JP2005190858A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転式スタックを備えた燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell having a rotary stack.
特開2002−208423号公報は、セル面内方向のセル中央部にセル積層方向に延びる回転軸を有し該回転軸とともに燃料電池スタックが回転可能とされた燃料電池を開示している。そこでは、フラッディングが起きたかあるいは起きやすい運転条件になった時に、燃料電池スタックを回転軸と一体に回転させ、ガス流路を閉塞させようとする生成水に遠心力を作用させて、ガス流路からの水の排出を促している。
しかし、従来のスタック回転式の燃料電池には、単にホースや電線を回転スタックに接続したのではスタックに巻きついてしまうので、
(イ)回転する燃料電池スタックに、燃料ガス、酸化剤ガスを如何に供給し、かつ生成水も含めて燃料ガス、酸化剤ガスを如何に排出するか、
(ロ)回転する燃料電池スタックから如何に発電電力を取り出すか、
等の課題が存在しており、解決が望まれる。
However, in a conventional stack rotating fuel cell, simply connecting a hose or electric wire to the rotating stack will wrap around the stack,
(A) How to supply fuel gas and oxidant gas to the rotating fuel cell stack, and how to discharge fuel gas and oxidant gas including generated water,
(B) How to extract the generated power from the rotating fuel cell stack,
There is a problem such as, and a solution is desired.
本発明の第1の目的は、スタックを回転させても、不具合を発生することなく、燃料ガス、酸化剤ガスを供給でき、また生成水も含めて燃料ガス、酸化剤ガスを排出できる燃料電池を提供することにある。
本発明の第2の目的は、上記第1の目的を達成できるとともに、スタックを回転させても、不具合を発生することなく、発電電力を取り出すことができる燃料電池を提供することにある。
A first object of the present invention is to provide a fuel cell capable of supplying fuel gas and oxidant gas without causing problems even when the stack is rotated, and discharging fuel gas and oxidant gas including generated water. Is to provide.
A second object of the present invention is to provide a fuel cell capable of achieving the first object and capable of taking out generated power without causing any trouble even when the stack is rotated.
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
(1)セル面内方向のセル中央部にセル積層方向に延びる回転軸を有し該回転軸とともに燃料電池スタックが回転可能とされた燃料電池であって、燃料ガスのセルへの供給通路と酸化剤ガスのセルへの供給通路を前記回転軸内に設けた燃料電池。
(2)前記回転軸内の燃料ガスのセルへの供給通路と酸化剤ガスのセルへの供給通路は、前記回転軸内で分離壁で互いに分離されている(1)記載の燃料電池。
(3)燃料ガスのセルからの排出口と酸化剤ガスのセルからの排出口を、燃料電池スタックの互いに異なる向きの面に設けた(1)記載の燃料電池。
(4)前記燃料ガスのセルからの排出口は前記回転軸が延びる方向とほぼ平行であり、前記酸化剤ガスのセルからの排出口は前記回転軸が延びる方向とほぼ垂直である(3)記載の燃料電池。
(5)回転可能な前記燃料電池スタックを包囲する固定のケーシングを備え、該ケーシングに、前記燃料ガスのセルからの排出口から排出された燃料ガスを前記ケーシングの外部に導く燃料ガス出口が形成されているとともに、前記酸化剤ガスのセルからの排出口から排出された酸化剤ガスを前記ケーシングの外部に導く酸化剤ガス出口が形成されている(3)記載の燃料電池。
(6)前記燃料電池スタックのセル積層方向両端に燃料電池スタックと共に回転可能な締め付け板を有し、一端の締め付け板は陽極で他端の締め付け板は陰極であり、陽極と陰極の一方を固定のアースに相対回転可能に導通するとともに、陽極と陰極の他方を固定の電力取り出し手段に相対回転可能に導通した(1)記載の燃料電池。
(7)前記陽極と陰極の他方が前記回転軸の一部に導通しており、前記電力取り出し手段が該回転軸の一部に摺動接触する摺動部を有する(6)記載の燃料電池。
(8)セル面内方向のセル中央部にセル積層方向に延びる回転軸を有し該回転軸とともに燃料電池スタックが回転可能とされた燃料電池であって、燃料ガスのセルからの排出口と酸化剤ガスのセルからの排出口を、燃料電池スタックの互いに異なる向きの面に設けた燃料電池。
(9)前記燃料ガスのセルからの排出口は前記回転軸が延びる方向とほぼ平行であり、前記酸化剤ガスのセルからの排出口は前記回転軸が延びる方向とほぼ垂直である(8)記載の燃料電池。
(10)回転可能な前記燃料電池スタックを包囲する固定のケーシングを備え、該ケーシングに、前記燃料ガスのセルからの排出口から排出された燃料ガスを前記ケーシングの外部に導く燃料ガス出口が形成されているとともに、前記酸化剤ガスのセルからの排出口から排出された酸化剤ガスを前記ケーシングの外部に導く酸化剤ガス出口が形成されている(8)記載の燃料電池。
(11)セル面内方向のセル中央部にセル積層方向に延びる回転軸を有し該回転軸とともに燃料電池スタックが回転可能とされた燃料電池であって、前記燃料電池スタックのセル積層方向両端に燃料電池スタックと共に回転可能な締め付け板を有し、一端の締め付け板は陽極で他端の締め付け板は陰極であり、陽極と陰極の一方を固定のアースに相対回転可能に導通するとともに、陽極と陰極の他方を固定の電力取り出し手段に相対回転可能に導通した燃料電池。
(12)前記陽極と陰極の他方が前記回転軸の一部に導通しており、前記電力取り出し手段が該回転軸の一部に摺動接触する摺動部を有する(11)記載の燃料電池。
The present invention for achieving the above object is as follows.
(1) A fuel cell having a rotating shaft extending in the cell stacking direction at the center of the cell in the cell in-plane direction, and the fuel cell stack being rotatable with the rotating shaft, and a fuel gas supply passage to the cell; The fuel cell which provided the supply path to the cell of oxidizing gas in the said rotating shaft.
(2) The fuel cell according to (1), wherein the fuel gas supply passage to the cell and the oxidant gas supply passage to the cell are separated from each other by a separation wall in the rotation shaft.
(3) The fuel cell according to (1), wherein an outlet from the fuel gas cell and an outlet from the oxidant gas cell are provided on surfaces of the fuel cell stack in different directions.
(4) The outlet of the fuel gas from the cell is substantially parallel to the direction in which the rotating shaft extends, and the outlet of the oxidant gas from the cell is substantially perpendicular to the direction in which the rotating shaft extends (3) The fuel cell as described.
(5) A fixed casing surrounding the rotatable fuel cell stack is provided, and a fuel gas outlet for guiding the fuel gas discharged from the discharge port of the fuel gas to the outside of the casing is formed in the casing. The fuel cell according to (3), wherein an oxidant gas outlet for guiding the oxidant gas discharged from the discharge port of the oxidant gas from the cell to the outside of the casing is formed.
(6) The fuel cell stack has clamping plates that can be rotated together with the fuel cell stack at both ends of the cell stacking direction, the clamping plate at one end is an anode, the clamping plate at the other end is a cathode, and one of the anode and the cathode is fixed. The fuel cell according to (1), wherein the other of the anode and the cathode is electrically connected to the fixed power extraction means so as to be relatively rotatable.
(7) The fuel cell according to (6), wherein the other of the anode and the cathode is electrically connected to a part of the rotating shaft, and the power take-out means has a sliding portion that is in sliding contact with a part of the rotating shaft. .
(8) A fuel cell having a rotating shaft extending in the cell stacking direction at the center of the cell in the cell in-plane direction, and the fuel cell stack being rotatable with the rotating shaft, and a discharge port of fuel gas from the cell; A fuel cell in which exhaust ports from cells of oxidant gas are provided on surfaces of the fuel cell stack in different directions.
(9) The discharge port of the fuel gas from the cell is substantially parallel to the direction in which the rotation axis extends, and the discharge port from the cell of the oxidant gas is substantially perpendicular to the direction in which the rotation axis extends (8). The fuel cell as described.
(10) A fixed casing surrounding the rotatable fuel cell stack is provided, and a fuel gas outlet for guiding the fuel gas discharged from the discharge port of the fuel gas to the outside of the casing is formed in the casing. The fuel cell according to (8), wherein an oxidant gas outlet for guiding the oxidant gas discharged from the discharge port of the oxidant gas from the cell to the outside of the casing is formed.
(11) A fuel cell having a rotation axis extending in the cell stacking direction at a cell central portion in a cell in-plane direction, and the fuel cell stack being rotatable together with the rotation shaft, wherein both ends of the fuel cell stack in the cell stacking direction A clamping plate that can be rotated together with the fuel cell stack, the clamping plate at one end is an anode and the clamping plate at the other end is a cathode, and one of the anode and the cathode is electrically connected to a fixed ground so as to be relatively rotatable, and the anode A fuel cell in which the other of the cathode and the cathode is connected to a fixed power extraction means so as to be relatively rotatable.
(12) The fuel cell according to (11), wherein the other of the anode and the cathode is electrically connected to a part of the rotating shaft, and the power take-out means has a sliding portion that is in sliding contact with a part of the rotating shaft. .
上記(1)の燃料電池によれば、燃料ガスのセルへの供給通路と酸化剤ガスのセルへの供給通路を共に前記回転軸内に設けたので、セル面内の酸化剤ガス通路のみでなく燃料ガス通路内の水分も、水に働く遠心力で半径方向外方に移動させることができ、排出を促進できる。また、回転軸内の燃料ガス供給通路への燃料ガスの供給も回転軸内の酸化剤ガス供給通路への酸化剤ガスの供給も、回転軸芯まわりに回転する回転軸内のガス供給通路へのガスの供給であるから、回転軸を軸受けを介して支持する固定の軸受支持部材からガスを供給することができる。軸受支持部材に設けたガス供給口が回転軸とともに回転することがなく、ホース等の回転軸への絡まりを生じることなく、ガスを供給できる。
上記(2)の燃料電池によれば、回転軸内の燃料ガスのセルへの供給通路と酸化剤ガスのセルへの供給通路は、回転軸内で分離壁で互いに分離されているので、燃料ガスと酸化剤ガスのそれぞれの供給通路を互いに独立とすることができ、燃料ガスと酸化剤ガスの混じり合いを防止できる。
According to the fuel cell of the above (1), since both the supply passage to the fuel gas cell and the supply passage to the oxidant gas cell are provided in the rotating shaft, only the oxidant gas passage in the cell surface is provided. In addition, the moisture in the fuel gas passage can be moved radially outward by the centrifugal force acting on the water, and the discharge can be promoted. Further, the supply of the fuel gas to the fuel gas supply passage in the rotation shaft and the supply of the oxidant gas to the oxidant gas supply passage in the rotation shaft are both performed to the gas supply passage in the rotation shaft rotating around the rotation shaft core. Therefore, the gas can be supplied from a fixed bearing support member that supports the rotating shaft via a bearing. The gas supply port provided in the bearing support member does not rotate with the rotating shaft, and gas can be supplied without causing entanglement with the rotating shaft such as a hose.
According to the fuel cell of the above (2), the fuel gas supply passage to the cell and the oxidant gas supply passage to the cell in the rotating shaft are separated from each other by the separation wall in the rotating shaft. The supply passages for the gas and the oxidant gas can be made independent of each other, and mixing of the fuel gas and the oxidant gas can be prevented.
上記(3)、(8)の燃料電池によれば、燃料ガスのセルからの排出口と酸化剤ガスのセルからの排出口を、燃料電池スタックの互いに異なる向きの面に設けたので、燃料電池スタックから排出される燃料ガスと酸化剤ガスとの混じり合いを防止する構造をとることが容易となる。
上記(4)、(9)の燃料電池によれば、燃料ガスのセルからの排出口は回転軸が延びる方向とほぼ平行であり、酸化剤ガスのセルからの排出口は回転軸が延びる方向とほぼ垂直であるので、生成水の量が多い酸化剤ガス流路を半径方向外方に開放させることができ、生成水による酸化剤ガス流路の閉塞を効果的に抑制できる。
上記(5)、(10)の燃料電池によれば、燃料電池スタックを包囲する固定のケーシングに、燃料ガスのセルからの排出口から排出された燃料ガスをケーシングの外部に導く燃料ガス出口と、酸化剤ガスのセルからの排出口から排出された酸化剤ガスをケーシングの外部に導く酸化剤ガス出口とを形成したので、ガス出口を固定とすることができ、ホース等の燃料電池スタックへの絡まりを生じることなく、ガスを排出できる。
According to the fuel cells of the above (3) and (8), since the exhaust port from the fuel gas cell and the exhaust port from the oxidant gas cell are provided on the surfaces of the fuel cell stack in different directions, It becomes easy to adopt a structure that prevents mixing of the fuel gas discharged from the battery stack and the oxidant gas.
According to the fuel cells of the above (4) and (9), the discharge port from the fuel gas cell is substantially parallel to the direction in which the rotation axis extends, and the discharge port from the oxidant gas cell extends in the direction in which the rotation shaft extends. Therefore, the oxidant gas flow path with a large amount of generated water can be opened outward in the radial direction, and blockage of the oxidant gas flow path by the generated water can be effectively suppressed.
According to the fuel cells of the above (5) and (10), the fuel gas outlet for guiding the fuel gas discharged from the discharge port of the fuel gas to the outside of the casing is fixed to the fixed casing surrounding the fuel cell stack. Since the oxidant gas outlet that guides the oxidant gas discharged from the discharge port of the oxidant gas to the outside of the casing is formed, the gas outlet can be fixed to the fuel cell stack such as a hose. Gas can be discharged without causing entanglement.
上記(6)、(11)の燃料電池によれば、燃料電池スタックのセル積層方向両端に燃料電池スタックと共に回転可能な締め付け板を有し、一端の締め付け板は陽極で他端の締め付け板は陰極であり、陽極と陰極の一方を固定のアースに相対回転可能に導通するとともに、陽極と陰極の他方を固定の電力取り出し手段に相対回転可能に導通したので、燃料電池スタックが回転しても、アースと電力取り出し手段が固定のため、電線のスタックへの巻きつきなどを生じることなく、燃料電池の電力を取り出すことができる。
上記(7)、(12)の燃料電池によれば、陽極と陰極の他方が回転軸の一部に導通しており、電力取り出し手段が該回転軸の一部に摺動接触する摺動部を有するので、陽極と陰極の他方が回転しても、回転軸と摺動部の摺動接触で電力を取り出すことができる。
According to the fuel cells of (6) and (11) above, there are clamping plates that can rotate together with the fuel cell stack at both ends in the cell stacking direction of the fuel cell stack, the clamping plate at one end is the anode, and the clamping plate at the other end is Since it is a cathode and one of the anode and the cathode is connected to a fixed ground so as to be relatively rotatable, and the other of the anode and the cathode is connected to a fixed power extraction means so as to be relatively rotatable, even if the fuel cell stack rotates Since the ground and the power take-out means are fixed, the power of the fuel cell can be taken out without causing the wire to wrap around the stack.
According to the fuel cells of the above (7) and (12), the other of the anode and the cathode is electrically connected to a part of the rotating shaft, and the sliding portion where the power extraction means slides and contacts the part of the rotating shaft. Therefore, even if the other of the anode and the cathode rotates, power can be taken out by sliding contact between the rotating shaft and the sliding portion.
以下に、本発明の燃料電池を図1〜図5を参照して説明する。
図1〜図3は本発明の燃料電池10を示し、図4、図5は本発明の燃料電池を評価する試験装置を示している。図4、図5の装置の一部を、本発明の燃料電池10の一部に利用してもよい。図1〜図3の装置と図4、図5の装置で対応する部分には、互いに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 3 show a
本発明の燃料電池10は、積層型の固体高分子電解質型燃料電池である。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。本発明の燃料電池10は、図1〜図5に示すように、回転可能とされた単位燃料電池(セル)11を積層した燃料電池スタック12と、燃料電池スタック12を回転させる駆動装置13を有する。
燃料電池10は、セル積層方向をほぼ水平状態にして配置されることが望ましい。ただし、セル積層方向を水平方向以外としてもよい。
The
The
単位燃料電池11は、膜−電極アッセンブリ14(Membrane-Electrode Assembly 、MEAともいう)とセパレータ15を重ねたものから構成される。MEA14は電解質膜16と電解質膜の一面に形成されたアノード17と電解質膜の他面に形成されたカソード18とからなる。MEA14とセパレータ15との間に拡散層を挿入してもよい。MEA14のアノード側に配置されるセパレータ15にはアノード17に燃料ガス(たとえば、水素)を供給する燃料ガス流路19が形成され、MEA14のカソード側に配置されるセパレータ15にはカソード18に酸化剤ガス(たとえば、酸素を含むガス、たとえばエア)を供給する酸化剤ガス流路20が形成される。
図2、図3では、ガス流路19、20はセパレータ15に形成された多数の突起間のガス流路からなる。ガス流路19、20は多数の溝などから構成されてもよい。
The
2 and 3, the
アノード17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18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、または隣りのセルのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる)から水を生成するつぎの反応が行われる。
アノード側:H2 →2H+ +2e-
カソード側:2H+ +2e- +(1/2)O2 →H2 O
生成水はおもに酸化剤ガス流路20で形成され、ガス流で下流への流れるので、酸化剤ガス流路20の下流側ほど水分は多い。水分は電解質膜を通してカソード側からアノード側にも移行するので、燃料ガス流路19にもある程度水分は存在する。過剰の水分は、ガスの電極への供給を阻害するので、ガス流路、とくに酸化剤ガス流路20から水分が適切に排出されることが必要である。
On the
Anode side: H 2 → 2H + + 2e −
Cathode side: 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O
The generated water is mainly formed in the oxidant
燃料電池10は、セル面内方向のセル中央部にセル積層方向に延びる回転軸21を有し、回転軸21とともに燃料電池スタック12が回転可能とされている。回転式の燃料電池スタック12は駆動装置13によって、回転軸21とともに、回転軸21の回転軸芯まわりに回転される。この回転により、ガス流路19、20にある水分に遠心力が作用し、水分はガス流のみでなく、遠心力によっても外周側に移動され、セルから排出される。
燃料電池10は、燃料ガスのセル11への供給通路22(燃料ガス供給通路)と、酸化剤ガスのセル11への供給通路23(酸化剤ガス供給通路)と、燃料ガスの排出通路24(燃料ガス排出通路)と、酸化剤ガスの排出通路25(酸化剤ガス排出通路)を有する。
遠心力による水分の排出が効果的に行われるようにするために、セル11へのガスの流入は、燃料ガス、酸化剤ガスとも、セル11の内周側で行われ、セル11からのガス、水分の排出は、燃料ガス、酸化剤ガスとも、セル11の外周側で行われる。
The
The
In order to effectively drain water by centrifugal force, the gas is introduced into the
燃料ガスのセル11への供給通路22(燃料ガス供給通路)と、酸化剤ガスのセル11への供給通路23(酸化剤ガス供給通路)との両方とも、回転軸21内に設けられている。
回転軸21内の燃料ガスのセルへの供給通路22(燃料ガス供給通路)と酸化剤ガスのセルへの供給通路23(酸化剤ガス供給通路)は、回転軸21内で分離壁26で互いに分離されている。
図3に示すように、燃料ガス流路19の存在するセパレータ面内では、燃料ガス供給通路22からセパレータ面内燃料ガス流路19へのガス流通部にはシール壁が無いが、酸化剤ガス供給通路23とセパレータ面内燃料ガス流路19との間にはシール壁57がある。
図2に示すように、酸化剤ガス流路20の存在するセパレータ面内では、酸化剤ガス供給通路23からセパレータ面内酸化剤ガス流路20へのガス流通部にはシール壁が無いが、燃料ガス供給通路22とセパレータ面内酸化剤ガス流路20との間にはシール壁56がある。
燃料ガス供給通路22への燃料ガスの供給方向と、酸化剤ガス供給通路23への酸化剤ガスの供給方向は、回転軸21の軸方向において、互いに反対方向であり、回転軸21の互いに反対側から供給される。
図2、図3の構造においては、燃料ガス供給通路22と酸化剤ガス供給通路23とは、分離壁26部位で、絶縁材55により、互いから電気的に絶縁されている。
Both the fuel gas supply passage 22 (fuel gas supply passage) to the
The fuel gas supply passage 22 (fuel gas supply passage) and the oxidant gas supply passage 23 (oxidant gas supply passage) in the
As shown in FIG. 3, in the separator surface where the
As shown in FIG. 2, in the separator surface where the oxidant
The supply direction of the fuel gas to the fuel
2 and 3, the fuel
燃料ガスのセルからの排出口27と酸化剤ガスのセルからの排出口28は、燃料電池スタック12の互いに異なる向きの面に設けられている。
燃料ガスのセルからの排出口27は回転軸21が延びる方向(セル積層方向)とほぼ平行であり、酸化剤ガスのセルからの排出口28は回転軸21が延びる方向とほぼ垂直である。
これによって、排出口27、28の互いの干渉が避けられ、排出燃料ガスと排出酸化剤ガスの混合が、単純な構成で、たとえば排出口27から燃料ガスが排出される空間29と排出口28から酸化剤ガスが排出される空間30とを、スタック23の締め付け板31で隔てるなどの簡単な構成で、防止される。排出口27、28は、燃料電池スタックとともに回転軸21の軸芯わりに回転する。
図3に示すように、燃料ガスの排出マニホールド53がセル外周部に設けられていて該燃料ガスの排出マニホールド53は回転軸21が延びる方向(セル積層方向)とほぼ平行に延びており、燃料ガスのセルからの排出口27に連通している。セル外周部に流れた燃料ガスは、ガスシール54によってセル外周面から半径方向外側に出ることを阻止され、排出マニホールド53、排出口27を通って、空間29に流出し、空間29から燃料ガス排出通路24へと流れる。
また、図2に示すように、酸化剤ガスは燃料電池スタック12の外周面からそのまま空間30へと流れ、空間30から酸化剤ガス排出通路25へと流出する。
The
The
Thus, mutual interference between the
As shown in FIG. 3, a fuel
As shown in FIG. 2, the oxidant gas flows from the outer peripheral surface of the
燃料電池10は、回転可能な燃料電池スタック12を包囲する固定のケーシング32を備えている。ケーシング32には、燃料ガスのセルからの排出口27から排出された燃料ガスをケーシング32の外部に導く燃料ガス出口33(排出通路24の端部)が形成されているとともに、酸化剤ガスのセルからの排出口28から空間30に排出された酸化剤ガスをケーシング32の外部に導く酸化剤ガス出口34が形成されている。酸化剤ガス出口34(排出通路25の端部)は排出水のドレンを兼ねてもよい。燃料ガス出口33、酸化剤ガス出口34は固定である。空間29、30があるために、排出口27、28が回転しても、燃料ガス出口33、酸化剤ガス出口34を固定とすることができる。
The
燃料電池10は、燃料電池スタック12のセル積層方向両端に燃料電池スタック12と共に回転可能な締め付け板31を有し、一端の締め付け板31は陽極で他端の締め付け板31は陰極である。陽極の締め付け板31と陰極の締め付け板31の一方は、固定のアース35に相対回転可能に導通されており、陽極の締め付け板31と陰極の締め付け板31の他方は、固定の電力取り出し手段36に相対回転可能に導通されている。
たとえば、陽極の締め付け板31と陰極の締め付け板31の他方は、回転軸21の一部に導通しており、電力取り出し手段36が回転軸21の一部に摺動接触する摺動部37を有している。
The
For example, the other of the
図1では、カソード側に導通する陽極の締め付け板31は、回転軸21の第1の部分21aと導電性の軸受け38を介してケーシング32に導通しており、ケーシング32はアース35に接続されている。アノード側に導通する陰極の締め付け板31は、回転軸21の第2の部分21bを介して電力取り出し手段36の摺動部37と導通している。回転軸21の第2の部分21bは絶縁性の軸受け39によりケーシング32と絶縁されている。また、回転軸21の第1の部分21aと第2の部分21bは、絶縁材55により絶縁されている。
図1では、駆動装置13は、回動軸21に絶縁カップリング42で連結された電動モータ41からなる。ただし、駆動装置13は、図4、図5の試験装置に示すように、モータ41の回転をベルト43によって回転軸21に伝えてもよい。
In FIG. 1, the
In FIG. 1, the driving
図4、図5のテスト用装置は、燃料電池10はつぎのように構成されている。
図4は燃料電池スタック12が1層の単位燃料電池11から構成された場合を示しているが、複数層の単位燃料電池11から構成されてもよい。
図4では、固定のケーシング32に、燃料ガス入口44が回転軸21の回転軸芯の延長上に設けられるとともに、酸化剤ガス入口45が回転軸21の回転軸芯の延長上に設けられる。回転軸21とケーシング32とは、軸受けで互いに回転自在とされるとともに、シール材46、47、48でシールされている。
図4において、ハッチング部分は絶縁材部分を示す。カソード側セパレータ15はリード線49で陽極の締め付け板31に導通され、陽極の締め付け板31は回転軸21に導通され、回転軸21は導電性軸受け38を介して固定ケーシング32に導通され、ケーシング32がアースされている。一方、アノード側セパレータ15はリード線50で円筒状導電部材51に接続され、スプリング52によって円筒状導電部材51に押しつけられた摺動部(ブラシ)37を有する電力取り出し手段36から燃料電池電力が取り出される。円筒状導電部材51、摺動部(ブラシ)37を有する電力取り出し手段36は、回転軸21からは絶縁されている。
燃料電池スタック12は、モータ41の回転を断面がV字状のベルト43によって締め付け板31、回転軸21に伝えることによって、回転軸21とともに回転される。
4 and 5, the
FIG. 4 shows a case where the
In FIG. 4, the
In FIG. 4, a hatched portion indicates an insulating material portion. The
The
つぎに、本発明の作用、効果を説明する。
本発明の燃料電池10では、燃料ガスのセルへの供給通路22と酸化剤ガスのセルへの供給通路23を共に回転軸21内に設けたので、セル面内の酸化剤ガス通路20のみでなくセル面内燃料ガス通路19内の水分も、水に働く遠心力で半径方向外方に移動させることができ、生成水の排出を促進できる。
また、回転軸21内の燃料ガス供給通路22への燃料ガスの供給も回転軸21内の酸化剤ガス供給通路23への酸化剤ガスの供給も、回転軸芯まわりに回転する回転軸21内のガス供給通路22、23へのガスの供給であるから、回転軸21を軸受けを介して支持する固定の軸受支持部材(たとえば、ケーシング32)からガスを供給することができる。これによって、軸受支持部材(たとえば、ケーシング32)に設けたガス供給口(燃料ガス入口44、酸化剤ガス入口45)が回転軸21とともに回転することがなく、ガス供給口44、45に取り付けられるホース等の回転軸21への絡まりを生じることなく、ガスを供給できる。したがって、ガスの供給が可能であり、しかも固定のガス供給口にホースを接続するという単純な構成で済む。図4の回転軸21とガス供給口44、45との構造は、図1に適用できる。
Next, functions and effects of the present invention will be described.
In the
In addition, both the supply of the fuel gas to the fuel
回転軸21内の燃料ガスのセルへの供給通路22と酸化剤ガスのセルへの供給通路23は、回転軸21内で分離壁26で互いに分離されているので、燃料ガスと酸化剤ガスのそれぞれの供給通路22、23を流路的に互いに独立とすることができ、燃料ガスと酸化剤ガスの混じり合いを防止できる。
燃料ガス供給通路22からセパレータ面内燃料ガス流路19へのガス流通部にはシール壁が無いが、酸化剤ガス共通鵜通路23とセパレータ面内燃料ガス流路19との間にはシール壁57があり、酸化剤ガス供給通路23からセパレータ面内酸化剤ガス流路20へのガス流通部にはシール壁が無いが、燃料ガス共通鵜通路22とセパレータ面内酸化剤ガス流路20との間にはシール壁56があるので、供給通路22、23からセパレータ面内ガス流路19、20への移行部においても、燃料ガスと酸化剤ガスの混じり合いを防止できる。
。セパレータ面内ガス流路19、20は電解質膜16によって隔てられているので、セパレータ面内ガス流路19、20における燃料ガスと酸化剤ガスの混じり合いはない。
The fuel
There is no seal wall in the gas flow part from the fuel
. Since the separator in-plane
燃料ガスのセルからの排出口27と酸化剤ガスのセルからの排出口28を、燃料電池スタック12の互いに異なる向きの面に設けたので、燃料電池スタック12から排出される燃料ガスと酸化剤ガスとの混じり合いを防止する構造をとることが容易となる。たとえば、空間29、30を締め付け板31によって隔てることによって、燃料ガスと酸化剤ガスとの混じり合いを防止できる。
Since the
燃料ガスのセルからの排出口27と酸化剤ガスのセルからの排出口28を、燃料電池スタック12の互いに異なる向きの面に設ける場合に、燃料ガスのセルからの排出口27を回転軸21が延びる方向とほぼ平行とし、酸化剤ガスのセルからの排出口28を回転軸21が延びる方向とほぼ垂直としたので、生成水の量が多い酸化剤ガス流路を半径方向外方に開放させることができ、生成水によるセル面内酸化剤ガス流路20の閉塞を効果的に抑制できる。
When the
燃料ガスのセルからの排出口27と酸化剤ガスのセルからの排出口28にホースを接続しないで、燃料電池スタック12を包囲する固定のケーシング32に、燃料ガスのセルからの排出口27から排出された燃料ガスをケーシング32の外部に導く燃料ガス出口33と、酸化剤ガスのセルからの排出口28から排出された酸化剤ガスをケーシング32の外部に導く酸化剤ガス出口34とを形成したので、ガス出口33、34を固定とすることができ、ホース等の燃料電池スタックへの絡まりを生じることなく、ガスを排出できる。
The hose is not connected to the
燃料電池スタック12のセル積層方向両端に燃料電池スタックと共に回転可能な締め付け板31を有し、一端の締め付け板31は陽極で他端の締め付け板31は陰極であり、陽極と陰極の一方を固定のアース35に相対回転可能に導通するとともに、陽極と陰極の他方を固定の電力取り出し手段36に相対回転可能に導通したので、燃料電池スタック12が回転しても、アース35と電力取り出し手段36が固定のため、電線のスタック12への巻きつきなどを生じることなく、燃料電池の電力を取り出すことができる。
この場合、図1〜図3の例では、陽極と陰極の他方が回転軸21の一部21bに導通しており、電力取り出し手段36が回転軸21の一部21bに摺動接触する摺動部37を有するので、陽極と陰極の他方31(締め付け板)が回転しても、回転軸21と摺動部の37摺動接触で電力を取り出すことができる。
The
In this case, in the example of FIGS. 1 to 3, the other of the anode and the cathode is electrically connected to the
10 (固体高分子電解質型)燃料電池
11 単位燃料電池
12 燃料電池スタック
13 駆動装置
14 MEA
15 セパレータ
16 電解質膜
17 アノード
18 カソード
19 燃料ガス流路
20 酸化剤ガス流路
21 回転軸
21a 第1の部分
21b 第2の部分
22 燃料ガス供給通路
23 酸化剤ガス供給通路
24 燃料ガス排出通路
25 酸化剤ガス排出通路
26 分離壁
27 燃料ガスのセルからの排出口
28 酸化剤ガスのセルからの排出口
29、30 空間
31 締め付け板
32 ケーシング
33 燃料ガス出口
34 酸化剤ガス出口
35 アース
36 電力取り出し手段
37 摺動部(ブラシ)
38 導電性軸受け
39 絶縁性軸受け
41 電動モータ
42 絶縁カップリング
44 燃料ガス入口
45 酸化剤ガス入口
46、47、48 シール材
49、50 リード線
51 円筒状導電部材
52 スプリング
53 燃料ガス排出マニホールド
54 ガスシール
55 絶縁材
56、57 シール壁
10 (solid polymer electrolyte type)
15
38 Conductive bearing 39 Insulating
Claims (12)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008257889A (en) * | 2007-03-30 | 2008-10-23 | Equos Research Co Ltd | Fuel cell system |
US9017838B2 (en) * | 2005-11-21 | 2015-04-28 | Ford Motor Company | Spinning electrode fuel cell |
KR20210071465A (en) * | 2019-12-06 | 2021-06-16 | 현대자동차주식회사 | Fuel cell system to improve durability and its operation method |
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2003
- 2003-12-26 JP JP2003431687A patent/JP2005190858A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9017838B2 (en) * | 2005-11-21 | 2015-04-28 | Ford Motor Company | Spinning electrode fuel cell |
JP2008257889A (en) * | 2007-03-30 | 2008-10-23 | Equos Research Co Ltd | Fuel cell system |
KR20210071465A (en) * | 2019-12-06 | 2021-06-16 | 현대자동차주식회사 | Fuel cell system to improve durability and its operation method |
KR102654547B1 (en) | 2019-12-06 | 2024-04-03 | 현대자동차주식회사 | Fuel cell system to improve durability and its operation method |
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