专利名称：燃料盒槽的制作方法
技术领域：
本发明涉及向将液体作为燃料的燃料电池供给燃料的燃料盒槽。
背景技术：
因为将液体作为燃料的燃料电池，与将气体作为燃料的燃料电池相比较，能量密度高，比较易于处理，作为便携用途正在进行开发。
现在，作为便携用途的电源，以锂二次电池为代表的二次电池是主流。在将此二次电池与燃料电池比较时，燃料电池具有不需要充电时间、在原理上只要向燃料电池补给燃料就可以半永久地发电的优点。作为补给燃料的方式，提出的有向附设于燃料电池的辅助燃料箱注入的方式和利用燃料盒槽的方式。燃料盒槽是装入了燃料的容器，是在随着燃料电池的发电，燃料电池的燃料不足时补给该燃料的装置。用户通过随身携带燃料盒槽，就可以随时随地连续驱动燃料电池，取得电力。
作为燃料盒槽，如专利文献1，提出利用毛细(wicking)结构体的毛细管力向燃料电池供给液体燃料的装置。
专利文献1日本专利特开2003-109633号公报发明内容利用毛细管力的液体输送，由于是利用数Pa量级的毛细管力，吸取液体的速度、从毛细管端到端的到达速度迟缓，在从燃料电池取得大于等于一定的电流时，有时不能向燃料电池供给燃料电池的发电反应所必需的充分的燃料。
本发明的燃料盒槽是向包含使液体燃料氧化的阳极、使氧还原的阴极、具有在上述阳极和上述阴极之间形成的固体高分子电解质膜的发电部、以及将上述液体燃料供给上述阳极的燃料吸取结构体的燃料电池供给燃料，包含贮藏液体燃料的容器、和容纳于上述容器中的多孔质的吸取件，且上述燃料吸取结构体利用向上述阳极供给液体燃料产生的毛细管负压供给燃料。
在液体燃料直接型燃料电池中，通过组合多孔质材料形成连续的输送路径，可以提供利用在阳极中产生的毛细管负压进行输送而不需要液体泵这样的辅机动力的高效率的电源。
图1为本发明的安装了燃料盒槽的燃料电池的概略剖面图。
图2为本发明的燃料电池的层叠结构的概略图。
图3为本发明的连接器的剖面图(A)及安装时剖面的概略图(B)。
图4为本发明的连接器的剖面图(A)及安装时剖面的概略图(B)。
图5为本发明的安装了燃料盒槽的燃料电池的概略剖面图。
图6为本发明的燃料盒槽的剖面概略图。
图7为本发明的连接器的剖面图(A)及安装时剖面的概略图(B)。
图8为本发明的燃料盒槽的剖面概略图。
图9为本发明的连接器的剖面图(A)及安装时剖面的概略图(B)。
(附图标记说明)1...燃料电池；2...燃料盒槽；3...燃料室；4...燃料吸取结构体；5...燃料盒槽用连接器；6...燃料输送用中芯；7...空气孔；8...气体排气用针孔；9...燃料室框体10...空气交换部11...阴极端板A；12...垫片；13...阴极端板B；14...螺钉；15...发电装置；16...输出端子；17、18...狭缝；19...输送用中芯；20...液体燃料保持部；21...辅助输送件；22...缝隙阀；23...收集器型空气交换部；24...收集器散热片；25...连接器；30...盒槽保持器；31...液体燃料；32...液短路防止板；33...辅助中芯；40...盖罩；41...中绵；42...固定用突起；43...固定用沟槽；50...燃料输送用中芯盖罩；51...弹簧；52...保持器通液孔；53...输送用中芯通液孔；54...输送用中芯保持器具体实施方式
以下对本发明的实施方式予以说明，但本发明并不限定于以下的在本实施方式中使用的以甲醇为燃料的燃料电池中，在以下所示的电化学反应中以甲醇具有的化学能直接变换为电能的形式发电。在阳极侧，供给的甲醇水溶液遵照(1)式发生反应分解为二氧化碳气体、氢离子及电子。
...(1)生成的氢离子在电解质膜中从阳极移动到阴极侧，在阴极电极上与从空气中扩散来的氧气和电极上的电子按照(2)式发生反应而生成水。
...(2)因此，伴随发电的全化学反应，如(3)式所示，甲醇受到氧的氧化而生成二氧化碳气体和水，化学反应式与甲醇着火燃烧一样。
...(3)单位电池的开路电压约为1.2V，但由于燃料浸透电解质膜的影响，实质上为0.85～1.0V，虽然没有特别的限定，但在实用负载运行下的电压选择为在0.2～0.6V左右的区域。所以，在作为实际电源使用时，按照负载机器的要求，将单位电池串联使用而得到预定的电压。单个电池的输出电流密度因电极催化剂、电极结构及其他影响而改变，在实际效果上是通过设计适当选择单个电池的发电部的面积而得到预定的电流。另外，在合适时也可以通过并联调整电池容量。
下面对本实施方式的燃料电池予以详细说明。
图1示出本发明的实施方式的燃料电池1和燃料盒槽2的结合后的概略图。
在燃料室3内容纳吸取燃料的燃料吸取结构体4。在燃料室框体9上设置燃料盒槽用连接器5，在其中心配置输送用中芯19，与燃料吸取结构体4结合。在燃料盒槽用连接器5上安装具有燃料输送用中芯6的填充有液体燃料31的燃料盒槽2。
燃料盒槽用连接器5，为了可以与燃料盒槽2的燃料输送用中芯6结合而使与燃料吸取结构体4结合的输送用中芯19具有凸型的连接器结构(示于图3)。在燃料盒槽用连接器5上设置有空气孔7，随着从燃料盒槽2经燃料输送用中芯6供给燃料，在盒槽内产生负压时从空气孔7经输送用中芯19、燃料输送用中芯6送入空气而消除负压。这样，空气孔7、输送用中芯19及燃料输送用中芯6构成用来调整伴随燃料的供给产生的燃料盒槽内的压力、使燃料供给稳定化的空气交换部10。在燃料室3中设置大于等于1个的排气用针孔8，具有使在燃料室3中发生的气体排出的功能。
图2示出本实施方式的燃料电池的基本结构。燃料电池中的图1的燃料室3由燃料室框体9形成，利用在其内部容纳的吸取结构体4的毛细管力保持燃料。在燃料吸取结构体4的一个表面上，电流收集器、输出端子16和MEA(膜电极结合体)一体化的发电装置15由燃料室框体9和阴极端板A11夹持，燃料室框体9和发电装置15由垫片12密封。另外，在燃料室框体9的另外一个表面上，配置有与上述相同的发电装置15和具有框体功能的另一个阴极端板B13，并且发电装置15和燃料室框体9由垫片12密封，由螺钉14将其整个以在面内推压压力均匀的方式固定和安装。
在燃料室框体9内容纳用于燃料供给的输送用中芯19，与燃料盒槽用连接器5(未图示)相连接，并且还设置有用来将在燃料室中产生的气体排出的针孔8。
在阴极端板A11、阴极端板B13的面上，与在发电装置15的阴极面上制作的用于空气扩散的狭缝17同步设置狭缝18。另一方面，虽然未图示，但在发电装置15的阳极面上设置有燃料供给用的狭缝，利用毛细管负压将由燃料吸取结构体4的毛细管力保持的液体燃料供给阳极。
其中，所谓毛细管负压，指的是在燃料吸取结构体4、阳极的毛细管中形成的连续的燃料输送路径的阳极附近，与用于发电等消耗的燃料相对应的体积的减小而产生的负压，利用这一负压，在毛细管(此处是多孔质材料的微孔)中填充的燃料利用毛细管负压供给阳极。
另一方面，在燃料吸取结构体4中，利用燃料盒槽2的燃料输送用中芯6的毛细管力保持的燃料由于与在阳极附近消耗的燃料的体积大小连动的毛细管负压而经输送用中芯供给燃料吸取结构体4。于是，燃料盒槽内的压力，通过在图1所示的燃料盒槽用连接器设置空气孔7并使其保持空气交换功能，就可以通过输送用中芯19将液体燃料保持部20的负压调整为大气压而可以继续供给燃料。
如上所述，本实施方式的燃料供给，是在与燃料吸取结构体4结合的阳极的毛细管、燃料吸取结构体4的毛细管、输送用中芯19的毛细管保持液体燃料，形成连续的液体燃料输送路径，利用在阳极部中由于燃料消耗发生的毛细管负压输送燃料盒槽内的燃料。其中，在将阳极的毛细管力记作PA、将燃料吸取结构体4的毛细管力记作PC、将该空气孔7的毛细管力记作PF，并且在各毛细管材料的表面是亲水性的表面时，PF≤PC＜PA的关系成立的话，填充在燃料盒槽中的液体燃料34被输送用中芯19所吸收，由于在阳极中发生的毛细管负压使其向着燃料吸取结构体4移动，并且还向着阳极的微孔进行移动而形成燃料输送路径。其中，将毛细管力PF、PC、PA大小定义为各自的多孔质材料的低部浸渍于液体燃料中，测定出的水面上的吸取高度。在由这些多孔质材料的微细孔形成连续的液体输送路径时，利用阳极的毛细管内液体燃料由于发电消耗而发生的毛细管负压来继续输送燃料。
此时，设置在燃料盒槽2内的燃料输送用中芯6只要是具有与输送用中芯19的毛细管力相同或比其小的毛细管力的材料即可，对其没有特别的限制。通过燃料输送用中芯6具有如图1所示的贯通盒槽内的结构，即使是将燃料电池变成为相对图示的姿势的电池反向，利用燃料输送用中芯6的毛细管力也可以将填充的液体燃料实质上全部用光。
之后，在供给到本发明的燃料电池的液体燃料，从气体排气用针孔8及空气孔7或燃料盒槽2取出时，形成不会发生燃料泄漏的燃料输送路径的最低限度的制约条件是选择毛细管材料或调整液体燃料的粘度，以使其满足以下的关系即可PA-PF＞ρgh其中，PA表示阳极的毛细管力，PF表示空气交换部的毛细管力，各毛细管材料的表面为亲水性的。式中，ρ表示液体燃料的粘度，g表示重力加速度，h表示从燃料盒槽到阳极的液面高低差。另外，在PA为阳极的毛细管力，液体燃料的界面张力为σ，θ为液体燃料和空气交换部多孔质材料的接触角时，也可以通过选择材料来使该空气交换部的微孔半径rC满足以下关系rC＞2σcosθ/(PA-ρgh)而达到。
此外，本发明的燃料电池电源，在受到来自外部的涉及电池内压变动的冲击，例如，气压变化、冲击等的作用时，为了一直到预定的压力PS燃料液体也不会泄漏，可以根据满足下式PA-PF＞ρgh+PSrC＞2σcosθ/(PA-ρgh-PS)地选定毛细管材料、调整燃料粘度或选择构成空气交换部的输送用中芯19的毛细管半径而实现。为了实际防止从电池的燃料泄漏，以疏水性多孔质膜对气体排气用针孔8进行密封的气液分离方法和通过结构设计延长从空气孔7到燃料盒槽的距离的辅助上述功能的方法也是有效的方法。
其次，在具有将燃料盒槽2内的燃料输送到燃料吸取结构体4的功能和构成空气交换部的功能的输送用中芯19中使用的材料，只要是作为结构体具有稳定的强度，能够耐受在电池环境下的腐蚀，不具有对于甲醇水溶液溶出的成分的材料即可，没有特别的限制；可以使用纸浆等天然纤维材料、由高分子等构成的多孔质材料、由合成纤维构成的多孔质材料、由陶瓷或金属等构成的多孔质材料等等。其中，为了与多种结构相对应，由具有挠性的聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚对苯二甲酸乙二酯等的单纱束材料、绵纱等的纤维素等的天然纤维或尼龙、涤纶、聚乙烯、聚丙烯、丙烯系、聚氨酯系、聚苯撑系、聚酯、聚对苯二甲酸乙二酯合成纤维的捻丝构成的多孔质体或具有连续孔的泡沫聚合物材料可以称为是优选材料。承担此空气交换部功能的输送用中芯19的平均微孔半径，设计制作成为在50～500μm范围之中。在微孔半径小于等于50μm时，与阳极微孔半径的差小，随着燃料消耗液体燃料的输送阻力也变大，是不利的；而在大于等于500μm时，要在微孔内连续保持液体燃料很困难，在不可能进行燃料输送的同时，从燃料室3会发生液漏。当然，在此场合下，微孔半径也不是单值的，而是可以在使用的材料和液体燃料的接触角的关系中选择。在燃料盒槽内使用的燃料输送用中芯6，最好是与在上述燃料室内使用的燃料输送用中芯19实质上相同的东西，但对此并无特别的限制，也可以使用另外的材料。此时，所使用的燃料输送用中芯6具有的微孔半径可在50～500μm范围内选择，并且通过使其与输送用中芯19具有的微孔半径同样或更大，盒槽内的液体燃料就可以稳定地向阳极输送。
这样，根据本发明的燃料电池电源的燃料供给系统的特征在于，其结构为通过组合多个多孔质材料形成路径，利用随着发电在阳极中的燃料消耗而发生的毛细管负压吸取燃料，并随着燃料消耗进行稳定的燃料输送。
在将不同的多孔质材料结合时，在相互的接触面的整合性差、在接触面的周围产生空间时，由于存在充满该空间的气体，在输送燃料时，不充分形成连续的输送路径，不能充分利用毛细管负压，液体燃料的输送阻力会变大。于是，在其接触面上夹有挠性优异、形状整合性优异的具有连续微孔的多孔质材料，例如，纤维素、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚氨酯、碳纤维或金属纤维等的纤维状多孔质材料、高分子制的海绵状的多孔质材料是有效的方法。其结果，接触面的液体输送路径可充分形成，液体的移动阻力也可以缓和。
此时，通过使辅助输送件21具有的连续微孔的平均微孔半径rC满足以下的关系ρghC≤2σcosθC/rC≤2σcosθf/rf+ρghf就可以不发生漏液而向阳极稳定输送液体燃料。其中，rf是在上述输送用中芯上形成的输送用毛细管半径，hf是上述燃料容器的燃料填充高度，hC是以水柱高度表示的气泡压力壁垒，σ是液体燃料的粘度，θC、θf分别表示液体燃料对上述辅助输送件的接触角和液体燃料对输送用中芯的接触角。气泡压力壁垒hC，是表示从外部对安装有本发明的燃料盒槽的燃料电池施加的冲击的压力的量，上述的关系式，可以不会由于外部冲击等的压力发生液漏并且可以利用比填充在盒槽内的液体燃料输送用中芯6的毛细管力和燃料盒槽2内的燃料的落差高的毛细管力使液体燃料移动到输送用中芯19而形成燃料输送路径。
燃料室框体9的材料，只要是实质上具有绝缘性，具有支持电池结构的强度和在运行环境下的耐蚀性的材料就可以，没有特别的限制，可以采用高密度氯乙烯、高密度聚乙烯、高密度聚丙烯、环氧树脂、聚醚醚酮类、聚醚砜类、聚碳酸酯或经过玻璃纤维强化的这些材料。另外，可以采用碳质板及钢、镍、其它轻质的钛、铝、镁等的金属及合金材料，或以铜-铝等为代表的金属间化合物及各种不锈钢，并使用使其表面不导电的方法及涂覆树脂而绝缘化的方法。
图3(A)示出以燃料电池1的燃料盒槽用连接器5作为凸型连接器、以燃料盒槽2的前端作为凹型连接器结构的场合的概貌。
燃料盒槽用连接器5，设置在燃料电池1的燃料室框体9的一部分之上，收容在一部分开口的壳体中的输送用中芯19用作凸型连接器，形成从燃料盒槽2到燃料吸取结构体4的液体燃料输送路径。在此燃料盒槽用连接器5的一部分上至少设置一个或更多个具有空气交换功能的空气孔7。另一方面，在燃料盒槽侧设置的凹型连接器由燃料输送用中芯6和缝隙阀22构成，在凹型连接器的前端填充有用来使与燃料电池1侧的凸型连接器的输送用中芯19的接触稳定的辅助输送件21。
图3(B)示出在燃料电池1上安装燃料盒槽2时的剖面结构的概略。
为了安装燃料盒槽2，在插入到燃料盒槽用连接器5时，形成凸型的连接器的输送用中芯19，贯通缝隙阀22与盒槽内的凹型连接器前端的辅助输送件21相接触。其结果，燃料通过由毛细管(微孔)形成的燃料输送用中芯6、输送用中芯19、燃料室3内的燃料吸取结构体4的连续的液体燃料输送路径，供给在阳极进行发电反应时利用毛细管负压消耗的燃料。对燃料盒槽2和燃料电池1的连接采用一般使用的方法即可，没有特别的限制，但以螺钉方式将燃料盒槽2固定到燃料盒槽用连接器5的方法、以钩扣固定的方法或以棘爪式结构固定的方法是有效的。当缝隙阀22是逆止阀时，防止燃料反流，在以过滤器这样的装置替换时结构简单。
作为适合这种输送系统的燃料盒槽，具有多孔质中芯，并且通过设置辅助输送件而形成稳定的燃料输送路径，可以进行液体移动阻力小的燃料供给。另外，通过设置空气交换部或断流阀机构可以提供不会产生液漏的安全的燃料盒槽。
在燃料盒槽内填充作为预定浓度的燃料的甲醇水溶液。燃料浓度因使用的电解质膜的性质而异。就是说，在甲醇渗透性(cross-over)大的全氟化碳膜中为比较低的浓度，在磺酸化烃类膜中可以使用高浓度的甲醇水溶液。一般，在供给直接液体燃料的方法中，在全氟化碳类电解质膜中，使用3～10wt％的甲醇水溶液，在烃类电解质膜中可以使用10～40％的甲醇水溶液。然而，在采用使用吸取件的毛细管力的燃料供给系统时，由于液体燃料与阳极的实际接触率降低，甲醇、水的实际渗透量可以减小。因此，与供给直接液体燃料的场合相比较，即使是提高燃料浓度运行，也可以运行而不会招致基于渗透的阴极中的发热、阴极的液泛及电池性能的下降。例如，就全氟化碳类电解质膜而言，最大25wt％，就烃类电解质膜而言，将浓度提高到最大40wt％也可以稳定地运行。当然，在使用渗透更小的电解质膜时，可以直接使用更高浓度燃料运行。其结果，其特征在于可以提高燃料的利用率，可以利用更高浓度燃料运行，使用的燃料的能量密度可以提高，燃料每填充一个的电源能量密度，即发电持续时间可以大幅度延长。
在本实施方式的燃料输送中，由构成毛细管的材料、微孔半径等特性决定燃料输送速度及漏液防止效果。然而，在使用甲醇浓度不同的燃料时，由于甲醇浓度不同，表面张力、固液接触角、液体粘度等改变，毛细管输送材料的输送速度和漏液防止效果等也改变。因此，为了对浓度不同的燃料确保互换性，在燃料液体中添加无电化学活性的物质使固液接触角、粘度等改变而进行调整的方法是有效的方法。例如，为了使燃料的粘度改变，可以添加从作为高级醇类的乙二醇、庚醇、辛醇等；作为糖类的核糖、脱氧核糖、葡萄糖、果糖、半乳糖、山梨糖醇等；作为纤维素醚类的甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素等，还有琼脂、凝胶等之中选择的一种或多种。添加量根据设定的液粘度选择，大概0.1mol％～1mol％左右为优选。添加了上述物质的甲醇水溶液，可以调整到所要求的粘度的同时，由于提高了液体燃料的渗透压，作为附带效果，可以减小水、甲醇的渗透，提高燃料利用率。
另外，在液体燃料添加使用分散有色固体微粒的所谓的颜料，可以使燃料的识别、燃料余量的视认、燃料用途的确认等容易进行，在确保电源系统、燃料供给系统的安全性方面是有效的方法。也可以在液体燃料中添加染料等进行着色，但在此场合，由于溶解于液体燃料中令人担心电极会吸收而中毒，或者由于从电池结构部件有成分溶出而加速燃料电池或结构材料的劣化，所以通过使用分散有色固体微粒的所谓的颜料可以在不损害燃料电池电源的可靠性的情况下提高安全性。
作为可以添加进行着色的市售颜料可以举出的有C.I.PigmentYellow 24，101，108，109，110，117，120，123，138，139，135；C.I.Pigment Orange 2，5，17，24，31，36，38，40，43；C.I.PigmentRed 1，2，3，4，5，7，9，10，12，14，15，17，18，22，23，31，48，49，50，53，57，58，60，63，64，81，83，87，112，122，123，144，146，149，166，168，170，171，175，176，177，178，179，185，187，188，198，190，192，194，208，209，216，243，245；C.I.Pigment Violet 1，3，19，23，31，32，33，36，38，49，50；C.I.Pigment Blue 1，2，15，16，22，25，63；C.I.Pigment Green 8，10，12，47；C.I.Pigment Brown 1，5，25，26，28；C.I.Pigment Black1，7等等。对着色的色调没有特别的限制，但使用蓝色系统的颜料，即C.I.Pigment Blue系统的颜料，可以说会给人以避免误认为是饮料的感觉，表示警告，可以说是在确保安全性方面是有效的手段。
以上，说明的是实施本发明的形态，下面对本发明的最有特征性的几个实施例进行更详细的说明。
(实施例1)图4(A)示出以空气交换部是连接器结构为特征的本实施例的燃料电池1和燃料盒槽2相结合的燃料盒槽用连接器5的凸型连接器和燃料盒槽2的凹型连接器结构。
燃料盒槽用连接器5设置在燃料电池1的燃料室框体9的一部分上，输送用中芯19作为凸型连接器与燃料吸取结构体4相连接而承担燃料输送功能。此输送用中芯19，是由聚丙烯纤维束材料构成的，在纤维间形成的毛细管的平均半径为大约200μm。在该盒槽用连接器5的一部分上设置具有空气交换功能的收集器型空气交换部23，具有燃料输送量控制和燃料泄漏防止的功能。此收集器结构，如图4A-A’剖面图所示，由在轴上具有切槽的多片的收集器散热片24构成输送用中芯19，此切槽部为空气孔。另一方面，设置在燃料盒槽2侧的凹型连接器，由燃料输送用中芯6和缝隙阀22构成，在凹型连接器的前端，作为用来使与燃料电池1侧的凸型连接器的输送用中芯19的结合稳定的辅助输送件21，填充有用于将凸型燃料盒槽用连接器5插入的切槽装入到具有平均微孔半径200μm的连续微孔的多孔质聚氨酯型具中的构件。这样，在凸型燃料盒槽用连接器5和设置在燃料盒槽内的燃料输送用中芯6之间的燃料输送路径就可靠地形成，在接触面上不会形成多余的空间，并且可以减小燃料输送时的流体阻力。
图4(B)示出在燃料电池1上安装燃料盒槽2时的剖面结构的概貌。
为了安装燃料盒槽2，在插入到凸型燃料盒槽用连接器5时，凸型的突起部分，贯通缝隙阀22经辅助输送件21，与燃料输送用中芯6结合，而燃料利用毛细管力形成燃料输送用中芯6、辅助输送件21、输送用中芯19到燃料室3内的燃料吸取结构体4的连续的液体燃料输送路径，利用随着发电发生的毛细管负压向阳极供给燃料。
这样制成的示于图1的结构的燃料电池1安装有填充了30wt％甲醇水溶液的燃料盒槽，在室温下实施发电试验时的输出为2.4V，0.8W。可以确认，此燃料电池1，在手持时无论是什么姿势，输出也不会改变，在手持时即使受到挥动液体燃料也不会泄漏而继续发电。
本实施例是在同一面内将多个MEA进行电串联的发电装置15，采用的是具有多孔质的燃料吸取结构体4的电池结构。燃料吸取结构体4和燃料输送用中芯6，经辅助输送件21，输送用中芯19结合，在燃料盒槽用连接器上形成具有收集器结构的空气交换部，并且还形成凸型连接器，具有与燃料盒槽结合的功能。这样，从燃料盒槽到阳极连续形成利用毛细管的液体输送路径。燃料输送路径，以在燃料盒槽和燃料室框体内使用的输送用中芯部分平均为约200μm，在燃料吸取结构体4中平均为约50μm，以及在阳极中平均为约20μm这样的序列从燃料盒槽到电极将微孔直径设计成为以阶梯方式减小，可以使燃料盒槽用连接器5的燃料迅速输送到燃料吸取结构体4，以燃料填充燃料室内，形成稳定的燃料输送路径。
(实施例2)
图5示出本实施例的燃料电池的燃料室3的纵剖面结构。此燃料电池1，虽然未图示，但与实施例1一样，是由燃料室框体9、垫片12、发电装置15、阴极端板A11、阴极端板B13构成的。在燃料室3的内部容纳有液体燃料吸取结构体4，在燃料吸取结构体中与实施例1同样地使用具有平均直径50μm的微孔的SUS316L泡沫体。此燃料电池1的结构为在燃料室3的两面配置的合计12个MEA串联结合，与实施例1的很大的不同是采用了在配置在燃料电池1的中央部分的燃料盒槽保持器30中容纳燃料盒槽2的结构。另外，为了使夹持燃料室3的串联的发电装置15间具有防止液短路的功能，将燃料吸取结构体4一分为二，在其间插入液短路防止板32。燃料盒槽用连接器5，具有收集器结构的空气交换部10，具有凸型连接器结构。燃料盒槽2，使用具有与实施例1使用的相同的结构的凹型连接器盒槽。
这样制成的电源的尺寸为120mm×100mm×15mm，安装有填充了30wt％甲醇水溶液的燃料盒槽，在室温下实施发电试验时的输出为4.0V，1.28W。此电源，实际上不存在由于在燃料室内存在的离子性物质引起的MEA间的液短路导致的电源电压的降低，即使是在从各MEA取出电压端子的结构时，各MEA的电压大概处于0.33±0.02的范围。可以确认，本实施例的电池，在手持时无论是什么姿势，输出也不会改变，在手持时即使受到挥动液体燃料也不会泄漏而继续发电。
(实施例3)在本实施例中，其特征在于如图6所示，将燃料盒槽2制成凸型，在此连接器部设置收集器式空气交换部，将燃料电池1侧制成凹型。
燃料盒槽2，由聚丙烯制的连接器25和液体燃料保持部20的至少2室构成，连接器25由具有收集器结构的收集器型的空气交换部23和将其贯通的平均微孔半径为200μm的聚丙烯制的燃料输送用中芯6构成。在液体燃料保持部20上连接有另一个与燃料输送用中芯6相连接的辅助中芯33。此辅助中芯33配置成为到达液体燃料保持部20的另一方的端部，并且用空隙率约90体积％的亲水性聚酯纤维制中绵41包围，于其中保持液体燃料。也可以只使用燃料输送用中芯6代替使用辅助中芯33进行燃料供给，但通过使燃料输送用中芯6和辅助中芯33相连接，形成燃料供给路径，具有可以使容器内填充的液体燃料充分用光的效果。未使用的燃料盒槽2，由气密的盖罩40密封。为了具有盖罩的气密性，在连接器25上以环形形状设置固定用突起42，在盖罩40的内表面上设置环状的固定用沟槽43。在将燃料盒槽2安装到燃料电池1时，取下此盖罩40，将燃料盒槽2插入燃料盒槽用连接器5。
在燃料室框体9中一体化的燃料盒槽用连接器5为凹型的场合，如图7(A)、(B)所示。燃料盒槽用连接器5，具有与盖罩40相同的固定用沟槽43。使用过的燃料盒槽，通过以上述盖罩40密封后回收或丢弃，可以防止残留液体燃料的泄漏而安全地进行处理。
另外，在燃料电池1侧的成为凹型的燃料盒槽用连接器5的燃料输送用中芯6插入的部分中，为了提高输送用中芯19和燃料输送用中芯6的接触性，配置有辅助输送件21。在辅助输送件21中使用具有平均微孔半径175μm的连续微孔的多孔质纤维素纤维垫。
(实施例4)在本实施例中，其特征在于如图8所示，将燃料盒槽2制成凸型，在此连接器部设置输送量大的低阻力型的收集器式空气交换部，将燃料电池1侧制成凹型，并且设置具有断流阀功能的燃料输送用中芯盖罩50。
燃料盒槽2，由聚丙烯制的连接器部25和液体燃料保持部20至少两个室构成，连接器部25由具有输送量大的低阻力型的收集器结构的收集器型空气交换部23和将其贯通的平均微孔半径为200μm的聚丙烯制的燃料输送用中芯6构成。此燃料输送用中芯6，如图9(A)所示，是和具有输送用中芯通液孔53的燃料输送用中芯盖罩50一体化的结构。此一体化的燃料输送用中芯，在设置在液体燃料保持部内的具有保持器通液孔52的输送用中芯保持器内，由弹簧51支持和容纳。在不使用燃料盒槽，安装了盖罩40时，通过弹簧51的推压燃料输送用中芯6处于突出状态，输送用中芯通液孔53和保持器通液孔52不连通而成为液密封状态。在去掉燃料输送用中芯盖罩50，安装到燃料电池1中时，如图9(B)所示，燃料输送用中芯6受到燃料电池1的凹型连接器5的推压后退到液体燃料保持部20内，成为输送用中芯通液孔53和保持器通液孔52连通的状态而形成燃料输送路径。
这样，就成为在不使用盒槽时即使是去掉盖罩，容纳在内部的液体燃料的泄漏受到收集器式空气交换部和输送用中芯盖罩的断流阀机构的双重密封的结构。
权利要求
1.一种燃料盒槽，向燃料电池供给燃料，该燃料电池包含使液体燃料氧化的阳极、使氧还原的阴极、具有在上述阳极和上述阴极之间形成的固体高分子电解质膜的发电部、以及将上述液体燃料供给上述阳极的燃料吸取结构体，其特征在于该燃料盒槽包含贮藏液体燃料的容器、和容纳于上述容器中的多孔质的燃料输送用中芯，且上述燃料吸取结构体利用在上述阳极中消耗液体燃料而产生的毛细管负压供给燃料。
2.一种燃料盒槽，其特征在于包含贮藏燃料且形成上述燃料通过的通过孔的容器、容纳于上述容器中的多孔质的燃料输送用中芯、以及由多孔质的挠性材料构成的辅助输送件，且上述辅助输送件与上述燃料输送用中芯相连接并配置在上述通过孔中。
3.如权利要求2所述的燃料盒槽，其特征在于上述辅助输送件是挠性多孔质材料，其微孔半径rC满足以下的关系ρghC≤2σcosθC/rC≤2σcosθf/rf+ρghf其中，rf是在上述输送用中芯上形成的输送用毛细管半径，hf是上述燃料容器的燃料填充高度，hC是以水柱高度表示的气泡压力壁垒，σ是液体燃料的粘度，θC、θf分别表示液体燃料对上述辅助输送件的接触角和液体燃料对输送用中芯的接触角。
4.一种燃料盒槽，其特征在于在上述燃料盒槽中使用的输送件用中芯及辅助输送件的一部分被容纳于输送用中芯保持器，且上述输送用中芯保持器以在燃料电池安装时为开、在脱离时为闭的状态被容纳于该燃料容器。
5.一种燃料盒槽，其特征在于在上述燃料盒槽中使用的输送件用中芯及辅助输送件的一部分被容纳于输送用中芯保持器，且上述输送用中芯保持器利用弹簧机构以在燃料电池安装时为开、在脱离时为闭的状态被容纳于该燃料容器。
全文摘要
提供一种燃料盒槽，其目的在于解决以下问题，即利用毛细管力的液体输送，由于是利用数Pa量级的毛细管力，吸取液体的速度、从毛细管端到端的到达速度迟缓，在从燃料电池取得大于等于一定的电流时，有时不能向燃料电池供给燃料电池的发电反应所必需的充分的燃料的问题。本发明的燃料盒槽向包含使液体燃料氧化的阳极、使氧还原的阴极、具有在上述阳极和上述阴极之间形成的固体高分子电解质膜的发电部、以及将上述液体燃料供给上述阳极的燃料吸取结构体的燃料电池供给燃料，包含贮藏液体燃料的容器、和容纳于上述容器中的多孔质的吸取件，且上述燃料吸取结构体利用向上述阳极供给液体燃料而产生的毛细管负压供给燃料的燃料盒槽。
文档编号H01M8/06GK1941474SQ200610006369
公开日2007年4月4日 申请日期2006年1月17日 优先权日2005年9月28日
发明者加茂友一, 相马宪一 申请人:株式会社日立制作所