JP5127267B2 - Fuel cell and fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、携帯機器の動作に有効な平面配置の燃料電池および燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell and a fuel cell system having a planar arrangement effective for the operation of a portable device.

近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話等の各種電子機器は、半導体技術の発達と共に小型化され、燃料電池をこれらの小型機器用の電源に用いることが試みられている。燃料電池は、燃料と酸化剤を供給するだけで発電することができ、燃料のみを補充・交換すれば連続して発電できるという利点を有している。このため、小型化ができれば携帯電子機器の作動に極めて有利なシステムといえる。特に直接メタノール燃料電池(DMFC;Direct Methanol Fuel Cell)は、エネルギー密度の高いメタノールを燃料に用い、メタノールから電極触媒上で直接電流を取り出せるため、小型化が可能であり、また燃料の取り扱いも水素ガス燃料に比べて容易なことから小型機器用電源として有望であることから、携帯電話、携帯オーディオ、携帯ゲーム機、ノートパソコンなどのコードレス携帯機器に最適な電源としてその実用化が期待されている。   In recent years, various electronic devices such as personal computers and mobile phones have been miniaturized with the development of semiconductor technology, and attempts have been made to use fuel cells as power sources for these small devices. Fuel cells have the advantage that they can generate electricity simply by supplying fuel and oxidant, and can continuously generate electricity if only the fuel is replenished / replaced. For this reason, if the size can be reduced, it can be said that the system is extremely advantageous for the operation of the portable electronic device. Direct methanol fuel cells (DMFCs), in particular, use methanol with high energy density as the fuel, and since current can be extracted directly from methanol on the electrode catalyst, it is possible to reduce the size and handle the fuel with hydrogen. Since it is easy compared to gas fuel, it is promising as a power supply for small devices, so it is expected to be put into practical use as an optimal power source for cordless portable devices such as mobile phones, portable audio devices, portable game machines, and laptop computers. .

DMFCの燃料供給方式には、液体燃料を気化してからブロア等で燃料電池内に送り込む気体供給型DMFCと、液体燃料をそのままポンプ等で燃料電池内に送り込む液体供給型DMFC、液体燃料をセル内で気化させる内部気化型DMFC等が知られている。このうち内部気化型DMFCは、例えば特許文献1及び特許文献2に記載されている。内部気化型DMFCでは、燃料浸透層中に保持された液体燃料のうち気化成分を燃料気化層(アノードガス拡散層)において拡散させ、拡散された気化燃料がアノード触媒層に供給され、カソード触媒層側からの酸化剤と電解質膜において発電反応する。   The DMFC fuel supply system includes a gas supply type DMFC in which liquid fuel is vaporized and then sent into the fuel cell with a blower, etc., a liquid supply type DMFC in which the liquid fuel is directly sent into the fuel cell with a pump, etc. An internal vaporization type DMFC that vaporizes in the interior is known. Among these, the internal vaporization type DMFC is described in Patent Document 1 and Patent Document 2, for example. In the internal vaporization type DMFC, the vaporized component of the liquid fuel held in the fuel permeation layer is diffused in the fuel vaporization layer (anode gas diffusion layer), and the diffused vaporized fuel is supplied to the anode catalyst layer, and the cathode catalyst layer Power generation reaction occurs in the electrolyte membrane with the oxidant from the side.

このような内部気化型DMFCは、単位セル当たりの動作電圧が0.3〜0.5V程度と低いので、高出力の小型電源としてコードレス携帯機器に用いるためには複数の単位セルを同一平面上に配置して直列に接続する必要があり、燃料電池全体の表面積に対して発電部を多くとらなければならない。   Since such an internal vaporization type DMFC has a low operating voltage per unit cell of about 0.3 to 0.5 V, a plurality of unit cells are arranged on the same plane for use in a cordless portable device as a high-output small power source. It is necessary to arrange them in series and connect them in series, and it is necessary to take a large number of power generation units with respect to the entire surface area of the fuel cell.

しかし、DMFCに要求される出力を十分に満たすためには、小型化を目指しているにも拘わらず比較的広い面積に多くの開口部及び積層部を有するため、Oリング等のシール構造を用いて液体燃料の外部への漏れ出しを防止するようにしている。また、内部気化型DMFCでは、内部のシールが不完全であると、反応に寄与する燃料の割合が減少して、燃料利用効率が低下するため、結果として燃料電池性能を低下させることになる。このため、DMFCにおいては内部シールも重要である。   However, in order to sufficiently satisfy the output required for DMFC, it has a relatively large area with a large number of openings and laminated parts, but it uses a seal structure such as an O-ring. This prevents liquid fuel from leaking out. Further, in the internal vaporization type DMFC, if the internal seal is incomplete, the ratio of the fuel contributing to the reaction is reduced and the fuel utilization efficiency is lowered, and as a result, the fuel cell performance is lowered. For this reason, internal seals are also important in DMFCs.

シール構造のもつ機能を十分に発揮させるためにはシール部分に相当の押圧力を印加する必要がある。例えば特許文献3に記載されたDMFCでは、外装ケースとなるカバープレートの端部を燃料タンクの主面にかしめ加工することにより両者間のシール構造に相当の押圧力を印加して、シール性を向上させている。
特許第3413111号公報 国際公開番号WO2006/057283号公報 国際公開番号WO2006/120966号公報
In order to fully exhibit the function of the seal structure, it is necessary to apply a considerable pressing force to the seal portion. For example, in the DMFC described in Patent Document 3, the end of the cover plate serving as the outer case is caulked to the main surface of the fuel tank to apply a considerable pressing force to the seal structure between the two, thereby improving the sealing performance It is improving.
Japanese Patent No. 3413111 International Publication Number WO2006 / 057283 International Publication Number WO2006 / 120966

しかし、さらにDMFCを小型軽量化する目的から、燃料供給機構やカバープレートなどの部品はぎりぎりのところまで肉厚を削られて薄くされるため、従来のカシメ構造による締め付けのみでは相当の押圧力を印加することが難しくなる。   However, in order to further reduce the size and weight of the DMFC, parts such as the fuel supply mechanism and the cover plate are thinned by thinning them to the limit, so a considerable pressing force can be obtained only by tightening with the conventional caulking structure. It becomes difficult to apply.

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、燃料電池のさらなる小型軽量化の要求においても、シール性を向上させることができ、携帯機器を動作させるために十分に高い出力特性を得ることができる燃料電池および燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. Even in the demand for further reduction in size and weight of a fuel cell, the sealing performance can be improved, and a sufficiently high output characteristic for operating a portable device can be obtained. An object is to provide a fuel cell and a fuel cell system that can be obtained.

本発明に係る燃料電池は、電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に積層されたアノード電極と、前記電解質膜の他方の面に積層されたカソード電極とからなる膜電極接合体を備える起電部と、前記膜電極接合体の、前記アノード電極側に配置された前記膜電極接合体へ燃料を供給する燃料供給部と、前記前記膜電極接合体を前記カソード電極側より覆うカバープレートと、を具備する燃料電池であって、
前記カバープレートの端部を折り曲げて前記燃料供給部にかしめるカシメ構造と、前記カバープレートおよび前記燃料供給部を締結固定する締結構造と、を有することを特徴とする。
A fuel cell according to the present invention includes a membrane electrode assembly including an electrolyte membrane, an anode electrode laminated on one surface of the electrolyte membrane, and a cathode electrode laminated on the other surface of the electrolyte membrane. A fuel supply section that supplies fuel to the membrane electrode assembly disposed on the anode electrode side of the membrane electrode assembly; and a cover plate that covers the membrane electrode assembly from the cathode electrode side. A fuel cell comprising:
It has a caulking structure that bends an end portion of the cover plate and caulks the fuel supply portion, and a fastening structure that fastens and fixes the cover plate and the fuel supply portion.

本発明に係る燃料電池システムは、電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に積層されたアノード電極と、前記電解質膜の他方の面に積層されたカソード電極とからなる膜電極接合体を備える起電部と、前記膜電極接合体の前記アノード電極側に配置された前記膜電極接合体へ燃料を供給する燃料供給部と、前記燃料供給部に燃料を導入するための燃料導入口と、前記膜電極接合体を前記カソード電極側より覆うカバープレートと、前記膜電極接合体で発生した電子を外部負荷に取り出すための電子出力端子と、前記膜電極接合体の状態を検出するための状態検出手段と、前記状態検出手段からの状態情報に基づいて前記起電部への燃料の供給を制御する外部制御回路と、前記状態検出手段により検出された状態情報を前記外部制御回路に送るための状態出力端子と、を具備する燃料電池システムであって、
前記カバープレートの端部を折り曲げて前記燃料供給部にかしめるカシメ構造と、前記カバープレートおよび前記燃料供給部を締結固定する締結構造と、をさらに有し、
前記燃料供給部は、前記締結構造のネジを通すための複数のネジ穴が形成された側壁を有し、
前記燃料導入口は、隣り合う前記ネジ穴の相互間に配置され、
前記電子出力端子は、隣り合う前記ネジ穴の相互間を通って導出され、
前記状態出力端子は、隣り合う前記ネジ穴の相互間の前記燃料供給機構と前記カバープレートとの間から導出されることを特徴とする。
A fuel cell system according to the present invention includes a membrane electrode assembly including an electrolyte membrane, an anode electrode laminated on one surface of the electrolyte membrane, and a cathode electrode laminated on the other surface of the electrolyte membrane. An electromotive unit, a fuel supply unit that supplies fuel to the membrane electrode assembly disposed on the anode electrode side of the membrane electrode assembly, and a fuel introduction port for introducing fuel into the fuel supply unit; A cover plate that covers the membrane electrode assembly from the cathode electrode side, an electron output terminal for taking out electrons generated in the membrane electrode assembly to an external load, and a state for detecting the state of the membrane electrode assembly Detecting means; an external control circuit for controlling supply of fuel to the electromotive unit based on status information from the status detecting means; and status information detected by the status detecting means is sent to the external control circuit. A fuel cell system comprising a status output terminal of the eye, and
A caulking structure that bends an end of the cover plate and caulks the fuel supply part; and a fastening structure that fastens and fixes the cover plate and the fuel supply part.
The fuel supply unit has a side wall formed with a plurality of screw holes for passing screws of the fastening structure.
The fuel inlet is disposed between the adjacent screw holes,
The electronic output terminal is led out between the adjacent screw holes,
The state output terminal is led out from between the fuel supply mechanism between the adjacent screw holes and the cover plate.

本発明によれば、燃料電池のシール性を向上させることができ、燃料電池の小型軽量化に寄与し、燃料電池の体積エネルギー密度を向上させることが可能になり、携帯電話、携帯オーディオ、携帯ゲーム機、ノートパソコンなどのコードレス携帯機器を動作させるために十分に高い出力特性を得ることができる。   According to the present invention, the sealing performance of the fuel cell can be improved, the fuel cell can be reduced in size and weight, and the volume energy density of the fuel cell can be improved. A sufficiently high output characteristic can be obtained for operating a cordless portable device such as a game machine or a notebook computer.

本発明の燃料電池は、カバープレートの端部を折り曲げて燃料供給部にかしめるカシメ構造と、カバープレートおよび燃料供給部を締結固定する締結構造とを有する。   The fuel cell of the present invention has a caulking structure in which an end portion of a cover plate is bent and crimped to a fuel supply portion, and a fastening structure for fastening and fixing the cover plate and the fuel supply portion.

本発明の燃料電池においては、前記締結構造として、例えばネジによる締結固定を採用することができる。   In the fuel cell of the present invention, for example, fastening by screws can be adopted as the fastening structure.

そして、本発明の燃料電池の燃料供給部としては、燃料収容部と流路を介して燃料が導入され、前記膜電極接合体へ燃料を供給するための複数の燃料供給口を有する燃料分配機構、あるいは燃料収容部と流路を介して燃料が導入され、前記膜電極接合体へ燃料を供給するための燃料拡散材を配置した構造、さらには燃料収容室など各種構造を採用することができる。   And as a fuel supply part of the fuel cell of the present invention, a fuel distribution mechanism having a plurality of fuel supply ports for supplying fuel to the membrane electrode assembly through which fuel is introduced through a fuel storage part and a flow path Alternatively, it is possible to adopt various structures such as a structure in which fuel is introduced through a fuel storage section and a flow path, and a fuel diffusion material for supplying fuel to the membrane electrode assembly is disposed, and further, a fuel storage chamber and the like. .

このカバープレートと燃料供給部を締結固定する締結構造としてネジによる締結固定においては、燃料供給部が、ネジによる締結固定のネジを通すための複数のネジ穴が形成された側壁を有し、燃料供給部の中に燃料収容部から流路を介して燃料を導入するために、隣り合うネジ穴の相互間において燃料収容部の側壁を貫通する燃料導入口をさらに有することができる。   In fastening fastening with screws as a fastening structure for fastening and fixing the cover plate and the fuel supply part, the fuel supply part has a side wall formed with a plurality of screw holes for passing screws for fastening fastening with screws, In order to introduce fuel into the supply unit from the fuel storage unit via the flow path, the fuel supply unit may further include a fuel introduction port that penetrates the side wall of the fuel storage unit between adjacent screw holes.

燃料導入口の両側にネジ締結構造のネジを通すことにより、締め付けの力点が更に燃料電池構造の内側に入り込み、カシメ構造のみの締め付けに比べて押圧力がさらに増大する。   By passing screws of the screw fastening structure through both sides of the fuel introduction port, the fastening force point further enters the inside of the fuel cell structure, and the pressing force is further increased as compared with the fastening of the caulking structure alone.

また、上記のカバープレートと燃料供給部を締結固定する締結構造としてネジによる締結固定においては、燃料供給部が、ネジによる締結固定のネジを通すための複数のネジ穴が形成された側壁を有し、膜電極接合体で発生した電子を外部負荷に取り出すために、隣り合うネジ穴の相互間の燃料供給機構とカバープレートとの間から電子出力端子を導出することができる。   Further, in the fastening and fixing using screws as the fastening structure for fastening and fixing the cover plate and the fuel supply unit, the fuel supply unit has a side wall formed with a plurality of screw holes for passing screws for fastening and fixing using screws. In order to take out the electrons generated in the membrane electrode assembly to an external load, the electron output terminal can be led out between the fuel supply mechanism between the adjacent screw holes and the cover plate.

このような構造にすることにより電子出力端子を取り出すための開口部を有効にシールすることが可能になり、前記電子出力端子の外部への導出部のシール性を有効に向上することができる。   With such a structure, it is possible to effectively seal the opening for taking out the electronic output terminal, and the sealing performance of the lead-out portion to the outside of the electronic output terminal can be effectively improved.

また、本発明の燃料電池は、上記のカバープレートと燃料供給部を締結固定する締結構造としてネジによる締結固定においては、燃料供給部が、ネジによる締結固定のネジを通すための複数のネジ穴が形成された側壁を有し、膜電極接合体で発生した電子を外部負荷に取り出すために、隣り合う前記ネジ穴の相互間の前記燃料供給機構と前記カバープレートとの間から、前記状態検出手段から検出された状態情報を外部制御回路に送るための状態出力端子を導出することができる。   Further, the fuel cell of the present invention has a plurality of screw holes through which the fuel supply unit passes screws for fastening and fixing by screws as a fastening structure for fastening and fixing the cover plate and the fuel supply unit. In order to take out electrons generated in the membrane electrode assembly to an external load, the state detection is performed between the fuel supply mechanism between the adjacent screw holes and the cover plate. A status output terminal for sending status information detected from the means to the external control circuit can be derived.

この場合も上記と同様にこのような構造にすることにより状態出力端子を取り出すための開口部を有効にシールすることが可能になり、前記状態出力端子の外部への導出部のシール性を有効に向上することができる。   Also in this case, it becomes possible to effectively seal the opening for taking out the state output terminal by adopting such a structure as described above, and the sealing performance of the lead-out portion to the outside of the state output terminal is effective. Can be improved.

なお、前記状態検出手段で検出される状態情報は、例えば膜電極接合体の温度を検出する温度センサからの温度情報、膜電極接合体の出力電圧を検出する電圧検出手段からの出力電圧情報のうち少なくともいずれか1つの状態情報である。   The state information detected by the state detection means includes, for example, temperature information from a temperature sensor that detects the temperature of the membrane electrode assembly, and output voltage information from the voltage detection means that detects the output voltage of the membrane electrode assembly. The status information is at least one of them.

さらに、本発明の燃料電池システムは、前述の燃料電池の状態出力端子が接続され、燃料電池の前記状態情報に基づき前記燃料電池を制御する外部制御回路とを有することができる。   Furthermore, the fuel cell system of the present invention may include an external control circuit that is connected to the state output terminal of the fuel cell and controls the fuel cell based on the state information of the fuel cell.

このような構造にすることにより、本発明の燃料電池を適切に制御することができる。   With such a structure, the fuel cell of the present invention can be appropriately controlled.

以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための種々の実施の形態を説明する。   Hereinafter, various embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

先ず、図1〜図5を参照して燃料電池の全体の概要について説明する。図1はカバープレート21と燃料供給部70をネジによる締結構造により締結固定した本実施形態の燃料電池を模式的に示す断面図である。   First, an overview of the entire fuel cell will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the fuel cell of the present embodiment in which the cover plate 21 and the fuel supply unit 70 are fastened and fixed by a fastening structure using screws.

本実施形態の燃料電池1Aは、上部および側面が外装ケースとなるカバープレート21および燃料供給部70等で覆われ、内部に複数の単位セルを含むセル構造体20を備えている。起電部20は、燃料供給部70内に配置されカバープレート21で覆われ、後述するカシメ構造とネジ締結構造とを用いて締め付けられている。起電部20において、膜電極接合体10を構成する複数の単位セルは実質的に同一平面上に横並びに配置され、かつ、両極の導電層(集電体)7a,7b及び図示しないリード配線により直列に接続されている。   1 A of fuel cells of this embodiment are covered with the cover plate 21 used as an exterior case, the fuel supply part 70 grade | etc., And the cell structure 20 which contains several unit cells inside. The electromotive unit 20 is disposed in the fuel supply unit 70, covered with the cover plate 21, and tightened using a caulking structure and a screw fastening structure, which will be described later. In the electromotive unit 20, the plurality of unit cells constituting the membrane electrode assembly 10 are arranged side by side on substantially the same plane, and both conductive layers (current collectors) 7a and 7b and lead wiring (not shown) Are connected in series.

燃料電池1Aは、例えばカバープレート21の端部23を燃料供給部70の主面にかしめ加工することにより、複数の単位セルを一体化した1つのユニットとして構成されている。さらに、カバープレート21と燃料供給部70とは間にセル構造体20を挟み込み、ネジ86とナット88とで締め付けることにより、これらを一体に締結している。   The fuel cell 1 </ b> A is configured as one unit in which a plurality of unit cells are integrated by, for example, caulking the end portion 23 of the cover plate 21 to the main surface of the fuel supply unit 70. Further, the cell structure 20 is sandwiched between the cover plate 21 and the fuel supply unit 70 and fastened with screws 86 and nuts 88 to integrally fasten them.

燃料電池1Aの内部の単位セルは、シール部材8a,8bによって液密にシールされている。シール部材8a,8bには高絶縁性のゴムからなるOリングを用いることができる。これらのシール部材8a,8bによって燃料電池1Aの内部に種々のスペースや間隙が形成されている。それらのスペースや間隙のうち、例えばアノード側のスペースは空隙部(液溜め)40として用いられ、カソード側のスペースは保湿板(図示せず)が収納された空気供給部として用いられる。   The unit cell inside the fuel cell 1A is liquid-tightly sealed by the seal members 8a and 8b. O-rings made of highly insulating rubber can be used for the seal members 8a and 8b. These seal members 8a and 8b form various spaces and gaps inside the fuel cell 1A. Among these spaces and gaps, for example, the space on the anode side is used as a gap (reservoir) 40, and the space on the cathode side is used as an air supply unit in which a moisture retention plate (not shown) is accommodated.

アノード導電層7bには複数の燃料供給孔17bが開口しており、燃料分配機構11から燃料の燃料が燃料供給孔17bを通ってアノードガス拡散層5及びアノード触媒層3に供給されるようになっている。燃料分配機構11は、多数の燃料供給口14が開口し、これらの燃料供給口14を通って液溜40から起電部20のアノード側へ燃料が供給されるようになっている。   A plurality of fuel supply holes 17b are opened in the anode conductive layer 7b so that fuel of fuel is supplied from the fuel distribution mechanism 11 to the anode gas diffusion layer 5 and the anode catalyst layer 3 through the fuel supply holes 17b. It has become. In the fuel distribution mechanism 11, a large number of fuel supply ports 14 are opened, and fuel is supplied from the liquid reservoir 40 to the anode side of the electromotive unit 20 through the fuel supply ports 14.

液溜め40は、燃料供給部および燃料分配機構11によって周囲を規定される所定容量のスペースからなり、図1〜図3に示すように該スペースの側方において燃料導入口12が開口している。燃料導入口12は、燃料供給源となる燃料収容部50に配管流路51を介して連通し、燃料供給部70の側壁を貫通して液溜め40に開口している。燃料供給部70、燃料分配機構11および燃料収容部50と流路51は、メタノール液との接触により膨潤等の劣化を生じにくいポリエーテルエーテルケトン(PEEK(ヴィクトレックス社商標))などの樹脂材料でつくられている。   The liquid reservoir 40 is made up of a space of a predetermined capacity whose periphery is defined by the fuel supply unit and the fuel distribution mechanism 11, and the fuel inlet 12 is open at the side of the space as shown in FIGS. 1 to 3. . The fuel introduction port 12 communicates with a fuel storage unit 50 serving as a fuel supply source via a pipe channel 51, passes through the side wall of the fuel supply unit 70, and opens to the liquid reservoir 40. The fuel supply unit 70, the fuel distribution mechanism 11, the fuel storage unit 50, and the flow path 51 are made of a resin material such as polyetheretherketone (PEEK (Trademark)) that hardly causes deterioration such as swelling due to contact with the methanol liquid. It is made with.

空隙部(液溜め)40内には、液体のメタノール等の液体燃料が収容されている。ここで、液体燃料の気化成分とは、液体燃料として液体のメタノールを使用した場合、気化したメタノールを意味し、液体燃料としてメタノール水溶液を使用した場合にはメタノールの気化成分と水の気化成分からなる混合ガスを意味する。   A liquid fuel such as liquid methanol is accommodated in the gap (liquid reservoir) 40. Here, the vaporized component of the liquid fuel means vaporized methanol when liquid methanol is used as the liquid fuel, and from the vaporized component of methanol and the vaporized component of water when an aqueous methanol solution is used as the liquid fuel. Is a mixed gas.

空隙部(液溜め)40の内部には図示しない液体燃料含浸層が設けられている。液体燃料含浸層は、空隙部(液溜め)40内の液体燃料が減少した場合や燃料電池本体が傾斜して載置され燃料供給が偏った場合においても、気液分離膜に均質に燃料供給され、その結果、アノード触媒層3に対して均質に気化された液体燃料を供給することが可能となる。液体燃料含浸層として、例えば多孔質ポリエステル繊維、多孔質オレフィン系樹脂等多硬質繊維や、連続気泡多孔質体樹脂が好ましい。ポリエステル繊維以外にも、アクリル酸系の樹脂などの各種吸水性ポリマーにより構成してもよく、スポンジまたは繊維の集合体など液体の浸透性を利用して液体を保持することができる材料により構成する。このような液体燃料含浸部は本体の姿勢に関わらず適量の燃料を供給するのに有効である。   A liquid fuel impregnated layer (not shown) is provided inside the gap (reservoir) 40. The liquid fuel-impregnated layer supplies fuel uniformly to the gas-liquid separation membrane even when the liquid fuel in the gap (reservoir) 40 is reduced or even when the fuel cell body is placed inclined and the fuel supply is biased. As a result, it is possible to supply the vaporized liquid fuel to the anode catalyst layer 3 uniformly. As the liquid fuel-impregnated layer, for example, multi-rigid fibers such as porous polyester fiber and porous olefin resin, and open-cell porous resin are preferable. In addition to the polyester fiber, it may be composed of various water-absorbing polymers such as acrylic resin, and is composed of a material that can hold the liquid by utilizing the permeability of the liquid, such as a sponge or an aggregate of fibers. . Such a liquid fuel-impregnated portion is effective for supplying an appropriate amount of fuel regardless of the posture of the main body.

カソード導電層7aには複数のガス通流孔17aが開口し、カバープレート21の通気孔22から導入された空気が保湿板(図示せず)を経由した後にガス通流孔17aを通ってガス拡散層4及びカソード触媒層2に供給されるようになっている。なお、カソード導電層のガス通流孔17aは、中心軸がカバープレート21の通気孔22の中心軸と略一致するように配置されていることが好ましい。   A plurality of gas flow holes 17a are opened in the cathode conductive layer 7a, and the air introduced from the air holes 22 of the cover plate 21 passes through the moisture retaining plate (not shown), and then passes through the gas flow holes 17a. It is supplied to the diffusion layer 4 and the cathode catalyst layer 2. The gas flow hole 17 a of the cathode conductive layer is preferably arranged so that the central axis substantially coincides with the central axis of the vent hole 22 of the cover plate 21.

カバープレート21は、セル構造体20を含む各構成部材を加圧してその密着性を高める役割も果たしているため、例えば、SUS304のような金属板により形成される。保湿板(図示せず)は、カソード触媒層2において生成した水の蒸散を防止する役割を果たすと共に、カソード拡散層4に酸化剤を均一に導入することによりカソード触媒層2への酸化剤の均一拡散を促す補助拡散層としての役割も果たしている。この保湿板には好ましくは気孔率が例えば20〜60%の多孔性フィルムなどが用いられる。   The cover plate 21 also serves to pressurize each constituent member including the cell structure 20 and enhance its adhesion, and is formed of a metal plate such as SUS304, for example. The moisturizing plate (not shown) serves to prevent transpiration of the water generated in the cathode catalyst layer 2 and introduces the oxidant into the cathode diffusion layer 4 uniformly by introducing the oxidant into the cathode catalyst layer 2. It also serves as an auxiliary diffusion layer that promotes uniform diffusion. For this moisturizing plate, a porous film having a porosity of, for example, 20 to 60% is preferably used.

燃料電池の単位セルは、プロトン伝導性を有する固体電解質膜6、アノード触媒層3アノードガス拡散層5、カソード触媒層2およびカソードガス拡散層4を備えており、膜電極接合体を構成している。アノード触媒層3にはアノードガス拡散層5が貼り付けられている。アノード触媒層3は、ガス拡散層5を介して供給される燃料を酸化して燃料から電子とプロトンとを取り出すものである。アノード触媒層3は、例えば、触媒を含む炭素粉末により構成されている。触媒には、例えば、白金(Pt)の微粒子、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ルテニウム(Ru)あるいはモリブデン(Mo)などの遷移金属あるいはその酸化物あるいはそれらの合金などの微粒子が用いられる。一酸化炭素(CO)の吸着による触媒の不活性化を防止することができることから、アノード触媒には、メタノールや一酸化炭素に対する耐性の強いPt−Ru、カソード触媒には、白金を用いることが望ましい。しかし、これのみに触媒は限定されるものではない。また、炭素材料のような導電性担持体を使用する担持触媒を使用しても、あるいは無担持触媒を使用しても良い。   A unit cell of a fuel cell includes a solid electrolyte membrane 6 having proton conductivity, an anode catalyst layer 3, an anode gas diffusion layer 5, a cathode catalyst layer 2 and a cathode gas diffusion layer 4, and constitutes a membrane electrode assembly. Yes. An anode gas diffusion layer 5 is attached to the anode catalyst layer 3. The anode catalyst layer 3 oxidizes the fuel supplied through the gas diffusion layer 5 and extracts electrons and protons from the fuel. The anode catalyst layer 3 is made of, for example, carbon powder containing a catalyst. Examples of the catalyst include fine particles of platinum (Pt), transition metals such as iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), ruthenium (Ru) and molybdenum (Mo), oxides thereof, and alloys thereof. Are used. Since it is possible to prevent inactivation of the catalyst due to adsorption of carbon monoxide (CO), it is preferable to use Pt-Ru which is highly resistant to methanol and carbon monoxide as the anode catalyst and platinum as the cathode catalyst. desirable. However, the catalyst is not limited to this. Further, a supported catalyst using a conductive support such as a carbon material may be used, or an unsupported catalyst may be used.

また、アノード触媒層3は、電解質膜6に用いられる樹脂の微粒子を含むほうがさらに望ましい。発生させたプロトンの移動を容易とするためである。アノードガス拡散層5は、例えば多孔質の炭素材料よりなる薄膜で構成され、具体的にはカーボンペーパーまたは炭素繊維などで構成されている。   The anode catalyst layer 3 more preferably contains fine particles of resin used for the electrolyte membrane 6. This is to facilitate the movement of the generated protons. The anode gas diffusion layer 5 is made of, for example, a thin film made of a porous carbon material, and specifically made of carbon paper or carbon fiber.

カソードはカソード触媒層2とカソードガス拡散層4を有する。カソード触媒層2は、酸素を還元して、電子とアノード触媒層3において発生したプロトンとを反応させて水を生成するものであり、例えば上述のアノード触媒層3及びガス拡散層4と同様に構成されている。すなわち、カソードは、電解質膜6の側から順に触媒を含む炭素粉末よりなるカソード触媒層2と多孔質の炭素材料よりなるカソードガス拡散層4(ガス透過層)とが積み重ねられた積層構造をなしている。カソード触媒層2に用いられる触媒はアノード触媒層3のそれと同様であり、アノード触媒層2が固体電解質膜6に用いられる樹脂の微粒子を含む場合があることもアノード触媒層2と同様である。   The cathode has a cathode catalyst layer 2 and a cathode gas diffusion layer 4. The cathode catalyst layer 2 reduces oxygen and reacts electrons with protons generated in the anode catalyst layer 3 to generate water. For example, similar to the anode catalyst layer 3 and the gas diffusion layer 4 described above. It is configured. That is, the cathode has a laminated structure in which a cathode catalyst layer 2 made of carbon powder containing a catalyst and a cathode gas diffusion layer 4 (gas permeable layer) made of a porous carbon material are stacked in this order from the electrolyte membrane 6 side. ing. The catalyst used for the cathode catalyst layer 2 is the same as that of the anode catalyst layer 3, and the anode catalyst layer 2 may contain fine particles of resin used for the solid electrolyte membrane 6 as well as the anode catalyst layer 2.

電解質膜6は、アノード触媒層3において発生したプロトンをカソード触媒層2に輸送するためのものであり、電子伝導性を持たず、プロトンを輸送することが可能な材料により構成されている。例えば、ポリパーフルオロスルホン酸系の樹脂膜、具体的には、デュポン社製のナフィオン膜、旭硝子社製のフレミオン膜、あるいは旭化成工業社製のアシプレックス膜などにより構成されている。なお、ポリパーフルオロスルホン酸系の樹脂膜以外にも、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プロトンを輸送可能な電解質膜6を構成するようにしてもよい。   The electrolyte membrane 6 is for transporting protons generated in the anode catalyst layer 3 to the cathode catalyst layer 2 and is made of a material that does not have electron conductivity and can transport protons. For example, it is composed of a polyperfluorosulfonic acid resin film, specifically, a Nafion film manufactured by DuPont, a Flemion film manufactured by Asahi Glass, or an Aciplex film manufactured by Asahi Kasei Kogyo. In addition to polyperfluorosulfonic acid-based resin films, copolymer films of trifluorostyrene derivatives, polybenzimidazole films impregnated with phosphoric acid, aromatic polyether ketone sulfonic acid films, or aliphatic hydrocarbon-based films You may make it comprise the electrolyte membrane 6 which can transport protons, such as a resin container.

カソードガス拡散層4はカソード触媒層2の上面側に積層され、かつアノードガス拡散層5はアノード触媒層3の下面側に積層されている。カソードガス拡散層4はカソード触媒層2に酸化剤を均一に供給する役割を担うものである。一方、アノードガス拡散層5はアノード触媒層3に燃料を均一に供給する役割を担うものである。カソード導電層7a及びアノード導電層7bは、それぞれ、カソードガス拡散層4及びアノードガス拡散層5と接している。カソード導電層7a及びアノード導電層7bを構成する材料としては、例えば、金などの金属材料からなる多孔質層(例えばメッシュ)または箔体、あるいは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をそれぞれ使用することができる。   The cathode gas diffusion layer 4 is laminated on the upper surface side of the cathode catalyst layer 2, and the anode gas diffusion layer 5 is laminated on the lower surface side of the anode catalyst layer 3. The cathode gas diffusion layer 4 plays a role of uniformly supplying the oxidizing agent to the cathode catalyst layer 2. On the other hand, the anode gas diffusion layer 5 plays a role of uniformly supplying fuel to the anode catalyst layer 3. The cathode conductive layer 7a and the anode conductive layer 7b are in contact with the cathode gas diffusion layer 4 and the anode gas diffusion layer 5, respectively. As a material constituting the cathode conductive layer 7a and the anode conductive layer 7b, for example, a porous layer (for example, a mesh) or a foil body made of a metal material such as gold, or a highly conductive material such as gold or the like in a conductive metal material such as SUS. A composite material coated with a conductive metal can be used.

起電部20の下方に燃料分配機構11が設けられている。燃料分配機構11には複数の燃料供給口14が開口している。これらの燃料供給口14を通ってアノード触媒層3に燃料が分配供給される。   A fuel distribution mechanism 11 is provided below the electromotive unit 20. A plurality of fuel supply ports 14 are opened in the fuel distribution mechanism 11. Fuel is distributed and supplied to the anode catalyst layer 3 through these fuel supply ports 14.

なお、上記構成にさらにアノード導電層7bと燃料分配機構11との間に気液分離膜(図示せず)を配置することも可能である。気液分離膜は、多数の細孔を有するポリテトラフルオロエチレン(PTFE)シートからなり、液体燃料(メタノール液又はその水溶液)を遮断し、燃料ガス(メタノールガス)を透過させる性質を有するものである。   In addition, it is also possible to arrange a gas-liquid separation membrane (not shown) between the anode conductive layer 7b and the fuel distribution mechanism 11 in the above configuration. The gas-liquid separation membrane is composed of a polytetrafluoroethylene (PTFE) sheet having a large number of pores, and has a property of blocking liquid fuel (methanol liquid or an aqueous solution thereof) and allowing fuel gas (methanol gas) to permeate. is there.

次に、燃料供給部70とカバープレート21について説明する。   Next, the fuel supply unit 70 and the cover plate 21 will be described.

燃料供給部70は、図2および図3に示すように矩形箱状をなし、4つの側壁に取り囲まれた矩形の凹所が液溜め40を形成するスペースに相当している。燃料供給部70の一方側の短辺側壁のほぼ中央において燃料導入口12が開口している。燃料導入口12は側壁の下方凸部をX軸方向に貫通している。燃料導入口12の両側の凹所74には矩形ナット88が嵌まり込み、これらの矩形ナット88には、図1に示すようにネジ86がZ軸方向に貫通するカバープレートのネジ穴83および燃料供給部のネジ穴73を通って螺合している。これらのネジ締結構造86,88によりカバープレート21が燃料供給部70に締結されている。   The fuel supply unit 70 has a rectangular box shape as shown in FIGS. 2 and 3, and a rectangular recess surrounded by four side walls corresponds to a space for forming the liquid reservoir 40. The fuel inlet 12 is opened at substantially the center of the short side wall on one side of the fuel supply unit 70. The fuel inlet 12 penetrates the downward convex part of the side wall in the X-axis direction. Rectangular nuts 88 are fitted into the recesses 74 on both sides of the fuel inlet 12. In these rectangular nuts 88, as shown in FIG. It is screwed through the screw hole 73 of the fuel supply unit. The cover plate 21 is fastened to the fuel supply unit 70 by these screw fastening structures 86 and 88.

図5は、図4に示す燃料電池をY軸線(V−V線)に沿って切断したときの部分断面図である。燃料導入口12の両側にネジ締結構造のネジ86を通すことにより、締め付けの力点が図5に示すように燃料電池構造の内側に入り込み、カシメ構造のみの締め付けに比べて押圧力がさらに増大する。これにより燃料の外部への漏れ出しを有効に防止することができる。   FIG. 5 is a partial cross-sectional view when the fuel cell shown in FIG. 4 is cut along the Y-axis line (V-V line). By passing the screw 86 of the screw fastening structure through both sides of the fuel introduction port 12, the fastening force point enters the inside of the fuel cell structure as shown in FIG. 5, and the pressing force is further increased compared to the fastening of the caulking structure alone. . As a result, leakage of fuel to the outside can be effectively prevented.

燃料供給部70の他方側の短辺側壁にも、上記と同様にZ軸方向に貫通するネジ穴73が形成され、カバープレート21と燃料供給部70とをネジ86により締結するようにしている。   Similarly to the above, a screw hole 73 penetrating in the Z-axis direction is formed in the other short side wall of the fuel supply unit 70 so that the cover plate 21 and the fuel supply unit 70 are fastened by screws 86. .

また、燃料供給部70の他方側の短辺側壁には、上方に開口する複数の凹所77が設けられている。これらの凹所77は、図4に示すように各種の端子91,92,93を燃料電池筐体から外部に取り出す挿通孔を形成するためのものである。すなわち、これらの端子取出用孔は、燃料供給部の凹所77とカバープレート21との間にそれぞれ形成される。なお、端子取出用孔の周壁には絶縁性のシール部材が設けられている。このような構造にすることにより各種端子を取り出すための開口部を有効にシールすることが可能になり、該端子取出用開口部から液体燃料が外部に漏れ出すのを有効に防止することができる。なお、上記のネジ穴73は、これらの凹所77を避けるように配置されている。すなわち、ネジ穴73はそれぞれが短辺側壁の凸部を貫通している。   Further, a plurality of recesses 77 opening upward are provided on the short side wall on the other side of the fuel supply unit 70. These recesses 77 are for forming insertion holes for taking out the various terminals 91, 92, 93 from the fuel cell casing to the outside as shown in FIG. That is, these terminal extraction holes are respectively formed between the recess 77 of the fuel supply unit and the cover plate 21. An insulating seal member is provided on the peripheral wall of the terminal extraction hole. With such a structure, it is possible to effectively seal the opening for taking out various terminals, and it is possible to effectively prevent liquid fuel from leaking out from the terminal extraction opening. . The screw hole 73 is disposed so as to avoid these recesses 77. That is, each of the screw holes 73 penetrates the convex portion of the short side wall.

図4に示すように、筐体の短辺の両端近傍からは一対の電子出力端子91が、短辺の中央寄りからは3つの状態出力端子としての電圧検出端子(モニタ用端子、テスト用端子)92が、短辺の中央からは別の状態出力端子としての温度検出端子93がそれぞれ取り出されている。正極側の電子出力端子91は集電体としてのカソード導電層7aに接続され、負極側の電子出力端子91は集電体としてのアノード導電層7bに接続されている。電子出力端子91は、筐体の外部に設けられた制御回路32に出力検出信号を送るようになっている。電圧検出端子92は、さらに単位セル間の局部電圧を検出するために、単位セルを構成する隣り合う短冊状の電極にそれぞれ接続されている。これらの電圧検出端子92は、制御回路32にセル間局部電圧信号を送るようになっている(図10参照)。制御回路32は、燃料電池の運転中にこれらのセル間局部電圧信号に異常値が無いかどうかを常に監視している。   As shown in FIG. 4, a pair of electronic output terminals 91 are located near both ends of the short side of the housing, and three state output terminals (monitoring terminal, test terminal) are located near the center of the short side. ) 92 are respectively taken out from the center of the short side as temperature detection terminals 93 as other status output terminals. The electron output terminal 91 on the positive electrode side is connected to the cathode conductive layer 7a as a current collector, and the electron output terminal 91 on the negative electrode side is connected to the anode conductive layer 7b as a current collector. The electronic output terminal 91 sends an output detection signal to the control circuit 32 provided outside the housing. The voltage detection terminal 92 is further connected to adjacent strip-shaped electrodes constituting the unit cell in order to detect a local voltage between the unit cells. These voltage detection terminals 92 send an inter-cell local voltage signal to the control circuit 32 (see FIG. 10). The control circuit 32 constantly monitors whether there is an abnormal value in these inter-cell local voltage signals during operation of the fuel cell.

温度検出端子93は、セル構造体20または保湿板(図示せず)の適所に設けられた温度センサ94に接続されている。温度検出端子93は、制御回路32に温度検出信号を送るようになっている。温度センサ94は、起電部20のカソード側の中央部の温度を検出するように配置されている。温度センサ94には例えばサーミスタを用いることができる。   The temperature detection terminal 93 is connected to a temperature sensor 94 provided at an appropriate position of the cell structure 20 or a moisture retention plate (not shown). The temperature detection terminal 93 is configured to send a temperature detection signal to the control circuit 32. The temperature sensor 94 is disposed so as to detect the temperature of the central portion of the electromotive unit 20 on the cathode side. For example, a thermistor can be used as the temperature sensor 94.

燃料供給部70の長辺側壁の下部には、多数の凹所76が形成されている。これらの凹所76にはカバープレートの凸状端部23がかしめ加工によりほぼ直角に折り曲げられ、カバープレート21を燃料供給部70に締結するカシメ構造を形成するようになっている。なお、図3と図4には一方側の長辺のみを示しているが、対向する他方側の長辺にも同様のカシメ構造が形成されている。   A number of recesses 76 are formed in the lower part of the long side wall of the fuel supply unit 70. In these recesses 76, the convex end portion 23 of the cover plate is bent at a substantially right angle by caulking to form a caulking structure for fastening the cover plate 21 to the fuel supply unit 70. 3 and 4 show only one long side, a similar caulking structure is also formed on the opposite long side.

次に、本発明を適用可能な種々の燃料供給方式の燃料電池について図6〜図12を参照してそれぞれ説明する。   Next, various fuel supply type fuel cells to which the present invention can be applied will be described with reference to FIGS.

先ず図6および図7に示す方式の燃料電池1Bは、起電部20と、起電部20に燃料を供給する燃料供給部70aと、これら燃料供給部70aと燃料収容部50とを接続する流路51とを備えている。   First, the fuel cell 1B of the system shown in FIGS. 6 and 7 connects the electromotive unit 20, the fuel supply unit 70a that supplies fuel to the electromotive unit 20, and the fuel supply unit 70a and the fuel storage unit 50. And a flow path 51.

前述の図1の実施の形態で用いた燃料供給部70はその内部に設けられた空隙部40から燃料を複数の燃料供給口14に分配している。このため、厳密には燃料導入口12に近い側の温度が若干高く、奥に行くに従って温度が低下する現象が観察される。また、燃料電池1Aを傾斜させた場合には重力の影響等から傾斜方向によって温度分布が変化し、下側の部分の反応が高くなる傾向が観察される。実用上はこれでも十分な性能を得ることができるが、さらに出力を改善するためには、この図6と図7に示すように、燃料導入口12と複数の燃料供給口14aとを細管41で連通させた燃料分配機構を有する燃料供給部70aを用いることが好ましい。   The fuel supply unit 70 used in the embodiment of FIG. 1 distributes the fuel to the plurality of fuel supply ports 14 from the gaps 40 provided therein. For this reason, strictly speaking, a phenomenon is observed in which the temperature on the side close to the fuel inlet 12 is slightly high, and the temperature decreases toward the back. Further, when the fuel cell 1A is tilted, the temperature distribution changes depending on the tilt direction due to the influence of gravity or the like, and a tendency that the reaction in the lower part becomes higher is observed. In practice, sufficient performance can be obtained. However, in order to further improve the output, as shown in FIGS. 6 and 7, the fuel inlet 12 and the plurality of fuel supply ports 14a are connected to the narrow tube 41. It is preferable to use a fuel supply unit 70a having a fuel distribution mechanism communicated with each other.

起電部20のアノード(燃料極)側には、燃料分配機構を有する燃料供給部70aが配置されている。燃料供給部70aは流路51により燃料収容部50に接続されている。燃料供給部70aには燃料収容部50から流路51を介して液体燃料が導入される。流路51は燃料供給部70aや燃料収容部50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70aと燃料収容部50とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料の流路であってもよい。燃料供給部70aは流路51を介して燃料収容部50と接続されていればよい。   A fuel supply unit 70a having a fuel distribution mechanism is disposed on the anode (fuel electrode) side of the electromotive unit 20. The fuel supply unit 70 a is connected to the fuel storage unit 50 by the flow path 51. Liquid fuel is introduced into the fuel supply unit 70 a from the fuel storage unit 50 through the flow path 51. The flow path 51 is not limited to piping independent of the fuel supply unit 70a and the fuel storage unit 50. For example, when the fuel supply unit 70a and the fuel storage unit 50 are stacked and integrated, a liquid fuel flow path connecting them may be used. The fuel supply unit 70 a only needs to be connected to the fuel storage unit 50 via the flow path 51.

燃料供給部70aは、図7に示すように、液体燃料が流入する少なくとも1つの燃料導入口12と、液体燃料またはその気化成分を起電部20に供給する複数の燃料供給口14aとを有する。燃料供給部70aの内部には、液体燃料の通路として機能する細管41が形成されている。細管41の一端(始端部)には燃料導入口12が設けられている。細管41は途中で複数に分岐しており、これら分岐した細管41の各終端部に燃料供給口14aがそれぞれ設けられている。細管41は例えば内径が0.05〜5mmの貫通孔であることが好ましい。   As shown in FIG. 7, the fuel supply unit 70 a includes at least one fuel introduction port 12 into which liquid fuel flows, and a plurality of fuel supply ports 14 a that supply liquid fuel or a vaporized component thereof to the electromotive unit 20. . A thin tube 41 that functions as a liquid fuel passage is formed inside the fuel supply unit 70a. A fuel inlet 12 is provided at one end (starting end) of the thin tube 41. The narrow tube 41 is branched into a plurality of parts along the way, and a fuel supply port 14a is provided at each end portion of the branched thin tube 41. The thin tube 41 is preferably a through hole having an inner diameter of 0.05 to 5 mm, for example.

燃料導入口12から燃料供給機構70aに導入された液体燃料は、複数に分岐した細管41を介して複数の燃料供給口14aにそれぞれ導かれる。このような構造の燃料供給部70aを使用することによって、燃料導入口12から燃料供給部70a内に注入された液体燃料を方向や位置に拘わりなく、複数の燃料供給口14aに均等に分配することができる。従って、起電部20の面内における発電反応の均一性をより一層高めることが可能となる。   The liquid fuel introduced into the fuel supply mechanism 70a from the fuel introduction port 12 is guided to the plurality of fuel supply ports 14a via the plurality of thin tubes 41, respectively. By using the fuel supply unit 70a having such a structure, the liquid fuel injected from the fuel introduction port 12 into the fuel supply unit 70a is evenly distributed to the plurality of fuel supply ports 14a regardless of the direction and position. be able to. Therefore, the uniformity of the power generation reaction in the plane of the electromotive unit 20 can be further enhanced.

さらに、細管41で燃料導入口12と複数の燃料供給口14aとを接続することによって、燃料電池1Bの特定箇所により多くの燃料を供給するような設計が可能となる。例えば、装置装着上の都合から燃料電池1Bの半分の部位の放熱がよくなってしまうような場合、従来では温度分布が生じてしまい、平均出力の低下が避けられない。これに対して、細管41の形成パターンを調整し、予め放熱のよい部分に燃料供給口14aを密に配置することによって、その部分での発電に伴う発熱を多くすることができる。これによって、面内の発電度合いを均一化することができ、出力低下を抑制することが可能となる。   Furthermore, by connecting the fuel introduction port 12 and the plurality of fuel supply ports 14a with the thin tubes 41, it is possible to design such that more fuel is supplied to a specific location of the fuel cell 1B. For example, in the case where the heat radiation of half of the fuel cell 1B is improved due to the convenience of mounting the device, the temperature distribution is conventionally generated, and the average output is inevitably lowered. On the other hand, by adjusting the formation pattern of the thin tubes 41 and arranging the fuel supply ports 14a densely in a portion where heat dissipation is good in advance, it is possible to increase the heat generated by power generation in that portion. Thereby, the in-plane power generation degree can be made uniform, and it is possible to suppress a decrease in output.

なお、燃料供給部70aの燃料供給口12から連接された細管41および複数の燃料供給口14aは、燃料供給部70aのカバープレート21とのカシメ部および締結部とは異なる部材で構成しても良い。   The narrow tube 41 and the plurality of fuel supply ports 14a connected from the fuel supply port 12 of the fuel supply unit 70a may be configured by members different from the caulking portion and the fastening portion with the cover plate 21 of the fuel supply unit 70a. good.

アノードガス拡散層5やカソードガス拡散層4には、必要に応じて導電層が積層される。これら導電層としては、例えばAuのような導電性金属材料からなるメッシュ、多孔質膜、薄膜等が用いられる。カバープレート21と電解質膜6との間にはシール部材としてOリング8aが設けられている。同様に、燃料分配機構11と電解質膜6との間にもおOリング8bが設けられている。これらOリング8a,8bは、体積固有抵抗が1011〜1015Ω・cmのゴム材料からなり、これらにより発電部からの燃料漏れや酸化剤漏れが防止されている。 A conductive layer is laminated on the anode gas diffusion layer 5 and the cathode gas diffusion layer 4 as necessary. As these conductive layers, for example, a mesh made of a conductive metal material such as Au, a porous film, a thin film, or the like is used. An O-ring 8a is provided as a seal member between the cover plate 21 and the electrolyte membrane 6. Similarly, an O-ring 8 b is provided between the fuel distribution mechanism 11 and the electrolyte membrane 6. These O-rings 8a and 8b are made of a rubber material having a volume resistivity of 10 11 to 10 15 Ω · cm, and these prevent fuel leakage and oxidant leakage from the power generation unit.

カバープレート21は酸化剤としての空気を取入れるための複数の通気孔(図示せず)を有している。カバープレート21とカソードとの間には保湿板(図示せず)が設けられる。保湿板(図示せず)は、カソード触媒層2で生成された水の一部を吸収して水の蒸散を抑制すると共に、カソード触媒層2への空気の均一拡散を促進するものである。 燃料収容部50には、起電部20に対応した液体燃料が収容されている。液体燃料としては、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。液体燃料は、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料電池に応じた液体燃料が収容される。   The cover plate 21 has a plurality of ventilation holes (not shown) for taking in air as an oxidizing agent. A moisture retention plate (not shown) is provided between the cover plate 21 and the cathode. The moisturizing plate (not shown) absorbs a part of the water generated in the cathode catalyst layer 2 to suppress the transpiration of water and promotes uniform diffusion of air to the cathode catalyst layer 2. The fuel storage unit 50 stores liquid fuel corresponding to the electromotive unit 20. Examples of the liquid fuel include methanol fuels such as aqueous methanol solutions of various concentrations and pure methanol. The liquid fuel is not necessarily limited to methanol fuel. The liquid fuel may be, for example, an ethanol fuel such as an ethanol aqueous solution or pure ethanol, a propanol fuel such as a propanol aqueous solution or pure propanol, a glycol fuel such as a glycol aqueous solution or pure glycol, dimethyl ether, formic acid, or other liquid fuel. In any case, liquid fuel corresponding to the fuel cell is accommodated.

さらに、燃料電池1Cにおいて、燃料供給部70aとアノード(燃料極)13との間には、図8に示すように多孔体26を挿入することが有効である。図8においては、燃料導入口12と複数の燃料供給口14aとを細管41で連通させた燃料分配機構を有する燃料供給部70aを用いている。多孔体26の構成材料としては各種樹脂が使用され、多孔質の樹脂フィルム等が多孔体26として用いられる。このような多孔体26を配置することによって、アノードに対する燃料供給量をより一層平均化することができる。すなわち、燃料供給部70aの燃料供給口14aから供給された液体燃料は一旦多孔体26に吸収され、多孔体26の内部で面内方向に拡散する。この後、多孔体26からアノードに燃料が供給されるため、燃料供給量をより一層平均化することが可能となる。   Further, in the fuel cell 1C, it is effective to insert the porous body 26 between the fuel supply unit 70a and the anode (fuel electrode) 13 as shown in FIG. In FIG. 8, a fuel supply unit 70 a having a fuel distribution mechanism in which the fuel introduction port 12 and a plurality of fuel supply ports 14 a are communicated with each other by a thin tube 41 is used. Various resins are used as the constituent material of the porous body 26, and a porous resin film or the like is used as the porous body 26. By disposing such a porous body 26, the amount of fuel supplied to the anode can be further averaged. That is, the liquid fuel supplied from the fuel supply port 14 a of the fuel supply unit 70 a is once absorbed by the porous body 26 and diffuses in the in-plane direction inside the porous body 26. Thereafter, the fuel is supplied from the porous body 26 to the anode, so that the fuel supply amount can be further averaged.

上述した実施形態において、液体燃料を燃料収容部50から燃料供給部70aまで送る機構は特に限定されるものではない。例えば、使用時の設置場所が固定される場合には、重力を利用して液体燃料を燃料供給源50から燃料供給部70aまで落下させて送液することができる。また、燃料導入口12と複数の燃料供給口14aとを細管41で連通させた燃料分配機構による毛細管現象で燃料収容部50から燃料供給部70まで送液することができる。   In the embodiment described above, the mechanism for feeding the liquid fuel from the fuel storage unit 50 to the fuel supply unit 70a is not particularly limited. For example, when the installation location at the time of use is fixed, the liquid fuel can be dropped from the fuel supply source 50 to the fuel supply unit 70a by using gravity and fed. In addition, liquid can be fed from the fuel storage unit 50 to the fuel supply unit 70 by a capillary phenomenon by a fuel distribution mechanism in which the fuel introduction port 12 and the plurality of fuel supply ports 14a are communicated with each other by a thin tube 41.

次に、他の実施形態として燃料供給源50と燃料分配機構11との間にポンプ31を挿入した燃料電池について、図9〜図12を参照して説明する。図9に示す燃料電池1Dは、パッシブ方式を適用した図8に示す燃料電池1Cの流路51の途中にポンプ31を挿入したものであり、それ以外の構成は図8に示す燃料電池1Cと実質的に同じである。すなわち、ポンプ31は燃料を循環される循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部50から燃料供給部70aに液体燃料を送液する燃料供給ポンプである。このようなポンプ31で必要時に液体燃料を送液することによって、燃料供給量の制御性を高めることができる。 図9に示す燃料電池1Dにおいて、燃料胸部70aから起電部20に供給された燃料は発電反応に使用され、その後に循環して燃料供給部70aあるいは燃料収容部50に戻されることはない。図9に示す燃料電池1Dは燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、液体燃料の供給にポンプ31を使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なるため、図9に示す燃料電池1Dは例えばセミパッシブ型と呼称される方式を適用したものである。   Next, as another embodiment, a fuel cell in which a pump 31 is inserted between the fuel supply source 50 and the fuel distribution mechanism 11 will be described with reference to FIGS. The fuel cell 1D shown in FIG. 9 is obtained by inserting a pump 31 in the middle of the flow path 51 of the fuel cell 1C shown in FIG. 8 to which the passive method is applied, and the other configuration is the same as that of the fuel cell 1C shown in FIG. It is substantially the same. That is, the pump 31 is not a circulating pump through which fuel is circulated, but a fuel supply pump that sends liquid fuel from the fuel storage unit 50 to the fuel supply unit 70a. By feeding liquid fuel with such a pump 31 when necessary, the controllability of the fuel supply amount can be improved. In the fuel cell 1 </ b> D shown in FIG. 9, the fuel supplied from the fuel chest 70 a to the electromotive unit 20 is used for a power generation reaction and is not circulated thereafter and returned to the fuel supply unit 70 a or the fuel storage unit 50. Since the fuel cell 1D shown in FIG. 9 does not circulate the fuel, it is different from the conventional active method, and does not impair the downsizing of the apparatus. Further, since the pump 31 is used for supplying the liquid fuel, which is different from the pure passive method such as the conventional internal vaporization type, the fuel cell 1D shown in FIG. 9 employs a method called a semi-passive type, for example. Is.

ポンプ31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、ロータリーポンプ(ロータリーベーンポンプ)、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。ロータリー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。   The type of the pump 31 is not particularly limited, but a rotary pump (rotary vane pump) and an electroosmotic flow pump can be used from the viewpoint that a small amount of liquid fuel 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. A rotary pump rotates a wing with a motor and feeds liquid. The electroosmotic flow pump uses a sintered porous material such as silica that causes an electroosmotic flow phenomenon. The diaphragm pump is a pump that feeds liquid by driving the diaphragm with an electromagnet or piezoelectric ceramics. The squeezing pump presses a part of the 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.

ポンプ31の送液量は本発明の燃料電池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の量が多くなりすぎて、全運転期間に占めるポンプ31の停止時間が長くなる。このため、セル構造体20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31と燃料供給機構70aとの間に設けてもよいが、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。   Since the main object of the fuel cell of the present invention is a small electronic device, the amount of liquid fed by the pump 31 is preferably in the range of 10 μL / min to 1 mL / min. If the amount of liquid delivery exceeds 1 mL / min, the amount of liquid fuel delivered at one time becomes too large, and the stop time of the pump 31 occupying the entire operation period becomes long. For this reason, the fluctuation in the amount of fuel supplied to the cell structure 20 increases, and as a result, the fluctuation in output increases. A reservoir for preventing this may be provided between the pump 31 and the fuel supply mechanism 70a. However, even if such a configuration is applied, fluctuations in the fuel supply amount cannot be sufficiently suppressed. This will increase the size of the device.

一方、ポンプ31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1D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31を使用することが好ましい。ポンプ31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31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 fed by the pump 31 is less than 10 μL / min, there may be a shortage of supply capacity when the amount of fuel consumption increases when the apparatus is started up. As a result, the start-up characteristics and the like of the fuel cell 1D are degraded. From such a point, it is preferable to use the pump 31 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 31 is 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 31.

図9に示す燃料電池1Dにおいては、必要時にポンプ31を動作させて燃料収容部50から燃料供給部70aに液体燃料を供給する。燃料供給部70aに導入された液体燃料は、上述した実施形態と同様に、複数の燃料供給口14aにそれぞれ導かれる。図9においても燃料導入口12と複数の燃料供給口14aとを細管41で連通させた燃料分配機構を有する燃料供給部70aを用いている。そして、複数の燃料供給口14aから起電部20の全面に対して燃料が供給されて発電反応が生起される。このように、ポンプ31で燃料収容部50から燃料供給部70aまで液体燃料を送液する場合においても、燃料供給部70aは有効に機能するため、起電部20に対する燃料供給量を均一化することが可能となる。   In the fuel cell 1D shown in FIG. 9, the pump 31 is operated when necessary to supply liquid fuel from the fuel storage unit 50 to the fuel supply unit 70a. The liquid fuel introduced into the fuel supply unit 70a is led to the plurality of fuel supply ports 14a, respectively, as in the above-described embodiment. Also in FIG. 9, a fuel supply unit 70 a having a fuel distribution mechanism in which the fuel introduction port 12 and the plurality of fuel supply ports 14 a are communicated with each other by a thin tube 41 is used. Then, fuel is supplied from the plurality of fuel supply ports 14a to the entire surface of the electromotive unit 20, and a power generation reaction is caused. As described above, even when the liquid fuel is fed from the fuel storage unit 50 to the fuel supply unit 70a by the pump 31, the fuel supply unit 70a functions effectively, so the fuel supply amount to the electromotive unit 20 is made uniform. It becomes possible.

燃料供給用(送液用)のポンプ31の制御は、例えば図10に示すように、燃料電池1Eの出力を参照して行うことが好ましい。図10において、燃料電池1Eの出力は制御回路32で検出され、この検出結果に基づいてポンプ31に制御信号が送られる。ポンプ31は制御回路32から送られる制御信号に基づいてオン/オフが制御される。ポンプ31の動作は燃料電池1Eの出力に加えて、温度情報や電力供給先である電子機器の運転状態情報等に基づいて制御することで、より安定した運転が達成できる。   Control of the fuel supply (liquid feeding) pump 31 is preferably performed with reference to the output of the fuel cell 1E as shown in FIG. 10, for example. In FIG. 10, the output of the fuel cell 1E is detected by the control circuit 32, and a control signal is sent to the pump 31 based on the detection result. On / off of the pump 31 is controlled based on a control signal sent from the control circuit 32. The operation of the pump 31 is controlled based on the temperature information, the operation state information of the electronic device that is the power supply destination, etc. in addition to the output of the fuel cell 1E, whereby a more stable operation can be achieved.

ポンプ31の具体的な動作制御方法としては、例えば燃料電池1Eからの出力が所定の規定値より高くなった場合にポンプ31を停止または送液量を低下させ、出力が規定値より低くなった場合にポンプ31の運転を再開または送液量を増加させる方法が挙げられる。別の動作制御方法としては、燃料電池1からの出力の変化率がプラスの場合にポンプ31の運転を停止または送液量を低下させ、出力の変化率がマイナスになった場合にポンプ31の運転を再開または送液量を増加させる方法が挙げられる。   As a specific operation control method of the pump 31, for example, when the output from the fuel cell 1E becomes higher than a predetermined specified value, the pump 31 is stopped or the liquid feeding amount is reduced, and the output becomes lower than the specified value. In such a case, a method of restarting the operation of the pump 31 or increasing the liquid feeding amount can be mentioned. As another operation control method, when the rate of change in output from the fuel cell 1 is positive, the operation of the pump 31 is stopped or the amount of liquid fed is reduced, and when the rate of change in output becomes negative, the pump 31 A method of restarting the operation or increasing the liquid feeding amount can be mentioned.

さらに、燃料電池としての安定性や信頼性を高めるために、図11に示すようにポンプ31と直列に燃料遮断バルブ33を配置することが好ましい。図11の燃料電池1Fではポンプ31と燃料供給部70aとの間の流路51に燃料遮断バルブ33を挿入した構造を示している。燃料遮断バルブ33はポンプ31と燃料収容部50との間に設置しても機能上の支障はない。   Furthermore, in order to improve the stability and reliability of the fuel cell, it is preferable to arrange a fuel cutoff valve 33 in series with the pump 31 as shown in FIG. The fuel cell 1F of FIG. 11 shows a structure in which a fuel cutoff valve 33 is inserted into a flow path 51 between the pump 31 and the fuel supply unit 70a. Even if the fuel cutoff valve 33 is installed between the pump 31 and the fuel storage portion 50, there is no functional problem.

ただし、燃料遮断バルブ33をポンプ31と燃料収容部50との間の流路51に設置した場合、例えば長期保管時にポンプ31の燃料が蒸発等により枯渇すると、燃料収容部50からの液体燃料の吸出し機能に支障が生じるおそれがある。このようなことから、燃料遮断バルブ33はポンプ31と燃料供給部70aの間の流路51に設置し、長期保管時等におけるポンプ31からの液体燃料の枯渇を防止することが好ましい。   However, when the fuel cutoff valve 33 is installed in the flow path 51 between the pump 31 and the fuel storage unit 50, for example, when the fuel in the pump 31 is depleted due to evaporation or the like during long-term storage, the liquid fuel from the fuel storage unit 50 There is a risk that the suction function may be hindered. For this reason, the fuel cutoff valve 33 is preferably installed in the flow path 51 between the pump 31 and the fuel supply unit 70a to prevent the liquid fuel from being depleted from the pump 31 during long-term storage.

このように、燃料収容部50と燃料供養休部70aとの間に燃料遮断バルブ33を挿入することによって、燃料電池1Fの未使用時にも不可避的に発生する微量な燃料の消費や上述したポンプ再運転時の吸い込み不良等を回避することができる。これらは燃料電池1の実用上の利便性の向上に大きく貢献するものである。   In this manner, by inserting the fuel cutoff valve 33 between the fuel storage unit 50 and the fuel resting unit 70a, a small amount of fuel is inevitably generated even when the fuel cell 1F is not used, and the above-described pump re-use is not performed. It is possible to avoid poor suction during operation. These greatly contribute to the improvement of practical convenience of the fuel cell 1.

さらに、燃料遮断バルブ33は上述したパッシブ方式の燃料電池1A,1B,1Cに対しても有効である。例えば、燃料電池1A,1B,1Cにおいて、燃料供給部7aと燃料収容部50とを接続する流路51に燃料遮断バルブ33を挿入する。このような構成を適用することによって、起電部20に対する燃料の供給を制御し、燃料電池の出力制御性を高めることができる。この場合の燃料遮断バルブ33の動作制御は、上述したポンプ31の動作制御と同様に実施することができる。   Further, the fuel cutoff valve 33 is also effective for the above-described passive fuel cells 1A, 1B, and 1C. For example, in the fuel cells 1A, 1B, and 1C, the fuel cutoff valve 33 is inserted into the flow path 51 that connects the fuel supply unit 7a and the fuel storage unit 50. By applying such a configuration, it is possible to control the supply of fuel to the electromotive unit 20 and improve the output controllability of the fuel cell. The operation control of the fuel cutoff valve 33 in this case can be performed in the same manner as the operation control of the pump 31 described above.

なお、燃料供給部70aから起電部20への燃料供給が行われる構成であればポンプ31に代えて燃料遮断バルブのみを配置する構成とすることも可能である。この場合には、燃料遮断バルブは、流路による液体燃料の供給を制御するために設けられるものである。   In addition, if it is the structure by which the fuel supply from the fuel supply part 70a to the electromotive part 20 is performed, it can also be set as the structure which replaces with the pump 31 and arrange | positions only a fuel cutoff valve. In this case, the fuel cutoff valve is provided to control the supply of liquid fuel through the flow path.

さらに、燃料電池1Gにおいては、燃料収容部50や流路51に燃料収容部50内の圧力を外気とバランスさせるバランスバルブ60を装着することが好ましい。図12は燃料収容部50にバランスバルブ60を設置した状態を示している。バランスバルブ60は、燃料収容部50内の圧力に応じてバルブ可動片61を動作させるスプリング62と、バルブ可動片61をシールして閉状態とするシール部63とを有している。   Further, in the fuel cell 1G, it is preferable to install a balance valve 60 that balances the pressure in the fuel storage unit 50 with the outside air in the fuel storage unit 50 and the flow path 51. FIG. 12 shows a state in which the balance valve 60 is installed in the fuel storage unit 50. The balance valve 60 includes a spring 62 that operates the valve movable piece 61 according to the pressure in the fuel storage unit 50, and a seal portion 63 that seals the valve movable piece 61 and closes it.

燃料収容部50から液体燃料が燃料供給部70aに供給され、燃料収容部50の内圧が減圧状態になると、バランスバルブ60のバルブ可動片61が外圧を受け、スプリング62の反発力に打ち勝ってシール部63が開放される。このバランスバルブ60の開放状態に基づいて、外気が内外圧力差を減少するよう導入される。内外の圧力差が解消されると、再度バルブ可動片61が移動して、シール部63が密閉される。   When liquid fuel is supplied from the fuel storage unit 50 to the fuel supply unit 70a and the internal pressure of the fuel storage unit 50 is reduced, the valve movable piece 61 of the balance valve 60 receives external pressure and overcomes the repulsive force of the spring 62 and seals. Part 63 is opened. Based on the open state of the balance valve 60, outside air is introduced so as to reduce the pressure difference between the inside and outside. When the pressure difference between the inside and outside is eliminated, the valve movable piece 61 moves again, and the seal portion 63 is sealed.

このように動作するバランスバルブ60を燃料収容部50等に設置することによって、液体燃料の供給に伴って発生する燃料収容部50の内圧低下に起因する送液量の変動を抑制することができる。すなわち、燃料収容部50内が減圧状態になると、ポンプ31による液体燃料の吸い込みが不安定になり、送液量が変動しやすくなる。このような送液量の変動をバランスバルブ60を設置することで解消することができる。従って、燃料電池1Gの動作安定性を向上させることが可能となる。なお、バランスバルブ60を流路51に設置する場合には、燃料収容部50とポンプ31との間に挿入することが好ましい。   By installing the balance valve 60 that operates in this manner in the fuel storage unit 50 or the like, it is possible to suppress fluctuations in the amount of liquid sent due to a decrease in the internal pressure of the fuel storage unit 50 that occurs with the supply of liquid fuel. . That is, when the inside of the fuel storage unit 50 is in a depressurized state, the suction of the liquid fuel by the pump 31 becomes unstable, and the liquid feeding amount is likely to fluctuate. Such fluctuations in the liquid feeding amount can be eliminated by installing the balance valve 60. Therefore, the operational stability of the fuel cell 1G can be improved. When the balance valve 60 is installed in the flow path 51, it is preferably inserted between the fuel storage unit 50 and the pump 31.

上述した各実施形態の液体燃料49は、各種の液体燃料を使用した場合に効果を発揮し、液体燃料の種類や濃度は限定されるものではない。ただし、燃料導入口12と複数の燃料供給口14aとを細管41で連通させた燃料分配機構を有する燃料供給部70aの特徴がより顕在化するのは燃料濃度が濃い場合である。このため、各実施形態の燃料電池は、濃度が80%以上のメタノールを液体燃料として用いた場合に、その性能や効果を特に発揮することができる、従って、各実施形態は濃度が80%以上のメタノールを液体燃料として用いた燃料電池に適用することが好ましい。   The liquid fuel 49 of each embodiment described above is effective when various liquid fuels are used, and the type and concentration of the liquid fuel are not limited. However, the characteristic of the fuel supply unit 70a having the fuel distribution mechanism in which the fuel introduction port 12 and the plurality of fuel supply ports 14a are communicated with each other by the thin tube 41 is more apparent when the fuel concentration is high. For this reason, the fuel cell of each embodiment can exert its performance and effect particularly when methanol having a concentration of 80% or more is used as the liquid fuel. Therefore, each embodiment has a concentration of 80% or more. It is preferable to apply to a fuel cell using methanol as a liquid fuel.

以上、種々の実施の形態を挙げて説明したが、本発明は上記各実施の形態のみに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。   Although various embodiments have been described above, the present invention is not limited only to the above-described embodiments, and the constituent elements can be modified and embodied without departing from the spirit of the invention in the implementation stage. .

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。例えば、上記各実施の形態においては、燃料供給部として燃料収容部と流路を介して燃料が導入され、前記膜電極接合体へ燃料を供給するための複数の燃料供給口を有する燃料分配機構を用いた例で説明したが、特許文献2で示すような燃料供給部が燃料収容室そのもの、すなわち純パッシブの燃料電池に適用することもできる。   In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. For example, in each of the above embodiments, a fuel distribution mechanism having a plurality of fuel supply ports for supplying fuel to the membrane electrode assembly, in which fuel is introduced as a fuel supply unit via a fuel storage unit and a flow path However, the fuel supply unit as shown in Patent Document 2 can also be applied to the fuel storage chamber itself, that is, a purely passive fuel cell.

さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。起電部へ供給される液体燃料の蒸気においても、全て液体燃料の蒸気を供給してもよいが、一部が液体状態で供給される場合であっても本発明を適用することができる。   Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined. The liquid fuel vapor supplied to the electromotive unit may be all supplied as a liquid fuel vapor, but the present invention can be applied even when a part of the liquid fuel vapor is supplied in a liquid state.

本発明の実施形態に係る燃料電池を示す内部透視断面図。1 is an internal perspective sectional view showing a fuel cell according to an embodiment of the present invention. 燃料タンク構造体を示す斜視図。The perspective view which shows a fuel tank structure. カバープレートと燃料タンク構造体(燃料分配機構の流路板は図示省略)を示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows a cover plate and a fuel tank structure (The flow path plate of a fuel distribution mechanism is abbreviate | omitting illustration). 各種端子の取り出しを説明するために燃料電池の外観を示す斜視図。The perspective view which shows the external appearance of a fuel cell in order to demonstrate taking out of various terminals. 図4のV-V線に沿って燃料電池を切断してカシメ構造とネジ締結構造との位置関係を示す部分断面図。FIG. 5 is a partial cross-sectional view illustrating a positional relationship between a caulking structure and a screw fastening structure by cutting the fuel cell along the line VV in FIG. 4. 他の燃料供給方式の燃料電池システムを示すブロック断面図。The block sectional view showing the fuel cell system of other fuel supply methods. 他の燃料分配機構の概要を示す平面図。The top view which shows the outline | summary of another fuel distribution mechanism. 他の燃料供給方式の燃料電池システムを示すブロック断面図。The block sectional view showing the fuel cell system of other fuel supply methods. 他の燃料供給方式の燃料電池システムを示すブロック断面図。The block sectional view showing the fuel cell system of other fuel supply methods. 他の燃料供給方式の燃料電池システムを示すブロック断面図。The block sectional view showing the fuel cell system of other fuel supply methods. 他の燃料供給方式の燃料電池システムを示すブロック断面図。The block sectional view showing the fuel cell system of other fuel supply methods. 他の燃料供給方式の燃料電池システムを示すブロック断面図。The block sectional view showing the fuel cell system of other fuel supply methods.

符号の説明Explanation of symbols

1,1A〜1G…燃料電池、
2…カソード触媒層、3…アノード触媒層、
4…カソードガス拡散層、5…アノードガス拡散層、
6…電解質膜(プロトン伝導膜)、
7a…カソード導電層(正極集電体)、7b…アノード導電層(負極集電体)、
8a,8b…シール部材(Oリング)、
10…膜電極接合体(MEA)、
11…燃料分配機構、
12…燃料導入口、14,14a…燃料供給口(開口)、
17a…ガス通流孔、17b・・・燃料供給口
20…起電部、
21…カバープレート(外装ケース)、
22…通気孔、
23…カシメ部(カバープレート端部)、
26…多孔体、
31…ポンプ、32…制御回路、
33,33A…燃料遮断弁(ラッチバルブ)、
40…空隙部(液溜め)、41・・・細管、49…液体燃料、
50…燃料収容部、
60…バランスバルブ、
70,70a…燃料供給部、
73…ネジ穴、
74…凹所(ナット受け)、
76…凹所(カシメ受け)、
77…端子取出孔、
83…ネジ穴、86…ネジ、88…ナット、
91…電子出力端子、92…電圧検出端子(状態出力端子)、
93…温度検出端子(状態出力端子)、94…温度センサ(状態検出手段、サーミスタ)。
1, 1A-1G ... fuel cell,
2 ... cathode catalyst layer, 3 ... anode catalyst layer,
4 ... cathode gas diffusion layer, 5 ... anode gas diffusion layer,
6 ... electrolyte membrane (proton conductive membrane),
7a ... cathode conductive layer (positive electrode current collector), 7b ... anode conductive layer (negative electrode current collector),
8a, 8b ... sealing member (O-ring),
10 ... Membrane electrode assembly (MEA),
11 ... Fuel distribution mechanism,
12 ... Fuel introduction port, 14, 14a ... Fuel supply port (opening),
17a ... Gas flow hole, 17b ... Fuel supply port 20 ... Electromotive part,
21 ... Cover plate (exterior case),
22 ... vent hole,
23 ... caulking part (cover plate end part),
26 ... porous body,
31 ... Pump, 32 ... Control circuit,
33, 33A ... Fuel cutoff valve (latch valve),
40 ... void (reservoir), 41 ... capillary, 49 ... liquid fuel,
50: Fuel container,
60 ... balance valve,
70, 70a ... fuel supply section,
73 ... screw holes,
74 ... recess (nut receiver),
76 ... Recess (caulking),
77 ... Terminal extraction hole,
83 ... Screw holes, 86 ... Screws, 88 ... Nuts,
91 ... Electronic output terminal, 92 ... Voltage detection terminal (status output terminal),
93: Temperature detection terminal (state output terminal), 94: Temperature sensor (state detection means, thermistor).

Claims (10)

電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に積層されたアノード電極と、前記電解質膜の他方の面に積層されたカソード電極とからなる膜電極接合体を備える起電部と、
前記膜電極接合体の前記アノード電極側に配置された前記膜電極接合体へ燃料を供給する燃料供給部と、
前記膜電極接合体を前記カソード電極側より覆うカバープレートと、
を具備する燃料電池であって、
前記カバープレートの端部を折り曲げて前記燃料供給部にかしめるカシメ構造と、
前記カバープレートおよび前記燃料供給部を締結固定する締結構造と、
を有することを特徴とする燃料電池。
An electromotive part comprising a membrane electrode assembly comprising an electrolyte membrane, an anode electrode laminated on one surface of the electrolyte membrane, and a cathode electrode laminated on the other surface of the electrolyte membrane;
A fuel supply unit for supplying fuel to the membrane electrode assembly disposed on the anode electrode side of the membrane electrode assembly;
A cover plate covering the membrane electrode assembly from the cathode electrode side;
A fuel cell comprising:
A caulking structure that bends an end portion of the cover plate and caulks the fuel supply portion;
A fastening structure for fastening and fixing the cover plate and the fuel supply unit;
A fuel cell comprising:
前記締結構造は、ネジによる締結固定である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 the fastening structure is fastening with screws. 前記燃料供給部は、燃料収容部と流路を介して燃料が導入され、前記膜電極接合体へ燃料を供給するための複数の燃料供給口を有する燃料分配機構であることを特徴とする請求項1または2のいずれか1項記載の燃料電池。 The fuel supply unit is a fuel distribution mechanism having a plurality of fuel supply ports for supplying fuel to the membrane electrode assembly through which fuel is introduced through a fuel storage unit and a flow path. Item 3. The fuel cell according to any one of Items 1 and 2. 前記燃料供給部は、燃料収容部と流路を介して燃料が導入され、前記膜電極接合体へ燃料を供給するための燃料拡散材を配置していることを特徴とする請求項1または2のいずれか1項記載の燃料電池。 3. The fuel supply part is provided with a fuel diffusion part for supplying fuel to the membrane electrode assembly by introducing fuel through a fuel storage part and a flow path. The fuel cell according to any one of the above. 前記燃料供給部は、燃料収容室であることを特徴とする請求項1または2のいずれか1項記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel supply unit is a fuel storage chamber. 前記燃料供給部は、前記締結構造のネジを通すための複数のネジ穴が形成された側壁を有し、
隣り合う前記ネジ穴の相互間において、前記燃料供給部に燃料を導入するための燃料導入口を有することを特徴とする請求項3記載の燃料電池。
The fuel supply unit has a side wall formed with a plurality of screw holes for passing screws of the fastening structure.
4. The fuel cell according to claim 3, further comprising a fuel inlet for introducing fuel into the fuel supply section between the adjacent screw holes.
前記燃料供給部は、前記締結構造のネジを通すための複数のネジ穴が形成された側壁を有し、
隣り合う前記ネジ穴の相互間の前記燃料供給機構と前記カバープレートとの間から導出され、前記膜電極接合体で発生した電子を外部負荷に取り出すための電子出力端子をさらに有することを特徴とする請求項2記載の燃料電池。
The fuel supply unit has a side wall formed with a plurality of screw holes for passing screws of the fastening structure.
It further has an electronic output terminal that is led out from between the fuel supply mechanism between the adjacent screw holes and the cover plate and takes out electrons generated in the membrane electrode assembly to an external load. The fuel cell according to claim 2.
前記膜電極接合体には、前記膜電極接合体の状態を検出する状態検出手段が設けられ、
前記燃料供給部は、前記締結構造のネジを通すための複数のネジ穴が形成された側壁を有し、
隣り合う前記ネジ穴の相互間の前記燃料供給部と前記カバープレートとの間から導出され、前記状態検出手段により検出された状態情報を外部制御回路に送るための状態出力端子をさらに有することを特徴とする請求項2記載の燃料電池。
The membrane electrode assembly is provided with a state detection means for detecting the state of the membrane electrode assembly,
The fuel supply unit has a side wall formed with a plurality of screw holes for passing screws of the fastening structure.
It further has a state output terminal that is led out from between the fuel supply part between the adjacent screw holes and the cover plate and sends state information detected by the state detecting means to an external control circuit. The fuel cell according to claim 2, characterized in that:
前記状態検出手段で検出される状態情報は、前記膜電極接合体の温度を検出する温度センサからの温度情報、前記膜電極接合体の出力電圧を検出する電圧検出手段からの出力電圧情報のうち少なくともいずれか1つの状態情報であることを特徴とする請求項7記載の燃料電池。 The state information detected by the state detection means includes temperature information from a temperature sensor that detects the temperature of the membrane electrode assembly and output voltage information from a voltage detection means that detects an output voltage of the membrane electrode assembly. 8. The fuel cell according to claim 7, wherein the state information is at least one state information. 電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に積層されたアノード電極と、前記電解質膜の他方の面に積層されたカソード電極とからなる膜電極接合体を備える起電部と、
前記膜電極接合体の前記アノード電極側に配置された前記膜電極接合体へ燃料を供給する燃料供給部と、
前記燃料供給部に燃料を導入するための燃料導入口と、
前記膜電極接合体を前記カソード電極側より覆うカバープレートと、
前記膜電極接合体で発生した電子を外部負荷に取り出すための電子出力端子と、
前記膜電極接合体の状態を検出するための状態検出手段と、
前記状態検出手段からの状態情報に基づいて前記起電部への燃料の供給を制御する外部制御回路と、
前記状態検出手段により検出された状態情報を前記外部制御回路に送るための状態出力端子と、
を具備する燃料電池システムであって、
前記カバープレートの端部を折り曲げて前記燃料供給部にかしめるカシメ構造と、
前記カバープレートおよび前記燃料供給部を締結固定する締結構造と、
をさらに有し、
前記燃料供給部は、前記締結構造のネジを通すための複数のネジ穴が形成された側壁を有し、
前記燃料導入口は、隣り合う前記ネジ穴の相互間に配置され、
前記電子出力端子は、隣り合う前記ネジ穴の相互間を通って導出され、
前記状態出力端子は、隣り合う前記ネジ穴の相互間の前記燃料供給機構と前記カバープレートとの間から導出されることを特徴とする燃料電池システム。
An electromotive unit comprising an electrolyte membrane, a membrane electrode assembly comprising an anode electrode laminated on one surface of the electrolyte membrane, and a cathode electrode laminated on the other surface of the electrolyte membrane;
A fuel supply unit for supplying fuel to the membrane electrode assembly disposed on the anode electrode side of the membrane electrode assembly;
A fuel inlet for introducing fuel into the fuel supply section;
A cover plate covering the membrane electrode assembly from the cathode electrode side;
An electronic output terminal for taking out electrons generated in the membrane electrode assembly to an external load;
State detection means for detecting the state of the membrane electrode assembly;
An external control circuit for controlling the supply of fuel to the electromotive unit based on state information from the state detection means;
A status output terminal for sending status information detected by the status detection means to the external control circuit;
A fuel cell system comprising:
A caulking structure that bends an end portion of the cover plate and caulks the fuel supply portion;
A fastening structure for fastening and fixing the cover plate and the fuel supply unit;
Further comprising
The fuel supply unit has a side wall formed with a plurality of screw holes for passing screws of the fastening structure.
The fuel inlet is disposed between the adjacent screw holes,
The electronic output terminal is led out between the adjacent screw holes,
The state output terminal is led out from between the fuel supply mechanism between the adjacent screw holes and the cover plate.
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