JP2008218030A

JP2008218030A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2008218030A
Application number: JP2007050137A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Yoshida; 勇一吉田; Yasutada Nakagawa; 泰忠中川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2007-02-28
Publication date: 2008-09-18

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell capable of reducing output variation. SOLUTION: The fuel cell is equipped with an electromotive part having a membrane electrode assembly formed by interposing an electrolyte membrane between an air electrode and a fuel electrode; a cathode conductive layer installed adjacently to the air electrode; an anode conductive layer installed adjacently to the fuel electrode; and a fuel distribution mechanism for supplying fuel to the electromotive part, and a fuel diffusion energy reducing means reducing the diffusion energy of fuel supplied to the fuel electrode from the fuel distribution mechanism is installed between the fuel distribution mechanism and the fuel electrode. COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、携帯機器の動作に有効な平面配置の燃料電池に係り、特に内部気化型直接メタノール燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell having a planar arrangement effective for the operation of a portable device, and more particularly to an internal vaporization type direct methanol fuel cell.

近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話等の各種電子機器は、半導体技術の発達と共に小型化され、燃料電池をこれらの小型機器用の電源に用いることが試みられている。燃料電池は、燃料と酸化剤を供給するだけで発電することができ、燃料のみを補充・交換すれば連続して発電できるという利点を有している。このため、小型化が出来れば携帯電子機器の作動に極めて有利なシステムといえる。特に直接メタノール燃料電池（DMFC；Direct Methanol Fuel Cell）は、エネルギー密度の高いメタノールを燃料に用い、メタノールから電極触媒上で直接電流を取り出せるため、小型化が可能であり、また燃料の取り扱いも水素ガス燃料に比べて容易なことから小型機器用電源として有望であることから、携帯電話、携帯オーディオ、携帯ゲーム機、ノートパソコンなどのコードレス携帯機器に最適な電源としてその実用化が期待されている。 In recent years, various electronic devices such as personal computers and mobile phones have been miniaturized with the development of semiconductor technology, and attempts have been made to use fuel cells as power sources for these small devices. Fuel cells have the advantage that they can generate electricity simply by supplying fuel and oxidant, and can continuously generate electricity if only the fuel is replenished / replaced. For this reason, if the size can be reduced, it can be said that the system is extremely advantageous for the operation of the portable electronic device. Direct methanol fuel cells (DMFCs), in particular, use methanol with high energy density as the fuel, and since current can be extracted directly from methanol on the electrode catalyst, it is possible to reduce the size and handle the fuel with hydrogen. Since it is easy compared to gas fuel, it is promising as a power supply for small devices, so it is expected to be put into practical use as an optimal power source for cordless portable devices such as mobile phones, portable audio devices, portable game machines, and laptop computers. .

DMFCの燃料の供給方法としては、液体燃料を気化してからブロア等で燃料電池内に送り込む気体供給型DMFC、液体燃料をそのままポンプ等で燃料電池内に送り込む液体供給型DMFC、および液体燃料をセル内で気化させる内部気化型DMFC等が知られている。 The DMFC fuel supply method includes gas supply type DMFC that vaporizes liquid fuel and then feeds it into the fuel cell with a blower, etc., liquid supply type DMFC that feeds liquid fuel directly into the fuel cell with a pump and the like, and liquid fuel An internal vaporization type DMFC that vaporizes in a cell is known.

このうち内部気化型DMFCは、例えば特許文献１および特許文献２に記載されているように、アノード、カソード、プロトン伝導性の電解質膜からなる膜電極接合体（MEA；Membrane Electrode Assembly）と、液体燃料を収容する燃料室と、アノードと燃料室との間に配置された気化室と、燃料室と気化室との間を仕切る気液分離膜とを備えている。 Among these, as described in Patent Document 1 and Patent Document 2, for example, the internal vaporization type DMFC includes a membrane electrode assembly (MEA) composed of an anode, a cathode, and a proton conductive electrolyte membrane, and a liquid. A fuel chamber for storing fuel, a vaporization chamber disposed between the anode and the fuel chamber, and a gas-liquid separation membrane for partitioning the fuel chamber and the vaporization chamber are provided.

内部気化型DMFCでは、燃料室に注入された液体燃料が気化した燃料ガス（メタノール蒸気）は、気液分離膜を透過し、気化室中を拡散してアノードに供給される。アノードでは、下式（１）の反応に従って、燃料ガスと水とが電気化学反応を生じて二酸化炭素（CO₂）とプロトン（H⁺；水素イオンともいう）と電子（ｅ⁻）を生じ、アノードで生じたプロトンはプロトン伝導性膜を透過してカソードに拡散する。カソードでは下式（２）の反応に従って、大気中の酸素（O₂）と、プロトン伝導性膜を透過してきたプロトンと、アノードから外部回路を通ってカソードに流れてきた電子とが電気化学反応を生じて水（H₂O）を生成する。カソードで生成した水は、一部がプロトン伝導性膜を通してアノードに拡散し、式（１）の反応に使われる。このようにして、外部から水を補給することなくアノードとカソードにおいて継続して反応を生じさせることができる。 In the internal vaporization type DMFC, the fuel gas (methanol vapor) vaporized from the liquid fuel injected into the fuel chamber permeates the gas-liquid separation membrane, diffuses in the vaporization chamber, and is supplied to the anode. At the anode, according to the reaction of the following formula (1), the fuel gas and water cause an electrochemical reaction to generate carbon dioxide (CO ₂ ), protons (H ⁺ ; also referred to as hydrogen ions), and electrons (e ⁻ ), Protons generated at the anode permeate the proton conducting membrane and diffuse to the cathode. At the cathode, according to the reaction of the following formula (2), the oxygen (O ₂ ) in the atmosphere, the proton that has passed through the proton conductive membrane, and the electrons that have flowed from the anode to the cathode through the external circuit are electrochemically reacted. To produce water (H ₂ O). Part of the water produced at the cathode diffuses to the anode through the proton conductive membrane and is used for the reaction of formula (1). In this way, the reaction can be continuously generated at the anode and the cathode without replenishing water from the outside.

CH₃OH＋H₂O → CO₂＋6H⁺＋6e⁻ …（１）
O₂＋4H⁺＋4e⁻ → 2H₂O …（２）
特表２００５−５１８６４６号公報米国特許２００６／００２９８５１Ａ１ CH ₃ OH + H ₂ O → CO ₂ + 6H ⁺ + 6e ⁻ (1)
O ₂ + 4H ⁺ + 4e ⁻ → 2H ₂ O (2)
JP 2005-518646 A US 2006/0029851 A1

しかし、従来の内部気化型DMFCでは、カソードからアノードに拡散してきた水の一部が液体または気体（水蒸気）の形で徐々に気化室へ拡散していく。このとき、水蒸気は気液分離膜を透過して燃料室に侵入し、燃料室内の液体燃料の濃度は発電を続けているうちに低下していくことになる。液体燃料の濃度が下がると液体燃料の蒸気圧が低下し、すなわち単位時間当たりに液体燃料が気化して燃料ガスになる量が減少するので、結果としてMEAに供給される燃料ガスの量が減少する。この結果、MEAで発電できる単位時間あたりの電力（出力）が低下することになる。 However, in the conventional internal vaporization type DMFC, part of the water diffused from the cathode to the anode gradually diffuses into the vaporization chamber in the form of liquid or gas (water vapor). At this time, water vapor permeates the gas-liquid separation membrane and enters the fuel chamber, and the concentration of the liquid fuel in the fuel chamber decreases while power generation continues. As the liquid fuel concentration decreases, the vapor pressure of the liquid fuel decreases, that is, the amount of liquid fuel vaporized per unit time and the amount of fuel gas decreases, resulting in a decrease in the amount of fuel gas supplied to the MEA. To do. As a result, the power (output) per unit time that can be generated by the MEA decreases.

そこで、出力低下の防止のために、ポンプ等の補器を用いて１００％メタノール液の供給量を強制的に増加させ、燃料の濃度を高めようとすると、図６に示す出力特性に示す。図６において、縦軸は平均出力を１として経時変化に対しての出力を相対値で示したものであり、横軸は時間を示す。図６に示すように発電出力が大きく変動して、一定の出力を安定して発電することができない。すなわち、ポンプにより液体燃料をこまめに間欠的に送液するにも拘わらず、燃料を送液したときは出力が大幅に上昇し、燃料の供給量を絞ったときは出力が大幅に低下する。このような出力の変動は、燃料電池が薄型化すればするほどさらに顕著になることが予想されている。したがって、内部気化型DMFCにおいて出力を安定化させることは最重要課題の一つとなっている。 Therefore, in order to prevent a decrease in output, if the supply amount of 100% methanol liquid is forcibly increased by using an auxiliary device such as a pump to increase the concentration of fuel, the output characteristics shown in FIG. 6 are shown. In FIG. 6, the vertical axis represents the average output as 1 and the relative output with respect to the change with time, and the horizontal axis represents time. As shown in FIG. 6, the power generation output fluctuates greatly, and a constant output cannot be stably generated. That is, although the liquid fuel is frequently intermittently sent by the pump, the output greatly increases when the fuel is supplied, and the output significantly decreases when the fuel supply amount is reduced. Such fluctuations in output are expected to become more prominent as the fuel cell becomes thinner. Therefore, stabilizing the output in the internal vaporization type DMFC is one of the most important issues.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、出力の変動を抑制することができる燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a fuel cell capable of suppressing fluctuations in output.

本発明に係る燃料電池は、空気極と燃料極との間に電解質膜を配置した膜電極接合体を有する起電部と、前記空気極に隣接して配置されたカソード導電層と、前記燃料極に隣接して配置されたアノード導電層と、前記起電部に燃料を供給する燃料分配機構と、を具備する燃料電池であって、前記燃料分配機構から前記燃料極に供給される燃料の拡散エネルギーを低減させる燃料拡散エネルギー低減手段を、前記燃料分配機構から前記燃料極までの間に有することを特徴とする。 The fuel cell according to the present invention includes an electromotive portion having a membrane electrode assembly in which an electrolyte membrane is disposed between an air electrode and a fuel electrode, a cathode conductive layer disposed adjacent to the air electrode, and the fuel A fuel cell comprising: an anode conductive layer disposed adjacent to an electrode; and a fuel distribution mechanism that supplies fuel to the electromotive unit, wherein the fuel cell is configured to supply fuel to the fuel electrode from the fuel distribution mechanism. Fuel diffusion energy reducing means for reducing the diffusion energy is provided between the fuel distribution mechanism and the fuel electrode.

上記の燃料拡散エネルギー低減手段は、燃料の流動を妨げる抵抗部材、および／または、流動するうちに燃料のもつ拡散エネルギーを弱めるための気液分離膜から燃料極のアノード触媒層までの間の緩衝距離Ｌ１とすることができる。抵抗部材には、燃料の気化成分が通過しうる開口または孔を有する有孔板（多孔板）または多孔質体からなるフィルムを用いることができる。 The fuel diffusion energy reducing means includes a resistance member that prevents the flow of fuel and / or a buffer between the gas-liquid separation membrane and the anode catalyst layer of the fuel electrode for weakening the diffusion energy of the fuel while flowing. The distance L1 can be set. As the resistance member, a perforated plate (perforated plate) having an opening or a hole through which a vaporized component of fuel can pass or a film made of a porous body can be used.

抵抗部材を用いる場合は、流体が拡散するために有効な有効拡散係数を決定する気孔率または開口率を１０％以上８０％以下とする有孔板または多孔質体を抵抗部材として用いることが好ましい。多孔率または開口率が１０％未満になると、発電反応に必要とされる燃料の絶対供給量が不足して、出力が著しく低下するからである。一方、多孔率または開口率が８０％を超えると、フィルム積層材としての機械的強度が不足するとともに、燃料の拡散エネルギーを奪って低減させるという本発明の効果を奏することが難しくなるからである
緩衝距離Ｌ１を用いる場合は、緩衝距離Ｌ１を２ｍｍ以下とすることが好ましい。この場合に、さらに、気液分離膜からアノードガス拡散層までの距離Ｌ２を０．５ｍｍ以上とすることが望ましい。緩衝距離Ｌ１が２ｍｍを超えると、装置が大型化し、携帯機器を薄型化する目的に反するからである。一方、距離Ｌ２が０．５ｍｍ未満になると、緩衝作用が低下して本発明の効果を奏することができなくなるからである。 In the case of using a resistance member, it is preferable to use a perforated plate or a porous body having a porosity or an opening ratio that determines an effective diffusion coefficient effective for fluid diffusion as 10% to 80% as the resistance member. . This is because, when the porosity or the opening ratio is less than 10%, the absolute supply amount of fuel required for the power generation reaction is insufficient, and the output is significantly reduced. On the other hand, if the porosity or the opening ratio exceeds 80%, the mechanical strength as a film laminate is insufficient, and it becomes difficult to achieve the effect of the present invention by depriving and reducing the diffusion energy of the fuel. When the buffer distance L1 is used, the buffer distance L1 is preferably 2 mm or less. In this case, it is further desirable that the distance L2 from the gas-liquid separation membrane to the anode gas diffusion layer is 0.5 mm or more. This is because if the buffer distance L1 exceeds 2 mm, the apparatus becomes large and goes against the purpose of thinning the portable device. On the other hand, if the distance L2 is less than 0.5 mm, the buffering action is reduced and the effects of the present invention cannot be achieved.

上記の燃料分配機構は、燃料収容部と流路を介して燃料が導入され、膜電極接合体へ燃料を供給するための複数の燃料供給口を有する燃料分配機構を採用することができる。あるいは、上記燃料分配機構は、燃料収容部と流路を介して燃料が導入され、膜電極接合体へ燃料を供給するための燃料拡散材を配置した構成を採用することができる。上記の燃料拡散エネルギー低減手段により、燃料収容部から間欠的に送られてくる液体燃料の衝撃からアノード触媒層を有効に保護することができる。 The fuel distribution mechanism may employ a fuel distribution mechanism having a plurality of fuel supply ports for supplying fuel to the membrane electrode assembly through which fuel is introduced through the fuel storage portion and the flow path. Alternatively, the fuel distribution mechanism can employ a configuration in which fuel is introduced through a fuel storage portion and a flow path, and a fuel diffusion material for supplying fuel to the membrane electrode assembly is disposed. By the fuel diffusion energy reducing means, the anode catalyst layer can be effectively protected from the impact of the liquid fuel that is intermittently sent from the fuel storage portion.

本発明の燃料電池に使用される液体燃料は、燃料濃度が５０モル％を超える高濃度メタノール水溶液または純メタノール液であることが望ましい。燃料濃度が５０モル％以下では出力が低下しやすく、液体燃料の供給頻度が増加するからである。 The liquid fuel used in the fuel cell of the present invention is preferably a high-concentration aqueous methanol solution or a pure methanol solution having a fuel concentration exceeding 50 mol%. This is because when the fuel concentration is 50 mol% or less, the output tends to decrease and the supply frequency of the liquid fuel increases.

本発明によれば、バラツキの少ない安定した発電出力が得られるようになり、携帯電話、携帯オーディオ、携帯ゲーム機、ノートパソコンなどのコードレス携帯機器などに優れた電源を提供することができる。 According to the present invention, a stable power generation output with little variation can be obtained, and an excellent power source can be provided for cordless portable devices such as a mobile phone, a portable audio device, a portable game machine, and a laptop computer.

以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

（第１の実施の形態）
先ず、燃料電池システムの全体概要について図１乃至図３を参照して説明する。燃料電池システム３０は、図２に示すように、直接メタノール燃料電池（DMFC）として発電出力する燃料電池部３５と、燃料電池部の補助電源として機能する二次電池部３６とを備えている。燃料電池部３５は、燃料電池１、燃料収容部５０およびポンプ３１を備えている。二次電池部３６は、制御回路３２およびリチウム二次電池３７を備えている。ポンプ３１は燃料収容部５０から燃料電池１まで間の流路に設けられ、リチウム二次電池３７を電源として制御回路３２により動作を制御されるようになっている。 (First embodiment)
First, an overall outline of the fuel cell system will be described with reference to FIGS. 1 to 3. As shown in FIG. 2, the fuel cell system 30 includes a fuel cell unit 35 that generates and outputs a direct methanol fuel cell (DMFC), and a secondary battery unit 36 that functions as an auxiliary power source for the fuel cell unit. The fuel cell unit 35 includes the fuel cell 1, the fuel storage unit 50, and the pump 31. The secondary battery unit 36 includes a control circuit 32 and a lithium secondary battery 37. The pump 31 is provided in a flow path from the fuel storage unit 50 to the fuel cell 1, and the operation is controlled by the control circuit 32 using the lithium secondary battery 37 as a power source.

燃料電池１は、外側が外装ケース２１で覆われ、内部にセル構造体２０が収納されている。外装ケース２１の端部は燃料分配機構１１の本体にかしめ加工され、これによりセル構造体２０と外装ケース２１とが一体化されている。セル構造体２０の内部の適所にはＯリング８ａ，８ｂが設けられ、外装ケース２１とセル構造体２０との間がシールされ、内部の燃料が外部に漏れ出さないようにされている。 The outer side of the fuel cell 1 is covered with an outer case 21, and the cell structure 20 is housed inside. The end portion of the outer case 21 is caulked to the main body of the fuel distribution mechanism 11, whereby the cell structure 20 and the outer case 21 are integrated. O-rings 8a and 8b are provided at appropriate positions inside the cell structure 20, and the space between the outer case 21 and the cell structure 20 is sealed so that the internal fuel does not leak to the outside.

セル構造体２０は、短冊状の複数の単電極（単位セル）を有する多極構造の発電要素である。複数の単電極は、ほぼ同一平面上に並んで配置され、直列に電気接続されている。単電極の各々は、膜電極接合体（MEA）１０、集電体としてのカソード導電層７ａおよびアノード導電層７ｂを備えている。カソード導電層７ａの側には保湿板１９が設けられ、外気の空気の通過を阻害せず、外部からの微笑の埃や異物の混入、さらには接触などを防止するようになっている。この保湿板１９としては、好ましくは気孔率が例えば２０〜６０％の多孔性フィルムなどが用いられる。なお、空気導入のために、外装ケース２１の主面に複数の通気孔２２が開口している。空気は、通気孔２２を通って内部に入り、保湿板１９を透過して、膜電極接合体１０のカソード触媒層２に供給される。 The cell structure 20 is a power generation element having a multipolar structure having a plurality of strip-shaped single electrodes (unit cells). The plurality of single electrodes are arranged side by side on substantially the same plane, and are electrically connected in series. Each single electrode includes a membrane electrode assembly (MEA) 10, a cathode conductive layer 7a as a current collector, and an anode conductive layer 7b. A moisturizing plate 19 is provided on the side of the cathode conductive layer 7a so as not to block the passage of outside air, and to prevent the entry of smiling dust and foreign matters from the outside, and further contact. As the moisture retaining plate 19, a porous film having a porosity of, for example, 20 to 60% is preferably used. A plurality of vent holes 22 are opened in the main surface of the outer case 21 for introducing air. Air enters the interior through the air holes 22, passes through the moisture retaining plate 19, and is supplied to the cathode catalyst layer 2 of the membrane electrode assembly 10.

セル構造体２０の内部には種々のフレームや部材によって各種のスペースや間隙が形成されている。それらのスペースや間隙のうち、アノード側のスペースは液溜め４０および気化室４２等として用いられ、カソード側のスペースには保湿板１９が収納されている。燃料分配機構１１の適所、例えば燃料分配機構１１の底面あるいは側面において図示しない燃料導入口１２が開口している。 Various spaces and gaps are formed in the cell structure 20 by various frames and members. Among these spaces and gaps, the space on the anode side is used as the liquid reservoir 40, the vaporization chamber 42, and the like, and the moisture retaining plate 19 is accommodated in the space on the cathode side. A fuel introduction port 12 (not shown) is opened at an appropriate position of the fuel distribution mechanism 11, for example, on the bottom surface or side surface of the fuel distribution mechanism 11.

膜電極接合体１０は、カソード触媒層２及びカソードガス拡散層４からなる空気極（カソード極）と、アノード触媒層３及びアノードガス拡散層５からなる燃料極（アノード極）と、カソード触媒層２とアノード触媒層３の間に配置されるプロトン伝導性の電解質膜６とを備えている。カソード触媒層２及びアノード触媒層３に含有される触媒としては、例えば、白金族元素の単体金属（Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等）、白金族元素を含有する合金などを挙げることができる。アノード触媒には、メタノールや一酸化炭素に対する耐性の強いＰｔ−Ｒｕ、カソード触媒には、白金を用いることが望ましいが、これに限定されるものでは無い。また、炭素材料のような導電性担持体を使用する担持触媒を使用しても、あるいは無担持触媒を使用してもよい。 The membrane electrode assembly 10 includes an air electrode (cathode electrode) composed of the cathode catalyst layer 2 and the cathode gas diffusion layer 4, a fuel electrode (anode electrode) composed of the anode catalyst layer 3 and the anode gas diffusion layer 5, and a cathode catalyst layer. 2 and an anode catalyst layer 3, a proton conductive electrolyte membrane 6 is provided. Examples of the catalyst contained in the cathode catalyst layer 2 and the anode catalyst layer 3 include platinum group element simple metals (Pt, Ru, Rh, Ir, Os, Pd, etc.), alloys containing platinum group elements, and the like. be able to. Although it is desirable to use Pt-Ru which has strong resistance to methanol and carbon monoxide as the anode catalyst and platinum as the cathode catalyst, it is not limited to this. Also, a supported catalyst using a conductive support such as a carbon material may be used, or an unsupported catalyst may be used.

電解質膜６は、アノード触媒層３において発生したプロトンをカソード触媒層２に輸送するためのものであり、電子伝導性を持たず、プロトンを輸送することが可能な材料により構成されている。例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂（例えば、パーフルオロスルホン酸重合体）、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があげられるが、具体的には、デュポン社製のナフィオン膜（登録商標）、旭硝子社製のフレミオン膜（登録商標）、あるいは旭化成工業社製のアシプレックス膜（登録商標）などにより構成されている。なお、ポリパーフルオロスルホン酸系の樹脂膜以外にも、トリフルオロスチレン誘導体の共重合膜、リン酸を含浸させたポリベンズイミダゾール膜、芳香族ポリエーテルケトンスルホン酸膜、あるいは脂肪族炭化水素系樹脂獏などプロトンを輸送可能な電解質膜６を構成するようにしてもよい。 The electrolyte membrane 6 is for transporting protons generated in the anode catalyst layer 3 to the cathode catalyst layer 2 and is made of a material that does not have electron conductivity and can transport protons. For example, fluorinated resins having a sulfonic acid group (for example, perfluorosulfonic acid polymer), hydrocarbon-based resins having a sulfonic acid group, tungstic acid, phosphotungstic acid, and the like can be mentioned. Nafion membrane (registered trademark) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., Flemion membrane (registered trademark) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., Aciplex membrane (registered trademark) manufactured by Asahi Kasei Kogyo Co., Ltd., or the like. In addition to polyperfluorosulfonic acid-based resin films, copolymer films of trifluorostyrene derivatives, polybenzimidazole films impregnated with phosphoric acid, aromatic polyether ketone sulfonic acid films, or aliphatic hydrocarbon-based films You may make it comprise the electrolyte membrane 6 which can transport protons, such as a resin container.

カソード触媒層２はカソードガス拡散層４上に積層され、かつアノード触媒層３はアノードガス拡散層５上に積層されている。カソードガス拡散層４はカソード触媒層２に酸化剤を均一に供給する役割を担うものであるが、カソード触媒層２の集電体も兼ねている。一方、アノードガス拡散層５はアノード触媒層３に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層３の集電体も兼ねている。カソード導電層７ａの内側の面はカソードガス拡散層４に接し、アノード導電層７ｂの内側の面はアノードガス拡散層５に接している。これらのカソード導電層７ａ及びアノード導電層７ｂには、例えば金などの電気特性と化学安定性に優れた金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）をそれぞれ使用することができる。 The cathode catalyst layer 2 is laminated on the cathode gas diffusion layer 4, and the anode catalyst layer 3 is laminated on the anode gas diffusion layer 5. The cathode gas diffusion layer 4 plays a role of uniformly supplying the oxidant to the cathode catalyst layer 2, but also serves as a current collector for the cathode catalyst layer 2. On the other hand, the anode gas diffusion layer 5 serves to uniformly supply fuel to the anode catalyst layer 3 and also serves as a current collector for the anode catalyst layer 3. The inner surface of the cathode conductive layer 7 a is in contact with the cathode gas diffusion layer 4, and the inner surface of the anode conductive layer 7 b is in contact with the anode gas diffusion layer 5. For these cathode conductive layer 7a and anode conductive layer 7b, for example, porous layers (for example, meshes) made of a metal material having excellent electrical characteristics and chemical stability such as gold can be used.

矩形枠状のカソードシール材８ａは、カソード導電層７ａと電解質膜６との間に位置すると共に、カソード触媒層２及びカソードガス拡散層４の周囲を囲んでいる。一方、矩形枠状のアノードシール材８ｂは、アノード導電層７ｂと電解質膜６との間に位置すると共に、アノード触媒層３及びアノードガス拡散層５の周囲を囲んでいる。カソードシール材８ａ及びアノードシール材８ｂは、膜電極接合体１０からの燃料漏れ及び酸化剤漏れを防止するためのＯリングである。フレーム２９は、膜電極接合体１０と燃料拡散エネルギー低減手段としての抵抗部材２８との間隙を確保するために配置されている。 The rectangular frame-shaped cathode sealing material 8 a is located between the cathode conductive layer 7 a and the electrolyte membrane 6 and surrounds the cathode catalyst layer 2 and the cathode gas diffusion layer 4. On the other hand, the rectangular frame-shaped anode sealing material 8 b is located between the anode conductive layer 7 b and the electrolyte membrane 6 and surrounds the anode catalyst layer 3 and the anode gas diffusion layer 5. The cathode seal material 8 a and the anode seal material 8 b are O-rings for preventing fuel leakage and oxidant leakage from the membrane electrode assembly 10. The frame 29 is disposed in order to secure a gap between the membrane electrode assembly 10 and the resistance member 28 as a fuel diffusion energy reducing unit.

膜電極接合体１０のアノード側にはカバープレート（外装ケース）２１が設けられている。カバープレート２１は、膜電極接合体１０を燃料電池１内の所定の位置に位置決め支持するための支持部材である。カバープレート２１には複数の通気孔２２が開口している。 A cover plate (exterior case) 21 is provided on the anode side of the membrane electrode assembly 10. The cover plate 21 is a support member for positioning and supporting the membrane electrode assembly 10 at a predetermined position in the fuel cell 1. A plurality of vent holes 22 are opened in the cover plate 21.

気液分離膜２７は、液体燃料（例えばメタノール溶液）の気化成分のみを透過させて、液体燃料そのものは透過させない性質を有するものである。これにより液溜め４０と気化室４２とが仕切られている。気液分離膜２７には例えばシリコンシートやＰＴＦＥ膜などの多孔膜を用いる。ここで、液体燃料の気化成分とは、液体燃料として液体のメタノールを使用した場合は気化したメタノールを意味し、液体燃料としてメタノール水溶液を使用した場合にはメタノールの気化成分と水の気化成分からなる混合ガスを意味する。気化室４２は、気液分離膜２７を透過してきた気化燃料を一時的に収容しておく蒸気溜りとして機能する。この気化室内に燃料拡散エネルギー低減手段としての抵抗部材２８が設けられている。 The gas-liquid separation membrane 27 has a property of allowing only the vaporized component of the liquid fuel (for example, methanol solution) to permeate and not the liquid fuel itself. Thereby, the liquid reservoir 40 and the vaporizing chamber 42 are partitioned. For the gas-liquid separation membrane 27, for example, a porous membrane such as a silicon sheet or a PTFE membrane is used. Here, the vaporization component of liquid fuel means vaporized methanol when liquid methanol is used as the liquid fuel, and from the vaporization component of methanol and the vaporization component of water when an aqueous methanol solution is used as the liquid fuel. Is a mixed gas. The vaporization chamber 42 functions as a vapor reservoir that temporarily stores vaporized fuel that has permeated through the gas-liquid separation membrane 27. A resistance member 28 as a means for reducing fuel diffusion energy is provided in the vaporization chamber.

抵抗部材２８は、燃料の気化成分が通過しうる開口（又は孔）を有する樹脂フィルムからなり、気化室４２内で流動しようとする気化燃料から拡散エネルギーを奪い取り、気化燃料からアノード触媒層３（アノードガス拡散層５）が受ける衝撃力を緩和し、一度に多量の気化燃料がアノード触媒層３に供給されるのを回避して、メタノールクロスオーバーの発生を抑える。なお、抵抗部材２８の開口率（多孔質体である場合は気孔率）は、燃料電池の発電規模などに応じてその適正値が様々に変動するため、その値を特定することは困難であるがあえて望ましい数値範囲を示せば１０〜８０％である。抵抗部材２８の開口率が１０％未満になると発電反応に必要とされる燃料の絶対供給量が不足して、出力が著しく低下するからである。一方、抵抗部材２８の開口率が８０％を超えると、フィルム積層材としての機械的強度が不足するとともに、燃料の拡散エネルギーを奪って低減させるという本発明の効果を奏することが難しくなるからである。 The resistance member 28 is made of a resin film having an opening (or a hole) through which a vaporized component of the fuel can pass. The resistance member 28 takes away diffusion energy from the vaporized fuel to flow in the vaporization chamber 42, and the anode catalyst layer 3 ( The impact force received by the anode gas diffusion layer 5) is reduced, and a large amount of vaporized fuel is prevented from being supplied to the anode catalyst layer 3 at one time, thereby suppressing the occurrence of methanol crossover. The appropriate value of the aperture ratio (porosity in the case of a porous body) of the resistance member 28 varies depending on the power generation scale of the fuel cell and it is difficult to specify the value. If it shows a desirable numerical range, it is 10 to 80%. This is because if the opening ratio of the resistance member 28 is less than 10%, the absolute supply amount of fuel required for the power generation reaction is insufficient, and the output is remarkably reduced. On the other hand, if the opening ratio of the resistance member 28 exceeds 80%, the mechanical strength as the film laminate material is insufficient, and it becomes difficult to achieve the effect of the present invention by depriving and reducing the diffusion energy of the fuel. is there.

図１に示すように、気液分離膜２７からアノード触媒層３までの緩衝距離Ｌ１を２ｍｍ以下とすることが好ましい。緩衝距離Ｌ１が２ｍｍを超えると、装置が大型化し、携帯機器を薄型化する目的に反するからである。さらに、気液分離膜２７からアノードガス拡散層５までの距離Ｌ２を０．５ｍｍ以上とすることが望ましい。距離Ｌ２が０．５ｍｍ未満になると、緩衝作用が低下して本発明の効果を奏することができなくなるからである。 As shown in FIG. 1, the buffer distance L1 from the gas-liquid separation membrane 27 to the anode catalyst layer 3 is preferably 2 mm or less. This is because if the buffer distance L1 exceeds 2 mm, the apparatus becomes large and goes against the purpose of thinning the portable device. Furthermore, it is desirable that the distance L2 from the gas-liquid separation membrane 27 to the anode gas diffusion layer 5 is 0.5 mm or more. This is because if the distance L2 is less than 0.5 mm, the buffering action is reduced and the effects of the present invention cannot be achieved.

ポンプ３１の種類は特に限定されるものではないが、少量の液体燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、電気浸透流ポンプ（ＥＯポンプ）、ロータリーポンプ（ロータリーベーンポンプ）、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。電気浸透流ポンプは電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。電気浸透流ポンプは上述の特許文献２などに記載されている。ロータリーポンプはモータで羽を回転させて送液するものである。ダイアフラムポンプは電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。 The type of the pump 31 is not particularly limited, but from the viewpoint that a small amount of liquid fuel can be sent with good controllability, and that further reduction in size and weight is possible, an electroosmotic pump (EO pump), a rotary pump It is preferable to use a (rotary vane pump), a diaphragm pump, a squeezing pump, or the like. The electroosmotic flow pump uses a sintered porous material such as silica that causes an electroosmotic flow phenomenon. The electroosmotic flow pump is described in the above-mentioned Patent Document 2. A rotary pump rotates a wing with a motor and feeds liquid. The diaphragm pump is a pump that feeds liquid by driving the diaphragm with an electromagnet or piezoelectric ceramics. The squeezing pump presses a part of the flexible fuel flow path and squeezes the fuel. Among these, it is more preferable to use an electroosmotic pump or a diaphragm pump having piezoelectric ceramics from the viewpoint of driving power, size, and the like.

ポンプ３１の送液量は燃料電池１の主たる対象物が小型電子機器であることから、１０μＬ／分〜１ｍＬ／分の範囲とすることが好ましい。送液量が１ｍＬ／分を超えると一度に送液される液体燃料の量が多くなりすぎて、全運転期間に占めるポンプ３１の停止時間が長くなる。このため、セル構造体２０への燃料の供給量の変動が大きくなり、その結果として出力の変動が大きくなる。これを防止するためのリザーバをポンプ３１と燃料分配機構１１との間に設けてもよいが、そのような構成を適用しても燃料供給量の変動を十分に抑制することはできず、さらに装置サイズの大型化等を招いてしまう。 Since the main object of the fuel cell 1 is a small electronic device, it is preferable that the amount of liquid delivered by the pump 31 be in the range of 10 μL / min to 1 mL / min. If the amount of liquid delivery exceeds 1 mL / min, the amount of liquid fuel delivered at one time becomes too large, and the stop time of the pump 31 occupying the entire operation period becomes long. For this reason, the fluctuation in the amount of fuel supplied to the cell structure 20 increases, and as a result, the fluctuation in output increases. A reservoir for preventing this may be provided between the pump 31 and the fuel distribution mechanism 11, but even if such a configuration is applied, fluctuations in the fuel supply amount cannot be sufficiently suppressed, and This will increase the size of the device.

一方、ポンプ３１の送液量が１０μＬ／分未満であると、装置立ち上げ時のように燃料の消費量が増える際に供給能力不足を招くおそれがある。これによって、燃料電池３１の起動特性等が低下する。このような点から、１０μＬ／分〜１ｍＬ／分の範囲の送液能力を有するポンプ３１を使用することが好ましい。ポンプ３１の送液量は１０〜２００μＬ／分の範囲とすることがより好ましい。このような送液量を安定して実現する上でも、ポンプ３１には電気浸透流ポンプやダイアフラムポンプを適用することが好ましい。 On the other hand, if the amount of liquid fed by the pump 31 is less than 10 μL / min, there may be a shortage of supply capacity when the amount of fuel consumption increases when the apparatus is started up. As a result, the start-up characteristics and the like of the fuel cell 31 are degraded. From such a point, it is preferable to use the pump 31 having a liquid feeding capacity in the range of 10 μL / min to 1 mL / min. It is more preferable that the liquid feeding amount of the pump 31 is in the range of 10 to 200 μL / min. In order to stably realize such a liquid feeding amount, it is preferable to apply an electroosmotic flow pump or a diaphragm pump to the pump 31.

燃料分配機構１１の内部に積層された液体燃料含浸層を設けるようにしてもよい。液体燃料含浸層として、例えば多孔質ポリエステル繊維、多孔質オレフィン系樹脂等多硬質繊維や、連続気泡多孔質体樹脂が好ましい。液体燃料含浸層は、燃料供給源の液体燃料が減少した場合や燃料電池本体が傾斜して載置され燃料供給が偏った場合においても、気液分離膜２７に均等に液体燃料が供給され、その結果、アノード触媒層３に均等に気化された液体燃料を供給することが可能となる。ポリエステル繊維以外にも、アクリル酸系の樹脂などの各種吸水性ポリマーにより構成してもよく、スポンジまたは繊維の集合体など液体の浸透性を利用して液体を保持することができる材料により構成する。本液体燃料含浸部は，本体の姿勢に関わらず適量の燃料を供給するのに有効である。 You may make it provide the liquid fuel impregnation layer laminated | stacked inside the fuel distribution mechanism 11. FIG. As the liquid fuel-impregnated layer, for example, multi-rigid fibers such as porous polyester fiber and porous olefin resin, and open-cell porous resin are preferable. The liquid fuel impregnated layer supplies the liquid fuel evenly to the gas-liquid separation membrane 27 even when the liquid fuel of the fuel supply source decreases or when the fuel cell main body is inclined and placed and the fuel supply is biased. As a result, it is possible to supply the vaporized liquid fuel to the anode catalyst layer 3 evenly. In addition to the polyester fiber, it may be composed of various water-absorbing polymers such as acrylic resin, and is composed of a material that can hold the liquid by utilizing the permeability of the liquid, such as a sponge or an aggregate of fibers. . This liquid fuel impregnation part is effective for supplying an appropriate amount of fuel regardless of the posture of the main body.

なお、液体燃料としては、必ずしもメタノール燃料に限られるものではなく、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、もしくはその他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料電池に応じた液体燃料が使用される。特に燃料濃度が８０モル％を超えるメタノール水溶液または純メタノール液であることが好適である。 The liquid fuel is not necessarily limited to methanol fuel, for example, ethanol fuel such as ethanol aqueous solution or pure ethanol, propanol fuel such as propanol aqueous solution or pure propanol, glycol fuel such as glycol aqueous solution or pure glycol, dimethyl ether, It may be formic acid or other liquid fuel. In any case, liquid fuel corresponding to the fuel cell is used. In particular, a methanol aqueous solution or a pure methanol solution having a fuel concentration exceeding 80 mol% is preferred.

次に、本発明の実施例と比較例とを対比しながら本発明の効果を説明する。 Next, the effects of the present invention will be described while comparing the examples of the present invention with the comparative examples.

図５は実施例として図３に示す本発明の燃料電池（抵抗部材有り）の出力特性を示す図、図６は比較例として図４に示す従来の燃料電池（抵抗部材無し）の出力特性を示す図である。図５及び図６において、縦軸は平均出力を１として経時変化に対しての出力を相対値で示したものであり、横軸は時間を示す。 FIG. 5 shows the output characteristics of the fuel cell (with a resistance member) of the present invention shown in FIG. 3 as an example, and FIG. 6 shows the output characteristics of the conventional fuel cell (without a resistance member) shown in FIG. 4 as a comparative example. FIG. 5 and 6, the vertical axis indicates an average output as 1, and the relative output with respect to the change with time, and the horizontal axis indicates time.

両図を対比してみると、図５の出力特性線Ｐの変動幅Ｗ１のほうが図６の出力特性線Ｑの変動幅Ｗ２よりも小さく、出力が極めて安定している。本実施例では出力の変動幅を比較例のそれの最大約４０〜５０％まで低減することができた。 Comparing the two figures, the fluctuation width W1 of the output characteristic line P in FIG. 5 is smaller than the fluctuation width W2 of the output characteristic line Q in FIG. 6, and the output is extremely stable. In this embodiment, the fluctuation range of the output could be reduced to about 40 to 50% of that of the comparative example.

表１に本実施例の燃料電池を構成する各部の材質、厚み、多孔率、開口率をそれぞれ示す。なお、ここで「多孔率」というときは抵抗部材に多孔質体を用いた場合をいい、「開口率」というときは抵抗部材に有孔板を用いた場合をいう。

Table 1 shows the material, thickness, porosity, and aperture ratio of each part constituting the fuel cell of this example. Here, the term “porosity” refers to the case where a porous body is used as the resistance member, and the term “opening ratio” refers to the case where a perforated plate is used as the resistance member.

気液分離膜２７は厚さ０．０１ｍｍのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）シートからなるものである。 The gas-liquid separation membrane 27 is made of a polytetrafluoroethylene (PTFE) sheet having a thickness of 0.01 mm.

燃料拡散エネルギー低減手段としての抵抗部材２８は厚さ１．５ｍｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シートからなる孔を有する樹脂フィルムである。抵抗部材２８には開口率が２５％になるように複数の孔が開口形成されている。抵抗部材２８の材料として、ＰＥＴ以外の他の樹脂、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、塩化ビニル、フッ素ゴム、エチレン-プロピレン三量体（ＥＰＤＭ）等の、燃料に冒されず且つ可撓性を有する柔軟な材料を用いることができる。 The resistance member 28 as a means for reducing fuel diffusion energy is a resin film having holes made of a polyethylene terephthalate (PET) sheet having a thickness of 1.5 mm. A plurality of holes are formed in the resistance member 28 so that the aperture ratio is 25%. As the material of the resistance member 28, a resin other than PET, such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), vinyl chloride, fluororubber, ethylene-propylene trimer (EPDM) and the like, is not affected by fuel and may be used. A flexible material having flexibility can be used.

次に、本発明を適用可能な種々の燃料供給方式の燃料電池について図７〜図１２を参照してそれぞれ説明する。なお、図１及び図３と同様の構成については、その説明は割愛する。 Next, fuel cells of various fuel supply systems to which the present invention can be applied will be described with reference to FIGS. The description of the same configuration as in FIGS. 1 and 3 is omitted.

図７に示すように、燃料電池１Ａは、セル構造体２０と、セル構造体２０に燃料を供給する燃料分配機構１１と、液体燃料が一時的に滞留する空隙部（液溜め）４０と、燃料分配機構１１を燃料供給源５０に接続する流路５１と、流路５１に設けられたポンプ３１と、気液分離膜燃料分配機構１１気液分離膜からセル構造体２０（アノード触媒層３）までの間に配置された燃料拡散エネルギー低減手段としての抵抗部材２８とを備えている。 As shown in FIG. 7, the fuel cell 1 A includes a cell structure 20, a fuel distribution mechanism 11 that supplies fuel to the cell structure 20, a gap (a liquid reservoir) 40 in which liquid fuel temporarily stays, The cell structure 20 (the anode catalyst layer 3) is connected to the flow path 51 connecting the fuel distribution mechanism 11 to the fuel supply source 50, the pump 31 provided in the flow path 51, and the gas-liquid separation membrane fuel distribution mechanism 11. ) And a resistance member 28 as a means for reducing the fuel diffusion energy disposed between.

図７に示す燃料電池１Ａにおいて、燃料分配機構１１からセル構造体２０に供給された燃料は発電反応に使用され、その後に循環して燃料分配機構１１あるいは燃料収容部５０に戻されることはない。このタイプの燃料電池１Ａは燃料を循環させないことから、従来のアクティブ方式とは異なる方式であり、装置の小型化等を損なうものではない。また、液体燃料の供給にポンプ３１を使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なるため、この方式の燃料電池１はいわばセミパッシブ型と呼ぶことができる。 In the fuel cell 1 A shown in FIG. 7, the fuel supplied from the fuel distribution mechanism 11 to the cell structure 20 is used for the power generation reaction and is not circulated thereafter and returned to the fuel distribution mechanism 11 or the fuel storage unit 50. . Since this type of fuel cell 1A does not circulate fuel, it is a system different from the conventional active system, and does not impair the downsizing of the apparatus. In addition, since the pump 31 is used to supply the liquid fuel, which is different from the pure passive method such as the conventional internal vaporization type, the fuel cell 1 of this method can be called a semi-passive type.

さらに、燃料分配機構１１とアノードガス拡散層５との間には、燃料拡散エネルギー低減手段としての抵抗部材２８が挿入されている。抵抗部材２８の材料には各種の多孔質の樹脂フィルムを用いることができる。このような抵抗部材２８を配置することによって、アノード触媒層３に対する燃料の流動衝撃が緩和される。 Further, a resistance member 28 as fuel diffusion energy reducing means is inserted between the fuel distribution mechanism 11 and the anode gas diffusion layer 5. Various porous resin films can be used as the material of the resistance member 28. By disposing such a resistance member 28, the flow shock of the fuel to the anode catalyst layer 3 is mitigated.

外装ケース２１は酸化剤としての空気を取入れるための複数の通気孔２２を有している。外装ケース２１とカソードとの間には保湿板１９や表面層（図示せず）が設けられる。保湿板１９は、カソード触媒層２で生成された水の一部を吸収して水の蒸散を抑制すると共に、カソード触媒層２への空気の均一拡散を促進するものである。表面層は空気の取入れ量を調整するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調整された複数の空気導入口（図示せず）を有している。 The outer case 21 has a plurality of vent holes 22 for taking in air as an oxidant. A moisture retention plate 19 and a surface layer (not shown) are provided between the outer case 21 and the cathode. The moisturizing plate 19 absorbs a part of the water generated in the cathode catalyst layer 2 and suppresses the transpiration of water, and promotes uniform diffusion of air to the cathode catalyst layer 2. The surface layer is for adjusting the amount of air taken in, and has a plurality of air inlets (not shown) whose number and size are adjusted according to the amount of air taken in.

燃料収容部５０には、セル構造体２０に対応した液体燃料４９が収容されている。 A liquid fuel 49 corresponding to the cell structure 20 is stored in the fuel storage unit 50.

セル構造体２０のアノード（燃料極）側には、燃料分配機構１１が配置されている。燃料分配機構１１は流路５１により燃料収容部５０に接続されている。燃料分配機構１１には燃料供給源５０から流路５１を介して液体燃料が導入される。流路５１は燃料分配機構１１や燃料収容部５０と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料分配機構１１と燃料収容部５０とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料の流路であってもよい。燃料分配機構１１は流路５１を介して燃料収容部５０と接続されていればよい。 A fuel distribution mechanism 11 is arranged on the anode (fuel electrode) side of the cell structure 20. The fuel distribution mechanism 11 is connected to the fuel storage unit 50 by a flow path 51. Liquid fuel is introduced into the fuel distribution mechanism 11 from the fuel supply source 50 through the flow path 51. The flow path 51 is not limited to piping independent of the fuel distribution mechanism 11 and the fuel storage unit 50. For example, when the fuel distribution mechanism 11 and the fuel storage unit 50 are stacked and integrated, a liquid fuel flow path connecting them may be used. The fuel distribution mechanism 11 only needs to be connected to the fuel storage unit 50 via the flow path 51.

燃料分配機構１１は、図８に示すように、液体燃料４９が流路５１を介して流入する少なくとも１個の燃料導入口１２と、液体燃料やその気化成分を排出する複数個の燃料供給口１４とを有する燃料分配板（流路板）１３を備えている。燃料分配板１３の内部には燃料導入口１２から導かれた液体燃料の通路となる液溜め（空隙）４０が設けられている。複数の燃料供給口１４は燃料通路として機能する液溜め４０にそれぞれ直接接続されている。 As shown in FIG. 8, the fuel distribution mechanism 11 includes at least one fuel introduction port 12 into which liquid fuel 49 flows in through a flow path 51, and a plurality of fuel supply ports through which liquid fuel and its vaporized components are discharged. 14, a fuel distribution plate (flow path plate) 13 is provided. Inside the fuel distribution plate 13, a liquid reservoir (gap) 40 serving as a liquid fuel passage led from the fuel introduction port 12 is provided. The plurality of fuel supply ports 14 are directly connected to a liquid reservoir 40 that functions as a fuel passage.

燃料導入口１２から燃料分配機構１１に導入された液体燃料は液溜め４０に入り、この液溜め４０を介して複数の燃料供給口１４にそれぞれ導かれる。複数の燃料供給口１４には、例えば液体燃料の気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気液分離膜（図示せず）が配置されており、これによりセル構造体２０のアノード（燃料極）には液体燃料の気化成分が供給される。従って、液体燃料の気化成分は複数の燃料供給口１４からアノードの複数個所に向けて排出される。 The liquid fuel introduced into the fuel distribution mechanism 11 from the fuel introduction port 12 enters the liquid reservoir 40, and is guided to the plurality of fuel supply ports 14 via the liquid reservoir 40. For example, a gas-liquid separation membrane (not shown) that transmits only the vaporized component of the liquid fuel and does not transmit the liquid component is disposed in the plurality of fuel supply ports 14. The vaporized component of the liquid fuel is supplied to the pole). Accordingly, the vaporized component of the liquid fuel is discharged from the plurality of fuel supply ports 14 toward a plurality of locations on the anode.

燃料供給口１４はセル構造体２０の全体に燃料を供給することが可能なように、燃料分配板１３のアノードと接する面に複数設けられている。燃料供給口１４の個数は２個以上であればよいが、セル構造体２０の面内における燃料供給量を均一化する上で、０．１〜１０個／ｃｍ²の燃料供給口１４が存在するように形成することが好ましい。燃料供給口１４の個数が０．１個／ｃｍ²未満であると、セル構造体２０に対する燃料供給量を十分に均一化することができない。燃料供給口１４の個数を１０個／ｃｍ²を超えて形成しても、それ以上の効果が得られない。 A plurality of fuel supply ports 14 are provided on the surface of the fuel distribution plate 13 in contact with the anode so that fuel can be supplied to the entire cell structure 20. The number of the fuel supply ports 14 may be two or more. However, in order to equalize the fuel supply amount in the plane of the cell structure 20, there are 0.1 to 10 / cm ² fuel supply ports 14. It is preferable to form so as to. If the number of the fuel supply ports 14 is less than 0.1 / cm ² , the amount of fuel supplied to the cell structure 20 cannot be made sufficiently uniform. Even if the number of the fuel supply ports 14 exceeds 10 / cm ² , no further effect can be obtained.

燃料分配機構１１から放出された燃料は、上述したようにセル構造体２０のアノード（燃料極）に供給される。セル構造体２０内において、燃料はアノードガス拡散層５にて拡散してアノード触媒層３に供給される。液体燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層３で下式（１）に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層２で生成した水や電解質膜６中の水をメタノールと反応させて下式（１）の内部改質反応を生起させる。あるいは、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。 The fuel released from the fuel distribution mechanism 11 is supplied to the anode (fuel electrode) of the cell structure 20 as described above. In the cell structure 20, the fuel is diffused in the anode gas diffusion layer 5 and supplied to the anode catalyst layer 3. When methanol fuel is used as the liquid fuel, an internal reforming reaction of methanol represented by the following formula (1) occurs in the anode catalyst layer 3. When pure methanol is used as the methanol fuel, the water generated in the cathode catalyst layer 2 or the water in the electrolyte membrane 6 is reacted with methanol to cause the internal reforming reaction of the following formula (1). Alternatively, the internal reforming reaction is caused by another reaction mechanism that does not require water.

ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ → ＣＯ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^- …(1)
この反応で生成した電子（ｅ^-）は集電体を経由して外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、カソード（空気極）に導かれる。また、式（１）の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ⁺）は電解質膜６を経てカソードに導かれる。カソードには酸化剤として空気が供給される。カソードに到達した電子（ｅ^-）とプロトン（Ｈ⁺）は、カソード触媒層２で空気中の酸素と下式（２）にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。 CH ₃ OH + H ₂ O → CO ₂ + 6H ⁺ + 6e ⁻ (1)
Electrons (e ⁻ ) generated by this reaction are guided to the outside via a current collector, and are operated to a cathode (air electrode) after operating a portable electronic device or the like as so-called electricity. In addition, protons (H ⁺ ) generated by the internal reforming reaction of the formula (1) are guided to the cathode through the electrolyte membrane 6. Air is supplied to the cathode as an oxidant. Electrons (e ⁻ ) and protons (H ⁺ ) that have reached the cathode react with oxygen in the air in the cathode catalyst layer 2 according to the following formula (2), and water is generated with this reaction.

６ｅ^-＋６Ｈ⁺＋（３／２）Ｏ₂ → ３Ｈ₂Ｏ …(2)
上述した燃料電池の発電反応において、発電する電力を増大させるためには触媒反応を円滑に行わせると共に、セル構造体２０の電極全体をより有効に発電に寄与させることが重要となる。このような点に対して、セル構造体２０に対して燃料を供給する燃料供給口１４が１箇所の場合には、燃料排出口近傍の燃料濃度は発電に十分な濃度となるものの、燃料供給口１４から離れるにつれて燃料濃度が急速に低下する。このため、燃料電池全体で見た場合の平均出力は、燃料の供給が少ない部分の影響を受けて低い値に留まってしまう。 6e ⁻ + 6H ⁺ + (3/2) O ₂ → 3H ₂ O (2)
In the power generation reaction of the fuel cell described above, in order to increase the power to be generated, it is important that the catalytic reaction be performed smoothly and that the entire electrode of the cell structure 20 contribute more effectively to power generation. In contrast to this, when there is one fuel supply port 14 for supplying fuel to the cell structure 20, the fuel concentration in the vicinity of the fuel discharge port is sufficient for power generation. The fuel concentration rapidly decreases as the distance from the mouth 14 increases. For this reason, the average output when viewed as a whole of the fuel cell remains at a low value due to the influence of the portion where the supply of fuel is small.

燃料濃度を高めるための手段としては、液体燃料の供給量を増加させることが考えられる。しかし、単に液体燃料の供給量を増加させた場合、燃料排出口近傍の燃料濃度が上がりすぎて、燃料が反応することなく空気極へ流れてしまうクロスオーバーと呼ばれる現象が発生する。クロスオーバーは燃費の低下、空気極での燃料の直接反応に伴う電圧低下、それによる出力低下等の原因となる。 As a means for increasing the fuel concentration, it is conceivable to increase the supply amount of the liquid fuel. However, when the supply amount of liquid fuel is simply increased, the fuel concentration in the vicinity of the fuel discharge port increases too much, and a phenomenon called crossover occurs in which the fuel flows to the air electrode without reacting. The crossover causes a decrease in fuel consumption, a voltage decrease due to direct reaction of fuel at the air electrode, and a decrease in output due to this.

また、燃料極に接する面に液体燃料が流れる溝を形成し、その部分に液体燃料を流すことも試みられており、大型の燃料電池では実用化されている。しかし、この手法では溝を液体燃料が流れるにつれて、反応により燃料が順次消費されるため、燃料濃度が減少して出力の低下を十分に抑制することができない。さらに、従来は燃料を流すために循環ポンプが使用されているため、装置の大型化が避けられない。 In addition, an attempt has been made to form a groove through which liquid fuel flows on the surface in contact with the fuel electrode, and to allow the liquid fuel to flow through the groove, which has been put to practical use in large fuel cells. However, in this method, as the liquid fuel flows through the groove, the fuel is sequentially consumed by the reaction, so that the fuel concentration is reduced and the output reduction cannot be sufficiently suppressed. Furthermore, since a circulation pump is conventionally used for flowing fuel, an increase in the size of the apparatus is inevitable.

この実施形態の燃料電池１Ａにおいては、上述したように複数の燃料供給口１４を有する燃料分配機構１１を適用している。燃料分配機構１１に導入された液体燃料は空隙部４０を介して複数の燃料供給口１４に導かれる。燃料分配機構１１の液溜め４０はバッファとして機能するため、複数の燃料供給口１４からそれぞれ規定濃度の燃料が排出される。そして、複数の燃料供給口１４はセル構造体２０の全面に燃料が供給されるように配置されているため、セル構造体２０に対する燃料供給量を均一化することができる。すなわち、アノード（燃料極）の面内における燃料の分布が平準化され、セル構造体２０での発電反応に必要とされる燃料を全体的に過不足なく供給することができる。従って、燃料電池１の大型化や複雑化等を招くことなく、セル構造体２０で効率的に発電反応を生起させることができる。これによって、燃料電池１Ａの出力を向上させることが可能となる。 In the fuel cell 1A of this embodiment, the fuel distribution mechanism 11 having a plurality of fuel supply ports 14 is applied as described above. The liquid fuel introduced into the fuel distribution mechanism 11 is guided to the plurality of fuel supply ports 14 via the gaps 40. Since the liquid reservoir 40 of the fuel distribution mechanism 11 functions as a buffer, fuel of a specified concentration is discharged from each of the plurality of fuel supply ports 14. Since the plurality of fuel supply ports 14 are arranged so that fuel is supplied to the entire surface of the cell structure 20, the amount of fuel supplied to the cell structure 20 can be made uniform. That is, the fuel distribution in the plane of the anode (fuel electrode) is leveled, and the fuel required for the power generation reaction in the cell structure 20 can be supplied as a whole without excess or deficiency. Therefore, the cell structure 20 can efficiently generate a power generation reaction without causing an increase in size or complexity of the fuel cell 1. As a result, the output of the fuel cell 1A can be improved.

上記実施の形態で用いた燃料分配機構１１はその内部に設けられた液溜め４０から燃料を複数の燃料供給口１４に分配している。このため、厳密には燃料導入口１２に近い側の温度が若干高く、奥に行くに従って温度が低下する現象が観察される。また、燃料電池１を傾斜させた場合には重力の影響等から傾斜方向によって温度分布が変化し、下側の部分の反応が高くなる傾向が観察される。実用上はこれでも十分な性能を得ることができるが、さらに出力を改善するためには、図９および図１０に示すように、燃料導入口１２と小径の複数の燃料供給口１４とを細管４１で連通させた燃料分配機構１１Ａを用いることが好ましい。 The fuel distribution mechanism 11 used in the above embodiment distributes fuel to a plurality of fuel supply ports 14 from a reservoir 40 provided therein. For this reason, strictly speaking, a phenomenon is observed in which the temperature on the side close to the fuel inlet 12 is slightly high, and the temperature decreases toward the back. In addition, when the fuel cell 1 is tilted, the temperature distribution changes depending on the tilt direction due to the influence of gravity or the like, and a tendency that the reaction in the lower part becomes higher is observed. In practice, sufficient performance can be obtained. However, in order to further improve the output, as shown in FIGS. 9 and 10, the fuel introduction port 12 and a plurality of small-diameter fuel supply ports 14 are connected to a narrow tube. It is preferable to use the fuel distribution mechanism 11 A communicated at 41.

図９および図１０に示す燃料分配機構１１Ａは、液体燃料が流入する少なくとも１つの燃料導入口１２と、液体燃料またはその気化成分をセル構造体２０に供給する複数の燃料供給口１４とを有する燃料分配板（流路板）１３Ａを備えている。燃料分配板１３Ａの内部には、液体燃料の通路として機能する細管４１が形成されている。液溜め４１の一端（始端部）には燃料導入口１２が設けられている。液溜め４１は途中で複数に分岐しており、これら分岐した細管４１の各終端部に燃料供給口１４がそれぞれ設けられている。細管４１は例えば内径が０．０５〜５ｍｍの貫通孔であることが好ましい。 The fuel distribution mechanism 11A shown in FIGS. 9 and 10 has at least one fuel introduction port 12 through which liquid fuel flows and a plurality of fuel supply ports 14 that supply the liquid fuel or vaporized components thereof to the cell structure 20. A fuel distribution plate (channel plate) 13A is provided. Inside the fuel distribution plate 13A, a narrow tube 41 that functions as a passage for liquid fuel is formed. A fuel inlet 12 is provided at one end (starting end) of the liquid reservoir 41. The liquid reservoir 41 is branched into a plurality of parts on the way, and a fuel supply port 14 is provided at each end portion of the branched narrow tubes 41. The thin tube 41 is preferably a through hole having an inner diameter of 0.05 to 5 mm, for example.

燃料導入口１２から燃料分配機構１１に導入された液体燃料４９は、複数に分岐した細管４１を介して複数の燃料供給口１４にそれぞれ導かれる。なお、図９および図１０に示す燃料分配機構１１Ａは、その内部の燃料通路として細管４１を用いる以外は図８に示した燃料分配機構１１と同様な構成を有している。このような構造の燃料分配機構１１Ａを使用することによって、燃料導入口１２から燃料分配機構１１内に注入された液体燃料４９を方向や位置に拘わりなく、複数の燃料供給口１４に均等に分配することができる。従って、セル構造体２０の面内における発電反応の均一性をより一層高めることが可能となる。 The liquid fuel 49 introduced into the fuel distribution mechanism 11 from the fuel introduction port 12 is guided to the plurality of fuel supply ports 14 via the thin tubes 41 branched into a plurality. The fuel distribution mechanism 11A shown in FIGS. 9 and 10 has the same configuration as the fuel distribution mechanism 11 shown in FIG. 8 except that the thin tube 41 is used as the fuel passage inside. By using the fuel distribution mechanism 11A having such a structure, the liquid fuel 49 injected into the fuel distribution mechanism 11 from the fuel introduction port 12 is evenly distributed to the plurality of fuel supply ports 14 regardless of the direction or position. can do. Therefore, it is possible to further improve the uniformity of the power generation reaction in the plane of the cell structure 20.

さらに、細管４１で燃料導入口１２と複数の燃料供給口１４とを接続することによって、燃料電池１の特定箇所により多くの燃料を供給するような設計が可能となる。例えば、装置装着上の都合から燃料電池１Ｂの半分の部位の放熱がよくなってしまうような場合、従来では温度分布が生じてしまい、平均出力の低下が避けられない。これに対して、細管４１の形成パターンを調整し、予め放熱のよい部分に燃料供給口１４を密に配置することによって、その部分での発電に伴う発熱を多くすることができる。これによって、面内の発電度合いを均一化することができ、出力低下を抑制することが可能となる。 Further, by connecting the fuel introduction port 12 and the plurality of fuel supply ports 14 with the thin tube 41, a design can be made such that more fuel is supplied to a specific location of the fuel cell 1. For example, in the case where the heat radiation of half of the fuel cell 1B is improved due to the convenience of mounting the device, the temperature distribution is conventionally generated, and the average output is inevitably lowered. On the other hand, by adjusting the formation pattern of the thin tubes 41 and arranging the fuel supply ports 14 densely in a portion with good heat dissipation in advance, it is possible to increase the heat generated by the power generation in that portion. Thereby, the in-plane power generation degree can be made uniform, and it is possible to suppress a decrease in output.

なお、液体燃料を燃料収容部５０から燃料分配機構１１，１１Ａまで送る機構は特に限定されるものではない。例えば、使用時の設置場所が固定される場合には、重力を利用して液体燃料を燃料収容部５０から燃料分配機構１１，１１Ａまで落下させて送液することができる。また、多孔体等を充填した流路５１を用いることによって、毛細管現象で燃料収容部５０から燃料分配機構１１，１１Ａまで送液することができる。また、燃料分配機構１１，１１Ａから膜電極接合体１０への燃料供給が行われる構成であればポンプ３１に代えて燃料遮断バルブを配置する構成とすることも可能である。この場合には、燃料遮断バルブは、流路による液体燃料の供給を制御するために設けられるものである。 In addition, the mechanism which sends liquid fuel from the fuel accommodating part 50 to the fuel distribution mechanisms 11 and 11A is not specifically limited. For example, when the installation location at the time of use is fixed, the liquid fuel can be dropped from the fuel storage unit 50 to the fuel distribution mechanisms 11 and 11A and fed by using gravity. Further, by using the flow path 51 filled with a porous body or the like, the liquid can be fed from the fuel storage portion 50 to the fuel distribution mechanisms 11 and 11A by capillary action. In addition, a fuel cutoff valve may be arranged instead of the pump 31 as long as fuel is supplied from the fuel distribution mechanisms 11 and 11A to the membrane electrode assembly 10. In this case, the fuel cutoff valve is provided to control the supply of liquid fuel through the flow path.

燃料供給用（送液用）のポンプ３１の制御は、燃料電池１Ｂの出力を参照して行うことが好ましい。図９において、燃料電池１Ｂの出力は制御回路３２で検出され、この検出結果に基づいてポンプ３１に制御信号が送られる。ポンプ３１は制御回路３２から送られる制御信号に基づいてオン／オフが制御される。ポンプ３１の動作は燃料電池１Ｂの出力に加えて、温度情報や電力供給先である電子機器の運転状態情報等に基づいて制御することで、より安定した運転が達成できる。 Control of the fuel supply (liquid feeding) pump 31 is preferably performed with reference to the output of the fuel cell 1B. In FIG. 9, the output of the fuel cell 1B is detected by the control circuit 32, and a control signal is sent to the pump 31 based on the detection result. On / off of the pump 31 is controlled based on a control signal sent from the control circuit 32. By controlling the operation of the pump 31 based on temperature information, operation state information of an electronic device that is a power supply destination, etc., in addition to the output of the fuel cell 1B, more stable operation can be achieved.

ポンプ３１の具体的な動作制御方法としては、例えば燃料電池１Ｂからの出力が所定の規定値より高くなった場合にポンプ３１を停止または送液量を低下させ、出力が規定値より低くなった場合にポンプ３１の運転を再開または送液量を増加させる方法が挙げられる。別の動作制御方法としては、燃料電池１Ｂからの出力の変化率がプラスの場合にポンプ３１の運転を停止または送液量を低下させ、出力の変化率がマイナスになった場合にポンプ３１の運転を再開または送液量を増加させる方法が挙げられる。 As a specific operation control method of the pump 31, for example, when the output from the fuel cell 1B becomes higher than a predetermined specified value, the pump 31 is stopped or the liquid feeding amount is reduced, and the output becomes lower than the specified value. In such a case, a method of restarting the operation of the pump 31 or increasing the liquid feeding amount can be mentioned. As another operation control method, when the change rate of the output from the fuel cell 1B is positive, the operation of the pump 31 is stopped or the liquid feeding amount is reduced, and when the change rate of the output becomes negative, the pump 31 A method of restarting the operation or increasing the liquid feeding amount can be mentioned.

さらに、燃料電池としての安定性や信頼性を高めるために、図１１に示すようにポンプ３１と直列に燃料遮断バルブ３３を配置することが好ましい。図１１ではポンプ３１と燃料分配機構１１との間の流路５１に燃料遮断バルブ３３を挿入した構造を示している。燃料遮断バルブ３３はポンプ３１と燃料供給源５０との間に設置しても機能上の支障はない。 Furthermore, in order to improve the stability and reliability of the fuel cell, it is preferable to arrange a fuel cutoff valve 33 in series with the pump 31 as shown in FIG. FIG. 11 shows a structure in which a fuel cutoff valve 33 is inserted into a flow path 51 between the pump 31 and the fuel distribution mechanism 11. Even if the fuel cutoff valve 33 is installed between the pump 31 and the fuel supply source 50, there is no functional problem.

ただし、燃料遮断バルブ３３をポンプ３１と燃料収容部５０との間の流路５１に設置した場合、例えば長期保管時にポンプ３１の燃料が枯渇（蒸発）すると、燃料収容部５０からの液体燃料の吸出し機能に支障が生じるおそれがある。このようなことから、燃料遮断バルブ３３はポンプ３１と燃料分配機構１１との間の流路５１に設置し、長期保管時等におけるポンプ３１からの液体燃料の蒸発を防止することが好ましい。 However, when the fuel cutoff valve 33 is installed in the flow path 51 between the pump 31 and the fuel storage unit 50, for example, if the fuel in the pump 31 is depleted (evaporated) during long-term storage, the liquid fuel from the fuel storage unit 50 There is a risk that the suction function may be hindered. For this reason, it is preferable to install the fuel cutoff valve 33 in the flow path 51 between the pump 31 and the fuel distribution mechanism 11 to prevent evaporation of liquid fuel from the pump 31 during long-term storage.

このように、燃料収容部５０と燃料分配機構１１との間に燃料遮断バルブ３３を挿入することによって、燃料電池１Ｃの未使用時にも不可避的に発生する微量な燃料の消費や上述したポンプ再運転時の吸い込み不良等を回避することができる。これらは燃料電池１Ｃの実用上の利便性の向上に大きく貢献するものである。 In this way, by inserting the fuel cutoff valve 33 between the fuel storage unit 50 and the fuel distribution mechanism 11, a small amount of fuel is inevitably generated even when the fuel cell 1C is not used, and the above-described pump re-use is repeated. It is possible to avoid poor suction during operation. These greatly contribute to the improvement of practical convenience of the fuel cell 1C.

さらに、燃料遮断バルブ３３は前述した第１の実施形態の燃料電池１に対しても有効である。例えば、図１、図３、図７、図９に示した燃料電池において、燃料分配機構１１と燃料供給源５０とを接続する流路５１に燃料遮断バルブ３３を挿入する。このような構成を適用することによって、セル構造体２０に対する燃料の供給を制御し、燃料電池１の出力制御性を高めることができる。この場合の燃料遮断バルブ３３の動作制御は、上述したポンプ３１の動作制御と同様に実施することができる。 Furthermore, the fuel cutoff valve 33 is also effective for the fuel cell 1 of the first embodiment described above. For example, in the fuel cell shown in FIGS. 1, 3, 7, and 9, the fuel cutoff valve 33 is inserted into the flow path 51 that connects the fuel distribution mechanism 11 and the fuel supply source 50. By applying such a configuration, the supply of fuel to the cell structure 20 can be controlled, and the output controllability of the fuel cell 1 can be enhanced. The operation control of the fuel cutoff valve 33 in this case can be performed in the same manner as the operation control of the pump 31 described above.

この燃料電池１Ｄにおいては、燃料収容部５０や流路５１に燃料収容部５０内の圧力を外気とバランスさせるバランスバルブを装着することが好ましい。燃料収容部５０にバランスバルブ６０を設置した燃料電池１Ｄを図１２に示す。バランスバルブ６０は、燃料収容部５０内の圧力に応じてバルブ可動片６１を動作させるスプリング６２と、バルブ可動片６１をシールして閉状態とするシール部６３とを有している。 In the fuel cell 1D, it is preferable to attach a balance valve that balances the pressure in the fuel storage unit 50 to the outside air in the fuel storage unit 50 and the flow path 51. FIG. 12 shows a fuel cell 1D in which a balance valve 60 is installed in the fuel storage unit 50. The balance valve 60 includes a spring 62 that operates the valve movable piece 61 according to the pressure in the fuel storage unit 50, and a seal portion 63 that seals the valve movable piece 61 and closes it.

燃料収容部５０から液体燃料が燃料分配機構１１に供給され、燃料収容部５０の内圧が減圧状態になると、バランスバルブ６０のバルブ可動片６１が外圧を受け、スプリング６２の反発力に打ち勝ってシール部６３が開放される。このバランスバルブ６０の開放状態に基づいて、外気が内外圧力差を減少するよう導入される。内外の圧力差が解消されると、再度バルブ可動片６１が移動して、シール部６３が密閉される。 When liquid fuel is supplied from the fuel storage unit 50 to the fuel distribution mechanism 11 and the internal pressure of the fuel storage unit 50 is reduced, the valve movable piece 61 of the balance valve 60 receives external pressure and overcomes the repulsive force of the spring 62 and seals. Part 63 is opened. Based on the open state of the balance valve 60, outside air is introduced so as to reduce the pressure difference between the inside and outside. When the pressure difference between the inside and outside is eliminated, the valve movable piece 61 moves again, and the seal portion 63 is sealed.

このように動作するバランスバルブ６０を燃料収容部５０等に設置することによって、液体燃料の供給に伴って発生する燃料収容部５０の内圧低下に起因する送液量の変動を抑制することができる。すなわち、燃料収容部５０内が減圧状態になると、ポンプ３１による液体燃料の吸い込みが不安定になり、送液量が変動しやすくなる。このような送液量の変動をバランスバルブ６０を設置することで解消することができる。従って、燃料電池１Ｄの動作安定性を向上させることが可能となる。なお、バランスバルブ６０を流路５１に設置する場合には、燃料収容部５０とポンプ３１との間に挿入することが好ましい。 By installing the balance valve 60 that operates in this manner in the fuel storage unit 50 or the like, it is possible to suppress fluctuations in the amount of liquid sent due to a decrease in the internal pressure of the fuel storage unit 50 that occurs with the supply of liquid fuel. . That is, when the inside of the fuel storage unit 50 is in a depressurized state, the suction of the liquid fuel by the pump 31 becomes unstable, and the liquid feeding amount is likely to fluctuate. Such fluctuations in the liquid feeding amount can be eliminated by installing the balance valve 60. Therefore, the operational stability of the fuel cell 1D can be improved. When the balance valve 60 is installed in the flow path 51, it is preferably inserted between the fuel storage unit 50 and the pump 31.

上述した各実施形態の液体燃料４９は、各種の液体燃料を使用した場合に効果を発揮し、液体燃料の種類や濃度は限定されるものではない。ただし、複数の燃料供給口１４を有する燃料分配機構１１の機能がより顕在化するのは燃料濃度が濃い場合である。このため、各実施形態の燃料電池は、濃度が８０％以上のメタノールを液体燃料として用いた場合に、その性能や効果を特に発揮することができる、従って、各実施形態は濃度が８０％以上のメタノールを液体燃料として用いた燃料電池に適用することが好ましい。 The liquid fuel 49 of each embodiment described above is effective when various liquid fuels are used, and the type and concentration of the liquid fuel are not limited. However, the function of the fuel distribution mechanism 11 having the plurality of fuel supply ports 14 becomes more apparent when the fuel concentration is high. For this reason, the fuel cell of each embodiment can exert its performance and effect particularly when methanol having a concentration of 80% or more is used as the liquid fuel. Therefore, each embodiment has a concentration of 80% or more. It is preferable to apply to a fuel cell using methanol as a liquid fuel.

以上、種々の実施の形態を挙げて説明したが、本発明は上記各実施の形態のみに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Although various embodiments have been described above, the present invention is not limited only to the above-described embodiments, and the constituent elements can be modified and embodied without departing from the spirit of the invention in the implementation stage. . In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

膜電極接合体へ供給される液体燃料の蒸気においても、全て液体燃料の蒸気を供給してもよいが、一部が液体状態で供給される場合であっても本発明を適用することができる。 Even in the liquid fuel vapor supplied to the membrane electrode assembly, all of the liquid fuel vapor may be supplied, but the present invention can be applied even when a part of the liquid fuel vapor is supplied in a liquid state. .

本発明の実施形態に係る燃料電池を示す内部透視断面図。1 is an internal perspective sectional view showing a fuel cell according to an embodiment of the present invention. 燃料電池システムの概要を示す平面ブロック図。The top block diagram which shows the outline | summary of a fuel cell system. 実施例の燃料電池の内部構造を示す断面模式図。The cross-sectional schematic diagram which shows the internal structure of the fuel cell of an Example. 比較例の燃料電池の内部構造を示す断面模式図。The cross-sectional schematic diagram which shows the internal structure of the fuel cell of a comparative example. 実施例の燃料電池の出力特性を示す特性線図。The characteristic line figure which shows the output characteristic of the fuel cell of an Example. 比較例の燃料電池の出力特性を示す特性線図。The characteristic line figure which shows the output characteristic of the fuel cell of a comparative example. 燃料供給方式を説明するために燃料電池を示す内部透視断面ブロック図。The internal see-through | perspective cross-section block diagram which shows a fuel cell in order to demonstrate a fuel supply system. 燃料分配機構の流路板を示す概略斜視図。The schematic perspective view which shows the flow-path board of a fuel distribution mechanism. 他の燃料供給方式を説明するために燃料電池を示す内部透視断面ブロック図。The internal see-through | perspective cross-section block diagram which shows a fuel cell in order to demonstrate another fuel supply system. 他の燃料供給方式に用いる燃料分配機構を示す平面図。The top view which shows the fuel distribution mechanism used for another fuel supply system. 他の燃料供給方式を説明するために燃料電池を示す内部透視断面ブロック図。The internal see-through | perspective cross-section block diagram which shows a fuel cell in order to demonstrate another fuel supply system. 他の燃料供給方式を説明するために燃料電池を示す内部透視断面ブロック図。The internal see-through | perspective cross-section block diagram which shows a fuel cell in order to demonstrate another fuel supply system.

Explanation of symbols

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…燃料電池、
２…カソード触媒層、３…アノード触媒層、
４…カソードガス拡散層、５…アノードガス拡散層、
６…電解質膜（プロトン伝導膜）、
７ａ…カソード導電層（正極集電体）、
７ｂ…アノード導電層（負極集電体）、
８ａ，８ｂ…Ｏリング（シール部材）、
１０…膜電極接合体（MEA）、
１１…燃料分配機構、
１２…燃料導入口、
１３…流路板、
１４…燃料供給口、
１９…保湿板、
２０…セル構造体、
２１…外装ケース（カバープレート）、
２２…通気孔、
２７…気液分離膜、
２８…抵抗部材（燃料拡散エネルギー低減手段）、
Ｌ１…緩衝距離（燃料拡散エネルギー低減手段）、
２９…フレーム、
３０…燃料電池システム、
３１…ポンプ、
３２…制御回路、
３３…遮断バルブ、
３３Ａ…ラッチバルブ、
３５…燃料電池部、３６…二次電池部、３７…リチウム二次電池、
４０…液溜め、４１…細管、４２…気化室
４９…液体燃料、５０…燃料収容部、５１…流路、６０…バランスバルブ。 1, 1A, 1B, 1C, 1D ... fuel cell,
2 ... cathode catalyst layer, 3 ... anode catalyst layer,
4 ... cathode gas diffusion layer, 5 ... anode gas diffusion layer,
6 ... electrolyte membrane (proton conductive membrane),
7a ... cathode conductive layer (positive electrode current collector),
7b ... anode conductive layer (negative electrode current collector),
8a, 8b ... O-ring (seal member),
10 ... Membrane electrode assembly (MEA),
11 ... Fuel distribution mechanism,
12 ... Fuel inlet,
13 ... channel plate,
14 ... Fuel supply port,
19 ... moisturizing plate,
20 ... cell structure,
21 ... Exterior case (cover plate),
22 ... vent hole,
27 ... Gas-liquid separation membrane,
28: Resistance member (fuel diffusion energy reducing means),
L1: Buffer distance (fuel diffusion energy reducing means),
29 ... Frame,
30 ... Fuel cell system,
31 ... pump,
32. Control circuit,
33. Shut-off valve,
33A ... Latch valve,
35 ... Fuel cell part, 36 ... Secondary battery part, 37 ... Lithium secondary battery,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 40 ... Liquid reservoir, 41 ... Thin tube, 42 ... Vaporization chamber 49 ... Liquid fuel, 50 ... Fuel accommodating part, 51 ... Flow path, 60 ... Balance valve.

Claims

An electromotive portion having a membrane electrode assembly in which an electrolyte membrane is disposed between an air electrode and a fuel electrode, a cathode conductive layer disposed adjacent to the air electrode, and disposed adjacent to the fuel electrode A fuel cell comprising an anode conductive layer and a fuel distribution mechanism for supplying fuel to the electromotive unit,
A fuel cell comprising fuel diffusion energy reducing means for reducing diffusion energy of fuel supplied from the fuel distribution mechanism to the fuel electrode between the fuel distribution mechanism and the fuel electrode.

3. The fuel distribution mechanism according to claim 1, wherein the fuel distribution mechanism has a plurality of fuel supply ports for supplying fuel to the membrane electrode assembly through which fuel is introduced through a fuel storage portion and a flow path. The fuel cell according to claim 1.

3. The fuel distribution mechanism is characterized in that fuel is introduced through a fuel storage portion and a flow path, and a fuel diffusion material for supplying fuel to the membrane electrode assembly is disposed. The fuel cell according to claim 1.

4. A gas-liquid separation membrane for sending a vaporized component of fuel from the fuel distribution mechanism to a fuel supply unit between the fuel distribution mechanism and the fuel electrode. The fuel cell according to 1.

The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the fuel diffusion energy reducing means is a resistance member that prevents fuel flow.

5. The fuel according to claim 4, wherein the fuel diffusion energy reducing means is a buffer distance L1 between the gas-liquid separation membrane and the fuel electrode for weakening the diffusion energy of the fuel while flowing. battery.

The fuel diffusion energy reducing means is a resistance member that prevents the flow of fuel, and a buffer distance L1 between the gas-liquid separation membrane and the fuel electrode for weakening the diffusion energy of the fuel while flowing. The fuel cell according to claim 4.

6. The resistance member is a perforated plate or a porous body having a porosity or an opening ratio that determines an effective diffusion coefficient effective for fluid diffusion and having a porosity of 10% or more and 80% or less. Or the fuel cell according to any one of 7;

8. The fuel cell according to claim 6, wherein the buffer distance L 1 is 2 mm or less.

The fuel cell according to claim 9, wherein a distance L2 from the gas-liquid separation membrane to the gas diffusion layer of the fuel electrode is 0.5 mm or more.

The fuel cell according to any one of claims 1 to 10, wherein the fuel is a methanol aqueous solution or a pure methanol solution having a fuel concentration exceeding 80 mol%.