KR20090085689A

KR20090085689A - Fuel battery

Info

Publication number: KR20090085689A
Application number: KR1020097012943A
Authority: KR
Inventors: 노부야스 네기시; 유우이찌 사또오; 다이스께 와따나베; 겐따 오오미찌; 고오이찌 가와무라
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2008-02-19
Publication date: 2009-08-07
Also published as: JP2008218058A; WO2008105272A1

Abstract

Disclosed is a fuel battery comprising a fuel battery cell (2) containing a membrane-electrode assembly having a fuel electrode, an air electrode and an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the air electrode, and a fuel supply mechanism (30) for supplying a fuel to the fuel battery cell (2). This fuel battery is characterized in that the fuel supply mechanism (30) has a container section (31A) for containing the fuel battery cell (2). ® KIPO & WIPO 2009

Description

Fuel cell {FUEL BATTERY}

본 발명은 액체 연료를 사용한 연료 전지에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell using liquid fuel.

최근, 노트북이나 휴대 전화 등의 각종 휴대용 전자 기기를 장시간 충전 없이 사용 가능하게 하기 위해, 이들 휴대용 전자 기기의 전원에 연료 전지를 사용하는 시도가 이루어지고 있다. 연료 전지는, 연료와 공기를 공급하는 것만으로 발전할 수 있고, 연료를 보급하면 연속하여 장시간 발전하는 것이 가능하다는 특징을 갖고 있다. 이로 인해, 연료 전지를 소형화할 수 있으면, 휴대용 전자 기기의 전원으로서 매우 유리한 시스템이라 할 수 있다.In recent years, in order to enable various portable electronic devices, such as a notebook and a mobile telephone, to be used for a long time without charging, the attempt to use a fuel cell for the power supply of these portable electronic devices is made. A fuel cell can generate electricity only by supplying fuel and air, and it is possible to generate electricity continuously for a long time when fuel is supplied. For this reason, if a fuel cell can be miniaturized, it can be said that it is a very advantageous system as a power supply of a portable electronic device.

직접 메탄올형 연료 전지(DMFC)는 소형화가 가능하고, 또한 연료의 취급도 용이하기 때문에, 휴대용 전자 기기의 전원으로서 유망시되고 있다. DMFC에 있어서의 액체 연료의 공급 방식으로서는, 기체 공급형이나 액체 공급형 등의 액티브 방식, 또한 연료 수용부 내의 액체 연료를 전지 내부에서 기화시켜 연료극에 공급하는 내부 기화형 등의 패시브 방식이 알려져 있다.Direct methanol fuel cells (DMFCs) are promising as power sources for portable electronic devices because of their compactness and easy handling of fuel. As the liquid fuel supply method in the DMFC, an active method such as a gas supply type or a liquid supply type or a passive method such as an internal vaporization type in which the liquid fuel in the fuel accommodating portion is vaporized inside the cell and supplied to the anode is known. .

이들 중, 내부 기화형 등의 패시브 방식은, DMFC의 소형화에 대해 특히 유리하다. 패시브형 DMFC에 있어서는, 예를 들어 연료극, 전해질막, 및 공기극을 갖는 막 전극 접합체(연료 전지 셀)를, 수지제의 상자 형상 용기로 이루어지는 연료 수 용부 상에 배치한 구조가 제안되어 있다(예를 들어, 국제공개 제2005/112172호 팜플렛, 및 일본공개특허 제2006-318712호 공보 참조). 연료 수용부로부터 기화한 연료를 직접 연료 전지 셀에 공급하는 경우, 연료 전지의 출력의 제어성을 높이는 것이 중요해지나, 현재 상태의 패시브형 DMFC에서는 반드시 충분한 출력 제어성은 얻어지고 있지 않다.Among them, passive systems such as internal vaporization type are particularly advantageous for downsizing of the DMFC. In the passive DMFC, for example, a structure in which a membrane electrode assembly (fuel battery cell) having a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode is arranged on a fuel receiving portion made of a resin box-shaped container is proposed (example See, for example, International Publication No. 2005/112172 pamphlet, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-318712. When directly supplying the vaporized fuel from the fuel container to the fuel cell, it is important to increase the controllability of the output of the fuel cell, but sufficient output controllability is not necessarily obtained in the passive DMFC in the current state.

한편, 패시브형 DMFC에 있어서, 연료 전지 셀(전극막 구조체)과 연료 수용부를 접합하는 구조로서, 연료 수용부의 플랜지부에 전극막 구조체를 중첩하고, 커버 플레이트의 주연부를 전극막 구조체의 외주, 플랜지부의 외주 및 배면 주연부를 따라 절곡하고, 전극막 구조체 및 플랜지부를 커버 플레이트의 주연부 사이에 끼워 부착함으로써, 연료 수용부를 전극막 구조체에 대해 고정하는 구조가 제안되어 있다(예를 들어, 국제공개 제2005/120966호 팜플렛 참조).On the other hand, in the passive DMFC, the structure of joining the fuel cell (electrode membrane structure) and the fuel accommodating portion, the electrode membrane structure is superimposed on the flange portion of the fuel accommodating portion, the outer periphery of the cover plate, the plan A structure is proposed in which the fuel container is fixed to the electrode membrane structure by bending it along the outer periphery and the back edge of the branch and sandwiching the electrode membrane structure and the flange portion between the periphery of the cover plate. See pamphlet No. 2005/120966).

본 발명의 목적은, 소형화를 손상시키지 않고 조립 작업의 용이성을 향상시키는 것을 가능하게 한 구조를 갖고, 게다가, 신뢰성이 우수하고 또한 출력을 안정화시키는 것을 가능하게 한 연료 전지를 제공하는 것에 있다.An object of the present invention is to provide a fuel cell which has a structure which makes it possible to improve the ease of assembling work without impairing miniaturization, and which is excellent in reliability and in which output can be stabilized.

본 발명의 제1 형태에 의한 연료 전지는,A fuel cell according to the first aspect of the present invention,

연료극과, 공기극과, 상기 연료극과 상기 공기극 사이에 끼워진 전해질막을 갖는 막 전극 접합체를 구비하는 기전부와,A electromotive unit including a membrane electrode assembly having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the air electrode;

상기 막 전극 접합체의 상기 연료극측에 배치되고, 상기 연료극에 대해 연료를 공급하는 연료 공급 기구를 구비하고,A fuel supply mechanism disposed at the fuel electrode side of the membrane electrode assembly, for supplying fuel to the fuel electrode;

상기 연료 공급 기구는, 상기 막 전극 접합체를 수용하기 위한 수용부를 갖는 것을 특징으로 한다.The fuel supply mechanism has a housing portion for accommodating the membrane electrode assembly.

본 발명의 제2 형태에 의한 연료 전지는,A fuel cell according to a second aspect of the present invention,

액체 연료를 수용하고, 상기 액체 연료의 기화 성분을 도출하기 위한 개구를 갖는 액체 연료 수용부와,A liquid fuel containing portion for receiving liquid fuel and having an opening for deriving a vaporization component of the liquid fuel;

상기 액체 연료 수용부의 개구를 폐색하도록 배치되고, 상기 액체 연료의 기화 성분을 상기 막 전극 접합체를 향해 투과시키는 기액 분리막을 구비하고,A gas-liquid separation membrane disposed to close the opening of the liquid fuel containing portion, and allowing a vaporized component of the liquid fuel to pass through the membrane electrode assembly,

상기 액체 연료 수용부는, 상기 기액 분리막 및 상기 막 전극 접합체를 수용하기 위한 수용부를 갖는 것을 특징으로 한다.The liquid fuel containing portion has a receiving portion for accommodating the gas-liquid separation membrane and the membrane electrode assembly.

본 발명의 연료 전지에 따르면, 소형화를 손상시키지 않고 조립 작업의 용이성을 향상시키는 것을 가능하게 한 구조를 갖고, 게다가, 신뢰성이 우수하고 또한 출력을 안정화시키는 것이 가능해진다.According to the fuel cell of the present invention, it has a structure which makes it possible to improve the ease of assembling work without impairing the downsizing, and furthermore, it becomes possible to be excellent in reliability and to stabilize the output.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 연료 전지의 외관을 개략적으로 도시하는 평면도이다.1 is a plan view schematically showing an appearance of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시한 연료 전지를 제1 방향을 따라 절단했을 때의 단면을 개략적으로 도시하는 단면도이다.FIG. 2 is a sectional view schematically showing a cross section when the fuel cell shown in FIG. 1 is cut along the first direction.

도 3은 도 1에 도시한 연료 전지를 제2 방향을 따라 절단했을 때의 단면을 개략적으로 도시하는 단면도이다.3 is a cross-sectional view schematically showing a cross section when the fuel cell shown in FIG. 1 is cut along a second direction.

도 4는 본 발명의 실시 형태에 관한 연료 전지에 적용 가능한 연료 공급부의 구조를 개략적으로 도시하는 사시도이다.4 is a perspective view schematically showing a structure of a fuel supply unit applicable to a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 실시 형태의 변형예에 관한 연료 전지의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.5 is a sectional views schematically showing the configuration of a fuel cell according to a modification of the present embodiment.

도 6은 다른 실시 형태에 관한 연료 전지의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다.6 is a sectional views schematically showing the configuration of a fuel cell according to another embodiment.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 연료 전지에 대해 도면을 참조하여 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the fuel cell which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated with reference to drawings.

도 1은 본 실시 형태에 관한 연료 전지(1)의 외관을 도시하는 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 연료 전지(1)를 제1 방향[여기서는 연료 전지(1)의 길이 방향](H)을 따라 절단한 단면을 도시하는 도면이고, 도 3은, 도 1에 도시한 연료 전지(1)를 제2 방향[여기서는 연료 전지(1)의 길이 방향에 직교하는 방향](V)을 따라 절단한 단면을 도시하는 도면이다.FIG. 1 is a plan view showing the appearance of the fuel cell 1 according to the present embodiment, and FIG. 2 shows the fuel cell 1 shown in FIG. 1 in a first direction (here, the longitudinal direction of the fuel cell 1) ( It is a figure which shows the cross section cut along H), and FIG. 3 shows the fuel cell 1 shown in FIG. 1 in 2nd direction (here, orthogonal to the longitudinal direction of the fuel cell 1) (V). It is a figure which shows the cross section cut along.

본 실시 형태에 있어서, 연료 전지(1)는, 연료 전지(1)의 기전부를 구성하는 연료 전지 셀(2)과, 연료 전지 셀(2)에 대해 연료를 공급하는 연료 공급 기구(30)를 구비하여 구성되어 있다.In the present embodiment, the fuel cell 1 includes a fuel cell 2 constituting the electromotive unit of the fuel cell 1 and a fuel supply mechanism 30 for supplying fuel to the fuel cell 2. It is equipped with.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 연료 전지(1)에 있어서, 연료 전지 셀(2)은, 애노드 촉매층(11)과 애노드 가스 확산층(12)을 갖는 애노드(연료극)(13)와, 캐소드 촉매층(14)과 캐소드 가스 확산층(15)을 갖는 캐소드(공기극/산화제극)(16)와, 애노드 촉매층(11)과 캐소드 촉매층(14) 사이에 끼움 지지된 프로톤(수소 이온) 전도성의 전해질막(17)으로 구성되는 막 전극 접합체(MEA)를 갖고 있다.2 and 3, in the fuel cell 1, the fuel cell 2 includes an anode (fuel electrode) 13 having an anode catalyst layer 11 and an anode gas diffusion layer 12, Proton (hydrogen ion) conductive electrolyte sandwiched between cathode (air electrode / oxidant electrode) 16 having cathode catalyst layer 14 and cathode gas diffusion layer 15 and anode catalyst layer 11 and cathode catalyst layer 14 It has a membrane electrode assembly (MEA) composed of a membrane 17.

애노드 촉매층(11)이나 캐소드 촉매층(14)에 함유되는 촉매로서는, 예를 들어 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 팔라듐(pd) 등의 백금족 원소의 단체, 백금족 원소를 함유하는 합금 등을 들 수 있다. 애노드 촉매층(11)에는, 메탄올이나 일산화탄소 등에 대해 강한 내성을 갖는 Pt-Ru이나 Pt-Mo 등을 사용하는 것이 바람직하다. 캐소드 촉매층(14)에는, Pt이나 Pt-Ni 등을 사용하는 것이 바람직하다. 단, 촉매는, 이들에 한정되는 것이 아니라, 촉매 활성을 갖는 각종 물질을 사용할 수 있다. 촉매는, 탄소 재료와 같은 도전성 담지체를 사용한 담지 촉매, 혹은 무담지 촉매 중 어느 것이라도 좋다.Examples of the catalyst contained in the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14 include platinum (Pt), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), iridium (Ir), osmium (Os), palladium (pd) and the like. Single alloy of a platinum group element, an alloy containing a platinum group element, and the like. It is preferable to use Pt-Ru, Pt-Mo, etc. which have strong resistance to methanol, carbon monoxide, etc. as the anode catalyst layer 11. Pt, Pt-Ni, or the like is preferably used for the cathode catalyst layer 14. However, the catalyst is not limited to these, and various materials having catalytic activity can be used. The catalyst may be either a supported catalyst or an unsupported catalyst using a conductive support such as a carbon material.

전해질막(17)을 구성하는 프로톤 전도성 재료로서는, 예를 들어 술폰산기를 갖는 퍼플루오로술폰산 중합체와 같은 불소계 수지[나피온(상품명, 듀퐁사제)이나 프레미온(상품명, 아사히가라스사제) 등], 술폰산기를 갖는 탄화수소계 수지 등의 유기계 재료, 혹은 텅스텐산이나 인텅스텐산 등의 무기계 재료를 들 수 있다. 단, 프로톤 전도성의 전해질막(17)은, 이들에 한정되는 것은 아니다.As the proton conductive material constituting the electrolyte membrane 17, for example, a fluorine-based resin such as a perfluorosulfonic acid polymer having a sulfonic acid group (Nafion (trade name, manufactured by Dupont), Primion (trade name, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), and the like. And organic materials such as hydrocarbon-based resins having sulfonic acid groups or inorganic materials such as tungstic acid and phosphorus tungstic acid. However, the proton conductive electrolyte membrane 17 is not limited to these.

애노드 촉매층(11)에 적층되는 애노드 가스 확산층(12)은, 애노드 촉매층(11)에 연료를 균일하게 공급하는 역할을 하는 동시에, 애노드 촉매층(11)의 집전체도 겸하고 있다. 캐소드 촉매층(14)에 적층되는 캐소드 가스 확산층(15)은, 캐소드 촉매층(14)에 산화제를 균일하게 공급하는 역할을 하는 동시에, 캐소드 촉 매층(14)의 집전체도 겸하고 있다. 애노드 가스 확산층(12) 및 캐소드 가스 확산층(15)은 다공질 기재로 구성되어 있다.The anode gas diffusion layer 12 laminated on the anode catalyst layer 11 serves to uniformly supply fuel to the anode catalyst layer 11 and also serves as a current collector of the anode catalyst layer 11. The cathode gas diffusion layer 15 laminated on the cathode catalyst layer 14 serves to uniformly supply the oxidizing agent to the cathode catalyst layer 14 and also serves as a current collector of the cathode catalyst layer 14. The anode gas diffusion layer 12 and the cathode gas diffusion layer 15 are composed of a porous substrate.

애노드 가스 확산층(12)이나 캐소드 가스 확산층(15)에는, 필요에 따라서 도전층이 적층된다. 이들 도전층으로서는, 예를 들어 금(Au)과 같은 도전성 금속 재료로 이루어지는 메쉬, 다공질막, 박막 또는 박체, 혹은 스테인리스강(SUS) 등의 도전성 금속 재료에 금 등의 양도전성 금속을 피복한 복합재 등이 사용된다.A conductive layer is laminated on the anode gas diffusion layer 12 and the cathode gas diffusion layer 15 as necessary. As these conductive layers, the composite material which coat | covered the electrically conductive metals, such as gold, on the conductive metal materials, such as mesh, a porous film, a thin film or thin body, or stainless steel (SUS) which consists of conductive metal materials, such as gold (Au), for example Etc. are used.

또한, 도 2 및 도 3에 도시한 예에서는, 연료 전지 셀(2)은 단체로서 설명하고 있으나, 동일한 전해질막(17) 상에 복수의 애노드 및 캐소드를 대향하여 형성하여 복수의 연료 전지 셀을 구성하고, 각 연료 전지 셀을 직접적으로 전기적으로 접속한 구조라도 좋다.In the example shown in FIGS. 2 and 3, the fuel cell 2 is described as a single body, but a plurality of fuel cells are formed on the same electrolyte membrane 17 by opposing a plurality of anodes and cathodes. It may be configured and a structure in which each fuel cell cell is directly electrically connected.

도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 연료 공급 기구(30)는, 연료 전지 셀(2)의 애노드(연료극)(13)측에 배치되고, 연료 전지 셀(2)의 애노드(13)에 대해 연료를 공급하는 것이다.As shown in FIGS. 1 to 4, the fuel supply mechanism 30 is disposed on the anode (fuel electrode) 13 side of the fuel cell 2, and is connected to the anode 13 of the fuel cell 2. To supply fuel.

이 연료 공급 기구(30)는 연료 공급부(31)를 구비하고 있다. 또한, 이 연료 공급 기구(30)는, 연료 공급부(31)에 공급되는 액체 연료를 수용하는 연료 수용부(311)를 구비하고 있다. 연료 수용부(311)는, 연료 전지 셀(2)에 대응한 액체 연료를 수용하고 있고, 액체 연료로서는, 각종 농도의 메탄올 수용액이나 순 메탄올 등의 메탄올 연료를 들 수 있다. 액체 연료는, 반드시 메탄올 연료에 한정되는 것은 아니다. 액체 연료는, 예를 들어 에탄올 수용액이나 순 에탄올 등의 에탄올 연료, 프로판올 수용액이나 순 프로판올 등의 프로판올 연료, 글리콜 수용액이나 순 글리콜 등의 글리콜 연료, 디메틸에테르, 포름산, 그 밖의 액체 연료라도 좋다. 결국, 연료 전지 셀(2)에 따른 액체 연료가 사용된다.This fuel supply mechanism 30 is provided with the fuel supply part 31. As shown in FIG. Moreover, this fuel supply mechanism 30 is equipped with the fuel accommodating part 311 which accommodates the liquid fuel supplied to the fuel supply part 31. As shown in FIG. The fuel accommodating part 311 accommodates the liquid fuel corresponding to the fuel cell 2, and examples of the liquid fuel include methanol fuel such as aqueous methanol solution and pure methanol at various concentrations. The liquid fuel is not necessarily limited to methanol fuel. The liquid fuel may be, for example, ethanol fuel such as aqueous ethanol solution or pure ethanol, propanol fuel such as aqueous solution of propanol or pure propanol, glycol fuel such as aqueous glycol solution or pure glycol, dimethyl ether, formic acid, or other liquid fuel. As a result, the liquid fuel according to the fuel cell 2 is used.

연료 공급부(31)와 연료 수용부(311)는, 배관과 같은 액체 연료의 유로(312)를 통해 접속되어 있다. 즉, 연료 공급부(31)에는, 연료 수용부(311)로부터 유로(312)를 통해 액체 연료가 도입된다. 유로(312)는, 연료 공급부(31)나 연료 수용부(311)와 독립된 배관에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 유로(312)는, 연료 공급부(31)와 연료 수용부(311)를 적층하여 일체화하는 경우, 이들을 연결하는 액체 연료의 유로라도 좋다.The fuel supply part 31 and the fuel accommodating part 311 are connected through the flow path 312 of liquid fuel like piping. That is, liquid fuel is introduced into the fuel supply part 31 from the fuel accommodation part 311 via the flow path 312. The flow path 312 is not limited to piping independent of the fuel supply part 31 and the fuel accommodating part 311. For example, when the fuel supply part 31 and the fuel accommodating part 311 are laminated | stacked and integrated, the flow path 312 may be the flow path of the liquid fuel which connects these.

연료 공급부(31)는, 그 바닥부에, 액체 연료가 유로(312)를 통해 주입되는 연료 주입구(32)와, 연료 주입구(32)로부터 주입된 액체 연료나 그 기화 성분을 공급하는 연료 공급구(33)와, 연료 주입구(32)와 연료 공급구(33)를 연결하는 가는 관(34)을 갖고 있다. 여기서 도시한 연료 공급부(31)의 예에서는, 연료 주입구(32) 및 연료 공급구(33)는, 각각 1군데이다.The fuel supply unit 31 has a fuel supply port 32 through which the liquid fuel is injected through the flow path 312 at the bottom thereof, and a fuel supply port for supplying the liquid fuel injected from the fuel injection port 32 and the vaporization component thereof. And a thin pipe 34 connecting the fuel injection port 32 and the fuel supply port 33. In the example of the fuel supply part 31 shown here, the fuel injection port 32 and the fuel supply port 33 are one place, respectively.

또한, 연료 공급부(31)는, 그 상부에, 적어도 연료 전지 셀(2)을 수용하기 위한 수용부(31A)를 갖고 있다. 즉, 연료 공급부(31)는, 연료 공급구(33)가 형성된 바닥면(35)과, 이 바닥면(35)으로부터 돌출한 벽부(36)를 갖고 있고, 이들 바닥면(35) 및 벽부(36)에 의해 수용부(31A)가 형성되어 있다.Moreover, the fuel supply part 31 has the accommodating part 31A in which the fuel supply part 2 is accommodated at least. That is, the fuel supply part 31 has the bottom face 35 in which the fuel supply port 33 was formed, and the wall part 36 which protruded from this bottom face 35, These bottom face 35 and the wall part ( The accommodating portion 31A is formed by 36.

본 실시 형태에 있어서는, 벽부(36)는, 연료 전지 셀(2)을 둘러싸는 프레임 형상으로 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 대략 직사각형 평판상의 연료 전지 셀(2)에 대해, 벽부(36)는 4변에 배치되어 있다. 즉, 벽부(36)는, 제2 방향(V)을 따라 연장되는 동시에 연료 전지 셀(2)을 통해 대향하는 제1 측벽(36A) 및 제2 측벽(36B)과, 제1 방향(H)을 따라 연장되는 동시에 연료 전지 셀을 통해 대향하는 제3 측벽(36C) 및 제4 측벽(36D)을 포함하고 있다.In the present embodiment, the wall portion 36 is formed in a frame shape surrounding the fuel cell 2. More specifically, the wall part 36 is arrange | positioned at four sides with respect to the substantially rectangular flat fuel cell 2. That is, the wall portion 36 extends along the second direction V and faces the first side wall 36A and the second side wall 36B opposite through the fuel cell 2, and the first direction H. And a third sidewall 36C and a fourth sidewall 36D that extend along and face each other through the fuel cell.

즉, 여기서 도시한 연료 공급부(31)는, 연료 전지 셀(2)에 연료를 공급하는 기능과, 연료 전지 셀(2)을 수용하는 기능을 겸비한 상자 형상 용기로서 구성되어 있다.That is, the fuel supply part 31 shown here is comprised as a box-shaped container which has a function which supplies fuel to the fuel cell 2, and the function which accommodates the fuel cell 2. As shown in FIG.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 연료 전지(1)는, 연료 전지 셀(2)의 캐소드(공기극)(16)측에 배치된 커버 플레이트(18)를 더 구비하고 있다. 즉, 연료 전지 셀(2)은, 수용부(31A)의 바닥면(35)과 커버 플레이트(18) 사이에 배치되어 있다. 커버 플레이트(18)는, 산화제인 공기를 도입하기 위한 개구(18A)를 갖고 있다. 또한, 도 2 및 도 3에 도시한 예에서는, 커버 플레이트(18)와 캐소드(16) 사이에는, 보습층(20)이 배치되어 있으나 생략해도 좋다. 이 보습층(20)은, 캐소드 촉매층(14)에서 생성된 물의 일부를 함침하여, 물의 증산을 억제하는 동시에, 캐소드 촉매층(14)으로의 공기의 균일 확산을 촉진하는 기능을 갖고 있다.In the present embodiment, the fuel cell 1 further includes a cover plate 18 disposed on the cathode (air electrode) 16 side of the fuel cell 2. In other words, the fuel cell 2 is disposed between the bottom surface 35 of the accommodating portion 31A and the cover plate 18. The cover plate 18 has an opening 18A for introducing air which is an oxidizing agent. In addition, in the example shown in FIG. 2 and FIG. 3, although the moisturizing layer 20 is arrange | positioned between the cover plate 18 and the cathode 16, you may abbreviate | omit. The moisturizing layer 20 has a function of impregnating a part of the water generated in the cathode catalyst layer 14 to suppress evaporation of water and to promote uniform diffusion of air into the cathode catalyst layer 14.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 연료 전지(1)는, 연료 전지 셀(2)과 연료 공급 기구(30) 사이에 배치되고 연료 전지 셀(2)을 애노드(13)측으로부터 지지하는 지지판(41)을 구비하고 있다. 즉, 연료 전지 셀(2)은, 지지판(41)과 커버 플레이트(18) 사이에 보유 지지되어 있다. 이 지지판(41)은, 연료 전지 셀(2)과 연료 공급 기구(30) 사이에 배치된 상태에 있어서, 연료 공급 기구(30)로부터 공급된 연료를 연료 전지 셀(2)의 애노드(13)에 공급하기 위한 개구부(AP)를 갖고 있다. 즉, 이 개구부(AP)는, 지지판(41)에 있어서, 연료 공급 기구(30)측으로부터 연료 전지 셀(2)측까지 관통하는 관통 구멍이다.In addition, in this embodiment, the fuel cell 1 is arrange | positioned between the fuel cell 2 and the fuel supply mechanism 30, and the support plate 41 which supports the fuel cell 2 from the anode 13 side. ). In other words, the fuel cell 2 is held between the support plate 41 and the cover plate 18. The supporting plate 41 is disposed between the fuel cell 2 and the fuel supply mechanism 30, and the fuel supplied from the fuel supply mechanism 30 receives the fuel supplied from the anode 13 of the fuel cell 2. It has an opening part AP for supplying to a. That is, this opening part AP is a through hole which penetrates from the fuel supply mechanism 30 side to the fuel cell cell 2 side in the support plate 41.

또한, 이와 같은 지지판(41)은, 생략해도 좋으나, 이 지지판(41)을 적용함으로써 이하와 같은 효과가 얻어진다. 즉, 연료 전지 셀(2)과 연료 공급 기구(30) 사이에 지지판(41)을 배치한 것에 의해, 연료 공급구(33)로부터 연료 전지 셀(2)까지의 거리를 확보할 수 있다. 이로 인해, 연료 공급구(33)로부터 공급된 액체 연료의 기화를 촉진하는데 충분한 용량을 확보할 수 있고, 기체의 상태의 연료를 광범위에 걸쳐 확산시키는 것이 가능하다.In addition, although the support plate 41 may be abbreviate | omitted, the following effects are acquired by applying this support plate 41. FIG. That is, by arranging the support plate 41 between the fuel cell 2 and the fuel supply mechanism 30, the distance from the fuel supply port 33 to the fuel cell 2 can be ensured. For this reason, the capacity | capacitance sufficient to accelerate vaporization of the liquid fuel supplied from the fuel supply port 33 can be ensured, and it is possible to spread the fuel in gaseous state over a wide range.

이에 의해, 애노드(13)의 면내에 있어서의 연료의 분포를 평준화하는 것이 가능해지고, 연료 전지 셀(2)에서의 발전 반응에 필요하게 되는 연료를 전체적으로 과부족 없이 공급할 수 있다. 따라서, 연료 전지(1)의 대형화나 복잡화 등을 초래하지 않고, 연료 전지 셀(2)에서 효율적으로 발전 반응을 발생시킬 수 있다. 이에 의해, 연료 전지(1)의 출력을 향상시키는 것이 가능해진다. 바꾸어 말하면, 연료를 순환시키지 않는 연료 전지(1)의 이점을 손상시키지 않고, 출력이나 그 안정성을 높일 수 있다.This makes it possible to equalize the distribution of the fuel in the plane of the anode 13, so that the fuel required for the power generation reaction in the fuel cell 2 can be supplied as a whole without excess or deficiency. Therefore, the power generation reaction can be efficiently generated in the fuel cell 2 without causing the fuel cell 1 to be enlarged or complicated. As a result, the output of the fuel cell 1 can be improved. In other words, the output and its stability can be improved without impairing the advantages of the fuel cell 1 which does not circulate the fuel.

또한, 지지판(41)에 의해 연료 전지 셀(2)을 지지하는 동시에, 지지판(41)과 커버 플레이트(18) 사이에서 연료 전지 셀(2)을 보유 지지하기 때문에, 연료 전지 셀(2), 특히 막 전극 접합체의 휨 등의 변형을 억제할 수 있고, 기전부와 집전체와의 밀착성을 높여 출력의 저하를 억제하는 것이 가능해진다.In addition, since the fuel cell 2 is supported by the support plate 41 and the fuel cell 2 is held between the support plate 41 and the cover plate 18, the fuel cell 2, In particular, deformation such as warpage of the membrane electrode assembly can be suppressed, and the adhesion between the electromechanical portion and the current collector can be enhanced to suppress a decrease in output.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 연료 전지(1)는, 연료 전지 셀(2)과 연료 공 급 기구(30) 사이에 배치된 적어도 1개의 다공체(42)를 구비하고 있다. 다공체(42)의 구성 재료로서는 각종 수지가 사용되고, 다공질 상태의 수지 필름 등이 다공체(42)로서 사용된다. 또한, 복수의 다공체(42)를 적층하여 배치해도 좋다. 즉, 주로 임의의 일방향으로의 확산성이 높은 다공체와, 이것에 교차하는(혹은 직교하는) 방향으로의 확산성이 높은 다공체를 조합하여 적용해도 좋다.In addition, in this embodiment, the fuel cell 1 is provided with the at least 1 porous body 42 arrange | positioned between the fuel cell 2 and the fuel supply mechanism 30. As shown in FIG. As the constituent material of the porous body 42, various resins are used, and a porous resin film or the like is used as the porous body 42. In addition, the plurality of porous bodies 42 may be laminated and arranged. That is, you may apply combining the porous body with high diffusivity to arbitrary one direction mainly, and the porous body with high diffusivity to the direction which intersects (or orthogonally crosses) this.

또한, 이와 같은 다공체(42)는, 생략해도 좋으나, 다공체(42)를 적용함으로써, 이하와 같은 효과가 얻어진다. 즉, 다공체(42)를 배치함으로써, 애노드(13)에 대한 연료 공급량을 보다 한층 평균화할 수 있다. 즉, 연료 공급부(31)의 연료 공급구(33)로부터 공급된 액체 연료는, 일단 다공체(42)에 흡수되고, 다공체(42)의 내부에서 면내 방향으로 확산된다. 이 후, 다공체(42)로부터 지지판(41)을 통해 애노드(13)에 연료가 공급되기 때문에, 연료 공급량을 보다 한층 평균화하는 것이 가능해진다.In addition, although the porous body 42 may be abbreviate | omitted, the following effects are acquired by applying the porous body 42. FIG. That is, by arranging the porous bodies 42, the fuel supply amount to the anode 13 can be further averaged. That is, the liquid fuel supplied from the fuel supply port 33 of the fuel supply part 31 is once absorbed by the porous body 42, and diffuses in an in-plane direction inside the porous body 42. FIG. Thereafter, since fuel is supplied from the porous body 42 to the anode 13 via the support plate 41, the fuel supply amount can be further averaged.

요컨대, 도 2 및 도 3에 도시한 예에서는, 연료 전지(1)는, 연료 공급 기구(30)를 구성하는 연료 공급부(31)의 수용부(31A)에 있어서, 바닥면(35) 상에 배치된 다공체(42), 다공체(42) 상에 배치된 지지판(41), 지지판(41) 상에 배치된 막 전극 접합체를 포함하는 연료 전지 셀(2), 연료 전지 셀(2) 상에 배치된 보습층(20)을 수용하고, 보습층(20) 상에 배치된 커버 플레이트(18)에 의해 이들을 보유 지지하고 있다. 전해질막(17)과 커버 플레이트(18) 사이[도 2 및 도 3에 도시한 예에서는, 전해질막(17)과 보습층(20) 사이], 및 전해질막(17)과 지지판(41) 사이에는, 각각 고무제의 O링 등의 밀봉재(19)가 개재되어 있다. 또한, 연료 공급 부(31)의 바닥면(35)과 지지판(41) 사이에도, 같은 밀봉재(SE)가 개재되어 있다. 이와 같은 밀봉재에 의해, 연료 전지 셀(2)로부터의 연료 누설이나 산화제 누설을 방지하고 있다.In short, in the example shown in FIG. 2 and FIG. 3, the fuel cell 1 is located on the bottom surface 35 in the accommodating portion 31A of the fuel supply portion 31 constituting the fuel supply mechanism 30. The fuel cell 2 and the fuel cell 2 including the porous body 42 disposed, the support plate 41 disposed on the porous body 42, and the membrane electrode assembly disposed on the support plate 41. The retaining moisturizing layer 20 is accommodated and held by the cover plate 18 disposed on the moisturizing layer 20. Between the electrolyte membrane 17 and the cover plate 18 (in the example shown in FIGS. 2 and 3, between the electrolyte membrane 17 and the moisturizing layer 20), and between the electrolyte membrane 17 and the support plate 41. The sealing material 19, such as a rubber O ring, is interposed in each. In addition, the same sealing material SE is interposed between the bottom face 35 of the fuel supply part 31 and the support plate 41. Such a sealing material prevents fuel leakage and oxidant leakage from the fuel cell 2.

상술한 바와 같은 구성의 연료 전지(1)에 있어서는, 이하와 같은 프로세스에 의해 발전한다.In the fuel cell 1 having the above-described configuration, power generation is performed by the following process.

즉, 연료 주입구(32)로부터 연료 공급부(31)에 도입된 액체 연료는, 가는 관(34)을 경유하여 연료 공급구(33)로 유도된다. 연료 공급구(33)로부터 공급된 액체 연료는, 기화하는 동시에 광범위에 걸쳐 확산된다. 연료 전지 셀(2)의 애노드(13)에는, 액체 연료의 기화 성분이 공급된다.That is, the liquid fuel introduced into the fuel supply part 31 from the fuel injection port 32 is guided to the fuel supply port 33 via the thin pipe 34. The liquid fuel supplied from the fuel supply port 33 vaporizes and diffuses over a wide range. The vaporization component of the liquid fuel is supplied to the anode 13 of the fuel cell 2.

연료 전지 셀(2) 내에 있어서, 연료는, 애노드 가스 확산층(12)을 확산하여 애노드 촉매층(11)에 공급된다. 액체 연료로서 메탄올 연료를 사용한 경우, 애노드 촉매층(11)에서 하기의 식 1에 나타낸 메탄올의 내부 개질 반응이 발생한다. 또한, 메탄올 연료로서 순 메탄올을 사용한 경우에는, 캐소드 촉매층(14)에서 생성한 물이나 전해질막(17) 중의 물을 메탄올과 반응시켜 식 1의 내부 개질 반응을 발생시킨다. 혹은, 물을 필요로 하지 않는 다른 반응 기구에 의해 내부 개질 반응을 발생시킨다.In the fuel cell 2, fuel is supplied to the anode catalyst layer 11 by diffusing the anode gas diffusion layer 12. When methanol fuel is used as the liquid fuel, the internal reforming reaction of methanol shown in Equation 1 below occurs in the anode catalyst layer 11. In the case where pure methanol is used as the methanol fuel, water generated in the cathode catalyst layer 14 or water in the electrolyte membrane 17 is reacted with methanol to generate an internal reforming reaction of the formula (1). Alternatively, the internal reforming reaction is generated by another reaction mechanism that does not require water.

[식 1][Equation 1]

이 반응에서 생성된 전자(e^-)는, 집전체를 경유하여 외부로 유도되고, 소위 전기로서 휴대용 전자 기기 등을 동작시킨 후, 캐소드(16)로 유도된다. 또한, 식 1의 내부 개질 반응에서 생성된 프로톤(H⁺)은, 전해질막(17)을 거쳐 캐소드(16)로 유도된다. 캐소드(16)에는, 산화제로서 공기가 공급된다. 캐소드(16)에 도달한 전자(e^-)와 프로톤(H⁺)은, 캐소드 촉매층(14)에서 공기 중의 산소와 하기의 식 2에 따라서 반응하고, 이 반응에 수반하여 물이 생성된다.The electrons e ⁻ generated in this reaction are guided to the outside via the current collector, and then are driven to the cathode 16 after operating portable electronic devices or the like as so-called electricity. In addition, protons (H ⁺ ) generated in the internal reforming reaction of formula 1 are guided to the cathode 16 via the electrolyte membrane 17. Air is supplied to the cathode 16 as an oxidant. Electrons (e ⁻ ) and protons (H ⁺ ) that have reached the cathode 16 react with oxygen in the air in the cathode catalyst layer 14 according to the following equation 2, and water is generated in accordance with the reaction.

[식 2][Equation 2]

상술한 연료 전지(1)의 발전 반응에 있어서, 발전하는 전력을 증대시키기 위해서는 촉매 반응을 원활하게 행하게 하는 동시에, 연료 전지 셀(2)의 전극 전체를 보다 유효하게 발전에 기여시키는 것이 중요해진다.In the power generation reaction of the fuel cell 1 described above, in order to increase the power to be generated, it is important to smoothly perform the catalytic reaction and to contribute to the power generation of the entire electrode of the fuel cell 2 more effectively.

이상과 같은 구성의 연료 전지(1)에 따르면, 연료 공급 기구(30)에 연료 전지 셀(2)을 수용하기 위한 수용부(31A)를 형성한 것에 의해, 다른 부재를 필요로 하지 않고 연료 전지 셀(2)을 수용부(31A)에 수납하는 것만으로 연료 전지 셀(2)과 연료 공급 기구(30)를 결합할 수 있다. 이로 인해, 소형화를 손상시키지 않고 조립 작업의 용이성을 향상시키는 것이 가능해진다.According to the fuel cell 1 of the above structure, the fuel supply mechanism 30 is provided with the accommodating part 31A for accommodating the fuel cell 2, and a fuel cell is not needed. The fuel cell 2 and the fuel supply mechanism 30 can be combined by simply storing the cell 2 in the accommodating portion 31A. For this reason, it becomes possible to improve the ease of assembly work, without damaging miniaturization.

또한, 연료 공급 기구(30)에 대한 연료 전지 셀(2)의 상대 위치의 어긋남을 억제할 수 있고, 연료 누설을 억제 가능하게 하는 높은 밀봉성을 확보할 수 있는 동시에, 연료를 안정적으로 연료 전지 셀(2)에 공급 가능해진다. 이에 의해, 연료의 이용 효율을 개선할 수 있고, 부가하여, 출력을 안정화시키는 것이 가능해진다.In addition, the shift of the relative position of the fuel cell 2 with respect to the fuel supply mechanism 30 can be suppressed, high sealing property which can suppress fuel leakage can be ensured, and fuel can be stably fueled. Supply to the cell 2 becomes possible. As a result, the fuel utilization efficiency can be improved, and in addition, the output can be stabilized.

또한, 도 2 및 도 3에 도시한 예와 같이, 연료 전지 셀(2) 외에, 지지판(41)이나 다공체(42), 보습층(20) 등의 복수의 판상 부재를 갖는 연료 전지(1)에 있어서는, 수용부(31A)에 순차로 판상 부재를 중첩하여 수용함으로써, 다른 부재를 필요로 하지 않고 연료 공급 기구(30)와 결합할 수 있다. 이로 인해, 조립 작업의 용이성이 더 증대되는 동시에, 복수의 판상 부재간의 상호의 위치 어긋남도 억제할 수 있어, 출력의 안정성을 향상시킬 수 있다.2 and 3, in addition to the fuel cell 2, the fuel cell 1 having a plurality of plate-like members, such as the support plate 41, the porous body 42, and the moisture storage layer 20, is provided. In this case, the plate-like member is sequentially stacked and accommodated in the housing portion 31A, so that it can be engaged with the fuel supply mechanism 30 without requiring another member. For this reason, the ease of assembling work is further increased, and the positional shift | offset | difference between a some plate-shaped member can also be suppressed, and stability of an output can be improved.

또한, 수용부(31A)는, 연료 전지 셀(2)을 둘러싸는 프레임 형상으로 형성된 벽부(36)를 갖고 있기 때문에, 연료 전지 셀(2)을 비롯한 다른 판상 부재를 수용부(31A)에 수납하는 것만으로, 연료 공급 기구(30)에 대한 위치 결정이 이루어지고, 또한 출력을 안정화시키는 것이 가능해진다.Moreover, since the accommodating part 31A has the wall part 36 formed in the frame shape surrounding the fuel cell 2, the other plate-shaped member including the fuel cell 2 is accommodated in the accommodating part 31A. Only by doing so, positioning with respect to the fuel supply mechanism 30 can be performed, and it becomes possible to stabilize an output.

또한, 수용부(31A)의 바닥면(35)과 커버 플레이트(18) 사이에 배치되는 연료 전지 셀(2)을 포함하는 판상 부재의 총 두께는, 수용부(31A)의 벽부(36)의 높이보다 약간 큰 것이 바람직하다. 즉, 벽부(36)의 높이라 함은, 바닥면(35)으로부터 커버 플레이트(18)를 향해 돌출한 벽부(36)의 바닥면(35)으로부터의 길이에 상당한다.In addition, the total thickness of the plate-shaped member including the fuel cell 2 disposed between the bottom surface 35 of the accommodating portion 31A and the cover plate 18 is determined by the wall portion 36 of the accommodating portion 31A. It is preferred to be slightly larger than the height. In other words, the height of the wall portion 36 corresponds to the length from the bottom surface 35 of the wall portion 36 protruding from the bottom surface 35 toward the cover plate 18.

이와 같은 구성을 적용함으로써, 수용부(31A)의 바닥면(35)과 커버 플레이트(18) 사이에 배치된 연료 전지 셀(2)을 그 두께 방향으로 가압하면서 보유 지지하는 것이 가능해진다. 이로 인해, 연료 전지 셀(2), 특히 막 전극 접합체의 휨 등의 변형을 억제할 수 있고, 기전부와 집전체와의 밀착성을 높여 출력의 저하를 억제하는 것이 가능해진다.By applying such a structure, it becomes possible to hold | maintain the fuel cell 2 arrange | positioned between the bottom face 35 of the accommodating part 31A, and the cover plate 18, in the thickness direction. For this reason, deformation | transformation, such as the curvature of the fuel cell 2, especially a membrane electrode assembly, can be suppressed, and it becomes possible to raise the adhesiveness of an electromotive part and an electrical power collector, and to suppress a fall of an output.

한편, 판상 부재의 총 두께를 벽부(36)의 높이보다 약간 크게 한 것에 의해, 커버 플레이트(18)에 의해 연료 전지 셀(2)을 압박하는 힘이 가해졌을 때에, 판상 부재의 각각이 탄성 변형되어도 벽부(36)의 높이보다 작게 눌려 찌부러뜨려지는 것을 억제할 수 있어, 연료 전지 셀(2)에 과잉의 힘이 가해지는 것에 의한 파손을 방지하는 것이 가능해진다.On the other hand, when the total thickness of the plate-shaped member is made slightly larger than the height of the wall portion 36, when a force is applied to the fuel cell 2 by the cover plate 18, each of the plate-shaped members is elastically deformed. Even if it is, it can be suppressed from being pressed and crushed smaller than the height of the wall part 36, and it becomes possible to prevent the damage by the excessive force applied to the fuel cell 2.

상술한 커버 플레이트(18)는, 연료 공급 기구(30)의 벽부(36)에 대해 나사에 의해 고정되어도 좋다. 도 1 내지 도 4에 도시한 예에서는, 연료 공급부(31)의 제1 측벽(36A) 및 제2 측벽(36B)은 나사 구멍을 갖고 있고, 또한 커버 플레이트(18)도 이들 나사 구멍에 대응하는 관통 구멍을 갖고 있다. 그리고, 나사(SC)에 의해 커버 플레이트(18)가 연료 공급 기구(30)에 고정되어 있다.The cover plate 18 mentioned above may be fixed to the wall part 36 of the fuel supply mechanism 30 with a screw. In the example shown in FIGS. 1-4, the 1st side wall 36A and the 2nd side wall 36B of the fuel supply part 31 have a screw hole, and the cover plate 18 also corresponds to these screw holes. It has a through hole. And the cover plate 18 is being fixed to the fuel supply mechanism 30 by the screw SC.

또한, 벽부(36)의 전체, 도 4 등에 도시한 예에서는 4개의 측벽 모두에 나사 구멍을 형성하여, 4변 모두를 나사에 의해 체결 고정해도 좋으나, 나사 구멍을 확보하기 위해 측벽의 폭이 넓혀지기 때문에, 소형화를 도모하는데 있어서는 적어도 1변, 혹은, 대향하는 2변에 대해, 나사에 의해 체결 고정하는 것이 바람직하다. 또한, 이 나사에 의한 체결 고정에 대해서도, 나사 구멍에의 나사의 체결에 의해 고정해도 좋으나, 너트를 사용한 체결 고정이라도 좋다.In addition, in the example shown in the whole wall part 36, FIG. 4, etc., a screw hole may be formed in all four side walls, and all four sides may be fastened and fastened with a screw, but the width | variety of a side wall is expanded to secure a screw hole. In order to reduce the size, it is preferable to fasten and fix at least one side or two opposite sides with a screw. In addition, although the fastening fixation by this screw may be fixed by fastening the screw to a screw hole, the fastening fixation using a nut may be sufficient.

또한, 상술한 커버 플레이트(18)는, 연료 공급 기구(30)의 벽부(36) 및 배면 주연부(31B)를 따라 절곡되고, 연료 공급 기구(30)에 고정되어도 좋다. 도 1 내지 도 4에 도시한 예에서는, 연료 공급부(31)의 제3 측벽(36C) 및 제4 측벽(36D)은, 제1 측벽(36A) 등과 비교하여 박판상으로 형성되어 있다. 이와 같은 연료 공급 부(31)에 대해, 수용부(31A)에 연료 전지 셀(2) 등을 수용한 후, 평판상의 커버 플레이트(18)를 중첩시키고, 커버 플레이트(18)의 주연부를 대략 직각으로 절곡하여 제3 측벽(36C) 및 제4 측벽(36D)에 밀착시키고, 또한 커버 플레이트(18)의 주연 선단부를 또한 대략 직각으로 절곡하여 연료 공급부(31)의 배면 주연부(31B)에 밀착시킨다. 이에 의해, 커버 플레이트(18)는, 수용부(31A)에 각 판상 부재를 수용한 상태에서 연료 공급 기구(30)를 끼워 부착하고 있다.In addition, the cover plate 18 mentioned above may be bent along the wall part 36 and the back peripheral part 31B of the fuel supply mechanism 30, and may be fixed to the fuel supply mechanism 30. As shown in FIG. In the example shown in FIGS. 1-4, the 3rd side wall 36C and the 4th side wall 36D of the fuel supply part 31 are formed in thin plate shape compared with the 1st side wall 36A. With respect to such a fuel supply part 31, after accommodating the fuel cell 2 etc. in the accommodating part 31A, the flat cover plate 18 is superimposed and the periphery of the cover plate 18 is orthogonally perpendicular | vertical. To be in close contact with the third side wall 36C and the fourth side wall 36D, and the peripheral end of the cover plate 18 is also bent at approximately right angles to closely contact the rear peripheral part 31B of the fuel supply part 31. . As a result, the cover plate 18 is fitted with the fuel supply mechanism 30 in a state where the plate-like members are accommodated in the housing portion 31A.

또한, 상술한 연료 공급 기구(30), 특히 연료 공급부(31)는, 수지 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 경우, 당연한 것이지만, 이 연료 공급부(31)와 일체의 수용부(31A)를 구성하는 벽부(36) 등도 동일한 수지 재료를 사용하여 형성된다. 액체 연료로서 메탄올을 선택하는 경우에는, 보다 바람직하게는, 연료 공급 기구(30)는, 메탄올에 대한 내성을 갖는 수지 재료를 사용하여 형성된다.Moreover, it is preferable that the above-mentioned fuel supply mechanism 30, especially the fuel supply part 31 are formed using a resin material. In this case, as a matter of course, the wall portion 36 and the like constituting the fuel supply portion 31 and the integral accommodating portion 31A are also formed using the same resin material. In the case of selecting methanol as the liquid fuel, more preferably, the fuel supply mechanism 30 is formed using a resin material having resistance to methanol.

벽부(36)가 프레임 형상으로 형성되어 있는 경우에는, 연료 전지 셀(2)은, 수지 재료, 즉 절연체에 의해 둘러싸여지게 된다. 즉, 커버 플레이트(18)는, 주로 스테인리스 등의 금속제이다. 한편, 연료 전지 셀(2)에 포함되는 전해질막(17)이 밀봉재(19)보다 외부로 인출되어 있다. 이로 인해, 전해질막(17)의 단부가 커버 플레이트(18)의 주연부에 접촉하면, 부식될 우려가 있다. 이에 대해, 연료 전지 셀(2)을 수지제의 수용부(31A)에 수용하는 구성에서는, 커버 플레이트(18)와 연료 전지 셀(2) 사이에는, 수지제의 벽부(36)가 개재하기 때문에, 연료 전지 셀(2)이 커버 플레이트(18)에 접촉하는 접점을 없앨 수 있어, 부식을 억제하는 것이 가능해 진다.When the wall portion 36 is formed in a frame shape, the fuel cell 2 is surrounded by a resin material, that is, an insulator. That is, the cover plate 18 is mainly made of metal, such as stainless steel. On the other hand, the electrolyte membrane 17 included in the fuel cell 2 is drawn out to the outside of the sealing material 19. For this reason, when the edge part of the electrolyte membrane 17 contacts the peripheral part of the cover plate 18, there exists a possibility that it may corrode. On the other hand, in the structure which accommodates the fuel cell 2 in the resin accommodating part 31A, since the resin wall part 36 is interposed between the cover plate 18 and the fuel cell 2, The contact point where the fuel cell 2 contacts the cover plate 18 can be eliminated, and the corrosion can be suppressed.

다음에, 상술한 실시 형태의 변형예에 대해 설명한다.Next, the modified example of embodiment mentioned above is demonstrated.

연료 공급 기구(30)는, 상술한 구성에 한정되지 않고, 다양하게 변경이 가능하다. 즉, 도 5에 도시한 변형예에 있어서는, 연료 공급 기구(30)를 구성하는 연료 공급부(31)는, 그 바닥부에, 액체 연료가 유로(312)를 통해 주입되는 연료 주입구(32)와, 연료 주입구(32)로부터 주입된 액체 연료나 그 기화 성분을 공급하는 복수의 연료 공급구(33)와, 연료 주입구(32)와 각 연료 공급구(33)를 연결하는 가는 관(34)을 갖고 있다.The fuel supply mechanism 30 is not limited to the above-described configuration, and can be variously changed. That is, in the modification shown in FIG. 5, the fuel supply part 31 constituting the fuel supply mechanism 30 includes a fuel injection port 32 through which the liquid fuel is injected through the flow path 312 at the bottom thereof. And a plurality of fuel supply ports 33 for supplying the liquid fuel injected from the fuel injection port 32 and the vaporization component thereof, and a fine pipe 34 connecting the fuel injection port 32 and the respective fuel supply ports 33. Have

또한, 이 연료 공급부(31)도 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 그 상부에, 적어도 연료 전지 셀(2)을 수용하기 위한 수용부(31A)를 갖고 있다. 즉, 연료 공급부(31)는, 복수의 연료 공급구(33)가 형성된 바닥면(35)과, 이 바닥면(35)으로부터 돌출한 벽부(36)를 갖고 있다. 수용부(31A)는, 이들 바닥면(35) 및 벽부(36)에 의해 형성되어 있다.In addition, similarly to the above-described embodiment, the fuel supply part 31 also has an accommodating part 31A for accommodating the fuel cell 2 at least. That is, the fuel supply part 31 has the bottom face 35 in which the some fuel supply port 33 was formed, and the wall part 36 which protruded from this bottom face 35. The accommodating part 31A is formed of these bottom surface 35 and the wall part 36.

이와 같은 구성의 연료 공급 기구(30)에 있어서는, 연료 주입구(32)로부터 연료 공급부(31) 내에 주입된 액체 연료를, 복수로 분기된 가는 관(34)을 통해 복수의 연료 공급구(33)로 각각 유도하는 것이 가능하다. 즉, 이와 같은 연료 공급 기구(30)를 적용함으로써, 연료 주입구(32)로부터 주입된 액체 연료를 방향이나 위치에 관계없이, 복수의 연료 공급구(33)에 균등하게 분배할 수 있다. 따라서, 연료 전지 셀(2)의 면내에 있어서의 발전 반응의 균일성을 보다 한층 높이는 것이 가능해진다.In the fuel supply mechanism 30 of such a structure, the plurality of fuel supply ports 33 are connected to the liquid fuel injected into the fuel supply part 31 from the fuel injection port 32 through the thin pipe 34 which branched in plurality. It is possible to derive to each. That is, by applying such a fuel supply mechanism 30, the liquid fuel injected from the fuel injection port 32 can be equally distributed to the some fuel supply port 33 regardless of a direction or a position. Therefore, it becomes possible to further raise the uniformity of the power generation reaction in the plane of the fuel cell 2.

또한, 연료 주입구(32)와 복수의 연료 공급구(33)를 가는 관(34)에서 접속함으로써, 연료 전지(1)의 특정 부위에 보다 많은 연료를 공급하는 설계가 가능해진다. 예를 들어, 장치 장착상의 사정으로부터 연료 전지(1)의 절반의 방열이 좋아지는 경우, 종래에는 온도 분포가 발생해 버려, 평균 출력의 저하를 피할 수 없다. 이에 반해, 가는 관(34)의 형성 패턴을 조정하고, 미리 방열이 좋은 부분에 연료 공급구(33)를 조밀하게 배치함으로써, 그 부분에서의 발전에 수반하는 발열을 많게 할 수 있다. 이에 의해, 면내의 발전 정도를 균일화할 수 있고, 출력 저하를 억제하는 것이 가능해진다.In addition, by connecting the fuel injection port 32 and the plurality of fuel supply ports 33 through a thin pipe 34, a design for supplying more fuel to a specific portion of the fuel cell 1 becomes possible. For example, when the heat dissipation of the half of the fuel cell 1 improves from the circumstances on the device mounting, a temperature distribution occurs conventionally, and a decrease in the average output cannot be avoided. On the other hand, by adjusting the formation pattern of the thin tube 34 and densely arranging the fuel supply port 33 in a portion having good heat dissipation in advance, it is possible to increase the heat generated by the power generation in that portion. Thereby, the degree of in-plane power generation can be made uniform, and it becomes possible to suppress output fall.

이와 같은 변형예의 연료 전지(1)에 있어서도, 상술한 실시 형태와 같은 효과가 얻어진다.Also in the fuel cell 1 of such a modification, the effect similar to embodiment mentioned above is acquired.

상술한 실시 형태에 있어서, 액체 연료를 연료 수용부(311)로부터 연료 공급부(31)까지 이송하는 기구는 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 사용시의 설치 장소가 고정되는 경우에는, 중력을 이용하여 액체 연료를 연료 수용부(311)로부터 연료 공급부(31)까지 낙하시켜 송액할 수 있다. 또한, 다공체 등을 충전한 유로를 사용함으로써, 모세관 현상으로 연료 수용부(311)로부터 연료 공급부(31)까지 송액할 수 있다.In the above embodiment, the mechanism for transferring the liquid fuel from the fuel containing portion 311 to the fuel supply portion 31 is not particularly limited. For example, when the installation place at the time of use is fixed, liquid fuel can be dropped from the fuel accommodating part 311 to the fuel supply part 31 using gravity, and can be fed. In addition, by using a flow path filled with a porous body or the like, it is possible to feed the fuel from the fuel containing portion 311 to the fuel supply portion 31 in a capillary phenomenon.

또한, 연료 수용부(311)로부터 연료 공급부(31)로의 송액은 펌프로 실시해도 좋다. 이 경우, 예를 들어 연료 수용부(311)와 연료 공급부(31) 사이의 유로(312)의 도중에 펌프를 삽입한 구성이 적용 가능하다. 이 경우의 펌프는, 연료가 순환되는 순환 펌프가 아니라, 어디까지나 연료 수용부(311)로부터 연료 공급부(31)에 액체 연료를 송액하는 연료 공급 펌프이다. 이와 같은 펌프로 필요시에 액체 연료를 송액함으로써, 연료 공급량의 제어성을 높일 수 있다.In addition, the liquid feeding from the fuel containing part 311 to the fuel supply part 31 may be performed by a pump. In this case, for example, a configuration in which a pump is inserted in the middle of the flow path 312 between the fuel containing part 311 and the fuel supply part 31 is applicable. The pump in this case is not a circulating pump through which the fuel is circulated, but a fuel supply pump for delivering liquid fuel from the fuel containing portion 311 to the fuel supply portion 31 to the last. By supplying liquid fuel when necessary with such a pump, controllability of the fuel supply amount can be improved.

펌프의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니나, 소량의 액체 연료를 제어성 좋게 송액할 수 있고, 또한 소형 경량화가 가능하다는 관점에서, 로터리 베인 펌프, 전기 침투류 펌프, 다이어프램 펌프, 스퀴즈 펌프 등을 사용하는 것이 바람직하다. 로터리 베인 펌프는, 모터로 날개를 회전시켜 송액하는 것이다. 전기 침투류 펌프는, 전기 침투류 현상을 일으키는 실리카 등의 소결 다공체를 사용한 것이다. 다이어프램 펌프는, 전자석이나 압전 세라믹스에 의해 다이어프램을 구동하여 송액하는 것이다. 스퀴즈 펌프는, 유연성을 갖는 연료 유로의 일부를 압박하여, 연료를 스퀴즈 이송하는 것이다. 이들 중, 구동 전력이나 크기 등의 관점에서, 전기 침투류 펌프나 압전 세라믹스를 갖는 다이어프램 펌프를 사용하는 것이 보다 바람직하다.The type of pump is not particularly limited, but a rotary vane pump, an electric permeation pump, a diaphragm pump, a squeeze pump, etc. can be used from the viewpoint of delivering a small amount of liquid fuel with good controllability and miniaturization and weight reduction. It is preferable. A rotary vane pump rotates a blade by a motor and feeds it. The electroosmotic flow pump uses a sintered porous body such as silica, which causes the electroosmotic flow phenomenon. A diaphragm pump drives a diaphragm and transmits liquid by electromagnets or piezoelectric ceramics. The squeeze pump presses a part of the flexible fuel flow path to squeeze the fuel. Among these, it is more preferable to use the diaphragm pump which has an electric permeation flow pump or a piezoelectric ceramic from a viewpoint of drive power, a magnitude | size, etc.

또한, 이와 같은 펌프를 적용한 경우, 펌프의 동작을 제어하는 제어 회로를 추가해도 좋다. 즉, 연료 공급용(송액용)의 펌프의 제어는, 연료 전지(1)의 출력을 참조하여 행하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 연료 전지(1)의 출력을 제어 회로에서 검출하고, 이 검출 결과를 기초로 하여 제어 회로로부터 펌프에 제어 신호가 전송된다. 펌프는, 제어 회로로부터 전송된 제어 신호를 기초로 하여 온/오프(ON/OFF)가 제어된다. 펌프의 동작은, 연료 전지(1)의 출력에 부가하여, 온도 정보나 전력 공급처인 전자 기기의 운전 상태 정보 등을 기초로 하여 제어함으로써, 보다 안정된 운전을 달성할 수 있다.In addition, when applying such a pump, you may add the control circuit which controls the operation | movement of a pump. That is, it is preferable to perform control of the pump for fuel supply (for liquid supply) with reference to the output of the fuel cell 1. For this reason, the output of the fuel cell 1 is detected by the control circuit, and a control signal is transmitted from the control circuit to the pump based on the detection result. The pump is controlled ON / OFF based on the control signal transmitted from the control circuit. In addition to the output of the fuel cell 1, the operation of the pump is controlled based on temperature information, operation state information of an electronic device which is a power supply destination, and the like, thereby achieving more stable operation.

또한, 연료 전지(1)로서의 안정성이나 신뢰성을 높이기 위해, 펌프와 직렬로 연료 차단 밸브를 배치해도 좋다. 이 경우, 펌프와 연료 공급부(31) 사이의 유로에 연료 차단 밸브를 삽입한 구성이 적용 가능하나, 연료 차단 밸브는 펌프와 연료 공급부(31) 사이에 설치해도 기능상의 지장은 없다. 연료 차단 밸브로서는, 전자석, 모터, 형상 기억 합금, 압전 세라믹스, 바이메탈 등을 액추에이터로서, 개폐 동작을 전기 신호로 제어하는 것이 가능한 전기 구동 밸브가 사용된다. 연료 차단 밸브에는, 그 크기나 구동 전력 등의 관점에서, 전자석이나 압전 세라믹스를 사용한 전기 구동 밸브를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 연료 차단 밸브에는, 상태 유지 기능을 갖는 래치 타입의 밸브를 사용하는 것이 바람직하다.In addition, in order to improve stability and reliability as the fuel cell 1, you may arrange | position a fuel cutoff valve in series with a pump. In this case, a configuration in which the fuel shutoff valve is inserted into the flow path between the pump and the fuel supply part 31 is applicable. As the fuel shutoff valve, an electromagnet, a motor, a shape memory alloy, a piezoelectric ceramic, a bimetal, or the like is used as an actuator, and an electric drive valve capable of controlling the opening and closing operation by an electric signal is used. As the fuel shutoff valve, it is preferable to use an electric drive valve using an electromagnet or piezoelectric ceramics from the viewpoint of the size, the driving power, and the like. In addition, it is preferable to use the latch type valve which has a state hold function for a fuel shutoff valve.

또한, 연료 공급 기구(30)로부터 연료 전지 셀(2)로의 연료 공급이 행해지는 구성이면, 펌프 대신에 연료 차단 밸브를 배치하는 구성으로 하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 연료 차단 밸브는 유로에 의한 액체 연료의 공급을 제어하기 위해 설치되는 것이다.In addition, as long as fuel supply from the fuel supply mechanism 30 to the fuel cell 2 is performed, it is also possible to arrange | position a fuel cutoff valve instead of a pump. In this case, the fuel shutoff valve is provided to control the supply of the liquid fuel by the flow path.

또한, 연료 수용부(311)나 유로(312)에 연료 수용부 내의 압력을 외기와 균형잡게 하는 밸런스 밸브를 장착해도 좋다.In addition, a balance valve may be attached to the fuel container 311 or the flow path 312 to balance the pressure in the fuel container with the outside air.

다음에, 상술한 바와 같은 구성의 연료 전지 셀(2)을 구비한 연료 전지(1)의 다른 실시 형태에 대해 설명한다.Next, another embodiment of the fuel cell 1 including the fuel cell 2 having the above-described configuration will be described.

도 6에 도시한 바와 같이, 연료 전지(1)는, 연료 전지 셀(2)과, 액체 연료 수용부(70)와, 기액 분리막(80)으로 주로 구성되어 있다. 액체 연료 수용부(70)는, 메탄올 등의 액체 연료를 수용하는 상자 형상으로 구성되고, 액체 연료의 기화 성분을 도출하기 위한 개구(71)를 갖고 있다. 기액 분리막(80)은, 액체 연료 수용부(70)의 개구(71)를 폐색하도록 배치되어 있다. 이 기액 분리막(80)은, 액체 연료의 기화 성분을 투과하는 동시에 액체 연료를 투과시키지 않는 막에 의해 형성되어 있다. 이와 같은 기액 분리막(80)의 재료로서는, 예를 들어 실리콘, 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 불소계 수지 등을 들 수 있다.As shown in FIG. 6, the fuel cell 1 is mainly composed of a fuel cell 2, a liquid fuel container 70, and a gas-liquid separation membrane 80. The liquid fuel accommodating part 70 is comprised in the box shape which accommodates liquid fuel, such as methanol, and has the opening 71 for extracting the vaporization component of a liquid fuel. The gas-liquid separation membrane 80 is arranged to close the opening 71 of the liquid fuel container 70. The gas-liquid separation membrane 80 is formed of a membrane that permeates the vaporization component of the liquid fuel and does not permeate the liquid fuel. As a material of such a gas-liquid separation membrane 80, a fluorine-type resin like silicone and polytetrafluoroethylene etc. are mentioned, for example.

또한, 도 6에 도시한 예에서는, 기액 분리막(80)과 연료 전지 셀(2) 사이에 지지판(41)이 배치되어 있으나, 생략해도 좋다.In addition, in the example shown in FIG. 6, although the support plate 41 is arrange | positioned between the gas-liquid separator 80 and the fuel cell 2, you may abbreviate | omit.

상술한 액체 연료 수용부(70)는, 기액 분리막(80) 및 연료 전지 셀(2)을 수용하기 위한 수용부(70A)를 갖고 있다. 즉, 액체 연료 수용부(70)는, 그 바닥부에, 액체 연료를 수용하는 수용부를 갖고 있고, 또한 그 상부에, 연료 전지 셀(2) 등을 수용하기 위한 수용부(70A)를 갖고 있다.The liquid fuel containing portion 70 described above has a containing portion 70A for accommodating the gas-liquid separation membrane 80 and the fuel cell 2. That is, the liquid fuel containing portion 70 has a containing portion for accommodating liquid fuel at the bottom thereof, and has an accommodating portion 70A for accommodating the fuel cell 2 or the like thereon. .

이와 같은 다른 실시 형태의 연료 전지(1)에 있어서도, 같은 효과가 얻어진다.Also in the fuel cell 1 of such another embodiment, the same effect is acquired.

상술한 각 실시 형태의 연료 전지(1)는, 각종 액체 연료를 사용한 경우에 효과를 발휘하고, 액체 연료의 종류나 농도는 한정되는 것은 아니다. 각 실시 형태의 연료 전지(1)는, 농도가 80wt％ 이상인 메탄올을 액체 연료로서 사용한 경우에, 그 성능이나 효과를 특히 발휘할 수 있다. 따라서, 각 실시 형태는, 농도가 80wt％ 이상인 메탄올 수용액 또는 순 메탄올을 액체 연료로서 사용한 연료 전지(1)에 적용하는 것이 바람직하다.The fuel cell 1 of each embodiment mentioned above exhibits an effect when various liquid fuels are used, and the kind and concentration of liquid fuel are not limited. The fuel cell 1 of each embodiment can exhibit especially the performance and the effect, when methanol with a density | concentration of 80 wt% or more is used as a liquid fuel. Therefore, it is preferable to apply each embodiment to the fuel cell 1 which used the aqueous methanol solution or pure methanol whose concentration is 80 wt% or more as a liquid fuel.

또한, 본 발명은, 액체 연료를 사용한 각종 연료 전지에 적용할 수 있다. 또한, 연료 전지의 구체적인 구성이나 연료의 공급 상태 등도 특별히 한정되는 것이 아니라 MEA에 공급되는 연료 모두가 액체 연료의 증기, 모두가 액체 연료, 또는 일부가 액체 상태로 공급되는 액체 연료의 증기 등, 다양한 형태로 본 발명을 적용할 수 있다. 실시 단계에서는 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에 나타내어지는 복수의 구성 요소를 적절하게 조합하거나, 또한 실시 형태에 나타내어지는 전체 구성 요소로부터 몇 개의 구성 요소를 삭제하는 등, 다양한 변형이 가능하다. 본 발명의 실시 형태는, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 확장 혹은 변경할 수 있고, 이 확장, 변경한 실시 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이다.The present invention can also be applied to various fuel cells using liquid fuels. The specific configuration of the fuel cell, the supply state of the fuel, and the like are not particularly limited, but all of the fuels supplied to the MEA are vapors of the liquid fuel, all of them are liquid fuels, or some of the liquid fuels are supplied in a liquid state. The present invention can be applied in the form. In the implementation step, it is possible to embody by modifying the components within the scope not departing from the technical idea of the present invention. Moreover, various modifications are possible, such as combining suitably the several component shown in the said embodiment, or deleting some component from all the components shown by embodiment. Embodiment of this invention can expand or change within the scope of the technical idea of this invention, and this extension and changed embodiment are also included in the technical scope of this invention.

본 발명에 따르면, 소형화를 손상시키지 않고 조립 작업의 용이성을 향상시키는 것을 가능하게 한 구조를 갖고, 게다가, 신뢰성이 우수하고 또한 출력을 안정화시키는 것을 가능하게 한 연료 전지를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell which has a structure which makes it possible to improve the ease of assembling work without impairing miniaturization, and which is excellent in reliability and in which the output can be stabilized.

Claims

A electromotive unit including a membrane electrode assembly having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the air electrode;

A fuel supply mechanism disposed at the fuel electrode side of the membrane electrode assembly, for supplying fuel to the fuel electrode;

The fuel supply mechanism has a housing portion for accommodating the membrane electrode assembly.

The fuel cell according to claim 1, wherein the receiving portion of the fuel supply mechanism is formed by a bottom surface having at least one fuel supply port for supplying fuel and a wall portion protruding from the bottom surface.

The fuel cell according to claim 2, wherein the wall portion is formed in a frame shape surrounding the membrane electrode assembly.

The cover plate according to claim 2, further comprising a cover plate disposed on the cathode side of the membrane electrode assembly,

The membrane electrode assembly is disposed between the bottom surface of the housing portion and the cover plate.

The fuel cell according to claim 4, wherein the total thickness of the plate member including the membrane electrode assembly disposed between the bottom surface of the housing portion and the cover plate is greater than the height of the wall portion of the housing portion.

The fuel cell according to claim 4, wherein the cover plate is fastened and fixed to a wall of the fuel supply mechanism by a screw.

The fuel cell according to claim 4, wherein the cover plate is bent along a wall portion and a rear peripheral portion of the fuel supply mechanism, and fixed to the fuel supply mechanism.

The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel supply mechanism is formed using a resin material.

The fuel cell according to claim 1, further comprising at least one porous body disposed between the fuel supply mechanism and the membrane electrode assembly.

The fuel cell according to claim 1, further comprising a support plate for supporting the membrane electrode assembly from the fuel electrode side.

The fuel cell of claim 1, wherein the fuel is methanol fuel.

The fuel cell according to claim 11, wherein the methanol fuel is an aqueous methanol solution or a pure methanol having a methanol concentration of 80 wt% or more.

A liquid fuel containing portion for receiving liquid fuel and having an opening for deriving a vaporization component of the liquid fuel;

A gas-liquid separation membrane disposed to close the opening of the liquid fuel containing portion, and allowing a vaporized component of the liquid fuel to pass through the membrane electrode assembly,

And the liquid fuel containing portion has an accommodating portion for accommodating the gas-liquid separation membrane and the membrane electrode assembly.