JP4716658B2 - Direct methanol fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、直接メタノール型燃料電池に関し、更に詳しくは携帯電話、ノート型パソコン及びPDAなどの携帯用電子機器の電源として用いられるのに好適な小型の直接メタノール型燃料電池に関する。 The present invention relates to a direct methanol fuel cell, and more particularly to a small direct methanol fuel cell suitable for use as a power source for portable electronic devices such as mobile phones, notebook computers, and PDAs.
一般に、燃料電池は、空気電極層、電解質層及び燃料電極層が積層された燃料電池セルと、燃料電極層に還元剤としての燃料を供給するための燃料供給部と、空気電極層に酸化剤としての空気を供給するための空気供給部とからなり、燃料と空気中の酸素とによって燃料電池セル内で電気化学反応を生じさせ、外部に電力を得るようにした電池であり種々の形式のものが開発されている。 In general, a fuel cell includes a fuel cell in which an air electrode layer, an electrolyte layer, and a fuel electrode layer are stacked, a fuel supply unit for supplying fuel as a reducing agent to the fuel electrode layer, and an oxidant for the air electrode layer. As a battery, various types of batteries are used to obtain electric power outside by causing an electrochemical reaction in the fuel cell by the fuel and oxygen in the air. Things are being developed.
近年、環境問題や省エネルギーに対する意識の高まりにより、クリーンなエネルギー源としての燃料電池を、各種用途に用いることが検討されており、特に、メタノールと水を含む液体燃料を直接供給するだけで発電できる直接メタノール型燃料電池が注目されてきている(例えば、特許文献1及び2参照)。
これらの中でも、液体燃料の供給に毛管力を利用した各液体燃料電池等が知られている(例えば、特許文献3〜7参照)。
これらの各特許文献に記載される液体燃料電池は、燃料タンクから液体燃料を毛管力で燃料極に供給するため、液体燃料を圧送するためのポンプを必要としないなど小型化に際してメリットがある。
In recent years, due to increasing awareness of environmental issues and energy conservation, the use of fuel cells as clean energy sources for various applications has been studied. In particular, power can be generated simply by supplying liquid fuel containing methanol and water directly. Direct methanol fuel cells have attracted attention (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
Among these, each liquid fuel cell etc. which utilized capillary force for supply of liquid fuel are known (for example, refer to patent documents 3-7).
Since the liquid fuel cell described in each of these patent documents supplies liquid fuel from a fuel tank to the fuel electrode by capillary force, there is an advantage in downsizing such as not requiring a pump for pumping liquid fuel.
しかしながら、このような単に燃料貯蔵槽に設けられた、多孔体及び/又は繊維束体の毛管力だけを利用した液体燃料電池は、構成上は小型化に適するものの、燃料極に燃料が直接液体状態で供給されるため小型携帯機器に搭載し、電池部の前後左右や上下が絶えず変わる使用環境下では、長時間の使用期間中に燃料の追従が不完全となり、燃料供給遮断などの弊害が発生し、電解質層への燃料供給を一定にすることを阻害する原因となっている。 However, although the liquid fuel cell using only the capillary force of the porous body and / or fiber bundle provided in the fuel storage tank is suitable for downsizing in terms of configuration, the fuel is directly liquid at the fuel electrode. Since it is supplied in a state, it is mounted on a small portable device, and under the usage environment where the front and rear, left and right and top and bottom of the battery part constantly changes, fuel tracking becomes incomplete during a long period of use, and there is a problem such as fuel supply interruption This is a cause of hindering the constant supply of fuel to the electrolyte layer.
また、これら欠点の解決策の一つとして、例えば、液体燃料を毛管力によりセル内に導入した後、液体燃料を燃料気化層にて気化して、使用する燃料電池システム(例えば、特許文献8参照)が知られているが、基本的な問題点である燃料の追従性不足は改善されていないという課題を有し、また、この構造の燃料電池は液体を気化させた後に燃料として用いるシステムのため、小型化が困難となるなどの課題がある。 Further, as one of solutions to these drawbacks, for example, after introducing liquid fuel into a cell by capillary force, the liquid fuel is vaporized in a fuel vaporization layer and used (for example, Patent Document 8). However, there is a problem that the lack of follow-up of fuel, which is a basic problem, has not been improved, and the fuel cell of this structure is used as a fuel after vaporizing a liquid For this reason, there are problems such as difficulty in miniaturization.
このように従来の直接メタノール型燃料電池では、燃料極に直接液体燃料を供給する際に、燃料の供給が不安定で動作中の出力値に変動が生じたり、安定な特性を維持したまま携帯機器への搭載が可能な程度の小型化は困難であるのが現状である。
本発明は、上記従来の直接メタノール型燃料電池における課題及び現状に鑑み、これを解消するためになされたものであり、燃料極に直接液体燃料を安定的に供給し、簡便に使用済み燃料の処理を可能とすると共に、燃料電池の小型化をなし得ることができる直接メタノール型燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems and current situation of the conventional direct methanol fuel cell described above, and has been made to solve this problem. The liquid fuel can be stably supplied directly to the fuel electrode, so that the spent fuel can be easily used. It is an object of the present invention to provide a direct methanol fuel cell that can be processed and can be miniaturized.
本発明者らは、上記従来の課題等について、鋭意検討した結果、微小炭素多孔体よりなる燃料電極体の外表部に電解質層を構築し、この電解質層の外表部に空気電極層を構築することで形成される単位セルが複数連結される燃料電池において、各単位セルへの燃料供給に燃料貯蔵槽より直接接続される燃料供給体に連結し、特定構造の使用済み燃料貯蔵槽が燃料供給体の終端に接続することなどにより、上記目的の直接メタノール型燃料電池が得られることに成功し、本発明を完成するに至ったものである。 As a result of intensive studies on the above-described conventional problems, the present inventors constructed an electrolyte layer on the outer surface of a fuel electrode body made of a microporous carbon body, and constructed an air electrode layer on the outer surface of the electrolyte layer. In a fuel cell in which a plurality of unit cells are connected to each other, a fuel supply body connected directly from the fuel storage tank to the fuel supply to each unit cell is connected, and a spent fuel storage tank of a specific structure supplies the fuel By connecting to the end of the body, the direct methanol fuel cell of the above purpose was successfully obtained, and the present invention was completed.
すなわち、本発明は、次の(1)〜(6)に存する。
(1) 燃料電極体の外表部に電解質層を構築し、該電解質層の外表部に空気電極層を構築することで形成される単位セルが複数、浸透構造を有する燃料供給体を介して連結されると共に、該各単位セルには液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵槽に接続される前記浸透構造を有する燃料供給体に前記燃料電極体が接して液体燃料が供給される燃料電池であって、
前記液体燃料貯蔵槽は、交換可能なカートリッジ構造体から構成されると共に、毛管力を有する多孔体及び/又は繊維束体からなる液体燃料吸蔵体を含み、
該液体燃料吸蔵体に含浸された液体燃料を、前記液体燃料吸蔵体よりも大きい毛管力を有する多孔体及び/又は繊維束体からなる中継芯を通して、燃料供給体に継続的に供給し、
前記液体燃料が、視認性を有する透明又は半透明の樹脂で形成され、少なくとも液体燃料と接する面には液体燃料はじき層を形成してなる液体燃料誘導管を介して燃料供給体に供給されると共に、前記カートリッジ構造体からの液体燃料終了サインをカートリッジ構造体に形成した視認部を介して前記液体燃料誘導管を視認することにより検知することを特徴とする直接メタノール型燃料電池。
(2) 前記視認部の内壁に平滑な部分と微小な凹凸を持つ部分を設け、それらを組み合わせることにより、液体燃料の終了を使用者に検知させる表示を設けたことを特徴とする上記(1)に記載の直接メタノール型燃料電池。
(3) 前記カートリッジ構造体が前記燃料供給体よりも下に位置した状態で継続して燃料供給が可能であることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の直接メタノール型燃料電池。
(4) 前記燃料供給体又は燃料電極体の毛管力が前記中継芯の毛管力よりも大きいことを特徴とする上記(1)〜(3)の何れか一つに記載の直接メタノール型燃料電池。
(5) 前記液体燃料が着色されていることを特徴とする上記(1)〜(4)の何れか一つに記載の直接メタノール型燃料電池。
(6) 前記燃料供給体の終端に使用済みの燃料貯蔵槽を接続し、使用済み燃料貯蔵槽として前記カートリッジ構造体が利用可能な上記(1)〜(5)の何れか一つに記載の直接メタノール型燃料電池。
That is, this invention exists in following (1)-( 6 ).
(1) An electrolyte layer is constructed on the outer surface of the fuel electrode body, and a plurality of unit cells formed by constructing an air electrode layer on the outer surface of the electrolyte layer are connected via a fuel supply body having a permeation structure. while being, in the respective unit cell. the fuel cell in the fuel electrode body to the fuel supply member is in contact with said penetration structure connected to the fuel storage tank for storing liquid fuel liquid fuel is supplied,
The liquid fuel storage tank, with consists of replaceable cartridge structure, seen containing a liquid fuel absorbing member made of a porous material and / or fiber bundles body having a capillary force,
The liquid fuel impregnated in the liquid fuel storage body is continuously supplied to the fuel supply body through a relay core composed of a porous body and / or a fiber bundle having a capillary force larger than that of the liquid fuel storage body,
The liquid fuel is formed of a transparent or translucent resin having visibility, and is supplied to the fuel supply body through a liquid fuel guide pipe formed with a liquid fuel repellent layer at least on a surface in contact with the liquid fuel. In addition, the direct methanol fuel cell is characterized in that a liquid fuel end sign from the cartridge structure is detected by visually recognizing the liquid fuel guide tube through a visual recognition portion formed in the cartridge structure .
(2) the provided part having a smooth portion and a fine unevenness on the inner wall of the visible part, by combining them, above, wherein the providing the indication to detect the end of the liquid fuel to the user (1 ) Direct methanol fuel cell.
( 3 ) The direct methanol fuel cell as described in ( 1) or ( 2) above, wherein fuel can be continuously supplied in a state where the cartridge structure is positioned below the fuel supply body. .
(4) The direct methanol fuel cell according to any one of (1) to (3), wherein the capillary force of the fuel supply body or the fuel electrode body is larger than the capillary force of the relay core. .
( 5 ) The direct methanol fuel cell as described in any one of (1) to ( 4 ) above, wherein the liquid fuel is colored.
(6) connects the fuel storage tank spent at the end of the fuel supply member, spent Examples fuel storage tank cartridge structure is available above (1) to according to any one of (5) Direct methanol fuel cell.
本発明によれば、液体燃料貯蔵槽から各単位セルの個々に直接液体燃料を安定的かつ継続的に燃料を供給することができると共に、液体燃料貯蔵槽の交換を簡単に外部から容器内の燃料の残存量を視認することができ、しかも、液体燃料終了サインを目視により簡単に検知することができる、燃料電池の小型化に好適な直接メタノール型燃料電池が提供される。
請求項2、3及び5の発明によれば、液体燃料終了サインを目視により更に簡単に検知することができる。
請求項4の発明によれば、燃料電池をどのような状態(角度)、逆さ等に放置しても、燃料貯蔵槽から各単位セルの個々に直接液体燃料が逆流や途絶を起こすことなく、安定的かつ継続的に燃料を供給することができる。
請求項6の発明によれば、簡便に使用済み燃料の処理を可能とすることができる。
According to the present invention, liquid fuel can be supplied stably and continuously directly from the liquid fuel storage tank to each unit cell, and replacement of the liquid fuel storage tank can be easily performed from the outside in the container. There is provided a direct methanol fuel cell suitable for miniaturization of a fuel cell, in which the remaining amount of fuel can be visually confirmed, and a liquid fuel end sign can be easily detected visually .
According to the invention of claim 2, 3 and 5, it is possible to more easily detect by visual liquid fuel finished sign.
According to the invention of claim 4 , even if the fuel cell is left in any state (angle), upside down, etc., the liquid fuel does not flow back or break directly from the fuel storage tank to each unit cell, Fuel can be supplied stably and continuously.
According to the sixth aspect of the present invention, spent fuel can be easily processed.
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳しく説明する。
図1(a)〜(c)は、本発明の第1の参考実施形態を示す直接メタノール型燃料電池(以下、単に「燃料電池」という)Aの基本形態(第1の参考実施形態)を示すものである。
この燃料電池Aは、図1(a)〜(c)に示すように、液体燃料を収容する燃料貯蔵槽10と、微小炭素多孔体よりなる燃料電極体21の外表部に電解質層23を構築し、該電解質層23の外表部に空気電極層24を構築することで形成される単位セル(燃料電池セル)20、20と上記燃料貯蔵槽10に接続される浸透構造を有する燃料供給体30と、該燃料供給体30の終端に設けられる使用済み燃料貯蔵槽40とを備え、上記各単位セル20、20は直列に連結されて燃料供給体30により燃料が順次供給される構造となっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIGS. 1A to 1C show a basic form (first reference embodiment) of a direct methanol fuel cell (hereinafter simply referred to as “fuel cell”) A showing a first reference embodiment of the present invention . It is shown.
In this fuel cell A, as shown in FIGS. 1A to 1C, a
上記燃料貯蔵槽10に収容される液体燃料としては、メタノールと水とからなるメタノール液が挙げられるが、後述する燃料電極体において燃料として供給された化合物から効率良く水素イオン(H+)と電子(e-)が得られるものであれば、液体燃料は特に限定されず、燃料電極体の構造などにもよるが、例えば、ジメチルエーテル(DME)、エタノール液、ギ酸、ヒドラジン、アンモニア液などの液体燃料も用いることができる。
Examples of the liquid fuel stored in the
本参考実施形態では、液体燃料は、燃料貯蔵槽10内に収容される中綿や多孔体、または繊維束体などの吸蔵体10aに吸蔵されている。なお、この吸蔵体10aは液体燃料を吸蔵出来るものであれば特に限定されず、例えば、フェルト、スポンジ、または、樹脂粒子焼結体、樹脂繊維焼結体などの焼結体等から構成される毛管力を有する多孔体や、天然繊維、獣毛繊維、ポリアセタール系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリフェニレン系樹脂などの1種又は2種以上の組合せからなる繊維束体からなるものが挙げられ、これらの多孔体、繊維束体の気孔率等は各単位セル20への供給量に応じて適宜設定されるものである。
In this reference embodiment, the liquid fuel is occluded in an
また、上記燃料貯蔵槽10の材質としては、収容される液体燃料に対して保存安定性、耐久性を有するものであれば、特に限定されず、アルミニウム、ステンレスなどの金属、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートなどの合成樹脂、ガラスなどが挙げられる。
The material of the
単位セルとなる各燃料電池セル20は、微小柱状の炭素多孔体よりなる燃料電極体21を有すると共に、その中央部に燃料供給体30を貫通する貫通部22を有し、上記燃料電極体21の外表部に電解質層23が構築され、該電解質層23の外表部に空気電極層24が構築される構造からなっている。なお、各燃料電池セル20の一つ当たり、理論上約1.2Vの起電力を生じる。
Each
この燃料電極体21を構成する微小柱状の炭素多孔体としては、微小な連通孔を有する多孔質構造体であれば良く、例えば、三次元網目構造若しくは点焼結構造よりなり、アモルファス炭素と炭素粉末とで構成される炭素複合成形体、等方性高密度炭素成形体、炭素繊維抄紙成形体、活性炭素成形体などが挙げられ、好ましくは、燃料電池の燃料極における反応制御が容易かつ反応効率の更なる向上の点で、アモルファス炭素と炭素粉末とからなる微細な連通孔を有する炭素複合成形体が望ましい。
The fine columnar carbon porous body constituting the
この多孔質構造からなる炭素複合体の作製に用いる炭素粉末としては、更なる反応効率の向上の点から、高配向性熱分解黒鉛(HOPG)、キッシュ黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンナノチューブ、フラーレンより選ばれる少なくとも1種(単独または2種以上の組合せ)が好ましい。
また、この燃料電極体21の外表部には、白金−ルテニウム(Pt−Ru)触媒、イリジウム−ルテニウム(Ir−Ru)触媒、白金−スズ(Pt−Sn)触媒などが当該金属イオンや金属錯体などの金属微粒子前駆体を含んだ溶液を含浸や浸漬処理後還元処理する方法や金属微粒子の電析法などにより形成されている。
The carbon powder used for the production of the carbon composite having the porous structure includes highly oriented pyrolytic graphite (HOPG), quiche graphite, natural graphite, artificial graphite, carbon nanotube, At least one (single or a combination of two or more) selected from fullerenes is preferred.
Further, a platinum-ruthenium (Pt-Ru) catalyst, an iridium-ruthenium (Ir-Ru) catalyst, a platinum-tin (Pt-Sn) catalyst, and the like are present on the outer surface of the
電解質層23としては、プロトン伝導性又は水酸化物イオン伝導性を有するイオン交換膜、例えば、ナフィオン(Nafion、Du pont社製)を初めとするフッ素系イオン交換膜が挙げられる他、耐熱性、メタノールクロスオーバーの抑制が良好なもの、例えば、無機化合物をプロトン伝導材料とし、ポリマーを膜材料としたコンポジット(複合)膜、具体的には、無機化合物としてゼオライトを用い、ポリマーとしてスチレン−ブタジエン系ラバーからなる複合膜、炭化水素系グラフト膜などが挙げられる。
また、空気電極層24としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)等を上述の金属微粒子前駆体を含んだ溶液等を用いた方法で担持させた多孔質構造からなる炭素多孔体が挙げられる。
Examples of the
As the
前記燃料供給体30は、燃料貯蔵槽10内に収容される液体燃料を吸蔵する吸蔵体10aに接続され、該液体燃料を各単位セル20に供給できる浸透構造を有するものであれば特に限定されず、例えばフェルト、スポンジ、または、樹脂粒子焼結体、樹脂繊維焼結体などの焼結体等から構成される毛管力を有する多孔体や、天然繊維、獣毛繊維、ポリアセタール系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリフェニレン系樹脂などの1種又は2種以上の組合せからなる繊維束体からなるものが挙げられ、これらの多孔体、繊維束体の気孔率等は各単位セル20への供給量に応じて適宜設定されるものである。
The
使用済み燃料貯蔵槽40は、燃料供給体30の終端に配置されるものである。この時、使用済み燃料貯蔵槽40を燃料供給体30の終端に直接接触させて使用済み燃料を直接吸蔵させても問題ないが、図2(図1の変形例)に示すように、燃料供給体30と接触する接続部に中綿や多孔体、または繊維束体などを中継芯40aとして設け、使用済み燃料排出路としてもよい。
また、燃料供給体30により供給される液体燃料は、燃料電池セル20で反応に供されるものであり、燃料供給量は、燃料消費量に連動しているため、未反応で電池の外に排出される液体燃料は殆どなく、従来の液体燃料電池のように、燃料出口側の処理系を必要としないが、運転状況により供給過剰時に至った際には、反応に使用されない液体燃料が貯蔵槽40に蓄えられ阻害反応を防ぐことができる構造となっている。
なお、50は、燃料貯蔵槽10と使用済み燃料貯蔵槽40を連結すると共に、燃料貯蔵槽10から各単位セル20、20の個々に燃料供給体30を介して直接液体燃料を確実に供給するメッシュ構造などからなる部材である。
The spent
Further, the liquid fuel supplied by the
In addition, 50 connects the
このように構成される本参考実施形態の燃料電池Aは、燃料電極体21及び燃料供給体30の浸透構造により燃料貯蔵槽10内の吸蔵体10aに吸蔵されている液体燃料を毛管力により燃料電池セル20、20内に導入するものである。この時、燃料貯蔵槽10が、燃料供給体30に接続される部分に、図2に示したように、前記した吸蔵体10aと同様の材質を持つ中継芯10bを設けることもできる。この中継芯10bを設けることにより燃料電池セル20内への過剰な液体燃料の供給を防止することができ、中継芯10bの毛管力を調整することにより液体燃料の供給量を調節することができる。
Fuel The fuel cell A of the present reference embodiment is configured to, a liquid fuel that is occluded by the occluding
本参考実施形態では、図1(a)又は図2に示すように、燃料貯蔵槽10(吸蔵体10a)、燃料電極体21に接する燃料供給体30、使用済み燃料貯蔵槽40(中継芯40a)の毛管力を、燃料貯蔵槽10(吸蔵体10a)<燃料電極体21に接する燃料供給体30と設定することにより、燃料電池Aがどのような状態(角度)、逆さ等に放置されても、燃料貯蔵槽10から各単位セル20、20の個々に直接液体燃料が逆流や途絶を起こすことなく、安定的かつ継続的に燃料を供給することができるものとなる。好ましくは、各毛細管力を燃料貯蔵槽10(吸蔵体10a)<燃料電極体21に接する燃料供給体30<使用済み燃料貯蔵槽40(中継芯40a)とすることによって安定した液体燃料の流れを作ることができる。
In this reference embodiment, as shown in FIG. 1 (a) or FIG. 2, the fuel storage tank 10 (
また、図2に示したように、燃料貯蔵槽10に中継芯10bを設ける場合には、中継芯10bの毛管力は、少なくとも燃料貯蔵槽10(吸蔵体10a及び中継芯10b)<燃料電極体21に接する燃料供給体30とすることで、使用済み燃料が逆流を起こし燃料貯蔵槽に進入することがなくなる。好ましくは、各毛細管力を吸蔵体10a<中継芯10b<燃料電極体21に接する燃料供給体30<中継芯40aとすることで、燃料電池体の配置(上、下、横置き)に関わらず安定した液体燃料の流れを作ることができる。
更に、この参考実施形態の燃料電池Aでは、ポンプやブロア、燃料気化器、凝縮器等の補器を特に用いることなく、液体燃料を気化せずそのまま円滑に供給することができる構造となるため、燃料電池の小型化を図ることが可能となる。
Further, as shown in FIG. 2, when the
Further, the fuel cell A of this reference embodiment has a structure in which liquid fuel can be smoothly supplied as it is without being vaporized without particularly using auxiliary devices such as a pump, a blower, a fuel vaporizer, and a condenser. Therefore, it is possible to reduce the size of the fuel cell.
更にまた、各単位セル20、20への燃料供給には、燃料貯蔵槽10の端部より直接接続される浸透構造を有する燃料電極体21及び/又は燃料電極体21に接する燃料供給体30が連結されることにより、複数セルからなる燃料電池の小型化が達成することができるものとなる。
Furthermore, for supplying fuel to the
図3は、本発明の第1実施形態の燃料電池Bを示すものである。なお、以下の第1実施形態以降において、前記第1参考実施形態の燃料電池Aと同様の構成及び効果を発揮するものについては、図1と同一符号を付してその説明を省略する。 FIG. 3 shows the fuel cell B of the first embodiment of the present invention. In the following first and subsequent embodiments, those that exhibit the same configuration and effects as those of the fuel cell A of the first reference embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 and description thereof is omitted.
この燃料電池Bは、図3に示すように、液体燃料の終点検知管10cを燃料貯蔵槽10に設けている点でのみ上記第1参考実施形態の燃料電池Aと相違するものである。
この液体燃料の終点検知管10cは、本発明で使用される液体燃料の吸蔵体10aを使用する場合に、吸蔵されている液体燃料が不可視であるために、液体燃料の使用終了や終了間際であることが使用者に検知されず、突然の停電などにより不利益を被らせることが考えられる。このような事態を防止するために、本実施形態では、吸蔵体10aの液体燃料誘導芯10dと中継芯10bとの間に視認性を有する透明又は半透明の樹脂で形成された液体燃料が通過する液体燃料誘導管となる終点検知管10cを設け、上記液体燃料誘導芯10dの下部と中継芯10bの上部を、図3に示すように、終点検知管10c内に挿入した構造の燃料電池とし、これにより、液体燃料が終点検知管10cの中に存在していないことを燃料貯蔵槽10の透明又は半透明となる視認部10eを視認することによって、吸蔵体10aの中に液体燃料が存在していないことを目視により確認することができるものである。
なお、上記液体燃料誘導芯10dは中継芯10bと同様の材質から構成されるものである。また、燃料貯蔵槽10内の吸蔵体10aを複数設け、これらの各吸蔵体10a…の液体燃料吐出部に上記終点検知管を夫々設けることにより、各々の吸蔵体中にあった液体燃料の終了を検知することも可能となる。
As shown in FIG. 3, the fuel cell B is different from the fuel cell A of the first reference embodiment only in that a liquid fuel end
This liquid fuel end
The liquid
この終点検知管10cの材質としては、収容される液体燃料に対して保存安定性、耐久性、光線透過性を有するものであれば、特に限定されず、ガラスなどの無機物、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートなどの合成樹脂などが挙げられる。特に好ましくはポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートなどの合成樹脂であり、通常の射出成形、押出し成形などの成形技術や複雑な形状を形成可能な光造形技術によっても製造することができる。
The material of the end
また、終点検知管10cの液体燃料が接する部分(内壁)の表面エネルギーは、液体燃料の表面自由エネルギーよりも低く設定されることが重要であり、これにより液体燃料に対する終点検知管10cの濡れ性が低下し、液体燃料が終了した場合には直ちに燃料電極体21又は燃料供給体30に液体燃料が吸収され、終点検知管10c内に液体燃料が存在しなくなり液体燃料の終了が検知できることとなる。終点検知管10cの表面自由エネルギーの調整には通常表面改質剤による処理、例えば、ジメチルシリコーンを骨格とするシリコーン樹脂コート、フッ素コート、フッ素樹脂コートなどで行うことができる。
In addition, it is important that the surface energy of the portion (inner wall) of the end
更に、用いる液体燃料は透明であることが多いので、終点検知管10cを用いても、液体燃料が終了したか否か検知しづらい場合がある。このような場合には終点検知管10c内壁を、ヤスリによる加工やレーザー加工などによって微小な凹凸を施すことで、液体燃料が存在している時には終点検知管10cは透明に見えるが、液体燃料が終了した場合には図3に示すように、終点検知管10cが白濁して見えるようにすることもできる。更には、前記した微小な凹凸を、終了を告知するような文字、図形、例えば、図4に示すように、例えば、この微小な凹凸で「使用済み」との表示部10fを形成することにより、解りやすい表示をさせることもできる。
Furthermore, since the liquid fuel to be used is often transparent, it may be difficult to detect whether or not the liquid fuel has ended even if the end
また、液体燃料を染料などにより着色することで、終点検知管10c内の液体燃料の終了を、色相の変化により表示させることも可能である。この場合に、使用できる着色剤としては、液体燃料に溶解または分散が可能で燃料電池の発電に影響を及ぼさない限り、染料及び/又は顔料とも制限なく使用することができる。例えば、液体燃料がメタノール液を使用する場合は、着色剤として、C.I.Solvennt Yellow 61などを水またはメタノールに溶解させた溶液、又は、フタロシアニンブルーなどの顔料を、ブチラール樹脂、或いは、スチレンアクリル樹脂などを用いてメタノール、或いは、水に分散させたものを使用することができる。
更に、終点検知管を使用する場合、終点検知管10cの毛管力は、吸蔵体10a(誘導芯10d含む)及び中継芯10bのいずれよりも低くすることで、吸蔵体10aでの液体燃料の終了を遅滞なく表示することができる。また、強い衝撃が加わる場合以外は終点検知管10c内部で液体燃料が「切れる」ことなく実用上問題なく使用を続けることができる。
Also, by coloring the liquid fuel with a dye or the like, it is possible to display the end of the liquid fuel in the end
Further, when the end point detection tube is used, the capillary force of the end
図5は、本発明の第2参考実施形態の燃料電池Cを示すものである。
本参考実施形態の燃料電池Cは、液体燃料貯蔵槽を交換可能なカートリッジ構造体とした点で、上記第1の参考実施形態の燃料電池Aと異なるものである。
このカートリッジ型の液体燃料貯蔵槽60は、図5に示すように、支持体70内に収納される構造であり、先端部に中継芯10bを保持する保持部61と後端部に固着された尾栓部62とを有する筒状の本体部63から構成され、この本体部63内部には液体燃料が含浸された吸蔵体10aが収納されると共に、該吸蔵体10aに中継芯10bが接続された構造からなるものである。また、このカートリッジ型の液体燃料貯蔵槽60の吸蔵体10aに接続された中継芯10bは、支持体70内に収納される燃料供給体30に接続されている。なお、図示しないが、燃料供給体30の先端(の矢印方向)には、上記第1実施形態と同様に燃料電池セル20、20…に接続される構造となっている。
FIG. 5 shows a fuel cell C according to a second reference embodiment of the present invention.
The fuel cell C of the present reference embodiment is different from the fuel cell A of the first reference embodiment in that the liquid fuel storage tank is a replaceable cartridge structure.
As shown in FIG. 5, the cartridge-type liquid
この燃料電池Cは、カートリッジ構造体となる液体燃料貯蔵槽60の吸蔵体10aに含浸された液体燃料を燃料供給体30に供給するものであり、上記カートリッジ構造体60の吸蔵体10aに含浸された液体燃料が消費されて終了した場合には、該体燃料貯蔵槽60がカートリッジ構造体であるため簡単に交換することができる。
また、前記カートリッジ構造体60から液体燃料を燃料供給体30に、好ましくは、上記第1の参考実施形態と同様に、前記吸蔵体10aよりも大きい毛管力を有する多孔体及び/又は繊維束体からなる中継芯10bを通して、液体燃料を継続的に供給することが望ましい。この場合には、カートリッジ構造体60が前記燃料供給体30よりも下に位置した状態でも継続して燃料供給が可能となる。
The fuel cell C supplies liquid fuel impregnated in the
In addition, the liquid fuel is supplied from the
図6は、本発明の第2実施形態の燃料電池Dを示すものである。
本実施形態の燃料電池Dは、液体燃料貯蔵槽を交換可能なカートリッジ構造体に液体燃料の終了サインを簡単に視認することができる点でのみ、上記第2の参考実施形態の燃料電池Cと異なるものであり、上記第1実施形態の燃料電池Bと同様の作用効果を発揮するものである。
この燃料電池Dでは、カートリッジ構造体60aに含浸された液体燃料(着色剤による着色含む)が、視認性を有する透明又は半透明の樹脂で形成され、少なくとも液体燃料と接する面には表面改質剤等の処理による液体燃料はじき層を形成してなる液体燃料誘導管64及び中継芯10bを介して燃料供給体30に供給されると共に、前記カートリッジ構造体30からの液体燃料終了サインをカートリッジ構造体60に形成した透明又は半透明の視認部65を介して前記液体燃料誘導管64を視認することにより簡単に検知することができるものである。
なお、図示しないが、燃料供給体30の先端(図6の矢印方向)には、上記第2の参考実施形態と同様に燃料電池セル20、20…に接続される構造となっている。また、本実施形態では、支持体70も液体燃料の終了サインを確実に確認するためには、透明又は半透明の視認性を有する構造体となることが好ましい。
FIG. 6 shows a fuel cell D according to the second embodiment of the present invention.
The fuel cell D of the present embodiment is different from the fuel cell C of the second reference embodiment only in that the end sign of the liquid fuel can be easily visually recognized on the cartridge structure that can replace the liquid fuel storage tank. It is different and exhibits the same effect as the fuel cell B of the first embodiment.
In this fuel cell D, the liquid fuel (including coloring by the colorant) impregnated in the cartridge structure 60a is formed of a transparent or translucent resin having visibility, and at least the surface in contact with the liquid fuel is surface-modified. A liquid fuel repellent layer formed by treatment of the agent and the like is supplied to the
Although not shown, the tip of the fuel supply body 30 (in the direction of the arrow in FIG. 6) is connected to the
本発明の燃料電池は、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々変更することができるものである。
例えば、燃料電池セル20は円柱状のものを用いたが、角柱状、板状の他の形状のものであってもよく、また、燃料供給体30との接続は直列接続のほか、並列接続であってもよい。
更に、各実施形態の燃料電池の構造の一部を相互に変更して使用することもできる。例えば、上記第1の参考実施形態の液体燃料貯蔵槽10の代わりに、上記第2の参考実施形態の液体燃料貯蔵槽を交換可能なカートリッジ構造体60又は上記第4実施形態の液体燃料の終了サインを簡単に視認することができるカートリッジ構造体60aを取り付けた構造としてもよいものである。
The fuel cell of the present invention is not limited to the above embodiments, but can be variously modified within the scope of the technical idea of the present invention.
For example, the
Furthermore, a part of the structure of the fuel cell according to each embodiment can be changed and used. For example, the instead of the liquid
また、前記第1の参考実施形態の燃料供給体30の終端に使用済みの燃料貯蔵槽40として、前記第2の参考実施形態のカートリッジ構造体60を使用すれば、その使用済みの燃料貯蔵槽の交換を簡単に行うことができる。
更にまた、これらの実施形態のカートリッジ構造体を、燃料貯蔵槽や使用済み燃料貯蔵槽として使用した後で、液体燃料を適当な充填方法により注意深く再充填することにより、何度でも燃料貯蔵槽として利用可能である。
Further, if the
Furthermore, after the cartridge structure of these embodiments is used as a fuel storage tank or a spent fuel storage tank, the liquid fuel is carefully refilled by an appropriate filling method, so that the fuel storage tank can be used many times. Is available.
A 燃料電池
10 燃料貯蔵槽
10a 吸蔵体
20 単位セル
30 燃料供給体
40 使用済み燃料貯蔵槽
A
Claims (6)
前記液体燃料貯蔵槽は、交換可能なカートリッジ構造体から構成されると共に、毛管力を有する多孔体及び/又は繊維束体からなる液体燃料吸蔵体を含み、
該液体燃料吸蔵体に含浸された液体燃料を、前記液体燃料吸蔵体よりも大きい毛管力を有する多孔体及び/又は繊維束体からなる中継芯を通して、燃料供給体に継続的に供給し、
前記液体燃料が、視認性を有する透明又は半透明の樹脂で形成され、少なくとも液体燃料と接する面には液体燃料はじき層を形成してなる液体燃料誘導管を介して燃料供給体に供給されると共に、前記カートリッジ構造体からの液体燃料終了サインをカートリッジ構造体に形成した視認部を介して前記液体燃料誘導管を視認することにより検知することを特徴とする直接メタノール型燃料電池。 A plurality of unit cells formed by constructing an electrolyte layer on the outer surface portion of the fuel electrode body and constructing an air electrode layer on the outer surface portion of the electrolyte layer are connected via a fuel supply body having an osmotic structure. , the respective unit cell a fuel cell wherein the fuel electrode body to a fuel supply member having said penetration structure connected to the fuel storage tank for storing liquid fuel is a liquid fuel is supplied in contact,
The liquid fuel storage tank, with consists of replaceable cartridge structure, seen containing a liquid fuel absorbing member made of a porous material and / or fiber bundles body having a capillary force,
The liquid fuel impregnated in the liquid fuel storage body is continuously supplied to the fuel supply body through a relay core composed of a porous body and / or a fiber bundle having a capillary force larger than that of the liquid fuel storage body,
The liquid fuel is formed of a transparent or translucent resin having visibility, and is supplied to the fuel supply body through a liquid fuel guide pipe formed with a liquid fuel repellent layer at least on a surface in contact with the liquid fuel. In addition, the direct methanol fuel cell is characterized in that a liquid fuel end sign from the cartridge structure is detected by visually recognizing the liquid fuel guide tube through a visual recognition portion formed in the cartridge structure .
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