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JP2005190975A - Fuel storing device of fuel cell - Google Patents

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JP2005190975A
JP2005190975A JP2003436870A JP2003436870A JP2005190975A JP 2005190975 A JP2005190975 A JP 2005190975A JP 2003436870 A JP2003436870 A JP 2003436870A JP 2003436870 A JP2003436870 A JP 2003436870A JP 2005190975 A JP2005190975 A JP 2005190975A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
phase
storage device
polymer
fuel cell
Prior art date
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Pending
Application number
JP2003436870A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Rikihisa
弘昭 力久
Takeshi Oi
健 大井
Tetsuya Hamaguchi
哲也 濱口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel storing device enabled to alleviate designing restrictions due to fuel being liquid, for example, to protect a structure which is not always high enough in a fuel resistant property, to improve safety, for example, to reduce contamination of surroundings due to the fuel at breakage of an outer shell. <P>SOLUTION: The fuel storing device 1-1 of a fuel cell 1-5 has a gelled, solated, or solidified fuel phase 1-4. The fuel phase is composed of a polymer and fuel having liquid phase in a single body. The polymer has an affinity to the fuel by loosely bonding with each other. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は例えばメタノールなどの自ら単体では液体の燃料を利用した燃料電池の燃料備蓄装置に関わる。例えばメタノール型燃料電池の燃料タンクや燃料カートリッジに関わる。The present invention relates to a fuel storage device for a fuel cell that uses liquid fuel by itself such as methanol. For example, it relates to a fuel tank and a fuel cartridge of a methanol fuel cell.

携帯電子機器などでの長時間駆動要求や多機能化要求を受けて高能力の電力供給源が求められている。このような中で液体燃料を電池活物質とした燃料電池が注目されている。例えばダイレクトメタノール方式の燃料電池が注目されている。In response to long-time driving demands and multifunctional demands in portable electronic devices and the like, a high-capacity power supply source is required. Under such circumstances, a fuel cell using a liquid fuel as a battery active material has attracted attention. For example, direct methanol fuel cells are attracting attention.

特開2002−331879JP 2002-331879 A 特開2003−203668JP 2003-203668 A 特開2003−109633JP 2003-109633 A 特公平8−21396Japanese Patent Publication No. 8-21396

本発明が解決しようとする問題点は、以下である。The problems to be solved by the present invention are as follows.

まず燃料が液体であると、燃料タンクなどが破損した際に周囲が広範に汚染される恐れがあるという問題があった。First, if the fuel is liquid, there is a problem that the surroundings may be extensively contaminated when the fuel tank or the like is damaged.

また特に携帯電子機器は天地を逆さにして利用されることがある。そのため流動する液体燃料を用いる場合には発電部に天地無用で燃料を安定して供給する機構が別途必要となるという問題があった。In particular, portable electronic devices may be used upside down. Therefore, in the case of using a flowing liquid fuel, there is a problem that a separate mechanism for supplying fuel stably to the power generation unit without using the top and bottom is necessary.

さらに沸点の低い燃料を利用すると燃料が揮発し、燃料詰め替え時などに外部へ燃料が容易に漏れるという問題があった。Furthermore, when a fuel having a low boiling point is used, the fuel volatilizes, and there is a problem that the fuel easily leaks to the outside when refilling the fuel.

従来の燃料電池には、燃料への耐性を必ずしも高くはできない機構が存在するという問題があった。あるいは燃料への耐性を追加すると必須の能力が低下するという問題があった。例えばダイレクトメタノール方式の燃料電池において、触媒や電解質は必ずしも高濃度メタノールへの耐性を備えてはいない。すなわち触媒は高濃度メタノールの環境下では発生する一酸化炭素などの中間生成物によって被毒する恐れがある。また一部の電解質は水素イオンの伝播能力を高めると不用のメタノールも伝播してしまうというトレードオフを抱えている。Conventional fuel cells have a problem in that there is a mechanism that cannot always increase the resistance to fuel. Or there was a problem that the required ability would be reduced if resistance to fuel was added. For example, in a direct methanol fuel cell, the catalyst and the electrolyte do not necessarily have resistance to high concentration methanol. That is, the catalyst may be poisoned by intermediate products such as carbon monoxide generated in an environment of high concentration methanol. In addition, some electrolytes have a trade-off in that unnecessary methanol also propagates when the propagation ability of hydrogen ions is increased.

そこで耐性が低い機構を保護するため、低濃度のメタノールを利用するという対応が取られることがあった。しかしながら燃料の濃度を下げると燃料タンクの体積が増大してしまうという問題があった。Therefore, in order to protect the mechanism having low resistance, a measure of using a low concentration of methanol may be taken. However, when the fuel concentration is lowered, there is a problem that the volume of the fuel tank increases.

あるいは、耐性が低い機構を保護するため、固体多孔質を介在させるという対応が取られていた。すなわち多孔質の毛細管現象を利用して徐々に燃料を供給していた。しかしながらこれらの対応では多孔質の熱膨張率と周囲の材質との熱膨張率の違いから温度変化が繰り返し加えられると多孔質が劣化するという問題があった。また振動や衝撃によって多孔質が周囲の材質から剥離しやすいという問題があった。さらに固体多孔質は容易には変形しないため、特に燃料タンクの容積への制約が大きい携帯電子機器への実装において障害になるという問題があった。Or in order to protect the mechanism with low tolerance, the countermeasure of interposing solid porous was taken. That is, the fuel was gradually supplied using the porous capillary phenomenon. However, in these measures, there is a problem that the porous material deteriorates when a temperature change is repeatedly applied due to the difference in the thermal expansion coefficient between the porous material and the surrounding material. In addition, there is a problem that the porous material easily peels off from surrounding materials due to vibration and impact. Furthermore, since the solid porous material is not easily deformed, there is a problem that it becomes an obstacle in mounting on a portable electronic device in which the restriction on the volume of the fuel tank is particularly large.

発明を解決するための手段Means for Solving the Invention

本発明は、燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子と単体では液体の燃料とからなる燃料相であって、
上記高分子が燃料と互いに緩やかに結合することで
燃料に対して親和性を有する高分子である
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記課題を解決するものである。
The present invention is a fuel storage device for a fuel cell,
It has a gelled, solded or solidified fuel phase,
The fuel phase is a fuel phase composed of a polymer and a liquid fuel alone,
The present invention solves the above problems by using a fuel storage device for a fuel cell, wherein the polymer is a polymer having an affinity for fuel by loosely bonding to the fuel.

ここで燃料電池としては、固形高分子電解質を内蔵して、自らが携帯電子機器に搭載される燃料電池を主として例示するが、本発明にかかる燃料電池はそれに留まらない。酸やアルカリを利用した電解質やカーボンナノ構造体を組み込んだ電解質を内蔵した燃料電池も含まれる。また、家屋などに固定されるバックアップ電源用途の燃料電池も含まれる。燃料備蓄装置とは、燃料電池と一体化された構造でもよく、また取り外しや取り付けが可能な構造でもよい。すなわち、燃料電池に組み込まれた燃料タンクや取り外し可能な燃料カートリッジのいずれでも良い。Here, as the fuel cell, a fuel cell in which a solid polymer electrolyte is incorporated and is mounted on a portable electronic device is mainly exemplified, but the fuel cell according to the present invention is not limited thereto. Also included are fuel cells that incorporate an electrolyte using an acid or alkali or an electrolyte incorporating a carbon nanostructure. In addition, a fuel cell for backup power supply fixed to a house or the like is also included. The fuel storage device may be a structure integrated with the fuel cell, or may be a structure that can be removed and attached. That is, either a fuel tank incorporated in the fuel cell or a removable fuel cartridge may be used.

単体で液体の燃料とは、例えば燃料電池の動作補償温度範囲や保存温度範囲で液体となり得る燃料である。具体的には、メタノール、エタノールなどのアルコールがある。また、ボロハロイド、ヒドラジン、ないしアンモニア水溶液あるいはハイドロカーボンなどアルコール以外の液体燃料も含まれる。The single liquid fuel is, for example, a fuel that can become liquid in the operation compensation temperature range or storage temperature range of the fuel cell. Specifically, there are alcohols such as methanol and ethanol. Also included are liquid fuels other than alcohol such as borohaloid, hydrazine, aqueous ammonia or hydrocarbon.

燃料相への燃料は発電前に予め注入されているとしても良い。また発電中に追注入されるとしても良い。The fuel to the fuel phase may be injected in advance before power generation. Further, it may be injected during power generation.

ゾル化、ゲル化ないし固形化とは広くコロイド化などを含む。燃料と高分子のほかに、水など他の成分が介在する場合も含まれる。Sollation, gelation, or solidification broadly includes colloidalization. In addition to fuel and polymer, the case where other components such as water intervene is also included.

高分子と燃料との互いの緩やかな結合とは、高分子と燃料分子との分子間で相互に引きつけ合う結合などを示す。例えば水素結合や分子間力などによる結合が含まれる。また高分子の分子構造内部に燃料が取りこまれる場合も含まれる。例えば、高分子が燃料全体を取り囲むカプセルによる結合や、高分子と燃料が互いに絡まり合う結合も含まれる。さらにまた高分子が網目構造などを構成し、その分子構造内部に燃料分子が取りこまれる結合なども含まれる。The loose bond between the polymer and the fuel indicates a bond that attracts each other between the polymer and the fuel molecule. For example, a bond by hydrogen bond or intermolecular force is included. It also includes the case where fuel is taken into the polymer molecular structure. For example, the coupling | bonding by the capsule in which a polymer surrounds the whole fuel, and the coupling | bonding in which a polymer and a fuel become mutually entangled are also included. Furthermore, a bond in which a polymer constitutes a network structure and fuel molecules are taken into the molecular structure is also included.

また本発明は、燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子と単体では液体の燃料とからなる燃料相であって、
上記高分子が燃料と互いに緩やかに結合する官能基を備える
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記問題を解決するものである。
The present invention also provides a fuel storage device for a fuel cell,
It has a gelled, solded or solidified fuel phase,
The fuel phase is a fuel phase composed of a polymer and a liquid fuel alone,
The above-mentioned problem is solved by using a fuel storage device for a fuel cell, wherein the polymer has a functional group that slowly binds to the fuel.

ここで燃料と互いに緩やかに結合する官能基とは、分子間力や水素結合力などで燃料と結合する官能基を含む。燃料と水とが適当な割合で混合された場合に、親水性の官能基によって水が高分子と結合し、さらにその水と燃料とが結合する形態も含まれる。カルボキシル基やスルホン基などのイオン結合力を備えた官能基を含む。Here, the functional group that is gently bonded to the fuel includes a functional group that is bonded to the fuel by an intermolecular force or a hydrogen bonding force. When the fuel and water are mixed at an appropriate ratio, a form in which water is bound to the polymer by the hydrophilic functional group and the water and the fuel are bound is also included. It contains functional groups with ionic bond strength such as carboxyl groups and sulfone groups.

また本発明は、燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子と単体では液体の燃料とからなる燃料相であって、
上記高分子が網目状の分子構造であり網目構造の内部に燃料分子を閉じ込める
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記問題を解決するものである。
The present invention also provides a fuel storage device for a fuel cell,
It has a gelled, solded or solidified fuel phase,
The fuel phase is a fuel phase composed of a polymer and a liquid fuel alone,
The above-mentioned problem is solved by using a fuel storage device for a fuel cell, wherein the polymer has a network-like molecular structure and fuel molecules are confined inside the network structure.

ここで高分子が網目状の分子構造であり網目構造の内部に燃料分子を閉じ込めることとは、塩化ストロンチウムと酢酸カルシウムとの反応生成物などによってアルコールを閉じ込めることなどを含む。すなわち市販の固形アルコールを構成する高分子と燃料との結合を含む。また市販の廃油処理剤のように側鎖に燃料分子を閉じ込める結合を含む。Here, the polymer has a network-like molecular structure, and confining fuel molecules inside the network structure includes confining alcohol by a reaction product of strontium chloride and calcium acetate. That is, it includes a bond between the polymer constituting the commercially available solid alcohol and the fuel. It also contains a bond that traps fuel molecules in the side chain like a commercially available waste oil treatment agent.

また本発明は、燃料電池の燃料備蓄装置であって、
燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子と単体では液体の燃料とからなる燃料相であって、
上記高分子が分子間力または水素結合によって燃料と互いに緩やかに結合する
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記問題を解決するものである。
The present invention also provides a fuel storage device for a fuel cell,
A fuel storage device for a fuel cell,
It has a gelled, solded or solidified fuel phase,
The fuel phase is a fuel phase composed of a polymer and a liquid fuel alone,
This problem is solved by using a fuel storage device for a fuel cell, in which the polymer is loosely bonded to the fuel by intermolecular force or hydrogen bonding.

上記の高分子は、燃料と反応する官能基や側鎖を備える高分子を含む。また立体網目状の高分子を含む。The polymer includes a polymer having a functional group and a side chain that reacts with fuel. In addition, a solid network polymer is included.

また本発明は、燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子と単体では液体の燃料とからなる燃料相であって、
上記高分子が燃料と互いに緩やかに結合することでマイクロカプセルを構成する
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記問題を解決するものである。
The present invention also provides a fuel storage device for a fuel cell,
It has a gelled, solded or solidified fuel phase,
The fuel phase is a fuel phase composed of a polymer and a liquid fuel alone,
The present invention solves the above problem by using a fuel storage device for a fuel cell, in which a microcapsule is formed by loosely bonding the polymer to a fuel.

ここでマイクロカプセルとは、アルギン酸と塩化カルシウムとの反応生成物で燃料を被覆するような構造を含む。また燃料と互いに交じり合わない媒質に燃料を分散させて媒質液と燃料との界面で界面重縮合によって高分子薄膜を作る構造も含む。Here, the microcapsule includes a structure in which the fuel is coated with a reaction product of alginic acid and calcium chloride. Also included is a structure in which a polymer thin film is formed by interfacial polycondensation at the interface between the medium liquid and the fuel by dispersing the fuel in a medium that does not intermix with the fuel.

また本発明は、燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子吸収剤または増粘剤と単体では液体の燃料とからなる燃料相である
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記問題を解決するものである。
The present invention also provides a fuel storage device for a fuel cell,
It has a gelled, solded or solidified fuel phase,
The fuel phase is a fuel phase composed of a polymer absorbent or a thickener and a liquid fuel alone, and the above problem is solved by using a fuel storage device for a fuel cell.

ここで増粘剤とはポリアクリル酸などを含む。また高分子吸収剤とは生理用品やオムツなどに含まれる高分子を適宜加工したものを含む。Here, the thickener includes polyacrylic acid and the like. The polymer absorbent includes those obtained by appropriately processing polymers contained in sanitary products and diapers.

また本発明は、上記に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
高分子が、吸収剤、増粘剤、ゾル化剤、ジェル化剤、カルボキシル基を備えた高分子、スルホン基を備えた高分子、塩化ストロンチウムと酢酸カルシウムとの反応生成物、塩化カルシウムとアルギン酸との反応性生物、ないしポリアクリル酸であることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記問題を解決するものである。
The present invention also provides a fuel storage device for a fuel cell as described above,
The polymer is an absorbent, thickener, solubilizer, gelling agent, polymer with carboxyl group, polymer with sulfone group, reaction product of strontium chloride and calcium acetate, calcium chloride and alginic acid The above problem is solved by using a fuel storage device for a fuel cell, which is a reactive organism or polyacrylic acid.

また本発明は、上記に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
燃料がメタノール、エタノールその他のアルコール、
ハイドロカーボン、ボロハロイド、ヒドラジンないしアンモニア水溶液
であることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記課題を解決するものである。
The present invention also provides a fuel storage device for a fuel cell as described above,
Fuel is methanol, ethanol or other alcohol,
The present invention solves the above problems by using a fuel storage device for a fuel cell, which is a hydrocarbon, borohaloid, hydrazine or ammonia aqueous solution.

また本発明は、上記に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
自らと互いに接触する隣接相を備えて、
上記隣接相の燃料親和性と上記燃料相の燃料親和性とが
互いに異なることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記課題を解決するものである。
The present invention also provides a fuel storage device for a fuel cell as described above,
With adjacent phases in contact with each other,
The above problem is solved by using a fuel storage device for a fuel cell, wherein the fuel affinity of the adjacent phase and the fuel affinity of the fuel phase are different from each other.

ここで隣接相とは、発電を行う発電相を含む。あるいは発電相と燃料相との間に中間相がある場合はその中間相を含む。例えば、発電相と燃料相との間にバルブ、ポンプ、燃料改質を行う改質器、ないしカラムなどの機構がある場合は、これらの機構内に配置される相を含む。すなわち、これらの機構内に配置される空気相、ガラスビーズ相、ないしその他の燃料誘導材質などによって構成される燃料誘導相を含む。Here, the adjacent phase includes a power generation phase that generates power. Alternatively, when there is an intermediate phase between the power generation phase and the fuel phase, the intermediate phase is included. For example, when there is a mechanism such as a valve, a pump, a reformer that performs fuel reforming, or a column between the power generation phase and the fuel phase, the phase disposed in these mechanisms is included. That is, it includes a fuel induction phase constituted by an air phase, a glass bead phase, or other fuel induction material disposed in these mechanisms.

また本発明は、上記に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
発電停止時に燃料相と隣接相とを引き離す機構を
備えていることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記課題を解決するものである。
The present invention also provides a fuel storage device for a fuel cell as described above,
The present invention solves the above problems by using a fuel storage device for a fuel cell, which is provided with a mechanism for separating a fuel phase and an adjacent phase when power generation is stopped.

燃料相と隣接相とを引き離す機構は、電動アクチュエータを利用するものを含む。またフィードバック制御などの電子回路が不用な機構を含む。The mechanism that separates the fuel phase and the adjacent phase includes one that uses an electric actuator. In addition, a mechanism that does not require an electronic circuit such as feedback control is included.

また本発明は、上記に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
燃料相に水を導入する手段を備えていることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記課題を解決するものである。
The present invention also provides a fuel storage device for a fuel cell as described above,
The present invention solves the above-mentioned problems by using a fuel storage device for a fuel cell, characterized by comprising means for introducing water into the fuel phase.

また本発明は、上記に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
発電停止時に水の導入を抑制することを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記課題を解決するものである。
The present invention also provides a fuel storage device for a fuel cell as described above,
This problem is solved by using a fuel storage device for a fuel cell that suppresses introduction of water when power generation is stopped.

水を導入する機構及び導入を抑制する機構は、ポンプやバルブを利用しても良く、また単なるカラムを利用しても良い。The mechanism for introducing water and the mechanism for suppressing introduction may use a pump or a valve, or may use a simple column.

また本発明は、上記に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
燃料相が複数のセルから構成されることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記課題を解決するものである。
The present invention also provides a fuel storage device for a fuel cell as described above,
The fuel phase is composed of a plurality of cells to solve the above problems using a fuel storage device for a fuel cell.

セルの分割には、スポンジを利用した分割を含む。また半透膜などを利用した不完全な分割も含む。セル毎に異なった形態で燃料と高分子とが結合しても良い。Cell division includes division using a sponge. It also includes incomplete division using a semipermeable membrane. The fuel and polymer may be combined in different forms for each cell.

発明の効果The invention's effect

本発明によれば、以下のような効果が得られる。According to the present invention, the following effects can be obtained.

まず燃料タンク外殻などが破損した際に周囲の汚染を低減する効果が得られる。なぜならば、高分子によって燃料がジェル化、ゲル化ないし固形化されることにより、液体の場合に比較して粘性や表面張力が高くなり、燃料の飛散が抑制されるためである。また、隙間などへの浸透が抑制されることによっても汚染が低減される。尚、固形化された場合はよりこれらの効果が高くなる。First, when the outer shell of the fuel tank is damaged, the effect of reducing the surrounding pollution can be obtained. This is because when the fuel is gelled, gelled or solidified by the polymer, the viscosity and surface tension become higher than in the case of liquid, and the scattering of the fuel is suppressed. Also, contamination is reduced by suppressing penetration into the gaps. In addition, these effects become higher when solidified.

また燃料を天地無用で発電部に供給する機構を削減できるという効果が得られる。あるいは簡素化できるという効果が得られる。なぜならば、燃料に粘性が加わるため燃料相が発電相により密着することとなり、例え天地が逆になった場合においても両者が容易には離れないためである。また固形化された場合には、例えばバネ機構で燃料相と発電相とを密着させることができるためである。Moreover, the effect that the mechanism for supplying fuel to the power generation unit without using the top and bottom can be reduced is obtained. Or the effect that it can simplify is acquired. This is because the fuel phase is more closely attached to the power generation phase due to the viscosity added to the fuel, and even if the top and bottom are reversed, they are not easily separated. Further, when solidified, for example, the fuel phase and the power generation phase can be brought into close contact by a spring mechanism.

燃料の揮発を低減するという効果が得られる。なぜならば、高分子に保湿剤としての機能を備えさせることが可能であるためである。例えばジェル化やゾル化を行う高分子に保湿剤としての機能を備えさせることができる。The effect of reducing fuel volatilization can be obtained. This is because the polymer can be provided with a function as a humectant. For example, a polymer that performs gelation or sol formation can be provided with a function as a humectant.

さらに燃料への耐性を高くはできない機構を保護するという効果が得られる。あるいは必須機能の能力を低減することなく燃料への耐性を追加するという効果が得られる。なぜならば、燃料相から発電相への燃料の浸透速度などを抑えることにより、発電相への過剰な燃料の浸透が防止されるためである。ここで、燃料相の燃料親和性と発電相の燃料親和性と差を小さくし浸透圧を小さくすることで浸透速度の抑制が実現される。Furthermore, the effect of protecting the mechanism that cannot increase the resistance to fuel can be obtained. Or the effect of adding the tolerance to a fuel, without reducing the capability of an essential function is acquired. This is because by suppressing the penetration rate of fuel from the fuel phase to the power generation phase, excessive fuel penetration into the power generation phase is prevented. Here, the permeation speed can be suppressed by reducing the difference between the fuel affinity of the fuel phase and the fuel affinity of the power generation phase and reducing the osmotic pressure.

燃料タンクの体積を抑えるという効果が得られる。なぜならば、燃料への耐性が高くない機構を保護することにより、高濃度燃料の利用が実現されるためである。The effect of reducing the volume of the fuel tank can be obtained. This is because high-concentration fuel can be used by protecting a mechanism that is not highly resistant to fuel.

燃料被毒などを低減する保護機構であって、周囲の熱膨張や周囲からの振動に耐性を備えた保護機構が得られるという効果がある。なぜならば、従来の固形多孔質に燃料を浸透させた構造に比較してジェル化あるいはゾル化された燃料相は塑性を備えるためである。This is a protective mechanism for reducing fuel poisoning and the like, and has an effect that a protective mechanism having resistance to thermal expansion and vibration from the surroundings can be obtained. This is because the gelled or solled fuel phase has plasticity as compared with the conventional structure in which the fuel is infiltrated into the solid porous body.

また燃料被毒などを低減する保護機構であって、加工や製造が容易な保護機構が得られるという効果がある。なぜならば、ジェル化あるいはゾル化された燃料相は例えば塗布などで加工や製造が実現されるためである。In addition, there is an effect that a protection mechanism that reduces fuel poisoning and the like and that can be easily processed and manufactured can be obtained. This is because the gelled or solled fuel phase can be processed and manufactured by, for example, coating.

以下に図面を参照して、この発明にかかるモバイル燃料電池の燃料タンクの実施形態について説明する。Hereinafter, an embodiment of a fuel tank of a mobile fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1を用いて最良の実施形態を説明する。1−1は本発明に関わる燃料備蓄装置の燃料タンクである。また1−2は発電部である。ここで燃料タンクには燃料と高分子とを含む燃料相1−4が備えられる。発電部は触媒、電極1−6及び電解質1−7とからなる発電相1−5が備えられる。図1において触媒と電極1−6とは一体となって表記されている。燃料タンクと発電部との間には半透膜1−3が挟まれる。The best embodiment will be described with reference to FIG. Reference numeral 1-1 denotes a fuel tank of a fuel storage device according to the present invention. 1-2 is a power generation unit. Here, the fuel tank is provided with a fuel phase 1-4 containing fuel and polymer. The power generation unit includes a power generation phase 1-5 including a catalyst, an electrode 1-6, and an electrolyte 1-7. In FIG. 1, the catalyst and the electrode 1-6 are shown as a unit. A semipermeable membrane 1-3 is sandwiched between the fuel tank and the power generation unit.

まず燃料タンク1−1について詳細に説明する。燃料タンク1−1は単体では液体の燃料と高分子とからなる燃料相1−4を備える。燃料には例えばメタノールを利用する。高分子には上記の燃料と緩やかに結合する高分子を利用する。例えばカルボキシル基やスルホン基などを有する高分子、ポリアクリル酸などの増粘剤、高分子吸収剤、あるいは燃料をカプセル化する高分子を利用する。高分子は選択的にメタノールと結合することが望ましい。First, the fuel tank 1-1 will be described in detail. The fuel tank 1-1 includes a fuel phase 1-4 composed of a liquid fuel and a polymer as a single unit. For example, methanol is used as the fuel. As the polymer, a polymer that slowly binds to the fuel is used. For example, a polymer having a carboxyl group or a sulfone group, a thickener such as polyacrylic acid, a polymer absorbent, or a polymer encapsulating fuel is used. It is desirable that the polymer be selectively combined with methanol.

ここで高分子として、分子量100000のポリアクリル酸を利用した場合にメタノールが増粘されることが確かめられている。すなわちポリアクリル酸を利用することで燃料相が構成されることが確認されている。また市販の高分子吸収剤(生理用品や紙オムツ)を利用しても燃料相が構成される。市販の高分子吸収剤ではカルボキシル基などが水酸化ナトリウムやアンモニアによって中和されており、容易にはメタノールを吸収しない。しかしながら、これらの高分子吸収剤は強酸と作用させることによりメタノールを吸収するようになる。具体的には、高分子吸収剤を一旦水で膨潤させ、過剰の塩酸を加える。すると塩酸の作用により膨潤していた高分子吸収剤は再収縮することとなる。このように収縮した高分子吸収剤は水によって膨潤しない。状態の高分子吸収剤を水で繰り返し洗浄して塩酸や塩化ナトリウムなどを取り除く。この洗浄後の高分子吸収剤にメタノールを吸収させることで燃料相が構成されることとなる。また高分子吸収剤とポリアクリル酸とを適宜混合しても燃料相が構成されることが確認されている。Here, it is confirmed that methanol is thickened when polyacrylic acid having a molecular weight of 100,000 is used as the polymer. That is, it has been confirmed that a fuel phase is formed by using polyacrylic acid. The fuel phase is also formed by using commercially available polymer absorbents (sanitary products and paper diapers). In commercially available polymer absorbents, carboxyl groups and the like are neutralized with sodium hydroxide or ammonia and do not readily absorb methanol. However, these polymer absorbents absorb methanol by acting with a strong acid. Specifically, the polymer absorbent is once swollen with water, and excess hydrochloric acid is added. Then, the polymer absorbent swollen by the action of hydrochloric acid is re-contracted. The polymer absorbent thus contracted does not swell with water. The polymer absorbent in the state is repeatedly washed with water to remove hydrochloric acid and sodium chloride. The fuel phase is constituted by absorbing methanol into the washed polymer absorbent. It has also been confirmed that the fuel phase is formed even if the polymer absorbent and polyacrylic acid are mixed appropriately.

次に発電部1−2について詳細に説明する。発電部1−2は触媒、電極及び電解質とからなる発電相1−5を備えてなる。電極1−6にはカーボン基材、触媒にはPtとRu、電解質1−7にはパーフルオロスルフォンポリマなどの固体高分子電解質を用いる。ここで、電極1−6に触媒を付与した後に2つの電極の間に電解質1−7を挟み、これらを加熱することで一体化させることは既知の技術である。Next, the power generation unit 1-2 will be described in detail. The power generation unit 1-2 includes a power generation phase 1-5 including a catalyst, an electrode, and an electrolyte. A carbon substrate is used for the electrode 1-6, Pt and Ru are used for the catalyst, and a solid polymer electrolyte such as perfluorosulfone polymer is used for the electrolyte 1-7. Here, after applying a catalyst to the electrode 1-6, it is a known technique to sandwich the electrolyte 1-7 between two electrodes and to integrate them by heating.

さらに半透膜1−3について詳細に説明する。半透膜1−3は必要に応じて燃料タンク1−1の燃料相1−4と発電部1−2の発電相1−5との間に備えられる。また燃料タンク1−1の高分子分子量に応じて分画分子量が選択される。半透膜1−3によって燃料相1−4から発電相1−5に高分子が浸透することが防がれることとなる。Further, the semipermeable membrane 1-3 will be described in detail. The semipermeable membrane 1-3 is provided between the fuel phase 1-4 of the fuel tank 1-1 and the power generation phase 1-5 of the power generation unit 1-2 as necessary. The fractional molecular weight is selected according to the high molecular weight of the fuel tank 1-1. The semipermeable membrane 1-3 prevents the polymer from penetrating from the fuel phase 1-4 to the power generation phase 1-5.

発電部と半透膜とは既存の製品を用いても実現される。例えば発電部にはデュポン社のナフィオン膜に触媒を塗布した製品を利用し、半透膜にはミリポア社のPTFEメンブレンフィルタを利用することで実現される。The power generation unit and the semipermeable membrane can also be realized by using existing products. For example, it is realized by using a product obtained by applying a catalyst to a Nafion membrane manufactured by DuPont for the power generation unit and using a PTFE membrane filter manufactured by Millipore for the semipermeable membrane.

燃料相(強酸を作用させた市販高分子吸収剤とポリアクリル酸とメタノールとの混合相)、発電相(ナフィオン膜に白金触媒が塗布された市販の発電相「デュポン社 ナフィオン117Pt Ru 陰極0.4mg/cmPT 陽極2.0mg/cmPt−Ru」)、及び半透膜(市販のフィルタ「ミリポア社 PBTK04310NMWL30K」を市販のろ紙で挟み、さらにろ紙を水タンクに接続した機構)を用いることにより、発電が可能である。Fuel phase (mixed phase of commercially available polymer absorbent with strong acid and polyacrylic acid and methanol), power generation phase (commercial power generation phase with Nafion membrane coated with platinum catalyst “DuPont Nafion 117Pt Ru Cathode. 4 mg / cm 2 PT anode 2.0 mg / cm 2 Pt-Ru ”) and a semi-permeable membrane (a mechanism in which a commercially available filter“ Millipore PBTK04310NMWL30K ”is sandwiched between commercially available filter papers and the filter paper is connected to a water tank) Therefore, power generation is possible.

一般に燃料親和性の低い相から高い相へは両相の浸透圧差に応じて燃料が浸透する。両相の浸透圧差を適正化することによって燃料移動の調整を行うことができる。すなわち燃料親和性の差を大きくすることによって、燃料親和性の低い相で燃料の濃度などが抑えられることととなる。In general, fuel permeates from a phase having a low fuel affinity to a phase having a high affinity according to the osmotic pressure difference between the two phases. The fuel movement can be adjusted by optimizing the osmotic pressure difference between the two phases. That is, by increasing the difference in fuel affinity, the concentration of fuel and the like can be suppressed in a phase with low fuel affinity.

上述はビーカと半透膜を用いた実験で容易に確認される。すなわち高分子を含む燃料相を半透膜で包み水中に浸した場合と、燃料を半透膜で包み水中に浸した場合とでは、メタノールの濃度上昇の速度などに差が生じることが確認される。The above is easily confirmed by an experiment using a beaker and a semipermeable membrane. That is, it is confirmed that there is a difference in the rate of increase in methanol concentration between when the fuel phase containing polymer is wrapped in a semipermeable membrane and immersed in water, and when the fuel is wrapped in a semipermeable membrane and immersed in water. The

本発明においては燃料相の燃料親和性の適正化をすることによって燃料相1−4から発電相1−5への燃料の浸透が調整される。すなわち発電相1−5と燃料相1−4との二つの相との間で平衡に達するまで燃料が緩やかに発電相1−5に浸透する。さらに、発電相1−5での燃料消費によって平衡が崩れた場合でも、再び平衡に達するまで消費された分の燃料が補充される。In the present invention, fuel permeation from the fuel phase 1-4 to the power generation phase 1-5 is adjusted by optimizing the fuel affinity of the fuel phase. That is, the fuel slowly permeates the power generation phase 1-5 until equilibrium is reached between the two phases of the power generation phase 1-5 and the fuel phase 1-4. Furthermore, even if the equilibrium is lost due to the fuel consumption in the power generation phase 1-5, the consumed fuel is replenished until the equilibrium is reached again.

燃料親和性の適正化は例えば以下のようにして実現される。まず高分子の官能基の選択により実現される。また選択した官能基を適切に加工して実現される。例えばカルボキシル基などを選択した上で、一部エステル化させたり一部ソーダ化させたりすることで実現される。さらに重合するモノマーの配合を調整することでも可能である。例えば燃料親和性の高いモノマーの割合を増やすとことで、高分子全体の親和性を高くすることができる。The optimization of the fuel affinity is realized as follows, for example. First, it is realized by selecting a functional group of the polymer. Moreover, it implement | achieves by processing the selected functional group appropriately. For example, it is realized by selecting a carboxyl group or the like and then partially esterifying or partially sodaizing. Further, it is possible to adjust the composition of the monomer to be polymerized. For example, the affinity of the whole polymer can be increased by increasing the proportion of the monomer having high fuel affinity.

前述は最良の実施例とその説明である。以下にその他の実施例を述べる。The preceding is the best embodiment and description. Other embodiments will be described below.

まず相構成についてその他の例を述べる。最良の実施例は液体の燃料とゲル化剤で構成される単一の相である。しかしながら複数相を混合してもよい。例えば水溶液とジェル化された燃料とで構成される相(液相とジェル相との混合相)でもよい。あるいはスポンジ状の固体相にジェル化された燃料を浸透させて構成される混合相(固体相とジェル相との混合相)でもよい。First, other examples of the phase configuration will be described. The best embodiment is a single phase composed of a liquid fuel and a gelling agent. However, multiple phases may be mixed. For example, a phase composed of an aqueous solution and a gelled fuel (a mixed phase of a liquid phase and a gel phase) may be used. Alternatively, it may be a mixed phase (a mixed phase of a solid phase and a gel phase) configured by infiltrating a gelled fuel into a sponge-like solid phase.

次に高分子や燃料の分布についてその他の例を述べる。最良の実施例は、燃料とゲル化剤とは均一に分布して説明された。しかしながらこれらの分布は必ずしも均一である必要はない。スポンジや半透膜によって燃料相を適宜しても良い。例えばスポンジによって燃料相は複数のセルから構成されることとなる。分割した燃料相においてそれぞれで異なる機能を実現してもよい。すなわち燃料相を2つに分割して大量の燃料の保持する機能と発電層に穏やかに燃料を供給する機能とを分けて実現しても良い。これらは2つに分割した燃料相に異なる高分子を配合することで実現される。Next, other examples of polymer and fuel distribution will be described. The best example has been described with a uniform distribution of fuel and gelling agent. However, these distributions do not necessarily have to be uniform. The fuel phase may be appropriately determined by a sponge or a semipermeable membrane. For example, the fuel phase is composed of a plurality of cells by the sponge. Different functions may be realized in each of the divided fuel phases. In other words, the fuel phase may be divided into two, and the function of holding a large amount of fuel and the function of gently supplying fuel to the power generation layer may be realized separately. These are realized by blending different polymers in the fuel phase divided into two.

さらに燃料と高分子との緩やかな結合について例を述べる。最良の実施例で示したポリアクリル酸は、主鎖に多数のカルボキシル基が備わっている。ポリアクリル酸が単体の場合は、主鎖が小さく絡まった糸まり状と呼ばれる構造となる。またカルボキシル基の間に水分子や燃料分子が侵入した場合は、主鎖が伸びて棒状と呼ばれる構造に変化をする。特にカルボキシル基がイオン化した際にその構造変化が顕著となる。棒状になった高分子が互いに干渉することによって、溶液の粘性、表面張力あるいは浸透圧などが変化する。すなわちポリアクリル酸は高分子の官能基の作用によって穏やかに燃料と結合することができる。またポリアクリル酸を架橋することで高分子吸収剤が構成される。高分子吸収剤においては溶液がカルボキシル基の間に侵入することによって膨潤するため、さらに強力に燃料と結合することができる。In addition, an example is given for the loose coupling between fuel and polymer. The polyacrylic acid shown in the best example has a large number of carboxyl groups in the main chain. When polyacrylic acid is a simple substance, it has a structure called a thread-string with a small main chain. When water molecules or fuel molecules enter between the carboxyl groups, the main chain extends and changes to a rod-like structure. In particular, when the carboxyl group is ionized, the structural change becomes remarkable. When the rod-shaped polymers interfere with each other, the viscosity, surface tension or osmotic pressure of the solution changes. That is, polyacrylic acid can be gently combined with the fuel by the action of the functional group of the polymer. Moreover, a polymer absorbent is comprised by bridge | crosslinking polyacrylic acid. Since the polymer absorbent swells when the solution enters between the carboxyl groups, it can bind to the fuel more strongly.

燃料がアルコールなど水酸基を持つ場合は、水素結合によって燃料と結合することができる。分子量が大きい燃料では、分子間力などで結合することができる。When the fuel has a hydroxyl group such as alcohol, it can be combined with the fuel by hydrogen bonding. A fuel with a high molecular weight can be bound by intermolecular forces.

複雑な分子構造の内部に燃料を取り込むことによって、穏やかに結合する高分子を用いても良い。例えば、長い側鎖に燃料を絡める高分子や網目構造の内部に燃料を取り込む高分子がある。長い側鎖を持つ高分子としては市販の廃油処理剤がある。また網目構造の高分子としては、塩化ストロンチウムと酢酸カルシウムの反応性生物がある。これらの高分子では、分子構造を調整することで燃料親和性の最適化が実現される。例えば高分子の架橋量や平均分子量などに応じて網目構造自体が変形するため、燃料親和性の調整が容易に実現される。A polymer that gently binds by incorporating a fuel into a complicated molecular structure may be used. For example, there are polymers that entangle fuel in long side chains and polymers that take fuel into the network structure. As a polymer having a long side chain, there is a commercially available waste oil treating agent. As a polymer having a network structure, there are reactive organisms of strontium chloride and calcium acetate. In these polymers, optimization of fuel affinity is realized by adjusting the molecular structure. For example, since the network structure itself is deformed according to the cross-linking amount and average molecular weight of the polymer, the adjustment of the fuel affinity is easily realized.

さらに、マイクロカプセルを利用しても良い。例えば、塩化カルシウムとアルギン酸とを用いることで燃料のカプセル化が実現される。あるいは燃料と互いに交じり合わない媒質に燃料を分散させて媒質液と燃料との界面で界面重縮合によって高分子薄膜を作ることでもカプセル化が実現される。Further, microcapsules may be used. For example, fuel encapsulation is realized by using calcium chloride and alginic acid. Alternatively, the encapsulation can also be realized by dispersing the fuel in a medium that does not mix with the fuel and forming a polymer thin film by interfacial polycondensation at the interface between the medium liquid and the fuel.

発電部に必要に応じて改質器を備えても良い。例えば燃料にメタノールを利用しメタノールの選択酸化によって水素を生成する改質器を備えるとする。改質器へのメタノールが過剰に供給されると一酸化炭素などの中間生成物が多量に発生し、供給が不足すると水素までもが酸化されてしまう。改質器を備えた場合、燃料相に直接接するのは改質器となる。つまり燃料相に含まれる高分子の燃料親和性を適正化することで同様に改質器への燃料の浸透が調整されることとなる。You may equip a power generation part with a reformer as needed. For example, it is assumed that a reformer that uses methanol as a fuel and generates hydrogen by selective oxidation of methanol is provided. If an excessive amount of methanol is supplied to the reformer, a large amount of intermediate products such as carbon monoxide are generated. If the supply is insufficient, even hydrogen is oxidized. When the reformer is provided, the reformer is in direct contact with the fuel phase. In other words, the permeation of fuel into the reformer is similarly adjusted by optimizing the fuel affinity of the polymer contained in the fuel phase.

発電や改質において水が必要とされる場合がある。このような場合は燃料タンクに予め水を混ぜておいても良い。さらに発電中に水が生成する場合は発電中に生成した水を燃料タンクに導入しても良い。生成した水を燃料タンクに導入する機構としてはポンプがある。また水高分子吸収体を発電相と燃料相との双方に接触するように配置することによっても水が導入される。尚、水高分子吸収体を配置することによって水を循環させる技術自体は既知のものである。(特開2003−203668)Water may be required for power generation and reforming. In such a case, water may be mixed in advance in the fuel tank. Further, when water is generated during power generation, the water generated during power generation may be introduced into the fuel tank. There is a pump as a mechanism for introducing the generated water into the fuel tank. Water is also introduced by arranging the water polymer absorber so as to be in contact with both the power generation phase and the fuel phase. In addition, the technique itself which circulates water by arrange | positioning a water polymer absorber is a known thing. (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-203668)

ここで発電時には発電相に燃料が連続的に供給され発電停止時にはその供給が抑制される調整機構が備わっていることが望ましい。そのような調整機構により不要な燃料の消費が抑えられるためである。そのような調整機構を備えた例を示す。Here, it is desirable to provide an adjustment mechanism that continuously supplies fuel to the power generation phase during power generation and suppresses the supply when power generation is stopped. This is because such an adjustment mechanism can suppress unnecessary fuel consumption. An example provided with such an adjustment mechanism is shown.

まず発電時に燃料相と発電相と接触させ、発電停止時に両相を引き離すことで調整機構が実現される。例えば発電時に発生する水を吸収する水高分子吸収剤とバネを利用する。すなわち水高分子吸収剤の膨潤を利用して燃料相と発電相とを接触させ、水高分子吸収剤が乾燥した際にはバネの応力を用いて両者を引き離すことで実現される。電動マイクロアクチュエータなどを利用しても同様な機能が実現される。First, an adjustment mechanism is realized by bringing the fuel phase and the power generation phase into contact with each other during power generation, and separating both phases when power generation is stopped. For example, a water polymer absorbent that absorbs water generated during power generation and a spring are used. That is, the fuel phase and the power generation phase are brought into contact with each other by utilizing the swelling of the water polymer absorbent, and when the water polymer absorbent is dried, the two are separated using a spring stress. A similar function can be realized by using an electric microactuator or the like.

また発電停止時に発電相と燃料相との間に介在する半透膜を乾燥させることによっても調整機構が実現される。The adjustment mechanism is also realized by drying the semipermeable membrane interposed between the power generation phase and the fuel phase when power generation is stopped.

さらに、発電時に燃料相に水を供給して発電停止時に水の供給を抑えることでも実現される。発電時に発生する水をポンプなどで循環させても良い。ここで水を導入した場合は導入された水によって燃料相から燃料が溶かし出される。また水の導入を停止した場合は、燃料の供給が止まることとなる。Furthermore, it is also realized by supplying water to the fuel phase during power generation and suppressing the supply of water when power generation is stopped. Water generated during power generation may be circulated with a pump or the like. When water is introduced here, the fuel is dissolved out of the fuel phase by the introduced water. In addition, when the introduction of water is stopped, the supply of fuel is stopped.

必要に応じて燃料備蓄装置を燃料電池から取り外しと再取り付け可能なカートリッジとする。If necessary, the fuel storage device is a cartridge that can be removed and reattached from the fuel cell.

携帯型の燃料電池では、フィードバック回路などの電子回路を備えないパッシブと呼ばれる機構が望ましいとされる。以下に本発明を利用したパッシブの機構の燃料電池を示す。In a portable fuel cell, a mechanism called passive that does not include an electronic circuit such as a feedback circuit is desirable. The fuel cell of the passive mechanism using this invention is shown below.

具体的には発電時に発生する水を水高分子吸収剤に吸収させて水高分子吸収剤の体積を増加させ、この体積変動をシリンダの駆動に利用する。また水の循環にはカラムを利用する。以下に図2を用いて詳細に説明をする。2−1は燃料タンクであり、2−2は発電部である。燃料タンク2−1と発電部2−2との間に半透膜2−3が配置されている。燃料タンク2−1には燃料相2−4が、また発電部2−2には発電相2−5が備えられている。Specifically, water generated during power generation is absorbed by the water polymer absorbent to increase the volume of the water polymer absorbent, and this volume variation is used for driving the cylinder. A column is used for water circulation. This will be described in detail with reference to FIG. Reference numeral 2-1 denotes a fuel tank, and 2-2 denotes a power generation unit. A semipermeable membrane 2-3 is disposed between the fuel tank 2-1 and the power generation unit 2-2. The fuel tank 2-1 includes a fuel phase 2-4, and the power generation unit 2-2 includes a power generation phase 2-5.

水の循環を行うためカラム2−9が配置されるとする。カラム2−9の先には半透膜2−3と高分子吸収剤2−8が配置されている。またカラム2−9の内部は親水性高分子やガラスビーズなどが詰められている。高分子吸収剤2−8は膨潤と乾燥とによって体積変化を行うものを利用するとする。高分子吸収剤2−8の先にはシリンダ2−10が配置される。高分子吸収剤2−8の体積変化に伴うシリンダ2−10の移動によりパッシブな機構が実現されることとなる。その他シリンダ2−10の先には空間2−12が配置され、空間2−12の先は半透膜2−3が配置される。またシリンダの稼動範囲内には窓2−11が配置される。It is assumed that the column 2-9 is arranged to circulate water. A semipermeable membrane 2-3 and a polymer absorbent 2-8 are arranged at the tip of the column 2-9. The inside of the column 2-9 is packed with hydrophilic polymer, glass beads and the like. The polymer absorbent 2-8 is assumed to utilize a material that changes its volume by swelling and drying. A cylinder 2-10 is disposed at the tip of the polymer absorbent 2-8. A passive mechanism is realized by the movement of the cylinder 2-10 accompanying the volume change of the polymer absorbent 2-8. In addition, a space 2-12 is disposed at the tip of the cylinder 2-10, and a semipermeable membrane 2-3 is disposed at the tip of the space 2-12. Further, a window 2-11 is disposed within the operating range of the cylinder.

以下に動作を説明する。発電時には発電相2−5から水が発生し、カラム2−9を通じて半透膜2−3と高分子吸収剤2−8とが加湿される。高分子吸収剤2−8が加湿されると膨潤するためシリンダ2−10が移動することとなる。シリンダ2−10が移動すると窓2−11が開き、開いた窓からはその後に発生する過剰の水分が外部に放出されることとなる。また半透膜2−3が加湿されることで燃料相2−4と半透膜2−3とが密着し燃料相からの燃料の浸透が開始されることとなる。The operation will be described below. During power generation, water is generated from the power generation phase 2-5, and the semipermeable membrane 2-3 and the polymer absorbent 2-8 are humidified through the column 2-9. When the polymer absorbent 2-8 is humidified, the cylinder 2-10 moves due to swelling. When the cylinder 2-10 moves, the window 2-11 opens, and excess moisture generated thereafter is released to the outside from the opened window. Further, when the semipermeable membrane 2-3 is humidified, the fuel phase 2-4 and the semipermeable membrane 2-3 are brought into close contact with each other, and fuel permeation from the fuel phase is started.

発電停止時には水の発生が止まり、半透膜2−3と高分子吸収剤2−8とへの新たな水の補充が止まる。しかしながら、窓2−11を通じて水分が外部に放出され続けるため、高分子吸収剤2−8は徐々に乾燥することとなる。高分子吸収剤2−8が乾燥するとシリンダ2−10は移動することとなる。そのためシリンダ2−10の移動に伴い空間2−12が陰圧となる。空間2−12が陰圧となると、空間2−12の先に配置された半透膜2−3の水分が吸い出され、半透膜は脱水されることとなる。半透膜2−3が脱水されることにより燃料相2−4と半透膜2−3とに隙間が生じ、燃料の浸透の抑制が行われる。すなわち発電停止時には過剰な燃料の供給が抑制されることとなる。またシリンダ2−10が移動することで窓2−11が閉じ容器が密閉される。つまり過剰な水分の放出も同時に抑制されることとなる。When power generation is stopped, the generation of water stops, and the replenishment of new water to the semipermeable membrane 2-3 and the polymer absorbent 2-8 stops. However, since moisture is continuously released to the outside through the window 2-11, the polymer absorbent 2-8 is gradually dried. When the polymer absorbent 2-8 is dried, the cylinder 2-10 moves. Therefore, the space 2-12 becomes negative pressure as the cylinder 2-10 moves. When the space 2-12 has a negative pressure, the water in the semipermeable membrane 2-3 disposed at the tip of the space 2-12 is sucked out, and the semipermeable membrane is dehydrated. When the semipermeable membrane 2-3 is dehydrated, a gap is generated between the fuel phase 2-4 and the semipermeable membrane 2-3, and the permeation of fuel is suppressed. That is, when power generation is stopped, excessive fuel supply is suppressed. Further, the movement of the cylinder 2-10 closes the window 2-11 and seals the container. That is, excessive moisture release is also suppressed at the same time.

ここで、高分子吸収剤2−8の体積変化は秒や分の時間オーダで進行する変化である。そのため燃料相2−1からの発電相2−2への浸透が速い場合には、上記の例は実施できない。なぜならば半透膜2−3の脱水時に新たな液体燃料が燃料相2−1から半透膜2−3に補充されてしまうためである。例えば燃料が液体の場合は上記の機構では過剰な燃料の供給は抑制できない。しかしながら本方式においては高分子によって燃料相2−1の燃料親和性の適正化が行われ、燃料の浸透速度が遅くなっている。そのため比較的緩やかな速さの体積変動や圧力変動によっても燃料の供給と停止とが制御されることとなる。Here, the volume change of the polymer absorbent 2-8 is a change that proceeds on the time order of seconds or minutes. Therefore, when the penetration from the fuel phase 2-1 to the power generation phase 2-2 is fast, the above example cannot be implemented. This is because new liquid fuel is replenished from the fuel phase 2-1 to the semipermeable membrane 2-3 when the semipermeable membrane 2-3 is dehydrated. For example, when the fuel is liquid, the above mechanism cannot suppress excessive fuel supply. However, in this method, the fuel affinity of the fuel phase 2-1 is optimized by the polymer, and the fuel permeation rate is slow. For this reason, the supply and stop of the fuel are controlled by the volume fluctuation and pressure fluctuation at a relatively slow speed.

以上のように本発明にかかる電池は、電子機器電力供給システムに好適である。As described above, the battery according to the present invention is suitable for an electronic device power supply system.

燃料タンクを備えた電池Battery with fuel tank 燃料タンクを備えた電池Battery with fuel tank

符号の説明Explanation of symbols

1−1 燃料タンク
1−2 発電部
1−3 半透膜
1−4 燃料相
1−5 発電相
1−6 電極
1−7 電解質
2−1 燃料タンク
2−2 発電部
2−3 半透膜
2−4 燃料相
2−5 発電相
2−6 電極
2−7 電解質
2−8 高分子吸収剤
2−9 カラム
2−10 シリンダ
2−11 窓
2−12 空間
2−13 バネ
1-1 Fuel Tank 1-2 Power Generation Unit 1-3 Semipermeable Membrane 1-4 Fuel Phase 1-5 Power Generation Phase 1-6 Electrode 1-7 Electrolyte 2-1 Fuel Tank 2-2 Power Generation Unit 2-3 Semipermeable Membrane 2-4 Fuel Phase 2-5 Power Generation Phase 2-6 Electrode 2-7 Electrolyte 2-8 Polymer Absorbent 2-9 Column 2-10 Cylinder 2-11 Window 2-12 Space 2-13 Spring

Claims (13)

燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子と単体では液体の燃料とからなる燃料相であって、
上記高分子が燃料と互いに緩やかに結合することで
燃料に対して親和性を有する高分子である
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
A fuel storage device for a fuel cell,
It has a gelled, solded or solidified fuel phase,
The fuel phase is a fuel phase composed of a polymer and a liquid fuel alone,
A fuel storage device for a fuel cell, characterized in that the polymer is a polymer having an affinity for fuel by loosely bonding to the fuel.
燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子と単体では液体の燃料とからなる燃料相であって、
上記高分子が燃料と互いに緩やかに結合する官能基を備える
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
A fuel storage device for a fuel cell,
It has a gelled, solded or solidified fuel phase,
The fuel phase is a fuel phase composed of a polymer and a liquid fuel alone,
A fuel storage device for a fuel cell, wherein the polymer has a functional group that slowly binds to a fuel.
燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子と単体では液体の燃料とからなる燃料相であって、
上記高分子が網目状の分子構造であり網目構造の内部に燃料分子を閉じ込める
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
A fuel storage device for a fuel cell,
It has a gelled, solded or solidified fuel phase,
The fuel phase is a fuel phase composed of a polymer and a liquid fuel alone,
A fuel storage device for a fuel cell, wherein the polymer has a network-like molecular structure, and fuel molecules are confined inside the network structure.
燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子と単体では液体の燃料とからなる燃料相であって、
上記高分子が分子間力または水素結合によって燃料と互いに緩やかに結合する
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
A fuel storage device for a fuel cell,
It has a gelled, solded or solidified fuel phase,
The fuel phase is a fuel phase composed of a polymer and a liquid fuel alone,
A fuel storage device for a fuel cell, wherein the polymer is gently bonded to the fuel by intermolecular force or hydrogen bonding.
燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子と単体では液体の燃料とからなる燃料相であって、
上記高分子が燃料と互いに緩やかに結合することでマイクロカプセルを構成する
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
A fuel storage device for a fuel cell,
It has a gelled, solded or solidified fuel phase,
The fuel phase is a fuel phase composed of a polymer and a liquid fuel alone,
A fuel storage device for a fuel cell, characterized in that the polymer forms a microcapsule by loosely bonding to the fuel.
燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子吸収剤または増粘剤と単体では液体の燃料とからなる燃料相である
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
A fuel storage device for a fuel cell,
It has a gelled, solded or solidified fuel phase,
A fuel storage device for a fuel cell, wherein the fuel phase is a fuel phase composed of a polymer absorbent or a thickener and a liquid fuel alone.
請求項1ないし請求項6に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
高分子が、吸収剤、増粘剤、ゾル化剤、ジェル化剤、カルボキシル基を備えた高分子、スルホン基を備えた高分子、塩化ストロンチウムと酢酸カルシウムとの反応生成物、塩化カルシウムとアルギン酸との反応性生物、ないしポリアクリル酸であることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
A fuel storage device for a fuel cell according to any one of claims 1 to 6,
The polymer is an absorbent, thickener, solubilizer, gelling agent, polymer with carboxyl group, polymer with sulfone group, reaction product of strontium chloride and calcium acetate, calcium chloride and alginic acid A fuel storage device for a fuel cell, characterized by being a reactive organism or polyacrylic acid.
請求項1ないし請求項7に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
燃料がメタノール、エタノールその他のアルコール、
ハイドロカーボン、ボロハロイド、ヒドラジンないしアンモニア水溶液、
であることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
A fuel storage device for a fuel cell according to any one of claims 1 to 7,
Fuel is methanol, ethanol or other alcohol,
Hydrocarbon, borohaloid, hydrazine or ammonia aqueous solution,
A fuel storage device for a fuel cell.
請求項1ないし請求項8に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
自らと互いに接触する隣接相を備えて、
上記隣接相の燃料親和性と上記燃料相の燃料親和性とが
互いに異なることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
A fuel storage device for a fuel cell according to any one of claims 1 to 8,
With adjacent phases in contact with each other,
A fuel storage device for a fuel cell, wherein the fuel affinity of the adjacent phase and the fuel affinity of the fuel phase are different from each other.
請求項1ないし請求項9に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
発電停止時に燃料相と隣接相とを引き離す機構を
備えていることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
A fuel storage device for a fuel cell according to any one of claims 1 to 9,
A fuel storage device for a fuel cell, comprising a mechanism for separating a fuel phase and an adjacent phase when power generation is stopped.
請求項1ないし請求項10に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
燃料相に水を導入する手段を備えていることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
A fuel storage device for a fuel cell according to any one of claims 1 to 10,
A fuel storage device for a fuel cell, comprising means for introducing water into the fuel phase.
請求項1ないし請求項11に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
発電停止時に水の導入を抑制することを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
A fuel storage device for a fuel cell according to any one of claims 1 to 11,
A fuel storage device for a fuel cell that suppresses introduction of water when power generation is stopped.
請求項1ないし請求項12に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
燃料相が複数のセルから構成されることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
A fuel storage device for a fuel cell according to any one of claims 1 to 12,
A fuel storage device for a fuel cell, wherein the fuel phase is composed of a plurality of cells.
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