JP2006196412A - 燃料電池の水回収機構及び燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の発電中にアノード極に滞留する水を回収するために、外部からの動力を必要としないパッシブな水回収機構の提供。
【解決手段】燃料電池１０１を発電セル１０２およびアノード極滞留水回収部より構成する。アノード室１０８下部に管体１０９の開口部がくるよう配置し、管体の他端は水回収容器１１３に連結される。アノード室下部に水が滞留し管体の開口部に水が入るとアノード室と回収容器に差圧が発生し、この差圧力によって水が回収容器に移動し回収される。管体に回転錘１１２をとりつけ、さらに管体末端部をアノード極の内部で回転自在になるようにすることで、燃料電池の姿勢に関わらず、常に水の回収を可能となる燃料電池システムとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体高分子型燃料電池（以下燃料電池と記載）に係り、さらに詳しくは、外部から電力供給を受けることなく、かつ燃料電池がいかなる姿勢であっても、アノード極に滞留した水を回収する水回収機構に関する。

なお、以下で特に断りのない限り、本明細書では供給された燃料を用いて発電する発電部のことを燃料電池と表記し、上記発電部と燃料を貯蔵、供給する燃料部を合わせて燃料電池システムと表記する。

燃料電池システムであって、特に燃料電池のアノード極へ水素リッチガスを導入して膜電極接合体（以下ＭＥＡと記載）で発電する燃料電池システムにおいて、水素リッチガスに含まれる水蒸気の凝縮やカソード極で生成された水の逆拡散により、アノード極のガス流路に滞留した水あるいは水溶液（以下アノード極滞留水と記載）がガス流路を閉塞することで、出力の低下あるいは発電停止が起こる、という問題があった。これに対して、従来は燃料電池全体を傾けてアノード極滞留水を排出していた（例えば特許文献１参照。）。また、ガス流路中に圧縮した空気を導入してアノード極滞留水を除去する水透過膜式除湿器を備えた機構が考案されている（例えば特許文献２参照。）。
特開２００４−２０７１０６号公報 特開２００４−７１３４８号公報

ところが前記特許文献１の機構では、燃料電池システムの運転中に燃料電池を一定の姿勢に保つ必要があり、特に運転中常に姿勢の変わる小型携帯用の燃料電池システムには不適である。また前記特許文献２の機構では、姿勢の変化によるアノード極滞留水の排出機能の減退は無いが、補器として空気圧縮機能を具備した水透過膜式除湿器を必要とするため、燃料電池システム全体の体積及び重量が大型となり、特に小型携帯用の燃料電池システムには不適である。また電力を供給して駆動する前記補機を搭載することにより燃料電池システム全体の体積エネルギ密度の点からも不利である。

そこで本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、プロトン導電性を有する樹脂からなる電解質、その電解質の両面に配置される触媒層からなる膜電極接合体と、それぞれガス拡散層、集電体層からなるアノード極及びカソード極とから構成される発電部と、発電部と接続され、発電部に導入する水素リッチガスを発生する水素発生部とを備えた固体高分子型燃料電池システムにおいて、発電部のアノード極に備えられた排出口と、排出口からアノード極の内部に導入される管体から構成される水回収機構を提供するものであり、燃料電池システムの姿勢によらず管体の末端部が常に同一方向を保持する姿勢吸収構造を具備することを特徴とする。

また、プロトン導電性を有する樹脂からなる電解質と電解質を狭持する触媒層を有する膜電極接合体と、膜電極集合体の一方の面に接し、一方の面から順にガス拡散層、集電体層を有するアノード極と、膜電極集合体の他方の面に接し、他方の面から順にガス拡散層、集電体層を有するカソード極と、アノード極に接するアノード室と、アノード室の外壁を貫通して設けられ、一端がアノード室内の内壁に近接して設けられた開口部を有し、貫通したアノード室の壁面と垂直方向に回転軸を有し、回転可能な管体と、管体の他端に接続された回収容器と、管体をアノード室の壁面に対して回転軸方向に固定する軸受固定具と、軸受固定具に回転可能に保持され、管体に設けられた軸受と、管体に設けられた回転錘と、を有する。

さらに上述した姿勢吸収構造は、管体の末端部が外部からの電力供給を必要とせずにアノード極の内部を自在に動く可動構造とすることで、燃料電池システムがいかなる姿勢であっても、アノード室内の滞留水を回収することを特徴とする。

この可動構造としては、アノード極に設けられた排出口を中心として、管体の末端部がアノード極の内部を回転自在に動く回転構造であってよい。

さらに具体的には、上記回転構造として、管体が排出口からアノード極に導入された屈曲部と、回転軸部からなり、この管体が排出口に設置された回転軸保持部により保持された構成であることを特徴とする。

さらには、上述した回転構造として、管体に回転力増進機構が具備されていても良い。
この回転力増進機構としては、上記管体の屈曲部の任意の位置に設置された錘であってもよいし、管体の回転軸部の回転軸と同軸上に設置された回転錘であっても良い。またこの回転錘は、特に扇形状であってよい。

また上述した回転構造としては、上記管体として伸縮自在な材質や、ベローズ構造を用いることで、特に管体屈曲部を曲がりやすい構造として、かつ管体の屈曲部の任意の位置に錘を設置した構成としても良い。

さらには上述した回転構造の補助機構として、管体の屈曲部の任意の位置に被拘束体が設置され、アノード極の内部の特に外縁部に上記被拘束体の動きの方向を拘束する例えばレールなどの拘束体を具備する構成としても良い。

本発明に係る固体高分子型燃料電池システムによれば、アノード極における水の滞留を解消し、連続運転時間の向上および出力の向上が実現される。

また水回収機構として、外部の電力投入を必要としない受動型水素発生機構から発生した水素のガス圧を用いることから、ポンプやブロアといった補器を必要とする従来の水回収機構に対して燃料電池全体の体積エネルギ密度の向上が実現される。

またガス圧により水を押し出して回収する機構であり、さらに燃料電池システムがいかなる姿勢であっても水を回収する管体の末端が常に下向きに位置することが可能であり、アノード極の内部に滞留した水に常時接することのできる構成であるため、燃料電池の姿勢に関わらず水を回収することが可能で、上記効果を得ることができる。

以下、本発明に係る燃料電池システムの水回収機構の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図面において同一の引用符号で表した構成要素は、各図面共通で同一の構成要素を示すものとする。

図１は、本発明に係る燃料電池の水回収機構の構成図を示したものであり、本発明の基本形例である。図１において固体高分子型燃料電池１０１は、発電セル１０２と後述するアノード極滞留水回収部１０３という２つの部分から構成されている。

まず図１に示した発電セル１０２について説明する。発電セル１０２は、カソード押さえ板１０４、カソード集電板１０５とＭＥＡ１０６と、アノード集電板１０７とアノード室１０８で構成される。

アノード室１０８には図示しない水素リッチガスの導入口が設置されており、燃料部と接続されている。

上述の燃料部では図示しない水素発生物質と図示しない水素発生促進物質を混合することで水素を発生する構成となっている。水素発生物質と水素発生促進物質の組み合わせとしては、好ましくは水素化ホウ素ナトリウムとリンゴ酸水溶液であるが、水素発生物質は加水分解型の金属水素化物であれば全て適用可能で、水素発生促進物質は有機酸および無機酸あるいはルテニウムなど、水素発生触媒であれば全て適用可能である。さらに水素発生物質が水素化ホウ素ナトリウム水溶液で水素発生促進物質がリンゴ酸粉末というように、水素発生物質と水素発生促進物質の組み合わせは、混合することによって水素を発生する物質であれば全て適用可能である。また水素発生部に用いられる反応としては、金属と塩基性あるいは酸性水溶液の組み合わせであっても良い。さらに水素発生部においては、アルコール、エーテル、ケトン類を改質して水素を得るメタノール改質型や、ガソリン、灯油、天然ガスといった炭化水素を改質して水素を得る炭化水素改質型など、水素を発生する構成であれば全て適用可能である。

さらに図示しない燃料部における水素の発生は、燃料部とアノード室１０８の間の圧力や温度といった、状態の差異によって制御される構成であれば全て適用可能である。例えばアノード室１０８の内圧にしきい値を設け、しきい値以上の圧力であれば上述した水素発生物質と水素発生促進物質の混合が行われず、水素が発生しない動作制御として、逆にしきい値以下の圧力であれば上述した水素発生物質と水素発生促進物質を混合する動作制御とする。上記制御とすることで、発電中でアノード室１０８内に水素が十分存在する場合は水素の供給が停止し、後述するようにＭＥＡ１０６にてアノード室１０８内の水素が消費されるとアノード室１０８の内圧が減圧され、燃料部は水素を発生させる間欠駆動となる。好ましくは上記制御に外部動力を用いず、燃料部とアノード室１０８の差圧によってのみ動作が受動的に制御される構成である。

アノード室１０８に設置される図示しない導入口から導入された水素リッチガスはＭＥＡ１０６のアノード側触媒層で（式１）の反応により電子が取り出される。一方、プロトンはＭＥＡを透過してカソード側触媒層へ移動する。

H₂→２H⁺＋２e^- （式１）
上述したようにアノード側触媒層で分離した電子はアノード集電板１０７を用いて外部に取り出され、電力が得られる。ＭＥＡを透過してカソード側へ移動したプロトンは、カソード側触媒層上で（式２）の反応により水を生成する。（式２）で電子は、カソード集電板１０５から供給され、酸素は外部から供給される。

２H⁺＋２e^-＋O₂→２H₂O （式２）
上述したＭＥＡ１０６とカソード集電板１０５、あるいはＭＥＡ１０６とアノード集電板１０７の間には図示しないカーボンペーパーなどのガス拡散層が設置されていても良い。

上述した発電セル１０２は図１に示すようにカソード押さえ板からアノード室１０８までを重ねて固定され、特にアノード室１０８からの水素リッチガス漏れを低減する必要がある。発電セル１０２の固定方法としては、好ましくは上記発電セル１０２の外周部をネジで締結することにより、その締付け力で固定するが、板バネのバネ力、磁石の磁力、接着剤の接着力等、アノード室からの水素リッチガスのリークが低減される方法であれば、全て適用可能である。また、アノード室１０８とアノード集電板１０７の間、あるいはアノード集電板１０７とＭＥＡ１０６の間等、特に水素リッチガスリークを防止する必要のある箇所については、図示しないガスケットを配置する構成としても良い。また上記ガスケットの材質としては、好ましくはシリコンゴムが採用されるが、ブチルゴム、ニトリルゴム等、ガスシール性に優れた材質であれば全て適用可能である。

上述した発電セル１０２の構成は、以下の各図において共通である。

次に図１のアノード極滞留水回収部１０３について説明する。アノード極滞留水回収部１０３は、管体１０９と軸受１１１と軸受固定具１１０と回転錘１１２と回収容器１１３から構成される。

上記（式２）で説明したカソード側触媒層上で生成された水のうち、一部はＭＥＡ１０６の基材である固体高分子膜中を逆拡散してアノード室１０８で凝縮してアノード極滞留水となる。さらに図示しない導入口から導入される水素リッチガスが多湿ガスである場合は、水素リッチガスに含まれる水蒸気がアノード室１０８で凝縮してアノード極滞留水となる。

上述したように、アノード室１０８の内圧はしきい値を境に間欠的に陽圧、陰圧を繰り返す。通常時、アノード室１０８と回収容器１１３は管体１０９を介して接続されているので同じ内圧V₀である。アノード室内１０６に水が凝縮して管体１０９の先端を塞ぐと回収容器１１３の内圧はV₀に維持されるが、一方でアノード室１０８の内圧は水素が供給され陽圧V₁となり、アノード室１０８と回収容器１１３の内圧に差圧が生じる（V₁ > V₀）。よってアノード室１０８内部のアノード極滞留水は、管体１０９を介して回収容器１１３へ移動する。

管体１０９は、アノード室１０８の内部で、鉛直下向きに屈曲しており、少量のアノード極滞留水でも回収できる構造となっている。一方管体１０９の回収容器側末端は上述したアノード室末端のように屈曲した構造とせず、回収容器の水位が管体１０９の回収容器側末端と同じ高さになるまでは水の逆流を防ぐ構造とする。また、管体１０９の材質は耐薬品性と耐久性に優れた材質であれば全て適用可能であるが、特に好ましくはステンレスを用いることを特徴とする。

また管体１０９に開けられた穴は、筒状に開けられ、管体の任意の部位においても同じ大きさの開口形状である構造であっても良いし、先端に向かって、開口径に勾配がついている円錐形状の構造であってもよい。さらに、管体先端部の任意の部位を境に穴の径が細くなる、ニードル形状の構造であっても良い。

また管体１０９の先端部の断面は、アノード室及び回収容器内壁と平行であっても良いし、斜めに切られても良い。

軸受１１１は管体１０９が通されており、軸受固定具１１０でアノード室１０８に固定された構造である。上記構造とすることで、管体１０９はアノード室１０８内部で回転自在であり、燃料電池１０１がいかなる姿勢であっても管体１０９のアノード室側末端が、その屈曲部の重量により常に鉛直下向きを向くことができ、アノード極滞留水を回収することができる。軸受１１１は管体１０９を低摩擦で回転自在とする軸受であれば全て適用可能であるが、好ましくは構造的に小型化に適する小径玉軸受であることを特徴とし、また外部へのガスリークを防止するためにラビリンスシール等が備えられたシールド形である構造が好ましい。また、アノード室１０８と軸受１１１あるいは軸受１１１と管体１０９の間における水素リッチガスの漏洩を防止するためにガスリーク材が設置された構成としても良い。

一方図１の回収容器１１３と管体１０９は固定されており、管体１０９の屈曲部と同期して、発電セル１０２に対して回転自在である。

回転錘１１２は管体１０９に固定されており、管体１０９の屈曲部の回転力を増進する回転力増進機構として作用する。回転錘１１２の形状は、管体１０９の回転軸に対して、偏った重心を持つ形状であれば全て適用可能であるが、より円滑な回転を発生させるためには、好ましくは図１０に示すような扇形状であることを特徴とする。回転錘１１２と管体１０９の接続は、両者が固定され回転ずれが起こらない方法であれば全ての接続方法が適用可能であるが、好ましくははめあい、溶接などで接続される。

上記回収容器１１３に蓄積されたアノード極滞留水は、回収容器に設置された循環機構により燃料部へ循環されても良い。上記循環機構は、アノード極滞留水を回収容器１１３から排出し、燃料部へ移動させる構造であれば全て適用可能であるが、好ましくは回収容器１１３と燃料部の内圧の差圧によって、外部からの電力供給を必要とせずに受動的に動作する機構であることを特徴とする。

図２に、本発明の燃料電池の水回収機構の第１の変形例を示す。図２において、図１に示した構成要素と、構成、機能、動作が同一の構成要素に関しては、同一の引用符号を示し、重複を避けるため詳細な説明は割愛する。

図２に示した燃料電池１０１は、図１の燃料電池１０１と異なり、回収容器１１３が軸受２０２と、軸受２０２を固定する軸受固定具２０１を備えることを特徴とする。軸受２０２には管体１０９が通され、上記構造により、回収容器１１３は燃料電池１０１がいかなる姿勢であっても常に発電セル１０２に対して静止する。よって発電セル１０２と回収容器１１３を同一平面上に固定することができ、回収容器１１３から図示しない燃料部へ接続する循環機構の設置を容易とする。

図３に、本発明の燃料電池の水回収機構の第２の変形例を示す。図３において、図１、２に示した構成要素と、構成、機能、動作が同一の構成要素に関しては、同一の引用符号を示し、重複を避けるため詳細な説明は割愛する。

図３に示した燃料電池１０１は、図１、２の少なくともいずれかに記載されている燃料電池１０１と異なり、アノード室１０８内で屈曲部を持つ管体１０９ではなく、アノード室１０８内と回収容器１１３内のいずれについても屈曲部を持つ管体２０３を用いる。上記管体２０３の回収容器１１３側の屈曲部は、任意の方向に屈曲しても良いが、好ましくは、アノード室１０８側の屈曲方向と１８０度異なる向きに屈曲していることを特徴とする。上記構成により、アノード室１０８側の屈曲部が常に鉛直下向きに回転することから、回収容器１１３側の屈曲方向は常に鉛直上向きに配置されることとなり、回収容器１１３へ回収されたアノード極滞留水が再びアノード室１０８へ逆流することを防止する構造とすることができる。

図４に、本発明の燃料電池の水回収機構の第３の変形例を示す。図４において、図１乃至３に示した構成要素と、構成、機能、動作が同一の構成要素に関しては、同一の引用符号を示し、重複を避けるため詳細な説明は割愛する。

図４に示した燃料電池１０１は、図１乃至３の少なくともいずれかに記載されている燃料電池１０１と異なり、回転力増進機構として回転錘１１２の代替として管体１０９の末端に重量を持つ錘４０１を備えた構成である。上記構成とすることで、回転力増進機構を小型化することが可能で、燃料電池１０１全体の小型化とレイアウトを容易とする。

図５に、本発明の燃料電池の水回収機構の第４の変形例を示す。図５において、図１乃至４に示した構成要素と、構成、機能、動作が同一の構成要素に関しては、同一の引用符号を示し、重複を避けるため詳細な説明は割愛する。

図１乃至４の少なくともいずれかに記載されている燃料電池１０１において１体の管体１０９がアノード室側末端の屈曲部分を持つのに対し、図５に示した燃料電池１０１は、２本の直線状管体５０１、５０２と管体固定具５０３を備えることを特徴とする。図１乃至４に示すように直線状の管体を屈曲させた管体１０９を用いると、特に燃料電池１０１全体が小型である場合、屈曲時に管体が潰れて例えば管体１０９と軸受１１１との間のガスシール性の低下が想定されるが、図５に示した構成とすることで、さらなるガスシール性の向上が期待できる。

またこの部材を拡大した斜視図を図１１に示す。図５における直線状管体５０１、５０２、管体固定具５０３が図１１ではそれぞれ直線状管体１１０２、１１０３、管体固定具１１０４に相当し、全体は管体複合部材１１０１として示される。管体固定具１１０４の２面から穴が開いており、上記２つの穴は管体固定具１１０４の内部で貫通している。穴形状はいかなる形状でも適用可能であるが、特に加工の容易さを考慮すると円筒状の穴であることが望ましい。管体固定具１１０４への直線状管体１１０２、１１０３の接続は、接着、打ち込み等、内部を通過するアノード極滞留水の漏れがない方法であれば全て適用可能であるが、好ましくは溶接により接続されることを特徴とする。

直線状管体５０２の回収容器１１３側末端は、図５に示すように直線形状であっても良いし、図３に示すように屈曲していても良いし、上記管体複合部材１１０１と同様の形状であっても良い。また直線状管体５０２と回収容器１１３との接続は、図２、３に示すように軸受を介して接続され、直線状管体５０２がアノード室１０８および回収容器１１３のいずれの内部でも回転自在な構造であっても良い。

図６に、本発明の燃料電池の水回収機構の第５の変形例を示す。図６において、図１乃至５に示した構成要素と、構成、機能、動作が同一の構成要素に関しては、同一の引用符号を示し、重複を避けるため詳細な説明は割愛する。

図６に示す燃料電池１０１は、アノード室１０８の内壁に軌道６０４ａ、６０４ｂが構成されている。管体１０９のアノード室１０８側末端には車軸受け６０１ａ、６０１ｂが設置され、さらに車軸６０２、車輪６０３が図６に示すように備えられる。車輪６０３は、アノード室の内壁に設置された軌道６０４ａ、６０４ｂによってアノード室内壁に沿って回転自在な構成とする。上記構成とすることで、管体１０９にアノード室１０８内での回転補助機能を有することができる。

上述した軌道６０４ａ、６０４ｂは図６では軸受１１１や軸受固定具１１０が設置される面と直交する面上に設置されているが、上記軸受１１１や軸受固定具１１０が設置される面上に軌道６０４ａ、６０４ｂが配置されても良い。

また管体１０９の動きの方向を拘束する拘束体としては、図６に示したように軌道と車輪であっても良いし、またアノード室１０８の内壁外周方向に連続して配置される磁石と管体１０９末端に設置された磁石との引力あるいは斥力を利用しても良い。

図７に本発明の燃料電池の水回収機構の第６の変形例を示す。図７において、図１乃至６に示した構成要素と、構成、機能、動作が同一の構成要素に関しては、同一の引用符号を示し、重複を避けるため詳細な説明は割愛する。

図７に示すように、回収容器７０２は軸受１１１及び軸受固定具１１０を内包する構造であり、アノード室１０８に隣接して配置される。シール材７０１ａ、７０１ｂの形状は、回収容器７０２に回収されるアノード極滞留水が軸受１１１、軸受固定具１１０から漏洩することを防ぎ、かつ管体１０９の回転を妨げない構造であれば全て適用可能であるが、例えば図７に示す形状であって良い。またシール材の材質は耐薬品性、耐久性に優れた材質であれば全て適用可能であるが、好ましくはゴム製であることを特徴とする。さらにシール材７０１ａ、７０１ｂの摩擦を低減する目的でオイルシールされる構成であっても良い。さらに軸受１１１、軸受固定具１１０は図７では回収容器７０２内部に設置されるが、アノード室１０８の内部に設置されても良い。

上記構成とすることで、アノード極滞留水回収部の体積を小さくすることが可能で、燃料電池１０１全体の体積削減も可能とする。

図８に本発明の燃料電池の水回収機構の第７の変形例を示す。図８において、図１乃至７に示した構成要素と、構成、機能、動作が同一の構成要素に関しては、同一の引用符号を示し、重複を避けるため詳細な説明は割愛する。

図８では、発電セル１０２のアノード集電板１０７とアノード室１０８を拡大して表示する。図８に示した変形例では、軸受１１１をアノード室１０８の構成部材８０１の内部に埋め込む構成とする。軸受１１１とアノード室１０８の構成部材８０１の固定は、接着であっても良いし、はめあいで固定されても良いし、ネジ止めされても良いし、溶接されても良いが、例えば図８では、はめあいで固定される構造とする。軸受１１１を介してアノード室１０８内の水素リッチガスあるいはアノード極滞留水が回収容器８０３との間で自由に交換されることを防止する目的で、シール材７０１ａ、７０１ｂで回収容器１１３側から封止されるが、例えば図８に示すシール材８０２ａ、８０２ｂのように、アノード室１０８側から封止されても良い。また図８に示すシール材８０２ａ、８０２ｂのような形状で封止されても良い。シール材の形状は、７０１ａ、７０１ｂ、８０２ａ、８０２ｂに示した形状に限定されず、水素リッチガスあるいはアノード極滞留水の抵抗となる形状であれば全て適用可能である。

図９に本発明の燃料電池の水回収機構の第８の変形例を示す。図９において、図１乃至８に示した構成要素と、構成、機能、動作が同一の構成要素に関しては、同一の引用符号を示し、重複を避けるため詳細な説明は割愛する。

図９に示す燃料電池１０１は、図１乃至８に示した燃料電池と異なり、回転構造として軸受を使用せず、屈曲部９０１をベローズ構造とする。上記構造とすることで、部品点数の少ない回転構造を実現することができ、アノード極滞留水回収部１０３および燃料電池１０１の小型化に適した構造とすることができる。

本発明の燃料電池の水回収機構の基本形例の構成を示す図である。 本発明の燃料電池の水回収機構の第１の変形例として回収容器の回転抑制機構を付加した構造を示す図である。 本発明の燃料電池の水回収機構の第２の変形例として、回収容器内の水逆流抑制機構を付加した構造を示す図である。 本発明の燃料電池の水回収機構の第３の変形例として、回転力増進機構としてアノード室内錘を付加した構造を示す図である。 本発明の燃料電池の水回収機構の第４の変形例として、管体の接続構造の変形例を付加した図である。 本発明の燃料電池の水回収機構の第５の変形例として、回転補助機構としての拘束体と被拘束体を付加した構造を示す図である。 本発明の燃料電池の水回収機構の第６の変形例として、回収容器内部の構造の変形例を示す図である。 本発明の燃料電池の水回収機構の第７の変形例として、アノード室内部の構造の変形例を示す図である。 本発明の燃料電池の水回収機構の第８の変形例として、管体の屈曲部の変形例を示す図である。 本発明の燃料電池の水回収機構の、回転錘の形状の一例を示す図である。 本発明の燃料電池の水回収機構の、管体複合部材構造の一例を示す図である。

符号の説明

１０１ 燃料電池
１０２ 発電セル
１０３ アノード極滞留水回収部
１０４ カソード押さえ板
１０５ カソード集電板
１０６ ＭＥＡ
１０７ アノード集電板
１０８ アノード室
１０９ 管体
１１０ 軸受固定具
１１１ 軸受
１１２ 回転錘
１１３ 回収容器

Claims (14)

1. プロトン導電性を有する樹脂からなる電解質と前記電解質の両面に配置される触媒層とからなる膜電極接合体と、
   それぞれガス拡散層と集電体層からなるアノード極及びカソード極とから構成される発電部と、
   前記発電部に接続され、該発電部に導入する水素リッチガスを発生する水素発生部と、
   前記発電部のアノード極に備えられた排出口と、前記排出口から前記アノード極の内部に導入される管体と、
   を有する燃料電池の水回収機構であり、
   前記固体高分子型燃料電池システムの姿勢によらず前記管体の末端部が常に同一方向を保持する姿勢吸収構造を具備したことを特徴とする燃料電池の水回収機構。
2. 前記姿勢吸収構造として、前記管体の末端部が外部からの電力供給を必要とせずに前記アノード極の内部を自在に動く可動構造であることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池の水回収機構。
3. 前記可動構造として、前記排出口を中心として前記管体の末端部が前記アノード極の内部を回転自在に動く回転構造であることを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池の水回収機構。
4. 前記回転構造として、前記管体が前記排出口からアノード極に導入された屈曲部と回転軸部からなる管体であり、前記管体が前記排出口に設置された回転軸保持部により保持された構成であることを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池の水回収機構。
5. 前記回転軸保持部が軸受であって、前記排出口と前記軸受の間にガスシール材が設置された構成であることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池の水回収機構。
6. 前記回転構造として、前記管体に回転力増進機構が具備されたことを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池の水回収機構。
7. 前記回転力増進機構が、前記管体の屈曲部の任意の位置に設置された錘であることを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池の水回収機構。
8. 前記回転力増進機構が、前記管体の回転軸部の回転軸と同軸上に設置され、重心が前記回転軸から偏った位置にある回転錘であることを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池の水回収機構。
9. 前記回転錘の形状が、扇形状であることを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池の水回収機構。
10. 前記回転構造として、前記管体が伸縮自在であり、かつ前記管体の屈曲部の任意の位置に錘が設置された構成であることを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池の水回収機構。
11. 前記管体の屈曲部が伸縮自在の材質であることを特徴とする、請求項１０に記載の燃料電池の水回収機構。
12. 前記管体の屈曲部がベローズ構造であることを特徴とする、請求項１０に記載の燃料電池の水回収機構。
13. 前記回転構造として、前記管体の屈曲部の任意の位置に被拘束体が設置され、前記アノード極の内部に前記被拘束体の動きの方向を拘束する拘束体が具備されることを特徴とする、請求項３乃至１２のいずれか一項に記載の燃料電池の水回収機構。
14. プロトン導電性を有する樹脂からなる電解質と前記電解質を狭持する触媒層を有する膜電極接合体と、
    前記膜電極集合体の一方の面に接し、前記一方の面から順にガス拡散層、集電体層を有するアノード極と、
    前記膜電極集合体の他方の面に接し、前記他方の面から順にガス拡散層、集電体層を有するカソード極と、
    前記アノード極に接するアノード室と、
    前記アノード室の外壁を貫通して設けられ、一端が前記アノード室内の内壁に近接して設けられた開口部を有し、貫通した前記アノード室の壁面と垂直方向に回転軸を有し、回転可能な管体と、
    前記管体の他端に接続された回収容器と、
    前記管体を前記アノード室の壁面に対して前記回転軸方向に固定する軸受固定具と、
    前記軸受固定具に回転可能に保持され、前記管体に設けられた軸受と、
    前記管体に設けられた回転錘と、
    を有する燃料電池システム。

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