JP4830278B2

JP4830278B2 - Fuel cell system and fuel container for power generation

Info

Publication number: JP4830278B2
Application number: JP2004263323A
Authority: JP
Inventors: 康成椛澤
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2024-09-10
Also published as: JP2006079956A

Description

本発明は、燃料電池システム及び発電用燃料容器に関し、特に、発電用燃料から生成された水素ガスを用いて発電動作を行う燃料改質供給型の燃料電池システム、及び、該燃料電池システムに適用して良好であって、燃料電池本体を含む発電モジュールに対して着脱可能な構造を有する発電用燃料容器に関する。 The present invention relates to a fuel cell system and a fuel container for power generation, and more particularly, to a fuel reforming supply type fuel cell system that performs a power generation operation using hydrogen gas generated from power generation fuel, and to the fuel cell system. The present invention relates to a fuel container for power generation that is good and has a structure that can be attached to and detached from a power generation module including a fuel cell body.

近年、環境問題やエネルギー問題への関心の高まりに伴い、次世代の主流となる電源システム（又は、発電システム）として、温暖化ガスや汚染物質をほとんど排出しないため環境への影響（環境負荷）が極めて小さく、かつ、旧来の発電システムに比較して極めて高い発電効率（エネルギー変換効率）を実現することができる燃料電池（又は、燃料電池を用いた電源システム）の本格的な普及に向けた研究開発が盛んに行われている。 In recent years, with increasing interest in environmental issues and energy issues, the next generation mainstream power supply system (or power generation system) has little impact on the environment because it emits almost no greenhouse gases or pollutants (environmental impact). The fuel cell (or power supply system using the fuel cell) that can achieve extremely high power generation efficiency (energy conversion efficiency) compared to the conventional power generation system is extremely small. Research and development is actively conducted.

このような燃料電池を用いた電源システムは、例えば、自動車分野において、排気ガス等の排出による環境負荷が大きいガソリンエンジンやディーゼルエンジンに代わる駆動装置である電気モータの駆動電源として、また、事業所や家庭等の電力分野において、電力会社の発電所からの電力に代わる低損失の発電設備として、実用化や製品化され、今後、一層普及することが期待されている。 Such a power system using a fuel cell is used, for example, as a drive power source for an electric motor, which is a drive unit that replaces a gasoline engine or a diesel engine, which has a large environmental load caused by exhaust gas or the like in the automobile field. In the field of electric power such as homes and the like, it has been put to practical use and commercialized as a low-loss power generation facility that replaces the power from the power plant of an electric power company, and is expected to become more popular in the future.

そして、このような燃料電池システムにおいては、近年、システムを大幅に小型化して、ノート型パーソナルコンピュータ（ノートパソコン）やデジタルカメラ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話等の携帯型の電子機器（携帯機器）の電源ユニットとして適用する試みが盛んに行われている。 In such a fuel cell system, in recent years, the system has been greatly reduced in size, and portable electronic devices such as notebook personal computers (notebook personal computers), digital cameras, personal digital assistants (PDAs), and mobile phones ( Many attempts have been made to apply it as a power supply unit for portable equipment.

ここで、周知の燃料電池（固体高分子型燃料電池）の例について、簡単に説明する。
一般に、固体高分子膜を電解質膜（イオン交換膜）とする燃料電池（固体高分子型燃料電池）における発電動作は、アノード極（燃料極）において発電用燃料から水素イオンと電子が生成され、該水素イオンが電解質膜を介して透過し、カソード極（酸素極）側で酸素分子と結合する際に、アノード極側からカソード極側へ移動する電子を取り出すことにより電気エネルギー（電力）を得ることができるものである。 Here, an example of a known fuel cell (solid polymer fuel cell) will be briefly described.
In general, in a power generation operation in a fuel cell (solid polymer fuel cell) using a solid polymer membrane as an electrolyte membrane (ion exchange membrane), hydrogen ions and electrons are generated from the power generation fuel in the anode electrode (fuel electrode), When the hydrogen ions permeate through the electrolyte membrane and combine with oxygen molecules on the cathode electrode (oxygen electrode) side, electric energy (electric power) is obtained by taking out electrons moving from the anode electrode side to the cathode electrode side. It is something that can be done.

また、燃料電池本体（アノード極側）に供給される発電用燃料としては、水素ガスが直接供給されることが望ましいが、このような水素ガスを直接燃料電池本体に供給するシステムは、水素ガスの生成、貯蔵、供給等における技術面や安全面における取り扱いの難しさや、経済的な観点等から、事業所における発電設備や自動車等の駆動電源等の比較的大型のシステムにおいてのみ実用化が図られている。 In addition, it is desirable that hydrogen gas is directly supplied as a power generation fuel supplied to the fuel cell main body (anode electrode side), but a system for supplying such hydrogen gas directly to the fuel cell main body is hydrogen gas. In terms of technical and safety handling, generation, storage, and supply, etc., and economical viewpoints, it can only be put to practical use in relatively large systems such as power generation equipment and driving power sources for automobiles. It has been.

これに対して、小型の電子機器（携帯機器）等への適用が検討されている燃料電池システムにおいては、比較的入手や取り扱いが容易で、製造コストも安価な、エタノールやメタノール等の炭化水素系の液体燃料（アルコール類）を適用したものが実用化されている。そして、このような燃料電池システムにおける液体燃料からなる発電用燃料の供給方式としては、当該発電用燃料（メタノール等）を直接燃料電池本体のアノード極に供給する燃料直接供給方式と、該発電用燃料を改質して得られる水素ガスをアノード極に供給する燃料改質供給方式と、が知られている。 On the other hand, in fuel cell systems that are being considered for application to small electronic devices (portable devices), hydrocarbons such as ethanol and methanol are relatively easy to obtain and handle and inexpensive to manufacture. The one to which the liquid fuel (alcohols) of the system is applied has been put into practical use. In addition, as a method for supplying power generation fuel composed of liquid fuel in such a fuel cell system, a fuel direct supply method for directly supplying the power generation fuel (such as methanol) to the anode electrode of the fuel cell main body, There is known a fuel reforming supply system that supplies hydrogen gas obtained by reforming fuel to an anode electrode.

図１２は、燃料直接供給方式を採用した固体高分子型の燃料電池を示す概略構成図であり、図１３は、燃料改質供給方式を採用した固体高分子型の燃料電池を示す概略構成図である。ここで、同等又は同一の構成については同一の符号を付して説明する。
図１２に示すように、まず、燃料電池本体１１０Ａは、概略、所定の触媒微粒子（例えば、白金や白金・ルテニウム等）が付着した炭素電極からなるアノード極１１１と、所定の触媒微粒子（白金等）が付着した炭素電極からなるカソード極１１２と、アノード極１１１とカソード極１１２の間に介挿されたフィルム状の電解質膜（イオン交換膜）１１３と、を有して構成されている。 FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a solid polymer type fuel cell adopting a direct fuel supply system, and FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a solid polymer type fuel cell adopting a fuel reforming supply system. It is. Here, identical or identical components will be described with the same reference numerals.
As shown in FIG. 12, first, the fuel cell main body 110A roughly includes an anode 111 made of a carbon electrode to which predetermined catalyst fine particles (for example, platinum, platinum / ruthenium, etc.) are attached, and predetermined catalyst fine particles (platinum, etc.). ) To which the cathode electrode 112 is formed, and a film-like electrolyte membrane (ion exchange membrane) 113 interposed between the anode electrode 111 and the cathode electrode 112.

そして、このような構成を有する燃料電池本体１１０Ａに対して、燃料直接供給方式においては、図１２に示すように、アノード極１１１側に、発電用燃料（例えば、メタノールＣＨ_３ＯＨ）及び水Ｈ_２Ｏが直接供給され、一方、カソード極１１２には大気（空気）中の酸素Ｏ_２が供給される。 For the fuel cell main body 110A having such a configuration, in the fuel direct supply system, as shown in FIG. 12, the fuel for power generation (for example, methanol CH ₃ OH) and water H are provided on the anode electrode 111 side. ₂ O is directly supplied, while oxygen (O ₂ ) in the atmosphere (air) is supplied to the cathode 112.

この燃料直接供給方式の燃料電池における発電動作に係る電気化学反応は、アノード極１１１にメタノールＣＨ_３ＯＨが直接供給されると、次の化学反応式（２１）に示すように、触媒反応により電子ｅ⁻が分離して水素イオン（プロトン）Ｈ^＋が発生し、電解質膜１１３を介してカソード極１１２側に通過するとともに、アノード極１１１を構成する炭素電極により電子ｅ⁻が取り出されて負荷ＬＤに供給される。
２ＣＨ_３ＯＨ＋２Ｈ_２Ｏ → １２Ｈ^＋＋１２ｅ⁻＋２ＣＯ_２・・・（２１）
なお、この化学反応においては、メタノールＣＨ_３ＯＨのほかに、反応を促進するために水Ｈ_２Ｏを必要とするため、数％のメタノール水溶液が適用される。 When the methanol CH ₃ OH is directly supplied to the anode electrode 111, the electrochemical reaction related to the power generation operation in the fuel cell of this direct fuel supply system is shown in the following chemical reaction formula (21). The e ⁻ is separated to generate hydrogen ions (protons) H ^+, which pass through the electrolyte membrane 113 to the cathode electrode 112 side, and the electrons e ⁻ are taken out by the carbon electrode constituting the anode electrode 111 to load LD. To be supplied.
2CH ₃ OH + 2H ₂ O → 12H ⁺ + 12e ⁻ + 2CO ₂ (21)
In this chemical reaction, in addition to methanol CH ₃ OH, water H ₂ O is required to promote the reaction, and therefore a several percent aqueous methanol solution is applied.

一方、カソード極１１２に空気（酸素Ｏ_２）が供給されることにより、次の化学反応式（２２）に示すように、触媒により負荷ＬＤを経由した電子ｅ⁻と電解質膜１１３を通過した水素イオンＨ^＋と空気中の酸素Ｏ_２が反応して、副生成物として水（Ｈ_２Ｏ）が生成される。
１２Ｈ^＋＋３Ｏ_２＋１２ｅ⁻ → ６Ｈ_２Ｏ・・・（２２） On the other hand, when air (oxygen O ₂ ) is supplied to the cathode electrode 112, as shown in the following chemical reaction formula (22), the electron e ⁻ via the load LD and the hydrogen passed through the electrolyte membrane 113 by the catalyst. The ions H ⁺ and oxygen O ₂ in the air react to produce water (H ₂ O) as a by-product.
12H ⁺ + 3O ₂ + 12e ⁻ → 6H ₂ O (22)

このような一連の触媒反応（電気化学反応）は、概ね室温から８０℃程度の比較的低温の温度条件で進行し、電気エネルギー（電力）以外の副生成物は基本的に水Ｈ_２Ｏのみとなる。なお、このような電気化学反応により取り出される電気エネルギーは、燃料電池本体１１０Ａのアノード極１１１に供給される発電用燃料（メタノール及び水）の量に依存する。 A series of such catalytic reactions (electrochemical reactions) proceed under a relatively low temperature condition of about room temperature to about 80 ° C., and by-products other than electric energy (electric power) are basically only water H ₂ O. It becomes. The electrical energy extracted by such an electrochemical reaction depends on the amount of power generation fuel (methanol and water) supplied to the anode electrode 111 of the fuel cell main body 110A.

また、燃料改質供給方式においては、図１３に示すように、図１２と同等の構成を有する燃料電池本体１１０Ｂにおいて、図示を省略した改質器（詳しくは後述する）により発電用燃料（例えば、メタノールＣＨ_３ＯＨ）を改質して得られた水素ガスＨ_２がアノード極１１１側に供給され、一方、カソード極１１２には大気（空気）中の酸素Ｏ_２が供給される。 Further, in the fuel reforming supply system, as shown in FIG. 13, in the fuel cell main body 110B having the same configuration as that in FIG. The hydrogen gas H ₂ obtained by reforming methanol CH ₃ OH) is supplied to the anode 111 side, while oxygen O ₂ in the atmosphere (air) is supplied to the cathode 112.

これにより、燃料改質供給方式の燃料電池における発電動作に係る電気化学反応は、アノード極１１１に水素ガスＨ_２が供給されると、次の化学反応式（２３）に示すように、触媒反応により電子（ｅ⁻）が分離して水素イオンＨ^＋が発生し、電解質膜１１３を介してカソード極１１２側に通過するとともに、アノード極１１１を構成する炭素電極により電子ｅ⁻が取り出されて負荷ＬＤに供給される。
２Ｈ_２ → ４Ｈ^＋＋４ｅ⁻ ・・・（２３） As a result, when the hydrogen gas H ₂ is supplied to the anode 111, the electrochemical reaction related to the power generation operation in the fuel reforming and supplying fuel cell is catalytic reaction as shown in the following chemical reaction formula (23). As a result, electrons (e ⁻ ) are separated and hydrogen ions H ⁺ are generated and pass through the electrolyte membrane 113 to the cathode electrode 112 side, and electrons e ⁻ are taken out by the carbon electrode constituting the anode electrode 111 and loaded. Supplied to the LD.
2H ₂ → 4H ⁺ + 4e ⁻ (23)

一方、カソード極１１２に空気（酸素Ｏ_２）が供給されることにより、次の化学反応式（２４）に示すように、触媒により負荷ＬＤを経由した電子ｅ⁻と電解質膜１１３を通過した水素イオンＨ^＋と空気中の酸素Ｏ_２が反応して、副生成物として水（Ｈ_２Ｏ）が生成される。
４Ｈ^＋＋Ｏ_２＋４ｅ⁻ → ２Ｈ_２Ｏ・・・（２４） On the other hand, when air (oxygen O ₂ ) is supplied to the cathode electrode 112, as shown in the following chemical reaction formula (24), the electrons e ⁻ that have passed through the load LD and the hydrogen that has passed through the electrolyte membrane 113 by the catalyst. The ions H ⁺ and oxygen O ₂ in the air react to produce water (H ₂ O) as a by-product.
4H ⁺ + O ₂ + 4e ⁻ → 2H ₂ O (24)

このような一連の電気化学反応（（２３）式及び（２４）式）は、概ね６０〜８０℃の比較的低温の温度条件で進行し、電気エネルギー（電力）以外の副生成物は基本的に水Ｈ_２Ｏのみとなる。なお、このような電気化学反応により取り出される電気エネルギーは、燃料電池本体１１０Ｂのアノード極１１１に供給される水素ガスＨ_２の量に依存する。 Such a series of electrochemical reactions (formulas (23) and (24)) proceed under relatively low temperature conditions of approximately 60 to 80 ° C., and by-products other than electric energy (electric power) are fundamental. Only water H ₂ O. Note that the electrical energy extracted by such an electrochemical reaction depends on the amount of hydrogen gas H ₂ supplied to the anode electrode 111 of the fuel cell main body 110B.

ここで、燃料直接供給方式の燃料電池においては、上述したように、メタノール等の発電用燃料（厳密には、メタノール水溶液）を直接燃料電池本体に供給することができるので、燃料供給経路に改質器等の構成を必要とせず、燃料電池システムの構成を簡素化することができるという利点はあるものの、この方式の燃料電池においては、一般に、燃料改質供給方式の燃料電池に比較して、発電効率（エネルギー変換効率）が低いという欠点を有している。 Here, in the fuel cell of the direct fuel supply system, as described above, fuel for power generation such as methanol (strictly, an aqueous methanol solution) can be directly supplied to the fuel cell main body. Although there is an advantage that the configuration of the fuel cell system can be simplified without requiring a configuration of a mass device or the like, this type of fuel cell is generally compared with a fuel cell of a fuel reforming supply type. The power generation efficiency (energy conversion efficiency) is low.

一方、燃料改質供給方式の燃料電池においては、上述したように、発電用燃料（メタノール等）を改質して生成された高純度の水素ガスを燃料電池本体に供給することができるので、燃料直接供給方式の燃料電池に比較して、発電効率（エネルギー変換効率）が高いという利点を有するものの、この方式の燃料電池においては、発電用燃料から水素ガスを生成するための改質器等を設ける必要があり、燃料電池システムの構成が複雑化するという欠点を有している。 On the other hand, in the fuel cell of the fuel reforming supply system, as described above, the high-purity hydrogen gas generated by reforming the power generation fuel (such as methanol) can be supplied to the fuel cell body. Although it has the advantage of higher power generation efficiency (energy conversion efficiency) compared to a direct fuel supply type fuel cell, this type of fuel cell has a reformer for generating hydrogen gas from power generation fuel, etc. The fuel cell system has a complicated configuration.

したがって、上述した各方式の燃料電池システムを、携帯型の電子機器の電源ユニットとしての搭載する場合、例えば、ノートパソコンやＰＤＡ等のように、表示パネル（画面）の大きさや入力機構（キーボード等）の使い勝手等の問題により、携帯電話器やポータブル音響機器等のように極端な小型軽量化をする必要がない、あるいは、小型化がさほど重要ではない機器においては、小型化が可能であるものの発電効率が劣る燃料直接供給方式の燃料電池システムよりも、極端な小型化ができないものの、発電効率に優れ、比較的長い駆動時間を実現することができる（電力供給能力に優れる）燃料改質供給方式の燃料電池システムを適用する方が好ましい。 Therefore, when the above-described fuel cell system of each type is mounted as a power supply unit of a portable electronic device, for example, the size of the display panel (screen) or the input mechanism (keyboard or the like) such as a notebook personal computer or PDA ), It is not necessary to make it extremely small and light, such as mobile phones and portable audio equipment, or it is possible to reduce the size of equipment that is not so important. Fuel reforming supply that is superior in power generation efficiency and can achieve a relatively long driving time (excellent power supply capacity), although it cannot be extremely downsized compared with a fuel cell system of direct fuel supply system with inferior power generation efficiency. It is preferable to apply a fuel cell system of the type.

ところで、燃料電池システムにおいては、上述した発電動作に係る電気化学反応を促進するために、燃料電池本体のカソード極に酸素を供給する必要があるが、携帯型の電子機器に適用する場合にあっては、装置構成の複雑化や大型化を回避するために、当該機器の使用環境周辺の大気を取り込んでカソード極に供給する構成が簡易かつ最適であると考えられている。 By the way, in a fuel cell system, it is necessary to supply oxygen to the cathode electrode of the fuel cell body in order to promote the electrochemical reaction related to the power generation operation described above. Therefore, in order to avoid complication and increase in size of the apparatus configuration, it is considered that a configuration that takes in the air around the usage environment of the device and supplies it to the cathode electrode is simple and optimal.

ここで、一般に、ノートパソコンやＰＤＡ等が使用される環境周辺の大気には、主成分である窒素や二酸化炭素、上記化学反応に適用される酸素のほか、燃料電池本体における発電動作を阻害する可能性のある各種阻害物質（粒子状物質や化学物質等；以下、「不純物」と記す）が含まれている場合がある。具体的には、電子機器の使用環境に応じて、以下に示すような不純物の存在が考えられる。 Here, in general, the atmosphere around the environment where notebook computers, PDAs, and the like are used obstructs the power generation operation of the fuel cell main body in addition to nitrogen and carbon dioxide as main components and oxygen applied to the above chemical reaction. It may contain various possible inhibitors (particulate substances, chemical substances, etc .; hereinafter referred to as “impurities”). Specifically, the presence of impurities as shown below can be considered according to the usage environment of the electronic device.

（１）車の排気ガスに含まれる硫黄酸化物ＳＯ_Ｘ
（２）砂埃や黄砂等に含まれる粉塵
（３）衣類や布団等の繊維くずや綿埃
（４）建材用塗料等で使用される有機溶剤に含まれる揮発性有機物質
（５）草木の花粉や種子
（６）潮風に含まれる塩素系物質、ナトリウム系物質
（７）糞尿等から発生する窒素酸化物ＮＨ_３や硫化水素Ｈ_２Ｓ
（８）温泉地等出発生する硫黄等の火山性ガスＳ (1) Sulfur oxide SO _X contained in vehicle exhaust gas
(2) Dust contained in dust, yellow sand, etc. (3) Textile waste and cotton dust such as clothing and bedding (4) Volatile organic substances contained in organic solvents used in building paints, etc. (5) Pollen in plants And seeds (6) Chlorine and sodium substances contained in sea breeze (7) Nitrogen oxides NH ₃ and hydrogen sulfide H ₂ S generated from manure, etc.
(8) Volcanic gas S such as sulfur generated from hot springs

このような不純物は、燃料電池本体のカソード極の電極触媒を被毒化して触媒反応を阻害したり、粉塵等の粒子状物質が電極触媒の表面に付着して反応面積を減少させたりして、電気エネルギーの生成能力（発電能力や発電効率）を著しく低下させるという問題を有している。そのため、燃料電池本体に大気を取り込み、酸素を供給する構成を有する燃料電池システムにおいては、上述したような不純物の燃料電池本体（カソード電極）への流入を防止するため、フィルタリングが不可欠となる。 Such impurities may poison the electrode catalyst on the cathode electrode of the fuel cell body and inhibit the catalytic reaction, or particulate matter such as dust may adhere to the surface of the electrode catalyst and reduce the reaction area. In addition, there is a problem that the generation capacity of electric energy (power generation capacity and power generation efficiency) is significantly reduced. Therefore, in the fuel cell system having a configuration in which the atmosphere is taken into the fuel cell main body and oxygen is supplied, filtering is indispensable in order to prevent the impurities from flowing into the fuel cell main body (cathode electrode) as described above.

そこで、従来の燃料電池システムにおいては、例えば、カソード極への酸素（又は、酸化剤）の供給経路に、上述したような不純物の流入を抑制するためのフィルタを備えた構成が知られている。このような燃料電池の構成は、例えば、特許文献１等に詳しく記載されている。 Therefore, in the conventional fuel cell system, for example, a configuration is known in which a filter for suppressing the inflow of impurities as described above is provided in the supply path of oxygen (or oxidant) to the cathode electrode. . The configuration of such a fuel cell is described in detail, for example, in Patent Document 1.

特開２００３−１５１５８９号公報（第３頁〜第４頁、図１）JP 2003-151589 A (page 3 to page 4, FIG. 1)

上述したように、大気に含まれる酸素をカソード極に供給する構成を有する燃料電池システムにおいては、当該大気（酸素）の供給経路にフィルタを備えることにより、不純物の燃料電池本体への流入を防止、又は、抑制することができるが、以下に説明するような問題を有している。 As described above, in a fuel cell system configured to supply oxygen contained in the atmosphere to the cathode electrode, a filter is provided in the air (oxygen) supply path to prevent impurities from flowing into the fuel cell body. Although it can be suppressed, it has problems as described below.

すなわち、上述したような不純物の燃料電池本体への流入を防止するためのフィルタとしては、例えば、不織布等の通気性シートや活性炭担持シート、静電フィルタ等を単独、あるいは、これらを組み合わせた構成を大気の供給経路（例えば、大気の吸入口等）に配置することが考えられる。なお、ここに示した各種フィルタは、自動車用や家庭用、事業用の燃料電池システム（固体高分子燃料電池）に一般的に適用されている周知の材質のものである。 That is, as a filter for preventing the inflow of impurities into the fuel cell main body as described above, for example, a breathable sheet such as a nonwoven fabric, an activated carbon supporting sheet, an electrostatic filter, etc., or a combination of these May be arranged in an air supply path (for example, an air inlet). The various filters shown here are made of well-known materials that are generally applied to fuel cell systems (solid polymer fuel cells) for automobiles, homes, and businesses.

しかしながら、上述したようなフィルタ（又は、当該フィルタを備えた不純物の流入抑制機構）においては、燃料電池システムの新設時等のように、フィルタに不純物が捕集されていない状態では、大気中の不純物を良好に捕集して、燃料電池本体（カソード極）への不純物の流入を防止又は抑制することができるが、当該燃料電池システムの駆動により、経時的にフィルタに不純物が捕集されて目詰まりを生じ、当該捕集効率の低下を招くため、不純物の捕集能力がより高いフィルタ装置を備えたり、捕集脳力の低いフィルタを頻繁に交換したりする必要がある。 However, in the filter as described above (or the impurity inflow suppressing mechanism provided with the filter), when no impurities are collected in the filter, such as when a fuel cell system is newly installed, Impurities can be collected well and the inflow of impurities into the fuel cell body (cathode electrode) can be prevented or suppressed. However, as the fuel cell system is driven, impurities are collected in the filter over time. In order to cause clogging and a decrease in the collection efficiency, it is necessary to provide a filter device having a higher impurity collection capability or to frequently replace a filter having a low collection brain power.

ここで、捕集能力が高いフィルタ装置を適用する場合にあっては、例えば、メッシュの細かいフィルタを使用したり、活性炭の担持量を多くする等の措置を講じる必要があるため、必然的にフィルタを大気が通過する際の圧力損失が増大してしまう。そこで、燃料電池本体に十分な酸素を供給するために、大気を供給するためのエアポンプ等の機構の能力（すなわち、エアポンプの吐出圧力等）を高くすると、当該機構（エアポンプ等）における消費電力が増大する問題を有していた。 Here, in the case of applying a filter device having a high collection capacity, for example, it is necessary to take measures such as using a fine mesh filter or increasing the amount of activated carbon supported. Pressure loss when air passes through the filter increases. Therefore, if the capacity of a mechanism such as an air pump for supplying the atmosphere (that is, the discharge pressure of the air pump) is increased in order to supply sufficient oxygen to the fuel cell body, the power consumption in the mechanism (such as the air pump) is increased. Had an increasing problem.

一方、不純物の捕集能力の低いフィルタ（例えば、メッシュの粗いフィルタ等）を適用した場合には、大気が通過する際の圧力損失が比較的小さくなるため、上記のようなエアポンプにおける消費電力を低く抑制することができるが、微小な不純物が燃料電池本体に流入する可能性があるうえ、頻繁にフィルタを交換する必要があるため、特に携帯型の電子機器においては、ユーザの保守管理（メンテナンス）の手間が増大するとともに、例えば、フィルタの交換時期を検出、報知するための手段（センサ等）を備える必要があり、装置構成が複雑化するという問題を有していた。 On the other hand, when a filter with a low impurity collection capability (for example, a filter with a coarse mesh) is applied, the pressure loss when the atmosphere passes is relatively small. Although it can be suppressed to a low level, there is a possibility that minute impurities may flow into the fuel cell body, and it is necessary to change the filter frequently. Therefore, especially in portable electronic devices, user maintenance management (maintenance) For example, it is necessary to provide means (sensors, etc.) for detecting and notifying the replacement time of the filter, resulting in a complicated apparatus configuration.

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、大気中に含まれる酸素を発電動作に係る電気化学反応に用いる燃料電池システムにおいて、消費電力の増加や装置構成の複雑化、メンテナンス性の低下等を抑制しつつ、発電動作を阻害する各種物質（不純物）の燃料電池本体への流入を良好に防止することができる燃料電池システム及びその発電用燃料容器を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention provides a fuel cell system that uses oxygen contained in the atmosphere for an electrochemical reaction related to a power generation operation, such as an increase in power consumption, a complicated device configuration, and a decrease in maintainability. An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of satisfactorily preventing inflow of various substances (impurities) that inhibit power generation operation into the fuel cell main body while suppressing the power generation operation, and a fuel container for power generation thereof.

請求項１記載の発明は、発電動作を行う燃料電池本体を備えた燃料電池システムにおいて、
発電用燃料が封入された燃料封入部、及び、前記燃料電池システム周辺の空気が通過する導入路を備えた燃料容器と、
前記導入路を介して、前記燃料電池システム周辺の空気を取り込んで、少なくとも前記燃料電池本体の空気極に酸素を供給する空気供給制御手段と、
を有し、
前記燃料容器は、前記導入路内に前記空気中に含まれる不純物を捕集するためのフィルタを備え、
前記フィルタは、少なくとも、前記燃料電池本体における発電動作を阻害する粒子状物質及び化学物質を、前記空気中から除去する捕集能力を有し、
前記フィルタは、少なくとも、前記燃料封入部に封入された前記発電用燃料の封入量によって設定される前記燃料電池本体における発電動作の継続可能時間に対応した捕集能力寿命を有し、
前記捕集能力寿命は、捕集能力効率の変化によって定められ、
前記発電用燃料を取り出すための燃料取出口が前記燃料容器の一端部に設けられ、前記燃料封入部内で前記発電用燃料を前記燃料取出口方向に押圧するための気体が流入する開口部が前記燃料容器の他端部に設けられていることを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a fuel cell system including a fuel cell body that performs a power generation operation.
A fuel enclosing part enclosing a power generation fuel, and a fuel container having an introduction path through which air around the fuel cell system passes,
Air supply control means for taking in air around the fuel cell system through the introduction path and supplying oxygen to at least the air electrode of the fuel cell main body;
Have
The fuel container includes a filter for collecting impurities contained in the air in the introduction path,
The filter has at least a trapping ability to remove particulate substances and chemical substances that inhibit power generation operation in the fuel cell main body from the air,
The filter has at least a collection capability life corresponding to the continuation time of the power generation operation in the fuel cell body set by the amount of the fuel for power generation sealed in the fuel sealing portion,
The collection capacity life is determined by a change in collection capacity efficiency ,
A fuel outlet for taking out the power generation fuel is provided at one end of the fuel container, and an opening into which a gas for pressing the power generation fuel in the fuel outlet direction flows in the fuel enclosure. It is provided at the other end of the fuel container .

請求項２記載の発明は、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記空気供給制御手段は、前記導入路を介して取り込んだ前記燃料電池システム周辺の空気を、前記開口部を介して注入することを特徴とする。 According to a second aspect of the invention, in a fuel cell system according to claim 1, wherein the air supply control means, the air around the fuel cell system incorporating through the introduction passage is injected through the opening It is characterized by that.

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、前記導入路に接続され、前記空気を前記空気供給制御部に取り出すための空気取出口が前記燃料容器に設けられ、前記燃料取出口と前記空気取出口とが、前記燃料容器の同一面に配置されていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、前記導入路に接続され、前記空気を前記空気供給制御部に取り出すための空気取出口が前記燃料容器に設けられ、前記燃料取出口と前記空気取出口とが、前記燃料容器の異なる面に配置されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell system according to the first or second aspect of the present invention, an air intake port connected to the introduction path and for taking out the air to the air supply control unit is provided in the fuel container. The fuel outlet and the air outlet are arranged on the same surface of the fuel container.
According to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell system according to the first or second aspect , an air intake port connected to the introduction path and for taking out the air to the air supply control unit is provided in the fuel container. Provided, and the fuel outlet and the air outlet are arranged on different surfaces of the fuel container.

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記発電用燃料の前記燃料取出口側とは反対の他端側に接するように、前記発電用燃料に追従する追従体が設けられていることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fuel cell system according to any one of the first to fourth aspects, the power generating fuel is in contact with the other end side opposite to the fuel outlet side of the power generating fuel. It is characterized in that a follower that follows this is provided.

前記燃料電池システムは、前記燃料容器が少なくとも前記燃料電池本体及び前記空気供給制御部に対して、前記燃料取出口及び前記空気取出口を介して、着脱可能に構成されていてもよい。
前記発電用燃料は、炭化水素系の液体燃料が好ましい。
The fuel cell system may be configured such that the fuel container is detachable from at least the fuel cell main body and the air supply control unit via the fuel outlet and the air outlet.
The power generation fuel is preferably a hydrocarbon liquid fuel.

請求項６記載の発明は、発電動作を行う燃料電池本体を備えた燃料電池システムの発電用燃料容器において、
発電用燃料が封入された燃料封入部と、
前記燃料電池本体における発電動作に用いられる空気が通過する導入路と、
前記導入路内に前記空気中に含まれる不純物を捕集するためのフィルタと、
を備え、
前記フィルタは、少なくとも、前記燃料電池本体における発電動作を阻害する粒子状物質及び化学物質を、前記空気中から除去する捕集能力を有し、
前記フィルタは、少なくとも、前記燃料容器に封入された前記発電用燃料の封入量によって設定される前記燃料電池本体における発電動作の継続可能時間に対応した捕集能力寿命を有し、
前記捕集能力寿命は、捕集能力効率の変化によって定められ、
前記発電用燃料を取り出すための燃料取出口が前記燃料容器の一端部に設けられ、前記燃料封入部内で前記発電用燃料を前記燃料取出口方向に押圧するための気体が流入する開口部が前記燃料容器の他端部に設けられていることを特徴とする。 The invention according to claim 6 is a fuel container for power generation of a fuel cell system including a fuel cell main body that performs power generation operation.
A fuel encapsulating section enclosing power generation fuel;
An introduction path through which air used for power generation operation in the fuel cell body passes;
A filter for collecting impurities contained in the air in the introduction path;
With
The filter has at least a trapping ability to remove particulate substances and chemical substances that inhibit power generation operation in the fuel cell main body from the air,
The filter has at least a collection capability life corresponding to a continuation time of the power generation operation in the fuel cell main body set by an amount of the fuel for power generation sealed in the fuel container,
The collection capacity life is determined by a change in collection capacity efficiency ,
A fuel outlet for taking out the power generation fuel is provided at one end of the fuel container, and an opening into which a gas for pressing the power generation fuel in the fuel outlet direction flows in the fuel enclosure. It is provided at the other end of the fuel container .

請求項７記載の発明は、請求項６記載の発電用燃料容器において、前記燃料取出口と、前記導入路に接続された前記空気を取り出すための空気取出口とが、前記燃料容器の同一方向の面に配置されていることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the fuel container for power generation according to the sixth aspect , the fuel outlet and the air outlet for taking out the air connected to the introduction path are in the same direction of the fuel container. It is arrange | positioned at the surface of this.

請求項８記載の発明は、請求項６に記載の発電用燃料容器において、前記燃料取出口と、前記導入路に接続された前記空気を取り出すための空気取出口とが、前記燃料容器の異なる方向の面に配置されていることを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the fuel container for power generation according to claim 6 , wherein the fuel outlet and the air outlet for taking out the air connected to the introduction path are different from each other in the fuel container. It is arrange | positioned on the surface of a direction, It is characterized by the above-mentioned.

請求項９記載の発明は、請求項６又は７に記載の発電用燃料容器において、前記発電用燃料の前記燃料取出口側とは反対の他端側に接するように、前記発電用燃料に追従する追従体が設けられていることを特徴とする。

According to a ninth aspect of the present invention, in the power generation fuel container according to the sixth or seventh aspect , the power generation fuel follows the power generation fuel so as to contact the other end side opposite to the fuel outlet side of the power generation fuel. A follower is provided.

前記発電用燃料容器は、少なくとも前記燃料電池本体に対して、前記燃料取出口及び前記空気取出口を介して、着脱可能に構成されていてもよい。
前記発電用燃料容器は、前記燃料封入部に設けられた前記開口部を介して注入される空気の圧力により、前記発電用燃料が前記燃料取出口から取り出されてもよい。
前記発電用燃料は、炭化水素系の液体燃料が好ましい。 The fuel container for power generation may be configured to be attachable to and detachable from at least the fuel cell main body through the fuel outlet and the air outlet.
In the fuel container for power generation, the fuel for power generation may be taken out from the fuel outlet by the pressure of air injected through the opening provided in the fuel sealing portion.
The power generation fuel is preferably a hydrocarbon liquid fuel.

本発明は、燃料電池システム及びその発電用燃料容器において、電気エネルギーを生成する発電動作を行う燃料電池本体を含む発電モジュールに対して、発電用燃料容器（燃料カートリッジ）が着脱可能に構成され、かつ、該発電用燃料容器が上記発電用燃料を封入するための燃料封入部と、上記燃料電池本体（発電セル部）における発電動作に用いられる空気（大気中の酸素）を取り込むための導入路と、を備えた構成を有している。 In the fuel cell system and the power generation fuel container, the present invention is configured such that a power generation fuel container (fuel cartridge) is detachable from a power generation module including a fuel cell main body that performs a power generation operation for generating electric energy, The fuel container for enclosing the power generation fuel in the power generation fuel container, and the introduction path for taking in air (oxygen in the atmosphere) used for power generation operation in the fuel cell main body (power generation cell unit) And a configuration provided with.

ここで、発電用燃料容器の導入路内には、該導入路を介して取り込んだ空気（大気）中から、例えば、粒子状物質及び化学物質等の不純物を捕集して除去する捕集能力を備えたフィルタ（リサーキュレーションフィルタ、ケミカルフィルタ）が配置され、燃料電池本体における発電動作を阻害する物質の、燃料電池本体（カソード極）への流入を抑制することができる。これにより、燃料電池本体（カソード極）の電極触媒の被毒化や、電極触媒表面への粒子状物質の付着等を抑制して、電気エネルギーの生成能力（発電能力）を良好に保持することができる。 Here, in the introduction path of the fuel container for power generation, the collection capability for collecting and removing impurities such as particulate matter and chemical substances from the air (atmosphere) taken in via the introduction path The filter (recirculation filter, chemical filter) provided with is arranged, and the inflow to the fuel cell main body (cathode electrode) of the substance that inhibits the power generation operation in the fuel cell main body can be suppressed. As a result, the poisoning of the electrode catalyst of the fuel cell body (cathode electrode), the adhesion of particulate matter to the electrode catalyst surface, etc. can be suppressed, and the electric energy generation capability (power generation capability) can be maintained well. it can.

また、本発明に係る燃料電池システム及びその発電用燃料容器においては、発電用燃料容器に燃料封入部に加え、空気を取り込むための導入路及び不純物を捕集するフィルタと、が一体的に設けられた構成を有し、さらに、該フィルタの捕集能力寿命を、燃料封入部に封入された発電用燃料を用いた発電動作の継続可能時間程度、又は、それ以上となるように設定することにより、発電用燃料の残量が少なくなった際等に、燃料電池本体（発電モジュール）に対して発電用燃料容器を着脱する交換作業のみで、発電動作に必須の発電用燃料が供給されるとともに、不純物の捕集能力画像良好な新たなフィルタに交換することができ、燃料電池本体における電気エネルギーの生成能力を長期にわたり良好に保持することができる。 Further, in the fuel cell system and the power generation fuel container according to the present invention, in addition to the fuel sealing portion, the power generation fuel container is integrally provided with an introduction path for taking in air and a filter for collecting impurities. Further, the collection capacity life of the filter is set to be about the duration of the power generation operation using the power generation fuel sealed in the fuel sealing portion or more. As a result, when the remaining amount of fuel for power generation decreases, the power generation fuel essential for power generation operation is supplied only by replacing the fuel cell main body (power generation module) with the power generation fuel container. At the same time, the filter can be replaced with a new filter with a good image of the ability to collect impurities, and the electric energy generation capability of the fuel cell main body can be maintained well over a long period of time.

また、このような構成によれば、フィルタが燃料封入部に封入された発電用燃料により発電動作が行われる時間（継続可能時間）分だけの不純物捕集能力を有していればよいので、フィルタ有効面積を非常に小さく設定することができ、相対的に発電用燃料の封入量を多くすることができるとともに、フィルタにおける圧力損失を低減して、空気供給制御手段（エアポンプ等）における負荷を削減し、消費電力を低減することができる。 In addition, according to such a configuration, the filter only needs to have an impurity collecting capacity for the time (the continuable time) during which the power generation operation is performed by the power generation fuel sealed in the fuel sealing portion. The effective area of the filter can be set very small, the amount of fuel for power generation can be relatively increased, the pressure loss in the filter can be reduced, and the load on the air supply control means (air pump, etc.) can be reduced. And power consumption can be reduced.

さらに、本発明に係る燃料電池システムにおいては、空気供給制御手段（空気供給制御部）により、発電用燃料容器に設けられた導入路及びフィルタを介して取り込んだ、周囲の大気（空気）が燃料電池本体（カソード極）に供給されるとともに、さらに、燃料封入部に封入された発電用燃料を、燃料封入部の一端側の燃料取出口（燃料取出部）から取り出して、燃料電池本体（発電モジュール）へ供給するために、燃料封入部の他端側の開口部から上記空気が注入される。これにより、燃料封入部に封入された発電用燃料を所定の圧力で発電用燃料本体（発電モジュール）側へ押し出すことができるので、燃料電池システムの使用環境（大気圧や使用角度、振動等）にかかわらず、発電用燃料が燃料電池本体に安定的に供給されて安定した発電動作を実現することができる。 Further, in the fuel cell system according to the present invention, the ambient air (air) taken in by the air supply control means (air supply control unit) through the introduction path and the filter provided in the power generation fuel container is the fuel. In addition to being supplied to the battery body (cathode electrode), the fuel for power generation enclosed in the fuel enclosure is taken out from the fuel outlet (fuel extraction section) on one end side of the fuel enclosure, and the fuel cell body (power generation) In order to supply to the module, the air is injected from the opening on the other end side of the fuel enclosure. As a result, the power generation fuel sealed in the fuel sealing portion can be pushed out to the power generation fuel body (power generation module) side at a predetermined pressure, so that the usage environment of the fuel cell system (atmospheric pressure, use angle, vibration, etc.) Regardless of this, the fuel for power generation is stably supplied to the fuel cell body, and a stable power generation operation can be realized.

なお、発電用燃料容器に設けられる導入路の構成は、取り込んだ大気を空気供給制御手段側に取り出すための空気取出口と燃料封入部に設けられた燃料取出口とが、発電用燃料容器の同一方向の面に配置されているものであっても良いし、異なる方向の面（例えば、直交する２面）に配置されているものであっても良い。前者の構成によれば、燃料電池本体を含む発電モジュールと発電用燃料容器との接続構造を簡素化することができるとともに、各供給制御部を近接する空間にまとめて配置することができ、機器の設計を容易に行うことができる。また、後者の構成によれば、導入路を発電用燃料容器の角部等に設けることができるので、発電用燃料容器（燃料封入部）に対する導入路部分の容積を小さくすることができ、発電用燃料の封入量を相対的に多くすることができる。 The structure of the introduction path provided in the fuel container for power generation is such that the air outlet for taking out the taken-in air to the air supply control means side and the fuel outlet provided in the fuel sealing portion are provided in the fuel container for power generation. It may be arranged on a surface in the same direction, or may be arranged on a surface in a different direction (for example, two orthogonal surfaces). According to the former configuration, the connection structure between the power generation module including the fuel cell main body and the power generation fuel container can be simplified, and the supply control units can be arranged together in the adjacent space. Can be easily designed. Further, according to the latter configuration, since the introduction path can be provided at the corner portion of the power generation fuel container, the volume of the introduction path portion with respect to the power generation fuel container (fuel enclosing part) can be reduced, and the power generation The amount of fuel used can be relatively increased.

以下、本発明に係る燃料電池システム及び発電用燃料容器について、実施の形態を示して詳しく説明する。
＜第１の実施形態＞
＜燃料電池システム＞
まず、本発明に係る燃料電池システムの全体構成について説明する。 Hereinafter, a fuel cell system and a power generation fuel container according to the present invention will be described in detail with reference to embodiments.
<First Embodiment>
<Fuel cell system>
First, the overall configuration of the fuel cell system according to the present invention will be described.

図１は、本発明に係る燃料電池システムの第１の実施形態の全体構成を示す概略ブロック図である。ここでは、発電セル部として、上述した従来技術に示した燃料改質供給方式の燃料電池（図１３参照）と同等の構成を備えているものとし、その具体的な説明を省略する。 FIG. 1 is a schematic block diagram showing the overall configuration of the first embodiment of the fuel cell system according to the present invention. Here, it is assumed that the power generation cell unit has the same configuration as the fuel reforming and supplying fuel cell (see FIG. 13) shown in the above-described prior art, and a specific description thereof is omitted.

図１に示すように、本発明に係る燃料電池システムは、概略、メタノールＣＨ_３ＯＨ等の炭化水素系の発電用燃料と水Ｈ_２Ｏが個別に封入されるとともに、後述する空気供給制御部１６により大気を取り込むための導入路２３、及び、該大気に含まれる不純物を捕集するためのフィルタ２４を備えた燃料カートリッジ（燃料容器、発電用燃料容器）２０と、該燃料カートリッジ２０から取り出された発電用燃料（メタノールＣＨ_３ＯＨ）を改質して水素ガスＨ_２を取り出す改質部（改質手段）１２と、水素ガスＨ_２と酸素Ｏ_２とを用いた電気化学反応により電気エネルギーを生成する発電セル部（燃料電池本体）１１と、発電セル部１１における電気化学反応により生成された副生成物である水Ｈ_２Ｏを回収を行う水回収制御部１３と、燃料カートリッジ２０に封入された発電用燃料の改質部１２への供給状態を制御する燃料供給制御部１４と、少なくとも燃料カートリッジ２０に封入された水の改質部１２及び発電セル部１１への供給状態を制御する水供給制御部１５と、酸素を含む空気（大気）を取り込んで、少なくとも発電セル部１１に酸素Ｏ_２を供給する空気供給制御部（空気供給制御手段）１６と、を備えた構成を有している。 As shown in FIG. 1, a fuel cell system according to the present invention generally includes a hydrocarbon-based power generation fuel such as methanol CH ₃ OH and water H ₂ O individually, and an air supply control unit described later. 16, a fuel cartridge (fuel container, fuel container for power generation) 20 having an introduction path 23 for taking in the atmosphere and a filter 24 for collecting impurities contained in the atmosphere, and taken out from the fuel cartridge 20. reformer for taking out hydrogen gas H ₂ by reforming the power generation fuel (methanol CH 3 _OH) was a (reforming means) 12, an electric through an electrochemical reaction using hydrogen gas H ₂ and oxygen O ₂ power generation cell section that generates energy (fuel cell body) 11 and the water H _{2 O} by-products generated by the electrochemical reaction in the power generation cell section 11 performs recovery water recovery control section 13 The fuel supply control unit 14 that controls the supply state of the power generation fuel sealed in the fuel cartridge 20 to the reforming unit 12, and at least the water reforming unit 12 and the power generation cell unit 11 sealed in the fuel cartridge 20 A water supply control unit 15 that controls the supply state of air, and an air supply control unit (air supply control means) 16 that takes in oxygen-containing air (atmosphere) and supplies at least oxygen O ₂ to the power generation cell unit 11. It has the composition provided.

ここで、発電セル部１１、改質部１２、水回収制御部１３、燃料供給制御部１４、水供給制御部１５及び空気供給制御部１６は、発電モジュール１０を構成し、該発電モジュール１０に対して、燃料カートリッジ２０が着脱可能に構成されている。したがって、発電モジュール１０は、例えば、本発明に係る燃料電池システムが搭載される電子機器に内蔵され、あたかも乾電池やバッテリ等を交換する場合と同様の使い勝手で、該電子機器（発電モジュール１０）に対して、燃料カートリッジ２０のみを着脱（交換）することにより発電用燃料及び水が補給される。 Here, the power generation cell unit 11, the reforming unit 12, the water recovery control unit 13, the fuel supply control unit 14, the water supply control unit 15 and the air supply control unit 16 constitute the power generation module 10. On the other hand, the fuel cartridge 20 is configured to be detachable. Therefore, the power generation module 10 is built in, for example, an electronic device in which the fuel cell system according to the present invention is mounted, and has the same usability as when a dry battery or a battery is replaced. On the other hand, power generation fuel and water are replenished by attaching / detaching (replacement) only the fuel cartridge 20.

以下、各構成について詳しく説明する。
（発電セル部１１）
本実施形態に係る燃料電池システムに適用される発電セル部（燃料電池本体）１１は、図１３に示した固体高分子型の燃料電池と同等の構成を有し、概略、白金や白金・ルテニウム等の触媒微粒子が付着した炭素電極からなるアノード極（燃料極）と、白金等の触媒微粒子が付着した炭素電極からなるカソード極（空気極）と、アノード極とカソード極の間に介挿されたフィルム状の電解質膜（イオン交換膜）と、を有し、アノード極側には、後述する燃料供給制御部１４及び改質部１２により発電用燃料（メタノールＣＨ_３ＯＨ）を改質して得られた水素ガスＨ_２が供給され、一方、カソード極側には後述する空気供給制御部１６により大気（空気）中の酸素Ｏ_２が供給されるように構成されている。 Hereinafter, each configuration will be described in detail.
(Power generation cell unit 11)
A power generation cell unit (fuel cell main body) 11 applied to the fuel cell system according to the present embodiment has a configuration equivalent to that of the solid polymer fuel cell shown in FIG. 13, and is generally platinum or platinum / ruthenium. An anode electrode (fuel electrode) composed of a carbon electrode to which catalyst fine particles such as platinum are adhered, a cathode electrode (air electrode) composed of a carbon electrode to which catalyst fine particles such as platinum are adhered, and an anode electrode and a cathode electrode. A film-like electrolyte membrane (ion exchange membrane), and on the anode electrode side, the fuel for power generation (methanol CH ₃ OH) is reformed by the fuel supply control unit 14 and the reforming unit 12 described later. The obtained hydrogen gas H ₂ is supplied. On the other hand, oxygen O ₂ in the atmosphere (air) is supplied to the cathode electrode side by an air supply control unit 16 described later.

ここで、本実施形態に係る発電セル部１１においては、後述する燃料カートリッジ２０（燃料封入部２１）から取り出されたメタノールＣＨ_３ＯＨが改質部１２により改質されて、水素ガスＨ_２のみがアノード極に供給されるとともに、燃料電池システムの周辺の大気が、燃料カートリッジ２０に設けられたフィルタ２４及び導入路２３を介して取り込まれて、酸素Ｏ_２がカソード電極に供給される。 Here, in the power generation cell unit 11 according to the present embodiment, methanol CH ₃ OH taken out from a fuel cartridge 20 (fuel enclosing unit 21) described later is reformed by the reforming unit 12 and only hydrogen gas H ₂ is obtained. Is supplied to the anode electrode, and the atmosphere around the fuel cell system is taken in via the filter 24 and the introduction path 23 provided in the fuel cartridge 20, and oxygen O ₂ is supplied to the cathode electrode.

また、発電セル部１１における発電動作に係る上記一連の電気化学反応（化学反応式（２３）、（２４））を促進するためには、発電セル部（燃料電池本体）１１を構成する電解質膜が所定の湿潤状態（水蒸気飽和状態）に設定されている必要があることから、例えば、燃料カートリッジ２０（水封入部２２）から取り出された水Ｈ_２Ｏが直接、又は、発電セル部１１における発電動作に伴って副生成物として生成される水Ｈ_２Ｏが回収されて、電解質膜に供給される。 Further, in order to promote the series of electrochemical reactions (chemical reaction formulas (23) and (24)) related to the power generation operation in the power generation cell unit 11, an electrolyte membrane constituting the power generation cell unit (fuel cell main body) 11 is used. Therefore, for example, the water H ₂ O taken out from the fuel cartridge 20 (water sealing part 22) is directly or in the power generation cell part 11 Water H ₂ O generated as a by-product with the power generation operation is recovered and supplied to the electrolyte membrane.

なお、発電セル部１１への水素ガスＨ_２の供給状態（供給タイミング及び供給量）は、後述する燃料供給制御部１４により適宜制御され、酸素Ｏ_２の供給状態は、後述する空気供給制御部１６により適宜制御される。また、水Ｈ_２Ｏの供給状態は、例えば、システム起動時（発電動作開始時及び開始直後）においては、水供給制御部１５により燃料カートリッジ２０の水封入部２２に封入された水Ｈ_２Ｏが直接供給されて、当該電解質膜が所定の湿潤状態（水蒸気飽和状態）に保持されるように制御され、発電セル部１１における発電動作が定常状態に移行した後においては、水回収制御部１３により発電セル部１１における発電動作に伴って生成され、回収された水Ｈ_２Ｏが供給されて、当該電解質膜が所定の湿潤状態（水蒸気飽和状態）に保持されるように制御される。 The supply state (supply timing and supply amount) of hydrogen gas H ₂ to the power generation cell unit 11 is appropriately controlled by a fuel supply control unit 14 described later, and the supply state of oxygen O ₂ is controlled by an air supply control unit described later. 16 is appropriately controlled. The supply state of the water H ₂ O is, for example, the water H ₂ O sealed in the water sealing portion 22 of the fuel cartridge 20 by the water supply control unit 15 at the time of starting the system (at the start of power generation operation and immediately after the start). Is directly supplied and the electrolyte membrane is controlled to be maintained in a predetermined wet state (water vapor saturation state), and after the power generation operation in the power generation cell unit 11 shifts to a steady state, the water recovery control unit 13 Thus, the water H ₂ O generated and recovered along with the power generation operation in the power generation cell unit 11 is supplied, and the electrolyte membrane is controlled to be maintained in a predetermined wet state (steam saturated state).

（改質部１２）
図２は、本実施形態に係る燃料電池システムに適用される改質部の一構成例を示す概略図である。図３は、本実施形態に係る燃料電池システムに適用される改質部における各化学反応の一例を示す概念図である。 (Reformer 12)
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the reforming unit applied to the fuel cell system according to the present embodiment. FIG. 3 is a conceptual diagram showing an example of each chemical reaction in the reforming unit applied to the fuel cell system according to the present embodiment.

本実施形態に係る燃料電池システムに適用される改質部１２は、図２に示すように、燃料カートリッジ２０から供給されたメタノールＣＨ_３ＯＨ、及び、燃料カートリッジ２０又は発電セル部１１からの少量の水Ｈ_２Ｏを加熱して気化させる燃料気化器（蒸発器）１２ａと、気化されたメタノール（メタノールガス）及び水（水蒸気）から所定の触媒反応により、水素ガスＨ_２を生成する燃料改質器１２ｂと、燃料改質器１２ｂにおいて、水素ガスＨ_２の生成の際に副生成物として生成される一酸化炭素ＣＯ及び水Ｈ_２Ｏから所定の触媒反応により、水素ガスＨ_２と二酸化炭素ＣＯ_２を生成するＣＯ除去器１２ｃと、少なくとも燃料気化器１２ａ及び燃料改質器１２ｂにおける化学反応を促進するための温度条件を制御する薄膜ヒータＨａ、Ｈｂ及び燃焼器１２ｄと、を備えて構成されている。 As shown in FIG. 2, the reforming unit 12 applied to the fuel cell system according to the present embodiment includes methanol CH ₃ OH supplied from the fuel cartridge 20 and a small amount from the fuel cartridge 20 or the power generation cell unit 11. A fuel vaporizer (evaporator) 12a that heats and vaporizes water H ₂ O, and a fuel reformer that generates hydrogen gas H ₂ by a predetermined catalytic reaction from vaporized methanol (methanol gas) and water (steam). The hydrogen gas H ₂ and the dioxide dioxide are produced by a predetermined catalytic reaction from carbon monoxide CO and water H ₂ O produced as by-products when the hydrogen gas H ₂ is produced in the mass device 12b and the fuel reformer 12b. A CO remover 12c that generates carbon CO ₂ and a thin film heater that controls temperature conditions for promoting chemical reactions at least in the fuel vaporizer 12a and the fuel reformer 12b Ha, Hb, and a combustor 12d.

ここで、薄膜ヒータＨａ、Ｈｂは、改質初期には、図示を省略した電源（例えば、蓄電池等の補助電源）からの電力により発熱し、改質された水素が供給されることによって発電セル部１１が発電してからは、発電セル部１１において生成された電気エネルギー（電力）を電源として切り換えて発熱することで発熱温度が制御され、一方、燃焼器１２ｄは、燃料気化器１２ｅにより気化したメタノールガスの燃焼（酸化作用）により発熱温度が制御される。 Here, the thin film heaters Ha and Hb generate heat by power from a power source (not shown) (for example, an auxiliary power source such as a storage battery) in the initial stage of reforming, and the reformed hydrogen is supplied to generate the power generation cell. After the unit 11 generates power, the heat generation temperature is controlled by switching the electric energy (electric power) generated in the power generation cell unit 11 as a power source to generate heat, while the combustor 12d is vaporized by the fuel vaporizer 12e. The exothermic temperature is controlled by the combustion (oxidation action) of the methanol gas.

このような温度制御機構に加えて、改質された水素が供給されることによって発電セル部１１が発電してからは、発電セル部１１で発電に利用されなかった残存した水素及び外部から取り込んだ空気中の酸素を燃焼器１２ｄに供給することにより燃焼器１２ｄ内で水素の燃焼反応を引き起こして高い熱量の発熱をもたらす。 In addition to such a temperature control mechanism, after the power generation cell unit 11 generates power by supplying reformed hydrogen, the remaining hydrogen that was not used for power generation in the power generation cell unit 11 and the outside are taken in from the outside. By supplying oxygen in the air to the combustor 12d, a combustion reaction of hydrogen is caused in the combustor 12d to generate a high amount of heat.

したがって、発電以降は、燃焼器１２ｄが改質部１２の主たる熱源となって、薄膜ヒータＨａ、Ｈｂにより補助的に加熱して温度条件の細かな調整（微調整）が行われることになり、比較的少ない電気エネルギー（電力）で所望の温度条件（後述する数百℃程度の温度条件）を実現することができ、生成された電気エネルギーの消費を抑制することができる。 Therefore, after power generation, the combustor 12d becomes the main heat source of the reforming unit 12, and the thin film heaters Ha and Hb are supplementarily heated to perform fine adjustment (fine adjustment) of the temperature condition. Desired temperature conditions (temperature conditions of about several hundred degrees Celsius described later) can be realized with relatively little electric energy (electric power), and consumption of generated electric energy can be suppressed.

このような温度制御機構により、燃焼器１２ｄにより高い熱量が得られ、改質部１２における温度条件の大まかな調整（粗調整）が行われ、薄膜ヒータＨａ、Ｈｂにより低い熱量が得られ、温度条件の細かな調整（微調整）が行われることになり、比較的少ない電気エネルギー（電力）で所望の温度条件（後述する数百℃程度の温度条件）を実現することができ、生成された電気エネルギーの消費を抑制することができる。 By such a temperature control mechanism, a high amount of heat is obtained by the combustor 12d, a rough adjustment (rough adjustment) of the temperature condition in the reforming unit 12 is performed, and a low amount of heat is obtained by the thin film heaters Ha and Hb. Fine adjustment (fine adjustment) of the conditions will be performed, and a desired temperature condition (temperature condition of about several hundred degrees Celsius described later) can be realized with relatively little electric energy (electric power). Electric energy consumption can be suppressed.

このような構成を有する改質部１２において、燃料改質器１２ｂにおける触媒反応は、吸熱水蒸気改質反応により実現され、また、ＣＯ除去器１２ｃにおける触媒反応は、発熱水性シフト反応及び発熱選択酸化反応により実現される。
具体的には、改質部１２において、例えば、メタノールＣＨ_３ＯＨ及び水Ｈ_２Ｏから、水素ガスＨ_２を生成する場合にあっては、図３（ａ）に示すように、まず、燃料気化器１２ａにおける蒸発過程において、薄膜ヒータＨａ及び燃焼器１２ｄを制御して、メタノールＣＨ_３ＯＨ及び水Ｈ_２Ｏの沸点程度の温度条件（例えば、概ね１２０℃程度）に設定することにより、燃料カートリッジ２０から供給されたメタノールＣＨ_３ＯＨ及び水Ｈ_２Ｏを個別に加熱して、もしくは、混合液体を一括して加熱して気化する。 In the reforming unit 12 having such a configuration, the catalytic reaction in the fuel reformer 12b is realized by an endothermic steam reforming reaction, and the catalytic reaction in the CO remover 12c is performed by an exothermic water shift reaction and an exothermic selective oxidation. Realized by reaction.
Specifically, in the reforming unit 12, for example, when hydrogen gas H ₂ is generated from methanol CH ₃ OH and water H ₂ O, as shown in FIG. In the evaporation process in the vaporizer 12a, the thin film heater Ha and the combustor 12d are controlled to be set to a temperature condition (for example, approximately 120 ° C.) approximately equal to the boiling point of methanol CH ₃ OH and water H ₂ O. The methanol CH ₃ OH and water H ₂ O supplied from the cartridge 20 are individually heated, or the mixed liquid is heated at once and vaporized.

次いで、図３（ａ）に示すように、燃料改質器１２ｂにおける水蒸気改質反応過程において、薄膜ヒータＨｂ及び燃焼器１２ｄを制御して、概ね２８０℃程度の温度条件に設定することにより、４９．４kJ/molの熱エネルギーを吸熱して、次の化学反応式（１）に示すように、水素Ｈ_２と微量の二酸化炭素ＣＯ_２を生成する。なお、この水蒸気改質反応においては、水素Ｈ_２と二酸化炭素ＣＯ_２以外に副生成物として微量の一酸化炭素ＣＯが生成される。
ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ → ３Ｈ_２＋ＣＯ_２・・・（１） Next, as shown in FIG. 3A, in the steam reforming reaction process in the fuel reformer 12b, the thin film heater Hb and the combustor 12d are controlled and set to a temperature condition of about 280 ° C. The heat energy of 49.4 kJ / mol is absorbed to generate hydrogen H ₂ and a small amount of carbon dioxide CO ₂ as shown in the following chemical reaction formula (1). In this steam reforming reaction, a small amount of carbon monoxide CO is generated as a by-product in addition to hydrogen H ₂ and carbon dioxide CO ₂ .
CH ₃ OH + H ₂ O → 3H ₂ + CO ₂ (1)

そこで、このような有害な副生成物を除去するため、図３（ｂ）に示すように、ＣＯ除去器１２ｃにおける水性シフト反応過程により、一酸化炭素に対して水Ｈ_２Ｏ（水蒸気）を反応させることにより、４０．２kJ/molの熱エネルギーを発熱して、次の化学反応式（２）に示すように、二酸化炭素ＣＯ_２と水素Ｈ_２が生成される。
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ →ＣＯ_２＋Ｈ_２・・・（２） Therefore, in order to remove such harmful by-products, water H ₂ O (steam) is supplied to carbon monoxide by an aqueous shift reaction process in the CO remover 12c as shown in FIG. 3 (b). By reacting, heat energy of 40.2 kJ / mol is generated and carbon dioxide CO ₂ and hydrogen H ₂ are generated as shown in the following chemical reaction formula (2).
CO + H ₂ O → CO ₂ + H ₂ (2)

さらに、ＣＯ除去器１２ｃにおける選択酸化反応過程により、水性シフト反応において二酸化炭素ＣＯ_２と水素Ｈ_２に変換されなかった一酸化炭素ＣＯに対して、酸素Ｏ_２を反応させることにより２８３．５kJ/molの熱エネルギーを発熱して、次の化学反応式（３）に示すように、二酸化炭素ＣＯ_２が生成される。
ＣＯ＋（１／２）Ｏ_２ →ＣＯ_２（３） Further, by the selective oxidation reaction process in the CO remover 12c, the carbon monoxide CO that has not been converted into carbon dioxide CO ₂ and hydrogen H ₂ in the aqueous shift reaction is reacted with oxygen O ₂ to 283.5 kJ / Molten heat energy is generated to generate carbon dioxide CO ₂ as shown in the following chemical reaction formula (3).
CO + (1/2) O ₂ → CO ₂ (3)

ここで、ＣＯ除去器１２ｃにおける水性シフト反応過程及び選択酸化反応過程においても、図示を省略したが、ＣＯ除去器１２ｃに付設された温度調節機構（具体的には、吸熱器や冷却器等）により、上記熱エネルギーの発熱に対応した（上記熱エネルギーを吸収する）温度条件が設定されるものであってもよい。 Here, although not shown in the aqueous shift reaction process and the selective oxidation reaction process in the CO remover 12c, a temperature control mechanism (specifically, a heat absorber, a cooler, etc.) attached to the CO remover 12c. Thus, a temperature condition corresponding to the heat generation of the thermal energy (absorbing the thermal energy) may be set.

（燃料供給制御部１４）
燃料供給制御部１４は、燃料カートリッジ２０（燃料封入部２１）と発電モジュール１０との着脱可能な接続を行なうためのインターフェースとしての機能を有するとともに、少なくとも燃料カートリッジ２０に封入された発電用燃料（メタノールＣＨ_３ＯＨ）を、上述した改質器１２に対して供給するタイミング及び供給量を制御する機能を有している。 (Fuel supply control unit 14)
The fuel supply control unit 14 has a function as an interface for detachably connecting the fuel cartridge 20 (fuel enclosing unit 21) and the power generation module 10, and at least the power generation fuel (enclosed in the fuel cartridge 20 ( (Methanol CH ₃ OH) is supplied to the above-described reformer 12 and has a function of controlling the supply amount.

（水供給制御部１５）
水供給制御部１５は、燃料カートリッジ２０（水封入部２２）と発電モジュール１０との着脱可能な接続を行なうためのインターフェースとしての機能を有するとともに、少なくとも燃料カートリッジ２０に封入された水Ｈ_２Ｏを、上述した改質部１２及び発電セル部１１に対して供給するタイミング及び供給量を制御する機能を有している。 (Water supply control unit 15)
The water supply control unit 15 has a function as an interface for detachably connecting the fuel cartridge 20 (water sealing unit 22) and the power generation module 10, and at least water H ₂ O sealed in the fuel cartridge 20 Is supplied to the above-described reforming unit 12 and the power generation cell unit 11 and has a function of controlling the supply amount.

なお、燃料供給制御部１４及び水供給制御部１５は、具体的には、例えば、燃料カートリッジ２０と改質部１２間、及び、燃料カートリッジ２０と発電セル部１１間の燃料供給経路や水供給経路に、液体ポンプや流量制御バルブ等（もしくは、これらと同等の機能を有する供給機構）を備えた構成を適用することができる。 Specifically, the fuel supply control unit 14 and the water supply control unit 15 are, for example, a fuel supply path and a water supply between the fuel cartridge 20 and the reforming unit 12 and between the fuel cartridge 20 and the power generation cell unit 11. A configuration including a liquid pump, a flow control valve, or the like (or a supply mechanism having a function equivalent to these) can be applied to the path.

（水回収制御部１３）
水回収制御部１３は、発電セル部１１における発電動作に係る電気化学反応において、副生成物として生成される水Ｈ_２Ｏを回収して、例えば、発電セル部１１に再度供給し、電解質膜（イオン交換膜）を所定の湿潤状態に保持したり、改質部１２（燃料気化器１２ａ、ＣＯ除去器１２ｃ）に供給して燃料改質反応の各化学反応に用いられるようにする。なお、水回収制御部１３は、具体的には、液体ポンプや流量制御バルブ、流路切換バルブ等（もしくは、これらと同等の機能を有する供給機構）を備えた構成を適用することができる。 (Water recovery control unit 13)
The water recovery control unit 13 recovers water H ₂ O generated as a by-product in the electrochemical reaction related to the power generation operation in the power generation cell unit 11 and supplies it again to the power generation cell unit 11, for example. The (ion exchange membrane) is kept in a predetermined wet state or supplied to the reforming unit 12 (fuel vaporizer 12a, CO remover 12c) to be used for each chemical reaction of the fuel reforming reaction. Specifically, the water recovery control unit 13 may be configured to include a liquid pump, a flow rate control valve, a flow path switching valve, or the like (or a supply mechanism having the same function as these).

（空気供給制御部１６）
空気供給制御部１６は、燃料カートリッジ２０に設けられた大気の導入路２３と発電モジュール１０との着脱可能な接続を行なうためのインターフェースとしての機能を有するとともに、少なくとも該導入路２３を介して取り込んだ大気（酸素Ｏ_２）を、発電セル部１１のカソード極側（空気極）に接続されたセル側供給経路ＲＴａを介して供給する。さらに、該大気の一部を、改質部１２の燃焼器１２ｄにおけるメタノールガスＣＨ_３ＯＨ又は水素ガスＨ_２の燃焼に用いるために改質側供給経路ＲＴｂを介して燃焼器１２ｄに供給する。ここで、空気供給制御部１６は、具体的には、エアポンプや流量制御バルブ、流路切換バルブ等（もしくは、これらと同等の機能を有する供給機構）を備えた構成を適用することができる。 (Air supply control unit 16)
The air supply control unit 16 has a function as an interface for detachably connecting the air introduction path 23 provided in the fuel cartridge 20 and the power generation module 10, and takes in at least via the introduction path 23. The atmosphere (oxygen O ₂ ) is supplied through the cell side supply path RTa connected to the cathode electrode side (air electrode) of the power generation cell unit 11. Further, a part of the atmosphere is supplied to the combustor 12d through the reforming side supply path RTb to be used for combustion of the methanol gas CH ₃ OH or the hydrogen gas H _{2 in} the combustor 12d of the reforming unit 12. Here, specifically, the air supply control unit 16 may be configured to include an air pump, a flow rate control valve, a flow path switching valve, or the like (or a supply mechanism having the same function as these).

（燃料カートリッジ２０）
図４は、本発明に係る燃料電池システムに適用可能な燃料カートリッジの一例を示す概略構成図である。なお、図４においては、燃料カートリッジの構成を明確に図示するために、内部に封入された発電用燃料（メタノール）及び水について、便宜的にハッチングを施した。 (Fuel cartridge 20)
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an example of a fuel cartridge applicable to the fuel cell system according to the present invention. In FIG. 4, in order to clearly show the configuration of the fuel cartridge, the power generation fuel (methanol) and water sealed inside are hatched for convenience.

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、燃料カートリッジ２０は、発電用燃料であるメタノールＣＨ_３ＯＨが封入された燃料封入部２１と、所定量の水Ｈ_２Ｏが封入された水封入部２２とからなり、例えば、直方体形状を有する燃料封入部２１の一側面の長手方向に形成された半円状の断面を有する凹部に、円筒状の水封入部２２が嵌合して一体化された構成を有している。 As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the fuel cartridge 20 includes a fuel sealing portion 21 in which methanol CH ₃ OH as a power generation fuel is sealed, and water in which a predetermined amount of water H ₂ O is sealed. For example, a cylindrical water sealing portion 22 is integrally fitted into a concave portion having a semicircular cross section formed in the longitudinal direction of one side surface of the fuel sealing portion 21 having a rectangular parallelepiped shape. It has a structured.

ここで、燃料封入部２１及び水封入部２２は、各々個別にメタノールＣＨ_３ＯＨ及び水Ｈ_２Ｏが封入され、いずれも筐体の一端側に、上述した発電モジュール１０（燃料供給制御部１４、水供給制御部１５）へメタノールＣＨ_３ＯＨ及び水Ｈ_２Ｏを取り出す（供給する）ための燃料取出部（燃料取出口）２１ａ及び水取出部２２ａが設けられ、また、筐体の他端側に各封入部２１、２２の内部に大気（外気）が連通するための開口部２１ｃ、２２ｃが設けられている。 Here, the fuel enclosure part 21 and the water enclosure part 22 are individually encapsulated with methanol CH ₃ OH and water H ₂ O, respectively. , A water extraction part (fuel outlet) 21a and a water extraction part 22a for taking out (supplying) methanol CH ₃ OH and water H ₂ O to the water supply control part 15) are provided, and the other end of the housing Openings 21c and 22c for communicating the atmosphere (outside air) inside the enclosures 21 and 22 are provided on the side.

燃料取出部２１ａ及び水取出部２２ａは、発電モジュール１０に燃料カートリッジ２０が装着された状態でのみ、開状態となって、内部に封入されたメタノールＣＨ_３ＯＨ及び水Ｈ_２Ｏが発電モジュール１０側に吐出され、一方、発電モジュール１０から燃料カートリッジ２０を取り外した状態では、閉状態となって、メタノールＣＨ_３ＯＨ及び水Ｈ_２Ｏが外部に吐出しないように構成された逆止弁として機構を備えている。 The fuel take-out part 21a and the water take-out part 22a are opened only when the fuel cartridge 20 is mounted on the power generation module 10, and methanol CH ₃ OH and water H ₂ O enclosed inside are generated. On the other hand, when the fuel cartridge 20 is removed from the power generation module 10, the mechanism is a closed state and is configured as a check valve configured to prevent methanol CH ₃ OH and water H ₂ O from being discharged to the outside. It has.

また、燃料封入部２１及び水封入部２２内に封入されたメタノールＣＨ_３ＯＨ及び水Ｈ_２Ｏが、燃料カートリッジ２０の傾きに関わらず、上記燃料取出部２１ａ及び水取出部２２ａ方向に所定の圧力で常時押圧されて、最終的に各取出部２１ａ、２２ａを介して全て吐出されるように、各取出部２１ａ、２２ａに対してメタノールＣＨ_３ＯＨ又は水Ｈ_２Ｏを介した反対側（メタノールＣＨ_３ＯＨ及び水Ｈ_２Ｏの各取出部２１ａ、２２ａ側とは反対の他端側）に追従体２１ｂ、２２ｂが挿入され、各封入部２１、２２の上記開口部２１ｃ、２２ｃを介して流入した大気の圧力（大気圧）により、追従体２１ｂ、２２ｂを介してメタノールＣＨ_３ＯＨ及び水Ｈ_２Ｏが各取出部２１ａ、２２ａ方向に押し出されるように構成されている。ここで、追従体２１ｂ、２２ｂは、例えば、揮発しにくい（難揮発性）高粘性の液体を良好に適用することができる。 In addition, the methanol CH ₃ OH and water H ₂ O sealed in the fuel sealing portion 21 and the water sealing portion 22 have a predetermined amount in the direction of the fuel extraction portion 21a and the water extraction portion 22a regardless of the inclination of the fuel cartridge 20. Opposite side through methanol CH ₃ OH or water H ₂ O with respect to each extraction part 21a, 22a so that it is always pressed with pressure and finally discharged through each extraction part 21a, 22a ( The followers 21b and 22b are inserted into the methanol CH ₃ OH and water H ₂ O take-out portions 21a and 22a on the other end side, and the openings 21c and 22c of the enclosing portions 21 and 22 are inserted. Thus, methanol CH ₃ OH and water H ₂ O are pushed out in the direction of the extraction portions 21 a and 22 a through the followers 21 b and 22 b by the atmospheric pressure (atmospheric pressure) flowing in. Here, as the followers 21b and 22b, for example, it is possible to satisfactorily apply a high-viscosity liquid that hardly volatilizes (hardly volatile).

これにより、本実施形態に係る燃料電池システムが搭載される電子機器の傾きに関わらず、燃料カートリッジ２０に封入されたメタノールＣＨ_３ＯＨ及び水Ｈ_２Ｏを取出部２１ａ、２２ａ方向に押圧して、発電モジュール１０に供給されるように制御することができるので、多様な姿勢で使用され、かつ、振動等が加わる携帯型の電子機器においても良好に適用することができる。 As a result, the methanol CH ₃ OH and water H ₂ O enclosed in the fuel cartridge 20 are pressed in the direction of the extraction portions 21a and 22a regardless of the inclination of the electronic device in which the fuel cell system according to the present embodiment is mounted. Since it can be controlled so as to be supplied to the power generation module 10, it can also be favorably applied to portable electronic devices that are used in various postures and are subjected to vibration or the like.

さらに、本実施形態に係る燃料電池システムにおいては、例えば、燃料封入部２１の他端側の一面（直方体を有する燃料封入部の燃料取出口とは反対側の面；以下、便宜的に「取込面」と記す）から、該一面に直交して隣接する一側面（以下、便宜的に「取出面」と記す）に貫通する略Ｌ字状（又は、円弧状）の空間を有する導入路２３と、該導入路２３内の任意の位置に配置され、所定の不純物を捕集するフィルタ２４と、が該燃料封入部２１（すなわち、燃料カートリッジ２０）に一体的に設けられている。 Furthermore, in the fuel cell system according to the present embodiment, for example, one surface on the other end side of the fuel sealing portion 21 (the surface on the opposite side to the fuel outlet of the fuel sealing portion having a rectangular parallelepiped; An introduction path having a substantially L-shaped (or arc-shaped) space penetrating from one side surface (hereinafter referred to as “extraction surface” for convenience) perpendicularly to the one surface (hereinafter referred to as “entry surface”). 23 and a filter 24 that is disposed at an arbitrary position in the introduction path 23 and collects predetermined impurities are integrally provided in the fuel sealing portion 21 (that is, the fuel cartridge 20).

ここで、導入路２３の取込面側には、周囲の大気を取り込むための大気取込部２３ａが設けられ、導入路２３の取出面側には、大気取込部２３ａ及び導入路２３を介して取り込んだ大気を、上述した発電モジュール１０（空気供給制御部１６）へ送出するための大気取出部（空気取出口）２３ｂが設けられている。このような構成において、発電モジュール１０に燃料カートリッジ２０が装着された状態で、導入路２３に取り込まれた外気が大気取出部２３ｂを介して、上述した空気供給制御部１６に連通する。 Here, an air intake part 23 a for taking in the surrounding air is provided on the intake surface side of the introduction path 23, and the air intake part 23 a and the introduction path 23 are provided on the extraction surface side of the introduction path 23. An air take-out part (air take-out port) 23b is provided for sending the air taken in via the power generation module 10 (air supply control part 16) described above. In such a configuration, outside air taken into the introduction path 23 with the fuel cartridge 20 attached to the power generation module 10 communicates with the air supply control unit 16 described above via the air extraction unit 23b.

これにより、本実施形態に係る燃料電池システムにおいては、発電セル部１１における発電動作に必須の発電用燃料及び水を封入した燃料カートリッジ２０を、発電モジュール１０に装着することにより、発電用燃料及び水が供給されるとともに、上記導入路２３及びフィルタ２４を介して、燃料電池システム（燃料カートリッジ）周辺の大気を取り込むことにより、不純物が除去された空気が取り込まれ、少なくとも発電セル部１１のカソード極に酸素が供給される。 Thus, in the fuel cell system according to the present embodiment, the fuel cartridge 20 enclosing the power generation fuel and water essential for the power generation operation in the power generation cell unit 11 is attached to the power generation module 10, thereby generating the power generation fuel and While supplying water, the air around the fuel cell system (fuel cartridge) is taken in through the introduction path 23 and the filter 24, so that air from which impurities have been removed is taken in. At least the cathode of the power generation cell unit 11 Oxygen is supplied to the pole.

したがって、携帯型の電子機器等に適用可能な小型の燃料電池システムにおいて、発電用燃料を封入した燃料カートリッジに、発電セル部に供給するための酸素（大気）を取り込むための導入路及びフィルタを一体的に設けた構成を有しているので、当該燃料電池システムにおける電力の生成を継続するために、燃料カートリッジを交換するという必須の作業により、発電用燃料の供給とともに、フィルタの交換を行うことができる。 Therefore, in a small fuel cell system applicable to a portable electronic device or the like, an introduction path and a filter for taking in oxygen (atmosphere) to be supplied to the power generation cell section into a fuel cartridge enclosing the power generation fuel are provided. Since it has a structure provided integrally, in order to continue the generation of electric power in the fuel cell system, the filter is replaced along with the supply of power generation fuel by the essential work of replacing the fuel cartridge. be able to.

このように、燃料カートリッジの交換のたびに、新しいフィルタが空気供給制御部１６の導入部に設置されることになるので、発電セル部１１における発電動作を阻害するような不純物（粒子状物質や化学物質等）を、常に所定の捕集能力を有するフィルタにより捕集、除去することができ、発電セル部１１における発電能力（燃料電池システムの電力供給能力）を長期にわたり良好に保持することができる。なお、本発明に係る燃料電池システムに適用可能なフィルタの構成及びその捕集能力については、詳しく後述する。 In this way, each time the fuel cartridge is replaced, a new filter is installed in the introduction part of the air supply control unit 16, so that impurities (particulate matter and Chemical substances, etc.) can always be collected and removed by a filter having a predetermined collection capacity, and the power generation capacity (power supply capacity of the fuel cell system) in the power generation cell unit 11 can be maintained well over a long period of time. it can. In addition, the structure of the filter applicable to the fuel cell system according to the present invention and its collection capability will be described in detail later.

また、燃料封入部２１に封入されるメタノールＣＨ_３ＯＨの量は、発電セル部１１における発電動作による電気エネルギーの生成を長期にわたり安定して持続させるために極力多く封入されていることが望ましい。ここで、本実施形態に係る燃料カートリッジ２０に適用される導入路２３によれば、該導入路２３を燃料カートリッジ２０（燃料封入部２１）の角部に略Ｌ字状に形成し、該導入路２３の大気取込部２３ａが設けられる取込面と、大気取出部２３ｂが設けられる取出面とを、相互に直交して隣接する面に設定した構成を有しているので、燃料封入部２１に対する導入路２３部分の容積を小さくすることができ、燃料封入量を相対的に多くすることができる。 Moreover, it is desirable that the amount of methanol CH ₃ OH sealed in the fuel sealing portion 21 is sealed as much as possible in order to stably generate electric energy by the power generation operation in the power generation cell portion 11 over a long period of time. Here, according to the introduction path 23 applied to the fuel cartridge 20 according to the present embodiment, the introduction path 23 is formed in a substantially L shape at the corner of the fuel cartridge 20 (the fuel sealing portion 21), and the introduction path 23 is formed. Since the intake surface of the passage 23 where the air intake portion 23a is provided and the extraction surface where the air intake portion 23b is provided are configured to be adjacent to each other at right angles, the fuel sealing portion Therefore, the volume of the introduction path 23 with respect to 21 can be reduced, and the fuel filling amount can be relatively increased.

なお、本実施形態に係る燃料電池システムにおいて、発電用燃料がなくなり、発電モジュールから取り外された燃料カートリッジは、所定のリサイクルルートを介して回収されて、適正に処分されることが望ましいが、回収されることなく廃棄された場合であっても、有害物質（例えば、有機塩素化合物や重金属等）の発生等、環境に影響を与えることのない、又は、その影響の少ない材質より形成されていることが望ましい。 In the fuel cell system according to the present embodiment, it is desirable that fuel for power generation runs out and the fuel cartridge removed from the power generation module is recovered through a predetermined recycling route and properly disposed. Even if it is disposed of without being disposed of, it is made of a material that does not affect the environment, such as the generation of harmful substances (eg, organic chlorine compounds and heavy metals), or has little effect on the environment. It is desirable.

また、本実施形態に係る燃料電池システムに用いられる発電用燃料としては、少なくとも、上述した燃料電池からなる発電セル部において、高いエネルギー変換効率で電気エネルギーを生成することができ、かつ、発電用燃料が封入された上記燃料カートリッジが使用後、自然界に投棄又は埋め立て処分されて、残存する発電用燃料が大気中や土壌中、水中に漏れ出し、あるいは、焼却処分されて大気中に排出された場合等であっても、自然環境に対して汚染物質とならない燃料であることが望ましく、具体的には、上記メタノールのほか、エタノール、ブタノール（アルコール類）等の炭化水素系の液体燃料を良好に適用することができる。 In addition, as a power generation fuel used in the fuel cell system according to the present embodiment, at least in the power generation cell unit composed of the fuel cell described above, electrical energy can be generated with high energy conversion efficiency, and power generation After the fuel cartridge containing the fuel was used, it was dumped or landfilled in nature, and the remaining power generation fuel leaked into the atmosphere, soil, or water, or was incinerated and discharged into the atmosphere. Even if it is a case, it is desirable that the fuel does not become a pollutant to the natural environment. Specifically, in addition to the above methanol, hydrocarbon liquid fuels such as ethanol and butanol (alcohols) are good. Can be applied to.

ここで、本実施形態に係る燃料電池システムに適用可能な発電用燃料は、いずれも揮発性及び可燃性が高い物質が多いので、当該燃料が燃料カートリッジをガス透過する現象を極力抑制するために、例えば、アルミ蒸着されたポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）袋内に密封するような、比較的簡易な周知の封入方法によりガスバリヤを施すようにしてもよい。 Here, since all the fuels for power generation applicable to the fuel cell system according to the present embodiment are many volatile and flammable substances, in order to suppress the phenomenon that the fuel permeates the fuel cartridge as much as possible. For example, the gas barrier may be applied by a relatively simple well-known sealing method such as sealing in an aluminum-deposited polyethylene terephthalate (PET) bag.

図５は、本発明に係る燃料電池システムに適用可能な燃料カートリッジの他の例を示す概略構成図である。なお、図４と同様、図５においても、燃料カートリッジの構成を明確に図示するために、内部に封入された発電用燃料（メタノール）及び水について、便宜的にハッチングを施した。 FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing another example of a fuel cartridge applicable to the fuel cell system according to the present invention. As in FIG. 4, in order to clearly illustrate the configuration of the fuel cartridge in FIG. 5, the power generation fuel (methanol) and water sealed inside are also hatched for convenience.

本発明に係る燃料電池システムに適用可能な燃料カートリッジの他の構成例は、例えば、図５（ａ）に示すように、直方体形状を有する燃料カートリッジ２０（燃料封入部２１）の短手方向であって、相互に対向する各側面（取込面及び取出面）間に貫通する直管状の空間を有する導入路２３Ａを備え、該導入路２３Ａ内の任意の位置にフィルタ２４Ａが配置された構成を有している。なお、上述した実施形態（図４参照）と同様に、導入路２３Ａの取込面側には大気取込部２３ａが設けられ、取出面側には大気取出部（大気取出口）２３ｂが設けられている。 Another example of the configuration of the fuel cartridge applicable to the fuel cell system according to the present invention is, for example, in the short direction of the fuel cartridge 20 (fuel enclosing portion 21) having a rectangular parallelepiped shape as shown in FIG. A configuration in which an introduction path 23A having a straight tubular space passing between the side surfaces (take-in surface and take-out surface) facing each other is provided, and a filter 24A is arranged at an arbitrary position in the introduction path 23A. have. As in the above-described embodiment (see FIG. 4), an air intake portion 23a is provided on the intake surface side of the introduction path 23A, and an air intake portion (atmosphere outlet) 23b is provided on the extract surface side. It has been.

このような構成を有する燃料カートリッジ２０においても、燃料封入部２１に対する導入部２３Ａ部分の容積を小さくすることができるので、燃料封入量を相対的に多くすることができ、本構成例に係る燃料電池システムが搭載された電子機器の駆動時間を長寿命化することができる。 Also in the fuel cartridge 20 having such a configuration, the volume of the introduction portion 23A relative to the fuel sealing portion 21 can be reduced, so that the amount of fuel sealing can be relatively increased, and the fuel according to this configuration example The driving time of an electronic device equipped with a battery system can be extended.

本発明に係る燃料電池システムに適用可能な燃料カートリッジのさらに他の構成例は、例えば、図５（ｂ）に示すように、直方体形状を有する燃料カートリッジ２０（燃料封入部２１）の長手方向であって、相互に対向する各側面（取込面及び取出面）間に貫通する直管状の空間を有する導入路２３Ｂを備え、該導入路２３Ｂ内の任意の位置にフィルタ２４Ｂが配置された構成を有している。なお、上述した実施形態（図４参照）と同様に、導入路２３Ｂの取込面側には大気取込部２３ａが設けられ、取出面側には大気取出部（大気取出口）２３ｂが設けられている。 Still another configuration example of the fuel cartridge applicable to the fuel cell system according to the present invention is, for example, in the longitudinal direction of the fuel cartridge 20 (fuel sealing portion 21) having a rectangular parallelepiped shape, as shown in FIG. A configuration in which an introduction path 23B having a straight tubular space passing between the side surfaces (take-in surface and take-out surface) facing each other is provided, and a filter 24B is arranged at an arbitrary position in the introduction path 23B. have. As in the above-described embodiment (see FIG. 4), an air intake portion 23a is provided on the intake surface side of the introduction path 23B, and an air intake portion (atmosphere intake port) 23b is provided on the extraction surface side. It has been.

このような構成を有する燃料カートリッジ２０によれば、燃料封入部２１に設けられる燃料取出部２１ａ及び水封入部２２に設けられる水取出部２２ａと同じ一面側（方向の面）に大気取出部２３ｂを設けることができるので、上述したような燃料封入量を相対的に多くすることはできないものの、発電モジュール１０（又は、発電モジュール１０を搭載した電子機器）との接続構造を簡素化することができるとともに、各供給制御部を近接する空間にまとめて配置することができ、機器の設計を容易に行うことができる。 According to the fuel cartridge 20 having such a configuration, the air extraction portion 23b is provided on the same surface side (direction surface) as the fuel extraction portion 21a provided in the fuel enclosure portion 21 and the water extraction portion 22a provided in the water enclosure portion 22. Although it is not possible to relatively increase the fuel filling amount as described above, it is possible to simplify the connection structure with the power generation module 10 (or the electronic device on which the power generation module 10 is mounted). In addition, the supply control units can be arranged in close proximity to each other, and the device can be easily designed.

（フィルタの捕集能力についての検討）
次に、上述したような構成を有する燃料電池システム（燃料カートリッジ）に適用されるフィルタの捕集能力について詳しく説明する。
上述したように、燃料カートリッジ２０の導入路２３に配置されるフィルタ２４は、上述したように、発電セル部１１における発電動作を阻害する粒子状物質や化学物質等の不純物の流入を捕集、除去して、カソード極への純度の高い酸素Ｏ_２を供給することを目的としている。したがって、以下のフィルタの捕集能力の検討においても、粒子状物質の捕集能力及び化学物質の捕集能力を個別に検討するものとする。 (Examination of filter collection ability)
Next, the filter collection capability applied to the fuel cell system (fuel cartridge) having the above-described configuration will be described in detail.
As described above, the filter 24 disposed in the introduction path 23 of the fuel cartridge 20 collects the inflow of impurities such as particulate substances and chemical substances that inhibit the power generation operation in the power generation cell unit 11 as described above. The purpose is to supply high-purity oxygen O ₂ to the cathode electrode. Therefore, also in the examination of the collection ability of the following filters, the collection ability of particulate matter and the collection ability of chemical substances shall be examined individually.

まず、不純物の捕集能力を検討する際に用いたフィルタの具体的な構成について説明する。
図６は、本実施形態に適用されるフィルタの構成を示す概略断面図である。
本実施形態に適用されるフィルタ２４は、図６に示すように、概略、通気性シート２４ａ、静電シート２４ｂ、活性炭付通気性シート２４ｃ、静電シート２４ｄ及び通気性シート２４ｅを順次積層した構造を有している。 First, a specific configuration of the filter used when examining the ability to collect impurities will be described.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the filter applied to this embodiment.
As shown in FIG. 6, the filter 24 applied to the present embodiment schematically includes a breathable sheet 24 a, an electrostatic sheet 24 b, a breathable sheet 24 c with activated carbon, an electrostatic sheet 24 d, and a breathable sheet 24 e that are sequentially laminated. It has a structure.

次いで、上述した積層構造を有するフィルタ（リサーキュレーションフィルタ；recirculation filter）における粒子状物質の捕集能力について検討する。
図７は、本実施形態に適用されるリサーキュレーションフィルタの性能ライフを検出するための試験装置の原理を示す概略図であり、図８は、本実施形態に適用されるリサーキュレーションフィルタの性能ライフの検出結果（実験結果）を示す特性図である。 Next, the trapping ability of the particulate matter in the filter (recirculation filter) having the above-described laminated structure will be examined.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the principle of a test apparatus for detecting the performance life of the recirculation filter applied to the present embodiment, and FIG. 8 illustrates the recirculation filter applied to the present embodiment. It is a characteristic view which shows the detection result (experiment result) of a performance life.

燃料カートリッジ２０の導入路２３に適用されるリサーキュレーションフィルタの捕集能力の寿命（性能ライフ）を検出するための試験装置の原理は、例えば、図７に示すように、所定の流路径を有する試験流路ＦＧＡ内に、テストサンプルとなるフィルタＦＴａを配置し、該試験流路ＦＧＡ内に所定の濃度の不純物（粒子状物質）を含む気体（サンプルガス）Ｇsmpを流下させる。このような試験装置において、上記フィルタＦＴａの前後（上流及び下流）となる試験流路ＦＧＡ内の不純物の数（量）の時間変化を、パーティクルカウンタＣＮＴａ、ＣＮＴｂを用いて計数することにより、当該フィルタＦＴａの性能ライフが検出される。 The principle of the test apparatus for detecting the life (performance life) of the collection capacity of the recirculation filter applied to the introduction path 23 of the fuel cartridge 20 is, for example, as shown in FIG. A filter FTa serving as a test sample is disposed in the test channel FGA, and a gas (sample gas) Gsmp containing impurities (particulate matter) having a predetermined concentration is caused to flow down in the test channel FGA. In such a test apparatus, the time change of the number (amount) of impurities in the test flow path FGA before and after (upstream and downstream) of the filter FTa is counted using the particle counters CNTa and CNTb. The performance life of the filter FTa is detected.

図７に示した試験装置において、表１に示すように、フィルタ有効面積１１０．７cm^２を有するフィルタＦＴａに対して、図中の試験流路ＦＧＡの左方（上流側）から０．３μｍの粒子径を有する粒子状物質を流速５cm/secで供給し、上流側の不純物濃度（単位体積当たりの粒子状物質の粒子数）が５２６０２ptcl/cm^３となるように設定し、下流側の不純物濃度の経時変化を観測した。これにより、図８に示すような性能特性の実験結果を得た。
ここで、フィルタの不純物捕集効率ＥＦＦは、図７に示すように、ＥＦＦ（％）＝100×（Ｃ１−Ｃ２）／Ｃ１で定義される。ここで、Ｃ１は、フィルタＦＴａの上流側の気体に含まれる不純物（粒子状物質）の粒子数であり、Ｃ２は、フィルタＦＴａの下流側の気体に含まれる不純物の粒子数である。 In the test apparatus shown in FIG. 7, as shown in Table 1, the filter FTa having a filter effective area of 110.7 cm ² is 0.3 μm from the left (upstream side) of the test flow path FGA in the figure. Supply particulate matter having a particle size at a flow rate of 5 cm / sec, and set the upstream impurity concentration (number of particulate matter particles per unit volume) to 52602 ptcl / cm ^3, and the downstream impurity concentration Was observed over time. Thereby, the experimental result of the performance characteristic as shown in FIG. 8 was obtained.
Here, as shown in FIG. 7, the impurity collection efficiency EFF of the filter is defined by EFF (%) = 100 × (C1−C2) / C1. Here, C1 is the number of particles of impurities (particulate matter) contained in the gas upstream of the filter FTa, and C2 is the number of particles of impurities contained in the gas downstream of the filter FTa.

この実験結果において、フィルタＦＴａの不純物の捕集効率の急激な低下が認められる時点の時間データ（経時時間）を性能ライフ（フィルタ寿命）と定義すると、図８に示すように、概ね３５分程度であることが判明した（図中、矢印位置の経時時間参照）。ここで、この性能ライフにおける不純物の総捕集量（フィルタの総負荷量）は、上述した実験条件における単位時間当たり（１秒当たり）の不純物濃度が次の（４）式で表されるので、３５分の経時時間により（５）式のように表すことができる。
110.7cm^２×5cm/sec×52602ptcl/cm^３＝2.9×10^７ptcl/sec ・・・（４）
2.9×10^７ptcl/sec ×35min×60sec＝6.1×10^１０ptcl ・・・（５） In this experimental result, when time data (time elapsed time) at which a rapid decrease in the impurity collection efficiency of the filter FTa is recognized is defined as performance life (filter life), as shown in FIG. (See the time elapsed time at the arrow position in the figure). Here, the total amount of impurities collected in this performance life (total load amount of the filter) is expressed by the following equation (4) as the impurity concentration per unit time (per second) under the above-described experimental conditions. , It can be expressed as the formula (5) by the elapsed time of 35 minutes.
110.7cm ² × 5cm / sec × 52602ptcl / cm ³ = 2.9 × 10 ⁷ ptcl / sec (4)
2.9 x 10 ⁷ ptcl / sec x 35 min x 60 sec = 6.1 x 10 ¹⁰ ptcl (5)

このような実験結果に対して、以下のような条件を加味することにより、実際の電子機器に適用した場合に対応したフィルタの性能ライフを検討する。
（イ）フィルタの有効面積を１１０．７cm^２に固定する。
（ロ）現在主流となっている携帯型の電子機器であるノートＰＣ等に多用されている、１５Ｗ出力の駆動バッテリに相当する燃料電池システムを想定した場合に、フィルタに流れる空気量を１．５Ｌ/min（＝２５cm^３/sec）に設定する。
（ハ）一般の大気中に含まれる不純物の粒子数は、クラス10,000〜100,000であることから、より厳しい条件として、クラス100,000を不純物の粒子数に設定する。 The performance life of the filter corresponding to the case where it is applied to an actual electronic device is examined by adding the following conditions to such experimental results.
(A) The effective area of the filter is fixed to 110.7 cm ² .
(B) Assuming a fuel cell system equivalent to a 15 W output drive battery, which is widely used in notebook PCs and the like, which are currently portable electronic devices, the amount of air flowing through the filter is 1. Set to 5 L / min (= 25 cm ³ / sec).
(C) Since the number of impurity particles contained in the general atmosphere is class 10,000 to 100,000, class 100,000 is set as the number of impurity particles as a more severe condition.

ここで、クラス100,000中に含まれる不純物の粒子数は、次の（６）式のように換算されるので、フィルタを通過しようとする単位時間当たりの粒子数は、次の（７）式のように表される。
100,000ptcl/feet^３＝3.53ptcl/cm^３・・・（６）
25cm^３/sec×3.53ptcl/cm^３＝88.3ptcl/sec ・・・（７） Here, the number of particles of impurities contained in class 100,000 is converted as shown in the following equation (6). Therefore, the number of particles per unit time passing through the filter is expressed by the following equation (7). It is expressed as follows.
100,000ptcl / feet ³ = 3.53ptcl / cm ³ (6)
25cm ³ /sec×3.53ptcl/cm ³ = 88.3ptcl / sec (7)

したがって、不純物の粒子数がクラス100,000の大気を取り込み、１５Ｗ出力の燃料電池システム（駆動バッテリ）を駆動させるために、該大気に基づく酸素Ｏ_２を発電セル部１１へ供給した場合において、上記（５）式に示したフィルタの性能ライフにおける不純物の総捕集量から導出される駆動可能時間は、次の（８）式のように膨大な時間で表される。
6.1×10^１０ptcl÷88.3ptcl/sec＝6.9×10^８sec＝21.8year ・・・（８） Therefore, the number of particles of impurities captures air class 100,000, in order to drive the fuel cell system of 15W output (drive battery), in case of supplying the oxygen O ₂ based on the atmosphere-to the power generation cell section 11, the ( The drivable time derived from the total amount of impurities collected in the performance life of the filter shown in the equation (5) is represented by a huge amount of time as in the following equation (8).
6.1 × 10 ¹⁰ ptcl ÷ 88.3ptcl / sec = 6.9 × 10 ⁸ sec = 21.8year (8)

これは、換言すると、燃料カートリッジ２０（燃料封入部２１）に封入された発電用燃料（メタノールＣＨ_３ＯＨ）の量が、例えば、電子機器を１０〜数十時間駆動させるだけの量に設定されている場合には、導入路２３内に配置されるフィルタ（リサーキュレーションフィルタ）２４の有効面積を非常に小さいものに設定した場合であっても、良好に大気を取り込み、発電セル部１１に（不純物の流入を抑制して）純度の高い酸素を供給して良好な発電動作を実現することができる、ということを表している。 In other words, the amount of power generation fuel (methanol CH ₃ OH) sealed in the fuel cartridge 20 (fuel sealing portion 21) is set to an amount sufficient to drive the electronic device for 10 to several tens of hours, for example. In the case where the effective area of the filter (recirculation filter) 24 arranged in the introduction path 23 is set to be very small, the atmosphere is well taken into the power generation cell unit 11. This means that a favorable power generation operation can be realized by supplying high-purity oxygen (suppressing inflow of impurities).

次いで、上述した積層構造を有するフィルタ（ケミカルフィルタ；chemical filter）における化学物質の捕集能力について検討する。
図９は、本実施形態に適用されるケミカルフィルタの性能ライフを検出するための試験装置の原理を示す概略図であり、図１０は、本実施形態に適用されるケミカルフィルタの性能ライフの検出結果（実験結果）を示す特性図である。 Next, the ability to collect chemical substances in the filter having the above-described laminated structure (chemical filter) will be examined.
FIG. 9 is a schematic diagram showing the principle of a test apparatus for detecting the performance life of the chemical filter applied to the present embodiment, and FIG. 10 is a detection of the performance life of the chemical filter applied to the present embodiment. It is a characteristic view which shows a result (experimental result).

燃料カートリッジ２０の導入路２３に適用されるケミカルフィルタの捕集能力の寿命（性能ライフ）を検出するための試験装置の原理は、例えば、図９に示すように、試験流路ＦＧＢ内にテストサンプルとなるフィルタＦＴｂを配置し、該試験流路ＦＧＢ内に所定の濃度の二酸化硫黄（ＳＯ_２）と空気との混合気体（サンプルガス）Ｇmixを流下させ、ブレークスルー実装実験を行う。このような試験装置において、上記フィルタＦＴｂの下流側に通過した気体Ｇthの不純物濃度の時間変化をガス濃度分析器ＣＮＴｃにより測定することにより、当該フィルタＦＴｂの性能ライフが検出される。 The principle of the test apparatus for detecting the life (performance life) of the collection capacity of the chemical filter applied to the introduction path 23 of the fuel cartridge 20 is, for example, as shown in FIG. A filter FTb to be a sample is arranged, and a mixed gas (sample gas) Gmix of sulfur dioxide (SO ₂ ) and air having a predetermined concentration is caused to flow down in the test flow path FGB to perform a breakthrough mounting experiment. In such a test apparatus, the performance life of the filter FTb is detected by measuring the time change of the impurity concentration of the gas Gth that has passed downstream of the filter FTb by the gas concentration analyzer CNTc.

図９に示した試験装置において、表２に示すように、フィルタ有効面積２．５７cm^２を有するフィルタＦＴｂに対して、図中の試験流路ＦＧＢの左方（上流側）から混合気体Ｇmixを流速２５．９cc/minで供給し、上流側の不純物（二酸化硫黄）濃度が４１．１５ppm（１０７．８ng/cc）となるように設定し、下流側の不純物濃度（単位体積当たりの不純物の重量）の経時変化を観測した。これにより、図１０に示すような性能特性の実験結果を得た。 In the test apparatus shown in FIG. 9, as shown in Table 2, the mixed gas Gmix is applied to the filter FTb having a filter effective area of 2.57 cm ² from the left side (upstream side) of the test flow path FGB in the figure. Supply at a flow rate of 25.9 cc / min, and set the upstream impurity (sulfur dioxide) concentration to 41.15 ppm (107.8 ng / cc), and the downstream impurity concentration (impurity weight per unit volume) ) Was observed over time. As a result, an experimental result of performance characteristics as shown in FIG. 10 was obtained.

この実験結果において、フィルタＦＴｂの不純物の捕集効率に対応する、下流側の不純物濃度の急激な上昇が認められる時点の時間データ（経時時間）を性能ライフ（フィルタ寿命）と定義すると、図１０に示すように、概ね４２分程度であることが判明した（図中、矢印位置の経時時間参照）。ここで、この性能ライフにおける不純物の総捕集量（二酸化硫黄の総吸着量）は、上述した実験条件における単位時間当たり（１分当たり）の二酸化硫黄の濃度が次の（９）式で表されるので、４２分の経時時間により（１０）式のように表すことができる。
107.8ng/cc×25.9cc/min＝2792ng/min ・・・（９）
2792ng/min×42min＝117264ng ・・・（１０） In this experimental result, when time data (time elapsed) at which a rapid increase in the impurity concentration on the downstream side corresponding to the impurity collection efficiency of the filter FTb is recognized is defined as performance life (filter life), FIG. As shown in FIG. 4, it was found that it was approximately 42 minutes (refer to the elapsed time at the arrow position in the figure). Here, the total amount of impurities trapped in this performance life (total amount of sulfur dioxide adsorbed) is expressed by the following equation (9) as the concentration of sulfur dioxide per unit time (per minute) under the above-described experimental conditions. Therefore, it can be expressed as the equation (10) by the elapsed time of 42 minutes.
107.8ng / cc x 25.9cc / min = 2792ng / min (9)
2792ng / min × 42min = 117264ng (10)

このような実験結果に対して、以下のような条件を加味することにより、実際の電子機器に適用した場合に対応したフィルタの性能ライフを検討する。
（イ）フィルタの有効面積を２．５７cm^２に固定する。
（ロ）現在主流となっている携帯型の電子機器であるノートＰＣ等に多用されている、１５Ｗ出力の駆動バッテリに相当する燃料電池システムを想定した場合に、フィルタに流れる空気量を１．５Ｌ/min（＝２５cm^３/sec）に設定する。
（ハ）一般の大気中に含まれる二酸化硫黄ＳＯ_２の濃度を、国立環境研究所の環境数値データに基づいて、０．００７８ng/ccに設定する。 The performance life of the filter corresponding to the case where it is applied to an actual electronic device is examined by adding the following conditions to such experimental results.
(A) The effective area of the filter is fixed at 2.57 cm ² .
(B) Assuming a fuel cell system equivalent to a 15 W output drive battery, which is widely used in notebook PCs and the like, which are currently portable electronic devices, the amount of air flowing through the filter is 1. Set to 5 L / min (= 25 cm ³ / sec).
(C) The concentration of sulfur dioxide SO ₂ contained in the general atmosphere is set to 0.0078 ng / cc based on the environmental numerical data of the National Institute for Environmental Studies.

ここで、フィルタを通過しようとする単位時間当たりの重量は、次の（１１）式のように表される。
1500cc/min×0.0078ng/cc＝11.7ng/min ・・・（１１）
したがって、二酸化硫黄濃度が０．００７８ng/ccの大気を取り込み、１５Ｗ出力の燃料電池システム（駆動バッテリ）を駆動させるために、該大気に基づく酸素Ｏ_２を発電セル部１１へ供給した場合において、上記（１０）式に示したフィルタの性能ライフにおける不純物の総捕集量（二酸化硫黄の総吸着量）から導出される駆動可能時間は、次の（１２）式のように膨大な時間で表される。
117264ng÷11.7ng/min＝10022min＝167hr ・・・（１２） Here, the weight per unit time to pass through the filter is expressed by the following equation (11).
1500cc / min × 0.0078ng / cc = 11.7ng / min (11)
Therefore, in the case where the atmosphere having a sulfur dioxide concentration of 0.0078 ng / cc is taken in and oxygen O ₂ based on the atmosphere is supplied to the power generation cell unit 11 in order to drive a 15 W output fuel cell system (drive battery), The drivable time derived from the total amount of impurities trapped (total amount of sulfur dioxide adsorbed) in the performance life of the filter shown in the above equation (10) is expressed in a huge amount of time as in the following equation (12). Is done.
117264ng ÷ 11.7ng / min = 10022min = 167hr (12)

これは、換言すると、上述したリサーキュレーションフィルタの場合と同様に、燃料カートリッジ２０（燃料封入部２１）に封入された発電用燃料（メタノールＣＨ_３ＯＨ）の量が、例えば、電子機器を１０〜数十時間駆動させるだけの量に設定されている場合には、導入路２３内に配置されるフィルタ（ケミカルフィルタ）２４の有効面積を非常に小さいものに設定した場合であっても、良好に大気を取り込み、発電セル部１１に（不純物の流入を抑制して）純度の高い酸素を供給して良好な発電動作を実現することができる、ということを表している。 In other words, as in the case of the recirculation filter described above, the amount of power generation fuel (methanol CH ₃ OH) sealed in the fuel cartridge 20 (fuel sealing portion 21) is, for example, 10% for electronic equipment. When it is set to an amount that can be driven for several tens of hours, it is good even when the effective area of the filter (chemical filter) 24 arranged in the introduction path 23 is set to a very small one This indicates that a good power generation operation can be realized by taking in the atmosphere and supplying high-purity oxygen (suppressing the inflow of impurities) to the power generation cell unit 11.

このように、本実施形態に係る燃料カートリッジ２０に、周囲の大気を取り込むための導入路２３を設け、該導入路２３内にフィルタ（リサーキュレーションフィルタ、ケミカルフィルタ）を配置した場合、当該フィルタ部材として、燃料封入部に封入された発電用燃料により発電動作が行われる時間（発電動作の継続可能時間）分だけの不純物捕集能力を有していればよいので、上述した実験結果に示したように、フィルタ有効面積を非常に小さく設定して、相対的に発電用燃料の封入量（燃料封入部の容積）を多くすることができるとともに、フィルタにおける圧力損失を低減して、空気供給制御部１６に設けられたエアポンプの負荷を削減し、消費電力を低減することができる。 As described above, when the fuel cartridge 20 according to the present embodiment is provided with the introduction path 23 for taking in the ambient air, and the filter (recirculation filter, chemical filter) is disposed in the introduction path 23, the filter As the member, it is only necessary to have an impurity collection capability for the time required for the power generation operation by the power generation fuel sealed in the fuel sealing portion (the time during which the power generation operation can be continued). As described above, the effective area of the filter can be set very small to increase the amount of power generation fuel enclosed (volume of the fuel enclosure) and reduce the pressure loss in the filter to supply air. The load of the air pump provided in the control part 16 can be reduced, and power consumption can be reduced.

＜燃料電池システムの動作説明＞
次いで、上述したような構成を有する燃料電池システムにおける発電動作について簡単に説明する。
本実施形態に係る燃料電池システムにおける発電動作は、まず、発電モジュール１０に燃料カートリッジ２０を装着することにより、燃料封入部２１の燃料取出部２１ａ、水封入部２２の水取出部２２ａ、導入路２３の大気取出部２３ｂが、各々、燃料供給制御部１４の燃料取込経路、水供給制御部１５の水取込経路、空気供給制御部１６の大気取込経路に接続されて、発電用燃料、水及び大気（酸素）が発電モジュールへ供給可能な状態に設定される。 <Description of fuel cell system operation>
Next, the power generation operation in the fuel cell system having the above-described configuration will be briefly described.
The power generation operation in the fuel cell system according to the present embodiment is as follows. First, the fuel cartridge 20 is mounted on the power generation module 10, whereby the fuel extraction portion 21 a of the fuel enclosure portion 21, the water extraction portion 22 a of the water enclosure portion 22, and the introduction path. 23 are connected to the fuel intake path of the fuel supply control unit 14, the water intake path of the water supply control unit 15, and the air intake path of the air supply control unit 16, respectively. Water and air (oxygen) are set in a state where they can be supplied to the power generation module.

ここで、水供給制御部１５は、例えば、燃料カートリッジ２０の発電モジュール１０への装着時に（もしくは、発電セル部における発電動作に先立つ所定のタイミングで）、水封入部２２から適量の水Ｈ_２Ｏを取り出し、発電セル部１１の電解質膜に供給する。これにより、発電セル部１１における発電動作に先立って、電解質膜（イオン交換膜）が所定の湿潤状態に保持される。 Here, the water supply control unit 15, for example, at the time of mounting the fuel cartridge 20 on the power generation module 10 (or at a predetermined timing prior to the power generation operation in the power generation cell unit), an appropriate amount of water H ₂ from the water sealing unit 22. O is taken out and supplied to the electrolyte membrane of the power generation cell unit 11. Thereby, prior to the power generation operation in the power generation cell unit 11, the electrolyte membrane (ion exchange membrane) is held in a predetermined wet state.

次いで、燃料電池システムが内蔵された電子機器が起動すると、燃料供給制御部１４により燃料封入部２１から所定量の発電用燃料（メタノールＣＨ_３ＯＨ）が取り出されて、改質部１２の燃料気化器１２ａ及び燃焼器１２ｄに供給されるとともに、水供給制御部１５により水封入部２２から適量の水が取り出されて、改質部１２の燃料気化器１２ａ及びＣＯ除去器１２ｃに供給され、また、空気供給制御部１６により導入路２３及びフィルタ２４を介して大気が取り込まれて、改質部１２の燃焼器１２ｄに供給される。 Next, when an electronic device with a built-in fuel cell system is started, a predetermined amount of power generation fuel (methanol CH ₃ OH) is taken out from the fuel sealing unit 21 by the fuel supply control unit 14, and the fuel vaporization of the reforming unit 12 is performed. Is supplied to the gas generator 12a and the combustor 12d, and an appropriate amount of water is taken out from the water sealing unit 22 by the water supply control unit 15 and supplied to the fuel vaporizer 12a and the CO remover 12c of the reforming unit 12, and The air supply control unit 16 takes in air through the introduction path 23 and the filter 24 and supplies the air to the combustor 12 d of the reforming unit 12.

これにより、改質部１２におけるメタノールＣＨ_３ＯＨ及び水Ｈ_２Ｏを用いた所定の水蒸気改質反応及び水性シフト反応、選択酸化反応が促進され、発電セル部１１のアノード極に水素ガスＨ_２が供給されるとともに、最終的な副生成物である微量の二酸化炭素ＣＯ_２がシステムの外部（大気中）に放出される。 As a result, the predetermined steam reforming reaction, aqueous shift reaction, and selective oxidation reaction using methanol CH ₃ OH and water H ₂ O in the reforming unit 12 are promoted, and hydrogen gas H _{2 is} supplied to the anode electrode of the power generation cell unit 11. Is supplied, and a trace amount of carbon dioxide CO ₂ as a final by-product is released to the outside of the system (in the atmosphere).

また、発電セル部１１のカソード極には、空気供給制御部１６により導入路２３及びフィルタ２４を介して取り込まれた大気が供給されることにより、上述した電気化学反応式（２３）、（２４）に基づいて、アノード極とカソード極から電気エネルギーが取り出されるとともに、カソード極において副生成物として水Ｈ_２Ｏが生成される。この水Ｈ_２Ｏは、水回収制御部１３により回収されて、発電セル部１１の電解質膜、及び、改質部１２に再び供給される。 In addition, the air taken in by the air supply control unit 16 through the introduction path 23 and the filter 24 is supplied to the cathode electrode of the power generation cell unit 11, so that the above-described electrochemical reaction formulas (23) and (24 ), Electric energy is extracted from the anode and cathode, and water H ₂ O is produced as a by-product in the cathode. The water H ₂ O is recovered by the water recovery control unit 13 and supplied again to the electrolyte membrane of the power generation cell unit 11 and the reforming unit 12.

そして、発電セル部１１における発電動作が定常状態（安定的に電気エネルギーを出力する状態）に移行して、水回収制御部１３を介して発電セル部１１に供給される水Ｈ_２Ｏにより、電解質膜が所定の湿潤状態に保持されるようになると（すなわち、回収された水Ｈ_２Ｏが発電セル部１１に供給される循環サイクルが確立した段階で）、水供給制御部１５による燃料カートリッジ２０（水封入部２２）から発電セル部１１及び改質部１２への水Ｈ_２Ｏの供給が遮断される。 Then, the power generation operation in the power generation cell unit 11 shifts to a steady state (a state in which electric energy is stably output), and water H ₂ O supplied to the power generation cell unit 11 via the water recovery control unit 13 When the electrolyte membrane is kept in a predetermined wet state (that is, when a circulation cycle in which the recovered water H ₂ O is supplied to the power generation cell unit 11 is established), the fuel cartridge by the water supply control unit 15 The supply of water H ₂ O from the power generation unit 20 and the reforming unit 12 from the 20 (water sealing unit 22) is shut off.

次いで、燃料カートリッジ２０に封入された発電用燃料の残量がなくなった場合、又は、少なくなった場合には、燃料カートリッジ２０を発電モジュール１０から取り外すことにより、発電用燃料の残量の少なくなった燃料封入部２１、水の残量が少なくなった水封入部２２、及び、大気中の不純物が捕集されたフィルタ２４が一括して取り外され、所定のリサイクルルートを介して回収、廃棄される。 Next, when the remaining amount of the fuel for power generation enclosed in the fuel cartridge 20 runs out or decreases, the remaining amount of fuel for power generation decreases by removing the fuel cartridge 20 from the power generation module 10. The fuel enclosing part 21, the water enclosing part 22 in which the remaining amount of water is reduced, and the filter 24 in which impurities in the atmosphere are collected are removed in a lump, and are collected and discarded via a predetermined recycling route. The

そして、発電用燃料及び水が十分封入された燃料封入部２１及び水封入部２２、かつ、十分に不純物の捕集能力を有するフィルタ２４を備えた新たな燃料カートリッジ２０を、再度発電モジュール１０に取り付けることにより、発電用燃料、水及び不純物が除去された空気が発電モジュール１０に供給されて、発電セル部１１における発電動作を良好に再起動することができる。 Then, a new fuel cartridge 20 including a fuel sealing portion 21 and a water sealing portion 22 in which power generation fuel and water are sufficiently sealed, and a filter 24 having a sufficient ability to collect impurities is re-attached to the power generation module 10. By attaching, the power generation fuel, water, and air from which impurities have been removed are supplied to the power generation module 10, and the power generation operation in the power generation cell unit 11 can be restarted satisfactorily.

したがって、本実施形態に係る燃料電池システムにおいては、発電用燃料及び水を封入した燃料カートリッジに、少なくとも発電セル部における発電動作に用いる酸素（大気）を取り込むための導入路及びフィルタを一体的に設けた構成を有し、該燃料カートリッジが、発電モジュール（もしくは、発電モジュールが内蔵された電子機器）に対して着脱可能なように構成されているので、当該フィルタにより大気中の不純物（粒子状物質や化学物質等）を捕集、除去して、高純度の酸素を発電セル部に供給することができるとともに、発電用燃料の残量がなくなったときや少なくなったとき等には、あたかも電子機器の使用に際して乾電池やバッテリを交換する場合と同様に、燃料カートリッジを取り替える（交換する）という必須かつ簡易な作業により、発電用燃料と水の補給に加え、捕集能力の低下したフィルタの交換を行うことができ、使い勝手のよい電源システムを実現することができる。 Therefore, in the fuel cell system according to the present embodiment, an introduction path and a filter for taking in at least oxygen (atmosphere) used for power generation operation in the power generation cell unit are integrally formed in the fuel cartridge enclosing the power generation fuel and water. Since the fuel cartridge is configured to be detachable with respect to the power generation module (or the electronic device incorporating the power generation module), impurities in the atmosphere (particulate form) can be obtained by the filter. Materials and chemical substances) can be collected and removed, and high-purity oxygen can be supplied to the power generation cell section. When the remaining amount of fuel for power generation runs out or decreases, it is as if Similar to the replacement of dry cells and batteries when using electronic devices, it is essential and easy to replace (replace) the fuel cartridge. Work, in addition to the supply of the power generation fuel and water, it is possible to perform a reduced exchange of filter trapping capacity, it is possible to realize a user-friendly power supply system.

＜第２の実施形態＞
次いで、本発明に係る燃料電池システムの第２の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１１は、本発明に係る燃料電池システムの第２の実施形態の全体構成を示す概略ブロック図である。ここで、上述した第１の実施形態と同等の構成については、同一又は同等の符号を付してその説明を簡略化又は省略する。 <Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 11 is a schematic block diagram showing the overall configuration of the second embodiment of the fuel cell system according to the present invention. Here, about the structure equivalent to 1st Embodiment mentioned above, the same or equivalent code | symbol is attached | subjected and the description is simplified or abbreviate | omitted.

上述した第１の実施形態においては、空気供給制御部１６により燃料電池システム周辺の大気を取り込んで、少なくとも発電セル部１１のカソード極に酸素を供給する構成を示したが、本実施形態においては、上記発電セル部に加え、燃料カートリッジの燃料封入部及び水封入部にも、空気を供給して、発電用燃料及び水を発電モジュール（燃料供給制御部及び水供給制御部）に押し出すようにした構成を有している。 In the first embodiment described above, the air supply control unit 16 takes in the atmosphere around the fuel cell system and supplies oxygen to at least the cathode electrode of the power generation cell unit 11. In the present embodiment, In addition to the power generation cell section, air is also supplied to the fuel sealing section and the water sealing section of the fuel cartridge so that the power generation fuel and water are pushed out to the power generation module (fuel supply control section and water supply control section). It has the structure.

具体的には、本実施形態に係る燃料電池システムは、図１１に示すように、上述した第１の実施形態に示した構成（図１参照）に加えて、空気供給制御部１６により燃料カートリッジ２０の導入路２３及びフィルタ２４を介して取り込んだ大気に基づく所定の気圧の空気を、燃料カートリッジ２０の燃料封入部２１及び水封入部２２の各々の他端側に設けられた開口部２１ｃ、２２ｃに供給するためのカートリッジ側供給経路ＲＴｃを備えた構成を有している。 Specifically, as shown in FIG. 11, the fuel cell system according to the present embodiment includes a fuel cartridge by the air supply control unit 16 in addition to the configuration shown in the first embodiment (see FIG. 1). An opening 21c provided on the other end side of each of the fuel sealing portion 21 and the water sealing portion 22 of the fuel cartridge 20 with air having a predetermined atmospheric pressure based on the air taken in through the 20 introduction paths 23 and the filter 24; The cartridge side supply path RTc for supplying to 22c is provided.

すなわち、空気供給制御部１６により取り込まれた大気は、セル側供給経路ＲＴａを介して発電セル部１１のカソード極に供給されて、発電動作に寄与するとともに、改質側供給経路ＲＴｂを介して改質部１２の燃焼器１２ｄに供給されて、燃料改質反応における温度制御に用いられ、さらに、カートリッジ側供給経路ＲＴｃを介して燃料カートリッジ２０の各封入部２１、２２の他端側に設けられた開口部２１ｃ、２２ｃを介して注入されて、発電モジュールへの発電用燃料及び水の取出（吐出）制御に用いられる。ここで、空気供給制御部１６からの大気（酸素）の供給制御は、各供給経路ＲＴａ、ＲＴｂ、ＲＴｃごとに供給タイミングや供給量、圧力等が制御される。 That is, the air taken in by the air supply control unit 16 is supplied to the cathode electrode of the power generation cell unit 11 through the cell side supply path RTa, contributing to the power generation operation, and via the reforming side supply path RTb. Supplied to the combustor 12d of the reforming unit 12 and used for temperature control in the fuel reforming reaction, and further provided on the other end side of each enclosing unit 21 and 22 of the fuel cartridge 20 via the cartridge side supply path RTc. The fuel is injected through the openings 21c and 22c, and is used for controlling the extraction (discharge) of the power generation fuel and water to the power generation module. Here, in the supply control of the atmosphere (oxygen) from the air supply control unit 16, the supply timing, supply amount, pressure, and the like are controlled for each supply path RTa, RTb, RTc.

このような構成を有する燃料電池システムによれば、発電セル部１１のカソード電極において、発電動作に係る電気化学反応を促進するために十分な酸素が供給されるとともに、燃料カートリッジ２０の各封入部２１、２２に内挿された追従体２１ｂ、２２ｂが所定の圧力で押圧されて、発電用燃料及び水を発電モジュール１０側へ所定の吐出量で押し出すことができるので、燃料電池システムの使用環境（大気圧や使用角度、振動等）にかかわらず、発電セル部１１及び改質部１２における一連の化学反応が促進されて、安定した発電動作を実現することができ、該燃料電池システムが搭載された電子機器を良好に駆動させることができる。 According to the fuel cell system having such a configuration, the cathode electrode of the power generation cell unit 11 is supplied with sufficient oxygen to promote the electrochemical reaction related to the power generation operation, and each encapsulated part of the fuel cartridge 20 Since the followers 21b and 22b inserted in the 21 and 22 are pressed with a predetermined pressure, the power generation fuel and water can be pushed out to the power generation module 10 side with a predetermined discharge amount. Regardless of (atmospheric pressure, use angle, vibration, etc.), a series of chemical reactions in the power generation cell unit 11 and the reforming unit 12 are promoted, and stable power generation operation can be realized, and the fuel cell system is mounted. It is possible to satisfactorily drive the electronic device.

本発明に係る燃料電池システムの第１の実施形態の全体構成を示す概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram showing an overall configuration of a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention. 本実施形態に係る燃料電池システムに適用される改質部の一構成例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows one structural example of the reforming part applied to the fuel cell system which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池システムに適用される改質部おける化学反応の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the chemical reaction in the reforming part applied to the fuel cell system which concerns on this embodiment. 本発明に係る燃料電池システムに適用可能な燃料カートリッジの一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the fuel cartridge applicable to the fuel cell system which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池システムに適用可能な燃料カートリッジの他の例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the other example of the fuel cartridge applicable to the fuel cell system which concerns on this invention. 本実施形態に適用されるフィルタの構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the filter applied to this embodiment. 本実施形態に適用されるリサーキュレーションフィルタの性能ライフを検出するための試験装置の原理を示す概略図である。It is the schematic which shows the principle of the test apparatus for detecting the performance life of the recirculation filter applied to this embodiment. 本実施形態に適用されるリサーキュレーションフィルタの性能ライフの検出結果（実験結果）を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the detection result (experimental result) of the performance life of the recirculation filter applied to this embodiment. 本実施形態に適用されるケミカルフィルタの性能ライフを検出するための試験装置の原理を示す概略図である。It is the schematic which shows the principle of the test apparatus for detecting the performance life of the chemical filter applied to this embodiment. 本実施形態に適用されるケミカルフィルタの性能ライフの検出結果（実験結果）を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the detection result (experimental result) of the performance life of the chemical filter applied to this embodiment. 本発明に係る燃料電池システムの第２の実施形態の全体構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the whole structure of 2nd Embodiment of the fuel cell system which concerns on this invention. 燃料直接供給方式を採用した固体高分子型の燃料電池を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the polymer electrolyte fuel cell which employ | adopted the direct fuel supply system. 燃料改質供給方式を採用した固体高分子型の燃料電池を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the polymer electrolyte fuel cell which employ | adopted the fuel reforming supply system.

Explanation of symbols

１０発電モジュール
１１発電セル部
１２改質部
１３水回収制御部
１４燃料供給制御部
１５水供給制御部
１６空気供給制御部
２０燃料カートリッジ
２１燃料封入部
２２水封入部
２３導入路
２４フィルタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power generation module 11 Power generation cell part 12 Reforming part 13 Water collection | recovery control part 14 Fuel supply control part 15 Water supply control part 16 Air supply control part 20 Fuel cartridge 21 Fuel enclosure 22 Water enclosure part 23 Introductory path 24 Filter

Claims

In a fuel cell system including a fuel cell body that performs power generation operation,
A fuel enclosing part enclosing a power generation fuel, and a fuel container having an introduction path through which air around the fuel cell system passes,
Air supply control means for taking in air around the fuel cell system through the introduction path and supplying oxygen to at least the air electrode of the fuel cell main body;
Have
The fuel container includes a filter for collecting impurities contained in the air in the introduction path,
The filter has at least a trapping ability to remove particulate substances and chemical substances that inhibit power generation operation in the fuel cell main body from the air,
The filter has at least a collection capability life corresponding to the continuation time of the power generation operation in the fuel cell body set by the amount of the fuel for power generation sealed in the fuel sealing portion,
The collection capacity life is determined by a change in collection capacity efficiency ,
A fuel outlet for taking out the power generation fuel is provided at one end of the fuel container, and an opening into which a gas for pressing the power generation fuel in the fuel outlet direction flows in the fuel enclosure. A fuel cell system provided at the other end of the fuel container .

2. The fuel cell system according to claim 1 , wherein the air supply control unit injects air around the fuel cell system taken in through the introduction path through the opening. 3.

The fuel container is provided with an air outlet for connecting to the introduction path and for taking out the air to the air supply control unit,
The fuel cell system according to claim 1 or 2 , wherein the fuel outlet and the air outlet are arranged on the same surface of the fuel container.

The fuel container is provided with an air outlet for connecting to the introduction path and for taking out the air to the air supply control unit,
The fuel cell system according to claim 1 or claim 2 and said fuel outlet and said air outlet, characterized in that it is arranged on different surfaces of the fuel container.

Wherein in contact with the opposite other end side to the fuel outlet side of the power generation fuel, in any one of claims 1 to 4, characterized in that the follower is provided to follow the power generation fuel The fuel cell system described.

In a fuel container for power generation of a fuel cell system including a fuel cell main body that performs power generation operation,
A fuel encapsulating section enclosing power generation fuel;
An introduction path through which air used for power generation operation in the fuel cell body passes;
A filter for collecting impurities contained in the air in the introduction path;
With
The filter has at least a trapping ability to remove particulate substances and chemical substances that inhibit power generation operation in the fuel cell main body from the air,
The filter has at least a collection capability life corresponding to a continuation time of the power generation operation in the fuel cell main body set by an amount of the fuel for power generation sealed in the fuel container,
The collection capacity life is determined by a change in collection capacity efficiency ,
A fuel outlet for taking out the power generation fuel is provided at one end of the fuel container, and an opening into which a gas for pressing the power generation fuel in the fuel outlet direction flows in the fuel enclosure. A fuel container for power generation, which is provided at the other end of the fuel container.

The power generation according to claim 6 , wherein the fuel outlet and an air outlet for taking out the air connected to the introduction path are arranged on a plane in the same direction of the fuel container. Fuel container.

The power generation according to claim 6 , wherein the fuel outlet and an air outlet for taking out the air connected to the introduction path are arranged on surfaces of the fuel container in different directions. Fuel container.

Generator according to claim 6 or 7, characterized in that the follower is provided above said fuel outlet side of the power generation fuel in contact with the opposite other end, to follow the power generation fuel Fuel container.