JP2007214055A

JP2007214055A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2007214055A
Application number: JP2006034491A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Suda; 吉久須田; Koji Nishimura; 浩二西村; Noboru Kanba; 昇神庭; Toshifumi Kamiya; 俊史神谷
Original assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2007-08-23

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell for efficiently supplying liquid fuel to a power generation cell in a passive fuel cell. <P>SOLUTION: The fuel cell A is provided with a fuel storage body 20 for storing the liquid fuel, the power generation cell 30 applying the liquid fuel for power generation, and a fuel supplying member 40 having a continuous flow path 41 extending from the fuel storing body 20 to the power generation cell 30. The flow path 41 of the fuel supplying member 40 being a flow path having a cross section with a bottom has a capillary force for inducing the liquid fuel. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、液体燃料を使用する燃料電池に関し、更に詳しくは、所謂、パッシブ型の燃料電池における液体燃料を発電セルに効率よく供給することができる燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell that uses liquid fuel, and more particularly to a fuel cell that can efficiently supply liquid fuel in a so-called passive fuel cell to a power generation cell.

一般に、燃料電池は、空気電極層、電解質層及び燃料電極層が積層された燃料電池セルと、燃料電極層に還元剤としての燃料を供給するための燃料供給部と、空気電極層に酸化剤としての空気を供給するための空気供給部とからなり、燃料と空気中の酸素とによって燃料電池内で電気化学反応を生じさせ、外部に電力を得るようにした電池であり種々の形式のものが開発されている。 In general, a fuel cell includes a fuel cell in which an air electrode layer, an electrolyte layer, and a fuel electrode layer are stacked, a fuel supply unit for supplying fuel as a reducing agent to the fuel electrode layer, and an oxidant for the air electrode layer. As an air supply unit for supplying air as a battery, an electrochemical reaction is generated in the fuel cell by the fuel and oxygen in the air, and electric power is obtained outside. Has been developed.

近年、環境問題や省エネルギーに対する意識の高まりにより、クリーンなエネルギー源としての燃料電池を、各種用途に用いることが検討されており、特に、メタノールと水を含む液体燃料を直接供給するだけで発電できる燃料電池が注目されてきている（例えば、特許文献１〜３参照）。
これらの中でも、液体燃料の供給に毛管力を利用した各液体燃料電池等が知られている（例えば、特許文献４及び５参照）。
これらの各特許文献に記載される液体燃料電池、所謂、パッシブ型燃料電池は、発電セルに燃料を毛管力によって供給する方式であるため、燃料供給用のポンプやバルブ等を設ける必要が無く、発電機の小型化が期待できる燃料供給方式である。
本願出願人は、液体燃料、及び、発電セルを通過した排燃料の輸送に、多孔体及び／又は繊維束体（ウィッキング材）の毛管力を利用した燃料電池用の液体燃料輸送方法等について具体的な例示を行っている（例えば、特許文献６〜１１参照）。 In recent years, due to increasing awareness of environmental issues and energy conservation, the use of fuel cells as clean energy sources for various applications has been studied. In particular, power can be generated simply by supplying liquid fuel containing methanol and water directly. Fuel cells have attracted attention (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
Among these, each liquid fuel cell etc. which utilized capillary force for supply of liquid fuel are known (for example, refer to patent documents 4 and 5).
The liquid fuel cell described in each of these patent documents, so-called passive fuel cell, is a method of supplying fuel to the power generation cell by capillary force, so there is no need to provide a pump or valve for fuel supply, This is a fuel supply system that can be expected to reduce the size of the generator.
The applicant of the present application relates to a liquid fuel transportation method for a fuel cell and the like that utilizes the capillary force of a porous body and / or a fiber bundle (wicking material) for transportation of liquid fuel and exhaust fuel that has passed through a power generation cell. Specific examples are given (see, for example, Patent Documents 6 to 11).

このようなパッシブ型燃料電池の燃料を供給する部材には、布、不織布、粒子焼結体、繊維束、発泡スポンジ等の多孔質体からなるウィッキング材を用いることが一般的である。これらの材料は、気孔率と孔径を調節することで毛管力を変化させることができるものであるが、流路が狭く、複雑に入り組んでいるため、送液の抵抗となり、圧損が生じ、燃料の輸送速度が低いという点に課題がある。 Generally, a wicking material made of a porous material such as a cloth, a nonwoven fabric, a particle sintered body, a fiber bundle, or a foamed sponge is used as a member for supplying the fuel of such a passive fuel cell. These materials can change the capillary force by adjusting the porosity and the pore diameter, but the flow path is narrow and complicated, so it becomes resistance to liquid feeding, causing pressure loss, fuel loss There is a problem in that the transportation speed of is low.

また、燃料電池の発電出力が高まると、消費される燃料の量も多くなるため、より燃料輸送速度が高い材料が必要であった。ウィッキング材の厚みを増やすことで、燃料輸送量を高めることができ、燃料輸送速度が高まるが、例えば、初回使用時等、ウィッキング材に燃料が無い状態では、より多くの燃料をウィッキング材に供給しなければ、発電セル全体に燃料を供給できないという点に課題がある。 Further, when the power generation output of the fuel cell is increased, the amount of fuel consumed is increased, so that a material having a higher fuel transportation speed is required. By increasing the thickness of the wicking material, the amount of fuel transport can be increased and the fuel transport speed can be increased. For example, when there is no fuel in the wicking material, for example, during the first use, more fuel is wicked. There is a problem in that fuel cannot be supplied to the entire power generation cell unless it is supplied to the material.

更には、上記のようなウィッキング材を用いた燃料電池においては、製造に際して、ウィッキング材を配置させる工程が必要となり、ウィッキング材そのものに関する材料費が必要となる。
このようにウィッキング材を用いた燃料電池は、製造コストについての不利な条件も予想される。
特開平５−２５８７６０号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開平５−３０７９７０号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開２００１−３１３０４７号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開平６−１８８００８号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開２００１−９３５５１号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開２００４−６３２００号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開２００５−２１６８１７号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開２００５−２１６８１８号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開２００５−２１６８１９号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開２００５−２１６８２０号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開２００５−２１６８２１号公報（特許請求の範囲、実施例等） Furthermore, in the fuel cell using the wicking material as described above, a process of arranging the wicking material is necessary in manufacturing, and a material cost relating to the wicking material itself is required.
As described above, the fuel cell using the wicking material is also expected to have a disadvantageous manufacturing cost.
JP-A-5-258760 (Claims, Examples, etc.) JP-A-5-307970 (Claims, Examples, etc.) JP 2001-313047 A (Claims, Examples, etc.) JP-A-6-188008 (Claims, Examples, etc.) JP 2001-93551 A (Claims, Examples, etc.) JP-A-2004-63200 (Claims, Examples, etc.) JP-A-2005-216817 (Claims, Examples, etc.) Japanese Patent Laying-Open No. 2005-216818 (Claims, Examples, etc.) Japanese Patent Laying-Open No. 2005-216819 (Claims, Examples, etc.) Japanese Patent Laying-Open No. 2005-216820 (Claims, Examples, etc.) JP-A-2005-216821 (Claims, Examples, etc.)

本発明は、上記従来のパッシブ型の燃料電池における液体燃料供給システムにおける課題及び現状に鑑み、これを解消するためになされたものであり、液体燃料をカートリッジの向きによらず液体燃料を供給できる、パッシブ型燃料電池における液体燃料供給システムにおいて、ウィッキング材を用いず、毛管力により、効率的な液体燃料の供給、並びに、液体燃料や発電に供された排燃料を効率よく回収することができる流路を有する燃料供給体等を用いたパッシブ型の燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the problems and the present situation of the liquid fuel supply system in the conventional passive fuel cell, and can supply the liquid fuel regardless of the orientation of the cartridge. In a liquid fuel supply system in a passive fuel cell, an efficient supply of liquid fuel and efficient recovery of liquid fuel and exhausted fuel used for power generation can be achieved by capillary force without using a wicking material. It is an object of the present invention to provide a passive fuel cell using a fuel supply body having a flow path that can be formed.

本発明者らは、上記従来の課題等について、鋭意検討した結果、液体燃料を貯留する燃料貯留体と、該液体燃料を発電に供する発電セルと、前記燃料貯留体から前記発電セルへ連続した流路を有する燃料供給体とを備えた燃料電池において、前記燃料供給体により燃料電池の液体燃料を供給する構造を特定構造とするパッシブ型の燃料電池とすることにより、上記目的の燃料電池が得られることに成功し、本発明を完成するに至ったのである。 As a result of earnest studies on the above-described conventional problems and the like, the present inventors have continued from the fuel storage body that stores liquid fuel, the power generation cell that supplies the liquid fuel for power generation, and the fuel storage body to the power generation cell. In the fuel cell comprising a fuel supply body having a flow path, a passive fuel cell having a specific structure for supplying the liquid fuel of the fuel cell by the fuel supply body is provided. It succeeded in being obtained and came to complete this invention.

すなわち、本発明は、次の（１）〜（１１）に存する。
（１）液体燃料を貯留する燃料貯留体と、前記液体燃料を発電に供する発電セルと、前記燃料貯留体から発電セルへ連続した流路を有する燃料供給体とを備えた燃料電池であって、前記燃料供給体の流路は、有底の断面形状の流路であって、前記液体燃料を誘導し得る毛管力を有する流路を備えてなることを特徴とする燃料電池。
（２）前記燃料供給体の流路において、有底の断面形状の流路の断面線長をＬ１、有底の断面形状の流路部分の断面積をｓ１、液体燃料の比重をρ１、液体燃料の表面張力をγ１、液体燃料と流路表面との接触角をθ１、重力加速度をｇとした場合、前記燃料供給体の流路の長さｈ１が下記式（Ｉ）で表される範囲の流路を備えてなる上記（１）に記載の燃料電池。
ｈ１≦（Ｌ１×γ１×ｃｏｓθ１）／（ｓ１×ρ１×ｇ） ………（Ｉ）
（３）前記発電セルから、燃料電池の外部、あるいは、発電に供された後の廃燃料を貯留する廃燃料貯留体へ、連続した流路を有する廃燃料排出体を更に備えた燃料電池であって、前記廃燃料排出体の流路は、有底の断面形状の流路であって、前記排燃料を誘導し得る毛管力を有する流路を備えてなる上記（１）記載の燃料電池。
（４）前記有底の断面形状の流路の断面線長をＬ２、前記有底の断面形状の流路部分の断面積をｓ２、前記廃燃料の比重をρ２、前記廃燃料の表面張力をγ２、前記廃燃料と前記流路表面との接触角をθ２、重力加速度をｇとした場合、前記廃燃料排出体の流路の長さｈ２が下記式（II）で表される範囲の流路を備えてなる上記（１）に記載の燃料電池。
ｈ２≦（Ｌ２×γ２×ｃｏｓθ２）／（ｓ２×ρ２×ｇ） ………（II）
（５）前記流路の断面形状が、長方形の一辺を欠いた形状の有底の断面形状の流路である上記（１）〜（４）の何れか一つに記載の燃料電池。
（６）前記長方形の一辺の長さをａ、前記欠いた一辺の長さをｂ、前記燃料の比重をρ１、前記燃料の表面張力をγ１、前記燃料と前記流路表面との接触角をθ１、重力加速度をｇとした場合、前記流路の長さｈ１が下記式（III）で表される範囲の流路を備えてなる上記（５）に記載の燃料電池。
ｈ１≦〔（２ａ＋ｂ）×γ１×ｃｏｓθ１〕／（ａ×ｂ×ρ１×ｇ）…（III）
（７）前記流路の一部が、管状である上記（１）〜（６）の何れか一つに記載の燃料電池。
（８）前記流路表面を親水化処理してなる、上記（１）〜（７）の何れか一つに記載の燃料電池。
（９）前記親水化処理がプラズマ処理、オゾン処理、フレーム処理、レーザー処理の何れか一つから選ばれる上記（８）に記載の燃料電池。
（１０）前記燃料供給体のうち、前記流路表面以外の部分を撥水処理してなる、上記（１）〜（９）の何れか一つに記載の燃料電池。
（１１）前記燃料供給体が有機高分子樹脂、炭素材料から選ばれる素材から構成される上記（１）〜（１０）の何れか一つに記載の燃料電池。 That is, this invention exists in following (1)-(11).
(1) A fuel cell comprising a fuel reservoir that stores liquid fuel, a power generation cell that uses the liquid fuel for power generation, and a fuel supply body that has a continuous flow path from the fuel reservoir to the power generation cell. The fuel supply channel is a flow channel having a bottomed cross-sectional shape and having a capillary force capable of guiding the liquid fuel.
(2) In the flow path of the fuel supply body, the cross-sectional line length of the flow path having the bottomed cross-sectional shape is L1, the cross-sectional area of the flow path portion of the bottomed cross-sectional shape is s1, the specific gravity of the liquid fuel is ρ1, and the liquid When the fuel surface tension is γ1, the contact angle between the liquid fuel and the flow path surface is θ1, and the gravitational acceleration is g, the flow path length h1 of the fuel supply body is represented by the following formula (I). The fuel cell according to (1), comprising the flow path.
h1 ≦ (L1 × γ1 × cos θ1) / (s1 × ρ1 × g) (I)
(3) A fuel cell further comprising a waste fuel discharger having a continuous flow path from the power generation cell to the outside of the fuel cell or to a waste fuel reservoir for storing waste fuel after being used for power generation. The fuel cell according to (1), wherein the flow path of the waste fuel discharger is a flow path having a bottomed cross-sectional shape and having a capillary force capable of guiding the exhaust fuel. .
(4) The cross-sectional line length of the bottomed cross-sectional channel is L2, the cross-sectional area of the bottomed cross-sectional channel is s2, the specific gravity of the waste fuel is ρ2, and the surface tension of the waste fuel is When γ2, the contact angle between the waste fuel and the flow path surface is θ2, and the gravitational acceleration is g, the flow path length h2 of the waste fuel discharger is in the range represented by the following formula (II). The fuel cell according to (1) above, comprising a path.
h2 ≦ (L2 × γ2 × cos θ2) / (s2 × ρ2 × g) (II)
(5) The fuel cell according to any one of (1) to (4), wherein the cross-sectional shape of the flow channel is a flow channel having a bottomed cross-sectional shape that lacks one side of a rectangle.
(6) The length of one side of the rectangle is a, the length of the missing side is b, the specific gravity of the fuel is ρ1, the surface tension of the fuel is γ1, and the contact angle between the fuel and the flow path surface is The fuel cell according to (5), wherein the flow path length h1 includes a flow path in a range represented by the following formula (III), where θ1 and gravitational acceleration are g.
h1 ≦ [(2a + b) × γ1 × cos θ1] / (a × b × ρ1 × g) (III)
(7) The fuel cell according to any one of (1) to (6), wherein a part of the channel is tubular.
(8) The fuel cell according to any one of (1) to (7), wherein the flow path surface is subjected to a hydrophilic treatment.
(9) The fuel cell according to (8), wherein the hydrophilization treatment is selected from any one of plasma treatment, ozone treatment, flame treatment, and laser treatment.
(10) The fuel cell according to any one of (1) to (9), wherein a portion of the fuel supply body other than the flow path surface is subjected to water repellent treatment.
(11) The fuel cell according to any one of (1) to (10), wherein the fuel supply body is made of a material selected from an organic polymer resin and a carbon material.

本発明によれば、燃料電池の向きに関らず液体燃料を流通させることができると共に、多孔体あるいは繊維束体などのウィッキング材からなる流路と比較して、極めて早く液体燃料を効率よく流通させることができ、更に、ウィッキング材を配置することを省略することができる、安価で燃料電池の起動時間が早いパッシブ型の燃料電池が提供される。 According to the present invention, the liquid fuel can be circulated regardless of the direction of the fuel cell, and the liquid fuel can be efficiently used more quickly than a flow path made of a wicking material such as a porous body or a fiber bundle. There is provided a passive type fuel cell that can be distributed well and that can omit the arrangement of a wicking material and that is inexpensive and has a fast start-up time.

以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら、詳しく説明する。
図１及び図２は、本発明の実施形態の一例となる燃料電池Ａを示すものであり、図１（ａ）は、燃料電池の内部を透視態様で示す斜視図、（ｂ）は燃料電池の外観を示す斜視図、図２（ａ）は、本発明の燃料電池における燃料供給体の基本形態の平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線での横断面図である。
本実施形態の燃料電池Ａは、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、ケース部材１０内に液体燃料を貯留するカートリッジ型の燃料貯留体２０と、前記液体燃料を発電に供する発電セル３０と、前記燃料貯留体２０から前記発電セル３０へ連続した流路を有する燃料供給体４０とを備えたものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 and 2 show a fuel cell A as an example of an embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a perspective view showing the inside of the fuel cell in a transparent manner, and FIG. 1 (b) is a fuel cell. FIG. 2A is a plan view of a basic form of a fuel supply body in the fuel cell of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line bb in FIG.
As shown in FIGS. 1A and 1B, the fuel cell A of the present embodiment includes a cartridge-type fuel storage body 20 that stores liquid fuel in a case member 10, and power generation that uses the liquid fuel for power generation. A cell 30 and a fuel supply body 40 having a continuous flow path from the fuel reservoir 20 to the power generation cell 30 are provided.

ケース部材１０は、上面開口のケース本体１１と、燃料貯留体２０を挿入するための挿入口１２及び空気取り入れ口となるメッシュ部１３を有する蓋部１４とから構成されている。上記ケース本体１１と蓋部１４とは、蓋部１４の四隅部に取り付けられる連結部材１５により連結自在となっている。また、ケース部材１０には、発電セル３０で発電された電流を取り出すための電流取り出しリード線部１６，１６が取り付けられている。 The case member 10 includes a case main body 11 having an upper surface opening, and an lid 12 having an insertion port 12 for inserting the fuel reservoir 20 and a mesh portion 13 serving as an air intake port. The case main body 11 and the lid portion 14 are freely connectable by connecting members 15 attached to the four corners of the lid portion 14. The case member 10 is provided with current extraction lead portions 16 and 16 for extracting current generated by the power generation cell 30.

燃料貯留体２０は、燃料カートリッジ型となっており、ケース部材１０の挿入口１２を介してケース部材１０に取り付け自在となっている。この燃料貯留体２０は、カートリッジ内の液体燃料を平板状の燃料供給体４０を介して平板状の発電セル３０に供給して発電するために用いられるものであり、例えば、液体燃料を吸蔵する毛管力を付与した繊維束体をシート体で被覆した液体燃料貯蔵部２１を有し、該液体燃料貯蔵部２１の一方の端面に設けた燃料誘導部２２を介して燃料供給体４０の流路４１に液体燃料を供給する構成となっている。 The fuel reservoir 20 is of a fuel cartridge type and can be attached to the case member 10 via the insertion port 12 of the case member 10. The fuel storage body 20 is used to generate power by supplying the liquid fuel in the cartridge to the flat power generation cell 30 via the flat fuel supply body 40. For example, the fuel storage body 20 stores liquid fuel. It has a liquid fuel storage section 21 in which a fiber bundle to which a capillary force is applied is covered with a sheet body, and a flow path of the fuel supply body 40 via a fuel guide section 22 provided on one end face of the liquid fuel storage section 21 41 is configured to supply liquid fuel.

液体燃料貯蔵部２１の繊維束体は、繊維を収束させることで毛管力を付与したものであり、液体燃料を吸蔵するものである。用いることができる繊維としては、例えば、天然繊維、獣毛繊維、ポリアセタール系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリフェニレン系樹脂などの１種又は２種以上の組合せからなる繊維が挙げられる。
シート状多孔体は、上記繊維束体を束状態に保持して液体燃料貯蔵部２１に構成し、その液体燃料貯蔵部２１の端面から液体燃料を排出させるために用いるものである。
また、用いることがシート体としては、繊維束体を樹脂フィルムや溶融樹脂コートで束状態に保持し、液体燃料貯蔵部２１の端面の燃料誘導部２２以外から液体燃料が漏れない構造となるものであればよい。
更に、燃料誘導部２２は、上記液体燃料貯蔵部２１と同様の繊維束体等から構成されるものであり、液体燃料貯蔵部２１に吸蔵される液体燃料を燃料供給体４０の流路４１に効率よく供給させる機能を有するものである。 The fiber bundle of the liquid fuel storage unit 21 is provided with capillary force by converging the fibers, and occludes liquid fuel. Examples of fibers that can be used include natural fibers, animal hair fibers, polyacetal resins, acrylic resins, polyester resins, polyamide resins, polyurethane resins, polyolefin resins, polyvinyl resins, polycarbonate resins, and polyresins. Examples thereof include fibers made of one type or a combination of two or more types such as ether resins and polyphenylene resins.
The sheet-like porous body is configured to hold the fiber bundle in a bundled state to form the liquid fuel storage unit 21 and to discharge the liquid fuel from the end face of the liquid fuel storage unit 21.
In addition, as a sheet body to be used, the fiber bundle is held in a bundle state with a resin film or a molten resin coat, and the liquid fuel does not leak from other than the fuel guide portion 22 on the end face of the liquid fuel storage portion 21. If it is.
Further, the fuel guiding part 22 is composed of a fiber bundle or the like similar to the liquid fuel storage part 21, and the liquid fuel stored in the liquid fuel storage part 21 is supplied to the flow path 41 of the fuel supply body 40. It has a function of supplying efficiently.

液体燃料貯蔵部２１は、上述の液体燃料を吸蔵する毛管力を付与した繊維束体をシート体で被覆（内包）したものであり、その一方の端面から液体燃料を排出できる構成となるものである。
液体燃料貯蔵部２１における液体燃料の吸蔵量は、繊維束の種類、燃料電池の構造、燃料極の構造、発電時間等により変動するが、例えば、０．５〜７０ｍｌとすることができる。 The liquid fuel storage unit 21 is configured by covering (including) a fiber bundle with a capillary force that occludes the above-described liquid fuel with a sheet body, and the liquid fuel can be discharged from one end face thereof. is there.
The occlusion amount of the liquid fuel in the liquid fuel storage unit 21 varies depending on the type of the fiber bundle, the structure of the fuel cell, the structure of the fuel electrode, the power generation time, etc., but can be 0.5 to 70 ml, for example.

上記燃料貯留体２０の液体燃料貯蔵部２１に吸蔵せしめる液体燃料としては、メタノールと水とからなるメタノール水溶液が挙げられるが、後述する発電セルの燃料電極体において燃料として供給された化合物から効率良く水素イオン（Ｈ⁺）と電子（ｅ^-）が得られるものであれば、液体燃料は特に限定されず、燃料電極体の構造などにもよるが、メタノール水溶液の他に、例えば、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、エタノール水溶液、ギ酸、ヒドラジン、アンモニア液、エチレングリコール、水素化ホウ素ナトリウム水溶液などの液体燃料も用いることができる。
また、これらの液体燃料の濃度は、燃料電池の構造、特性等により種々の濃度の液体燃料を用いることができ、例えば、１〜１００％濃度の液体燃料を用いることができる。 Examples of the liquid fuel to be stored in the liquid fuel storage unit 21 of the fuel storage body 20 include an aqueous methanol solution composed of methanol and water. The liquid fuel can be efficiently used from a compound supplied as fuel in the fuel electrode body of the power generation cell described later. As long as hydrogen ions (H ⁺ ) and electrons (e ⁻ ) can be obtained, the liquid fuel is not particularly limited and depends on the structure of the fuel electrode body, but in addition to the methanol aqueous solution, for example, dimethyl ether (DME) ), Liquid fuel such as ethanol aqueous solution, formic acid, hydrazine, ammonia solution, ethylene glycol, sodium borohydride aqueous solution and the like can also be used.
Moreover, the liquid fuel of various density | concentrations can be used for the density | concentration of these liquid fuels by the structure of a fuel cell, a characteristic, etc. For example, the liquid fuel of 1-100% density | concentration can be used.

用いる発電セル３０は、後述する燃料供給体４０上に配置されるものであり、下面側から燃料極、電解質膜、空気極が順次積層されたものである。燃料極（燃料電極体）は、毛管力を付与した平板状の燃料極であり、平板状の燃料供給体４０の液体燃料を吸い上げる多孔質構造となるものであれば良く、例えば、三次元網目構造若しくは点焼結構造よりなり、アモルファス炭素と炭素粉末とで構成される炭素複合成形体、等方性高密度炭素成形体、炭素繊維抄紙成形体、活性炭素成形体などを用いることができる。また、この燃料極の外表面部には、白金−ルテニウム（Ｐｔ−Ｒｕ）触媒、イリジウム−ルテニウム（Ｉｒ−Ｒｕ）触媒、白金−スズ（Ｐｔ−Ｓｎ）触媒などが当該金属イオンや金属錯体などの金属微粒子前駆体を含んだ溶液を含浸や浸漬処理後還元処理する方法や金属微粒子の電析法などにより形成されている。 The power generation cell 30 to be used is disposed on a fuel supply body 40 which will be described later, and a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode are sequentially stacked from the lower surface side. The fuel electrode (fuel electrode body) is a flat plate-like fuel electrode to which capillary force is applied, and may have a porous structure that sucks up the liquid fuel of the flat plate fuel supply body 40. For example, a three-dimensional mesh A carbon composite molded body composed of amorphous carbon and carbon powder, an isotropic high-density carbon molded body, a carbon fiber papermaking molded body, an activated carbon molded body, or the like can be used. In addition, a platinum-ruthenium (Pt-Ru) catalyst, an iridium-ruthenium (Ir-Ru) catalyst, a platinum-tin (Pt-Sn) catalyst, etc. are present on the outer surface portion of the fuel electrode. It is formed by a method of impregnating or dipping a solution containing the metal fine particle precursor and a reduction treatment after the immersion treatment, an electrodeposition method of metal fine particles, or the like.

電解質膜としては、プロトン伝導性又は水酸化物イオン伝導性を有するイオン交換膜、例えば、ナフィオン（Nafion、Du pont社製）を初めとするフッ素系イオン交換膜が挙げられる他、耐熱性、メタノールクロスオーバーの抑制が良好なもの、例えば、無機化合物をプロトン伝導材料とし、ポリマーを膜材料としたコンポジット（複合）膜、具体的には、無機化合物としてゼオライトを用い、ポリマーとしてスチレン−ブタジエン系ラバーからなる複合膜、炭化水素系グラフト膜などが挙げられる。
また、空気極としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等を上述の金属微粒子前駆体を含んだ溶液等を用いた方法で担持させた多孔質構造からなる炭素多孔体が挙げられる。 Examples of the electrolyte membrane include ion exchange membranes having proton conductivity or hydroxide ion conductivity, such as fluorine ion exchange membranes such as Nafion (manufactured by Du Pont), heat resistance, methanol Good crossover suppression, for example, a composite membrane using an inorganic compound as a proton conducting material and a polymer as a membrane material, specifically, using a zeolite as the inorganic compound and a styrene-butadiene rubber as the polymer And composite membranes made of these, hydrocarbon-based graft membranes, and the like.
Further, as the air electrode, a porous carbon body having a porous structure in which platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh) or the like is supported by a method using a solution containing the above-mentioned metal fine particle precursor or the like. Is mentioned.

本実施形態の燃料供給体４０は、前記燃料貯留体２０から各発電セル３０へ連続した流路４１を有するものであり、該流路４１は、有底の断面形状となるスリット溝からなる流路であって、該流路４１は液体燃料を誘導し得る毛管力を有する構造となっている。具体的には、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、燃料供給体４０には、８本の流路４１を有し、夫々、起点流路４１ａ、長方形渦巻き状とした渦巻き流路４１ｂとを有するものであり、更に、廃燃料排出流路４１ｃ、終点流路４１ｄを有する廃燃料排出体４２を一体に備えたものであり、渦巻き流路４１ｂ以外は、角部を有する直線状の流路となっている。この燃料供給体４０は、前記燃料貯留体２０から各発電セル３０へ連続した流路４１となる起点流路４１ａ、長方形渦巻き状とした渦巻き流路４１ｂを有すると共に、前記発電セル３０から、発電に供された後の廃燃料を排出する連続した流路である廃燃料排出流路４１ｃ、終点流路４１ｄを有する廃燃料排出体４２が連続した構成となっている。
この各流路４１は、起点流路４１ａより始められており、前記燃料供給体４０の起点流路４１ａは、その端部で切り欠かれていない構成となっている。また、各終点流路４１ｄにおいても行き止まりとなっており、切り欠かれていない構成となっている。本実施形態の流路４１の長方形渦巻き状とした各渦巻き流路４１ｂ上には、前記発電セル３０が夫々配置され、前記流路４１から発電セル３０の燃料極側へ液体燃料を供給することができる構成となっている。前記長方形状の渦巻き流路４１ｂ部分には、長方形の発電セル３０に合わせ、長方形渦巻き状としたが、前記発電セル３０の形状と同じくすることが好ましく、発電セル３０の形状に合わせ適宜設定することが望ましい。 The fuel supply body 40 of the present embodiment has a flow path 41 continuous from the fuel reservoir 20 to each power generation cell 30, and the flow path 41 is a flow made of a slit groove having a bottomed cross-sectional shape. The flow path 41 has a structure having a capillary force capable of guiding the liquid fuel. Specifically, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the fuel supply body 40 has eight flow paths 41, and the starting flow path 41a and the spiral flow in a rectangular spiral shape, respectively. A waste fuel discharge passage 42 having a waste fuel discharge passage 41c and an end point passage 41d, and a straight line having corners other than the spiral passage 41b. It is a flow path. The fuel supply body 40 includes a starting flow path 41a that becomes a flow path 41 continuous from the fuel storage body 20 to each power generation cell 30, and a spiral flow path 41b having a rectangular spiral shape. The waste fuel discharge body 42 which has the waste fuel discharge flow path 41c and the end point flow path 41d which are the continuous flow paths which discharge | emit the waste fuel after having been provided to has become the structure continuous.
Each of the flow paths 41 is started from a starting flow path 41a, and the starting flow path 41a of the fuel supply body 40 is not cut off at the end thereof. Further, each end flow path 41d is also a dead end and is not cut out. The power generation cells 30 are respectively disposed on the spiral spiral flow paths 41b of the flow paths 41 of the present embodiment, and liquid fuel is supplied from the flow paths 41 to the fuel electrode side of the power generation cells 30. It has a configuration that can. The rectangular spiral flow passage 41b has a rectangular spiral shape in accordance with the rectangular power generation cell 30, but preferably has the same shape as the power generation cell 30 and is appropriately set according to the shape of the power generation cell 30. It is desirable.

前記流路４１の渦巻き流路４１ｂから、液体燃料を燃料極に移動させるために、発電セル３０と渦巻き流路４１ｂとの間に毛管力を有する多孔体を設置することが好ましく、これにより、発電セル３０全面へ燃料の供給を更に効率的に供給することができる。前記多孔体の例として、カーボンペーパーなどの材料を設けることができるが、燃料極表面まで連続するスリット溝を設けてもよい。
前記燃料供給体４０を構成する基板材料としては、流通させる液体燃料に浸食されず、液体燃料が浸透しない緻密体である材料であれば、特に限定されず、いろいろなものが使用できる。例えば、有機高分子樹脂（熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂など）、各種炭素材料、金属、ガラス、木材、岩石、セメント、粘土およびその焼成物などが挙げられるが、加工のしやすさ、扱いやすさなどの点から有機高分子樹脂（熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂など）、各種炭素材料、金属が好ましい。
前記炭素材料の素材としては、例えば、ガラス状炭素、等方性炭素材、黒鉛粉末〔高配向性熱分解黒鉛（ＨＯＰＧ）、キッシュ黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛、フラーレンを含む〕、炭素繊維〔気相成長炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維、黒鉛繊維を含む〕、カーボンナノチューブ、膨張黒鉛シート等が挙げられる。また、これらの材料を適宜組み合わせて構成してもよいものである。 In order to move the liquid fuel from the spiral flow path 41b of the flow path 41 to the fuel electrode, it is preferable to install a porous body having a capillary force between the power generation cell 30 and the spiral flow path 41b. Fuel can be supplied more efficiently to the entire surface of the power generation cell 30. As an example of the porous body, a material such as carbon paper can be provided, but a slit groove continuous to the surface of the fuel electrode may be provided.
The substrate material constituting the fuel supply body 40 is not particularly limited as long as it is a material that is not eroded by the liquid fuel to be circulated and does not penetrate the liquid fuel, and various materials can be used. Examples include organic polymer resins (thermoplastic resins, thermosetting resins, etc.), various carbon materials, metals, glass, wood, rocks, cement, clay, and fired products thereof. From the standpoint of ease, organic polymer resins (such as thermoplastic resins and thermosetting resins), various carbon materials, and metals are preferable.
Examples of the material of the carbon material include glassy carbon, isotropic carbon material, graphite powder [including highly oriented pyrolytic graphite (HOPG), quiche graphite, natural graphite, artificial graphite, fullerene], carbon fiber [ Vapor-grown carbon fibers, PAN-based carbon fibers, and graphite fibers], carbon nanotubes, expanded graphite sheets, and the like. Moreover, you may comprise combining these materials suitably.

前記各流路４１の毛管力は、始点流路４１ａから終点流路４１ｄに向かうにつれ、大きくなるように設定することで、液体燃料の流れを始点流路４１ａから終点流路４１ｄの方向へ流れるようにすることができる。本実施形態の場合、流路の断面線長Ｌを４１ａ＞４１ｂ＞４１ｃ＞４１ｄと徐々に小さくするように成形させることによって、毛管力を始点流路４１ａ部分から終点流路４１ｄ部分へ大きくなるように成形したものである。本発明において、「流路４１の断面線長Ｌ」とは、前記燃料供給体４０を流路４１に直角な断面図、例えば、図２（ｂ）の場合、流路を構成する壁面、底面と前記断面との交線の長さを合計したものである。 The capillary force of each flow path 41 is set so as to increase as it goes from the start flow path 41a to the end flow path 41d, so that the liquid fuel flows from the start flow path 41a to the end flow path 41d. Can be. In the case of the present embodiment, the capillary force is increased from the start-point flow path 41a portion to the end-point flow path 41d portion by forming the cross-sectional line length L of the flow path so as to be gradually reduced to 41a> 41b> 41c> 41d. It is formed as follows. In the present invention, the “cross-sectional line length L of the flow path 41” is a cross-sectional view of the fuel supply body 40 perpendicular to the flow path 41. For example, in the case of FIG. And the length of the line of intersection with the cross section.

この流路４１の断面形状としては、図２（ｂ）に図示したような長方形の一辺を欠いた「コの字」型はもちろんのこと、「Ｕ字型」、「Ｖ字型」、台形の一辺を欠いた形状など、毛管力を有する「有底の形状」であれば何ら制限されるものではない。 As a cross-sectional shape of the flow path 41, “U-shape”, “V-shape”, trapezoidal shape as well as “U-shape” lacking one side of the rectangle as shown in FIG. There is no limitation as long as it is a “bottomed shape” having a capillary force, such as a shape lacking one side.

本実施形態では、流路４１の毛管力を流路の断面線長Ｌによって制御しているが、毛管力を流路壁面の液体燃料に対する濡れ性（接触角：θ）などを適宜設定して制御することもできる。実際の流路の設計においては、これらの制御方法を適宜組合せながら、毛管力を制御することができる。
例えば、液体燃料の流れの「上流」の流路（即ち始点流路４１ａ近傍）に撥水処理を施し、「下流」の流路（即ち終点流路４１ｄ近傍）に親水化処理を施すことなどによって、適宜液体燃料の流れを制御することができる。
流路４１内及び燃料供給体４０表面は、上記したような理由に応じて、親水化処理、撥水処理を施すことができる。流路４１内部へ親水化処理を施すことで、流路４１の毛管力を高め、燃料輸送速度を更に高めることができる。 In this embodiment, the capillary force of the flow path 41 is controlled by the cross-sectional line length L of the flow path, but the capillary force is appropriately set by setting wettability (contact angle: θ) to the liquid fuel on the flow path wall surface. It can also be controlled. In designing the actual flow path, the capillary force can be controlled while appropriately combining these control methods.
For example, a water repellent process is performed on the “upstream” flow path (that is, in the vicinity of the start-point flow path 41a) of the liquid fuel flow, and a hydrophilization process is performed on the “downstream” flow path (that is, in the vicinity of the end-point flow path 41d). Thus, the flow of the liquid fuel can be appropriately controlled.
The inside of the flow path 41 and the surface of the fuel supply body 40 can be subjected to a hydrophilic treatment and a water repellent treatment depending on the reason described above. By applying the hydrophilization treatment to the inside of the channel 41, the capillary force of the channel 41 can be increased and the fuel transport speed can be further increased.

親水化処理の方法としては、例えば、プラズマ処理、オゾン処理、フレーム処理、レーザー処理、電子線による処理、イオン注入法による処理、イオンビームによる処理、イオン照射による処理等を、加工を施す場所や希望する親水化度に応じて適宜採用することができる。
特に、レーザー処理、電子線による処理、イオン注入法による処理、イオンビームによる処理、イオン照射による処理としては、出力調整されたレーザー光や電子ビーム等を流路４１内を走査させる要領で照射して処理することが挙げることができるが、特に限定されない。 Examples of hydrophilic treatment methods include plasma treatment, ozone treatment, flame treatment, laser treatment, electron beam treatment, ion implantation method, ion beam treatment, ion irradiation treatment, and the like. It can employ | adopt suitably according to the desired degree of hydrophilicity.
In particular, laser processing, electron beam processing, ion implantation processing, ion beam processing, and ion irradiation processing are performed by irradiating the flow path 41 with a laser beam or an electron beam whose output is adjusted. However, the treatment is not particularly limited.

好ましい親水化処理の方法としては、作業効率性、確実な親水化処理の点から、レーザー処理が望ましい。用いるレーザー照射処理としては、流路４１の所定の表面部、例えば、レーザー処理部が少なくとも流路面の一部又は全部に、親水性官能基形成増加と表面の粗さＲａが５０μｍ未満となる凹凸部、好ましくは、表面の平均粗さＲａが３０μｍ未満となる凹凸部、更に好ましくは、表面の粗さ平均Ｒａが０．３〜７μｍとなる凹凸部を形成できるレーザー照射であれば、特に限定されず、例えば、ＹＡＧレーザー、炭酸ガスレーザー、エキシマレーザー、アルゴンレーザー、ルビーレーザー、ガラスレーザーなどが挙げられる。好ましくは、発振波長、汎用性の点からＹＡＧレーザーが望ましい。
レーザー照射処理は、流路４１の所定の表面部、例えば、少なくとも流路面の一部又は全部に、−ＯＨ基，−ＣＯＯＨ基、＞Ｃ＝Ｏ基などの少なくとも１つ以上の親水性官能基を効率良く形成増加せせる点、経済性の点から、室温下（２５℃）空気雰囲気中、若しくは、少なくとも酸素を含むガス雰囲気中で行うことが好ましい。また、室温下以上の加湿状態で行ってもよいものである。 As a preferred hydrophilic treatment method, laser treatment is desirable from the viewpoint of work efficiency and reliable hydrophilic treatment. As the laser irradiation treatment to be used, a predetermined surface portion of the flow path 41, for example, the laser treatment portion is at least partly or entirely of the flow path surface, and the irregularity that increases the formation of hydrophilic functional groups and the surface roughness Ra is less than 50 μm. Part, preferably an uneven portion having an average surface roughness Ra of less than 30 μm, more preferably, laser irradiation capable of forming an uneven portion having an average surface roughness Ra of 0.3 to 7 μm. For example, a YAG laser, a carbon dioxide laser, an excimer laser, an argon laser, a ruby laser, a glass laser and the like can be mentioned. A YAG laser is preferable from the viewpoint of oscillation wavelength and versatility.
The laser irradiation treatment is performed on a predetermined surface portion of the flow channel 41, for example, at least a part or the whole of the flow channel surface, with at least one hydrophilic functional group such as —OH group, —COOH group,> C═O group. From the viewpoint of increasing the formation efficiency efficiently and economically, it is preferably carried out at room temperature (25 ° C.) in an air atmosphere or in a gas atmosphere containing at least oxygen. Further, it may be performed in a humidified state at room temperature or higher.

レーザー照射条件は、流路４１の所定の表面部に、例えば、少なくとも流路面の一部又は全部に、親水性官能基の形成増加と表面の平均粗さＲａが５０μｍ未満となる凹凸部が形成できる照射量であれば、特に限定されるものではなく、燃料供給体の原材料種、大きさ、形状等により変動するものであるが、ＹＡＧレーザーなどを用いた場合、３〜１５Ｗの間での出力調整、レーザースキャン速度の調整、レーザーパルス幅の調整、焦点距離によるレーザースポット径若しくはエネルギー密度の調整（およそ、１０³〜１０⁶Ｗ／ｃｍ²）、レーザー照射パターンの調整等の任意の条件調整を行うことで、目的の親水性官能基の形成増加と表面の平均粗さＲａが５０μｍ未満となる凹凸部が形成できるものとなる。
なお、上記３〜１５Ｗの間での出力調整は、レーザーの仕様、照射条件等により変動し一概には言えないが、出力が３Ｗ未満であると、親水官能基の形成増加が困難となり、また、処理に要する時間が増大したり、経時的にも親水性官能基の固定機能を発揮できないことがある。一方、出力が１５Ｗを超える照射であると、照射量が多大となり、照射部を深く削ることとなるので、目的の親水性官能基の形成増加と凹凸部を形成することができず、しかも、流路表面、あるいは、流路面の寸法精度が問題となり、燃料電池の性能が不安定となる。 The laser irradiation condition is that a predetermined surface portion of the flow path 41 is formed with, for example, at least part or all of the flow path surface so as to form an uneven portion with an increased formation of hydrophilic functional groups and an average surface roughness Ra of less than 50 μm. It is not particularly limited as long as it can be irradiated, and it varies depending on the raw material type, size, shape, etc. of the fuel supply body, but when using a YAG laser or the like, it is between 3 and 15 W. Arbitrary conditions such as output adjustment, laser scan speed adjustment, laser pulse width adjustment, laser spot diameter or energy density adjustment by focal length (approximately 10 ³ to 10 ⁶ W / cm ² ), and laser irradiation pattern adjustment By performing the adjustment, it is possible to form an uneven portion where the target hydrophilic functional group is increased and the average roughness Ra of the surface is less than 50 μm.
The output adjustment between 3 to 15 W varies depending on the laser specifications, irradiation conditions, etc., and cannot be generally stated. However, if the output is less than 3 W, it is difficult to increase the formation of hydrophilic functional groups. In some cases, the time required for the treatment increases, or the hydrophilic functional group fixing function cannot be exhibited over time. On the other hand, if the output is more than 15 W, the irradiation amount becomes large and the irradiated part is deeply cut, so that it is not possible to form the target hydrophilic functional group and increase the uneven part, The dimensional accuracy of the flow path surface or flow path surface becomes a problem, and the performance of the fuel cell becomes unstable.

また、上記親水化処理とは別に、流路４１以外の燃料供給体４０の表面を撥水化処理、例えば、フッ化ポリビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン−コ−ヘキサフルオロプロピレン（ＦＥＰ）や、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂でコーティングする方法が挙げられる。このような処理をすることで、燃料の流路４１からの漏れを防止することができる。 In addition to the hydrophilization treatment, the surface of the fuel supply body 40 other than the flow path 41 is subjected to water repellency treatment such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene-co-hexafluoropropylene (FEP), The method of coating with fluorine resin, such as tetrafluoroethylene, is mentioned. By performing such processing, leakage of the fuel from the flow path 41 can be prevented.

更に、図２（ｂ）に示すように、本実施形態の流路４１は、有底の断面形状となるスリット溝から構成されている。本実施形態の液体燃料供給体４０では、流路４１が開放されている面のみに発電セル３０を配置でき、液体燃料を供給することができる。このため、閉じられた側から、液体燃料の漏洩や蒸発の蒸発が無く、燃料の流通が管理しやすい。また、本実施形態では、流路４１は前記液体燃料供給体４０の端部に達しておらず、発電セル３０を配置する側（片側）からの燃料供給及び排燃料排出に適している。 Further, as shown in FIG. 2 (b), the flow path 41 of the present embodiment is constituted by a slit groove having a bottomed cross-sectional shape. In the liquid fuel supply body 40 of the present embodiment, the power generation cell 30 can be disposed only on the surface where the flow path 41 is open, and liquid fuel can be supplied. For this reason, there is no leakage of liquid fuel or evaporation of evaporation from the closed side, and the fuel flow is easy to manage. In the present embodiment, the flow path 41 does not reach the end of the liquid fuel supply body 40 and is suitable for fuel supply and exhaust fuel discharge from the side (one side) where the power generation cell 30 is disposed.

本実施形態では、図２（ａ）及び（ｂ）において、流路の幅ａ、流路の深さｂ（合わせて流路の断面線長Ｌによって代表する）は、燃料供給体４０を直立させた時でも燃料を供給できる毛管力を付与できるように制御することができる。
即ち、前記燃料供給体４０の流路４１において、有底の断面形状の流路の断面線長をＬ１、有底の断面形状の流路部分の断面積（スリットのすりきり断面積）をｓ１、液体燃料の比重をρ１、液体燃料の表面張力をγ１、液体燃料と流路表面との接触角をθ１、重力加速度をｇとした場合、流路の長さ（スリット入り口と発電セルまでの距離）ｈが下記式（Ｉ）で表される範囲の流路を備えていることが好ましい。
ｈ≦（Ｌ１×γ１×ｃｏｓθ１）／（ｓ１×ρ１×ｇ） ………（Ｉ） In this embodiment, in FIGS. 2A and 2B, the width a of the flow channel and the depth b of the flow channel (represented by the cross-sectional line length L of the flow channel together) stand the fuel supply body 40 upright. It is possible to control so that a capillary force capable of supplying fuel can be applied even when the fuel is supplied.
That is, in the flow path 41 of the fuel supply body 40, the cross-sectional line length of the flow path having the bottomed cross-sectional shape is L1, the cross-sectional area of the flow path portion having the bottomed cross-sectional shape (slipping cross-sectional area) is s1, When the specific gravity of the liquid fuel is ρ1, the surface tension of the liquid fuel is γ1, the contact angle between the liquid fuel and the flow path surface is θ1, and the gravitational acceleration is g, the length of the flow path (distance between the slit entrance and the power generation cell) ) It is preferable that h has a flow path in a range represented by the following formula (I).
h ≦ (L1 × γ1 × cos θ1) / (s1 × ρ1 × g) (I)

本実施形態の液体燃料として、例えば、メタノール水溶液を使用した場合、メタノール濃度別の表面張力及び比重と、計算上の流路４１の幅を下記表１に示す。
ここでは、燃料電池を利用する電子機器との高低差を１０ｃｍとし、液体燃料の貯蔵部を床に置いたものとした（即ちｈ＝０．１ｍ）。また、接触角の測定には、協和界面科学株式会社製接触角計ＣＡ−Ｘを用いて、親水化処理を施したものを用いた場合、全ての測定値が２０°以下であったことをから、ｃｏｓθ≒１とした。更に、スリットの断面形状を図２（ｂ）に示すような「幅」＝「深さ」の「コの字型」であると仮定して、Ｌ１＝３ａ，ｓ１＝ａ²で近似的な計算を行った。
ｈ≧０．１ｍより、
ｈ＝（３ａ×γ１×ｃｏｓθ１）／（ａ²×ρ１×ｇ）から、
ａ＝３γ１／０．９８ρ１
メタノール濃度０％（即ち水）を記載したのは、発電時、燃料電池の燃料極を予め水で湿潤させる必要があるなど、水用のスリット溝を作らねばならない場合があるからである。 For example, when an aqueous methanol solution is used as the liquid fuel of the present embodiment, the surface tension and specific gravity for each methanol concentration and the calculated width of the channel 41 are shown in Table 1 below.
Here, the height difference from the electronic device using the fuel cell is 10 cm, and the liquid fuel storage part is placed on the floor (ie, h = 0.1 m). In addition, when the contact angle was measured using a contact angle meter CA-X manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd. and subjected to hydrophilic treatment, all measured values were 20 ° or less. Therefore, cos θ≈1 was set. Furthermore, assuming that the as shown in FIG. 2 (b) the cross-sectional shape of the slit "width" = "depth" of the "U-shaped", approximate in L1 = 3a, s1 = a ² Calculated.
From h ≧ 0.1m
From h = (3a × γ1 × cos θ1) / (a ² × ρ1 × g),
a = 3γ1 / 0.98ρ1
The reason for describing the methanol concentration of 0% (that is, water) is that it is sometimes necessary to make a slit groove for water, such as when it is necessary to previously wet the fuel electrode of the fuel cell with water during power generation.

逆に、スリットが毛管力で吸い上げることができる高さＨ（Ｈ≧ｈ）は、
Ｈ×ａ×ｂ×ρ１×ｇ＝〔２（ａ＋ｂ）〕×γ１×ｃｏｓθ１より
Ｈ＝〔２（ａ＋ｂ）×γ１×ｃｏｓθ１〕／（ａ×ｂ×ρ１×ｇ）
と、スリットの幅及び深さ等の数値から吸い上げのできる高さが計算することができる。ここでは試算は省略する。なお、液体燃料として、メタノール水溶液以外の燃料、例えば、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、エタノール水溶液、ギ酸、ヒドラジン、アンモニア液、エチレングリコール、水素化ホウ素ナトリウム水溶液などを使用した場合も、各燃料の濃度別の表面張力及び比重を算出すれば、同様に、最適となる流路４１の幅を上記表１のメタノール水溶液と同様に示すことができる。 Conversely, the height H (H ≧ h) that the slit can suck up by capillary force is:
From H × a × b × ρ1 × g = [2 (a + b)] × γ1 × cos θ1, H = [2 (a + b) × γ1 × cos θ1] / (a × b × ρ1 × g)
From the numerical values such as the width and depth of the slit, the height that can be sucked can be calculated. Here, the trial calculation is omitted. In addition, when a fuel other than methanol aqueous solution, for example, dimethyl ether (DME), ethanol aqueous solution, formic acid, hydrazine, ammonia solution, ethylene glycol, sodium borohydride aqueous solution or the like is used as the liquid fuel, If the surface tension and specific gravity are calculated, similarly, the optimum width of the channel 41 can be shown in the same manner as the methanol aqueous solution in Table 1 above.

より実施的には、液体燃料の貯留部２０は、電子機器（燃料電池本体）の、さらに近傍に置かれることが多いと考えられ、貯留部２０と発電セル３０の高低差がほとんど無い場合も考えられるから、上記表１に記載したよりも大きなスリットとすることが可能である。例えば、ｈ＝５ｍｍとして純メタノールを燃料として使用する場合を考えると、スリット溝幅は１．７４×１０^-3ｍと計算できる。 More practically, it is considered that the liquid fuel reservoir 20 is often placed in the vicinity of the electronic device (fuel cell main body), and there is almost no difference in height between the reservoir 20 and the power generation cell 30. Since it is considered, it is possible to make a slit larger than that described in Table 1 above. For example, considering the case where pure methanol is used as fuel with h = 5 mm, the slit groove width can be calculated as 1.74 × 10 ⁻³ m.

上記の計算値に加え、様々な要素を加味して、実際のスリット溝幅を検討すると、０．０１〜２．００ｍｍが好ましく、発電部の大きさによって最適値を設計できる。スリット溝の幅が０．０１ｍｍ未満であると、輸送できる燃料の絶対量が少なくなり、２．００ｍｍよりも大きいと、必要な毛管力を付与できない可能性がある。 In consideration of the actual slit groove width in consideration of various factors in addition to the above calculated values, 0.01 to 2.00 mm is preferable, and an optimum value can be designed according to the size of the power generation unit. If the width of the slit groove is less than 0.01 mm, the absolute amount of fuel that can be transported decreases, and if it is greater than 2.00 mm, the necessary capillary force may not be applied.

また、スリット溝の深さについても、発電部となる発電セル３０の大きさによる等、様々な要素を加味して最適値を設計検討できる。実際のスリット溝深さは、０．０１〜５．００ｍｍが好ましい。スリット溝の深さが０．０１ｍｍ未満であると、輸送できる燃料の絶対量が少なくなり、５．００ｍｍよりも大きいと、燃料供給部材の厚みを大きくしなければならなくなり、燃料電池の小型化に適さなくなる。 In addition, regarding the depth of the slit groove, an optimum value can be designed and studied in consideration of various factors such as the size of the power generation cell 30 serving as a power generation unit. The actual slit groove depth is preferably 0.01 to 5.00 mm. If the depth of the slit groove is less than 0.01 mm, the absolute amount of fuel that can be transported decreases, and if it exceeds 5.00 mm, the thickness of the fuel supply member must be increased, and the fuel cell becomes smaller. It is not suitable for.

更には、スリット溝の断面線長Ｌを検討すると、上記好ましい「幅」の３倍程度、０．０３〜６．００ｍｍが好ましいことが推察される。実際的にも０．０３ｍｍ未満であると、輸送できる燃料の絶対量が少なくなり、６．００ｍｍよりも大きいと、燃料供給部材自体を大きくしなければならなくなり、燃料電池の小型化に適さなくなる。 Furthermore, when the cross-sectional line length L of the slit groove is examined, it is presumed that 0.03 to 6.00 mm, which is about three times the preferable “width”, is preferable. Actually, if it is less than 0.03 mm, the absolute amount of fuel that can be transported decreases, and if it exceeds 6.00 mm, the fuel supply member itself must be enlarged, which is not suitable for miniaturization of the fuel cell. .

本発明において、図１（ａ）では、発電セル３０の数は８個であるが、流路となるスリット溝の数は、１つないしそれ以上で、発電セル３０の数に応じて、それぞれ独立したスリット溝を設けてもよい。独立したスリット溝とするのは、ある発電セル３０を経由した燃料が他の発電セル３０に供給されることを防ぐためのレイアウトで、使用済み燃料を他の発電セル３０に供給することを防ぐことが目的である。また、単一の発電セル３０に燃料を供給するスリット溝の数は１つないしそれ以上であってもよい。 In the present invention, in FIG. 1A, the number of power generation cells 30 is eight, but the number of slit grooves serving as flow paths is one or more, depending on the number of power generation cells 30, respectively. An independent slit groove may be provided. An independent slit groove is a layout for preventing fuel that has passed through one power generation cell 30 from being supplied to another power generation cell 30, and prevents spent fuel from being supplied to another power generation cell 30. Is the purpose. The number of slit grooves that supply fuel to a single power generation cell 30 may be one or more.

また、本実施形態の燃料電池において、燃料供給体４０は、図１及び２に示したとおり、流路４１となるスリット溝は、燃料を輸送するための発電セル３０より「上流」のスリット溝となる、起点流路４１ａ、長方形渦巻き状とした渦巻き流路４１ｂを有するものであり、それと連結し燃料輸送によって排出する必要ある空気を排出するための発電セル３０より「下流」の排出スリット溝となる廃燃料排出流路４１ｃ、終点流路４１ｄを有する構成となっている。排出スリット溝は、スリット溝内に燃料がないときにあった空気を排出するためのものであるが、それ以外にも発電により生じた二酸化炭素ガス、もしくは使用済み燃料を発電セル３０から排出するためのスリット溝で、外界若しくは、廃燃料回収部材に連結している。 Further, in the fuel cell of the present embodiment, the fuel supply body 40 has a slit groove that becomes the flow path 41, as shown in FIGS. 1 and 2, a slit groove “upstream” from the power generation cell 30 for transporting fuel. The discharge slit groove “downstream” from the power generation cell 30 for discharging the air that is connected to the starting flow path 41a and the spiral flow path 41b having a rectangular spiral shape and is required to be discharged by fuel transportation. The waste fuel discharge channel 41c and the end point channel 41d are configured as follows. The discharge slit groove is for discharging air that was present when there was no fuel in the slit groove. In addition to that, carbon dioxide gas generated by power generation or used fuel is discharged from the power generation cell 30. This is a slit groove for connecting to the outside or a waste fuel recovery member.

排出スリット溝の断面線長Ｌ２は、燃料供給のためのスリット溝４１ａ，４１ｂよりも、大きいものも小さいものも、空気排出、二酸化炭素ガス排出、廃燃料排出の必要に応じて任意に設計される。燃料供給に伴う空気排出の観点からは、空気の方が輸送速度が高いため、排出スリット溝は細くても充分である。
特に、二酸化炭素ガス、廃燃料排出の観点においては、排燃料または燃料に二酸化炭素が溶解しない、あるいは、溶解し切らない場合、二酸化炭素ガスの気泡が発生し、排出スリット溝を含むスリット溝内に二酸化炭素ガス−廃燃料、または、燃料の気−液界面が発生する。すると、排出スリット溝である廃燃料排出流路４１ｃ、終点流路４１ｄには、二酸化炭素ガス／廃燃料／スリット壁面のメニスカスができ、そこでは、排出したい方向とは逆の毛管力が発生し、燃料供給を妨げることがあるため、燃料供給スリットよりも太く設計し毛管力を下げることを必要とする場合がある。 The sectional line length L2 of the discharge slit groove is arbitrarily designed according to the needs of air discharge, carbon dioxide gas discharge and waste fuel discharge, both larger and smaller than the slit grooves 41a and 41b for fuel supply. The From the viewpoint of air discharge accompanying fuel supply, since air has a higher transport speed, it is sufficient that the discharge slit groove is narrow.
In particular, from the viewpoint of carbon dioxide gas and waste fuel discharge, if carbon dioxide does not dissolve or does not completely dissolve in the exhaust fuel or fuel, bubbles of carbon dioxide gas are generated, and the inside of the slit groove including the discharge slit groove A carbon dioxide gas-waste fuel or a gas-liquid interface of fuel is generated. Then, a meniscus of carbon dioxide gas / waste fuel / slit wall surface is generated in the waste fuel discharge flow path 41c and the end flow path 41d, which are discharge slit grooves, in which a capillary force opposite to the direction in which the discharge is desired is generated. Since the fuel supply may be hindered, it may be necessary to design a thicker than the fuel supply slit and reduce the capillary force.

このような理由から、排出スリット溝となる廃燃料排出流路４１ｃ、終点流路４１ｄは、毛管力を下げることが必要な場合がある。毛管力を下げる方法としては、スリット溝幅を広くする他に、撥水化処理することで、空気、二酸化炭素ガス、廃燃料の排出効率を高めることができる。
このように、排出スリットの毛管力を下げた場合には、排出スリット溝出口側に、この燃料供給体４０の、いずれのスリット溝よりも強い毛管力を持つ、廃燃料回収体を設けてよいものである。 For this reason, it may be necessary to reduce the capillary force of the waste fuel discharge flow path 41c and the end flow path 41d that become the discharge slit grooves. As a method for reducing the capillary force, in addition to widening the slit groove width, it is possible to increase the discharge efficiency of air, carbon dioxide gas, and waste fuel by performing a water repellent treatment.
Thus, when the capillary force of the discharge slit is lowered, a waste fuel recovery body having a capillary force stronger than any of the slit grooves of the fuel supply body 40 may be provided on the outlet side of the discharge slit groove. Is.

本実施形態では、図２（ａ）及び（ｂ）において、流路の幅ａ、流路の深さｂ（合わせて流路の断面線長Ｌによって代表する）は、燃料排出体を一体に有する燃料供給体４０を直立させた時でも廃燃料を排出できる毛管力を付与できるように制御することができる。
即ち、前記廃燃料排出流路４１ｃ、終点流路４１ｄにおいて、有底の断面形状の流路の断面線長をＬ２、有底の断面形状の流路部分の断面積（スリットのすりきり断面積）をｓ２、廃燃料の比重をρ２、廃燃料の表面張力をγ２、廃燃料と流路表面との接触角をθ２、重力加速度をｇとした場合、流路の長さ（発電セルから終点流路セルまでの距離）ｈ２が下記式（II）で表される範囲の流路を備えてなることが望ましい。
ｈ２≦（Ｌ２×γ２×ｃｏｓθ２）／（ｓ２×ρ２×ｇ） ………（II） In this embodiment, in FIGS. 2A and 2B, the width a of the flow path and the depth b of the flow path (represented by the cross-sectional line length L of the flow path together) Control can be performed so that a capillary force capable of discharging the waste fuel can be applied even when the fuel supply body 40 is upright.
That is, in the waste fuel discharge flow channel 41c and the end flow channel 41d, the cross-sectional line length of the flow channel having the bottomed cross-sectional shape is L2, and the cross-sectional area of the flow channel portion having the bottomed cross-sectional shape (slipping cross-sectional area) S2, the specific gravity of the waste fuel is ρ2, the surface tension of the waste fuel is γ2, the contact angle between the waste fuel and the flow path surface is θ2, and the gravitational acceleration is g, the length of the flow path (from the power generation cell to the end point flow) It is desirable that the distance (h2) to the road cell is provided with a flow path in a range represented by the following formula (II).
h2 ≦ (L2 × γ2 × cos θ2) / (s2 × ρ2 × g) (II)

このように本実施形態の燃料電池Ａにおいては、パッシブ型燃料電池の発電セル３０に液体燃料を輸送する部材に、多孔体のように細かく湾曲した流路を持つ毛管体ではなく、断面線長などを制御した流路４１となるスリット溝から構成される燃料供給体を使用する。流路となるスリット溝は燃料を貯蔵した燃料貯留体２０に連結し、燃料が供給される構造となっている。前記スリット溝の幅などを制御することで必要となる最適な毛管力を付与することができ、更に、流路が太く遮蔽物が無いため、流動抵抗が少なく、燃料の輸送速度を高めることができる。
従って、燃料電池の向きに関らず液体燃料を流通させることができると共に、多孔体あるいは繊維束体などのウィッキング材からなる流路と比較して、極めて早く液体燃料を効率よく流通させることができ、更に、ウィッキング材を配置することを省略することができる、安価で燃料電池の起動時間が早いパッシブ型の燃料電池が得られるものとなる。
また、流路となるスリット溝を燃料電池の構造、燃料種及びその濃度等に応じて、好適な毛管力となるように切削できるため、燃料の効率的な供給、分配、回収が可能となる燃料電池が得られることとなる。 As described above, in the fuel cell A of the present embodiment, the member for transporting the liquid fuel to the power generation cell 30 of the passive fuel cell is not a capillary body having a finely curved channel like a porous body, but has a cross-sectional line length. The fuel supply body comprised from the slit groove | channel used as the flow path 41 which controlled etc. is used. A slit groove serving as a flow path is connected to a fuel reservoir 20 that stores fuel so that fuel is supplied. The optimum capillary force required by controlling the width of the slit groove, etc. can be applied, and furthermore, since the flow path is thick and there is no shield, there is little flow resistance and the fuel transportation speed can be increased. it can.
Therefore, the liquid fuel can be circulated regardless of the direction of the fuel cell, and the liquid fuel can be circulated very quickly and efficiently compared to a flow path made of a wicking material such as a porous body or a fiber bundle. In addition, it is possible to obtain a passive type fuel cell that can omit the disposition of the wicking material and that is inexpensive and has a fast start-up time of the fuel cell.
In addition, since the slit groove serving as the flow path can be cut to have a suitable capillary force according to the structure of the fuel cell, the fuel type and its concentration, etc., fuel can be efficiently supplied, distributed, and recovered. A fuel cell will be obtained.

図３は、本発明の燃料電池における燃料供給体４０の別の基本形態（第２実施形態）を示すものである。なお、本実施形態（図３）は、燃料供給体４０の構成が異なる点でのみ上記実施形態の燃料電池Ａと異なるものであり、図１に示す燃料電池と同様に使用に供され、同様に機能を発揮するものであり、また、上記実施形態と同様の構成は、同一符号を付けてその説明を省略する（以下の図４〜図６の各実施形態も同様）。
本実施形態では、図３に示すように、複数の各有底スリット溝が燃料供給体４０の始点流路４１ａ、終点流路４１ｄの各端部が燃料供給体４０の端部まで達している点で異なるものである。
この実施形態では、燃料供給体の端部に燃料貯留体、廃燃料回収体を設けようとする場合に都合の良い構成となる。 FIG. 3 shows another basic form (second embodiment) of the fuel supply body 40 in the fuel cell of the present invention. The present embodiment (FIG. 3) is different from the fuel cell A of the above embodiment only in the configuration of the fuel supply body 40, and is used in the same manner as the fuel cell shown in FIG. Further, the same configurations as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted (the same applies to the following embodiments in FIGS. 4 to 6).
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, each of the plurality of bottomed slit grooves reaches the end of the fuel supply body 40 at each end of the start flow path 41 a and the end flow path 41 d of the fuel supply body 40. It is different in point.
In this embodiment, the configuration is convenient when it is intended to provide a fuel storage body and a waste fuel recovery body at the end of the fuel supply body.

図４は、本発明の燃料電池における燃料供給体４０の別の基本形態（第３実施形態）を示すものである。
本実施形態では、各有底スリットの断面線長を１４ａ＜１４ｄと第１実施形態（図２）とは逆に広くするように成形させることによって、断面線長により発生する毛管力を１４ａから１４ｄへ小さくなるように成形したものである。
上述したとおり、廃燃料又は燃料に二酸化炭素が溶解しない、あるいは、溶解し切らない場合、二酸化炭素ガスの気泡が発生し、廃燃料排出流路４１ｃ、終点流路４１ｄの排出スリット溝を含むスリット溝内に二酸化炭素ガス−廃燃料または燃料の気−液界面が発生する。この場合、排出スリット溝には、二酸化炭素ガス／廃燃料／スリット壁面のメニスカスができ、そこでは、排出したい方向とは逆の毛管力が発生し、燃料供給を妨げることがあるため、燃料供給スリット溝である起点流路４１ａ、長方形渦巻き状とした渦巻き流路４１ｂよりも断面線長を大きく設計し毛管力を下げることを必要とする場合があるためである。 FIG. 4 shows another basic form (third embodiment) of the fuel supply body 40 in the fuel cell of the present invention.
In the present embodiment, the capillary force generated by the cross-sectional line length is increased from 14a by forming the bottomed slits so that the cross-sectional line length is 14a <14d, which is opposite to that of the first embodiment (FIG. 2). It is molded so as to be reduced to 14d.
As described above, when carbon dioxide does not dissolve or does not completely dissolve in the waste fuel or fuel, bubbles of carbon dioxide gas are generated, and the slit including the exhaust slit grooves of the waste fuel discharge channel 41c and the end point channel 41d A carbon dioxide gas-waste fuel or fuel gas-liquid interface is generated in the groove. In this case, carbon dioxide gas / waste fuel / slit wall meniscus is formed in the discharge slit groove, where a capillary force opposite to the direction in which discharge is desired is generated, which may hinder fuel supply. This is because it may be necessary to reduce the capillary force by designing the cross-sectional line length to be larger than that of the starting flow path 41a which is a slit groove and the spiral flow path 41b having a rectangular spiral shape.

本実施形態の場合も、流路となるスリット溝の毛管力をスリットの断面線長によって制御しているが、他の実施形態同様、毛管力をスリット溝壁面の液体燃料に対する濡れ性（接触角）などを適宜設定して制御することもできる。実際の流路の設計においては、これらの制御方法を適宜組合せながら、燃料貯貯対２０から発電セル３０までの流路は、毛管力を１４ａ＜１４ｂとなるように、発電セル３０から廃燃料排出部までは、１４ｃ＞１４ｄとなるように毛管力を、各々制御できる。 Also in this embodiment, the capillary force of the slit groove serving as the flow path is controlled by the cross-sectional line length of the slit. However, as in other embodiments, the capillary force is controlled by the wettability (contact angle) of the slit groove wall surface with liquid fuel. ) Etc. can be appropriately set and controlled. In the actual flow path design, these control methods are combined as appropriate, and the flow path from the fuel storage pair 20 to the power generation cell 30 causes the waste power from the power generation cell 30 so that the capillary force is 14a <14b. Up to the discharge section, the capillary force can be controlled so that 14c> 14d.

図５は、本発明の燃料電池における液体燃料供給体４０の別の基本形態（第４実施形態）を示すものである。
本実施形態では、複数の各有底スリット溝が燃料供給体の端部まで達している点のみで、上記第３実施形態（図４）と異なるものである。 FIG. 5 shows another basic form (fourth embodiment) of the liquid fuel supply body 40 in the fuel cell of the present invention.
This embodiment is different from the third embodiment (FIG. 4) only in that each of the plurality of bottomed slit grooves reaches the end of the fuel supply body.

図６は、本発明の燃料電池における液体燃料供給体４０の別の基本形態（第５実施形態）を示すものである。
図６は、各起点流路４１ａ又は廃燃料排出流路４１ｃとなるスリット溝は、それぞれ、合流するレイアウトであっても構わなく、且つ分岐するレイアウトでも構わなく、効率的な燃料供給及び使用済み燃料の除去に応じて設計できる。図６に示すように、使用済み燃料を輸送するスリット溝である廃燃料排出流路４１ｃ、終点流路４１ｄは合流するレイアウトとすることで単一の廃燃料回収材等に使用済み燃料を輸送することができる。また、前記した二酸化炭素ガス、廃燃料排出用の太いスリット溝と、空気排出用の細いスリット溝を分岐させて設けることができる。一方、燃料を供給するスリット溝となる起点流路４１ａは１つから分岐したレイアウトとすることで、燃料貯貯体２０との接触部分を単純にすることができる。なお、本実施形態では、燃料供給体４０の各端部まで起点流路４１ａ及び終点流路４１ｄまで達する構成としたが、図３に示すように、切り欠く構成としてもよい。 FIG. 6 shows another basic form (fifth embodiment) of the liquid fuel supply body 40 in the fuel cell of the present invention.
In FIG. 6, the slit grooves serving as the starting flow paths 41 a or the waste fuel discharge flow paths 41 c may have a layout that merges or a layout that branches, respectively. Can be designed according to fuel removal. As shown in FIG. 6, the spent fuel discharge channel 41c and the end point channel 41d, which are slit grooves for transporting the spent fuel, have a layout that merges, thereby transporting the spent fuel to a single waste fuel recovery material or the like. can do. Further, the above-mentioned thick slit groove for discharging carbon dioxide gas and waste fuel and the thin slit groove for discharging air can be branched. On the other hand, the starting channel 41a serving as a slit groove for supplying fuel has a layout branched from one, so that the contact portion with the fuel storage body 20 can be simplified. In the present embodiment, the end of the fuel supply body 40 is configured to reach the starting flow path 41a and the end flow path 41d. However, as illustrated in FIG.

図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態の他例となる燃料電池Ｂを示すものであり、（ａ）は、燃料電池の内部を透視態様で示す斜視図、（ｂ）は燃料電池の外観を示す斜視図である。
なお、本実施形態は、廃燃料回収体５０を更に取り付けた点でのみ上記図１の燃料電池Ａ等と異なるものである。また、上記実施形態と同様の構成は、同一符号を付けてその説明を省略する。
本実施形態の燃料電池Ｂは、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ケース部材１０内に液体燃料を貯留するカートリッジ型の燃料貯留体２０と、前記液体燃料を発電に供する発電セル３０と、前記燃料貯留体２０から前記発電セル３０へ連続した流路を有する燃料供給体４０と、廃燃料を回収するカートリッジ型の兵燃料回収６０とを備えたものである。 7A and 7B show a fuel cell B which is another example of the embodiment of the present invention. FIG. 7A is a perspective view showing the inside of the fuel cell in a transparent manner. FIG. FIG. 2 is a perspective view showing an appearance of a fuel cell.
This embodiment is different from the fuel cell A of FIG. 1 and the like only in that a waste fuel recovery body 50 is further attached. The same configurations as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
As shown in FIGS. 7A and 7B, the fuel cell B of the present embodiment includes a cartridge-type fuel storage body 20 that stores liquid fuel in the case member 10, and power generation that uses the liquid fuel for power generation. A cell 30, a fuel supply body 40 having a continuous flow path from the fuel reservoir 20 to the power generation cell 30, and a cartridge-type military fuel recovery 60 for recovering waste fuel are provided.

ケース部材１０は、上面開口のケース本体１１と、燃料貯留体２０を挿入するための挿入口１２、空気取り入れ口となるメッシュ部１３を有する蓋部１４と、廃燃料回収体６０を挿入するための挿入口１７とから構成されている。
廃燃料回収体６０は、カートリッジ型となっており、ケース部材１０の挿入口１７を介してケース部材１０に取り付け自在となっている。この廃燃料回収体６０は、発電により生じた二酸化炭素ガスもしくは使用済み燃料またはこれらの混合物などを回収するために用いられるものであり、例えば、廃燃料を吸蔵する毛管力を付与した繊維束体をシート体で被覆した廃燃料貯蔵部６１を有し、該廃燃料貯蔵部６１の一方の端面に設けた廃燃料誘導部６２を介して燃料供給体４０の終点流路４１ｄから廃燃料を回収する構成となっている。
廃燃料貯蔵部６１の繊維束体は、上述の燃料貯蔵部２１と同様に繊維を収束させることで毛管力を付与したものであり、廃燃料を吸蔵するものである。廃燃料誘導部６２は、上記廃燃料貯蔵部６１と同様の繊維束体等から構成されるものである。
この実施形態の燃料電池Ｂでは、上記図１の燃料電池Ａに較べ、更に、液体燃料の効率的な供給、分配、廃燃料などの効率的な回収を行うことができるものとなる。なお、燃料供給体４０としては、図２の形態の他、図３〜図６の各形態の燃料供給体４０を使用してもよいものである。 The case member 10 includes a case main body 11 having an upper surface opening, an insertion port 12 for inserting a fuel storage body 20, a lid portion 14 having a mesh portion 13 serving as an air intake port, and a waste fuel recovery body 60. And the insertion port 17.
The waste fuel recovery body 60 is a cartridge type and can be attached to the case member 10 via the insertion port 17 of the case member 10. The waste fuel recovery body 60 is used for recovering carbon dioxide gas generated by power generation, spent fuel, a mixture thereof, or the like. For example, a fiber bundle having a capillary force for storing waste fuel. The waste fuel storage section 61 is covered with a sheet body, and the waste fuel is recovered from the end point flow path 41d of the fuel supply body 40 via the waste fuel guide section 62 provided on one end face of the waste fuel storage section 61. It is the composition to do.
The fiber bundle of the waste fuel storage unit 61 is provided with capillary force by converging the fibers in the same manner as the fuel storage unit 21 described above, and occludes the waste fuel. The waste fuel guiding part 62 is composed of the same fiber bundle as the waste fuel storage part 61.
In the fuel cell B of this embodiment, compared to the fuel cell A of FIG. 1, the liquid fuel can be efficiently supplied, distributed, and efficiently recovered such as waste fuel. In addition, as the fuel supply body 40, the fuel supply body 40 of each form of FIGS. 3-6 other than the form of FIG. 2 may be used.

本発明の燃料電池は、上述の如く構成されるものであるが、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で更に種々の変更をすることができる。例えば、上記各実施形態においては、流路４１として片側が閉じられたスリット溝（有底のスリット溝）を挙げて説明をしたが、これらの「スリット溝」に限らず、発電セル３０などと接触する部分４１ｂ以外の流路４１２，４１ｃ，４１ｄにおいては、燃料の蒸発または廃燃料などの漏洩を防止したい部分に、管状の流路を採用することもできる。この場合、上記した流路についての条件に合致させるため、管状流路の流路断面積や管状流路壁面の接触角を制御することで、全体の整合をとることができる。 The fuel cell of the present invention is configured as described above, but is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention. For example, in each of the above embodiments, the slit 41 (bottomed slit groove) closed on one side has been described as the flow path 41. However, the present invention is not limited to these “slit grooves”, and the power generation cell 30 and the like. In the flow paths 412, 41 c and 41 d other than the contacting part 41 b, a tubular flow path can also be adopted in a part where it is desired to prevent fuel evaporation or waste fuel leakage. In this case, in order to meet the above-described conditions for the flow channel, the overall alignment can be achieved by controlling the flow channel cross-sectional area of the tubular flow channel and the contact angle of the tubular flow channel wall surface.

次に、本発明を実施例及び比較例により、更に詳述するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further in full detail, this invention is not limited to the following Example.

次に、本発明を実施例及び比較例により更に詳しく説明するが、本発明は、下記実施例によってなんら限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further in detail, this invention is not limited at all by the following Example.

〔実施例１及び比較例１〕
下記調整法、処理方法により、燃料電池用燃料供給体を得た後、それを用いて燃料電池を組み立て、燃料貯蔵体から廃燃料貯留体まで液体燃料が移動する速度を測定し、発電の様子も観察した。 [Example 1 and Comparative Example 1]
After obtaining the fuel supply for the fuel cell by the following adjustment method and processing method, the fuel cell is assembled using the fuel supply, and the speed at which the liquid fuel moves from the fuel reservoir to the waste fuel reservoir is measured. Also observed.

（実施例１）
フラン樹脂〔日立化成工業（株）製ヒタフランＶＦ−３０３〕１０重量部と、ポリ塩化ビニル−ポリ酢酸ビニル共重合体（新第一塩ビ社製ＺＥＳＴ−Ｃ１５０Ｓ）４０重量部との混合樹脂に、天然鱗状黒鉛（日本黒鉛工業社製、平均粒径５μｍ）５０重量部を加え、更に可塑剤としてジアリルフタレート２０重量部添加した材料をヘンシェルミキサーで混合、分散し、ミキシング用二本ロールを用いて十分に混練を繰り返して燃料電池用セパレータ組成物を調整し、更に粉砕、篩いをかけて粉末を得た。
得られた粉末を図３に準拠する所定の溝パターンを持つ成形用金型でプレス成形した後、有酸素ガス雰囲気中で３００℃の温度で乾燥固化させ、不活性ガス雰囲気中で１５００℃の加熱処理を行い、炭素製燃料供給体を得た。
得られた燃料供給体の寸法は６０ｍｍ×１００ｍｍ×１．２ｍｍ（流路面の幅０．０５ｍｍ、深さ０．２ｍｍ）であった。
更に、得られた燃料供給体の流路面に下記方法により、レーザー処理を施し、親水性官能基を形成し、液体燃料に対する毛管力を調整した後、燃料供給体とした。
レーザー処理は、得られた炭素製燃料供給体の流路面に、ＹＡＧレーザー装置を用いて、室温空気雰囲気下で、出力１２Ｗ、パルス幅５０μｓの条件で流路面にレーザー処理を行い、親水性官能基と凹凸部を形成した。 Example 1
To a mixed resin of 10 parts by weight of a furan resin [Hitafuran VF-303 manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.] and 40 parts by weight of a polyvinyl chloride-polyvinyl acetate copolymer (ZEST-C150S manufactured by Shin-Daiichi PVC Co., Ltd.) 50 parts by weight of natural scale graphite (manufactured by Nippon Graphite Industries Co., Ltd., average particle size 5 μm), and further mixed with 20 parts by weight of diallyl phthalate as a plasticizer are mixed and dispersed with a Henschel mixer, using a two-roll mixing roll The kneading was sufficiently repeated to prepare a fuel cell separator composition, which was further pulverized and sieved to obtain a powder.
The obtained powder was press-molded with a molding die having a predetermined groove pattern conforming to FIG. 3, and then dried and solidified at a temperature of 300 ° C. in an aerobic gas atmosphere, and 1500 ° C. in an inert gas atmosphere. Heat treatment was performed to obtain a carbon fuel supply body.
The dimensions of the obtained fuel supply body were 60 mm × 100 mm × 1.2 mm (flow path surface width 0.05 mm, depth 0.2 mm).
Further, the flow path surface of the obtained fuel supply body was subjected to laser treatment by the following method to form a hydrophilic functional group, and after adjusting the capillary force against the liquid fuel, a fuel supply body was obtained.
Laser treatment is performed on the flow path surface of the obtained carbon fuel supply body using a YAG laser device in a room temperature air atmosphere under conditions of an output of 12 W and a pulse width of 50 μs to perform hydrophilic treatment. A base and an uneven part were formed.

（比較例１）
実施例１で得られたレーザー処理しない燃料供給体の流路面に、更に、ポリプロピレン製の樹脂粒子を焼結させ、連続多孔質体としたものを前記流路面の形状に合わせて切断したものを、前記流路面に詰め、燃料供給体とした。 (Comparative Example 1)
What was obtained by further sintering the resin particles made of polypropylene to the flow path surface of the fuel supply body not subjected to laser treatment obtained in Example 1 and cutting it in accordance with the shape of the flow path surface. The fuel was supplied to the flow path surface.

上記実施例１に燃料供給体について、流路面の親水官能基を、島津製作所社製Ｘ線光電子分光分析装置（ＥＳＣＡ−３４００）で行ったところ、Ｃ−Ｏ、Ｃ＝Ｏの結合エネルギーピークの成長があり、新たにカルボキシル基（ＣＯＯＨ基）の結合が生成、更に酸素の結合エネルギーピークの成長があることが判った。また、平均粗さＲａを、東京精密社製平均粗さ形状測定器サーフコムを用い、駆動速度０．３ｍｍ／分で行ったところ、平均粗さＲａ１．１μｍであることが判った。
上記実施例１及び比較例１の燃料供給体について、流路面の接触角を、共和界面化学社製接触角計ＣＡ−Ｘ型を用い、液滴を１μｌ滴下し、接触角を測定したところ、実施例１は２０°以下であり、親水化度に優れていることが判明したが、比較例１では、１１０°であった。
また、燃料流路に、５０ｗｔ％メタノール水溶液を含浸させた気孔率９０％の繊維束多孔体からなる貯留体を毛管連結させたところ、実施例１では、１０ｓｅｃ以内にすべて燃料流路に燃料が供給されたが、比較例１では、すべての燃料流路に燃料が供給されるのに５ｍｉｎかかった。 When the hydrophilic functional group on the flow path surface of the fuel supply body in Example 1 was measured with an X-ray photoelectron spectrometer (ESCA-3400) manufactured by Shimadzu Corporation, the binding energy peaks of C—O and C═O were measured. It was found that there was growth, a new bond of a carboxyl group (COOH group) was generated, and there was further growth of the binding energy peak of oxygen. Further, when the average roughness Ra was measured at a driving speed of 0.3 mm / min using an average roughness shape measuring device Surfcom manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd., it was found that the average roughness Ra was 1.1 μm.
For the fuel supply bodies of Example 1 and Comparative Example 1 above, the contact angle of the flow path surface was measured by using a contact angle meter CA-X manufactured by Kyowa Interface Chemical Co., Ltd. In Example 1, it was found to be 20 ° or less and excellent in the degree of hydrophilicity, but in Comparative Example 1, it was 110 °.
In addition, when a reservoir made of a fiber bundle porous body with a porosity of 90% impregnated with a 50 wt% aqueous methanol solution was connected to the fuel flow path by capillary connection, in Example 1, all the fuel flowed within 10 seconds. Although it was supplied, in Comparative Example 1, it took 5 minutes to supply the fuel to all the fuel flow paths.

上記の結果から明らかなように、本発明範囲となる多孔質体によらない実施例１の燃料供給体は、本発明の範囲外となる比較例１の多孔質体を用いた燃料供給体に較べて、優れた燃料の輸送速度、並びに、安定した燃料の輸送力を有することが判明した。 As is clear from the above results, the fuel supply body of Example 1 that does not depend on the porous body that falls within the scope of the present invention is a fuel supply body that uses the porous body of Comparative Example 1 that falls outside the scope of the present invention. By comparison, it was found that the fuel has an excellent fuel transportation speed and a stable fuel transportation capacity.

固体高分子型などの燃料電池において、液体燃料を発電セルに効率よく供給することができる燃料供給体等を備えた燃料電池が得られる。 In a fuel cell of a solid polymer type or the like, a fuel cell including a fuel supply body that can efficiently supply liquid fuel to a power generation cell can be obtained.

本発明の燃料電池の実施形態の一例を示すものであり、（ａ）は、燃料電池の内部を透視態様で示す斜視図、（ｂ）は燃料電池の外観を示す斜視図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS An example of embodiment of the fuel cell of this invention is shown, (a) is a perspective view which shows the inside of a fuel cell with a transparent aspect, (b) is a perspective view which shows the external appearance of a fuel cell. 本発明の燃料電池における燃料供給体の基本形態を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線での横断面図である。The top view which shows the basic form of the fuel supply body in the fuel cell of this invention, (b) is a cross-sectional view in the bb line of (a). 本発明の燃料電池における燃料供給体の他の実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows other embodiment of the fuel supply body in the fuel cell of this invention. 本発明の燃料電池における燃料供給体の他の実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows other embodiment of the fuel supply body in the fuel cell of this invention. 本発明の燃料電池における燃料供給体の他の実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows other embodiment of the fuel supply body in the fuel cell of this invention. 本発明の燃料電池における燃料供給体の他の実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows other embodiment of the fuel supply body in the fuel cell of this invention. 本発明の実施形態の燃料電池の他例を示すものであり、（ａ）は、燃料電池の内部を透視態様で示す斜視図、（ｂ）は燃料電池の外観を示す斜視図である。FIG. 2 shows another example of a fuel cell according to an embodiment of the present invention, in which (a) is a perspective view showing the inside of the fuel cell in a transparent manner, and (b) is a perspective view showing the appearance of the fuel cell.

Explanation of symbols

１０ケース部材
２０燃料貯留体
３０発電セル
４０燃料供給体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Case member 20 Fuel storage body 30 Power generation cell 40 Fuel supply body

Claims

A fuel cell comprising: a fuel storage body that stores liquid fuel; a power generation cell that uses the liquid fuel for power generation; and a fuel supply body that has a flow path that is continuous from the fuel storage body to the power generation cell. The fuel cell according to claim 1, wherein the flow path of the supply body is a flow path having a bottomed cross-sectional shape and having a capillary force capable of guiding the liquid fuel.

In the flow path of the fuel supply body, the cross-sectional line length of the flow path having the bottomed cross-sectional shape is L1, the cross-sectional area of the flow path portion having the bottomed cross-sectional shape is s1, the specific gravity of the liquid fuel is ρ1, and the surface of the liquid fuel When the tension is γ1, the contact angle between the liquid fuel and the channel surface is θ1, and the gravitational acceleration is g, the channel length h1 of the fuel supply body is in the range represented by the following formula (I). The fuel cell according to claim 1, comprising:
h1 ≦ (L1 × γ1 × cos θ1) / (s1 × ρ1 × g) (I)

A fuel cell further comprising a waste fuel discharger having a continuous flow path from the power generation cell to the outside of the fuel cell, or a waste fuel reservoir for storing waste fuel after being subjected to power generation, The fuel cell according to claim 1, wherein the flow path of the waste fuel discharger is a flow path having a bottomed cross-sectional shape and having a capillary force capable of guiding the exhaust fuel.

The cross-sectional line length of the bottomed cross-sectional flow path is L2, the cross-sectional area of the bottomed cross-sectional flow path portion is s2, the specific gravity of the waste fuel is ρ2, the surface tension of the waste fuel is γ2, When the contact angle between the waste fuel and the flow path surface is θ2 and the gravitational acceleration is g, the length h2 of the flow path of the waste fuel discharger is provided in a range represented by the following formula (II). The fuel cell according to claim 1.
h2 ≦ (L2 × γ2 × cos θ2) / (s2 × ρ2 × g) (II)

The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein a cross-sectional shape of the flow path is a flow path having a bottomed cross-sectional shape in which one side of a rectangle is missing.

The length of one side of the rectangle is a, the length of the missing side is b, the specific gravity of the fuel is ρ1, the surface tension of the fuel is γ1, the contact angle between the fuel and the flow path surface is θ1, and gravity 6. The fuel cell according to claim 5, wherein when the acceleration is g, the flow path has a flow path having a length h <b> 1 in a range represented by the following formula (III).
h1 ≦ [(2a + b) × γ1 × cos θ1] / (a × b × ρ1 × g) (III)

The fuel cell according to any one of claims 1 to 6, wherein a part of the flow path is tubular.

The fuel cell according to any one of claims 1 to 7, wherein the flow path surface is hydrophilized.

The fuel cell according to claim 8, wherein the hydrophilization treatment is selected from any one of plasma treatment, ozone treatment, flame treatment, and laser treatment.

The fuel cell according to any one of claims 1 to 9, wherein a portion of the fuel supply body other than the surface of the flow path is subjected to water repellent treatment.

The fuel cell according to any one of claims 1 to 10, wherein the fuel supply body is made of a material selected from an organic polymer resin and a carbon material.