JP4822695B2

JP4822695B2 - Fuel cell

Info

Publication number: JP4822695B2
Application number: JP2004341576A
Authority: JP
Inventors: 俊史神谷
Original assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2024-11-26
Also published as: JP2006155976A

Description

本発明は、携帯電話、ノート型パソコン、デジタルカメラ、ＰＤＡ及び電子手帳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燃料電池に関する。 The present invention relates to a small fuel cell suitable for use as a power source for portable electronic devices such as a mobile phone, a notebook computer, a digital camera, a PDA, and an electronic notebook.

従来より、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。 Conventionally, 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 unit for supplying fuel as a reducing agent to the fuel electrode layer, and an air electrode layer This is a battery that has an air supply part for supplying air as an oxidant to the fuel cell and causes an electrochemical reaction in the fuel cell by the fuel and oxygen in the air to obtain 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（例えば、特許文献１及び２参照）が注目されてきている。
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が知られている（例えば、特許文献３〜７参照）。
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。 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 (see, for example, Patent Documents 1 and 2) have attracted attention.
Among these, liquid fuel cells using capillary force for supplying liquid fuel are known (see, for example, Patent Documents 3 to 7).
Since these liquid fuel cells supply liquid fuel from a fuel tank to the fuel electrode by capillary force, there is an advantage in downsizing such as not requiring a pump for pumping liquid fuel.

しかしながら、このような単に燃料貯蔵槽に設けられた、多孔体及び／又は繊維束体の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、燃料供給遮断などの弊害が発生し、電解質層への燃料供給を一定にすることを阻害する原因となっている。 However, although the liquid fuel cell using only the capillary force of the porous body and / or fiber bundle provided in the fuel storage tank is suitable for downsizing in terms of configuration, the fuel is directly liquid at the fuel electrode. In a usage environment in which the front, back, left, right, top, and bottom of the battery unit is constantly changing because it is supplied in a state, fuel tracking becomes incomplete during long periods of use, causing problems such as fuel supply interruption. As a result, the fuel supply to the electrolyte layer is prevented from being made constant.

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、使用する燃料電池システム（例えば、特許文献８参照）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てい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。 As one of solutions to these drawbacks, for example, after introducing liquid fuel into the cell by capillary force, the fuel cell system is used by vaporizing the liquid fuel in the fuel vaporization layer (see, for example, Patent Document 8). However, there is a problem that the lack of followability of the fuel, which is a basic problem, has not been improved, and the fuel cell of this structure is a system used as fuel after vaporizing the liquid There are problems such as difficulty in miniaturization.

更に、一回使用した液体燃料を元の燃料タンクに戻し、未使用の液体燃料を押し出すことに供する構造（例えば、特許文献９〜１１参照）に知られているが、戻した液体燃料を直ちに再利用する構造とはなっていないのが現状である。 Further, it is known that the liquid fuel once used is returned to the original fuel tank and used to push out unused liquid fuel (see, for example, Patent Documents 9 to 11). The current situation is that the structure is not reused.

このような従来の燃料電池では、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。
更に、これら特許文献９〜１１には、使用済み燃料の貯蔵あるいは処理については開示がなされているものの、使用済み燃料の再利用などについては明確に開示されていない。更にまた、液体燃料を再利用する場合には、利用の度に燃料濃度が希薄になり、液体燃料として利用できる最低濃度が使用者に分からないという課題もある。
特開平５−２５８７６０号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開平５−３０７９７０号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開昭５９−６６０６６号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開平６−１８８００８号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開２００３−２２９１５８号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開２００３−２９９９４６号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開２００３−３４０２７３号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開２００１−１０２０６９号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開２００３−９２１２８号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開２００４−１２７９０５号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開２００４−１９９９６６号公報（特許請求の範囲、実施例等） In such a conventional fuel cell, when supplying liquid fuel directly to the fuel electrode, the fuel supply is unstable and the output value during operation fluctuates, or it is mounted on a portable device while maintaining stable characteristics. However, it is difficult to reduce the size to the extent possible.
Further, these Patent Documents 9 to 11 disclose the storage or processing of spent fuel, but do not clearly disclose the reuse of spent fuel. Furthermore, when the liquid fuel is reused, the fuel concentration becomes dilute with each use, and there is a problem that the user cannot know the minimum concentration that can be used as the liquid fuel.
JP-A-5-258760 (Claims, Examples, etc.) JP-A-5-307970 (Claims, Examples, etc.) JP 59-66066 A (Claims, Examples, etc.) JP-A-6-188008 (Claims, Examples, etc.) JP 2003-229158 A (Claims, Examples, etc.) JP 2003-299946 A (Claims, Examples, etc.) JP-A-2003-340273 (Claims, Examples, etc.) JP 2001-102069 A (Claims, Examples, etc.) Japanese Patent Laid-Open No. 2003-92128 (Claims, Examples, etc.) JP-A-2004-127905 (Claims, Examples, etc.) JP-A-2004-199966 (Claims, Examples, etc.)

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し、簡便に使用済み燃料の再利用を可能にし、燃料の使い終わりが使用者に容易に分かることができると共に、燃料電池の小型化をなし得ることができる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 conventional direct methanol fuel cell described above, and has been made to solve this problem. The liquid fuel can be stably supplied directly to the fuel electrode, so that the spent fuel can be easily used. An object of the present invention is to provide a fuel cell that can be reused, and that the end of use of the fuel can be easily recognized by the user, and the fuel cell can be miniaturized.

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、各単位セルへの燃料供給に燃料貯蔵槽より直接接続される燃料供給体に連結し、特定構造の使用済み燃料貯蔵槽が燃料供給体の終端に接続することなどにより、上記目的の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ものである。 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 a fuel cell in which a plurality of unit cells are connected to each other, a fuel supply body connected directly from the fuel storage tank to the fuel supply to each unit cell is connected, and a spent fuel storage tank of a specific structure supplies the fuel By connecting to the end of the body, the above-described fuel cell was successfully obtained, and the present invention was completed.

すなわち、本発明は、次の（１）〜（９）に存する。
（１）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が複数連結されると共に、該各単位セルには液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵槽に接続される浸透構造を有する燃料供給体又は燃料電極体が連結されて液体燃料が供給され、燃料供給体の終端は、使用済み燃料貯蔵槽に接続される燃料電池であって、前記使用済み燃料貯蔵槽と前記燃料貯蔵槽とが接続され、使用済み燃料が前記燃料貯蔵槽に供給されて液体燃料として再利用できる構成としてなることを特徴とする燃料電池。
（２）前記燃料貯蔵槽に、液体燃料の濃度センサを備えていることを特徴とする上記（１）に記載の燃料電池。
（３）前記使用済み燃料貯蔵槽と前記燃料貯蔵槽との接続部に中継芯を配置したことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の燃料電池。
（４）前記使用済み燃料貯蔵槽と前記燃料貯蔵槽との接続部に中継芯を配置し、更に、コレクタ体を備えたことを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか一つに記載の燃料電池。
（５）前記コレクタ体が射出成形又は光造形技術により製造されている、または、前記コレクタ体が枚葉体により構成されていることを特徴とする上記（４）に記載の燃料電池。
（６）前記コレクタ体表面が前記使用済み液体燃料よりも表面自由エネルギーが高く調整されていることを特徴とする上記（４）又は（５）に記載の燃料電池。
（７）前記使用済み燃料貯蔵槽及び／又は前記燃料貯蔵槽、あるいは、前記使用済み燃料貯蔵槽と前記燃料貯蔵槽との接続部が、取り外し可能であることを特徴とする上記（１）〜（６）の何れか一つに記載の燃料電池。
（８）前記使用済み燃料貯蔵槽及び／又は前記燃料貯蔵槽、あるいは、前記使用済み燃料貯蔵槽と前記燃料貯蔵槽との接続部に、開閉可能な蓋体を設けたことを特徴とする上記（１）〜（７）の何れか一つに記載の燃料電池。
（９）液体燃料がメタノール液、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、ギ酸、ヒドラジン、アンモニア液、エチレングリコール、水素化ホウ素ナトリウム水溶液から選ばれる少なくとも１種である上記（１）〜（８）の何れか一つに記載の燃料電池。 That is, the present invention resides in the following (1) to (9).
(1) A plurality of unit cells formed by constructing an electrolyte layer on the outer surface of the fuel electrode body and constructing an air electrode layer on the outer surface of the electrolyte layer are connected to each unit cell. A fuel cell having a seepage structure connected to a fuel storage tank for storing fuel is connected to supply liquid fuel, and the end of the fuel supply body is a fuel cell connected to a spent fuel storage tank The spent fuel storage tank and the fuel storage tank are connected, and the spent fuel is supplied to the fuel storage tank so that it can be reused as liquid fuel.
(2) The fuel cell according to (1), wherein the fuel storage tank includes a liquid fuel concentration sensor.
(3) The fuel cell according to (1) or (2), wherein a relay core is disposed at a connection portion between the spent fuel storage tank and the fuel storage tank.
(4) Any one of the above (1) to (3), wherein a relay core is arranged at a connection portion between the spent fuel storage tank and the fuel storage tank, and further a collector body is provided. A fuel cell according to claim 1.
(5) The fuel cell as described in ( 4 ) above, wherein the collector body is manufactured by injection molding or stereolithography, or the collector body is constituted by a single-wafer body.
(6) The fuel cell as described in ( 4) or (5 ) above, wherein the surface of the collector body is adjusted to have a surface free energy higher than that of the used liquid fuel.
(7) The (1) to (1) above, wherein the spent fuel storage tank and / or the fuel storage tank, or a connection part between the spent fuel storage tank and the fuel storage tank is removable. The fuel cell according to any one of (6).
(8) The said fuel storage tank and / or the said fuel storage tank, or the connection part of the said spent fuel storage tank and the said fuel storage tank provided the cover body which can be opened and closed, The said characterized by the above-mentioned. The fuel cell according to any one of (1) to (7).
(9) Any one of the above (1) to (8), wherein the liquid fuel is at least one selected from methanol solution, dimethyl ether (DME), formic acid, hydrazine, ammonia solution, ethylene glycol, and sodium borohydride aqueous solution. A fuel cell according to claim 1.

本発明によれば、燃料極に直接液体燃料を安定的に供給し、簡便に使用済み燃料の再利用を可能にし、燃料電池の小型化をなし得ることができる燃料電池が提供される。
請求項２記載の発明によれば、更に、燃料の使い終わりが使用者に容易に分かることができる燃料電池が提供される。
請求項３〜９記載の発明によれば、燃料極に直接液体燃料を更に安定的に供給し、簡便に使用済み燃料の再利用を可能とすると共に、更に使用性に優れた燃料電池が提供される。 According to the present invention, there is provided a fuel cell in which liquid fuel can be stably supplied directly to the fuel electrode, the spent fuel can be easily reused, and the size of the fuel cell can be reduced.
According to the second aspect of the present invention, there is further provided a fuel cell in which the end of use of the fuel can be easily recognized by the user.
According to the third to ninth aspects of the present invention, the liquid fuel can be more stably supplied directly to the fuel electrode, and the spent fuel can be easily reused. Is done.

以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳しく説明する。
図１は、本発明の基本的な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（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の終端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は直列に連結されて燃料供給体３０により燃料が順次供給される構造となっている。更に使用済み燃料貯蔵槽４０から燃料貯蔵槽１０への燃料再供給路６０が備えられている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a basic form of a direct methanol fuel cell (hereinafter simply referred to as “fuel cell”) A showing a basic embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the fuel cell A has an electrolyte layer built on a fuel storage tank 10 containing liquid fuel and an outer surface portion of a fuel electrode body made of a fine carbon porous body, and is formed on the outer surface portion of the electrolyte layer. Unit cells (fuel cell) 20, 20 formed by constructing an air electrode layer, a fuel supply body 30 having a permeation structure connected to the fuel storage tank 10, and an end of the fuel supply body 30 The unit cells 20 and 20 are connected in series so that fuel is sequentially supplied by a fuel supply body 30. Furthermore, a fuel resupply path 60 from the spent fuel storage tank 40 to the fuel storage tank 10 is provided.

上記燃料貯蔵槽が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化合物から効率良く水素イオン（Ｈ^＋）と電子（ｅ⁻）が得られるものであれば、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）、エタノール液、ギ酸、ヒドラジン、アンモニア液、エチレングリコール、水素化ホウ素ナトリウム水溶液などの液体燃料も用いることができる。また、メタノール液等の液体燃料の濃度は、燃料電池の構造、特性等により種々の濃度の液体燃料を用いることができ、例えば、１〜１００％濃度の液体燃料を用いることができる。
本実施形態では、メタノール液からなる液体燃料は、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と同様の構成のものなどを用いることができる。 Examples of the liquid fuel stored in the fuel storage tank 10 include a methanol liquid composed of methanol and water. However, hydrogen ions (H ⁺ ) are efficiently generated from a compound supplied as fuel in a fuel electrode body described later. The liquid fuel is not particularly limited as long as electrons (e ⁻ ) can be obtained. For example, dimethyl ether (DME), ethanol solution, formic acid, hydrazine, ammonia solution, ethylene, although depending on the structure of the fuel electrode body, etc. Liquid fuels such as glycol and sodium borohydride aqueous solution can also be used. The concentration of the liquid fuel such as methanol can be varied depending on the structure and characteristics of the fuel cell. For example, 1 to 100% concentration of liquid fuel can be used.
In the present embodiment, the liquid fuel made of methanol liquid is occluded in an occlusion body 10 a such as a batting, a porous body, or a fiber bundle housed in the fuel storage tank 10. The occlusion body 10a is not particularly limited as long as it can occlude liquid fuel, and an occlusion body having the same configuration as the fuel supply body 30 described later can be used.

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、アルミニウム、ステンレスなどの金属、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などの合成樹脂、ガラスなどが挙げられる。また、燃料貯蔵槽１０の構造としては、単層構造の他、多層構造などにしてもよいものである、 The material of the fuel storage tank 10 is not particularly limited as long as it has storage stability and durability with respect to the liquid fuel to be stored. For example, metals such as aluminum and stainless steel, polypropylene, and polyethylene , Synthetic resins such as polyethylene terephthalate, and glass. Moreover, as a structure of the fuel storage tank 10, in addition to a single layer structure, a multilayer structure or the like may be used.

単位セルとなる各燃料電池セル２０は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、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。 As shown in FIGS. 2A and 2B, each fuel cell 20 as a unit cell has a fuel electrode body 21 made of a micro-columnar carbon porous body, and a fuel supply body 30 at the center thereof. The fuel electrode body 21 has a through-hole 22, an electrolyte layer 23 is constructed on the outer surface of the fuel electrode body 21, and an air electrode layer 24 is constructed on the outer surface of the electrolyte layer 23. A theoretical electromotive force of about 1.2 V is generated for each fuel cell 20.

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、微小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。 The fine columnar carbon porous body constituting the fuel electrode body 21 may be a porous structure having minute communication holes, and is composed of, for example, a three-dimensional network structure or a point-sintered structure, and includes amorphous carbon and carbon. Carbon composite molded body composed of powder, isotropic high-density carbon molded body, carbon fiber papermaking molded body, activated carbon molded body, etc., preferably, reaction control at the fuel electrode of the fuel cell is easy and reaction From the viewpoint of further improving efficiency, a carbon composite molded body having fine communication holes made of amorphous carbon and carbon powder is desirable.

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（単独または２種以上の組合せ）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。 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, and the like are present on the outer surface of the fuel electrode body 21. For example, a solution containing a metal fine particle precursor, such as impregnation or dipping treatment, a reduction treatment, a metal fine particle electrodeposition method, or the like.

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 electrolyte layer 23 include ion exchange membranes having proton conductivity or hydroxide ion conductivity, for example, fluorine ion exchange membranes including Nafion (Nafion, manufactured by Du Pont), heat resistance, Good suppression of methanol crossover, for example, a composite membrane using an inorganic compound as a proton conducting material and a polymer as a membrane material, specifically, using a zeolite as the inorganic compound and a styrene-butadiene system as the polymer Examples thereof include a composite film made of rubber, a hydrocarbon-based graft film, and the like.
As the air electrode layer 24, carbon having a porous structure in which platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh) or the like is supported by a method using a solution containing the above-mentioned metal fine particle precursor or the like. A porous body is mentioned.

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に中継芯１０ｂを介して接続されている。これらの中継芯１０ｂ及び燃料供給体３０は、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種以上の組合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 fuel supply body 30 is connected to an occlusion body 10a that occludes liquid fuel stored in the fuel storage tank 10 via a relay core 10b. The relay core 10b and the fuel supply body 30 are not particularly limited as long as the relay core 10b and the fuel supply body 30 have a permeation structure that can supply liquid fuel to each unit cell 20. For example, felt, sponge, or resin particle sintered body, Porous bodies having capillary force composed of sintered bodies such as resin fiber sintered bodies, natural fibers, animal hair fibers, polyacetal resins, acrylic resins, polyester resins, polyamide resins, polyurethane resins, Examples include those made of fiber bundles made of one or a combination of two or more of polyolefin resins, polyvinyl resins, polycarbonate resins, polyether resins, polyphenylene resins, etc., and these porous bodies and fiber bundles The porosity and the like are appropriately set according to the supply amount to each unit cell 20.

使用済み燃料貯蔵槽４０は、燃料供給体３０の終端に配置されるものであり、上記燃料貯蔵槽１０と同様の材質で構成されている。この貯蔵槽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４０ｂが内蔵され、燃料供給体３０の終端と中継芯４０ａを介して接続されている。また、
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使用済み燃料貯蔵槽４０に蓄えられ阻害反応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を連結するとともに、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 fuel storage tank 40 is disposed at the end of the fuel supply body 30 and is made of the same material as that of the fuel storage tank 10. An occlusion body 40b such as a porous body or a fiber bundle that occludes spent fuel is built in the storage tank 40, and is connected to the end of the fuel supply body 30 via a relay core 40a. Also,
The liquid fuel supplied by the fuel supply body 30 is used for the reaction in the fuel battery cell 20, and since the fuel supply amount is linked to the fuel consumption amount, it is unreacted and discharged out of the battery. There is almost no liquid fuel to be used, and unlike the conventional liquid fuel cell, there is no need for a processing system on the fuel outlet side. It has the structure which can be stored in the storage tank 40 and can prevent inhibition reaction.
In addition, 50 connects the fuel storage tank 10 and the spent fuel storage tank 40, and reliably supplies liquid fuel directly from the fuel storage tank 10 to each of the unit cells 20 and 20 via the fuel supply body 30. A member made of a mesh structure or the like.

上記使用済み燃料貯蔵槽４０には、燃料貯蔵槽１０へ使用済み燃料を供給し液体燃料として再利用するための燃料再供給路６０が接続されている。具体的には、使用済み燃料貯蔵体４０から残った燃料の成分を再使用するために、使用済み燃料貯蔵槽４０と燃料貯蔵槽１０とに接続される燃料再供給路６０内には、上述の多孔体、繊維束体等からなる燃料供給体３０と同様の構成となる燃料再供給体６０ａが設けられ、該燃料再供給体６０ａの一端は使用済み燃料吸蔵体４０ｂに接続され、他端の滴下部６０ｂは、燃料貯蔵槽１０へ導かれる構成となっている。この燃料再供給路６０は、上記燃料貯蔵槽１０と同様の材質で構成されている。 The spent fuel storage tank 40 is connected to a fuel resupply path 60 for supplying spent fuel to the fuel storage tank 10 and reusing it as liquid fuel. Specifically, in order to reuse the fuel component remaining from the spent fuel storage body 40, the fuel resupply path 60 connected to the spent fuel storage tank 40 and the fuel storage tank 10 has the above-described configuration. A fuel resupply body 60a having the same configuration as the fuel supply body 30 comprising a porous body, a fiber bundle, etc. is provided, one end of the fuel resupply body 60a is connected to the spent fuel occlusion body 40b and the other end The dripping portion 60 b is configured to be guided to the fuel storage tank 10. The fuel resupply path 60 is made of the same material as that of the fuel storage tank 10.

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、上記使用済み燃料貯蔵槽４０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４０ａが内蔵されており、使用済み燃料が吸蔵されるものである。また、本実施形態では、吸蔵体４０ａを燃料供給体３０の終端に直接接触させて使用済み燃料を直接吸蔵させても問題ないが、燃料供給体３０と接触する接続部に吸蔵体４０ａとは別に中綿や多孔体、または繊維束体などを中継芯４０ｂを介して接続しており、吸蔵体４０ａへの使用済み燃料排出路として構成している。 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 fuel storage tank 10 by the permeation structure of the fuel supply body 30 in the fuel cell units 20 and 20 by capillary force. To be introduced.
In the present embodiment, an occlusion body 40a such as a batting, a porous body, or a fiber bundle housed in the spent fuel storage tank 40 is built in, and used fuel is occluded. Further, in the present embodiment, there is no problem even if the occlusion body 40a is brought into direct contact with the end of the fuel supply body 30 to occlude spent fuel directly. However, the occlusion body 40a is connected to the connecting portion in contact with the fuel supply body 30. Separately, a batting, a porous body, a fiber bundle or the like is connected via a relay core 40b, and is configured as a spent fuel discharge path to the occlusion body 40a.

更に、本実施形態では、少なくとも燃料貯蔵槽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（吸蔵体４０ｂ）、燃料再供給路６０（燃料再供給体６０ａ）の毛管力を、燃料貯蔵槽１０（吸蔵体１０ａ）＜（中継芯１０ｂ）＜燃料電極体及び／又は燃料電極体に接する燃料供給体３０＜（中継芯４０ａ）＜使用済み燃料貯蔵槽４０（吸蔵体４０ｂ）＜燃料再供給路６０（燃料再供給体６０ａ）と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を起こすことなく、安定的かつ継続的に燃料を供給し、更には使用済み燃料を燃料貯蔵槽１０へ再供給することができるものとなる。 Furthermore, in this embodiment, at least the fuel storage tank 10 (occlusion body 10a), the fuel electrode body 21 and / or the fuel supply body 30 in contact with the fuel electrode body 21, the spent fuel storage tank 40 (occlusion body 40b), The capillary force of the supply path 60 (fuel resupply body 60a) is determined by the fuel storage tank 10 (occlusion body 10a) <(relay core 10b) <the fuel electrode body and / or the fuel supply body 30 in contact with the fuel electrode body <(relay core). 40a) <used fuel storage tank 40 (occlusion body 40b) <fuel resupply path 60 (fuel resupply body 60a), the fuel cell A is left in any state (angle), upside down, etc. However, the liquid fuel is supplied from the fuel storage tank 10 to each of the unit cells 20 and 20 directly without causing a backflow or interruption, and the fuel is supplied stably and continuously. Resupply to It becomes possible.

なお、燃料再供給路６０に燃料再供給体６０ａを設けない場合には、燃料再供給路６０を毛管力が発生する程度の流路とし、燃料電極体及び／又は燃料電極体に接する燃料供給体３０＜吸蔵体４０ｂ＜燃料再供給路６０とすることで、使用済み燃料が逆流を起こすことなく、反応に使用されない液体燃料が貯蔵槽４０に蓄えられ阻害反応を防ぐことができ、更には、燃料の残分を含む使用済み燃料を、再度、燃料貯蔵槽１０へ返すことができる。
本実施形態では、上述したとおり、燃料電池の各要素の毛管力は、燃料吸蔵体１０ａ＜燃料再供給路６０（燃料再供給体６０ａ）であるので、燃料吸蔵体１０ａと燃料再供給路６０又は燃料再供給体６０ａと接触させると、燃料吸蔵体１０ａから燃料再供給路６０又は燃料再供給体６０ａへの燃料の流れができてしまうので、使用済み燃料が燃料貯蔵槽１０へ戻ることが無くなってしまう。従って、燃料吸蔵体１０ａと燃料再供給路６０又は燃料再供給体６０ａは接触する構成とはしないことが重要である。本実施形態では、図１に示すように、燃料再供給体から滴下体６０ｂを設け、燃料貯蔵体１０内に使用済み燃料を滴下するように構成している。 In the case where the fuel resupply channel 60 is not provided in the fuel resupply channel 60, the fuel resupply channel 60 is a channel that generates a capillary force, and the fuel supply that contacts the fuel electrode body and / or the fuel electrode body is provided. By setting the body 30 <the storage body 40b <the fuel resupply path 60, the spent fuel does not cause a back flow, liquid fuel that is not used for the reaction can be stored in the storage tank 40, and an inhibition reaction can be prevented. The spent fuel containing the remaining fuel can be returned to the fuel storage tank 10 again.
In the present embodiment, as described above, since the capillary force of each element of the fuel cell is the fuel storage body 10a <the fuel resupply path 60 (fuel resupply body 60a), the fuel storage body 10a and the fuel resupply path 60 Alternatively, when the fuel re-supply body 60a is brought into contact with the fuel re-supply body 60a, the fuel flows from the fuel storage body 10a to the fuel re-supply path 60 or the fuel re-supply body 60a, so that the spent fuel may return to the fuel storage tank 10. It will disappear. Therefore, it is important that the fuel storage body 10a and the fuel resupply path 60 or the fuel resupply body 60a are not in contact with each other. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a dropping body 60 b is provided from the fuel resupply body, and the spent fuel is dropped into the fuel storage body 10.

また、この実施形態では、燃料貯蔵槽１０又は燃料貯蔵槽１０内の吸蔵体１０ａ、使用済み燃料貯蔵槽４０又は使用済み燃料貯蔵槽４０内の吸蔵体４０ａにメタノール等の各液体燃料の液体濃度センサ７０を取り付けてよいものである。このようにすればメタノール等の液体燃料が所定の出力に発電しなくなる濃度まで燃料の使用が可能であり、その濃度となったことは濃度センサ７０から表示部７１を通じ、燃料の使い終わり（終了サイン）が使用者に容易に分かることができる構成となっている。
更に、前記使用済み燃料貯蔵槽４０及び／又は前記燃料貯蔵槽１０、あるいは、前記使用済み燃料貯蔵槽４０と前記燃料貯蔵槽１０との接続部を、接合又は嵌合自在などとすれ、これらは取り外し可能となるので、燃料貯蔵槽１０、使用済み燃料貯蔵槽４０、及びこれらの接続部の交換が容易にできることとなる。
更にまた、前記使用済み燃料貯蔵槽４０及び／又は前記燃料貯蔵槽１０、あるいは、前記使用済み燃料貯蔵槽４０と前記燃料貯蔵槽１０との接続部に、開閉可能な蓋体を設けてもよく、これにより、ごみ等の異物の侵入を防止することができる。 Further, in this embodiment, the liquid concentration of each liquid fuel such as methanol in the fuel storage tank 10 or the storage body 10a in the fuel storage tank 10, the spent fuel storage tank 40, or the storage body 40a in the used fuel storage tank 40. A sensor 70 may be attached. In this way, it is possible to use the fuel up to a concentration at which liquid fuel such as methanol does not generate electricity at a predetermined output, and the fact that the concentration has reached the end of the use of the fuel (end) from the concentration sensor 70 through the display unit 71. (Sign) can be easily understood by the user.
Furthermore, the used fuel storage tank 40 and / or the fuel storage tank 10 or the connection part between the used fuel storage tank 40 and the fuel storage tank 10 is connected or fitted freely. Since it becomes removable, the fuel storage tank 10, the spent fuel storage tank 40, and these connection parts can be easily replaced.
Furthermore, a lid that can be opened and closed may be provided at the connecting portion between the spent fuel storage tank 40 and / or the fuel storage tank 10 or the spent fuel storage tank 40 and the fuel storage tank 10. Thus, it is possible to prevent intrusion of foreign matters such as dust.

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及び再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。
更に、各単位セル２０、２０への燃料供給には、燃料貯蔵槽１０の端部より中継芯１０ｂを介して、または、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。 Further, in the fuel cell A of this embodiment, a liquid fuel can be smoothly supplied and resupplied without vaporization without particularly using an auxiliary device such as a pump, a blower, a fuel vaporizer, and a condenser. Therefore, the fuel cell can be downsized.
Further, the fuel supply to each unit cell 20, 20 is connected to the fuel supply body 30 having a permeation structure connected directly from the end of the fuel storage tank 10 via the relay core 10 b. Thus, a reduction in the size of a fuel cell composed of a plurality of cells can be achieved.

図３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、前記第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。
この第２実施形態の燃料電池Ｂは、図３に示すように、燃料貯蔵槽１０が液体燃料を直接貯蔵すると共に、燃料貯蔵槽１０の下部にコレクタ体１５を備えて液体燃料を中継芯１０ｂを貸して燃料供給体３０に供給する点、使用済み燃料貯蔵槽４０内に使用済み燃料が直接収容される点、及び燃料供給体３０と接触する接続部に中綿や多孔体、または繊維束体などからなる中継芯４０ｂ及び中継芯４０ｂの周囲にコレクタ体４２を設けている点でのみ、上記第１実施形態の燃料電池Ａと相違するものである。
このコレクター体１５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のコレクター部１５ａ，１５ａ…の隙間（羽根体間）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。 FIG. 3 shows a fuel cell B according to the 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.
In the fuel cell B of the second embodiment, as shown in FIG. 3, the fuel storage tank 10 directly stores the liquid fuel, and the collector body 15 is provided at the lower part of the fuel storage tank 10 so that the liquid fuel is relayed to the relay core 10b. The fuel is supplied to the fuel supply body 30, the spent fuel is directly accommodated in the spent fuel storage tank 40, and the connecting portion in contact with the fuel supply body 30 is filled, porous, or fiber bundle This is different from the fuel cell A of the first embodiment only in that the relay core 40b and the collector body 42 are provided around the relay core 40b.
The collector body 15 has the same configuration as a member used in a direct liquid writing instrument or the like, and liquid fuel stored directly in the fuel storage tank 10 flows out excessively to the fuel supply body 30 due to changes in atmospheric pressure, temperature, or the like. The liquid fuel that has become excessive due to expansion or the like is held in the gaps (between the blades) of the collector parts 15a, 15a,... Of the collector body. It has a structure that returns to the inside.

また、コレクタ体４５も、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、温度変化等により使用済み燃料貯蔵槽４０内に直接収容される使用済み液体燃料が燃料供給体３０に逆流することを防ぐものであり、膨張等により逆流しそうな使用済み液体燃料はコレクタ体４５のコレクタ部４５ａ，４５ａ…の隙間などに保持され、気圧、温度変化が元に戻れば使用済み燃料貯蔵槽４０内に戻る構造となっている。 Further, the collector body 45 has the same configuration as a member used in a direct liquid writing instrument or the like, and the used liquid fuel directly stored in the used fuel storage tank 40 due to changes in atmospheric pressure, temperature, etc. is supplied to the fuel supply body 30. Used liquid fuel that prevents backflow and is likely to backflow due to expansion or the like is held in a gap between the collector portions 45a, 45a... Of the collector body 45. The structure returns to the inside of the tank 40.

これらのコレクタ体１５及び４５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、アルミニウム、ステンレスなどの金属、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などの合成樹脂などが挙げられる。特に好ましくは、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などの合成樹脂であり、通常の射出成形や複雑な形状を形成可能な光造形技術によって製造することができる。また、前記の合成樹脂などのフィルムをプレス加工するなどして得られる枚葉体を積層させることで、前記射出成形や光造形技術によるコレクタ部の代わりとし、コレクタ体を構成させることもできる。 The material of these collector bodies 15 and 45 is not particularly limited as long as it has storage stability and durability with respect to the liquid fuel to be accommodated. Metal such as aluminum and stainless steel, polypropylene, polyethylene, polyethylene Examples thereof include synthetic resins such as terephthalate. Particularly preferred are synthetic resins such as polypropylene, polyethylene, and polyethylene terephthalate, which can be manufactured by ordinary injection molding or stereolithography technology capable of forming complex shapes. Further, by laminating a sheet material obtained by pressing a film of the synthetic resin or the like, a collector body can be configured instead of the collector portion by the injection molding or stereolithography technique.

また、これらのコレクタ体１５及び４５の表面エネルギーは、好ましくは、液体燃料、使用済み燃料の表面自由エネルギーよりも高く設定されることが重要であり、これにより液体燃料、使用済み燃料に対するコレクタ体の濡れ性が向上し、液体燃料、使用済み燃料の保持力が向上するものとなる。コレクタ体の表面自由エネルギーの調整には、通常、プラズマ処理、オゾン処理、表面改質剤による処理などにより行うことができる。 In addition, it is important that the surface energy of the collector bodies 15 and 45 is preferably set higher than the surface free energy of the liquid fuel and the spent fuel. This improves the wettability of the liquid and improves the retention of liquid fuel and spent fuel. Adjustment of the surface free energy of the collector body can be usually performed by plasma treatment, ozone treatment, treatment with a surface modifier, or the like.

この第２実施形態の燃料電池Ｂは、前記第１実施形態の燃料電池Ａと同様、中継芯４０ｂの毛管力は、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＜中継芯４０ｂとすることで、使用済み燃料貯蔵槽４０から各単位セル２０、２０の個々に使用済み燃料が逆流を起こすことなく、反応に使用されない液体燃料が貯蔵槽４０に蓄えられ阻害反応を防ぐことができる。
更に、この使用済み燃料貯蔵槽４０から残った液体燃料の成分を再使用するために、燃料再供給路６０を備え、該燃料再供給体６０ａが内部に設けられており、燃料貯蔵層１０に接続されている。本実施形態では、第１実施形態とは相違し、使用済み燃料貯蔵槽４０内に使用済み燃料吸蔵体が設けられていないため、燃料再供給体６０ａや燃料再供給体６０の流通路に関して上記燃料供給体３０などとの毛細管力について考慮することなく設けることができる。
また、第２実施形態でも、燃料貯蔵槽１０又は使用済み燃料貯蔵槽４０にメタノール等の液体燃料の濃度センサ７０を取り付けてよいものである。このようにすればメタノール等の液体燃料が発電に供しなくなる濃度まで燃料の使用が可能であり、その濃度となったことはセンサから表示部７１を通じ、燃料の使い終わりが使用者に容易に分かることができる構成となっている。 In the fuel cell B of the second embodiment, similarly to the fuel cell A of the first embodiment, the capillary force of the relay core 40b is such that the fuel electrode body 21 and / or the fuel supply body 30 in contact with the fuel electrode body 21 <relay. By using the core 40b, the spent fuel of each unit cell 20, 20 does not flow back from the spent fuel storage tank 40 individually, and liquid fuel that is not used for the reaction is stored in the storage tank 40 to prevent an inhibition reaction. be able to.
Further, in order to reuse the components of the liquid fuel remaining from the spent fuel storage tank 40, a fuel resupply path 60 is provided, and the fuel resupply body 60a is provided inside, and the fuel storage layer 10 has It is connected. In the present embodiment, unlike the first embodiment, no spent fuel storage body is provided in the spent fuel storage tank 40, and therefore the above-described flow paths of the fuel resupply body 60a and the fuel resupply body 60 are described above. It can be provided without considering the capillary force with the fuel supply body 30 or the like.
Also in the second embodiment, a concentration sensor 70 of liquid fuel such as methanol may be attached to the fuel storage tank 10 or the spent fuel storage tank 40. In this way, it is possible to use the fuel up to a concentration at which liquid fuel such as methanol is no longer used for power generation, and the fact that the concentration has been reached can be easily recognized by the user through the display unit 71 from the sensor. It has a configuration that can.

図４及び図５は、本発明の第３実施形態の燃料電池Ｃを示すものである。
本実施形態の燃料電池Ｃは、単位セルが高い導電性を持ちメタノール水溶液などの液体燃料を毛管力で吸い上げることのできる多孔質炭素などを電池支持体とし、その表面に電極／電解質／電極の各層を設けることにより単位セルとした点で、上記第１実施形態の単位セルと相違するものである。この実施形態は、液体燃料を下部から上部へ浸透させる態様のものである。
この実施形態の燃料電池Ｃは、図５に示すように、電気導電性を有する炭素質多孔体を基材２５とし、該基材２５の表面に上記第１実施形態と同様な構成となる電極（燃料極）２６／電解質２７／電極（空気極）２８の各層（ＭＥＡ）を形成した単位セル（燃料電池セル）２９を４つ直列に連結したものである。 4 and 5 show a fuel cell C according to a third embodiment of the present invention.
The fuel cell C of the present embodiment uses porous carbon or the like in which the unit cell has high conductivity and can suck up liquid fuel such as aqueous methanol solution by capillary force, and has an electrode / electrolyte / electrode on its surface. It differs from the unit cell of the first embodiment in that a unit cell is formed by providing each layer. In this embodiment, the liquid fuel penetrates from the lower part to the upper part.
As shown in FIG. 5, the fuel cell C of this embodiment uses a carbonaceous porous body having electrical conductivity as a base material 25, and an electrode having the same configuration as that of the first embodiment on the surface of the base material 25. Four unit cells (fuel cell) 29 in which each layer (MEA) of (fuel electrode) 26 / electrolyte 27 / electrode (air electrode) 28 is formed are connected in series.

本実施形態の基材２５となる炭素質多孔体は、電気導電性を有すると共に、液体燃料及びガスの浸透媒体、並びに、電池支持体として機能（以下、単に「各特性」という場合がある）するものであり、これらの特性を有するものであれば、その素材は特に限定されるものでないが、例えば、アモルファス炭素、アモルファス炭素と炭素粉末との複合体、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、成形性、コスト、所望の物性が容易に得られる点等から、アモルファス炭素、アモルファス炭素と炭素粉末との複合体により構成することが望ましい。
アモルファス炭素は、焼成により５％以上の炭化収率を示すもので、例えば、ポリ塩化ビニル、塩素化塩化ビニル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル−ポリ酢酸ビニル共重合体等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、イミド樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、セルロース、アラビアガムなどの天然高分子物質等から選ばれる少なくとも１種の原料を焼成することなどにより得られる。
また、炭素粉末としては、例えば、黒鉛、タール状物質を更に乾留して得られるピッチ、炭素繊維、カーボンナノチューブ、メソカーボンマイクロビーズから選ばれる少なくとも１種が挙げられる。
上記アモルファス炭素と炭素粉末との複合体は、全量に対して、粒径を調整したアモルファス炭素原料５０〜１００重量％と炭素粉末０〜５０重量％とを混合したものを、例えば、不活性雰囲気中で７００℃以上で炭素化することなどにより得られる。 The carbonaceous porous body serving as the base material 25 of the present embodiment has electrical conductivity, and functions as a liquid fuel and gas permeation medium, and a battery support (hereinafter simply referred to as “each characteristic”). The material is not particularly limited as long as it has these characteristics. For example, amorphous carbon, a composite of amorphous carbon and carbon powder, an isotropic high-density carbon molded body, Examples thereof include carbon fiber papermaking compacts and activated carbon compacts. Preferably, the carbon fiber paper compacts are composed of amorphous carbon or a composite of amorphous carbon and carbon powder from the viewpoint of easily obtaining moldability, cost, and desired physical properties. It is desirable.
Amorphous carbon exhibits a carbonization yield of 5% or more upon firing. For example, thermoplasticity such as polyvinyl chloride, chlorinated vinyl chloride resin, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride-polyvinyl acetate copolymer, etc. It is obtained by firing at least one raw material selected from thermosetting resins such as resins, phenol resins, furan resins, imide resins, and epoxy resins, natural polymer substances such as cellulose and gum arabic, and the like.
Examples of the carbon powder include at least one selected from pitch, carbon fiber, carbon nanotube, and mesocarbon microbeads obtained by further carbonizing graphite and a tar-like substance.
The composite of the amorphous carbon and the carbon powder is a mixture of an amorphous carbon raw material 50 to 100% by weight and a carbon powder 0 to 50% by weight whose particle size is adjusted, for example, an inert atmosphere. It can be obtained by carbonizing at 700 ° C. or higher.

また、上記各特性を好ましく発揮させるために、基材２５となる炭素質多孔体は、平均孔径１〜１００μｍ、気孔率１０〜８５％であり、かつ、毛管現象により液浸透性（液体燃料を浸透させる機能）及び自己形状を保持するのに十分な強度を有するものであることが望ましい。本実施形態では、平均孔径２０μｍ、気孔率５５％、毛管現象により液浸透性及び自己形状を保持するのに十分な強度を有するものとなっている。
更に好ましくは、平均孔径５〜７０μｍ、気孔率２０〜７０％とし、かつ、毛管現象により液浸透性を有するものであることが特に望ましい。
なお、上記平均孔径（１〜１００μｍ）、気孔率（１０〜８５％）などが上記各範囲外となる場合は、電気導電性、液体燃料及びガスの浸透媒体、並びに、電池支持体としての機能に不都合を生じることがあり、好ましくない。
また、液浸透性を向上させるためには、更に、得られた基材に、空気酸化、電気化学的な酸化などの処理を施してもよい。 Moreover, in order to preferably exhibit the above characteristics, the carbonaceous porous body serving as the base material 25 has an average pore diameter of 1 to 100 μm, a porosity of 10 to 85%, and liquid permeability (liquid fuel) by capillary action. It is desirable to have sufficient strength to maintain the self-shape and the function to penetrate. In this embodiment, the average pore diameter is 20 μm, the porosity is 55%, and the liquid has sufficient strength to maintain liquid permeability and self-shape by capillary action.
It is particularly desirable that the average pore diameter is 5 to 70 μm, the porosity is 20 to 70%, and the liquid permeability is by capillarity.
When the average pore diameter (1 to 100 μm), porosity (10 to 85%), etc. are outside the above ranges, electrical conductivity, liquid fuel and gas permeation medium, and function as a battery support May cause inconvenience, and is not preferable.
Further, in order to improve the liquid permeability, the obtained base material may be further subjected to a treatment such as air oxidation or electrochemical oxidation.

上記各特性を有する炭素質多孔体２５は、例えば、熱融着可能な上述の樹脂粒子を任意の形状の型に入れ、加熱等により融着し、不活性雰囲気中で焼成することで目的の連続気孔を有する炭素質多孔体を製造することができ、また、結合材である樹脂と炭素粉末である黒鉛などを混合・混練したものを粉砕・造粒し、任意の形状の型に入れプレス成形し、不活性雰囲気中で焼成することで目的の連続気孔を有する炭素質多孔体を製造することができる。 The carbonaceous porous body 25 having the above characteristics can be obtained by, for example, putting the above-mentioned resin particles that can be heat-sealed into a mold of any shape, fusing by heating or the like, and firing in an inert atmosphere A carbonaceous porous body having continuous pores can be produced, and a mixture and kneading of a resin as a binder and graphite as a carbon powder are pulverized and granulated, placed in a mold of any shape and pressed The carbonaceous porous body which has the target continuous pore can be manufactured by shape | molding and baking in inert atmosphere.

本実施形態の基材２５となる炭素質多孔体は、図５に示すように、形状は平板状となっており、全体が上記各特性を有するものである。また、基材２５は、少なくとも一部に電気導電性を有してもよく、及び／又は、少なくとも一部が炭素質多孔体からなるものであってもよいものである。
本実施形態の単位セル（燃料電池セル）２９は、上記各特性を有する基材２５表面にＰｔ−Ｒｕ／Ｃ触媒を塗布した燃料極２６、シート状炭素多孔体にＰｔ／Ｃ触媒を塗布した空気極２８とで電解質膜２７を挟持し、ホットプレスにより形成することができる。
この燃料電池セル２９は、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、基材２５の上部面にガス抜き及び液体燃料浸透促進のための通気通液孔３５，３５…を有する通気孔部材３６が取り付けられたものである。
このカートリッジ化した燃料電池セル２９を用いることにより、燃料電池セル２９の連結作業、電気的接続の効率化、電池（セル）間のスペースの空洞化による空気あるいは液体燃料の対流、拡散速度の増大による電池性能の向上を発揮することができる。 As shown in FIG. 5, the carbonaceous porous body used as the base material 25 of this embodiment has a flat plate shape, and the whole has the above-mentioned characteristics. Moreover, the base material 25 may have electrical conductivity at least in part, and / or at least a part thereof may be made of a carbonaceous porous body.
In the unit cell (fuel cell) 29 of the present embodiment, a fuel electrode 26 in which a Pt—Ru / C catalyst is applied to the surface of the base material 25 having the above characteristics, and a Pt / C catalyst is applied to a sheet-like carbon porous body. The electrolyte membrane 27 can be sandwiched between the air electrode 28 and formed by hot pressing.
As shown in FIGS. 5A and 5B, the fuel cell 29 has vent holes 35, 35,... For venting and promoting liquid fuel penetration on the upper surface of the substrate 25. The member 36 is attached.
By using this fuel cell 29 in the form of a cartridge, the connection operation of the fuel cells 29, the efficiency of electrical connection, the convection of air or liquid fuel due to the hollowing of the space between the cells (cells), and the diffusion rate increase. Can improve battery performance.

本実施形態では、上記燃料電池セル２９，２９…を保持すると共に、液体燃料貯蔵槽１０の吸蔵体１０ａから燃料供給体３０を介して燃料供給ホルダー体３２に各セル間が等間隔となるように取り付けられている。この各セル２９，２９間を１〜２０ｍｍ程度の等間隔とすることにより、セル間を対流、拡散する空気あるいは燃料の流れ、濃度が均一化され、各セルの出力が均一化され、電池の出力安定化を発揮することができる、なお、空気更新による、高出力化のため、適宜小型のファンを用いて、空気を強制対流してもよいものである。
この構造の燃料電池Ｃでは、各燃料電池セル２９の炭素質多孔体で液体燃料を浸透させると共に、外表面に形成される電極面を空気に曝す構造であり、図４に示すように、各燃料電池セルの長さ方向を水平にしても、垂直にしても又は斜めにしても、液体燃料の浸透方向が上からでも、下からでも、横からでも浸透させることができるので、液体燃料貯蔵槽１０から各燃料電池セル２９に直接液体燃料が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、各燃料電池セル２９に液体燃料が導入されて発電するものである。 In this embodiment, the fuel cells 29, 29... Are held, and the cells are equally spaced from the storage body 10a of the liquid fuel storage tank 10 to the fuel supply holder body 32 via the fuel supply body 30. Is attached. By setting the distance between the cells 29 and 29 to be equal to about 1 to 20 mm, the flow and concentration of air or fuel convection and diffusion between the cells are made uniform, the output of each cell is made uniform, and the battery The output can be stabilized, and air may be forcibly convected using a small fan as appropriate for high output by air renewal.
In the fuel cell C having this structure, the liquid fuel is infiltrated with the carbonaceous porous body of each fuel cell 29 and the electrode surface formed on the outer surface is exposed to air. As shown in FIG. Whether the fuel cell is oriented horizontally, vertically, or obliquely, the liquid fuel can be permeated from above, from below, or from the side. Liquid fuel can be supplied stably and continuously from the tank 10 to each fuel cell 29 without interruption, and the liquid fuel is introduced into each fuel cell 29 to generate electric power.

上記の単位セルを複数配列することによって、電極面積を拡大し体積当りの電力の出力密度を大きくすることができる。図４に示すように、セル間に隙間を保つように配列することによって、その隙間を空気供給のための流路として利用できるようになる。
本実施形態では、燃料電池セル２９の上端面となる通気通液孔３５，３５…に、使用済み燃料を吸蔵する燃料吸蔵体からなる一時的使用済み燃料貯蔵槽４２と燃料貯蔵槽１０が燃料再供給体６０ａを介して接続された形となっており、排燃料は直接燃料吸蔵体１０ａに戻されるようになっている。 By arranging a plurality of the unit cells, the electrode area can be expanded and the output density of power per volume can be increased. As shown in FIG. 4, by arranging the cells so as to maintain a gap between the cells, the gap can be used as a flow path for supplying air.
In the present embodiment, the temporarily used fuel storage tank 42 and the fuel storage tank 10 made of a fuel storage body for storing used fuel are provided in the vent holes 35, 35. It is connected via a resupply body 60a, and the exhausted fuel is directly returned to the fuel storage body 10a.

この実施形態の燃料電池Ｃは、第１実施形態の燃料電池Ａと同様に、燃料電池各要素の毛管力は、燃料吸蔵体１０ａ＜燃料再供給路６０（燃料再供給体６０ａ）であるので、燃料吸蔵体１０ａと燃料再供給路６０又は燃料再供給体６０ａと接触させると、燃料吸蔵体１０ａから燃料再供給路６０又は燃料再供給体６０ａへの燃料の流れができてしまうので、使用済み燃料が燃料貯蔵槽１０へ戻ることが無くなってしまう。従って、燃料吸蔵体１０ａと燃料再供給路６０又は燃料再供給体６０ａは接触する構成とはしないことが重要であり、本実施形態では燃料再供給体６０ａから滴下体６０ｂを設け、燃料貯蔵体１０内に使用済み燃料を滴下させ吸蔵体１０ａに吸蔵させるように構成している。 In the fuel cell C of this embodiment, as in the fuel cell A of the first embodiment, the capillary force of each element of the fuel cell is fuel storage body 10a <fuel resupply path 60 (fuel resupply body 60a). When the fuel storage body 10a is brought into contact with the fuel resupply path 60 or the fuel resupply body 60a, a fuel flow from the fuel storage body 10a to the fuel resupply path 60 or the fuel resupply body 60a can be used. The spent fuel will not return to the fuel storage tank 10. Therefore, it is important that the fuel occlusion body 10a and the fuel resupply path 60 or the fuel resupply body 60a are not in contact with each other. In this embodiment, the dropping body 60b is provided from the fuel resupply body 60a, and the fuel storage body 10 is configured such that spent fuel is dropped into the storage 10 and stored in the storage 10a.

このように構成される本実施形態の燃料電池Ｃでは、電気導電性を有する炭素質多孔体を基材２５とし、該基材２５の表面に電極２６／電解質２７／電極２８の各層を形成した単位セル２９をホルダー体３２に取り付け、基材２５に液体燃料を浸透させると共に、基材２５の外表面に形成される電極面を空気に曝す構造となり、上記基材２５を電極・集電体、液体燃料又はガスの浸透媒体、及び電池支持体として共有するものであり、燃料貯蔵槽１０の液体燃料を浸透作用により燃料電池セル２９に導入されて発電するものである。
本実施形態では、基材２５が上記特性、すなわち、電気導電性を有すると共に、液体燃料及びガスの浸透媒体、並びに、電池支持体として機能するので、液体燃料は外部に漏出することがなく、燃料電池Ｃを縦型配置、横型配置にされても、燃料貯蔵槽１０から単位セル２９に直接液体燃料が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。 In the fuel cell C of the present embodiment configured as described above, a carbonaceous porous body having electrical conductivity is used as the base material 25, and each layer of electrode 26 / electrolyte 27 / electrode 28 is formed on the surface of the base material 25. The unit cell 29 is attached to the holder body 32, the liquid fuel is infiltrated into the base material 25, and the electrode surface formed on the outer surface of the base material 25 is exposed to air. The liquid fuel or gas permeation medium and the battery support are shared, and the liquid fuel in the fuel storage tank 10 is introduced into the fuel cell 29 by the permeation action to generate electric power.
In the present embodiment, since the base material 25 has the above-described characteristics, that is, electric conductivity, and functions as a liquid fuel and gas permeation medium and a battery support, the liquid fuel does not leak to the outside. Even if the fuel cell C is arranged vertically or horizontally, liquid fuel can be supplied stably and continuously from the fuel storage tank 10 to the unit cell 29 without interruption.

この実施形態の燃料電池Ｃ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電気導電性を有する炭素質多孔体となる基材を電極・集電体、液体燃料又はガスの浸透媒体、及び電池支持体として共有することにより、セパレータを不要とすることができるので、この不要となった空間をガス又は液体燃料の対流・拡散の場に利用することで、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り、しかも、簡便に使用済み燃料の再利用を可能となる燃料電池が得られるものとなる。 In the fuel cell C of this embodiment, a base material that is a carbonaceous porous body having electrical conductivity without using an auxiliary device such as a pump, a blower, a fuel vaporizer, or a condenser is used as an electrode / current collector, liquid fuel. Alternatively, since the separator can be made unnecessary by sharing it as a gas permeation medium and a battery support, the space that has become unnecessary can be used for convection / diffusion of gas or liquid fuel. Since the fuel can be supplied smoothly without being vaporized, it is possible to reduce the size of the fuel cell and to obtain a fuel cell that can easily reuse spent fuel. It becomes.

また、この実施形態では、多孔質支持体となる基材２５の表面の大部分を電極として利用することができ、また、基材２５の多孔質炭素は燃料極の集電体をも兼ねるのでその端部で比較的容易にセル同士の電気的接続を行うことができる。
更に、この実施形態でも、燃料貯蔵槽１０又は使用済み燃料貯蔵槽４２にメタノール等の液体燃料の濃度センサ７０を取り付けてよいものである。このようにすればメタノール等の液体燃料が発電に供しなくなる濃度まで燃料の使用が可能であり、その濃度となったことはセンサから表示部７１を通じ使用者に終了サインとして伝えることができる。 Further, in this embodiment, most of the surface of the base material 25 serving as a porous support can be used as an electrode, and the porous carbon of the base material 25 also serves as a current collector for the fuel electrode. The cells can be electrically connected to each other relatively easily.
Furthermore, also in this embodiment, a concentration sensor 70 of liquid fuel such as methanol may be attached to the fuel storage tank 10 or the spent fuel storage tank 42. In this way, the fuel can be used up to a concentration at which liquid fuel such as methanol cannot be used for power generation, and the fact that the concentration has been reached can be transmitted from the sensor to the user through the display unit 71 as an end sign.

本発明の燃料電池は、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々変更することができるものである。
例えば、上記第１実施形態で燃料電池セル２０は円柱状のものを用いたが、角柱状、板状の他の形状のものであってもよく、また、燃料供給体３０との接続は直列接続のほか、並列接続であってもよい。
更に、上記実施形態では、直接メタノール型の燃料電池として説明したが、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が複数連結されると共に、該各単位セルには液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵槽に接続される浸透構造を有する燃料供給体又は燃料電極体が連結されて液体燃料が供給され、燃料供給体の終端は、使用済み燃料貯蔵槽に接続される燃料電池であって、前記使用済み燃料貯蔵槽と前記燃料貯蔵槽とが接続され、使用済み燃料が前記燃料貯蔵槽に供給されて液体燃料として再利用できる構成としてなるものであれば、本発明は上記直接メタノール型の燃料電池に限定されるものではなく、改質型を含む高分子改質膜型の燃料電池にも好適に適用することができるものである。 The fuel cell of the present invention is not limited to the above embodiments, but can be variously modified within the scope of the technical idea of the present invention.
For example, in the first embodiment, the fuel battery cell 20 has a cylindrical shape, but may have another shape such as a prismatic shape or a plate shape, and the connection with the fuel supply body 30 is in series. In addition to connection, parallel connection may be used.
Further, in the above embodiment, the direct methanol type fuel cell has been described. However, a unit formed by constructing an electrolyte layer on the outer surface of the fuel electrode body and constructing an air electrode layer on the outer surface of the electrolyte layer. A plurality of cells are connected, and each unit cell is connected to a fuel supply body or a fuel electrode body having a permeation structure connected to a fuel storage tank for storing liquid fuel, and supplied with liquid fuel. The end of the fuel cell is connected to a spent fuel storage tank, the spent fuel storage tank and the fuel storage tank are connected, and the spent fuel is supplied to the fuel storage tank as a liquid fuel. The present invention is not limited to the direct methanol type fuel cell as long as it can be reused, and is preferably applied to a polymer reformed membrane type fuel cell including a reformed type. Can Is.

本発明の第１実施形態の燃料電池を縦断面態様で示す図面である。It is drawing which shows the fuel cell of 1st Embodiment of this invention in the longitudinal cross-sectional aspect. （ａ）は図１の燃料電池に用いる単位セルの斜視図、（ｂ）はその部分縦断面図である。(A) is a perspective view of the unit cell used for the fuel cell of FIG. 1, (b) is the fragmentary longitudinal cross-sectional view. 本発明の第２実施形態の燃料電池を縦断面態様で示す図面である。It is drawing which shows the fuel cell of 2nd Embodiment of this invention in a longitudinal cross-sectional aspect. 本発明の第３実施形態の燃料電池を斜視図態様で示す概略図面である。It is the schematic drawing which shows the fuel cell of 3rd Embodiment of this invention in a perspective view aspect. （ａ）は図４の燃料電池に用いる単位セルの斜視図、（ｂ）は、単位セルの部分縦断面図である。(A) is a perspective view of the unit cell used for the fuel cell of FIG. 4, (b) is a partial longitudinal cross-sectional view of a unit cell.

Explanation of symbols

Ａ燃料電池
１０燃料貯蔵槽
２０燃料電池セル（単位セル）
３０燃料供給体
４０使用済み燃料貯蔵槽
６０燃料再供給路
７０液体燃料濃度センサ A Fuel cell 10 Fuel storage tank 20 Fuel cell (unit cell)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 Fuel supply body 40 Used fuel storage tank 60 Fuel resupply path 70 Liquid fuel concentration sensor

Claims

A plurality of unit cells are formed by constructing an electrolyte layer on the outer surface of the fuel electrode body and constructing an air electrode layer on the outer surface of the electrolyte layer, and liquid fuel is stored in each unit cell. The fuel supply body or the fuel electrode body having a permeation structure connected to the fuel storage tank is connected to supply liquid fuel, and the end of the fuel supply body is a fuel cell connected to the spent fuel storage tank. The fuel cell is characterized in that the spent fuel storage tank and the fuel storage tank are connected, and the spent fuel is supplied to the fuel storage tank and can be reused as liquid fuel.

The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel storage tank is provided with a liquid fuel concentration sensor.

The fuel cell according to claim 1, wherein a relay core is disposed at a connection portion between the spent fuel storage tank and the fuel storage tank.

The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein a relay core is disposed at a connection portion between the spent fuel storage tank and the fuel storage tank, and further a collector body is provided.

The fuel cell according to claim 4 , wherein the collector body is manufactured by injection molding or stereolithography, or the collector body is configured by a single-wafer body.

6. The fuel cell according to claim 4, wherein a surface free energy of the surface of the collector body is adjusted to be higher than that of the used liquid fuel.

The said spent fuel storage tank and / or the said fuel storage tank, or the connection part of the said spent fuel storage tank and the said fuel storage tank is removable. The fuel cell according to one.

The lid which can be opened and closed is provided in the connection part of the used fuel storage tank and / or the fuel storage tank, or the used fuel storage tank and the fuel storage tank. 8. The fuel cell according to any one of 7.

The fuel cell according to any one of claims 1 to 8, wherein the liquid fuel is at least one selected from methanol solution, dimethyl ether (DME), formic acid, hydrazine, ammonia solution, ethylene glycol, and sodium borohydride aqueous solution.