JP2002203585A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell

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JP2002203585A
JP2002203585A JP2000402562A JP2000402562A JP2002203585A JP 2002203585 A JP2002203585 A JP 2002203585A JP 2000402562 A JP2000402562 A JP 2000402562A JP 2000402562 A JP2000402562 A JP 2000402562A JP 2002203585 A JP2002203585 A JP 2002203585A
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JP
Japan
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fuel
electrode
fuel cell
oxygen
vibration
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Application number
JP2000402562A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Ogawara
孝 大河原
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Toshiba Engineering Corp
Original Assignee
Toshiba Engineering Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Engineering Corp filed Critical Toshiba Engineering Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve power generation performance, maintain a prolonged operation, and the like, by compulsorily eliminating generated water adhering to an oxygen reaction electrode or the like, and always securing soundness of a reaction electrode of hydrogen and oxygen. SOLUTION: In a fuel cell which an electrolyte board 2 containing an electrolyte is inserted between a fuel electrode 4 and an oxygen reaction electrode 3, and oxidizing reaction is performed by circulating gaseous fuel and oxygen content gas, respectively to a surface side outside these fuel electrode 4 and oxygen reaction electrode 3, a vibrating means to vibrate the fuel electrode 4 and the oxygen reaction electrode 3, or a separator 5, is prepared. The vibrating means is constituted of a vibrator 17 which vibrates at least either the separator 5, the electrolyte board 2 and a frame from the outside, or at least either the separator, the electrolyte board, and the frame is constituted from piezoelectric material or a magnetic strain material, and it is made to a vibrating source vibrated by impressing a voltage.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は燃料電池に係り、特
に発電時に発生する水滴の酸素反応極等への付着防止、
離脱等を振動の利用によって行い、これにより発電性能
の向上が図れる燃料電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell and, more particularly, to the prevention of water droplets generated during power generation from adhering to an oxygen reaction electrode and the like.
The present invention relates to a fuel cell in which separation and the like are performed by utilizing vibration, thereby improving power generation performance.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、燃料電池として、例えば溶融炭酸
塩方式、りん酸型、固体電解質型等、種々の方式のもの
が知られている。このうち最近では、固体電界質型が主
な開発対象となっている。固体電極型燃料電池は、電解
質を染み込ませた電解質板を燃料極と酸素反応極とによ
り挟んで一体とし、その両面をセパレータでさらに挟
み、このセパレータに設けられた溝からなる気体燃料流
路および酸素含有気体流路に、気体燃料および酸素含有
気体をそれぞれ流して反応させることにより、発電を行
うものである。このような構成の単位ユニットを一般に
セルと称しており、このセルを多数集積して燃料電池集
合体を構成し、電気的に接続することにより大容量の発
電を可能としている。この方式では、電解質は流体では
なく、電解質板として板状の構造をなしているため、小
型軽量化が可能となり、組立て等も容易となる利点があ
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, various types of fuel cells, such as a molten carbonate type, a phosphoric acid type, and a solid electrolyte type, are known. Of these, the solid electrolyte type has recently been the main development target. The solid-electrode fuel cell is an electrolyte plate impregnated with an electrolyte sandwiched between a fuel electrode and an oxygen reaction electrode to be integrated, and both surfaces thereof are further sandwiched by separators, and a gas fuel flow path comprising a groove provided in the separator and The power generation is performed by causing the gaseous fuel and the oxygen-containing gas to flow through the oxygen-containing gas flow path and react with each other. The unit unit having such a configuration is generally called a cell, and a large number of cells are integrated to form a fuel cell assembly, and large-capacity power generation is possible by electrically connecting the fuel cell assembly. In this method, since the electrolyte is not a fluid but has a plate-like structure as an electrolyte plate, there is an advantage that the size and weight can be reduced and the assembling and the like are easy.

【0003】このように、セルを多数集積した燃料電池
集合体により発電ユニットとして構成される燃料電池に
おいては、発電の際に燃料の反応によってセルが発熱す
るため、セパレータに別に設けた溝からなる冷却水流路
に冷却水を供給することにより、冷却を行うようにして
いる。
[0003] As described above, in a fuel cell configured as a power generation unit by a fuel cell assembly in which a large number of cells are integrated, since the cells generate heat due to the reaction of fuel during power generation, the fuel cell includes grooves separately provided in the separator. Cooling is performed by supplying cooling water to the cooling water flow path.

【0004】ところで、気体燃料には一般に水素が使用
され、酸素含有気体には空気が使用される。この水素と
空気中に含まれる酸素とが反応すると、燃料極では水素
(H )の少なくなったガスが発生する一方、酸素反応
極としての空気極では酸素(O)の少なくなった空気
に反応過程で生成された水が含まれた状態となる。この
反応過程で生成された水は、主に空気極等の表面等に水
滴となって付着し、水素と酸素との反応を妨げる現象が
生じる。
By the way, hydrogen is generally used as a gaseous fuel.
Air is used as the oxygen-containing gas. With this hydrogen
When the oxygen contained in the air reacts, hydrogen at the fuel electrode
(H 2) Gas is generated while oxygen reaction
In the air electrode as the pole, oxygen (O2) Reduced air
Contains water generated in the reaction process. this
Water generated during the reaction process is mainly deposited on the surface of the air electrode etc.
A phenomenon that adheres as droplets and hinders the reaction between hydrogen and oxygen
Occurs.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、燃料
電池においては水素と酸素との反応により反応過程で水
が発生し、反応を妨げる現象が生じるため、この水を空
気極等の表面から離脱、付着防止等により除去して反応
を妨げないようにすることが課題となっている。
As described above, in a fuel cell, the reaction between hydrogen and oxygen produces water in the course of the reaction, causing a phenomenon that hinders the reaction. It has been a problem to remove by preventing separation and adhesion so as not to hinder the reaction.

【0006】従来の対策としては、供給する空気等の流
体圧力を高める等により、空気と水との混合流体の高速
排出を図る等の手段が提案されている。しかし、このよ
うな手段によっては、必ずしも十分な水分除去の効果が
得られず、通常では運転時間の経過とともに次第に発電
性能が低下し、最終的には発電不能となる場合が多い。
As a conventional countermeasure, there has been proposed a means for increasing the fluid pressure of air or the like to be supplied so as to discharge a mixed fluid of air and water at a high speed. However, such a means does not always provide a sufficient effect of removing water, and usually the power generation performance gradually decreases as the operation time elapses, and eventually power generation is often impossible.

【0007】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、振動の導入により酸素反応極等に付着する
生成水を強制的に排除でき、常に水素と酸素との反応電
極の健全性を確保することができ、それにより発電性能
の向上、長期間の運転維持等が図れる燃料電池を提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to forcibly remove generated water adhering to an oxygen reaction electrode or the like by introducing vibration, and to always maintain the soundness of the reaction electrode between hydrogen and oxygen. Therefore, it is an object of the present invention to provide a fuel cell capable of improving power generation performance and maintaining operation for a long period of time.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】発明者の検討によると、
固体電界質型(積層型)の燃料電池においては、一般に
燃料極および酸素反応極が薄い膜状のものとされている
ことから、各膜間の流体流路も微小な隙間となってい
る。この隙間において反応過程で水が生成されると、こ
の水が膜の表面に付着し、さらに毛細管現象によって膜
の反応面全体に密着する。したがって、供給する空気等
の作動流体の圧力を多少上げた程度では、付着した水分
が除去できない状況が発生する。このような状態になる
と、水分が付着したセルにおいては発電反応が進行でき
なくなる。この現象が長時間にわたって発生すると、燃
料電池全体のセルにおいて反応ができなくなり、発電不
能の事態に至るものである。
According to the inventors' examination,
In a solid electrolyte type (stacked type) fuel cell, since the fuel electrode and the oxygen reaction electrode are generally formed into thin films, the fluid flow paths between the films are also minute gaps. When water is generated in the gap during the reaction process, the water adheres to the surface of the membrane and further adheres to the entire reaction surface of the membrane by capillary action. Therefore, a situation occurs in which the attached moisture cannot be removed if the pressure of the working fluid such as the supplied air is slightly increased. In such a state, the power generation reaction cannot proceed in the cell to which moisture has adhered. If this phenomenon occurs over a long period of time, no reaction can take place in all the cells of the fuel cell, and power generation is impossible.

【0009】そこで、本発明においては、燃料極および
酸素反応極等を直接または間接に振動させることによ
り、付着する生成水を強制的かつ効果的に分離排除し、
常に水素と酸素との反応電極を確保することにより、上
述した従来の課題解決を図るものである。
Therefore, in the present invention, the produced water adhering is forcibly and effectively separated and eliminated by directly or indirectly oscillating the fuel electrode, the oxygen reaction electrode and the like.
The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problem by always securing a reaction electrode of hydrogen and oxygen.

【0010】すなわち、請求項1に係る発明では、電解
質を含む電解質板を、燃料極と酸素反応極とによって挟
み、これら燃料極および酸素反応極の外表面側にそれぞ
れ気体燃料および酸素含有気体を流通させて酸化反応を
行わせる燃料電池において、前記燃料極および酸素反応
極、またはセパレータを振動させる加振手段を備えたこ
とを特徴とする燃料電池を提供する。
That is, in the invention according to claim 1, an electrolyte plate containing an electrolyte is sandwiched between a fuel electrode and an oxygen reaction electrode, and gaseous fuel and an oxygen-containing gas are respectively placed on the outer surfaces of the fuel electrode and the oxygen reaction electrode. Provided is a fuel cell in which a fuel cell is circulated to perform an oxidation reaction, wherein the fuel cell includes vibration means for vibrating the fuel electrode and the oxygen reaction electrode or a separator.

【0011】請求項2に係る発明では、電解質を含む電
解質板を、燃料極と酸素反応極とによって挟み、これら
燃料極および酸素反応極の外表面側にそれぞれ気体燃料
流路および酸素含有気体流路を有するセパレータを配置
し、前記各流路にそれぞれ気体燃料および酸素含有気体
を流通させて酸化反応を行わせる燃料電池において、前
記セパレータの少なくともいずれか一方、もしくは前記
電解質板、またはそれらの両者を加振することにより、
前記燃料極および酸素反応極を振動させる加振手段を備
えたことを特徴とする燃料電池を提供する。
According to the second aspect of the present invention, the electrolyte plate containing the electrolyte is sandwiched between the fuel electrode and the oxygen reaction electrode, and the gas fuel flow path and the oxygen-containing gas flow are provided on the outer surfaces of the fuel electrode and the oxygen reaction electrode, respectively. In a fuel cell in which a separator having a passage is arranged and a gaseous fuel and an oxygen-containing gas are passed through each of the passages to cause an oxidation reaction, at least one of the separators, or the electrolyte plate, or both of them. By exciting
There is provided a fuel cell comprising a vibration means for vibrating the fuel electrode and the oxygen reaction electrode.

【0012】請求項3に係る発明では、電解質を含む電
解質板を、燃料極と酸素反応極とによって挟み、これら
燃料極および酸素反応極の外表面側にそれぞれ気体燃料
流路および酸素含有気体流路を形成するセパレータを配
置して一つのセルを構成し、このセルを複数積層すると
ともにフレームによって保持することにより燃料電池集
合体とし、この燃料電池集合体の各流路にそれぞれ気体
燃料および酸素含有気体を流通させて酸化反応を行わせ
る燃料電池において、前記セパレータの少なくともいず
れか一方、前記電解質板、前記フレーム、またはそれら
を組合せたものを加振することにより、燃料極および酸
素反応極を振動させる加振手段を備えたことを特徴とす
る燃料電池を提供する。
In the invention according to claim 3, the electrolyte plate containing the electrolyte is sandwiched between the fuel electrode and the oxygen reaction electrode, and the gas fuel flow path and the oxygen-containing gas flow are provided on the outer surface sides of the fuel electrode and the oxygen reaction electrode, respectively. A single cell is formed by arranging a separator forming a passage, and a plurality of cells are stacked and held by a frame to form a fuel cell assembly, and gaseous fuel and oxygen are respectively supplied to each flow path of the fuel cell assembly. In a fuel cell in which an oxidation reaction is performed by flowing a contained gas, at least one of the separators, the electrolyte plate, the frame, or a combination thereof is excited to form a fuel electrode and an oxygen reaction electrode. There is provided a fuel cell including a vibration means for vibrating.

【0013】請求項4に係る発明では、請求項1から3
までのいずれかに記載の燃料電池において、加振手段
は、セパレータ、電解質板およびフレームの少なくとも
いずれかを外部から加振する加振器、または前記セパレ
ータ、電解質板およびフレームの少なくともいずれかを
圧電材料もしくは磁歪材料により構成し電圧印加により
加振する加振源であることを特徴とする燃料電池を提供
する。
[0013] In the invention according to claim 4, claims 1 to 3 are provided.
In the fuel cell according to any one of the above, the vibrating means may include a vibrator that vibrates at least one of the separator, the electrolyte plate, and the frame, or a piezoelectric vibrator that vibrates at least one of the separator, the electrolyte plate, and the frame. A fuel cell is provided which is a vibration source constituted by a material or a magnetostrictive material and vibrated by applying a voltage.

【0014】請求項5に係る発明では、請求項1から4
までのいずれかに記載の燃料電池において、加振手段
は、燃料極および酸素反応極、またはセパレータに周波
数100Hz〜100MHzの振動を与えるものである
ことを特徴とする燃料電池を提供する。本発明におて、
望ましい振動の周波数は1KHz〜100MHzであ
り、特に望ましい範囲は100KHz〜100MHzで
ある。
In the invention according to claim 5, claims 1 to 4 are provided.
The fuel cell according to any one of the above, wherein the vibrating means applies vibration at a frequency of 100 Hz to 100 MHz to the fuel electrode and the oxygen reaction electrode or the separator. In the present invention,
A desirable vibration frequency is 1 KHz to 100 MHz, and a particularly desirable range is 100 KHz to 100 MHz.

【0015】請求項6請求項1から4までのいずれかに
記載の燃料電池において、加振手段は、燃料極および酸
素反応極に超音波振動を与えるものであることを特徴と
する燃料電池を提供する。
According to a sixth aspect of the present invention, in the fuel cell according to any one of the first to fourth aspects, the vibrating means applies ultrasonic vibration to the fuel electrode and the oxygen reaction electrode. provide.

【0016】請求項7に係る発明では、請求項4記載の
圧電材料もしくは磁歪材料に印加する電圧は、高周波電
圧であることを特徴とする燃料電池を提供する。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a fuel cell, wherein the voltage applied to the piezoelectric material or the magnetostrictive material according to the fourth aspect is a high-frequency voltage.

【0017】請求項8に係る発明では、請求項1から7
までのいずれかに記載の燃料電池において、加振手段に
よる振動方向を気体燃料または酸素含有気体の流動方向
と一致する方向に設定したことを特徴とする燃料電池を
提供する。
In the invention according to claim 8, claims 1 to 7 are provided.
The fuel cell according to any one of the above, wherein the vibration direction of the vibrating means is set to a direction coinciding with the flow direction of the gaseous fuel or the oxygen-containing gas.

【0018】請求項9に係る発明では、請求項1から8
までのいずれかに記載の燃料電池において、加振手段を
複数とし、その各加振手段による振動方向を同一方向ま
たは異方向に設定したことを特徴とする燃料電池を提供
する。
According to the ninth aspect of the present invention, the first to eighth aspects are provided.
The fuel cell according to any one of the above, wherein a plurality of vibrating means are provided, and vibration directions of the respective vibrating means are set to the same direction or different directions.

【0019】請求項10に係る発明では、請求項3から
9までのいずれかに記載の燃料電池において、燃料電池
集合体を構成する一のセルまたは複数のセル群ごとに振
動手段による振動周波数を異ならせる設定としたことを
特徴とする燃料電池を提供する。
According to a tenth aspect of the present invention, in the fuel cell according to any one of the third to ninth aspects, the vibration frequency by the vibrating means is set for each cell or a plurality of cell groups constituting the fuel cell assembly. Provided is a fuel cell characterized by different settings.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る燃料電池の実
施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下
の実施形態においては、気体燃料として水素を適用し、
かつ酸素含有気体として空気を適用した場合について説
明する。
Embodiments of a fuel cell according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiment, hydrogen is applied as a gaseous fuel,
The case where air is applied as the oxygen-containing gas will be described.

【0021】第1実施形態(図1〜図7) 図1は本発明に係る燃料電池の一実施形態を示す要部説
明図であり、図2は全体構成図である。図3は燃料電池
の単位セルを示す分解斜視図である。
First Embodiment (FIGS. 1 to 7) FIG. 1 is an explanatory view of a main part showing an embodiment of a fuel cell according to the present invention, and FIG. 2 is an overall configuration diagram. FIG. 3 is an exploded perspective view showing a unit cell of the fuel cell.

【0022】図1および図3に示すように、本実施形態
における燃料電池のセル1は、電解質を染み込ませた電
解質板2を空気極3および燃料極4で挟み込むことによ
り、一体的に構成されている。これら空気極3および燃
料極4の両面がさらにセパレータ5により挟まれ、これ
らのセパレータ5の対向面側に設けられた溝により空気
流路6および燃料流路7が構成され、空気aおよび燃料
bが流動するようになっている。また、両セパレータ5
の外面側には溝からなる冷却水流路8が設けられ、冷却
水cが流動するようになっている。空気極3および燃料
極4と、それらの外側に配置されるセパレータ5との間
には、それぞれ集電体9が配置されている。そして、供
給される燃料と空気中の酸素とが反応することにより発
電が行われ、集電体9を介して電気が外部に取り出され
る。
As shown in FIGS. 1 and 3, the cell 1 of the fuel cell according to this embodiment is integrally formed by sandwiching an electrolyte plate 2 impregnated with an electrolyte between an air electrode 3 and a fuel electrode 4. ing. Both surfaces of the air electrode 3 and the fuel electrode 4 are further sandwiched by a separator 5, and an air flow path 6 and a fuel flow path 7 are formed by grooves provided on the facing surface side of the separator 5, and the air a and the fuel b Is flowing. In addition, both separators 5
A cooling water flow path 8 formed of a groove is provided on the outer surface side of the cooling water passage so that cooling water c flows. Current collectors 9 are respectively arranged between the air electrode 3 and the fuel electrode 4 and the separator 5 arranged outside the air electrode 3 and the fuel electrode 4. Then, the supplied fuel reacts with oxygen in the air to generate power, and electricity is extracted to the outside through the current collector 9.

【0023】そして、図2に示すように、上述したセル
1を多数、層状に集積することにより燃料電池集合体1
0を形成し、これを例えば箱型のケース体11に収納す
ることにより、発電ユニット12が構成されている。ケ
ース体11の一方向で対向する側壁部は空気側ヘッダ1
1aとされ、このヘッダ11aには空気流路6に連通す
る空気入口13および図示しない空気出口が設けられて
いる。なお、この空気側ヘッダ11aにはセパレータ5
の冷却水流路8に連通する冷却水入口14および冷却水
出口15が設けられている。また、ケース体11の異な
る方向で対向する側壁部は燃料側ヘッダ11bとされ、
このヘッダ11bには燃料流路7に連通する燃料入口1
6および図示しない燃料出口が設けられている。これら
の空気入口13および燃料位置口16を介し、各セル1
に燃料および空気aが均等に供給され、従来と同様の発
電作用が行われる。
Then, as shown in FIG. 2, a large number of the above-described cells 1 are integrated in layers to form a fuel cell assembly 1.
The power generation unit 12 is formed by forming a 0 and storing it in, for example, a box-shaped case body 11. The side wall facing the case body 11 in one direction is the air side header 1.
The header 11a is provided with an air inlet 13 communicating with the air flow path 6 and an air outlet (not shown). The air side header 11a has a separator 5
A cooling water inlet 14 and a cooling water outlet 15 communicating with the cooling water passage 8 are provided. The side wall portions of the case body 11 facing each other in different directions are fuel side headers 11b,
The header 11 b has a fuel inlet 1 communicating with the fuel flow path 7.
6 and a fuel outlet (not shown) are provided. Through these air inlet 13 and fuel position port 16, each cell 1
The fuel and the air a are supplied evenly to each other, and the same power generation operation as in the related art is performed.

【0024】このような構成において、本実施形態では
図1に示すように、空気極2等を振動させる加振手段と
して、高周波振動発生用の加振器17が設けられてい
る。この加振器17は微小振動用のステム17aを有
し、このステム17aがセル1を構成するセパレータ5
に連結されている。この加振器17は電源18に加振用
アンプ19を介して電気的に接続されており、電源18
から加振器17に高周波電流を供給することにより、ス
テム17aが高周波の微小な伸縮動作を行うようになっ
ている。
In such a configuration, as shown in FIG. 1, in this embodiment, a vibrator 17 for generating high-frequency vibration is provided as a vibrating means for vibrating the air electrode 2 and the like. The vibrator 17 has a stem 17 a for micro vibration, and the stem 17 a
It is connected to. The vibrator 17 is electrically connected to a power supply 18 via a vibration amplifier 19.
By supplying a high-frequency current to the vibrator 17, the stem 17a performs a high-frequency minute expansion and contraction operation.

【0025】そして、加振器17を起動させるとセパレ
ータ5に高周波振動が伝達され、セパレータ5に伝達さ
れた振動は空気極3、電解質板2および燃料極4に順次
に伝達され、これにより空気極3、電解質板2および燃
料極4が高周波振動をする。複数のセル1を連結して一
体となった燃料電池集合体10のうち、例えば端部等に
位置するセル1等に対し、少なくとも一つの加振器17
を設けることにより、そのセル1が属する燃料電池集合
体10の全体を振動させることができる。
When the vibrator 17 is activated, high-frequency vibration is transmitted to the separator 5, and the vibration transmitted to the separator 5 is sequentially transmitted to the air electrode 3, the electrolyte plate 2 and the fuel electrode 4, whereby the air The electrode 3, the electrolyte plate 2, and the fuel electrode 4 vibrate at a high frequency. At least one vibrator 17 is attached to a cell 1 or the like located at an end or the like of the fuel cell assembly 10 in which a plurality of cells 1 are connected and integrated.
Is provided, the entire fuel cell assembly 10 to which the cell 1 belongs can be vibrated.

【0026】次に作用を説明する。Next, the operation will be described.

【0027】前述したように、燃料電池による発電の際
には、空気中の酸素(O)と燃料6である水素
(H)とが反応して水が生成される。このOとH
との反応による水の生成により、燃料極4においてはH
の少なくなったガスが生じ、空気極3においてはO
の少なくなった空気に反応過程で生成された水が含まれ
た状態となる。通常では、空気極3の表面に反応過程で
生成された水が付着し、空気極3での水素と酸素の反応
が妨げられる現象が生じる。
As described above, when power is generated by the fuel cell, oxygen (O 2 ) in the air reacts with hydrogen (H 2 ) as fuel 6 to generate water. This O 2 and H 2
Is generated at the fuel electrode 4 by the reaction with water.
2 gas is generated, and O 2
The air generated in the reaction process is contained in the reduced air. Normally, water generated during the reaction process adheres to the surface of the air electrode 3, causing a phenomenon that the reaction between hydrogen and oxygen at the air electrode 3 is hindered.

【0028】この場合、本実施形態においては発電の
際、セパレータ5に設けた加振器17を駆動することに
より空気極3を高周波振動させ、空気極3の表面に付着
した水滴を離脱させるとともに、表面からの離脱の際
に、より小さな微粒子状の水滴とすることができる。
In this case, in the present embodiment, at the time of power generation, the vibrator 17 provided on the separator 5 is driven to cause the air electrode 3 to vibrate at a high frequency to separate water droplets adhered to the surface of the air electrode 3. On the other hand, when separated from the surface, smaller water droplets in the form of fine particles can be formed.

【0029】図4は、水滴離脱等の様子を模式的示す説
明図である。この図4に示すように、空気極3の表面2
0には、反応により生じた水がある程度の大きさの水滴
21となって付着する。しかし、本実施形態では水滴2
1が空気極3の振動によって、その表面への付着力を失
うとともに、振動エネルギによって小径な粒子に分解さ
れ、空気流路6の空気中に微粒子状水滴22となって分
散する。この微粒子状水滴22の粒子径が10μm以下
になると、表面張力の作用により、空気極3の表面に付
着しにくい状態となり、付着防止効果が得られるように
なる。その付着防止効果は、粒径が小さくなるほど顕著
に現われる。また、微粒子状水滴22は、空気中に分散
・拡散され、図4に矢印(イ)で示すように、燃料電池
の空気出口側へと誘導される。
FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing the state of detachment of water droplets and the like. As shown in FIG. 4, the surface 2 of the cathode 3
At 0, water generated by the reaction adheres as water drops 21 of a certain size. However, in the present embodiment, the water droplet 2
Due to the vibration of the air electrode 3, 1 loses its adhesive force to its surface, and is broken down into small-diameter particles by the vibration energy, and is dispersed as fine water droplets 22 in the air in the air flow path 6. When the particle diameter of the fine water droplets 22 becomes 10 μm or less, the water droplets 22 hardly adhere to the surface of the air electrode 3 due to the effect of surface tension, and an adhesion preventing effect can be obtained. The anti-adhesion effect becomes more pronounced as the particle size decreases. The fine water droplets 22 are dispersed and diffused in the air, and are guided to the air outlet side of the fuel cell as shown by an arrow (a) in FIG.

【0030】図5は、加振器17により空気極3に与え
られる振動数(横軸)と、水滴の粒径(縦軸)との関係
を示すグラフである。この図5に示すように、振動数が
100Hz未満の領域では水の振動による微粒化の程度
は少ないが、その領域から高振動数の領域では振動によ
る微粒化が十数μm〜数μm以下のオーダーまで達成で
きるようになる。例えば振動数100Hzの振動では水
の粒径化程度が数百μmであるが、1KHzでは数十μ
mまで微粒化でき、20KHzでは15μmまで微粒化
できる。さらに、100KHz以上の領域では5μm以
下まで微粒化でき、100MHz以上の領域では微粒化
の進行が鈍化する。したがって、本実施形態において
は、例えば空気極3に振動数100MHzオーダーの高
周波振動を与えることにより、水滴を効率良く微細化し
て空気中に拡散させて排出することができ、それにより
空気極3の表面を水滴の付着がなく、反応性が良好な状
態を発電中、継続して保持することができる。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the frequency (horizontal axis) given to the air electrode 3 by the vibrator 17 and the particle diameter of water droplets (vertical axis). As shown in FIG. 5, the degree of atomization due to vibration of water is small in a region where the frequency is less than 100 Hz, but in the region where the frequency is high, the atomization due to vibration is in the range of tens of μm to several μm or less. You will be able to achieve orders. For example, in the case of vibration at a frequency of 100 Hz, the degree of particle size of water is several hundred μm.
m at 20 KHz and 15 μm at 20 KHz. Further, in the region of 100 KHz or more, the particles can be atomized to 5 μm or less, and in the region of 100 MHz or more, the progress of the atomization becomes slow. Therefore, in the present embodiment, for example, by applying high-frequency vibration of a frequency of about 100 MHz to the air electrode 3, water droplets can be efficiently miniaturized and diffused into the air to be discharged. A state in which no water droplets adhere to the surface and the reactivity is good can be maintained continuously during power generation.

【0031】すなわち、本実施形態によれば、セパレー
タ5を介して空気極3に高周波振動を加えることによ
り、空気極3に付着した水滴を効果的に除去し、水滴に
よる発電低下または発電不能を防止することができる。
That is, according to the present embodiment, by applying high-frequency vibration to the air electrode 3 via the separator 5, water droplets attached to the air electrode 3 are effectively removed, and a reduction in power generation or an inability to generate power due to the water droplets is prevented. Can be prevented.

【0032】また、空気極3に付着した水滴を振動によ
り微粒子化することにより、再付着を防止することがで
きるとともに、空気中の湿度を一定に保ち、燃料電池の
反応に必要な安定した湿度を確保することが可能とな
る。
The water droplets adhering to the air electrode 3 are atomized by vibration to prevent re-adhesion, keep the humidity in the air constant, and maintain a stable humidity necessary for the reaction of the fuel cell. Can be secured.

【0033】さらに、水滴を振動により微粒化して排出
することにより、空気中の湿度を一定に保つことができ
るため、予め空気に水分を添加する必要がなくなり、構
成が単純化できる。
Further, since the moisture in the air can be kept constant by atomizing and discharging the water droplets by vibration, it is not necessary to add water to the air in advance, and the configuration can be simplified.

【0034】なお、燃料極4側において発生した水につ
いても、空気極3側と同様の作用によって効果的に排除
することができる。
The water generated on the fuel electrode 4 side can be effectively eliminated by the same operation as that on the air electrode 3 side.

【0035】特に本実施形態においては、空気極3等に
周波数100Hz〜100MHzの振動を与え、両極表
面に付着する反応液を微細化できるので、空気または燃
料に混入させて外部に効果的に排除することができる。
In the present embodiment, in particular, the vibration at a frequency of 100 Hz to 100 MHz is applied to the air electrode 3 and the like, so that the reaction liquid adhering to the surfaces of both electrodes can be miniaturized. can do.

【0036】次に、空気流路における流体(空気および
水の混合流体)の流速について検討する。
Next, the flow velocity of the fluid (mixed fluid of air and water) in the air flow path will be examined.

【0037】図6は空気極3に振動を加えた場合におけ
る空気流路6内の流速Vを、模式的に現しており、図7
は空気流路6を画する空気極3(およびセパレータ5)
の表面付近の流速を拡大して現している。なお、図6お
よび図7において、矢印群は流体の速度分布を示してい
る。図6に示すように、空気極3とセパレータ5との間
の空気流路6は、微小な幅Zの隙間として形成され、こ
の幅Zが発電中、一定値に保持される。
FIG. 6 schematically shows the flow velocity V in the air flow path 6 when the air electrode 3 is vibrated.
Is an air electrode 3 (and a separator 5) defining an air flow path 6
The flow velocity near the surface is shown enlarged. 6 and 7, the arrows indicate the velocity distribution of the fluid. As shown in FIG. 6, the air flow path 6 between the air electrode 3 and the separator 5 is formed as a small gap having a width Z, and the width Z is maintained at a constant value during power generation.

【0038】そして、図7に示すように、空気極3(お
よびセパレータ5)の表面20付近においては、粘性に
より流体の境界層23が形成され、隙間の幅Zが小さい
場合等には実線で示す速度分布VYとなる。このときの
境界層の厚さは、Yとなる。
As shown in FIG. 7, near the surface 20 of the air electrode 3 (and the separator 5), a boundary layer 23 of the fluid is formed due to viscosity, and when the width Z of the gap is small, a solid line is used. The speed distribution VY shown in FIG. At this time, the thickness of the boundary layer is Y.

【0039】一方、空気極3(およびセパレータ5)の
表面が高周波で加振されると、境界層にエネルギが供給
されることになり、図7に一点鎖線で示すように、壁面
付近の流速が上昇して境界層23の厚さXが小さい速度
分布となる。境界層の厚さXが小さいことは、幅Zの隙
間内で平均流速が大きくなり、早い流速を得ることがで
きることを意味している。平均流速が大きくなると、表
面に付着する水滴がより除去しやすくなり、同一時間内
では、より多くの発電が可能になる。
On the other hand, when the surface of the air electrode 3 (and the separator 5) is vibrated at a high frequency, energy is supplied to the boundary layer, and as shown by the dashed line in FIG. Rises, and the velocity distribution becomes small with the thickness X of the boundary layer 23 being small. When the thickness X of the boundary layer is small, it means that the average flow velocity increases in the gap having the width Z, and a high flow velocity can be obtained. As the average flow velocity increases, water droplets adhering to the surface are more easily removed, and more power can be generated within the same time.

【0040】したがって、本実施形態によれば、空気極
に高周波振動を加えることにより、流体による境界層の
厚さを減少させ、流路の抵抗を減少させてより多くの燃
料と空気を供給することが可能となり、それにより発電
量を増加することもできる。
Therefore, according to this embodiment, by applying high-frequency vibration to the air electrode, the thickness of the boundary layer due to the fluid is reduced, the resistance of the flow path is reduced, and more fuel and air are supplied. It is also possible to increase power generation.

【0041】第2実施形態(図8) 図8は本発明に係る燃料電池の第2実施形態を示す構成
図である。
Second Embodiment (FIG. 8) FIG. 8 is a configuration diagram showing a second embodiment of the fuel cell according to the present invention.

【0042】本実施形態は、第1実施形態において説明
したセル1を複数積層し、この積層体をフレーム24に
よって固定して燃料電池集合体10とし、その周囲を図
示しないケース体で被覆して発電ユニット12を構成し
たものである。図示の例では水平なセル1が上下方向に
積層してあり、上部に空気供給管25および燃料供給管
26が配設され、下部に空気・水の混合流体排出管27
および水素・空気の混合流体排出管28が配設されてい
る。集電体9はユニット外方に導かれている。なお、冷
却水配管については、図示省略してある。
In this embodiment, a plurality of the cells 1 described in the first embodiment are stacked, and the stacked body is fixed by a frame 24 to form a fuel cell assembly 10, and the periphery thereof is covered with a case body (not shown). This constitutes a power generation unit 12. In the illustrated example, the horizontal cells 1 are vertically stacked, an air supply pipe 25 and a fuel supply pipe 26 are provided at an upper part, and an air / water mixed fluid discharge pipe 27 is provided at a lower part.
And a mixed fluid discharge pipe 28 of hydrogen and air. The current collector 9 is guided outside the unit. The cooling water piping is not shown.

【0043】このような構成の発電ユニット12のフレ
ーム24に、加振手段として、複数の加振器17A,1
7Bが設けられている。これらの加振器17A,17B
は、例えばフレーム24の側面下部付近および底面部に
それぞれ設けられている。これらの加振器17A,17
Bには、電源18からそれぞれ加振用アンプ19A,1
9Bを介して高周波電流が供給され、フレーム24に高
周波振動を伝達し得るようになっている。フレーム24
の側面下部付近に設けられた一方の加振器17Aは、図
8に矢印Aで示すように、横方向に沿う振動を発生す
る。また、フレーム24の底面に設けられた他方の加振
器17Bは、図8に矢印Bで示すように、上下方向に沿
う振動を発生する。
A plurality of vibrators 17A, 17A are provided on the frame 24 of the power generation unit 12 having the above-described structure as a vibrating means.
7B is provided. These vibrators 17A, 17B
Are provided, for example, near the lower side of the frame 24 and at the bottom. These vibrators 17A, 17
B includes a power supply 18 and a vibration amplifier 19A, 1
A high-frequency current is supplied via 9B, and high-frequency vibration can be transmitted to the frame 24. Frame 24
One vibrator 17A provided in the vicinity of the lower portion of the side surface generates a vibration along the lateral direction as shown by an arrow A in FIG. Further, the other vibrator 17B provided on the bottom surface of the frame 24 generates vibration along the vertical direction as shown by the arrow B in FIG.

【0044】このような構成の本実施形態においては、
フレーム24に伝達された振動が、各セル1を構成する
セパレータ5、空気極3、電解質板2および燃料極4に
伝達され、これにより空気極3、電解質板2および燃料
極4等が高周波振動をする。そして、第1実施形態と同
様の作用、効果を発揮する。この場合、各加振器17
A,17Bはフレーム24の外部に設けることにより、
構成が比較的簡単であり、かつ設置数量も少なくて済む
等、製作上での手間、コスト等の面で利点が得られると
ともに、多数のセル1を少量の加振手段によって同時に
振動させることができ、水滴分離作用等を効率的に行え
る等の利点も得られる。
In this embodiment having such a configuration,
The vibration transmitted to the frame 24 is transmitted to the separator 5, the air electrode 3, the electrolyte plate 2, and the fuel electrode 4 constituting each cell 1, whereby the air electrode 3, the electrolyte plate 2, the fuel electrode 4, etc. do. Then, the same operation and effect as those of the first embodiment are exhibited. In this case, each exciter 17
By providing A and 17B outside the frame 24,
Advantages are obtained in terms of labor and cost in manufacturing, such as a relatively simple configuration and a small number of installations, and a large number of cells 1 can be simultaneously vibrated by a small amount of vibration means. It is also possible to obtain an advantage that the water droplet separating action can be efficiently performed.

【0045】さらに本実施形態では、上述した各加振器
17A,17Bの配置および加振方向A,B等の設定に
より、下記の具体的効果が追加される。
Further, in this embodiment, the following specific effects are added by the arrangement of the vibrators 17A and 17B and the setting of the vibration directions A and B described above.

【0046】すなわち、各加振器17A,17Bはフレ
ーム24の上部に設けた空気供給管25および燃料供給
管26から遠く、かつ空気・水の混合流体排出管27お
よび水素・空気の混合流体排出管28に近い部位にそれ
ぞれ配置されている。各セル1における燃料、空気等の
流通速度は一般的に入口側で大きく、出口側で減少する
ので、上部に配置されているセル1の空気極3等への水
滴付着は比較的少ないのに対し、下部に配置されている
セル1の空気極3等への水滴付着は相対的に増加する。
したがって、本実施形態では、より水滴付着量が多い領
域に配置する部位に振動発生源を配置した構成であるた
め、水滴離脱の必要性がより強い部位にて振動を発生さ
せ、水滴離脱をより有効的に行えるという効果が得られ
る。
That is, each of the vibrators 17A and 17B is far from the air supply pipe 25 and the fuel supply pipe 26 provided on the upper portion of the frame 24, and discharges the air / water mixed fluid discharge pipe 27 and the hydrogen / air mixed fluid. Each of them is arranged at a position near the pipe 28. In general, the flow speed of fuel, air, etc. in each cell 1 is large on the inlet side and decreases on the outlet side, so that water droplets adhere to the air electrode 3 and the like of the cell 1 arranged on the upper side relatively. On the other hand, the attachment of water droplets to the air electrode 3 and the like of the cell 1 arranged at the lower portion relatively increases.
Therefore, in the present embodiment, since the vibration source is arranged in a region arranged in a region where a larger amount of water droplets are attached, vibration is generated in a region where the necessity of water droplet separation is stronger, and the separation of water droplets is more improved. The effect that it can be performed effectively is obtained.

【0047】また、振動方向については、一方の加振器
17Aによっては横方向(各セル1における水平な燃料
・空気等の流路に沿う方向)であり、他方の加振器17
Bによっては上下方向(各セル1における空気極3等の
表面に直行する方向)である。したがって、離脱すべき
水滴に対して2方向から効率よく振動を加えることによ
り、複合的振動によって、より効果的な水滴分離・除去
作用を行わせることができるという効果も奏される。
The vibrating direction is a horizontal direction (direction along a horizontal flow path of fuel, air, etc. in each cell 1) depending on one of the vibrators 17A, and the other vibrator 17A.
B is a vertical direction (a direction perpendicular to the surface of the air electrode 3 or the like in each cell 1). Therefore, by effectively applying vibrations to water droplets to be separated from two directions, an effect that more effective water droplet separation / removal action can be performed by complex vibration is also exerted.

【0048】そして、以上の発電性能向上により、燃料
電池の小型化等の促進も有効的に図れるようになり、適
用分野の拡張、利便性向上等、燃料電池の有用性を高め
ることができる。
With the above-described improvement in power generation performance, the promotion of miniaturization of the fuel cell can be effectively promoted, and the usefulness of the fuel cell can be enhanced, such as expansion of application fields and improvement of convenience.

【0049】第3実施形態(図9、図10) 図9は、本発明に係る燃料電池の第3実施形態を示す要
部構成図である。
Third Embodiment (FIGS. 9 and 10) FIG. 9 is a configuration diagram showing a main part of a third embodiment of the fuel cell according to the present invention.

【0050】本実施形態は、前述したセル1を構成する
セパレータ5を、圧電材料もしくは磁歪材料により構成
し、電圧印加によりセパレータ5自身を振動させるよう
にしたものである。
In this embodiment, the separator 5 constituting the cell 1 is made of a piezoelectric material or a magnetostrictive material, and the separator 5 itself is vibrated by applying a voltage.

【0051】すなわち、図9に示すように、本実施形態
においてもセル1が、電解質を染み込ませた電解質板2
を空気極3および燃料極4で挟み込むことにより、一体
的に構成されている。これら空気極3および燃料極4の
両面がさらにセパレータ5により挟まれ、これらのセパ
レータ5の対向面側に設けられた溝により空気流路6お
よび燃料流路7が構成され、燃料および空気が流動する
ようになっている。また、両セパレータ5の外面側には
溝からなる冷却水流路8が設けられている。
That is, as shown in FIG. 9, also in the present embodiment, the cell 1 has the electrolyte plate 2 impregnated with the electrolyte.
Is sandwiched between the air electrode 3 and the fuel electrode 4 to be integrally configured. Both surfaces of the air electrode 3 and the fuel electrode 4 are further sandwiched by separators 5, and an air flow path 6 and a fuel flow path 7 are formed by grooves provided on the facing surface side of the separator 5, and fuel and air flow. It is supposed to. A cooling water flow path 8 formed of a groove is provided on the outer surface side of both separators 5.

【0052】このものにおいて、本実施形態では各セパ
レータ5が圧電材料または磁歪材料によって構成され、
これらのセパレータ5には高周波電流を供給するための
アンプ29が電気的に接続されており、アンプ29に
は、電源装置30が接続されている。そして、各セパレ
ータ5に高周波電流を供給することにより、セパレータ
5自身が加振源となり、直接空気極3等に振動を伝達す
るようになっている。他の構成については、第1実施形
態と同様であるから、説明を省略する。
In this embodiment, in this embodiment, each separator 5 is made of a piezoelectric material or a magnetostrictive material.
An amplifier 29 for supplying a high-frequency current is electrically connected to these separators 5, and a power supply device 30 is connected to the amplifier 29. By supplying a high-frequency current to each of the separators 5, the separator 5 itself serves as a vibration source and directly transmits vibration to the air electrode 3 and the like. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted.

【0053】本実施形態によると、空気極3等に直結さ
れたセパレータ5自身を加振源とするため、発生した振
動が伝達途中でフレームやその他の構成物に吸収される
割合が少なく、外部設置型の加振器を用いる場合に比し
て効果的な加振が可能となる。
According to the present embodiment, since the separator 5 directly connected to the air electrode 3 or the like is used as the vibration source, the generated vibration is less likely to be absorbed by the frame and other components during transmission, and Effective vibration can be achieved as compared with the case of using a stationary vibrator.

【0054】また、セパレータ5自身を加振源とする本
実施形態の構成によると、複数のセル1を重合した燃料
電池集合体のうち、加振源となるセパレータ5を任意に
選定することができ、セル1を個別的に加振したり、あ
るいは1群のセル1をまとめたブロックごとに加振する
等、種々の構成を選択的に適用して実施することができ
る。
According to the configuration of the present embodiment in which the separator 5 itself is used as the vibration source, the separator 5 serving as the vibration source can be arbitrarily selected from the fuel cell assembly in which a plurality of cells 1 are superposed. Various configurations can be selectively applied, such as individually vibrating the cells 1 or vibrating each group of cells 1.

【0055】また、この場合、水滴分離が特に必要な部
位に配置される1群のセル1を予め特定して加振した
り、発電機能を検出するセンサと協働させて発電機能が
低下した燃料電池集合体のセル1のみを、センサ検出に
応じて適時に、必要部分のみ選択して加振することも可
能となる。
In this case, a group of cells 1 disposed at a site where water droplet separation is particularly required is specified in advance and vibrated, or the power generation function is reduced in cooperation with a sensor for detecting the power generation function. It is also possible to select and vibrate only the necessary part of only the cell 1 of the fuel cell assembly in a timely manner according to the sensor detection.

【0056】図10は、一例として発電ユニット12の
燃料電池集合体10を3つのブロック10A,10B,
10Cに分割した場合を示す説明図である。この図10
に示す用に、例えば各ブロック10A,10B,10C
毎の発電状態V1,V2,V3を図示しないセンサによ
り検出するようにし、制御装置によって予め設定した発
電状態に応じて所定ブロックのセパレータ自身を加振す
ることができる。
FIG. 10 shows an example in which the fuel cell assembly 10 of the power generation unit 12 is divided into three blocks 10A, 10B,
It is explanatory drawing which shows the case where it is divided into 10C. This FIG.
For example, each block 10A, 10B, 10C
Each power generation state V1, V2, V3 is detected by a sensor (not shown), and the separator itself of a predetermined block can be vibrated according to the power generation state preset by the control device.

【0057】このように、一定間隔でセパレータ5を燃
料電池集合体10に設ける等により、水滴付着により発
電機能が低下した燃料電池集合体10のセル部分のみを
加振することが可能となるので、本実施形態によれば、
燃料電池集合体10を数ブロックに分けて選択的に加振
することにより、他の健全なブロックを一緒に加振する
等の無駄な加振の必要をなくして少ない加振エネルギに
より効果的な発電を行える等の効果が得られる。
As described above, by providing the separators 5 in the fuel cell assembly 10 at regular intervals, it becomes possible to vibrate only the cell portions of the fuel cell assembly 10 whose power generation function has been reduced due to the attachment of water droplets. According to this embodiment,
By selectively vibrating the fuel cell assembly 10 into several blocks, unnecessary vibrations such as vibrating other sound blocks together can be eliminated, and more effective vibration can be achieved with less vibration energy. Effects such as power generation can be obtained.

【0058】他の実施形態 以上の第1〜第3実施形態のほか、本発明においては種
々の応用または変形が可能である。
Other Embodiments In addition to the above-described first to third embodiments, various applications or modifications are possible in the present invention.

【0059】例えば、空気極等に与える振動を超音波振
動(振動数10KHz以上)とし、振動方向を空気、燃
料等の流体流動方向と一致させると、超音波エネルギに
よって水滴が混入した流体の流速を高めることができ、
一層の水滴分離効率向上ひいては発電効率の向上を図る
ことが可能となる。これは、超音波ビームの中に物体を
置くと、音の進行方向に物体を押す力が発生するためで
ある。この現象を活用することにより、流体中の水滴流
速を高めてその除去促進が図れる。
For example, when the vibration applied to the air electrode or the like is ultrasonic vibration (frequency of 10 KHz or more) and the vibration direction matches the flow direction of the fluid such as air or fuel, the flow rate of the fluid mixed with water droplets by the ultrasonic energy Can be increased,
It is possible to further improve the efficiency of separating water droplets, and thus the efficiency of power generation. This is because placing an object in the ultrasonic beam generates a force that pushes the object in the direction of sound propagation. By utilizing this phenomenon, the flow rate of water droplets in the fluid can be increased to promote the removal thereof.

【0060】また、一つのセル1または一定数のセル群
ごとに振動手段による振動周波数を異ならせる設定とす
ることもできる。例えば流体入口においては流体が高圧
で流れが速く、出口側では遅いので、それに対応して振
動周波数を種々設定することができる。
It is also possible to set the vibration frequency by the vibration means to be different for each cell 1 or a fixed number of cell groups. For example, at the fluid inlet, the fluid flows at a high pressure at a high pressure, and the flow is slow at the outlet, so that the vibration frequency can be variously set correspondingly.

【0061】さらに、前記各実施形態では酸素含有気体
を空気とし、酸素反応極を空気極3として実施したが、
本発明では酸素(O)を適用し、酸素反応極として適
用することができる。それにより、一層の高効率化が図
れ、高機能化が達成できる。
Further, in each of the above embodiments, the oxygen-containing gas was air and the oxygen reaction electrode was the air electrode 3,
In the present invention, oxygen (O 2 ) is used, and it can be used as an oxygen reaction electrode. Thereby, higher efficiency can be achieved, and higher functionality can be achieved.

【0062】[0062]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、燃料電
池本体またはフレームなどを介して振動を加えることに
より、空気極や燃料極に付着した水滴を効果的に除去
し、水滴による発電低下または発電不能を防止すること
ができる。また、空気極や燃料極に超音波などの高周波
の振動を加えることにより、流体による境界層の厚さを
減少せしめ、流路の抵抗を減少せしめ、より多くの燃料
と空気を供給することが可能となり、発電量を増加する
ことが可能となる。さらに、空気極や燃料極に付着した
水滴を振動により微粒子化することにより、水滴の再付
着を防止するとともに、空気または燃料流体中の湿度を
一定に保ち、燃料電池の反応に必要な安定した湿度を確
保することが可能となり、予め燃料や空気に水分を添加
する必要がなくなり、構成の単純化も図れる等、実用上
での多大な効果が奏される。
As described above, according to the present invention, by applying vibration through the fuel cell main body or the frame, water droplets attached to the air electrode or the fuel electrode can be effectively removed, and power generation by the water droplets can be achieved. It is possible to prevent reduction or power generation failure. In addition, by applying high-frequency vibrations such as ultrasonic waves to the air electrode and fuel electrode, the thickness of the boundary layer due to the fluid can be reduced, the resistance of the flow path can be reduced, and more fuel and air can be supplied. It becomes possible, and the amount of power generation can be increased. Furthermore, water droplets adhering to the air electrode and fuel electrode are atomized into fine particles by vibration, preventing re-adhesion of water droplets, keeping the humidity in the air or fuel fluid constant, and maintaining the stability required for fuel cell reactions. Humidity can be ensured, and there is no need to add water to fuel or air in advance, and a great effect in practical use is achieved, such as simplification of the configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る燃料電池の一実施形態を示す要部
説明図。
FIG. 1 is an explanatory view of a main part showing an embodiment of a fuel cell according to the present invention.

【図2】前記第1実施形態における発電ユニットの構成
を示す全体図。
FIG. 2 is an overall view showing a configuration of a power generation unit according to the first embodiment.

【図3】前記第1実施形態におけるセル構成を示す分解
斜視図。
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a cell configuration in the first embodiment.

【図4】前記第1実施形態における水滴分離作用を示す
説明図。
FIG. 4 is an explanatory view showing a water droplet separating action in the first embodiment.

【図5】前記第1実施形態における流体の流速を示す説
明図。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a flow rate of a fluid in the first embodiment.

【図6】前記第1実施形態における流体の流速分布を示
す説明図。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a flow velocity distribution of a fluid in the first embodiment.

【図7】図6の部分拡大図。FIG. 7 is a partially enlarged view of FIG. 6;

【図8】本発明の第2実施形態を示す要部説明図。FIG. 8 is an explanatory view of a main part showing a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第3実施形態を示す構成図。FIG. 9 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第3実施形態における使用例を示す
構成図。
FIG. 10 is a configuration diagram showing a usage example according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 セル 2 電界質板 3 空気極 4 燃料極 5 セパレータ 6 空気流路 7 燃料流路 8 冷却水流路 9 集電体 10 燃料電池集合体 11 ケース体 12 発電ユニット 13 空気入口 14 冷却水入口 15 冷却水出口 16 燃料入口 17 加振器 18 電源 19 アンプ 20 空気極表面 21 水滴 22 微小水滴 23 境界層 24 フレーム 25 空気供給管 26 燃料供給管 27,28 混合流体排出管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cell 2 Electrolyte plate 3 Air electrode 4 Fuel electrode 5 Separator 6 Air flow path 7 Fuel flow path 8 Cooling water flow path 9 Current collector 10 Fuel cell assembly 11 Case body 12 Power generation unit 13 Air inlet 14 Cooling water inlet 15 Cooling Water outlet 16 Fuel inlet 17 Vibrator 18 Power supply 19 Amplifier 20 Air electrode surface 21 Water drop 22 Micro water drop 23 Boundary layer 24 Frame 25 Air supply pipe 26 Fuel supply pipe 27, 28 Mixed fluid discharge pipe

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電解質を含む電解質板を、燃料極と酸素
反応極とによって挟み、これら燃料極および酸素反応極
の外表面側にそれぞれ気体燃料および酸素含有気体を流
通させて酸化反応を行わせる燃料電池において、前記燃
料極および酸素反応極、またはセパレータを振動させる
加振手段を備えたことを特徴とする燃料電池。
1. An electrolyte plate containing an electrolyte is sandwiched between a fuel electrode and an oxygen reaction electrode, and a gaseous fuel and an oxygen-containing gas are passed through the outer surfaces of the fuel electrode and the oxygen reaction electrode to cause an oxidation reaction. A fuel cell, comprising: a vibration means for vibrating the fuel electrode and the oxygen reaction electrode or the separator.
【請求項2】 電解質を含む電解質板を、燃料極と酸素
反応極とによって挟み、これら燃料極および酸素反応極
の外表面側にそれぞれ気体燃料流路および酸素含有気体
流路を有するセパレータを配置し、前記各流路にそれぞ
れ気体燃料および酸素含有気体を流通させて酸化反応を
行わせる燃料電池において、前記セパレータの少なくと
もいずれか一方、もしくは前記電解質板、またはそれら
の両者を加振することにより、前記燃料極および酸素反
応極を振動させる加振手段を備えたことを特徴とする燃
料電池。
2. An electrolyte plate containing an electrolyte is sandwiched between a fuel electrode and an oxygen reaction electrode, and a separator having a gas fuel flow path and an oxygen-containing gas flow path is disposed on the outer surface side of the fuel electrode and the oxygen reaction electrode, respectively. Then, in a fuel cell in which a gaseous fuel and an oxygen-containing gas are caused to flow through each of the flow paths to cause an oxidation reaction, by vibrating at least one of the separators, or the electrolyte plate, or both. And a vibrating means for vibrating the fuel electrode and the oxygen reaction electrode.
【請求項3】 電解質を含む電解質板を、燃料極と酸素
反応極とによって挟み、これら燃料極および酸素反応極
の外表面側にそれぞれ気体燃料流路および酸素含有気体
流路を形成するセパレータを配置して一つのセルを構成
し、このセルを複数積層するとともにフレームによって
保持することにより燃料電池集合体とし、この燃料電池
集合体の各流路にそれぞれ気体燃料および酸素含有気体
を流通させて酸化反応を行わせる燃料電池において、前
記セパレータの少なくともいずれか一方、前記電解質
板、前記フレーム、またはそれらを組合せたものを加振
することにより、燃料極および酸素反応極を振動させる
加振手段を備えたことを特徴とする燃料電池。
3. An electrolyte plate containing an electrolyte is sandwiched between a fuel electrode and an oxygen reaction electrode, and a separator forming a gas fuel flow path and an oxygen-containing gas flow path on the outer surface side of the fuel electrode and the oxygen reaction electrode, respectively. By arranging to constitute one cell, a plurality of cells are stacked and held by a frame to form a fuel cell assembly, and gaseous fuel and an oxygen-containing gas are passed through each flow path of the fuel cell assembly, respectively. In a fuel cell in which an oxidation reaction is performed, by vibrating at least one of the separators, the electrolyte plate, the frame, or a combination thereof, vibrating means for vibrating a fuel electrode and an oxygen reaction electrode is provided. A fuel cell, comprising:
【請求項4】 請求項1から3までのいずれかに記載の
燃料電池において、加振手段は、セパレータ、電解質板
およびフレームの少なくともいずれかを外部から加振す
る加振器、または前記セパレータ、電解質板およびフレ
ームの少なくともいずれかを圧電材料もしくは磁歪材料
により構成し電圧印加により加振する加振源であること
を特徴とする燃料電池。
4. The fuel cell according to claim 1, wherein the vibration means vibrates at least one of a separator, an electrolyte plate, and a frame from outside, or the vibrator, A fuel cell, wherein at least one of the electrolyte plate and the frame is made of a piezoelectric material or a magnetostrictive material and is a vibration source that vibrates by applying a voltage.
【請求項5】 請求項1から4までのいずれかに記載の
燃料電池において、加振手段は、燃料極および酸素反応
極、またはセパレータに周波数100Hz〜100MH
zの振動を与えるものであることを特徴とする燃料電
池。
5. The fuel cell according to claim 1, wherein the vibration means includes a fuel electrode and an oxygen reaction electrode or a separator having a frequency of 100 Hz to 100 MH.
A fuel cell for providing vibration of z.
【請求項6】 請求項1から4までのいずれかに記載の
燃料電池において、加振手段は、燃料極および酸素反応
極に超音波振動を与えるものであることを特徴とする燃
料電池。
6. The fuel cell according to claim 1, wherein the vibrating means applies ultrasonic vibration to the fuel electrode and the oxygen reaction electrode.
【請求項7】 請求項4記載の圧電材料もしくは磁歪材
料に印加する電圧は、高周波電圧であることを特徴とす
る燃料電池。
7. A fuel cell, wherein the voltage applied to the piezoelectric material or the magnetostrictive material according to claim 4 is a high-frequency voltage.
【請求項8】 請求項1から7までのいずれかに記載の
燃料電池において、加振手段による振動方向を気体燃料
または酸素含有気体の流動方向と一致する方向に設定し
たことを特徴とする燃料電池。
8. The fuel cell according to claim 1, wherein a vibration direction of the vibrating means is set to a direction coinciding with a flow direction of the gaseous fuel or the oxygen-containing gas. battery.
【請求項9】 請求項1から8までのいずれかに記載の
燃料電池において、加振手段を複数とし、その各加振手
段による振動方向を同一方向または異方向に設定したこ
とを特徴とする燃料電池。
9. The fuel cell according to claim 1, wherein a plurality of vibrating means are provided, and vibration directions of the respective vibrating means are set to the same direction or different directions. Fuel cell.
【請求項10】 請求項3から9までのいずれかに記載
の燃料電池において、燃料電池集合体を構成する一のセ
ルまたは複数のセル群ごとに振動手段による振動周波数
を異ならせる設定としたことを特徴とする燃料電池。
10. The fuel cell according to claim 3, wherein the vibration frequency of the vibrating means is different for each cell or a plurality of cell groups constituting the fuel cell assembly. A fuel cell, characterized by:
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