JP2010003516A

JP2010003516A - Fuel cell

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Publication number: JP2010003516A
Application number: JP2008160690A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shimoyamada; 啓下山田; Kenichi Takahashi; 賢一高橋; Motoi Goto; 基伊後藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-06-19
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2010-01-07

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell retaining improved pressure resistance wherein destruction of fuel cell components such as a pump caused from pressure mainly generated at fuel supply part and leakage of fuel from the fuel cell is avoided. <P>SOLUTION: The fuel cell is equipped with a membrane electrode assembly composed of a fuel electrode 113, an air electrode 116 and an electrolyte membrane 117 held between the fuel electrode 113 and the air electrode 116, a fuel supplying part 2 connected with the fuel electrode 113 through a flow path 13, a pump 3 located in the flow path sending liquid from the fuel supplying part 2 to the fuel electrode 113, a fuel shutoff part 4 located in the flow path between the fuel supplying part 2 and the pump 3, and a porous body 5 filled up in the flow path between the pump 3 and the fuel shutoff part 4. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、液体燃料を用いた燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell using liquid fuel.

ノートパソコンや携帯電話などのモバイル機器の電源として、小型の燃料電池の使用が注目されている。従来の二次電池では、充電のために一定時間コンセントにつなぐ必要があるが、燃料電池であれば供給用の燃料を補充するだけで使用可能となるため、モバイル機器の電源として非常に適している。 The use of small fuel cells is attracting attention as a power source for mobile devices such as notebook computers and mobile phones. Conventional secondary batteries need to be connected to an outlet for charging for a certain period of time, but fuel cells can be used simply by replenishing the fuel for supply, making them extremely suitable as power sources for mobile devices. Yes.

このようなモバイル機器向けの燃料電池としては、特に直接メタノール型燃料電池（ＤｉｒｅｃｔＭｅｔｈａｎｏｌＦｕｅｌＣｅｌｌ：ＤＭＦＣ）が有望視されている。ＤＭＦＣの液体燃料の供給方式としては、内部気化型等のパッシブ方式のほか、ポンプやバルブにより燃料供給を制御するアクティブ方式が存在する。モバイル機器の電源として燃料電池を実用化する場合、小型化および安全性の向上が重要である。 As such a fuel cell for mobile devices, a direct methanol fuel cell (DMFC) is particularly promising. As a DMFC liquid fuel supply system, there is an active system in which fuel supply is controlled by a pump or a valve in addition to a passive system such as an internal vaporization type. When a fuel cell is put into practical use as a power source for a mobile device, it is important to reduce the size and improve the safety.

燃料として用いるメタノールは、その沸点が約６５℃であるため、使用環境によって気化し、燃料電池システム内の圧力を上昇させる可能性がある。また、燃料カートリッジのように、圧力をかけて燃料を押し出す方式のものを燃料供給部として用いる場合も、同様に燃料電池システム内の圧力が上昇すると考えられる。ポンプを用いるアクティブ方式の場合、そのような圧力によってポンプ自身が破壊されることがあり、また燃料流路などからの漏出が生じることがある。このような問題は、信頼性および安全性の面から解決する必要がある。 Since methanol used as fuel has a boiling point of about 65 ° C., it may vaporize depending on the usage environment and increase the pressure in the fuel cell system. Also, when a fuel supply unit such as a fuel cartridge that extrudes fuel by applying pressure is used as the fuel supply unit, it is considered that the pressure in the fuel cell system similarly increases. In the case of an active system using a pump, the pump itself may be destroyed by such pressure, and leakage from a fuel flow path or the like may occur. Such a problem needs to be solved in terms of reliability and safety.

特許文献１および２には、燃料の供給を遮断するためのバルブ等が記載されている。しかしながら、これらは耐圧性の観点から作製されておらず、上述のような問題を解決するものとしては期待できない。 Patent Documents 1 and 2 describe a valve or the like for shutting off the supply of fuel. However, these are not produced from the viewpoint of pressure resistance, and cannot be expected to solve the above problems.

従って、内圧上昇を原因とするポンプ等の燃料電池構成部品の破壊および燃料の漏出の発生が抑えられた、耐圧性の向上した燃料電池の開発が必要である。
特開平９−２５７１５４号公報特開２００６−１９１０２号公報 Therefore, it is necessary to develop a fuel cell with improved pressure resistance in which the destruction of fuel cell components such as a pump and the occurrence of fuel leakage due to an increase in internal pressure are suppressed.
JP-A-9-257154 JP 2006-19102 A

本発明は、主に燃料供給部に由来する圧力を原因とした、ポンプといった燃料電池構成部品の破壊、および燃料電池からの燃料の漏出を回避した、耐圧性の向上した燃料電池の提供を目的とする。 An object of the present invention is to provide a fuel cell with improved pressure resistance, which avoids destruction of fuel cell components such as a pump and leakage of fuel from the fuel cell, mainly due to pressure derived from the fuel supply unit. And

本発明の一態様によると、燃料極、空気極、および前記燃料極と前記空気極とに挟持された電解質膜を有する膜電極接合体と、前記燃料極と流路を介して接続された燃料供給部と、前記流路に位置し、前記燃料供給部から前記燃料極へと燃料を送液するポンプと、前記燃料供給部と前記ポンプとの間の流路に位置する燃料遮断部と、前記ポンプと前記燃料遮断部との間の流路に充填された多孔体と、を備えたことを特徴とする燃料電池が提供される。 According to one aspect of the present invention, a fuel electrode, an air electrode, a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the air electrode, and a fuel connected to the fuel electrode via a flow path A supply unit, a pump located in the flow path, for sending fuel from the fuel supply unit to the fuel electrode, a fuel cutoff unit located in a flow path between the fuel supply unit and the pump, There is provided a fuel cell comprising a porous body filled in a flow path between the pump and the fuel cutoff part.

本発明によると、耐圧性の向上した燃料電池が提供される。 According to the present invention, a fuel cell with improved pressure resistance is provided.

以下に、本発明による一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池の構成を示す図である。当該燃料電池は、発電部１、燃料供給部２、ポンプ３、燃料遮断部４および多孔体５を有する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. The fuel cell includes a power generation unit 1, a fuel supply unit 2, a pump 3, a fuel cutoff unit 4, and a porous body 5.

図１における燃料電池は、燃料供給など一部にポンプ等を用いたセミパッシブと称される型の燃料電池である。セミパッシブ型の燃料電池は、燃料供給部２から発電部１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供給部２に戻されることはない。セミパッシブ型の燃料電池は、燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、燃料電池は、燃料の供給にポンプを使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。このため、燃料電池は、上述したようにセミパッシブ方式と呼称される。 The fuel cell in FIG. 1 is a type of fuel cell called a semi-passive that uses a pump or the like for part of the fuel supply. In the semi-passive type fuel cell, the fuel supplied from the fuel supply unit 2 to the power generation unit 1 is used for a power generation reaction and is not circulated thereafter and returned to the fuel supply unit 2. The semi-passive type fuel cell is different from the conventional active method because it does not circulate the fuel, and does not impair the downsizing of the device. In addition, the fuel cell uses a pump for supplying fuel, and is different from a pure passive system such as a conventional internal vaporization type. For this reason, the fuel cell is referred to as a semi-passive method as described above.

発電部１は、燃料電池セル１１および燃料分配機構１２を有する。 The power generation unit 1 includes a fuel battery cell 11 and a fuel distribution mechanism 12.

燃料電池セル１１は、アノード触媒層１１１とアノードガス拡散層１１２とを有するアノード（燃料極）１１３と、カソード触媒層１１４とカソードガス拡散層１１５とを有するカソード（空気極または酸化剤極）１１６と、アノード触媒層１１４とカソード触媒層１１５とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１１７とから構成される膜電極接合体（ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を有する。また、燃料電池セル１１は、好ましくは、カバープレート１１８、Ｏリング１１９および発電部多孔体１２０を有する。 The fuel cell 11 includes an anode (fuel electrode) 113 having an anode catalyst layer 111 and an anode gas diffusion layer 112, and a cathode (air electrode or oxidant electrode) 116 having a cathode catalyst layer 114 and a cathode gas diffusion layer 115. And a membrane electrode assembly (MEA) composed of a proton (hydrogen ion) conductive electrolyte membrane 117 sandwiched between the anode catalyst layer 114 and the cathode catalyst layer 115. The fuel cell 11 preferably includes a cover plate 118, an O-ring 119, and a power generation unit porous body 120.

アノード触媒層１１１およびカソード触媒層１１４に含有される触媒としては、例えばＰｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等白金族元素の単体、およびこれら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１１１には、メタノールおよび一酸化炭素等に対して強い耐性を有するＰｔ−Ｒｕ合金またはＰｔ−Ｍｏ合金等を用いることが好ましい。カソード触媒層１１４には、ＰｔまたはＰｔ−Ｎｉ合金等を用いることが好ましい。しかしながら、アノード触媒層１１１およびカソード触媒層１１４としては、これらの触媒に限定されず、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、または無担持触媒を用いてもよい。 Examples of the catalyst contained in the anode catalyst layer 111 and the cathode catalyst layer 114 include simple elements of platinum group elements such as Pt, Ru, Rh, Ir, Os, and Pd, and alloys containing these platinum group elements. For the anode catalyst layer 111, it is preferable to use a Pt—Ru alloy or a Pt—Mo alloy having strong resistance to methanol, carbon monoxide and the like. Pt or Pt—Ni alloy is preferably used for the cathode catalyst layer 114. However, the anode catalyst layer 111 and the cathode catalyst layer 114 are not limited to these catalysts, and various substances having catalytic activity can be used. As the catalyst, a supported catalyst using a conductive support such as a carbon material, or an unsupported catalyst may be used.

電解質膜１１７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といったフッ素系樹脂（商品名ナフィオン（デュポン社製）または商品名フレミオン（旭硝子社製）等）または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またはリンタングステン酸等の無機系材料が使用される。しかしながら、電解質膜１１７の材料は、これらに限定されるわけではない。 As the proton conductive material constituting the electrolyte membrane 117, for example, a fluororesin such as a perfluorosulfonic acid polymer having a sulfonic acid group (trade name Nafion (manufactured by DuPont) or trade name Flemion (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.)) or An organic material such as a hydrocarbon-based resin having a sulfonic acid group, or an inorganic material such as tungstic acid or phosphotungstic acid is used. However, the material of the electrolyte membrane 117 is not limited to these.

アノードガス拡散層１１２は、アノード触媒層１１１に燃料を均一に供給するとともに、アノード触媒層１１１の集電体としての役割を果たす。また、カソードガス拡散層１１５は、カソード触媒層１１４に酸化剤を均一に供給するとともに、カソード触媒層１１４の集電体としての役割を果たす。アノードガス拡散層１１２およびカソードガス拡散層１１５は多孔質基材で構成される。 The anode gas diffusion layer 112 uniformly supplies fuel to the anode catalyst layer 111 and serves as a current collector for the anode catalyst layer 111. Further, the cathode gas diffusion layer 115 uniformly supplies an oxidant to the cathode catalyst layer 114 and plays a role as a current collector of the cathode catalyst layer 114. The anode gas diffusion layer 112 and the cathode gas diffusion layer 115 are made of a porous substrate.

導電層は、必要に応じてアノードガス拡散層１１２およびカソードガス拡散層１１５に積層される（図１には図示せず）。この導電層としては、例えばＡｕ、Ｎｉのような導電性金属材料から成る多孔質体（例えばメッシュ）、箔体、または薄膜、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。また、電解質膜１１７と燃料分配機構１２との間、およびカバープレート１１８と電解質膜１１７との間には、それぞれゴム製のＯリング１１９が挟持されており、これらが発電部１からの燃料漏れおよび酸化剤漏れを防止している。カバープレート１１８には、酸化剤である空気を取り入れるための開口（図示せず）を設けることが出来る。カバープレート１１８とカソード１１６との間には、必要に応じて保湿層（図示せず）および／または表面層（図示せず）を設けることができる。保湿層とは、カソード触媒層１１４で生成された水の一部が含浸されて、水の蒸散を抑制すると共に、カソード触媒層１１４への空気の均一拡散を促進するものである。表面層とは、空気の取入れ量を調節するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調節された複数の空気導入口を有している。 The conductive layer is laminated on the anode gas diffusion layer 112 and the cathode gas diffusion layer 115 as necessary (not shown in FIG. 1). As the conductive layer, for example, a porous body (for example, a mesh), a foil body or a thin film made of a conductive metal material such as Au or Ni, or a conductive metal material such as stainless steel (SUS) or a good material such as gold. A composite material coated with a conductive metal is used. Further, rubber O-rings 119 are sandwiched between the electrolyte membrane 117 and the fuel distribution mechanism 12 and between the cover plate 118 and the electrolyte membrane 117, respectively, and these leak fuel from the power generation unit 1. And prevent oxidant leakage. The cover plate 118 can be provided with an opening (not shown) for taking in air as an oxidant. A moisture retaining layer (not shown) and / or a surface layer (not shown) can be provided between the cover plate 118 and the cathode 116 as necessary. The moisturizing layer is impregnated with a part of the water generated in the cathode catalyst layer 114 to suppress the transpiration of water and promote uniform diffusion of air to the cathode catalyst layer 114. The surface layer adjusts the amount of air taken in, and has a plurality of air inlets whose number, size, etc. are adjusted according to the amount of air taken in.

燃料分配機構１２は、燃料電池セル１１のアノード（燃料極）１１３側に設けられる。燃料分配機構１２は、液体燃料の流路１３を介して燃料供給部２と接続されている。この流路１３を介して、燃料供給部２から液体燃料が燃料分配機構１２に供給される。この流路１３は、燃料分配機構１２と燃料供給部２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１３であってよく、また、燃料分配機構１２が流路１３を介して燃料供給部２と接続されていれば、その他の構造をとることができる。ただし、何れの構造をとる場合でも、後述するポンプ３、燃料遮断部４および多孔体５が流路１３に配置されている必要がある。 The fuel distribution mechanism 12 is provided on the anode (fuel electrode) 113 side of the fuel battery cell 11. The fuel distribution mechanism 12 is connected to the fuel supply unit 2 via a liquid fuel flow path 13. Liquid fuel is supplied from the fuel supply unit 2 to the fuel distribution mechanism 12 via the flow path 13. When the fuel distribution mechanism 12 and the fuel supply unit 2 are stacked and integrated, the flow path 13 may be a liquid fuel flow path 13 that connects the fuel distribution mechanism 12 and the fuel supply unit 2. As long as it is connected to the fuel supply unit 2 via the other structure, other structures can be adopted. However, in any case, the pump 3, the fuel cutoff unit 4, and the porous body 5 described later need to be disposed in the flow path 13.

燃料分配機構１２は、図１に示すように、液体燃料が流入する少なくとも１個の燃料注入口１２１と、液体燃料やその気化成分を燃料電池セル１１に排出する複数個の燃料排出口１２２とを有する燃料分配板１２３を備えている。燃料分配板１２３の内部には、図１に示すように、燃料注入口１２１から導かれた液体燃料の通路となる細管１２４が設けられている。細管１２４は、例えば内径が０．０５〜５ｍｍの貫通孔であることが好ましい。複数の燃料排出口１２２は、燃料通路として機能する細管１２４にそれぞれ直接接続されている。燃料注入口１２１から燃料分配機構１２に導入された液体燃料は細管１２４に入り、燃料通路として機能する細管１２４を介して複数の燃料排出口１２２にそれぞれ導かれる。複数の燃料排出口１２２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体分離体（図示せず）を配置してもよい。これによって、燃料電池セル１１のアノード（燃料極）１１３には液体燃料の気化成分のみが供給される。なお、気液分離体は燃料分配機構１２とアノード１１３との間に気液分離膜等として設置してもよい。液体燃料の気化成分は複数の燃料排出口１２２からアノード１１３の複数個所に向けて排出される。 As shown in FIG. 1, the fuel distribution mechanism 12 includes at least one fuel inlet 121 through which liquid fuel flows, and a plurality of fuel outlets 122 through which liquid fuel and vaporized components thereof are discharged to the fuel cell 11. It has the fuel distribution plate 123 which has. Inside the fuel distribution plate 123, as shown in FIG. 1, a thin tube 124 serving as a passage for the liquid fuel led from the fuel inlet 121 is provided. The thin tube 124 is preferably a through hole having an inner diameter of 0.05 to 5 mm, for example. The plurality of fuel discharge ports 122 are directly connected to narrow tubes 124 that function as fuel passages. The liquid fuel introduced into the fuel distribution mechanism 12 from the fuel inlet 121 enters the thin tubes 124 and is guided to the plurality of fuel discharge ports 122 via the thin tubes 124 functioning as fuel passages. For example, a gas separator (not shown) that transmits only the vaporized component of the liquid fuel and does not transmit the liquid component may be disposed in the plurality of fuel discharge ports 122. Thus, only the vaporized component of the liquid fuel is supplied to the anode (fuel electrode) 113 of the fuel battery cell 11. The gas / liquid separator may be installed as a gas / liquid separation membrane or the like between the fuel distribution mechanism 12 and the anode 113. The vaporized component of the liquid fuel is discharged from a plurality of fuel discharge ports 122 toward a plurality of locations on the anode 113.

さらに、燃料分配機構１２とアノード（燃料極）１１３との間には、発電部多孔体１２０を挿入することが有効である。発電部多孔体１２０の構成材料としては各種樹脂が使用され、多孔質の樹脂フィルム等が発電部多孔体１２０として用いられる。このような発電部多孔体１２０を配置することにより、燃料極１１３に対する燃料供給をより平均化することができる。すなわち、燃料分配機構１２の燃料排出口１２２から噴出した液体燃料は一旦発電部多孔体１２０に吸収され、発電部多孔体１２０の内部で面内方向に拡散する。この後、発電部多孔体１２０から燃料極１１３に燃料が供給されるため、燃料供給をより平均化することができる。 Further, it is effective to insert the power generation unit porous body 120 between the fuel distribution mechanism 12 and the anode (fuel electrode) 113. Various resins are used as the constituent material of the power generation unit porous body 120, and a porous resin film or the like is used as the power generation unit porous body 120. By disposing such a power generation unit porous body 120, the fuel supply to the fuel electrode 113 can be further averaged. That is, the liquid fuel ejected from the fuel discharge port 122 of the fuel distribution mechanism 12 is once absorbed by the power generation unit porous body 120 and diffuses in the in-plane direction inside the power generation unit porous body 120. Thereafter, the fuel is supplied from the power generation unit porous body 120 to the fuel electrode 113, so that the fuel supply can be further averaged.

燃料分配機構１２から放出された燃料は、上述したように燃料電池セル１１のアノード（燃料極）１１３に供給される。燃料電池セル１１内において、燃料はアノードガス拡散層１１２にて拡散されアノード触媒層１１１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１１１で下記の式（１）に示されるメタノールの内部改質反応が生じる。
ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻ …（１）。 The fuel released from the fuel distribution mechanism 12 is supplied to the anode (fuel electrode) 113 of the fuel cell 11 as described above. In the fuel battery cell 11, the fuel is diffused in the anode gas diffusion layer 112 and supplied to the anode catalyst layer 111. 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 111.
CH ₃ OH + H ₂ O → CO ₂ + 6H ⁺ + 6e ⁻ (1).

なお、純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層１１４で生成される水および／または電解質膜１１７中の水をメタノールと反応させて式（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。 When pure methanol is used, water generated in the cathode catalyst layer 114 and / or water in the electrolyte membrane 117 is reacted with methanol to cause an internal reforming reaction of the formula (1). Alternatively, the internal reforming reaction is caused by another reaction mechanism that does not require water.

この反応で生成される電子（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）１１６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１１７を経てカソード１１６に導かれる。カソード１１６には酸化剤として空気が供給される。カソード１１６に到達した電子（ｅ⁻）とプロトン（Ｈ^＋）は、カソード触媒層１１４で空気中の酸素と下記の式（２）に従って反応し、この反応に伴って水が生成する。
６ｅ⁻＋６Ｈ^＋＋（３／２）Ｏ_２ → ３Ｈ_２Ｏ …（２）。 Electrons (e ⁻ ) generated by this reaction are guided to the outside via a current collector, and are operated to a cathode (air electrode) 116 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 116 through the electrolyte membrane 117. Air is supplied to the cathode 116 as an oxidant. The electrons (e ⁻ ) and protons (H ⁺ ) that have reached the cathode 116 react with oxygen in the air in accordance with the following formula (2) in the cathode catalyst layer 114, and water is generated along with this reaction.
6e ⁻ + 6H ⁺ + (3/2) O ₂ → 3H ₂ O (2).

燃料供給部２は、燃料電池セル１１に対応した液体燃料が収容されている。燃料供給部２は、タンクの形態であって、外部から液体燃料を補給できるものであってよく、または、カートリッジの形態であって、燃料供給部２自体を、燃料が既に充填されたものへと交換できるものであってよい。燃料供給部２は、公知のものを使用することができる。燃料供給部２の素材としては、耐メタノール性を有する素材を使用することが好ましい。例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＣＯＣ（シクロオレフィンコポリマー）または燃料への金属イオンの溶出を防止するために表面処理などで対策しておけば金属材料を素材として使用することができる。特に、ＰＰＳを用いることが好ましい。 The fuel supply unit 2 stores liquid fuel corresponding to the fuel battery cell 11. The fuel supply unit 2 may be in the form of a tank and can be replenished with liquid fuel from the outside, or may be in the form of a cartridge and the fuel supply unit 2 itself is already filled with fuel. It can be exchanged for. A known fuel supply unit 2 can be used. As the material for the fuel supply unit 2, it is preferable to use a material having methanol resistance. For example, a metal material can be used as a raw material if measures are taken by surface treatment or the like in order to prevent elution of metal ions into PPS (polyphenylene sulfide), COC (cycloolefin copolymer) or fuel. In particular, it is preferable to use PPS.

液体燃料としては、上記のように各種濃度のメタノール水溶液または純メタノール等のメタノール燃料を使用できる。しかしながら、その他の燃料を使用することも可能であり、例えば、エタノール水溶液または純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液または純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液または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、その他の燃料を使用することができる。いずれにしても、燃料供給部２には、燃料電池セル１１に対応した液体燃料が収容される。 As the liquid fuel, methanol fuels such as methanol aqueous solutions of various concentrations or pure methanol can be used as described above. However, it is also possible to use other fuels, 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, formic acid, Other fuels can be used. In any case, the fuel supply unit 2 stores liquid fuel corresponding to the fuel battery cell 11.

ポンプ３は、燃料供給部２の液体燃料を発電部１へと送るために、燃料供給部２と発電部１とをつなぐ流路１３に設けられる。ポンプ３としては、ダイアフラムポンプ、ロータリーベーンポンプ、電気浸透流ポンプ又はしごきポンプ等を使用することができる。特に、圧電セラミックスを使用したダイアフラムポンプを使用することが好ましい。また、本発明の実施形態によれば、ポンプへの加圧が抑えられるため、従来使用されるポンプに比べて、より耐圧性の低いポンプを使用することが可能となる。例えば、従来使用されるポンプに比べて、より小型のもの、またはより精密なものを使用することができる。好ましくは、ポンプ３は、制御装置（ＣＴＲ）６によって送り出す流量を適宜調節される。この制御装置（ＣＴＲ）６は、アノード１１３およびカソード１１６に接続し、燃料電池セル１１から供給される電力により動作するものとすることができる。ポンプ３は、特に、燃料供給部で発生する圧力を逃がすために、燃料出口側が完全密閉にならないことが好ましい。すなわち、作動時および停止時において、発電部側に位置する出口が開放しているポンプ、または圧力（例えば、１ｋＰａ以下の圧力）を受けると開放するポンプを使用することが好ましい。 The pump 3 is provided in a flow path 13 that connects the fuel supply unit 2 and the power generation unit 1 in order to send the liquid fuel of the fuel supply unit 2 to the power generation unit 1. As the pump 3, a diaphragm pump, a rotary vane pump, an electroosmotic flow pump, a squeezing pump, or the like can be used. In particular, it is preferable to use a diaphragm pump using piezoelectric ceramics. Moreover, according to the embodiment of the present invention, since pressurization to the pump is suppressed, it is possible to use a pump having a lower pressure resistance than a conventionally used pump. For example, a smaller one or a more precise one can be used as compared with a conventionally used pump. Preferably, the flow rate of the pump 3 is appropriately adjusted by the control device (CTR) 6. The control device (CTR) 6 is connected to the anode 113 and the cathode 116 and can be operated by electric power supplied from the fuel cell 11. It is preferable that the fuel outlet side of the pump 3 is not completely sealed, particularly in order to release the pressure generated in the fuel supply unit. That is, it is preferable to use a pump in which the outlet located on the power generation unit side is open during operation and stop, or a pump that opens when pressure (for example, pressure of 1 kPa or less) is received.

燃料遮断部４は、燃料供給部２とポンプ３とをつなぐ流路に設けられる。燃料遮断部４は、ポンプ停止時および異常発生時において、燃料供給部２からの液体燃料の流れを遮断し、さらに燃料供給部２からの圧力を受け止めることが可能である。特に、燃料遮断部４は、遮断バルブ４１とアクチュエーター４２とを含む構成とすることができる。この場合、アクチュエーター４２が作動して、遮断バルブ４１の開放と遮断が調節される。アクチュエーター４２は前述のような制御装置（ＣＴＲ）６によって制御される。 The fuel shut-off unit 4 is provided in a flow path that connects the fuel supply unit 2 and the pump 3. The fuel shut-off unit 4 can shut off the flow of liquid fuel from the fuel supply unit 2 and stop the pressure from the fuel supply unit 2 when the pump is stopped and when an abnormality occurs. In particular, the fuel cutoff unit 4 can include a cutoff valve 41 and an actuator 42. In this case, the actuator 42 is operated to adjust the opening and closing of the shutoff valve 41. The actuator 42 is controlled by the control device (CTR) 6 as described above.

遮断バルブ４１は、既知のバルブを用いることが可能であるが、使用するポンプ３の耐圧性よりも高い耐圧性を有する。ここにいうポンプの耐圧性とは、ポンプの破損および外部への燃料の漏出が発生しない圧力を言う。 As the shutoff valve 41, a known valve can be used, but has a pressure resistance higher than the pressure resistance of the pump 3 to be used. The pressure resistance of the pump here refers to a pressure at which the pump is not damaged and the fuel does not leak to the outside.

多孔体５は、ポンプ３と燃料遮断部４との間をつなぐ流路内部に充填される。多孔体５は、各種樹脂を素材とするものを使用することができる。特に、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）またはカーボンといった素材で出来た多孔体を用いることが好ましく、ポリエチレンの焼結体を多孔体として用いることが特に好ましい。多孔体５は、燃料の流れを完全に妨げない程度の気孔率を有している。特に、気孔率が５０％以下であることが好ましい。燃料供給部２に由来する圧力が生じた場合でも、多孔体５がその圧力を受け止め、ポンプ３および発電部１にそのまま圧力がかかることを防ぐ。 The porous body 5 is filled in the flow path that connects between the pump 3 and the fuel cutoff part 4. As the porous body 5, those made of various resins can be used. In particular, a porous body made of a material such as PE (polyethylene), PP (polypropylene) or carbon is preferably used, and a sintered body of polyethylene is particularly preferably used as the porous body. The porous body 5 has a porosity that does not hinder the flow of fuel completely. In particular, the porosity is preferably 50% or less. Even when a pressure derived from the fuel supply unit 2 is generated, the porous body 5 receives the pressure and prevents the pump 3 and the power generation unit 1 from being pressurized as it is.

本発明による燃料電池は、停止時に燃料遮断部４を遮断状態となるように設計することで、外部温度の上昇による燃料供給部２の内圧の上昇が発生した場合でも、燃料供給部２から発電部１への燃料供給停止状態を保持することができる。それは、その圧力のポンプ３および発電部１等への影響を抑えることができる。また、本発明による燃料電池は、発電時において、発電部１より発生する熱により液体燃料が加熱され内圧が上昇した場合でも、一定の温度になると燃料遮断部４が流路を遮断するように設定することで、その圧力のポンプ３および発電部１等への影響を抑えることができる。このように、本発明による燃料電池では、主に燃料供給部２に由来する圧力のポンプ３および発電部１への影響を抑え、それによってポンプ３および発電部１の故障を抑制することができる。また、システム全体における燃料の漏出、特に流路とポンプ３との接続部および流路と発電部１との接続部からの燃料の漏出が抑制される。これらによって、燃料電池の信頼性が向上する。また、当該圧力の影響を抑えることが可能となるため、耐圧性の問題から従来の燃料電池では用いることが出来なかったような、更に小型で精密なポンプや発電部を使用できるようになり、燃料電池全体の小型化も可能となる。 The fuel cell according to the present invention is designed so that the fuel shut-off unit 4 is in a shut-off state when stopped, so that the fuel supply unit 2 generates power even when the internal pressure of the fuel supply unit 2 rises due to a rise in external temperature. The fuel supply stop state to the part 1 can be maintained. It can suppress the influence of the pressure on the pump 3 and the power generation unit 1. Further, in the fuel cell according to the present invention, even when the liquid fuel is heated by the heat generated from the power generation unit 1 and the internal pressure rises during power generation, the fuel cutoff unit 4 shuts off the flow path when the temperature is constant. By setting, the influence of the pressure on the pump 3 and the power generation unit 1 can be suppressed. Thus, in the fuel cell according to the present invention, it is possible to suppress the influence of the pressure mainly derived from the fuel supply unit 2 on the pump 3 and the power generation unit 1, thereby suppressing the failure of the pump 3 and the power generation unit 1. . Further, fuel leakage in the entire system, in particular, fuel leakage from the connection portion between the flow path and the pump 3 and the connection portion between the flow path and the power generation portion 1 is suppressed. These improve the reliability of the fuel cell. In addition, since it becomes possible to suppress the influence of the pressure, it becomes possible to use a smaller and more precise pump and power generation unit that could not be used with conventional fuel cells due to pressure resistance problems, The entire fuel cell can be downsized.

図２（ａ）および（ｂ）を参照して、遮断バルブ４１の一例を示す。図２（ａ）および（ｂ）に示されるように、遮断バルブ４１は、遮断バルブユニット４１Ｕを有している。遮断バルブユニット４１Ｕは、主に３つの空間、すなわち、燃料供給部２から燃料が注入されるバルブ室４１１、流路分離可動室４１２、およびバルブ室４１１と流路分離可動室４１２とをつなぐ接続室ＣＮを有している。さらに、接続室ＣＮの壁面において、バルブ室４１１および流路分離可動室４１２の壁面よりも突出した凸部４１３を有している。 An example of the shut-off valve 41 is shown with reference to FIGS. As shown in FIGS. 2A and 2B, the cutoff valve 41 has a cutoff valve unit 41U. The shutoff valve unit 41U is mainly connected to three spaces, that is, a valve chamber 411 into which fuel is injected from the fuel supply unit 2, a flow path separation movable chamber 412, and a connection connecting the valve chamber 411 and the flow path separation movable chamber 412. It has chamber CN. Furthermore, the wall surface of the connection chamber CN has a convex portion 413 protruding from the wall surface of the valve chamber 411 and the flow path separation movable chamber 412.

更に、遮断バルブ４１は、バルブ室４１１および流路分離可動室４１２に渡って配置される柱状のロッドＬＯＤ１を有している。ロッドＬＯＤ１は、柱状部Ａ、および柱状部Ａから突出してバルブ室４１１に存在するバルブヘッドＢを有している。柱状部Ａは、一方の端部を凸部４１３により保持され、反対側をバルブ室４１１に取り付けられた第１ホルダーＨＬ１により保持されている。第１ホルダーＨＬ１は、ロッドＬＯＤ１の軸方向と略同一の方向に開通しており、この開口が燃料注入口ＭＩＮとなる。また、第１ホルダーＨＬ１とバルブヘッドＢとの間には、弾性体が配置される。図２においては、この弾性体としてスプリングＳＰＲが、第１ホルダーＨＬ１とバルブヘッドＢとの間に挟持されている。また、凸部４１３とバルブヘッドＢとの間には、柱状部Ａを囲む状態でＯリングＲＮＧが配置される。一方、柱状部Ａの流路分離可動室４１２側の端部は、第２ホルダーＨＬ２に固定された可動膜ＦＬＭに接している。可動膜ＦＬＭは、第２ホルダーＨＬ２と流路分離可動室４１２の壁面との間に押圧されて固定されているため、流路分離可動室４１２の開口を封止している。第２ホルダーＨＬ２は、ロッドＬＯＤ１の軸方向と略同一の方向に開通してホールＨを形成しており、ホールＨを通して、アクチュエーター４２の可動ロッドＬＯＤ２が挿入されている。可動ロッドＬＯＤ２の先端は可動膜ＦＬＭに接している。 Further, the shutoff valve 41 has a columnar rod LOD1 disposed across the valve chamber 411 and the flow path separation movable chamber 412. The rod LOD1 has a columnar part A and a valve head B that protrudes from the columnar part A and exists in the valve chamber 411. One end of the columnar part A is held by the convex part 413, and the opposite side is held by a first holder HL <b> 1 attached to the valve chamber 411. The first holder HL1 is opened in substantially the same direction as the axial direction of the rod LOD1, and this opening serves as a fuel injection port MIN. An elastic body is disposed between the first holder HL1 and the valve head B. In FIG. 2, a spring SPR is sandwiched between the first holder HL1 and the valve head B as the elastic body. In addition, an O-ring RNG is disposed between the convex portion 413 and the valve head B so as to surround the columnar portion A. On the other hand, the end of the columnar part A on the flow path separation movable chamber 412 side is in contact with the movable film FLM fixed to the second holder HL2. Since the movable film FLM is pressed and fixed between the second holder HL2 and the wall surface of the flow path separation movable chamber 412, the opening of the flow path separation movable chamber 412 is sealed. The second holder HL2 is opened in substantially the same direction as the axial direction of the rod LOD1 to form a hole H, and the movable rod LOD2 of the actuator 42 is inserted through the hole H. The tip of the movable rod LOD2 is in contact with the movable film FLM.

凸部４１３には、排出口ＭＯＵＴが設けられている。後述するように遮断バルブ４１が開放状態となったとき、燃料は、燃料注入口ＭＩＮから遮断バルブ４１内部に流入し、排出口ＭＯＵＴから排出される。一方、アクチュエーター４２が作動しておらず、遮断状態の場合は、スプリングＳＰＲが伸長する力によりバルブヘッドＢを介してＯリングＲＮＧが凸部４１３に押さえつけられている。これにより流路が遮断され、燃料注入口ＭＩＮから流入した燃料はバルブ室４１１に止められる。このように遮断状態となっていれば、燃料供給部２に由来する圧力が発生しても、その圧力はスプリングＳＰＲが伸長する力を補助する方向に働くため、より確実に燃料の流れが遮断される。 The convex portion 413 is provided with a discharge port MOUT. As will be described later, when the shutoff valve 41 is opened, the fuel flows into the shutoff valve 41 from the fuel inlet MIN and is discharged from the outlet MOUT. On the other hand, when the actuator 42 is not operated and is in the cut-off state, the O-ring RNG is pressed against the convex portion 413 via the valve head B by the force by which the spring SPR extends. As a result, the flow path is blocked, and the fuel flowing in from the fuel inlet MIN is stopped in the valve chamber 411. In this way, even if a pressure derived from the fuel supply unit 2 is generated, the pressure acts in a direction that assists the extension force of the spring SPR, so that the fuel flow is more reliably blocked. Is done.

可動膜ＦＬＭは、中央部ＦＬＭ１とその周囲を囲むリング状の端部ＦＬＭ２とを有している。この端部ＦＬＭ２によって、可動膜ＦＬＭは第２ホルダーＨＬ２に固定されている。可動膜ＦＬＭは、例えば、耐メタノール性を有するＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム）によって形成される。しかしながら、可動膜の材質についてはＥＰＤＭに限らずＶＭＱ（シリコーンゴム）、ＦＶＭＱ（フロロシリコーンゴム）、ＦＫＭ（フッ素ゴム）、ＮＢＲ（ニトリルゴム）、ＨＮＢＲ（水素化ニトリルゴム）が好適に用いられる。また、端部ＦＬＭ２について上記列挙した材質を好適に用い、中央部ＦＬＭ１に関しては耐メタノール性を有した樹脂、例えばＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等のフィルムを使用し、フィルム上にリップ形状の端部ＦＬＭ２を形成した構成としてもよい。図２（ａ）および（ｂ）に示されるように、端部ＦＬＭ２の断面を円形として、その径を中央部ＦＬＭ１の厚さよりも大きくすることができる。また、端部ＦＬＭ２の断面は、円形に限らず、シール面圧を高めるために略ひし形としてもよい。 The movable film FLM has a central portion FLM1 and a ring-shaped end portion FLM2 surrounding the periphery thereof. The movable film FLM is fixed to the second holder HL2 by the end portion FLM2. The movable film FLM is formed of, for example, EPDM (ethylene-propylene-diene rubber) having methanol resistance. However, the material of the movable film is not limited to EPDM, and VMQ (silicone rubber), FVMQ (fluorosilicone rubber), FKM (fluororubber), NBR (nitrile rubber), and HNBR (hydrogenated nitrile rubber) are preferably used. Further, the materials listed above are preferably used for the end portion FLM2, and for the central portion FLM1, a resin having methanol resistance, such as PEI (polyetherimide), PI (polyimide), PEEK (polyetheretherketone), PPS. It is good also as a structure which uses films, such as (polyphenylene sulfide), and formed the edge part FLM2 of the lip shape on the film. As shown in FIGS. 2A and 2B, the end FLM2 has a circular cross section, and the diameter thereof can be made larger than the thickness of the central portion FLM1. Further, the cross section of the end portion FLM2 is not limited to a circular shape, and may have a substantially rhombus shape in order to increase the seal surface pressure.

図２（ｂ）に開放状態を示す。アクチュエーター４２が作動して可動ロッド２が突出すると、可動膜ＦＬＭを介してロッドＬＯＤ１が押圧され、スプリングＳＰＲを圧縮しつつスライドする。このスライドによって、ＯリングＲＮＧは凸部４１３から離れ、バルブ室４１１と接続室ＣＮとが開通し、燃料注入口ＭＩＮから流入した燃料が排出口ＭＯＵＴに向けて流れることが可能となる。すなわち、アクチュエーター４２の作動により、遮断バルブ４１内部の燃料流路が遮断した状態と開放した状態とに切り替えることが可能となる。 FIG. 2B shows an open state. When the actuator 42 is operated and the movable rod 2 protrudes, the rod LOD1 is pressed through the movable film FLM and slides while compressing the spring SPR. By this slide, the O-ring RNG is separated from the convex portion 413, the valve chamber 411 and the connection chamber CN are opened, and the fuel flowing in from the fuel inlet MIN can flow toward the outlet MOUT. In other words, the actuator 42 can be switched between a state in which the fuel flow path inside the shutoff valve 41 is shut off and a state in which it is opened by the operation of the actuator 42.

スプリングＳＰＲは、燃料流路内に配置され燃料に接液するため、表面処理が施されたものを使用することが好ましい。具体的には、ステンレス系のスプリングに対し不動態化処理を行い、耐食性を高めたものが好ましい。表面処理に関しては不動態化処理に限らず、金などの貴金属めっきやフッ素系樹脂などの樹脂コーティングが好適に用いられる。また、素材としてカーボンを用いたバネを使用することもできる。 Since the spring SPR is arranged in the fuel flow path and comes into contact with the fuel, it is preferable to use a spring-treated one. Specifically, a stainless steel spring that has been passivated to enhance corrosion resistance is preferable. The surface treatment is not limited to the passivation treatment, and a precious metal plating such as gold or a resin coating such as a fluorine-based resin is preferably used. Also, a spring using carbon as a material can be used.

アクチュエーター４２としては、その動作を電気信号で制御することが可能な電気駆動のものを使用することができる。例えば、ステッピングモーターが使用できる。しかしながら、電気駆動のものに限られず、手動により可動ロッドＬＯＤ２を作動させる構成とすることもでき、また、電気駆動および手動の両方によって作動できる構成とすることができる。なお、アクチュエーター４２の可動ロッドＬＯＤ２が可動膜ＦＬＭを押圧する力は、可動膜ＦＬＭの可動ロッドＬＯＤ２を押し返そうとする反力と、スプリングＳＰＲが伸張する力と、所定の温度での液体燃料の蒸気によるバルブ室４１１内の圧力との和を越える力となる必要がある。 As the actuator 42, an electric drive capable of controlling its operation with an electric signal can be used. For example, a stepping motor can be used. However, the configuration is not limited to that of electric drive, and the movable rod LOD2 can be manually operated, or can be configured to be operated by both electric drive and manual operation. Note that the force that the movable rod LOD2 of the actuator 42 presses the movable film FLM includes the reaction force that pushes back the movable rod LOD2 of the movable film FLM, the force that the spring SPR extends, and the liquid fuel at a predetermined temperature. It is necessary that the force exceeds the sum of the pressure in the valve chamber 411 due to the steam.

また、可動膜ＦＬＭは、図２（ａ）および（ｂ）に示されるような平面的な円盤の形状のものに限られない。例えば、図３（ａ）および（ｂ）に示されるように、その中央部ＦＬＭ１が流路分離可動室４１２側に凹んだ曲面を有したものを使用できる。この場合、アクチュエーター４２の可動ロッドＬＯＤ２が可動膜ＦＬＭを押圧していない状態であっても、可動膜ＦＬＭは流路分離可動室４１２側に凹んでいる。アクチュエーター４２の可動ロッドＬＯＤ２が突出した際には、ロッドＬＯＤ１が可動膜ＦＬＭを介して第１ホルダーＨＬ１側に押圧されるが、このとき、可動膜ＦＬＭがあらかじめ流路分離可動室４１２側に凹んでいるため、可動ロッドＬＯＤ２が可動膜ＦＬＭを流路分離可動室４１２側に押し付ける負荷が小さくなる。また、図４（ａ）および（ｂ）に示されるように、その中央部ＦＬＭ１がベローズ形状のものを使用することができる。この場合、可動膜ＦＬＭの中央部ＦＬＭ１は、可動ロッドＬＯＤ２に当接した第１部分Ｆ１と、第１部分Ｆ１と端部ＦＬＭ２とを接続する第２部分Ｆ２とを有している。さらに、第２部分Ｆ２はロッドＬＯＤ１の軸方向における中央部分において外側に折れ曲がっている。可動膜ＦＬＭがこのようなベローズ形状を有することによって、可動膜ＦＬＭが可動ロッドＬＯＤ２の移動により押圧されることによって容易に変形するようになっており、アクチュエーター４２の可動ロッドＬＯＤ２に対する負荷を減少させることが可能である。 Further, the movable film FLM is not limited to a planar disk shape as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). For example, as shown in FIGS. 3A and 3B, it is possible to use one having a curved surface in which the central portion FLM 1 is recessed toward the flow path separation movable chamber 412. In this case, even when the movable rod LOD2 of the actuator 42 is not pressing the movable film FLM, the movable film FLM is recessed toward the flow path separation movable chamber 412 side. When the movable rod LOD2 of the actuator 42 protrudes, the rod LOD1 is pressed toward the first holder HL1 via the movable film FLM. At this time, the movable film FLM is recessed in advance on the flow path separation movable chamber 412 side. Therefore, the load by which the movable rod LOD2 presses the movable film FLM toward the flow path separation movable chamber 412 is reduced. Further, as shown in FIGS. 4A and 4B, a bellows-shaped central portion FLM1 can be used. In this case, the central portion FLM1 of the movable film FLM has a first portion F1 that is in contact with the movable rod LOD2, and a second portion F2 that connects the first portion F1 and the end portion FLM2. Further, the second portion F2 is bent outward at the central portion in the axial direction of the rod LOD1. Since the movable film FLM has such a bellows shape, the movable film FLM is easily deformed by being pressed by the movement of the movable rod LOD2, and the load on the movable rod LOD2 of the actuator 42 is reduced. It is possible.

また、燃料遮断部４を構成する遮断バルブ４１として、上述した遮断バルブ４１だけでなく、別の形態のものを使用することができる。例えば、図５から図７に示されるような遮断バルブ４１を使用することができる。これらの遮断バルブ４１では、上述の遮断バルブ４１と比較して、遮断バルブユニット４１Ｕのバルブ室４１１の壁面に燃料注入口ＭＩＮが設けられている。一方、第１ホルダーＨＬ１は燃料注入口ＭＩＮとなる開口を有しておらず、代わりに凹部ＲＣＳを形成している。アクチュエーター４２が作動し、可動ロッドＬＯＤ２が可動膜ＦＬＭを介してロッドＬＯＤ１が移動したとき、ロッドＬＯＤ１の端部は第１ホルダーＨＬ１の凹部ＲＣＳの底部に接するようにすることができる。このような遮断バルブ４１を用いた場合でも、遮断状態において、燃料供給部２に由来して発生する圧力がスプリングＳＰＲの伸長する力を補助する方向に働くため、燃料の流れの遮断がより確実なものとなる。そして、このような遮断バルブ４１を用いた場合でも、アクチュエーター４２の作動により、遮断バルブ４１内部の燃料流路が遮断した状態と開放した状態とに切り替えることが可能となる。 Further, as the shutoff valve 41 constituting the fuel shutoff unit 4, not only the shutoff valve 41 described above but also another type can be used. For example, a shutoff valve 41 as shown in FIGS. 5 to 7 can be used. In these shutoff valves 41, compared with the shutoff valve 41 described above, a fuel inlet MIN is provided on the wall surface of the valve chamber 411 of the shutoff valve unit 41U. On the other hand, the first holder HL1 does not have an opening serving as the fuel injection port MIN, and instead forms a recess RCS. When the actuator 42 operates and the movable rod LOD2 moves through the movable film FLM, the end of the rod LOD1 can be brought into contact with the bottom of the recess RCS of the first holder HL1. Even when such a shut-off valve 41 is used, in the shut-off state, the pressure generated from the fuel supply unit 2 works in a direction to assist the extension force of the spring SPR, so that the fuel flow is more reliably shut off. It will be something. Even when such a shut-off valve 41 is used, it is possible to switch between a state where the fuel flow path inside the shut-off valve 41 is shut off and a state where it is opened by the operation of the actuator 42.

以下に、実施例に基づいて本発明の効果を説明する。 Below, the effect of this invention is demonstrated based on an Example.

本発明による燃料電池、および構成を変化させた各種燃料電池について、発生する圧力のポンプへの影響を比較した。 For the fuel cell according to the present invention and various fuel cells having different configurations, the influence of the generated pressure on the pump was compared.

[実施例]
本発明による燃料電池として、図１に示される燃料電池に図２に示される燃料遮断部を組み合わせたものを使用した。特に、ポンプは、圧電セラミックスを使用したダイアフラムポンプを使用した。このポンプは１００ｋＰａ以上の圧力が受けると、圧電セラミックスが割れる可能性が高いことがわかっている。このダイアフラムポンプの入口および出口には、燃料の送液方向に開放する逆止弁が設けられており、燃料が燃料遮断部へと流れる方向に圧力を受けても燃料は流れないが、燃料が発電部へと流れる方向に圧力を受けた場合に、１ｋＰａ以下の圧力で弁が開くようになっている。また、燃料遮断部におけるアクチュエーターは、ステッピングモーターを使用した。多孔体５としてはポリエチレンの焼結体から成るものを用いた。 [Example]
As the fuel cell according to the present invention, the fuel cell shown in FIG. 1 combined with the fuel cutoff part shown in FIG. 2 was used. In particular, the pump used was a diaphragm pump using piezoelectric ceramics. It has been found that this pump is likely to break the piezoelectric ceramic when subjected to a pressure of 100 kPa or more. At the inlet and outlet of this diaphragm pump, check valves that open in the direction of fuel delivery are provided, so that fuel does not flow even when pressure is applied in the direction in which the fuel flows to the fuel shut-off section. When pressure is applied in the direction of flow to the power generation unit, the valve opens at a pressure of 1 kPa or less. In addition, a stepping motor was used as the actuator in the fuel cutoff part. The porous body 5 was made of a polyethylene sintered body.

実施例による燃料電池の各構成部分の配置は、図１に示される通り、発電部１と燃料供給部２とをつなぐ流路の間にポンプ３を配置し、ポンプ３と燃料供給部２との間に燃料遮断部４を配置し、更にポンプ３と燃料遮断部４との間の流路内部に多孔体５を充填させた配置とした。すなわち、発電部１、ポンプ３、充填された多孔体５、燃料遮断部４および燃料供給部２の順番で、各構成部分が流路を介して繋がっている。 As shown in FIG. 1, the components of the fuel cell according to the embodiment are arranged such that a pump 3 is arranged between flow paths connecting the power generation unit 1 and the fuel supply unit 2, and the pump 3, the fuel supply unit 2, The fuel cutoff part 4 is arranged between the two, and the porous body 5 is filled in the flow path between the pump 3 and the fuel cutoff part 4. That is, each component is connected through the flow path in the order of the power generation unit 1, the pump 3, the filled porous body 5, the fuel cutoff unit 4, and the fuel supply unit 2.

このような燃料電池を１００個作製し、実験に用いた。 100 such fuel cells were produced and used for experiments.

[比較例１]
比較例１として、ポンプと燃料遮断部との配置を逆にした以外は、実施例と同一の燃料電池を使用した。ポンプおよび燃料遮断部の流路に対する接続方向は、それぞれ実施例と同一である。発電部１、燃料遮断部４、充填された多孔体５、ポンプ３および燃料供給部２の順番で、各構成部分が流路を介して繋がったものとなっている。このような燃料電池を１００個作製し、実験に用いた。 [Comparative Example 1]
As Comparative Example 1, the same fuel cell as that of the example was used except that the arrangement of the pump and the fuel cutoff part was reversed. The connection directions of the pump and the fuel shut-off section with respect to the flow path are the same as those in the embodiment. In the order of the power generation unit 1, the fuel cutoff unit 4, the filled porous body 5, the pump 3, and the fuel supply unit 2, the respective constituent parts are connected via the flow path. 100 such fuel cells were produced and used for experiments.

[比較例２]
比較例２として、多孔体５を流路に充填しない以外は、実施例と同一の燃料電池を使用した。すなわち、ポンプ３と燃料遮断部４との間の流路は、その他の流路と同様に何も充填されていない。発電部１、ポンプ３、燃料遮断部４および燃料供給部２の順番で、各構成部分が流路を介して繋がったものとなっている。このような燃料電池を１００個作製し、実験に用いた。 [Comparative Example 2]
As Comparative Example 2, the same fuel cell as in the example was used except that the porous body 5 was not filled in the flow path. That is, the flow path between the pump 3 and the fuel shut-off unit 4 is not filled with anything like the other flow paths. In the order of the power generation unit 1, the pump 3, the fuel cutoff unit 4, and the fuel supply unit 2, the respective components are connected via the flow path. 100 such fuel cells were produced and used for experiments.

[実験]
上記の実施例、比較例１および比較例２による燃料電池の各々１００個について、燃料供給部にメタノールを注入し、燃料遮断部を遮断状態としたまま７０℃雰囲気に５時間保管した。その後、７０℃雰囲気を維持して燃料遮断部を開放状態とした。この結果、ポンプの圧電セラミックスが破損し、ポンプが作動しなくなった燃料電池の個数を計測した。 [Experiment]
For each of 100 fuel cells according to the above Examples, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, methanol was injected into the fuel supply part and stored in a 70 ° C. atmosphere for 5 hours while the fuel cutoff part was kept in a shut-off state. Then, the 70 degreeC atmosphere was maintained and the fuel cutoff part was made into the open state. As a result, the number of fuel cells in which the piezoelectric ceramics of the pump were damaged and the pump stopped operating was measured.

[結果]
上記の実験の計測結果は、以下の表１に要約される。

[result]
The measurement results of the above experiments are summarized in Table 1 below.

実施例では、１００個の燃料電池のうち全ての燃料電池において圧電セラミックスの破損が起こらず、ポンプは正常に動作した。それに対して、比較例１および２では、それぞれ９２個および８６個の燃料電池において、圧電セラミックスの破損が生じ、ポンプが作動しなくなった。 In the example, the piezoelectric ceramics were not damaged in all of the 100 fuel cells, and the pump operated normally. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, piezoelectric ceramics were damaged in 92 and 86 fuel cells, respectively, and the pump did not operate.

比較例１との比較から、本発明の燃料電池では、燃料遮断部４および多孔体５が、燃料供給部２とポンプ３との間に介在することで、発生する圧力からポンプ３を保護していることがわかる。また、比較例２との比較から、本発明の燃料電池では、燃料遮断部４とポンプ３とを繋ぐ流路に多孔体５が充填されることで、圧力が上昇した状態で燃料遮断部４が開放状態となった場合でも、その圧力を穏やかに伝えることでポンプ３の破損が防止されることがわかる。以上より、本発明によって、より安全で信頼性の高い燃料電池を実現できることが示された。 From the comparison with Comparative Example 1, in the fuel cell of the present invention, the fuel cutoff part 4 and the porous body 5 are interposed between the fuel supply part 2 and the pump 3 to protect the pump 3 from the generated pressure. You can see that Further, from the comparison with Comparative Example 2, in the fuel cell of the present invention, the fuel blocking unit 4 is in a state where the pressure is increased by filling the flow path connecting the fuel blocking unit 4 and the pump 3 with the porous body 5. It can be seen that even when the is opened, the pump 3 can be prevented from being damaged by gently transmitting the pressure. From the above, it has been shown that the present invention can realize a safer and more reliable fuel cell.

なお、本発明は上記実施形態そのまま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。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components 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.

また、発電部へ供給される液体燃料は、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。 Further, the liquid fuel supplied to the power generation unit may be supplied entirely with vapor of liquid fuel, but the present invention can be applied even when a part of the liquid fuel is supplied in a liquid state.

本発明の一実施形態に係る、燃料電池の構成を示す図。The figure which shows the structure of the fuel cell based on one Embodiment of this invention. 本発明の燃料電池における、燃料遮断部の１例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the fuel cutoff part in the fuel cell of this invention. 本発明の燃料電池における、燃料遮断部の１例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the fuel cutoff part in the fuel cell of this invention. 本発明の燃料電池における、燃料遮断部の１例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the fuel cutoff part in the fuel cell of this invention. 本発明の燃料電池における、燃料遮断部の１例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the fuel cutoff part in the fuel cell of this invention. 本発明の燃料電池における、燃料遮断部の１例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the fuel cutoff part in the fuel cell of this invention. 本発明の燃料電池における、燃料遮断部の１例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the fuel cutoff part in the fuel cell of this invention.

Explanation of symbols

１…発電部、１１…燃料電池セル、１１１…アノード触媒層、１１２…アノードガス拡散層、１１３…アノード（燃料極）、１１４…カソード触媒層、１１５…カソードガス拡散層、１１６…カソード（空気極または酸化剤極）、１１７…電解質膜、１１８…カバープレート、１１９…Ｏリング、１２０…発電部多孔体、１３…流路、２…燃料供給部、３…ポンプ、４…燃料遮断部、４１…遮断バルブ、４１Ｕ…遮断バルブユニット、４１１…バルブ室、４１２…流路分離可動室、４１３…凸部、４２…アクチュエーター、ＣＮ…接続室、ＭＩＮ…注入口、ＭＯＵＴ…排出口、ＦＬＭ…可動膜、ＦＬＭ１…中央部、ＦＬＭ２…端部、ＬＯＤ１…ロッド、Ａ…柱状部、Ｂ…バルブヘッド、ＲＣＳ…凹部、ＲＮＧ…オーリング、ＳＰＲ…スプリング、ＬＯＤ２…可動ロッド、ＨＬ１…第１ホルダー、ＨＬ２…第２ホルダー、Ｈ…ホール、５…多孔体、６…制御装置（ＣＴＲ） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power generation part, 11 ... Fuel cell, 111 ... Anode catalyst layer, 112 ... Anode gas diffusion layer, 113 ... Anode (fuel electrode), 114 ... Cathode catalyst layer, 115 ... Cathode gas diffusion layer, 116 ... Cathode (air) Poles or oxidizer poles), 117 ... electrolyte membrane, 118 ... cover plate, 119 ... O-ring, 120 ... power generation part porous body, 13 ... flow path, 2 ... fuel supply part, 3 ... pump, 4 ... fuel cutoff part, DESCRIPTION OF SYMBOLS 41 ... Shutoff valve, 41U ... Shutoff valve unit, 411 ... Valve chamber, 412 ... Flow path separation movable chamber, 413 ... Projection part, 42 ... Actuator, CN ... Connection chamber, MIN ... Injection port, MOUT ... Discharge port, FLM ... Movable membrane, FLM1 ... center, FLM2 ... end, LOD1 ... rod, A ... columnar part, B ... valve head, RCS ... recess, RNG ... O-ring, SPR ... spring , LOD2 ... movable rod, HL1 ... first holder, HL2 ... second holder, H ... hole, 5 ... porous body, 6 ... control device (CTR)

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 fuel supply unit connected to the fuel electrode via a flow path;
A pump located in the flow path and for feeding fuel from the fuel supply unit to the fuel electrode;
A fuel cutoff part located in a flow path between the fuel supply part and the pump;
A porous body filled in a flow path between the pump and the fuel cutoff unit;
A fuel cell comprising:

The fuel cell according to claim 1, wherein the pressure resistance of the fuel cutoff unit is higher than the pressure resistance of the pump.

The fuel cell according to claim 1, wherein the porosity of the porous body is 50% or less.

2. The fuel cell according to claim 1, wherein the pump is a pump that is not completely sealed on a fuel outlet side. 3.

The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel is methanol or an aqueous methanol solution.