JP2007123042A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce troubles caused by the stacking of fuel cells, and eliminate a fastening structure for stacking. <P>SOLUTION: A plurality of fuel cell units are incorporated in a solid electrolyte membrane, and a DC-DC converter of a step-up type is connected to each fuel cell unit, and the DC-DC converters are connected in series, and thereby a high output voltage is obtained by using a smaller current than that at the power generation of each fuel cell unit. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は燃料電池装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell device.

燃料電池（以下、「セル」ということがある）は空気極と水素極とで電解質膜を挟持する構成であり、空気極と水素極とを結線して電力を取出している。現在のところ、単一の燃料電池から取り出せる電圧が小さい（例えば電圧が１Ｖ以下）ので、複数の燃料電池を積層して燃料電池装置を構成し、各燃料電池の出力を総合して所望の電力を得ている。燃料電池スタックでは電流は各燃料電池の面直方向に流れ、スタックの端部から取出される。
本発明に関連する文献として特許文献１を参照されたい。
特開２００４―５５６０３号公報 A fuel cell (hereinafter also referred to as a “cell”) has a configuration in which an electrolyte membrane is sandwiched between an air electrode and a hydrogen electrode, and takes out electric power by connecting the air electrode and the hydrogen electrode. At present, since the voltage that can be taken out from a single fuel cell is small (for example, the voltage is 1 V or less), a fuel cell device is configured by stacking a plurality of fuel cells, and the output of each fuel cell is combined to obtain a desired power. Have gained. In the fuel cell stack, current flows in the direction perpendicular to the plane of each fuel cell and is taken out from the end of the stack.
Reference should be made to Patent Document 1 as a document related to the present invention.
JP 2004-55603 A

本発明者は上記燃料電池装置のスタック構造に着目し、検討を重ねてきた結果、下記の解決すべき課題を見出した。
例えば固体高分子電解質膜を用いた燃料電池には１Ａ／ｃｍ２（０．６Ｖのとき）の発電能力があるので、燃料電池の面積を１００ｃｍ２とした場合、単一の燃料電池から１００Ａもの電流が流れる。燃料電池スタックでは、電流は各燃料電池の面直方向に流れるので、燃料電池のユニット間に接触抵抗が生じ、発電して得た電力を熱としてロスしてしまう。
上記接触抵抗を低減するためには、スタックを締結する構造が必要になり、また当該締結構造を維持するために大きな力に耐える部材が要求される。その結果、燃料電池スタックが大型化しその重量が増大してしまう。 The present inventor has paid attention to the stack structure of the fuel cell device and, as a result of repeated studies, has found the following problems to be solved.
For example, since a fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane has a power generation capacity of 1 A / cm 2 (at 0.6 V), when the area of the fuel cell is 100 cm 2 , a single fuel cell has a capacity of 100 A Current flows. In the fuel cell stack, current flows in the direction perpendicular to the surface of each fuel cell, so that contact resistance occurs between the units of the fuel cell, and the electric power obtained by power generation is lost as heat.
In order to reduce the contact resistance, a structure for fastening the stack is required, and a member that can withstand a large force is required to maintain the fastening structure. As a result, the fuel cell stack becomes large and its weight increases.

この発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その第１の局面は次のように規定される。即ち、
固体電解質膜、
該固体電解質膜の第１の面に配置される第１の空気極、及び前記固体電解質膜の第２の面において前記第１の空気極と対向する位置に配置される第１の水素極、
前記固体電解質膜の第１の面において前記第１の空気極から分離して配置される第２の空気極、及び前記固体電解質膜の第２の面において前記第２の水素極と対向する位置に前記第１の水素極から分離して配置される第２の水素極、
前記第１の空気極及び前記第１の水素極に接続される第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、並びに
前記第２の空気極及び前記第２の水素極に接続される第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、を備え、
前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータと前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータとが直列接続される、ことを特徴とする燃料電池装置。 The present invention has been made to solve the above problems, and the first aspect thereof is defined as follows. That is,
Solid electrolyte membrane,
A first air electrode disposed on the first surface of the solid electrolyte membrane, and a first hydrogen electrode disposed at a position facing the first air electrode on the second surface of the solid electrolyte membrane;
A second air electrode arranged separately from the first air electrode on the first surface of the solid electrolyte membrane, and a position facing the second hydrogen electrode on the second surface of the solid electrolyte membrane A second hydrogen electrode disposed separately from the first hydrogen electrode,
A first DC / DC converter connected to the first air electrode and the first hydrogen electrode, and a second DC / DC converter connected to the second air electrode and the second hydrogen electrode With
The fuel cell device, wherein the first DC / DC converter and the second DC / DC converter are connected in series.

このように構成された第１の局面の燃料電池装置によれば、ある一つの面内において第１の空気極及び第１の水素極により第１の燃料電池ユニットが構成される。この第１の燃料電池ユニットの出力は第１のＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧される（電流は小さくなる）。他方、同一の面内において第２の空気極及び第２の水素極により第２の燃料電池ユニットが構成され、この第２の燃料電池ユニットの出力は第２のＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧される（電流は小さくなる）。第１のＤＣ／ＤＣコンバータと第２のＤＣ／ＤＣコンバータとは直列接続されているので、各燃料電池ユニットの出力電圧が加算されて取出される。また、各燃料電池ユニットからの電流は各ＤＣ／ＤＣコンバータにより小さくされるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ間の電気的接続を汎用的な電気配線により行なうことができる。
かかる構成を採用することにより、燃料電池を積層しなくても、充分な電圧を得ることができる。その結果、接触抵抗による電力ロスが無くなり燃料電池装置として高い出力効率が得られる。また、スタックを維持する締結構造が不要となるので、燃料電池の小型及び軽量化を達成できる。さらに積層してスタックを構成した場合でも、接触抵抗による電力ロスが無くなるので、従来よりも締結構造や集電構造を簡略化できる。 According to the fuel cell device of the first aspect configured as described above, the first fuel cell unit is configured by the first air electrode and the first hydrogen electrode in a certain plane. The output of the first fuel cell unit is boosted by the first DC / DC converter (current is reduced). On the other hand, the second fuel cell unit is constituted by the second air electrode and the second hydrogen electrode in the same plane, and the output of the second fuel cell unit is boosted by the second DC / DC converter. (The current becomes smaller). Since the first DC / DC converter and the second DC / DC converter are connected in series, the output voltage of each fuel cell unit is added and taken out. In addition, since the current from each fuel cell unit is reduced by each DC / DC converter, electrical connection between the DC / DC converters can be performed by general-purpose electrical wiring.
By adopting such a configuration, a sufficient voltage can be obtained without stacking fuel cells. As a result, power loss due to contact resistance is eliminated, and high output efficiency is obtained as a fuel cell device. Further, since a fastening structure for maintaining the stack is not required, the fuel cell can be reduced in size and weight. Further, even when a stack is formed by stacking, since a power loss due to contact resistance is eliminated, the fastening structure and the current collecting structure can be simplified as compared with the conventional structure.

この発明の第２の局面は次のように規定される。即ち、
第１の局面の燃料電池装置において、前記第１の及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータは前記固体電解質膜の第１の面において、前記固体電解質膜を貫通する配線部を被覆するように固定される。
このように構成される第２の局面の燃料電池装置によれば、水素極側の出力配線が固体電解質膜を貫通しているとき、その配線部をＤＣ／ＤＣコンバータで被覆することにより、水素極側から空気極側への水素漏洩をより確実に防止できる。ＤＣ／ＤＣコンバータを固体電解質膜の空気極側の面（第１の面）へ配置することにより、電極の厚さを薄くできるという効果がある。 The second aspect of the present invention is defined as follows. That is,
In the fuel cell device according to the first aspect, the first and second DC / DC converters are fixed on the first surface of the solid electrolyte membrane so as to cover the wiring portion penetrating the solid electrolyte membrane. The
According to the fuel cell device of the second aspect configured as described above, when the output wiring on the hydrogen electrode side penetrates the solid electrolyte membrane, the wiring portion is covered with the DC / DC converter, thereby Hydrogen leakage from the electrode side to the air electrode side can be prevented more reliably. By arranging the DC / DC converter on the air electrode side surface (first surface) of the solid electrolyte membrane, there is an effect that the thickness of the electrode can be reduced.

この発明の第３の局面は次のように規定される。即ち、
第１若しくは第２の局面に記載の燃料電池装置において、前記固体電解質膜の第１の面において前記第１の空気極及び前記第２の空気極から分離して配置される第３の空気極、並びに前記固体電解質膜の第２の面において前記第３の空気極と対向する位置に前記第１の水素極及び前記第２の水素極から分離して配置される第３の水素極と、
前記第３の空気極及び前記第３の水素極に接続される第３のＤＣ／ＤＣコンバータと、が更に備えられ、
該第３のＤＣ／ＤＣコンバータは前記第１及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータに直列接続されている。
このように構成された第３の局面の燃料電池装置によれば、更に高い電圧を得ることができる。 The third aspect of the present invention is defined as follows. That is,
In the fuel cell device according to the first or second aspect, a third air electrode arranged separately from the first air electrode and the second air electrode on the first surface of the solid electrolyte membrane. And a third hydrogen electrode that is disposed separately from the first hydrogen electrode and the second hydrogen electrode at a position facing the third air electrode on the second surface of the solid electrolyte membrane,
A third DC / DC converter connected to the third air electrode and the third hydrogen electrode;
The third DC / DC converter is connected in series to the first and second DC / DC converters.
According to the fuel cell device of the third aspect configured as described above, a higher voltage can be obtained.

この発明の第４の局面は次のように規定される。即ち、
第１若しくは第２の局面の燃料電池装置において、前記固体電解質膜の第１の面において前記第１の空気極及び前記第２の空気極から分離して配置される第３の空気極、並びに前記固体電解質膜の第２の面において前記第３の空気極と対向する位置に前記第１の水素極及び前記第２の水素極から分離して配置される第３の水素極と、
前記第３の空気極及び前記第３の空気極に接続される第３のＤＣ／ＤＣコンバータと、が更に備えられ、
該第３のＤＣ／ＤＣコンバータは前記第１及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータと並列接続である。
このように構成された第４の局面の燃料電池装置によれば、１つの固体電解質膜に配置された複数のＤＣ／ＤＣコンバータの結線方法（直列or並列）を選択することにより、出力を任意に制御することが可能となる。 The fourth aspect of the present invention is defined as follows. That is,
In the fuel cell device of the first or second aspect, a third air electrode disposed separately from the first air electrode and the second air electrode on the first surface of the solid electrolyte membrane, and A third hydrogen electrode disposed separately from the first hydrogen electrode and the second hydrogen electrode at a position facing the third air electrode on the second surface of the solid electrolyte membrane;
A third DC / DC converter connected to the third air electrode and the third air electrode;
The third DC / DC converter is connected in parallel with the first and second DC / DC converters.
According to the fuel cell device of the fourth aspect configured as described above, an output can be arbitrarily selected by selecting a connection method (series or parallel) of a plurality of DC / DC converters arranged on one solid electrolyte membrane. It becomes possible to control to.

この発明の第５の局面は次のように規定される。即ち、
第３若しくは第４の局面に記載の燃料電池装置において、前記第３のＤＣ／ＤＣコンバータは前記固体電解質膜の第１の面において、前記固体電解質膜を貫通する配線部を被覆するように固定される。
このように構成された第５の局面の燃料電池装置よれば、水素極側の出力配線が固体電解質膜を貫通しているとき、その配線部をＤＣ／ＤＣコンバータで被覆することにより、水素極側から空気極側への水素漏洩をより確実に防止できる。 The fifth aspect of the present invention is defined as follows. That is,
In the fuel cell device according to the third or fourth aspect, the third DC / DC converter is fixed on the first surface of the solid electrolyte membrane so as to cover a wiring portion penetrating the solid electrolyte membrane. Is done.
According to the fuel cell device of the fifth aspect configured as described above, when the output wiring on the hydrogen electrode side penetrates the solid electrolyte membrane, the wiring portion is covered with the DC / DC converter, thereby Hydrogen leakage from the side to the air electrode side can be prevented more reliably.

この発明の第６の局面は次のように規定される。即ち、
第１〜第５の局面のいずれかに記載の燃料電池装置において、前記固体電解質膜が可撓性を有する。
このように構成された第６の局面の燃料電池装置によれば固体電解質膜が可撓性を有するので、当該固体電解質膜を大面積化しても、これを折りたたんだり、丸めることによりコンパクトに収納することができる。固体電解質膜を大面積化すると、そこへ積層可能な、空気極（相互に分離している）及び水素極（相互に分離している）の数量が多くなる。よって、より高い出力を得ることができる。 The sixth aspect of the present invention is defined as follows. That is,
In the fuel cell device according to any one of the first to fifth aspects, the solid electrolyte membrane has flexibility.
According to the fuel cell device of the sixth aspect configured as described above, since the solid electrolyte membrane has flexibility, even when the area of the solid electrolyte membrane is increased, the solid electrolyte membrane can be folded or rolled up to be stored compactly. can do. When the area of the solid electrolyte membrane is increased, the number of air electrodes (separated from each other) and hydrogen electrodes (separated from each other) that can be stacked thereon increases. Therefore, a higher output can be obtained.

以下、この発明を構成する各要素について説明する。
（固体電解質膜）
固体電解質膜は絶縁性でありかつプロトンを透過させるものであれば特に限定されない。例えば、ナフィオン（デュポン社商品名、以下同じ）膜やアシプレックス（旭化成社商品名、以下同じ）を用いることができる。
この固体電解質膜は可撓性を有することが好ましい。これを折り畳むことによりコンパクトに収納出来るからである。固体電解質膜は一体物である必要なく、各空気極や酸素極を配置する部分毎に別体で形成されていてもよい。 Hereafter, each element which comprises this invention is demonstrated.
(Solid electrolyte membrane)
The solid electrolyte membrane is not particularly limited as long as it is insulating and allows protons to pass therethrough. For example, a Nafion (DuPont brand name, hereinafter the same) membrane or Aciplex (Asahi Kasei brand name, hereinafter the same) can be used.
This solid electrolyte membrane preferably has flexibility. This is because it can be stored compactly by folding it. The solid electrolyte membrane does not need to be a single body, and may be formed separately for each portion where each air electrode or oxygen electrode is disposed.

（空気極及び酸素極）
空気極及び酸素極は汎用的な構成を採用することができる。例えば、各極は固体電解質膜に連続する反応層とその上に形成される拡散層とを備えてなる。各極の拡散層は導電性の材料（カーボン等）で形成され、ここに電線が接続さる。この電線はＤＣ／ＤＣコンバータへ接続される。
空気極及び酸素極は固体電解質膜を挟むように対向して配置され、燃料電池ユニットを構成する。空気極及び酸素極の面積を調整することにより出力電流を調整することができる。電線を介して出力電流をＤＣ／ＤＣコンバータへ送ることを考えれば、電流は０．１〜１０Ａとすることが好ましい。従って、ナフィオン膜を固体電解質膜として使用し、出力特性が０．６Ｖで１Ａ／ｃｍ２のときには、各極の面積を０．１〜１０ｃｍ２とすることとなる。 (Air electrode and oxygen electrode)
A general-purpose structure can be adopted for the air electrode and the oxygen electrode. For example, each electrode includes a reaction layer continuous with a solid electrolyte membrane and a diffusion layer formed thereon. The diffusion layer of each electrode is formed of a conductive material (carbon or the like), and an electric wire is connected thereto. This electric wire is connected to a DC / DC converter.
The air electrode and the oxygen electrode are arranged to face each other so as to sandwich the solid electrolyte membrane, and constitute a fuel cell unit. The output current can be adjusted by adjusting the areas of the air electrode and the oxygen electrode. Considering that the output current is sent to the DC / DC converter via the electric wire, the current is preferably 0.1 to 10A. Thus, using the Nafion membrane as a solid electrolyte membrane, when the output characteristic of 1A / cm 2 at 0.6V becomes possible to the area of each electrode and 0.1 to 10 2.

（ＤＣ／ＤＣコンバータ）
ＤＣ／ＤＣコンバータは燃料電池ユニットの出力（直流）を昇圧する一般的な回路を有する。ＤＣ／ＤＣコンバータは燃料電池ユニット毎に設けることが好ましい。ＤＣ／ＤＣコンバータによる昇圧率は任意に選択可能であるが、昇圧に伴い低下する電流量がＤＣ／ＤＣコンバータをつなぐ電線の定格内に収まるようにする。
燃料電池ユニット間の干渉を避けるために、ＤＣ／ＤＣコンバータを隣合う燃料電池ユニットの間に配置することが好ましい。
ＤＣ／ＤＣコンバータは固体電解質膜の空気局側の面（第１の面）に配置されることが好ましい。このＤＣ／ＤＣコンバータは固体電解質膜において水素極側から貫通する配線部をシールするように配置される。これにより、水素極側に供給される水素ガスが電解質膜と配線部のすきまから空気極側に漏洩することが防止される。 (DC / DC converter)
The DC / DC converter has a general circuit for boosting the output (direct current) of the fuel cell unit. A DC / DC converter is preferably provided for each fuel cell unit. The step-up rate by the DC / DC converter can be arbitrarily selected, but the amount of current that decreases with the step-up is set within the rating of the electric wire connecting the DC / DC converter.
In order to avoid interference between fuel cell units, it is preferable to arrange a DC / DC converter between adjacent fuel cell units.
The DC / DC converter is preferably disposed on the air station side surface (first surface) of the solid electrolyte membrane. This DC / DC converter is disposed so as to seal the wiring portion penetrating from the hydrogen electrode side in the solid electrolyte membrane. This prevents hydrogen gas supplied to the hydrogen electrode side from leaking from the gap between the electrolyte membrane and the wiring portion to the air electrode side.

ＤＣ／ＤＣコンバータは燃料電池ユニットの出力の電圧を上昇させるが、単独では産業用や車両用として充分な電圧を得ることができない。そこでＤＣ／ＤＣコンバータを直列接続することにより外部へ供給する。
燃料電池ユニットの出力（電圧）を増大させることに伴い、電流値が小さくなるので、ＤＣ／ＤＣコンバータを電線で接続可能となる。よって、接触抵抗に起因する電力ロスを可及的に低減することができる。また、燃料電池の面内方向（電極面、固体電解質膜にとって平行な方向）へ充分な電力（電圧）の取出しが可能となる。よって、スタック構造を採用する必要性がなくなる。これにより、締結構造やそれに伴う高い機械的強度を備える部材も不要となるので、燃料電池装置のコストを低減することが出来る。 Although the DC / DC converter increases the output voltage of the fuel cell unit, it cannot obtain a sufficient voltage for industrial use or vehicle use alone. Therefore, DC / DC converters are supplied to the outside by connecting them in series.
As the output (voltage) of the fuel cell unit is increased, the current value decreases, so that the DC / DC converter can be connected by an electric wire. Therefore, the power loss resulting from contact resistance can be reduced as much as possible. Further, sufficient power (voltage) can be taken out in the in-plane direction of the fuel cell (direction parallel to the electrode surface and the solid electrolyte membrane). Therefore, there is no need to adopt a stack structure. This eliminates the need for a fastening structure and a member having high mechanical strength associated therewith, thereby reducing the cost of the fuel cell device.

以下、この発明の実施例について説明する。
図１はこの発明の実施例の燃料電池装置１の構成を示す断面図であり、図２は空気局側筐体１７を省略した平面図である。
実施例の燃料電池装置１において、ナフィオンからなる固体電解質膜３の第１の面側に複数の空気極５Ａ〜５Ｉが相互に分離して配置され、各空気極５Ａ〜５Ｉに対向して固体電解質膜３の第２の面側に水素極が相互に分離して配置されている。
空気極５Ａ〜５Ｉはいずれも同一矩形状であり、固体電解質膜３の第１の面に均等に分配されている。各空気極の形状及び面積に変化を与えることもできる。水素極は空気極と合同形状とすることが好ましい。
空気極及び水素極は固体電解質膜３に接する部分を反応層とし、該反応層の上に拡散層を積層させた構成である。反応層は導電性活性炭に触媒を担持させ更にナフィオン溶液を含浸させている。拡散層も導電性のカーボン（カーボンクロスやカーボンペーパー等）からなり、ここに配線８Ａ、９Ａが結線され、この配線８Ａ及び９Ａは第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａの入力線となる。 Examples of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a fuel cell device 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view in which an air station side housing 17 is omitted.
In the fuel cell device 1 of the embodiment, a plurality of air electrodes 5A to 5I are arranged separately from each other on the first surface side of the solid electrolyte membrane 3 made of Nafion, and are opposed to the air electrodes 5A to 5I. Hydrogen electrodes are disposed on the second surface side of the electrolyte membrane 3 so as to be separated from each other.
The air electrodes 5 </ b> A to 5 </ b> I are all in the same rectangular shape, and are evenly distributed on the first surface of the solid electrolyte membrane 3. It is also possible to change the shape and area of each air electrode. The hydrogen electrode is preferably congruent with the air electrode.
The air electrode and the hydrogen electrode have a structure in which a portion in contact with the solid electrolyte membrane 3 is a reaction layer, and a diffusion layer is laminated on the reaction layer. In the reaction layer, a catalyst is supported on conductive activated carbon and further impregnated with a Nafion solution. The diffusion layer is also made of conductive carbon (carbon cloth, carbon paper, or the like), and wirings 8A and 9A are connected to the diffusion layer, and the wirings 8A and 9A serve as input lines for the first DC / DC converter 13A.

相互に対向する空気極５と水素極７とで燃料電池ユニット１０が構成される。より具体的には、第１の空気極５Ａと第１の水素極７Ａとで第１の燃料電池ユニット１０Ａが構成される。この第１の燃料電池ユニット１０Ａにおいて、水素極７Ａの配線９Ａは、固体電解質膜３を貫通して第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａへ入力される。ここに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａのパッケ−ジは固体電解質膜３を貫通する配線９Ａの出口をシールするように固定される。これにより、水素極に供給された水素が配線９Ａの貫通孔を介して空気極側へ漏洩することをより確実に防止可能となる。   A fuel cell unit 10 is composed of the air electrode 5 and the hydrogen electrode 7 facing each other. More specifically, the first fuel cell unit 10A is constituted by the first air electrode 5A and the first hydrogen electrode 7A. In the first fuel cell unit 10A, the wiring 9A of the hydrogen electrode 7A passes through the solid electrolyte membrane 3 and is input to the first DC / DC converter 13A. Here, the package of the DC / DC converter 13A is fixed so as to seal the outlet of the wiring 9A penetrating the solid electrolyte membrane 3. Thereby, it becomes possible to more reliably prevent hydrogen supplied to the hydrogen electrode from leaking to the air electrode side through the through hole of the wiring 9A.

同様に、第２の空気極５Ｂと第２の水素極７Ｂとで第２の燃料電池ユニット１０Ｂが構成され、各極は第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ｂへ接続される。同じく、第３の空気極５Ｃと第３の水素極７Ｃとで第３の燃料電池ユニット１０Ｃが構成され、各極は第２のＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ｃへ接続される。
第１〜第３のＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａ〜１３Ｃは出力線１５Ａ及び１５Ｂにより直列に接続されている。
図中の符号１７は空気極側の筐体であり、ファン等を備える空気供給系から空気が送り込まれる。符号１９は水素極側の筐体であり、水素ガスが水素ガス供給系から送り込まれる。 Similarly, the second air electrode 5B and the second hydrogen electrode 7B constitute a second fuel cell unit 10B, and each electrode is connected to the second DC / DC converter 13B. Similarly, the third fuel cell unit 10C is configured by the third air electrode 5C and the third hydrogen electrode 7C, and each electrode is connected to the second DC / DC converter 13C.
The first to third DC / DC converters 13A to 13C are connected in series by output lines 15A and 15B.
Reference numeral 17 in the figure denotes a casing on the air electrode side, and air is supplied from an air supply system including a fan and the like. Reference numeral 19 denotes a housing on the hydrogen electrode side, and hydrogen gas is fed from a hydrogen gas supply system.

この実施例では、空気極５及び水素極７の面積を約５ｃｍ２としたので各燃料電池ユニット１０あたり５Ａ（０．６Ｖ）の出力が得られる。各ＤＣ／ＤＣコンバータ１３としてほぼ９０％の変換効率を有するものを採用したところ、例えば第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａの出力は０．５Ａ（５．５Ｖ）となる。
第１のＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａから第３のＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ｃを直列に接続すると、燃料電池装置１の終端出力は約１６．５Ｖとなる。勿論、直列接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ（及びそれに出力する燃料電池ユニット）の数を増加させることにより、燃料電池装置１の終端出力を増大させることができる。
この実施例では、第４の空気極５Ｄを含む第４の燃料電池ユニットに対応して第４のＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ｄを備えており、これは第１及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータに対して並列に配置されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を並列接続することにより、電池の容量が増大する。また、直列接続の場合、１カ所でも断線すると電力供給が停止するおそれがあるが、並列接続を採用することにより、かかる障害を防止することができる。 In this embodiment, since the area of the air electrode 5 and the hydrogen electrode 7 is about 5 cm 2 , an output of 5 A (0.6 V) is obtained for each fuel cell unit 10. When each DC / DC converter 13 having a conversion efficiency of approximately 90% is employed, for example, the output of the first DC / DC converter 13A is 0.5 A (5.5 V).
When the first DC / DC converter 13A to the third DC / DC converter 13C are connected in series, the termination output of the fuel cell device 1 is about 16.5V. Of course, the termination output of the fuel cell device 1 can be increased by increasing the number of DC / DC converters (and fuel cell units that output the DC / DC converters) connected in series.
In this embodiment, a fourth DC / DC converter 13D is provided corresponding to the fourth fuel cell unit including the fourth air electrode 5D, which is different from the first and second DC / DC converters. Are arranged in parallel. By connecting the DC / DC converter 13 in parallel, the capacity of the battery is increased. Further, in the case of series connection, there is a possibility that the power supply may be stopped if one line is disconnected, but such a failure can be prevented by adopting parallel connection.

図３には他の実施例の燃料電池装置２１を示す。図１及び図２と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。図３の例の燃料電池装置においては、全てのＤＣ／ＤＣコンバータ１３Ａ〜１３Ｉが全て直列接続されている。これにより、最も高い電圧を得ることができる。   FIG. 3 shows a fuel cell device 21 of another embodiment. The same elements as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In the fuel cell device of the example of FIG. 3, all the DC / DC converters 13A to 13I are all connected in series. Thereby, the highest voltage can be obtained.

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。   The present invention is not limited to the description of the embodiments and examples of the invention described above. Various modifications may be included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the description of the scope of claims.

図１はこの発明の実施例の燃料電池装置の構成を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a fuel cell device according to an embodiment of the present invention. 図２は同じく燃料電池装置の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the fuel cell device. 図３は他の実施例の燃料電池装置の構成を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing a configuration of a fuel cell device according to another embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１、２１ 燃料電池装置
３ 固体電解質膜
５Ａ〜５Ｉ 空気極
７Ａ〜７Ｃ 水素極
１０Ａ〜１０Ｃ 燃料電池ユニット
１３Ａ〜１３Ｉ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１５Ａ、１５Ｂ 出力線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 21 Fuel cell apparatus 3 Solid electrolyte membrane 5A-5I Air electrode 7A-7C Hydrogen electrode 10A-10C Fuel cell unit 13A-13I DC / DC converter 15A, 15B Output line

Claims (6)

固体電解質膜、
該固体電解質膜の第１の面に配置される第１の空気極、及び前記固体電解質膜の第２の面において前記第１の空気極と対向する位置に配置される第１の水素極、
前記固体電解質膜の第１の面において前記第１の空気極から分離して配置される第２の空気極、及び前記固体電解質膜の第２の面において前記第２の水素極と対向する位置に前記第１の水素極から分離して配置される第２の水素極、
前記第１の空気極及び前記第１の水素極に接続される第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、並びに
前記第２の空気極及び前記第２の水素極に接続される第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、を備え、
前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータと前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータとが直列接続される、ことを特徴とする燃料電池装置。 Solid electrolyte membrane,
A first air electrode disposed on the first surface of the solid electrolyte membrane, and a first hydrogen electrode disposed at a position facing the first air electrode on the second surface of the solid electrolyte membrane;
A second air electrode arranged separately from the first air electrode on the first surface of the solid electrolyte membrane, and a position facing the second hydrogen electrode on the second surface of the solid electrolyte membrane A second hydrogen electrode disposed separately from the first hydrogen electrode,
A first DC / DC converter connected to the first air electrode and the first hydrogen electrode, and a second DC / DC converter connected to the second air electrode and the second hydrogen electrode With
The fuel cell device, wherein the first DC / DC converter and the second DC / DC converter are connected in series. 前記第１の及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータは前記固体電解質膜の第１の面において、前記固体電解質膜を貫通する配線部を被覆するように固定される、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。   2. The first and second DC / DC converters are fixed on the first surface of the solid electrolyte membrane so as to cover a wiring portion penetrating the solid electrolyte membrane. The fuel cell device described in 1. 前記固体電解質膜の第１の面において前記第１の空気極及び前記第２の空気極から分離して配置される第３の空気極、並びに前記固体電解質膜の第２の面において前記第３の空気極と対向する位置に前記第１の水素極及び前記第２の水素極から分離して配置される第３の水素極と、
前記第３の空気極及び前記第３の水素極に接続される第３のＤＣ／ＤＣコンバータと、が更に備えられ、
該第３のＤＣ／ＤＣコンバータは前記第１及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータに直列接続されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池装置。 A third air electrode arranged separately from the first air electrode and the second air electrode on the first surface of the solid electrolyte membrane, and the third air electrode on the second surface of the solid electrolyte membrane. A third hydrogen electrode disposed separately from the first hydrogen electrode and the second hydrogen electrode at a position facing the air electrode of
A third DC / DC converter connected to the third air electrode and the third hydrogen electrode;
3. The fuel cell device according to claim 1, wherein the third DC / DC converter is connected in series to the first and second DC / DC converters. 前記固体電解質膜の第１の面において前記第１の空気極及び前記第２の空気極から分離して配置される第３の空気極、並びに前記固体電解質膜の第２の面において前記第３の空気極と対向する位置に前記第１の水素極及び前記第２の水素極から分離して配置される第３の水素極と、
前記第３の空気極及び前記第３の水素極に接続される第３のＤＣ／ＤＣコンバータと、が更に備えられ、
該第３のＤＣ／ＤＣコンバータは前記第１及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータと並列接続である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池装置。 A third air electrode arranged separately from the first air electrode and the second air electrode on the first surface of the solid electrolyte membrane, and the third air electrode on the second surface of the solid electrolyte membrane. A third hydrogen electrode disposed separately from the first hydrogen electrode and the second hydrogen electrode at a position facing the air electrode of
A third DC / DC converter connected to the third air electrode and the third hydrogen electrode;
3. The fuel cell device according to claim 1, wherein the third DC / DC converter is connected in parallel with the first and second DC / DC converters. 前記第３のＤＣ／ＤＣコンバータは前記固体電解質膜の第１の面において、前記固体電解質膜を貫通する配線部を被覆するように固定される、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料電池装置。   The third DC / DC converter is fixed on the first surface of the solid electrolyte membrane so as to cover a wiring portion that penetrates the solid electrolyte membrane. Fuel cell device. 前記固体電解質膜が可撓性を有する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池装置。   The fuel cell device according to claim 1, wherein the solid electrolyte membrane has flexibility.
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