電池に比べて大幅な長寿命化が可能な燃料電池が注目されている。
By the way, fields in which a plurality of types of liquid feeding, mixing, and the like are required are not limited to the fields of analysis, measurement, and inspection.
With the start of the ubiquitous society, demands for long battery life are increasing. Conventional lithium batteries are approaching their theoretical limits and no further significant performance improvement can be expected. In the meantime, a fuel cell that can greatly extend the life of a conventional battery is attracting attention because of its high energy density per weight (volume).

燃料電池の中でも特に(1) 構造が簡単、(2) 大規模なインフラ整備を要することなく燃料の入手が容易、(3) 低コスト、低温での動作が可能などの点で、例えば携帯機器(ノート形パーソナルコンピュータ、携帯電話器等)向けの燃料電池として適していると言える直接メタノール形燃料電池(DMFC:Direct Methanol Fuel Cell)が注目されており、盛んに研究されている。   Among fuel cells in particular, (1) simple structure, (2) easy to obtain fuel without the need for large-scale infrastructure, (3) low cost, low temperature operation possible, for example, portable devices Direct methanol fuel cells (DMFCs), which can be said to be suitable as fuel cells for notebook personal computers, mobile phones, etc., have attracted attention and are actively studied.

DMFC型燃料電池を採用した燃料電池装置は燃料供給の方法により二つのタイプに分類される。一つはアクティブ型と呼ばれるもので、電池への燃料供給をポンプにより行うタイプであり、もう一つはパッシブ型と呼ばれるもので、ポンプを用いずに毛細管力等により燃料を供給するタイプである。   Fuel cell devices employing DMFC type fuel cells are classified into two types according to the fuel supply method. One is called an active type, which is a type that supplies fuel to the battery by a pump, and the other is a type that is called a passive type, which supplies fuel by capillary force or the like without using a pump. .

ここでDMFCの反応式を示す。
燃料極側での反応:CH3 OH+H2 O→CO2 +6e- +6H+
空気極側での反応:(3/2) O2 +6H+ +6e- →3H2
全反応 :CH3 OH+(3/2) O2 →CO2 +2H2
Here, the reaction formula of DMFC is shown.
Reaction on the fuel electrode side: CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6e + 6H +
Reaction on the air electrode side: (3/2) O 2 + 6H + + 6e → 3H 2 O
Total reaction: CH 3 OH + (3/2) O 2 → CO 2 + 2H 2 O

この反応式によればメタノールと水は等モルで反応し、CO2 と2分子のH2 Oを生成する。ところが実際に燃料極に供給される燃料には通常濃度が3〜5%と低濃度のメタノール水溶液が用いられる。その理由は、メタノールが燃料極で上記の反応を起こさないまま電解質膜を透過して空気極へ到達してしまうというクロスオーバーという現象を防ぐためである。クロスオーバー現象は燃料中のメタノール濃度が高いほど起こりやすい。このようなクロースオーバー現象が発生すると、DMFCの二つの極(燃料極及び空気極)のうち燃料極で起こるべきメタノールの反応が空気極でも起こり、燃料の無駄と空気極側の電位低下による電池効率の著しい低下が起こる。従って、通常上記の低濃度のメタノール水溶液が用いられる。 According to this reaction formula, methanol and water react in equimolar amounts to produce CO 2 and two molecules of H 2 O. However, an aqueous methanol solution having a low concentration of 3 to 5% is usually used as the fuel actually supplied to the fuel electrode. The reason is to prevent the phenomenon of crossover, in which methanol passes through the electrolyte membrane without reaching the above reaction at the fuel electrode and reaches the air electrode. The crossover phenomenon is more likely to occur as the methanol concentration in the fuel increases. When such a close-over phenomenon occurs, the reaction of methanol that should occur at the fuel electrode of the two DMFC poles (fuel electrode and air electrode) also occurs at the air electrode, resulting in waste of fuel and a decrease in potential on the air electrode side. A significant reduction in efficiency occurs. Accordingly, the above-mentioned low concentration aqueous methanol solution is usually used.

このようにDMFCでは燃料極へ低濃度メタノール水溶液を供給するのであるが、前記のアクティブ型燃料電池装置では、空気極側で生成される水を回収してこの生成水で高濃度メタノール水溶液を希釈(混合の1種)しながら燃料極に供給する燃料希釈循環形のシステムを構築することが可能である。   In this way, the DMFC supplies a low-concentration methanol aqueous solution to the fuel electrode. In the active fuel cell device, the water generated on the air electrode side is recovered and the high-concentration methanol aqueous solution is diluted with this generated water. It is possible to construct a fuel dilution circulation system that supplies the fuel electrode while (one kind of mixing).

発明者の考えによれば、1例として図12の発電システムを示すことができる。図12に示すシステムでは、通電されるべき負荷Lが燃料電池(DMFC)Cに接続されており、電池の外部に燃料タンクt1、回収タンクt2及びミキサー(混合タンク)MXが設けられていて、これらは配管により燃料電池Cに接続されている。燃料電池Cの空気極側で生成される水はポンプPM3で回収タンクt2へ回収される。発電にあたっては、燃料タンクt1からポンプPM1で高濃度メタノール水溶液を、回収タンクt2からポンプPM2で希釈用液を、それぞれミキサーMXへ供給し、そこでそれらを混合することで高濃度メタノール水溶液を希釈しつつ、該希釈されたメタノール水溶液を電池の燃料極へ供給する。燃料極へ供給された燃料のうち過剰分は回収タンクt2へ回収する。   According to the inventor's idea, the power generation system of FIG. 12 can be shown as an example. In the system shown in FIG. 12, a load L to be energized is connected to a fuel cell (DMFC) C, and a fuel tank t1, a recovery tank t2, and a mixer (mixing tank) MX are provided outside the cell. These are connected to the fuel cell C by piping. Water generated on the air electrode side of the fuel cell C is recovered to the recovery tank t2 by the pump PM3. In power generation, a high-concentration methanol aqueous solution is supplied from the fuel tank t1 with the pump PM1, and a dilution liquid is supplied from the recovery tank t2 with the pump PM2 to the mixer MX, and mixed there to dilute the high-concentration methanol aqueous solution. Meanwhile, the diluted aqueous methanol solution is supplied to the fuel electrode of the battery. An excess of the fuel supplied to the fuel electrode is recovered to the recovery tank t2.

燃料極へ供給する燃料中のメタノール濃度を適正化するために、ミキサーMXから電池へ向かう燃料のメタノール濃度を濃度検出センサDSで検出し、この検出値に基づいてコントローラCONTがポンプPM1、PM2の動作をコントロールするようにし、これによりミキサーへ供給する高濃度メタノール水溶液の量と希釈用液の量の割合を調整することも可能である。   In order to optimize the methanol concentration in the fuel supplied to the fuel electrode, the methanol concentration of the fuel traveling from the mixer MX to the battery is detected by the concentration detection sensor DS, and the controller CONT determines whether the pumps PM1 and PM2 By controlling the operation, it is possible to adjust the ratio between the amount of the high-concentration methanol aqueous solution supplied to the mixer and the amount of the dilution liquid.

このシステムによると、燃料タンク中のメタノール濃度を上げることが可能になり、例えば60wt%メタノール水溶液を用いれば当初から3wt%〜5wt%メタノール水溶液を用いる場合に比べて略1/20〜1/12に燃料タンクを小さくすることができる。   According to this system, it is possible to increase the methanol concentration in the fuel tank. For example, if a 60 wt% aqueous methanol solution is used, it is approximately 1/20 to 1/12 as compared with the case where a 3 wt% to 5 wt% aqueous methanol solution is used from the beginning. The fuel tank can be made smaller.

この他、例えば、特開2003−132924号公報には、メタノールタンクから、このタンクに付設されたバルブの操作により高濃度メタノール水溶液を希釈タンクへ供給する一方、燃料電池本体の空気極で生成された水を該希釈タンクへ回収し、該希釈タンクにおいてメタノールタンクからのメタノール水溶液を回収水で希釈し、希釈されたメタノール水溶液を電池の燃料極へ供給することが開示されている。   In addition, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-132924, a high-concentration methanol aqueous solution is supplied from a methanol tank to a dilution tank by operating a valve attached to the tank, while being generated at the air electrode of the fuel cell main body. In this dilution tank, the aqueous methanol solution from the methanol tank is diluted with the recovered water, and the diluted aqueous methanol solution is supplied to the fuel electrode of the battery.

さらに、該希釈タンクにおけるメタノール水溶液のメタノール濃度を検出し、その検出結果に基づいて前記バルブの開き量を調整することでメタノールタンクから希釈タンクへ供給する高濃度メタノール水溶液量を調整することで、燃料極へ供給するメタノール水溶液のメタノール濃度を制御することも開示されている。   Furthermore, by detecting the methanol concentration of the aqueous methanol solution in the dilution tank, and adjusting the amount of high-concentration aqueous methanol solution supplied from the methanol tank to the dilution tank by adjusting the opening amount of the valve based on the detection result, Controlling the methanol concentration of the aqueous methanol solution supplied to the fuel electrode is also disclosed.

また、特開2003−346846号公報には、電池本体の外部に設けた混合室へ、メタノールタンクからメタノール水溶液を、さらに電池本体から未使用メタノール溶液や副生成物をそれぞれ流入させるとともに該混合室内燃料を電池へ導くための回路を設け、電池本体の燃料導入室或いはそれに通じる液通路の容積をそれらに対して設けた圧電アクチュエータで増減させることで該回路に燃料を循環させることが開示されている。この燃料電池装置においても、メタノールタンクに高濃度メタノール水溶液を収容しておき、これを電池本体から混合室へ回収されてくる水で希釈し、該希釈メタノール水溶液を燃料として用いることが可能であると考えられる。
このようにDMFC形の燃料電池を採用した燃料電池装置においても、2種類の液体(メタノール含有液と希釈用液)の送液、混合希釈が求められている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-346846 discloses that an aqueous methanol solution from a methanol tank and an unused methanol solution and a by-product from the battery main body are introduced into a mixing chamber provided outside the battery main body, and the mixing chamber. It is disclosed that a circuit for introducing fuel to the battery is provided, and the fuel is circulated through the circuit by increasing or decreasing the volume of the fuel introduction chamber of the battery body or the liquid passage leading to the fuel by a piezoelectric actuator provided for them. Yes. Also in this fuel cell device, it is possible to store a high-concentration aqueous methanol solution in a methanol tank, dilute it with water recovered from the cell body to the mixing chamber, and use the diluted aqueous methanol solution as fuel. it is conceivable that.
Thus, even in a fuel cell device employing a DMFC type fuel cell, two types of liquids (methanol-containing liquid and dilution liquid) are required to be fed and mixed and diluted.

特開2001−322099号公報JP 2001-322099 A 特開2002−214241号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-214241 特開2003−220322号公報JP 2003-220322 A 特開2003−132924号公報JP 2003-132924 A 特開2003−346846号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-346846

しかしながら、前記特開2001−322099号公報に記載されたマイクロポンプを利用した、特開2002−214241号公報や特開2003−220322号公報に開示されている送液機構や液体混合機構においては、例えば2種類の液体を1:1或いはそれに近い割合で送液したり、混合したりする場合には実質上問題はないが、1:1から大きく離れた割合、例えば1:10の割合で送液し、混合するような場合には、2液を精度よく1:10の割合で送液し、混合するためにマイクロポンプの駆動用圧電素子に印加する駆動波形や該圧電素子の駆動方法を工夫する必要がある。   However, in the liquid feeding mechanism and the liquid mixing mechanism disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-214241 and Japanese Patent Laid-Open No. 2003-220322 using the micropump described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-322099, For example, when two kinds of liquids are sent at a ratio of 1: 1 or a ratio close to that, or mixed, there is substantially no problem, but at a ratio far away from 1: 1, for example, a ratio of 1:10. In the case of liquid and mixing, the two liquids are accurately fed at a ratio of 1:10, and the driving waveform applied to the driving piezoelectric element of the micropump for mixing and the driving method of the piezoelectric element are described. It is necessary to devise.

また、駆動波形等を変更しても流量が1対10にならない場合はポンプの性能自体を1対10になるように個々のポンプを設計する必要があるが、個々のポンプの性能を異ならせる場合には、外乱の影響(例えば下流側の液体の状態(抵抗等)の変化)により個々のポンプの特性の変化率も異なってきて、液体の混合(混合希釈を含む)の割合が安定しなくなる。
このような問題は、特開2001−322099号公報に開示されたマイクロポンプを採用する場合だけでなく、一般にマイクロ流体システムに利用できるマイクロポンプ利用の送液機構や液体混合機構について発生する問題である。
In addition, if the flow rate does not become 1:10 even if the drive waveform is changed, it is necessary to design each pump so that the pump performance itself becomes 1:10. In some cases, the rate of change in the characteristics of individual pumps varies depending on the influence of disturbance (for example, changes in the state of liquid (resistance, etc.) on the downstream side, and the ratio of liquid mixing (including mixed dilution) is stable. Disappear.
Such a problem occurs not only when the micropump disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-322099 is employed, but also with respect to a liquid feed mechanism and a liquid mixing mechanism using a micropump that can be generally used in a microfluidic system. is there.

また、燃料電池におけるメタノール水溶液と希釈液との混合希釈についてみると、図12に例示するようなアクティブ型燃料電池装置は、電池本体以外に燃料供給、希釈液供給、液回収用と三つのポンプ、さらに、高濃度メタノール水溶液と回収液とのミキシング機構(ミキサー)が必要となり、装置が大型化、複雑化し、例えば携帯機器用の電池装置には不向きである。   Further, regarding the mixed dilution of the methanol aqueous solution and the diluent in the fuel cell, the active fuel cell device as illustrated in FIG. 12 has three pumps for supplying fuel, diluting solution, collecting liquid, in addition to the battery body. Furthermore, a mixing mechanism (mixer) for the high-concentration aqueous methanol solution and the recovered liquid is required, and the apparatus becomes large and complicated. For example, it is not suitable for a battery device for portable devices.

なお、燃料電池装置の大型化を抑制するためにポンプを必要としないパッシブ型DMFCを採用した高濃度メタノール水溶液希釈型の装置が考えられるが、各液の流量等についての積極的な制御を行えない難点がある。   In order to suppress the increase in the size of the fuel cell device, a high-concentration methanol aqueous solution dilution type device that employs a passive DMFC that does not require a pump is conceivable. However, active control of the flow rate of each liquid can be performed. There are no difficulties.

特開2003−132924号公報や特開2003−346846号公報に開示された燃料電池装置では、電池本体以外に高濃度メタノール水溶液と水とのミキシング機構(ミキシング用のタンク)を必要とし、それだけ装置が大型化する。   The fuel cell devices disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2003-132924 and 2003-34684 require a mixing mechanism (mixing tank) of a high-concentration aqueous methanol solution and water in addition to the battery main body, and the device is as much as that. Increases in size.

以上、燃料電池装置に関しては、直接メタノール形燃料電池が採用され、メタノール水溶液を水を含む希釈液で希釈して該希釈メタノール水溶液を該電池の燃料極へ供給するタイプの燃料電池装置を中心にその問題点を指摘してきたが、一般的に言って、燃料として液体燃料が使用される燃料電池が採用され、該液体燃料を希釈用液で希釈して該希釈液体燃料を該電池へ供給するタイプの燃料電池装置においては、液体燃料と希釈用液とを混合するミキシング機構(例えば混合タンク)が電池本体外に必要となり、該ミキシング機構のために燃料電池装置が大型化するという難点があった。   As described above, with respect to the fuel cell device, a direct methanol type fuel cell is adopted, and the fuel cell device of the type in which the methanol aqueous solution is diluted with a diluent containing water and the diluted methanol aqueous solution is supplied to the fuel electrode of the cell. Although the problem has been pointed out, generally speaking, a fuel cell in which liquid fuel is used as a fuel is employed, and the liquid fuel is diluted with a diluting liquid and the diluted liquid fuel is supplied to the cell. In the type of fuel cell device, a mixing mechanism (for example, a mixing tank) for mixing the liquid fuel and the diluting liquid is required outside the battery body, and the fuel cell device is disadvantageously enlarged due to the mixing mechanism. It was.

そこで本発明は、マイクロポンプにより2種以上の液体を所定の割合で送る送液方法及び装置であって、安定して該2種以上の液体を所定の割合で送ることができる送液方法及び装置を提供することを課題とする。
また本発明は、かかる送液装置であって、全体をコンパクトに小形に形成できる送液装置を提供することを課題とする。
Accordingly, the present invention provides a liquid feeding method and apparatus for sending two or more kinds of liquids at a predetermined ratio by a micropump, and a liquid feeding method capable of stably feeding the two or more kinds of liquids at a predetermined ratio. It is an object to provide an apparatus.
It is another object of the present invention to provide such a liquid feeding device, which can be formed compactly and compactly.

また本発明は、マイクロポンプにより2種以上の液体を所定の割合で送って混合する液体混合方法及び装置であって、安定して該2種以上の液体を所定の割合で混合することができる液体混合方法及び装置を提供することを課題とする。
また本発明は、かかる液体混合装置であって、全体をコンパクトに小形に形成できる液体混合装置を提供することを課題とする。
The present invention is also a liquid mixing method and apparatus for sending and mixing two or more liquids at a predetermined ratio by a micropump, and can stably mix the two or more liquids at a predetermined ratio. It is an object to provide a liquid mixing method and apparatus.
Another object of the present invention is to provide a liquid mixing apparatus which can be formed compactly and compactly.

さらに本発明は、燃料として液体燃料が使用される燃料電池が採用され、該液体燃料を希釈用液で希釈して希釈液体燃料を該燃料電池へ供給する燃料電池装置であって、液体燃料の希釈用液による希釈を安定して精度よく行うことができ、それだけ発電性能及び効率が良好であり、しかも全体をコンパクトに小形に形成できる燃料電池装置を提供することを課題とする。   Furthermore, the present invention employs a fuel cell in which a liquid fuel is used as a fuel, dilutes the liquid fuel with a diluting liquid, and supplies the diluted liquid fuel to the fuel cell. It is an object of the present invention to provide a fuel cell device that can perform dilution with a diluting liquid stably and accurately, has good power generation performance and efficiency, and can be formed compactly and compactly.

(1)送液方法及び送液装置
前記課題を解決する本発明の送液方法及び装置は次のものである。
<送液方法>
2種以上の液体を所定の送液割合で送る送液方法であり、
該2種以上の液体のそれぞれに対して1又は2以上の送液用マイクロポンプを設け、且つ、該2種以上の液体のうち少なくとも1種の液体については複数個の送液用マイクロポンプを設け、いずれの送液用マイクロポンプも同性能のポンプとし、
一つのマイクロポンプを設けた液については該一つのマイクロポンプを運転するとともに、2以上のマイクロポンプを設けた各液については該2以上のマイクロポンプのうちから、前記送液割合に応じて、運転するマイクロポンプ数を決定して該数のマイクロポンプを運転することで、該2種以上の液体を所定の送液割合で送る送液方法。
(1) Liquid-feeding method and liquid-feeding apparatus The liquid-feeding method and apparatus of the present invention for solving the above-mentioned problems are as follows.
<Liquid feeding method>
A liquid feeding method for feeding two or more liquids at a predetermined liquid feeding rate.
One or two or more liquid feeding micropumps are provided for each of the two or more liquids, and a plurality of liquid feeding micropumps are provided for at least one of the two or more liquids. Provided, and all the micropumps for liquid delivery have the same performance,
For a liquid provided with one micropump, the one micropump is operated, and for each liquid provided with two or more micropumps, the liquid supply ratio is selected from the two or more micropumps. A liquid feeding method in which the number of micropumps to be operated is determined and the number of micropumps is operated to send the two or more liquids at a predetermined liquid feeding ratio.

<送液装置>
2種以上の液体を所定の送液割合で送るための送液装置であり、
該2種以上の液体のそれぞれに対して1又は2以上の送液用マイクロポンプが設けられており、且つ、該2種以上の液体のうち少なくとも1種の液体については複数個の送液用マイクロポンプが設けられており、いずれの送液用マイクロポンプも同性能のポンプである送液装置。
<Liquid feeding device>
A liquid feeding device for feeding two or more kinds of liquids at a predetermined liquid feeding rate,
One or two or more liquid-feeding micropumps are provided for each of the two or more liquids, and at least one of the two or more liquids is used for feeding a plurality of liquids. A liquid-feeding device provided with a micropump, and any liquid-feeding micropump is a pump having the same performance.

この送液装置によると、一つのマイクロポンプを設けた液については該一つのマイクロポンプを運転するとともに、2以上のマイクロポンプを設けた各液については該2以上のマイクロポンプのうちから、前記送液割合に応じて、運転するマイクロポンプ数を決定して該数のマイクロポンプを運転することで、該2種以上の液体を所定の送液割合で送ることができる。   According to this liquid delivery device, for a liquid provided with one micropump, the one micropump is operated, and for each liquid provided with two or more micropumps, the liquid is provided from the two or more micropumps. By determining the number of micropumps to be operated according to the liquid feeding ratio and operating the number of micropumps, the two or more kinds of liquids can be fed at a predetermined liquid feeding ratio.

(2)液体混合方法及び液体混合装置
前記課題を解決する本発明の液体混合方法及び装置は次のものである。
<液体混合方法>
2種以上の液体を所定の送液割合で送って混合する液体混合方法であり、
該2種以上の液体のそれぞれに対して1又は2以上の送液用マイクロポンプを設け、且つ、該2種以上の液体のうち少なくとも1種の液体については複数個の送液用マイクロポンプを設けるとともに、該2種以上の液体のそれぞれに対して設けられた送液用マイクロポンプのそれぞれに連通する共通の混合流路を設け、いずれの送液用マイクロポンプも同性能のポンプとし、
一つのマイクロポンプを設けた液については該一つのマイクロポンプを運転するとともに、2以上のマイクロポンプを設けた各液については該2以上のマイクロポンプのうちから、前記送液割合に応じて、運転するマイクロポンプ数を決定して該数のマイクロポンプを運転することで、該2種以上の液体を所定の送液割合で前記混合流路へ送って合流させ混合(混合による希釈も含む)する液体混合方法。
(2) Liquid mixing method and liquid mixing apparatus The liquid mixing method and apparatus according to the present invention for solving the above-described problems are as follows.
<Liquid mixing method>
It is a liquid mixing method in which two or more kinds of liquids are sent and mixed at a predetermined feeding rate,
One or two or more liquid feeding micropumps are provided for each of the two or more liquids, and a plurality of liquid feeding micropumps are provided for at least one of the two or more liquids. And providing a common mixing channel that communicates with each of the two or more liquid pumps provided for each of the two or more liquids, and each of the liquid pumps has the same performance,
For a liquid provided with one micropump, the one micropump is operated, and for each liquid provided with two or more micropumps, the liquid supply ratio is selected from the two or more micropumps. By determining the number of micropumps to be operated and operating the number of micropumps, the two or more kinds of liquids are sent to the mixing flow path at a predetermined liquid feeding ratio and mixed (including dilution by mixing). Liquid mixing method.

<液体混合装置>
2種以上の液体を所定の送液割合で送って混合する液体混合装置であり、
該2種以上の液体のそれぞれに対して1又は2以上の送液用マイクロポンプが設けられており、且つ、該2種以上の液体のうち少なくとも1種の液体については複数個の送液用マイクロポンプが設けられているとともに、該2種以上の液体のそれぞれに対して設けられた送液用マイクロポンプのそれぞれに連通する共通の混合流路が設けられており、いずれの送液用マイクロポンプも同性能のポンプである液体混合装置。
<Liquid mixing device>
A liquid mixing device that sends and mixes two or more liquids at a predetermined liquid feeding ratio,
One or two or more liquid-feeding micropumps are provided for each of the two or more liquids, and at least one of the two or more liquids is used for feeding a plurality of liquids. A micro-pump is provided, and a common mixing channel is provided to communicate with each of the liquid-feeding micropumps provided for each of the two or more kinds of liquids. A liquid mixing device that has the same performance as the pump.

この液体混合装置によると、一つのマイクロポンプを設けた液については該一つのマイクロポンプを運転するとともに、2以上のマイクロポンプを設けた各液については該2以上のマイクロポンプのうちから、前記送液割合に応じて、運転するマイクロポンプ数を決定して該数のマイクロポンプを運転することで、該2種以上の液体を所定の送液割合で前記混合流路へ送って合流させ混合(混合による希釈も含む)することができる。   According to this liquid mixing apparatus, the one micropump is operated for the liquid provided with one micropump and the liquid provided with two or more micropumps is selected from the two or more micropumps. The number of micropumps to be operated is determined according to the liquid feed ratio, and the number of micropumps is operated to send the two or more liquids to the mixing channel at a predetermined liquid feed ratio for mixing and mixing. (Including dilution by mixing).

本発明に係る送液方法及び装置、液体混合方法及び装置では、扱う2種以上の液体のそれぞれについて複数のマイクロポンプを採用してもよい。その場合、各液について、所定の送液割合や混合割合に応じて、該液用の複数のマイクロポンプの全部又は一部を運転することで、該2種以上の液体を所定の割合で送ったり、送って混合したりすることになる。   In the liquid feeding method and apparatus and the liquid mixing method and apparatus according to the present invention, a plurality of micropumps may be employed for each of two or more kinds of liquids to be handled. In that case, for each liquid, the two or more liquids are fed at a predetermined ratio by operating all or a part of the plurality of micropumps for the liquid according to a predetermined liquid feeding ratio or mixing ratio. Or send and mix.

本発明に係る送液方法及び装置、液体混合方法及び装置によると、送液のための複数のマイクロポンプとして、ポンプ間においてポンプ性能にバラツキがない同性能のもの(例えば同構造、同サイズであることで同性能であるもの)を採用するので、送液対象或いは送液混合対象である2種以上の液体の送液割合を、運転するポンプの数を選択することで容易に調整して、該2種以上の液体を安定して所定の送液割合で送液或いは送液混合することができる。例えば、ポンプ下流側において液体の状態の変化(例えば流れに対する抵抗変化、例えば混合することや温度変化により液体の粘度が変動することなどに起因する抵抗変化など)が生じるようなことがあっても、安定して所定の送液割合で送液或いは送液混合することができる。   According to the liquid feeding method and apparatus and the liquid mixing method and apparatus according to the present invention, the plurality of micropumps for liquid feeding have the same performance (for example, the same structure and the same size) with no variation in pump performance between pumps. Therefore, by adjusting the number of pumps to be operated, it is possible to easily adjust the liquid feed ratio of two or more liquids that are liquid feed targets or liquid feed mixing targets. The two or more kinds of liquids can be stably fed or mixed at a predetermined ratio. For example, even if there is a change in the state of the liquid on the downstream side of the pump (for example, a change in resistance to the flow, for example, a change in resistance caused by mixing or temperature fluctuations due to changes in the viscosity of the liquid). Thus, liquid feeding or liquid feeding mixing can be performed stably at a predetermined liquid feeding rate.

また、運転するマイクロポンプの数を変更することで、容易に送液割合或いは送液混合割合を変更することも可能である。
さらに、全体として複数のマイクロポンプが採用されているにも拘らず,それらポンプは同性能のものであるから、ポンプの駆動回路の簡略化も可能である。
Further, it is possible to easily change the liquid feeding ratio or the liquid feeding mixing ratio by changing the number of micro pumps to be operated.
Furthermore, although a plurality of micropumps are employed as a whole, the pumps have the same performance, and therefore the pump drive circuit can be simplified.

本発明に係る送液装置,液体混合装置では、送液ポンプとしてマイクロポンプを用いるので、それだけ装置をコンパクト化、小型化することが可能である。
かかるマイクロポンプの代表例として、液体を吸引するための第1絞り流路、液体を吐出するための第2絞り流路、該第1、第2の絞り流路間のポンプ室、該ポンプ室の可撓性壁に設置された圧電素子を含んでおり、該圧電素子で該ポンプ室壁を振動させることでポンプ室を収縮膨張させて該第1絞り流路からポンプ室内へ液体を吸引し、該第2絞り流路からポンプ室内液体を吐出するポンプを挙げることができる。
In the liquid feeding device and the liquid mixing device according to the present invention, since the micropump is used as the liquid feeding pump, it is possible to reduce the size and size of the device accordingly.
As typical examples of such a micropump, a first throttle channel for sucking liquid, a second throttle channel for discharging liquid, a pump chamber between the first and second throttle channels, and the pump chamber A piezoelectric element installed on the flexible wall of the pump, and the pump chamber is vibrated by the piezoelectric element to contract and expand the pump chamber to suck liquid from the first throttle channel into the pump chamber. A pump that discharges liquid in the pump chamber from the second throttle channel can be mentioned.

このタイプのマイクロポンプはアクチュエータに圧電素子を採用しており、液体流路については例えばフィルムや板状体のエッチング処理等により溝や凹所を形成する等し、このフィルムや板状体に第2のフィルムや板状体を貼り合わせて形成できるので、全体としてコンパクトに薄型、小形に形成することが可能であり、ひいては送液装置や液体混合装置のコンパクト化、薄型化、小形化を可能にする。   This type of micropump employs a piezoelectric element as an actuator, and the liquid flow path is formed by, for example, forming a groove or a recess by etching the film or plate-like body. 2 film and plate can be bonded together, so that it can be made compact and thin and small as a whole, and the liquid feeding device and liquid mixing device can be made compact, thin and small. To.

いずれにしても、かかる圧電素子利用のマイクロポンプの駆動は交番電圧を該圧電素子に印加するポンプ駆動部を用いて行えばよいが、該交番電圧の周波数として20kHz以上の周波数を採用すれば、ポンプ駆動音が人間には聞こえなくなり、送液装置や液体混合装置の運転を騒音による不快感なく行える。
いずれにしても、本発明に係る液体混合方法及び装置では、前記の混合流路として、混合対象液体の所定の混合を確実化するために蛇行流路とし、混合能を向上させてもよい。
In any case, the driving of the micropump using the piezoelectric element may be performed by using a pump driving unit that applies an alternating voltage to the piezoelectric element, but if a frequency of 20 kHz or more is adopted as the frequency of the alternating voltage, The pump driving sound cannot be heard by humans, and the liquid feeding device and the liquid mixing device can be operated without discomfort due to noise.
In any case, in the liquid mixing method and apparatus according to the present invention, the mixing channel may be a meandering channel in order to ensure predetermined mixing of the liquid to be mixed, and the mixing ability may be improved.

(3)液体燃料装置
前記課題を解決する液体燃料装置は次のものである。
燃料として液体燃料が使用される燃料電池が採用され、該液体燃料と希釈用液を所定の送液割合で供給して混合することで該液体燃料を希釈し、希釈液体燃料を該燃料電池へ供給する燃料電池装置であり、該燃料電池に第1ポンプユニットが積層されており、該第1ポンプユニットは、該液体燃料及び希釈用液のそれぞれに対して1又は2以上の送液用マイクロポンプを有しており、且つ、該液体燃料及び希釈用液のうち少なくとも一方に対しては複数個の送液用マイクロポンプを有しているとともに、該液体燃料及び希釈用液のそれぞれに対して設けられた送液用マイクロポンプのそれぞれに連通する共通の混合流路を有しており、該混合流路から希釈液体燃料を前記燃料電池へ供給するものであり、いずれの送液用マイクロポンプも同性能のポンプである燃料電池装置。
(3) Liquid fuel apparatus The liquid fuel apparatus which solves the said subject is as follows.
A fuel cell in which liquid fuel is used as a fuel is employed, and the liquid fuel and dilution liquid are supplied at a predetermined liquid feed ratio and mixed to dilute the liquid fuel, and the diluted liquid fuel is supplied to the fuel cell. A fuel cell device to be supplied, wherein a first pump unit is stacked on the fuel cell, and the first pump unit includes one or two or more liquid feeding micros for each of the liquid fuel and the diluting liquid. A pump, and at least one of the liquid fuel and the diluting liquid has a plurality of liquid-feeding micropumps, and each of the liquid fuel and the diluting liquid. Each of the liquid-feeding micropumps provided in common, and supplying a diluted liquid fuel to the fuel cell from the mixed flow-path. Same pump The fuel cell system is a pump.

この燃料電池装置によると、第1ポンプユニットにおける一つのマイクロポンプを設けた液については該一つのマイクロポンプを運転するとともに、2以上のマイクロポンプを設けた液については該2以上のマイクロポンプのうちから、運転するマイクロポンプ数を決定して該数のマイクロポンプを運転することで、液体燃料及び希釈用液を所定の送液割合で前記混合流路へ送って合流、混合させることで希釈液体燃料を得、これを燃料電池に供給して発電することができる。   According to this fuel cell apparatus, the one micropump in the first pump unit is operated for the one micropump, and the liquid having two or more micropumps is operated for the two or more micropumps. By deciding the number of micropumps to be operated and operating the number of micropumps, the liquid fuel and the diluting liquid are sent to the mixing channel at a predetermined liquid feeding rate to be mixed and mixed to be diluted. Liquid fuel can be obtained and supplied to the fuel cell to generate electricity.

この燃料電池装置においても、液体燃料と希釈用液のそれぞれについて複数のマイクロポンプを採用してもよい。その場合、各液について、所定の送液混合希釈割合に応じて、該液用の複数のマイクロポンプの全部又は一部を運転することで、該2種以上の液体を所定の割合で送って混合希釈することになる。   Also in this fuel cell device, a plurality of micropumps may be employed for each of the liquid fuel and the dilution liquid. In that case, for each liquid, the two or more liquids are sent at a predetermined ratio by operating all or part of the plurality of micropumps for the liquid according to a predetermined liquid-feeding mixture dilution ratio. It will be mixed and diluted.

本発明に係る燃料電池装置によると、第1マイクロポンプユニットにおける送液のための複数のマイクロポンプは、ポンプ間においてポンプ性能にバラツキがない同性能のもの(例えば同構造、同サイズであることで同性能であるもの)であるので、液体燃料及び希釈用液の送液割合を、運転するポンプの数を選択することで容易に調整して、両液体を安定して精度よく所定の送液割合で送液混合し、液体燃料を所定濃度に希釈することができ、それだけ発電性能及び効率を良好ならしめることができる。   According to the fuel cell device of the present invention, the plurality of micropumps for liquid feeding in the first micropump unit have the same performance (for example, the same structure and the same size) with no variation in pump performance among the pumps. Therefore, the liquid fuel and dilution liquid feed ratio can be easily adjusted by selecting the number of pumps to be operated, so that both liquids can be stably and accurately delivered to a predetermined level. The liquid fuel can be fed and mixed at a liquid ratio to dilute the liquid fuel to a predetermined concentration, and the power generation performance and efficiency can be improved accordingly.

また、本発明に係る燃料電池装置では、送液ポンプとしてマイクロポンプを採用したポンプユニットであって液体燃料を希釈用液で希釈して燃料電池に供給できる第1マイクロポンプユニットが燃料電池に積層され、一体化されている。従って、液体燃料と希釈用液とを混合するためのミキシング機構を燃料電池外に離して設ける必要がないとともに該燃料電池とミキシング機構とを接続する配管も必要としない。よって、それだけ燃料電池装置全体をコンパクトに、小型に形成することができ、例えば携帯機器の電源としても利用できる。   Further, in the fuel cell device according to the present invention, a first micro pump unit that is a pump unit that employs a micro pump as a liquid feed pump and that can be used to dilute a liquid fuel with a diluting liquid and supply the fuel cell to the fuel cell. Are integrated. Therefore, it is not necessary to provide a mixing mechanism for mixing the liquid fuel and the diluting liquid outside the fuel cell, and piping for connecting the fuel cell and the mixing mechanism is not required. Therefore, the entire fuel cell device can be made compact and small, and can be used as a power source for portable devices, for example.

第1ポンプユニットにおける前記混合流路は液体燃料と希釈用液との十分な混合のために蛇行させてもよい。
この燃料電池装置は、燃料電池の第1ポンプユニットを積層した面とは反対側の面に第2ポンプユニットを積層してもよい。この場合、第2ポンプユニットは少なくとも燃料電池における電気化学反応により生成される液体を回収するものである。燃料電池の燃料極側から電解質層を通過して空気極側へ出てくる液体があるときは、その液体も回収できるものでもよい。
かかる第2ポンプユニットも燃料電池に積層され、燃料電池と一体化されるから、これを設けても燃料電池装置の小形化の妨げにはならない。
The mixing flow path in the first pump unit may meander for sufficient mixing of the liquid fuel and the diluting liquid.
In the fuel cell device, the second pump unit may be stacked on the surface opposite to the surface where the first pump unit of the fuel cell is stacked. In this case, the second pump unit collects at least a liquid generated by an electrochemical reaction in the fuel cell. When there is a liquid that passes through the electrolyte layer from the fuel electrode side of the fuel cell and exits to the air electrode side, the liquid may be recovered.
Since the second pump unit is also laminated on the fuel cell and integrated with the fuel cell, even if the second pump unit is provided, it does not hinder downsizing of the fuel cell device.

可能であるならば、燃料電池における電気化学反応により生成される液体或いはさらに燃料電池の燃料極側から電解質層を通過して空気極側へ出てくる液体も前記の希釈用液として用いてもよい。この場合、第2ポンプユニットは回収した液体を希釈用液として前記燃料電池、第1ポンプユニット及び第2ポンプユニットの積層体中に形成された希釈用液循環路を介して第1ポンプユニットへ供給するものとしてもよい。   If possible, a liquid generated by an electrochemical reaction in the fuel cell or a liquid that passes through the electrolyte layer from the fuel electrode side of the fuel cell and exits to the air electrode side may be used as the dilution liquid. Good. In this case, the second pump unit uses the collected liquid as a dilution liquid to the first pump unit via the dilution liquid circulation path formed in the stacked body of the fuel cell, the first pump unit, and the second pump unit. It may be supplied.

或いは、第2ポンプユニットは回収した液体を希釈用液として回収容器へ送るものとし、該回収容器から前記第1ポンプユニットへ希釈用液を供給するようにしてもよい。
また、回収容器を設ける場合、前記第1ポンプユニットは、過剰の希釈液体燃料を該回収容器へ送るものでもよい。
Alternatively, the second pump unit may send the recovered liquid as a dilution liquid to the recovery container, and supply the dilution liquid from the recovery container to the first pump unit.
In the case where a recovery container is provided, the first pump unit may send excess diluted liquid fuel to the recovery container.

なお、希釈前の液体燃料については、液体燃料収容容器を設け、該容器から第1ポンプユニットへ液体燃料を供給すればよい。かかる液体燃料収容容器としては、代表例として、交換可能な容器、例えばカートリッジタイプの容器を挙げることができる。   In addition, about the liquid fuel before dilution, a liquid fuel storage container may be provided and liquid fuel may be supplied from the container to the first pump unit. As a typical example of such a liquid fuel container, a replaceable container, for example, a cartridge type container can be cited.

液通路の配置をできるだけ簡素化して燃料電池装置の一層の小形化を達成するために、 第1ポンプユニットは燃料電池に、その燃料極に隣り合わせて積層することが好ましい。この場合において、前記第2ポンプユニットも設ける場合には、第2ポンプユニットは燃料電池に、その空気極に隣り合わせて積層すればよい。
燃料電池の構造等によっては、必要に応じ、第1ポンプユニットの燃料極に対向する面に該燃料極に電気的に導通された電極膜が形成されていてもよい。第2ポンプユニットについても、空気極に対向する面に該空気極に電気的に導通された電極膜が形成されていてもよい。
In order to simplify the arrangement of the liquid passage as much as possible and achieve further miniaturization of the fuel cell device, the first pump unit is preferably stacked on the fuel cell adjacent to the fuel electrode. In this case, when the second pump unit is also provided, the second pump unit may be stacked on the fuel cell adjacent to the air electrode.
Depending on the structure of the fuel cell and the like, an electrode film electrically connected to the fuel electrode may be formed on the surface of the first pump unit facing the fuel electrode, if necessary. Also in the second pump unit, an electrode film electrically connected to the air electrode may be formed on the surface facing the air electrode.

いずれにしても、燃料電池装置の一層の小形化のために、燃料電池及び第1ポンプユニットはいずれも、また、第2ポンプユニットを設ける場合はそれも、平坦形状に形成されていることが好ましい。これにより、本発明に係る燃料電池装置を、アクティブ型装置でありながら、パッシブ型装置と略同等のサイズに形成することも可能である。   In any case, in order to further reduce the size of the fuel cell device, both the fuel cell and the first pump unit may be formed in a flat shape when the second pump unit is provided. preferable. As a result, the fuel cell device according to the present invention can be formed to be approximately the same size as the passive device while being an active device.

いずれにしても、第1ポンプユニットを燃料電池の燃料極に隣り合わせて積層する場合、該第1ポンプユニットとして次のものを代表例として挙げることができる。すなわち、燃料極に対向する面に前記希釈液体燃料を該燃料極へ供給するための希釈液体燃料通路を有しており、該燃料極に対向する面とは反対側部分に液体燃料を供給する前記送液用マイクロポンプを含む液体燃料供給路、希釈用液を供給する前記送液用マイクロポンプを含む希釈用液供給路及び該液体燃料供給路と希釈用液供給路の双方に連通するとともに前記希釈液体燃料通路に連通する前記混合流路を有するポンプユニットである。さらに、該燃料極で発生するガスを前記希釈液体燃料通路を介して放出するためのガス抜き孔を有していてもよい。   In any case, when the first pump unit is stacked adjacent to the fuel electrode of the fuel cell, the following can be given as typical examples of the first pump unit. In other words, a diluted liquid fuel passage for supplying the diluted liquid fuel to the fuel electrode is provided on a surface facing the fuel electrode, and the liquid fuel is supplied to a portion opposite to the surface facing the fuel electrode. The liquid fuel supply path including the liquid feed micropump, the dilution liquid supply path including the liquid feed micropump for supplying the dilution liquid, and both the liquid fuel supply path and the dilution liquid supply path communicate with each other. The pump unit having the mixing flow path communicating with the diluted liquid fuel path. Furthermore, a gas vent hole for discharging the gas generated at the fuel electrode through the diluted liquid fuel passage may be provided.

この第1ポンプユニットは、燃料極に対向する面に希釈液体燃料を該燃料極へ供給するための希釈液体燃料通路を有していることで、従来の燃料電池装置における燃料極側のセパレータとしても機能する。
かかる希釈液体燃料通路を有する燃料極に対向する面には導電性膜を形成して該膜を電極として使用してもよい。
この第1ポンプユニットは、後述するように平坦形状に薄型に形成することが可能である。
This first pump unit has a diluted liquid fuel passage for supplying the diluted liquid fuel to the fuel electrode on the surface facing the fuel electrode, so that it serves as a separator on the fuel electrode side in the conventional fuel cell device. Also works.
A conductive film may be formed on the surface facing the fuel electrode having the diluted liquid fuel passage, and the film may be used as an electrode.
As will be described later, the first pump unit can be formed flat and thin.

また、第2ポンプユニットを燃料電池の空気極に隣り合わせて積層する場合、該第2ポンプユニットとして次のものを代表例として挙げることができる。すなわち、空気極に対向する面に回収すべき液体の通路を有しており、該空気極に対向する面とは反対側部分に該液体を回収する液回収用マイクロポンプを含む液体回収路を有しており、さらに該空気極に対向する液体通路から該液体回収路へ通じる通路を有しているポンプユニットである。さらに、空気極へ該液体通路を介して外部から空気を供給するための空気取り入れ孔を有していてもよい。   When the second pump unit is stacked adjacent to the air electrode of the fuel cell, the following can be given as representative examples of the second pump unit. That is, a liquid passage to be collected is provided on the surface facing the air electrode, and a liquid collection path including a liquid collection micropump for collecting the liquid is provided on the opposite side of the surface facing the air electrode. And a pump unit having a passage leading from the liquid passage facing the air electrode to the liquid recovery passage. Furthermore, you may have an air intake hole for supplying air from the exterior via this liquid channel | path to an air electrode.

この第2ポンプユニットは、空気極に対向する面に液体の通路を有していることで、従来の燃料電池装置における空気極側のセパレータとしても機能する。
かかる液体通路を有する空気極に対向する面には導電性膜を形成して該膜を電極として使用してもよい。
この第2ポンプユニットも、後述するように平坦形状に薄型に形成することが可能である。
Since the second pump unit has a liquid passage on the surface facing the air electrode, the second pump unit also functions as a separator on the air electrode side in the conventional fuel cell device.
A conductive film may be formed on the surface facing the air electrode having such a liquid passage, and the film may be used as an electrode.
This second pump unit can also be formed flat and thin as will be described later.

いずれにしても、本発明に係る燃料電池装置においても、前記各マイクロポンプは、代表例として、液体を吸引するための第1絞り流路、液体を吐出するための第2絞り流路、該第1、第2の絞り流路間のポンプ室、該ポンプ室の、ダイアフラムとして機能し得る可撓性壁に設置された圧電素子を含んでおり、該圧電素子で該ポンプ室壁を振動させることでポンプ室を収縮膨張させて該第1絞り流路からポンプ室内へ液体を吸引し、該第2絞り流路からポンプ室内液体を吐出するポンプを挙げることができる。   In any case, also in the fuel cell device according to the present invention, each of the micropumps typically includes a first throttle channel for sucking a liquid, a second throttle channel for discharging a liquid, A pump chamber between the first and second throttle channels, and a piezoelectric element installed on a flexible wall of the pump chamber that can function as a diaphragm, and vibrates the pump chamber wall with the piezoelectric element Thus, a pump that contracts and expands the pump chamber to suck liquid from the first throttle channel into the pump chamber and discharge the pump chamber liquid from the second throttle channel can be used.

かかる圧電素子利用のマイクロポンプの駆動は交番電圧を該圧電素子に印加するポンプ駆動部を用いて行えばよいが、該交番電圧の周波数として20kHz以上の周波数を採用すれば、ポンプ駆動音が人間には聞こえなくなり、燃料電池装置を携帯電話器等へ搭載してもその使用者に不快感を与えない。   Such a micropump using a piezoelectric element may be driven by using a pump drive unit that applies an alternating voltage to the piezoelectric element. If a frequency of 20 kHz or more is adopted as the frequency of the alternating voltage, the pump driving sound is human. Therefore, even if the fuel cell device is mounted on a mobile phone or the like, the user will not feel uncomfortable.

前記燃料電池の代表例として、既述のとおり、(1) 構造が簡単、(2) 大規模なインフラ整備を要することなく燃料の入手が容易、(3) 低コスト、低温での動作が可能などの点から、例えば携帯機器(ノート形パーソナルコンピュータ、携帯電話器等)向けの燃料電池として適していると言える直接メタノール形燃料電池(DMFC:Direct Methanol Fuel Cell)を挙げることができる。   As a typical example of the fuel cell, as described above, (1) the structure is simple, (2) fuel is easily available without requiring large-scale infrastructure development, and (3) operation at low cost and low temperature is possible. From such points, for example, a direct methanol fuel cell (DMFC) that can be said to be suitable as a fuel cell for portable devices (notebook personal computers, mobile phones, etc.) can be mentioned.

かかるDMFCを採用する場合、前記液体燃料はメタノール含有液体燃料(例えば高濃度メタノール水溶液)であり、前記希釈用液は水を含む液である。DMFCの空気極において生成される水或いはさらに燃料極側からの移動液は希釈用液として利用できる。
また、かかるDMFCを採用する場合、それは、燃料電池装置の小形化のために、平坦形状に薄型化が可能な所謂膜・電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)構造のものとすることが好ましい。MEAは電解質膜を燃料極と空気極で挟んだ構造の燃料電池である。
When such DMFC is employed, the liquid fuel is a methanol-containing liquid fuel (for example, a highly concentrated aqueous methanol solution), and the dilution liquid is a liquid containing water. The water generated at the air electrode of the DMFC or the moving liquid from the fuel electrode side can be used as a dilution liquid.
In addition, when such a DMFC is employed, it is preferable that the DMFC has a so-called membrane electrode assembly (MEA) structure that can be thinned into a flat shape in order to reduce the size of the fuel cell device. . The MEA is a fuel cell having a structure in which an electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an air electrode.

以上説明したように本発明によると、マイクロポンプにより2種以上の液体を所定の割合で送る送液方法及び装置であって、安定して該2種以上の液体を所定の割合で送ることができる送液方法及び装置を提供することができる。
また、かかる送液装置であって、全体をコンパクトに小形に形成できる送液装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention, there is provided a liquid feeding method and apparatus for sending two or more kinds of liquids at a predetermined ratio by a micropump, which can stably send the two or more kinds of liquids at a predetermined ratio. The liquid feeding method and apparatus which can be provided can be provided.
Moreover, it is this liquid feeding apparatus, Comprising: The liquid feeding apparatus which can be formed compactly and compactly can be provided.

また本発明によると、マイクロポンプにより2種以上の液体を所定の割合で送って混合する液体混合方法及び装置であって、安定して該2種以上の液体を所定の割合で混合することができる液体混合方法及び装置を提供することができる。
また、かかる液体混合装置であって、全体をコンパクトに小形に形成できる液体混合装置を提供することができる。
Further, according to the present invention, there is provided a liquid mixing method and apparatus for sending and mixing two or more liquids at a predetermined ratio by a micropump, wherein the two or more liquids can be stably mixed at a predetermined ratio. A liquid mixing method and apparatus that can be provided can be provided.
Moreover, it is this liquid mixing apparatus, Comprising: The liquid mixing apparatus which can be formed compactly and compactly can be provided.

さらに、本発明によると、燃料として液体燃料が使用される燃料電池が採用され、該液体燃料を希釈用液で希釈して希釈液体燃料を該燃料電池へ供給する燃料電池装置であって、液体燃料の希釈用液による希釈を安定して精度よく行うことができ、それだけ発電性能及び効率が良好であり、しかも全体をコンパクトに小形に形成できる燃料電池装置を提供することができる。   Furthermore, according to the present invention, there is provided a fuel cell device in which a liquid fuel is used as a fuel, the liquid fuel is diluted with a diluting liquid, and the diluted liquid fuel is supplied to the fuel cell. It is possible to provide a fuel cell device that can stably and accurately dilute a fuel with a diluting liquid, has good power generation performance and efficiency, and can be formed compactly and compactly.

以下、本発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明に係る送液方法を実施できる送液装置の1例を利用した液体混合装置の1例を示している。液体混合装置は本発明に係る液体混合方法を実施できる。
図1に示す液体混合装置100は、複数のマイクロポンプP1、P2〜P6、P7〜P11を含んでいる。各ポンプは、後ほど図9を参照して詳述する、同構造、同サイズ、同動作を示す同性能のポンプである。
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 shows an example of a liquid mixing apparatus using an example of a liquid feeding apparatus capable of performing the liquid feeding method according to the present invention. The liquid mixing apparatus can implement the liquid mixing method according to the present invention.
The liquid mixing apparatus 100 shown in FIG. 1 includes a plurality of micropumps P1, P2 to P6, and P7 to P11. Each pump is the pump of the same performance which shows the same structure, the same size, and the same operation | movement which are explained in full detail later with reference to FIG.

ポンプP1に対して第1液体の供給口11が設けられており、供給口11は流路12を介してポンプP1の液体吸引側に連通している。ポンプP1の液体吐出側には流路13が連通している。   A supply port 11 for the first liquid is provided for the pump P 1, and the supply port 11 communicates with the liquid suction side of the pump P 1 via a flow path 12. A flow path 13 communicates with the liquid discharge side of the pump P1.

ポンプP2〜P6、P7〜P11に対して第2液体の供給口14が設けられている。供給口14は流路15及び流路15から分岐した流路151を介してポンプP2〜P6のそれぞれの液体吸引側に連通しているとともに、流路16及び流路16から分岐した流路161を介してポンプP7〜P11のそれぞれの液体吸引側に連通している。   A second liquid supply port 14 is provided for the pumps P2 to P6 and P7 to P11. The supply port 14 communicates with the respective liquid suction sides of the pumps P2 to P6 via the flow path 15 and the flow path 151 branched from the flow path 15, and the flow path 161 branched from the flow path 16 and the flow path 16 Are communicated with each liquid suction side of the pumps P7 to P11.

ポンプP2〜P6のそれぞれの液体吐出側には流路171が連通しており、これら流路171は流路17に合流している。ポンプP7〜P11のそれぞれの液体吐出側には流路181が連通しており、これら流路181は流路18に合流している。   A flow path 171 communicates with each liquid discharge side of the pumps P <b> 2 to P <b> 6, and these flow paths 171 merge with the flow path 17. A flow path 181 communicates with the liquid discharge side of each of the pumps P <b> 7 to P <b> 11, and these flow paths 181 merge with the flow path 18.

ポンプP1に連通している流路13、ポンプP2〜P6に連通している流路17及びポンプP7〜P11に連通している流路18は合流部19で合流して混合流路20へ続いている。混合流路20の端には吐出口21を設けてある。吐出口21は第1液体と第2液体が混合された混合液体を吐出するものである。   The flow path 13 communicating with the pump P1, the flow path 17 communicating with the pumps P2 to P6, and the flow path 18 communicating with the pumps P7 to P11 merge at the junction 19 and continue to the mixing flow path 20. ing. A discharge port 21 is provided at the end of the mixing channel 20. The discharge port 21 discharges a mixed liquid in which the first liquid and the second liquid are mixed.

流路13、17及び18の合流部19より上流側の部分は送液装置を構成する部分であり、これに混合流路20をつなぐことで液体混合装置100が形成されている。
各ポンプの詳細については後述する。
A portion of the flow paths 13, 17, and 18 upstream from the merging portion 19 is a portion constituting a liquid feeding device, and the liquid mixing device 100 is formed by connecting the mixing flow channel 20 to the portion.
Details of each pump will be described later.

この液体混合装置100によると、第1液は供給口11から供給し、マイクロポンプP1を動作させることで流路13から混合流路20へ向け送液できる。第2液は供給口14から供給し、第2液用の10個のマイクロポンプP2〜P11のうちから選んだ数のポンプを動作させることで流路17及び(又は)流路18から混合流路20へ向け送液できる。   According to this liquid mixing apparatus 100, the first liquid can be supplied from the supply port 11 and can be fed from the flow path 13 toward the mixing flow path 20 by operating the micro pump P1. The second liquid is supplied from the supply port 14, and the number of pumps selected from the ten micro pumps P2 to P11 for the second liquid are operated to mix the flow from the flow path 17 and / or the flow path 18. The liquid can be sent to the path 20.

このとき、各ポンプは同じ性能のポンプであり、各ポンプの送液量はいずれも同じであるから、ポンプ1を動作させつつ、ポンプP2〜P11のうちいずれか一つのポンプを動作させれば、第1液体と第2液体の送液、混合割合は1:1となる。ポンプP2〜P11の例えば4個のポンプを動作させれば、第1液体と第2液体の送液、混合割合は1:4となる。   At this time, each pump is a pump having the same performance, and since the pumping amount of each pump is the same, if any one of the pumps P2 to P11 is operated while the pump 1 is operated. The liquid feeding and mixing ratio of the first liquid and the second liquid is 1: 1. If, for example, four pumps P2 to P11 are operated, the liquid feeding and mixing ratio of the first liquid and the second liquid is 1: 4.

このようにこの液体混合装置100によると、送液のための複数のマイクロポンプとしてポンプ間においてポンプ性能にバラツキがない同性能のものを採用しているので、ポンプP1を運転するとともに、ポンプP2〜P11の中から運転するポンプの数を、第1、第2の液体の所定の送液、混合割合に応じて選択決定し、その数のポンプを動作させることで、安定して該所定の割合で、送液し、混合流路20で混合して、さらに言えば、主として混合流路の幅方向における拡散混合を利用して混合して吐出口21から吐出することができる。例えば、ポンプ下流側において液体の状態の変化(例えば流れに対する抵抗変化、例えば混合することや温度変化により液体粘度が変動することなどに起因する抵抗変化など)が生じるようなことがあっても、両液を安定して所定の割合で送液、混合することができる。なお、ここで液体の「混合」には混合よる希釈も含まれる。   Thus, according to this liquid mixing apparatus 100, since the same performance with no variation in pump performance between pumps is adopted as a plurality of micro pumps for liquid feeding, the pump P1 is operated and the pump P2 The number of pumps to be operated from among P11 is selected and determined according to the predetermined liquid feeding and mixing ratio of the first and second liquids, and the predetermined number of pumps are operated stably. The liquid can be fed at a ratio, mixed in the mixing channel 20, and more specifically, mixed by using diffusion mixing in the width direction of the mixing channel and discharged from the discharge port 21. For example, even if there is a change in the state of the liquid on the downstream side of the pump (for example, a change in resistance to the flow, such as a change in resistance caused by mixing or temperature fluctuations due to fluctuations in liquid viscosity), Both liquids can be stably fed and mixed at a predetermined ratio. Here, “mixing” of the liquid includes dilution by mixing.

また、ポンプP2〜P11について運転するポンプ数を変更することで、容易に送液、混合割合を変更することも可能である。さらに、全体として複数のマイクロポンプP1〜P11が採用されているにも拘らず,それらポンプは同性能のものであるから、ポンプの駆動回路の簡略化も可能である。   Moreover, it is also possible to easily change the liquid feeding and mixing ratio by changing the number of pumps operated for the pumps P2 to P11. Furthermore, although a plurality of micropumps P1 to P11 are employed as a whole, since these pumps have the same performance, the pump drive circuit can be simplified.

マイクロポンプP1〜P11のそれぞれは、図9に示す構造、動作を示すものである。 すなわち、液体を吸引するための第1絞り流路f1、液体を吐出するための第2絞り流路f2、該第1、第2の絞り流路f1、f2間のポンプ室PC、ポンプ室PCの可撓性壁(ダイアフラム)DFに設置された圧電素子PZTを含むポンプである。   Each of the micro pumps P1 to P11 shows the structure and operation shown in FIG. That is, the first throttle channel f1 for sucking liquid, the second throttle channel f2 for discharging liquid, the pump chamber PC between the first and second throttle channels f1, f2, and the pump chamber PC This is a pump including a piezoelectric element PZT installed on a flexible wall (diaphragm) DF.

圧電素子PZTに交番電圧を印加してポンプ室壁(ダイアフラム)DFを振動させることでポンプ室PCを収縮膨張させ、第1絞り流路f1からポンプ室PC内へ液体を吸引し、第2絞り流路f2からポンプ室内液体を吐出できる。   The pump chamber PC is contracted and expanded by applying an alternating voltage to the piezoelectric element PZT to vibrate the pump chamber wall (diaphragm) DF, and the liquid is sucked into the pump chamber PC from the first throttle channel f1, and the second throttle. The pump chamber liquid can be discharged from the flow path f2.

さらに説明すると、第1、第2の絞り流路f1、f2は断面積が同じ又は略同じであるが、流路f1より流路f2は長く形成されている。圧電素子PZTを駆動する交番電圧として図9(C)に示すように急峻な立ち上がり、緩やかな立ち下がりを示す交番電圧を用いる。   More specifically, the first and second throttle channels f1 and f2 have the same or substantially the same cross-sectional area, but the channel f2 is formed longer than the channel f1. As an alternating voltage for driving the piezoelectric element PZT, as shown in FIG. 9C, an alternating voltage showing a steep rise and a gradual fall is used.

図9(A)に示すように、印加電圧の急峻な立ち上がり時に圧電素子によりダイアフラムDFを急激に変形させてポンプ室PCを急激に収縮させると、長い流路f2では流路抵抗により液体が層流状に流れる一方、短い流路f1では液体が乱流となり、流路f1からの液体の流出が抑制される。これにより、流路f2からポンプ室内液体を吐出することができる。   As shown in FIG. 9A, when the diaphragm DF is abruptly deformed by the piezoelectric element and the pump chamber PC is abruptly contracted at the steep rise of the applied voltage, the liquid is layered by the channel resistance in the long channel f2. On the other hand, the liquid flows turbulently in the short flow path f1, and the outflow of the liquid from the flow path f1 is suppressed. Thereby, the pump chamber liquid can be discharged from the flow path f2.

図9(B)に示すように、印加電圧の緩やかな立ち下がり時に圧電素子によりダイアフラムDFを緩やかに復帰動作させてポンプ室PCを緩やかに膨張させると、短い流路f1からはポンプ室PC内へ液体が流入する一方、このとき流路f1より流路抵抗が大きい長い流路f2からの液体吐出が抑制される。これにより、流路f1からポンプ室PC内へ液体を吸引できる。   As shown in FIG. 9B, when the diaphragm DF is gently returned by the piezoelectric element when the applied voltage gradually falls, and the pump chamber PC is gently expanded, the short passage f1 causes the inside of the pump chamber PC. While the liquid flows into the liquid, the liquid discharge from the long channel f2 having a larger channel resistance than the channel f1 is suppressed at this time. Thereby, the liquid can be sucked from the flow path f1 into the pump chamber PC.

よって、所望の送液方向において上流側に流路f1を下流側に流路f2を配置することで所望方向に送液可能である。ポンプP1〜P11のそれぞれは、かかる構造を有し、かかる動作原理で送液を行うものである。図1等において、ポンプP1〜P11の圧電素子はPZTで示してある。   Therefore, liquid flow is possible in the desired direction by disposing the flow path f1 on the upstream side and the flow path f2 on the downstream side in the desired liquid supply direction. Each of the pumps P <b> 1 to P <b> 11 has such a structure and performs liquid feeding according to such an operation principle. In FIG. 1 etc., the piezoelectric elements of the pumps P1 to P11 are indicated by PZT.

なお、図9に示すマイクロポンプは、図9(F)に示すように、圧電素子PZTに緩やかな立ち上がり、急峻な立ち下がりを示す交番電圧を印加することで、図9(D)に示すように流路f1からポンプ室内液体を吐出させ、図9(E)に示すように流路f2から液体を吸引させることもできるが、ここでは図9(C)の駆動波形を採用する。   The micropump shown in FIG. 9 applies an alternating voltage that shows a gradual rise and a steep fall to the piezoelectric element PZT as shown in FIG. 9F, as shown in FIG. 9D. The pump chamber liquid can be discharged from the flow path f1 and the liquid can be sucked from the flow path f2 as shown in FIG. 9E. Here, the drive waveform of FIG. 9C is employed.

図1に例示する装置100における各ポンプは図示省略のポンプ駆動部から該ポンプの圧電素子に交番電圧を印加することで駆動できる。すなわち、第1液、第2液の送液、混合或いは混合希釈にあたっては、ポンプP1の圧電素子に印加する電圧の波形として図2(A)に示すものを、ポンプP2〜P11の圧電素子に印加する電圧の波形として図2(B)に示すものを採用し、図示省略のポンプ駆動部からポンプ圧電素子にこの駆動波形を印加する。図2(A)、(B)の波形は図9(C)に示すタイプの波形であり、且つ、同じ波形である。このように液体混合装置100では、いずれのマイクロポンプも同じ駆動波形で駆動できるので、図示省略のポンプ駆動部をそれだけ簡素化することができる。   Each pump in the apparatus 100 illustrated in FIG. 1 can be driven by applying an alternating voltage to a piezoelectric element of the pump from a pump driving unit (not shown). That is, when the first liquid and the second liquid are fed, mixed or diluted, the waveform shown in FIG. 2A as the voltage waveform applied to the piezoelectric element of the pump P1 is replaced with the piezoelectric elements of the pumps P2 to P11. The waveform shown in FIG. 2B is adopted as the waveform of the voltage to be applied, and this drive waveform is applied from the pump drive unit (not shown) to the pump piezoelectric element. The waveforms in FIGS. 2A and 2B are of the type shown in FIG. 9C and the same waveform. Thus, in the liquid mixing apparatus 100, since any micropump can be driven with the same drive waveform, the pump drive unit (not shown) can be simplified accordingly.

以上説明したマイクロポンプはアクチュエータに圧電素子を採用しており、液体流路については、後ほど説明するように例えばフィルムや板状体のエッチング処理等により溝や凹所を形成し、この溝や凹所を形成したフィルムや板状体に第2のフィルムや板状体を貼り合わせて形成できるので、全体としてコンパクトに薄型、小形に形成することが可能であり、ひいては液体混合装置100のコンパクト化、薄型化、小形化が可能である。   The micropump described above employs a piezoelectric element for the actuator, and the liquid flow path is formed with a groove or a recess by, for example, etching of a film or a plate-like body, as will be described later. Since the second film or plate-like body can be bonded to the film or plate-like body on which the point is formed, it can be formed compactly, thinly and compactly, and the liquid mixing apparatus 100 can be made compact. Thinning and miniaturization are possible.

図3(A)は以上説明した液体混合装置100の変形例100’を示している。この装置100’は装置100における混合流路20を蛇行混合流路200としたもので、それ以外の点は装置100と同じであり、装置100と同じ部品、部分には図1と同じ参照符号を付してある。
液体混合装置100’では混合流路200が長く、且つ、蛇行しているので、合流部19から混合流路200へ流入してくる第1、第2の液体を十分拡散混合することができる。
図3(B)は液体混合装置100のもう一つの変形例100aを示している。この装置100aは、装置100において第1液体についても複数のポンプP1、P1、P13 を設けたものである。これらポンプのそれぞれもポンプP2〜P11と同性能のポンプである。この装置100aでは第1液体についても、第1、第2の液体の所望の送液、混合割合に応じて、複数のポンプP1、P1、P13 のうち1又は2以上を選択運転することができる。
FIG. 3A shows a modification 100 ′ of the liquid mixing apparatus 100 described above. This apparatus 100 ′ is obtained by changing the mixing flow path 20 in the apparatus 100 into a meandering mixing flow path 200, and the other points are the same as the apparatus 100, and the same parts and portions as the apparatus 100 are denoted by the same reference numerals as in FIG. Is attached.
In the liquid mixing apparatus 100 ′, the mixing flow path 200 is long and meandering, so that the first and second liquids flowing into the mixing flow path 200 from the merging portion 19 can be sufficiently diffused and mixed.
FIG. 3B shows another modification 100 a of the liquid mixing apparatus 100. This apparatus 100a is provided with a plurality of pumps P1 1 , P1 2 , and P1 3 for the first liquid in the apparatus 100. Each of these pumps is a pump having the same performance as the pumps P2 to P11. In the apparatus 100a, for the first liquid, one or more of the plurality of pumps P1 1 , P1 2 , P1 3 are selectively operated according to the desired liquid feeding and mixing ratio of the first and second liquids. be able to.

図1の装置100のように混合流路を短くしても第1液、第2液の混合を行えるようにするために、第1液用のポンプP1については、図4(A)に示す間欠駆動波形により間欠的に駆動するとともに、ポンプP2〜P11のうち選ばれた数のポンプ(動作させるポンプ)については、図4(B)に示す間欠駆動波形で間欠的に、且つ、ポンプP1が動作中は動作停止するように間欠的に駆動することで、混合流路20へ第1液と第2液を交互に流入させ、これにより、第1、第2の液を混合流路20中で拡散混合させるようにしてもよい。この場合、流路20における両液の混合は主として流路の方向における両液の拡散によりなされ、且つ、拡散距離が短くなる。拡散距離が短くなるので混合流路20は短いもので済む。   In order to be able to mix the first liquid and the second liquid even if the mixing channel is shortened as in the apparatus 100 of FIG. 1, the pump P1 for the first liquid is shown in FIG. While intermittently driving with the intermittent drive waveform, the number of pumps (pumps to be operated) selected from the pumps P2 to P11 are intermittently driven with the intermittent drive waveform shown in FIG. Is intermittently driven so that the operation stops during operation, thereby allowing the first liquid and the second liquid to alternately flow into the mixing flow path 20, thereby allowing the first and second liquids to flow into the mixing flow path 20. You may make it make it diffusively mix in. In this case, mixing of both liquids in the flow path 20 is mainly performed by diffusion of both liquids in the direction of the flow path, and the diffusion distance is shortened. Since the diffusion distance is shortened, the mixing channel 20 can be short.

また、この場合、ポンプP1が動作し、他のポンプが停止している時に、他のポンプ側へ第1液が逆流したり、ポンプP1が停止し、他のポンプが動作している時にポンプP1側へ第2液が逆流したりすることを抑制するために、ポンプP1については図5(A)に示す駆動波形、他のポンプについては図5(B)に示す駆動波形、すなわち、図4の駆動波形において、本来の駆動波形印加時でないときに本来の駆動波形の電圧値よりずっと低い電圧値を示す駆動波形で動作させて液の逆流を阻止するようにしてもよい。   In this case, when the pump P1 is operating and the other pumps are stopped, the first liquid flows backward to the other pump side, or when the pump P1 is stopped and the other pumps are operating, the pump In order to prevent the second liquid from flowing back to the P1 side, the drive waveform shown in FIG. 5A for the pump P1, and the drive waveform shown in FIG. In the driving waveform 4, when the original driving waveform is not applied, the liquid may be operated with a driving waveform showing a voltage value much lower than the voltage value of the original driving waveform to prevent the back flow of the liquid.

図1の混合装置100においては、図2の駆動波形や、図4或いは図5の駆動波形でポンプを駆動する場合、混合液吐出口21からの液吐出量を増大させようとすると、図2の駆動波形では液流速が速くなり、図4や図5の駆動波形では混合流路へ間欠的に送り込まれる液塊一つあたりの大きさ(量)が大きくなりすぎ、いずれも2液は所定状態に混合される前に吐出口21に到達してしまう恐れがある。   In the mixing apparatus 100 of FIG. 1, when the pump is driven by the driving waveform of FIG. 2 or the driving waveform of FIG. 4 or FIG. 5, if the liquid discharge amount from the mixed liquid discharge port 21 is increased, FIG. In the drive waveform of Fig. 4 and Fig. 5, the liquid flow velocity becomes faster, and in the drive waveforms of Fig. 4 and Fig. 5, the size (amount) per liquid mass intermittently sent to the mixing channel becomes too large. There is a risk of reaching the discharge port 21 before being mixed into the state.

混合液、あるいは混合希釈液をある程度の流量で欲するときに、このような恐れがあるときは、例えば、図6に示すように、図1に示すタイプの液体混合装置100(液体混合ブロック)を複数個採用した液体混合装置100”としてもよい。装置100”では、個々のブロック100における流路15、16に共通の流路141が連通しており、該流路141の端に第2液の供給口142を設けてある。   When there is such a fear when a mixed liquid or a mixed diluted liquid is desired at a certain flow rate, for example, as shown in FIG. 6, a liquid mixing apparatus 100 (liquid mixing block) of the type shown in FIG. A plurality of liquid mixing devices 100 ″ may be used. In the device 100 ″, a common flow channel 141 communicates with the flow channels 15 and 16 in each block 100, and the second liquid is connected to the end of the flow channel 141. Supply port 142 is provided.

装置100”では複数のブロックを採用することで、図2の駆動波形を採用するときには液体流速を遅くして所望量の混合液、あるいは混合希釈液を得ることができ、図4や図5の駆動波形を採用するときは、混合流路へ間欠的に送り込まれる液塊一つあたりの大きさを小さくして所望量の混合液、あるいは混合希釈液を得ることができる。   By adopting a plurality of blocks in the apparatus 100 ″, when the driving waveform of FIG. 2 is adopted, the liquid flow rate can be slowed down to obtain a desired amount of mixed liquid or mixed diluted liquid, as shown in FIGS. When the drive waveform is adopted, a desired amount of liquid mixture or liquid mixture can be obtained by reducing the size of each liquid mass intermittently fed into the mixing channel.

また、装置100”においては個々のポンプの送液量は少なくてもよい、換言すれば個々のポンプを小さくすることができる。従って、ポンプの最適駆動周波数が高くなり、例えば20kHZ以上の駆動周波数を採用することも可能になり、20kHZ以上の駆動周波数では人間の耳には聞こえなくなり、人に不快感を与えなくて済む。   Further, in the apparatus 100 ″, the amount of liquid delivered by each pump may be small, in other words, the individual pump can be reduced. Therefore, the optimum driving frequency of the pump is increased, for example, a driving frequency of 20 kHz or more. It is also possible to adopt the above, and at a driving frequency of 20 kHz or higher, it is not audible to the human ear, and there is no need to give a person a discomfort.

次に、図7及び図8を参照して図6の液体混合装置100”を利用した燃料電池装置の1例について説明する。
図7(A)は燃料電池装置C1の平面図、図7(B)は該装置の側面図、図7(C)は該装置の底面図である。
また、図8(A)は図7(B)のA−A線断面図、図8(B)は図7(B)のB−B線断面図、図8(C)は図7(B)のC−C線断面図、図8(D)は図7(B)のD−D線断面図である。
Next, an example of a fuel cell device using the liquid mixing device 100 ″ of FIG. 6 will be described with reference to FIGS.
7A is a plan view of the fuel cell device C1, FIG. 7B is a side view of the device, and FIG. 7C is a bottom view of the device.
8A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 7B, FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 7B, and FIG. 8C is FIG. ), And FIG. 8D is a sectional view taken along the line DD in FIG. 7B.

図示の燃料電池装置C1は、メタノール含有液(代表的には高濃度メタノール水溶液を希釈用液で希釈して希釈液体燃料として用いる装置であり、燃料電池3と、電池3に積層固定された第1ポンプユニット1及び第2ポンプユニット2を含んでいる。   The illustrated fuel cell device C1 is a device that uses a methanol-containing liquid (typically a high-concentration methanol aqueous solution diluted with a diluting solution and used as a diluted liquid fuel. 1 pump unit 1 and 2nd pump unit 2 are included.

燃料電池3は、本例では直接メタノール形燃料電池(以下、「DMFC」と言うことがある。)であり、ここでは、電解質膜31の両面に燃料極32及び空気極33を接合したMEA(Membrane Electrode Assembly)構造のものである。MEAは各種構造のものが知られているが、本例では電解質膜31は電解質高分子膜〔例えばデュポン社製ナフィオン(パーフルオロスルホン酸膜)〕であり、燃料極32は電解質膜31に接する触媒層(例えば白金黒或いは白金合金をカーボンブラックに担持させたもの)とこれに積層されたカーボンペーパ等の電極からなり、空気極33も電解質膜31に接する同様の触媒層とこれに積層された同様の電極からなっている。   In this example, the fuel cell 3 is a direct methanol fuel cell (hereinafter also referred to as “DMFC”), and here, an MEA (a fuel electrode 32 and an air electrode 33 joined to both surfaces of the electrolyte membrane 31). Membrane Electrode Assembly) structure. MEA having various structures is known. In this example, the electrolyte membrane 31 is an electrolyte polymer membrane (for example, Nafion (perfluorosulfonic acid membrane) manufactured by DuPont), and the fuel electrode 32 is in contact with the electrolyte membrane 31. It consists of a catalyst layer (for example, platinum black or a platinum alloy supported on carbon black) and an electrode such as carbon paper laminated thereon, and the air electrode 33 is laminated on the same catalyst layer in contact with the electrolyte membrane 31. It consists of the same electrode.

なお、MEAの構造によっては電力取り出しのための電極層を第1、第2ポンプユニット1、2の少なくとも一方に設けてもよい。
かかる電極層は燃料極或いは空気極に対向するポンプユニットの面にスパッタリング法等の各種薄膜形成手法を利用して白金等で形成することができ、この電極膜を例えば導電性接着剤で燃料極或いは空気極に接着すればよい。
Depending on the structure of the MEA, an electrode layer for extracting power may be provided on at least one of the first and second pump units 1 and 2.
Such an electrode layer can be formed of platinum or the like on the surface of the pump unit facing the fuel electrode or the air electrode by using various thin film forming methods such as a sputtering method. Alternatively, it may be adhered to the air electrode.

第1ポンプユニット1は、平坦な四角形状の部材11A、12Aを含んでいる。これら部材は平坦形状に積層されている。部材11Aは、図7(A)及び図8(A)に示すように、部材12Aに対向する面に、図6に示す液体混合装置100”を形成するための、溝状の液体流路12、13、15、16、17、18、20等(図1、図6も参照)を有しており、さらに各ブロック(液体混合装置ブロック)100の流路15、16に対し連通する流路141等を有している。部材11Aの流路を形成した側の面に部材12Aが積層されることで、液体混合装置100”が形成されている。   The first pump unit 1 includes flat quadrangular members 11A and 12A. These members are laminated in a flat shape. As shown in FIGS. 7A and 8A, the member 11A has a groove-like liquid channel 12 for forming the liquid mixing device 100 ″ shown in FIG. 6 on the surface facing the member 12A. 13, 13, 16, 17, 18, 20, etc. (see also FIG. 1 and FIG. 6), and further flow channels communicating with the flow channels 15 and 16 of each block (liquid mixing device block) 100. 141, etc. The member 12A is laminated on the surface of the member 11A on the side where the flow path is formed, whereby the liquid mixing apparatus 100 ″ is formed.

この場合の液体混合装置100”における各ブロック100のマイクロポンプP1を含む流路12、13は液体燃料供給路である。流路12の上流側端から部材11Aを貫通する孔11が形成されており、これが図6の液体混合装置における第1液体供給口11に相当し、液体燃料供給口11として用いられる。供給口11には図示省略の液体燃料収容容器が接続され、該容器からメタノール含有液が供給される。   In this case, the flow paths 12 and 13 including the micro pump P1 of each block 100 in the liquid mixing apparatus 100 ″ are liquid fuel supply paths. A hole 11 penetrating the member 11A from the upstream end of the flow path 12 is formed. 6 corresponds to the first liquid supply port 11 in the liquid mixing apparatus of Fig. 6 and is used as the liquid fuel supply port 11. A liquid fuel storage container (not shown) is connected to the supply port 11, from which methanol is contained. Liquid is supplied.

また、各ブロック100のマイクロポンプP2〜P11を含む他の流路15、16、17、18等、さらに流路141は希釈用液(ここでは水)を供給する希釈用液供給路である。流路141は凹所状部分142に連通しており、該部分142は図6の装置100”における第2液体供給口142に相当し、希釈用液供給口142として用いられる。供給口142にはさらに溝状の流路143が連通形成され、流路143の端には凹所状の希釈用液受入部144が形成されている。   In addition, the other flow paths 15, 16, 17, 18 and the like including the micro pumps P2 to P11 of each block 100, and the flow path 141 are dilution liquid supply paths for supplying a dilution liquid (in this case, water). The channel 141 communicates with the recessed portion 142, which corresponds to the second liquid supply port 142 in the apparatus 100 ″ in FIG. 6 and is used as the dilution liquid supply port 142. Further, a groove-like flow path 143 is formed in communication, and a recess-shaped dilution liquid receiving portion 144 is formed at the end of the flow path 143.

各ブロック100の流路20は液体燃料と希釈用液との混合のための混合流路20として用いられる。流路20の端には部材貫通孔21が形成されており、これは図6の装置100”における混合液吐出口21に相当し、希釈液体燃料吐出口21として用いられる。   The flow path 20 of each block 100 is used as a mixing flow path 20 for mixing the liquid fuel and the dilution liquid. A member through hole 21 is formed at the end of the flow path 20, which corresponds to the mixed liquid discharge port 21 in the apparatus 100 ″ in FIG. 6 and is used as the diluted liquid fuel discharge port 21.

部材12Aは、図8(B)に示すように、電池3の燃料極32に対向する面に希釈液体燃料を該燃料極へ供給するための櫛状配列の溝状の複数本の希釈液体燃料通路121を有しているとともに該複数本の通路121に連通する共通の凹所状の希釈液体燃料通路122を有している。通路122から部材11A側へ貫通孔123が形成されている。貫通孔123は部材11Aの希釈液体燃料吐出口21に合致する位置に設けてあり、ここから通路122、121へ希釈液体燃料が流入し、燃料極32に供給される。   As shown in FIG. 8B, the member 12A includes a plurality of dilute liquid fuels in a comb-like arrangement for supplying diluted liquid fuel to the fuel electrode on the surface of the battery 3 facing the fuel electrode 32. A common recess-like diluted liquid fuel passage 122 having a passage 121 and communicating with the plurality of passages 121 is provided. A through hole 123 is formed from the passage 122 to the member 11A side. The through hole 123 is provided at a position that matches the diluted liquid fuel discharge port 21 of the member 11 </ b> A, and the diluted liquid fuel flows into the passages 122 and 121 from this position and is supplied to the fuel electrode 32.

また、各通路121を部材外部へ連通させる溝状のガス抜き孔124が形成されている。ガス抜き孔124は燃料極側で生成される炭酸ガスの放出に用いられる。さらに、部材12Aの端部には、貫通孔125が形成されている。貫通孔125は部材11Aにおける希釈用液受入部144に合致する位置に設けてある。なお、電池3には部材12Aの貫通孔125に合致する液通路34を形成してある(図7(B)参照)。   In addition, a groove-like gas vent hole 124 is formed for communicating each passage 121 to the outside of the member. The gas vent hole 124 is used for releasing carbon dioxide gas generated on the fuel electrode side. Furthermore, a through hole 125 is formed at the end of the member 12A. The through hole 125 is provided at a position matching the dilution liquid receiving portion 144 in the member 11A. The battery 3 has a liquid passage 34 that matches the through hole 125 of the member 12A (see FIG. 7B).

以上のほか、部材11A、12Aには、互いに位置が合致するようにガス流通部GDが設けられている。ガス流通部GDは複数の微細なガス流通孔を形成するとともに液体の通過を阻止するように撥水処理を施した部分である。ガス流通部GDは少なくとも一つ、より好ましくは複数、例えば希釈液体燃料通路121(図8(B)参照)に対応させて設けるとよい。第1ポンプユニット1におけるガス流通部GDはガス放出のためのものである。   In addition to the above, the gas flow part GD is provided in the members 11A and 12A so that their positions coincide with each other. The gas circulation part GD is a part which has been subjected to water repellent treatment so as to form a plurality of fine gas circulation holes and prevent the passage of liquid. The gas circulation part GD may be provided corresponding to at least one, more preferably a plurality of, for example, the diluted liquid fuel passages 121 (see FIG. 8B). The gas circulation part GD in the first pump unit 1 is for gas release.

第2ポンプユニット2は、平坦な四角形状の部材21A、22Aを含んでいる。これら部材は平坦形状に積層されている。部材21Aは、図8(C)に示すように、電池3の空気極33に対向する面に、燃料電池3における電気化学反応により生成される液体(ここでは水)の通路、すなわち、櫛状に配列された溝状の複数本の通路211及び該通路に連通する共通の凹所状の通路212を有している。通路212から部材22A側へ貫通孔213が形成されている。また、各通路211を部材外部と連通させる溝状の空気取り入り孔214が形成されている。部材21Aの端部には貫通孔215が形成されおり、該孔は電池3の液体通路34に合致する位置にある。   The second pump unit 2 includes flat rectangular members 21A and 22A. These members are laminated in a flat shape. As shown in FIG. 8C, the member 21 </ b> A has a passage for a liquid (here, water) generated by an electrochemical reaction in the fuel cell 3 on the surface facing the air electrode 33 of the battery 3, that is, a comb shape. And a plurality of groove-like passages 211 arranged in a row, and a common recess-like passage 212 communicating with the passages. A through hole 213 is formed from the passage 212 to the member 22A side. In addition, a groove-like air intake hole 214 is formed to communicate each passage 211 with the outside of the member. A through hole 215 is formed at the end of the member 21 </ b> A, and the hole is located at a position matching the liquid passage 34 of the battery 3.

部材22Aは、図7(C)及び図8(D)に示すように、部材21Aに対向する面に、前記ポンプP1等と同構造、動作を示すマイクロポンプPXを含む溝状の液体回収路221を有している。液体回収路221は燃料電池3における電気化学反応により生成される液体(ここでは水)或いはさらに燃料極32側から電解質膜31を通過して空気極33側へ来ることがある液体を回収するものである。液体回収路221のポンプPXより上流側の端には凹所状の液体受入れ部222が形成されており、ポンプP3より下流側の端には凹所状の液体排出部223が形成されている。   As shown in FIGS. 7C and 8D, the member 22A has a groove-like liquid recovery path including a micropump PX having the same structure and operation as the pump P1 and the like on the surface facing the member 21A. 221. The liquid recovery path 221 recovers a liquid (here, water) generated by an electrochemical reaction in the fuel cell 3 or a liquid that may pass from the fuel electrode 32 side through the electrolyte membrane 31 to the air electrode 33 side. It is. A concave liquid receiving portion 222 is formed at the upstream end of the liquid recovery path 221 from the pump PX, and a concave liquid discharge portion 223 is formed at the downstream end of the pump P3. .

電池の空気極33側で生成された水或いはさらに燃料極32側からの移動液は、ポンプPXの運転により、部材21Aの液体通路211、212から部材21Aの貫通孔213を通って部材22Aの液体受入部222へ流入し、部材22Aの液体回収路221から液体排出部223を経て、部材21Aの貫通孔215、電池の液体通路34、第1ポンプユニット1における部材12Aの貫通孔125、部材11Aの液体受入部144、流路143を経て希釈用液供給口142へ送られる。かくして、第1ポンプユニット1のブロック100におけるポンプP2〜P11のうち少なくとも一つを運転することで希釈用液を混合流路20へ供給することができる。   The water generated on the air electrode 33 side of the battery or the moving liquid from the fuel electrode 32 side of the battery passes through the through holes 213 of the member 21A from the liquid passages 211 and 212 of the member 21A by the operation of the pump PX. It flows into the liquid receiving part 222, passes through the liquid recovery path 221 of the member 22A, the liquid discharge part 223, the through hole 215 of the member 21A, the liquid passage 34 of the battery, the through hole 125 of the member 12A in the first pump unit 1, and the member The liquid is supplied to the dilution liquid supply port 142 via the 11A liquid receiving portion 144 and the flow path 143. Thus, the dilution liquid can be supplied to the mixing channel 20 by operating at least one of the pumps P <b> 2 to P <b> 11 in the block 100 of the first pump unit 1.

以上のほか、部材21A、22Aには、図8(C)、(D)に示すように、互いに位置が合致するようにガス流通部GDが設けられている。ガス流通部GDは第1ポンプユニット1におけるものと同じもので、少なくとも一つ、より好ましくは複数、例えば液体通路211(図8(C)参照)に対応させて設けるとよい。ここでのガス流通部GDは外部からの空気取り入れに利用される。   In addition to the above, as shown in FIGS. 8C and 8D, the members 21A and 22A are provided with gas circulation portions GD so that their positions coincide with each other. The gas circulation part GD is the same as that in the first pump unit 1 and may be provided corresponding to at least one, more preferably a plurality of, for example, the liquid passage 211 (see FIG. 8C). The gas circulation part GD here is used for taking in air from the outside.

以上説明した燃料電池装置C1によると次のように発電させることができる。
第1ポンプユニット1に図示省略の液体燃料収容容器から液体燃料としてメタノール含有液(例えば高濃度メタノール水溶液)を供給するとともに図示省略のポンプ駆動部により各ブロック100のポンプP1を駆動して混合流路20へメタノール含有液を供給する。
According to the fuel cell device C1 described above, power can be generated as follows.
A methanol-containing liquid (for example, a high-concentration methanol aqueous solution) is supplied as liquid fuel from a liquid fuel container (not shown) to the first pump unit 1 and the pump P1 of each block 100 is driven by a pump drive unit (not shown) to mix the flow A methanol-containing liquid is supplied to the passage 20.

さらに、各ブロック100において、ポンプP2〜P11のうちから選んだ個数のポンプを駆動して希釈用液を混合流路20へ供給する。これらにより各ブロック100から希釈液で希釈された希釈メタノール含有液を電池3の燃料極32へ供給する。
ポンプP2〜P11のうち運転するポンプ数はメタノール含有液の所定の希釈割合、従ってメタノール含有液と希釈液との所定の送液割合が得られるように決定する。
Further, in each block 100, the number of pumps selected from the pumps P <b> 2 to P <b> 11 are driven to supply the dilution liquid to the mixing channel 20. As a result, the diluted methanol-containing liquid diluted with the diluent from each block 100 is supplied to the fuel electrode 32 of the battery 3.
The number of pumps to be operated among the pumps P2 to P11 is determined so as to obtain a predetermined dilution ratio of the methanol-containing liquid, and thus a predetermined liquid feeding ratio of the methanol-containing liquid and the diluted liquid.

かくして燃料電池3では、
CH3 OH+(3/2) O2 →CO2 +2H2 O の反応が生じ、発電するので、電池3に接続した図示省略の負荷に通電することができる。
Thus, in the fuel cell 3,
Since a reaction of CH 3 OH + (3/2) O 2 → CO 2 + 2H 2 O occurs and power is generated, a load (not shown) connected to the battery 3 can be energized.

この燃料電池装置C1の使用開始当初、電池3に供給されるのは図示省略の液体燃料収容容器から供給された液体燃料(メタノール含有液)と例えば予めポンプP2〜P11内に充填されている希釈用液であるが、その後、電池3の電気化学反応により空気極33側で生成される水等が第2ポンプユニット2により第1ポンプユニット1へ供給され始め、第1ポンプユニット1は、容器4から供給されるメタノール含有液を第2ポンプユニット2から供給されてくる希釈用液で混合希釈し、希釈液体燃料として燃料電池3に供給でき、これにより容器4に収容された原燃料をもって長時間発電させることができる。なお、ポンプP2〜P11への予めの希釈液の充填は、例えばポンプP2〜P11へ通じる希釈液流路に連通する希釈液の供給口(図示省略)を設けておいて該供給口から水等希釈液を供給することで行うことができ、かかる供給口はその後閉じておけばよい。   At the beginning of use of the fuel cell device C1, the battery 3 is supplied with a liquid fuel (methanol-containing liquid) supplied from a liquid fuel storage container (not shown) and, for example, a dilution previously filled in the pumps P2 to P11. After that, water or the like generated on the air electrode 33 side by the electrochemical reaction of the battery 3 begins to be supplied to the first pump unit 1 by the second pump unit 2, and the first pump unit 1 The methanol-containing liquid supplied from 4 can be mixed and diluted with the diluting liquid supplied from the second pump unit 2 and supplied to the fuel cell 3 as a diluted liquid fuel. Thus, the raw fuel stored in the container 4 can be used for a long time. Power can be generated for hours. In addition, the filling of the dilution liquid into the pumps P2 to P11 is performed by providing a dilution liquid supply port (not shown) communicating with the dilution liquid flow path leading to the pumps P2 to P11. This can be done by supplying a diluent, and the supply port may be closed thereafter.

以上説明した燃料電池装置C1によると、第1マイクロポンプユニット1における送液のための複数のマイクロポンプP1〜P11は、ポンプ間においてポンプ性能にバラツキがない同性能のものであるので、液体燃料及び希釈用液の送液割合を、運転するポンプの数を選択することで容易に調整して、両液体を安定して精度よく所定の送液割合で送液混合し、液体燃料を所定濃度に希釈することができ、それだけ発電性能及び効率を良好ならしめることができる。   According to the fuel cell device C1 described above, since the plurality of micropumps P1 to P11 for liquid feeding in the first micropump unit 1 have the same performance with no variation in pump performance between pumps. The liquid feed ratio of the dilution liquid can be easily adjusted by selecting the number of pumps to be operated, and both liquids can be fed and mixed at a predetermined liquid feed ratio stably and accurately, and the liquid fuel can be mixed at a predetermined concentration. The power generation performance and efficiency can be improved accordingly.

例えば液体燃料として60%メタノール水溶液を用いる場合、各ブロック10において該60%メタノール水溶液用の1個のポンプP1に対し希釈液用の10個のポンプP2〜P11を全部駆動することで、メタノール濃度5〜6%程度の希釈燃料が得られる。   For example, when a 60% aqueous methanol solution is used as the liquid fuel, the methanol concentration is increased by driving all 10 pumps P2 to P11 for diluting liquid to one pump P1 for the 60% aqueous methanol solution in each block 10. A diluted fuel of about 5 to 6% can be obtained.

また、希釈液用ポンプの駆動個数を制御することで、燃料極32へ供給する燃料中のメタノール濃度を制御することが可能であり、これにより、燃料電池に接続される機器の動作負荷に応じた最適な燃料濃度制御も可能である。一般に、電池の特性を上げるためになるべく濃度の濃い燃料を使用したいのだが、電池に対する負荷が小さい場合、濃度が高いとアノード側で反応しきれなかったメタノールがカソード側に移動してしまうクロスオーバーという現象のため電池の特性が落ちてしまう。そこで、負荷が大きい時は濃度を濃く、負荷が小さい時は濃度を薄くすることが有効である。   In addition, the methanol concentration in the fuel supplied to the fuel electrode 32 can be controlled by controlling the number of driving of the diluting liquid pumps, and accordingly, according to the operating load of the equipment connected to the fuel cell. Optimal fuel concentration control is also possible. In general, I would like to use fuel that is as concentrated as possible to improve battery characteristics. However, when the load on the battery is small, if the concentration is high, methanol that could not react on the anode side will move to the cathode side. Because of this phenomenon, the battery characteristics are degraded. Therefore, it is effective to increase the density when the load is large and decrease the density when the load is small.

また、燃料電池装置C1は、このあと説明するマイクロポンプ等の製法例から分かるように、全体をコンパクトに平坦形状に薄型に形成することができ、例えばカード状に形成することも可能であり、携帯機器等の電源として適するものである。各ポンプの駆動を周波数20kHz以上の交番電圧印加により行えば、例えば携帯電話器等に搭載しても、ポンプ駆動音が人には聞こえず、電話器使用者に不快感を与えることがない。   The fuel cell device C1 can be formed compactly and flatly and thinly, for example, in the form of a card, for example, as can be seen from a manufacturing method example such as a micropump described later. It is suitable as a power source for portable devices. If each pump is driven by applying an alternating voltage having a frequency of 20 kHz or more, even if it is mounted on a mobile phone, for example, the pump drive sound is not heard by humans and the phone user is not uncomfortable.

なお、燃料電池装置C1のマイクロポンプユニット1では、希釈用液を最初一つの供給口142から流路141によって分岐して供給するようにしているが、各ブロック毎に供給口を設け各ブロック毎に希釈液を空気極側から循環させるようにしてもよい。
また、空気極側で生成された水等は図示省略の回収容器に回収し、該回収容器から希釈液を各ブロック100に供給するようにしてもよい。さらに、燃料極32へ供給される希釈液体燃料のうち過剰のものを該回収容器へ回収するようにしてもよい。
In the micropump unit 1 of the fuel cell device C1, the diluting liquid is initially branched and supplied from one supply port 142 through the flow path 141, but a supply port is provided for each block. Alternatively, the diluent may be circulated from the air electrode side.
Further, water or the like generated on the air electrode side may be collected in a collection container (not shown), and a diluent may be supplied from the collection container to each block 100. Further, an excess of the diluted liquid fuel supplied to the fuel electrode 32 may be recovered in the recovery container.

<送液装置、液体混合装置、マイクロポンプユニットの製造>
以下に、マイクロポンプを含む送液装置、液体混合装置、マイクロポンプユニットの製造の幾つかの例を挙げておく。
(1)Si基板とガラス板で構成する場合
Si基板上に流路溝を異方性エッチングにより加工し、このSi基板に平板のガラスを陽極接合して液通路を形成する。駆動用の圧電素子はSi基板におけるダイアフラム部分に接合する。
この方法によると、ヤング率の高い材質で液通路を形成できるのでポンプ性能が良好となる。
(2)樹脂とガラス板で構成する場合
流路溝を樹脂の射出形成、インプリント等により形成し、この樹脂板に薄板ガラスを接着剤により貼り付けて液通路形成する。駆動用圧電素子をガラス板のダイアフラム部分に貼り付ける。
この方法によると安価にポンプユニットを形成できる。
(3)ガラスで構成する場合
感光性ガラスのフォトリソ加工、ガラスのサンドブラスト加工、ガラス成型、ガラス板のレーザ加工等の方法により流路溝を形成し、流路溝を形成した第1のガラス板に、第2の平板ガラスを直接接合する。或いは第1、第2のガラスの接合面の両方または一方に低融点ガラス膜をスパッタ法、蒸着法等により形成して加熱・加圧により接合する。或いは第1、第2のガラスの一方にSi膜をスパッタ法等により形成して陽極接合する。これらのいずれかの操作により、液流路等を形成し、接合した両ガラスのいずれかのダイアフラム部分に圧電素子を接着剤等により貼り付ける。
この方法によっても安価にポンプユニットを形成できる。
(4)セラミックで構成する場合
グリーンシートの成型、サンドブラスト加工、レーザ加工等の方法で流路溝を形成し、このグリーンシートに、一方または双方が成形されたグリーンシートを位置決めして貼り合せ、加圧しながら焼成することで一体化を行う。或いは同様に成形されたグリーンシートを焼成してセラミック板とし、一方に低融点ガラス膜をスパッタ法、蒸着法等により形成して加熱・加圧により接合する。或いは同様に成形・焼成されたセラミック板の一方にガラスをもう一方にSiを成膜することで陽極接合する。これらのいずれかの操作により、液流路等を形成し、接合した両セラミックのいずれかのダイアフラム部分に圧電素子を接着剤等により貼り付ける。
この方法によるとヤング率の高い材質で液通路を形成できるのでポンプ性能が良好となる。
<Manufacture of liquid feeding device, liquid mixing device, micro pump unit>
Below, some examples of manufacture of the liquid feeding apparatus containing a micropump, a liquid mixing apparatus, and a micropump unit are given.
(1) In the case of comprising a Si substrate and a glass plate A channel groove is processed on the Si substrate by anisotropic etching, and a flat glass is anodically bonded to the Si substrate to form a liquid passage. The driving piezoelectric element is bonded to the diaphragm portion of the Si substrate.
According to this method, since the liquid passage can be formed of a material having a high Young's modulus, the pump performance is improved.
(2) When constituted by resin and glass plate A channel groove is formed by injection molding of resin, imprint or the like, and a thin glass plate is adhered to the resin plate with an adhesive to form a liquid passage. The driving piezoelectric element is attached to the diaphragm portion of the glass plate.
According to this method, the pump unit can be formed at low cost.
(3) In the case of being composed of glass The first glass plate in which the flow channel is formed by a method such as photolithographic processing of photosensitive glass, sand blasting of glass, glass molding, laser processing of a glass plate, etc. In addition, the second flat glass is directly bonded. Alternatively, a low melting point glass film is formed on both or one of the bonding surfaces of the first and second glasses by a sputtering method, a vapor deposition method or the like, and bonded by heating and pressing. Alternatively, a Si film is formed on one of the first and second glasses by a sputtering method or the like and anodic bonded. By any of these operations, a liquid flow path or the like is formed, and a piezoelectric element is attached to one of the diaphragm portions of both the bonded glasses with an adhesive or the like.
Also by this method, the pump unit can be formed at a low cost.
(4) In the case of being composed of ceramic, a channel groove is formed by a method such as green sheet molding, sand blasting, laser processing, etc., and the green sheet on which one or both are formed is positioned and bonded to the green sheet, Integration is performed by firing while applying pressure. Alternatively, similarly formed green sheets are fired to form a ceramic plate, and a low-melting glass film is formed on one side by sputtering, vapor deposition, or the like, and bonded by heating and pressing. Alternatively, anodic bonding is performed by forming glass on one of the similarly formed and fired ceramic plates and forming Si on the other. By any one of these operations, a liquid flow path or the like is formed, and the piezoelectric element is attached to one of the diaphragm portions of both ceramics joined with an adhesive or the like.
According to this method, since the liquid passage can be formed of a material having a high Young's modulus, the pump performance is improved.

上記のほか、液体や気体が流通できる溝が形成された電鋳品、カーボンの成形品、ステンレススチール板をエッチング加工したもの等も利用できる。
なお、上記(1)〜(4)のいずれの製法を採用するにしても、必要に応じガス抜き孔や空気取り入れ孔も同時に形成する。ガス流通部DGについては可能であれば同時に形成してもよいし、後で形成してもよい。
In addition to the above, an electroformed product in which a groove through which liquid or gas can flow is formed, a molded product of carbon, a product obtained by etching a stainless steel plate, or the like can also be used.
In addition, even if it employ | adopts any manufacturing method of said (1)-(4), a vent hole and an air intake hole are simultaneously formed as needed. The gas circulation part DG may be formed at the same time if possible, or may be formed later.

次に、液体混合装置の製法の具体例を説明するが、説明を簡略化し、理解を容易にするため、送液装置、液体混合装置として機能する図10に示すマイクロチップMTを例にとって説明する。図10(A)はマイクロチップMTの平面図、図10(B)は該チップの側面図、図10(C)は図10(B)のX−X線断面図である。   Next, a specific example of the manufacturing method of the liquid mixing apparatus will be described. In order to simplify the description and facilitate understanding, the microchip MT shown in FIG. 10 functioning as a liquid feeding apparatus and a liquid mixing apparatus will be described as an example. . 10A is a plan view of the microchip MT, FIG. 10B is a side view of the chip, and FIG. 10C is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 10B.

図10に示すチップMTでは第1液用ポンプ、第2液用ポンプは本発明と異なり1個ずつであるが、本発明に係る送液装置、液体混合装置、マイクロポンプユニットは、ポンプの数、液流路の数、配置等がチップMTと異なるだけであり、チップMTと同様にして、コンパクトに、平坦形状薄型に、小形に形成できる。   In the chip MT shown in FIG. 10, the first liquid pump and the second liquid pump are one each unlike the present invention, but the liquid feeding device, the liquid mixing device, and the micro pump unit according to the present invention are the number of pumps. Only the number and arrangement of the liquid flow paths are different from the chip MT, and it can be formed in a compact, flat, thin and small size in the same manner as the chip MT.

図10の液体混合装置MTは、マイクロチップ形のもので、マイクロポンプPaを含む第1液体供給路L1、マイクロポンプPbを含む第2液体供給路L2を備えており、供給路L1のポンプ上流側端には液体供給口Li1が、供給路L2のポンプ上流側端には液体供給口Li2が設けられている。供給路L1、L2のポンプ下流側端は合流部L3でY字状に合流し、混合流路L4に続き、該流路端の液体出口Loに達している。   The liquid mixing device MT of FIG. 10 is of a microchip type, and includes a first liquid supply path L1 including a micropump Pa and a second liquid supply path L2 including a micropump Pb, and the pump upstream of the supply path L1. A liquid supply port Li1 is provided at the side end, and a liquid supply port Li2 is provided at the pump upstream side end of the supply path L2. The pump downstream ends of the supply paths L1 and L2 merge in a Y shape at the junction L3, continue to the mixing channel L4, and reach the liquid outlet Lo at the channel end.

流路L1〜L4は例えば幅150μm、深さ170μmである。マイクロチップMTの外形寸法は例えば、約20mm×40mm×0.5mmである。もっとも、寸法、形状は、これに限るものではない。
ポンプPa、Pbは図9に示す構造、動作を示すもので、このチップでは各ポンプの圧電素子PZTa、PZTbに駆動部から交番電圧を印加することで供給口Li1、Li2から第1、第2の液体を吸引し、送液し、合流部L3で合流させ、混合流路L4で混合して液体出口Loから吐出することができる。
The flow paths L1 to L4 are, for example, 150 μm wide and 170 μm deep. The external dimensions of the microchip MT are, for example, about 20 mm × 40 mm × 0.5 mm. However, dimensions and shapes are not limited to this.
The pumps Pa and Pb show the structure and operation shown in FIG. 9. In this chip, the alternating voltage is applied to the piezoelectric elements PZTa and PZTb of each pump from the drive unit to supply the first and second from the supply ports Li1 and Li2. The liquid can be sucked, fed, and joined at the junction L3, mixed in the mixing channel L4, and discharged from the liquid outlet Lo.

このマイクロチップMTの製造工程について図11を参照しながら説明する。図11は図10(C)のα−α線に沿う切断端面の部分の製法を代表的に示している。
図11(A)に示すように、シリコン基板SiSを準備する。シリコン基板SiSとしては、例えば厚さ200μmのシリコンウエハーを用いる。次に、図11(B)に示すように、シリコン基板SiSの上下面に、シリコン酸化膜SiO2 を形成する。酸化膜は、例えば、それぞれの厚さが1.7μmとなるように、熱酸化により形成する。次に、上面にレジストを塗布して所定パターンのマスクを形成し、該マスクパターンで露光し、次いで現像して酸化膜をエッチングする。そして、上面のレジストを剥離した後、再びレジストを塗布し、露光、現像、エッチングを行う。これにより、図11(C)に示すように、酸化膜を完全に除去した部分aと、厚さ方向に途中まで除去した部分bを形成する。
The manufacturing process of the microchip MT will be described with reference to FIG. FIG. 11 representatively shows a manufacturing method of the portion of the cut end surface along the α-α line of FIG.
As shown in FIG. 11A, a silicon substrate SiS is prepared. As the silicon substrate SiS, for example, a silicon wafer having a thickness of 200 μm is used. Next, as shown in FIG. 11B, silicon oxide films SiO 2 are formed on the upper and lower surfaces of the silicon substrate SiS. For example, the oxide films are formed by thermal oxidation so that each thickness becomes 1.7 μm. Next, a resist is applied on the upper surface to form a mask having a predetermined pattern, exposed with the mask pattern, and then developed to etch the oxide film. Then, after removing the resist on the upper surface, the resist is applied again, and exposure, development, and etching are performed. As a result, as shown in FIG. 11C, a portion a from which the oxide film has been completely removed and a portion b from which the oxide film has been removed halfway in the thickness direction are formed.

レジスト塗布には、例えば東京応化社製OFPR800等のレジストを用いスピンコ一ターで回転塗布し、レジスト膜の厚さは、例えば1μmとする。露光はアライナ一により行い、現像はデベロッパーにより行う。酸化膜のエッチングには、例えば反応性イオンエッチング法(RIE)を用いる。レジストの剥離には、剥離液、例えば硫酸過水を用いる。   For resist application, for example, a resist such as OFPR800 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. is used and spin-coated by a spin coater, and the thickness of the resist film is set to 1 μm, for example. Exposure is performed by an aligner, and development is performed by a developer. For example, reactive ion etching (RIE) is used for etching the oxide film. For stripping the resist, a stripping solution such as sulfuric acid / hydrogen peroxide is used.

次に、図11(D)に示すように上面についてシリコンエッチングを途中まで行った後に、bの部分の酸化膜をエッチングにより完全に除去し、再びシリコンエッチングを行い、図11(E)に示すようにシリコン基板SiSを170μmエッチングした部分a’と、25μmエッチングした部分a”とを形成する。シリコンエッチングには、例えば、ICP(高周波誘導結合型プラズマ、Ind uctively Coupled Plasma )によるエッチング法を用いる。さらに、図11(E)に示すように酸化膜を、例えばBHFを用いて完全に除去する。   Next, as shown in FIG. 11D, after the silicon etching is partially performed on the upper surface, the oxide film in the portion b is completely removed by etching, and the silicon etching is performed again, as shown in FIG. In this way, a part a ′ obtained by etching the silicon substrate SiS by 170 μm and a part a ″ obtained by etching 25 μm are formed. For the silicon etching, for example, an etching method using ICP (High Frequency Inductively Coupled Plasma) is used. Furthermore, the oxide film is completely removed using, for example, BHF as shown in FIG.

次に、図11(F)に示すように、シリコン基板の下面に電極膜e(例えばITO膜)を成膜する。そして、図11(G)に示したように、シリコン基板の上面にガラス板GLを貼り付ける。この貼り付けは、例えば、1200V、400℃で、陽極接合により行う。最後に、図11(H)に示すように、ポンプ室PCの振動板の部分に圧電素子を接着する。
以上説明した製法に準ずる製法により、本発明に係る送液装置、液体混合装置、マイクロポンプユニット等における多数のマイクロポンプや液流路をバラツキ少なく、均一な性能のものに製作できる。
Next, as shown in FIG. 11F, an electrode film e (for example, an ITO film) is formed on the lower surface of the silicon substrate. Then, as shown in FIG. 11G, a glass plate GL is attached to the upper surface of the silicon substrate. This pasting is performed, for example, by anodic bonding at 1200 V and 400 ° C. Finally, as shown in FIG. 11H, a piezoelectric element is bonded to the diaphragm portion of the pump chamber PC.
By the manufacturing method according to the manufacturing method described above, a large number of micropumps and liquid flow paths in the liquid feeding device, the liquid mixing device, the micropump unit, etc. according to the present invention can be manufactured with a uniform performance with little variation.

本発明の送液方法及び装置、液体混合方法及び装置は、燃料電池装置における液体燃料とその希釈用液の送液、混合希釈に利用できるほか、生化学検査、免疫検査、遺伝子検査等の医療分野や、環境分析、化学合成や新薬創製など、様々な分野で利用できる。
また、本発明に係る燃料電池装置は例えば携帯機器等に搭載する電源としての利用可能性がある。
The liquid feeding method and apparatus, the liquid mixing method and apparatus of the present invention can be used for feeding and mixing dilution of liquid fuel and its diluting liquid in a fuel cell device, as well as medical treatment such as biochemical tests, immunological tests, genetic tests, etc. It can be used in various fields such as fields, environmental analysis, chemical synthesis and new drug discovery.
Further, the fuel cell device according to the present invention may be used as a power source mounted on, for example, a portable device.

本発明に係る送液方法を実施できる送液装置の1例を利用した液体混合装置の1例を示す図である。It is a figure which shows one example of the liquid mixing apparatus using one example of the liquid feeding apparatus which can implement the liquid feeding method which concerns on this invention. 図1に示す液体混合装置におけるマイクロポンプの駆動波形の1例を示す図である。It is a figure which shows one example of the drive waveform of the micropump in the liquid mixing apparatus shown in FIG. 図3(A)は図1に示す液体混合装置の変形例を示す図であり、図3(B)は図1に示す液体混合装置の他の変形例を示す図である。3A is a diagram showing a modification of the liquid mixing apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 3B is a diagram showing another modification of the liquid mixing apparatus shown in FIG. マイクロポンプの駆動波形の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the drive waveform of a micropump. マイクロポンプの駆動波形のさらに他の例を示す図である。It is a figure which shows the further another example of the drive waveform of a micropump. 液体混合装置のさらに他の例を示す図である。It is a figure which shows the further another example of a liquid mixing apparatus. 図6の液体混合装置を利用した燃料電池装置の1例を示すもので、図7(A)はその平面図、図7(B)はその側面図、図7(C)はその底面図である。FIG. 7A shows an example of a fuel cell device using the liquid mixing device of FIG. 6, FIG. 7A is a plan view thereof, FIG. 7B is a side view thereof, and FIG. 7C is a bottom view thereof. is there. 図8(A)は図7(B)のA−A線断面図、図8(B)は図7(B)のB−B線断面図、図8(C)は図7(B)のC−C線断面図、図8(D)は図7(B)のD−D線断面図である。8A is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 7B, FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 7B, and FIG. 8C is a cross-sectional view of FIG. CC sectional view, FIG.8 (D) is the DD sectional view taken on the line of FIG. 7 (B). マイクロポンプの1例の基本構造及び動作を示すもので、図9(A)は液体吐出動作を示す図、図9(B)は液体吸引動作を示す図、図9(C)はかかる液体の吐出動作、吸引動作のための圧電素子への印加電圧波形を示す図である。図9(D)は図9(A)とは反対方向への液体吐出動作を示す図、図9(E)は図9(B)とは反対方向の液体吸引動作を示す図、図9(F)はかかる反対動作のための圧電素子への印加電圧波形を示す図である。FIG. 9A shows a liquid discharge operation, FIG. 9B shows a liquid suction operation, and FIG. 9C shows such a liquid pumping operation. It is a figure which shows the voltage waveform applied to the piezoelectric element for discharge operation | movement and attraction | suction operation | movement. 9D is a diagram showing a liquid ejection operation in the opposite direction to FIG. 9A, FIG. 9E is a diagram showing a liquid suction operation in the opposite direction to FIG. 9B, and FIG. F) is a diagram showing a waveform of a voltage applied to the piezoelectric element for the opposite operation. 液体混合装置等の製法例を説明するための参考的なマイクロチップを示すもので、図10(A)はその平面図、図(B)はその側面図、図10(C)は図10(B)のX−X線断面図である。FIG. 10A shows a reference microchip for explaining an example of a manufacturing method for a liquid mixing device, etc. FIG. 10A is a plan view thereof, FIG. 10B is a side view thereof, and FIG. It is XX sectional drawing of B). マイクロチップの製造工程例を示す図である。It is a figure which shows the example of a manufacturing process of a microchip. 燃料として液体燃料が使用される燃料電池が採用され、該液体燃料を希釈用液で希釈して希釈液体燃料を該燃料電池へ供給する燃料電池装置の考えられる例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a possible example of a fuel cell device that employs a fuel cell that uses liquid fuel as fuel, dilutes the liquid fuel with a diluting liquid, and supplies the diluted liquid fuel to the fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

100、100’、100a 液体混合装置
P1〜P11 マイクロポンプ f1 液体吸引用第1絞り流路 f2 液体吐出用第2絞り流路 PC ポンプ室 DF ポンプ室の可撓性壁(ダイアフラム) PZT 圧電素子 11 第1液体供給口 12、13 第1液体の流路 14 第2液体供給口 15、151、16、161、 17、171、18、181 第2液体の流路 19 合流部 20、200 混合流路 21 混合液吐出口 100” 液体混合装置 141 液体流路 142 第2液体の供給口 C1 燃料電池装置
1 第1ポンプユニット
11A、12A ポンプユニット部材
143 流路
144 希釈用液受入部
121、122 希釈液体燃料通路
123 貫通孔
124 ガス抜き孔
125 貫通孔
GD ガス流通部
2 第2ポンプユニット
21A、22A ポンプユニット部材
211、212 液体(水)の通路
213 貫通孔
214 空気取り入り孔
215 貫通孔
PX マイクロポンプ
221 液体回収路
222 液体受入れ部
223 液体排出部
3燃料電池
31 電解質膜
32 燃料極
33 空気極
34 液通路
MT マイクロチップ
Pa、Pb マイクロポンプ
PZTa、PZTb 圧電素子
L1、L2 液体供給路
L3 合流部
L4 混合流路
Li1、Li2 液体供給口
Lo 液体出口
SiS シリコン基板

C 燃料電池
L 負荷
t1 燃料タンク
t2 回収タンク
MX ミキサー(混合タンク)
PM1〜PM3 ポンプ
CONT コントローラ
DS 濃度検出センサ
100, 100 ′, 100a Liquid mixing devices P1 to P11 Micropump f1 First throttle channel for liquid suction f2 Second throttle channel for liquid discharge PC Pump chamber DF Flexible wall (diaphragm) of pump chamber PZT Piezoelectric element 11 First liquid supply port 12, 13 First liquid flow path 14 Second liquid supply port 15, 151, 16, 161, 17, 171, 18, 181 Second liquid flow path 19 Merge section 20, 200 Mixing flow path 21 Liquid outlet 100 ”Liquid mixer 141 Liquid channel 142 Second liquid supply port C1 Fuel cell device 1 First pump unit 11A, 12A Pump unit member 143 Channel 144 Dilution liquid receiving part 121, 122 Diluted liquid Fuel passage 123 Through hole 124 Gas vent hole 125 Through hole GD Gas flow part 2 Second pump unit 21A, 22A Pump unit Member 211, 212 liquid (water) passage 213 through-hole 214 air intake hole 215 through-hole PX micropump 221 liquid recovery passage 222 liquid receiving part 223 liquid discharge part 3 fuel cell 31 electrolyte membrane 32 fuel electrode 33 air electrode 34 Liquid passage MT Microchip Pa, Pb Micropump PZTa, PZTb Piezoelectric element L1, L2 Liquid supply path L3 Junction portion L4 Mixing flow path Li1, Li2 Liquid supply port Lo Liquid outlet SiS Silicon substrate

C Fuel cell L Load t1 Fuel tank t2 Recovery tank MX Mixer (mixing tank)
PM1 to PM3 Pump CONT Controller DS Concentration detection sensor

Claims (24)

2種以上の液体を所定の送液割合で送る送液方法であり、
該2種以上の液体のそれぞれに対して1又は2以上の送液用マイクロポンプを設け、且つ、該2種以上の液体のうち少なくとも1種の液体については複数個の送液用マイクロポンプを設け、いずれの送液用マイクロポンプも同性能のポンプとし、
一つのマイクロポンプを設けた液については該一つのマイクロポンプを運転するとともに、2以上のマイクロポンプを設けた各液については該2以上のマイクロポンプのうちから、前記送液割合に応じて、運転するマイクロポンプ数を決定して該数のマイクロポンプを運転することで、該2種以上の液体を所定の送液割合で送ることを特徴とする送液方法。
A liquid feeding method for feeding two or more liquids at a predetermined liquid feeding rate.
One or two or more liquid feeding micropumps are provided for each of the two or more liquids, and a plurality of liquid feeding micropumps are provided for at least one of the two or more liquids. Provided, and all the micropumps for liquid delivery have the same performance,
For a liquid provided with one micropump, the one micropump is operated, and for each liquid provided with two or more micropumps, the liquid supply ratio is selected from the two or more micropumps. A liquid feeding method, wherein the number of micropumps to be operated is determined and the number of micropumps is operated to feed the two or more liquids at a predetermined liquid feeding rate.
前記2種以上の液体のそれぞれについて複数個の前記送液用マイクロポンプを設け、各液について、該液に対して設けた複数個のマイクロポンプのうちから、前記送液割合に応じて、運転するマイクロポンプ数を決定して該数のマイクロポンプを運転することで、該2種以上の液体を所定の送液割合で送る請求項1記載の送液方法。   Each of the two or more liquids is provided with a plurality of the liquid-feeding micropumps, and each liquid is operated according to the liquid-feeding ratio from among the plurality of micropumps provided for the liquids. The liquid feeding method according to claim 1, wherein the number of micropumps to be determined is determined and the number of micropumps is operated to feed the two or more liquids at a predetermined liquid feeding rate. 2種以上の液体を所定の送液割合で送って混合する液体混合方法であり、
該2種以上の液体のそれぞれに対して1又は2以上の送液用マイクロポンプを設け、且つ、該2種以上の液体のうち少なくとも1種の液体については複数個の送液用マイクロポンプを設けるとともに、該2種以上の液体のそれぞれに対して設けられた送液用マイクロポンプのそれぞれに連通する共通の混合流路を設け、いずれの送液用マイクロポンプも同性能のポンプとし、
一つのマイクロポンプを設けた液については該一つのマイクロポンプを運転するとともに、2以上のマイクロポンプを設けた各液については該2以上のマイクロポンプのうちから、前記送液割合に応じて、運転するマイクロポンプ数を決定して該数のマイクロポンプを運転することで、該2種以上の液体を所定の送液割合で前記混合流路へ送って合流させ混合することを特徴とする液体混合方法。
It is a liquid mixing method in which two or more kinds of liquids are sent and mixed at a predetermined feeding rate,
One or two or more liquid feeding micropumps are provided for each of the two or more liquids, and a plurality of liquid feeding micropumps are provided for at least one of the two or more liquids. And providing a common mixing channel that communicates with each of the two or more liquid pumps provided for each of the two or more liquids, and each of the liquid pumps has the same performance,
For a liquid provided with one micropump, the one micropump is operated, and for each liquid provided with two or more micropumps, the liquid supply ratio is selected from the two or more micropumps. A liquid characterized by determining the number of micropumps to be operated and operating the number of micropumps so that the two or more types of liquids are sent to the mixing flow path at a predetermined liquid feeding ratio to be combined and mixed. Mixing method.
前記2種以上の液体のそれぞれについて複数個の前記送液用マイクロポンプを設け、各液について、該液に対して設けた複数個のマイクロポンプのうちから、前記送液割合に応じて、運転するマイクロポンプ数を決定して該数のマイクロポンプを運転することで、該2種以上の液体を所定の送液割合で前記混合流路へ送って合流させ混合する請求項3記載の液体混合方法。   Each of the two or more liquids is provided with a plurality of the liquid-feeding micropumps, and each liquid is operated according to the liquid-feeding ratio from among the plurality of micropumps provided for the liquids. 4. The liquid mixing according to claim 3, wherein the number of micropumps to be determined is determined and the number of micropumps is operated so that the two or more kinds of liquids are sent to the mixing flow path at a predetermined liquid feeding ratio to be combined and mixed. Method. 2種以上の液体を所定の送液割合で送るための送液装置であり、
該2種以上の液体のそれぞれに対して1又は2以上の送液用マイクロポンプが設けられており、且つ、該2種以上の液体のうち少なくとも1種の液体については複数個の送液用マイクロポンプが設けられており、いずれの送液用マイクロポンプも同性能のポンプであることを特徴とする送液装置。
A liquid feeding device for feeding two or more kinds of liquids at a predetermined liquid feeding rate,
One or two or more liquid-feeding micropumps are provided for each of the two or more liquids, and at least one of the two or more liquids is used for feeding a plurality of liquids. A liquid feeding device comprising a micropump, and any liquid feeding micropump is a pump having the same performance.
前記2種以上の液体のそれぞれについて複数個の前記送液用マイクロポンプが設けられている請求項5記載の送液装置。   The liquid feeding device according to claim 5, wherein a plurality of liquid feeding micropumps are provided for each of the two or more kinds of liquids. 前記各マイクロポンプは液体を吸引するための第1絞り流路、液体を吐出するための第2絞り流路、該第1、第2の絞り流路間のポンプ室、該ポンプ室の可撓性壁に設置された圧電素子を含んでおり、該圧電素子で該ポンプ室壁を振動させることでポンプ室を収縮膨張させて該第1絞り流路からポンプ室内へ液体を吸引し、該第2絞り流路からポンプ室内液体を吐出するポンプである請求項5又は6記載の送液装置。   Each of the micropumps includes a first throttle channel for sucking liquid, a second throttle channel for discharging liquid, a pump chamber between the first and second throttle channels, and a flexibility of the pump chamber. A piezoelectric element installed on the conductive wall, the pump chamber is vibrated by the piezoelectric element to contract and expand the pump chamber, and the liquid is sucked into the pump chamber from the first throttle channel. The liquid delivery device according to claim 5 or 6, wherein the liquid delivery device is a pump that discharges liquid in the pump chamber from the two throttle channels. 前記マイクロポンプの圧電素子に交番電圧を印加して該ポンプを駆動するためのポンプ駆動部を備えており、該ポンプ駆動部は20kHz以上の周波数の交番電圧を圧電素子に印加するものである請求項7記載の送液装置。   A pump drive unit for applying an alternating voltage to the piezoelectric element of the micropump to drive the pump is provided, and the pump drive unit applies an alternating voltage having a frequency of 20 kHz or more to the piezoelectric element. Item 8. The liquid feeding device according to Item 7. 2種以上の液体を所定の送液割合で送って混合する液体混合装置であり、
該2種以上の液体のそれぞれに対して1又は2以上の送液用マイクロポンプが設けられており、且つ、該2種以上の液体のうち少なくとも1種の液体については複数個の送液用マイクロポンプが設けられているとともに、該2種以上の液体のそれぞれに対して設けられた送液用マイクロポンプのそれぞれに連通する共通の混合流路が設けられており、いずれの送液用マイクロポンプも同性能のポンプであることを特徴とする液体混合装置。
A liquid mixing device that sends and mixes two or more liquids at a predetermined liquid feeding ratio,
One or two or more liquid-feeding micropumps are provided for each of the two or more liquids, and at least one of the two or more liquids is used for feeding a plurality of liquids. A micro-pump is provided, and a common mixing channel is provided to communicate with each of the liquid-feeding micropumps provided for each of the two or more kinds of liquids. A liquid mixing apparatus characterized in that the pump is also a pump having the same performance.
前記2種以上の液体のそれぞれについて複数個の前記送液用マイクロポンプが設けられている請求項9記載の液体混合装置。   The liquid mixing apparatus according to claim 9, wherein a plurality of the liquid-feeding micropumps are provided for each of the two or more liquids. 前記混合流路は蛇行している請求項9又は10記載の液体混合装置。   The liquid mixing apparatus according to claim 9 or 10, wherein the mixing flow path meanders. 前記各マイクロポンプは液体を吸引するための第1絞り流路、液体を吐出するための第2絞り流路、該第1、第2の絞り流路間のポンプ室、該ポンプ室の可撓性壁に設置された圧電素子を含んでおり、該圧電素子で該ポンプ室壁を振動させることでポンプ室を収縮膨張させて該第1絞り流路からポンプ室内へ液体を吸引し、該第2絞り流路からポンプ室内液体を吐出するポンプである請求項9、10又は11記載の液体混合装置。   Each of the micropumps includes a first throttle channel for sucking liquid, a second throttle channel for discharging liquid, a pump chamber between the first and second throttle channels, and a flexibility of the pump chamber. A piezoelectric element installed on the conductive wall, the pump chamber is vibrated by the piezoelectric element to contract and expand the pump chamber, and the liquid is sucked into the pump chamber from the first throttle channel. The liquid mixing apparatus according to claim 9, 10 or 11, which is a pump that discharges liquid in a pump chamber from a two-throttle channel. 前記マイクロポンプの圧電素子に交番電圧を印加して該ポンプを駆動するためのポンプ駆動部を備えており、該ポンプ駆動部は20kHz以上の周波数の交番電圧を圧電素子に印加するものである請求項12記載の液体混合装置。   A pump drive unit for applying an alternating voltage to the piezoelectric element of the micropump to drive the pump is provided, and the pump drive unit applies an alternating voltage having a frequency of 20 kHz or more to the piezoelectric element. Item 13. A liquid mixing apparatus according to Item 12. 燃料として液体燃料が使用される燃料電池が採用され、該液体燃料と希釈用液を所定の送液割合で供給して混合することで該液体燃料を希釈し、希釈液体燃料を該燃料電池へ供給する燃料電池装置であり、該燃料電池に第1ポンプユニットが積層されており、該第1ポンプユニットは、該液体燃料及び希釈用液のそれぞれに対して1又は2以上の送液用マイクロポンプを有しており、且つ、該液体燃料及び希釈用液のうち少なくとも一方に対しては複数個の送液用マイクロポンプを有しているとともに、該液体燃料及び希釈用液のそれぞれに対して設けられた送液用マイクロポンプのそれぞれに連通する共通の混合流路を有しており、該混合流路から希釈液体燃料を前記燃料電池へ供給するものであり、いずれの送液用マイクロポンプも同性能のポンプであることを特徴とする燃料電池装置。   A fuel cell in which liquid fuel is used as a fuel is employed, and the liquid fuel and dilution liquid are supplied at a predetermined liquid feed ratio and mixed to dilute the liquid fuel, and the diluted liquid fuel is supplied to the fuel cell. A fuel cell device to be supplied, wherein a first pump unit is stacked on the fuel cell, and the first pump unit includes one or two or more liquid feeding micros for each of the liquid fuel and the diluting liquid. A pump, and at least one of the liquid fuel and the diluting liquid has a plurality of liquid-feeding micropumps, and each of the liquid fuel and the diluting liquid. Each of the liquid-feeding micropumps provided in common, and supplying a diluted liquid fuel to the fuel cell from the mixed flow-path. Same pump Fuel cell system which is a pump. 前記燃料電池の前記第1ポンプユニットを積層した面とは反対側の面に第2ポンプユニットが積層されており、該第2ポンプユニットは少なくとも該燃料電池における電気化学反応により生成される液体を回収するものである請求項14記載の燃料電池装置。   A second pump unit is stacked on a surface of the fuel cell opposite to the surface on which the first pump unit is stacked, and the second pump unit receives at least a liquid generated by an electrochemical reaction in the fuel cell. The fuel cell device according to claim 14, which is to be recovered. 前記第2ポンプユニットは回収した液体を希釈用液として前記燃料電池、第1ポンプユニット及び第2ポンプユニットの積層体中に形成された希釈用液循環路を介して前記第1ポンプユニットへ供給する請求項15記載の燃料電池装置。   The second pump unit supplies the recovered liquid as a dilution liquid to the first pump unit via a dilution liquid circulation path formed in a stack of the fuel cell, the first pump unit, and the second pump unit. The fuel cell device according to claim 15. 前記第2ポンプユニットは回収した液体を希釈用液として回収容器へ送り、前記第1ポンプユニットは該回収容器から希釈用液を供給される請求項15記載の燃料電池装置。   The fuel cell device according to claim 15, wherein the second pump unit sends the recovered liquid as a dilution liquid to a recovery container, and the first pump unit is supplied with the dilution liquid from the recovery container. 前記第2ポンプユニットは前記燃料電池に、その空気極に隣り合わせて積層されており、前記空気極に対向する面に回収すべき液体の通路を有しており、該空気極に対向する面とは反対側部分に該液体を回収する液回収用マイクロポンプを含む液体回収路を有しており、さらに該空気極に対向する液体通路から該液体回収路へ通じる通路を有しているとともに、該空気極へ該液体通路を介して外部から空気を供給するための空気取り入れ孔を有している請求項15、16又は17記載の燃料電池装置。   The second pump unit is stacked adjacent to the air electrode on the fuel cell, has a liquid passage to be collected on a surface facing the air electrode, and a surface facing the air electrode; Has a liquid recovery path including a liquid recovery micropump for recovering the liquid on the opposite side portion, and further has a path leading from the liquid path facing the air electrode to the liquid recovery path, 18. The fuel cell device according to claim 15, 16 or 17, further comprising an air intake hole for supplying air from the outside to the air electrode via the liquid passage. 前記第1ポンプユニットは前記燃料電池に、その燃料極に隣り合わせて積層されており、前記燃料極に対向する面に前記希釈液体燃料を該燃料極へ供給するための希釈液体燃料通路を有しており、該燃料極に対向する面とは反対側部分に液体燃料を供給する前記送液用マイクロポンプを含む液体燃料供給路、希釈用液を供給する前記送液用マイクロポンプを含む希釈用液供給路及び該液体燃料供給路と希釈用液供給路の双方に連通するとともに前記希釈液体燃料通路に連通する前記混合流路を有しており、さらに該燃料極で発生するガスを前記希釈液体燃料通路を介して放出するためのガス抜き孔を有している請求項14から18のいずれかに記載の燃料電池装置。   The first pump unit is stacked adjacent to the fuel electrode in the fuel cell, and has a diluted liquid fuel passage for supplying the diluted liquid fuel to the fuel electrode on a surface facing the fuel electrode. A liquid fuel supply path including the liquid-feeding micropump for supplying the liquid fuel to a portion opposite to the surface facing the fuel electrode, and for dilution including the liquid-feeding micropump for supplying the dilution liquid A liquid supply path and a liquid supply path for dilution and a liquid supply path for dilution, the mixing flow path communicating with the diluted liquid fuel path, and further diluting a gas generated at the fuel electrode. The fuel cell device according to any one of claims 14 to 18, further comprising a gas vent for discharging through the liquid fuel passage. 前記第1ポンプユニットの混合流路は蛇行している請求項14から19のいずれかに記載の燃料電池装置。   The fuel cell device according to any one of claims 14 to 19, wherein the mixing flow path of the first pump unit meanders. 前記各マイクロポンプは液体を吸引するための第1絞り流路、液体を吐出するための第2絞り流路、該第1、第2の絞り流路間のポンプ室、該ポンプ室の可撓性壁に設置された圧電素子を含んでおり、該圧電素子で該ポンプ室壁を振動させることでポンプ室を収縮膨張させて該第1絞り流路からポンプ室内へ液体を吸引し、該第2絞り流路からポンプ室内液体を吐出するポンプである請求項14から20のいずれかに記載の燃料電池装置。   Each of the micropumps includes a first throttle channel for sucking liquid, a second throttle channel for discharging liquid, a pump chamber between the first and second throttle channels, and a flexibility of the pump chamber. A piezoelectric element installed on the conductive wall, the pump chamber is vibrated by the piezoelectric element to contract and expand the pump chamber, and the liquid is sucked into the pump chamber from the first throttle channel. The fuel cell device according to any one of claims 14 to 20, wherein the fuel cell device is a pump that discharges liquid in a pump chamber from a two-throttle channel. 前記マイクロポンプの圧電素子に交番電圧を印加して該ポンプを駆動するためのポンプ駆動部を備えており、該ポンプ駆動部は20kHz以上の周波数の交番電圧を圧電素子に印加するものである請求項21記載の燃料電池装置。   A pump drive unit for applying an alternating voltage to the piezoelectric element of the micropump to drive the pump is provided, and the pump drive unit applies an alternating voltage having a frequency of 20 kHz or more to the piezoelectric element. Item 22. The fuel cell device according to Item 21. 前記燃料電池は直接メタノール形燃料電池であり、前記液体燃料はメタノール含有液体であり、前記希釈用液は水を含む液体である請求項14から22のいずれかに記載の燃料電池装置。   23. The fuel cell device according to claim 14, wherein the fuel cell is a direct methanol fuel cell, the liquid fuel is a methanol-containing liquid, and the dilution liquid is a liquid containing water. 前記直接メタノール形燃料電池は膜・電極接合体(MEA)構造のものである請求項23記載の燃料電池装置。
The fuel cell apparatus according to claim 23, wherein the direct methanol fuel cell has a membrane-electrode assembly (MEA) structure.
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