JP2003346836A - 直接型メタノール燃料電池システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率的でしかも安定な状態で長時間駆動が可
能な直接型メタノール燃料電池システムを提供するこ
と。 【解決手段】 電解質膜１０５の一方の面側に設けられ
たアノード流路１０９に燃料としてメタノール水溶液を
流し、他方の面側に設けられたカソード流路１１５に酸
化剤として空気を流し化学反応により起電する起電部
と、この起電部単位の前記アノード側に供給する前記メ
タノール水溶液を貯めるメタノール水溶液容器１１０
と、前記アノード流路を通ったメタノール水溶液を再び
前記メタノール水溶液容器に導く燃料パイプ１２６と、
前記カソード流路を通って排出された排気ガスを前記メ
タノール水溶液容器に導く排気パイプ１２７とを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小型携帯機器な
ど、従来、電池を駆動用電源としてきた電子機器を駆動
することが可能な、直接型メタノール燃料電池の発電装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報化社会を支える携帯用電子機
器の電源として、あるいは大気汚染や地球温暖化に対処
するための電源として、燃料電池に対する期待が高まっ
ている。

【０００３】燃料電池のなかでも、メタノールから直
接、プロトンを取り出すことにより発電を行う直接型メ
タノール燃料電池（ＤＭＦＣ）は、改質器が不要であり
燃料容積が少なくて済む、という特性により携帯用電子
機器への応用も考えられ、多方面への応用の期待が高ま
りつつある。

【０００４】この種の燃料電池においても、システムを
可能な限り小型化するためには燃料を効率よく使用する
ことが重要である。そこでＤＭＦＣでは、供給され使用
されたメタノール水溶液も全くなくなるわけではなく、
その一部が残ることに着目して、この水溶液を再び燃料
として使用することも考えられている。

【０００５】しかし、ＤＭＦＣで使用されたメタノール
水溶液を単純に燃料タンクに戻す構成を採ると、起電の
反応によって多くの水が生ずるため、メタノール水溶液
の濃度が薄くなって、起電能率が低下してしまう。ま
た、この回収されるメタノール水溶液の多量の水の処置
になんらかの対策が必要であり、更にこの多量の水を捨
てることができたとしても、これはＤＭＦＣの起電過程
で使用されたものであるから、熱を有しており、熱をも
捨てることになって、発電装置としては効率的でない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点に鑑みてなされたもので、効率的でしかも安定な
状態で長時間駆動が可能な直接型メタノール燃料電池シ
ステムを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１によれば、電解質膜の一方の面側
に設けられたアノード流路に燃料としてメタノール水溶
液を流し、他方の面側に設けられたカソード流路に酸化
剤として空気を流し化学反応により起電する起電部と、
この起電部単位の前記アノード側に供給する前記メタノ
ール水溶液を貯めるメタノール水溶液容器と、前記アノ
ード流路を通ったメタノール水溶液を再び前記メタノー
ル水溶液容器に導く燃料流路と、前記カソード流路を通
って排出された排気ガスを前記メタノール水溶液容器に
導く排気流路とを有することを特徴とする直接型メタノ
ール燃料電池システムを提供する。

【０００８】本発明の請求項２によれば、電解質膜の一
方の面側に設けられたアノード流路に燃料としてメタノ
ール水溶液を流し、他方の面側に設けられたカソード流
路に酸化剤として空気を流し化学反応により起電する起
電部と、この起電部単位の前記アノード側に供給する前
記メタノール水溶液を貯めるメタノール水溶液容器と、
空気を前記カソード流路に導く送気流路と、前記アノー
ド流路を通ったメタノール水溶液を前記メタノール水溶
液容器に導く燃料流路と、前記カソード流路を通って排
出された排気ガスを前記メタノール水溶液容器に導く排
気流路とを有し、前記送気流路を前記排気流路又は前記
燃料流路に近接して設けたことを特徴とする直接型メタ
ノール燃料電池システムを提供する。

【０００９】本発明の請求項３によれば、電解質膜、こ
の電解質膜の一方の面側に設けられたアノード極、前記
電解質膜の他方の面側に設けられたカソード極、前記ア
ノード極に対向して設けられ燃料としてメタノール水溶
液を流すアノード流路、前記カソード極に対向して設け
られ酸化剤として空気を流すカソード流路とを有する起
電部と、前記アノード流路に供給するメタノール水溶液
を貯めるメタノール水溶液容器と、このメタノール水溶
液容器内のメタノール水溶液を前記アノード流路に供給
する送液機構と、前記アノード流路を通ったメタノール
水溶液を前記メタノール水溶液容器に導く燃料流路と、
空気を前記カソード流路に導く送気流路と、この送気流
路により空気を前記カソード流路に供給する送気機構
と、前記カソード流路を通った排気ガスを前記メタノー
ル水溶液容器に導く排気流路とを有することを特徴とす
る直接型メタノール燃料電池システムを提供する。

【００１０】本発明の請求項４によれば、電解質膜、こ
の電解質膜の一方の面側に設けられたアノード極、前記
電解質膜の他方の面側に設けられたカソード極、前記ア
ノード極に対向して設けられ燃料としてメタノール水溶
液を流すアノード流路、前記カソード極に対向して設け
られ酸化剤として空気を流すカソード流路とを有する起
電部と、前記アノード流路に供給するメタノール水溶液
を貯めるメタノール水溶液容器と、このメタノール水溶
液容器内のメタノール水溶液を前記アノード流路に供給
する送液機構と、前記アノード流路を通ったメタノール
水溶液を前記メタノール水溶液容器に導く燃料流路と、
空気を前記カソード流路に導く送気流路と、この送気流
路により空気を前記カソード流路に供給する送気機構
と、前記カソード流路を通った排気ガスを前記メタノー
ル水溶液容器に導く排気流路とを有し、前記送気流路は
前記排気流路に近接して設けられることを特徴とする直
接型メタノール燃料電池システムを提供する。

【００１１】本発明の請求項５によれば、電解質膜、こ
の電解質膜の一方の面側に設けられたアノード極、前記
電解質膜の他方の面側に設けられたカソード極、前記ア
ノード極に対向して設けられ燃料としてメタノール水溶
液を流すアノード流路、前記カソード極に対向して設け
られ酸化剤として空気を流すカソード流路とを有する起
電部と、前記アノード流路に供給するメタノール水溶液
を貯めるメタノール水溶液容器と、このメタノール水溶
液容器内のメタノール水溶液を前記アノード流路に供給
する送液機構と、前記アノード流路を通ったメタノール
水溶液を前記メタノール水溶液容器に導く燃料流路と、
この燃料流路に近接して設けられ、空気を前記カソード
流路に導く送気流路と、この送気流路により空気を前記
カソード流路に供給する送気機構と、前記カソード流路
を通った排気ガスを前記メタノール水溶液容器に導く排
気流路とを有することを特徴とする直接型メタノール燃
料電池システムを提供する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する前に図面を用いて本発明の原理を説明する。

【００１３】図１に本発明の電池システムの簡略構成を
示す。同図において、この電池システムは、直接型メタ
ノール燃料電池（ＤＭＦＣ）を重ね発電を行うＤＭＦＣ
スタック１１（詳細は後述）と、このＤＭＦＣスタック
における発電の化学反応に必要なメタノール水溶液を貯
める混合タンク１２と、この混合タンク１２内のメタノ
ール水溶液、即ちメタノールと水の混合液をＤＭＦＣス
タック１１の燃料供給口１１ａに導く送液ポンプ１３
と、酸化剤、即ち外部の空気を送気パイプ１４を介し
て、ＤＭＦＣスタック１１の酸化剤供給口１１ｂに導く
送気ポンプ１５と、ＤＭＦＣスタック１１の燃料排出口
１１ｃから排出されるメタノール水溶液を上記混合タン
ク１２に戻す燃料パイプ１６と、ＤＭＦＣスタック１１
の酸化剤排出口１１ｄから排出される空気などの混合ガ
スを上記混合タンク１２に戻す排気パイプ１７と、メタ
ノールを上記混合タンク１２に補給する燃料カートリッ
ジ１８とから成る。

【００１４】ＤＭＦＣスタック１１は、直接型メタノー
ル燃料電池において、化学反応により発電を生ずる部分
であり、これには燃料供給口１１ａから燃料であるメタ
ノール水溶液が供給され、ＤＭＦＣスタック１１の酸化
剤供給口１１ｂには酸化剤である空気が供給される。こ
のとき、ＤＭＦＣスタック１１において発電がなされる
が同時に化学反応によって反応熱が生ずる。そして、Ｄ
ＭＦＣスタック１１の後述するアノード流路を通って残
ったメタノール水溶液及び反応により生じた炭酸ガス
（ＣＯ_２）は熱と共に燃料パイプ１６を通って混合タン
ク１２に送られる。一方、ＤＭＦＣスタック１１の後述
するカソード流路を通って残った空気、水（Ｈ_２Ｏ）及
び熱は排気パイプ１７を通ってやはり混合タンク１２に
送られる。この水は熱を有するから一部、水蒸気の状態
になっている。

【００１５】このように、混合タンク１２に戻される燃
料も水も熱を有しており、したがって、水は一部、水蒸
気の状態になるから、混合タンク上部に設けられた気液
分離部材（図示せず）により分けられ、上部に設けられ
たファン１９によって、ＣＯ _２や空気と共に外部に排出
される。したがって、水はそれほど混合タンク１２に残
らない。またこのとき、熱を持ったメタノール水溶液及
び混合ガスが混合タンク１２に回収されるので、混合タ
ンク１２から送液ポンプ１３によりＤＭＦＣスタック１
１に供給されるメタノール水溶液も相当の熱を有するこ
とになり、ＤＭＦＣスタック１１における起電のための
化学反応を促進することになる。

【００１６】なお、ＤＭＦＣスタック１１の酸化剤排出
口から混合タンク１２に送られた水は、上述のように混
合タンク１２において水蒸気として一部蒸発するが、そ
れでも水として残留する分があり、メタノール水溶液が
薄くなることがある。このような場合には、メタノール
の入った燃料カートリッジ１８により、メタノールを混
合タンク１２に補給し、メタノール水溶液の濃度が薄く
なり過ぎることを防ぐことができる。また、ＤＭＦＣス
タック１１からメタノール水溶液及び排出ガスを混合タ
ンク１２に戻すようにすると、内圧が大気圧より高くな
り過ぎる場合もある。このような場合には、混合タンク
１２の上記気液分離部材の近くに内圧調整装置（図示せ
ず）を設ければよい。

【００１７】このようにして、本発明ではＤＭＦＣスタ
ックで反応熱を回収し、混合タンクないで熱交換するこ
とにより、発電のために消費されるメタノール水溶液の
温度を通常よりも上げることができ、効率的な発電を行
うことができる。

【００１８】また、送気ポンプ１５によってＤＭＦＣス
タック１１に外から供給される空気は、通常常温である
が、これについても温度が高ければ発電のための化学反
応を高めることができる。

【００１９】そこで、本発明では、空気をＤＭＦＣスタ
ック１１の酸化剤供給口１１ｂに送る送気パイプ１４を
燃料パイプ１６あるいは排気パイプ１７に近接させるこ
とにより、燃料パイプ１６又は排気パイプ１７に流れる
メタノール水溶液や空気などが有する熱により、送気パ
イプ１４の温度を高め、ひいてはこのパイプ中を流れる
空気を熱して、ＤＭＦＣスタック１１に供給する酸化剤
（空気）の温度を高めることができることになる。

【００２０】次に、本発明の実施形態について図面を用
いて説明する。 ＜第１の実施形態＞図２に、本発明の第１の実施形態の
直接型メタノール燃料電池システムの構成を示す。直接
型メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）起電装置１００の起
電部は、アノード集電体１０１及びアノード触媒層１０
２を含むアノード極と、カソード集電体１０３及びカソ
ード触媒層１０４を含むカソード極と、上記アノード極
およびカソード極の間に配置される電解質膜１０５を含
む。アノード流路板１０６はアノード集電体１０１側に
配設され、これには蛇行溝形状で両端にメタノール供給
口１０７とメタノール排出口１０８とを有するアノード
流路１０９が形成されている。メタノール水溶液が収容
されるメタノール水溶液容器１１０は、送液ポンプ１１
１を介して上記アノード流路板１０６のメタノール供給
口１０７に接続される。図示していないが、上記起電装
置１００はヒータにより加熱される。

【００２１】一方、カソード流路板１１２は、起電装置
１００のカソード集電体１０３側に配設されており、こ
れには、蛇行溝形状で両端に酸化剤供給口１１３と酸化
剤排出口１１４を有するカソード流路１１５が形成され
ている。酸化剤供給口１１３には、送気ポンプ１１６が
接続され、例えば空気のような酸化剤を外部からこの酸
化剤供給口１１３に送り込む。

【００２２】上記のような構成のＤＭＦＣ電池システム
において、補助の電池により送液ポンプ１１１及び送気
ポンプ１１６を作動させることにより、燃料のメタノー
ル及び酸化剤である空気がＤＭＦＣ起電部（スタック）
に供給され、発電がなされる。図２では、ＤＭＦＣ起電
部は１層しか示していないが、実際には電圧を上げるた
めに複数層重ねて設ける場合も多い。

【００２３】所定濃度のメタノール水溶液は、メタノー
ル水溶液容器１１０から送液ポンプ１１１によりアノー
ド流路板１０６のメタノール供給口１０７に供給され、
この流路板の溝の部分、即ちアノード流路１０９を流れ
る。アノード流路板１０６の凸部分はアノードカーボン
ペーパーのようなアノード集電体１０１と接しており、
アノード流路１０９を流れるメタノール水溶液がアノー
ド集電体１０１にしみ込むことにより、アノード触媒層
１０２にメタノール水溶液が供給される。しかし、供給
されたメタノール水溶液のすべてがアノード集電体１０
１にしみ込むわけではなく、残ったメタノール水溶液は
メタノール排出口１０８から排出され、燃料パイプ１２
６を介してメタノール水溶液容器１１０に戻される。

【００２４】このメタノール水溶液容器１１０に戻され
るメタノール水溶液は、発電の反応により熱を有してお
り、また反応によって生じた炭酸ガスもメタノール水溶
液容器１１０に入れられることになる。

【００２５】一方、送気ポンプ１１６により送気パイプ
１２４を通って酸化剤供給口１１３から取り入れられた
空気は、カソード流路板１１２の溝、即ちカソード流路
１１５を通って流れ、カソード触媒層１０４にしみ込
む。そして残った空気は、酸化剤排出口１１４から排出
され、排気パイプ１２７によりメタノール水溶液容器１
１０に入れられる。このとき発電の反応により生じた水
やこの水が反応熱により気体化した水蒸気もメタノール
水溶液容器１１０に入れられる。

【００２６】電解質膜１０５は、例えば、高プロトン伝
導性を有するナフィオン膜が用いられる。アノード触媒
層１０２に用いられる触媒には、例えば、被毒の少ない
ＰｔＲｕが用いられ、カソード触媒層に用いられる触媒
としては、例えばＰｔが用いられる。

【００２７】このような構造の直接型メタノール燃料電
池発電装置において、アノード触媒層１０２にメタノー
ル水溶液が供給され、触媒反応によってプロトン（陽
子）を発生させ、発生したプロトンが電解質膜１０５を
通り抜け、カソード触媒層１０４に供給された酸素と触
媒上で反応することにより、起電が行われる。

【００２８】なお、上記アノード触媒層１０２はその厚
さによりメタノール濃度が変化し、この厚さが薄くなる
程濃度が薄くなる。発電の最大出力密度から、メタノー
ル濃度は０．５Ｍ程度がよいことがわかり、したがって
アノード触媒層１０２の厚さは４０μ以上、好ましくは
４０〜１５０μｍにすることが望ましいことがわかっ
た。また、アノード触媒層１０２の多孔度（ナフィオン
含有率ε）を０．４〜０．７にすることにより、メタノ
ール水溶液の高い拡散速度を得ることができる。

【００２９】メタノール水溶液容器１１０には、メタノ
ールの入った燃料カートリッジ１２８が接続できるよう
になっている。メタノール水溶液容器１１０のメタノー
ルの濃度が薄くなったときには燃料カートリッジ１２８
を接続して、メタノールを補給する。また、メタノール
水溶液容器１１０の上部には気液分離部材１２９が設け
られ、排気パイプ１２７によりメタノール水溶液容器１
１０に送られた、空気と、水が水蒸気として外部に排出
される。燃料パイプ１２６によりメタノール水溶液容器
に送られた炭酸ガスが外部に排出される。また、メタノ
ール水溶液容器の内圧が高くなった場合に備えて、気液
分離部材１２９の近くに気圧調整弁１３０が外向きに設
けられる。

【００３０】本発明のこの実施形態によれば、ＤＭＦＣ
起電部における発電に使用され残ったメタノール水溶液
及び空気が熱を有して、起電に際して生じた炭酸ガスや
水（水蒸気）と共にメタノール水溶液容器に戻されるの
で、再びＤＭＦＣ起電部に供給されるメタノール水溶液
の温度を上げることができ、効率的なＤＭＦＣシステム
を得ることが可能である。 ＜第２の実施形態＞次に、ＤＭＦＣに酸化剤として供給
する空気を、燃料パイプに流れるメタノール水溶液によ
り加熱する第２の実施形態について図面を用いて説明す
る。

【００３１】図３にこの実施形態の構成例を示し、この
図では図２と同じ部材などは同じ番号を付してある。送
気ポンプ１３４、燃料パイプ１３６及び排気パイプ１３
７は、図２における送気ポンプ１２４、燃料パイプ１２
６及び排気パイプ１２７に対応する。

【００３２】図３において、外気から取り入れられた空
気は送気ポンプ１１６によって、送気パイプを介してカ
ソード流路１１５の酸化剤供給口１１３に供給される
が、この送気パイプ１３４を酸化剤排出口１１４から空
気などをメタノール水溶液容器１１０に送る排気パイプ
１３７に接触させて配設する。また、メタノール水溶液
容器１１０には内圧調整装置１３１が、気液分離部材１
２９の近くに設けられ、容器内の圧力が高くなることを
防止する。

【００３３】図示しない補助電源により、送液ポンプ１
１１及び送気ポンプ１１６が起動され、メタノール水溶
液容器１１０からメタノール水溶液がアノード流路板１
０６のメタノール供給口１０７に供給され、外気の空気
が送気パイプ１２４により、カソード流路板の酸化剤供
給口１１３に供給され、起電がなされる。アノード流路
板１０６を通ったメタノール水溶液は燃料パイプ１３６
を介して、メタノール排出口１０８からメタノール水溶
液容器１１０に戻される。一方カソード流路板１１２の
酸化剤排出口１１４から排出された空気、水、水蒸気は
排気パイプ１３７によりメタノール水溶液容器１１０に
入れられる。

【００３４】燃料パイプ１３６により、メタノール水溶
液容器に戻されたメタノール水溶液、及び炭酸ガスは熱
を有し、排気パイプ１３７によりメタノール水溶液容器
１１０に入れられた空気、水及び水蒸気も熱を有するの
で、送液ポンプ１１１によりアノード流路板１０６に供
給されるメタノール水溶液の温度を高めることができ
る。この点は上記第１の実施形態の場合と同様である。
また、メタノール水溶液容器１１０に供給された空気、
水蒸気、炭酸ガスは気液分離部材１２９から外部に排出
され、容器内の圧力の高くなることは内圧調整装置１３
１により防止される。

【００３５】この実施形態では、ＤＭＦＣが動作を開始
した時点では排気パイプ１２７は暖められていないが、
起電が進行すると、排気パイプ１２７中を通る排気ガス
（空気、水、水蒸気）が熱を有するので、排気パイプ１
２７も暖められる。

【００３６】したがって、排気パイプ１２７と接触して
設けられている、送気パイプ１３４も暖められ、このパ
イプ中を通る空気も熱を有することになり、結局、カソ
ード流路板１１２の酸化剤供給口１１３に供給される空
気が暖められることになる。

【００３７】このように、本発明のこの実施形態によれ
ば、供給される空気も暖められるので、ＤＭＦＣの起電
部における化学反応が容易になされ、上記第１の実施形
態よりも更に効率を上げることが可能となる。 ＜第３の実施形態＞次に、ＤＭＦＣに酸化剤として供給
する空気を、燃料パイプに流れるメタノール水溶液によ
り加熱する第３の実施形態について図面を用いて説明す
る。図４にこの実施形態の構成例を示し、この図では図
３と同じ部材などは同じ番号を付してある。送気ポンプ
１４４、燃料パイプ１４６及び排気パイプ１４７は、図
２における送気ポンプ１２４、燃料パイプ１２６及び排
気パイプ１２７に対応する。

【００３８】図４において、外気から取り入れられた空
気は送気ポンプ１１６によって、送気パイプ１４４を介
してカソード流路１１５の酸化剤供給口１１３に供給さ
れるが、この送気パイプ１４４を、メタノール排出口１
０８からメタノール水溶液及び炭酸ガスをメタノール水
溶液容器１１０に送る燃料パイプ１４６に接触させて配
設する。また、メタノール水溶液容器１１０には内圧調
整装置１３１が設けられ、容器内の圧力が高くなること
を防止する。

【００３９】図示しない補助電源により、送液ポンプ１
１１及び送気ポンプ１１６が起動され、メタノール水溶
液容器１１０からメタノール水溶液がアノード流路板１
０６のメタノール供給口１０７に供給され、外気の空気
が送気パイプ１４４により、カソード流路板の酸化剤供
給口１１３に供給され、起電がなされる。アノード流路
板１０６を通ったメタノール水溶液及び炭酸ガスは燃料
パイプ１４６を介して、メタノール排出口１０８からメ
タノール水溶液容器１１０に戻される。一方、カソード
流路板１１２の酸化剤排出口１１４から排出された空
気、水、水蒸気は排気パイプ１４７によりメタノール水
溶液容器１１０に入れられる。

【００４０】燃料パイプ１４６により、メタノール水溶
液容器に戻されたメタノール水溶液、及び炭酸ガスは熱
を有し、排気パイプ１４７によりメタノール水溶液容器
１１０に入れられた空気、水及び水蒸気も熱を有するの
で、送液ポンプ１１１によりアノード流路板１０６に供
給されるメタノール水溶液の温度を高めることができ
る。この点は上記第１の実施形態の場合と同様である。
また、メタノール水溶液容器１１０に供給された空気、
水蒸気、炭酸ガスは気液分離部材１２９から外部に排出
され、容器内の圧力の高くなることは内圧調整装置１３
１により防止される。

【００４１】この実施形態では、ＤＭＦＣが動作を開始
した時点では燃料パイプ１４６は暖められていないが、
発電が進行すると、燃料パイプ１４６中を通るメタノー
ル水溶液及び炭酸ガスが熱を有するので、燃料パイプ１
４６も暖められる。

【００４２】したがって、燃料パイプ１４６と接触して
設けられている、送気パイプ１４４も暖められ、このパ
イプ中を通る空気も熱を有することになり、結局、アノ
ード流路板１０６のメタノール供給口１０７に供給され
る空気が暖められることになる。

【００４３】このように、本発明のこの実施形態によれ
ば、ＤＭＦＣ起電部に供給される空気も暖められるの
で、ＤＭＦＣ起電部における化学反応が容易になされ、
上記第１の実施形態よりも更に効率を上げることが可能
となる。

【００４４】なお、上述の図２〜図４に示した記実施形
態では、図１に示したファン１９を設けなかったが、こ
れを設けて湿った空気（空気＋水蒸気など）を強制的に
外部に排出すれば、メタノール水溶液容器内の結露を防
ぐことができ、電子回路に与える悪影響を防ぐ効果があ
る。

【００４５】また、上述のファンを設けて炭酸ガスなど
を吸引し外気に出すことなく、所定の容器に入れるよう
にすれば、大気に放出することによる悪影響を防止でき
る。

【００４６】また、図３及び図４に示した実施形態で
は、内圧調整装置を設けたが、図２に示した実施形態の
ように簡単な弁１３０を設けてメタノール水溶液容器の
内圧が高くなることを簡易に防止することができる。逆
に図２に示した第１の実施形態において図３あるいは図
４に示した内圧調整装置を設けて内圧が高くなることを
防ぐことができる。

【００４７】上述の実施形態のように、内圧調整装置を
設けることにより、メタノール水溶液容器内の圧力が大
気圧よりも高くなって送液ポンプが動かなくなることを
防止できる。

【００４８】ところで、上述の第１，第２の実施形態で
は、送気パイプを排気パイプあるいは燃料パイプに接触
させて設けたが、排気パイプと共に燃料パイプに接触さ
せて設けてもよい。また、排気又は燃料パイプは接触し
なくともこれらのパイプの熱が送気パイプに伝えられる
程、近接して設置されれば、本発明の効果を得ることが
できる。また、本発明で送気パイプ、排気パイプ、燃料
パイプとして用いられるパイプの材料は熱伝導性のよい
ものが望ましい。

【００４９】また、上述の実施形態では上記のパイプ
は、独立したパイプとして設けられている場合について
述べた。しかし、熱を伝えるべく近接して設けられるパ
イプは、独立したものでなく、たとえば２枚の板体に２
つの溝を設けて合わせることにより２つの流路を形成す
るなど、一般的には２つの流路が、熱が伝えられるほど
近接して設けられればよい。

【００５０】また、メタノールを補給する燃料カートリ
ッジはメタノール水溶液容器に直接着脱されず、この容
器にパイプを装着し、このパイプを介して上記燃料カー
トリッジが着脱されるようにしてもよい。

【００５１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、効率
的でしかも安定な状態で長時間駆動が可能な直接型メタ
ノール燃料電池システムを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するための図。

【図２】本発明一実施形態の構成例を示す図。

【図３】本発明の他の実施形態の構成例を示す図。

【図４】本発明の他の実施形態の構成例を示す図。

【符号の説明】

１１・・・ＤＭＦＣスタック、 １１ａ・・・燃料供給口、 １１ｂ・・・酸化剤供給口、 １２・・・混合タンク、 １３，１１１・・・送液ポンプ、 １４，１２４，１３４，１４４・・・送気パイプ、 １５，１１６・・・送気ポンプ、 １６，１２６，１３６，１４６・・・燃料パイプ、 １７，１２７，１３７，１４７・・・排気パイプ、 １８，１２８・・・燃料カートリッジ、 １９・・・ファン、 １００・・・ＤＭＦＣ起電装置、 １０１・・・アノード集電体、 １０２・・・アノード触媒層 １０３・・・カソード集電体、 １０４・・・カソード触媒層 １０５・・・電解質膜、 １０６・・・アノード流路板 １０７・・・メタノール供給口、 １０８・・・メタノール排出口、 １０９・・・アノード流路、 １１０・・・メタノール水溶液容器、 １１２・・・カソード流路板、 １１３・・・酸化剤供給口、 １１４・・・酸化剤排出口 １１５・・・カソード流路、 １１６・・・送気ポンプ、 １２９・・・気液分離部材、 １３０・・・気圧調整弁、 １３１・・・内圧調整装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 澁谷 信男 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 酒井 広隆 埼玉県深谷市幡羅町一丁目９番地２ 株式 会社東芝深谷工場内 Ｆターム(参考） 5H026 AA08 CC03 CX05

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解質膜の一方の面側に設けられたアノ
   ード流路に燃料としてメタノール水溶液を流し、他方の
   面側に設けられたカソード流路に酸化剤として空気を流
   し化学反応により起電する起電部と、 この起電部単位の前記アノード側に供給する前記メタノ
   ール水溶液を貯めるメタノール水溶液容器と、 前記アノード流路を通ったメタノール水溶液を再び前記
   メタノール水溶液容器に導く燃料流路と、 前記カソード流路を通って排出された排気ガスを前記メ
   タノール水溶液容器に導く排気流路とを有することを特
   徴とする直接型メタノール燃料電池システム。
2. 【請求項２】 電解質膜の一方の面側に設けられたアノ
   ード流路に燃料としてメタノール水溶液を流し、他方の
   面側に設けられたカソード流路に酸化剤として空気を流
   し化学反応により起電する起電部と、 この起電部単位の前記アノード側に供給する前記メタノ
   ール水溶液を貯めるメタノール水溶液容器と、 空気を前記カソード流路に導く送気流路と、 前記アノード流路を通ったメタノール水溶液を前記メタ
   ノール水溶液容器に導く燃料流路と、 前記カソード流路を通って排出された排気ガスを前記メ
   タノール水溶液容器に導く排気流路とを有し、 前記送気流路を前記排気流路又は前記燃料流路に近接し
   て設けたことを特徴とする直接型メタノール燃料電池シ
   ステム。
3. 【請求項３】 電解質膜、この電解質膜の一方の面側に
   設けられたアノード極、前記電解質膜の他方の面側に設
   けられたカソード極、前記アノード極に対向して設けら
   れ燃料としてメタノール水溶液を流すアノード流路、前
   記カソード極に対向して設けられ酸化剤として空気を流
   すカソード流路とを有する起電部と、 前記アノード流路に供給するメタノール水溶液を貯める
   メタノール水溶液容器と、 このメタノール水溶液容器内のメタノール水溶液を前記
   アノード流路に供給する送液機構と、 前記アノード流路を通ったメタノール水溶液を前記メタ
   ノール水溶液容器に導く燃料流路と、 空気を前記カソード流路に導く送気流路と、 この送気流路により空気を前記カソード流路に供給する
   送気機構と、 前記カソード流路を通った排気ガスを前記メタノール水
   溶液容器に導く排気流路とを有することを特徴とする直
   接型メタノール燃料電池システム。
4. 【請求項４】 電解質膜、この電解質膜の一方の面側に
   設けられたアノード極、前記電解質膜の他方の面側に設
   けられたカソード極、前記アノード極に対向して設けら
   れ燃料としてメタノール水溶液を流すアノード流路、前
   記カソード極に対向して設けられ酸化剤として空気を流
   すカソード流路とを有する起電部と、 前記アノード流路に供給するメタノール水溶液を貯める
   メタノール水溶液容器と、 このメタノール水溶液容器内のメタノール水溶液を前記
   アノード流路に供給する送液機構と、 前記アノード流路を通ったメタノール水溶液を前記メタ
   ノール水溶液容器に導く燃料流路と、 空気を前記カソード流路に導く送気流路と、 この送気流路により空気を前記カソード流路に供給する
   送気機構と、 前記カソード流路を通った排気ガスを前記メタノール水
   溶液容器に導く排気流路とを有し、 前記送気流路は前記排気流路に近接して設けられること
   を特徴とする直接型メタノール燃料電池システム。
5. 【請求項５】 電解質膜、この電解質膜の一方の面側に
   設けられたアノード極、前記電解質膜の他方の面側に設
   けられたカソード極、前記アノード極に対向して設けら
   れ燃料としてメタノール水溶液を流すアノード流路、前
   記カソード極に対向して設けられ酸化剤として空気を流
   すカソード流路とを有する起電部と、 前記アノード流路に供給するメタノール水溶液を貯める
   メタノール水溶液容器と、 このメタノール水溶液容器内のメタノール水溶液を前記
   アノード流路に供給する送液機構と、 前記アノード流路を通ったメタノール水溶液を前記メタ
   ノール水溶液容器に導く燃料流路と、 この燃料流路に近接して設けられ、空気を前記カソード
   流路に導く送気流路と、 この送気流路により空気を前記カソード流路に供給する
   送気機構と、 前記カソード流路を通った排気ガスを前記メタノール水
   溶液容器に導く排気流路とを有することを特徴とする直
   接型メタノール燃料電池システム。
6. 【請求項６】 前記メタノール水溶液容器は、気体を外
   部に排出できる気液分離部材を有することを特徴とする
   請求項１乃至５のいずれか１記載の直接型メタノール燃
   料電池システム。
7. 【請求項７】 前記メタノール水溶液容器は、メタノー
   ルを補給可能な燃料カートリッジを前記メタノール水溶
   液容器に着脱可能である構造を有することを特徴とする
   請求項１乃至６のいずれか１記載の直接型メタノール燃
   料電池システム。
8. 【請求項８】 前記メタノール水溶液容器の内圧を調整
   可能な内圧調整装置を更に有することを特徴とする請求
   項１乃至７のいずれか１記載の直接型メタノール燃料電
   池システム。