JP5124990B2 - 反応物質供給装置及び反応装置 - Google Patents
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Description
カソード:(3/2)O2 + 6e- + 6H+ → 3H2O
DMFC全体:CH3OH + (3/2)O2 → CO2 + 2H2O
前記液体状の反応物質に濡れにくい第1の支持体と、前記液体状の反応物質に濡れや すい材料からなり、前記液体状の反応物質を保持して蒸発させる第2の支持体とが、対 向又は対接して配置され、
前記第1の支持体と前記第2の支持体との間に前記液体状の反応物質が供給される
ように構成されている、反応物質供給装置に係るものである。
前記液体状の反応物質に濡れにくい第1の支持体と、前記液体状の反応物質に濡れや すい材料からなり、前記液体状の反応物質を保持して蒸発させる第2の支持体とが、対 向又は対接して配置され、
前記第1の支持体と前記第2の支持体との間に前記液体状の反応物質が供給される
ように構成されている。
前記第1の支持体の表面が平坦化され、裏面側から前記表面に達する貫通孔が設けら れ、
前記第2の支持体は、前記液体状の反応物質を保持できる形状、即ち、網状又は多孔 体状に形成され、
前記第2の支持体は、前記第1の支持体の前記表面に接するか、又は前記表面からわ ずかに離間して保持され、
前記貫通孔を通じて前記蒸発板と前記基体との間隙に供給された前記液体状の反応物 質が、前記蒸発板に浸透した後、その表面から蒸発するように構成されている、
のがよい。
前記電気化学デバイスの運転状態を測定する測定部と、
前記運転状態の測定の結果に基づき、前記電気化学デバイス部の運転条件を決定する 制御部と、
前記決定に基づいて前記電気化学デバイス部の運転条件を設定する設定部と
を有する、電気化学エネルギー生成装置として構成されたのがよい。
浸透蒸発部27では、燃料が広がり、浸透することから、接触角は、測定不能である。よって、この層は、燃料と基材との表面張力の値に依存する。この層の基材全面に広がってほしいことから、燃料であるメタノール(22.6dyne/cm)より高い表面張力を有する材料を基材として用いる必要がある。
カソード:(3/2)O2 + 6e- + 6H+ → 3H2O
DMFC全体:CH3OH + (3/2)O2 → CO2 + 2H2O
実施の形態で説明した燃料気化部25(図1および図2参照。)を作製し、燃料気化部25の浸透蒸発部27から自然蒸発するメタノールガスの濃度を、高感度室温型メタノールセンサを用いてリアルタイムで測定した。このセンサでは、メタノール濃度と検知される電流量とが比例関係にあるので、メタノール濃度は検知電流の電流値で示した。
実施例1で作製した燃料気化部25を組み込み、図1の電気化学エネルギー発生装置を作製し、性能を評価した。
前記電気化学デバイス部として、図3に示した燃料電池10を作製した。
上記の燃料電池10を図1に示した電気化学エネルギー生成装置50に組み込み、電気化学測定装置(ソーラートロン社製、マルチスタット1480)に接続し、定電圧出力(0.3V)モードおよび定電流出力(100mA)モードの動作を行わせ、燃料不足検出、空気不足検出および燃料クロスオーバー検出を行った。
ここでは、燃料電池の発電特性の低下に関わる主要な原因を特定し、いくつかのモデル的実験によって、これらの原因と、参照電極を基準とするアノードおよびカソードの電位、並びに燃料電池の出力電圧および出力電流との関係を明らかにして、異なる運転条件下であっても、参照電極を用いることで適切な制御を行う方法を確立することができた。
こうした構造の燃料気化部25を用いて、室温で発電を行った。
燃料電池10は、電圧制御運転させ、電圧は、1.5Vから1.7V(低電圧)の範囲で動作させ、燃料電池の出力が200mWを下回ったら、最適な燃料量は、ポンプを介して供給した結果を図3に示す。このデータは、2.5時間発電を行った際のものであり、200mWを下回った際には最適な燃料量が供給され、出力は、上がっている。出力は、安定していることから、信頼性の高い小型燃料であることが確認された。
4…アノード側拡散層、5…アノード側拡散層、6…アノード(アノード側集電体)、
7…カソード(カソード側集電体)、8…MEA、10…燃料電池、
11…燃料供給部、12…空気(酸素)供給部、13…燃料、14…空気(酸素)、
20…燃料供給システム、21…原燃料、22…燃料貯蔵手段、23…燃料供給手段、
24…燃料供給ライン、25…燃料気化部、26…支持部、27…浸透蒸発部
28…表面、29…貫通孔、30…測定部、31…電圧測定部、32…電流測定部、
33…通信ライン、40…制御部、41…演算部、42…制御部、43…演算部、
44…通信ライン、50…電気化学エネルギー生成装置、60…外部回路
Claims (10)
- 液体燃料を貯蔵する貯蔵手段と、
表面が平坦化されており裏面側から前記表面に達する1つの貫通孔が設けられ前記液
体燃料に濡れにくい第1の支持体と、
前記液体燃料に濡れやすい材料からなり、前記液体燃料を保持できる網状又は多孔体
状に形成され、前記表面に対向して間隙をおいて配置され、前記液体燃料を保持して蒸
発させる第2の支持体と、
前記貯蔵手段から前記液体燃料を前記貫通孔に供給し、前記第1の支持体と前記第2
の支持体との間隙に前記液体燃料を供給するポンプからなる燃料供給手段と
を有し、前記間隙に供給された前記液体燃料が、前記第2の支持体に浸透した後、前記第2の支持体の全面から蒸発して気体状の反応物質として反応領域に供給される、反応物質供給装置。 - 前記液体燃料が、純メタノールである、請求項1に記載した反応物質供給装置。
- 前記第2の支持体の厚さが1mm以下である、請求項1に記載した反応物質供給装置。
- 前記液体状の反応物質は自然蒸発する、請求項1に記載した反応物質供給装置。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載した反応物質供給装置と、前記気体状の反応物質が反応する前記反応領域とを有する、反応装置。
- 前記反応領域として、電解質がアノードとカソードとの間に配置された電気化学デバイス部を有し、電気化学デバイスとして構成された、請求項5に記載した反応装置。
- 前記電気化学デバイスの運転状態を測定する測定部と、
前記運転状態の測定の結果に基づき、前記電気化学デバイス部の運転条件を決定する
制御部と、
前記決定に基づいて前記電気化学デバイス部の運転条件を設定する設定部と
を有し、前記電気化学デバイスが電気化学エネルギーを生成する電気化学デバイスであり、電気化学エネルギー生成装置として構成された、請求項6に記載した反応装置。 - 前記電気化学デバイス部が、前記アノードに燃料を供給し、前記カソードに酸素含有ガスを供給する燃料電池として構成されている、請求項6に記載した反応装置。
- 前記燃料電池の運転条件として燃料供給量が設定される、請求項8に記載した反応装置。
- 前記燃料供給量の設定が繰り返して行われ、前記燃料電池の特性変動に追従して前記アノードにおける燃料濃度が最適化される、請求項9に記載した反応装置。
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