JP2007165007A - Fuel cell - Google Patents

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Yasutada Nakagawa
泰忠 中川
Yuichi Yoshida
勇一 吉田
Atsuo Inoue
篤郎 井上
Takahiro Terada
貴洋 寺田
Shinya Azuma
真也 東
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell capable of cutting off effectively supply of fuel when power is not required. <P>SOLUTION: A shutter part 1 which adjusts the quantity of methanol is provided between a fuel holding part and a power generating part in the fuel cell. Two sheets of perforated plates 12, 13 are provided at the shutter part 11 mutually in parallel. A plurality of holes 15, 14 are respectively formed in matrix form in the perforated plates 12, 13. Then, when the fuel cell is operated to generate power, the perforated plate 13 is positioned at a first position in which the holes 14 and the holes 15 are overlapped with each other. On the other hand, when it is not required to operate the fuel cell to generate power, the perforated plate 13 is moved in diagonal direction to the perforated plate 12, that is, in a third row direction 23 with the third shortest sequence cycle of holes 14, and positioned in a second position. Thereby, the distance between the centers of the holes 14 and holes 15 is made as large as possible. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池に関し、より詳細には、燃料保持部から発電部に供給される燃料の流量を調節するシャッタ部を備えた燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a fuel cell including a shutter unit that adjusts the flow rate of fuel supplied from a fuel holding unit to a power generation unit.

ノート型パーソナルコンピュータ、小型オーディオプレーヤ及びワイヤレスヘッドセットなどの小型電子機器の電源として、メタノールなどを燃料とした燃料電池が実用化されつつある。このメタノール燃料電池(DMFC:Direct Methanol Fuel Cell)は、自発呼吸型の燃料電池である。即ち、この燃料電池には、燃料を保持する燃料タンク及び発電を行う発電部が設けられており、メタノールが燃料タンクから発電部まで毛細管現象又は拡散現象等によって自発的に移動するようになっている。一方、発電部には大気中から酸素が取り込まれるようになっている。そして、発電部は、メタノール及び酸素から水及び二酸化炭素を生成する過程で電力を生成する。   As a power source for small electronic devices such as notebook personal computers, small audio players, and wireless headsets, fuel cells using methanol or the like as fuel are being put into practical use. This methanol fuel cell (DMFC) is a self-breathing fuel cell. That is, this fuel cell is provided with a fuel tank that holds fuel and a power generation unit that generates power, and methanol moves spontaneously from the fuel tank to the power generation unit by capillary action or diffusion phenomenon. Yes. On the other hand, oxygen is taken into the power generation unit from the atmosphere. The power generation unit generates electric power in the process of generating water and carbon dioxide from methanol and oxygen.

また、上述のような燃料電池において、電子機器を使用しないときに、発電部への燃料の供給を遮断して燃料の消費を抑制するために、燃料タンクから発電部への燃料の経路をシャッタにより開閉する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。   Further, in the fuel cell as described above, when the electronic device is not used, the fuel path from the fuel tank to the power generation unit is shuttered in order to cut off the fuel supply to the power generation unit and suppress the fuel consumption. (See, for example, Patent Document 1).

特開2004−335314号公報JP 2004-335314 A

本発明は、電力を必要としないときに燃料の供給を効果的に遮断できる燃料電池を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a fuel cell that can effectively cut off the supply of fuel when electric power is not required.

本発明の一態様によれば、
燃料を保持する燃料保持部と、
前記燃料保持部から供給された前記燃料を酸素と反応させて電力を生成する発電部と、
前記燃料保持部から前記発電部に供給される前記燃料の量を調節するシャッタ部と、
を備え、
前記シャッタ部は、相互に平行に配置されそれぞれ複数の孔が同じ配置で形成された第1及び第2の孔あき板を有し、
前記第1及び第2の孔あき板のそれぞれにおいて、前記孔は少なくとも2つの方向に沿って周期的に形成されており、
前記複数の孔の配列に周期性が認められる方向のうち、配列周期が最も短い配列方向を第1の配列方向とし、配列周期が2番目に短い配列方向を第2の配列方向とするとき、前記第1の孔あき板は、前記第2の孔あき板に対して、前記第1及び第2の配列方向とは異なる方向に相対的に移動可能であることを特徴とする燃料電池が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、
燃料を保持する燃料保持部と、
前記燃料保持部から供給された前記燃料を酸素と反応させて電力を生成する発電部と、
前記燃料保持部から前記発電部に供給される前記燃料の量を調節するシャッタ部と、
を備え、
前記シャッタ部は、相互に平行に配置されそれぞれ複数の孔が同じ配置で形成された第1及び第2の孔あき板を有し、
前記第1の孔あき板と前記第2の孔あき板とは、相対的に回動可能とされ、
前記第1及び第2の孔あき板のそれぞれにおいて、前記回動の中心軸を中心として放射状に延びる複数本の配列ラインのそれぞれに沿って複数の前記孔が配列され、隣り合う前記配列ラインにおいて、前記中心から前記孔のそれぞれまでの距離が相互に異なることを特徴とする燃料電池が提供される。
According to one aspect of the invention,
A fuel holding section for holding fuel;
A power generation unit that generates electric power by reacting the fuel supplied from the fuel holding unit with oxygen;
A shutter unit for adjusting the amount of the fuel supplied from the fuel holding unit to the power generation unit;
With
The shutter portion includes first and second perforated plates that are arranged in parallel to each other and each has a plurality of holes formed in the same arrangement.
In each of the first and second perforated plates, the holes are periodically formed along at least two directions;
Among the directions in which periodicity is recognized in the arrangement of the plurality of holes, the arrangement direction having the shortest arrangement period is the first arrangement direction, and the arrangement direction having the second shortest arrangement period is the second arrangement direction. A fuel cell is provided, wherein the first perforated plate is movable relative to the second perforated plate in a direction different from the first and second arrangement directions. Is done.
According to another aspect of the present invention,
A fuel holding section for holding fuel;
A power generation unit that generates electric power by reacting the fuel supplied from the fuel holding unit with oxygen;
A shutter unit for adjusting the amount of the fuel supplied from the fuel holding unit to the power generation unit;
With
The shutter portion includes first and second perforated plates that are arranged in parallel to each other and each has a plurality of holes formed in the same arrangement.
The first perforated plate and the second perforated plate are relatively rotatable,
In each of the first and second perforated plates, a plurality of the holes are arrayed along each of a plurality of array lines extending radially around the central axis of the rotation, and in the adjacent array lines A fuel cell is provided in which distances from the center to the holes are different from each other.

本発明によれば、電力を必要としないときに燃料の供給を効果的に遮断できる燃料電池を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to realize a fuel cell that can effectively cut off the supply of fuel when electric power is not required.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、本発明の第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る燃料電池を示す図であり、
図2は、開いた状態にあるシャッタ部を示す平面図であり、
図3は、閉じた状態にあるシャッタ部を示す平面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram showing a fuel cell according to this embodiment.
FIG. 2 is a plan view showing the shutter portion in an open state,
FIG. 3 is a plan view showing the shutter portion in a closed state.

図1に示すように、本実施形態に係る燃料電池1においては、燃料保持部2及び発電部3が設けられている。
燃料保持部2は、燃料としてのメタノールやエタノール、ブドウ糖や砂糖など糖類の水溶液などを保持するものであり、発電部3は、燃料保持部2から供給されたメタノールなどの燃料を、大気中から取り込んだ酸素と反応させて、電力を生成するものである。燃料保持部2には、メタノールを液体状態で収納する燃料タンク4と、この燃料タンク4からメタノールが拡散現象及び毛細管現象によって供給され、供給されたメタノールを気化させて発電部3に対して面的に均一に供給する多孔質体5とが設けられている。
一方、発電部3には、燃料保持部2側から順に、アノード部6、電解質膜7及びカソード部8が設けられている。アノード部6及びカソード部8は、電力を必要とする外部装置(図示せず)に接続されている。外部装置は、例えば、燃料電池1が搭載された電子機器の作動部分である。
As shown in FIG. 1, in the fuel cell 1 according to the present embodiment, a fuel holding unit 2 and a power generation unit 3 are provided.
The fuel holding unit 2 holds methanol and ethanol as fuel, an aqueous solution of sugars such as glucose and sugar, and the power generation unit 3 supplies fuel such as methanol supplied from the fuel holding unit 2 from the atmosphere. It reacts with the oxygen that is taken in to generate electricity. A fuel tank 4 that stores methanol in a liquid state is supplied to the fuel holding unit 2, and methanol is supplied from the fuel tank 4 by a diffusion phenomenon and a capillary phenomenon, and the supplied methanol is vaporized to face the power generation unit 3. And a porous body 5 that is uniformly supplied.
On the other hand, the power generation unit 3 is provided with an anode unit 6, an electrolyte membrane 7, and a cathode unit 8 in order from the fuel holding unit 2 side. The anode unit 6 and the cathode unit 8 are connected to an external device (not shown) that requires electric power. The external device is, for example, an operating part of an electronic device in which the fuel cell 1 is mounted.

そして、燃料保持部2と発電部3との間には、燃料保持部2から発電部3に供給されるメタノールの流量を調節するシャッタ部11が設けられている。シャッタ部11においては、2枚の孔あき板12及び13が重なり合うように相互に平行に設けられており、孔あき板12は燃料保持部2側に配置され、孔あき板13は発電部3側に配置されている。孔あき板12及び13は、相対的に移動可能に設けられている。例えば、孔あき板12は燃料電池1の他の部分に対して固定されており、孔あき板13は孔あき板12に対してその主面に沿って摺動可能とされている。なお、孔あき板13が固定されていて、孔あき板12が移動可能とされていてもよく、孔あき板12及び13が燃料電池1の他の部分に対して相互に反対方向に移動可能とされていてもよい。孔あき板12及び13は、例えば金属又は合金あるいは樹脂などにより形成されている。   A shutter unit 11 that adjusts the flow rate of methanol supplied from the fuel holding unit 2 to the power generation unit 3 is provided between the fuel holding unit 2 and the power generation unit 3. In the shutter unit 11, the two perforated plates 12 and 13 are provided in parallel so as to overlap each other. The perforated plate 12 is disposed on the fuel holding unit 2 side, and the perforated plate 13 is the power generating unit 3. Arranged on the side. The perforated plates 12 and 13 are provided so as to be relatively movable. For example, the perforated plate 12 is fixed to the other part of the fuel cell 1, and the perforated plate 13 is slidable along the main surface with respect to the perforated plate 12. The perforated plate 13 may be fixed and the perforated plate 12 may be movable, and the perforated plates 12 and 13 are movable in opposite directions with respect to the other portions of the fuel cell 1. It may be said. The perforated plates 12 and 13 are made of, for example, a metal, an alloy, or a resin.

図2に示すように、孔あき板13においては、複数個の孔14が形成されている。孔14は孔あき板13を貫通している。また、孔14の形状は、孔あき板13の表面に垂直な方向から見て(以下、「平面視で」、という)例えば正方形である。更に、孔14は、マトリクス状に配列されている。即ち、相互に直交する2方向に沿って周期的に配列されている。   As shown in FIG. 2, a plurality of holes 14 are formed in the perforated plate 13. The hole 14 penetrates the perforated plate 13. The shape of the hole 14 is, for example, a square when viewed from a direction perpendicular to the surface of the perforated plate 13 (hereinafter referred to as “in plan view”). Furthermore, the holes 14 are arranged in a matrix. That is, they are periodically arranged along two directions orthogonal to each other.

そして、複数の孔14の配列に周期性が認められる方向のうち、配列周期が最も短い配列方向を第1の配列方向21とし、配列周期が2番目に短い配列方向を第2の配列方向22とするとき、孔あき板13は、配列周期が3番目に短い第3の配列方向23に移動可能となっている。第3の配列方向23は、ある孔14から第1の配列方向に離隔した最も近い孔14に向かうベクトルと第2の配列方向に離隔した最も近い孔14に向かうベクトルとを合成したベクトルの方向である。換言すれば、第3の配列方向23は、第1の配列方向21及び第2の配列方向22において相互に隣り合う4つの孔14の中心を結んで仮想上の矩形を形成したときに、この矩形の対角線が延びる方向に相当する。   Of the directions in which periodicity is recognized in the arrangement of the plurality of holes 14, the arrangement direction with the shortest arrangement period is defined as the first arrangement direction 21, and the arrangement direction with the second shortest arrangement period is the second arrangement direction 22. The perforated plate 13 is movable in the third arrangement direction 23 having the third shortest arrangement period. The third arrangement direction 23 is a vector direction obtained by synthesizing a vector directed from the hole 14 toward the nearest hole 14 separated in the first arrangement direction and a vector directed to the nearest hole 14 separated in the second arrangement direction. It is. In other words, when the third arrangement direction 23 forms a virtual rectangle by connecting the centers of the four holes 14 adjacent to each other in the first arrangement direction 21 and the second arrangement direction 22, This corresponds to the direction in which the diagonal line of the rectangle extends.

また、図2においては、孔あき板12は孔あき板13の陰になっていて図示されていないが、孔あき板12にも、孔あき板13の孔14と同じ形状の孔15(図3参照)が孔14と同じ配置で形成されている。   In FIG. 2, the perforated plate 12 is hidden behind the perforated plate 13 and is not shown, but the perforated plate 12 also has a hole 15 (see FIG. 2) having the same shape as the hole 14 of the perforated plate 13. 3) is formed in the same arrangement as the holes 14.

孔あき板13は、孔あき板12に対して、平面視で孔14が孔15に重なる第1の位置と、この第1の位置から、第3の配列方向23に、この第3の配列方向23における孔14の配列周期の半分だけ離隔した第2の位置との間を、直線移動できるようになっている。図2は、孔あき板13が第1の位置にある状態を示しており、図3は、孔あき板13が第2の位置にある状態を示している。図3に示すように、孔あき板13が第2の位置にあるときは、平面視で孔14は孔15に重ならず、孔15から離隔した位置にある。   The perforated plate 13 has a first position where the holes 14 overlap the holes 15 in a plan view with respect to the perforated plate 12, and the third arrangement in the third arrangement direction 23 from the first position. A linear movement can be made between the second position separated by half the arrangement period of the holes 14 in the direction 23. FIG. 2 shows a state where the perforated plate 13 is in the first position, and FIG. 3 shows a state where the perforated plate 13 is in the second position. As shown in FIG. 3, when the perforated plate 13 is in the second position, the hole 14 does not overlap with the hole 15 in a plan view but is separated from the hole 15.

次に、本実施形態の動作について説明する。
燃料保持部2の燃料タンク4に、例えばメタノールを充填する。すると、このメタノールは、燃料タンク4から多孔質体5内に拡散現象及び毛細管現象により均一に広がり、多孔質体5におけるシャッタ部11側の表面に到達し、気化する。
Next, the operation of this embodiment will be described.
The fuel tank 4 of the fuel holding unit 2 is filled with, for example, methanol. Then, this methanol spreads uniformly from the fuel tank 4 into the porous body 5 due to the diffusion phenomenon and the capillary phenomenon, reaches the surface of the porous body 5 on the shutter portion 11 side, and is vaporized.

燃料電池1に発電させるときは、図2に示すように、孔あき板13を孔あき板12に対して第1の位置に位置させる。これにより、平面視で、孔あき板12に形成された孔15と、孔あき板13に形成された孔14とが重なる。即ち、シャッタ部11を開けた状態となる。この結果、シャッタ部11におけるメタノールの流通コンダクタンスが大きくなり、気化したメタノールの蒸気が孔15内及び孔14内を通過して、発電部3のアノード部6に効率よく供給される。   When the fuel cell 1 generates power, the perforated plate 13 is positioned at the first position with respect to the perforated plate 12 as shown in FIG. Thereby, the hole 15 formed in the perforated plate 12 and the hole 14 formed in the perforated plate 13 overlap in a plan view. That is, the shutter unit 11 is opened. As a result, the flow conductance of methanol in the shutter unit 11 is increased, and the vaporized methanol vapor passes through the holes 15 and 14 and is efficiently supplied to the anode unit 6 of the power generation unit 3.

アノード部6は、白金族元素の単体金属(例えば、Pt、Ru、Rh、Ir、Oa、Pd等)や白金属元素を有する合金などを用いて形成することができる。例えば、メタノールや一酸化炭素に対する耐性の強いPt−Ru合金を用いることが望ましい、これには限定されない。また、アノード部6の材料として、炭素材料のような伝導性担持体を使用する担持触媒を用いることもできる。
アノード部6においては、燃料保持部2から供給されたメタノール及び水により、下記化学式(1)に示す電気化学反応が生じ、水素イオン(プロトン)及び電子が生じる。

CHOH+HO → CO+6H+6e (1)
The anode portion 6 can be formed using a platinum group element simple metal (for example, Pt, Ru, Rh, Ir, Oa, Pd, etc.), an alloy containing a white metal element, or the like. For example, it is desirable to use a Pt—Ru alloy having high resistance to methanol or carbon monoxide, but the present invention is not limited to this. Further, as the material of the anode portion 6, a supported catalyst using a conductive support such as a carbon material can be used.
In the anode unit 6, the methanol and water supplied from the fuel holding unit 2 cause an electrochemical reaction represented by the following chemical formula (1) to generate hydrogen ions (protons) and electrons.

CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e (1)

一方、カソード部8も、白金族元素の単体金属(例えば、Pt、Ru、Rh、Ir、Os、Pd等)、白金族元素を含有する合金や、炭素材料のような伝導性担持体を使用する担持触媒を用いることができる。また、電解質膜7には、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂、スルホン酸基を有するハイドロカーボン系樹脂、タングステン酸やリンタングステン酸などの無機物などを用いることができる
カソード部8においては、大気中から酸素が取り込まれる。また、アノード部6において発生したプロトンが電解質膜7を介して供給されると共に、電子が外部装置を介して供給され、下記化学式(2)に示す電気化学反応を起こす。これにより、水が生成される。この水の一部は、電解質膜7内を通過してアノード部6に供給され、上述の化学式(1)の反応に供される。

1.5O+6H+6e → 3HO (2)
On the other hand, the cathode portion 8 also uses a platinum group element simple metal (for example, Pt, Ru, Rh, Ir, Os, Pd, etc.), an alloy containing a platinum group element, or a conductive support such as a carbon material. The supported catalyst can be used. The electrolyte membrane 7 can be made of, for example, a fluorine-based resin having a sulfonic acid group, a hydrocarbon-based resin having a sulfonic acid group, or an inorganic substance such as tungstic acid or phosphotungstic acid. Oxygen is taken in from the atmosphere. In addition, protons generated in the anode section 6 are supplied through the electrolyte membrane 7 and electrons are supplied through an external device to cause an electrochemical reaction represented by the following chemical formula (2). Thereby, water is generated. Part of this water passes through the electrolyte membrane 7 and is supplied to the anode unit 6 to be subjected to the reaction of the above chemical formula (1).

1.5O 2 + 6H + + 6e → 3H 2 O (2)

上述の化学式(1)及び(2)を合わせると、発電部3においては、下記化学式(3)に示す燃焼反応が生じていることになる。この反応の過程で、外部装置に電力を供給することができる。また、この反応により発生した水及び二酸化炭素は、外部に排出される。

CHOH+1.5O → CO+2HO (3)
When the above chemical formulas (1) and (2) are combined, the power generation unit 3 has a combustion reaction represented by the following chemical formula (3). In the course of this reaction, power can be supplied to the external device. Further, water and carbon dioxide generated by this reaction are discharged to the outside.

CH 3 OH + 1.5O 2 → CO 2 + 2H 2 O (3)

一方、燃料電池1に発電させる必要がないときは、図3に示すように、孔あき板13を孔あき板12に対して第3の配列方向23に摺動させて、第2の位置に位置させる。これにより、平面視で、孔あき板12に形成された孔15と、孔あき板13に形成された孔14とを相互にずれた位置に配置する。即ち、シャッタ部を閉じた状態とする。この結果、シャッタ部11におけるメタノールの流通コンダクタンスが小さくなり、多孔質体5からアノード部6へのメタノールの流通が抑制される。これにより、メタノールの消費が抑制される。なお、このとき、外部装置への電力の供給もほぼ停止する。   On the other hand, when it is not necessary for the fuel cell 1 to generate power, the perforated plate 13 is slid in the third arrangement direction 23 with respect to the perforated plate 12 as shown in FIG. Position. Thereby, the hole 15 formed in the perforated plate 12 and the hole 14 formed in the perforated plate 13 are arranged at positions shifted from each other in plan view. That is, the shutter unit is closed. As a result, the flow conductance of methanol in the shutter portion 11 is reduced, and the flow of methanol from the porous body 5 to the anode portion 6 is suppressed. Thereby, consumption of methanol is suppressed. At this time, the supply of power to the external device is also almost stopped.

次に、本実施形態の効果について説明する。
上述の如く、本実施形態においては、孔あき板13を孔あき板12に対して摺動させて、孔14と孔15との相対的な位置関係を選択することにより、メタノールの流量を制御している。即ち、メタノールを発電部3に供給したいときには、孔あき板13を第1の位置に位置させて、平面視で孔14と孔15とを重ねている。また、メタノールを発電部3に供給したくないときは、孔あき板13を第2の位置に位置させて、平面視で孔14と孔15とが重ならないようにしている。
Next, the effect of this embodiment will be described.
As described above, in this embodiment, the flow rate of methanol is controlled by sliding the perforated plate 13 with respect to the perforated plate 12 and selecting the relative positional relationship between the holes 14 and 15. is doing. That is, when it is desired to supply methanol to the power generation unit 3, the perforated plate 13 is positioned at the first position, and the holes 14 and 15 are overlapped in plan view. When it is not desired to supply methanol to the power generation unit 3, the perforated plate 13 is positioned at the second position so that the hole 14 and the hole 15 do not overlap in plan view.

しかしながら、孔あき板13を孔あき板12に対して円滑に摺動させるためには、両孔あき板の間に、ある程度の隙間(クリアランス)を持たせることが必要である。このため、平面視で孔14の位置を孔15の位置からずらしても、メタノールが孔あき板間の隙間を通じて不可避的に漏洩してしまう。この結果、例えば、燃料電池1を搭載した電子機器を使用していないときのように、燃料電池1に発電させる必要がないときにおいても、メタノールが消費されてしまう。これにより、燃料電池1の持続時間が短くなってしまう。   However, in order to smoothly slide the perforated plate 13 with respect to the perforated plate 12, it is necessary to provide a certain amount of clearance (clearance) between the two perforated plates. For this reason, even if the position of the hole 14 is shifted from the position of the hole 15 in plan view, methanol inevitably leaks through the gap between the perforated plates. As a result, methanol is consumed even when it is not necessary to cause the fuel cell 1 to generate power, for example, when an electronic device equipped with the fuel cell 1 is not used. Thereby, the duration of the fuel cell 1 is shortened.

そこで、本発明者はメタノールの漏洩を効果的に抑制すべく、鋭意実験研究を行った。その結果、メタノールの漏洩量は、平面視における孔14の中心と孔15の中心との間の距離(以下、上下孔中心間距離という)に依存し、この上下孔中心間距離が長いほど、漏洩量が少なくなることを見いだした。   In view of this, the present inventor has conducted extensive experimental research in order to effectively suppress methanol leakage. As a result, the amount of methanol leakage depends on the distance between the center of the hole 14 and the center of the hole 15 in plan view (hereinafter referred to as the center distance between the upper and lower holes). We found that the amount of leakage was reduced.

図4は、本実施形態の効果を説明するための比較例におけるシャッタ部を示す平面図である。
図4に示すように、本比較例においては、孔あき板13を第1の配列方向21に移動させている。この場合、シャッタ部を閉じた状態において、上下孔中心間距離を可及的に長くするために、平面視で、孔14を第1の配列方向21において隣り合う孔15間の中間位置に位置させている。このとき、上下孔中心間距離Lを長くするためには、孔14の配列周期を長くする必要があるが、そうすると、孔14の数が減り、孔あき板13の主面の全面積に対する孔14の面積の比率が小さくなってしまう。また、孔14の配列周期を長くすると共に、個々の孔14の大きさを大きくして、孔14の面積比率を維持することも考えられるが、そうすると、発電部3に供給されるメタノールの濃度分布が不均一になってしまう。
FIG. 4 is a plan view showing a shutter portion in a comparative example for explaining the effect of the present embodiment.
As shown in FIG. 4, in this comparative example, the perforated plate 13 is moved in the first arrangement direction 21. In this case, in order to make the distance between the upper and lower hole centers as long as possible with the shutter portion closed, the holes 14 are positioned at an intermediate position between the adjacent holes 15 in the first arrangement direction 21 in plan view. I am letting. At this time, in order to increase the distance L B between the upper and lower hole centers, it is necessary to increase the arrangement period of the holes 14, but as a result, the number of holes 14 is reduced and the total area of the main surface of the perforated plate 13 is reduced. The ratio of the area of the hole 14 becomes small. In addition, it is conceivable to lengthen the arrangement period of the holes 14 and increase the size of the individual holes 14 to maintain the area ratio of the holes 14, but in this case, the concentration of methanol supplied to the power generation unit 3. Distribution becomes non-uniform.

そこで、本実施形態においては、図3に示すように、孔あき板13を孔あき板12に対して第3の方向23に移動させている。これにより、孔14の配列間隔を大きくすることなく、上下孔中心間距離を長くすることができる。即ち、図3に示す距離Lを、図4に示す距離Lよりも長くすることができる。この結果、メタノールの漏洩をより効果的に遮断することができ、電力を必要としない期間におけるメタノールの消費を抑制し、燃料電池1の持続時間を長くすることができる。 Therefore, in the present embodiment, the perforated plate 13 is moved in the third direction 23 with respect to the perforated plate 12, as shown in FIG. As a result, the distance between the centers of the upper and lower holes can be increased without increasing the arrangement interval of the holes 14. That is, the distance L A shown in FIG. 3 can be made longer than the distance L B shown in FIG. As a result, the leakage of methanol can be blocked more effectively, the consumption of methanol during a period when no power is required can be suppressed, and the duration of the fuel cell 1 can be lengthened.

また、本実施形態においては、シャッタ部11を2枚の孔あき板を重ね合わせて形成しているため、シャッタ部11をコンパクトに形成することができる。これにより、燃料電池1を小型化することができる。
更に、本実施形態においては、シャッタ部11を燃料保持部2の多孔質体5と発電部3のアノード部6との間に配置しているため、シャッタ部を閉じた状態においても、多孔質体5におけるシャッタ部11側の表面までメタノールが充填されている。従って、シャッタ部を開くと、直ちにメタノールがシャッタ部11を介して発電部3に供給される。このため、シャッタ部11を開いてから、外部装置に電力が供給されるまでの遅れ時間(タイムラグ)が短い。
In the present embodiment, since the shutter portion 11 is formed by overlapping two perforated plates, the shutter portion 11 can be formed in a compact manner. Thereby, the fuel cell 1 can be reduced in size.
Furthermore, in this embodiment, since the shutter unit 11 is disposed between the porous body 5 of the fuel holding unit 2 and the anode unit 6 of the power generation unit 3, the porous unit 5 is porous even when the shutter unit is closed. Methanol is filled up to the surface of the body 5 on the shutter unit 11 side. Therefore, when the shutter unit is opened, methanol is immediately supplied to the power generation unit 3 via the shutter unit 11. For this reason, a delay time (time lag) from when the shutter unit 11 is opened until power is supplied to the external device is short.

これに対して、例えば、燃料タンク4と多孔質体5との間にバルブ等を設けてメタノールの流量を調整することも考えられる。しかし、この場合は、メタノールの漏洩は効果的に遮断できるものの、バルブの開閉に対するメタノールの流量の応答性が低いという問題点がある。即ち、バルブを開いたときは、メタノールがバルブ機構内及び多孔質体5内に満たされてから発電部3に供給されるため、発電が開始されるまでに時間がかかってしまう。また、バルブを閉じたときも、バルブ機構内及び多孔質体5内に残存するメタノールが消費されたあとでないと、発電部3へのメタノールの供給が停止しない。また、バルブ機構自体の体積が大きいため、燃料電池の体積も大きくなってしまう。   On the other hand, for example, it is conceivable to provide a valve or the like between the fuel tank 4 and the porous body 5 to adjust the flow rate of methanol. However, in this case, although the leakage of methanol can be effectively blocked, there is a problem that the responsiveness of the methanol flow rate to the opening and closing of the valve is low. That is, when the valve is opened, since methanol is supplied to the power generation unit 3 after the inside of the valve mechanism and the porous body 5 is filled, it takes time until the power generation is started. Further, even when the valve is closed, the supply of methanol to the power generation unit 3 is not stopped unless the methanol remaining in the valve mechanism and the porous body 5 is consumed. Moreover, since the volume of the valve mechanism itself is large, the volume of the fuel cell also becomes large.

更にまた、本実施形態においては、メタノールが多孔質体5内に均一に行き渡るため、発電部3に対して平面内で均一にメタノールを供給することができる。これにより、平面内での発電量のばらつきを抑制し、損失が低く安定した発電が可能となる。   Furthermore, in this embodiment, since methanol spreads uniformly in the porous body 5, methanol can be uniformly supplied to the power generation unit 3 in a plane. As a result, variations in the amount of power generation in the plane can be suppressed, and stable power generation with low loss can be achieved.

このように、本実施形態によれば、シャッタ部を閉じた状態におけるメタノールの漏洩を効果的に防止することができると共に、小型でシャッタ部を開閉したときの応答性がよい燃料電池を得ることができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to effectively prevent leakage of methanol in a state in which the shutter portion is closed, and to obtain a fuel cell that is small and has good responsiveness when the shutter portion is opened and closed. Can do.

次に、本第1の実施形態の変形例について説明する。
図5は、本変形例に係る燃料電池のシャッタ部を示す平面図である。
本変形例のシャッタ部においては、前述の第1の実施形態における孔あき板12及び13の替わりに、孔あき板12a及び13aが設けられている。平面視で、孔あき板12a及び13aの形状は、1対の辺が第2の配列方向22(図2参照)に平行であり、他の1対の辺が燃料電池1の外縁1aが延びる方向に対して傾斜した方向25に平行な平行四辺形となっている。また、平面視で燃料電池1の外縁1aの内側に位置するように、1対のガイド16が相互に平行に設けられている。ガイド16は方向25に延びる棒状の部材であり、相互に対向する面に溝(図示せず)が形成されており、その長手方向(方向25)に直交する断面の形状がコ字形状となっている。そして、孔あき板13aにおける方向25に延びる1対の端部が、ガイド16の溝に移動可能に嵌合している。
Next, a modification of the first embodiment will be described.
FIG. 5 is a plan view showing the shutter portion of the fuel cell according to this modification.
In the shutter portion of this modification, perforated plates 12a and 13a are provided instead of the perforated plates 12 and 13 in the first embodiment. In plan view, the perforated plates 12a and 13a have a pair of sides parallel to the second arrangement direction 22 (see FIG. 2), and the other pair of sides extending from the outer edge 1a of the fuel cell 1. It is a parallelogram parallel to the direction 25 inclined with respect to the direction. A pair of guides 16 are provided in parallel to each other so as to be located inside the outer edge 1a of the fuel cell 1 in plan view. The guide 16 is a rod-like member extending in the direction 25, and grooves (not shown) are formed on the surfaces facing each other, and the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction (direction 25) is a U-shape. ing. And a pair of edge part extended in the direction 25 in the perforated board 13a is fitted to the groove | channel of the guide 16 so that a movement is possible.

また、孔あき板13aにおける第2の配列方向22に延びる端部のうち一方に、移動用部材17が連結されている。移動用部材17は、その長手方向が方向25に延びる長方形板状の部材であり、その一端部が孔あき板13aに連結されており、他端部は外縁1aの外側に延出している。これにより、移動用部材17の他端部に対して方向25に沿って力を印加すると、孔あき板13aはガイド16に案内されて方向25に移動するようになっている。このように、本変形例によれば、簡略な構成により、孔あき板を第1の及び第2の配列方向とは異なる方向に自在に移動させることができる。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。   The moving member 17 is connected to one of the end portions extending in the second arrangement direction 22 of the perforated plate 13a. The moving member 17 is a rectangular plate-like member whose longitudinal direction extends in the direction 25, one end of which is connected to the perforated plate 13a, and the other end extends outside the outer edge 1a. Thus, when a force is applied along the direction 25 to the other end of the moving member 17, the perforated plate 13 a is guided by the guide 16 and moves in the direction 25. Thus, according to the present modification, the perforated plate can be freely moved in a direction different from the first and second arrangement directions with a simple configuration. Configurations, operations, and effects other than those described above in the present modification are the same as those in the first embodiment described above.

次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
図6は、本実施形態に係る燃料電池のシャッタ部を示す平面図である。
本実施形態においては、シャッタ部を構成する2枚の孔あき板(例えば、孔あき板13)において、孔(例えば、孔14)が千鳥格子状に配列されている。即ち、複数個の孔14が行方向34に沿って周期的に配列されており、この孔14からなる行が、列方向35に沿って複数行配列されている。そして、隣り合う行間において、孔14の位相は相互に半周期分ずれている。また、図6には示されていないが、燃料保持部側の孔あき板における孔の形状及び配置も、孔あき板33と同様である。この場合、図6に示すように、第1の配列方向21及び第2の配列方向22は、前述の行方向34及び列方向35とは異なる方向となる。また、第3の配列方向23は、行方向34と一致する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 is a plan view showing a shutter portion of the fuel cell according to the present embodiment.
In the present embodiment, the holes (for example, the holes 14) are arranged in a staggered pattern in the two perforated plates (for example, the perforated plate 13) constituting the shutter unit. That is, a plurality of holes 14 are periodically arranged along the row direction 34, and a plurality of rows including the holes 14 are arranged along the column direction 35. And between adjacent rows, the phases of the holes 14 are shifted from each other by a half period. Although not shown in FIG. 6, the shape and arrangement of the holes in the perforated plate on the fuel holding unit side are the same as those of the perforated plate 33. In this case, as shown in FIG. 6, the first arrangement direction 21 and the second arrangement direction 22 are different from the above-described row direction 34 and column direction 35. Further, the third arrangement direction 23 coincides with the row direction 34.

孔あき板33は、燃料電池の他の部分に対して、第3の配列方向23に移動可能となっている。そして、平面視で、発電部側の孔あき板33の孔14が、燃料保持部側の孔あき板の孔と一致する位置が、孔あき板33の第1の位置となっており、孔14が、図6に示す中間位置36に配置される位置が、孔あき板33の第2の位置となっている。なお、中間位置36は、燃料保持部側の孔あき板において第3の配列方向に沿って隣り合う孔の中間位置である。孔あき板33が第1の位置にある状態がシャッタ部が開いた状態であり、第2の位置にある状態がシャッタ部が閉じた状態である。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。   The perforated plate 33 is movable in the third arrangement direction 23 with respect to other portions of the fuel cell. In a plan view, the position where the hole 14 of the perforated plate 33 on the power generation unit side coincides with the hole of the perforated plate on the fuel holding unit side is the first position of the perforated plate 33. The position where 14 is disposed at the intermediate position 36 shown in FIG. 6 is the second position of the perforated plate 33. The intermediate position 36 is an intermediate position between adjacent holes along the third arrangement direction in the perforated plate on the fuel holding unit side. The state where the perforated plate 33 is in the first position is a state where the shutter portion is opened, and the state where the perforated plate 33 is in the second position is a state where the shutter portion is closed. Other configurations in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.

本実施形態においては、孔あき板33を第3の配列方向に移動させることにより、シャッタ部をとじたときの上下孔中心間距離を、孔あき板33を第1又は第2の配列方向に移動させた場合よりも大きくとることができる。これにより、本実施形態によれば、孔を千鳥格子状に配列した場合においても、シャッタ部を閉じた状態における上下孔中心間距離を大きくし、燃料の漏洩を効果的に抑制することができる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。   In this embodiment, by moving the perforated plate 33 in the third arrangement direction, the distance between the centers of the upper and lower holes when the shutter portion is closed is set so that the perforated plate 33 is moved in the first or second arrangement direction. It can be made larger than when moved. Thus, according to the present embodiment, even when the holes are arranged in a staggered pattern, the distance between the center of the upper and lower holes in the state where the shutter portion is closed can be increased, and fuel leakage can be effectively suppressed. it can. Operations and effects other than those described above in the present embodiment are the same as those in the first embodiment described above.

以下、前述の第1及び第2の実施形態のように、孔あき板の移動方向を、孔の配列方向のうち配列周期が3番目に短い第3の配列方向23とし、移動距離を、第3の配列方向23における配列周期の半分とすることによる効果について、幾何学モデルを使用して説明する。
図7は、孔あき板における孔の位置関係を示すモデル図である。
このモデルにおいては、孔を点で表し、孔の面積及び形状は考慮しないものとする。ある孔を点Aとし、点Aから見て第1の配列方向21に離隔した孔のうち、点Aに最も近い孔を点Bとし、点Aから見て第2の配列方向22に離隔した孔のうち、点Aに最も近い孔を点Cとし、点Bから見て第2の配列方向22に離隔した孔のうち点Bに最も近い孔を点Dとすると、孔は第1の配列方向21及び第2の配列方向22に沿って2次元的且つ周期的に配列されているため、点A、点B、点C及び点Dは、平行四辺形ABDCを形成する。
Hereinafter, as in the first and second embodiments described above, the movement direction of the perforated plate is the third arrangement direction 23 in which the arrangement period is the third shortest in the arrangement direction of the holes, and the movement distance is the first 3 will be described using a geometric model.
FIG. 7 is a model diagram showing the positional relationship of the holes in the perforated plate.
In this model, holes are represented by dots, and the area and shape of the holes are not considered. A hole is defined as a point A, and among holes separated from the point A in the first arrangement direction 21, a hole closest to the point A is designated as a point B, and separated from the point A in the second arrangement direction 22. Of the holes, the hole closest to the point A is defined as a point C, and the hole closest to the point B among the holes separated from the point B in the second arrangement direction 22 is defined as a point D. Since they are two-dimensionally and periodically arranged along the direction 21 and the second arrangement direction 22, the points A, B, C, and D form a parallelogram ABDC.

このとき、角度BACが鈍角であると、点Aから点Dに向かう方向が3番目の配列方向23となる。この配列方向23は、平行四辺形ABDCの対角線が延びる方向と一致する。なお、点Aから見て、点Bの反対側にある孔を点B、点Cから見て点Dの反対側にある孔を点Dとすると、平行四辺形BACDも平行四辺形ABDCと同じ形状の平行四辺形となる。このとき、角度BACは鋭角となり、点Aから点Dに向かう方向が、配列周期が4番目に短い配列方向24となる。 At this time, if the angle BAC is an obtuse angle, the direction from the point A to the point D becomes the third arrangement direction 23. This arrangement direction 23 coincides with the direction in which the diagonal line of the parallelogram ABDC extends. When the hole on the opposite side of the point B as viewed from the point A is the point B 1 and the hole on the opposite side of the point D as viewed from the point C is the point D 1 , the parallelogram B 1 ACD 1 is also parallel. It becomes a parallelogram having the same shape as the quadrilateral ABDC. At this time, the angle B 1 AC is an acute angle, and the direction from the point A to the point D 1 is the arrangement direction 24 in which the arrangement period is the fourth shortest.

そして、点Aに位置する孔を移動させて、点A、点B、点C、点Dの全てから可及的に遠ざけたい場合には、この孔を平行四辺形ABDCの中心Eに位置させればよい。このためには、孔の移動方向を3番目の配列方向23とし、孔の移動距離を3番目の配列方向23における配列周期の半分とすればよい。なお、孔を点Aから平行四辺形BACDの中心Eに移動させても同じ結果が得られる。この場合は、移動方向を4番目の配列方向24とし、移動距離をこの4番目の配列方向24における配列周期の半分とすればよい。但し、この場合は、孔を中心Eに移動させる場合よりも、移動距離が長くなる。 If the hole located at point A is moved so that it is as far as possible from all of point A, point B, point C, and point D, this hole is located at the center E of the parallelogram ABDC. Just do it. For this purpose, the movement direction of the holes may be the third arrangement direction 23 and the movement distance of the holes may be half the arrangement period in the third arrangement direction 23. The same result can be obtained by moving the hole from the point A to the center E 1 of the parallelogram B 1 ACD 1 . In this case, the movement direction may be the fourth arrangement direction 24 and the movement distance may be half of the arrangement period in the fourth arrangement direction 24. However, in this case, the moving distance becomes longer than when the hole is moved to the center E.

このように、上述のモデルによれば、一方の孔あき板(例えば、孔あき板13)に形成された孔(例えば、孔14)を、他方の孔あき板(例えば、孔あき板12)に形成された孔(例えば、孔15)からなるべく遠い位置に配置するためには、孔あき板の移動方向を第3の配列方向23とし、移動距離を第3の配列方向23における配列周期の半分とするか、又は、移動方向を第4の配列方向24とし、移動距離を第4の配列方向24における配列周期の半分とすればよい。そして、孔あき板の移動距離をなるべく短くするためには、第3の配列方向23に移動させればよい。   Thus, according to the above-mentioned model, the hole (for example, hole 14) formed in one holed plate (for example, holed plate 13) is replaced with the other holed plate (for example, holed plate 12). In order to arrange the holes as far as possible from the holes (for example, the holes 15) formed in the plate, the movement direction of the perforated plate is the third arrangement direction 23, and the movement distance is the arrangement period of the third arrangement direction 23. The movement direction may be half, or the movement direction may be the fourth arrangement direction 24, and the movement distance may be half of the arrangement period in the fourth arrangement direction 24. And in order to make the movement distance of a perforated board as short as possible, it should just move to the 3rd arrangement direction 23.

但し、上述のモデルは、孔の形状及び面積を無視しているため、孔の形状及び面積によっては、他の移動方法の方が好ましい場合もある。また、後述の第3の実施形態のように、孔の配列方向が孔あき板における孔の配設位置によって異なる場合には、上述のモデルは適用できない。しかしながら、これらの場合においても、孔あき板の移動方向は第1の配列方向21及び第2の配列方向22の双方と異なる方向であることが必要である。   However, since the above model ignores the shape and area of the hole, other movement methods may be preferable depending on the shape and area of the hole. Further, the above model cannot be applied when the arrangement direction of the holes differs depending on the arrangement positions of the holes in the perforated plate as in a third embodiment described later. However, even in these cases, the movement direction of the perforated plate needs to be different from both the first arrangement direction 21 and the second arrangement direction 22.

次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
図8は、本実施形態に係る燃料電池のシャッタ部を示す平面図である。
本実施形態においては、発電部側の孔あき板43の形状が円板状であり、その中心42を回動中心として回動するようになっている。また、孔あき板43においては、中心42から放射状に延びる複数本の配列ライン44に沿って、それぞれ複数の孔45が同一周期で形成されている。孔45の形状は例えば円形である。なお、図8においては、孔あき板43の一部に相当する扇形領域にしか孔45を図示していないが、実際には孔あき板43の全体に相当する円形領域に孔45が形成されている。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 8 is a plan view showing a shutter portion of the fuel cell according to the present embodiment.
In the present embodiment, the shape of the perforated plate 43 on the power generation unit side is a disc shape, and the center 42 rotates around the center 42. Further, in the perforated plate 43, a plurality of holes 45 are formed at the same period along a plurality of array lines 44 extending radially from the center 42. The shape of the hole 45 is, for example, a circle. In FIG. 8, the holes 45 are illustrated only in the fan-shaped region corresponding to a part of the perforated plate 43, but actually, the holes 45 are formed in a circular region corresponding to the entire perforated plate 43. ing.

そして、複数本の配列ライン44のうち、隣り合う配列ライン44における孔45の配列は、その周期は相互に等しく、その位相は相互に半周期ずれている。即ち、孔あき板43の中心42を中心とし、中心42から見て等間隔に配列された複数の同心円47を想定したときに、孔45が同心円47上に配置されている第1の配列ライン44と、孔45が隣り合う同心円47の中間位置に配置されている第2の配列ライン44とが、交互に設けられている。このとき、孔45の第1の配列方向21は、配列ライン44が延びる方向(半径方向)と一致し、第2の配列方向22は、ある孔45から、この孔45が属する配列ライン44の隣の配列ラインに属し、この孔45よりも中心42側に形成された孔45に向かう方向と一致する。そして、孔45の移動方向は、第1の配列方向21及び第2の配列方向22とは異なっており、円周方向48と一致している。   And the arrangement | sequence of the hole 45 in the adjacent arrangement | positioning line 44 among the several arrangement | sequence lines 44 has the mutually equal period, The phase has shifted | deviated by a half period mutually. That is, when assuming a plurality of concentric circles 47 centered on the center 42 of the perforated plate 43 and arranged at equal intervals when viewed from the center 42, the first array line in which the holes 45 are disposed on the concentric circles 47. 44 and second array lines 44 in which the holes 45 are arranged at the intermediate positions of the adjacent concentric circles 47 are alternately provided. At this time, the first arrangement direction 21 of the holes 45 coincides with the direction (radial direction) in which the arrangement lines 44 extend, and the second arrangement direction 22 extends from a certain hole 45 to the arrangement line 44 to which the holes 45 belong. It belongs to the adjacent array line and coincides with the direction toward the hole 45 formed closer to the center 42 than the hole 45. The movement direction of the holes 45 is different from the first arrangement direction 21 and the second arrangement direction 22 and coincides with the circumferential direction 48.

また、図8においては孔あき板43の陰になるため示されていないが、このシャッタ部には、燃料保持部側の孔あき板も設けられており、その孔あき板にも孔が形成されている。この燃料保持部側の孔あき板に形成された孔の形状及び配置は、孔あき板43と同様である。また、この燃料保持部側の孔あき板は、燃料電池の他の部分に対して固定されている。これにより、2枚の孔あき板は相対的に回動するようになっている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第1の実施形態と同様である。   Although not shown in FIG. 8 because it is behind the perforated plate 43, the shutter portion is also provided with a perforated plate on the fuel holding portion side, and a hole is also formed in the perforated plate. Has been. The shape and arrangement of the holes formed in the perforated plate on the fuel holding part side are the same as those of the perforated plate 43. The perforated plate on the fuel holding part side is fixed to the other part of the fuel cell. Thus, the two perforated plates are relatively rotated. Other configurations in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.

次に、本実施形態の動作について説明する。
シャッタ部を開けるときには、平面視で、発電部側の孔あき板43の孔45を、燃料保持部側の孔あき板の孔に重ねる。これにより、燃料であるメタノールが、孔あき板の孔を介して発電部に供給される。一方、シャッタ部を閉じるときには、孔あき板43を、その中心42を回動中心として、燃料電池の他の部分に対して回動させる。これにより、孔45を、平面視で燃料保持部側の孔あき板の孔から円周方向に離隔した位置に位置させる。例えば、孔45aが位置46aに位置するようにする。これにより、燃料の供給を遮断し、発電を停止させる。本実施形態における上記以外の動作は、前述の第1の実施形態と同様である。
Next, the operation of this embodiment will be described.
When opening the shutter unit, the hole 45 of the perforated plate 43 on the power generation unit side is overlapped with the hole of the perforated plate on the fuel holding unit side in plan view. Thereby, methanol which is a fuel is supplied to a power generation part through the hole of a perforated plate. On the other hand, when closing the shutter portion, the perforated plate 43 is rotated with respect to the other portions of the fuel cell with the center 42 as the rotation center. Thereby, the hole 45 is located in the position spaced apart in the circumferential direction from the hole of the perforated plate on the fuel holding unit side in a plan view. For example, the hole 45a is positioned at the position 46a. Thereby, supply of fuel is interrupted and power generation is stopped. Operations other than those described above in the present embodiment are the same as those in the first embodiment described above.

次に、本実施形態の効果について説明する。
図9は、本実施形態の効果を説明するための比較例におけるシャッタ部を示す平面図である。
図9に示すように、本比較例においては、孔あき板53の全ての配列ライン44において、孔45が同じ周期且つ同じ位相で配列されている。即ち、全ての配列ライン44において、孔45は、配列ライン44と同心円47との交点に形成されている。この場合、孔45の第2の配列方向22は孔45の移動方向、即ち、円周方向48と一致する。このため、孔あき板53を回動させても、2枚の孔あき板間で孔間の距離(上下孔中心間距離)を大きくとることができない。
これに対して、本実施形態によれば、図8に示すように、孔45の移動方向が第1の配列方向21及び第2の配列方向22の双方に対して異なる方向であるため、シャッタ部を閉じたときに、上下孔中心間距離を大きくとることができる。これにより、シャッタ部を閉じたときの燃料の漏洩を効果的に抑制することができる。
Next, the effect of this embodiment will be described.
FIG. 9 is a plan view showing a shutter portion in a comparative example for explaining the effect of the present embodiment.
As shown in FIG. 9, in this comparative example, the holes 45 are arranged in the same period and the same phase in all the arrangement lines 44 of the perforated plate 53. That is, in all the array lines 44, the holes 45 are formed at the intersections between the array lines 44 and the concentric circles 47. In this case, the second arrangement direction 22 of the holes 45 coincides with the movement direction of the holes 45, that is, the circumferential direction 48. For this reason, even if the perforated plate 53 is rotated, the distance between the holes (distance between the upper and lower holes) cannot be increased between the two perforated plates.
On the other hand, according to the present embodiment, as shown in FIG. 8, the movement direction of the holes 45 is different from both the first arrangement direction 21 and the second arrangement direction 22. When the part is closed, the distance between the centers of the upper and lower holes can be increased. Thereby, leakage of fuel when the shutter portion is closed can be effectively suppressed.

また、本実施形態においては、前述の第1及び第2の実施形態のように、孔あき板の平行移動ではなく、孔あき板の中心を回動中心とした回動運動によって、孔の位置をずらしている。このため、孔あき板の移動によってシャッタ部の外形が変わることがなく、孔あき板の外形をシャッタ部の外形とほぼ同一とすることができる。これにより、シャッタ部のより一層の小型化を図ることができ、燃料電池の小型化を図ることができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第1の実施形態と同様である。   Further, in the present embodiment, the position of the hole is not caused by the parallel movement of the perforated plate but by the rotational motion about the center of the perforated plate as the rotational center as in the first and second embodiments described above. Is shifted. For this reason, the outer shape of the shutter portion is not changed by the movement of the perforated plate, and the outer shape of the perforated plate can be made substantially the same as the outer shape of the shutter portion. Thereby, the shutter part can be further miniaturized, and the fuel cell can be miniaturized. The effects of the present embodiment other than those described above are the same as those of the first embodiment described above.

次に、本発明の第4の実施形態について説明する。
図10は、本実施形態に係る燃料電池のシャッタ部を示す平面図である。
本実施形態は、前述の第3の実施形態と比較して、孔あき板54において、複数の同心円55が、孔あき板54の中心56から見て等間隔ではなく、中心56から遠ざかるにつれて相互間の間隔が狭くなるように想定されている点が異なっている。これにより、各配列ライン44において、中心56から遠ざかるほど、孔57の間隔が狭くなる。この結果、孔あき板54に形成される孔57の配列密度を、面内で均一に近づけることができる。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 10 is a plan view showing a shutter portion of the fuel cell according to the present embodiment.
In the present embodiment, compared to the third embodiment described above, in the perforated plate 54, the plurality of concentric circles 55 are not equally spaced from each other as viewed from the center 56 of the perforated plate 54, but as the distance from the center 56 increases. The difference is that the distance between them is assumed to be narrow. Thereby, in each arrangement line 44, the distance between the holes 57 becomes narrower as the distance from the center 56 increases. As a result, the arrangement density of the holes 57 formed in the perforated plate 54 can be made uniform in the plane.

また、本実施形態においても、前述の第3の実施形態と同様に、孔57が同心円55上に配置されている第1の配列ライン44と、孔57が隣り合う同心円55の中心位置に配置されている第2の配列ライン44とが、交互に設けられている。これにより、中心56を回動中心として2枚の孔あき板を相対的に回動させたときに、2枚の孔あき板間で孔間の距離(上下孔中心間距離)を大きくとることができ、シャッタ部を閉じたときの燃料の漏洩を効果的に抑制することができる。例えば、孔あき板54を円周方向48に沿って回動させると、孔57aは孔58aの位置に移動するが、この孔58aの位置はいずれの孔57からも遠い位置になる。   Also in this embodiment, similarly to the third embodiment described above, the first array line 44 in which the holes 57 are arranged on the concentric circles 55 and the holes 57 are arranged at the center positions of the adjacent concentric circles 55. The second array lines 44 are alternately provided. As a result, when the two perforated plates are relatively rotated with the center 56 as the center of rotation, the distance between the holes (the distance between the upper and lower hole centers) is increased between the two perforated plates. And leakage of fuel when the shutter portion is closed can be effectively suppressed. For example, when the perforated plate 54 is rotated along the circumferential direction 48, the hole 57a moves to the position of the hole 58a, but the position of the hole 58a is far from any of the holes 57.

本実施形態によれば、シャッタ部において、孔57の配列密度が面内でより均一化されているため、発電部に対して、燃料を面体で均一に供給することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第3の実施形態と同様である。   According to the present embodiment, since the arrangement density of the holes 57 is more uniform in the plane in the shutter portion, the fuel can be uniformly supplied to the power generation portion with a face piece. Configurations, operations, and effects other than those described above in the present embodiment are the same as those in the third embodiment described above.

なお、上述の各実施形態においては、孔の形状を正方形又は円形とする例を示したが、本発明はこれに限定されず、いかなる形状であってもよい。但し、シャッタ部を開いたときに、2枚の孔あき板に形成された孔が、平面視で一致することが好ましい。
また、孔あき板の形状も、矩形、平行四辺形及び円形に限定されない。例えば、燃料電池が搭載される電子機器のデザイン上の要請から燃料電池の外形を決定し、燃料電池の外形に基づいて孔あき板の外形を決定してもよい。
更に、上述の各実施形態においては、孔あき板を金属又は合金により形成する例を示したが、本発明はこれに限定されず、孔あき板を樹脂により形成してもよい。これにより、コストの低減が可能となる。但し、上述の化学式(3)に示したように、燃料電池の発電部においては二酸化炭素が発生するため、発電部の内圧が大気圧よりも高くなることがある。このため、この内圧によって孔あき板が変形しないように、孔あき板にある程度の剛性を持たせることが好ましい。
In each of the above-described embodiments, an example in which the shape of the hole is a square or a circle is shown. However, the present invention is not limited to this and may have any shape. However, it is preferable that the holes formed in the two perforated plates coincide with each other in plan view when the shutter portion is opened.
Further, the shape of the perforated plate is not limited to a rectangle, a parallelogram, and a circle. For example, the outer shape of the fuel cell may be determined from a design requirement of an electronic device on which the fuel cell is mounted, and the outer shape of the perforated plate may be determined based on the outer shape of the fuel cell.
Further, in each of the above-described embodiments, an example in which the perforated plate is formed from a metal or an alloy has been shown. However, the present invention is not limited to this, and the perforated plate may be formed from a resin. Thereby, the cost can be reduced. However, as shown in the above chemical formula (3), carbon dioxide is generated in the power generation unit of the fuel cell, and thus the internal pressure of the power generation unit may be higher than the atmospheric pressure. For this reason, it is preferable that the perforated plate has a certain degree of rigidity so that the perforated plate is not deformed by the internal pressure.

更にまた、上述の各実施形態においては、燃料としてメタノールを使用する例を示したが、本発明はこれに限定されず、液体状又は気体状の燃料を使用する燃料電池であれば、どのようなものでも適用可能である。
更にまた、本発明の燃料電池を構成する各要素の材質、サイズ、形状、配置関係などについては、当業者が適宜変更を加えたものであっても、本発明の要旨を包含する限りにおいて本発明の範囲に包含される。
Furthermore, in each of the embodiments described above, an example in which methanol is used as the fuel has been shown. However, the present invention is not limited to this, and any fuel cell that uses liquid or gaseous fuel may be used. Anything is applicable.
Furthermore, the material, size, shape, arrangement relationship, etc., of each element constituting the fuel cell of the present invention may be modified as appropriate by those skilled in the art as long as it includes the gist of the present invention. It is included in the scope of the invention.

以下、本発明の実施例の効果を、比較例と比較しつつ説明する。   Hereinafter, the effect of the Example of this invention is demonstrated, comparing with a comparative example.

(試験例1)
試験例1では、孔をマトリクス状に形成した1対の孔あき板を使用して、孔あき板の相対的な移動方向を第1の配列方向とした場合(比較例)と、第3の配列方向とした場合(実施例)とをシミュレーションにより比較した。
図11は、本試験例において使用した孔あき板を示す平面図であり、
図12は、各孔を示す平面図であり、
図13(a)及び(b)は、孔あき板の移動に伴う孔間の位置関係の変化を示す平面図であり、(a)は比較例を示し、(b)は本発明の実施例を示す。
また、図14は、燃料の流通経路を示す断面図であり、
図15は、その斜視図であり、
図16は、横軸に上下孔中心間距離をとり、縦軸に燃料の出口濃度及び出口流束をとって、孔間の距離が燃料の漏洩に及ぼす影響を示すグラフ図であり、
図17は、横軸に上下孔中心間距離をとり、縦軸に燃料の出口濃度をとって、孔間の距離が燃料の漏洩に及ぼす影響を示すグラフ図である。
なお、図11及び図12には要部の寸法を記載しているが、単位はいずれもミリメートル(mm)である。
(Test Example 1)
In Test Example 1, when a pair of perforated plates having holes formed in a matrix is used and the relative movement direction of the perforated plates is set as the first arrangement direction (Comparative Example), The case of the arrangement direction (Example) was compared by simulation.
FIG. 11 is a plan view showing a perforated plate used in this test example,
FIG. 12 is a plan view showing each hole,
13 (a) and 13 (b) are plan views showing changes in the positional relationship between the holes as the perforated plate moves, (a) showing a comparative example, and (b) showing an example of the present invention. Indicates.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a fuel flow path,
FIG. 15 is a perspective view thereof.
FIG. 16 is a graph showing the influence of the distance between the holes on fuel leakage, with the horizontal axis representing the distance between the upper and lower hole centers and the vertical axis representing the fuel outlet concentration and outlet flux.
FIG. 17 is a graph showing the influence of the distance between the holes on the fuel leakage, with the horizontal axis representing the distance between the upper and lower hole centers and the vertical axis representing the fuel outlet concentration.
In addition, although the dimension of the principal part is described in FIG.11 and FIG.12, all a unit is a millimeter (mm).

図11及び図12に示すように、本試験例のシミュレーションにおいては、孔あき板61として、複数個の長円形の孔62がマトリクス状に配列されたものを2枚設け、相互に平行に配置した。各孔あき板61の厚さは0.5mmとし、2枚の孔あき板61間の距離は0.2mmとした。
孔62の個数は、X方向に15個、Y方向に6個で、合計90個(=15個×6個)とした。また、X方向における孔62の中心間距離を4.3mmとし、Y方向における孔62の中心間距離を9.5mmとした。従って、孔あき板61のX方向両端部に位置する孔62の中心間の距離は60.2mm(=4.3mm×14)であり、孔あき板61のY方向両端部に位置する孔62の中心間の距離は47.5mm(=9.5mm×5)である。
孔62の形状は、長手方向(Y方向9両端部が丸められた長円形状とした。そして、孔62のX方向の長さを1.5mmとし、Y方向の長さを6.5mmとした。
As shown in FIGS. 11 and 12, in the simulation of this test example, two perforated plates 61 each having a plurality of oval holes 62 arranged in a matrix are provided and arranged in parallel to each other. did. The thickness of each perforated plate 61 was 0.5 mm, and the distance between the two perforated plates 61 was 0.2 mm.
The number of holes 62 was 15 in the X direction and 6 in the Y direction, for a total of 90 (= 15 × 6). The distance between the centers of the holes 62 in the X direction was 4.3 mm, and the distance between the centers of the holes 62 in the Y direction was 9.5 mm. Accordingly, the distance between the centers of the holes 62 located at both ends in the X direction of the perforated plate 61 is 60.2 mm (= 4.3 mm × 14), and the holes 62 located at both ends in the Y direction of the perforated plate 61. The distance between the centers is 47.5 mm (= 9.5 mm × 5).
The shape of the hole 62 is a longitudinal direction (an oblong shape in which both ends of the Y direction 9 are rounded.) The length of the hole 62 in the X direction is 1.5 mm, and the length in the Y direction is 6.5 mm. did.

孔あき板61に上述の如く複数の孔62を形成すると、孔62の第1の配列方向、即ち、配列周期が最も短い配列方向はX方向となり、第2の配列方向、即ち、配列周期が2番目に短い配列方向はY方向となる。また、第3の配列方向は、ある孔62からX方向に離隔した最も近い孔62に向かうベクトルと、Y方向に離隔した最も近い孔62に向かうベクトルとを合成したベクトルの方向、即ち対角線方向に一致する。   When the plurality of holes 62 are formed in the perforated plate 61 as described above, the first arrangement direction of the holes 62, that is, the arrangement direction with the shortest arrangement period is the X direction, and the second arrangement direction, that is, the arrangement period is The second shortest arrangement direction is the Y direction. The third arrangement direction is the direction of a vector obtained by combining the vector directed to the nearest hole 62 separated from the certain hole 62 in the X direction and the vector directed to the nearest hole 62 separated in the Y direction, that is, the diagonal direction. Matches.

そして、図13(a)に示すように、比較例においては、平面視で、一方の孔あき板61に形成された孔62と他方の孔あき板61に形成された孔62とが重なった状態、即ち、上下孔中心間距離が0である状態を基準として、一方の孔あき板61を他方の孔あき板61に対して第1の配列方向21(X方向)に移動させ、上下孔中心間距離を、1.50mm、1.72mm、1.93mm及び2.15mmとして、そのときのメタノールの漏洩状態をシミュレートした。なお、上下孔中心間距離が2.15mmである場合は、上下孔中心間距離が第1の配列方向の配列周期の半分である場合であり、一方の孔あき板61に形成された孔62が、他方の孔あき板61に形成されX方向に隣り合う2つの孔62の中間位置に位置している場合である。   As shown in FIG. 13A, in the comparative example, the hole 62 formed in one of the perforated plates 61 and the hole 62 formed in the other perforated plate 61 overlap in plan view. On the basis of the state, that is, the state where the distance between the upper and lower hole centers is zero, one perforated plate 61 is moved in the first arrangement direction 21 (X direction) with respect to the other perforated plate 61, The distance between centers was set to 1.50 mm, 1.72 mm, 1.93 mm and 2.15 mm, and the leakage state of methanol at that time was simulated. When the distance between the upper and lower hole centers is 2.15 mm, the distance between the upper and lower hole centers is half of the arrangement period in the first arrangement direction, and the holes 62 formed in one of the perforated plates 61. Is the case where the other perforated plate 61 is located at an intermediate position between two holes 62 adjacent to each other in the X direction.

一方、図13(b)に示すように、本発明の実施例においては、上下孔中心間距離が0である状態を基準として、一方の孔あき板61を他方の孔あき板61に対して第3の配列方向23に移動させ、上下孔中心間距離を、第3の配列方向23における配列周期の半分とした。そして、そのときのメタノールの漏洩状態をシミュレートした。   On the other hand, as shown in FIG. 13 (b), in the embodiment of the present invention, one perforated plate 61 is placed with respect to the other perforated plate 61 on the basis that the distance between the upper and lower hole centers is zero. It was moved in the third arrangement direction 23, and the distance between the upper and lower hole centers was made half of the arrangement period in the third arrangement direction 23. And the leakage state of methanol at that time was simulated.

以下、本シミュレーションの境界条件について説明する。
シャッタ部の燃料保持部側の境界におけるメタノール濃度は、飽和状態を仮定して、7.533mol/mとした。また、発電部側の境界におけるメタノールの移動抵抗を{(拡散係数/(12.5mm)}とし、環境濃度、即ち、12.5mm離れた位置でのメタノール濃度を、0mol/mとした。これにより、図14及び図15に示すようなメタノールの流通経路70が形成される。そして、シャッタ部の出口、即ち、発電部側の端部におけるメタノールの濃度(出口濃度)及びメタノールの流束(出口流束)を計算した。計算結果を図16及び図17に示す。
Hereinafter, the boundary conditions of this simulation will be described.
The methanol concentration at the boundary of the shutter portion on the fuel holding portion side was set to 7.533 mol / m 3 assuming a saturated state. Further, the movement resistance of methanol at the boundary on the power generation unit side was {(diffusion coefficient / (12.5 mm)}, and the environmental concentration, that is, the methanol concentration at a position 12.5 mm away, was 0 mol / m 3 . 14 and 15, a methanol flow path 70 is formed, and the concentration of methanol (outlet concentration) and the methanol flux at the outlet of the shutter, that is, the end on the power generation unit side. (Outlet flux) was calculated, and the calculation results are shown in FIGS.

図16は、比較例のシミュレート結果を示す図である。図16に示すように、比較例のなかでも上下孔中心間距離が大きいほど、メタノールの出口濃度及び出口流束が小さく、漏洩が抑制される傾向が認められた。しかし、比較例においては、上下孔中心間距離を最大で2.15mm、即ち、第1の配列方向における配列周期の半分までしかとることができないため、メタノールの漏洩を抑制する効果は不十分なものであった。   FIG. 16 is a diagram illustrating a simulation result of the comparative example. As shown in FIG. 16, among the comparative examples, the greater the distance between the center of the upper and lower holes, the smaller the outlet concentration and outlet flux of methanol, and a tendency to suppress leakage was observed. However, in the comparative example, the distance between the upper and lower hole centers is 2.15 mm at the maximum, that is, only half of the arrangement period in the first arrangement direction can be taken, so that the effect of suppressing methanol leakage is insufficient. It was a thing.

図17は、本発明の実施例及び比較例のシミュレート結果を示す図である。図17に示すように、本発明の実施例によれば、上下孔中心間距離を大きくとることができ、メタノールの出口濃度を大幅に低減することができた。即ち、メタノールの漏洩を十分に抑制することができた。   FIG. 17 is a diagram illustrating simulation results of the example of the present invention and the comparative example. As shown in FIG. 17, according to the embodiment of the present invention, the distance between the center of the upper and lower holes can be increased, and the outlet concentration of methanol can be greatly reduced. That is, methanol leakage was sufficiently suppressed.

(試験例2)
試験例2では、孔をマトリクス状又は千鳥格子状に形成した1対の孔あき板を使用して、孔あき板の相対的な移動方向を第1の配列方向と一致させた場合(比較例)と、第1及び第2の配列方向と一致させない場合(実施例)とをシミュレーションにより比較した。シミュレーション条件を表1に示す。
(Test Example 2)
In Test Example 2, a pair of perforated plates in which holes are formed in a matrix or a staggered pattern are used, and the relative movement direction of the perforated plates is matched with the first arrangement direction (comparison) Example) and a case where the first and second arrangement directions are not matched (Example) were compared by simulation. Table 1 shows the simulation conditions.

図18(a)〜(c)は、本試験例において形成されるメタノールの流通経路を示す斜視図であり、(a)は比較例No.1を示し、(b)は実施例No.2を示し、(c)は実施例No.3を示す。
また、図19(a)〜(c)は、図18に示すメタノールの流通経路の各部分におけるメタノール濃度のシミュレーション結果を示す図であり、(a)は比較例No.1を示し、(b)は実施例No.2を示し、(c)は実施例No.3を示す。
更に、図20は、横軸にシミュレート条件をとり、縦軸にメタノールの出口濃度及び出口流束をとって、メタノールの漏洩状態を示すグラフ図である。
18 (a) to 18 (c) are perspective views showing the flow path of methanol formed in this test example, and FIG. 1 and (b) shows Example No. 2 (c) shows Example No. 3 is shown.
19 (a) to 19 (c) are graphs showing the simulation results of the methanol concentration in each part of the methanol flow path shown in FIG. 1 and (b) shows Example No. 2 (c) shows Example No. 3 is shown.
Further, FIG. 20 is a graph showing the leakage state of methanol with the abscissa indicating the simulation condition and the ordinate indicating the outlet concentration and outlet flux of methanol.

本試験例においては、孔の形状は平面視で正方形とし、その一辺の長さは2mmとした。また、X方向及びY方向の双方において、隣り合う孔間の間隔を2mmとした。但し、この間隔は中心間距離ではなく、相互に対向する端縁間の距離である。また、前述の第1の試験例と同様に、孔あき板の厚さは0.5mmとし、孔あき板間の間隔は0.2mmとした。更に、シミュレーションの境界条件も、前述の第1の試験例と同様とした。   In this test example, the shape of the hole was square in plan view, and the length of one side was 2 mm. Moreover, the space | interval between adjacent holes was 2 mm in both the X direction and the Y direction. However, this interval is not the distance between the centers, but the distance between the edges facing each other. As in the first test example described above, the thickness of the perforated plates was 0.5 mm, and the interval between the perforated plates was 0.2 mm. Furthermore, the boundary conditions of the simulation were the same as in the first test example described above.

表1及び図18(a)に示すように、比較例No.1においては、孔あき板に孔をマトリクス状に形成した。即ち、X方向及びY方向に沿って孔を周期的に配列した。孔の配列周期は共に4mmとした。このとき、第1及び第2の配列方向は、X方向及びY方向となる。そして、シャッタ部が開いている状態、即ち、上下孔中心間距離が0である状態を基準として、孔あき板をX方向、即ち、第1の配列方向に2mm移動させた。
また、表1及び図18(b)に示すように、実施例No.2においては、孔あき板に孔を千鳥格子状に形成した。即ち、孔をY方向に沿って4mmの周期で配列し、このY方向に延びる孔の列を、X方向に沿って複数列配置した。そして、隣り合う列間において、孔の配列の位相を相互に半周期分ずらした。このとき、第1の配列方向はY方向となる。そして、シャッタ部が開いている状態を基準として、孔あき板をX方向に2mm移動させた。この移動方向は、第1〜第4のいずれの配列方向にも一致していない。
更に、実施例No.3においては、孔あき板に孔をマトリクス状に形成した。即ち、X方向及びY方向に沿って孔を周期的に配列した。孔の配列周期は共に4mmとした。このとき、第1及び第2の配列方向は、X方向及びY方向となる。そして、シャッタ部が開いている状態を基準として、孔あき板をX方向に2mm、Y方向に2mm移動させた。この移動方向は、第3の配列方向と一致する。
As shown in Table 1 and FIG. In No. 1, holes were formed in a matrix on the perforated plate. That is, the holes were periodically arranged along the X direction and the Y direction. Both hole arrangement periods were 4 mm. At this time, the first and second arrangement directions are the X direction and the Y direction. Then, the perforated plate was moved 2 mm in the X direction, that is, in the first arrangement direction, based on the state in which the shutter portion is open, that is, the state in which the distance between the upper and lower hole centers is 0.
Further, as shown in Table 1 and FIG. In No. 2, holes were formed in a perforated plate in a staggered pattern. That is, the holes were arranged in a cycle of 4 mm along the Y direction, and a plurality of rows of holes extending in the Y direction were arranged along the X direction. Then, the phase of the hole arrangement was shifted by half a cycle between adjacent rows. At this time, the first arrangement direction is the Y direction. Then, the perforated plate was moved 2 mm in the X direction on the basis of the state where the shutter portion was open. This moving direction does not coincide with any of the first to fourth arrangement directions.
Furthermore, Example No. In No. 3, holes were formed in a matrix on the perforated plate. That is, the holes were periodically arranged along the X direction and the Y direction. Both hole arrangement periods were 4 mm. At this time, the first and second arrangement directions are the X direction and the Y direction. Then, the perforated plate was moved 2 mm in the X direction and 2 mm in the Y direction with reference to the state where the shutter portion was open. This movement direction coincides with the third arrangement direction.

シミュレーション結果を図19(a)〜(c)及び図20に示す。図19(a)〜(c)において、領域aは、メタノールの濃度が7.2mol/m以上7.6mol/m未満である領域を示し、領域bは、メタノールの濃度が6.0mol/m以上7.2mol/m未満である領域を示し、領域cは、メタノールの濃度が5.8mol/m以上6.0mol/m未満である領域を示し、領域dは、メタノール濃度が4.6mol/m以上5.8mol/m未満である領域を示し、領域eは、メタノール濃度が4.2mol/m以上4.6mol/m未満である領域を示す。 The simulation results are shown in FIGS. 19 (a) to 19 (c) and FIG. In FIG. 19 (a) ~ (c) , the region a, the concentration of methanol showed an area of less than 7.2 mol / m 3 or more 7.6mol / m 3, region b is the concentration of methanol 6.0mol / M 3 or more and less than 7.2 mol / m 3 is shown, region c is a region where the concentration of methanol is 5.8 mol / m 3 or more and less than 6.0 mol / m 3 , and region d is methanol A region having a concentration of 4.6 mol / m 3 or more and less than 5.8 mol / m 3 is shown, and a region e shows a region having a methanol concentration of 4.2 mol / m 3 or more and less than 4.6 mol / m 3 .

図19(a)〜(c)において、島状の領域aは、下側の孔あき板の開口部の直上域に対応している。また、図示の左側の帯状の領域aは、孔あき板を移動させることによりその下方に孔あき板が配置されなくなったため、メタノールの濃度が高くなった領域である。そして、図19に示す複数の凸部は、上側の孔あき板(図示せず)の内部を示しており、この部分のメタノール濃度が低いほど、メタノールの漏洩が抑制されているといえる。
図19(a)に示すように、比較例No.1においては、図示の最も右側の列に属する4個の凸部は領域dとなっており、それ以外の12個の凸部は領域bとなっている。
これに対して、図19(b)に示すように、実施例No.2においては、図示の最も右側の列に属する4個の凸部は、比較例No.1と同様に領域dとなっているが、それ以外の12個の凸部のうち、3個の凸部には領域cが存在し、そのうち1個の凸部には領域dが存在する。このため、実施例No.2は、比較例No.1と比較してメタノールの漏洩が抑制されているといえる。
また、図19(c)に示すように、実施例No.3においては、図示の最も右側の列に属する4個の凸部のうち1個の凸部は領域eとなっている。また、それ以外の12個の凸部のうち、3個の凸部は領域dとなり、残りの9個の凸部にも領域cが存在している。従って、実施例No.3は、実施例No.2と比べてシャッタ部におけるメタノールの漏洩がより一層抑制されていることがわかる。
19A to 19C, the island-shaped region a corresponds to a region directly above the opening of the lower perforated plate. In addition, the band-like region a on the left side in the drawing is a region where the concentration of methanol is increased because the perforated plate is no longer disposed by moving the perforated plate. And the some convex part shown in FIG. 19 has shown the inside of an upper perforated board (not shown), and it can be said that the leakage of methanol is suppressed, so that the methanol concentration of this part is low.
As shown in FIG. In 1, the four convex portions belonging to the rightmost column in the figure are regions d, and the other 12 convex portions are regions b.
On the other hand, as shown in FIG. In FIG. 2, the four convex portions belonging to the rightmost column in the figure are comparative example Nos. Although it is the area | region d similarly to 1, the area | region c exists in three convex parts among the other 12 convex parts, and the area | region d exists in one convex part among them. For this reason, Example No. 2 is Comparative Example No. Compared to 1, it can be said that methanol leakage is suppressed.
In addition, as shown in FIG. 3, one of the four convex portions belonging to the rightmost column in the figure is an area e. Of the other 12 convex portions, three convex portions are regions d, and the remaining nine convex portions also have a region c. Therefore, Example No. 3 is the same as in Example No. It can be seen that the leakage of methanol in the shutter portion is further suppressed as compared to 2.

また、図20に示すように、実施例No.2は比較例No.1よりもメタノールの出口濃度及び出口流束が低く、実施例No.3は実施例No.2よりもメタノールの出口濃度及び出口流束がより低かった。   Further, as shown in FIG. 2 is Comparative Example No. The outlet concentration and outlet flux of methanol are lower than those in Example 1. 3 is an example No. 3; The outlet concentration and outlet flux of methanol were lower than 2.

このように、実施例No.2及びNo.3は、比較例No.1よりもメタノールの漏洩がより効果的に抑制されていた。また、孔あき板の移動方向を第3の配列方向とした実施例No.3においては、孔あき板の配列方向を第3及び第4の配列方向と一致させなかった実施例No.2よりも、メタノールの漏洩がより効果的に抑制されていた。   Thus, Example No. 2 and no. 3 is Comparative Example No. Methanol leakage was more effectively suppressed than 1. In addition, Example No. 1 in which the moving direction of the perforated plate is the third arrangement direction. In Example 3, the perforated plate arrangement direction was not matched with the third and fourth arrangement directions. Methanol leakage was more effectively suppressed than 2.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池を示す図である。1 is a diagram showing a fuel cell according to a first embodiment of the present invention. 開いた状態にあるシャッタ部を示す平面図である。It is a top view which shows the shutter part in the open state. 閉じた状態にあるシャッタ部を示す平面図である。It is a top view which shows the shutter part in a closed state. 比較例におけるシャッタ部を示す平面図である。It is a top view which shows the shutter part in a comparative example. 本第1の実施形態の変形例に係る燃料電池のシャッタ部を示す平面図である。It is a top view which shows the shutter part of the fuel cell which concerns on the modification of this 1st Embodiment. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池のシャッタ部を示す平面図である。It is a top view which shows the shutter part of the fuel cell which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 孔あき板における孔の位置関係を示すモデル図である。It is a model figure which shows the positional relationship of the hole in a perforated board. 本発明の第3の実施形態に係る燃料電池のシャッタ部を示す平面図である。It is a top view which shows the shutter part of the fuel cell which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 比較例におけるシャッタ部を示す平面図である。It is a top view which shows the shutter part in a comparative example. 本発明の第4の実施形態に係る燃料電池のシャッタ部を示す平面図である。It is a top view which shows the shutter part of the fuel cell which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 試験例1において使用した孔あき板を示す平面図である。3 is a plan view showing a perforated plate used in Test Example 1. FIG. 各孔を示す平面図である。It is a top view which shows each hole. (a)及び(b)は、孔あき板の移動に伴う孔間の位置関係の変化を示す平面図であり、(a)は比較例を示し、(b)は本発明の実施例を示す。(A) And (b) is a top view which shows the change of the positional relationship between the holes accompanying the movement of a perforated board, (a) shows a comparative example, (b) shows the Example of this invention. . 燃料の流通経路を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the distribution route of fuel. その斜視図である。FIG. 横軸に上下孔中心間距離をとり、縦軸に燃料の出口濃度及び出口流束をとって、孔間の距離が燃料の漏洩に及ぼす影響を示すグラフ図である。It is a graph which shows the influence which the distance between holes exerts on the fuel leakage, taking the distance between the center of the upper and lower holes on the horizontal axis and the outlet concentration and outlet flux of the fuel on the vertical axis. 横軸に上下孔中心間距離をとり、縦軸に燃料の出口濃度をとって、孔間の距離が燃料の漏洩に及ぼす影響を示すグラフ図である。It is a graph which shows the influence which the distance between holes has on the fuel leakage by taking the distance between the center of an upper and lower hole on a horizontal axis, and taking the fuel exit concentration on a vertical axis. (a)〜(c)は、試験例2において形成されるメタノールの流通経路を示す斜視図であり、(a)比較例No.1を示し、(b)は実施例No.2を示し、(c)は実施例No.3を示す。(A)-(c) is a perspective view which shows the distribution channel of methanol formed in Test Example 2, (a) Comparative example No. 1 and (b) shows Example No. 2 (c) shows Example No. 3 is shown. (a)〜(c)は、図17に示すメタノールの流通経路の各部分におけるメタノール濃度のシミュレーション結果を示す図であり、(a)は比較例No.1を示し、(b)は実施例No.2を示し、(c)は実施例No.3を示す。(A)-(c) is a figure which shows the simulation result of the methanol density | concentration in each part of the distribution route of methanol shown in FIG. 1 and (b) shows Example No. 2 (c) shows Example No. 3 is shown. 横軸にシミュレート条件をとり、縦軸にメタノールの出口濃度及び出口流束をとって、メタノールの漏洩状態を示すグラフ図である。It is a graph which shows the leakage state of methanol, taking the simulation conditions on the horizontal axis and taking the outlet concentration and outlet flux of methanol on the vertical axis.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池、1a 外縁、2 燃料保持部、3 発電部、4 燃料タンク、5 多孔質体、6 アノード部、7 電解質膜、8 カソード部、11 シャッタ部、12、12a、13、13a、33、43、53、54、61 孔あき板、14、15、45、45a、46a、57、57a、58a、62 孔、16 ガイド、17 移動用部材、21 第1の配列方向、22 第2の配列方向、23 第3の配列方向、24 第4の配列方向、25 方向、34 行方向、35 列方向、36 中間位置、42、56 中心、44 配列ライン、47、55 同心円、48 円周方向、70 流通経路、A、B、B、C、D、D 点、E、E 中心、a、b、c、d、e 領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell, 1a outer edge, 2 Fuel holding part, 3 Power generation part, 4 Fuel tank, 5 Porous body, 6 Anode part, 7 Electrolyte membrane, 8 Cathode part, 11 Shutter part, 12, 12a, 13, 13a, 33 , 43, 53, 54, 61 perforated plate, 14, 15, 45, 45a, 46a, 57, 57a, 58a, 62 hole, 16 guide, 17 moving member, 21 first arrangement direction, 22 second Arrangement direction, 23 third arrangement direction, 24 fourth arrangement direction, 25 direction, 34 row direction, 35 column direction, 36 intermediate position, 42, 56 center, 44 arrangement line, 47, 55 concentric circle, 48 circumferential direction , 70 Distribution channel, A, B, B 1 , C, D, D 1 point, E, E 1 center, a, b, c, d, e area

Claims (9)

燃料を保持する燃料保持部と、
前記燃料保持部から供給された前記燃料を酸素と反応させて電力を生成する発電部と、
前記燃料保持部から前記発電部に供給される前記燃料の量を調節するシャッタ部と、
を備え、
前記シャッタ部は、相互に平行に配置されそれぞれ複数の孔が同じ配置で形成された第1及び第2の孔あき板を有し、
前記第1及び第2の孔あき板のそれぞれにおいて、前記孔は少なくとも2つの方向に沿って周期的に形成されており、
前記複数の孔の配列に周期性が認められる方向のうち、配列周期が最も短い配列方向を第1の配列方向とし、配列周期が2番目に短い配列方向を第2の配列方向とするとき、前記第1の孔あき板は、前記第2の孔あき板に対して、前記第1及び第2の配列方向とは異なる方向に相対的に移動可能であることを特徴とする燃料電池。
A fuel holding section for holding fuel;
A power generation unit that generates electric power by reacting the fuel supplied from the fuel holding unit with oxygen;
A shutter unit for adjusting the amount of the fuel supplied from the fuel holding unit to the power generation unit;
With
The shutter portion includes first and second perforated plates that are arranged in parallel to each other and each has a plurality of holes formed in the same arrangement.
In each of the first and second perforated plates, the holes are periodically formed along at least two directions;
Among the directions in which periodicity is recognized in the arrangement of the plurality of holes, the arrangement direction having the shortest arrangement period is the first arrangement direction, and the arrangement direction having the second shortest arrangement period is the second arrangement direction. The fuel cell according to claim 1, wherein the first perforated plate is movable relative to the second perforated plate in a direction different from the first and second arrangement directions.
前記第1の孔あき板は、前記第2の孔あき板に対して、前記第1の孔あき板の表面に垂直な方向から見て前記第1の孔あき板に形成された第1の前記孔と前記第2の孔あき板に形成された第2の前記孔とが重なる第1の位置と、前記第1の孔と前記第2の孔とが重ならない第2の位置との間を相対的に移動可能であることを特徴とする請求項1記載の燃料電池。   The first perforated plate is formed on the first perforated plate as viewed from a direction perpendicular to the surface of the first perforated plate with respect to the second perforated plate. Between the first position where the hole and the second hole formed in the second perforated plate overlap, and the second position where the first hole and the second hole do not overlap. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell is relatively movable. 前記第2の孔あき板に対する前記第1の孔あき板の相対的な移動の方向は、前記周期性が認められる方向のうち、配列周期が3番目に短い第3の配列方向であり、前記移動の距離は、前記3番目に短い配列周期の半分であることを特徴とする請求項2記載の燃料電池。   The direction of relative movement of the first perforated plate with respect to the second perforated plate is a third arrangement direction having the third shortest arrangement period among the directions in which the periodicity is recognized, The fuel cell according to claim 2, wherein the distance of movement is half of the third shortest arrangement period. 前記第1及び第2の孔あき板のそれぞれにおいて、前記複数の孔がマトリクス状に配列されていることを特徴とする請求項3記載の燃料電池。   4. The fuel cell according to claim 3, wherein the plurality of holes are arranged in a matrix in each of the first and second perforated plates. 前記第1及び第2の孔あき板のそれぞれにおいて、前記複数の孔が千鳥格子状に配列されていることを特徴とする請求項3記載の燃料電池。   4. The fuel cell according to claim 3, wherein the plurality of holes are arranged in a staggered pattern in each of the first and second perforated plates. 前記第1の孔あき板と前記第2の孔あき板とは、相対的に回動可能とされ、
前記第1及び第2の孔あき板のそれぞれにおいて、前記複数の孔は、前記回動の中心軸を中心として放射状に延びる複数本の配列ラインに沿って周期的に配列されており、隣り合う前記配列ラインにおいて、前記孔の配列周期は相互に等しく、位相は半周期ずれていることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池。
The first perforated plate and the second perforated plate are relatively rotatable,
In each of the first and second perforated plates, the plurality of holes are periodically arranged along a plurality of array lines extending radially about the center axis of the rotation, and are adjacent to each other. 3. The fuel cell according to claim 1, wherein, in the array line, the array periods of the holes are equal to each other, and the phase is shifted by a half period.
燃料を保持する燃料保持部と、
前記燃料保持部から供給された前記燃料を酸素と反応させて電力を生成する発電部と、
前記燃料保持部から前記発電部に供給される前記燃料の量を調節するシャッタ部と、
を備え、
前記シャッタ部は、相互に平行に配置されそれぞれ複数の孔が同じ配置で形成された第1及び第2の孔あき板を有し、
前記第1の孔あき板と前記第2の孔あき板とは、相対的に回動可能とされ、
前記第1及び第2の孔あき板のそれぞれにおいて、前記回動の中心軸を中心として放射状に延びる複数本の配列ラインのそれぞれに沿って複数の前記孔が配列され、隣り合う前記配列ラインにおいて、前記中心から前記孔のそれぞれまでの距離が相互に異なることを特徴とする燃料電池。
A fuel holding section for holding fuel;
A power generation unit that generates electric power by reacting the fuel supplied from the fuel holding unit with oxygen;
A shutter unit for adjusting the amount of the fuel supplied from the fuel holding unit to the power generation unit;
With
The shutter portion includes first and second perforated plates that are arranged in parallel to each other and each has a plurality of holes formed in the same arrangement.
The first perforated plate and the second perforated plate are relatively rotatable,
In each of the first and second perforated plates, a plurality of the holes are arrayed along each of a plurality of array lines extending radially around the central axis of the rotation, and in the adjacent array lines The fuel cell is characterized in that the distance from the center to each of the holes is different from each other.
前記第1及び第2の孔あき板のそれぞれにおいて、前記配列ラインのそれぞれに沿った前記孔の間隔は、前記中心の近くで大きく、前記中心から遠くで小さいことを特徴とする請求項7記載の燃料電池。   The distance between the holes along each of the array lines in each of the first and second perforated plates is large near the center and small far from the center. Fuel cell. 前記燃料保持部は、多孔質体を有し、
前記発電部は、前記燃料の分解により水素イオンと電子とを生じさせるアノード部を有し、
前記シャッタ部は、前記多孔質体と前記アノード部とに隣接して設けられたことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載の燃料電池。
The fuel holding part has a porous body,
The power generation unit has an anode unit that generates hydrogen ions and electrons by decomposition of the fuel,
The fuel cell according to claim 1, wherein the shutter portion is provided adjacent to the porous body and the anode portion.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009013863A1 (en) * 2007-07-23 2009-01-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Fuel cell

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