JP2005166428A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP2005166428A
JP2005166428A JP2003403294A JP2003403294A JP2005166428A JP 2005166428 A JP2005166428 A JP 2005166428A JP 2003403294 A JP2003403294 A JP 2003403294A JP 2003403294 A JP2003403294 A JP 2003403294A JP 2005166428 A JP2005166428 A JP 2005166428A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mea
gas chamber
fuel gas
fuel cell
fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003403294A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naotaka Aoyama
直高 青山
Katsumi Sato
克己 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2003403294A priority Critical patent/JP2005166428A/en
Publication of JP2005166428A publication Critical patent/JP2005166428A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell capable of simplifying the structure of a fuel gas system. <P>SOLUTION: The fuel cell 10 comprises an electrolyte film; an MEA 14 composed of an anode to which fuel gas is supplied, formed on one side of the electrolyte film and a cathode to which oxidant gas is supplied, formed on the other side of the electrolyte film; a movable separator assembly 17 having gas permeable separators 15, 16 formed on both surfaces of the MEA; a fixed fuel gas chamber 18 arranged at an anode side of the MEA and a fixed oxidant gas chamber 19 arranged at a cathode side of the MEA; and a moving device 40 moving an MEA-separator assembly 17 against the fuel gas chamber 18. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、発電部位を可動とした燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell in which a power generation site is movable.

従来の燃料電池は、発電部位が固定で、かつ発電部位の面積が一定であり、そこへ外部マニホールドあるいは内部マニホールドを経由したガスを流す構成をとっていた。そして、通常、燃料ガスを高ストイキメトリーで供給し、かつ、供給過剰であった燃料ガスを再度循環させていた。
たとえば特開２００３−６８３３４号公報に示すように、燃料ガスである水素ガスを高圧タンクからレギュレータ弁を介してＦＣ（Fuel Cell 、燃料電池のこと) に供給し、ＦＣで未消費の水素ガスを循環通路のポンプにより、再度、ＦＣへ供給していた。
特開２００３−６８３３４号公報 Conventional fuel cells have a configuration in which the power generation site is fixed and the area of the power generation site is constant, and the gas flows through the external manifold or the internal manifold. Usually, the fuel gas is supplied with high stoichiometry, and the fuel gas that has been excessively supplied is circulated again.
For example, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-68334, hydrogen gas that is fuel gas is supplied from a high-pressure tank to a FC (Fuel Cell) through a regulator valve, and unconsumed hydrogen gas is supplied to the FC. It was supplied to FC again by the pump in the circulation passage.
JP 2003-68334 A

しかし、従来の燃料電池には、燃料ガスの供給系にガス通路、再循環系、制御弁等が存在するため、燃料ガスの供給系の構成が複雑になるという問題があった。
また、使用される発電部位が不変のため、寿命が比較的短いという問題もあった。 However, the conventional fuel cell has a problem that the configuration of the fuel gas supply system is complicated because the fuel gas supply system includes a gas passage, a recirculation system, a control valve, and the like.
In addition, since the power generation site used is unchanged, there is a problem that the life is relatively short.

本発明の目的は、燃料ガス系の構成を単純化できる燃料電池を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a fuel cell that can simplify the configuration of a fuel gas system.

本発明のもう一つの目的は、燃料ガス系の構成を単純化できるとともに、使用する発電部位を可変として燃料電池の耐久性を向上させることができる燃料電池を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a fuel cell in which the configuration of the fuel gas system can be simplified and the durability of the fuel cell can be improved by changing the power generation site to be used.

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） 電解質膜と該電解質膜の一面に設けられた燃料ガスが供給されるアノードと該電解質膜の他面に設けられた酸化剤ガスが供給されるカソードとからなるＭＥＡと、該ＭＥＡの両側面にそれぞれ設けられたガス透過性のＭＥＡ支持部材（「セパレータ」ともいう）とを有する、可動のＭＥＡアッセンブリ（「ＭＥＡ−セパレータアッセンブリ」ともいう）と、
前記ＭＥＡのアノード側に設けられた固定の燃料ガス室、および前記ＭＥＡのカソード側に設けられた固定の酸化剤ガス室と、
前記ＭＥＡアッセンブリを前記燃料ガス室に対して移動させる移動装置と、を備えた燃料電池。
移動装置は、ＭＥＡアッセンブリのアノード側が燃料ガス室内に接触する面積を燃料電池の要求電力に応じて可変（増減）するようにＭＥＡを移動させる装置である。接触面積を要求電力に応じて可変するので、燃料ガス供給系の構成を簡素化することが可能となる。
（２） 前記ＭＥＡアッセンブリの前記燃料ガス室との接触部分と、前記ＭＥＡアッセンブリの前記燃料ガス室との非接触部分との間の燃料ガスの流通を遮断する遮断部材を備えている（１）記載の燃料電池。
（３） 前記ＭＥＡアッセンブリが、前記燃料ガス室に対して回転可能である（１）記載の燃料電池。
ＭＥＡアッセンブリは、燃料ガス室に対して回転軸を有した状態で配置され、回転軸で回転可能に構成されており、回転によってアノード側と燃料ガス室の接触部分を可変させる。好ましくは、ＭＥＡアッセンブリが円筒形状で、円筒の外表面がアノードで、その内側に電解質膜があり、その内側がカソードで、カソード内部は酸化剤ガスの流路が形成されている。
（４） 前記移動装置は、前記ＭＥＡアッセンブリの回転速度を変えることができる装置からなる（１）または（３）記載の燃料電池。
回転速度を変えることで、単位時間あたりのアノードと燃料ガス室の接触面積を増減することができる。
（５） 前記ＭＥＡアッセンブリが、前記燃料ガス室に対して出没可能である（１）記載の燃料電池。出没は、たとえば直線往復動である。
（６） 前記移動装置は、燃料電池の要求電力に応じて前記ＭＥＡアッセンブリの前記燃料ガス室への出没量を変える装置からなる（１）または（５）記載の燃料電池。出没量を変えるため、移動量が変わり、その結果、接触面積が変わる。 The present invention for achieving the above object is as follows.
(1) An MEA comprising an electrolyte membrane, an anode provided on one surface of the electrolyte membrane supplied with fuel gas, and a cathode provided on the other surface of the electrolyte membrane supplied with oxidant gas; A movable MEA assembly (also referred to as “MEA-separator assembly”) having gas-permeable MEA support members (also referred to as “separators”) provided on both side surfaces;
A fixed fuel gas chamber provided on the anode side of the MEA, and a fixed oxidant gas chamber provided on the cathode side of the MEA;
And a moving device for moving the MEA assembly relative to the fuel gas chamber.
The moving device is a device that moves the MEA so that the area where the anode side of the MEA assembly contacts the fuel gas chamber varies (increases or decreases) according to the required power of the fuel cell. Since the contact area can be varied according to the required power, the configuration of the fuel gas supply system can be simplified.
(2) Provided with a blocking member that blocks the flow of fuel gas between the contact portion of the MEA assembly with the fuel gas chamber and the non-contact portion of the MEA assembly with the fuel gas chamber (1) The fuel cell as described.
(3) The fuel cell according to (1), wherein the MEA assembly is rotatable with respect to the fuel gas chamber.
The MEA assembly is disposed with a rotation shaft with respect to the fuel gas chamber, and is configured to be rotatable with the rotation shaft. The MEA assembly changes the contact portion between the anode side and the fuel gas chamber by rotation. Preferably, the MEA assembly is cylindrical, the outer surface of the cylinder is an anode, the electrolyte membrane is inside thereof, the inside is a cathode, and the inside of the cathode is formed with a flow path for oxidizing gas.
(4) The fuel cell according to (1) or (3), wherein the moving device includes a device capable of changing a rotation speed of the MEA assembly.
By changing the rotation speed, the contact area between the anode and the fuel gas chamber per unit time can be increased or decreased.
(5) The fuel cell according to (1), wherein the MEA assembly can be moved in and out of the fuel gas chamber. For example, the appearance is a linear reciprocating motion.
(6) The fuel cell according to (1) or (5), wherein the moving device includes a device that changes an amount of the MEA assembly to and from the fuel gas chamber in accordance with a required power of the fuel cell. In order to change the amount of appearance, the amount of movement changes, and as a result, the contact area changes.

上記（１）の燃料電池によれば、ＭＥＡアッセンブリが可動であるため、従来の燃料ガスを固定の発電部位に流す思想から、ＭＥＡアッセンブリを燃料ガス室に移動させて燃料ガスをとりに行く思想に変えることができ、これによって、従来の燃料電池において必要であった、燃料ガスの過剰供給、燃料ガスの供給系、再循環系、制御弁等を不要とすることができ、燃料ガス系の構成を単純化することができる。また、移動装置によりＭＥＡアッセンブリを燃料ガス室に対して移動させることにより、発電部位を可変とすることができ、これによって一定の発電部位を使用していた従来に比べて、燃料電池の寿命を延ばすことができる。
上記（２）の燃料電池によれば、燃料ガスの流通を遮断する遮断部材を備えているので、運転停止時などにおける、燃料ガス室からの燃料ガスのリークを抑えることができる。
上記（３）の燃料電池によれば、ＭＥＡアッセンブリが燃料ガス室に対して回転可能であるので、ＭＥＡアッセンブリを回転させて発電部位を変えることにより、一定の発電部位を使用していた従来に比べて、燃料電池の耐久性を向上させることができる。
上記（４）の燃料電池によれば、移動装置がＭＥＡアッセンブリの回転速度を変えることができる装置からなるので、回転速度を変えることにより、燃料電池の耐久性を向上させることができる。
上記（５）の燃料電池によれば、ＭＥＡアッセンブリが燃料ガス室に出没可能であるので、要求出力に応じて、ＭＥＡアッセンブリを燃料ガス室に出没させて燃料ガス室との接触面積を変えることにより、燃料電池出力を変えることができる。
上記（６）の燃料電池によれば、移動装置が燃料電池の要求電力に応じてＭＥＡアッセンブリの燃料ガス室への出没量を変える装置からなるので、燃料電池の要求電力に応じて出没量を増加させることにより、燃料電池の要求電力に対応できる。 According to the fuel cell of the above (1), since the MEA assembly is movable, the idea of moving the MEA assembly to the fuel gas chamber and collecting the fuel gas from the conventional idea of flowing the fuel gas to the fixed power generation site. As a result, it is possible to eliminate the excessive supply of fuel gas, the supply system of fuel gas, the recirculation system, the control valve, etc., which are necessary in the conventional fuel cell. The configuration can be simplified. In addition, by moving the MEA assembly with respect to the fuel gas chamber by the moving device, it is possible to make the power generation part variable, thereby making it possible to increase the life of the fuel cell compared to the conventional case where a constant power generation part is used. Can be extended.
According to the fuel cell of the above (2), since the blocking member for blocking the flow of the fuel gas is provided, the leakage of the fuel gas from the fuel gas chamber when the operation is stopped can be suppressed.
According to the fuel cell of the above (3), since the MEA assembly can be rotated with respect to the fuel gas chamber, the MEA assembly is rotated to change the power generation site, and thus a conventional power generation site has been used. In comparison, the durability of the fuel cell can be improved.
According to the fuel cell of (4) above, since the moving device is composed of a device that can change the rotational speed of the MEA assembly, the durability of the fuel cell can be improved by changing the rotational speed.
According to the fuel cell of (5) above, since the MEA assembly can appear and disappear in the fuel gas chamber, the MEA assembly can appear and disappear in the fuel gas chamber to change the contact area with the fuel gas chamber according to the required output. Thus, the fuel cell output can be changed.
According to the fuel cell of the above (6), since the mobile device is a device that changes the amount of protrusion and withdrawal of the MEA assembly into the fuel gas chamber according to the required power of the fuel cell, the amount of protrusion and depression is determined according to the required power of the fuel cell. By increasing it, it is possible to meet the required power of the fuel cell.

以下に、本発明の燃料電池を図１−図９を参照して説明する。
図１〜図４は本発明の実施例１を示し、図５、図６は本発明の実施例２を示し、図７〜図９は本発明の実施例３を示す。本発明の全実施例に共通する部分には、本発明の全実施例にわたって同じ符号を付してある。 Below, the fuel cell of this invention is demonstrated with reference to FIGS.
1 to 4 show a first embodiment of the present invention, FIGS. 5 and 6 show a second embodiment of the present invention, and FIGS. 7 to 9 show a third embodiment of the present invention. Portions common to all the embodiments of the present invention are denoted by the same reference numerals throughout all the embodiments of the present invention.

まず、本発明の全実施例に共通する部分を、図１〜図４を参照して説明する。
本発明の燃料電池１０は、低温型燃料電池であり、たとえば、固体高分子電解質型燃料電池１０である。該燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。 First, parts common to all the embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
The fuel cell 10 of the present invention is a low temperature fuel cell, for example, a solid polymer electrolyte fuel cell 10. The fuel cell 10 is mounted on, for example, a fuel cell vehicle. However, it may be used other than an automobile.

燃料電池１０は、図１〜図４に示すように、
（イ）電解質膜１１と電解質膜１１の一面に設けられた燃料ガス（たとえば、水素）が供給されるアノード１２と電解質膜１１の他面に設けられた酸化剤ガス（たとえば、エア）が供給されるカソード１３とからなるＭＥＡ１４と、ＭＥＡ１４の両側面にそれぞれ設けられたガス透過性のＭＥＡ支持部材１５、１６とを有する、可動のＭＥＡアッセンブリ１７と、
（ロ）ＭＥＡ１４のアノード１２側に設けられた固定の燃料ガス室１８、およびＭＥＡ１４のカソード１３側に設けられた固定の酸化剤ガス室１９と、
（ハ）ＭＥＡアッセンブリ１７を燃料ガス室１８に対して移動させる移動装置４０と、
を備えている。
酸化剤ガス室１９は、特定の容器内の室であってもよいし、単に大気開放の構造であってもよい。
ＭＥＡアッセンブリ１７は、従来の多層積層型のスタック構造と異なり、１層である。 As shown in FIG. 1 to FIG.
(A) Supply of fuel cell (for example, hydrogen) provided on one surface of electrolyte membrane 11 and electrolyte membrane 11 and oxidant gas (for example, air) provided on the other surface of electrolyte membrane 11 A movable MEA assembly 17 having an MEA 14 composed of a cathode 13 and gas permeable MEA support members 15 and 16 provided on both sides of the MEA 14;
(B) a fixed fuel gas chamber 18 provided on the anode 12 side of the MEA 14 and a fixed oxidant gas chamber 19 provided on the cathode 13 side of the MEA 14;
(C) a moving device 40 for moving the MEA assembly 17 relative to the fuel gas chamber 18;
It has.
The oxidant gas chamber 19 may be a chamber in a specific container, or may simply have a structure open to the atmosphere.
The MEA assembly 17 is a single layer, unlike the conventional multi-layer stack structure.

ＭＥＡ支持部材１５、１６は、ガス透過性を有するように、たとえばメッシュ部材（たとえば、金メッシュ）、または多数の貫通小孔をもつ孔あき板からなる。ＭＥＡ支持部材１５、１６は、金属材、またはカーボンなどからなる。
ＭＥＡ支持部材１５、１６には、それぞれ、スリップリング２０、２１が接触し、ＭＥＡアッセンブリ１７と外部回路２２との間を通電し、電気（電子）の取り出しを行う。 The MEA support members 15 and 16 are made of, for example, a mesh member (for example, a gold mesh) or a perforated plate having a large number of through holes so as to have gas permeability. The MEA support members 15 and 16 are made of a metal material or carbon.
The slip rings 20 and 21 are in contact with the MEA support members 15 and 16, respectively, and electricity is passed between the MEA assembly 17 and the external circuit 22 to take out electricity (electrons).

ＭＥＡアッセンブリ１７はアノード１２の一部の領域のみが燃料ガス室１８と接触し、かつ、燃料ガス室１８と接触する部分の領域の面積が可変となるように、燃料ガス室１８に対して可動である。ＭＥＡアッセンブリ１７の燃料ガス室１８と接触する部分は発電部２３を構成する。ＭＥＡアッセンブリ１７の燃料ガス室１８と接触しない部分は非発電部２４であり、非発電部２４のアノード側は不活性ガス（たとえば窒素）室２５に接触する。ＭＥＡアッセンブリ１７のカソード１３側は、発電部２１も非発電部２２も、酸化剤ガス室１９に接触する。
燃料電池１０は、さらに、ＭＥＡアッセンブリ１７の燃料ガス室１８との接触部分（発電部）２３と、ＭＥＡアッセンブリ１７の燃料ガス室１８との非接触部分２４（非発電部または発電抑制部）との間の燃料ガスの流通を遮断する遮断部材２６を備えている。遮断部材２６は、たとえば円柱棒型ガイドコロからなる。 The MEA assembly 17 is movable with respect to the fuel gas chamber 18 so that only a partial region of the anode 12 is in contact with the fuel gas chamber 18 and the area of the region in contact with the fuel gas chamber 18 is variable. It is. A portion of the MEA assembly 17 that comes into contact with the fuel gas chamber 18 constitutes a power generation unit 23. The portion of the MEA assembly 17 that does not contact the fuel gas chamber 18 is a non-power generation unit 24, and the anode side of the non-power generation unit 24 is in contact with an inert gas (for example, nitrogen) chamber 25. On the cathode 13 side of the MEA assembly 17, both the power generation unit 21 and the non-power generation unit 22 are in contact with the oxidant gas chamber 19.
The fuel cell 10 further includes a contact part (power generation part) 23 with the fuel gas chamber 18 of the MEA assembly 17 and a non-contact part 24 (non-power generation part or power generation suppression part) with the fuel gas chamber 18 of the MEA assembly 17. Is provided with a blocking member 26 for blocking the flow of the fuel gas therebetween. The blocking member 26 is made of, for example, a cylindrical bar type guide roller.

発電部２３では、アノード１２側で、水素を水素イオン（プロトン）と電子にする電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード１３側で酸素と水素イオンおよび電子（アノードで生成した電子が外部回路を通してくる）から水を生成するつぎの反応が行われる。   In the power generation unit 23, an ionization reaction that converts hydrogen into hydrogen ions (protons) and electrons is performed on the anode 12 side, and the hydrogen ions move through the electrolyte membrane to the cathode side, and oxygen, hydrogen ions, and electrons on the cathode 13 side. The following reaction is performed to produce water from (electrons generated at the anode come through an external circuit).

アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ-
カソード側：２Ｈ+ ＋２ｅ- ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ
酸化剤ガス室１９には、エア源２７からのエアが加湿器２８、弁２９を介して供給され、酸化剤ガス室１９で一部が発電で消費された後、大気に排気される。
酸化剤ガス室１９の内側は冷却水通路３０となっており、そこに冷却水タンク３１からの冷却水が冷却水ポンプ３２で送られて循環され、ＭＥＡアッセンブリ１７を冷却する。
移動装置４０は、ＭＥＡアッセンブリ１７を燃料ガス室１８に対して移動させるアクチュエータ４１（たとえば、モータ）を有する。 Anode side: H 2 → 2H + + 2e −
Cathode side: 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O
The oxidant gas chamber 19 is supplied with air from an air source 27 via a humidifier 28 and a valve 29, and a part of the oxidant gas chamber 19 is consumed by power generation and then exhausted to the atmosphere.
The inside of the oxidant gas chamber 19 is a cooling water passage 30, in which cooling water from the cooling water tank 31 is sent and circulated by a cooling water pump 32 to cool the MEA assembly 17.
The moving device 40 includes an actuator 41 (for example, a motor) that moves the MEA assembly 17 relative to the fuel gas chamber 18.

上記の本発明の全実施例に共通する部分の作用を説明する。
まず、ＭＥＡアッセンブリ１７が可動であるため、従来の燃料ガスを固定の発電部位に流す思想から、ＭＥＡアッセンブリ１７を燃料ガス室１８に移動させて燃料ガスをとりに行く思想に変えることができ、これによって、従来の燃料電池において必要であった、燃料ガスの過剰供給、燃料ガスの供給系、再循環系、制御弁等を不要とすることができ、燃料ガス系の構成を単純化することができる。
また、移動装置４０によりＭＥＡアッセンブリ１７を燃料ガス室１８に対して移動させることにより、発電部２３（ＭＥＡアッセンブリ１７のうち発電する部位）を可変とすることができ、これによって一定かつ不変の発電部位を使用していた従来型燃料電池に比べて、燃料電池１０の耐久性を改善でき、燃料電池１０の寿命を延ばすことができる。ＭＥＡアッセンブリ１７の使用部位が変化することによって耐久性を改善できる理由は、使用部位が損傷しても損傷部位以外の部位が使用できること、および時間的に連続的に使用するよりも間欠的に使用する方が損傷しにくいためである。 The operation of the portion common to all the embodiments of the present invention will be described.
First, since the MEA assembly 17 is movable, the idea of flowing the conventional fuel gas to the fixed power generation site can be changed to the idea of moving the MEA assembly 17 to the fuel gas chamber 18 and collecting the fuel gas. This eliminates the need for an excessive supply of fuel gas, a fuel gas supply system, a recirculation system, a control valve, etc., which are necessary in conventional fuel cells, and simplifies the configuration of the fuel gas system. Can do.
In addition, by moving the MEA assembly 17 with respect to the fuel gas chamber 18 by the moving device 40, the power generation unit 23 (the portion of the MEA assembly 17 that generates power) can be made variable, thereby generating constant and unchanging power generation. Compared to a conventional fuel cell that uses parts, the durability of the fuel cell 10 can be improved and the life of the fuel cell 10 can be extended. The reason why the durability can be improved by changing the use site of the MEA assembly 17 is that even if the use site is damaged, a site other than the damaged site can be used, and it is used intermittently rather than continuously in time. This is because it is harder to damage.

また、燃料ガス室１８から不活性ガス室２５への燃料ガスの流通を遮断する遮断部材２６を備えているので、運転停止時などにおける、燃料ガス室１８から不活性ガス室２５への燃料ガスのリークを抑えることができる。   In addition, since the shutoff member 26 that shuts off the flow of the fuel gas from the fuel gas chamber 18 to the inert gas chamber 25 is provided, the fuel gas from the fuel gas chamber 18 to the inert gas chamber 25 when the operation is stopped or the like. Leakage can be suppressed.

つぎに、本発明の各実施例に特有な部分を説明する。
〔実施例１〕
本発明の実施例１では、図１〜図４に示すように、ＭＥＡアッセンブリ１７は中空円筒状をしており、中空円筒の軸芯まわりに回転可能である。ＭＥＡアッセンブリ１７は、固定の燃料ガス室１８に対して回転可能である。
ＭＥＡアッセンブリ１７は、電解質膜１１の外周側にアノード１２があり、電解質膜１１の内周側にカソード１３がある。ＭＥＡアッセンブリ１７の外側に燃料ガス室１８と不活性ガス室２５が位置しており、ＭＥＡアッセンブリ１７のうち燃料ガス室１８に接触する部分が発電部２３を構成しており、ＭＥＡアッセンブリ１７のうち不活性ガス室２５に接触する部分が非発電部２４を構成している。燃料ガス室１８と不活性ガス室２５とは壁で仕切られている。ＭＥＡアッセンブリ１７の内周側は酸化剤ガス室１９であり、酸化剤ガス室１９のさらに内周側が冷却水通路３０となっている。
移動装置４０は、モータ４１を有しており、モータ４１はＭＥＡアッセンブリ１７をＭＥＡアッセンブリ１７軸芯まわりに回転させる。 Next, parts specific to each embodiment of the present invention will be described.
[Example 1]
In the first embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 1 to 4, the MEA assembly 17 has a hollow cylindrical shape and is rotatable around the axis of the hollow cylinder. The MEA assembly 17 is rotatable with respect to the fixed fuel gas chamber 18.
The MEA assembly 17 has an anode 12 on the outer peripheral side of the electrolyte membrane 11 and a cathode 13 on the inner peripheral side of the electrolyte membrane 11. A fuel gas chamber 18 and an inert gas chamber 25 are located outside the MEA assembly 17, and a portion of the MEA assembly 17 that contacts the fuel gas chamber 18 constitutes a power generation unit 23, of the MEA assembly 17. A portion in contact with the inert gas chamber 25 constitutes the non-power generation unit 24. The fuel gas chamber 18 and the inert gas chamber 25 are partitioned by a wall. An inner peripheral side of the MEA assembly 17 is an oxidant gas chamber 19, and a further inner peripheral side of the oxidant gas chamber 19 is a cooling water passage 30.
The moving device 40 has a motor 41, and the motor 41 rotates the MEA assembly 17 around the MEA assembly 17 axis.

本発明の実施例１の作用については、ＭＥＡアッセンブリ１７が円筒状で回転するため、アノード１２、電解質膜１１を満遍なく使うことができ、アノード１２、電解質膜１１の一部のみを使う場合に比べて、アノード１２、電解質膜１１の耐久性を上げることができる。   Regarding the operation of the first embodiment of the present invention, since the MEA assembly 17 rotates in a cylindrical shape, the anode 12 and the electrolyte membrane 11 can be used evenly, compared with the case where only a part of the anode 12 and the electrolyte membrane 11 is used. Thus, durability of the anode 12 and the electrolyte membrane 11 can be improved.

〔実施例２〕
本発明の実施例２では、図５、図６に示すように、ＭＥＡアッセンブリ１７が車輪状に作成されており、車輪の中心軸まわりに回転可能である。
ＭＥＡ１４は、電解質膜１１と、電解質膜１１を軸方向に挟む一対のアノード１２とカソード１３とからなる。ＭＥＡ支持部材１５、１６はＭＥＡ１４を軸方向両側から挟む。
車輪状ＭＥＡアッセンブリ１７の一部を挟んで、燃料ガス室１８と酸化剤ガス室１９とが対向して、固定して設けられている。また、車輪状ＭＥＡアッセンブリ１７の一部を挟んで、スリップリング２０、２１が対向して設けられている。
移動装置４０は、モータ４１を有しており、モータ４１はＭＥＡアッセンブリ１７をＭＥＡアッセンブリ１７軸芯まわりに回転させる。ＭＥＡアッセンブリ１７の回転速度は移動装置４０の回転速度を変えることにより可変である。 [Example 2]
In the second embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 5 and 6, the MEA assembly 17 is formed in a wheel shape and is rotatable around the central axis of the wheel.
The MEA 14 includes an electrolyte membrane 11 and a pair of anode 12 and cathode 13 that sandwich the electrolyte membrane 11 in the axial direction. The MEA support members 15 and 16 sandwich the MEA 14 from both axial sides.
A fuel gas chamber 18 and an oxidant gas chamber 19 face each other with a part of the wheel-shaped MEA assembly 17 therebetween, and are fixedly provided. Further, slip rings 20 and 21 are provided to face each other with a part of the wheel-shaped MEA assembly 17 interposed therebetween.
The moving device 40 has a motor 41, and the motor 41 rotates the MEA assembly 17 around the MEA assembly 17 axis. The rotational speed of the MEA assembly 17 can be changed by changing the rotational speed of the moving device 40.

本発明の実施例２の作用については、ＭＥＡアッセンブリ１７が車輪状で回転するため、アノード１２、電解質膜１１を満遍なく使うことができ、アノード１２、電解質膜１１の一部のみを使う場合に比べて、アノード１２、電解質膜１１の耐久性を上げることができる。   Regarding the operation of the second embodiment of the present invention, since the MEA assembly 17 rotates in a wheel shape, the anode 12 and the electrolyte membrane 11 can be used evenly, compared with the case where only a part of the anode 12 and the electrolyte membrane 11 is used. Thus, durability of the anode 12 and the electrolyte membrane 11 can be improved.

〔実施例３〕
本発明の実施例３では、図７〜図９に示すように、ＭＥＡアッセンブリ１７が筒状中空体に作成されており、筒状の軸芯方向に移動可能である。ＭＥＡアッセンブリ１７は回転はしない。
ＭＥＡ１４は、筒状の電解質膜１１と、電解質膜１１を内外周から挟む一対のアノード１２とカソード１３とからなる。図示例では外周側がアノード１２で、内周側がカソード１３である。ＭＥＡ支持部材１５、１６はＭＥＡ１４を内外周から挟む。
ＭＥＡアッセンブリ１７の外側に、燃料ガス室１８と不活性ガス室２５とが壁を隔てて、固定して設けられている。ＭＥＡアッセンブリ１７は燃料ガス室１８と不活性ガス室２５との両側にまたがる方向に移動可能であり、燃料ガス室１８に出没可能である。筒状 ＭＥＡアッセンブリ１７の内部は酸化剤ガス室１９である。筒状ＭＥＡアッセンブリ１７を挟んで、スリップリング２０、２１が対向して設けられている。外周側のスリップリングは鼓状、内周側のスリップリングはビヤ樽状である。
移動装置４０は、モータ４１を有しており、モータ４１はＭＥＡアッセンブリ１７をＭＥＡアッセンブリ１７の軸方向にストロークさせる。このストロークにより、ＭＥＡアッセンブリ１７の燃料ガス室１８との接触面積が変わる。 Example 3
In the third embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 7 to 9, the MEA assembly 17 is formed in a cylindrical hollow body and is movable in the cylindrical axial direction. The MEA assembly 17 does not rotate.
The MEA 14 includes a cylindrical electrolyte membrane 11 and a pair of anode 12 and cathode 13 that sandwich the electrolyte membrane 11 from the inner and outer periphery. In the illustrated example, the outer peripheral side is the anode 12 and the inner peripheral side is the cathode 13. The MEA support members 15 and 16 sandwich the MEA 14 from the inner and outer periphery.
A fuel gas chamber 18 and an inert gas chamber 25 are fixed outside the MEA assembly 17 with a wall therebetween. The MEA assembly 17 can move in a direction across both sides of the fuel gas chamber 18 and the inert gas chamber 25, and can appear and disappear in the fuel gas chamber 18. The inside of the cylindrical MEA assembly 17 is an oxidant gas chamber 19. Slip rings 20 and 21 are provided to face each other across the cylindrical MEA assembly 17. The slip ring on the outer peripheral side has a drum shape, and the slip ring on the inner peripheral side has a beer barrel shape.
The moving device 40 has a motor 41, and the motor 41 strokes the MEA assembly 17 in the axial direction of the MEA assembly 17. This stroke changes the contact area of the MEA assembly 17 with the fuel gas chamber 18.

図８に示すように、要求電力に応じて、ＭＥＡアッセンブリ１７の燃料ガス室１８との接触面積を増やすようにする。図示例では、必要電力に応じて、ＭＥＡアッセンブリ１７の位置を上昇させる。制御は、たとえばＰＩＤ制御である。
図９は制御の一例をフローチャートで示す。ステップ１０１で要求出力信号を読み込む。ステップ１０２で、要求出力信号が高出力か低出力かを判定し、高出力であればステップ１０３に進み、ＭＥＡアッセンブリ１７を上昇させ、かつ、ＭＥＡアッセンブリ１７の燃料ガス室１８との接触面積を大とする。ステップ１０２で、要求出力信号が低出力であればステップ１０４に進み、ＭＥＡアッセンブリ１７を下降させ、かつ、ＭＥＡアッセンブリ１７の燃料ガス室１８との接触面積を小とする。その後ステップ１０１に戻り、サイクルを繰り返す。これによって、燃料電池１０は、要求主力に応じた出力を出すようになる。 As shown in FIG. 8, the contact area between the MEA assembly 17 and the fuel gas chamber 18 is increased in accordance with the required power. In the illustrated example, the position of the MEA assembly 17 is raised according to the required power. The control is, for example, PID control.
FIG. 9 is a flowchart showing an example of control. In step 101, a request output signal is read. In step 102, it is determined whether the required output signal is high output or low output. If the output is high, the process proceeds to step 103, the MEA assembly 17 is raised, and the contact area of the MEA assembly 17 with the fuel gas chamber 18 is increased. Great. In step 102, if the required output signal is low, the process proceeds to step 104, the MEA assembly 17 is lowered, and the contact area of the MEA assembly 17 with the fuel gas chamber 18 is reduced. Thereafter, the process returns to step 101 and the cycle is repeated. Thereby, the fuel cell 10 comes to output according to the required main force.

本発明の実施例１の燃料電池の断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell of Example 1 of this invention. 本発明の実施例１の燃料電池のＭＥＡアッセンブリ１７の、図１よりも拡大した断面図である。It is sectional drawing expanded rather than FIG. 1 of the MEA assembly 17 of the fuel cell of Example 1 of this invention. 本発明の実施例１の燃料電池の一部の斜視図である。It is a one part perspective view of the fuel cell of Example 1 of this invention. 本発明の実施例１の燃料電池の酸化剤ガス、冷却水の系統図である。It is a systematic diagram of the oxidant gas and cooling water of the fuel cell of Example 1 of this invention. 本発明の実施例２の燃料電池の正面図である。It is a front view of the fuel cell of Example 2 of the present invention. 本発明の実施例２の燃料電池の側面図である。It is a side view of the fuel cell of Example 2 of this invention. 本発明の実施例３の燃料電池の断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell of Example 3 of this invention. 本発明の実施例３の燃料電池の位置／燃料電池要求電力の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the position of a fuel cell of Example 3 of this invention / fuel cell required power. 本発明の実施例３の燃料電池の出力制御のフローチャートである。It is a flowchart of the output control of the fuel cell of Example 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０ （固体高分子電解質型）燃料電池
１１ 電解質膜
１２ アノード
１３ カドード
１４ ＭＥＡ
１５、１６ ＭＥＡ支持部材
１７ ＭＥＡアッセンブリ
１８ 燃料ガス室
１９ 酸化剤ガス室
２０、２１ スリップリング
２２ 外部回路
２３ 発電部
２４ 非発電部
２５ 不活性ガス室
２６ 遮断部材
２７ エア源
２８ 加湿器
２９ 弁
３０ 冷却水通路
３１ 冷却水タンク
３２ 冷却水ポンプ
４０ 移動装置
４１ アクチュエータ（たとえば、モータ） 10 (Solid Polymer Electrolyte Type) Fuel Cell 11 Electrolyte Membrane 12 Anode 13 Cadode 14 MEA
15, 16 MEA support member 17 MEA assembly 18 Fuel gas chamber 19 Oxidant gas chamber 20, 21 Slip ring 22 External circuit 23 Power generation unit 24 Non-power generation unit 25 Inert gas chamber 26 Shutdown member 27 Air source 28 Humidifier 29 Valve 30 Cooling water passage 31 Cooling water tank 32 Cooling water pump 40 Moving device 41 Actuator (for example, motor)

Claims (6)

電解質膜と該電解質膜の一面に設けられた燃料ガスが供給されるアノードと該電解質膜の他面に設けられた酸化剤ガスが供給されるカソードとからなるＭＥＡと、該ＭＥＡの両側面にそれぞれ設けられたガス透過性のＭＥＡ支持部材とを有する、可動のＭＥＡアッセンブリと、
前記ＭＥＡのアノード側に設けられた固定の燃料ガス室、および前記ＭＥＡのカソード側に設けられた固定の酸化剤ガス室と、
前記ＭＥＡアッセンブリを前記燃料ガス室に対して移動させる移動装置と、
を備えた燃料電池。 An MEA comprising an electrolyte membrane, an anode provided on one side of the electrolyte membrane to which fuel gas is supplied, and a cathode provided on the other side of the electrolyte membrane to which an oxidant gas is supplied, and both sides of the MEA A movable MEA assembly having gas permeable MEA support members each provided;
A fixed fuel gas chamber provided on the anode side of the MEA, and a fixed oxidant gas chamber provided on the cathode side of the MEA;
A moving device for moving the MEA assembly relative to the fuel gas chamber;
A fuel cell. 前記ＭＥＡアッセンブリの前記燃料ガス室との接触部分と、前記ＭＥＡアッセンブリの前記燃料ガス室との非接触部分との間の燃料ガスの流通を遮断する遮断部材を備えている請求項１記載の燃料電池。   2. The fuel according to claim 1, further comprising: a blocking member configured to block fuel gas from flowing between a portion of the MEA assembly that contacts the fuel gas chamber and a portion of the MEA assembly that does not contact the fuel gas chamber. battery. 前記ＭＥＡアッセンブリが前記燃料ガス室に対して回転可能である請求項１記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the MEA assembly is rotatable with respect to the fuel gas chamber. 前記移動装置は、前記ＭＥＡアッセンブリの回転速度を変えることができる装置からなる請求項１または請求項３記載の燃料電池。   4. The fuel cell according to claim 1, wherein the moving device is a device capable of changing a rotational speed of the MEA assembly. 前記ＭＥＡアッセンブリが前記燃料ガス室に対して出没可能である請求項１記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the MEA assembly can be moved into and out of the fuel gas chamber. 前記移動装置は、燃料電池の要求電力に応じて前記ＭＥＡアッセンブリの前記燃料ガス室への出没量を変える装置からなる請求項１または請求項５記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the moving device is a device that changes an amount of the MEA assembly that protrudes and enters the fuel gas chamber in accordance with a required power of the fuel cell.
JP2003403294A 2003-12-02 2003-12-02 Fuel cell Pending JP2005166428A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003403294A JP2005166428A (en) 2003-12-02 2003-12-02 Fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003403294A JP2005166428A (en) 2003-12-02 2003-12-02 Fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005166428A true JP2005166428A (en) 2005-06-23

Family

ID=34726641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003403294A Pending JP2005166428A (en) 2003-12-02 2003-12-02 Fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005166428A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012091140A (en) * 2010-10-28 2012-05-17 Sumitomo Electric Ind Ltd Gas decomposing element, power generator, and gas decomposing method
CN107293771A (en) * 2016-03-31 2017-10-24 清华大学 Fuel cell

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012091140A (en) * 2010-10-28 2012-05-17 Sumitomo Electric Ind Ltd Gas decomposing element, power generator, and gas decomposing method
CN107293771A (en) * 2016-03-31 2017-10-24 清华大学 Fuel cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3536765B2 (en) Fuel cell and method of manufacturing the same
JPH1131520A (en) Solid high molecular type fuel cell
JP2005522846A (en) Control of gas transport in fuel cells.
JP2017084816A (en) Proton exchange membrane fuel cell
WO2002069429A8 (en) High fuel utilization in a fuel cell
JPH04274174A (en) Fuel cell
JP4473526B2 (en) Fuel cell operating method and system
JP4816816B2 (en) Fuel cell
JP2006351270A (en) Fuel cell
JP2006286559A (en) Fuel cell system
JP2007005000A (en) Control method for fuel cell system
KR20210007731A (en) Air compressor for fuel cell system
US7572538B2 (en) Fuel cell
JP2007087655A (en) Fuel cell
JP2007179749A (en) Control method of fuel cell and its control device
JP2007048517A (en) Fuel cell system
JP2016525769A (en) Fuel cell system
JP2005166428A (en) Fuel cell
JP5105710B2 (en) Fuel cell
KR20200069944A (en) Humidifier for a fuel cell
JP2007128790A (en) Control method of fuel cell, and its controller
JP2006134802A (en) Fuel cell
KR20070095684A (en) Method for activating passive type fuel cell system
JP2007066831A (en) Fuel cell
CA2647834A1 (en) Method of operation of a fuel cell system and of ceasing the same