JP2008270146A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直接型燃料電池に好適な燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell suitable for a direct fuel cell.
アルコール等の液体燃料を直接発電部に供給する直接型燃料電池は、気化器や改質器等の補器が不要なため、携帯機器の小型電源等への利用が期待されている。このような直接型燃料電池としては、アルコール水溶液を発電部に直接供給してプロトンを取り出すと共に、発電部から排出された水等の排出物を発電部の上流側に配置された混合タンク等に循環させて再利用する循環型燃料電池システムが知られている。 A direct fuel cell that supplies liquid fuel such as alcohol directly to the power generation unit does not require an auxiliary device such as a vaporizer or a reformer, and is expected to be used for a small power source of a portable device. As such a direct type fuel cell, an alcohol aqueous solution is directly supplied to the power generation unit to extract protons, and discharges such as water discharged from the power generation unit are placed in a mixing tank or the like disposed on the upstream side of the power generation unit. Circulating fuel cell systems that are circulated and reused are known.
直接メタノール供給型燃料電池(DMFC)においては、アノード、カソード及び膜電極複合体(MEA)を備える発電セルを積層したセルスタック(発電部)において、発電が行われている。アノードには、送液ポンプ等を介して水及びメタノールの混合溶液が送られ、下記(1)式に示す反応が生じ、二酸化炭素が発生する。一方、カソードには送気ポンプ等を介して空気が送られ、下記(2)式に示す反応が生じ、水が発生する。 In a direct methanol supply type fuel cell (DMFC), power generation is performed in a cell stack (power generation unit) in which power generation cells including an anode, a cathode, and a membrane electrode assembly (MEA) are stacked. A mixed solution of water and methanol is sent to the anode via a liquid feed pump or the like, and a reaction shown in the following formula (1) occurs to generate carbon dioxide. On the other hand, air is sent to the cathode via an air feed pump or the like, and a reaction shown in the following formula (2) occurs to generate water.
CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e- ・・・(1)
3/2O2 + 6H ++ 6e-→ 3H2O ・・・(2)
アノードで発生した二酸化炭素と水及び未反応のメタノールとを含む混合溶液は、気液二相流となってアノードから排出される。アノードから排出された気液二相流は、アノードの出口側の流路に設けられた気液分離器により気体と液体に分離される。分離後の液体は、回収流路を介して混合タンク等へ循環させ、分離後の気体は、大気に放出させている(例えば、特許文献1参照。)。
CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e − (1)
3/2 O 2 + 6H + + 6e − → 3H 2 O (2)
A mixed solution containing carbon dioxide generated at the anode, water, and unreacted methanol is discharged from the anode in a gas-liquid two-phase flow. The gas-liquid two-phase flow discharged from the anode is separated into a gas and a liquid by a gas-liquid separator provided in a flow path on the outlet side of the anode. The separated liquid is circulated to a mixing tank or the like through a recovery channel, and the separated gas is released to the atmosphere (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、アノードの出口側の流路に気液分離器を設ける方法では、アノード流路内とアノード出口側の流路に気液二相流が流通するため、アノード流路の圧力損失が大きくなる。また、気液分離器を配置することにより、アノード循環部が大きくなるため、小型化が困難である。
本発明は、アノード流路の圧力損失を小さくでき、小型化が実現可能な燃料電池を提供する。 The present invention provides a fuel cell that can reduce the pressure loss of the anode channel and can be downsized.
本願発明の態様によれば、電解質膜を挟んで互いに対向するアノード及びカソードを有する膜電極複合体と、アノードに接する疎液性多孔体と、疎液性多孔体に接し、アノードで生成される気体を疎液性多孔体を介して回収する気体回収流路及びアノードに燃料を送給する燃料送給流路を備えるアノード流路板とを備える燃料電池が提供される。 According to an aspect of the present invention, a membrane electrode assembly having an anode and a cathode facing each other across an electrolyte membrane, a lyophobic porous body in contact with the anode, and a lyophobic porous body in contact with the anode A fuel cell is provided that includes a gas recovery channel that recovers gas via a lyophobic porous body and an anode channel plate that includes a fuel supply channel that supplies fuel to the anode.
本願発明の他の態様によれば、電解質膜を挟んで互いに対向するアノード及びカソードを有する膜電極複合体と、アノードに接し、複数の貫通孔を有する親液性多孔体と、親液性多孔体に接し、アノードで生成される気体を貫通孔を介して回収する気体回収流路及び親液性多孔体を介してアノードに燃料を送給する燃料送給流路を備えるアノード流路板とを備える燃料電池が提供される。 According to another aspect of the present invention, a membrane electrode assembly having an anode and a cathode facing each other across an electrolyte membrane, a lyophilic porous body in contact with the anode and having a plurality of through-holes, and a lyophilic porous An anode flow path plate comprising a gas recovery flow path for contacting the body and recovering the gas generated at the anode through the through-hole and a fuel supply flow path for supplying fuel to the anode via the lyophilic porous body; A fuel cell is provided.
本発明によれば、アノード流路の圧力損失を小さくでき、小型化が実現可能な燃料電池が提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell which can make the pressure loss of an anode flow path small and can implement | achieve size reduction can be provided.
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載においては、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. The following embodiments exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is the following in terms of the structure and arrangement of components. It is not something specific.
(第1の実施の形態)
図1に示すように、第1の実施の形態に係る燃料電池は、電解質膜3を挟んで互いに対向するアノード(アノード触媒層1、アノードガス拡散層4)及びカソード(カソード触媒層2、カソードガス拡散層5)を有する膜電極複合体(MEA)8と、アノードガス拡散層4に接し、貫通孔10aを有する疎液性多孔体10と、疎液性多孔体10に接するアノード流路板30と、カソードガス拡散層5を介してアノード流路板30に対向するカソード流路板40とを備える。アノード流路板30とカソード流路板40は、ガスケット9を介してMEAの周囲をシールしている。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the fuel cell according to the first embodiment includes an anode (
MEA8は、プロトン導電性の固体高分子膜等を用いた電解質膜3、電解質膜3の表面に触媒を塗布して形成されたアノード触媒層1及びカソード触媒層2、アノード触媒層1及びカソード触媒層2の外側にそれぞれ形成されたアノードガス拡散層4及びカソードガス拡散層5を備える。
The
電解質膜3としては、テトラフルオロエチレンとペルフルオロビニルエーテルスルフォン酸とのコポリマーであって、例えば、商品名ナフィオン(米国デュポン社)が利用可能である。アノード触媒層1としては白金ルテニウムを、カソード触媒層2としては白金等を利用することができる。アノードガス拡散層4、カソードガス拡散層5としては、多孔質のカーボンペーパー等が用いられる。
The
アノード触媒層1とアノードガス拡散層4との間には、撥水処理した、サブミクロンの孔径の細孔を有する数十ミクロン厚みのカーボン製のアノードマイクロポーラス層6が配置されていてもよい。カソード触媒層2とカソードガス拡散層5との間には、サブミクロンの孔径の細孔を有する数十ミクロン厚みのカーボン製のカソードマイクロポーラス層7が配置されていてもよい。
Between the
疎液性多孔体10は、アノードガス拡散層4に接する面とアノード流路板30に接する面との間を貫通する複数の貫通孔10aを有する。図2に示すように、貫通孔10aは、厚み約200μm、孔径数μmの細孔を有するシート状の疎水性カーボン多孔体の一面に碁盤目状に開けられている。貫通孔10aの孔径は、疎液性多孔体10を構成する孔径数μmのミクロな細孔に比べて充分大きく、例えば直径約1mmとすることができる。貫通孔10aの孔径は、アノード流路板30の流路の幅等に応じて適宜変更可能である。
The lyophobic
疎液性多孔体10としては、疎水処理されたカーボン繊維よりなる孔径数μmの細孔を有するカーボンペーパー、燒結金属を疎水化処理した材料や、電気伝導性を有する孔径数μm以下の多孔体で疎液性を有する材料を用いることができる。
Examples of the lyophobic
アノード流路板30は、燃料送給流路31と気体回収流路32を有している。燃料送給流路31は、例えば、燃料を1本若しくは複数の流路で上流側から下流側に向かって蛇行させて流すサーペンタイン形状のサーペンタイン流路部31aと、サーペンタイン流路部31aからアノードガス拡散層4側へ分岐し、サーペンタイン流路部31aを流れる燃料の一部をアノードガス拡散層4へ送給する送給部31bを備えることができる。送給部31bの端部は、疎液性多孔体10の貫通孔10aに接続されている。
The
気体回収流路32は、例えば、気体を1本若しくは複数の流路で上流側から下流側に向かって蛇行させて流すサーペンタイン流路部32aと、サーペンタイン流路部32aからアノードガス拡散層4側へ分岐し、アノードガス拡散層4中のCO2等の気体を回収する回収部32bを備えている。回収部32bは、貫通孔10aが形成されていない部分の疎液性多孔体10(例えば図2の領域10b)に接続されている。
The gas
なお、図1に示す燃料送給流路31及び気体回収流路32の構成及び配置の説明は、一例であり、他にも様々な構成の燃料送給流路31や気体回収流路32が採用できることは勿論である。また、疎液性多孔体10は貫通孔10aを有していなくてもよい。例えば、燃料としてメタノール水溶液を用いる場合、メタノール水溶液は、一部は液体、一部はメタノール及び水蒸気として、疎液性多孔体10を介してアノード触媒層1に供給される。燃料としては、メタノール以外の液体のアルコール、炭化水素、エーテル等でも構わない。
The description of the configuration and arrangement of the fuel
図1のカソード流路板40は、カソード触媒層2に空気を送給するための孔41を有している。なお、カソードガス拡散層5とカソード流路板40との間には、カソード触媒層2が乾燥することを防止するための保湿機能を有する多孔体20を備えていてもよい。図1の例では、ブリージングによりカソードガス拡散層5へ空気を供給している。従って、カソード流路板40を省略してもかまわない。ここで「ブリージング」とは、コンプレッサー等を使って、カソード流路板に設けられた流路へ強制的に空気を供給しない、すなわち自然吸気方式を指す。
The cathode
図1に示す燃料電池100aによれば、疎液性多孔体10が疎液性であるため、燃料送給流路31から送給される燃料が、疎液性多孔体10中には浸透せずに貫通孔10a中を流通する。一方、アノード反応により生成され、アノードガス拡散層4中に運ばれたCO2は、アノードガス拡散層4と疎液性多孔体10との界面では、貫通孔10a中に満たされた液体(燃料)中に進入して気泡を形成するよりも、微細な細孔を有する疎液性多孔体10の内部を通過する方が容易なため、疎液性多孔体10中を優先的に通過する。
According to the
そして、その疎液性多孔体10中を通過するCO2を、疎液性多孔体10に接続された気体回収流路32を通じて回収させることにより、燃料送給流路31側にCO2が流れるのを抑制でき、燃料送給流路31の出口側の液体中の気体の混入を抑制できる。この結果、燃料送給流路31内部に気液二相流が形成されることによる体積膨張による流速の高速化や、メニスカス形成による流体の圧力損失を抑制できるために、アノード(燃料送給流路31)の圧力損失を大幅に小さくすることができる。
Then, CO 2 passing through the lyophobic
なお、アノードガス拡散層4における単位面積当たりのCO2透過流量は少ないため、CO2が疎液性多孔体10を通過する場合の圧力損失は小さくてすむ。また、図1に示す燃料電池100aは、疎液性多孔体10が配置されているため、MEA8を任意の方向に傾けたとしても、CO2と未反応の燃料を容易に気液分離できる。
Since the CO 2 permeation flow rate per unit area in the anode
(第2の実施の形態)
図3に示すように、第2の実施の形態に係る燃料電池100bは、アノード流路板30とアノードガス拡散層4との間に、親液性多孔体11が配置されている点が、図1と異なる。なお、図3においては図1の多孔体20の図示を省略している。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 3, in the
親液性多孔体11は、アノードガス拡散層4に接する面とアノード流路板30に接する面との間を貫通する複数の貫通孔11aを有する。図4に示すように、貫通孔11aは、厚み約200μm、孔径数μmの細孔を有するシート状の親液性カーボン多孔体の一面に碁盤目状に開けられている。貫通孔11aの孔径は、親液性多孔体11を構成する孔径数μmのミクロな細孔に比べて充分大きくなっており、例えば、直径約1mmとすることができる。貫通孔11aの孔径は、アノード流路板30の流路の幅等に応じて適宜変更可能である。
The lyophilic
親液性多孔体11としては、親水処理されたカーボン繊維よりなる孔径数μmの細孔を有するカーボンペーパー又はカーボンクロス等が用いられる。若しくは、孔径数μmの細孔を有する親水性の燒結金属したものや、電気伝導性を有する孔径数μm以下の多孔体で親水性を有する材料を用いることができる。
As the lyophilic
図3に示すアノード流路板30の気体回収流路32の端部は、疎液性多孔体10の貫通孔11aに接続されている。燃料送給流路31は、貫通孔11aが形成されていない部分の親液性多孔体11(図4の領域11b)に接続されている。他は、図1に示す燃料電池100aと実質的に同様であるので、重複した記載を省略する。
The end of the gas
図3に示す燃料電池100bによれば、親液性多孔体11が親液性であるため、送液ポンプ60等により燃料送給流路31に送給される燃料が、親液性多孔体11中に保持される。一方、アノード反応により生成され、アノードガス拡散層4に運ばれたCO2は、アノードガス拡散層4と親液性多孔体11との界面に達したときに、液体(燃料)を保持した親液性多孔体11内を通過するよりも、貫通孔11aを通過する方が容易であるため、貫通孔11aに優先的に収容される。
According to the
そして、その親液性多孔体11の貫通孔11aを通過するCO2を、気体回収流路32を用いて回収させることにより、燃料送給流路31側にCO2が混入するのを抑制できる。なお、図3に示すように、気体回収流路32に送気ポンプ70を用いてCO2を回収することもできる。親液性多孔体11を配置することにより、MEA8を任意の方向に傾けても、CO2は、気液分離された状態で排出できる。
Then, by collecting the CO 2 passing through the through
(第3の実施の形態)
図5に示すように、第3の実施の形態に係る燃料電池100cは、疎液性多孔体10の貫通孔10aの中に、親液性多孔体12が埋設されている。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 5, in the
親液性多孔体12としては、親液処理されたカーボン繊維よりなる孔径数μmの細孔を有するカーボンペーパー又はカーボンクロス、孔径数μmの細孔を有する親水性の燒結金属や、電気伝導性を有する孔径数μm以下の多孔体で親水性を有する材料等を、貫通孔10a中に埋め込むための所定の形状に成形したものが使用可能である。また、疎液性を示す多孔体の一部にスルフォン酸基を含むポリマーをスプレーし、親液処理したものを用いてもよい。他は、図1に示す燃料電池100aと実質的に同様であるので、記載を省略する。
Examples of the lyophilic
図5に示す燃料電池100cによれば、親液性多孔体12が貫通孔10aに配置されるため、親液性多孔体12中に燃料が保持され易くなり、より安定的にCO2を分離することが可能になり、燃料電池100cをより安定的に運転させることができる。
According to the
(第4の実施の形態)
図6に示すように、第4の実施の形態に係る燃料電池100dは、親液性多孔体11の貫通孔11aの少なくとも一部に、疎液性多孔体13が埋設されている。
(Fourth embodiment)
As shown in FIG. 6, in the
疎液性多孔体13としては、疎水処理されたカーボン繊維よりなる孔径数μmの細孔を有するカーボンペーパー、燒結金属を疎水化処理した材料、電気伝導性を有する孔径数μm以下の多孔体で疎液性を有する材料等を貫通孔11a中に埋め込むための所定の形状に成形したものが使用可能である。また、親水性多孔体11の一部をテフロン(登録商標)コートし、親液性多孔体11の一部を疎液化したものを使用してもよい。
Examples of the lyophobic porous body 13 include carbon paper having pores having a pore diameter of several μm made of hydrophobically treated carbon fibers, a material obtained by hydrophobizing a sintered metal, and a porous body having a pore diameter of several μm or less having electrical conductivity. It is possible to use a material that is formed into a predetermined shape for embedding a lyophobic material or the like in the through
図6においては、疎液性多孔体13は、親液性多孔体11とアノードガス拡散層4とが接触する面に接触するように埋め込まれているが、貫通孔11aの中全体に埋め込んでもよい。他は、図3に示す燃料電池100bと実質的に同様であるので、記載を省略する。
In FIG. 6, the lyophobic porous body 13 is embedded so as to be in contact with the surface where the lyophilic
図6に示す燃料電池100dによれば、貫通孔11aの内部が空洞の場合に比べてアノードガス拡散層4のCO2が疎液性多孔体13中へより浸透しやすくなる。
According to the
(第5の実施の形態)
図7に示すように、第5の実施の形態に係る燃料電池100eは、疎液性多孔体10の貫通孔11aの中に親液性多孔体12が埋設されている。更に、疎液性多孔体10の燃料送給流路31及び気体回収流路32と接していない領域に、コンタクト14が埋設されている。コンタクト14は、疎液性多孔体10のアノードガス拡散層4とアノード流路板30との電気的導通を図る。
(Fifth embodiment)
As shown in FIG. 7, in the
コンタクト14が配置された場合、疎液性多孔体10としては、延伸ポリテトラフルオロエチレン(延伸PTFE)などの孔径数μm以下で、導電性を有さない材料を使うことも可能である。その場合には、コンタクト14としてカーボン、若しくは金属を用いるのが好ましい。また、疎液性多孔体10として、延伸PTFEの一部を親水化処理する、延伸PTFEの一部に貫通孔を開ける、延伸PTFEに貫通孔を開け、貫通孔を多孔体セルロース等の親液性多孔体で充填するようなことを行い、空間若しくは親液性多孔体より燃料を供給することが可能である。他は、図1に示す燃料電池100aと実質的に同様であるので、記載を省略する。
When the
図7に示す燃料電池100eによれば、疎液性多孔体10が不導体、若しくは抵抗が高く電気を通しにくい材質であっても、コンタクト14により電気的導通を図ることができるため、良好に発電可能である。
According to the
(第6の実施の形態)
図8に示すように、第6の実施の形態に係る燃料電池100fは、アノード流路板30から排出される排出物を回収し、燃料送給流路31へ循環させる循環ラインL1を備える。また、カソード流路板40には、空気中の不純物を吸着するためのケミカルフィルタ42が配置されていてもよい。
(Sixth embodiment)
As shown in FIG. 8, the fuel cell 100 f according to the sixth embodiment includes a circulation line L <b> 1 that collects the exhaust discharged from the anode
メタノール等の高濃度燃料が収容された燃料容器50の下流側には、送液ポンプ60が配置されている。送液ポンプ60の下流側の配管には、循環ポンプ55が配置されている。循環ポンプ55により、燃料送給流路31の出口側に排出された燃料が、循環ラインL1を経由して再び燃料送給流路31の入口に供給される。
A
図8においては図示を省略しているが、送液ポンプ60と循環ポンプ55との間の配管に、燃料容器50から供給された高濃度燃料と循環ラインL1から供給された液体とを混合させ、一定濃度のメタノール水溶液を調製するための混合タンク(図示省略)を配置することができる。気体回収流路32の出口側の配管には、揮発性有機化合物(VOC)除去器21が接続されている。他は、図1に示す燃料電池100aと実質的に同様であるので記載を省略する。
Although not shown in FIG. 8, the high concentration fuel supplied from the
図8に示す燃料電池100fによれば、疎液性多孔体10により、アノードガス拡散層4から排出されるCO2を気体回収流路32に導くことが可能になる。CO2に含まれる微量の有機物はVOC除去器21において除去される。液体は燃料送給流路31を通って循環ラインL1に供給される。この結果、燃料送給流路31の出口側の流体には、気体は殆ど含まれないため、流路内の圧力損失を小さくできるうえ、燃料送給流路31の出口側の流路に別途気液分離器を配置する必要がないため、装置の小型化が図れる。
According to the fuel cell 100 f shown in FIG. 8, the lyophobic
送液ポンプ60は省略することができる。燃料送給流路31および循環ラインL1に気体がほとんど混入しないため、MEA8のアノードで消費もしくはカソードへ透過する液体分の体積が減少する。燃料容器に接続している配管が液体で満たされていれば、アノードの液体体積減少分は、自動的に燃料容器から供給される。
The
(第7の実施の形態)
図9に示すように、第7の実施の形態に係る燃料電池100gは、燃料送給流路31の送給部31bが、貫通孔10aに接続された第1流路310bと、第1流路310bの上流側に接続された第1流路310bより流体の拡散抵抗が大きい第2流路311bとを備える。流体の拡散抵抗は第2流路311bの一部に細い孔又は配管を設けることで、第1流路310bより大きくすることができる。
(Seventh embodiment)
As shown in FIG. 9, the
第2流路311bとしては、例えば、第1流路310bより管の直径が細い配管や、流路内に微細な孔を有する板などを配置する等して、流体が流通するときの拡散抵抗を第1流路310bの拡散抵抗より大きくしたものを使用することができる。第2流路311bを介して燃料送給流路31から供給される単位時間当たりの燃料の量は、MEA8で消費及びMEA8を透過する分のメタノールと水の量とバランスを保つようになっている。
As the
メタノール等などの高濃度燃料が収容された燃料容器50の下流側には、送液ポンプ60が配置されている。送液ポンプ60を介して送給された燃料は、燃料送給流路31を通って、第2流路311b及び第1流路310b、疎液性多孔体10の貫通孔10aを介してアノードガス拡散層4に流れる。アノード反応で生成されたCO2は、アノードガス拡散層4から疎液性多孔体10の孔の空いていない部分を通り、気体回収流路32を介してVOC除去器21に導入される。CO2に含まれる微量の有機物はVOC除去器21において除去される。他は、図1に示す燃料電池100aと実質的に同様であるので記載を省略する。
A
図9に示す燃料電池100gによれば、第2流路311bを介して第1流路310bに燃料が供給されるため、第2流路311bの流速が、水の逆拡散を防止する程度に加速される。その結果、第2流路311bの上流側の燃料が希釈されず、安定に発電することが可能になる。燃料供給は、循環させる必要はなく、燃料循環部の小型化、補器電力の削減を行うことが可能になる。
According to the
(第8の実施の形態)
図10に示すように、第8の実施の形態に係る燃料電池100hは、第1流路310bに分岐流路33が接続されている。
(Eighth embodiment)
As shown in FIG. 10, in the
分岐流路33は、複数の貫通孔10aにそれぞれ接続された第1流路310bのそれぞれに接続されている。分岐流路33は、第1流路310b内の燃料を、燃料電池100hの外へ汲み出すためのポンプ34と、ポンプ34により汲み出された燃料を収容するためのタンク35が接続されている。他は、図9に示す燃料電池100gと実質的に同様である。
The branch flow path 33 is connected to each of the
図9に示す燃料電池100gにおいては、第1流路310bより流体の拡散抵抗が大きい第2流路311bが配置されることにより、発電を停止した場合に第1流路310b内に燃料が残存する。第1流路310b内に残存した燃料は、拡散等により、カソード触媒層2側へ移動し、アノード触媒層1側の燃料濃度が低下する。アノード触媒層1側の燃料濃度が低下してしまうと、再度運転する場合に、MEA8でのアノードでの液体消費が極端に少なくなるため、ポンプ60で燃料を供給しようとしても、十分に供給できない場合がある。このような場合、ポンプ60を逆回転させ、薄まった燃料を流路31まで吸引し、高濃度燃料と混合させた後、混合後の燃料をポンプ60で第1流路310b及び貫通孔10aに供給し、再度発電を行うことができる。しかしながら、起動時に高濃度燃料がMEA8に接する可能性があった。
In the
これに対し、図10に示す燃料電池100hは、ポンプ60を停止し、発電を停止した場合に、ポンプ34により分岐流路33を通じて第1流路310b内の燃料を汲み出して、タンク35に収容しておく。これにより第1流路310b内、及び貫通孔10aに液体が無くなる。発電を再開する場合は、タンク35に収容した低濃度の燃料を第1流路310b内、及び貫通孔10aにポンプ34により供給することにより、速やかに発電が再開される。また、起動時に高濃度燃料がMEA8に接する可能性を低減し、MEA8の性能低下を抑制することができる。
On the other hand, in the
なお、発電を再開する場合は、第1流路310b内、及び貫通孔10aが低濃度燃料で満たされた後に、送液ポンプ60を介して高濃度燃料を燃料送給流路31に供給する。
When power generation is resumed, high-concentration fuel is supplied to the
このような分岐流路を設ける構成は、例えば図8に示すように燃料を循環させる構成に適用してもかまわない。 The configuration in which such a branch flow path is provided may be applied to a configuration in which fuel is circulated as shown in FIG. 8, for example.
(燃料電池の配置例)
図11及び図12は、上述した第1〜第8の実施の形態に係る燃料電池100a〜100hを複数個積層した場合の配置に関する概念図を示している。
(Fuel cell arrangement example)
FIGS. 11 and 12 show conceptual diagrams regarding the arrangement when a plurality of the
図11に示すように、例えば、収容部51の内部には複数の燃料電池100iが積層されている。収容部51の中段には、収容部51の外部からファン80等を用いて大量の空気を送るための空間部56が設けられている。空間部56には、燃料電池100iのアノードが対向している。即ち、図11においては、空間部56の紙面上側の燃料電池100iは、アノードが紙面下側となるように配置されている。空間部56の紙面下側の燃料電池100iは、アノードが紙面上側となるように配置されている。燃料電池100iのカソードは、ブリージングにより空気を供給するようになっている。
As shown in FIG. 11, for example, a plurality of
燃料容器50から送給された燃料は、送液ポンプ60に汲み出され、収容部51内に設けられた配管52を通って燃料電池100iの燃料送給流路へそれぞれ供給される。各燃料電池100iで発生したCO2は、収容部51内の配管53を通って外部へ送給され、VOC除去器21によってCO2に含まれる有機物等が除去される。CO2と共に送給される水分は、スポンジ等の吸収体54に吸収させて気化放出させる。
The fuel fed from the
図12は、燃料供給流路へ一旦供給した燃料を循環させて再利用する場合の例を示す概念図である。図11と同様に、複数の燃料電池100kが積層されており、各燃料電池100kの燃料送給流路が、収容部51に設けられた配管52に接続されている。
FIG. 12 is a conceptual diagram showing an example in which the fuel once supplied to the fuel supply channel is circulated and reused. As in FIG. 11, a plurality of
燃料容器50から送給された燃料は、送液ポンプ60に汲み出され、収容部51内に設けられた配管52を通って燃料電池100iの燃料送給流路へそれぞれ供給される。燃料電池100iから排出された流体は、循環ポンプ55によって汲み取られ、再び収容部51内の配管52に供給される。
The fuel fed from the
一方、各燃料電池100iで発生したCO2は、収容部51内の配管53を通って外部へ送給され、VOC除去器21によってCO2に含まれる有機物等が除去される。CO2除去後に残ったCO2と共に送給される水分は、スポンジ等の吸収体54に吸収させて気化放出させる。
On the other hand, CO 2 generated in each
図11及び図12に示す例によれば、空間部56からファン80を用いて一部の燃料電池100i、100kのアノードを冷却させるため、発電部の温度を一定に保ち、良好な発電を行うことが可能になる。図11及び図12に示す概念図では具体的構成の記載を省略しているが、カソード側はファン80による送給を行わずにブリージングにより空気が供給されている。
According to the example shown in FIGS. 11 and 12, since the anodes of some of the
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が可能である。 Although the present invention has been described according to the above-described embodiments, it should not be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples, and operational techniques are possible for those skilled in the art.
本発明においては、親液性多孔体及び疎液性多孔体を利用する例を示したが、「親液性」とは、メタノール水溶液を多孔体に吸い込みやすい、「疎液性」とはメタノール水溶液を多孔体に吸わない、という意味で使用する。また、図5、図6、図7に示す燃料電池100c,100d,100eにおいては、貫通孔10a,11aに親液性多孔体12又は疎液性多孔体13を埋め込んでいるが、疎液性多孔体10及び親液性多孔体11の一部を親液(親水)化処理又は疎液(疎水)化処理することにより、貫通孔10a,11aを開けずとも同等の作用効果が得られることは勿論である。
In the present invention, an example using a lyophilic porous body and a lyophobic porous body has been shown. “Liquidity” means that an aqueous methanol solution can be easily sucked into the porous body. “Lipophilicity” means methanol. It is used in the sense that the aqueous solution is not sucked into the porous body. In the
このように、本発明は、この開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によって表されるものであり、実施段階においては、その要旨を逸脱しない範囲で変形して具体化できる。 Thus, the present invention is expressed by the invention specifying matters in the scope of claims appropriate from this disclosure, and can be embodied by being modified without departing from the gist thereof in the implementation stage.
1…アノード触媒層
2…カソード触媒層
3…電解質膜
4…アノードガス拡散層
5…カソードガス拡散層
6…アノードマイクロポーラス層
7…カソードマイクロポーラス層
8…MEA
9…ガスケット
10…疎液性多孔体
10a…貫通孔
10b…領域
11…親液性多孔体
11a…貫通孔
11b…領域
12…親液性多孔体
13…疎液性多孔体
14…コンタクト
20…多孔体
21…VOC除去器
30…アノード流路板
31…燃料送給流路
31a…サーペンタイン流路部
31b…送給部
32…気体回収流路
32a…サーペンタイン流路部
32b…回収部
33…分岐流路
34…ポンプ
35…タンク
40…カソード流路板
41…孔
42…ケミカルフィルタ
50…燃料容器
51…収容部
52…配管
53…配管
54…吸収体
55…循環ポンプ
56…空間部
60…送液ポンプ
70…ポンプ
80…ファン
100a〜100h…燃料電池
310b…第1流路
311b…第2流路
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記アノードに接する疎液性多孔体と、
前記疎液性多孔体に接し、前記アノードで生成される気体を前記疎液性多孔体を介して回収する気体回収流路及び前記アノードに燃料を送給する燃料送給流路を備えるアノード流路板と
を備えることを特徴とする燃料電池。 A membrane electrode assembly having an anode and a cathode facing each other across an electrolyte membrane;
A lyophobic porous body in contact with the anode;
An anode flow comprising a gas recovery channel that contacts the lyophobic porous body and recovers the gas generated at the anode via the lyophobic porous body and a fuel supply channel that supplies fuel to the anode A fuel cell comprising: a road plate.
前記疎液性多孔体に接続された第1流路と、
前記第1流路の上流側に接続され、前記第1流路より流体の拡散抵抗が大きい第2流路と
を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池。 The fuel feed channel is
A first flow path connected to the lyophobic porous body;
The fuel according to claim 1, further comprising: a second flow path connected to an upstream side of the first flow path and having a diffusion resistance of fluid larger than that of the first flow path. battery.
前記第1流路内の燃料を収容するタンクと、
前記分岐流路を介して前記第1流路内の燃料を前記タンクに送給、もしくは前記タンク内の燃料を前記第1流路へ送給するポンプと
を更に備えることを特徴とする請求項5に記載の燃料電池。 A branch channel connected to the first channel;
A tank for storing fuel in the first flow path;
A pump for supplying fuel in the first flow path to the tank or supplying fuel in the tank to the first flow path via the branch flow path. 5. The fuel cell according to 5.
前記アノードに接し、複数の貫通孔を有する親液性多孔体と、
前記親液性多孔体に接し、前記アノードで生成される気体を前記貫通孔を介して回収する気体回収流路及び前記親液性多孔体を介して前記アノードに燃料を送給する燃料送給流路を備えるアノード流路板と
を備えることを特徴とする燃料電池。 A membrane electrode assembly having an anode and a cathode facing each other across an electrolyte membrane;
A lyophilic porous body in contact with the anode and having a plurality of through holes;
A gas recovery passage for contacting the lyophilic porous body and recovering the gas generated at the anode through the through hole, and a fuel supply for supplying fuel to the anode through the lyophilic porous body A fuel cell comprising: an anode channel plate including a channel.
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008243491A (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Toshiba Corp | Fuel cell |
JP2010225453A (en) * | 2009-03-24 | 2010-10-07 | Toshiba Corp | Fuel cell stack |
WO2011004435A1 (en) * | 2009-07-09 | 2011-01-13 | 株式会社 東芝 | Fuel cell system |
JP2011040210A (en) * | 2009-08-07 | 2011-02-24 | Toshiba Corp | Fuel cell |
WO2011024238A1 (en) * | 2009-08-31 | 2011-03-03 | 株式会社 東芝 | Fuel cell |
JP2012134147A (en) * | 2010-12-20 | 2012-07-12 | Panasonic Corp | Direct oxidation fuel cell |
JP2018154865A (en) * | 2017-03-16 | 2018-10-04 | 株式会社東芝 | Electrochemical reaction apparatus |
JP2021064551A (en) * | 2019-10-16 | 2021-04-22 | 株式会社ジェイテクト | Fuel battery |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101431156B (en) * | 2008-12-12 | 2010-06-02 | 大连理工大学 | Passive miniature direct liquid fuel battery |
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008243491A (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Toshiba Corp | Fuel cell |
JP2010225453A (en) * | 2009-03-24 | 2010-10-07 | Toshiba Corp | Fuel cell stack |
WO2011004435A1 (en) * | 2009-07-09 | 2011-01-13 | 株式会社 東芝 | Fuel cell system |
JP2011040210A (en) * | 2009-08-07 | 2011-02-24 | Toshiba Corp | Fuel cell |
WO2011024238A1 (en) * | 2009-08-31 | 2011-03-03 | 株式会社 東芝 | Fuel cell |
JP2012134147A (en) * | 2010-12-20 | 2012-07-12 | Panasonic Corp | Direct oxidation fuel cell |
JP2018154865A (en) * | 2017-03-16 | 2018-10-04 | 株式会社東芝 | Electrochemical reaction apparatus |
JP2021064551A (en) * | 2019-10-16 | 2021-04-22 | 株式会社ジェイテクト | Fuel battery |
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