JP4060296B2 - 直接メタノール燃料電池用燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は直接メタノール燃料電池用燃料供給装置に関する。

最近、ノート型パソコン、ＰＤＡ、モバイルホンなどのような携帯用装置の使用が一般化するにつれこのような携帯用装置に使われるエネルギー源としての電池に対する関心が高まりつつある。携帯用装置に使われる電池は、携帯用装置の小型化に対応して小型化が求められ、また一回の供給によって電池使用時間が長いことが求められている。このような要求に応じて多様な種類の電池が開発されている。

開発中の電池のうち特に燃料電池は従来の二次電池と比較して単位面積当りエネルギー密度が高くて小型化に有利であり、また一回の充電によって既存の電池より長期間使用できる長所があって燃料電池に対する期待が高い。また、充電方法も移動性を最大限生かせる長所があり、半永久的に使用できて最近の携帯用装置の携帯化傾向、スリム化及び軽量化に大幅に寄与すると期待される環境親和的エネルギー源である。

燃料電池は使われる燃料の種類、運転温度、触媒及び電解質によって区分され、燐酸型燃料電池(Phosphoric Acid Fuel Cell、PAFC)、アルカリ型燃料電池(Alkaline Fuel Cell、 AFC)、高分子電解質型燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell、PCMFC)、溶融炭酸塩型燃料電池(Molten Carbonate Fuel Cell、MCFC)、固体酸化物型燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell、SOFC)、直接メタノール燃料電池(Direct Methanol Fuel Cells、DMFC)などがある。

直接メタノール燃料電池は、常温でエネルギーを発生させるような化学反応が起るという特徴がある。また、直接メタノール燃料電池では、液体燃料から水素が供給されるので、高性能の水素貯蔵装置が別に必要とされないという長所がある。

燃料の再充填はメタノールカプセルを携帯し装着する方法で簡便なので移動性を強化することができる。

直接メタノール燃料電池は、図１に示すように、高分子電解質膜(membrane；水素イオン交換膜)１とその両側に位置するアノード２とカソード３を備える。アノード２では、メタノールと水が反応して水素イオンと電子を生成し、その反応式は
ＣＨ_３ＯＨ ＋ Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２ ＋ ６Ｈ^＋ ＋６ｅ⁻
である。

カソード３では、アノード２で生成された水素イオンが高分子電解質膜１を通して移動して水素イオンと電子が水素と結合して水が生成され、その反応式は
１．５Ｏ_２＋ ６Ｈ^＋ ＋ ６ｅ⁻ → ３Ｈ_２Ｏ
である。
燃料電池における総化学反応は
ＣＨ_３ＯＨ + １．５Ｏ_２ → ＣＯ_２ + Ｈ_２Ｏ 、 Ｅ_０＝ １．１８Ｖ
である。
以上のように直接メタノール燃料電池は、総化学反応で生成されたエネルギーを電気エネルギー（Ｅ_０ ＝ １．１８Ｖ）に転換して携帯用装置に供給する。

エネルギーの発生は上記反応式のようにメタノールの適切な供給を通して得られる水素イオンと空気中の酸素との間の化学反応によって起こるが、必要量の水素を得るためには水と混合されたメタノール（メタノール水溶液）を使う。この場合、高濃度のメタノール水溶液が過多に供給されると余分のメタノール水溶液が反応しないまま燃料電池の高分子電解質膜を通過するようになって(メタノールのクロスオーバ現象)、燃料電池の効率が急激に低下するおそれがある。

また、携帯用装置の作動状態、例えばオンモード、オフモード及び待機モードなどによってエネルギーの発生状態を調節すべきであるが、従来の技術では、エネルギーの発生状態が調節されないので、必要以上に電気エネルギーが発生する傾向がある。このため、電気エネルギーが無駄に発生した分だけ、燃料電池が使用された使用時間が減少するおそれがある。

そこで、本発明は前述したような問題点を解決するために案出されたもので、その目的は、燃料電池の効率の低下を抑えることができるとともに、必要以上に電気エネルギーが発生することを低減することができる直接メタノール燃料電池用燃料供給装置を提供するところにある。

本発明に係る直接メタノール燃料電池用燃料供給装置は、燃料タンクとキャビティ板と薄膜型能動ポンプとノズル板とを含む。燃料タンクには、液体燃料が貯蔵される。キャビティ板には、燃料タンクから移動した液体燃料が貯蔵される。薄膜型能動ポンプは、キャビティ板の下部に接合され、キャビティ板に接合面を介して運動を起す。ノズル板は、キャビティ板の上部に位置され、液体燃料を燃料電池へ噴射する。

この直接メタノール燃料電池用燃料供給装置では、燃料タンクに、液体燃料が貯蔵される。燃料タンクとキャビティ板とが多孔性媒質でつなげられれば、多孔性媒質における毛細管現象を利用して、燃料タンクからキャビティ板へ液体燃料が供給され得る。キャビティ板に、燃料タンクから供給された液体燃料が貯蔵される。薄膜型能動ポンプが、キャビティ板の下部に接合され、キャビティ板に接合面を介して運動を起す。ノズル板が、キャビティ板の上部に位置しており、液体燃料を噴射する。ノズル板にノズルを形成すれば、薄膜型能動ポンプがキャビティ板に運動を起すことにより、液体燃料がキャビティ板からノズル板のノズルに供給され、液体燃料がノズル板のノズルから燃料電池へ噴射されるようにすることができる。さらに、薄膜型能動ポンプの運動量を一定量に制御することができれば、接合面を介して薄膜型能動ポンプからキャビティ板へ伝達する運動量も制御することができるので、キャビティ板の運動量も一定量に制御することができる。あるいは、薄膜型能動ポンプの運動量を携帯用装置の使用モードに応じて制御することができれば、接合面を介して薄膜型能動ポンプからキャビティ板へ伝達する運動量も制御することができるので、キャビティ板の運動量も携帯用装置の使用モードに応じて制御することができる。

したがって、キャビティ板の運動量も一定量に制御することができるので、高濃度のメタノール水溶液が燃料電池へ過多に供給されることを低減することができるため、燃料電池の効率の低下を抑えることができる。また、キャビティ板の運動量も携帯用装置の使用モードに応じて制御することができるので、電気エネルギーが無駄に発生することを低減することができるため、必要以上に電気エネルギーが発生することを低減することができる。

本発明に係る直接メタノール燃料電池用燃料供給装置では、キャビティ板の運動量も一定量に制御することができるので、高濃度のメタノール水溶液が燃料電池へ過多に供給されることを低減することができるため、燃料電池の効率の低下を抑えることができる。また、キャビティ板の運動量も携帯用装置の使用モードに応じて制御することができるので、電気エネルギーが無駄に発生することを低減することができるため、必要以上に電気エネルギーが発生することを低減することができる。

各図面において、同一な構成要素を示すのは同一な符号を使って示した。

図２Ａは本発明に係る直接メタノール燃料電池用液体燃料供給装置（以下、燃料供給装置とする）１０の一実施例を示した図であり、図２Ｂは図２ＡのI-I線の断面図である。

図２Ａ及び図２Ｂにおいて、本発明の燃料供給装置１０は、燃料タンク１００、キャビティ板２００、薄膜型能動ポンプ３００及びノズル板４００を含む。燃料タンク１００の上部にはキャビティ板２００が形成され、燃料タンク１００とキャビティ板２００との間には薄膜型能動ポンプ３００が接合され形成されている。キャビティ板２００の上部にノズル板４００が形成されている。

燃料タンク１００は燃料タンク本体１２０(図３Ａ〜図３Ｃ参照)とその内部に位置する多孔性媒質１１０を含む。多孔性媒質１１０は、燃料タンク１００内に貯蔵されている液体燃料を吸収して上部に供給する。多孔性媒質１１０の両端はキャビティ板２００と結合しているが、この多孔性媒質１１０に吸収され上部に供給された液体燃料は、多孔性媒質１１０が結合しているキャビティ板２００に供給され貯蔵される。

キャビティ板２００は、その下部に接合されている薄膜型能動ポンプ３００の運動に影響され上下運動を行なう。キャビティ板２００は、上下運動を行うによって、貯蔵している液体燃料を上部に供給する。

キャビティ板２００の上部には、ノズル板４００が位置している。キャビティ板２００から上部に移動された液体燃料は、ノズル板４００を介して、ノズル板４００の上部に噴射される。

図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは図２Ａの燃料タンク１００の相異なる実施例を示す断面図である。

図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃを参照すると、次のことが分かる。燃料タンク１００は、燃料タンク本体１２０と多孔性媒質１１０とを含む。多孔性媒質１１０は、図３Ａに示すように、燃料タンク本体１２０の内壁に沿って形成することが可能である。あるいは、図３Ｂに示すように、燃料タンク本体１２０の向かい合う内壁に沿って二枚の板で形成することが可能である。あるいは、図３Ｃに示すように、燃料タンク本体１２０の内部を全て充填する構造で形成されることも可能である。その他、燃料タンク本体１２０に貯蔵された液体燃料を吸収することが可能であれば、多様な形状で形成することが可能である。

特に、図２Ｂに示す燃料タンク１００は、キャビティ板２００と着脱自在な構造で構成することが可能である。多孔性媒質１１０の両端は、キャビティ板２００の燃料供給口２３０(図４Ａ，図４Ｂ参照)に挿入して連結される。多孔性媒質１１０の両端を介して燃料タンク１００とキャビティ板２００とが着脱可能なように形成することが可能である。

図３Ａ〜図３Ｃに示す燃料タンク１００内の貯蔵された液体燃料を全て使い切った場合、燃料タンク１００をキャビティ板２００から取り外して外部の液体燃料を燃料タンク１００に再充填させた後再びキャビティ板２００に取り付けて使用することが可能である。これにより、燃料の再供給が可能であり、燃料供給装置１０を半永久的に使用できる。

多孔性媒質１１０は、発泡体、束化繊維、マット化繊維、織造繊維、不織繊維または無機質多孔性材料などで形成できるが、これらに限られない。多孔性媒質１１０の数多くの微細な孔で毛細管力が働くので、この毛細管力によって多孔性媒質１１０に燃料タンク１２０内に貯蔵された液体燃料が吸収される。多孔性媒質１１０は燃料タンク１２０の上部に拡張され燃料供給口２３０(図４Ａ，図４Ｂ参照)を通してキャビティ板２００に連結され、この多孔性媒質１１０を移動通路にして液体燃料が供給される。図４Ａ及び図４Ｂは図２Ａのキャビティ板２００の相異なる実施例を示す平面図である。

図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、次のことが分かる。キャビティ板２００は、キャビティ２１０、燃料供給口２３０、及びこの燃料供給口２３０で毛細管力により液体燃料を吸い込んでキャビティ２１０に移動させるマイクロチャネル２２０を含む。キャビティ２１０には、液体燃料が貯蔵される。燃料供給口２３０には、燃料タンク１００の多孔性媒質１１０（図２Ｂ参照）が挿入され、多孔性媒質１１０（図２Ｂ参照）から液体燃料が供給される。図面の矢印（白抜きでない矢印）はマイクロチャネル２２０を通して燃料が移動する方向を示している。

燃料供給口２３０は、多孔性媒質１１０（図２Ｂ参照）が挿入され液体燃料が供給されうるよう上下が開放された形態に形成されている。図４ＡのII-II線の拡大断面図及び図４ＢのIV-IV線の拡大断面図により、燃料供給口２３０とキャビティ２１０とを示す。燃料タンク１００（図２Ｂ参照）の内部から多孔性媒質１１０を介して供給された液体燃料は、燃料供給口２３０を通してキャビティ板２００に流れ込む。

燃料供給口２３０はマイクロチャネル２２０と連結されている。図４ＡのIII-III線の拡大断面図及び図４ＢのV-V線の拡大断面図により、燃料供給口２３０とマイクロチャネル２２０とキャビティ２１０との連結関係を示す。マイクロチャネル２２０は、微細な通路として形成され、燃料供給路として働く。マイクロチャネル２２０は、幅が極めて微細なので、多孔性媒質１１０と同様に毛細管力が働き、燃料供給口２３０に供給された液体燃料を吸い込む。マイクロチャネル２２０はキャビティ２１０と連結されているので、マイクロチャネル２２０を通して吸い込まれた液体燃料はキャビティ２１０に貯蔵される。一方、マイクロチャネル２２０は、キャビティ２１０に貯蔵された液体燃料が再び燃料供給口２３０に逆流することを防止する役割も果たす。

キャビティ２１０の内部は、燃料供給口２３０の圧力に対して負圧で形成されることが好ましい。キャビティ２１０の内部が負圧で形成される場合、キャビティ２１０の内部に貯蔵された液体燃料が再び燃料供給口２３０に逆流することを防止することが可能である。

燃料供給装置１０に接続される燃料電池６００（図７参照）の高分子電解質膜６０１（図７参照）の配列によって、キャビティ２１０の形態と数が決定される。各高分子電解質膜６０１（図７参照）に対応する位置に高分子電解質膜６０１（図７参照）の配列と同様な形態でキャビティ２１０を形成して燃料電池６００（図７参照）に液体燃料を容易に供給することが望ましい。これにより、液体燃料が燃料供給装置１０及び燃料電池６００の外部に漏れることを防止することが可能である。従って、燃料供給装置１０に接続される燃料電池６００（図７参照）の高分子電解質膜６０１（図７参照）の配列の形態によって、キャビティ２１０の多様な実施形態が可能である。また、図４Ａに示したキャビティ板２００は、隣接するキャビティ２１０の間に壁が形成されている実施例を示したものである。図４Ｂに示したキャビティ板２００は、隣接したキャビティ２１０の間にマイクロチャネル２２０が複数形成された実施例を示している。隣接したキャビティ２１０の間に形成されたマイクロチャネル２２０は、燃料供給部２３０に連結されたマイクロチャネル２２０と同様に形成され、端部のキャビティ２１０に貯蔵された液体燃料を毛細管力で吸い込んで内部のキャビティ２１０に移動させる。

図４Ａ及び図４Ｂに示すキャビティ２１０は、製造の容易性、携帯用装置に要求される仕様などによって必要な変形を加えて製造することが可能である。

図４Ａ及び図４Ｂに示すキャビティ板２００の下部には、図２Ｂに示す薄膜型能動ポンプ３００が接合され形成されている。この薄膜型能動ポンプ３００（図２Ｂ参照）は、制御回路（図示せず）に連結されている。制御回路（図示せず）は、燃料供給装置１０が備えられる携帯用装置に含まれており、薄膜型能動ポンプ３００（図２Ｂ参照）を制御する。携帯用装置は、使用状態によってオン(on)モード、オフ(off)モードまたは待機(standby)モードに区分されるので、使用状態（使用モード）によって燃料電池６００（図７参照）に供給される液体燃料の量が調節される必要がある。

携帯用装置がオンモードの場合は液体燃料の供給が円滑になされるべきなので、キャビティ２１０からノズル４１０（図５Ａ，図５Ｂ参照）を通して燃料電池６００（図７参照）に供給される液体燃料の供給速度を早くする必要がある。一方、携帯用装置がオフモードの場合は燃料の供給が抑制されるべきであるので、キャビティ２１０からノズル４１０（図５Ａ，図５Ｂ参照）を通して燃料電池６００（図７参照）に供給される液体燃料の供給速度を抑える必要がある。携帯用装置が待機モードの場合は液体燃料の供給量をオフモードのときとオンモードのときとの間の量にすべきであるので、キャビティ２１０からノズル４１０（図５Ａ，図５Ｂ参照）を通して燃料電池６００（図７参照）に供給される液体燃料の供給速度を、オフモードの速度とオンモードの速度との間にする必要がある。

携帯用装置のモード信号は、制御回路（図示せず）から薄膜型能動ポンプ３００（図２Ｂ参照）に供給される。携帯用装置のモード信号に応じて薄膜型能動ポンプ３００（図２Ｂ参照）の運動量が予め決められており（例えば、オンモードの運動量＞待機モードの運動量＞オフモードの運動量）、携帯用装置のモード信号は、その運動量となるような制御信号である。薄膜型能動ポンプ３００（図２Ｂ参照）が受け取ったモード信号がオンモードの信号である場合は、薄膜型能動ポンプ３００（図２Ｂ参照）がオンモードの運動に設定されている横方向または縦方向に振動する運動を行なう。一方、薄膜型能動ポンプ３００（図２Ｂ参照）が受け取ったモード信号が待機モードの信号である場合は、待機モードの運動に設定されている横方向または縦方向に振動する運動を行なう。

薄膜型能動ポンプ３００（図２Ｂ参照）が横方向または縦方向の運動を行なうことによって、薄膜型能動ポンプ３００（図２Ｂ参照）が接合されているキャビティ板２００は縦方向運動、すなわち上下方向に振動する運動を行なう。キャビティ板２００の縦方向運動によりキャビティ２１０に貯蔵された液体燃料がノズル４１０（図５Ａ，図５Ｂ参照）を介してノズル板４００（図７参照）の上部に存する燃料電池６００（図７参照）に噴射される。

図４Ａ，図４Ｂに示すキャビティ板２００の縦方向運動時キャビティ２１０から噴射される液体燃料の分量を予め設定することによって、携帯用装置の使用モードに対して適正な分量の液体燃料を燃料電池６００（図７参照）へ供給することが可能である。すなわち、携帯用装置のモード信号を受け取った薄膜型能動ポンプ３００（図７参照）がそのモード信号に設定された横方向運動または縦方向運動を行ない、薄膜型能動ポンプ３００（図７参照）の横方向運動または縦方向運動によってキャビティ板２００の縦方向運動が行なわれ、キャビティ板２００の縦方向運動によってキャビティ２１０に貯蔵されていた液体燃料が噴射されるため、携帯用装置のモード信号に応じて液体燃料の噴射量を調節することが可能になる。

図４Ａ，図４Ｂに示すキャビティ２１０から一定分量の液体燃料が噴射されると、キャビティ２１０内部の圧力が低くなるので、多孔性媒質１１０（図２Ｂ参照）を介して燃料供給口２３０に供給された液体燃料は、燃料供給口２３０に連結されたマイクロチャネル２２０を介してキャビティ２１０へ移動する。このようにして、液体燃料が再びキャビティ２１０に供給される。

一方、携帯用装置がオフモードの場合は薄膜型能動ポンプ３００（図２Ｂ参照）が運動しないので、キャビティ板２００も運動しない。しかし、多孔性媒質１１０（図２Ｂ参照）とマイクロチャネル２２０とを介して吸い込まれた液体燃料は引き続きキャビティに移動するので、キャビティ２１０は常にほとんど一定量の液体燃料が貯蔵されていることになる。このキャビティ２１０の内部に貯蔵された液体燃料は、ノズル４１０（図５Ａ，図５Ｂ参照）を介して低速で引き続き噴射され燃料電池６００（図７参照）に供給されるため、携帯用装置がオフモードの場合でも液体燃料の供給は中断されない。液体燃料の供給が中断される場合は燃料電池６００（図７参照）の高分子電解質膜６０１（図７参照）が乾燥するので、燃料電池６００（図７参照）の内部に問題が発生する恐れがある。従って、燃料供給装置１０は常時燃料電池６００（図７参照）に液体燃料を供給する必要がある。

図５Ａ及び図５Ｂは図２Ａのノズル板４００の相異なる実施例を示す平面図である。

図５Ａ及び図５Ｂに示されたノズル板４００は、集電部４３０と、集電部４３０上に形成された複数のノズル４１０と、複数のチャネル４２０とを含む。

図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、次のことが分かる。集電部４３０は、ノズル板４００の上部に位置する燃料電池６００（図７参照）の位置とノズル板４００の下部に置かれるキャビティ板２００（図７参照）のキャビティ２１０（図４Ａ，図４Ｂ参照）の位置に対応する位置に形成される。集電部４３０は、ノズル板４００の上部の燃料電池６００（図７参照）で化学反応によって発生する電流を集める。従って、集電部４３０は伝導性のある金属をコーティングして形成される。

ノズル板４００の所定位置に集電部４３０を先に形成してから、ノズル板の下部に存するキャビティの位置に対応する所定の位置にノズル４１０を形成する。ノズル４１０の形成にはエッチングなどの公知の方法が用いられる。キャビティ板２００の燃料供給口２３０（図４Ａ，図４Ｂ参照）の長手方向に沿って複数のノズル４１０を形成し、各ノズル４１０の列を略平行に形成する。

ノズル４１０は、その下部に存するキャビティ２１０（図４Ａ，図４Ｂ参照）から移動された液体燃料を上部の燃料電池６００（図７参照）に供給するための通路として働く。ノズル４１０の構造によって液体燃料は一定した速度及び分量で均一に燃料電池６００（図７参照）に供給される。ノズル４１０は、上下部の内径が同一な形態としてもよいが、上部に行くほど内径が狭くなる形態にすることにより燃料電池６００（図７参照）からノズル板４００へ液体燃料が逆流することを防止することが可能である。従って、一応噴射された液体燃料は再びノズル４１０を介してキャビティに移動せず、全て燃料電池に移動される。

図５Ａ，図５Ｂに示すノズル４１０の列と略平行にノズル板４００上にチャネル４２０を形成する。チャネル４２０は、上下及びその一端が開放された溝で形成される。チャネル４２０は、ノズル板４００の上部に存する燃料電池６００（図７参照）で行われる化学反応の反応副産物である二酸化炭素と水蒸気が移動してくる箇所である。燃料電池６００（図７参照）で化学反応が行われた後その反応副産物の二酸化炭素と水蒸気とがチャネル４２０を介して除去されるので、燃料電池６００（図７参照）における反応を円滑にすることが可能であり、燃料電池６００（図７参照）の効率を改善することが可能である。二酸化炭素と蒸気とがノズル板４００に移動することもあるが、ノズル４１０の構造的特徴（上部の内径が小さく下部の内径が大きい）のため、反応副産物の二酸化炭素と水蒸気とは、ノズル４１０には吸い込まれずチャネル４２０に移動するようになる。

チャネル４２０は、流入された二酸化炭素と水蒸気とがノズル板４００の側面（図５Ａ，図５Ｂのチャネル４２０の長手方向と垂直な方向であり図面上の上下方向である面）を通して排出されるようその一端はノズル板４００の側面に開放されており、その他端は集電部４３０の連結のために閉鎖されている。チャネル４２０は少なくとも２以上形成され、隣接するチャネル４２０は互いに反対側に（図５Ａ，図５Ｂにおける上下方向に交互に）開放された端を有するよう形成される。

図５ＡのVI-VI線の拡大断面図及び図５ＢのVIII-VIII線の拡大断面図は、ノズル板４００の側断面を通してチャネル４２０を示したものである（ノズル４１０も波線で示されている）。図５ＡのVII-VII線の拡大断面図及び図５ＢのIX-IX線の拡大断面図は、ノズル板４００の一部断面を通してノズル４１０とチャネル４２０とを示したものである。可視化される部分は実線で、可視化されない部分は点線で示してある。VI-VI線の拡大断面図及びVIII-VIII線の拡大断面図のように、隣接するチャネル４２０は、VI-VI線の拡大断面図やVIII-VIII線の拡大断面図に示すように、拡大断面図における手前方向に開放されたものとそうでないものとが反復的に形成されている。

一つの集電部４３０（一体となっている部分）上には、少なくとも１列以上形成されたノズル４１０が少なくとも三つ以上形成される。ここで、ノズル４１０の各列は、ノズル４１０が所定間隔で連なったものである。ノズル４１０の列と隣接するノズル４１０の列との間にはチャネル４２０が形成され、隣り合うチャネル４２０は逆方向（図５Ａ，図５Ｂにおける上下方向に）に開放された一端を形成している。従って、集電部４３０の平面上の形状は、ノズル４１０の列とチャネル４２０とが一定したパタンを形成することにより、"己"または連続した"己"形状をなす。これは、集電部４３０は、上部の燃料電池６００（図７参照）で発生する電流を集める箇所であるが、燃料電池６００（図７参照）の電流発生が直流式なので集電部４３０も直流式で形成されるべき（電気的につながっているべき）だからである。

図５Ａを参照すると、次のことが分かる。複数のノズル４１０は一列をなして形成され、ノズル４１０の列と隣り合ってチャネル４２０が形成されている。図５Ｂを参照すると、次のことが分かる。複数のノズル４１０が三列をなして形成され、ノズル４１０の列と隣り合ってチャネル４２０が形成されている。このような集電部４３０のパターンは、製作の容易性や供給する液体燃料の粘度などによって変更が可能であり、示されている以外にも多様な変形実施が可能である。

ノズル板４００のノズル４１０は、下部（図７に示すキャビティ板２００）に存する液体燃料を上部の燃料電池６００（図７参照）に供給する役割を果たし、ノズル板４００のチャネル４２０は上部から流入された二酸化炭素と水蒸気とを除去する役割を果たす。

ノズル板４００のベースとして使用できる材質は制限されない。一方、ノズル板４００にコーティングされる材質は、導電性を有するもの（金属など）であることが必要である。ノズル板４００において金属でコーティングされているが集電部４３０を形成しない部分（図５Ａ，図５Ｂ上の左右端）は、壁として形成され（ノズル４１０が形成されず）、その下部に存するキャビティ板２００のマイクロチャネル２２０（図４Ａ参照）と対応する位置に形成されるので、マイクロチャネル２２０（図４Ａ参照）について蓋として働く。従って、上部が開放されたマイクロチャネル２２０を通して液体燃料が燃料供給装置１０及び燃料電池６００（図７参照）の外部に漏ることをノズル板４００が防止することができる。なお、キャビティ板２００が図４Ｂのような形状をしている場合も、図５Ａ，図５Ｂに示すノズル板４００において金属でコーティングされているが集電部４３０を形成しない部分は、マイクロチャネル２２０（図４Ｂ参照）に対応する部分に形成される。

図５Ａ，図５Ｂに示すノズル板４００のマイクロチャネル２２０（図４Ａ，図４Ｂ参照）に対する蓋の役割にも関わらず、マイクロチャネル２２０（図４Ａ，図４Ｂ参照）の開放された上部に液体燃料が流れてキャビティ板２００とノズル板４００とが接する部位に漏れる恐れがある。これを防止するため、燃料供給装置１０は、キャビティ板２００とノズル板４００との間に補助板５００（図６Ａ，図６Ｂ参照）をさらに含むことが好ましい。

図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、次のことが分かる。補助板５００は、対応するキャビティ２１０（図４Ａ，図４Ｂ参照）部分だけが開放部５１０よりなっており、残りは全て塞がった壁構造で形成されている。補助板５００は、開放部５１０を通してキャビティ２１０（図４Ａ，図４Ｂ参照）に貯蔵された液体燃料が上部に移動すること以外は液体燃料が上部に移動することを防止するので、マイクロチャネル２２０（図４Ａ，図４Ｂ参照）を通した液体燃料の漏れを防止することが可能である。

図７は本発明の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置１０が燃料電池６００と共に使用されることを示す参考図である。

図７を参照すると、次のことが分かる。ノズル板４００の上部に燃料電池６００が取付けられて形成される。燃料電池６００は、アノード６０２，カソード６０３及び高分子電解質膜６０１を含む。多孔性媒質１１０は、燃料タンク１００に貯蔵された液体燃料を吸収し、キャビティ板２００の燃料供給口２３０（図４Ａ，図４Ｂ参照）に挿入して連結されている。この燃料供給口２３０（図４Ａ，図４Ｂ参照）に液体燃料が多孔性媒質１１０を通して供給され、燃料供給口２３０（図４Ａ，図４Ｂ参照）と連結されたマイクロチャネル２２０（図４Ａ，図４Ｂ参照）を介してキャビティ板２００のキャビティ２１０（図４Ａ，図４Ｂ参照）に液体燃料が供給される。

図４Ａ，図４Ｂに示すキャビティ板２００は、下部に接合され携帯用装置のモード信号を受けて振動する薄膜型能動ポンプ３００の横方向運動または縦方向運動によって、縦方向運動を行なう。キャビティ板２００の縦方向運動により、キャビティ２１０に貯蔵された液体燃料がキャビティ２１０からノズル板４００のノズル４１０（図５Ａ，図５Ｂ参照）を介して上部に噴射される。

図４Ａ，図４Ｂに示すキャビティ２１０からノズル板４００のノズル４１０（図５Ａ，図５Ｂ参照）を介して噴射された液体燃料は燃料電池６００（図７参照）に供給される。液体燃料を供給された燃料電池６００（図７参照）では、前述した総化学反応が起るようになる。
総化学反応によって発生した電流（Ｅ_０ ＝ １．１８Ｖに対応する電流）は、図５Ａ，図５Ｂに示すノズル板４００の集電部４３０に集まって携帯用装置に供給される。また、燃料電池６００（図７参照）における総化学反応の反応副産物である二酸化炭素と水蒸気はノズル板４００のチャネル４２０を通して外部に排出される。

これにより液体燃料が必要に応じて能動的に供給されることが可能になり、また燃料電池から発生する反応副産物を早速除去して燃料電池の効率をアップさせられる。
＜本発明の特徴＞
ここでは、図７に示す燃料タンク１００に、液体燃料が貯蔵される。燃料タンク１００とキャビティ板２００とが多孔性媒質１１０でつなげられれば、多孔性媒質１１０における毛細管現象を利用して、燃料タンク１００からキャビティ板２００へ液体燃料が供給され得る。キャビティ板２００に、燃料タンク１００から供給された液体燃料が貯蔵される。薄膜型能動ポンプ３００が、キャビティ板２００の下部に接合され、キャビティ板２００に接合面を介して運動を起す。ノズル板４００が、キャビティ板２００の上部に位置しており、液体燃料を噴射する。ノズル板４００にノズル４１０（図５Ａ，図５Ｂ参照）を形成しているので、薄膜型能動ポンプ３００がキャビティ板２００に運動を起すことにより、液体燃料がキャビティ板２００からノズル板４００のノズル４１０（図５Ａ，図５Ｂ参照）に供給され、液体燃料がノズル板４００のノズル４１０（図５Ａ，図５Ｂ参照）から燃料電池６００へ噴射されるようにすることが可能である。さらに、薄膜型能動ポンプ３００の運動量を一定量に制御することが可能であり、接合面を介して薄膜型能動ポンプ３００からキャビティ板２００へ伝達する運動量も制御することが可能であるので、キャビティ板２００の運動量も一定量に制御することが可能である。あるいは、薄膜型能動ポンプの運動量３００を携帯用装置の使用モードに応じて制御することが可能であり、接合面を介して薄膜型能動ポンプ３００からキャビティ板２００へ伝達する運動量も制御することが可能であるので、キャビティ板２００の運動量も携帯用装置の使用モードに応じて制御することが可能である。

したがって、キャビティ板２００の運動量も一定量に制御することが可能であるので、高濃度のメタノール水溶液が燃料電池６００へ過多に供給されることを低減することが可能であるため、燃料電池６００の効率の低下を抑えることが可能である。また、キャビティ板２００の運動量も携帯用装置の使用モードに応じて制御することが可能であるので、電気エネルギーが無駄に発生することを低減することが可能であるため、必要以上に電気エネルギーが発生することを低減することが可能である。

本発明に係る直接メタノール燃料電池用燃料供給装置は、燃料電池の効率の低下を抑えることができるとともに、必要以上に電気エネルギーが発生することを低減することができるという効果を有し、直接メタノール燃料電池用燃料供給装置等として有用である。

直接メタノール燃料電池の概略図である。 Ｂは図２ＡのII-II'線の断面図である。 Ａは図２Ａの燃料タンクの一実施例を示す断面図である。Ｂは図２Ａの燃料タンクの他の実施例を示す断面図である。Ｃは図２Ａの燃料タンクのさらなる実施例を示す断面図である。 Ａは図２Ａのキャビティ板の一実施例を示す平面図である。Ｂは図２Ａのキャビティ板の他の実施例を示す平面図である。 Ａは図２Ａのノズル板の一実施例を示す平面図である。Ｂは図２Ａのノズル板の他の実施例を示す平面図である。 Ａはキャビティの補助板の一実施例を示す平面図である。Ｂはキャビティの補助板の他の実施例を示す平面図である。 図２Ｂに示した直接メタノール燃料電池用燃料供給装置の上部に燃料電池が取り付けられることを示す参考図である。

符号の説明

１００ 燃料タンク
１１０ 多孔性媒質
１２０ 燃料タンク本体
２００ キャビティ板
２１０ キャビティ
２２０ マイクロチャネル
２３０ 燃料供給口
３００ 薄膜型能動ポンプ
４００ ノズル板
４１０ ノズル
４２０ チャネル
４３０ 集電部
５００ 補助板
６００ 燃料電池

選択図

図２Ａ

Claims (17)

1. 液体燃料が貯蔵される燃料タンク本体と、前記燃料タンク本体から液体燃料を吸収して上部に移動させる多孔性媒質と、を含む燃料タンク、
   前記多孔性媒質に結合された燃料供給口と、前記燃料供給口に連結され、前記燃料タンク本体から前記多孔性媒質を通して前記燃料供給口に供給された液体燃料が流入する複数のマイクロチャネルと、前記マイクロチャネルに連結され、前記マイクロチャネルを通して流入する液体燃料を貯蔵する少なくとも１つのキャビティと、を含む、上下運動の可能なキャビティ板、
   前記キャビティ板の下部に接合され、前記キャビティ板を上下運動させる薄膜型能動ポンプ、及び、
   前記キャビティ板の上部に位置しており、液体燃料を前記キャビティから燃料電池へ噴射するノズル板、
   を含む、直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
2. 前記燃料タンクが前記キャビティ板に対して着脱自在である、請求項１に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
3. 前記キャビティ板を単独で取り出したとき、前記キャビティと前記マイクロチャネルとのそれぞれの下面が密閉され、それぞれの上面が開放されている、請求項１に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
4. 前記燃料供給口に前記多孔性媒質が挿入されて結合されている、請求項１に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
5. 前記キャビティが２以上、前記マイクロチャネルを介して前記燃料供給口に隣接するように形成され、
   前記複数のマイクロチャネルは、前記キャビティ間において液体燃料が移動するための通路として働く、
   請求項１に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
6. 前記キャビティの内部の圧力が、前記燃料供給口における圧力より低い、請求項１に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
7. 前記薄膜型能動ポンプは、前記キャビティに対応する位置で前記キャビティ板に接合されている、請求項１に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
8. 前記薄膜型能動ポンプは、横方向または縦方向に運動する、請求項１に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
9. 前記キャビティ板は、前記薄膜型能動ポンプの横方向運動、あるいは、縦方向運動に応じて上下運動を行う、請求項８に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
10. 前記ノズル板が、
    所定領域にコーティングされた少なくとも１つの集電部、
    前記集電部に形成され、液体燃料を上部に噴射する複数のノズル、及び、
    前記集電部に隣接して形成され、燃料電池から供給された気体を排出する複数のチャネル、
    を有する、請求項１に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
11. 前記複数のノズルが、前記キャビティに対応する位置に形成されている、請求項１０に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
12. 前記チャネルの長手方向と交差する前記ノズル板の第１側面では前記チャネルの一端が開放され、前記長手方向と交差する前記ノズル板の第２側面では前記チャネルの他端が閉鎖されている、請求項１０に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
13. 前記ノズル板では前記複数のチャネルが互いに平行に並んでおり、
    互いに隣接する二つの前記チャネルでは互いに逆側の端が開放されている、
    請求項１２に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
14. 前記ノズル板では、前記複数のノズルが少なくとも１つの列を成し、前記複数のチャネルが前記ノズルの列と平行に延びている、請求項１０に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
15. 前記ノズル板では、前記複数のノズルが３以上の列を成し、前記チャネルが前記ノズルの列の間に隣接して形成されている、請求項１４に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
16. 前記集電部は、前記所定領域に金属がコーティングされることにより形成される、請求項１０に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。
17. 前記キャビティ板の上部と前記ノズル板の下部との間に挟まれ、前記キャビティに対応する部分が開放された補助板、
    をさらに含む、請求項１に記載の直接メタノール燃料電池用燃料供給装置。

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