JP2008269935A

JP2008269935A - Fuel cell

Info

Publication number: JP2008269935A
Application number: JP2007110700A
Authority: JP
Inventors: Yoji Yamada; 洋二山田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-04-19
Filing date: 2007-04-19
Publication date: 2008-11-06

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell having high stiffness and capable of stabilizing output. SOLUTION: The fuel cell is equipped with a membrane electrode assembly 2 including an anode 13, a cathode 16, and an electrolyte membrane 17 interposed between the anode 13 and th cathode 16; and a cover member 30 arranged on the air electrode side of the membrane electrode assembly 2, and the cover member 30 has a recessed part 34 recessed toward the cathode side on the main surface 31. COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、燃料電池に係り、特に液体燃料を用いた燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a fuel cell using liquid fuel.

近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を長時間充電なしで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は燃料と空気を供給するだけで発電することができ、燃料を補給すれば連続して長時間発電することが可能であるという特徴を有している。このため、燃料電池を小型化できれば、携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムといえる。 In recent years, attempts have been made to use a fuel cell as a power source for portable electronic devices such as notebook computers and mobile phones so that they can be used for a long time without being charged. A fuel cell is characterized in that it can generate electric power simply by supplying fuel and air, and can generate electric power continuously for a long time if fuel is replenished. For this reason, if the fuel cell can be reduced in size, it can be said that the system is extremely advantageous as a power source for portable electronic devices.

直接メタノール型燃料電池（ＤｉｒｅｃｔＭｅｔｈａｎｏｌＦｕｅｌＣｅｌｌ：ＤＭＦＣ）は小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、携帯用電子機器の電源として有望視されている。ＤＭＦＣにおける液体燃料の供給方式としては、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式、また燃料収容部内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式が知られている。 A direct methanol fuel cell (DMFC) is promising as a power source for portable electronic devices because it can be miniaturized and the fuel can be easily handled. As the liquid fuel supply method in the DMFC, there are known an active method such as a gas supply type and a liquid supply type, and a passive method such as an internal vaporization type in which the liquid fuel in the fuel container is vaporized inside the cell and supplied to the fuel electrode. It has been.

これらのうち、内部気化型等のパッシブ方式はＤＭＦＣの小型化に対して特に有利である。パッシブ型ＤＭＦＣにおいては、例えば燃料極、電解質膜および空気極を有する膜電極接合体（ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を、樹脂製の箱状容器からなる燃料収容部上に配置した構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。 Among these, a passive system such as an internal vaporization type is particularly advantageous for downsizing of the DMFC. In the passive type DMFC, for example, a structure in which a membrane electrode assembly (MEA) having a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode is arranged on a fuel housing portion formed of a resin-made box-like container has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).

一方で、パッシブ型ＤＭＦＣにおいて、膜電極接合体と燃料収容部とを接合する構造として、燃料収容部のフランジ部に膜電極接合体を重ね、カバープレートの周縁部を膜電極接合体の外周、フランジ部の外周及び背面周縁部に沿って折り曲げ、膜電極接合体及びフランジ部をカバープレートの周縁部で挟みつけることにより、燃料収容部を膜電極接合体に対して固定する構造が提案されている（例えば特許文献２参照）。
国際公開第２００５／１１２１７２号パンフレット国際公開第２００６／１２０９６６号パンフレット On the other hand, in the passive DMFC, as a structure for joining the membrane electrode assembly and the fuel storage portion, the membrane electrode assembly is stacked on the flange portion of the fuel storage portion, and the peripheral portion of the cover plate is the outer periphery of the membrane electrode assembly, A structure has been proposed in which the fuel container is fixed to the membrane electrode assembly by bending along the outer periphery of the flange portion and the peripheral portion of the back surface and sandwiching the membrane electrode assembly and the flange portion with the peripheral portion of the cover plate. (For example, refer to Patent Document 2).
International Publication No. 2005/112172 Pamphlet International Publication No. 2006/120966 Pamphlet

従来のＤＭＦＣにおいては、メタノールがＤＭＦＣ外部に漏洩することを防止するために、燃料収容部からアノード触媒層に至る経路がほぼ気密に形成されている。そして、アノード触媒層では、メタノールなどの燃料の分解反応によって炭酸ガス（ＣＯ_２）が生成し、その生成量は発電量の増加に伴って増加する。更に、カソード触媒層では、改質した燃料成分を空気によって酸化する発熱反応が進行するため、ＤＭＦＣ内部における液体燃料の気化が促進され、さらにはこの気化した燃料が発熱によって膨張する。 In the conventional DMFC, in order to prevent methanol from leaking out of the DMFC, the path from the fuel storage portion to the anode catalyst layer is formed almost airtight. In the anode catalyst layer, carbon dioxide gas (CO ₂ ) is generated by the decomposition reaction of fuel such as methanol, and the generated amount increases as the power generation amount increases. Furthermore, in the cathode catalyst layer, an exothermic reaction that oxidizes the reformed fuel component with air proceeds, so that the vaporization of the liquid fuel inside the DMFC is promoted, and further, the vaporized fuel expands due to the heat generation.

このため、ＤＭＦＣ内のガス圧力（内圧）が上昇し、表面層であるカバー部材にガス圧力が集中する。その結果、カバー部材に緩みが発生することがある。カバー部材に緩みが発生すると、ＤＭＦＣ構成部品相互の密着度が低下、例えば膜電極接合体の発電素子と終電部とが均一に保持することが困難となり、その結果、膜電極接合体全面での集電機能が低下したり、電池内部における物質移動が阻害されたりする結果、出力が低下することになる。 For this reason, the gas pressure (internal pressure) in the DMFC increases, and the gas pressure concentrates on the cover member that is the surface layer. As a result, the cover member may be loosened. When looseness occurs in the cover member, the degree of adhesion between the DMFC components decreases. For example, it becomes difficult to uniformly maintain the power generation element and the final power supply part of the membrane electrode assembly. As a result of a decrease in the current collecting function or an obstruction of mass transfer inside the battery, the output decreases.

この発明は、上述した課題に鑑みなされたものであって、優れた剛性を有し、しかも、出力を安定化させることを可能にした燃料電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a fuel cell having excellent rigidity and capable of stabilizing output.

この発明の態様による燃料電池は、
燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極とに挟まれた電解質膜と、を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の前記空気極側に配置されたカバー部材と、を備え、
前記カバー部材は、その主面に、前記空気極側に向かって窪んだ凹部を有することを特徴とする。 A fuel cell according to an aspect of the present invention includes:
A membrane electrode assembly having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the air electrode;
A cover member disposed on the air electrode side of the membrane electrode assembly,
The cover member has a concave portion that is recessed toward the air electrode side on a main surface thereof.

この発明によれば、優れた剛性を有し、しかも、出力を安定化させることを可能にした燃料電池を提供することができる。すなわち、燃料供給機構上に膜電極接合体等がカバー部材によって一体的に固定された燃料電池であって、空気極側に向かって窪んだ凹部を有するカバー部材を適用することにより、カバー部材の剛性を向上することができ、発電時の内圧の上昇によるカバー部材の膨張を抑制することが可能となる。これにより、ＤＭＦＣ構成部品相互の密着度の低下を抑制することができ、出力を安定化させることが可能となる。したがって、信頼性に優れ、且つ、燃料電池を収納している製品機器（電子機器）の外観にも膨れが少なく、外観上にも優れた燃料電池を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell having excellent rigidity and capable of stabilizing output. That is, a fuel cell in which a membrane electrode assembly or the like is integrally fixed on a fuel supply mechanism by a cover member, and by applying a cover member having a recess recessed toward the air electrode side, The rigidity can be improved, and the expansion of the cover member due to the increase in internal pressure during power generation can be suppressed. Thereby, the fall of the adhesion degree between DMFC component parts can be suppressed, and it becomes possible to stabilize an output. Therefore, it is possible to provide a fuel cell that is excellent in reliability and that is less swelled in the appearance of a product device (electronic device) containing the fuel cell, and that is excellent in appearance.

以下、この発明の一実施の形態に係る燃料電池について図面を参照して説明する。 A fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、この実施の形態に係る燃料電池１の外観を示す平面図であり、図２は、図１に示した燃料電池１をＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した断面を示す図である。なお、この実施の形態において、燃料電池１は、パッシブ型ＤＭＦＣであり、内部気化方式を適用しているが、この方式に限らず他の方式を適用したものであっても良い。 FIG. 1 is a plan view showing an appearance of a fuel cell 1 according to this embodiment, and FIG. 2 is a diagram showing a cross section of the fuel cell 1 shown in FIG. 1 cut along a line II-II. . In this embodiment, the fuel cell 1 is a passive DMFC and uses an internal vaporization method. However, the present invention is not limited to this method, and other methods may be applied.

燃料電池１は、燃料電池１の起電部を構成する膜電極接合体２を備えている。すなわち、図２に示すように、燃料電池１において、膜電極接合体２は、アノード触媒層１１とアノードガス拡散層１２とを有するアノード（燃料極）１３と、カソード触媒層１４とカソードガス拡散層１５とを有するカソード（空気極／酸化剤極）１６と、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１７とを備えて構成されている。 The fuel cell 1 includes a membrane electrode assembly 2 that constitutes an electromotive part of the fuel cell 1. That is, as shown in FIG. 2, in the fuel cell 1, the membrane electrode assembly 2 includes an anode (fuel electrode) 13 having an anode catalyst layer 11 and an anode gas diffusion layer 12, a cathode catalyst layer 14 and a cathode gas diffusion. A cathode (air electrode / oxidant electrode) 16 having a layer 15, and a proton (hydrogen ion) conductive electrolyte membrane 17 sandwiched between the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14. .

アノード触媒層１１やカソード触媒層１４に含有される触媒としては、例えば白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、パラジウム（Ｐｄ）等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。アノード触媒層１１には、メタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を用いることが好ましい。カソード触媒層１４には、ＰｔやＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。ただし、触媒は、これらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。触媒は、炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。 Examples of the catalyst contained in the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14 include platinum such as platinum (Pt), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), iridium (Ir), osmium (Os), and palladium (Pd). Examples thereof include a group element simple substance and an alloy containing a platinum group element. For the anode catalyst layer 11, it is preferable to use Pt—Ru, Pt—Mo, or the like that has strong resistance to methanol, carbon monoxide, or the like. It is preferable to use Pt, Pt—Ni or the like for the cathode catalyst layer 14. However, the catalyst is not limited to these, and various substances having catalytic activity can be used. The catalyst may be either a supported catalyst using a conductive support such as a carbon material or an unsupported catalyst.

電解質膜１７を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の電解質膜１７は、これらに限られるものではない。 Examples of the proton conductive material constituting the electrolyte membrane 17 include a fluorine-based resin (Nafion (trade name, manufactured by DuPont) or Flemion (trade name, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) such as a perfluorosulfonic acid polymer having a sulfonic acid group. Etc.), organic materials such as hydrocarbon resins having a sulfonic acid group, or inorganic materials such as tungstic acid and phosphotungstic acid. However, the proton conductive electrolyte membrane 17 is not limited to these.

アノード触媒層１１に積層されるアノードガス拡散層１２は、アノード触媒層１１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１１の集電体も兼ねている。カソード触媒層１４に積層されるカソードガス拡散層１５は、カソード触媒層１４に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層１４の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層１２及びカソードガス拡散層１５は、例えば多孔質基材で構成されている。 The anode gas diffusion layer 12 laminated on the anode catalyst layer 11 serves to uniformly supply fuel to the anode catalyst layer 11 and also serves as a current collector for the anode catalyst layer 11. The cathode gas diffusion layer 15 laminated on the cathode catalyst layer 14 serves to uniformly supply the oxidant to the cathode catalyst layer 14 and also serves as a current collector for the cathode catalyst layer 14. The anode gas diffusion layer 12 and the cathode gas diffusion layer 15 are made of, for example, a porous substrate.

アノードガス拡散層１２やカソードガス拡散層１５には、必要に応じて導電層が積層される。これら導電層としては、例えば金（Ａｕ）のような導電性金属材料からなるメッシュ、多孔質膜、薄膜または箔体、あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材等が用いられる。 A conductive layer is laminated on the anode gas diffusion layer 12 and the cathode gas diffusion layer 15 as necessary. These conductive layers include, for example, a mesh made of a conductive metal material such as gold (Au), a porous film, a thin film or a foil, or a conductive metal material such as stainless steel (SUS) and a good conductivity such as gold. A metal-coated composite material or the like is used.

なお、図２において、膜電極接合体２は単体で説明しているが、同一の電解質膜１７上に複数のアノード及びカソードを対向して形成し、それらを直接に電気的に接続した構造であっても良い。 In FIG. 2, the membrane / electrode assembly 2 is described as a single unit, but a structure in which a plurality of anodes and cathodes are formed on the same electrolyte membrane 17 so as to face each other and are directly electrically connected to each other. There may be.

電解質膜１７のアノード側及びカソード側には、それぞれゴム製のＯリングなどのシール材１９が配置されており、これらによって膜電極接合体２からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。 A sealing material 19 such as a rubber O-ring is disposed on the anode side and the cathode side of the electrolyte membrane 17, respectively, thereby preventing fuel leakage and oxidant leakage from the membrane electrode assembly 2.

燃料電池１は、さらに、膜電極接合体２に対して燃料Ｆを供給する燃料供給機構３として機能する燃料収容部３０を備えている。この燃料収容部３０は、膜電極接合体２のアノード（燃料極）１３側に配置され、膜電極接合体２のアノード１３に対して燃料を供給するものである。膜電極接合体２は、たとえば矩形の平面形状を有し、燃料収容部３０も同一矩形の平面形状を有している。燃料収容部３０は、膜電極接合体２のアノード１３と対向する面に設けられた開口部３０Ａを有している。すなわち、燃料収容部３０は、その上面全面が開口された箱状容器となっている。このような燃料収容部３０の内部には、膜電極接合体２に対応した液体燃料Ｆを収容している。 The fuel cell 1 further includes a fuel storage unit 30 that functions as a fuel supply mechanism 3 that supplies fuel F to the membrane electrode assembly 2. The fuel storage unit 30 is disposed on the anode (fuel electrode) 13 side of the membrane electrode assembly 2 and supplies fuel to the anode 13 of the membrane electrode assembly 2. The membrane electrode assembly 2 has, for example, a rectangular planar shape, and the fuel storage portion 30 also has the same rectangular planar shape. The fuel storage unit 30 has an opening 30 A provided on the surface of the membrane electrode assembly 2 facing the anode 13. That is, the fuel storage unit 30 is a box-shaped container having an entire upper surface opened. In such a fuel storage part 30, the liquid fuel F corresponding to the membrane electrode assembly 2 is stored.

液体燃料Ｆとしては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。なお、液体燃料Ｆは、必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料Ｆは、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、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、膜電極接合体２に応じた液体燃料が使用される。 Examples of the liquid fuel F include methanol fuels such as methanol aqueous solutions having various concentrations and pure methanol. The liquid fuel F is not necessarily limited to methanol fuel. The liquid fuel F may be, for example, an ethanol fuel such as an ethanol aqueous solution or pure ethanol, a propanol fuel such as a propanol aqueous solution or pure propanol, a glycol fuel such as a glycol aqueous solution or pure glycol, dimethyl ether, formic acid, or other liquid fuel. In any case, a liquid fuel corresponding to the membrane electrode assembly 2 is used.

燃料収容部３０は、例えば樹脂製容器によって構成される。燃料収容部３０は、液体燃料Ｆの残量を外部から目視することが可能なように透明樹脂によって形成されることが望ましい。また、このような透明樹脂は、耐メタノール性などを有していることが好ましい。なお、燃料収容部３０は、全体を透明樹脂で形成しても良いし、その一部を透明樹脂で形成しても良い。 The fuel storage unit 30 is constituted by a resin container, for example. The fuel storage unit 30 is preferably formed of a transparent resin so that the remaining amount of the liquid fuel F can be visually observed from the outside. Moreover, it is preferable that such transparent resin has methanol resistance. The fuel storage unit 30 may be entirely formed of a transparent resin, or a part thereof may be formed of a transparent resin.

上述した透明樹脂としては、例えばポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、環状オレフィンコポリマー、シクロオレフィンポリマー、ポリメチルペンテン、ポリフェニルサルホンなどが挙げられる。ただし、一般的なポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂などのオレフィン系樹脂などで構成した燃料収容部３０を除外するものではない。 Examples of the transparent resin described above include polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, cyclic olefin copolymer, cycloolefin polymer, polymethylpentene, and polyphenylsulfone. However, this does not exclude the fuel storage unit 30 made of an olefin resin such as a general polyethylene resin or polypropylene resin.

燃料収容部３０の開口部３０Ａと膜電極接合体２との間には、気液分離膜４が設置されていてもよい。この気液分離膜４は、燃料収容部３０の開口部３０Ａを塞ぐように配置され、液体燃料Ｆの気化成分を透過するとともに液体燃料を透過させない膜によって形成されている。これにより、燃料収容部３０内で気化した液体燃料Ｆの気化成分は、燃料収容部３０の開口部３０Ａ及び気液分離膜４を介して膜電極接合体２のアノード（燃料極）１３に供給される。 A gas-liquid separation membrane 4 may be installed between the opening 30 A of the fuel storage unit 30 and the membrane electrode assembly 2. The gas-liquid separation membrane 4 is disposed so as to close the opening 30A of the fuel storage unit 30, and is formed of a membrane that transmits the vaporized component of the liquid fuel F and does not transmit the liquid fuel. Thereby, the vaporized component of the liquid fuel F vaporized in the fuel storage unit 30 is supplied to the anode (fuel electrode) 13 of the membrane electrode assembly 2 via the opening 30A of the fuel storage unit 30 and the gas-liquid separation membrane 4. Is done.

このような気液分離膜４の構成材料としては、例えば、シリコン、ポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素系樹脂などが挙げられる。ここで、液体燃料Ｆの気化成分とは、例えば液体燃料Ｆとしてメタノール水溶液を適用した場合には、メタノールの気化成分と水の気化成分とからなる混合気を意味し、液体燃料Ｆとして純メタノールを適用した場合には、メタノールの気化成分を意味する。 Examples of the constituent material of the gas-liquid separation membrane 4 include fluorine resins such as silicon and polytetrafluoroethylene. Here, the vaporized component of the liquid fuel F means, for example, when a methanol aqueous solution is applied as the liquid fuel F, it means an air-fuel mixture composed of a vaporized component of methanol and a vaporized component of water. Is applied, it means a vaporization component of methanol.

膜電極接合体２のカソード１６上には、保湿層２０が配置されているが省略しても良い。この保湿層２０は、カソード触媒層１４で生成された水の一部を含浸して、水の蒸散を抑制すると共に、カソードガス拡散層１５に酸化剤を均一に導入することで、カソード触媒層１４への酸化剤（空気）の均一拡散を促進する機能を有している。この保湿層２０は、たとえば多孔質構造の部材で構成され、具体的な構成材料としては、ポリエチレンやポリプロピレンの多孔質体などが挙げられる。 The moisture retaining layer 20 is disposed on the cathode 16 of the membrane electrode assembly 2, but may be omitted. The moisturizing layer 20 is impregnated with a part of the water generated in the cathode catalyst layer 14 to suppress the transpiration of water and uniformly introduce an oxidant into the cathode gas diffusion layer 15, thereby providing a cathode catalyst layer. 14 has a function of promoting the uniform diffusion of the oxidant (air) to 14. The moisturizing layer 20 is composed of, for example, a porous member, and specific constituent materials include polyethylene and polypropylene porous bodies.

また、この実施の形態において、燃料電池１は、さらに、膜電極接合体２のカソード（空気極）１６側に配置されたカバー部材５０を備えている。このカバー部材５０は、気液分離膜４、膜電極接合体２、及び、保湿層２０を覆うようにして燃料収容部３０に固定されている。つまり、膜電極接合体２は、燃料収容部３０とカバー部材５０との間に配置されている。 In this embodiment, the fuel cell 1 further includes a cover member 50 disposed on the cathode (air electrode) 16 side of the membrane electrode assembly 2. The cover member 50 is fixed to the fuel storage unit 30 so as to cover the gas-liquid separation membrane 4, the membrane electrode assembly 2, and the moisture retention layer 20. That is, the membrane electrode assembly 2 is disposed between the fuel storage unit 30 and the cover member 50.

このカバー部材５０は、膜電極接合体２のカソード側に対向するように配置される主面５１と、その周縁部に主面５１から略直角に折り曲げられ膜電極接合体２などの四方の側面を覆う４つの側面５２とから主として構成されているものであり、外観が略箱状のものである。このようなカバー部材５０は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）によって形成されている。 The cover member 50 has a main surface 51 disposed so as to face the cathode side of the membrane electrode assembly 2, and a peripheral side portion of the cover member 50 that is bent at a substantially right angle from the main surface 51. Is mainly composed of four side surfaces 52 covering the surface, and the appearance is substantially box-shaped. Such a cover member 50 is made of, for example, stainless steel (SUS).

図１及び図２に示したように、カバー部材５０の主面５１は、酸化剤である空気を取入れるための複数の開口（空気導入孔）５３を有している。開口５３は、略等間隔に形成されている。側面５２の先端部は、さらに折り曲げられ、燃料収容部３０に係合している。これにより、カバー部材５０は、燃料収容部３０に固定されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the main surface 51 of the cover member 50 has a plurality of openings (air introduction holes) 53 for taking in air as an oxidizing agent. The openings 53 are formed at substantially equal intervals. The tip of the side surface 52 is further bent and engaged with the fuel storage unit 30. Thus, the cover member 50 is fixed to the fuel storage unit 30.

このようなカバー部材５０は、その主面５１に、膜電極接合体２のカソード側に向かって窪んだ凹部５４を有している。図１に示した例では、矩形状の主面５１において、略相似形の矩形状の中央部が窪んでおり、この中央部が凹部５４に相当する。このような凹部５４を有するカバー部材５０は、平板上のステンレス鋼に絞り加工などのプレス加工等を施すことにより形成可能である。 Such a cover member 50 has, on its main surface 51, a recess 54 that is recessed toward the cathode side of the membrane electrode assembly 2. In the example shown in FIG. 1, a substantially similar rectangular central portion is recessed in the rectangular main surface 51, and this central portion corresponds to the concave portion 54. The cover member 50 having such a recess 54 can be formed by subjecting stainless steel on a flat plate to press working such as drawing.

上述したような構成の燃料電池１においては、以下のようなプロセスによって発電する。 In the fuel cell 1 configured as described above, power is generated by the following process.

すなわち、燃料収容部３０内のメタノール燃料などの液体燃料Ｆが気化し、この気化成分が気液分離膜４を透過して膜電極接合体２に供給される。膜電極接合体２内において、液体燃料Ｆの気化成分は、アノードガス拡散層１２を拡散してアノード触媒層１１に供給される。液体燃料Ｆとしてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層１１に供給された気化成分は、下記の（１）式に示したメタノールの内部改質反応を生じさせる。 That is, the liquid fuel F such as methanol fuel in the fuel storage unit 30 is vaporized, and the vaporized component passes through the gas-liquid separation membrane 4 and is supplied to the membrane electrode assembly 2. In the membrane electrode assembly 2, the vaporized component of the liquid fuel F diffuses through the anode gas diffusion layer 12 and is supplied to the anode catalyst layer 11. When methanol fuel is used as the liquid fuel F, the vaporized component supplied to the anode catalyst layer 11 causes an internal reforming reaction of methanol shown in the following formula (1).

ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ → ＣＯ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^- …（１）
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、燃料収容部３０から水蒸気が供給されないため、カソード触媒層１４で生成した水や電解質膜１７中の水をメタノールと反応させて（１）式の内部改質反応を生起させる。あるいは、上記した（１）式の内部改質反応によらず、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。 CH ₃ OH + H ₂ O → CO ₂ + 6H ⁺ + 6e ⁻ (1)
Note that when pure methanol is used as the methanol fuel, water vapor is not supplied from the fuel storage unit 30, so water generated in the cathode catalyst layer 14 or water in the electrolyte membrane 17 is reacted with methanol (1). Cause an internal reforming reaction. Alternatively, the internal reforming reaction is caused by another reaction mechanism that does not require water, regardless of the internal reforming reaction of the above formula (1).

この内部改質反応で生成された電子（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１６に導かれる。また、（１）式の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ⁺）は、電解質膜１７を経てカソード１６に導かれる。 Electrons (e ⁻ ) generated by this internal reforming reaction are led to the outside via a current collector, and are led to the cathode 16 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 16 through the electrolyte membrane 17.

一方、カソード１６には、酸化剤として空気が供給される。すなわち、カバー部材５０に設けられた開口５３から導入された空気は、保湿層２０及びカソードガス拡散層１５を通過し、カソード触媒層１４へと供給される。カソード１６に到達した電子（ｅ^-）とプロトン（Ｈ⁺）は、カソード触媒層１４で空気中の酸素と下記の（２）式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。 On the other hand, air is supplied to the cathode 16 as an oxidant. That is, the air introduced from the opening 53 provided in the cover member 50 passes through the moisture retention layer 20 and the cathode gas diffusion layer 15 and is supplied to the cathode catalyst layer 14. Electrons (e ⁻ ) and protons (H ⁺ ) that have reached the cathode 16 react with oxygen in the air in the cathode catalyst layer 14 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１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、膜電極接合体２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。 6e ⁻ + 6H ⁺ + (3/2) O ₂ → 3H ₂ O (2)
In the power generation reaction of the fuel cell 1 described above, in order to increase the power to be generated, it is important to make the catalyst reaction smoothly and to make the entire electrode of the membrane electrode assembly 2 more effectively contribute to power generation.

このような構成の燃料電池１に適用される凹部５４を有するカバー部材５０によれば、単なる平板形状のものと比較して、剛性を向上することが可能となる。したがって、内圧の上昇による膜電極接合体２の過度の膨張を抑制することが可能となるとともに、膜電極接合体２の膨張に伴うカバー部材５０自体の膨張も抑制することが可能となる。また、このような燃料電池１を収容している電気機器製品の膨張も抑制することが可能となり、外観上の見栄えも向上できる。さらに、カバー部材５０を側面５２により燃料収容部３０に固定する際に加わる応力の反力によって主面５１が膜電極接合体２から離間する方向に撓むことを抑制することが可能となる。 According to the cover member 50 having the concave portion 54 applied to the fuel cell 1 having such a configuration, it is possible to improve the rigidity as compared with a simple flat plate. Therefore, excessive expansion of the membrane electrode assembly 2 due to an increase in internal pressure can be suppressed, and expansion of the cover member 50 itself accompanying expansion of the membrane electrode assembly 2 can also be suppressed. Moreover, it becomes possible to suppress the expansion | swelling of the electric equipment product which accommodates such a fuel cell 1, and it can improve the external appearance. Further, it is possible to suppress the main surface 51 from being bent in the direction away from the membrane electrode assembly 2 due to the reaction force of the stress applied when the cover member 50 is fixed to the fuel storage unit 30 by the side surface 52.

また、内圧にかかわらず、凹部５４によって燃料収容部３０に向けて膜電極接合体２を適度に押圧しているため、膜電極接合体２、特に膜電極接合体の撓みなどの変形を抑制することができ、起電部と集電体との密着性を高めて出力の低下を抑制することが可能となる。したがって、信頼性を向上できる。 Moreover, since the membrane electrode assembly 2 is appropriately pressed toward the fuel accommodating portion 30 by the recess 54 regardless of the internal pressure, deformation such as bending of the membrane electrode assembly 2, particularly the membrane electrode assembly, is suppressed. It is possible to increase the adhesion between the electromotive unit and the current collector and suppress the decrease in output. Therefore, reliability can be improved.

さらに、カバー部材５０において、膜電極接合体２側に窪んだ凹部５４を形成したことにより、このような燃料電池１を内部に収容している電気機器の筐体との間に隙間が形成される。すなわち、図３に示すように、燃料電池１におけるカバー部材５０の凹部５４と、筐体カバー１００との間には、図中に斜線で示したような隙間Ｓが形成されている。 Further, since the cover member 50 is formed with the recessed portion 54 that is recessed toward the membrane electrode assembly 2 side, a gap is formed between the cover member 50 and the casing of the electrical device that houses the fuel cell 1 therein. The That is, as shown in FIG. 3, a gap S is formed between the concave portion 54 of the cover member 50 in the fuel cell 1 and the housing cover 100 as shown by the hatching in the drawing.

筐体カバー１００においては、カバー部材５０と同様に、酸化剤である空気を取入れるための複数の開口（空気導入孔）１１０が設けられているが、筐体カバー１００とカバー部材５０とが密着する構成では、筐体カバー１００側の開口１１０は、カバー部材５０の開口５３に合わせて形成する必要がある。つまり、空気取り入れ効率を低下させないために、ある程度の合わせずれを考慮しつつ筐体カバー１００側の開口１１０とカバー部材５０の開口５３とを対応させて設計する必要がある。 The housing cover 100 is provided with a plurality of openings (air introduction holes) 110 for taking in air, which is an oxidant, as with the cover member 50. However, the housing cover 100 and the cover member 50 are separated from each other. In the close contact configuration, the opening 110 on the housing cover 100 side needs to be formed in accordance with the opening 53 of the cover member 50. That is, in order not to reduce the air intake efficiency, it is necessary to design the opening 110 on the housing cover 100 side and the opening 53 of the cover member 50 in correspondence with each other while considering a certain misalignment.

これに対して、この実施の形態のように、カバー部材５０と筐体カバー１００との間に隙間Ｓが形成される構成では、筐体カバー１００における開口１１０の形状設計の自由度が増す。つまり、開口１１０は、隙間Ｓに向かって貫通するような構造であれば良く、カバー部材５０の開口５３の形状や開口５３の位置に関係なく、特に開口１１０の形状、開口１１０の数、開口１１０の位置は自由に設計可能となる。また、電気機器において、合わせずれなどを考慮して開口１１０を大きな径としたり、開口１１０の数を増やしたりする必要がないため、見栄えを向上することができる。 On the other hand, in the configuration in which the gap S is formed between the cover member 50 and the housing cover 100 as in this embodiment, the degree of freedom in designing the shape of the opening 110 in the housing cover 100 is increased. That is, the opening 110 only needs to have a structure that penetrates toward the gap S. Regardless of the shape of the opening 53 of the cover member 50 and the position of the opening 53, the shape of the opening 110, the number of the openings 110, and the opening The position 110 can be freely designed. In addition, in an electrical device, it is not necessary to increase the diameter of the opening 110 or increase the number of the openings 110 in consideration of misalignment or the like, so that appearance can be improved.

凹部５４は、１段であっても良いが、主面５１の面積に応じて複数段設けられても良い。図１及び図２に示した例では、凹部５４は、２段設けられており、主面５１の外周部から中央部に向かって階段状に形成され、中央部が最も窪んだ形状である。すなわち、凹部５４は、主面５１から膜電極接合体２側に窪んだ第１段５４Ａと、この第１段５４Ａからさらに膜電極接合体２側に窪んだ第２段５４Ｂとからなる。第１段５４Ａは、矩形枠状に形成されている。第２段５４Ｂは、主面５１の中央部に相当し、略矩形状に形成されている。また、この第２段５４Ｂは、平坦面として形成され、膜電極接合体２側（図２では、保湿層２０）に均一に接触している。 The recess 54 may be provided in a single stage, but may be provided in a plurality of stages depending on the area of the main surface 51. In the example shown in FIGS. 1 and 2, the concave portion 54 is provided in two steps, is formed in a stepped shape from the outer peripheral portion of the main surface 51 toward the central portion, and has a shape in which the central portion is most depressed. That is, the recess 54 includes a first step 54A that is recessed from the main surface 51 to the membrane electrode assembly 2 side, and a second step 54B that is further recessed from the first step 54A to the membrane electrode assembly 2 side. The first stage 54A is formed in a rectangular frame shape. The second stage 54B corresponds to the central portion of the main surface 51 and is formed in a substantially rectangular shape. In addition, the second step 54B is formed as a flat surface and is in uniform contact with the membrane electrode assembly 2 side (the moisturizing layer 20 in FIG. 2).

このように、凹部５４において、段数を増やすことにより、主面５１の剛性をさらに増すことが可能となる。このため、主面５１の面積が比較的大きな燃料電池１においても、剛性の高いカバー部材５０を適用することが可能となり、不所望な膨張を抑制することが可能となるとともに、出力の安定化を図ることが可能となる。 Thus, the rigidity of the main surface 51 can be further increased by increasing the number of steps in the recess 54. For this reason, even in the fuel cell 1 having a relatively large area of the main surface 51, it is possible to apply the cover member 50 having high rigidity, and it is possible to suppress undesired expansion and to stabilize the output. Can be achieved.

なお、凹部５４について、１段あたりの深さは、十分な剛性を確保する上で約０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲とすることが望ましい。また、凹部５４の深さが大きすぎると、装置全体が厚くなるため、凹部５４の深さは０．５ｍｍ程度にとどめることが望ましい。また、主面５１の面積に応じて、十分な剛性を確保する上で凹部の段数を増やすことが望ましいが、多すぎると、装置全体が厚くなるため、多くとも３段程度にとどめることが望ましい。 In addition, about the recessed part 54, as for the depth per step, it is desirable to set it as the range of about 0.2 mm-0.5 mm, in order to ensure sufficient rigidity. Moreover, since the whole apparatus will become thick if the depth of the recessed part 54 is too large, it is desirable to keep the depth of the recessed part 54 to about 0.5 mm. In addition, it is desirable to increase the number of steps of the recesses in order to ensure sufficient rigidity according to the area of the main surface 51. However, if the number is too large, the entire apparatus becomes thick, and therefore it is desirable to limit the number of steps to at most about three. .

図２に示した例では、第２段５４Ｂすなわち主面５１の中央部が平坦面として形成されたが、この例に限らず、図４に示した例のように、凹部５４、特に第２段５４Ｂが曲面であっても良い（なお、図４においては主面５１の開口５３を省略している）。ここで、曲面とは、円筒面であっても良いし、放物面、球面、非球面のいずれか、さらには、これらの組み合わせや複数の曲率を組み合わせた曲面などであっても良い。このような構成であっても、図２に示した例と同様の効果が得られる。 In the example shown in FIG. 2, the second step 54 B, that is, the central portion of the main surface 51 is formed as a flat surface. However, the present invention is not limited to this example. The step 54B may be a curved surface (in FIG. 4, the opening 53 of the main surface 51 is omitted). Here, the curved surface may be a cylindrical surface, a paraboloid, a spherical surface, or an aspherical surface, or a combination thereof, or a curved surface combining a plurality of curvatures. Even with such a configuration, the same effect as the example shown in FIG. 2 can be obtained.

上述した実施の形態においては、膜電極接合体２のアノード側に燃料を供給する燃料供給機構として液体燃料を収容した燃料収容部３を備えた内部気化型のような純パッシブ方式の燃料電池について説明したが、膜電極接合体２のアノード１３に対して燃料を供給する燃料供給部、及び、この燃料供給部に対して供給される燃料を収容する燃料収容部を有する燃料供給機構を備えたセミパッシブ型と称される方式の燃料電池についても同様の構成のカバー部材を適用することにより、同様の効果が得られることは言うまでもない。 In the embodiment described above, a purely passive type fuel cell such as an internal vaporization type equipped with a fuel storage portion 3 that stores liquid fuel as a fuel supply mechanism that supplies fuel to the anode side of the membrane electrode assembly 2. As described above, a fuel supply unit that supplies fuel to the anode 13 of the membrane electrode assembly 2 and a fuel supply mechanism that stores fuel supplied to the fuel supply unit are provided. It goes without saying that the same effect can be obtained by applying a cover member having a similar configuration to a fuel cell of a type called a semi-passive type.

例えば、図５に示す例では、燃料供給機構３は、膜電極接合体２のアノード（燃料極）１３側に配置され、膜電極接合体２のアノード１３に対して燃料を供給する燃料供給部３１を備えている。また、この燃料供給機構３は、燃料供給部３１に供給される液体燃料を収容する図示しない燃料収容部を備えている。燃料収容部は、膜電極接合体２に対応した液体燃料を収容している。 For example, in the example shown in FIG. 5, the fuel supply mechanism 3 is disposed on the anode (fuel electrode) 13 side of the membrane electrode assembly 2 and supplies fuel to the anode 13 of the membrane electrode assembly 2. 31 is provided. The fuel supply mechanism 3 includes a fuel storage unit (not shown) that stores liquid fuel supplied to the fuel supply unit 31. The fuel storage unit stores liquid fuel corresponding to the membrane electrode assembly 2.

燃料供給部３１と燃料収容部とは、図示しない配管のような液体燃料の流路を介して接続されている。つまり、燃料供給部３１には、燃料収容部から流路を介して液体燃料が導入される。流路は、燃料供給部３１や燃料収容部と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料供給部３１と燃料収容部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。 The fuel supply unit 31 and the fuel storage unit are connected via a liquid fuel passage such as a pipe (not shown). That is, liquid fuel is introduced into the fuel supply unit 31 from the fuel storage unit via the flow path. The flow path is not limited to piping independent of the fuel supply unit 31 and the fuel storage unit. For example, when the fuel supply unit 31 and the fuel storage unit are stacked and integrated, a liquid fuel flow path connecting them may be used.

燃料供給部３１は、液体燃料が流路を介して注入される燃料注入口３２と、燃料注入口３２から注入された液体燃料やその気化成分を供給する燃料供給口３３と、燃料注入口３２と燃料供給口３３とを繋ぐ細管３４と、を有している。ここで示した燃料供給部３１の例では、燃料注入口３２及び燃料供給口３３は、それぞれ１箇所である。 The fuel supply unit 31 includes a fuel injection port 32 through which liquid fuel is injected through a flow path, a fuel supply port 33 that supplies liquid fuel injected from the fuel injection port 32 and vaporized components thereof, and a fuel injection port 32. And a thin tube 34 connecting the fuel supply port 33. In the example of the fuel supply unit 31 shown here, the fuel injection port 32 and the fuel supply port 33 are each one place.

膜電極接合体２と燃料供給部３１との間には、膜電極接合体２をアノード１３側から支持する支持部材４１が配置されている。 A support member 41 that supports the membrane electrode assembly 2 from the anode 13 side is disposed between the membrane electrode assembly 2 and the fuel supply unit 31.

なお、このような支持部材４１は、省略しても良いが、セミパッシブ方式の燃料電池においては支持部材４１を適用することにより以下のような効果が得られる。すなわち、膜電極接合体２と燃料供給部３１との間に支持部材４１を配置したことにより、燃料供給口３３から膜電極接合体２までの距離を確保することができる。このため、燃料供給口３３から供給された液体燃料の気化を促進するのに十分な容量を確保することができ、気体の状態の燃料を広範囲にわたって拡散させることが可能である。これにより、アノード１３の面内における燃料の分布を平準化することが可能となり、膜電極接合体２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。したがって、燃料電池１の大型化や複雑化等を招くことなく、膜電極接合体２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１の出力を向上させることが可能となる。言い換えると、燃料を循環させない燃料電池１の利点を損なうことなく、出力やその安定性を高めることができる。 Such a support member 41 may be omitted, but the following effects can be obtained by applying the support member 41 in a semi-passive type fuel cell. That is, by disposing the support member 41 between the membrane electrode assembly 2 and the fuel supply unit 31, a distance from the fuel supply port 33 to the membrane electrode assembly 2 can be secured. For this reason, it is possible to secure a sufficient capacity to promote the vaporization of the liquid fuel supplied from the fuel supply port 33, and it is possible to diffuse the fuel in a gaseous state over a wide range. As a result, the fuel distribution in the plane of the anode 13 can be leveled, and the fuel required for the power generation reaction in the membrane electrode assembly 2 can be supplied as a whole without excess or deficiency. Therefore, it is possible to efficiently generate a power generation reaction in the membrane electrode assembly 2 without causing an increase in size or complexity of the fuel cell 1. As a result, the output of the fuel cell 1 can be improved. In other words, the output and its stability can be improved without impairing the advantages of the fuel cell 1 that does not circulate the fuel.

また、支持部材４１により膜電極接合体２を支持するとともに、支持部材４１とカバー部材５０との間で膜電極接合体２を保持するため、膜電極接合体２の撓みなどの変形を抑制することができ、起電部と集電体との密着性を高めて出力の低下を抑制することが可能となる。 Moreover, since the membrane electrode assembly 2 is supported by the support member 41 and the membrane electrode assembly 2 is held between the support member 41 and the cover member 50, deformation such as bending of the membrane electrode assembly 2 is suppressed. It is possible to increase the adhesion between the electromotive unit and the current collector and suppress the decrease in output.

膜電極接合体２と燃料供給部３１との間には、少なくとも１つの多孔体４２が配置されている。多孔体４２の構成材料としては、各種樹脂が使用され、多孔質状態の樹脂フィルム等が多孔体４２として用いられる。このような多孔体４２は、複数の多孔膜を積層して配置してもよい。すなわち、主にある一方向への拡散性が高い多孔体と、これに交差する（あるいは直交する）方向への拡散性が高い多孔体とを組み合わせて適用しても良い。 At least one porous body 42 is disposed between the membrane electrode assembly 2 and the fuel supply unit 31. As the constituent material of the porous body 42, various resins are used, and a porous resin film or the like is used as the porous body 42. Such a porous body 42 may be arranged by laminating a plurality of porous films. That is, a porous body mainly having high diffusibility in one direction and a porous body having high diffusivity in a direction intersecting (or orthogonal to) the main body may be used in combination.

なお、このような多孔体４２は、省略しても良いが、セミパッシブ方式の燃料電池においては、多孔体４２を適用することにより以下のような効果が得られる。すなわち、多孔体４２を配置することによって、アノード１３に対する燃料供給量をより一層平均化することができる。すなわち、燃料供給部３１の燃料供給口３３から供給された液体燃料は一旦多孔体４２に吸収され、多孔体４２の内部で面内方向に拡散する。この後、多孔体４２から支持部材４１を介してアノード１３に燃料が供給されるため、燃料供給量をより一層平均化することが可能となる。 Such a porous body 42 may be omitted, but the following effects can be obtained by applying the porous body 42 in a semi-passive type fuel cell. That is, by disposing the porous body 42, the amount of fuel supplied to the anode 13 can be further averaged. That is, the liquid fuel supplied from the fuel supply port 33 of the fuel supply unit 31 is once absorbed by the porous body 42 and diffuses in the in-plane direction inside the porous body 42. Thereafter, fuel is supplied from the porous body 42 to the anode 13 via the support member 41, so that the fuel supply amount can be further averaged.

要するに、図５に示した例では、燃料電池１は、燃料供給機構３を構成する燃料供給部３１上に配置された多孔体４２、多孔体４２上に配置された支持部材４１、支持部材４１上に配置された膜電極接合体２、膜電極接合体２上に配置された保湿層２０を収容し、保湿層２０上に配置されたカバー部材５０によってこれらを保持している。 In short, in the example shown in FIG. 5, the fuel cell 1 includes the porous body 42 disposed on the fuel supply unit 31 constituting the fuel supply mechanism 3, the support member 41 disposed on the porous body 42, and the support member 41. The membrane electrode assembly 2 disposed above and the moisture retaining layer 20 disposed on the membrane electrode assembly 2 are accommodated, and these are held by the cover member 50 disposed on the moisture retaining layer 20.

ここで適用したカバー部材５０は、図２に示した例と同様の凹部５４を有している。このため、このような構成であっても、図２に示した例と同様の効果が得られる。なお、ここで適用可能なカバー部材５０としては図４に示した例と同様の凹部５４を有するものであっても良い。 The cover member 50 applied here has a concave portion 54 similar to the example shown in FIG. For this reason, even if it is such a structure, the effect similar to the example shown in FIG. 2 is acquired. Note that the cover member 50 applicable here may have a recess 54 similar to the example shown in FIG.

図６に示した例では、燃料供給機構３を構成する燃料供給部３１は、その底部に、液体燃料が流路を介して注入される燃料注入口３２と、燃料注入口３２から注入された液体燃料やその気化成分を供給する複数の燃料供給口３３と、燃料注入口３２と各燃料供給口３３とを繋ぐ細管３４と、を有している。 In the example shown in FIG. 6, the fuel supply unit 31 constituting the fuel supply mechanism 3 is injected into the bottom thereof from a fuel injection port 32 through which liquid fuel is injected via a flow path and from the fuel injection port 32. A plurality of fuel supply ports 33 for supplying liquid fuel and vaporized components thereof, and a thin tube 34 connecting the fuel injection port 32 and each fuel supply port 33 are provided.

このような構成の燃料供給機構３においては、燃料注入口３２から燃料供給部３１内に注入された液体燃料を、複数に分岐した細管３４を介して複数の燃料供給口３３にそれぞれ導くことが可能である。つまり、このような燃料供給機構３を適用することによって、燃料注入口３２から注入された液体燃料を方向や位置に係わりなく、複数の燃料供給口３３に均等に分配することができる。したがって、膜電極接合体２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。 In the fuel supply mechanism 3 having such a configuration, the liquid fuel injected from the fuel injection port 32 into the fuel supply unit 31 can be guided to the plurality of fuel supply ports 33 via the thin tubes 34 branched into a plurality of branches. Is possible. That is, by applying such a fuel supply mechanism 3, the liquid fuel injected from the fuel injection port 32 can be evenly distributed to the plurality of fuel supply ports 33 regardless of the direction or position. Therefore, the uniformity of the power generation reaction in the plane of the membrane electrode assembly 2 can be further enhanced.

さらに、燃料注入口３２と複数の燃料供給口３３とを細管３４で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１の半分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３４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３３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 injection port 32 and the plurality of fuel supply ports 33 with the thin tubes 34, it is possible to design to supply more fuel to a specific location of the fuel cell 1. For example, in the case where the heat dissipation by half of the fuel cell 1 is improved due to the convenience of mounting the device, a temperature distribution is conventionally generated, and a decrease in average output is inevitable. On the other hand, by adjusting the formation pattern of the thin tubes 34 and arranging the fuel supply ports 33 densely in a portion where heat dissipation is good 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.

図６に示した例では、燃料電池１は、燃料供給機構３を構成する燃料供給部３１上に配置された多孔体４２、多孔体４２上に配置された支持部材４１、支持部材４１上に配置された膜電極接合体２、膜電極接合体２上に配置された保湿層２０を収容し、保湿層２０上に配置されたカバー部材５０によってこれらを保持している。 In the example shown in FIG. 6, the fuel cell 1 includes the porous body 42 disposed on the fuel supply unit 31 constituting the fuel supply mechanism 3, the support member 41 disposed on the porous body 42, and the support member 41. The membrane electrode assembly 2 and the moisturizing layer 20 arranged on the membrane electrode assembly 2 are accommodated, and these are held by the cover member 50 arranged on the moisturizing layer 20.

上述した各実施形態の燃料電池１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。各実施形態の燃料電池１は、濃度が８０ｗｔ％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。したがって、各実施形態は、濃度が８０ｗｔ％以上のメタノール水溶液または純メタノールを液体燃料として用いた燃料電池１に適用することが好ましい。 The fuel cell 1 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. The fuel cell 1 of each embodiment can particularly exhibit its performance and effects when methanol having a concentration of 80 wt% or more is used as the liquid fuel. Therefore, each embodiment is preferably applied to the fuel cell 1 using a methanol aqueous solution or pure methanol having a concentration of 80 wt% or more as a liquid fuel.

なお、本発明は液体燃料を使用した各種の燃料電池に適用することができる。また、燃料電池の具体的な構成や燃料の供給状態等も特に限定されるものではなく、ＭＥＡに供給される燃料の全てが液体燃料の蒸気、全てが液体燃料、または一部が液体状態で供給される液体燃料の蒸気等、種々形態に本発明を適用することができる。実施段階では本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。さらに、上記実施形態に示される複数の構成要素を適宜に組み合わせたり、また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たりする等、種々の変形が可能である。本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。 The present invention can be applied to various fuel cells using liquid fuel. In addition, the specific configuration of the fuel cell, the supply state of the fuel, and the like are not particularly limited, and all of the fuel supplied to the MEA is liquid fuel vapor, all is liquid fuel, or part is liquid state. The present invention can be applied to various forms such as a vapor of supplied liquid fuel. In the implementation stage, the constituent elements can be modified and embodied without departing from the technical idea of the present invention. Furthermore, various modifications are possible, such as appropriately combining a plurality of constituent elements shown in the above embodiment, or deleting some constituent elements from all the constituent elements shown in the embodiment. Embodiments of the present invention can be expanded or modified within the scope of the technical idea of the present invention, and these expanded and modified embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

図１は、この発明の一実施の形態に係る燃料電池の外観を概略的に示す平面図である。FIG. 1 is a plan view schematically showing the appearance of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. 図２は、図１に示した燃料電池をＩＩ−ＩＩ線に沿って切断したときの断面を概略的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a cross section when the fuel cell shown in FIG. 1 is cut along the line II-II. 図３は、図２に示した燃料電池とこの燃料電池を収容した電気機器の筐体カバーとの間の隙間を説明するための図である。FIG. 3 is a view for explaining a gap between the fuel cell shown in FIG. 2 and a housing cover of an electric device that houses the fuel cell. 図４は、この発明の実施の形態に係る燃料電池の他の構造を概略的に示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view schematically showing another structure of the fuel cell according to the embodiment of the present invention. 図５は、この発明の実施の形態に係る燃料電池の他の構造を概略的に示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view schematically showing another structure of the fuel cell according to the embodiment of the present invention. 図６は、この発明の実施の形態に係る燃料電池の他の構造を概略的に示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view schematically showing another structure of the fuel cell according to the embodiment of the present invention.

Explanation of symbols

Ｆ…燃料Ｓ…隙間
１…燃料電池２…膜電極接合体３…燃料供給機構３０…燃料収容部３０Ａ…開口部３１…燃料供給部３２…燃料注入口３３…燃料供給口
４…気液分離膜
１１…アノード触媒層１２…アノードガス拡散層１３…アノード（燃料極）
１４…カソード触媒層１５…カソードガス拡散層１６…カソード（空気極）
１７…電解質膜１９…シール材２０…保湿層
５０…カバー部材５１…主面５２…側面５３…開口５４…凹部５４Ａ…第１段５４Ｂ…第２段
１００…筐体カバー１１０…開口 DESCRIPTION OF SYMBOLS F ... Fuel S ... Gap 1 ... Fuel cell 2 ... Membrane electrode assembly 3 ... Fuel supply mechanism 30 ... Fuel accommodating part 30A ... Opening part 31 ... Fuel supply part 32 ... Fuel inlet 33 ... Fuel supply port 4 ... Gas-liquid separation Membrane 11 ... Anode catalyst layer 12 ... Anode gas diffusion layer 13 ... Anode (fuel electrode)
14 ... Cathode catalyst layer 15 ... Cathode gas diffusion layer 16 ... Cathode (air electrode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 17 ... Electrolyte membrane 19 ... Sealing material 20 ... Moisturizing layer 50 ... Cover member 51 ... Main surface 52 ... Side surface 53 ... Opening 54 ... Recess 54A ... First stage 54B ... Second stage 100 ... Housing cover 110 ... Opening

Claims

A membrane electrode assembly having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the air electrode;
A cover member disposed on the air electrode side of the membrane electrode assembly,
The fuel cell according to claim 1, wherein the cover member has a concave portion that is recessed toward the air electrode side on a main surface thereof.

2. The fuel cell according to claim 1, wherein the concave portion is formed in a stepped shape from the outer peripheral portion of the main surface toward the central portion, and has a shape in which the central portion is most depressed.

The fuel cell according to claim 1, wherein a central portion of the main surface is a flat surface.

The fuel cell according to claim 1, wherein the central portion of the main surface is a curved surface.

And a fuel supply mechanism disposed on the fuel electrode side of the membrane electrode assembly,
The fuel cell according to claim 1, wherein the cover member is fixed to the fuel supply mechanism by a side surface bent from a main surface.

The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel is methanol fuel.

The fuel cell according to claim 6, wherein the methanol fuel is a methanol aqueous solution or pure methanol having a methanol concentration of 80 wt% or more.