JP4827635B2 - Direct methanol fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、直接メタノール型燃料電池に関し、更に詳しくは、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯用電子機器の電源として用いられるのに好適な小型の直接メタノール型燃料電池に関する。 The present invention relates to a direct methanol fuel cell, and more particularly to a small direct methanol fuel cell suitable for use as a power source for portable electronic devices such as a mobile phone and a notebook personal computer.
一般に、燃料電池は、空気電極層、電解質層及び燃料電極層が積層された燃料電池セルと、燃料電極層に還元剤としての燃料を供給するための燃料供給体部と、空気電極層に酸化剤としての空気を供給するための空気供給体部とからなり、燃料と空気中の酸素とによって燃料電池セル内で電気化学反応を生じさせ、外部に電力を得るようにした電池であり、種々の形式のものが開発されている。 In general, a fuel cell includes a fuel cell in which an air electrode layer, an electrolyte layer, and a fuel electrode layer are stacked, a fuel supply body for supplying fuel as a reducing agent to the fuel electrode layer, and an oxidation to the air electrode layer. It is a battery that consists of an air supply body for supplying air as an agent, causes an electrochemical reaction in the fuel cell by the fuel and oxygen in the air, and obtains electric power outside. A form of this has been developed.
近年、環境問題や省エネルギーに対する意識の高まりにより、クリーンなエネルギー源としての燃料電池を、各種用途に用いることが検討されており、特に、メタノールと水を含む液体燃料を直接供給するだけで発電できる直接メタノール型燃料電池が注目されてきている(例えば、特許文献1及び2参照)。
これらの中でも、液体燃料の供給に毛管力を利用した液体燃料電池(例えば、特許文献3及び4参照)が知られている。
In recent years, due to increasing awareness of environmental issues and energy conservation, the use of fuel cells as clean energy sources for various applications has been studied. In particular, power can be generated simply by supplying liquid fuel containing methanol and water directly. Direct methanol fuel cells have attracted attention (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
Among these, a liquid fuel cell (for example, see Patent Documents 3 and 4) using capillary force for supplying liquid fuel is known.
これらの液体燃料電池は、燃料タンクから液体燃料を毛管力で燃料極に供給するため、液体燃料を圧送するためのポンプを必要としないなど小型化に際してメリットがあるが、このような単に毛管力だけを利用した液体燃料電池は、構成上は小型化に適するものの、燃料極に燃料が直接液体状態で供給されるため小型携帯機器に搭載し電池部の前後左右や上下が絶えず変わる使用環境下では長時間の使用期間中に燃料の追従が不完全となり、燃料供給遮断やタンク内への気泡進入などの弊害が発生したり、燃料棒への燃料供給量を一定にするのを阻害する原因となっている。 Since these liquid fuel cells supply liquid fuel from a fuel tank to the fuel electrode with capillary force, there is an advantage in miniaturization such as not requiring a pump for pumping liquid fuel. Although the liquid fuel cell using only the battery is suitable for downsizing, the fuel is supplied directly to the fuel electrode in a liquid state, so it is mounted on a small portable device and is used in an environment where the front, back, left, right, top, and bottom of the battery unit are constantly changing. Causes incomplete fuel follow-up during long periods of use, which can cause problems such as fuel supply interruptions and bubble entry into the tank, or obstructing a constant fuel supply to the fuel rods It has become.
また、これら欠点の解決策の一つとして、例えば、液体燃料を毛管力によりセル内に導入した後、液体燃料を燃料気化層にて気化して、使用するシステム(例えば、特許文献5参照)が知られているが、基本的な問題点である燃料の追従性不足は改善されないという課題を有し、また、この構造の燃料電池は、液体を気化させた後に燃料として用いるシステムのため、小型化が困難となるなどの課題がある。
このように従来の直接メタノール型燃料電池では、燃料極に直接液体燃料を供給する際に燃料の供給が不安定で動作中の出力値に変動が生じたり、安定な特性を維持したまま携帯機器への搭載が可能な程度の小型化は困難であるのが現状である。
As described above, in the conventional direct methanol fuel cell, when supplying liquid fuel directly to the fuel electrode, the supply of fuel is unstable and the output value during operation varies, or the portable device maintains its stable characteristics. Currently, it is difficult to reduce the size to such an extent that it can be mounted on a vehicle.
本発明は、上記従来の直接メタノール型燃料電池における課題及び現状に鑑み、これを解消するためになされたものであり、燃料極に直接液体燃料を安定的に供給すること及び燃料電池の小型化をなし得ることができる直接メタノール型燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems and current situation of the above-described conventional direct methanol fuel cell, and has been made to solve this problem, by stably supplying liquid fuel directly to the fuel electrode and reducing the size of the fuel cell. It is an object of the present invention to provide a direct methanol fuel cell that can achieve the above.
本発明者らは、上記従来の課題等について、鋭意検討した結果、微小炭素多孔体よりなる燃料電極体の外表部に電解質層を構築し、この電解質層の外表部に空気電極層を構築することで形成される単位セルが複数連結される燃料電池において、各単位セルヘの燃料供給に燃料貯蔵層より直接接続される特定構造の燃料供給体を連結することなどにより、上記目的の直接メタノール型燃料電池が得られることに成功し、本発明を完成するに至ったのである。 As a result of intensive studies on the above-described conventional problems, the present inventors constructed an electrolyte layer on the outer surface of a fuel electrode body made of a microporous carbon body, and constructed an air electrode layer on the outer surface of the electrolyte layer. In the fuel cell in which a plurality of unit cells are connected to each other, the above-mentioned direct methanol type can be obtained by connecting a fuel supply body having a specific structure directly connected from the fuel storage layer to the fuel supply to each unit cell. The present invention was completed by successfully obtaining a fuel cell.
すなわち、本発明は、次の(1)〜(7)に存する。
(1) 液体燃料の全部が毛管力を有する多孔体及び/又は繊維束体からなる吸蔵体により貯蔵される燃料貯蔵槽と、該燃料貯蔵槽に接続されると共に、該燃料貯蔵槽の横断面積よりも狭い横断面積で浸透構造を有する燃料供給体と、微小炭素多孔体よりなる燃料電極体の外表部に電解質層を構築し、該電解質層の外表部に空気電極層を構築することで形成される単位セルとを備え、該単位セルが上記浸透構造を有する燃料供給体によって、直列に複数接続、又は、並列接続されると共に、該各単位セルは該燃料供給体により連結され、該液体燃料が該燃料電極体へ供給されることを特徴とする直接メタノール型燃料電池。
(2) 燃料供給体の終端は、使用済み燃料貯蔵槽に接続される上記(1)に記載の直接メタノール型燃料電池。
(3) 燃料貯蔵槽が交換可能なカートリッジ構造体からなる上記(1)又は(2)に記載の直接メタノール型燃料電池。
(4) 前記燃料電極体が燃料供給体として機能する上記(1)〜(3)の何れか一つに記載の直接メタノール型燃料電池。
(5) 燃料貯蔵槽から使用済み燃料貯蔵槽までの燃料供給体は、燃料貯蔵槽、燃料電極体及び/又は燃料電極体に接する燃料供給体、使用済み燃料貯蔵槽の毛管力が、燃料貯蔵槽<燃料電極体及び/又は燃料電極体に接する燃料供給体<使用済み燃料貯蔵槽である上記(2)〜(4)の何れか一つに記載の直接メタノール型燃料電池。
(6) 微小炭素多孔体は、アモルファス炭素と炭素粉末とからなる微細な連通孔を有する炭素複合成形体である上記(1)〜(5)の何れか一つに記載の直接メタノール型燃料電池。
(7) 炭素粉末が、高配向性熱分解黒鉛(HOPG)、キッシュ黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンナノチューブ、フラーレンより選ばれる少なくとも1種である上記(6)記載の直接メタノール型燃料電池。
That is, the present invention resides in the following (1) to (7).
(1) and the fuel storage tank for all the liquids fuel is stored by occlusion body made of a porous material and / or fiber bundles body having a capillary force, it is connected to the fuel reservoir, across the fuel storage tank constructs a fuel supply having a penetration structure in a narrow cross-sectional area than the area, an electrolyte layer external surface of the fuel electrode body made of infinitesimal carbon porous body, to build an air electrode layer on the external surface of the electrolyte layer A plurality of unit cells connected in series by the fuel supply body having the permeation structure, or connected in parallel, and each unit cell is connected by the fuel supply body, A direct methanol fuel cell, wherein the liquid fuel is supplied to the fuel electrode body .
(2) The direct methanol fuel cell according to (1), wherein the end of the fuel supply body is connected to a spent fuel storage tank.
(3) The direct methanol fuel cell according to (1) or (2) above, wherein the fuel storage tank comprises a replaceable cartridge structure.
(4) The direct methanol fuel cell according to any one of (1) to (3), wherein the fuel electrode body functions as a fuel supply body.
(5) The fuel supply body from the fuel storage tank to the spent fuel storage tank is composed of the fuel storage tank, the fuel electrode body and / or the fuel supply body in contact with the fuel electrode body, and the capillary force of the used fuel storage tank. The direct methanol fuel cell according to any one of (2) to (4), wherein tank <fuel electrode body and / or fuel supply body in contact with fuel electrode body <used fuel storage tank.
(6) The direct methanol fuel cell according to any one of (1) to (5), wherein the fine carbon porous body is a carbon composite molded body having fine communication holes made of amorphous carbon and carbon powder. .
(7) The direct methanol fuel cell according to (6), wherein the carbon powder is at least one selected from highly oriented pyrolytic graphite (HOPG), quiche graphite, natural graphite, artificial graphite, carbon nanotube, and fullerene.
請求項1の発明によれば、燃料貯蔵槽から各単位セルの個々に直接液体燃料を逆流、途絶えることなく、安定、継続的に供給することができると共に、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯用電子機器の電源として用いられるのに好適な小型の直接メタノール型燃料電池が提供される。
請求項2の発明によれば、運転状況により供給過剰時に至った際には、反応に使用されない液体燃料が貯蔵層に蓄えられるので、反応阻害を防ぐことができる直接メタノール型燃料電池が提供される。
請求項3の発明によれば、液体燃料の交換が更に簡単に行うことができる直接メタノール型燃料電池が提供される。
請求項4の発明によれば、燃料電極体が燃料供給体として機能するので、各単位セルの性能・効率の向上及び小型化などを更に実現可能とする直接メタノール型燃料電池が提供される。
請求項5の発明によれば、燃料電池がどのような状態(角度)、逆さ等に放置されても、燃料貯蔵槽から各単位セルの個々に直接液体燃料を逆流、途絶えることなく安定、継続的に供給することができる直接メタノール型燃料電池が提供される。
請求項6及び7の発明によれば、燃料電池の燃料電極体における反応効率を更に向上することができる直接メタノール型燃料電池が提供される。
According to the first aspect of the present invention, liquid fuel can be supplied directly and stably from the fuel storage tank to each unit cell without backflow or interruption, and can be carried on a mobile phone or a notebook computer. Provided is a small direct methanol fuel cell suitable for use as a power source for electronic equipment.
According to the second aspect of the present invention, liquid fuel that is not used for the reaction is stored in the storage layer when the supply is over due to operating conditions, so that a direct methanol fuel cell that can prevent reaction inhibition is provided. The
According to the third aspect of the present invention, there is provided a direct methanol fuel cell in which liquid fuel can be replaced more easily.
According to the invention of claim 4, since the fuel electrode body functions as a fuel supply body, there is provided a direct methanol fuel cell that can further improve the performance and efficiency of each unit cell and reduce the size.
According to the invention of claim 5, even when the fuel cell is left in any state (angle), upside down, etc., the liquid fuel flows back directly from the fuel storage tank to each unit cell, and is stable and continuous without interruption. There is provided a direct methanol fuel cell that can be supplied in an automated manner.
According to the sixth and seventh aspects of the present invention, there is provided a direct methanol fuel cell that can further improve the reaction efficiency in the fuel electrode body of the fuel cell.
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳しく説明する。
図1(a)〜(c)は、本発明の第1実施形態を示す直接メタノール型燃料電池(以下、単に「燃料電池」という)Aの基本形態を示すものである。
この燃料電池Aは、図1(a)〜(c)に示すように、液体燃料を収容する燃料貯蔵槽10と、微小炭素多孔体よりなる燃料電極体21の外表部に電解質層23を構築し、該電解質層23の外表部に空気電極層24を構築することで形成される単位セル(燃料電池セル)20、20と、上記燃料貯蔵槽10に接続される浸透構造を有する燃料供給体30と、該燃料供給体30の下部に設けられる使用済み燃料貯蔵槽40とを備え、上記各単位セル20、20は燃料供給体30により燃料供給に対して直列に連結されて各単位セル20、20に燃料が順次供給される構造となっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIGS. 1A to 1C show a basic form of a direct methanol fuel cell (hereinafter simply referred to as “fuel cell”) A showing a first embodiment of the present invention.
In this fuel cell A, as shown in FIGS. 1A to 1C, a
上記燃料貯蔵槽10に収容される液体燃料としては、メタノールと水とからなるメタノール液が挙げられるが、後述する燃料電極体において燃料として供給された水素が水素イオン(H+)と電子(e−)に分解できるものであれば、液体燃料は特に限定されず、燃料電極体の構造などにもよるが、例えば、ジメチルエーテル(DME、CH3OCH3)などの各水素源を有する液体燃料も用いることができる。本実施形態では、液体燃料は、燃料貯蔵槽10内に収容される中綿や多孔体、または繊維束体などの吸蔵体10aに吸蔵されている。なお、この吸蔵体10aは、液体燃料を吸蔵できるものであれば特に限定されず、後述する燃料供給体30の材質と同様の構成のものなどを用いることができる。
また、上記燃料貯蔵槽10の材質としては、収容される液体燃料に対して保存安定性、耐久性を有するものであれば、特に限定されず、例えば、ステンレスなどの金属製、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)などの合成樹脂が挙げられる。
Examples of the liquid fuel stored in the
The material of the
単位セルとなる各燃料電池セル20は、微小柱状の炭素多孔体よりなる燃料電極体21を有すると共に、その中央部に燃料供給体30を貫通する貫通部22を有し、上記燃料電極体21の外表部に電解質層23が構築され、該電解質層23の外表部に空気電極層24が構築される構造からなっている。なお、各燃料電池セル20の一つ当たり、理論上約1.2Vの起電力を生じる。
この燃料電極体21を構成する微小柱状の炭素多孔体としては、微細な連通孔を有する多孔質構造体であれば良く、例えば、三次元網目構造若しくは点焼結構造よりなり、アモルファス炭素と炭素粉末とで構成される炭素複合成形体、等方性高密度炭素成形体、炭素繊維抄紙成形体、活性炭素成形体などが挙げられ、好ましくは、燃料電池の燃料極における反応制御が容易かつ反応効率の更なる向上の点で、アモルファス炭素と炭素粉末とからなる微細な連通孔を有する炭素複合成形体が望ましい。
この多孔質構造からなる炭素複合体の作製に用いる炭素粉末としては、更なる反応効率の向上の点から、高配向性熱分解黒鉛(HOPG)、キッシュ黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンナノチューブ、フラーレンより選ばれる少なくとも1種(単独又は2種以上の組合わせ)が好ましい。
また、この燃料電極体21の外表部には、白金−ルテニウム(Pt−Ru)触媒、イリジウム−ルテニウム(Ir−Ru)触媒、白金−スズ(Pt−Sn)触媒触媒などが当該金属イオンや金属錯体などの金属微粒子前駆体を含んだ溶液を含浸や浸漬処理後還元処理する方法や金属微粒子の電析法などにより形成されている。
Each
The fine columnar carbon porous body constituting the
The carbon powder used for the production of the carbon composite having the porous structure includes highly oriented pyrolytic graphite (HOPG), quiche graphite, natural graphite, artificial graphite, carbon nanotube, At least one (single or a combination of two or more) selected from fullerenes is preferred.
Further, a platinum-ruthenium (Pt-Ru) catalyst, an iridium-ruthenium (Ir-Ru) catalyst, a platinum-tin (Pt-Sn) catalyst catalyst, and the like are present on the outer surface of the
電解質層23としては、プロトン伝導性又は水酸化物イオン伝導性を有するイオン交換膜、例えば、ナフィオン(Nafion、Du pont社製)を初めとするフッ素系イオン交換膜が挙げられる他、耐熱性、メタノールクロスオーバーの抑制が良好なもの、例えば、無機化合物をプロトン伝導材料とし、ポリマーを膜材料としたコンポジット(複合)膜、具体的には、無機化合物としてゼオライトを用い、ポリマーとしてスチレン−ブタジエン系ラバーからなる複合膜、炭化水素系グラフト膜などが挙げられる。
また、空気電極層24としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)等を上述の金属微粒子前駆体を含んだ溶液等を用いた方法で担持させた多孔質構造からなる炭素多孔体が挙げられる。
Examples of the
As the
前記燃料供給体30は、燃料貯蔵槽10内に収容される液体燃料を吸蔵する吸蔵体10aに接続され、該液体燃料を各単位セル20に供給できる浸透構造を有するものであれば特に限定されず、例えば、フェルト、スポンジ、または、樹脂粒子焼結体、樹脂繊維焼結体などの焼結体等から構成される毛管力を有する多孔体や、天然繊維、獣毛繊維、ポリアセタール系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリフェニレン系樹脂などの1種又は2種以上の組み合わせからなる繊維束体からなるものが挙げられ、これらの多孔体、繊維束体の気孔率等は各単位セル20への供給量に応じて適宜設定されるものである。
The
使用済み燃料貯蔵槽40は、燃料供給体30の下部に配置されるものである。この貯蔵層40内に使用済み燃料を吸蔵する多孔体や繊維束体などの吸蔵体41が内蔵され、燃料供給体30の終端と接続されている。
燃料供給体30により供給される液体燃料は、燃料電池セル20で反応に供されるものであり、燃料供給量は、燃料消費量に連動しているため、未反応で電池の外に排出される液体燃料は殆ど無く、従来の液体燃料電池のように、燃料出口側の処理系を必要としないが、運転状況により供給過剰時に至った際には、反応に使用されない液体燃料が貯蔵層40に蓄えられ反応阻害を防ぐことができる構造となっている。
なお、50は、燃料貯蔵槽10と使用済み燃料貯蔵槽40とを連結すると共に、燃料貯蔵槽10から各単位セル20、20の個々に燃料供給体30を介して直接液体燃料を確実に供給するメッシュ構造などからなる部材である。
The spent
The liquid fuel supplied by the
In addition, 50 connects the
このように構成される本実施形態の燃料電池Aは、燃料供給体30の浸透構造により燃料貯蔵槽10内の吸蔵体10aに吸蔵されている液体燃料を毛管力により燃料電池セル20、20内に導入するものである。
本実施形態では、燃料貯蔵槽10(吸蔵体10a)、燃料電極体21及び/又は燃料電極体21に接する燃料供給体30、使用済み燃料貯蔵槽40の毛管力が、燃料貯蔵槽10(吸蔵体10a)<燃料電極体21及び/又は燃料電極体21に接する燃料供給体30<使用済み燃料貯蔵槽40に設定することにより、燃料電池Aがどのような状態(角度)、逆さ等に放置されても、燃料貯蔵槽10から各単位セル20、20の個々に直接液体燃料が逆流や途絶えることなく安定的に、かつ、継続的に供給することができるものとなる。
The fuel cell A according to the present embodiment configured as described above has the liquid fuel occluded in the occlusion body 10a in the
In the present embodiment, the capillary force of the fuel storage tank 10 (occlusion body 10a), the
また、この実施形態の燃料電池Aでは、ポンプやブロワ、燃料気化器、凝縮器等の補器を特に用いることなく、液体燃料を気化せずそのまま円滑に供給することができる構造となるため、燃料電池の小型化を図ることが可能となる。
また、本実施形態の燃料電池Aにおいて、微小炭素多孔体である燃料電極体21は、燃料極側での触媒反応活性に優れるグラファイト構造のエッジ面部を選択的に露出した構造体を構築すると共に、全体が導電性や耐腐食性に優れ、かつ軽量である素材であるため、貴金属触媒未使用若しくはより少量使用で、電池反応が起こると共に、経時劣化や性能バラツキのない電池を得ることが可能となり、かつ電池性能も良好なため電池の小型化が可能となる。
Moreover, in the fuel cell A of this embodiment, since it becomes a structure that can smoothly supply liquid fuel as it is without vaporization without using an auxiliary device such as a pump, a blower, a fuel vaporizer, and a condenser in particular, It becomes possible to reduce the size of the fuel cell.
In the fuel cell A of the present embodiment, the
更に、本実施形態では、燃料貯蔵槽10、燃料電極体21及び/又は燃料電極体21に接する燃料供給体30、使用済み燃料貯蔵槽40の毛管力が、燃料貯蔵槽10(吸蔵体10a)<燃料電極体21及び/又は燃料電極体21に接する燃料供給体30<使用済み燃料貯蔵槽40であるよう設定されるため、毛管力により燃料となるメタノール水溶液が均一に燃料極に供給されることとなる。
更にまた、各単位セル20、20ヘの燃料供給には、燃料貯蔵層10の端部より直接接続される浸透構造を有する燃料供給体30が連結されることにより、複数セルからなる燃料電池の小型化が達成することができるものとなる。
また、この実施形態では、燃料貯蔵槽10内に液体燃料を吸蔵する吸蔵体10aが内蔵されているので、液体燃料を燃料貯蔵槽10の上部開口部より補充したり、または、中綿や多孔体などの吸蔵体10aを交換することで、燃料の補充・交換が簡単にできると共に、液体燃料を安定的に供給することができる。なお、使用済み燃料貯蔵槽40内の吸蔵体41又は吸蔵体41を内蔵する使用済み燃料貯蔵槽40自体を交換可能としてもよいものである。
更に、本実施形態では、燃料電池セル20を二つ使用した形態を示したが、燃料電池の使用用途により燃料電池セル20の連結(直列又は並列)する数を増加させて所要の起電力等とすることができる。
従って、本実施形態の燃料電池Aでは、カートリッジ化が可能となり、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯用電子機器の電源として用いられることができる小型の直接メタノール型燃料電池が提供されることとなる。
Furthermore, in this embodiment, the capillary force of the
Furthermore, the fuel supply to each
Moreover, in this embodiment, since the storage body 10a for storing liquid fuel is built in the
Furthermore, in this embodiment, although the form which used the two
Therefore, in the fuel cell A of the present embodiment, a compact direct methanol fuel cell that can be used as a cartridge and can be used as a power source for portable electronic devices such as a mobile phone and a notebook computer is provided. Become.
図2は、本発明の第2実施形態の燃料電池Bを示すものである。以下の実施形態において、上記第1実施形態と同様の構成及び効果を発揮するものについては、図1と同一符号を付してその説明を省略する。
この燃料電池Bは、図2に示すように、燃料貯蔵槽10内の液体燃料が直接収容されている点、液体燃料を収容する燃料貯蔵槽10の下部にコレクター体11を備えて、燃料が供給される点でのみ、上記第1実施形態と相違するものである。
コレクター体11は、直液筆記具などにおいて用いられる部材と同様の構成であり、気圧、温度変化等により燃料貯蔵槽10内に直接収容される液体燃料が燃料供給体30に過剰に流出するのを防ぐものであり、膨張等により過剰となった液体燃料はコレクター体11のコレクター部11a、11a…間などに保持され、気圧、温度変化が元に戻れば燃料貯蔵槽10内に戻る構造となっている。
このように構成される第2実施形態の燃料電池Bは、上記第1実施形態の燃料電池Aに対して、更にコレクター体11を付加した構造となるものであるので、上記第1実施形態と同様の作用効果を発揮すると共に、コレクター体11により気圧、温度変化等に対しても液体燃料の供給量を調節して更に安定して各単位セル20に供給することができるものである。
FIG. 2 shows a fuel cell B according to a second embodiment of the present invention. In the following embodiments, the same reference numerals as those in FIG. 1 are used for the same configurations and effects as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
As shown in FIG. 2, the fuel cell B includes a collector body 11 at a lower portion of the
The collector body 11 has the same configuration as a member used in a direct liquid writing instrument, etc., and liquid fuel that is directly stored in the
The fuel cell B of the second embodiment configured as described above has a structure in which a collector body 11 is further added to the fuel cell A of the first embodiment. In addition to exhibiting the same operation and effect, the collector body 11 can adjust the supply amount of the liquid fuel with respect to changes in atmospheric pressure, temperature, etc., and supply it to each
図3(a)及び(b)は、本発明の第3実施形態を示す燃料電池Cを示すものである。
この燃料電池Cは、図3(a)及び(b)に示すように、燃料貯蔵槽10内の液体燃料が直接収容されている点、液体燃料を収容する燃料貯蔵槽10の下部にバルブ部材12を介して更に第2燃料貯蔵層15を有し、該第2燃料貯蔵層15内には液体燃料を吸蔵する多孔体又は繊維束体が内蔵している点、燃料供給体30は上記第2燃料貯蔵層15内には内蔵される多孔体又は繊維束体に接続されている点、各単位セル20が層状構造(平板体構造)である点でのみ、上記第1実施形態と相違するものである。
このように構成される第3実施形態の燃料電池Cでは、燃料貯蔵槽10を押圧操作(ノック操作)することによりバルブ部材12が開閉するものであり、燃料貯蔵槽10を押圧(ノック)するとバルブ部材12が開口し液体燃料が一時貯蔵用の第2燃料貯蔵層15に流入する。これにより液体燃料は燃料供給体30により各単位セル20に供給されて、上記第1実施形態と同様の作用効果を発揮することとなる。
また、本第3実施形態の燃料電池Cでは、燃料貯蔵槽10を押圧操作(ノック操作)することによりバルブ部材12が開閉して燃料電池として動作できるので、液体燃料の供給量の調節、使用開始時期の調整、使用休止(中断)が簡単に行うことができる。
更に、本第3実施形態の燃料電池Cでは、各単位セル20が層状構造であるため、多数の単位セル20を燃料供給に対して直列に連結できるので、高い起電力を有する燃料電池となる。
FIGS. 3A and 3B show a fuel cell C showing a third embodiment of the present invention.
As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the fuel cell C is configured such that the liquid fuel in the
In the fuel cell C of the third embodiment configured as described above, the
Further, in the fuel cell C of the third embodiment, the
Further, in the fuel cell C of the third embodiment, since each
図4(a)〜(d)は、本発明の第4実施形態を示す燃料電池Dを示すものである。
この燃料電池Dは、図4(a)及び(b)に示すように、燃料貯蔵槽10内の液体燃料が直接収容されている点、液体燃料を収容する燃料貯蔵槽10が交換可能なカートリッジ構造体となっている点、燃料貯蔵槽10の下部に流出バルブ13を介して液体燃料流入槽14を有する燃料供給機構となっている点、液体燃料流入槽14の下部にバルブ部材12を介して更に第2燃料貯蔵層15を有し、該第2燃料貯蔵層15内には液体燃料を吸蔵する多孔体又は繊維束体が内蔵している点、各単位セル20の燃料電極体21自体が多孔体であり、燃料供給体30の機能を兼用する点、各単位セル20が燃料供給に対して並列に連結されている点でのみ、上記第1実施形態と相違するものである。
この単位セル20は、図4(b)に示すような構造であり、円筒の中心にある燃料電極体21が、燃料供給体30と同等な毛管力を有する多孔体等にて構成されており、第二燃料貯蔵槽15から使用済み燃料貯蔵槽40への燃料の流れを可能にするものである。また、この構造は、図4(c)及び(d)に示すように、燃料電極体21が突出した形状でも構わないものである。
このように構成される第4実施形態の燃料電池Dでは、燃料貯蔵槽10を押圧操作(ノック操作)することにより流出バルブ部材13、バルブ部材12が開閉するものであり、燃料貯蔵槽10を押圧(ノック)すると流出バルブ13が開口して液体燃料流入槽14に流入し、更に同時開口するバルブ部材12により液体燃料が一時貯蔵用の第2燃料貯蔵層15に流入する。これにより液体燃料は燃料電極体21により各単位セル20に供給されて、上記第1実施形態と同様の作用効果を発揮することとなる。
また、本第4実施形態の燃料電池Dでは、燃料貯蔵槽10がカートリッジ式となっているので、燃料の補充・交換が簡単にできるものであり、燃料貯蔵槽を押圧操作(ノック操作)することにより流出バルブ13、バルブ部材12が開閉して燃料電池として動作できるので、使用開始時期の調整、使用休止(中断)も簡単に行うことができると共に、液体燃料を安定的にかつ継続的に供給することができる。
更に、本第4実施形態の燃料電池Dでは、各単位セル20が多孔体構造であることから燃料供給体30が必要ないため、各単位セルの性能・効率の向上及び小型化などを更に実現可能にする燃料電池となる。
FIGS. 4A to 4D show a fuel cell D showing a fourth embodiment of the present invention.
As shown in FIGS. 4A and 4B, the fuel cell D includes a cartridge in which the liquid fuel in the
The
In the fuel cell D of the fourth embodiment configured as described above, the
Further, in the fuel cell D of the fourth embodiment, since the
Furthermore, in the fuel cell D of the fourth embodiment, since each
図5は、本発明の第5実施形態を示す燃料電池Eを示すものである。
この燃料電池Eは、図5に示すように、各単位セル20に燃料供給体30が燃料供給に対して並列に連結されている点でのみ、上記第1実施形態と相違するものである。
本第5実施形態の燃料電池Eでは、並列に接続したことにより、同時に多量の燃料を供給することも可能になるため、起電力のコントロールも可能にするものである。なお、本発明では、各毛管力の設計によってもコントロールを可能にできるものである。
FIG. 5 shows a fuel cell E showing a fifth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 5, the fuel cell E is different from the first embodiment only in that a
In the fuel cell E of the fifth embodiment, since it is possible to supply a large amount of fuel at the same time by connecting in parallel, it is possible to control the electromotive force. In the present invention, it is possible to control by the design of each capillary force.
図6(a)〜(d)は、本発明の燃料電池における燃料供給体30と各単位セル20の連結、燃料供給構造であり、また、図示しないが上部には燃料貯蔵槽10、下部に使用済み燃料貯蔵槽40を備えるものである。
図6(a)は、軸筒内60内に燃料供給体30から支流となる燃料供給支流体31、31…により各柱状単位セル20に順次燃料が供給される構造である。
図6(b)は、軸筒内60内に燃料供給体30から支流となる燃料供給支流体32、32…により各柱状単位セル20に同時に燃料が供給される構造である。
図6(c)は、軸筒内60内に燃料供給体30から支流となる燃料供給支流体33、33…により各層状単位セル20に順次燃料が供給される構造である。
図6(d)は、軸筒内60内に各柱状単位セル20を備え、各層状単位セル20の中央部を貫通する燃料供給体30により各柱状単位セル20が連結されて、該燃料供給体30により各層状単位セル20に順次燃料が供給される構造である。
6 (a) to 6 (d) show a fuel supply structure for connecting the
FIG. 6A shows a structure in which fuel is sequentially supplied to each
FIG. 6B shows a structure in which fuel is supplied to each
FIG. 6C shows a structure in which fuel is sequentially supplied to each
In FIG. 6D, each
本発明の燃料電池は、上述の如く構成及び各作用効果を発揮するものであるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で種々の態様で実施することもできる。
例えば、上記第1実施形態〜第5実施形態を各々組合わせても良く、具体的には、第3実施形態(図3)の第2燃料貯蔵槽15にコレクター体を設けても良く、また、第3実施形態(図3)の燃料貯蔵槽10を第4実施形態(図4)のカートリッジ構造体に変更してもよく、更に、第5実施形態における燃料供給体30を第4実施形態の燃料電極体21と同様に兼用して省略してもよいものである。
Although the fuel cell of the present invention exhibits the configuration and the respective functions and effects as described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modes can be used without departing from the scope of the present invention. Can also be implemented.
For example, the first to fifth embodiments may be combined. Specifically, a collector body may be provided in the second
A 燃料電池
10 燃料貯蔵槽
20 単位セル
30 燃料供給体
40 使用済み燃料貯蔵槽
A
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