JP2005116185A - Operation method of fuel cell, and fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell capable of supplying stable electric power without being influenced by a use environment and operation conditions. <P>SOLUTION: This fuel cell has an inlet port 339 and an exhaust port 340 in cell groups 1000 having a plurality of unit cells, and is provided with an oxidizer flow-passage 312 to supply an oxidizer 126 to an oxidizer electrode, a shutter 1001 and a shutter 1002 to open and close the inlet port 339 and the exhaust port 340 of the oxidizer flow-passage 312, and an aperture adjustment part 1005 to adjust the degree of opening of the shutter 1001 and the shutter 1002. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池および燃料電池の運転方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell and a method for operating the fuel cell.

近年の情報化社会の到来とともに、パーソナルコンピュータ等の電子機器で扱う情報量が飛躍的に増大し、それに伴い、電子機器の消費電力も著しく増加してきた。とくに、携帯型の電子機器では、処理能力の増加に伴って消費電力の増加が問題となっている。現在、このような携帯型の電子機器では、一般的にリチウムイオン二次電池が電源として用いられているが、リチウムイオン二次電池のエネルギー密度は理論的な限界に近づいている。そのため、携帯型の電子機器の連続使用期間を延ばすために、ＣＰＵの駆動周波数を抑えて消費電力を低減しなければならないという制限があった。   With the arrival of the information society in recent years, the amount of information handled by electronic devices such as personal computers has increased dramatically, and the power consumption of electronic devices has also increased remarkably. In particular, in portable electronic devices, an increase in power consumption is a problem as processing capacity increases. Currently, in such portable electronic devices, lithium ion secondary batteries are generally used as power sources, but the energy density of lithium ion secondary batteries is approaching the theoretical limit. Therefore, in order to extend the continuous use period of the portable electronic device, there is a limitation that the power consumption must be reduced by suppressing the CPU driving frequency.

このような状況の中で、リチウムイオン二次電池に変えて、エネルギー密度が大きい燃料電池を電子機器の電源として用いることにより、携帯型の電子機器の連続使用期間が大幅に向上することが期待されている。   Under such circumstances, it is expected that the continuous use period of portable electronic devices will be greatly improved by using fuel cells with high energy density as power sources for electronic devices instead of lithium ion secondary batteries. Has been.

燃料電池は、燃料極および酸化剤極と、これらの間に設けられた電解質から構成され、燃料極には燃料が、酸化剤極には酸化剤が供給されて電気化学反応により発電する。燃料としては、一般的には水素が用いられるが、近年、安価で取り扱いの容易なメタノールを原料として、メタノールを改質して水素を生成させるメタノール改質型や、メタノールを燃料として直接利用する直接型の燃料電池の開発も盛んに行われている。   A fuel cell is composed of a fuel electrode and an oxidant electrode, and an electrolyte provided therebetween. The fuel cell is supplied with fuel, and the oxidant electrode is supplied with an oxidant to generate electricity by an electrochemical reaction. In general, hydrogen is used as the fuel, but in recent years, methanol is reformed to produce hydrogen by reforming methanol using methanol, which is cheap and easy to handle, and methanol is directly used as fuel. Direct fuel cells are also being actively developed.

燃料として水素を用いた場合、燃料極での反応は以下の式（１）のようになる。   When hydrogen is used as the fuel, the reaction at the fuel electrode is represented by the following formula (1).

３Ｈ２ → ６Ｈ＋ ＋ ６ｅ− （１） 3H 2 → 6H + + 6e − (1)

燃料としてメタノールを用いた場合、燃料極での反応は以下の式（２）のようになる。   When methanol is used as the fuel, the reaction at the fuel electrode is represented by the following equation (2).

ＣＨ３ＯＨ ＋ Ｈ２Ｏ → ６Ｈ＋ ＋ ＣＯ２ ＋ ６ｅ− （２） CH 3 OH + H 2 O → 6H + + CO 2 + 6e − (2)

また、いずれの場合も、酸化剤極での反応は以下の式（３）のようになる。   In either case, the reaction at the oxidant electrode is represented by the following formula (3).

３／２Ｏ２ ＋ ６Ｈ＋ ＋ ６ｅ− → ３Ｈ２Ｏ （３） 3 / 2O 2 + 6H + + 6e − → 3H 2 O (3)

燃料電池は、電解質の違いによって多くの種類に分類されるが、一般的には、アルカリ型、固体高分子型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型に大別される。   Fuel cells are classified into many types according to the difference in electrolytes, but are generally divided into alkali types, solid polymer types, phosphoric acid types, molten carbonate types, and solid electrolyte types.

特許文献１には、燃料電池の空気極へ空気を供給する空気供給ラインおよび空気極から空気を排出する空気排出ラインに、燃料電池停止時に空気の流通を閉止する手段を備えた燃料電池が開示されている。これによれば、燃料電池の運転停止中における電解質の乾燥を防止することができる。
特開２００２−２１６８２３号公報 Patent Document 1 discloses a fuel cell provided with an air supply line for supplying air to an air electrode of the fuel cell and an air discharge line for discharging air from the air electrode, and means for closing air flow when the fuel cell is stopped. Has been. According to this, it is possible to prevent the electrolyte from being dried while the fuel cell is stopped.
JP 2002-216823 A

しかし、単に燃料電池停止中に空気の流通を閉止するだけでは、燃料電池内外の温度によってはかえって流路内の湿度が高くなり、温度変化によって結露が発生したり、さらにはその水分が凍結してしまうといった問題点があった。   However, simply closing the air flow while the fuel cell is stopped increases the humidity in the flow path, depending on the temperature inside and outside the fuel cell, causing condensation to occur due to temperature changes, and further the moisture freezes. There was a problem such as.

また、燃料としてメタノール等の液体燃料を用いた直接型の燃料電池では、酸化剤極が開放された構成となっていると、燃料電池停止中に燃料が電解質膜を通過して酸化剤極側から蒸発してしまうという問題点もあった。また、燃料電池運転中であっても、たとえば低温環境下おいては、酸化剤極側へ酸化剤が多量に流入すると、酸化剤極が空冷されて燃料電池の温度が下がり、発電効率が低下するといった問題点があった。   Further, in a direct type fuel cell using liquid fuel such as methanol as the fuel, if the oxidant electrode is open, the fuel passes through the electrolyte membrane while the fuel cell is stopped, and the oxidant electrode side There was also a problem that it evaporates. Even when the fuel cell is in operation, for example, in a low temperature environment, if a large amount of oxidant flows into the oxidant electrode side, the oxidant electrode is air-cooled, the temperature of the fuel cell is lowered, and power generation efficiency is reduced. There was a problem such as.

本発明は上記事情を踏まえてなされたものであり、本発明の目的は、使用環境および運転状況に影響されずに、安定した電力を供給可能な燃料電池を提供することにある。本発明の別の目的は、高信頼性で、長寿命な燃料電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell capable of supplying stable power without being affected by the use environment and operating conditions. Another object of the present invention is to provide a highly reliable and long-life fuel cell.

本発明によれば、燃料極および酸化剤極を含む単位セルを有する燃料電池であって、吸気口および排気口を有し、酸化剤極に酸化剤を供給する酸化剤流路と、吸気口または排気口の開口の程度を調整する開口調整部と、を含むことを特徴とする燃料電池が提供される。   According to the present invention, a fuel cell having a unit cell including a fuel electrode and an oxidant electrode, having an intake port and an exhaust port, and supplying an oxidant to the oxidant electrode, an intake port Alternatively, there is provided a fuel cell including an opening adjusting portion that adjusts the degree of opening of the exhaust port.

単位セルは、さらに固体電解質膜を含むことができ、燃料極および酸化剤極は固体電解質膜を狭持する。また、本発明の燃料電池は、燃料極に液体燃料が供給される直接型の燃料電池とすることができる。このように、燃料極に液体燃料が供給される場合に、燃料電池の運転停止中に酸化剤極が外部に開放された構成としていると、燃料が固体電解質膜を通過して酸化剤極から蒸発するという問題が生じる。本発明の燃料電池において、酸化剤流路の吸気口または排気口の開口の程度を調整することができるので、たとえば燃料電池の運転停止時には、吸気口や排気口を閉じたり、開口の程度を低くすることにより、燃料が固体電解質膜を通過して酸化剤極から蒸発するという現象を防ぐことができる。   The unit cell can further include a solid electrolyte membrane, and the fuel electrode and the oxidant electrode sandwich the solid electrolyte membrane. The fuel cell of the present invention can be a direct fuel cell in which liquid fuel is supplied to the fuel electrode. As described above, when liquid fuel is supplied to the fuel electrode, if the oxidant electrode is opened to the outside while the fuel cell is stopped, the fuel passes from the oxidant electrode through the solid electrolyte membrane. The problem of evaporation occurs. In the fuel cell of the present invention, the degree of opening of the intake port or exhaust port of the oxidant flow path can be adjusted. For example, when the operation of the fuel cell is stopped, the intake port or exhaust port is closed or the degree of opening is reduced. By making it low, the phenomenon that the fuel passes through the solid electrolyte membrane and evaporates from the oxidant electrode can be prevented.

また、この構成により、上記直接型の燃料電池に限られず、酸化剤流路の吸気口または排気口の開口の程度を調整することができるので、固体電解質膜が乾燥するのを防ぐこともできる。このように、酸化剤流路の吸気口または排気口の開口の程度を調整することにより、酸化剤流路を流れる酸化剤の流量を制御することもできる。酸化剤流路内の酸化剤の流量を適宜調整することにより、前述のように燃料の蒸発や固体電解質膜の乾燥を防ぐとともに、結露の発生やそれに伴う凍結を防止することもできる。   In addition, this configuration is not limited to the direct fuel cell, and the degree of opening of the inlet or outlet of the oxidant flow path can be adjusted, so that the solid electrolyte membrane can be prevented from drying. . As described above, the flow rate of the oxidant flowing through the oxidant flow path can be controlled by adjusting the degree of opening of the intake port or the exhaust port of the oxidant flow path. By appropriately adjusting the flow rate of the oxidant in the oxidant flow path, it is possible to prevent evaporation of the fuel and drying of the solid electrolyte membrane as described above, and also to prevent the occurrence of condensation and freezing associated therewith.

また、燃料電池の運転時においても、たとえば、低温環境下では、酸化剤極側への酸化剤の流入量を低くすることにより、酸化剤によって酸化剤極か空冷等されて発電効率が低下するのを防ぐことができる。以上のように、本発明の燃料電池によれば、使用環境や運転状況に影響されずに、燃料電池を安定的に動作させることができる。   Further, even when the fuel cell is operated, for example, in a low temperature environment, by reducing the inflow amount of the oxidant to the oxidant electrode side, the oxidant electrode is air-cooled by the oxidant and the power generation efficiency is lowered. Can be prevented. As described above, according to the fuel cell of the present invention, the fuel cell can be stably operated without being affected by the use environment and the operating condition.

本発明の燃料電池は、開口調整部は、酸化剤流路の吸気口または排気口の開口の程度を変更可能な開閉弁を含むことができる。この構成により、開閉弁の開口の程度を変更するだけで、吸気口または排気口の開口の程度を調整することができる。   In the fuel cell of the present invention, the opening adjusting portion can include an on-off valve that can change the degree of opening of the intake port or the exhaust port of the oxidant flow path. With this configuration, it is possible to adjust the degree of opening of the intake port or the exhaust port only by changing the degree of opening of the on-off valve.

本発明の燃料電池において、開口調整部は、開閉弁を閉じたときに、当該開口弁と協動して吸気口または排気口を密閉する密閉部材を含むことができる。この構成により、燃料電池運転停止中に、開閉弁を閉じたときに、酸化剤流路を密閉することができる。これにより、燃料が固体電解質膜を通過して酸化剤極側から蒸発したり、固体電解質膜が乾燥してしまうのを防止することができる。   In the fuel cell of the present invention, the opening adjusting portion can include a sealing member that seals the intake port or the exhaust port in cooperation with the open valve when the on-off valve is closed. With this configuration, the oxidant flow path can be sealed when the on-off valve is closed while the fuel cell operation is stopped. As a result, it is possible to prevent the fuel from passing through the solid electrolyte membrane and evaporating from the oxidant electrode side, or from drying out.

本発明の燃料電池は、酸化剤流路への酸化剤の導入を促す導入促進部をさらに含むことができる。この構成により、酸化剤流路内の酸化剤の流量をより良好に制御することができる。   The fuel cell of the present invention may further include an introduction promoting unit that promotes introduction of the oxidant into the oxidant flow path. With this configuration, it is possible to better control the flow rate of the oxidant in the oxidant flow path.

本発明の燃料電池は、温度を測定する温度測定部をさらに含むことができ、開口調整部は、温度測定部により測定された温度に応じて開口の程度を調整することができる。この構成により、酸化剤流路内の温度や燃料電池外部の温度に応じて吸気口または排気口の開口の程度を調整することができるので、環境に応じた制御が可能となる。   The fuel cell of the present invention can further include a temperature measurement unit that measures temperature, and the opening adjustment unit can adjust the degree of opening according to the temperature measured by the temperature measurement unit. With this configuration, the degree of opening of the intake port or the exhaust port can be adjusted according to the temperature inside the oxidant flow path or the temperature outside the fuel cell, so that control according to the environment is possible.

本発明の燃料電池は、酸化剤流路内の湿度を測定する湿度測定部を含むことができ、開口調整部は、湿度測定部により測定された湿度に応じて開口の程度を調整することができる。この構成により、酸化剤流路内の湿度に応じて吸気口または排気口の開口の程度を調整することができるので、環境に応じた制御が可能となる。   The fuel cell of the present invention can include a humidity measuring unit that measures the humidity in the oxidant flow path, and the opening adjusting unit can adjust the degree of opening according to the humidity measured by the humidity measuring unit. it can. With this configuration, the degree of opening of the intake port or the exhaust port can be adjusted according to the humidity in the oxidant flow path, so that control according to the environment is possible.

本発明の燃料電池において、開口調整部は、当該燃料電池の運転状況に応じて、開口の程度を調整することができる。運転状況とは、燃料電池の運転中か燃料電池の運転停止中か等である。また、開口調整部は、運転停止中の場合、停止されてからの経過時間等にも応じて、開口の程度を調整することができる。   In the fuel cell of the present invention, the opening adjustment unit can adjust the degree of opening according to the operating state of the fuel cell. The operating status includes whether the fuel cell is operating or the fuel cell is stopped. In addition, when the operation is stopped, the opening adjustment unit can adjust the degree of the opening according to the elapsed time after the operation is stopped.

本発明の燃料電池は、複数の単位セルを含み、当該複数の単位セルが平面実装された構成とすることができる。このように、酸化剤極が酸化剤流路に広範囲にわたって面しているために、燃料極側に供給される液体燃料が、電解質膜を通過して酸化剤極側から蒸発しやすい場合にも、本発明の構成によれば、燃料の蒸発を防止することができる。   The fuel cell of the present invention may include a plurality of unit cells, and the plurality of unit cells may be mounted on a plane. In this way, since the oxidant electrode faces the oxidant channel over a wide range, the liquid fuel supplied to the fuel electrode side easily passes through the electrolyte membrane and evaporates from the oxidant electrode side. According to the configuration of the present invention, fuel evaporation can be prevented.

本発明の燃料電池は、酸化剤流路内に吸湿剤を有することができる。この構成により、酸化剤流路内に発生した水分を除去することができるので、水分の凍結等を防止することができる。   The fuel cell of the present invention can have a hygroscopic agent in the oxidant flow path. With this configuration, moisture generated in the oxidant flow path can be removed, so that moisture freezing and the like can be prevented.

本発明によれば、燃料極および酸化剤極を含む単位セルを有する燃料電池の運転方法であって、燃料電池は、吸気口および排気口を有する酸化剤流路を含み、酸化剤極に酸化剤を供給する工程と、吸気口または排気口の開口の程度を調整する工程と、を含むことを特徴とする燃料電池の運転方法が提供される。   According to the present invention, there is provided a method for operating a fuel cell having a unit cell including a fuel electrode and an oxidant electrode, the fuel cell including an oxidant channel having an intake port and an exhaust port, and oxidizing the oxidant electrode. There is provided a method of operating a fuel cell comprising a step of supplying an agent and a step of adjusting the degree of opening of an intake port or an exhaust port.

本発明の燃料電池の運転方法において、燃料電池は、吸気口または排気口を開閉する開閉弁をさらに含むことができ、開口の程度を調整する工程において、開閉弁を開閉することにより、開口の程度を調整することができる。   In the fuel cell operation method of the present invention, the fuel cell may further include an on-off valve that opens and closes the intake port or the exhaust port, and the opening and closing valve is opened and closed in the step of adjusting the degree of opening. The degree can be adjusted.

本発明の燃料電池の運転方法は、燃料電池の温度を測定する工程をさらに含むことができ、開口の程度を調整する工程において、温度を測定する工程で測定された温度に応じて開口の程度を調整することができる。   The fuel cell operating method of the present invention may further include a step of measuring the temperature of the fuel cell. In the step of adjusting the degree of opening, the degree of opening according to the temperature measured in the step of measuring temperature. Can be adjusted.

本発明の燃料電池の運転方法は、酸化剤流路内の湿度を測定する工程をさらに含むことができ、開口の程度を調整する工程において、湿度を測定する工程で測定された湿度に応じて開口の程度を調整することができる。   The fuel cell operating method of the present invention may further include a step of measuring the humidity in the oxidant flow path, and in the step of adjusting the degree of opening, according to the humidity measured in the step of measuring the humidity. The degree of opening can be adjusted.

本発明の燃料電池の運転方法は、燃料電池の運転状況を検知する工程をさらに含むことができ、開口の程度を調整する工程において、運転状況に応じて開口の程度を調整することができる。   The operating method of the fuel cell of the present invention can further include a step of detecting the operating state of the fuel cell, and in the step of adjusting the degree of opening, the degree of opening can be adjusted according to the operating state.

以上述べたように、本発明によれば、使用環境および運転状況に影響されずに、安定した電力を供給可能な燃料電池が提供される。また、本発明によれば、高信頼性で、長寿命な燃料電池を提供することができる。   As described above, according to the present invention, there is provided a fuel cell capable of supplying stable power without being affected by the use environment and operating conditions. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a highly reliable and long-life fuel cell.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同様の符号を付し、以下の説明において詳細な説明を適宜省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be appropriately omitted in the following description.

本発明の実施の形態における燃料電池は、携帯電話、ノート型等の携帯型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、各種カメラ、ナビゲーションシステム、ポータブル音楽再生プレーヤ等の小型電気機器に適用可能である。とくに、ノート型等の携帯型パーソナルコンピュータ等のような、比較的多くの燃料電池単位セルが使用され、平面実装される燃料電池において有用である。   The fuel cell according to the embodiment of the present invention can be applied to a small electric device such as a mobile phone, a portable personal computer such as a notebook, a PDA (Personal Digital Assistant), various cameras, a navigation system, and a portable music player. . In particular, it is useful in a fuel cell in which a relatively large number of unit cells of a fuel cell such as a portable personal computer such as a notebook type are used and mounted in a plane.

（第一の実施の形態）
図１は、本実施の形態における燃料電池の構成を模式的に示した断面ブロック図である。
図１に示すように、燃料電池は、複数の単位セル１０１を含む。各単位セル１０１は、燃料極１０２および酸化剤極１０８と、これらの間に設けられた固体電解質膜１１４を含み、燃料極１０２には燃料１２４が、酸化剤極１０８には酸化剤１２６がそれぞれ供給されて電気化学反応により発電する。単位セル１０１は、燃料極１０２に液体燃料が供給される直接型の燃料電池である。燃料１２４としては、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、または他のアルコール類、あるいはシクロパラフィン等の液体炭化水素等の有機液体燃料を用いることができる。有機液体燃料は、水溶液とすることができる。酸化剤としては、通常、空気を用いることができるが、酸素ガスを供給してもよい。 (First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional block diagram schematically showing the configuration of the fuel cell in the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the fuel cell includes a plurality of unit cells 101. Each unit cell 101 includes a fuel electrode 102, an oxidant electrode 108, and a solid electrolyte membrane 114 provided therebetween. The fuel electrode 102 has a fuel 124, and the oxidant electrode 108 has an oxidant 126. It is supplied and generates electricity by electrochemical reaction. The unit cell 101 is a direct type fuel cell in which liquid fuel is supplied to the fuel electrode 102. As the fuel 124, an organic liquid fuel such as methanol, ethanol, dimethyl ether, other alcohols, or a liquid hydrocarbon such as cycloparaffin can be used. The organic liquid fuel can be an aqueous solution. As the oxidizing agent, air can be usually used, but oxygen gas may be supplied.

燃料電池は、燃料極１０２に燃料１２４を供給する燃料流路３１０と、酸化剤極１０８に酸化剤１２６を供給する酸化剤流路３１２と、を含む。酸化剤流路３１２には吸気口３３９および排気口３４０が設けられる。   The fuel cell includes a fuel flow path 310 that supplies fuel 124 to the fuel electrode 102 and an oxidant flow path 312 that supplies oxidant 126 to the oxidant electrode 108. The oxidant channel 312 is provided with an intake port 339 and an exhaust port 340.

図１に示すように、本実施の形態において、複数の単位セル１０１は、互いに直列に電気的に接続され、平面配列された２組のセル群を構成する。この平面配列された２組のセル群は、燃料極１０２が互いに対面するように配置され、その間に燃料流路３１０が配置され、さらに平面配列されたセル群の外側に位置する酸化剤極１０８側に酸化剤流路３１２が配置される。   As shown in FIG. 1, in the present embodiment, a plurality of unit cells 101 are electrically connected in series with each other to form two sets of cell groups arranged in a plane. The two cell arrays arranged in a plane are arranged so that the fuel electrodes 102 face each other, a fuel flow path 310 is arranged therebetween, and the oxidant electrode 108 positioned outside the cell groups arranged in a plane. An oxidant channel 312 is disposed on the side.

燃料電池は、さらに酸化剤流路３１２の吸気口３３９を開閉するシャッター１００１と、酸化剤流路３１２の排気口３４０を開閉するシャッター１００２と、を含む。シャッター１００１およびシャッター１００２と、酸化剤流路３１２の間には、ガスケット１００３がそれぞれ設けられており、これによりシャッター１００１およびシャッター１００２を閉じた場合、酸化剤流路３１２を密閉することができる。図中、黒抜きで示される弁の状態がシャッター１００１およびシャッター１００２が閉じた状態を示し、網掛けで示される弁の状態がシャッター１００１およびシャッター１００２が開いた状態を示している。   The fuel cell further includes a shutter 1001 that opens and closes the air inlet 339 of the oxidant channel 312 and a shutter 1002 that opens and closes the exhaust port 340 of the oxidant channel 312. Gaskets 1003 are provided between the shutter 1001 and the shutter 1002 and the oxidant flow path 312, so that when the shutter 1001 and the shutter 1002 are closed, the oxidant flow path 312 can be sealed. In the figure, the state of the valve indicated by black indicates that the shutter 1001 and the shutter 1002 are closed, and the state of the valve indicated by hatching indicates that the shutter 1001 and the shutter 1002 are open.

図２は、図１の燃料電池における酸化剤流路３１２のシャッター１００１およびシャッター１００２の開閉の程度を調整する開閉調整機構の概略ブロック図を示す。
燃料電池は、セル群１０００の酸化剤極１０８に配して設けられた酸化剤流路３１２の吸気口３３９および排気口３４０にそれぞれ設けられたシャッター１００１およびシャッター１００２の開口の程度を調整する開口調整部１００５を含む。 FIG. 2 is a schematic block diagram of an opening / closing adjustment mechanism that adjusts the degree of opening / closing of the shutter 1001 and the shutter 1002 of the oxidant channel 312 in the fuel cell of FIG.
In the fuel cell, an opening that adjusts the degree of opening of the shutter 1001 and the shutter 1002 provided in the intake port 339 and the exhaust port 340 of the oxidant flow path 312 provided in the oxidant electrode 108 of the cell group 1000, respectively. An adjustment unit 1005 is included.

開口調整部１００５は、シャッター１００１およびシャッター１００２の開口の程度を手動で制御するための操作スイッチ（不図示）および後述するシャッター駆動機構であってもよいし、あるいは、シャッター１００１およびシャッター１００２の開口の程度を自動で制御するためのコントローラ（不図示）および後述するシャッター駆動機構であってもよい。コントローラは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＩＣ（Integrated Circuit）であり、予めプログラムされ、記憶装置（不図示）に記憶された手順に従って動作する。開口調整部１００５は、燃料電池の運転状況を検知し、燃料電池の運転状況に応じてシャッター１００１およびシャッター１００２の開口の程度を調整することができる。開口調整部１００５は、たとえば燃料電池の運転中には、シャッター１００１およびシャッター１００２の開口の程度が大きくなるように調整し、燃料電池の停止中にはシャッター１００１およびシャッター１００２の開口の程度が小さくなるように調整する。また、以下に説明するように、燃料電池内外の温度や湿度に応じて、シャッター１００１およびシャッター１００２の開口の程度を調整することもできる。   The opening adjustment unit 1005 may be an operation switch (not shown) for manually controlling the degree of opening of the shutter 1001 and the shutter 1002 and a shutter driving mechanism described later, or the opening of the shutter 1001 and the shutter 1002. A controller (not shown) for automatically controlling the degree of the above and a shutter drive mechanism described later may be used. The controller is a CPU (Central Processing Unit) or an IC (Integrated Circuit), and operates according to a procedure programmed in advance and stored in a storage device (not shown). The opening adjusting unit 1005 can detect the operating state of the fuel cell and adjust the degree of opening of the shutter 1001 and the shutter 1002 according to the operating state of the fuel cell. For example, the opening adjustment unit 1005 adjusts so that the degree of opening of the shutter 1001 and the shutter 1002 is increased during the operation of the fuel cell, and the degree of opening of the shutter 1001 and the shutter 1002 is small while the fuel cell is stopped. Adjust so that Further, as described below, the degree of opening of the shutter 1001 and the shutter 1002 can be adjusted according to the temperature and humidity inside and outside the fuel cell.

また、図３に示すように、排気口３４０を介して酸化剤流路３１２内から酸化剤１２６を排出する排気用ファン１００７を、酸化剤流路３１２のシャッター１００２より外側に設けることもできる。また、吸気口３３９を介して酸化剤流路３１２内に酸化剤１２６を供給させる給気用ファン（不図示）を、酸化剤流路３１２のシャッター１００１より手前に設けることもできる。開口調整部１００５は、排気用ファン１００７または給気用ファンを制御することもできる。この構成によれば、排気用ファン１００７および給気用ファンのいずれか一方または両方の回転を制御することにより、酸化剤流路３１２内の酸化剤の流量を良好に制御することが可能となる。   Further, as shown in FIG. 3, an exhaust fan 1007 for discharging the oxidant 126 from the oxidant flow path 312 through the exhaust port 340 can be provided outside the shutter 1002 of the oxidant flow path 312. An air supply fan (not shown) that supplies the oxidant 126 into the oxidant flow path 312 via the intake port 339 may be provided in front of the shutter 1001 of the oxidant flow path 312. The opening adjustment unit 1005 can also control the exhaust fan 1007 or the air supply fan. According to this configuration, it is possible to favorably control the flow rate of the oxidant in the oxidant flow path 312 by controlling the rotation of one or both of the exhaust fan 1007 and the supply fan. .

図４に示すように、燃料電池は、酸化剤流路３１２内の温度を測定する温度計１００８をさらに含むこともできる。ここでは、温度計１００８が酸化剤流路３１２内の温度を測定する例を示しているが、温度計１００８は、燃料電池内外の温度を測定するよう配置することができる。温度計１００８は、燃料電池の構造、および測定対象の場所に応じて種々の配置を取り得る。たとえば、酸化剤流路３１２内、燃料電池表面、廃気の循環経路（不図示）、または燃料電池の外部等に配置することができる。また、燃料電池は、複数の温度計１００８を含むことができ、種々の場所に配置することもできる。温度計１００８で測定された温度は、開口調整部１００５に入力される。開口調整部１００５は、入力された温度に応じて、シャッター１００１およびシャッター１００２の開口の程度を調整する。温度計１００８としては、熱電対、測温抵抗体、サーミスタ、ＩＣ温度センサ、磁気温度センサ、サーモパイル、または焦電型温度センサ等の温度センサを用いることができる。温度計１００８および開口調整部１００５は、これらの温度センサと、コントローラとを組み合わせて実現することができる。   As shown in FIG. 4, the fuel cell may further include a thermometer 1008 that measures the temperature in the oxidant channel 312. Here, an example is shown in which the thermometer 1008 measures the temperature in the oxidant flow path 312, but the thermometer 1008 can be arranged to measure the temperature inside and outside the fuel cell. The thermometer 1008 can take various arrangements depending on the structure of the fuel cell and the location to be measured. For example, it can be disposed in the oxidant flow path 312, the fuel cell surface, the waste gas circulation path (not shown), or the outside of the fuel cell. Further, the fuel cell can include a plurality of thermometers 1008 and can be arranged at various locations. The temperature measured by the thermometer 1008 is input to the opening adjustment unit 1005. The opening adjustment unit 1005 adjusts the degree of opening of the shutter 1001 and the shutter 1002 according to the input temperature. As the thermometer 1008, a temperature sensor such as a thermocouple, a resistance temperature detector, a thermistor, an IC temperature sensor, a magnetic temperature sensor, a thermopile, or a pyroelectric temperature sensor can be used. The thermometer 1008 and the opening adjustment unit 1005 can be realized by combining these temperature sensors and a controller.

図５に示すように、燃料電池は、酸化剤流路３１２内の湿度を測定する湿度計１００９をさらに含むこともできる。湿度計１００９で測定された湿度は、開口調整部１００５に入力される。開口調整部１００５は、入力された湿度に応じて、シャッター１００１およびシャッター１００２の開口の程度を調整する。開口調整部１００５は、温度計１００８および湿度計１００９によりそれぞれ測定された温度および湿度のいずれか一方のみを用いてシャッター１００１およびシャッター１００２の開口の程度を調整することもでき、両方を用いてシャッター１００１およびシャッター１００２の開口の程度を調整することもできる。   As shown in FIG. 5, the fuel cell may further include a hygrometer 1009 that measures the humidity in the oxidant flow path 312. The humidity measured by the hygrometer 1009 is input to the opening adjustment unit 1005. The opening adjustment unit 1005 adjusts the degree of opening of the shutter 1001 and the shutter 1002 according to the input humidity. The opening adjustment unit 1005 can adjust the degree of opening of the shutter 1001 and the shutter 1002 using only one of the temperature and humidity measured by the thermometer 1008 and the hygrometer 1009, respectively. The degree of opening of 1001 and shutter 1002 can also be adjusted.

また、本実施の形態において、燃料電池は、酸化剤流路３１２内に吸湿剤（不図示）を設けた構成とすることもできる。このような構成とすることにより、酸化剤流路３１２内に結露等によって水分が発生した場合にも、水分を除去することができる。これにより、水分の凍結等を防止することができる。   Further, in the present embodiment, the fuel cell may be configured such that a hygroscopic agent (not shown) is provided in the oxidant channel 312. With such a configuration, moisture can be removed even when moisture is generated in the oxidant channel 312 due to condensation or the like. Thereby, freezing of moisture etc. can be prevented.

このように構成された燃料電池の動作について運転状況別に以下に説明する。   The operation of the fuel cell configured as described above will be described below according to operating conditions.

（１）燃料電池の運転中
開口調整部１００５は、酸化剤流路３１２内の温度または湿度に応じて、シャッター１００１およびシャッター１００２の開口の程度を調整する。これにより酸化剤１２６の流量が制御される。 (1) During operation of the fuel cell The opening adjusting unit 1005 adjusts the degree of opening of the shutter 1001 and the shutter 1002 according to the temperature or humidity in the oxidant flow path 312. Thereby, the flow rate of the oxidizing agent 126 is controlled.

たとえば、開口調整部１００５は、温度が低い場合、シャッター１００１およびシャッター１００２の開口の程度を小さくし、酸化剤１２６の流量が少なくなるように制御することができる。これにより、低温環境下において、運転開始時に、酸化剤極１０８への酸化剤１２６の流入によって酸化剤極１０８が空冷等されるのを防ぐことができる。そのため、低温化による発電効率の低下を防ぐことができる。また、開口調整部１００５は、発電効率を高める必要がある際には、シャッター１００１およびシャッター１００２の開口の程度を大きくし、酸化剤の流量が多くなるように制御することができる。   For example, when the temperature is low, the opening adjusting unit 1005 can control the opening degree of the shutter 1001 and the shutter 1002 to be small so that the flow rate of the oxidant 126 is reduced. Thereby, it is possible to prevent the oxidant electrode 108 from being air-cooled by the inflow of the oxidant 126 to the oxidant electrode 108 at the start of operation in a low temperature environment. Therefore, it is possible to prevent a decrease in power generation efficiency due to low temperature. Further, when it is necessary to increase the power generation efficiency, the opening adjusting unit 1005 can control the opening of the shutter 1001 and the shutter 1002 to be large so that the flow rate of the oxidizing agent is increased.

（２）燃料電池の運転停止中
この場合も、開口調整部１００５は、酸化剤流路３１２内の温度または湿度に応じて、シャッター１００１およびシャッター１００２の開口の程度を調整する。これにより酸化剤１２６の流量が制御される。たとえば、開口調整部１００５は、燃料電池の運転が停止されたすぐ後には、シャッター１００１およびシャッター１００２を完全に密閉せず、燃料電池運転時よりも開口の程度が小さくなるように調整することができる。これにより、燃料電池の運転時に酸化剤極１０８の温度が高まっており、その後冷却される際に結露等が発生するのを防ぐことができるとともに、燃料１２４が固体電解質膜１１４を介して酸化剤極１０８から蒸発するのを防ぐことができる。 (2) During shutdown of fuel cell Also in this case, the opening adjustment unit 1005 adjusts the degree of opening of the shutter 1001 and the shutter 1002 according to the temperature or humidity in the oxidant flow path 312. Thereby, the flow rate of the oxidizing agent 126 is controlled. For example, the opening adjustment unit 1005 may adjust so that the shutter 1001 and the shutter 1002 are not completely sealed immediately after the operation of the fuel cell is stopped, and the degree of opening is smaller than that during fuel cell operation. it can. As a result, the temperature of the oxidant electrode 108 is increased during the operation of the fuel cell, and it is possible to prevent the formation of dew condensation or the like when the fuel cell is subsequently cooled, and the fuel 124 passes through the solid electrolyte membrane 114 and the oxidant. Evaporation from the pole 108 can be prevented.

また、たとえば、開口調整部１００５は、燃料電池の長期運転停止時には、シャッター１００１およびシャッター１００２の開口の程度を０％に調整し、酸化剤１２６の流量がゼロとなるように制御することができる。このとき、酸化剤流路３１２の吸気口３３９および排気口３４０に設けられたシャッター１００１およびシャッター１００２が閉じられてガスケット１００３とともに酸化剤流路３１２が密閉され、酸化剤流路３１２からの酸化剤１２６の流出が停止される。これにより、長時間、燃料電池の運転を停止しても、燃料１２４が固体電解質膜１１４を通過して蒸発するのを防止することができる。また、開口調整部１００５は、長時間運転停止時にも、酸化剤流路３１２内の湿度が高くなった場合には、シャッター１００１およびシャッター１００２の開口の程度が大きくなるように調整することができる。これにより、酸化剤流路３１２内で結露が発生するのを防ぐことができる。開口調整部１００５は、このような処理を定期的に行うこともできる。   Further, for example, when the fuel cell is stopped for a long time, the opening adjustment unit 1005 can adjust the degree of opening of the shutter 1001 and the shutter 1002 to 0% and control the flow rate of the oxidant 126 to be zero. . At this time, the shutter 1001 and the shutter 1002 provided at the intake port 339 and the exhaust port 340 of the oxidant channel 312 are closed, and the oxidant channel 312 is sealed together with the gasket 1003, and the oxidant from the oxidant channel 312 is sealed. The outflow of 126 is stopped. Thereby, even if the operation of the fuel cell is stopped for a long time, it is possible to prevent the fuel 124 from passing through the solid electrolyte membrane 114 and evaporating. Further, the opening adjustment unit 1005 can adjust the degree of opening of the shutter 1001 and the shutter 1002 to be large when the humidity in the oxidant flow path 312 becomes high even when the operation is stopped for a long time. . Thereby, it is possible to prevent dew condensation from occurring in the oxidant flow path 312. The opening adjustment unit 1005 can also perform such processing periodically.

上記の燃料電池の運転および停止時の処理において、開口調整部１００５は、シャッター１００１およびシャッター１００２の開口の程度を変化させるとともに、排気用ファンまたは給気用ファンの回転を制御することもできる。開口調整部１００５は、この場合も、温度または湿度に応じて、排気用ファンまたは給気用ファンの回転を制御することができる。   In the processing at the time of operation and stop of the fuel cell, the opening adjustment unit 1005 can change the degree of opening of the shutter 1001 and the shutter 1002 and can also control the rotation of the exhaust fan or the air supply fan. In this case as well, the opening adjustment unit 1005 can control the rotation of the exhaust fan or the supply fan according to the temperature or humidity.

上記の燃料電池の運転および停止時の調整については、手動で利用者が調整してもよいし、コントローラ等により自動制御してもよい。また、これらの制御の手順は、コントローラを動作させるプログラムによって、如何様にも変更が可能であることはいうまでもない。   The adjustment at the time of operation and stop of the fuel cell may be adjusted manually by the user or automatically controlled by a controller or the like. Needless to say, these control procedures can be changed in any manner by a program for operating the controller.

吸気口３３９および排気口３４０のシャッター１００１およびシャッター１００２の開口の程度の調整は、同時に行ってもよいし、別々に行ってもよい。たとえば、酸化剤流路３１２内の湿度が高くなり結露が発生するような場合は、吸気口３３９の開口の程度を下げ、排気口３４０の開口の程度を上げるようにすることができる。なお、シャッターの開口の程度を制御するためのシャッター開閉機構の詳細については後述する。   Adjustment of the degree of opening of the shutter 1001 and the shutter 1002 at the intake port 339 and the exhaust port 340 may be performed simultaneously or separately. For example, when the humidity in the oxidant flow path 312 increases and condensation occurs, the degree of opening of the intake port 339 can be lowered and the degree of opening of the exhaust port 340 can be raised. The details of the shutter opening / closing mechanism for controlling the degree of opening of the shutter will be described later.

以上のように、本実施の形態の燃料電池によれば、吸気口３３９または排気口３４０の開口の程度を調整することにより、酸化剤流路３１２を流れる酸化剤１２６の流量を制御できるので、使用環境および運転状況に影響されずに発電効率の低下を防止できる燃料電池を提供することができる。   As described above, according to the fuel cell of the present embodiment, the flow rate of the oxidant 126 flowing through the oxidant flow path 312 can be controlled by adjusting the degree of opening of the intake port 339 or the exhaust port 340. It is possible to provide a fuel cell that can prevent a decrease in power generation efficiency without being affected by the use environment and operating conditions.

（シャッター開閉機構について）
図９は、図１に示した燃料電池のシャッターの開閉機構の一例を示す図である。図９（ａ）は、シャッターが閉じた状態を示し、図９（ｂ）は、シャッターが開いた状態を示している。 (About shutter opening / closing mechanism)
FIG. 9 is a view showing an example of a shutter opening / closing mechanism of the fuel cell shown in FIG. FIG. 9A shows a state where the shutter is closed, and FIG. 9B shows a state where the shutter is opened.

図９において、シャッターの開閉機構は、シャッター１００１の一端に設けられ、シャッター１００１を軸周りに回転させるバネ内蔵回転軸１０１５と、シャッター１００１の他端に設けられたバネ内蔵回転軸１０１５の軸と平行に設けられ、シャッター１００１の外側に延びるロッド１０１７と、ロッド１０１７に当接し、ロッド１０１７を所定の位置に移動させるよう押す偏心カム１０１９と、ロッド１０１７の軸と平行に設けられた偏心カム１０１９の回転軸１０２１と、を含む。回転軸１０２１には、図示されないモータが設けられ、回転軸１０２１はモータにより軸周りに回転する。   In FIG. 9, the shutter opening / closing mechanism is provided at one end of the shutter 1001, and includes a spring built-in rotary shaft 1015 that rotates the shutter 1001 around the axis, and a spring built-in rotary shaft 1015 provided at the other end of the shutter 1001. A rod 1017 provided in parallel and extending to the outside of the shutter 1001, an eccentric cam 1019 that contacts the rod 1017 and pushes the rod 1017 to move to a predetermined position, and an eccentric cam 1019 provided in parallel with the axis of the rod 1017. Rotation shaft 1021. The rotary shaft 1021 is provided with a motor (not shown), and the rotary shaft 1021 is rotated around the axis by the motor.

このように構成されたシャッターの開閉機構を有する燃料電池における動作について以下に説明する。   The operation of the fuel cell having the shutter opening / closing mechanism configured as described above will be described below.

図９（ａ）に示すような位置に偏心カム１０１９がある場合、ロッド１０１７は偏心カム１０１９から力を受けないので、バネ内蔵回転軸１０１５のバネの弾性力により、シャッター１００１が、酸化剤流路３１２を閉じるようにガスケット１００３に押しつけられ、吸気口３３９および排気口３４０を密閉することができる。   When the eccentric cam 1019 is located at a position as shown in FIG. 9A, the rod 1017 does not receive a force from the eccentric cam 1019. Therefore, the shutter 1001 is moved by the elastic force of the spring of the spring built-in rotating shaft 1015. The intake port 339 and the exhaust port 340 can be sealed by being pressed against the gasket 1003 so as to close the passage 312.

一方、図９（ｂ）に示すような位置に偏心カム１０１９が回転軸１０２１周りに回転した場合、バネ内蔵回転軸１０１５のバネの弾性力に打ち勝つ力でもって、偏心カム１０１９によってロッド１０１７が図の位置に移動させられ、これによりシャッター１００１が図のように回転軸１０１５周りに回転して吸気口３３９および排気口３４０の開放位置へと移動させられる。   On the other hand, when the eccentric cam 1019 rotates around the rotation shaft 1021 at a position as shown in FIG. 9B, the rod 1017 is shown by the eccentric cam 1019 with a force that overcomes the elastic force of the spring of the spring built-in rotation shaft 1015. As a result, the shutter 1001 is rotated around the rotation shaft 1015 and moved to the open positions of the intake port 339 and the exhaust port 340 as shown in the figure.

本例において、モータの回転を制御することによって、偏心カム１０１９の回転位置を制御でき、これによりシャッター１００１の移動位置を制御し、吸気口３３９および排気口３４０の開口の程度を調整でき、酸化剤１２６の流量を制御することが可能となる。   In this example, the rotational position of the eccentric cam 1019 can be controlled by controlling the rotation of the motor, thereby controlling the moving position of the shutter 1001, adjusting the degree of opening of the intake port 339 and the exhaust port 340, and oxidizing. It becomes possible to control the flow rate of the agent 126.

また、本実施の形態において、偏心カム１０１９の回転はモータによって行ったがこれに限定されるものではなく、手動で偏心カムを回転せることができる機構を設けてもよい。また、偏心カムの形状は、様々な形状が考えられ、形状によってシャッターの移動位置を調節することができる。   In this embodiment, the eccentric cam 1019 is rotated by a motor, but the present invention is not limited to this, and a mechanism capable of manually rotating the eccentric cam may be provided. Various shapes can be considered for the eccentric cam, and the moving position of the shutter can be adjusted according to the shape.

（第二の実施の形態）
本実施の形態においても、燃料電池は第一の実施の形態と同様の構成を有する。本実施の形態において、開閉調整機構の形態が第一の実施の形態と異なる。
図６は、本実施の形態における開閉調整機構の一例であるスライド式シャッターの構成を模式的に示した断面図であり、図７は、図６のスライド式シャッターの正面図である。図６（ａ）および図７（ａ）は、シャッターが閉じた状態を示し、図６（ｂ）および図７（ｂ）は、シャッターが開いた状態を示している。 (Second embodiment)
Also in the present embodiment, the fuel cell has the same configuration as that of the first embodiment. In the present embodiment, the form of the opening / closing adjustment mechanism is different from that of the first embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a sliding shutter which is an example of an opening / closing adjustment mechanism in the present embodiment, and FIG. 7 is a front view of the sliding shutter of FIG. 6A and 7A show a state where the shutter is closed, and FIGS. 6B and 7B show a state where the shutter is opened.

本実施の形態において、スライド式シャッターは、酸化剤流路３１２の吸気口３３９および排気口３４０に設けられ、通気プレート１０１２と、この通気プレート１０１２のスリットを開閉可能な位置および大きさで複数のスリットが形成されたシャッター１０１１と、を含む。通気プレート１０１２は、吸気口３３９および排気口３４０とほぼ同じ形状および大きさを有する表面と、その表面に形成された複数のスリットと、を有する。   In the present embodiment, the sliding shutter is provided at the intake port 339 and the exhaust port 340 of the oxidant channel 312, and has a plurality of positions and sizes that can open and close the ventilation plate 1012 and the slits of the ventilation plate 1012. And a shutter 1011 in which a slit is formed. Ventilation plate 1012 has a surface having substantially the same shape and size as intake port 339 and exhaust port 340, and a plurality of slits formed on the surface.

本実施の形態において、開口調整部１００５は、スライド式シャッターの開口率を調整する。シャッター１０１１の開口率とは、通気プレート１０１２に形成されたスリットの総面積に対するシャッター１０１１によって閉じられた後の通気プレート１０１２のスリットの開口面積の比である。開口面積を変えることによって開口率を調整することができる。すなわち、図７（ａ）が開口率０％で、図７（ｂ）が開口率１００％の状態を示している。   In the present embodiment, the aperture adjustment unit 1005 adjusts the aperture ratio of the sliding shutter. The opening ratio of the shutter 1011 is a ratio of the opening area of the slit of the ventilation plate 1012 after being closed by the shutter 1011 to the total area of the slit formed in the ventilation plate 1012. The aperture ratio can be adjusted by changing the aperture area. That is, FIG. 7A shows a state where the aperture ratio is 0%, and FIG. 7B shows a state where the aperture ratio is 100%.

シャッター１０１１および通気プレート１０１２の形状および構造以外は、上記第一の実施の形態と同様であるので、ここでは燃料電池の動作に関する詳細な説明は省略する。   Except for the shape and structure of the shutter 1011 and the ventilation plate 1012, the configuration is the same as that of the first embodiment.

通気プレート１０１２のスリットの長軸と、シャッター１０１１のスリットの長軸は、常に平行を保ちつつ、シャッター１０１１は、通気プレート１０１２のスリットの長軸に対して、実質的に垂直な方向に移動可能である。シャッター１０１１を移動させることによって、通気プレート１０１２のスリットを開閉することができる。   The long axis of the slit of the ventilation plate 1012 and the long axis of the slit of the shutter 1011 are always kept parallel, and the shutter 1011 can move in a direction substantially perpendicular to the long axis of the slit of the ventilation plate 1012. It is. By moving the shutter 1011, the slit of the ventilation plate 1012 can be opened and closed.

このように構成されたスライド式シャッターの動作について以下に図を用いて説明する。
図６（ｂ）および図７（ｂ）に示すように、燃料電池の運転中は、シャッター１０１１および通気プレート１０１２の複数のスリットが同じ位置になるようにシャッター１０１１および通気プレート１０１２は配置される。これにより、酸化剤流路３１２に、酸化剤１２６が吸気口３３９を介して供給され、排気口３４０を介して排気される。 The operation of the slide shutter configured as described above will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 6B and 7B, during the operation of the fuel cell, the shutter 1011 and the ventilation plate 1012 are arranged so that the plurality of slits of the shutter 1011 and the ventilation plate 1012 are in the same position. . As a result, the oxidant 126 is supplied to the oxidant flow path 312 via the intake port 339 and exhausted via the exhaust port 340.

一方、図６（ａ）および図７（ａ）に示すように、燃料電池の運転停止中は、シャッター１０１１および通気プレート１０１２は、シャッター１０１１および通気プレート１０１２の複数のスリットの孔を封鎖するような位置に配置される。これにより、酸化剤流路３１２から酸化剤１２６が排気されず、また、酸化剤流路３１２内に酸化剤１２６が供給されない。   On the other hand, as shown in FIGS. 6 (a) and 7 (a), when the operation of the fuel cell is stopped, the shutter 1011 and the ventilation plate 1012 seal the holes of the plurality of slits of the shutter 1011 and the ventilation plate 1012. It is arranged in the position. As a result, the oxidant 126 is not exhausted from the oxidant channel 312, and the oxidant 126 is not supplied into the oxidant channel 312.

このように、シャッター１０１１および通気プレート１０１２の相対位置を制御することによって、シャッター１０１１および通気プレート１０１２に形成された各スリットの開口率を制御することが可能であり、これにより酸化剤１２６の流量を制御することができる。   In this way, by controlling the relative positions of the shutter 1011 and the ventilation plate 1012, it is possible to control the aperture ratio of each slit formed in the shutter 1011 and the ventilation plate 1012, and thereby the flow rate of the oxidizing agent 126. Can be controlled.

本実施の形態において、シャッターに形成された酸化剤１２６の通気口は、スリット形状のものを平行に配置した構造としたがこれに限定されるものではなく、様々な形状および配置が考えられ、１組のシャッターが相対位置を移動することによって、シャッターに形成された通気口の開口率を変化させることができる形状であればよい。   In the present embodiment, the vent of the oxidant 126 formed on the shutter has a slit-shaped structure arranged in parallel, but is not limited to this, and various shapes and arrangements are possible. Any shape can be used as long as the aperture ratio of the vent formed in the shutter can be changed by moving the relative position of the pair of shutters.

（シャッター開閉機構について）
図１０は、図６および図７に示した開閉調整機構のシャッターの開閉機構の一例を示す図である。図１０（ａ）は、シャッターが開いた状態を示し、図１０（ｂ）は、シャッターが閉じる途中の状態を示し、図１０（ｃ）は、シャッターが閉じた状態を示している。 (About shutter opening / closing mechanism)
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a shutter opening / closing mechanism of the opening / closing adjustment mechanism illustrated in FIGS. 6 and 7. 10A shows a state where the shutter is open, FIG. 10B shows a state where the shutter is being closed, and FIG. 10C shows a state where the shutter is closed.

図１０において、シャッターの開閉機構は、リニアモータ１０２３と、リニアモータ１０２３によって直進移動するロッド１０２５と、ロッド１０２５を支持し、直進移動させる直進ガイド１０２７と、ロッド１０２５の先端に第１の回転支持軸１０３１を介して回転可能に一端が取り付けられたアーム１０２９と、アーム１０２９の他端に第２の回転支持軸１０３５を介して回転可能に一端が取り付けられ、他端にシャッター１０１１を水平に支持するシャッター支え１０３３と、シャッター１０１１を予め決められた位置に移動させるために、第２の回転支持軸１０３５を噛合するレールを有するシャッターガイド１０３７と、含む。   In FIG. 10, the shutter opening / closing mechanism includes a linear motor 1023, a rod 1025 that linearly moves by the linear motor 1023, a linear guide 1027 that supports and linearly moves the rod 1025, and a first rotation support at the tip of the rod 1025. An arm 1029 having one end rotatably attached via a shaft 1031 and one end rotatably attached via a second rotation support shaft 1035 to the other end of the arm 1029 and horizontally supporting a shutter 1011 And a shutter guide 1037 having a rail that meshes with the second rotation support shaft 1035 to move the shutter 1011 to a predetermined position.

このように構成されたシャッターの開閉機構を有する開閉調整機構における動作について以下に説明する。
シャッター１０１１は、図１０（ａ）の位置からリニアモータ１０２３によってロッド１０２５が推進されて、第２の回転支持軸１０３５がシャッターガイド１０３７に沿って移動し、図１０（ｂ）のシャッター１０１１が通気プレート１０１２に当接する位置まで移動する。その後、さらにリニアモータ１０２３によってロッド１０２５が推進されると、第２の回転支持軸１０３５がシャッターガイド１０３７に沿って移動し、図１０（ｃ）のシャッター１０１１が通気プレート１０１２のスリットを閉じる位置まで移動し、吸気口３３９および排気口３４０が閉じられる。 The operation of the opening / closing adjustment mechanism having the shutter opening / closing mechanism configured as described above will be described below.
In the shutter 1011, the rod 1025 is propelled by the linear motor 1023 from the position of FIG. 10A, the second rotation support shaft 1035 moves along the shutter guide 1037, and the shutter 1011 of FIG. It moves to a position where it abuts against the plate 1012. Thereafter, when the rod 1025 is further propelled by the linear motor 1023, the second rotation support shaft 1035 moves along the shutter guide 1037 until the shutter 1011 in FIG. 10C closes the slit of the ventilation plate 1012. The intake port 339 and the exhaust port 340 are closed.

以上のように、本実施の形態によれば、リニアモータ１０２３によって、ロッド１０２５を介してシャッター１０１１の通気プレート１０１２に対する相対位置を制御できるので、通気プレート１０１２に形成されたスリットの開口率を制御できる。このようにして、酸化剤１２６の流量を制御することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, the linear motor 1023 can control the relative position of the shutter 1011 with respect to the ventilation plate 1012 via the rod 1025, so the aperture ratio of the slit formed in the ventilation plate 1012 is controlled. it can. In this way, the flow rate of the oxidant 126 can be controlled.

（第三の実施の形態）
本実施の形態においても、燃料電池は第一の実施の形態と同様の構成を有する。本実施の形態において、開閉調整機構の形態が第一の実施の形態と異なる。
図８は、本実施の形態における開閉調整機構の他の例であるブラインド形シャッターの構成を模式的に示した断面図である。図８（ａ）は、シャッターが閉じた状態を示し、図８（ｂ）は、シャッターが開いた状態を示している。 (Third embodiment)
Also in the present embodiment, the fuel cell has the same configuration as that of the first embodiment. In the present embodiment, the form of the opening / closing adjustment mechanism is different from that of the first embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a blind shutter which is another example of the opening / closing adjustment mechanism in the present embodiment. FIG. 8A shows a state where the shutter is closed, and FIG. 8B shows a state where the shutter is opened.

本実施の形態において、ブラインド形シャッターは、酸化剤流路３１２の吸気口３３９および排気口３４０に設けられた複数の矩形のシャッター１０１４を有する。各シャッター１０１４の一端にはシールド部材１０１３が設けられ、シャッター１０１４の他端が隣接するシールド部材１０１３に密着した時、シャッター１０１４が閉じて、吸気口３３９および排気口３４０を密閉することができる。   In the present embodiment, the blind shutter has a plurality of rectangular shutters 1014 provided at the intake port 339 and the exhaust port 340 of the oxidant channel 312. A shield member 1013 is provided at one end of each shutter 1014, and when the other end of the shutter 1014 comes into close contact with the adjacent shield member 1013, the shutter 1014 can be closed and the air inlet 339 and the air outlet 340 can be sealed.

シャッター１０１４の形状および構造以外は、上記第一の実施の形態と同じであるので、ここでは燃料電池の動作に関する詳細な説明は省略する。   Except for the shape and structure of the shutter 1014, the second embodiment is the same as the first embodiment, and a detailed description of the operation of the fuel cell is omitted here.

このように構成されたブラインド式シャッターの動作について以下に図を用いて説明する。
図８（ｂ）に示すように、燃料電池の運転中は、シャッター１０１４の他端がシールド部材１０１３と離れた位置にあり、これにより、酸化剤流路３１２に、酸化剤１２６が吸気口３３９を介して供給され、排気口３４０を介して排気される。一方、図８（ａ）に示すように、燃料電池の運転停止中は、シャッター１０１４の他端が隣接するシールド部材１０１３と密着した位置になり、これにより、酸化剤流路３１２から酸化剤１２６が排気されず、また、酸化剤流路３１２内に酸化剤１２６が供給されない。 The operation of the thus configured blind shutter will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 8B, during the operation of the fuel cell, the other end of the shutter 1014 is located away from the shield member 1013, whereby the oxidant 126 is introduced into the oxidant flow path 312 and the intake port 339. And is exhausted through an exhaust port 340. On the other hand, as shown in FIG. 8A, when the operation of the fuel cell is stopped, the other end of the shutter 1014 is in close contact with the adjacent shield member 1013, whereby the oxidant 126 from the oxidant flow path 312. Is not exhausted, and the oxidant 126 is not supplied into the oxidant flow path 312.

このようにシャッター１０１４の他端を隣接するシールド部材１０１３と密着させたり離したり、あるいは、シャッター１０１４の吸気口３３９および排気口３４０に対する相対位置角度を調節することによって、吸気口３３９および排気口３４０の開口の程度を調整することが可能であり、これにより酸化剤１２６の流量を制御することができる。   In this way, the other end of the shutter 1014 is brought into close contact with or separated from the adjacent shield member 1013, or the relative position angle of the shutter 1014 with respect to the intake port 339 and the exhaust port 340 is adjusted to thereby adjust the intake port 339 and the exhaust port 340. The degree of opening of the oxidant 126 can be adjusted, and the flow rate of the oxidant 126 can be controlled.

本実施の形態においても、第一の実施の形態において図９を参照して説明したのと同様、偏心カムをモータで駆動することによりシャッター１０１４を開閉することができる。   Also in this embodiment, the shutter 1014 can be opened and closed by driving the eccentric cam with a motor, as described with reference to FIG. 9 in the first embodiment.

本発明の実施の形態における燃料電池の構成を模式的に示した断面ブロック図である。1 is a cross-sectional block diagram schematically showing a configuration of a fuel cell in an embodiment of the present invention. 図１の燃料電池における開閉調整機構の概略ブロック図である。FIG. 2 is a schematic block diagram of an opening / closing adjustment mechanism in the fuel cell of FIG. 1. 開閉調整機構の別態様の構成を模式的に示した概略ブロック図である。It is the schematic block diagram which showed typically the structure of the other aspect of an opening / closing adjustment mechanism. 開閉調整機構の別態様の構成を模式的に示した概略ブロック図である。It is the schematic block diagram which showed typically the structure of the other aspect of an opening / closing adjustment mechanism. 開閉調整機構の別態様の構成を模式的に示した概略ブロック図である。It is the schematic block diagram which showed typically the structure of the other aspect of an opening / closing adjustment mechanism. 本発明の実施の形態における開閉調整機構の一例であるスライド式シャッターの構成を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the structure of the slide-type shutter which is an example of the opening / closing adjustment mechanism in embodiment of this invention. 図６のスライド式シャッターの正面図である。FIG. 7 is a front view of the sliding shutter of FIG. 6. 本発明の実施の形態における開閉調整機構の他の例であるブラインド形シャッターの構成を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the structure of the blind type shutter which is another example of the opening / closing adjustment mechanism in embodiment of this invention. 図１に示した開閉調整機構のシャッターの開閉機構の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the opening / closing mechanism of the shutter of the opening / closing adjustment mechanism shown in FIG. 図６および図７に示した開閉調整機構のシャッターの開閉機構の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the opening / closing mechanism of the shutter of the opening / closing adjustment mechanism shown in FIG. 6 and FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１０１ 単位セル
１０２ 酸化剤極
１０２ 燃料極
１０８ 酸化剤極
１１４ 固体電解質膜
１２４ 燃料
１２６ 酸化剤
３１０ 燃料流路
３１２ 酸化剤流路
３３９ 吸気口
３４０ 排気口
１０００ セル群
１００１ シャッター
１００２ シャッター
１００３ ガスケット
１００５ 開口調整部
１００７ 排気用ファン
１００８ 温度計
１００９ 湿度計
１０１１ シャッター
１０１２ 通気プレート
１０１３ シールド部材
１０１４ シャッター
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Unit cell 102 Oxidant electrode 102 Fuel electrode 108 Oxidant electrode 114 Solid electrolyte membrane 124 Fuel 126 Oxidant 310 Fuel flow path 312 Oxidant flow path 339 Intake port 340 Exhaust port 1000 Cell group 1001 Shutter 1002 Shutter 1003 Gasket 1005 Opening adjustment 1007 Exhaust fan 1008 Thermometer 1009 Hygrometer 1011 Shutter 1012 Ventilation plate 1013 Shield member 1014 Shutter

Claims (15)

燃料極および酸化剤極を含む単位セルを有する燃料電池であって、
吸気口および排気口を有し、前記酸化剤極に酸化剤を供給する酸化剤流路と、
前記吸気口または前記排気口の開口の程度を調整する開口調整部と、
を含むことを特徴とする燃料電池。 A fuel cell having a unit cell including a fuel electrode and an oxidant electrode,
An oxidant flow path having an intake port and an exhaust port for supplying an oxidant to the oxidant electrode;
An opening adjusting portion for adjusting the degree of opening of the intake port or the exhaust port;
A fuel cell comprising: 請求項１に記載の燃料電池において、
前記開口調整部は、前記酸化剤流路の前記吸気口または前記排気口の開口の程度を変更可能な開閉弁を含むことを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein
The fuel cell according to claim 1, wherein the opening adjuster includes an opening / closing valve capable of changing a degree of opening of the intake port or the exhaust port of the oxidant flow path. 請求項２に記載の燃料電池において、
前記開口調整部は、前記開閉弁を閉じたときに、当該開口弁と協動して前記吸気口または前記排気口を密閉する密閉部材を含むことを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 2, wherein
The said opening adjustment part contains the sealing member which seals the said inlet port or the said exhaust port in cooperation with the said opening valve, when the said on-off valve is closed. 請求項１乃至３いずれかに記載の燃料電池において、
前記酸化剤流路への前記酸化剤の導入を促す導入促進部をさらに含むことを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
The fuel cell according to claim 1, further comprising an introduction promoting unit that promotes introduction of the oxidant into the oxidant flow path. 請求項１乃至４いずれかに記載の燃料電池において、
温度を測定する温度測定部をさらに含み、
前記開口調整部は、前記温度測定部により測定された温度に応じて前記開口の程度を調整することを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 4,
A temperature measuring unit for measuring the temperature;
The said opening adjustment part adjusts the grade of the said opening according to the temperature measured by the said temperature measurement part, The fuel cell characterized by the above-mentioned. 請求項１乃至５いずれかに記載の燃料電池において、
前記酸化剤流路内の湿度を測定する湿度測定部を含み、
前記開口調整部は、前記湿度測定部により測定された湿度に応じて前記開口の程度を調整することを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 5,
A humidity measuring unit for measuring the humidity in the oxidant flow path;
The said opening adjustment part adjusts the grade of the said opening according to the humidity measured by the said humidity measurement part, The fuel cell characterized by the above-mentioned. 請求項１乃至６いずれかに記載の燃料電池において、
前記開口調整部は、当該燃料電池の運転状況に応じて、前記開口の程度を調整することを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 6,
The said opening adjustment part adjusts the grade of the said opening according to the driving | running state of the said fuel cell, The fuel cell characterized by the above-mentioned. 請求項１乃至７いずれかに記載の燃料電池において、
前記燃料電池は、前記燃料極に液体燃料が供給される直接型の燃料電池であることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 7,
The fuel cell is a direct type fuel cell in which liquid fuel is supplied to the fuel electrode. 請求項１乃至８いずれかに記載の燃料電池において、
複数の前記単位セルを含み、当該複数の単位セルが平面実装されたことを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 8,
A fuel cell comprising a plurality of the unit cells, wherein the plurality of unit cells are mounted in a plane. 請求項１乃至９いずれかに記載の燃料電池において、
前記酸化剤流路内に設けられた吸湿剤をさらに含むことを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 9,
The fuel cell further comprising a hygroscopic agent provided in the oxidant flow path. 燃料極および酸化剤極を含む単位セルを有する燃料電池の運転方法であって、
前記燃料電池は、吸気口および排気口を有する酸化剤流路を含み、
前記酸化剤極に酸化剤を供給する工程と、
前記吸気口または前記排気口の開口の程度を調整する工程と、
を含むことを特徴とする燃料電池の運転方法。 A method of operating a fuel cell having a unit cell including a fuel electrode and an oxidant electrode,
The fuel cell includes an oxidant flow path having an intake port and an exhaust port,
Supplying an oxidant to the oxidant electrode;
Adjusting the degree of opening of the intake port or the exhaust port;
A method for operating a fuel cell, comprising: 請求項１１に記載の燃料電池の運転方法において、
前記燃料電池は、前記吸気口または前記排気口の開口の程度を変更可能な開閉弁をさらに含み、
前記開口の程度を調整する工程において、前記開閉弁を開閉することにより、前記開口の程度を調整することを特徴とする燃料電池の運転方法。 The method of operating a fuel cell according to claim 11,
The fuel cell further includes an on-off valve capable of changing a degree of opening of the intake port or the exhaust port,
The method of operating a fuel cell, wherein in the step of adjusting the degree of opening, the degree of opening is adjusted by opening and closing the on-off valve. 請求項１１または１２に記載の燃料電池の運転方法において、
前記燃料電池の温度を測定する工程をさらに含み、
前記開口の程度を調整する工程において、前記温度を測定する工程で測定された温度に応じて前記開口の程度を調整することを特徴とする燃料電池の運転方法。 The method of operating a fuel cell according to claim 11 or 12,
Further comprising measuring the temperature of the fuel cell;
In the step of adjusting the degree of the opening, the degree of the opening is adjusted in accordance with the temperature measured in the step of measuring the temperature. 請求項１１乃至１３いずれかに記載の燃料電池の運転方法において、
前記酸化剤流路内の湿度を測定する工程をさらに含み、
前記開口の程度を調整する工程において、前記湿度を測定する工程で測定された湿度に応じて前記開口の程度を調整することを特徴とする燃料電池の運転方法。 The method of operating a fuel cell according to any one of claims 11 to 13,
Further comprising measuring the humidity in the oxidant flow path,
In the step of adjusting the degree of the opening, the degree of the opening is adjusted in accordance with the humidity measured in the step of measuring the humidity. 請求項１１乃至１４いずれかに記載の燃料電池の運転方法において、
前記燃料電池の運転状況を検知する工程をさらに含み、
前記開口の程度を調整する工程において、前記運転状況に応じて前記開口の程度を調整することを特徴とする燃料電池の運転方法。 The method of operating a fuel cell according to any one of claims 11 to 14,
Further comprising detecting the operating status of the fuel cell;
In the step of adjusting the degree of the opening, the degree of the opening is adjusted in accordance with the operating condition.
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