JP2010123342A - Fuel battery - Google Patents

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旬 門馬
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel battery capable of retaining a stable output by performing precise thermal control such as heat radiation or heat retention, and also suppressing an abrupt temperature change to achieve a uniform temperature distribution. <P>SOLUTION: The fuel battery 1 includes: a fuel battery cell 10 having an anode (a fuel electrode) 13, a cathode (an air electrode) 16, and an electrolyte membrane 17 pinched by them; a fuel supplying mechanism 40 arranged on an anode (fuel electrode) side of the fuel battery cell 10 for supplying fuel to the anode (fuel electrode) 13; a heat accumulating member 60 which stores heat generated in the fuel cell 10 as latent heat; and a heat transfer member 65 stacked on the heat accumulating member 60 with a thermal conductivity in a plane direction larger than that of the heat accumulating member 60 in a plane direction. The heat transfer member 65 is composed so that a thermal conductivity in the plane direction is larger than that in a thickness direction. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、携帯機器の動作に有効な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 a liquid fuel effective for the operation of a portable device, for example.

近年、電子技術の進歩により、電子機器の小型化、高性能化、ポータブル化が進んでおり、携帯用電子機器においては、使用される電池の高エネルギー密度化の要求が強まっている。このため、軽量で小型でありながら高容量の二次電池が要求されている。   In recent years, advances in electronic technology have led to downsizing, higher performance, and portability of electronic devices. In portable electronic devices, there is an increasing demand for higher energy density of batteries used. For this reason, there is a demand for a secondary battery having a high capacity while being lightweight and small.

このような二次電池への要求に対して、例えば、リチウムイオン二次電池が開発されてきた。また、携帯電子機器のオペレーション時間は、さらに増加する傾向にあり、リチウムイオン二次電池では、材料の観点からも構造の観点からもエネルギー密度の向上はほぼ限界にきており、更なる要求に対応できなくなりつつある。   In response to the demand for such secondary batteries, for example, lithium ion secondary batteries have been developed. In addition, the operation time of portable electronic devices tends to increase further, and in lithium ion secondary batteries, the improvement of energy density is almost limited from the viewpoint of materials and structure, which is further demanded. It is becoming impossible to respond.

このような状況のもと、リチウムイオン二次電池に代わって、小型の燃料電池が注目を集めている。特に、メタノールを燃料として用いた直接メタノール型燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell:DMFC)は、水素ガスを使用する燃料電池に比べ、水素ガスの取り扱いの困難さや、有機燃料を改質して水素を作り出す装置等が必要なく、小型化に優れている。   Under such circumstances, small fuel cells are attracting attention instead of lithium ion secondary batteries. In particular, a direct methanol fuel cell (DMFC) using methanol as a fuel is more difficult to handle hydrogen gas than a fuel cell using hydrogen gas, and reforms organic fuel to generate hydrogen. There is no need for a device to create, and it is excellent in miniaturization.

DMFCでは、燃料極においてメタノールが酸化分解され、二酸化炭素、プロトンおよび電子が生成される。一方、空気極では、空気から得られる酸素と、電解質膜を経て燃料極から供給されるプロトン、および燃料極から外部回路を通じて供給される電子によって水が生成される。また、この外部回路を通る電子によって、電力が供給されることになる。   In DMFC, methanol is oxidatively decomposed at the fuel electrode to generate carbon dioxide, protons and electrons. On the other hand, in the air electrode, water is generated by oxygen obtained from air, protons supplied from the fuel electrode through the electrolyte membrane, and electrons supplied from the fuel electrode through an external circuit. In addition, power is supplied by electrons passing through the external circuit.

DMFCにおいては、このような構成で発電を進めるために、メタノールを供給するポンプや空気を送り込むブロワが補器として備えられ、システムとして複雑な形態を成したアクティブ型と呼ばれるDMFCが開発されてきた。そのため、この構造のDMFCでは、小型化を図ることは難しかった。   In DMFC, in order to advance power generation with such a configuration, a pump for supplying methanol and a blower for feeding air are provided as auxiliary devices, and a DMFC called an active type having a complicated form as a system has been developed. . Therefore, it is difficult to reduce the size of the DMFC having this structure.

また、一方で、メタノールをポンプで供給するのではなく、メタノール収容室と発電素子の間にメタノールの分子を通す膜を設け、メタノールを透過させる代わりに、メタノール収容室を発電素子の近傍まで近づけることで小型化が進められた。また、空気の取り入れについては、ブロワを用いず、発電素子に直接取り付けた吸気口を設置することで、小型DMFCが構築された(例えば、特許文献1参照。)。しかしながら、このような小型DMFCは、機構が簡略化された代わりに、温度などの外部環境要因の影響を受けた場合、発電素子に一定量のメタノールを送ることが難しくなっている。このため、出力を安定して高く発現することが困難となっていた。そこで、このようなメタノールの供給量を制御するために、燃料収容室部分と負極の間に多孔体を設置し、メタノール供給量を絞る技術が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。   On the other hand, instead of supplying methanol with a pump, a membrane for passing methanol molecules is provided between the methanol storage chamber and the power generation element, and instead of allowing methanol to permeate, the methanol storage chamber is brought close to the vicinity of the power generation element. As a result, miniaturization was promoted. For intake of air, a small DMFC was constructed by installing an intake port directly attached to a power generation element without using a blower (see, for example, Patent Document 1). However, it is difficult for such a small DMFC to send a certain amount of methanol to the power generation element when it is affected by external environmental factors such as temperature instead of the mechanism being simplified. For this reason, it has been difficult to achieve stable and high output. Therefore, in order to control the supply amount of methanol, a technique is disclosed in which a porous body is installed between the fuel storage chamber portion and the negative electrode to reduce the supply amount of methanol (see, for example, Patent Document 2). .

また、発電時に生じる熱を可逆的に吸熱する潜熱蓄熱剤を有する吸熱手段を備える燃料電池が開示されている(例えば、特許文献3参照。)。
WO2005/112172公報 特開2004−171844号公報 特開2004−186097号公報
In addition, a fuel cell is disclosed that includes heat absorption means having a latent heat storage agent that reversibly absorbs heat generated during power generation (see, for example, Patent Document 3).
WO2005 / 112172 publication JP 2004-171844 A JP 2004-186097 A

しかしながら、上記した従来のDMFCにおいては、カソード(空気極)側の発熱反応により発電中に、膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly:MEA)が発熱して、燃料電池全体の温度が上昇し、例えば50〜60℃以上になると、それを所持している使用者が熱く感じて不快感を得る可能性があった。このため、速やかに放熱することで温度上昇を抑制することが望ましい。一方、アノード(燃料極)での発電反応は吸熱反応であるため、保温することで外部への熱の放出を抑制することが望ましい。   However, in the conventional DMFC described above, a membrane electrode assembly (MEA) generates heat during power generation due to an exothermic reaction on the cathode (air electrode) side, and the temperature of the entire fuel cell rises. When it became 50-60 degreeC or more, the user who possessed it felt hot and there was a possibility of obtaining discomfort. For this reason, it is desirable to suppress the temperature rise by promptly dissipating heat. On the other hand, since the power generation reaction at the anode (fuel electrode) is an endothermic reaction, it is desirable to suppress the release of heat to the outside by maintaining the temperature.

このように、一方の部位では放熱が必要であり、他方の部位では保温が望まれる燃料電池において、携帯機器に搭載するために形状が小型化され、薄くなると、燃料電池自体の温度管理が困難となる。また、放熱が必要な部位では、均一に放熱されることが望ましく、保温が望まれる部位では、均一に保温されることが望ましい。   Thus, in a fuel cell that requires heat dissipation in one part and heat retention is desired in the other part, the shape of the fuel cell is reduced in size for mounting on a portable device, and if the thickness is reduced, it is difficult to control the temperature of the fuel cell itself. It becomes. Further, it is desirable that heat is uniformly dissipated at a site where heat dissipation is required, and it is desirable that heat is uniformly maintained at a site where heat insulation is desired.

また、従来の発電時に生じる熱を吸熱する吸熱手段を備える燃料電池においては、例えば、燃料電池の表面温度が均一となるように熱の管理をすることが困難であった。   In addition, in a fuel cell having a conventional heat absorbing means for absorbing heat generated during power generation, it is difficult to manage heat so that the surface temperature of the fuel cell becomes uniform, for example.

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、放熱および保温などの熱の管理を適確に行うとともに、急激な温度変動などを抑制して温度分布の均一化を図ることにより、安定した出力を維持することができる燃料電池を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and appropriately manages heat such as heat dissipation and heat retention, and suppresses sudden temperature fluctuations to achieve uniform temperature distribution. Thus, an object of the present invention is to provide a fuel cell capable of maintaining a stable output.

本発明の一態様によれば、燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極とに挟持さ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燃料極側に配置され、前記燃料極に燃料を供給するための燃料供給機構と、前記膜電極接合体で発生した熱を潜熱として蓄熱する蓄熱部材と、前記蓄熱部材に積層して配置され、平面方向の熱伝導率が前記蓄熱部材の平面方向の熱伝導率よりも高い熱伝導部材とを具備する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 membrane electrode assembly having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the air electrode, and the fuel electrode side of the membrane electrode assembly A fuel supply mechanism for supplying fuel to the fuel electrode, a heat storage member that stores heat generated in the membrane electrode assembly as latent heat, and a stack on the heat storage member. There is provided a fuel cell comprising a heat conduction member having a heat conductivity higher than the heat conductivity in the planar direction of the heat storage member.

本発明に係る燃料電池によれば、放熱および保温などの熱の管理を適確に行うとともに、急激な温度変動などを抑制して温度分布の均一化を図ることにより、安定した出力を維持することができる。   According to the fuel cell of the present invention, heat management such as heat dissipation and heat retention is properly performed, and stable output is maintained by suppressing temperature fluctuations and making temperature distribution uniform. be able to.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る一実施形態の燃料電池1の構成を示す断面図である。図2は、本発明に係る一実施形態の燃料電池において、ポンプ90、および燃料供給部本体42の周囲に蓄熱部材80および熱伝導部材85を備えた場合の燃料電池1の構成を示す断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a fuel cell 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the fuel cell 1 when the heat storage member 80 and the heat conduction member 85 are provided around the pump 90 and the fuel supply unit main body 42 in the fuel cell according to the embodiment of the present invention. It is.

図1に示すように、燃料電池1は、起電部を構成する燃料電池セル10と、この燃料電池セル10のアノード(燃料極)13側およびカソード(空気極)16側にそれぞれ設けられたアノード導電層18、カソード導電層19と、このアノード導電層18に対向させて設けられた複数の開口部31を有する燃料分配層30と、この燃料分配層30の燃料電池セル10側とは異なる側に配置され、燃料分配層30に液体燃料Fを供給する燃料供給機構40と、カソード導電層19に積層された保湿層50と、この保湿層50に積層された蓄熱部材60と、この蓄熱部材60に積層された熱伝導部材65と、この熱伝導部材65に積層された、複数の空気導入口71を有する表面カバー70とを備える。   As shown in FIG. 1, the fuel cell 1 is provided on the fuel cell 10 constituting the electromotive unit, and on the anode (fuel electrode) 13 side and the cathode (air electrode) 16 side of the fuel cell 10. The anode conductive layer 18, the cathode conductive layer 19, and the fuel distribution layer 30 having a plurality of openings 31 provided to face the anode conductive layer 18 are different from the fuel cell 10 side of the fuel distribution layer 30. The fuel supply mechanism 40 that is disposed on the side and supplies the liquid fuel F to the fuel distribution layer 30, the moisturizing layer 50 laminated on the cathode conductive layer 19, the heat storage member 60 laminated on the moisturizing layer 50, and the heat storage A heat conducting member 65 laminated on the member 60 and a surface cover 70 having a plurality of air inlets 71 laminated on the heat conducting member 65 are provided.

燃料電池セル10は、いわゆる膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly:MEA)であり、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)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)伝導性を有する電解質膜17とから構成される。   The fuel cell 10 is a so-called membrane electrode assembly (MEA), and 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) 16 having a layer 15 and an electrolyte membrane 17 having proton (hydrogen ion) conductivity 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Pt、Ru、Rh、Ir、Os、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として、例えば、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として、例えば、Pt、Pt−Ni、Pt−Co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 a simple substance of a platinum group element such as Pt, Ru, Rh, Ir, Os, and Pd, and an alloy containing the platinum group element. As the anode catalyst layer 11, for example, Pt—Ru, Pt—Mo, or the like having strong resistance to methanol, carbon monoxide, or the like is preferably used. As the cathode catalyst layer 14, for example, Pt, Pt—Ni, Pt—Co or the like is preferably used. 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、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。電解質膜17は、具体的には、ナフィオン(商品名、デュポン社製)、フレミオン(商品名、旭硝子社製)、アシプレックス(商品名、旭化成工業社製)等により構成される。なお、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く、例えば、トリフルオロスチレン誘導体の共重合膜、リン酸を含浸させたポリベンズイミダゾール膜、芳香族ポリエーテルケトンスルホン酸膜、あるいは脂肪族炭化水素系樹脂獏などのプロトンを輸送可能な電解質膜で構成することができる。   Examples of proton conductive materials constituting the electrolyte membrane 17 include organic materials such as fluorine resins such as perfluorosulfonic acid polymers having sulfonic acid groups, hydrocarbon resins having sulfonic acid groups, or tungstic acid. And inorganic materials such as phosphotungstic acid. Specifically, the electrolyte membrane 17 includes Nafion (trade name, manufactured by DuPont), Flemion (trade name, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), Aciplex (trade name, manufactured by Asahi Kasei Kogyo Co., Ltd.), and the like. The proton-conducting electrolyte membrane 17 is not limited to these. For example, a copolymer membrane of a trifluorostyrene derivative, a polybenzimidazole membrane impregnated with phosphoric acid, an aromatic polyether ketone sulfonic acid membrane, Alternatively, it can be composed of an electrolyte membrane capable of transporting protons such as aliphatic hydrocarbon resin soot.

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。また、アノードガス拡散層12およびカソードガス拡散層15は、カーボンペーパ、カーボンクロス、カーボンシルク等の多孔性炭素質材、チタン、チタン合金、ステンレス、金などの金属材料からなる多孔質体またはメッシュなどで構成される。   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 porous bodies or meshes made of a porous carbonaceous material such as carbon paper, carbon cloth, or carbon silk, or a metal material such as titanium, titanium alloy, stainless steel, or gold. Etc.

アノードガス拡散層12の表面に積層されたアノード導電層18、およびカソードガス拡散層15の表面に積層されたカソード導電層19は、例えば、金、ニッケルなどの金属材料からなる多孔質層(例えば、メッシュなど)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などで構成される。これらの中でも、アノード導電層18やカソード導電層19は、燃料電池セル10に対応して開口された複数の開口部を有する薄膜で構成されることが好ましく、この開口部を介して、燃料電池セル10に対向して設けられている燃料分配層30の開口部31からの燃料を燃料電池セル10に導く。   The anode conductive layer 18 laminated on the surface of the anode gas diffusion layer 12 and the cathode conductive layer 19 laminated on the surface of the cathode gas diffusion layer 15 are, for example, a porous layer made of a metal material such as gold or nickel (for example, , Mesh, etc.) or a foil, or a composite material obtained by coating a conductive metal material such as stainless steel (SUS) with a good conductive metal such as gold. Among these, the anode conductive layer 18 and the cathode conductive layer 19 are preferably formed of a thin film having a plurality of openings opened corresponding to the fuel cell 10, and the fuel cell is formed through the openings. The fuel from the opening 31 of the fuel distribution layer 30 provided facing the cell 10 is guided to the fuel cell 10.

なお、アノード導電層18およびカソード導電層19は、それらの周縁から燃料や酸化剤が漏れないように構成されている。また、電解質膜17とアノード導電層18およびカソード導電層19との間には、それぞれゴム製のOリング20が介在されており、これらによって燃料電池セル10からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。なお、ここでは、アノード導電層18およびカソード導電層19を備えた燃料電池2を示しているが、アノード導電層18およびカソード導電層19を設けずに、上記したようにアノードガス拡散層12およびカソードガス拡散層15を拡散層として機能させるとともに、導電層として機能させてもよい。   The anode conductive layer 18 and the cathode conductive layer 19 are configured so that fuel and oxidant do not leak from their peripheral edges. Also, rubber O-rings 20 are interposed between the electrolyte membrane 17 and the anode conductive layer 18 and the cathode conductive layer 19, respectively, thereby preventing fuel leakage and oxidant leakage from the fuel cell 10. is doing. Here, the fuel cell 2 including the anode conductive layer 18 and the cathode conductive layer 19 is shown, but the anode gas diffusion layer 12 and the anode conductive layer 18 and the cathode conductive layer 19 are not provided as described above. The cathode gas diffusion layer 15 may function as a diffusion layer and may function as a conductive layer.

保湿層50は、カソード触媒層14で生成された水の一部が含浸して、水の蒸散を抑制するとともに、カソード触媒層14への空気の均一拡散を促進するものである。この保湿層50は、例えば、ポリエチレン多孔質膜等からなる平板で構成される。   The moisturizing layer 50 is impregnated with a part of the water generated in the cathode catalyst layer 14 to suppress the transpiration of water and promote uniform diffusion of air to the cathode catalyst layer 14. The moisturizing layer 50 is composed of a flat plate made of, for example, a polyethylene porous film.

蓄熱部材60は、燃料電池セル10で発生した熱を潜熱として蓄熱するものである。また、蓄熱部材60は、カソード(空気極)16側に配置される。蓄熱部材60が設置されるカソード(空気極)16側とは、燃料電池セル10を構成するカソード(空気極)16よりも外側、すなわち表面カバー70側を意味する。蓄熱部材60は、相変化温度を境にしてゲル化と液状化を繰り返す。この潜熱により相変化する蓄熱部材は、温度を均一に保つ作用があるため、温度を管理する観点からも好ましい材料である。このように蓄熱部材60を備えることで、発熱反応であるカソード(空気極)16における反応は、蓄熱部材60が熱を吸収することで促進される。また、カソード(空気極)16で発生した熱は、蓄熱部材60に蓄熱される。   The heat storage member 60 stores heat generated in the fuel cell 10 as latent heat. The heat storage member 60 is disposed on the cathode (air electrode) 16 side. The cathode (air electrode) 16 side on which the heat storage member 60 is installed means the outside of the cathode (air electrode) 16 constituting the fuel cell 10, that is, the surface cover 70 side. The heat storage member 60 repeats gelation and liquefaction with the phase change temperature as a boundary. The heat storage member that changes its phase by latent heat has a function of keeping the temperature uniform, and is therefore a preferable material from the viewpoint of managing the temperature. By providing the heat storage member 60 in this way, the reaction at the cathode (air electrode) 16 that is an exothermic reaction is promoted by the heat storage member 60 absorbing heat. Further, the heat generated at the cathode (air electrode) 16 is stored in the heat storage member 60.

ここで、蓄熱部材60は、具体的には、例えば、酢酸ナトリウム、塩化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素カリウム、塩化カリウム、塩化アンモニウム、塩化ナトリウムなどの水溶液や水和物、あるいはその混合物などからなる無機塩・水和物や水溶液で構成される。また、蓄熱部材60は、有機物で構成されてもよく、具体的には、ペンタデカン、ヘキサデカン、ヘプタデカンなどのノルマルパラフィンやそのエマルジョン、ポリエチレングリコールなどの高分子材料で構成される。   Here, the heat storage member 60 is specifically made of an aqueous solution or hydrate of sodium acetate, calcium chloride, sodium carbonate, potassium hydrogen carbonate, potassium chloride, ammonium chloride, sodium chloride, or a mixture thereof. Consists of inorganic salts / hydrates and aqueous solutions. Further, the heat storage member 60 may be made of an organic substance, and specifically, a normal paraffin such as pentadecane, hexadecane, and heptadecane, an emulsion thereof, and a polymer material such as polyethylene glycol.

また、蓄熱部材60は、上記した材料をマイクロカプセル化した材料やそのマイクロカプセルを樹脂などに分散させて成形した部材や粉末、これらの材料をペースト状に他の樹脂と混合した塗料などで構成されてもよい。また、マイクロカプセルが分散される樹脂としては、耐溶剤性、耐水性および弾性のような特性を有する樹脂が好ましく、具体的には、例えば、シリコーン樹脂などが挙げられる。さらに、蓄熱部材60は、上記した材料を袋状のパックに充填したもので構成されてもよい。   The heat storage member 60 is composed of a material obtained by microencapsulating the above-described material, a member or powder formed by dispersing the microcapsule in a resin, a paint obtained by mixing these materials with other resin in a paste form, or the like. May be. The resin in which the microcapsules are dispersed is preferably a resin having characteristics such as solvent resistance, water resistance, and elasticity, and specifically includes, for example, a silicone resin. Furthermore, the heat storage member 60 may be configured by filling the above-described material into a bag-shaped pack.

蓄熱部材の相変化温度は、使用する用途や配置される位置によって適宜に設定される。蓄熱部材として、具体的には、例えば、サーモメモリ(三菱製紙株式会社製)、パッサーモ(玉井化成株式会社製)、潜熱蓄熱材MHS(三菱電線工業株式会社製)などが挙げられる。   The phase change temperature of the heat storage member is appropriately set depending on the application to be used and the position where it is arranged. Specific examples of the heat storage member include thermo memory (Mitsubishi Paper Co., Ltd.), Passamo (Tamai Kasei Co., Ltd.), latent heat storage material MHS (Mitsubishi Cable Industries Co., Ltd.), and the like.

なお、蓄熱部材の相変化温度を検討する際、蓄熱部材の温度の測定は、次のように行うことができる。   In addition, when examining the phase change temperature of a thermal storage member, the temperature of a thermal storage member can be measured as follows.

例えば、測定対象の蓄熱部材を常温の恒温槽内に配置し、この蓄熱部材の温度を測定できるようにした状態で恒温槽を高温側(例えば75℃)に設定する。恒温槽内の温度が上昇するとともに蓄熱部材の温度も上昇するが、相変化温度の温度(例えば50℃)で蓄熱部材の温度が一定となり、恒温槽内の温度は更に上昇して高温側の設定温度(例えば75℃)で一定となる。蓄熱部材の相変化が終了するまで蓄熱部材の温度は一定(例えば50℃)に保たれることから、この一定に保たれる温度が蓄熱部材の相変化温度として確認できる。また、シート状の蓄熱部材では、加熱ヒータの周囲に巻き、ヒータ温度を上げながら蓄熱部材の表面(加熱ヒータと逆側)の温度を測定することで測定可能である。相変化温度が50℃であれば、蓄熱部材の温度は50℃で一定となり、加熱ヒータの温度だけが上昇する。蓄熱部材の相変化が終了すると蓄熱部材の表面の温度も50℃を超えて上昇を始める。この一定に保たれる温度が蓄熱部材の相変化温度として確認できる。   For example, the heat storage member to be measured is arranged in a constant temperature bath at room temperature, and the constant temperature bath is set on the high temperature side (for example, 75 ° C.) in a state where the temperature of the heat storage member can be measured. While the temperature in the thermostatic chamber rises and the temperature of the heat storage member also rises, the temperature of the heat storage member becomes constant at the temperature of the phase change temperature (for example, 50 ° C.), and the temperature in the thermostatic bath rises further. It becomes constant at a set temperature (for example, 75 ° C.). Since the temperature of the heat storage member is kept constant (for example, 50 ° C.) until the phase change of the heat storage member is completed, the temperature kept constant can be confirmed as the phase change temperature of the heat storage member. Moreover, in the sheet-like heat storage member, it can be measured by measuring the temperature of the surface of the heat storage member (on the side opposite to the heater) while winding around the heater and raising the heater temperature. If the phase change temperature is 50 ° C., the temperature of the heat storage member becomes constant at 50 ° C., and only the temperature of the heater rises. When the phase change of the heat storage member ends, the temperature of the surface of the heat storage member also exceeds 50 ° C. and starts to rise. The temperature kept constant can be confirmed as the phase change temperature of the heat storage member.

熱伝導部材65は、蓄熱部材60が燃料電池セル10側となるように蓄熱部材60に積層して配置される。この熱伝導部材65の平面方向の熱伝導率は、蓄熱部材60の平面方向の熱伝導率よりも高くなるように構成されている。具体的には、同じ温度下で、熱伝導部材65の平面方向の熱伝導率を、蓄熱部材60の平面方向の熱伝導率の100〜500倍程度に設定することが好ましい。この範囲が好ましいのは、平面方向の均熱化を加速する必要があるからである。ここで、平面方向とは、平板状の熱伝導部材65の厚さ方向に対して垂直な方向である。   The heat conducting member 65 is laminated on the heat storage member 60 so that the heat storage member 60 is on the fuel cell 10 side. The thermal conductivity in the planar direction of the heat conducting member 65 is configured to be higher than the thermal conductivity in the planar direction of the heat storage member 60. Specifically, it is preferable to set the thermal conductivity in the planar direction of the heat conducting member 65 to about 100 to 500 times the thermal conductivity in the planar direction of the heat storage member 60 under the same temperature. This range is preferable because it is necessary to accelerate soaking in the plane direction. Here, the plane direction is a direction perpendicular to the thickness direction of the flat plate-like heat conducting member 65.

また、熱伝導部材65は、平面方向の熱伝導率が厚さ方向の熱伝導率よりも高くなるように構成されている。具体的には、平面方向の熱伝導率と厚さ方向の熱伝導率との比(厚さ方向の熱伝導率/平面方向の熱伝導率)が、1/120〜1/10程度であることが好ましい。この範囲が好ましいのは、厚さ方向へ放熱される前に、平面方向が均熱化される必要があるからである。さらに好ましい熱伝導率比(厚さ方向の熱伝導率/平面方向の熱伝導率)は、1/120〜1/40である。この熱伝導部材65は、例えば、黒鉛をシート状に加工したグラファイトシートなどで構成される。グラファイトシートとして、例えば、グラフテック社製の705AP(熱伝導率比が1/40)や、SS400(熱伝導率比が1/114)などが挙げられる。なお、グラファイトシートは、上記した熱伝導部材65としての条件を満たすものであれば、特に限定されるものではない。   The heat conducting member 65 is configured such that the thermal conductivity in the planar direction is higher than the thermal conductivity in the thickness direction. Specifically, the ratio between the thermal conductivity in the plane direction and the thermal conductivity in the thickness direction (thermal conductivity in the thickness direction / thermal conductivity in the plane direction) is about 1/120 to 1/10. It is preferable. This range is preferable because it is necessary to equalize the plane direction before the heat is dissipated in the thickness direction. A more preferable thermal conductivity ratio (thickness direction thermal conductivity / planar direction thermal conductivity) is 1/120 to 1/40. The heat conducting member 65 is made of, for example, a graphite sheet obtained by processing graphite into a sheet shape. Examples of the graphite sheet include 705AP (thermal conductivity ratio is 1/40) manufactured by Graphtec, SS400 (thermal conductivity ratio is 1/114), and the like. In addition, a graphite sheet will not be specifically limited if the conditions as the above-mentioned heat conductive member 65 are satisfy | filled.

ここで、熱伝導率は、例えば、熱抵抗測定装置、熱伝導率測定装置、熱拡散測定装置などを用いて測定される。例えば、平面方向の熱伝導率はAngstrom法を用い、厚さ方向の熱伝導率は定常法を用いることが好ましい。   Here, the thermal conductivity is measured using, for example, a thermal resistance measurement device, a thermal conductivity measurement device, a thermal diffusion measurement device, or the like. For example, the Angstrom method is preferably used for the thermal conductivity in the plane direction, and the steady method is preferably used for the thermal conductivity in the thickness direction.

ここで、図1に示した燃料電池1において、蓄熱部材60および熱伝導部材65を保湿層50と表面カバー70との間に配置した一例を示しているが、この構成に限られるものではなく、カソード(空気極)16側で発生した熱を蓄熱可能に配置されていればよい。例えば、蓄熱部材60を表面カバー70上に積層して配置してもよい。この場合、蓄熱部材60が表面カバー70に面するように配置される。このように蓄熱部材60および熱伝導部材65を表面カバー70上に積層して配置する場合として、例えば、燃料電池1が電池ケースなどの筐体に固定されるときなどが考えられる。これによって、カソード(空気極)16側で発生した熱を蓄熱部材60が吸収するため、カソード(空気極)16側で発生した熱が筐体に直接伝わることを防止できる。また、熱伝導部材65によって温度が平面に亘って均一化されるため、熱伝導部材65と接触する部分の筐体では、一様にかつ接触面に亘って均一に温度が上昇する。また、燃料電池1は、外部環境における温度変化の影響を受け難くなる。なお、蓄熱部材60および熱伝導部材65を表面カバー70上に積層して配置する場合、蓄熱部材60および熱伝導部材65を、表面カバー70上の全面に亘って配置しても、筐体と接触する部分に対応する表面カバー70上にのみ積層して配置してもよい。   Here, in the fuel cell 1 shown in FIG. 1, an example in which the heat storage member 60 and the heat conduction member 65 are arranged between the moisture retention layer 50 and the surface cover 70 is shown, but the configuration is not limited to this. The heat generated on the cathode (air electrode) 16 side may be arranged so as to be able to store heat. For example, the heat storage member 60 may be laminated on the surface cover 70. In this case, the heat storage member 60 is disposed so as to face the front cover 70. As a case where the heat storage member 60 and the heat conduction member 65 are laminated on the front cover 70 as described above, for example, the fuel cell 1 may be fixed to a housing such as a battery case. Thereby, since the heat storage member 60 absorbs the heat generated on the cathode (air electrode) 16 side, the heat generated on the cathode (air electrode) 16 side can be prevented from being directly transmitted to the casing. Further, since the temperature is made uniform over the plane by the heat conducting member 65, the temperature rises uniformly and uniformly over the contact surface in the casing in the portion in contact with the heat conducting member 65. In addition, the fuel cell 1 is less susceptible to temperature changes in the external environment. When the heat storage member 60 and the heat conduction member 65 are disposed on the surface cover 70, the heat storage member 60 and the heat conduction member 65 may be disposed over the entire surface of the surface cover 70. You may laminate | stack and arrange | position only on the surface cover 70 corresponding to the part to contact.

また、蓄熱部材60および熱伝導部材65が、例えば、カソード(空気極)16側である保湿層50と表面カバー70との間や、表面カバー70上の全面に亘って配置される場合には、蓄熱部材60および熱伝導部材65は、カソード(空気極)16に供給される空気やカソード(空気極)16で生成した水(水蒸気)が通過可能な構成となっている。具体的には、例えば、表面カバー70の空気導入口71に対応する蓄熱部材60および熱伝導部材65の位置に貫通口が形成される。   Further, when the heat storage member 60 and the heat conduction member 65 are disposed, for example, between the moisturizing layer 50 on the cathode (air electrode) 16 side and the surface cover 70 or over the entire surface of the surface cover 70. The heat storage member 60 and the heat conducting member 65 are configured such that air supplied to the cathode (air electrode) 16 and water (water vapor) generated at the cathode (air electrode) 16 can pass therethrough. Specifically, for example, through holes are formed at the positions of the heat storage member 60 and the heat conduction member 65 corresponding to the air introduction port 71 of the front cover 70.

また、図2に示すように、燃料電池1は、燃料供給機構40を構成する燃料供給部本体42の周囲を覆うように蓄熱部材80および熱伝導部材85を備えてもよい。なお、蓄熱部材80も熱を潜熱として蓄熱するものである。この場合、蓄熱部材80が燃料供給部本体42に面するように配置される。例えば、図2に示した燃料電池1のように、カソード(空気極)16側である保湿層50と表面カバー70との間、およびアノード(燃料極)13側である燃料供給部本体42の周囲に、それぞれ蓄熱部材60、80および熱伝導部材65、85を備える場合、蓄熱部材60と蓄熱部材80とにおける相変化温度を異なるものとし、冷却部分と保温部分を別個に温度管理してもよい。   In addition, as shown in FIG. 2, the fuel cell 1 may include a heat storage member 80 and a heat conduction member 85 so as to cover the periphery of the fuel supply unit main body 42 constituting the fuel supply mechanism 40. The heat storage member 80 also stores heat as latent heat. In this case, the heat storage member 80 is disposed so as to face the fuel supply unit main body 42. For example, as in the fuel cell 1 shown in FIG. 2, the fuel supply unit main body 42 between the moisturizing layer 50 on the cathode (air electrode) 16 side and the surface cover 70 and the anode (fuel electrode) 13 side. When the heat storage members 60 and 80 and the heat conduction members 65 and 85 are provided in the surroundings, the phase change temperatures in the heat storage member 60 and the heat storage member 80 are different, and the cooling portion and the heat retaining portion are separately temperature controlled. Good.

例えば、蓄熱部材60における相変化温度が、蓄熱部材80における相変化温度よりも低くなるように、それぞれの蓄熱部材を設定してもよい。このように設定することで、発熱反応であるカソード(空気極)16における反応は、蓄熱部材60が熱を吸収することで促進され、吸熱反応であるアノード(燃料極)13における反応は、蓄熱部材80が保温した熱で促進される。また、カソード(空気極)16で発生した熱は、蓄熱部材60に蓄熱されるとともに、燃料電池セル10、電池ケース、燃料電池1を積層した状態に固定するための固定部材などを介してアノード(燃料極)13の蓄熱部材80に伝わる。また、蓄熱部材60からの熱は、熱伝導部材65を介して伝わるため、均一な温度分布を有して伝導される。   For example, each heat storage member may be set such that the phase change temperature in the heat storage member 60 is lower than the phase change temperature in the heat storage member 80. With this setting, the reaction at the cathode (air electrode) 16 that is an exothermic reaction is promoted by the heat storage member 60 absorbing heat, and the reaction at the anode (fuel electrode) 13 that is an endothermic reaction is heat storage. The member 80 is promoted by the heat kept warm. Further, the heat generated in the cathode (air electrode) 16 is stored in the heat storage member 60 and is also anoded through a fixing member for fixing the fuel cell 10, the battery case, and the fuel cell 1 in a stacked state. (Fuel electrode) 13 is transmitted to the heat storage member 80. Moreover, since the heat from the heat storage member 60 is transmitted through the heat conducting member 65, it is conducted with a uniform temperature distribution.

なお、蓄熱部材80および熱伝導部材85を設ける位置は、図2に示したように、燃料供給部本体42の周囲に限られるものはなく、燃料電池1の構成部材や部品機能によって適宜に変更可能である。例えば、蓄熱部材80および熱伝導部材85を、アノード導電層18と燃料分配層30との間または燃料分配層30と燃料供給部本体42との間等に設けてもよい。これらの場合、蓄熱部材80が燃料電池セル10側となるように配置される。   As shown in FIG. 2, the position where the heat storage member 80 and the heat conduction member 85 are provided is not limited to the periphery of the fuel supply unit main body 42, and is appropriately changed depending on the constituent members and component functions of the fuel cell 1. Is possible. For example, the heat storage member 80 and the heat conduction member 85 may be provided between the anode conductive layer 18 and the fuel distribution layer 30 or between the fuel distribution layer 30 and the fuel supply unit main body 42. In these cases, the heat storage member 80 is disposed on the fuel cell 10 side.

表面カバー70は、空気の取入れ量を調整するものであり、その調整は、空気導入口71の個数や大きさ等を変更することで行われる。表面カバー70は、例えば、SUS304のような金属で構成することができるが、これに限定されるものではない。   The front cover 70 adjusts the amount of air taken in, and the adjustment is performed by changing the number and size of the air inlets 71. For example, the front cover 70 can be made of a metal such as SUS304, but is not limited thereto.

燃料供給機構40は、燃料収容部41と、燃料供給部本体42と、流路44とを主に備える。   The fuel supply mechanism 40 mainly includes a fuel storage part 41, a fuel supply part main body 42, and a flow path 44.

燃料収容部41には、燃料電池セル10に対応した液体燃料Fが収容されている。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。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として、例えば、エタノール水溶液、純エタノール、プロパノール水溶液、ギ酸水溶液、ギ酸ナトリウム水溶液、酢酸水溶液、エチレングリコール水溶液、ジメチルエーテルなどの水素を含む有機系の水溶液、水素化ホウ素ナトリウム水溶液、水素化ホウ素カリウム水溶液、水素化リチウム水溶液などを用いてもよい。これらの液体燃料の中でも、メタノール水溶液は、炭素数が1で反応の際に発生するのが二酸化炭素であり、低温での発電反応が可能であり、産業廃棄物から比較的容易に製造することができる。そのため、液体燃料としてメタノール水溶液を使用するのが好ましい。いずれにしても、燃料収容部41には、燃料電池セル10に応じた液体燃料が収容される。   The fuel storage unit 41 stores liquid fuel F corresponding to the fuel battery cell 10. 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. Examples of the liquid fuel F include, for example, ethanol aqueous solution, pure ethanol, propanol aqueous solution, formic acid aqueous solution, sodium formate aqueous solution, acetic acid aqueous solution, ethylene glycol aqueous solution, organic aqueous solution containing hydrogen such as dimethyl ether, sodium borohydride aqueous solution, borohydride A potassium aqueous solution, a lithium hydride aqueous solution, or the like may be used. Among these liquid fuels, the aqueous methanol solution has carbon number 1 and carbon dioxide is generated during the reaction, and can generate electricity at a low temperature, and can be produced relatively easily from industrial waste. Can do. Therefore, it is preferable to use a methanol aqueous solution as the liquid fuel. In any case, liquid fuel corresponding to the fuel cell 10 is stored in the fuel storage portion 41.

液体燃料Fは、燃料濃度が100重量%から数重量%までの範囲で種々の濃度のものを用いることができるが、特にメタノール水溶液の場合は、燃料濃度が60重量%以上のものを使用することが望ましい。その理由は、より少ない体積の燃料で発電することができるからである。   The liquid fuel F can be used in various concentrations with a fuel concentration ranging from 100 wt% to several wt%. Particularly in the case of a methanol aqueous solution, a fuel concentration having a fuel concentration of 60 wt% or more is used. It is desirable. The reason is that power can be generated with a smaller volume of fuel.

燃料供給部本体42は、供給された液体燃料Fを燃料分配層30に対して均一に供給するために、液体燃料Fを平坦に分散させるための凹部からなる燃料供給部43を備えている。この燃料供給部43は、配管等で構成される液体燃料Fの流路44を介して燃料収容部41と接続されている。燃料供給部43には、燃料収容部41から流路44を介して液体燃料Fが導入され、導入された液体燃料Fおよび/またはこの液体燃料Fが気化した気化成分は、燃料分配層30およびアノード導電層18を介して燃料電池セル10に供給される。流路44は、燃料供給部43や燃料収容部41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43や燃料収容部41を積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料Fの流路であってもよい。すなわち、燃料供給部43は、流路等を介して燃料収容部41と連通されていればよい。   The fuel supply unit main body 42 includes a fuel supply unit 43 including recesses for uniformly dispersing the liquid fuel F in order to uniformly supply the supplied liquid fuel F to the fuel distribution layer 30. The fuel supply unit 43 is connected to the fuel storage unit 41 via a flow path 44 of the liquid fuel F configured by piping or the like. Liquid fuel F is introduced into the fuel supply unit 43 from the fuel storage unit 41 via the flow path 44, and the introduced liquid fuel F and / or vaporized components of the liquid fuel F vaporized are the fuel distribution layer 30 and The fuel cell 10 is supplied via the anode conductive layer 18. The flow path 44 is not limited to piping independent of the fuel supply unit 43 and the fuel storage unit 41. For example, when the fuel supply unit 43 and the fuel storage unit 41 are stacked and integrated, a flow path of the liquid fuel F that connects them may be used. That is, the fuel supply part 43 should just be connected with the fuel accommodating part 41 via the flow path.

燃料収容部41に収容された液体燃料Fは、重力を利用して流路44を介して燃料供給部43まで落下させて送液することができる。また、流路44に多孔体等を充填して、毛細管現象により燃料収容部41に収容された液体燃料Fを燃料供給部43まで送液してもよい。さらに、図2に示すように、流路44の一部に、ポンプ90を介在させて、燃料収容部41に収容された液体燃料Fを燃料供給部43まで強制的に送液してもよい。   The liquid fuel F stored in the fuel storage part 41 can be dropped and sent to the fuel supply part 43 via the flow path 44 using gravity. Alternatively, the flow path 44 may be filled with a porous body or the like, and the liquid fuel F stored in the fuel storage unit 41 may be fed to the fuel supply unit 43 by capillary action. Further, as shown in FIG. 2, the liquid fuel F stored in the fuel storage unit 41 may be forcibly sent to the fuel supply unit 43 by interposing a pump 90 in a part of the flow path 44. .

このポンプ90は、燃料収容部41から燃料供給部43に液体燃料Fを単に送液する供給ポンプとして機能するものであり、燃料電池セル10に供給された過剰な液体燃料Fを循環する循環ポンプとしての機能を備えるものではない。このポンプ90を備えた燃料電池1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構成が異なり、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも構成が異なる、いわゆるセミパッシブ型と呼ばれる方式に該当する。なお、ポンプ90の種類は、特に限定されるものではないが、少量の液体燃料Fを制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、ロータリベーンポンプ、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。ロータリベーンポンプは、モータで羽を回転させて送液するものである。電気浸透流ポンプは、電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアフラムポンプは、電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは、柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。上記したようにポンプ90を設ける場合、ポンプ90は、制御手段(図示しない)と電気的に接続され、この制御手段によって、燃料供給部43に供給される液体燃料Fの供給量が制御される。   The pump 90 functions as a supply pump that simply supplies the liquid fuel F from the fuel storage unit 41 to the fuel supply unit 43, and is a circulation pump that circulates excess liquid fuel F supplied to the fuel cells 10. It does not have the function as. The fuel cell 1 provided with the pump 90 is called a so-called semi-passive type, which does not circulate fuel, and therefore has a different configuration from the conventional active method and a different configuration from a pure passive method such as a conventional internal vaporization type. Applicable to the method. The type of the pump 90 is not particularly limited, but a rotary vane pump and an electroosmotic flow pump can be used from the viewpoint that a small amount of liquid fuel F can be fed with good controllability and can be reduced in size and weight. It is preferable to use a diaphragm pump, a squeezing pump or the like. The rotary vane pump feeds liquid by rotating wings with a motor. The electroosmotic flow pump uses a sintered porous body such as silica that causes an electroosmotic flow phenomenon. A diaphragm pump drives a diaphragm with an electromagnet or piezoelectric ceramics to send liquid. The squeezing pump presses a part of a flexible fuel flow path and squeezes the fuel. Among these, it is more preferable to use an electroosmotic pump or a diaphragm pump having piezoelectric ceramics from the viewpoint of driving power, size, and the like. When the pump 90 is provided as described above, the pump 90 is electrically connected to control means (not shown), and the supply amount of the liquid fuel F supplied to the fuel supply unit 43 is controlled by the control means. .

ここで、ポンプ90の送液量は、燃料電池1の主たる対象物が小型電子機器であることから、10μL/分〜1mL/分の範囲とすることが好ましい。送液量が1mL/分を超えると一度に送液される液体燃料Fの量が多くなりすぎて、全運転期間に占めるポンプ90の停止時間が長くなる。このため、燃料電池セル10への燃料の供給量の変動が大きくなり、その結果として出力の変動が大きくなる。これを防止するためのリザーバをポンプ90の下流側に設けてもよいが、そのような構成を適用しても燃料供給量の変動を十分に抑制することはできず、さらに装置サイズの大型化等を招いてしまう。   Here, since the main target object of the fuel cell 1 is a small electronic device, it is preferable that the liquid feeding amount of the pump 90 be in the range of 10 μL / min to 1 mL / min. When the amount of liquid delivery exceeds 1 mL / min, the amount of liquid fuel F that is fed at a time becomes too large, and the stop time of the pump 90 that occupies the entire operation period becomes long. For this reason, the fluctuation of the amount of fuel supplied to the fuel battery cell 10 becomes large, and as a result, the fluctuation of the output becomes large. A reservoir for preventing this may be provided on the downstream side of the pump 90. However, even if such a configuration is applied, fluctuations in the fuel supply amount cannot be sufficiently suppressed, and the size of the apparatus is further increased. Etc. will be invited.

一方、ポンプ90の送液量が10μL/分未満であると、装置立ち上げ時のように燃料の消費量が増える際に供給能力不足を招くおそれがある。これによって、燃料電池1の起動特性等が低下する。このような点から、10μL/分〜1mL/分の範囲の送液能力を有するポンプ90を使用することが好ましい。ポンプ90の送液量は10〜200μL/分の範囲とすることがより好ましい。このような送液量を安定して実現する上でも、ポンプ90には電気浸透流ポンプやダイアフラムポンプを適用することが好ましい。   On the other hand, if the amount of liquid delivered by the pump 90 is less than 10 μL / min, there is a risk of insufficient supply capacity when the amount of fuel consumption increases when the apparatus is started up. As a result, the starting characteristics of the fuel cell 1 are deteriorated. From such a point, it is preferable to use a pump 90 having a liquid feeding capacity in the range of 10 μL / min to 1 mL / min. It is more preferable that the liquid feeding amount of the pump 90 be in the range of 10 to 200 μL / min. In order to stably realize such a liquid feeding amount, it is preferable to apply an electroosmotic flow pump or a diaphragm pump to the pump 90.

燃料分配層30は、例えば、複数の開口部31が形成された平板で構成され、アノードガス拡散層12と燃料供給部43との間に挟持される。この燃料分配層30は、液体燃料Fの気化成分や液体燃料Fを透過させない材料で構成され、具体的には、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリエチレンナフタレート(PEN)樹脂、ポリイミド系樹脂等で構成される。また、燃料分配層30は、例えば、液体燃料Fの気化成分と液体燃料Fとを分離し、その気化成分を燃料電池セル10側へ透過させる気液分離膜で構成されてもよい。気液分離膜には、例えば、シリコーンゴム、低密度ポリエチレン(LDPE)薄膜、ポリ塩化ビニル(PVC)薄膜、ポリエチレンテレフタレート(PET)薄膜、フッ素樹脂(例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)など)微多孔膜などが用いられる。ここで、燃料電池1において、燃料供給部43に導入された液体燃料は、燃料分配層30の複数の開口部31からアノード(燃料極)13の全面に対して供給される。このように、燃料分配層30によって、アノード(燃料極)13に供給される燃料供給量を均一化することが可能となる。   The fuel distribution layer 30 is configured by, for example, a flat plate in which a plurality of openings 31 are formed, and is sandwiched between the anode gas diffusion layer 12 and the fuel supply unit 43. The fuel distribution layer 30 is made of a material that does not allow the vaporized component of the liquid fuel F or the liquid fuel F to permeate. Specifically, for example, a polyethylene terephthalate (PET) resin, a polyethylene naphthalate (PEN) resin, or a polyimide resin. Etc. Further, the fuel distribution layer 30 may be constituted by, for example, a gas-liquid separation membrane that separates the vaporized component of the liquid fuel F and the liquid fuel F and permeates the vaporized component to the fuel cell unit 10 side. Examples of the gas-liquid separation membrane include silicone rubber, low density polyethylene (LDPE) thin film, polyvinyl chloride (PVC) thin film, polyethylene terephthalate (PET) thin film, fluororesin (for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoro An ethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) or the like) microporous film or the like is used. Here, in the fuel cell 1, the liquid fuel introduced into the fuel supply unit 43 is supplied from the plurality of openings 31 of the fuel distribution layer 30 to the entire surface of the anode (fuel electrode) 13. In this way, the fuel distribution layer 30 can make the amount of fuel supplied to the anode (fuel electrode) 13 uniform.

次に、上記した燃料電池1における作用について説明する。   Next, the operation of the fuel cell 1 described above will be described.

燃料収容部41から流路44を介して燃料供給部43に供給された液体燃料Fは、液体燃料のまま、もしくは液体燃料と液体燃料が気化した気化燃料が混在する状態で、燃料分配層30およびアノード導電層18を介して燃料電池セル10のアノードガス拡散層12に供給される。アノードガス拡散層12に供給された燃料は、アノードガス拡散層12で拡散してアノード触媒層11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11で次の式(1)に示すメタノールの内部改質反応が生じる。
CHOH+HO → CO+6H++6e- …式(1)
The liquid fuel F supplied to the fuel supply unit 43 from the fuel storage unit 41 via the flow path 44 remains as a liquid fuel, or in a state where liquid fuel and vaporized fuel vaporized from the liquid fuel are mixed. And supplied to the anode gas diffusion layer 12 of the fuel cell 10 through the anode conductive layer 18. The fuel supplied to the anode gas diffusion layer 12 is diffused in the anode gas diffusion layer 12 and supplied to the anode catalyst layer 11. 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 11.
CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e Formula (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、メタノールは、カソード触媒層14で生成した水や電解質膜17中の水と上記した式(1)の内部改質反応によって改質されるか、または水を必要としない他の反応機構により改質される。また、図2に示すように、蓄熱部材80を備えた場合には、蓄熱部材80に蓄熱された熱を利用することによって、式(1)のメタノールの内部改質反応が促進される。   When pure methanol is used as the methanol fuel, is methanol reformed by water generated in the cathode catalyst layer 14 or water in the electrolyte membrane 17 and the internal reforming reaction of the above formula (1)? Or other reaction mechanisms that do not require water. As shown in FIG. 2, when the heat storage member 80 is provided, the internal reforming reaction of methanol of the formula (1) is promoted by using the heat stored in the heat storage member 80.

この反応で生成した電子(e-)は、集電体を経由して外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、カソード(空気極)16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17を経てカソード(空気極)16に導かれる。カソード(空気極)16には酸化剤として空気が供給される。カソード(空気極)16に到達した電子(e-)とプロトン(H+)は、カソード触媒層14で空気中の酸素と次の式(2)に示す反応を生じ、この発電反応に伴って水が生成する。
(3/2)O+6e-+6H+ → 3HO …式(2)
Electrons (e ) generated by this reaction are guided to the outside through a current collector, and are operated to a cathode (air electrode) 16 after operating a portable electronic device or the like as so-called electricity. Further, protons (H + ) generated by the internal reforming reaction of the formula (1) are guided to the cathode (air electrode) 16 through the electrolyte membrane 17. Air is supplied to the cathode (air electrode) 16 as an oxidant. Electrons (e ) and protons (H + ) reaching the cathode (air electrode) 16 cause a reaction shown in the following formula (2) with oxygen in the air in the cathode catalyst layer 14, and accompanying this power generation reaction, Water is produced.
(3/2) O 2 + 6e + 6H + → 3H 2 O Formula (2)

なお、この式(2)に示す反応によって発生した熱の一部は、蓄熱部材60に蓄熱される。また、蓄熱部材60からの熱の移動は、熱伝導部材65を介して行われる。この熱の移動において、熱伝導部材65によって平面方向に均一な温度分布が得られる。これによって、燃料電池1の温度の大きな変動や、燃料電池1の急激な温度上昇、特に、カソード(空気極)16側における急激な温度上昇を抑制することができ、温度分布の均一化を図ることができる。さらに、燃料電池1の出力密度の大きな変動が抑制され、安定した出力を維持することができる。   A part of the heat generated by the reaction shown in the formula (2) is stored in the heat storage member 60. Further, the heat transfer from the heat storage member 60 is performed via the heat conducting member 65. In this heat transfer, a uniform temperature distribution in the plane direction is obtained by the heat conducting member 65. As a result, a large fluctuation in the temperature of the fuel cell 1 and a rapid temperature increase of the fuel cell 1, particularly a rapid temperature increase on the cathode (air electrode) 16 side can be suppressed, and the temperature distribution can be made uniform. be able to. Furthermore, large fluctuations in the output density of the fuel cell 1 are suppressed, and a stable output can be maintained.

このように燃料電池1では、上記した内部改質反応が円滑に行なわれ、高出力で安定した出力が得られる。   Thus, in the fuel cell 1, the internal reforming reaction described above is performed smoothly, and a high output and a stable output can be obtained.

上記した本発明に係る一実施の形態の燃料電池1によれば、蓄熱部材60、80と、この蓄熱部材60、80に積層して配置され、平面方向の熱伝導率が蓄熱部材60、80の平面方向の熱伝導率よりも高く、平面方向の熱伝導率が厚さ方向の熱伝導率よりも高い熱伝導部材65、85を設けることで、平面方向に熱の移動が均等に行われ、平面方向に均一な温度分布を得ることができる。これによって、燃料電池1の温度の大きな変動や、燃料電池の急激な温度上昇、特に、カソード(空気極)16側における急激な温度上昇を抑制することができ、温度分布の均一化を図ることができる。さらに、燃料電池1の出力密度の大きな変動が抑制され、安定した出力を維持することができる。また、熱の管理を適確に行って燃料電池1の急激な温度上昇を抑制することで、使用時における安全性を向上させることができる。   According to the fuel cell 1 of the embodiment according to the present invention described above, the heat storage members 60 and 80 and the heat storage members 60 and 80 are laminated and disposed, and the thermal conductivity in the plane direction is the heat storage members 60 and 80. By providing the heat conductive members 65 and 85 having a higher thermal conductivity in the plane direction and higher in the plane direction than the thermal conductivity in the thickness direction, heat can be evenly transferred in the plane direction. A uniform temperature distribution in the plane direction can be obtained. As a result, large fluctuations in the temperature of the fuel cell 1 and rapid increase in the temperature of the fuel cell, particularly a rapid increase in temperature on the cathode (air electrode) 16 side, can be suppressed, and the temperature distribution can be made uniform. Can do. Furthermore, large fluctuations in the output density of the fuel cell 1 are suppressed, and a stable output can be maintained. Moreover, the safety | security at the time of use can be improved by managing a heat | fever correctly and suppressing the rapid temperature rise of the fuel cell 1. FIG.

また、燃料供給部本体42の周囲を覆うように蓄熱部材80および熱伝導部材85を設けることで、吸熱反応であるアノード(燃料極)13における反応を、蓄熱部材80が保温した熱で促進することができるとともに、温度分布の均一化を図ることができる。これによっても、安定した発電反応を維持することが可能となる。   Further, by providing the heat storage member 80 and the heat conduction member 85 so as to cover the periphery of the fuel supply unit main body 42, the reaction at the anode (fuel electrode) 13 that is an endothermic reaction is promoted by the heat retained by the heat storage member 80. In addition, the temperature distribution can be made uniform. This also makes it possible to maintain a stable power generation reaction.

例えば、携帯機器に内蔵されることを想定した小型の燃料電池においては、冷却にフィンやファンを取り付けることが難しく、一方で、熱源としてのヒータを取り付ける場合には、ヒータに電力を供給することによる出力の低下が問題となる。しかしながら、本発明に係る燃料電池1では、蓄熱部材60、80と、この蓄熱部材60、80に積層して配置され、平面方向の熱伝導率が蓄熱部材60、80の平面方向の熱伝導率よりも高く、平面方向の熱伝導率が厚さ方向の熱伝導率よりも高い熱伝導部材65、85を備えることで、上記したフィンやヒータ等を設けずに、熱の管理を適確に行うことができるとともに、安定した出力を維持することができる。   For example, in a small fuel cell that is assumed to be built in a portable device, it is difficult to mount fins or fans for cooling. On the other hand, when a heater as a heat source is installed, power is supplied to the heater. Decrease in output due to is a problem. However, in the fuel cell 1 according to the present invention, the heat storage members 60 and 80 and the heat storage members 60 and 80 are stacked and disposed, and the thermal conductivity in the planar direction is the thermal conductivity in the planar direction of the heat storage members 60 and 80. By providing the heat conductive members 65 and 85 having a higher thermal conductivity in the plane direction and higher than the thermal conductivity in the thickness direction, it is possible to appropriately manage heat without providing the fins and heaters described above. It can be performed and a stable output can be maintained.

次に、本発明に係る燃料電池が優れた出力特性、温度特性および温度均一性を有することを実施例1および比較例1に基づいて説明する。   Next, it will be described based on Example 1 and Comparative Example 1 that the fuel cell according to the present invention has excellent output characteristics, temperature characteristics, and temperature uniformity.

(実施例1)
実施例1で使用した燃料電池は、図2に示した燃料電池1において、蓄熱部材80および熱伝導部材85を設けない構成としたものであるので、図2を参照して説明する。
Example 1
The fuel cell used in Example 1 has a configuration in which the heat storage member 80 and the heat conduction member 85 are not provided in the fuel cell 1 shown in FIG. 2, and will be described with reference to FIG.

まず、燃料電池セル10の作製方法について説明する。   First, a method for producing the fuel battery cell 10 will be described.

アノード用触媒粒子(Pt:Ru=1:1)を担持したカーボンブラックに、プロトン伝導性樹脂としてパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と、分散媒として水およびメトキシプロパノールを添加し、アノード用触媒粒子を担持したカーボンブラックを分散させてペーストを調製した。得られたペーストをアノードガス拡散層12としての多孔質カーボンペーパ(40mm×30mmの長方形)に塗布することにより、厚さが100μmのアノード触媒層11を得た。   To the carbon black supporting the anode catalyst particles (Pt: Ru = 1: 1), a perfluorocarbon sulfonic acid solution as a proton conductive resin and water and methoxypropanol as a dispersion medium were added to support the anode catalyst particles. A paste was prepared by dispersing carbon black. The obtained paste was applied to porous carbon paper (40 mm × 30 mm rectangle) as the anode gas diffusion layer 12 to obtain an anode catalyst layer 11 having a thickness of 100 μm.

カソード用触媒粒子(Pt)を担持したカーボンブラックに、プロトン伝導性樹脂としてパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と、分散媒として水およびメトキシプロパノールを添加し、カソード用触媒粒子を担持したカーボンブラックを分散させてペーストを調製した。得られたペーストをカソードガス拡散層15としての多孔質カーボンペーパに塗布することにより、厚さが100μmのカソード触媒層14を得た。なお、アノードガス拡散層12と、カソードガス拡散層15とは、同形同大であり、これらのガス拡散層に塗布されたアノード触媒層11およびカソード触媒層14も同形同大である。   To the carbon black supporting the catalyst particles for cathode (Pt), a perfluorocarbon sulfonic acid solution as a proton conductive resin and water and methoxypropanol as a dispersion medium are added to disperse the carbon black supporting the catalyst particles for cathode. A paste was prepared. The obtained paste was applied to porous carbon paper as the cathode gas diffusion layer 15 to obtain a cathode catalyst layer 14 having a thickness of 100 μm. The anode gas diffusion layer 12 and the cathode gas diffusion layer 15 have the same shape and size, and the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14 applied to these gas diffusion layers have the same shape and size.

上記したように作製したアノード触媒層11とカソード触媒層14との間に、電解質膜17として厚さが30μmで、含水率が10〜20重量%のパーフルオロカーボンスルホン酸膜(商品名:nafion膜、デュポン社製)を配置し、アノード触媒層11とカソード触媒層14とが対向するように位置を合わせた状態でホットプレスを施すことにより、燃料電池セル10を得た。   A perfluorocarbon sulfonic acid membrane (trade name: nafion membrane) having a thickness of 30 μm and a water content of 10 to 20% by weight as the electrolyte membrane 17 between the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14 produced as described above. The fuel cell 10 was obtained by performing hot pressing in a state where the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14 face each other.

続いて、この燃料電池セル10を、複数の開孔を有する金箔で挟み、アノード導電層18およびカソード導電層19を形成した。なお、電解質膜17とアノード導電層18との間、電解質膜17とカソード導電層19との間には、それぞれゴム製のOリング20を挟持してシールを施した。   Subsequently, the fuel battery cell 10 was sandwiched between gold foils having a plurality of openings to form an anode conductive layer 18 and a cathode conductive layer 19. A rubber O-ring 20 was sandwiched between the electrolyte membrane 17 and the anode conductive layer 18 and between the electrolyte membrane 17 and the cathode conductive layer 19 for sealing.

また、保湿層50として、厚さが500μmで、透気度が2秒/100cm(JIS P−8117に規定の測定方法による)で、透湿度が4000g/(m・24h)(JIS L−1099 A−1に規定の測定方法による)のポリエチレン製多孔質フィルムを用いた。 Further, as the moisture retaining layer 50, the thickness is 500 μm, the air permeability is 2 seconds / 100 cm 3 (according to the measurement method specified in JIS P-8117), and the moisture permeability is 4000 g / (m 2 · 24 h) (JIS L -1099 A-1 polyethylene porous film (by the measurement method specified in A-1) was used.

この保湿層50の上に、蓄熱部材60として、マイクロカプセル化された有機系蓄熱材料を樹脂に混合した、相変化温度が58℃で厚さが1mmの蓄熱シート(サーモメモリ;三菱製紙株式会社製)を設置した。この蓄熱シートの平面方向の熱伝導率は、0.3W/m・Kであった。   A heat storage sheet (thermomemory; Mitsubishi Paper Industries Co., Ltd.) having a phase change temperature of 58 ° C. and a thickness of 1 mm, in which a microencapsulated organic heat storage material is mixed with a resin as the heat storage member 60 on the moisture retaining layer 50. Made). The thermal conductivity in the planar direction of this heat storage sheet was 0.3 W / m · K.

この蓄熱部材60上に、熱伝導部材65として、平面方向の熱伝導率が240W/m・K、厚さ方向の熱伝導率が7W/m・Kである厚さが0.25mmのグラファイトシート(710A;大塚電機株式会社製)を設置した。このグラファイトシートにおける熱伝導率比は7/240となる。   On this heat storage member 60, a graphite sheet having a thickness of 0.25 mm having a thermal conductivity of 240 W / m · K in the plane direction and a thermal conductivity of 7 W / m · K in the thickness direction as the heat conducting member 65. (710A; manufactured by Otsuka Electric Co., Ltd.) was installed. The thermal conductivity ratio in this graphite sheet is 7/240.

ここで、蓄熱部材60である蓄熱シートおよび熱伝導部材65であるグラファイトシートの熱伝導率は、平面方向はAngstrom法を用い、厚さ方向は定常法を用いて測定した。   Here, the thermal conductivity of the heat storage sheet as the heat storage member 60 and the graphite sheet as the heat conduction member 65 was measured using the Angstrom method in the plane direction and the steady method in the thickness direction.

なお、蓄熱部材60である蓄熱シートおよび熱伝導部材65であるグラファイトシートに、空気取り入れのための空気導入口(直径3.6mmの円形、口数35個)を形成した。また、蓄熱シートとグラファイトシートを、蓄熱シートが燃料電池セル10側に、グラファイトシートが表面カバー70側になるように設置した。   Note that air intake ports (a circular shape having a diameter of 3.6 mm and 35 units) were formed in the heat storage sheet as the heat storage member 60 and the graphite sheet as the heat conduction member 65. Further, the heat storage sheet and the graphite sheet were installed such that the heat storage sheet was on the fuel cell 10 side and the graphite sheet was on the surface cover 70 side.

熱伝導部材65の上には、表面カバー70として、空気取り入れのための空気導入口71(直径3.6mmの円形、口数35個)が形成された厚さが1mmのステンレス板(SUS304)を設置した。   On the heat conducting member 65, a stainless steel plate (SUS304) having a thickness of 1 mm formed with air inlets 71 (circular with a diameter of 3.6 mm, 35 holes) for air intake is formed as a surface cover 70. installed.

上記したように作製された燃料電池セル10を用いて、燃料電池1を作製した。液体燃料Fとして、純度99.9重量%の純メタノールを使用し、ポンプ90によって純メタノールを燃料供給部43に供給した。保湿層50のカソード(空気極)側の直下で、カソード導電層19を構成する金箔の表面温度が45℃より高温となったときにはポンプ90を停止し、45℃以下ではポンプ90を作動した。   The fuel cell 1 was produced using the fuel cell 10 produced as described above. Pure liquid having a purity of 99.9 wt% was used as the liquid fuel F, and pure methanol was supplied to the fuel supply unit 43 by the pump 90. The pump 90 was stopped when the surface temperature of the gold foil constituting the cathode conductive layer 19 was higher than 45 ° C. immediately below the cathode (air electrode) side of the moisture retention layer 50, and the pump 90 was operated when the temperature was 45 ° C. or lower.

そして、温度が25℃、相対湿度が50%の環境の下、燃料電池1の出力電圧が0.3Vで一定になるように燃料電池1を作動させた。   The fuel cell 1 was operated so that the output voltage of the fuel cell 1 was constant at 0.3 V under an environment where the temperature was 25 ° C. and the relative humidity was 50%.

上記した条件の下、保湿層50のカソード(空気極)側の直下で、カソード導電層19を構成する金箔の表面であり、電極全体の中心部にあたる長辺方向に20mm、短辺方向に15mmの位置の温度の時間的変化を計測した。なお、温度は、カソード導電層19を構成する金箔の表面に熱電対を直接貼り付けることによって計測された。   Under the conditions described above, the surface of the gold foil constituting the cathode conductive layer 19 immediately below the moisturizing layer 50 on the cathode (air electrode) side, 20 mm in the long side direction corresponding to the center of the entire electrode, and 15 mm in the short side direction. The time change of the temperature at the position of was measured. The temperature was measured by directly attaching a thermocouple to the surface of the gold foil constituting the cathode conductive layer 19.

さらに、燃料電池1の出力密度(mW/cm)の時間的変化を計測した。ここで、燃料電池1の出力密度(mW/cm)とは、燃料電池1に流れる電流密度(発電部の面積1cm当りの電流値(mA/cm))に燃料電池1の出力電圧を乗じたものである。また、発電部の面積とは、アノード触媒層11とカソード触媒層14とが対向している部分の面積である。本実施例では、アノード触媒層11とカソード触媒層14の面積が等しく、かつ完全に対向しているので、発電部の面積はこれらの触媒層の面積に等しい。 Furthermore, the temporal change of the output density (mW / cm 2 ) of the fuel cell 1 was measured. Here, the output density (mW / cm 2 ) of the fuel cell 1 refers to the current density flowing through the fuel cell 1 (current value per 1 cm 2 area (mA / cm 2 ) of the power generation unit) and the output voltage of the fuel cell 1. Multiplied by. Further, the area of the power generation unit is the area of the portion where the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14 face each other. In this embodiment, since the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14 have the same area and are completely opposed to each other, the area of the power generation unit is equal to the area of these catalyst layers.

また、上記した温度の時間的変化を計測において、温度の変化が安定した状態における表面カバー70の表面の温度分布を計測した。この温度分布の計測では、表面カバー70の表面の9箇所の温度を計測した。なお、温度は、表面カバー70の表面に熱電対を直接貼り付けることによって計測された。   Moreover, in measuring the above-described temporal change in temperature, the temperature distribution on the surface of the surface cover 70 in a state where the change in temperature was stable was measured. In the measurement of the temperature distribution, nine temperatures on the surface of the surface cover 70 were measured. The temperature was measured by directly attaching a thermocouple to the surface of the front cover 70.

図3は、実施例1における、上記した温度および出力密度の時間的変化の計測結果を示す図である。また、図4は、実施例1における、表面カバー70の表面の温度分布の計測結果を示す図である。   FIG. 3 is a diagram illustrating measurement results of the temporal change in temperature and output density described above in Example 1. FIG. 4 is a diagram illustrating a measurement result of the temperature distribution on the surface of the front cover 70 in the first embodiment.

(比較例1)
比較例1では、熱伝導部材65を設けない以外は、実施例1で使用した燃料電池1と同じ構成とした。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, the configuration was the same as that of the fuel cell 1 used in Example 1 except that the heat conducting member 65 was not provided.

この構成を備える燃料電池1を用いて、実施例1における、温度および出力密度の時間的変化、表面カバー70の表面の温度分布の計測条件および計測方法と同じ計測条件および計測方法で、温度および出力密度の時間的変化、表面カバー70の表面の温度分布を計測した。   Using the fuel cell 1 having this configuration, the temperature and the power density in Example 1 with the same measurement conditions and measurement method as the measurement conditions and the measurement method of the temperature distribution of the surface of the surface cover 70 and the temperature The change in power density with time and the temperature distribution on the surface of the surface cover 70 were measured.

図5は、比較例1における、上記した温度および出力密度の時間的変化の計測結果を示す図である。また、図6は、比較例1における、表面カバー70の表面の温度分布の計測結果を示す図である。   FIG. 5 is a diagram illustrating measurement results of the temporal change in temperature and output density described above in Comparative Example 1. FIG. 6 is a diagram showing the measurement result of the temperature distribution on the surface of the front cover 70 in the first comparative example.

(実施例1および比較例1のまとめ)
図3および図5に示すように、熱伝導部材65を備える、実施例1における燃料電池の温度および出力密度の時間的な変動は、熱伝導部材65を備えない、比較例1における燃料電池の温度および出力密度の時間的な変動よりも小さいことがわかった。この結果から、熱伝導部材65を備えることで、燃料電池における温度変動や発電状態が安定し、一定の出力密度が得られることがわかった。
(Summary of Example 1 and Comparative Example 1)
As shown in FIG. 3 and FIG. 5, the temporal variation of the temperature and the output density of the fuel cell in Example 1 including the heat conducting member 65 does not include the heat conducting member 65. It was found to be smaller than the temporal variation of temperature and power density. From this result, it was found that by providing the heat conducting member 65, the temperature fluctuation and power generation state in the fuel cell are stabilized, and a constant output density can be obtained.

また、図4および図6に示すように、熱伝導部材65を備える、実施例1における表面カバー70の表面の温度分布は、熱伝導部材65を備えない、比較例1における表面カバー70の表面の温度分布よりも小さい、すなわち均一であることがわかった。この結果から、熱伝導部材65を備えることで、温度分布の均一化を図ることができることがわかった。   Further, as shown in FIGS. 4 and 6, the temperature distribution of the surface of the surface cover 70 in Example 1 that includes the heat conducting member 65 is the surface of the surface cover 70 in Comparative Example 1 that does not include the heat conducting member 65. It was found to be smaller than the temperature distribution of From this result, it was found that by providing the heat conducting member 65, the temperature distribution can be made uniform.

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、燃料電池セルに供給される燃料の全てが液体燃料の蒸気、すべてが液体燃料、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. Further, the specific configuration of the fuel cell, the supply state of the fuel, etc. are not particularly limited. All of the fuel supplied to the fuel cell is liquid fuel vapor, all is liquid fuel, or part is liquid. The present invention can be applied to various forms such as liquid fuel vapor supplied in a state. 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 components shown in the above embodiment, or deleting some components from all the components 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.

本発明に係る一実施形態の燃料電池の構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the fuel cell of one Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る一実施形態の燃料電池において、ポンプ、および燃料供給部本体の周囲に蓄熱部材および熱伝導部材を備えた場合の燃料電池の構成を示す断面図。The fuel cell of one Embodiment concerning this invention WHEREIN: Sectional drawing which shows the structure of a fuel cell at the time of providing the thermal storage member and the heat conduction member around the pump and the fuel supply part main body. 実施例1における、保湿層のカソード(空気極)側の直下で、カソード導電層を構成する金箔の表面であり、電極全体の中心部にあたる長辺方向に20mm、短辺方向に15mmの位置における温度の時間的変化および燃料電池の出力密度の時間的変化の計測結果を示す図。In Example 1, the surface of the gold foil constituting the cathode conductive layer immediately below the cathode (air electrode) side of the moisturizing layer, at a position of 20 mm in the long side direction corresponding to the center of the entire electrode and 15 mm in the short side direction. The figure which shows the measurement result of the time change of temperature, and the time change of the output density of a fuel cell. 実施例1における、表面カバーの表面の温度分布の計測結果を示す図。The figure which shows the measurement result of the temperature distribution of the surface of a surface cover in Example 1. FIG. 比較例1における、保湿層のカソード(空気極)側の直下で、カソード導電層を構成する金箔の表面であり、電極全体の中心部にあたる長辺方向に20mm、短辺方向に15mmの位置における温度の時間的変化および燃料電池の出力密度の時間的変化の計測結果を示す図。In Comparative Example 1, directly below the moisturizing layer on the cathode (air electrode) side, the surface of the gold foil constituting the cathode conductive layer, at a position of 20 mm in the long side direction and 15 mm in the short side direction corresponding to the center of the entire electrode. The figure which shows the measurement result of the time change of temperature, and the time change of the output density of a fuel cell. 比較例1における、表面カバーの表面の温度分布の計測結果を示す図。The figure which shows the measurement result of the temperature distribution of the surface of a surface cover in the comparative example 1.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池、10…燃料電池セル、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、18…アノード導電層、19…カソード導電層、20…Oリング、30…燃料分配層、31…開口部、40…燃料供給機構、41…燃料収容部、42…燃料供給部本体、43…燃料供給部、44…流路、50…保湿層、60、80…蓄熱部材、65、85…熱伝導部材、70…表面カバー、71…空気導入口、F…液体燃料。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell, 10 ... Fuel cell, 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), 17 ... electrolyte membrane, 18 ... anode conductive layer, 19 ... cathode conductive layer, 20 ... O-ring, 30 ... fuel distribution layer, 31 ... opening, 40 ... fuel supply mechanism, 41 ... fuel storage, 42 ... Fuel supply unit main body, 43 ... Fuel supply unit, 44 ... Channel, 50 ... Moisturizing layer, 60, 80 ... Heat storage member, 65, 85 ... Heat conduction member, 70 ... Surface cover, 71 ... Air inlet, F ... Liquid fuel.

Claims (7)

燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極とに挟持さ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燃料極側に配置され、前記燃料極に燃料を供給するための燃料供給機構と、
前記膜電極接合体で発生した熱を潜熱として蓄熱する蓄熱部材と、
前記蓄熱部材に積層して配置され、平面方向の熱伝導率が前記蓄熱部材の平面方向の熱伝導率よりも高い熱伝導部材と
を具備することを特徴とする燃料電池。
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 mechanism disposed on the fuel electrode side of the membrane electrode assembly for supplying fuel to the fuel electrode;
A heat storage member that stores heat generated in the membrane electrode assembly as latent heat; and
A fuel cell comprising: a heat conductive member disposed on the heat storage member and having a thermal conductivity in a planar direction higher than the thermal conductivity in the planar direction of the thermal storage member.
前記熱伝導部材において、平面方向の熱伝導率が厚さ方向の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項1記載の燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein in the heat conducting member, the heat conductivity in the planar direction is higher than the heat conductivity in the thickness direction. 前記蓄熱部材および前記熱伝導部材は、前記空気極側に配置されていることを特徴とする請求項1または2記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the heat storage member and the heat conducting member are disposed on the air electrode side. 前記蓄熱部材および前記熱伝導部材は、前記燃料極側に配置されていることを特徴とする請求項1または2記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the heat storage member and the heat conduction member are disposed on the fuel electrode side. 前記熱伝導部材は、前記蓄熱部材が前記膜電極接合体側となるように前記蓄熱部材に積層して配置されていることを特徴とする請求項3または4記載の燃料電池。   5. The fuel cell according to claim 3, wherein the heat conducting member is laminated on the heat storage member so that the heat storage member is on the membrane electrode assembly side. 前記熱伝導部材が、グラファイトシートであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の燃料電池。   6. The fuel cell according to claim 1, wherein the heat conducting member is a graphite sheet. 前記燃料における燃料濃度が60重量%以上であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載の燃料電池。   The fuel cell according to any one of claims 1 to 6, wherein the fuel concentration in the fuel is 60% by weight or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2015033691A1 (en) * 2013-09-05 2015-03-12 株式会社村田製作所 Cooling device

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