JP2007184157A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of supplying oxidizer gas to a plurality of fuel battery cells uniformly. <P>SOLUTION: The fuel cell system is composed of a fuel cell stack part 18 formed by arranging a plurality of fuel battery cells 11 formed by interposing an electrolyte membrane between an anode and a cathode on a plane with the cathode laid upside; a body of equipment 14 covering cathode side face of the fuel cell stack part 18 so as to form an air flow space 29 between the cathode and itself, a fan 51 arranged so as to become flash with the fuel cell stack part 18, and a fan cover 52 covering every direction of the fan 51. The body of equipment is arranged so as to have an air inlet part 24 opened for introducing air to the air flow space, and an exhaustion part opened for exhausting the air. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムに関し、特に、複数の燃料電池セルが同一平面上に配置された平面スタック型燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a planar stack type fuel cell system in which a plurality of fuel cells are arranged on the same plane.

電解質膜をアノードとカソードとで挟持した電極−電解質膜接合体(Membrane and Electrode Assembly。以下、MEAという。)を有する燃料電池システムが知られている。液体燃料を直接アノードに供給するタイプの燃料電池は、直接型燃料電池と呼ばれる。   There is known a fuel cell system having an electrode-electrolyte membrane assembly (hereinafter referred to as MEA) in which an electrolyte membrane is sandwiched between an anode and a cathode. A type of fuel cell that supplies liquid fuel directly to the anode is called a direct fuel cell.

その発電メカニズムを以下に示す。まず、供給された液体燃料がアノードに担持された触媒上で分解してプロトン、電子および中間生成物を生成する。生成したプロトンは電解質膜を透過してカソード側に移動する。一方、生成した電子は外部負荷を経てカソード側に移動する。そしてプロトンと電子がカソードで空気中の酸素と反応反応生成物を生成する。このような反応により発電するというものである。   The power generation mechanism is shown below. First, the supplied liquid fuel is decomposed on the catalyst supported on the anode to generate protons, electrons and intermediate products. The generated protons pass through the electrolyte membrane and move to the cathode side. On the other hand, the generated electrons move to the cathode side through an external load. Then, protons and electrons generate oxygen and reaction products in the air at the cathode. Power is generated by such a reaction.

例えば、液体燃料としてメタノール水溶液をそのまま使用するダイレクトメタノール型燃料電池(以下、DMFCという。)では、アノードにおいて下式1で表されるように、メタノールと水が反応し、カソードにおいて下式2で表されるように、プロトンと酸素が反応して水が生成する。
(反応式1);CHOH + HO →CO + 6H + 6e、
(反応式2);6H + 6e + 3/2O → 3H
For example, in a direct methanol fuel cell (hereinafter referred to as DMFC) that uses an aqueous methanol solution as a liquid fuel as it is, methanol and water react at the anode as represented by Formula 1 below, and As shown, protons and oxygen react to produce water.
(Scheme 1); CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e,
(Scheme 2); 6H + + 6e + 3 / 2O 2 → 3H 2 O

反応式2が示すように、発電に関わる反応において、カソードでは酸素が酸化剤として消費される。燃料電池の起電力を十分に確保するためには、カソードに対して十分に酸化剤が供給される必要がある。   As shown in Reaction Formula 2, in the reaction related to power generation, oxygen is consumed as an oxidizing agent at the cathode. In order to sufficiently secure the electromotive force of the fuel cell, it is necessary to sufficiently supply the oxidant to the cathode.

一方、液体燃料を使用した燃料電池システムは、携帯機器をはじめとした種々の電子機器用電源としての研究開発が活発に進められている。このような燃料電池システムに要求される特性としては、(1)電源として用いるのに必要な電力が確保できること、(2)携帯用機器のフットプリントに収まるような小型化、軽量化されていること、等が挙げられる。   On the other hand, research and development of a fuel cell system using liquid fuel has been actively promoted as a power source for various electronic devices including portable devices. The characteristics required for such a fuel cell system are: (1) electric power necessary for use as a power source can be secured, and (2) miniaturization and weight reduction that fits in the footprint of portable equipment. And so on.

例えば、PCのような電子機器電源として用いるためには、単一のMEAでは出力が小さいため、複数の燃料電池セルが連結して用いられる。複数の燃料電池セルを連結することで、高い電圧および出力を得ることができる。複数の燃料電池セルを連結した場合には、各複数の燃料電池セルの発電は均等に行われることが好ましい。よって、複数の燃料電池セルに均等に酸化剤が供給されることが望まれる。   For example, in order to use as an electronic device power source such as a PC, since a single MEA has a small output, a plurality of fuel cells are connected and used. A high voltage and output can be obtained by connecting a plurality of fuel cells. When a plurality of fuel cells are connected, it is preferable that the power generation of each of the plurality of fuel cells is performed equally. Therefore, it is desired that the oxidant is supplied evenly to the plurality of fuel cells.

複数の燃料電池セルを有する燃料電池スタックに酸化剤を供給する方法として、特許文献1は、遠心式のファンで吸引した空気を、下流に向かって拡径するマニホールドを介して燃料電池に供給する燃料電池の空気供給装置において、そのマニホールドに複数枚の整流板を設け、その整流板をそれらの離間距離がそのマニホールドの下流に向かって大きくなるように配置するとともに、その整流板より下流にパンチングプレートおよびスポンジの少なくともいずれかからなる整流器を設けるように構成した燃料電池の空気供給装置、を開示している。   As a method for supplying an oxidant to a fuel cell stack having a plurality of fuel cells, Patent Document 1 supplies air sucked by a centrifugal fan to a fuel cell via a manifold that expands in diameter downstream. In a fuel cell air supply device, a plurality of rectifying plates are provided in the manifold, and the rectifying plates are arranged so that the distance between them is increased toward the downstream of the manifold, and punching is performed downstream of the rectifying plate. An air supply device for a fuel cell configured to provide a rectifier made of at least one of a plate and a sponge is disclosed.

また、特許文献2では、単一のファンを用いて複数の燃料電池セルに空気を供給する方法を提案している。即ち、特許文献2は、電解質板を燃料極および酸化剤極で挟んで形成される起電部と、酸化剤極表面に設けられ両端を有する酸化剤ガス流通路と、この酸化剤ガス流通路の一方の単部で連通したマニホールドと、このマニホールド内部を減圧する減圧手段とを有する燃料電池、を開示している。また、マニホールド内に整流板が形成されることを開示している。更に、酸化剤ガス流通路の他方の端部にはプレフィルターが形成されることをを開示している。   Patent Document 2 proposes a method of supplying air to a plurality of fuel cells using a single fan. That is, Patent Document 2 discloses an electromotive portion formed by sandwiching an electrolyte plate between a fuel electrode and an oxidant electrode, an oxidant gas flow passage provided on the surface of the oxidant electrode and having both ends, and the oxidant gas flow passage. A fuel cell having a manifold communicated with one of the above and a decompression means for decompressing the inside of the manifold is disclosed. Moreover, it discloses that a current plate is formed in the manifold. Furthermore, it discloses that a prefilter is formed at the other end of the oxidant gas flow passage.

また、特許文献3は、燃料電池スタックへ空気を供給する遠心送風機と、燃料電池単位ユニットの空気極に接する空気流路の導入口側に設けられ、遠心送風機から送られてくる空気を各導入口へ分配する空気分配手段と、横断面形状が矩形の管状体であって、一端の空気流入口が遠心送風機の空気排出口に、他端の空気流出口が空気分配手段の空気取入口に接続された導風路とを備えた燃料電池の空気供給装置、を開示している。   Patent Document 3 discloses a centrifugal blower that supplies air to the fuel cell stack and an air flow path that is in contact with the air electrode of the fuel cell unit unit, and introduces air sent from the centrifugal blower. An air distribution means for distributing to the mouth, and a tubular body having a rectangular cross section, one end of the air inlet being an air outlet of the centrifugal blower and the other end of the air outlet being an air inlet of the air distributor An air supply device for a fuel cell including a connected air guide path is disclosed.

ところで、燃料電池スタックを構成する複数の燃料電池セルの配置方法としては、複数の燃料電池セルが厚み方向に積層されたバイポーラ型と、複数の燃料電池セルが同一平面上に並んだ平面スタック型とが知られている。   By the way, as a method of arranging a plurality of fuel cells constituting the fuel cell stack, a bipolar type in which a plurality of fuel cells are stacked in a thickness direction and a planar stack type in which a plurality of fuel cells are arranged on the same plane Is known.

バイポーラ型の燃料電池スタックにおいては、各燃料電池セルのカソードに均等に酸化剤を供給するために、隣接する燃料電池セルを区切るセパレータに流路を設ける方法が知られている。   In a bipolar fuel cell stack, a method is known in which a flow path is provided in a separator that divides adjacent fuel cells in order to supply an oxidant evenly to the cathode of each fuel cell.

上記と関連して、特許文献4は、直接メタノール形の燃料電池を燃料タンク内に設置し、セパレータ表面を上下に貫通する流路を介して、対流で燃料極に液体燃料を供給し、空気はブロワからセパレータに設けた空気流路へ供給する燃料電池システム、を開示している。   In relation to the above, Patent Document 4 discloses that a direct methanol fuel cell is installed in a fuel tank, and liquid fuel is supplied to the fuel electrode by convection through a flow path that vertically penetrates the separator surface. Discloses a fuel cell system for supplying air from a blower to an air flow path provided in a separator.

また、特許文献5は、複数層の単電池を積層してなり、燃料の流入口から流入した燃料を複数の単電池の各々に分配する分配流路を備えた燃料電池であって、分配流路内に、流入口との間に隙間を設けて配置され、燃料を透過する多孔質体により所定の厚みに形成された燃料整流部材を備えた燃料電池、を開示している。   Further, Patent Document 5 is a fuel cell comprising a plurality of unit cells stacked, and having a distribution flow path for distributing the fuel flowing in from the fuel inlet to each of the plurality of unit cells. There is disclosed a fuel cell including a fuel rectifying member that is disposed in a passage with a gap between an inlet and a porous body that transmits fuel and has a predetermined thickness.

また、特許文献6は、一方の面の燃料ガス流路を有するとともに、他方の面に酸化剤ガス流路を有し、酸化剤ガス流路は、酸化剤ガスの入口において流路断面積が拡大され流路抵抗が低減されていることを特徴とする燃料電池用セパレータ、を開示している。   Patent Document 6 has a fuel gas channel on one side and an oxidant gas channel on the other side. The oxidant gas channel has a channel cross-sectional area at the inlet of the oxidant gas. A fuel cell separator is disclosed which is enlarged and has a reduced flow path resistance.

これらの技術では、高出力の燃料電池の発電に十分なだけの酸化剤ガスを、セパレータに設けられた小さな溝に供給するために、高出力の送風機器によって圧縮して送っていた。   In these techniques, in order to supply an oxidant gas sufficient for power generation of a high-power fuel cell to a small groove provided in the separator, it is compressed and sent by a high-power blower.

上記文献のようなバイポーラ型に対して、ノート型PCなどのように携帯することを念頭に置いた機器においては、平面スタック型の方が向いている。携帯することを念頭に置いた機器では厚さに対する制約があるためである。平面スタック型においては、複数の燃料電池セルが平面上に複数列で配置され、集電体などによって、各々の燃料電池セルが直列に接続される。また、携帯用機器に用いる場合、通常、燃料電池システムは筺体に包まれる。   In contrast to the bipolar type as described in the above document, the planar stack type is more suitable for devices such as notebook PCs that are intended to be carried. This is because there is a restriction on the thickness of devices that are intended to be carried. In the planar stack type, a plurality of fuel cells are arranged in a plurality of rows on a plane, and the fuel cells are connected in series by a current collector or the like. Moreover, when using for a portable apparatus, a fuel cell system is usually enclosed in a housing.

平面スタック型においても、複数列の燃料電池セルのカソード面に安定して、かつ、均一に酸化剤ガスを供給することが必要となる。   Even in the planar stack type, it is necessary to supply the oxidant gas stably and uniformly to the cathode surfaces of the fuel cells in a plurality of rows.

しかしながら、送風機の気流発生部分の大きさが、複数列の燃料電池セルのカソード面に対して小さい場合には、カソード面上において気流の偏りが生じることになる。即ち、送風機の送風又は吸引方向上に位置する燃料電池セルでは酸化剤ガスが十分に流れるものの、送風方向又は吸引方向から外れた位置の燃料電池セルでは気流が滞留して、十分に酸化剤ガスが供給されないことがあった。   However, when the size of the airflow generation portion of the blower is smaller than the cathode surface of the plurality of rows of fuel cells, the airflow is biased on the cathode surface. That is, although the oxidant gas flows sufficiently in the fuel cell located in the air blowing or suction direction of the blower, the air current stays in the fuel cell located outside the air blowing direction or the suction direction, and the oxidant gas sufficiently. May not be supplied.

このような滞留を防ぐために、複数の送風機や、大型の送風機を配置される。また、吐出力の高い送風機を用いて、複雑な空気流路を設けた上で、複雑な空気流路を形成し、各燃料電池セルに酸化剤ガスを供給する方法も知られている。   In order to prevent such stagnation, a plurality of blowers and a large blower are arranged. In addition, a method is also known in which a complicated air flow path is formed using a blower having a high discharge force, a complex air flow path is formed, and an oxidant gas is supplied to each fuel cell.

携帯用機器では、消費電力を抑えるために、カソードへ酸化剤ガスを送風するための送風機の消費電力が極力小さいことが望まれる。また、携帯機器に燃料電池システムを納めようとする場合、燃料電池システム自体が携帯機器のフットプリント以下の大きさである必要がある。即ち、省スペース化が求められる。平面スタック型においてカソード面に安定させて酸化剤ガスを供給する上記の方法は、このような携帯用機器に求められる要求と両立させることができなかった。   In portable devices, in order to reduce power consumption, it is desirable that the power consumption of a blower for blowing oxidant gas to the cathode is as small as possible. Moreover, when it is going to store a fuel cell system in a portable apparatus, the fuel cell system itself needs to be the magnitude | size below the footprint of a portable apparatus. That is, space saving is required. The above-described method of supplying the oxidant gas stably to the cathode surface in the planar stack type cannot be compatible with the demands required for such portable devices.

上記と関連して、特許文献7は、電解質層を挟んで空気極と燃料極を対峙させた複数個の単セルを、同じ極が同じ面に並ぶように平面に並べ、互いに隣接する一方の単セルの燃料極の背面と他方の単セルの空気極の背面とを導電性のZ字状接続板で電気的に接続することにより前記各単セルを直列接続するとともに、Z字状接続板の燃料極および空気極に対峙する部分にそれぞれ貫通孔を設け、各極の背面からZ字状接続板の貫通穴を介してそれぞれ燃料および空気を供給する平面型燃料電池、を開示している。   In relation to the above, Patent Document 7 discloses that a plurality of single cells in which an air electrode and a fuel electrode are opposed to each other with an electrolyte layer interposed therebetween are arranged in a plane so that the same electrode is arranged on the same surface, and The single cells are connected in series by electrically connecting the back surface of the fuel electrode of the single cell and the back surface of the air electrode of the other single cell with a conductive Z-shaped connection plate, and the Z-shaped connection plate A flat fuel cell is disclosed in which through holes are provided in portions facing the fuel electrode and the air electrode, and fuel and air are supplied from the back of each electrode through the through holes of the Z-shaped connecting plate. .

また、特許文献8は、カソード面を大気開放する自然吸気型の燃料電池を開示している。即ち、特許文献8は、開口部が一部に設けられた略平板状の筐体と、該筐体内に配置され燃料側電極と酸素側電極の間に電解質膜を介在させた略平板状の発電体と、その開口部のその筐体内側に配設され空気流動手段の周囲の空気を流動させる空気流動手段と、を有することを特徴とする燃料電池、を開示している。   Patent Document 8 discloses a naturally aspirated fuel cell in which the cathode surface is opened to the atmosphere. That is, Patent Document 8 discloses a substantially flat casing having a part of an opening, and a substantially flat casing in which an electrolyte membrane is interposed between the fuel side electrode and the oxygen side electrode. There is disclosed a fuel cell comprising: a power generator; and air flow means disposed inside the casing of the opening to flow air around the air flow means.

また、特許文献9は、カソード側に空気室を設け、ブロアで空気を供給する燃料電池システムが提案している。
特開2005−42639号 公報 特開2001−93562号 公報 特開2003−36878号 公報 特開2005−44585号 公報 特開平8−213044号 公報 特開2004−192985号 公報 特開2002−56855号 公報 特開2003−86207号 公報 特開2005−129261号 公報
Patent Document 9 proposes a fuel cell system in which an air chamber is provided on the cathode side and air is supplied by a blower.
JP-A-2005-42639 JP 2001-93562 A JP 2003-36878 A JP-A-2005-44585 JP-A-8-213044 JP 2004-192985 A JP 2002-56855 A JP 2003-86207 A JP 2005-129261 A

しかし、上述の何れの技術によっても、平面スタック型において、携帯用機器に求められる要求を満足した上で、各燃料電池セルに均等、且つ、十分な酸化剤ガスを供給するには、未だ不十分であった。   However, in any of the above-described techniques, it is not yet possible to supply a uniform and sufficient oxidant gas to each fuel cell while satisfying the requirements required for portable equipment in the flat stack type. It was enough.

本発明の目的は、複数の燃料電池セルの各々に均等に酸化剤ガスを供給することのできる燃料電池システムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of supplying an oxidant gas evenly to each of a plurality of fuel cells.

本発明の他の目的は、全ての燃料電池セルに十分な量の酸化剤ガスを供給することのできる燃料電池システムを提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of supplying a sufficient amount of oxidant gas to all fuel cells.

本発明の更に他の目的は、携帯用機器において省スペース化、省電力化が達成された上で、各燃料電池セルに均等、且つ、十分な量の酸化剤ガスを供給することのできる燃料電池システムを提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide a fuel capable of supplying an equal and sufficient amount of oxidant gas to each fuel cell after achieving space saving and power saving in a portable device. It is to provide a battery system.

以下に、発明を実施するための最良の形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。   Hereinafter, means for solving the problem will be described using the numbers and symbols used in the best mode for carrying out the invention. These numbers and symbols are added with parentheses to clarify the correspondence between the description of the claims and the best mode for carrying out the invention. However, these numbers and symbols should not be used for interpreting the technical scope of the invention described in the claims.

本発明に係る燃料電池システム(1)は、アノード(32)とカソード(31)によって電解質膜(33)を挟持した構造を有する燃料電池セル(11)が、複数個、同一平面上に配置された燃料電池スタック部(18)と、燃料電池スタック部(18)の少なくとも片面を、カソード(31)との間に空気流空間(29)を設けて被覆する筐体(14)と、燃料電池スタック部(18)に対して、燃料電池スタック(15)の平面方向に配置された単一のファン(51)と、ファン(51)の全方位を覆うファンカバー(52)とを備える。筐体(14)は、空気流空間(29)が、気体を導入するために開放された吸気開放部(24)と、気体を排出するために開放された排気開放部(25)と、を有するように配置される。ファン(51)は、燃料電池スタック部(18)の平面方向に平行となるように配置される。ファンカバー(52)は、燃料電池スタック部(18)側に設けられた吸気口(53)と、燃料電池スタック部(18)側の反対側に設けられた排気口(54)と、を有する。   In the fuel cell system (1) according to the present invention, a plurality of fuel cells (11) having a structure in which an electrolyte membrane (33) is sandwiched between an anode (32) and a cathode (31) are arranged on the same plane. A fuel cell stack section (18), and a casing (14) that covers at least one surface of the fuel cell stack section (18) by providing an air flow space (29) between the cathode (31), and a fuel cell A single fan (51) arranged in the planar direction of the fuel cell stack (15) and a fan cover (52) covering all directions of the fan (51) are provided for the stack part (18). The housing (14) includes an intake opening (24) in which an air flow space (29) is opened to introduce gas, and an exhaust opening (25) that is opened to discharge gas. Arranged to have. The fan (51) is arranged so as to be parallel to the planar direction of the fuel cell stack part (18). The fan cover (52) has an intake port (53) provided on the fuel cell stack portion (18) side and an exhaust port (54) provided on the opposite side of the fuel cell stack portion (18) side. .

上述の構成に依れば、ファン(50)によって発生された気流によって空気流空間(29)に酸化剤ガスが流れ込み、カソード(31)に十分な量の酸化剤ガスが供給される。ファン(50)をファンカバー(52)で囲い、ファンカバーには特定方向に吸気口(53)と排気口(54)のみを開放させているので、ファン(50)を通じた吸気および排気の方向が限定される。こうすることにより、燃料電池スタックに供給するための空気流を均質にすることができる。燃料電池スタック(15)からの排気を効率よくファン(52)へ導くことができる。   According to the above configuration, the oxidant gas flows into the air flow space (29) by the air flow generated by the fan (50), and a sufficient amount of oxidant gas is supplied to the cathode (31). Since the fan (50) is surrounded by the fan cover (52), and only the intake port (53) and the exhaust port (54) are opened in a specific direction in the fan cover, the direction of intake and exhaust through the fan (50) Is limited. By doing so, the air flow to be supplied to the fuel cell stack can be made homogeneous. Exhaust gas from the fuel cell stack (15) can be efficiently guided to the fan (52).

また、ファン(51)が燃料電池スタック(15)の平面と同一平面上に配置されているので、厚み方向のスペースが抑制される。よって、携帯用機器に適した省スペース化となる。   Moreover, since the fan (51) is arrange | positioned on the same plane as the plane of a fuel cell stack (15), the space of the thickness direction is suppressed. Therefore, space saving suitable for portable devices is achieved.

本発明に係る燃料電池システム(1)は、更に、空気流空間(29)を、燃料電池スタック部平面上において複数の領域に分割する仕切り(26)、を備える。ファン(50)は、吸気開放部(24)から空気流空間(29)を介して排気開放部(25)へ流れる気流を発生させる。仕切り(26)は、一端で吸気開放部(24)の開放面を分割するように吸気開放部(24)に接続され、他端で排気開放部(25)の開放面を分割するように排気開放部(25)に接続されている。   The fuel cell system (1) according to the present invention further includes a partition (26) that divides the air flow space (29) into a plurality of regions on the plane of the fuel cell stack. The fan (50) generates an airflow that flows from the intake opening (24) to the exhaust opening (25) through the air flow space (29). The partition (26) is connected to the intake opening (24) so as to divide the open surface of the intake opening (24) at one end, and is exhausted so as to divide the open surface of the exhaust opening (25) at the other end. Connected to the opening (25).

上述のように仕切り(26)を設けることにより、空気流空間(29)が複数の領域に分割される。吸気開放部(24)から空気流空間(29)に流れ込む酸化剤ガスは、複数の領域の夫々に分配される。複数の領域の夫々に酸化剤ガスが分配されるので、酸化剤ガスは一部の燃料電池セル(11)上で滞ることなく、空気流空間(29)に面する全てのカソード(31)に供給される。   By providing the partition (26) as described above, the air flow space (29) is divided into a plurality of regions. The oxidant gas flowing from the intake opening (24) into the air flow space (29) is distributed to each of the plurality of regions. Since the oxidant gas is distributed to each of the plurality of regions, the oxidant gas does not stagnate on some of the fuel cells (11) and is distributed to all the cathodes (31) facing the air flow space (29). Supplied.

本発明に係る燃料電池システム(1)は、更に、排気開放部(25)と吸気口(53)との空間を囲んで整流空間(28)を形成するように配置された一対の整流板(30)と、整流空間(28)内に配置された少なくとも一のガイド板(27)と、を備える。ガイド板(27)は、整流空間(28)を複数の空間に分割するように設けられている。ガイド板(27)は、一端で吸気口(53)の開口面を分割するように吸気口(53)に接続され、他端で排気開放部(25)の開放面を分割するように排気開放部(25)に接続されている。   The fuel cell system (1) according to the present invention further includes a pair of flow straightening plates (28) disposed so as to surround the space between the exhaust opening (25) and the air inlet (53) to form a flow straightening space (28). 30) and at least one guide plate (27) disposed in the rectifying space (28). The guide plate (27) is provided so as to divide the rectifying space (28) into a plurality of spaces. The guide plate (27) is connected to the intake port (53) so as to divide the opening surface of the intake port (53) at one end, and exhaust is released so as to divide the open surface of the exhaust opening portion (25) at the other end. Part (25).

上述の構成に依れば、整流板(30)によって、排気開放部(25)から排気された酸化剤ガスがファン(50)へと導かれる。ファン(50)の吸引力に加え、整流板(30)が酸化剤ガスをファン(50)へと導くので、空気流空間(29)内に効率よく気流を発生させることができる。また、整流空間(28)内が複数の空間に分割されているので、排気開放部(25)から排気された空気は複数の空間のうちのいずれかに分配される。いずれの空間に分配された酸化剤ガスも、ファン(50)へと速やかに吸引されるので、整流空間(28)内の一部で酸化剤ガスが滞ることがない。整流空間(28)内での酸化剤ガスの滞留が抑制されるので、空気流空間(29)内の気流の滞留も抑制される。よって、全ての燃料電池セルに対して均等、十分な量の酸化剤ガスが供給される。   According to the above-described configuration, the oxidizing gas exhausted from the exhaust opening (25) is guided to the fan (50) by the rectifying plate (30). In addition to the suction force of the fan (50), the rectifying plate (30) guides the oxidant gas to the fan (50), so that an air flow can be efficiently generated in the air flow space (29). Moreover, since the inside of the rectification space (28) is divided into a plurality of spaces, the air exhausted from the exhaust opening (25) is distributed to any of the plurality of spaces. Since the oxidant gas distributed to any space is quickly sucked into the fan (50), the oxidant gas does not stagnate in a part of the rectifying space (28). Since the oxidant gas stays in the rectifying space (28), the airflow in the airflow space (29) is also restrained. Therefore, a sufficient and sufficient amount of oxidant gas is supplied to all fuel cells.

本発明に係る燃料電池システム(1)において、ガイド板(27)は、一端で、仕切り(26)の端部に接続されている。   In the fuel cell system (1) according to the present invention, the guide plate (27) is connected to the end of the partition (26) at one end.

上述の構成に依れば、整流空間(28)が分割された各空間と、空気流空間(29)が分割された各領域とが対応付けられる。一の空間を一の領域と対応させるようにガイド板(27)を設けることで、一の領域内の気体を一の空間を介してファン(50)へ導くことができる。一の領域内の酸化剤ガスは、排気開放部(25)から排気された段階で乱流、滞留することなく、スムーズにファン(50)へ導かれる。   According to the above-described configuration, each space in which the rectifying space (28) is divided is associated with each area in which the airflow space (29) is divided. By providing the guide plate (27) so that one space corresponds to one region, the gas in the one region can be guided to the fan (50) through the one space. The oxidant gas in the one region is smoothly guided to the fan (50) without turbulent flow and stagnation when exhausted from the exhaust opening (25).

本発明に係る燃料電池システム(1)において、燃料電池スタック(15)は、複数の燃料電池セル(11)が格子状に配置されている。燃料電池スタック(15)は、複数の燃料電池セル(11)が全体として矩形状となるように配置されている。   In the fuel cell system (1) according to the present invention, the fuel cell stack (15) has a plurality of fuel cells (11) arranged in a lattice pattern. The fuel cell stack (15) is arranged such that the plurality of fuel cells (11) are rectangular as a whole.

本発明に係る燃料電池システム(1)において、吸気口(53)の幅は、排気開放部(25)の幅よりも小さい。   In the fuel cell system (1) according to the present invention, the width of the intake port (53) is smaller than the width of the exhaust opening portion (25).

本発明に依れば、仕切り(26)により各燃料電池セル(11)へ均等に酸化剤ガスが分配されるので、ファン(50)の幅を排気開放部(25)の幅よりも小さくすることができる。ファン(50)の大きさを小さくできるので、省スペース化される。   According to the present invention, since the oxidant gas is evenly distributed to each fuel cell (11) by the partition (26), the width of the fan (50) is made smaller than the width of the exhaust opening (25). be able to. Since the size of the fan (50) can be reduced, space can be saved.

本発明に係る燃料電池システム(1)において、ファンカバー(52)は燃料電池スタック部(18)に面する吸気面を有する。また、ファンカバー(52)は、吸気面に直交し且つ燃料電池スタック部平面とも直交する直交面を有する。吸気口(53)は、その吸気面の少なくとも一部と、その直交面の少なくとも一部と、に設けられている。   In the fuel cell system (1) according to the present invention, the fan cover (52) has an air intake surface facing the fuel cell stack portion (18). The fan cover (52) has an orthogonal surface that is orthogonal to the intake surface and also orthogonal to the fuel cell stack portion plane. The intake port (53) is provided in at least a part of the intake surface and at least a part of the orthogonal surface.

本発明に係る燃料電池システム(1)において、ファンカバー(51)は、スタック排気開放部(25)に接触するように配置されている。   In the fuel cell system (1) according to the present invention, the fan cover (51) is disposed so as to contact the stack exhaust opening (25).

上述の構成に依れば、ファン(50)は、吸気面(58)のみならず吸気面(58)に直交する面(59)側からも酸化剤ガスを吸引することができる。直交する面(59)側から燃料電池スタック(15)より排気された酸化剤ガスを吸引させることができるので、燃料電池スタック(15)にファン(50)を接触させるように配置することができる。各空気流経路に安定した空気流供給ができ、さらにはスタックとファンとを近接することができ、燃料電池システム自体をより小型化することが可能となる。整流空間(28)のスペースを最小限とすることができるので、省スペース化される。その結果、ファン口径よりも大きな開放部をもつような平面スタック型燃料電池に関しても、発電に十分な空気を、よりコンパクトな構造で供給することができる燃料電池システムが実現できる。   According to the above-described configuration, the fan (50) can suck the oxidant gas not only from the intake surface (58) but also from the surface (59) side orthogonal to the intake surface (58). Since the oxidant gas exhausted from the fuel cell stack (15) can be sucked from the orthogonal surface (59) side, the fan (50) can be disposed in contact with the fuel cell stack (15). . A stable air flow can be supplied to each air flow path, and the stack and the fan can be brought close to each other, and the fuel cell system itself can be further downsized. Since the space of the rectifying space (28) can be minimized, the space can be saved. As a result, it is possible to realize a fuel cell system capable of supplying air sufficient for power generation with a more compact structure even for a planar stack type fuel cell having an open portion larger than the fan aperture.

本発明に係る燃料電池システム(1)において、燃料電池スタック部(18)に含まれる複数の燃料電池セル(11)は、平面方向に凹部(62)を形成するように配置されている。ファン(50)は、凹部(62)内に配置されている。   In the fuel cell system (1) according to the present invention, the plurality of fuel cells (11) included in the fuel cell stack portion (18) are arranged so as to form a recess (62) in the planar direction. The fan (50) is disposed in the recess (62).

上述のように、凹部(62)内にファン(50)を配置することで、省スペース化される。   As described above, space is saved by disposing the fan (50) in the recess (62).

本発明に係る燃料電池システム(1)は、アノード(32)とカソード(31)によって電解質膜(33)を挟持した構造を有する燃料電池セル(11)が、複数個、同一平面上に配置された燃料電池スタック部(18)と、燃料電池スタック部(18)の少なくとも片面を、カソード(31)との間に空気流空間(29)を設けて被覆する筐体(14)と、燃料電池スタック部(18)に対して、燃料電池スタック(15)の平面方向に配置された単一のファン(51)と、ファン(51)の全方位を覆うファンカバー(52)とを備える。筐体(14)は、空気流空間(29)が、気体を導入するために開放された吸気開放部(24)と、気体を排出するために開放された排気開放部(25)と、を有するように配置される。ファン(51)は、燃料電池スタック部(18)の平面方向に平行となるように配置される。ファンカバー(52)は、燃料電池スタック部(18)側に設けられた排気口(54)と、燃料電池スタック部(18)側の反対側に設けられた吸気口(53)と、を有する。   In the fuel cell system (1) according to the present invention, a plurality of fuel cells (11) having a structure in which an electrolyte membrane (33) is sandwiched between an anode (32) and a cathode (31) are arranged on the same plane. A fuel cell stack section (18), and a casing (14) that covers at least one surface of the fuel cell stack section (18) by providing an air flow space (29) between the cathode (31), and a fuel cell A single fan (51) arranged in the planar direction of the fuel cell stack (15) and a fan cover (52) covering all directions of the fan (51) are provided for the stack part (18). The housing (14) includes an intake opening (24) in which an air flow space (29) is opened to introduce gas, and an exhaust opening (25) that is opened to discharge gas. Arranged to have. The fan (51) is arranged so as to be parallel to the planar direction of the fuel cell stack part (18). The fan cover (52) has an exhaust port (54) provided on the fuel cell stack unit (18) side and an intake port (53) provided on the opposite side of the fuel cell stack unit (18) side. .

上述の構成に依れば、ファン(50)によって発生された気流によって空気流空間(29)に酸化剤ガスが流れ込み、カソード(31)に十分な量の酸化剤ガスが供給される。ファン(51)を燃料電池スタック(15)の平面と同一平面上に配置されているので、厚み方向のスペースが抑制される。よって、携帯用機器に適した省スペース化となる。また、ファンカバー(52)に吸気口(53)および排気口(54)を設けることによって、吸気および排気の方向が限定される。排気口(53)を、燃料電池スタック(15)側に設けることによって、ファン(52)から燃料電池スタック(15)への酸化剤ガスの供給を効率良く行うことができる。   According to the above configuration, the oxidant gas flows into the air flow space (29) by the air flow generated by the fan (50), and a sufficient amount of oxidant gas is supplied to the cathode (31). Since the fan (51) is arranged on the same plane as the plane of the fuel cell stack (15), the space in the thickness direction is suppressed. Therefore, space saving suitable for portable devices is achieved. Further, by providing the fan cover (52) with the intake port (53) and the exhaust port (54), the direction of intake and exhaust is limited. By providing the exhaust port (53) on the fuel cell stack (15) side, the oxidant gas can be efficiently supplied from the fan (52) to the fuel cell stack (15).

本発明に係る燃料電池システム(1)において、仕切り(26)は、吸水性を有する吸水性素材より形成されていることが好ましい。   In the fuel cell system (1) according to the present invention, the partition (26) is preferably formed of a water absorbent material having water absorbency.

仕切り(26)として吸水性素材を用いた場合には、燃料電池スタック(15)内で結露した水分を一時的に吸水することができるため、フラッディングによる発電停止を防止することができる。   When a water-absorbing material is used as the partition (26), moisture condensed in the fuel cell stack (15) can be temporarily absorbed, so that power generation stoppage due to flooding can be prevented.

本発明に係る燃料電池システム(1)において、ガイド板(27)は、吸水性を有する吸水性素材より形成されていることが好ましい。   In the fuel cell system (1) according to the present invention, the guide plate (27) is preferably formed of a water absorbent material having water absorbency.

ガイド板(27)が吸水性素材であることにより、整流空間(28)で結露した水分を一時的に吸水することもでき、燃料電池システム(1)からの水漏れが防止される。   Since the guide plate (27) is made of a water-absorbing material, moisture condensed in the rectifying space (28) can be temporarily absorbed, and water leakage from the fuel cell system (1) is prevented.

本発明に依れば、複数の燃料電池セルの各々に均等に酸化剤ガスが供給される燃料電池システムが提供される。   According to the present invention, a fuel cell system is provided in which an oxidant gas is evenly supplied to each of a plurality of fuel cells.

更に、本発明に依れば、全ての燃料電池セルに十分な量の酸化剤ガス供給することのできる燃料電池システムが提供される。   Furthermore, according to the present invention, a fuel cell system capable of supplying a sufficient amount of oxidant gas to all fuel cells is provided.

更に、本発明に依れば、携帯用機器において省スペース化、省電力化が達成された上で、各燃料電池セルに均等、且つ、十分な量の酸化剤ガスを供給することのできる燃料電池システムが提供される。   Furthermore, according to the present invention, a fuel capable of supplying an equal and sufficient amount of oxidant gas to each fuel cell after achieving space saving and power saving in a portable device. A battery system is provided.

更に、本発明に依れば、複数の列から構成される平面スタック型燃料電池システムにおいて、カソードに供給する気流を、安定した発電が得られるように供給することができる。また、送風手段として、消費電力が小さな薄型径流ファンなどの携帯機器に向いている装置を用いることも可能となるため、燃料電池システムを携帯機器に内蔵することが可能となる。さらに、ファンなどの補器類を燃料電池スタックに内蔵することも可能となるため、燃料電池システムそのものを小型化でき、燃料電池の携帯機器への応用が広がることにつながる。   Furthermore, according to the present invention, in the planar stack type fuel cell system composed of a plurality of rows, the airflow supplied to the cathode can be supplied so as to obtain stable power generation. Moreover, since it is possible to use a device suitable for portable equipment such as a thin-type radial fan with low power consumption as the blowing means, the fuel cell system can be built in the portable equipment. Furthermore, since auxiliary devices such as fans can be built in the fuel cell stack, the fuel cell system itself can be miniaturized, leading to the widespread application of fuel cells to portable devices.

(第1の実施形態)
図5は本実施の形態に係る燃料電池システム1の上面図及びCC’の断面図である。燃料電池システム1は、燃料電池スタック部18と、一対の整流板17と、ファンユニット16と、筐体14と、燃料を貯めておくための燃料容器(図示せず)と、燃料を流すためのポンプ(図示せず)と、電気エネルギーを取り出すための配線(図示せず)と、を有している。尚、図5において、燃料電池スタック15の構造は、実際には筐体14に覆われていて見えないが、説明の便宜上、透視させて示している。以下の説明において、燃料電池スタック部18に平行な平面をXY平面、これに垂直な方向をZ方向とする。
(First embodiment)
FIG. 5 is a top view of the fuel cell system 1 according to the present embodiment and a cross-sectional view of CC ′. The fuel cell system 1 includes a fuel cell stack portion 18, a pair of rectifying plates 17, a fan unit 16, a housing 14, a fuel container (not shown) for storing fuel, and a fuel flow. Pump (not shown), and wiring (not shown) for taking out electrical energy. In FIG. 5, the structure of the fuel cell stack 15 is actually covered with the casing 14 and cannot be seen, but is shown in a transparent manner for convenience of explanation. In the following description, a plane parallel to the fuel cell stack portion 18 is defined as an XY plane, and a direction perpendicular thereto is defined as a Z direction.

燃料電池システム1を携帯機器に搭載する場合、燃料電池スタック部18は筐体14に入れられる。燃料電池スタック部18、整流板17、及びファンユニット16は、筐体14の内部の一面上に配置されている。燃料電池スタック部18、整流板17、及びファンユニットの±Z方向側には、筐体の一面が存在している。尚、図5中では、燃料電池スタック部の+Z方向側に存在する筐体14のみ図示している。   When the fuel cell system 1 is mounted on a portable device, the fuel cell stack unit 18 is placed in the housing 14. The fuel cell stack unit 18, the rectifying plate 17, and the fan unit 16 are disposed on one surface inside the housing 14. One surface of the housing is present on the ± Z direction side of the fuel cell stack portion 18, the rectifying plate 17, and the fan unit. In FIG. 5, only the casing 14 existing on the + Z direction side of the fuel cell stack portion is shown.

燃料電池スタック部18は、複数の燃料電池スタック15を有している。尚、一の燃料電池スタック15は、後述するフレーム10単位で、複数の燃料電池セル10がまとめられたものである。本実施の形態においては、燃料電池スタック部18は2つの燃料電池スタック15を有している。2つの燃料電池スタック15は、同一平面上に並べられている。一の燃料電池スタック15は、矩形状である。2つの燃料電池スタック15は、一の辺で隣接し、燃料電池スタック部18としても矩形状となるように並んでいる。各燃料電池スタック15は複数の燃料電池セル11を有している。本実施の形態では、3行×3列で燃料電池セル11が配置され、一の燃料電池スタック15を形成している。また、本実施の形態において、全ての燃料電池セル11は、カソード31側を上向き(+Z側)にして配置されているものとして説明する。但し、本発明は全ての燃料電池セル11のカソード31が上向きに限定されているものではなく、少なくとも一のカソード31が上向きになっていればよい。この場合、上向きのカソード31に対して、後述する本発明の作用・効果が与えられる。   The fuel cell stack unit 18 has a plurality of fuel cell stacks 15. One fuel cell stack 15 is a group of a plurality of fuel cells 10 in a frame 10 unit to be described later. In the present embodiment, the fuel cell stack unit 18 has two fuel cell stacks 15. The two fuel cell stacks 15 are arranged on the same plane. One fuel cell stack 15 has a rectangular shape. The two fuel cell stacks 15 are adjacent to each other on one side, and the fuel cell stack unit 18 is also arranged in a rectangular shape. Each fuel cell stack 15 has a plurality of fuel cells 11. In the present embodiment, the fuel cells 11 are arranged in 3 rows × 3 columns to form one fuel cell stack 15. Further, in the present embodiment, all the fuel cells 11 are described as being arranged with the cathode 31 side facing upward (+ Z side). However, in the present invention, the cathodes 31 of all the fuel cells 11 are not limited to the upward direction, and it is sufficient that at least one cathode 31 is upward. In this case, the action and effect of the present invention described later are given to the upward cathode 31.

ファンユニット16は、燃料電池スタック部18に対して平面方向側となるY方向側に配置されている。一対の整流板17は、燃料電池スタック部18の一の辺(Y方向側の辺)と、ファンユニット16とで、平面方向に閉じた空間が形成されるように配置されている。一対の整流板17の上下(±Z方向側)には筐体14が配置されている。このような配置により、ファンユニット16と燃料電池スタック部18との間には、一対の整流板17、燃料電池スタック部18、ファンユニット16、及び筐体14で囲まれた空間(整流空間28)が設けられている。   The fan unit 16 is disposed on the Y direction side which is the planar direction side with respect to the fuel cell stack portion 18. The pair of rectifying plates 17 are arranged so that a space closed in the planar direction is formed by one side (side in the Y direction) of the fuel cell stack 18 and the fan unit 16. A casing 14 is disposed above and below (a Z direction side) the pair of rectifying plates 17. With such an arrangement, a space (rectification space 28) between the fan unit 16 and the fuel cell stack portion 18 is surrounded by the pair of rectifying plates 17, the fuel cell stack portion 18, the fan unit 16, and the housing 14. ) Is provided.

筐体14は、燃料電池スタック部18と、整流空間28の上下(±Z方向側)に設けられている。燃料電池スタック部18の上面(カソード31側の面)と筐体14との間には空隙が存在し、空気流空間29を形成している。筐体14は、燃料電池スタック部18の±X方向側の端部において燃料電池スタック部18と密接している。一方、燃料電池スタック部18の±Y方向側の端部と筐体14との間は空隙を有してしており、Y方向側でスタック排気開放部25、−Y方向側でスタック吸気開放部24が形成されている。このように、空気流空間29は、燃料電池スタック部18上で±X方向側が閉じ、±Y方向側が開放された空間となっている。即ち、空気流空間29は、スタック排気開放部25で整流空間28に連通し、スタック吸気開放部24で外部に連通している。   The casing 14 is provided above and below the fuel cell stack 18 and the rectifying space 28 (± Z direction side). An air gap exists between the upper surface of the fuel cell stack 18 (the surface on the cathode 31 side) and the housing 14, and forms an air flow space 29. The casing 14 is in close contact with the fuel cell stack portion 18 at the end of the fuel cell stack portion 18 on the ± X direction side. On the other hand, there is a gap between the end of the fuel cell stack portion 18 on the ± Y direction side and the housing 14, the stack exhaust opening portion 25 on the Y direction side, and the stack intake opening on the −Y direction side. A portion 24 is formed. Thus, the airflow space 29 is a space where the ± X direction side is closed and the ± Y direction side is opened on the fuel cell stack portion 18. That is, the airflow space 29 communicates with the rectifying space 28 at the stack exhaust opening 25 and communicates with the outside through the stack intake opening 24.

整流空間28はファンユニット16の気体吸込み口に連通している。ファンユニット16によって整流空間28内の気体が吸気可能になっている。   The rectifying space 28 communicates with the gas suction port of the fan unit 16. The fan unit 16 can inhale the gas in the rectifying space 28.

ファンユニット16の構成について以下に詳述する。ファンユニット16は、ファンカバー52と、ファン51とを有している。ファンユニット16のX方向側の幅は、スタック排気開放部25の幅よりも狭くなっている。   The configuration of the fan unit 16 will be described in detail below. The fan unit 16 includes a fan cover 52 and a fan 51. The width of the fan unit 16 on the X direction side is narrower than the width of the stack exhaust opening portion 25.

ファン51としては、薄型径流ファンが用いられる。ファン51は、燃料電池スタック部18平面(図中、XY平面)に平行に配置され、上側(図中Z方向側)から気流を吸込むように配置されている。尚、ファン51としては、送風することができればよく、シロッコファン、軸流ファン、クロスフローファンおよびターボファンなどを用いることもできる。ただし、携帯機器に搭載することを考慮した場合、薄型径流ファンなどの消費電力の小さなものを用いることが好ましい。   As the fan 51, a thin diameter flow fan is used. The fan 51 is arranged in parallel to the plane of the fuel cell stack 18 (XY plane in the figure), and is arranged so as to suck in airflow from the upper side (Z direction side in the figure). The fan 51 only needs to be able to blow air, and a sirocco fan, an axial fan, a cross flow fan, a turbo fan, or the like can also be used. However, in consideration of mounting in a portable device, it is preferable to use a low power consumption device such as a thin radial fan.

ファンユニット16によって整流空間28内の気体が吸引される。整流空間28は、空気流空間29と連通しているので、空気流空間29内の気体も吸引される。ファンユニット16により、空気流空間29内では、スタック吸気開放部24からスタック排気開放部25へ流れる気流が発生する。   The gas in the rectifying space 28 is sucked by the fan unit 16. Since the rectifying space 28 communicates with the airflow space 29, the gas in the airflow space 29 is also sucked. The fan unit 16 generates an airflow that flows from the stack intake opening 24 to the stack exhaust opening 25 in the airflow space 29.

図4は、ファン51の形状を示す図であり、(a)は上面図、(b)は側面図、(c)は排気方向側から見た斜視図、(d)は吸気方向側から見た斜視図である。図中、矢印の方向は気流の方向を示している。   4A and 4B are diagrams showing the shape of the fan 51, where FIG. 4A is a top view, FIG. 4B is a side view, FIG. 4C is a perspective view seen from the exhaust direction side, and FIG. 4D is a view seen from the intake direction side. FIG. In the figure, the direction of the arrow indicates the direction of airflow.

ファン51は、直方体状のファン筐体511と、ファン筐体511の内部に設けられた羽部(図示せず)とを有している。   The fan 51 includes a rectangular parallelepiped fan casing 511 and a wing (not shown) provided inside the fan casing 511.

羽部は、図示しない支持部材を介してファン筐体511に固定されている。羽部が回転することで気流が発生する。羽部は、気流の吸込み側を上側(+Z方向側)にして配置されている。   The wing portion is fixed to the fan housing 511 via a support member (not shown). Airflow is generated by the rotation of the wings. The wings are arranged with the airflow suction side on the upper side (+ Z direction side).

ファン筐体511には、ファン吸気口55と、ファン排気口56と、が設けられている。
ファン吸気口55は、ファン筐体511の上面(Z方向側の面)に設けられたドーナツ状の開口である。ファン排気口56は、Y方向側の側面に設けられた開口である。
The fan housing 511 is provided with a fan intake port 55 and a fan exhaust port 56.
The fan intake port 55 is a donut-shaped opening provided on the upper surface (surface on the Z direction side) of the fan housing 511. The fan exhaust port 56 is an opening provided on the side surface on the Y direction side.

このような構造のファン51は、ファン吸気口55は比較的多くの方向から吸気し、ファン排気口56は、特定の方向性はあるが広がった排気流を形成させる。また、気流の吸込み面と排出面とが非平行な構造であり、ファン51を燃料電池スタック部平面(XY平面)に平行に配置することで、ファン51の厚み方向(Z方向)に占めるスペースを抑制することができる。平面スタック型構造の燃料電池スタック15の厚みよりも低くすることも可能である。厚み方向に対する省スペース化により、特に携帯機器に搭載するこをと考慮した場合に、吸込み面と排出面とが平行であるファンを用いるよりも有利である。   In the fan 51 having such a structure, the fan intake port 55 sucks air from a relatively large number of directions, and the fan exhaust port 56 forms a wide exhaust flow with a specific direction. Further, the airflow suction surface and the discharge surface are non-parallel, and the fan 51 is arranged in parallel to the fuel cell stack unit plane (XY plane), thereby occupying the space in the thickness direction (Z direction) of the fan 51. Can be suppressed. It is also possible to make it lower than the thickness of the fuel cell stack 15 having a planar stack type structure. Space saving in the thickness direction is more advantageous than using a fan in which the suction surface and the discharge surface are parallel, particularly when considering mounting in a portable device.

本発明で用いることができるファン51としては、図4の形状・構造が好ましいが、これに限定されるものではない。ファン51としては、例えば、上方(図中、Z方向側)に設けられた一面から空気を吸い込んで反対面から排出する構造や、一面から吸い込み、囲いなどで形成された排気経路を介して吸い込み面と非平行方向に排出する構造などが挙げられる。   The fan 51 that can be used in the present invention preferably has the shape and structure shown in FIG. 4, but is not limited thereto. As the fan 51, for example, air is sucked from one surface provided in the upper side (Z direction side in the drawing) and discharged from the opposite surface, or sucked from one surface through an exhaust path formed by an enclosure or the like For example, a structure that discharges in a non-parallel direction to the surface.

本発明で用いるファン51、特に薄型径流ファンとしては、カソード31を通過した湿った空気に耐えられるように、防湿もしくは防水処理をほどこしてあることが望ましい。   It is desirable that the fan 51 used in the present invention, particularly the thin-diameter flow fan, be moisture-proofed or waterproofed so as to withstand the humid air that has passed through the cathode 31.

ファンカバー52は、ファン筐体511を覆うように配置されている。図6は、ファン筐体511をファンカバー52で覆った状態を示す図である。(a)は上面図、(b)は側面図、(c)は排気方向側から見た斜視図、(d)は吸気方向側から見た斜視図である。図中、矢印の方向は気流の流れる方向を示している。また、ファン筐体511は実際には見えないが、透視させて示している。   The fan cover 52 is disposed so as to cover the fan housing 511. FIG. 6 is a diagram illustrating a state where the fan housing 511 is covered with the fan cover 52. (A) is a top view, (b) is a side view, (c) is a perspective view seen from the exhaust direction side, and (d) is a perspective view seen from the intake direction side. In the figure, the direction of the arrow indicates the direction of airflow. Further, the fan housing 511 is not actually seen, but is shown through.

ファンカバー52の形状は、下面が開いた直方体状である。ファンカバー52には、吸気口53と、排気口54と、が設けられている。吸気口53は、−Y方向側側面に設けられた開口である。一方、排気口54は、Y方向側側面に設けられた開口である。   The shape of the fan cover 52 is a rectangular parallelepiped shape whose bottom surface is open. The fan cover 52 is provided with an intake port 53 and an exhaust port 54. The intake port 53 is an opening provided on the side surface in the −Y direction. On the other hand, the exhaust port 54 is an opening provided on the side surface in the Y direction.

ファン51のみでは吸気する気流が一方向に限定されないが、吸気口53及び排気口54が設けられたファンカバー52を有することによって、気流を一定方向に限定することができる。この場合、−Y方向側から吸気し、+Y方向側へ排気することになる。従って、カソード31上面を流れる気流にも、+Y方向側へ向かう方向性を持たせることが可能となる。   Although the air flow to be sucked is not limited to one direction only by the fan 51, the air flow can be limited to a certain direction by having the fan cover 52 provided with the air inlet 53 and the air outlet 54. In this case, intake is performed from the −Y direction side and exhaust is performed to the + Y direction side. Therefore, the airflow flowing on the upper surface of the cathode 31 can be given directionality toward the + Y direction.

ファンカバー52の素材としては、ステンレスなどの金属や、アクリルなどのプラスチックが適当である。特に、金属を用いる場合は、ファン51に送り込まれる湿った空気が結露することも予測されるため、表面を塗装やプラスチックシートなどの保護皮膜で被覆させることが望ましい。ただし、ファンカバー52の素材に関しては、このようなものに限定されるわけではない。   Suitable materials for the fan cover 52 include metals such as stainless steel and plastics such as acrylic. In particular, when metal is used, it is predicted that the moist air sent to the fan 51 will be condensed, so it is desirable to coat the surface with a protective film such as paint or a plastic sheet. However, the material of the fan cover 52 is not limited to this.

上述のような構成により、ファン51が上面側から吸気すると、外部から空気流空間29、整流空間28、および吸気口53を介してファン51へ流れる気流が発生する。空気流空間29に供給された気流の一部は、酸化剤ガスとしてカソード31に供給される。一方、ファン51が吸込んだ気流は、Y方向側に設けられたファン排気口56から外部へ排出される。ここで、ファンカバー52に設けられた吸気口53が−Y方向側に設けられているので、気流の方向が+Y方向側へ限定されている。気流の方向が限定されているので、燃料電池スタック部18からの排気が効率良くファンユニット16へ導かれる。   With the above-described configuration, when the fan 51 takes in air from the upper surface side, an airflow flowing from the outside to the fan 51 through the air flow space 29, the rectifying space 28, and the air inlet 53 is generated. A part of the airflow supplied to the airflow space 29 is supplied to the cathode 31 as an oxidant gas. On the other hand, the airflow sucked by the fan 51 is discharged to the outside from the fan exhaust port 56 provided on the Y direction side. Here, since the air inlet 53 provided in the fan cover 52 is provided on the −Y direction side, the direction of the airflow is limited to the + Y direction side. Since the direction of the airflow is limited, the exhaust from the fuel cell stack unit 18 is efficiently guided to the fan unit 16.

続いて、燃料電池スタック部18の構成について詳述する。燃料電池スタック部18は2つの燃料電池スタック15を有している。2つの燃料電池スタック15は、電気的に並列又は直列に接続される。燃料電池スタック15を、単一ではなくて複数用いることで、必要となる電圧および出力を発生させることができる。PCなどの比較的大きい電力を必要とする携帯機器に用いることを念頭に置いた場合に、このように複数の燃料電池スタック15が必要となる。   Next, the configuration of the fuel cell stack unit 18 will be described in detail. The fuel cell stack unit 18 has two fuel cell stacks 15. The two fuel cell stacks 15 are electrically connected in parallel or in series. The required voltage and output can be generated by using a plurality of fuel cell stacks 15 instead of a single one. A plurality of fuel cell stacks 15 are required in this way when it is intended to be used for a portable device such as a PC that requires relatively large power.

図1は、燃料電池スタック15の構成を示す上面図である。燃料電池スタック15は、フレーム10上に9個の燃料電池セル11が3行×3列に配置されて形成されている。全ての燃料電池セル11は、カソード31側を上向き(図中、+Z方向側)にして配置されている。   FIG. 1 is a top view showing the configuration of the fuel cell stack 15. The fuel cell stack 15 is formed by arranging nine fuel cells 11 on a frame 10 in 3 rows × 3 columns. All the fuel cells 11 are arranged with the cathode 31 side facing upward (the + Z direction side in the figure).

フレーム10には、複数の燃料タンク部12、燃料経路23、スタック燃料インレット21、およびスタック燃料アウトレット22が設けられている。尚、図1において、燃料経路23などのフレーム10に設けられた構造は実際には見えないが、説明の便宜上、透視させて示している。   The frame 10 is provided with a plurality of fuel tank portions 12, a fuel path 23, a stack fuel inlet 21, and a stack fuel outlet 22. In FIG. 1, the structure provided on the frame 10 such as the fuel path 23 is not actually seen, but is shown through for convenience of explanation.

複数の燃料タンク部12の各々は、複数の燃料電池セル11の各々の位置に対応して設けられている。燃料タンク部12には、対応する燃料電池セル11に供給される燃料が蓄えられる。燃料経路23は、各燃料タンク部12同士を接続するように設けられている。一の燃料タンク部12にはスタック燃料インレット21が設けられている。他の2つの燃料タンク部12には、スタック燃料アウトレット21が設けられている。   Each of the plurality of fuel tank portions 12 is provided corresponding to each position of the plurality of fuel cells 11. The fuel supplied to the corresponding fuel battery cell 11 is stored in the fuel tank 12. The fuel path 23 is provided so as to connect the fuel tank portions 12 to each other. One fuel tank portion 12 is provided with a stack fuel inlet 21. Stack fuel outlets 21 are provided in the other two fuel tank portions 12.

燃料タンク部12には、燃料を取り込むためのインレットと、排出するためのアウトレットが設けられている。これらのインレットおよびアウトレットは、隣接したセルのアウトレットもしくはインレットと接続するように、燃料経路23でつながれている。このように、燃料経路23で隣接する燃料タンク部12を連結させることで、燃料タンク部12を含めて、燃料電池スタック15の燃料流路が形成されている。   The fuel tank portion 12 is provided with an inlet for taking in fuel and an outlet for discharging. These inlets and outlets are connected by a fuel path 23 so as to connect to the outlets or inlets of adjacent cells. Thus, the fuel flow path of the fuel cell stack 15 including the fuel tank portion 12 is formed by connecting the fuel tank portions 12 adjacent in the fuel path 23.

図1中、矢印は燃料が流れる方向を示している。燃料は、スタック燃料インレット21を介して、一の燃料タンク部12に供給される。燃料は、一の燃料タンク部12から、燃料経路23を介して、隣接する別の燃料タンク部12へと、順次供給されていく。燃料は、最も下流に相当する燃料タンク部12から、スタック燃料アウトレット22を介して燃料容器へと戻る。このようにして、燃料循環系統が形成される。図1では、3列ある燃料電池セル11の中央列の燃料タンク部12に燃料を供給し、その後左右の列に分配されていく様子が示されている。   In FIG. 1, the arrow indicates the direction in which the fuel flows. The fuel is supplied to one fuel tank section 12 via the stack fuel inlet 21. The fuel is sequentially supplied from one fuel tank unit 12 to another adjacent fuel tank unit 12 via the fuel path 23. The fuel returns from the fuel tank portion 12 corresponding to the most downstream to the fuel container via the stack fuel outlet 22. In this way, a fuel circulation system is formed. FIG. 1 shows a state in which fuel is supplied to the fuel tank portions 12 in the central row of the three rows of fuel cells 11 and then distributed to the left and right rows.

図2は、図1のAA’断面を示す図である。燃料タンク部12内部には、ウィッキング材60と呼ばれる燃料保持材が挿入されている。ウィッキング材60は、主に毛細管現象によりメタノール水溶液(液体燃料)を吸収し、かつ保持することを目的としている。ウィッキング材60としては、例えば、織布、不織布、繊維マット、繊維ウェブ、発泡プラスチック等を用いることができ、特に、親水性ウレタン発泡材や親水性ガラス繊維等の親水性材料を用いることが好ましい。燃料タンク部12に供給された液体燃料は、ウィッキング材60に一次的に吸収される分もあるが、その多くはMEA13のアノード32に供給され、電池反応によって発電が起こる。燃料タンク部12に供給されながら、発電に使われなかった燃料は、再び燃料容器に戻ったり、一時的にウィッキング材60に吸収されたりする。ただし、燃料経路の下流部に相当する位置にある燃料電池セル11でも十分に発電が可能となる燃料濃度で燃料供給が可能な場合、ウィッキング材60は、必ずしも必須の構成ではなく、省略される場合もある。   FIG. 2 is a view showing an AA ′ cross section of FIG. 1. A fuel holding material called a wicking material 60 is inserted into the fuel tank portion 12. The wicking material 60 is intended to absorb and hold an aqueous methanol solution (liquid fuel) mainly by capillary action. As the wicking material 60, for example, a woven fabric, a nonwoven fabric, a fiber mat, a fiber web, a foamed plastic, or the like can be used, and in particular, a hydrophilic material such as a hydrophilic urethane foam material or a hydrophilic glass fiber is used. preferable. The liquid fuel supplied to the fuel tank unit 12 is partly absorbed by the wicking material 60, but most of the liquid fuel is supplied to the anode 32 of the MEA 13, and power is generated by a cell reaction. The fuel that is supplied to the fuel tank unit 12 but not used for power generation returns to the fuel container again or is temporarily absorbed by the wicking material 60. However, the wicking material 60 is not necessarily an essential component and may be omitted when the fuel cell 11 located at a position corresponding to the downstream portion of the fuel path can supply fuel at a fuel concentration that enables sufficient power generation. There is also a case.

尚、燃料としては、流体の燃料を用いることができる。その燃料としては、メタノールが一般的である。但し、メタノールに限らず、エタノールやイソプロパノール等のアルコール系、エーテル系、ポリエーテル系等の液体燃料や、水素などの気体燃料を用いることもできる。また、燃料の供給の仕方としては、このような燃料供給方式は一例であり、本発明の方法は、この燃料供給方式に限定されるではない。   As the fuel, fluid fuel can be used. The fuel is generally methanol. However, not limited to methanol, liquid fuels such as alcohols such as ethanol and isopropanol, ethers, and polyethers, and gaseous fuels such as hydrogen can also be used. In addition, as a method of supplying fuel, such a fuel supply system is an example, and the method of the present invention is not limited to this fuel supply system.

燃料電池セル11は、燃料タンク部12の上に配置されている。燃料電池セル11は、電解質膜33と、電解質膜33の一方の面上にその面に接して配されたカソード31と、他方の面上にその面に接して配されたアノード32と、カソード31およびアノード32にそれぞれ接して配されたカソード集電体41およびアノード集電体42と、電解質膜33の周縁に配されてその電解質膜33とアノード集電体42とで挟持されたシール部材43と、を有している。即ち、電解質膜33、カソード31およびアノード32は、MEA13を構成している。MEA13の上下面には、カソード集電体41とアノード集電体42がシール部材43をそれぞれ挟んで構成されている。   The fuel battery cell 11 is disposed on the fuel tank portion 12. The fuel cell 11 includes an electrolyte membrane 33, a cathode 31 disposed on and in contact with one surface of the electrolyte membrane 33, an anode 32 disposed on and in contact with the other surface, a cathode The cathode current collector 41 and the anode current collector 42 disposed in contact with the anode 31 and the anode 32, respectively, and the seal member disposed on the periphery of the electrolyte membrane 33 and sandwiched between the electrolyte membrane 33 and the anode current collector 42 43. That is, the electrolyte membrane 33, the cathode 31, and the anode 32 constitute the MEA 13. On the upper and lower surfaces of the MEA 13, a cathode current collector 41 and an anode current collector 42 are configured with a seal member 43 interposed therebetween.

電解質膜33とアノード集電体42とで挟持されたシール部材43は、枠状に集電体周縁部に配置されている。本発明の燃料電池セル11は、こうした構成からなるセル構造を有し、そのセル構造の周縁部を貫通するように複数のネジでフレーム10に固定されている。燃料電池セル11をフレーム10に止める手段としては、ネジ止めに限らず、接着などの方法も用いることができ、燃料電池セル11から液体燃料が漏れないような構造であればよい。また、MEA13やシール部材43の構成に関しても、本実施の形態に記載されるものに限定されるものではなく、燃料が漏れないような構造であればよい。   The seal member 43 sandwiched between the electrolyte membrane 33 and the anode current collector 42 is arranged in a frame shape on the periphery of the current collector. The fuel battery cell 11 of the present invention has a cell structure having such a configuration, and is fixed to the frame 10 with a plurality of screws so as to penetrate the periphery of the cell structure. The means for fixing the fuel cell 11 to the frame 10 is not limited to screwing, and a method such as adhesion may be used as long as the liquid fuel does not leak from the fuel cell 11. Further, the configurations of the MEA 13 and the seal member 43 are not limited to those described in the present embodiment, and may be any structure as long as fuel does not leak.

本発明の燃料電池セル11としては、液体燃料としてメタノール水溶液をそのまま使用するダイレクトメタノール型燃料電池が挙げられる。図2のような構造の場合には、燃料タンク部12に蓄えられた液体燃料がアノード32に供給されることによって発電が起こる。ただし、燃料タンク部12とアノード32との間に、PTFEなどの気液分離膜が配置される場合もある。この場合、燃料の気体成分のみが気液分離膜を透過して、アノード32に供給される。   Examples of the fuel cell 11 of the present invention include a direct methanol fuel cell that uses an aqueous methanol solution as a liquid fuel as it is. In the case of the structure as shown in FIG. 2, power generation occurs when the liquid fuel stored in the fuel tank unit 12 is supplied to the anode 32. However, a gas-liquid separation membrane such as PTFE may be disposed between the fuel tank unit 12 and the anode 32. In this case, only the gaseous component of the fuel passes through the gas-liquid separation membrane and is supplied to the anode 32.

MEA13は、電解質膜33をカソード31とアノード32とで挟持した構造からなるものである。電解質膜33としては、プロトンの伝導性が高く、かつ、電子伝導性をもたない高分子膜が好適に使用される。固体高分子電解質膜33の構成材料としては、スルホン酸基、リン酸基、ホスホン基、ホスフィン基等の強酸基や、カルボキシル基等の弱酸基等の極性基を有するイオン交換樹脂が好ましく、その具体例としては、パーフルオロスルホン酸系樹脂、スルホン化ポリエーテルスルホン酸系樹脂、スルホン化ポリイミド系樹脂等が挙げられる。より具体的には、例えば、スルホン化ポリ(4−フェノキシベンゾイル−1,4−フェニレン)、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリイミド、アルキルスルホン化ポリベンゾイミダゾール等の芳香族系高分子からなる固体高分子電解質膜を挙げることができる。膜厚は、その材質や燃料電池の用途等に応じて、10〜300μm程度の範囲内で適宜選定可能である。   The MEA 13 has a structure in which an electrolyte membrane 33 is sandwiched between a cathode 31 and an anode 32. As the electrolyte membrane 33, a polymer membrane having high proton conductivity and no electron conductivity is preferably used. The constituent material of the solid polymer electrolyte membrane 33 is preferably an ion exchange resin having a strong acid group such as a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a phosphone group, and a phosphine group, and a polar group such as a weak acid group such as a carboxyl group. Specific examples include perfluorosulfonic acid resins, sulfonated polyether sulfonic acid resins, sulfonated polyimide resins, and the like. More specifically, for example, sulfonated poly (4-phenoxybenzoyl-1,4-phenylene), sulfonated polyetheretherketone, sulfonated polyethersulfone, sulfonated polysulfone, sulfonated polyimide, alkylsulfonated polybenzo Examples thereof include a solid polymer electrolyte membrane made of an aromatic polymer such as imidazole. The film thickness can be appropriately selected within a range of about 10 to 300 μm depending on the material, the use of the fuel cell, and the like.

カソード31は、上記式2に示すように、酸素を還元して水にする電極であり、例えば、触媒をカーボン等の担体に担持させた粒子(粉末を含む)又は担体を有さない触媒単体と、プロトン伝導体との触媒層をカーボンペーパー等の基材上に塗布等で形成することにより得ることができる。触媒としては、白金、ロジウム、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、金、銀、ニッケル、コバルト、モリブデン、ランタン、ストロンチウム、イットリウム等が挙げられる。触媒は、1種のみでも、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。触媒を担持する粒子としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等の炭素系材料が例示される。粒子の大きさは、例えば炭素系材料が粒状物であるときには、0.01〜0.1μm程度の範囲内、好ましくは0.02〜0.06μm程度の範囲内で適宜選定される。粒子に触媒を担持させるには、例えば含浸法を適用することができる。   The cathode 31 is an electrode that reduces oxygen to water as shown in the above formula 2, for example, particles (including powder) in which a catalyst is supported on a carrier such as carbon or a catalyst alone having no carrier And a catalyst layer with a proton conductor can be obtained by coating or the like on a substrate such as carbon paper. Examples of the catalyst include platinum, rhodium, palladium, iridium, osmium, ruthenium, rhenium, gold, silver, nickel, cobalt, molybdenum, lanthanum, strontium, yttrium, and the like. The catalyst may be used alone or in combination of two or more. Examples of the particles supporting the catalyst include carbon-based materials such as acetylene black, ketjen black, carbon nanotubes, and carbon nanohorns. For example, when the carbonaceous material is a granular material, the size of the particles is appropriately selected within a range of about 0.01 to 0.1 μm, preferably within a range of about 0.02 to 0.06 μm. In order to support the catalyst on the particles, for example, an impregnation method can be applied.

触媒層が形成される基材としては、固体高分子電解質膜を用いることもできるし、カーボンペーパー、カーボンの成形体、カーボンの焼結体、焼結金属、発泡金属等、導電性を有する多孔性物質を用いることもできる。カーボンペーパー等の基材を用いた場合には、基材上に触媒層を形成してカソード31を得た後に、ホットプレス等の方法によって、触媒層が固体高分子電解質膜33と接する向きでカソード31を固体高分子電解質膜33に接合することが好ましい。カソード31の単位面積当たりの触媒量は、触媒の種類や大きさ等に応じて、0.1mg/cm 〜20mg/cm 程度の範囲内で適宜選定可能である。 As the base material on which the catalyst layer is formed, a solid polymer electrolyte membrane can be used, and carbon paper, a carbon molded body, a carbon sintered body, a sintered metal, a foamed metal, etc. having a conductive porous property. Sexual substances can also be used. When a base material such as carbon paper is used, after forming the catalyst layer on the base material to obtain the cathode 31, the catalyst layer is in contact with the solid polymer electrolyte membrane 33 by a method such as hot pressing. It is preferable to join the cathode 31 to the solid polymer electrolyte membrane 33. The catalyst amount per unit area of the cathode 31, depending on the catalyst type and size, etc., and can be appropriately selected within 0.1mg / cm 2 ~20mg / cm 2 in the range of about.

アノード32は、上記式1に示すように、メタノール水溶液と水から水素イオンとCOと電子を生成する電極であり、上記のカソード31と同様にして構成される。アノード32を構成する触媒層や基材は、カソード31を構成する触媒層や基材と同じであってもよいし異なっていてもよい。アノード32の単位面積当たりの触媒量も、カソードの場合と同様、触媒の種類や大きさ等に応じて、0.1mg/cm 〜20mg/cm 程度の範囲内で適宜選定可能である。 The anode 32 is an electrode that generates hydrogen ions, CO 2, and electrons from a methanol aqueous solution and water, as shown in the above formula 1, and is configured in the same manner as the cathode 31 described above. The catalyst layer and base material constituting the anode 32 may be the same as or different from the catalyst layer and base material constituting the cathode 31. The catalyst amount per unit area of the anode 32, as in the case of the cathode, depending on the catalyst type and size, etc., and can be appropriately selected within 0.1mg / cm 2 ~20mg / cm 2 in the range of about.

カソード集電体41およびアノード集電体42は、カソード31およびアノード32上にそれぞれ接して配され、電子の取出効率及び電子の供給効率を高めるように作用する。これらの集電体41,42は、図2に示すように、MEAの周縁部に接する枠形状のものであってもよいし、MEAの全面に接する平板状又はメッシュ状等のものであってもよい。平板状の場合、燃料および空気が入り込めるような貫通孔を規則的もしくは不規則的に設け、貫通孔をあけていない部分で電極と接触させ、集電を行う。これらの集電体41,42の材料としては、例えば、ステンレス鋼、焼結金属、発泡金属等、又はこれらの金属に高導電性金属材料をメッキ処理したものやカーボン材料などの導電体等を用いることができる。尚、図2において、カソード集電体41は、カソード31の上側を覆うように描かれているが、実際には枠状である。よって、カソード41の上面は中央部で開放されている。   The cathode current collector 41 and the anode current collector 42 are disposed on and in contact with the cathode 31 and the anode 32, respectively, and act to increase the electron extraction efficiency and the electron supply efficiency. As shown in FIG. 2, these current collectors 41 and 42 may have a frame shape in contact with the peripheral edge of the MEA, or may have a flat plate shape or mesh shape in contact with the entire surface of the MEA. Also good. In the case of a flat plate shape, through holes through which fuel and air can enter are provided regularly or irregularly, and contact is made with the electrodes at portions where the through holes are not formed, thereby collecting current. Examples of the material of these current collectors 41 and 42 include stainless steel, sintered metal, foam metal, etc., or a conductive material such as a material obtained by plating these metals with a highly conductive metal material, or a carbon material. Can be used. In FIG. 2, the cathode current collector 41 is drawn so as to cover the upper side of the cathode 31, but actually has a frame shape. Therefore, the upper surface of the cathode 41 is open at the center.

シール部材43は、一の燃料電池セル11に複数設けられている。シール部材43は、シール機能を有している。例えば、図2に示すように、(1)電解質膜33とカソード集電体41との間には、カソード31の厚さとほぼ同じ厚さからなるシール部材43がセル構造の周縁に枠状に設けられている。また、(2)電解質膜33とアノード集電体42との間には、アノード32の厚さとほぼ同じ厚さからなるシール部材43がセル構造の周縁に枠状に設けられている。また、(3)アノード集電体42とフレーム10との間には、任意の厚みをもつシール部材43が設けられている。なお、これらの各シール部材は、シール性、絶縁性および弾性を有するものが好ましく、通常はシール機能を有するゴムやプラスチックで形成されている。具体的には、PTFE、PET、PEEK、塩化ビニル等のプラスチック素材や、フッ素樹脂、シリコンゴム、ブチルゴム等のゴム素材を用いることが好ましい。但し、シール部材43の形状、構成及び位置などは、ここに記述した通りでなく、少なくともシール機能を有していればよい。   A plurality of seal members 43 are provided in one fuel cell 11. The seal member 43 has a sealing function. For example, as shown in FIG. 2, (1) a seal member 43 having a thickness substantially the same as the thickness of the cathode 31 is formed between the electrolyte membrane 33 and the cathode current collector 41 in a frame shape around the periphery of the cell structure. Is provided. (2) Between the electrolyte membrane 33 and the anode current collector 42, a seal member 43 having a thickness substantially the same as the thickness of the anode 32 is provided in a frame shape on the periphery of the cell structure. (3) A seal member 43 having an arbitrary thickness is provided between the anode current collector 42 and the frame 10. Each of these sealing members preferably has sealing properties, insulating properties, and elasticity, and is usually formed of rubber or plastic having a sealing function. Specifically, it is preferable to use plastic materials such as PTFE, PET, PEEK, and vinyl chloride, and rubber materials such as fluororesin, silicon rubber, and butyl rubber. However, the shape, configuration, position, and the like of the seal member 43 are not as described here, and may have at least a seal function.

続いて、カソード31に供給される気体の流れを説明する。図3は、ファンカバー52を用いない場合の気流の流れを説明する図である。図中、矢印は気流の方向を示している。尚、ファンカバー52によってファン51が被覆されていない点以外は、本実施形態に係る燃料電池システム1と同様の構成である。ファンカバー52を用いず、ファン51のファン吸気口55の上部を開放させた場合、ファン51に対してXY平面方向の略全方向から気体が吸込まれる。   Next, the flow of gas supplied to the cathode 31 will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating the flow of airflow when the fan cover 52 is not used. In the figure, arrows indicate the direction of airflow. The configuration is the same as that of the fuel cell system 1 according to this embodiment except that the fan 51 is not covered with the fan cover 52. When the upper part of the fan inlet 55 of the fan 51 is opened without using the fan cover 52, gas is sucked into the fan 51 from almost all directions in the XY plane direction.

これに対し、図5に示される本実施の形態によれば、吸気口53および排気口53を有するファンカバー52を用いることによって、気流の流れを限定することができる。吸気口53を−Y方向側に設けることによって、燃料電池スタック部18側(整流空間28)から選択的に吸気を行うことができる。これにより、カソード31面上の空気流空間29での気流も+Y方向側に限定される。カソード31面上において、気流を一方向とすることができるので、部分的な滞留等が生じることがない。よって、複数の送風機や、大型の送風機を用いる必要がない。燃料電池スタック部18の大きさに対して、小さな大きさのファンを用いたとしても、燃料電池スタック部18の隅々まで均等に酸化剤ガスを供給することができる。   On the other hand, according to the present embodiment shown in FIG. 5, the flow of the airflow can be limited by using the fan cover 52 having the intake port 53 and the exhaust port 53. By providing the intake port 53 on the -Y direction side, intake can be selectively performed from the fuel cell stack unit 18 side (rectifying space 28). Thereby, the airflow in the airflow space 29 on the surface of the cathode 31 is also limited to the + Y direction side. Since the airflow can be unidirectional on the surface of the cathode 31, partial stagnation does not occur. Therefore, it is not necessary to use a plurality of fans or a large fan. Even if a fan having a smaller size than the size of the fuel cell stack portion 18 is used, the oxidant gas can be evenly supplied to every corner of the fuel cell stack portion 18.

また、気流の方向を限定することで、ファン51の吸気を効率良く行うことができるので、ファンユニット16として小型であり消費電力の少ないものを選択することができる。   Further, by limiting the direction of the airflow, the fan 51 can be efficiently sucked, so that the fan unit 16 that is small and consumes less power can be selected.

燃料電池セルは、低温状態では十分な発電が得られない傾向にある。ファンを小型化させて、燃料電池スタック部18に均一に気流を発生させることで、燃料電池セルの過冷却を防ぐことができる。また、ファンによる過度の送風により、カソードの乾燥が起こることがあるが、これも同様に防ぐことができる。   Fuel cells tend to be unable to generate sufficient power at low temperatures. By reducing the size of the fan and generating a uniform air flow in the fuel cell stack unit 18, overcooling of the fuel cells can be prevented. Moreover, although the drying of the cathode may occur due to excessive air blowing by the fan, this can be similarly prevented.

更に、ファンを燃料電池スタック部18の平面方向に、その平面方向と平行となるように配置することで、厚み方向に占めるスペースが抑制される。よって、燃料電池システムを薄型化することができる。   Furthermore, by arranging the fan in the planar direction of the fuel cell stack portion 18 so as to be parallel to the planar direction, the space occupied in the thickness direction is suppressed. Therefore, the fuel cell system can be reduced in thickness.

(第2の実施形態)
第2の実施形態について説明する。図7は、本実施の形態に係る燃料電池システム1の上面図およびそのDD’面における断面図である。本実施の形態に係る燃料電池システム1は、第1の実施の形態に対して、仕切り26が追加されている。仕切り26以外の構成に関しては、第1の実施形態と同じであるので、説明は省略される。
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described. FIG. 7 is a top view of the fuel cell system 1 according to the present embodiment and a cross-sectional view of the DD ′ plane. In the fuel cell system 1 according to the present embodiment, a partition 26 is added to the first embodiment. Since the configuration other than the partition 26 is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

仕切り26は、空気流空間29を複数の領域に区切るように設けられている。本実施の形態においては、6列の燃料電池セル11が配置されているが、仕切り26は隣り合う列の間に設けられている。仕切26は、厚み方向で、筐体14と燃料電池スタック15に密着して設けられている。仕切り26によって、外部からスタック吸気開放部24を介して空気流空間29へ導入される気流は、燃料電池セル11の各列に分別される。   The partition 26 is provided so as to divide the airflow space 29 into a plurality of regions. In the present embodiment, six rows of fuel cells 11 are arranged, but the partitions 26 are provided between adjacent rows. The partition 26 is provided in close contact with the casing 14 and the fuel cell stack 15 in the thickness direction. The air flow introduced from the outside into the air flow space 29 through the stack intake opening 24 is separated into each row of the fuel cells 11 by the partition 26.

ここで、仕切り26は、必ずしも隣接する燃料電池セル11の列間に設ける必要はない。単一の燃料電池セル11のカソード面31上を区切るように設けることも可能である。この場合、ある空気流空間29で十分な量の酸化剤ガスが供給されない状況が発現したとしても、隣接した別の空気流空間29から供給されるため、局部的に発電停止になるような状況を防止することができる。   Here, the partition 26 is not necessarily provided between adjacent rows of the fuel cells 11. It is also possible to provide a single fuel cell 11 so as to divide the cathode surface 31. In this case, even if a situation occurs in which a sufficient amount of oxidant gas is not supplied in a certain airflow space 29, the situation is such that power generation is locally stopped because the airflow space 29 is supplied from another adjacent airflow space 29. Can be prevented.

仕切26の素材としては、導電性のないプラスチック素材がよい。特に、気密性を保つために、ウレタンやゴムなどの弾性素材を用いることが好ましい。また、吸水性素材を用いた場合には、筐体14内部に結露した水分を一時的に吸水することもできるため、フラッディングによる発電停止を防止することにもつながる。尚、仕切26の材質は、2つ以上の異なる素材を組み合わせることも可能である。   As a material of the partition 26, a plastic material having no conductivity is preferable. In particular, in order to maintain airtightness, it is preferable to use an elastic material such as urethane or rubber. In addition, when a water-absorbing material is used, moisture condensed in the inside of the housing 14 can be temporarily absorbed, thereby preventing power generation from being stopped due to flooding. The material of the partition 26 can be a combination of two or more different materials.

仕切26は、燃料電池セル11が形成する各列の間に、1本ないしは2本程度用いることもできる。2本以上の仕切を用いる際には、仕切26の間に空間が形成され、仕切26を通じる部分を設けることによって、空気流空間29の余分な水分を排出させることも可能となる。その場合は、仕切26の素材として、PTFEやPVAなどの多孔質体や、その他の繊維質素材を用いることで機能化できる。   About one or two partitions 26 may be used between the rows formed by the fuel cells 11. When two or more partitions are used, a space is formed between the partitions 26, and by providing a portion through the partition 26, it is possible to discharge excess moisture in the airflow space 29. In that case, it can be functionalized by using a porous body such as PTFE or PVA or other fibrous material as the material of the partition 26.

燃料電池スタック部18において、スタック排気開放部25側(+Y方向側)で、且つ、ファン51と離れた部位(±X方向側)の両隅部分には、酸化剤ガスは供給されにくい。本実施の形態に依れば、仕切26を設けることによって、両隅のカソード31に対しても、十分な酸化剤ガスを供給することが可能となる。第1の実施形態と比較して、燃料電池スタック部18のカソード31面に対して、更に均等に酸化剤ガスが供給される。   In the fuel cell stack portion 18, the oxidant gas is difficult to be supplied to both corner portions on the stack exhaust opening portion 25 side (+ Y direction side) and at a portion away from the fan 51 (± X direction side). According to the present embodiment, by providing the partition 26, it is possible to supply sufficient oxidant gas to the cathodes 31 at both corners. Compared to the first embodiment, the oxidant gas is more evenly supplied to the surface of the cathode 31 of the fuel cell stack unit 18.

(第3の実施形態)
第3の実施形態について説明する。図8は、本実施の形態に係る燃料電池システム1の上面図およびそのEE’における断面図である。本実施の形態に係る燃料電池システム1は、第2の実施の形態に対して、ガイド板27が追加されている。ガイド板27以外の構成は、第2の実施形態と同じであるので、説明は省略される。
(Third embodiment)
A third embodiment will be described. FIG. 8 is a top view of the fuel cell system 1 according to the present embodiment and a cross-sectional view at EE ′. In the fuel cell system 1 according to the present embodiment, a guide plate 27 is added to the second embodiment. Since the configuration other than the guide plate 27 is the same as that of the second embodiment, description thereof is omitted.

第2の実施形態のように、仕切26のみで十分な気流を形成させようとするには、整流空間におけるファン51とスタック15の距離を十分にあけ、両脇に位置する燃料電池セル11にも、十分な気流を形成させる必要がある。そこで、本実施の形態ではガイド板27が追加されている。   As in the second embodiment, in order to form a sufficient airflow only by the partition 26, the fan 51 and the stack 15 in the rectifying space are sufficiently separated from each other, and the fuel cells 11 located on both sides are separated. However, it is necessary to form a sufficient air flow. Therefore, a guide plate 27 is added in the present embodiment.

ガイド板27は、整流空間28内に4枚、設けられている。各ガイド板27は、一端で吸気口53に連結され、他端でスタック排気開放部25に連結されている。ガイド板27と吸気口53との連結部分では、ガイド板27の端部が吸気口53の開口面内に配置されるようになっている。このようにして、吸気口53の開口面は、4枚のガイド板27の端部によって5つに分割されている。2枚のガイド板は、スタック排気開放部25との連結部分において、±X方向側の最も外側の列と外側から2番目の列との間に設けられた仕切り26の端部と連結している。また、他の2枚のガイド板27は、スタック排気開放部25との連結部分において、±X方向側の外側から2番目の列と外側から3番目の列との間に設けられた仕切り26の端部に連結している。   Four guide plates 27 are provided in the rectifying space 28. Each guide plate 27 is connected to the intake port 53 at one end and to the stack exhaust opening 25 at the other end. At the connecting portion between the guide plate 27 and the intake port 53, the end portion of the guide plate 27 is arranged in the opening surface of the intake port 53. Thus, the opening surface of the intake port 53 is divided into five by the end portions of the four guide plates 27. The two guide plates are connected to the end portion of the partition 26 provided between the outermost row on the ± X direction side and the second row from the outside at the connecting portion with the stack exhaust opening portion 25. Yes. Further, the other two guide plates 27 are partitions 26 provided between the second row from the outside on the ± X direction side and the third row from the outside at the connecting portion with the stack exhaust opening portion 25. It is connected to the end.

整流空間28は、ガイド板27によって区切られた複数の空間を有している。複数の空間のうちで外側の空間28Aは、空気流空間29が分割された複数の領域のうちの外側の領域29Aに対応して連通している。同様に、外側から2番目の空間28Bは、外側から2番目の領域29Bに、中央の空間28Cは、中央部に位置する2つの領域29Cに、夫々対応して連通している。   The rectifying space 28 has a plurality of spaces partitioned by the guide plate 27. Outer space 28 </ b> A among the plurality of spaces communicates with outer region 29 </ b> A among the plurality of regions into which airflow space 29 is divided. Similarly, the second space 28B from the outside communicates with the second region 29B from the outside, and the central space 28C communicates with the two regions 29C located at the center.

ガイド板27の上下(±Z方向側)は筐体14と密着している。ただし、整流効果を出すためには必ずしも密閉する必要はなく、概密閉していればよい。   The upper and lower sides (± Z direction side) of the guide plate 27 are in close contact with the housing 14. However, in order to produce the rectifying effect, it is not always necessary to seal, and it is sufficient that it is almost sealed.

このように、整流空間28をガイド板27で複数の空間に区切ることによって、スタック排気開放部25から排気された気体は、複数の空間のいずれかに導入される。各空間では、スタック排気開放部25からファン吸気口53への一方向の気流が発生しており、整流空間28内での滞留が抑制される。   Thus, by dividing the rectifying space 28 into a plurality of spaces by the guide plate 27, the gas exhausted from the stack exhaust opening 25 is introduced into any of the plurality of spaces. In each space, a one-way air flow is generated from the stack exhaust opening 25 to the fan air inlet 53, and the stay in the rectifying space 28 is suppressed.

また、ガイド板27としては、熱伝導性の高いものが好ましい。熱伝導性の高いものを用いることで、燃料電池スタック部18から排気された気体の熱を分散させることができる。よって、燃料電池スタック部18への畜熱が防止される。   Further, the guide plate 27 is preferably one having high thermal conductivity. By using the one having high thermal conductivity, the heat of the gas exhausted from the fuel cell stack portion 18 can be dispersed. Therefore, livestock heat to the fuel cell stack unit 18 is prevented.

整流空間には、燃料電池スタック部18のカソード面を通過した高温、高湿度の排気が流れ込む。その排気をそのままファン51が吸込むと、ファン内部で結露したり、ファンから排気された水分が機器の内部で結露することがある。   High-temperature and high-humidity exhaust gas that has passed through the cathode surface of the fuel cell stack portion 18 flows into the rectifying space. If the fan 51 sucks the exhaust as it is, condensation may occur inside the fan, or moisture exhausted from the fan may condense inside the device.

また、ガイド板27としては、吸水性素材を用いる事がこのましい。整流空間28で結露した水分を一時的に吸水することもできる。また、燃料電池システム1からの水漏れ防止にもつながる。   Further, it is preferable to use a water-absorbing material as the guide plate 27. Moisture condensed in the rectifying space 28 can be temporarily absorbed. Moreover, it also leads to prevention of water leakage from the fuel cell system 1.

ガイド板27の素材としては、金属そのものやその表面をビニルシートなどで被覆したものを用いることができ、導電性のないプラスチック素材なども用いることができる。このようなものとしては、Cu、Al、Au、Ag等の熱伝導性の高い金属、Mg、Tiなどの軽金属、SUSなどの耐腐食性の高い金属素材が挙げられる。但し、金属をそのまま露出させていると腐食しやすくなるため、金属の表面はPP(ポリプロピレン)やビニル等のプラスチック素材で被覆させることが望ましい。   As the material of the guide plate 27, a metal itself or a material whose surface is covered with a vinyl sheet or the like can be used, and a non-conductive plastic material or the like can also be used. Examples of such materials include metals having high thermal conductivity such as Cu, Al, Au, and Ag, light metals such as Mg and Ti, and metal materials having high corrosion resistance such as SUS. However, since the metal is easily corroded if it is exposed as it is, it is desirable to coat the metal surface with a plastic material such as PP (polypropylene) or vinyl.

また、ガイド板27に吸水性を付与する場合には、発泡ウレタン素材、PVA系素材、布や紙などの繊維素材が挙げられる。   Moreover, when providing water absorption to the guide board 27, fiber materials, such as a foaming urethane material, a PVA-type material, cloth, and paper, are mentioned.

ガイド板27の材質は、2つ以上の異なる素材を組み合わせることも可能であり、ガイド板自体を2枚以上の部材で形成することもよい。上述のように、金属素材と吸水性素材を組み合わせる場合には、両面テープや熱伝導性のある糊(高熱伝導性シリコングリース等)で接着する方法や、吸水性素材に切れ目を入れて金属素材を挟み込む方法などが挙げられる。   The material of the guide plate 27 can be a combination of two or more different materials, and the guide plate itself may be formed of two or more members. As described above, when combining metal materials and water-absorbing materials, it is possible to bond them with double-sided tape or heat-conductive glue (such as high-heat-conducting silicone grease), or cut the water-absorbing materials into metal materials. The method of inserting | pinching is mentioned.

本実施の形態によれば、ファン51の吸気力は、整流空間28が分割された各空間に分配される。よって、空気流空間のうち、外側に位置する領域においても均等に気体が吸気される。すなわち、より均等に燃料電池セル11に対して酸化剤ガスが供給される。   According to the present embodiment, the intake force of the fan 51 is distributed to each space into which the rectifying space 28 is divided. Therefore, gas is evenly sucked even in a region located outside of the airflow space. That is, the oxidant gas is supplied to the fuel cells 11 more evenly.

第2の実施形態では、空気流空間29内でY方向側への気流を発生させるためには、ファン51と燃料電池スタック15の距離をある程度あけて気流の流れを整える必要がある。一方、本実施の形態に依れば、吸気口53と燃料電池セル11の各列とを気流的につなぐことで、燃料電池スタック部18とファン51との距離に関係なく、空気流空間29内の気流を+Y方向へ限定することができる。よって、ファンユニット16と燃料電池スタック15との距離を近づけることができる。即ち整流空間28の占有する面積を低減することが可能となる。   In the second embodiment, in order to generate an airflow in the Y direction side in the airflow space 29, it is necessary to arrange the airflow with a certain distance between the fan 51 and the fuel cell stack 15. On the other hand, according to the present embodiment, the air flow space 29 is connected regardless of the distance between the fuel cell stack unit 18 and the fan 51 by connecting the air inlet 53 and each row of the fuel cells 11 in an airflow manner. The internal airflow can be limited to the + Y direction. Therefore, the distance between the fan unit 16 and the fuel cell stack 15 can be reduced. That is, the area occupied by the rectifying space 28 can be reduced.

さらに、燃料電池セルの各列から吸気する量は、吸気口53とガイド板27の端部との連結位置を調整することで最適化することができる。このようにすることで、仕切り26を設けない場合には気流が発生しにくい両端の列の燃料電池セルに対しても、中央部の列の燃料電池セルと同等の量の酸化剤ガスを供給することができる。   Further, the amount of air taken from each row of fuel cells can be optimized by adjusting the connection position between the air inlet 53 and the end of the guide plate 27. By doing so, the same amount of oxidant gas as the fuel cells in the central row is supplied to the fuel cells in the rows at the both ends where the air flow is not easily generated when the partition 26 is not provided. can do.

(第4の実施形態)
第4の実施形態について説明する。図9は、本実施の形態に係る燃料電池システム1の上面図およびそのDD’面における断面図である。図中、矢印は気流の方向を示している。
本実施の形態に係る燃料電池システム1は、第3の実施の形態に対して、吸気口53の位置が変更されている。また、ファンユニット16のレイアウトが変更されている。また、ガイド板27と吸気口53との連結位置が変更されている。その他は第3の実施形態と同じ構成であり、説明は省略される。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment will be described. FIG. 9 is a top view of the fuel cell system 1 according to the present embodiment and a cross-sectional view of the DD ′ plane. In the figure, arrows indicate the direction of airflow.
In the fuel cell system 1 according to the present embodiment, the position of the intake port 53 is changed with respect to the third embodiment. Further, the layout of the fan unit 16 is changed. Further, the connection position between the guide plate 27 and the intake port 53 is changed. Other configurations are the same as those of the third embodiment, and a description thereof will be omitted.

図10は、ファン筐体511をファンカバー52で覆った状態を示す図である。(A)は上面図、(B)は側面図、(C)は排気方向側から見た斜視図、(D)は吸気方向側から見た斜視図である。図中、矢印の方向は気流の流れる方向を示している。また、ファン筐体511は実際には見えないが、透視させて示している。   FIG. 10 is a diagram illustrating a state where the fan housing 511 is covered with the fan cover 52. (A) is a top view, (B) is a side view, (C) is a perspective view seen from the exhaust direction side, and (D) is a perspective view seen from the intake direction side. In the figure, the direction of the arrow indicates the direction of airflow. Further, the fan housing 511 is not actually seen, but is shown through.

吸気口53は、ファンカバー52の−Y方向側側面の端部と、±X方向側側面の−Y方向側に設けられた開口である。即ち、−Y方向側の±X方向側にあたる角部が切り欠いた形状となっている。−Y方向側の面の中央部は遮蔽板57によって閉じられている。   The intake port 53 is an opening provided on the end portion of the side surface of the fan cover 52 on the −Y direction side and on the −Y direction side of the side surface of the ± X direction. That is, the corner corresponding to the ± X direction side on the −Y direction side is cut out. The central part of the surface on the −Y direction side is closed by a shielding plate 57.

図9を参照する。ファンユニット16は、燃料電池スタック部18の排気開放部25に接触するように配置されている。ガイド板27は、一端で、ファンカバー52の±X方向側の側面の吸気口53に連結している。また、ガイド板27は、多端で、仕切り26に連結している。   Please refer to FIG. The fan unit 16 is disposed so as to contact the exhaust opening 25 of the fuel cell stack 18. The guide plate 27 is connected at one end to the air inlet 53 on the side surface of the fan cover 52 on the ± X direction side. The guide plate 27 is connected to the partition 26 at multiple ends.

排気口54に対して平行なファン吸気口53の中央部は遮蔽板57によって、閉じられているので、複数の燃料電池セル11のうちで中央部の列29Cから排気される気流の量が制限される。遮蔽板57を設けていない場合は、中央部の列29Cからは両端部の列29Aと比較して気流の量が多くなる傾向にあるが、遮蔽板57により中央部の列29Cからの気流を制限させることで、各列の気流の量を均等にすることができる。   Since the central part of the fan inlet 53 parallel to the exhaust outlet 54 is closed by a shielding plate 57, the amount of airflow exhausted from the central row 29C among the plurality of fuel cells 11 is limited. Is done. When the shielding plate 57 is not provided, the airflow from the central row 29C tends to increase from the central row 29C as compared to the row 29A at both ends. By restricting, the amount of airflow in each row can be equalized.

本実施の形態に依れば、第3の実施形態における作用に加え、吸気口53と排気口54とを非平行な部分にも設けることにより、ファン51と燃料電池スタック15との距離を実質上なくすことができる。よって、より省スペース化となる。   According to the present embodiment, in addition to the operation in the third embodiment, the distance between the fan 51 and the fuel cell stack 15 is substantially increased by providing the intake port 53 and the exhaust port 54 in a non-parallel portion. It can be eliminated. Therefore, the space is further saved.

(第5の実施形態)
第5の実施形態について説明する。図11は、本実施の形態に係る燃料電池システム1の上面図およびそのFF’面における断面図である。図中、矢印は気流の方向を示している。第1の実施形態と同じ構成については、説明が省略される。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment will be described. FIG. 11 is a top view of the fuel cell system 1 according to the present embodiment and a cross-sectional view of the FF ′ plane. In the figure, arrows indicate the direction of airflow. The description of the same configuration as that of the first embodiment is omitted.

燃料電池スタック部18は、−Y方向側に凹となる凹部を有するように配置されている。即ち、複数の燃料電池セル11がL字状に並んだ一の燃料電池スタック15と、逆L字状に並んだ別の燃料電池スタック15が向かい合うことで、凹部が形成されている。   The fuel cell stack portion 18 is disposed so as to have a concave portion that is concave on the −Y direction side. That is, one fuel cell stack 15 in which a plurality of fuel cells 11 are arranged in an L shape and another fuel cell stack 15 in an inverted L shape face each other to form a recess.

筐体14は、第1の実施形態と同様に、燃料電池スタック部18の上に空気流空間29を設けて配置されている。   As in the first embodiment, the casing 14 is arranged with an airflow space 29 on the fuel cell stack portion 18.

空気流空間29は、燃料電池スタック部18の±X方向側の外側端部および−Y方向側端部で開放され、スタック吸気口24を形成している。また、凹部に面する端部でも開放され、スタック排気口25を形成している。一方、凹部の外側のY方向側端部では閉じられている。   The air flow space 29 is opened at the outer end portion on the ± X direction side and the end portion on the −Y direction side of the fuel cell stack portion 18 to form a stack intake port 24. Further, the end facing the recess is also opened to form a stack exhaust port 25. On the other hand, it is closed at the end in the Y direction side outside the recess.

仕切り26は複数枚設けられている。2枚の仕切り26は、それぞれが一端で凹部の内側角部に連結し、他端で燃料電池スタック部18の−Y方向側端部に連結するように設けられている。また、他の2枚の仕切り26は、燃料電池スタック15同士が面している部分を分割するように設けられている。   A plurality of partitions 26 are provided. Each of the two partitions 26 is provided so that one end is connected to the inner corner of the recess and the other end is connected to the −Y direction side end of the fuel cell stack 18. Further, the other two partitions 26 are provided so as to divide a portion where the fuel cell stacks 15 face each other.

ファンユニット16は、その凹部に内蔵されるように配置されている。図12は、ファンユニットの形状を示す図である。(A)は上面図、(B)は側面図、(C)は排気方向側から見た斜視図、(D)は吸気方向側から見た斜視図である。図中、矢印の方向は気流の流れる方向を示している。また、ファン筐体511は実際には見えないが、透視させて示している。   The fan unit 16 is disposed so as to be built in the recess. FIG. 12 is a diagram illustrating the shape of the fan unit. (A) is a top view, (B) is a side view, (C) is a perspective view seen from the exhaust direction side, and (D) is a perspective view seen from the intake direction side. In the figure, the direction of the arrow indicates the direction of airflow. Further, the fan housing 511 is not actually seen, but is shown through.

ファンユニット16において、ファンカバー52に設けられた吸気口53の位置が工夫されている。ファンカバー52の±X方向側側面は開放されており、吸気口531となっている。また、ファンカバー52の−Y方向側側面の両端も開放されており、吸気口531となっている。   In the fan unit 16, the position of the air inlet 53 provided in the fan cover 52 is devised. The side surface on the ± X direction side of the fan cover 52 is open and serves as an intake port 531. In addition, both ends of the side surface of the fan cover 52 on the −Y direction side are also opened, and serve as intake ports 531.

再び図11を参照する。一対の整流板17は、夫々、一端で燃料電池スタック部18の凹部のY方向側角部に接続し、他端でファンカバー52のY方向側角部に接続している。   Refer to FIG. 11 again. Each of the pair of rectifying plates 17 is connected to the Y direction side corner of the recess of the fuel cell stack 18 at one end, and connected to the Y direction side corner of the fan cover 52 at the other end.

ガイド板27は4枚設けられている。2枚のガイド板27は、夫々、一端でファンカバー52の−Y方向側角部に接続され、他端で燃料電池スタック部18の凹部−Y方向側角部に接続されている。また、他の2枚のガイド板27は、各々が、一端でファンカバー52の−Y方向側の側面中央部に接続され、他端で2つの燃料電池スタック15が面する部分に設けられた2枚の仕切り26の端部に夫々接続されている。このようにして、いずれのガイド板27も一端で仕切り26に接続されている。   Four guide plates 27 are provided. Each of the two guide plates 27 is connected to the −Y direction side corner of the fan cover 52 at one end, and is connected to the recess −Y direction side corner of the fuel cell stack 18 at the other end. Each of the other two guide plates 27 is connected to the central portion of the side surface on the −Y direction side of the fan cover 52 at one end, and provided at the portion where the two fuel cell stacks 15 face at the other end. The ends of the two partitions 26 are connected to each other. In this way, each guide plate 27 is connected to the partition 26 at one end.

本実施の形態に依れば、第1の実施形態における効果に加え、次の効果を奏する。このようなファン内蔵型とする場合、同一面積となる燃料電池スタック15の外形を保つ限り、搭載できる燃料電池セル11の数を少なくする必要が生じるものの、ファンユニット16が外部に飛び出した構造ではなくなり、かつ整流空間28をも燃料電池スタック部18内部に閉じ込めることができるので、全体的に構造を簡略化することができる。   According to the present embodiment, in addition to the effects in the first embodiment, the following effects can be obtained. In the case of such a fan built-in type, as long as the outer shape of the fuel cell stack 15 having the same area is maintained, it is necessary to reduce the number of fuel cells 11 that can be mounted, but in the structure in which the fan unit 16 protrudes to the outside. Further, since the rectifying space 28 can be confined in the fuel cell stack portion 18, the structure can be simplified as a whole.

また、整流空間28を通過することによるファン51の風量ロスや空気流空間29自体を短縮することもできる。消費電力がより小さくても、発電に十分な気流を形成することができる。その場合、燃料電池セル11と同程度の大きさのファン51を設置すれば、燃料電池セル11密度を向上させることも可能である。   Moreover, the air volume loss of the fan 51 and the airflow space 29 itself by passing through the rectifying space 28 can be shortened. Even if the power consumption is smaller, an air flow sufficient for power generation can be formed. In that case, the density of the fuel cells 11 can be improved by installing a fan 51 having the same size as that of the fuel cells 11.

以上説明したように、本発明の燃料電池システム1のように、上面および側面を筐体14によって閉ざされ、スタック吸気開放部24からスタック排気開放部25へ向かう気流を、低消費電力の薄型径流ファンなどのファン51などを用いてカソード31に供給する構造において、ファン51をファンカバー52で囲い、ファンカバー52に平行もしくは非平行に吸気口53と排気口54を設け、吸気口53を、仕切26によって仕切った空気流空間28と整流板27を介して連結することで、燃料電池スタック15を構成する全ての燃料電池セル11に、発電に十分な空気を供給することが可能となる。   As described above, as in the fuel cell system 1 of the present invention, the upper surface and the side surface are closed by the casing 14, and the air flow from the stack intake opening 24 to the stack exhaust opening 25 is converted into a low-power consumption thin-diameter flow. In a structure in which a fan 51 such as a fan is used to supply the cathode 31, the fan 51 is surrounded by a fan cover 52, and an intake port 53 and an exhaust port 54 are provided in parallel or non-parallel to the fan cover 52. By connecting the air flow space 28 partitioned by the partition 26 via the rectifying plate 27, it becomes possible to supply sufficient air for power generation to all the fuel cells 11 constituting the fuel cell stack 15.

また、ファンカバー52の開口部分の位置を工夫することによって、ファン51と燃料電池スタック15の間に設ける必要がある整流空間28を最小化することができる。さらには、仕切26やガイド板27を組み合わせることによって、燃料電池スタック部18にファンを内蔵することも可能となる。   Further, by devising the position of the opening of the fan cover 52, the rectifying space 28 that needs to be provided between the fan 51 and the fuel cell stack 15 can be minimized. Further, by combining the partition 26 and the guide plate 27, it is possible to incorporate a fan in the fuel cell stack unit 18.

本発明によって、PCなどの携帯機器に搭載可能な高出力の薄型燃料電池システムを実現することができ、燃料電池スタック15の形状も従来のものとは異なる様式に変容することも可能となる。   According to the present invention, a high-power thin fuel cell system that can be mounted on a portable device such as a PC can be realized, and the shape of the fuel cell stack 15 can also be changed to a mode different from the conventional one.

尚、既述の第1〜5の実施形態においては、ファン51が燃料電池スタック部18から吸気を行うように配置されているが、ファン51を、吸気方向および排気方向の位置を反対にして配置することで、ファン51が燃料電池スタック部18側に対して気体を送り出すようにしてもよい。このように、ファン51から燃料電池スタック部18側へ気流を吐出させるように配置したとしても、第1〜5の実施形態と同様の作用・効果が得られることは自明的であろう。   In the first to fifth embodiments described above, the fan 51 is arranged so as to intake air from the fuel cell stack unit 18. However, the fan 51 is placed with the positions in the intake direction and the exhaust direction reversed. By disposing, the fan 51 may send gas to the fuel cell stack unit 18 side. As described above, it is obvious that even if the air flow is arranged to be discharged from the fan 51 to the fuel cell stack unit 18 side, the same actions and effects as those in the first to fifth embodiments can be obtained.

以下、実施例を示すことにより、本発明の燃料電池システムを具体的に説明する。   Hereinafter, the fuel cell system of the present invention will be specifically described by showing examples.

(実施例1)
実施例1で用いた燃料電池セルの構造について以下に説明する。先ず、炭素粒子(ライオン社製のケッチェンブラックEC600JD)に粒子径が3〜5nmの範囲内にある白金微粒子を重量比で50%担持させた触媒担持炭素微粒子を用意し、この触媒担持炭素微粒子1gにデュポン社製の5重量%ナフィオン溶液(商品名;DE521、「ナフィオン」はデュポン社の登録商標)を加え、攪拌して、カソード形成用の触媒ペーストを得た。この触媒ペーストを基材としてのカーボンペーパー(東レ社製のTGP−H−120)上に1〜8mg/cmの塗工量で塗布し、乾燥させて、4cm×4cmのカソード31を作製した。一方、白金微粒子に代えて粒子径が3〜5nmの範囲内にある白金(Pt)−ルテニウム(Ru)合金微粒子(Ruの割合は50at%)を用いた以外は上記カソード形成用の触媒ペーストを得る条件と同じにしてアノード形成用の触媒ペーストを得た。この触媒ペーストを用いた以外は上記カソードの作製条件と同じ条件で、アノード32を作製した。
Example 1
The structure of the fuel cell used in Example 1 will be described below. First, catalyst-supported carbon fine particles were prepared by supporting 50% by weight of platinum fine particles having a particle diameter in the range of 3 to 5 nm on carbon particles (Ketjen Black EC600JD manufactured by Lion Corporation). To 1 g, a 5 wt% Nafion solution (trade name; DE521, “Nafion” is a registered trademark of DuPont) manufactured by DuPont was added and stirred to obtain a catalyst paste for cathode formation. This catalyst paste was applied at a coating amount of 1 to 8 mg / cm 2 on carbon paper (TGP-H-120 manufactured by Toray Industries, Inc.) as a base material and dried to prepare a cathode 31 of 4 cm × 4 cm. . On the other hand, the catalyst paste for forming the cathode described above was used except that platinum (Pt) -ruthenium (Ru) alloy fine particles (Ru ratio was 50 at%) having a particle diameter in the range of 3 to 5 nm were used instead of the platinum fine particles. A catalyst paste for forming an anode was obtained under the same conditions as obtained. An anode 32 was produced under the same conditions as those for the cathode except that this catalyst paste was used.

次に、デュポン社製のナフィオン117(数平均分子量は250000)からなる8cm×8cm×厚さ180μmの膜を固体高分子電解質膜33として用い、この膜の厚さ方向の片面に上記カソード31をカーボンペーパーが外側となる向きで配置し、他の面に上記アノード32をカーボンペーパーが外側となる向きで配置して、各カーボンペーパーの外側からホットプレスした。これによりカソード31およびアノード32が固体高分子電解質膜33に接合して、MEA(電極−電解質膜接合体)13が得られた。   Next, an 8 cm × 8 cm × 180 μm-thick membrane made of Nafion 117 (number average molecular weight is 250,000) manufactured by DuPont is used as the solid polymer electrolyte membrane 33, and the cathode 31 is placed on one side in the thickness direction of the membrane. The carbon paper was arranged in the direction to be on the outside, and the anode 32 was arranged on the other surface in the direction in which the carbon paper was on the outside, and hot-pressed from the outside of each carbon paper. As a result, the cathode 31 and the anode 32 were joined to the solid polymer electrolyte membrane 33, and an MEA (electrode-electrolyte membrane assembly) 13 was obtained.

次に、カソード31とアノード32の上に、ステンレス鋼(SUS316)からなる外寸法6×6cm、厚さ1mm、幅11mmの矩形枠状の枠板からなる集電体41,42を配置した。なお、固体高分子電解質膜33とアノード集電体42との間に、シリコンゴム製の外寸法6×6cm、厚さ0.3mm、幅10mmの矩形枠状の枠板からなるシール部材43を配置した。また、固体高分子電解質33とカソード集電体41との間、その他のシール部材としても、シリコンゴム製の外寸法6×6cm、厚さ0.3mm、幅10mmの矩形枠状の枠板からなるシール部材43を配置した。集電体の外にはみ出した固体高分子電解質膜33は切断した。 Next, on the cathode 31 and the anode 32, current collectors 41 and 42 made of a rectangular frame-shaped frame plate having an outer size of 6 × 6 cm 2 made of stainless steel (SUS316), a thickness of 1 mm, and a width of 11 mm were arranged. . A seal member 43 made of a rectangular frame plate made of silicon rubber and having an outer dimension of 6 × 6 cm 2 , a thickness of 0.3 mm, and a width of 10 mm is provided between the solid polymer electrolyte membrane 33 and the anode current collector. Arranged. Further, as a sealing member between the solid polymer electrolyte 33 and the cathode current collector 41, a rectangular frame-shaped frame plate made of silicon rubber having an outer dimension of 6 × 6 cm 2 , a thickness of 0.3 mm, and a width of 10 mm is used. A sealing member 43 made of The solid polymer electrolyte membrane 33 protruding outside the current collector was cut.

燃料電池システム1を構成するフレーム10としては、外寸19cm×19cm×厚さ1cmのPP(ポリプロピレン)製のものを用い、そのフレーム10内部には、燃料電池セル11を3列×3行でならべられるように、9個の燃料タンク部12を形成させた(図1)。燃料は、スタック燃料インレット21から供給し、燃料経路23で連結させた燃料電池セル11間を図1に示したように流し、スタック燃料アウトレット22から排出させるような流路構造とした。燃料タンク部12は、内寸法4×4cm、深さ5mmの容器であり、その内部には、燃料保持材として、ウレタン素材からなるウィッキング材60が入っている。   The frame 10 constituting the fuel cell system 1 is made of PP (polypropylene) having an outer dimension of 19 cm × 19 cm × thickness of 1 cm, and the fuel cells 11 are arranged in 3 columns × 3 rows inside the frame 10. Nine fuel tank portions 12 were formed so that they could be arranged (FIG. 1). The fuel is supplied from the stack fuel inlet 21 and flows between the fuel cells 11 connected by the fuel path 23 as shown in FIG. The fuel tank portion 12 is a container having an inner dimension of 4 × 4 cm and a depth of 5 mm, and a wicking material 60 made of a urethane material is contained therein as a fuel holding material.

MEA13、カソード集電体41、アノード集電体42、シール部材43を所定数のネジによりネジ止めして一体化し、実施例1に係る燃料電池セル11を得た。   The MEA 13, the cathode current collector 41, the anode current collector 42, and the seal member 43 were integrated by screwing with a predetermined number of screws to obtain the fuel cell 11 according to Example 1.

こうして作製した燃料電池セル11を9個準備し、図1に示す燃料流路構造をもつフレーム10に並べて固定し、燃料電池スタック15を作製した。電気的には、隣接する燃料電池セル11の集電体を介して直列接続した。図1において、左下に位置する燃料電池セルからマイナスの端子、右下に位置する燃料電池セルからプラスの端子を取り出した。さらに、この燃料電池スタック15を2つ用意し、図5のように並べて置き、一方のプラス端子を他方のマイナス端子と接続させ、18個の燃料電池セル11を直列接続させた。   Nine fuel battery cells 11 thus prepared were prepared, arranged side by side on the frame 10 having the fuel flow path structure shown in FIG. Electrically, they were connected in series via current collectors of adjacent fuel cells 11. In FIG. 1, the minus terminal was taken out from the fuel cell located at the lower left, and the plus terminal was taken out from the fuel cell located at the lower right. Further, two fuel cell stacks 15 were prepared and placed side by side as shown in FIG. 5, one positive terminal was connected to the other negative terminal, and 18 fuel cell cells 11 were connected in series.

上記のように形成させた2つの燃料電池スタック15を、厚さ2cm×奥行き30cm×幅40cmのアクリル板に載せ、燃料電池スタック15の上面には、両端に3mmの凸部をもち、厚さ1cm×奥行き19cm×幅38cmのアクリル製部材に載せ、図5の断面に示したような空気流空間29を形成させた。スタック吸気開放部24およびスタック排気開放部25には、配線などの障害物が空気流空間29を妨げることがないように開放させた。スタック排気開放部25の背面には、図5に示したような奥行きが最大5cmとなるような整流空間28ができるように、アクリル素材を加工した高さ1.5cmの一対の整流板17を設置し、燃料電池スタック15の底に敷いた部材と接合させた。整流空間28の背面を形成する整流壁17の一部を切断し、高さ1.3cm×奥行き5.5cm×幅5.2cmの内寸法であり、吸気口53および排気口54を平行に設けたファンカバー52で囲ったファン51を、図5のように設置させた。ファンカバー51はアクリル樹脂で作製した。ファン51としては、消費電力1Wの小型モーターファンを用いた。ファン51と、燃料電池スタック15との距離は、最短で5cmになるように設置した。   The two fuel cell stacks 15 formed as described above are placed on an acrylic plate having a thickness of 2 cm, a depth of 30 cm, and a width of 40 cm. The upper surface of the fuel cell stack 15 has protrusions of 3 mm at both ends, and has a thickness. An air flow space 29 as shown in the cross section of FIG. 5 was formed on an acrylic member having a size of 1 cm × depth 19 cm × width 38 cm. The stack intake opening portion 24 and the stack exhaust opening portion 25 are opened so that obstacles such as wiring do not block the air flow space 29. On the back of the stack exhaust opening 25, a pair of rectifying plates 17 having a height of 1.5 cm processed with an acrylic material is formed so that a rectifying space 28 having a maximum depth of 5 cm as shown in FIG. 5 is formed. It was installed and joined to a member laid on the bottom of the fuel cell stack 15. A part of the rectifying wall 17 that forms the back surface of the rectifying space 28 is cut to have an internal dimension of 1.3 cm in height × 5.5 cm in depth × 5.2 cm in width, and an intake port 53 and an exhaust port 54 are provided in parallel. The fan 51 surrounded by the fan cover 52 was installed as shown in FIG. The fan cover 51 was made of an acrylic resin. As the fan 51, a small motor fan with power consumption of 1 W was used. The distance between the fan 51 and the fuel cell stack 15 was set to be 5 cm at the shortest.

(実施例2)
実施例2で用いた燃料電池セルの構造について以下に説明する。MEAの作製方法および構造は実施例1と同様である。また、燃料流路構造に関しても、実施例1と同一の構造である(図1)。さらに、ファン51およびファンカバー52に関しても実施例1と同様である。その他の条件も、後述で触れない限り同様である。
(Example 2)
The structure of the fuel cell used in Example 2 will be described below. The manufacturing method and structure of the MEA are the same as in Example 1. In addition, the fuel flow path structure is the same as that of the first embodiment (FIG. 1). Further, the fan 51 and the fan cover 52 are the same as those in the first embodiment. Other conditions are the same unless otherwise mentioned later.

実施例2に関しては、幅3mm×長さ19cmに切断した厚さ3mmの吸水性のないウレタン素材を、8本作製し、その両面に防水性両面テープを貼り、図7に示したように筐体14と燃料電池スタック15との間に貼り付け、仕切26とした。   For Example 2, eight urethane materials having a thickness of 3 mm and a thickness of 3 mm cut to a width of 3 mm and a length of 19 cm were prepared, and waterproof double-sided tape was affixed to both sides thereof, as shown in FIG. The partition 26 was affixed between the body 14 and the fuel cell stack 15.

(実施例3)
実施例3で用いた燃料電池セルの構造について以下に説明する。MEAの作製方法および構造は実施例1と同様である。また、燃料流路構造に関しても、実施例1と同一の構造である(図1)。さらに、ファン51およびファンカバー52に関しても実施例1と同様である。仕切26の構成は実施例2と同じである。その他の条件も、後述で触れない限り同様である。
(Example 3)
The structure of the fuel cell used in Example 3 will be described below. The manufacturing method and structure of the MEA are the same as in Example 1. In addition, the fuel flow path structure is the same as that of the first embodiment (FIG. 1). Further, the fan 51 and the fan cover 52 are the same as those in the first embodiment. The configuration of the partition 26 is the same as that of the second embodiment. Other conditions are the same unless otherwise mentioned later.

実施例3に関しては、ファン51と燃料電池スタック15の距離を2cmに縮め、厚さ0.5mm、高さ1.3cmの吸水性のないウレタン素材をガイド板27として用いた。ガイド板の末端の一方は、図8に示したように、仕切26と連結させ、他方は吸気口53につなげた。吸気口53に関しては、ガイド板27の末端部によって5つに割り当てられるが、その5つの割り当ては、左から順に、0.75cm、0.5cm、1.0cm、0.5cm、0.75cmとした。   Regarding Example 3, the distance between the fan 51 and the fuel cell stack 15 was reduced to 2 cm, and a urethane material having a thickness of 0.5 mm and a height of 1.3 cm and having no water absorption was used as the guide plate 27. As shown in FIG. 8, one end of the guide plate was connected to the partition 26 and the other end was connected to the air inlet 53. With respect to the intake port 53, five are assigned by the end portion of the guide plate 27, and the five assignments are 0.75 cm, 0.5 cm, 1.0 cm, 0.5 cm, and 0.75 cm in order from the left. did.

(実施例4)
実施例4で用いた燃料電池セルの構造について以下に説明する。MEAの作製方法および構造は実施例1と同様である。また、燃料流路構造に関しても、実施例1と同一の構造である(図1)。仕切26の構成は実施例2と同じである。その他の条件も、後述で触れない限り同様である。
Example 4
The structure of the fuel cell used in Example 4 will be described below. The manufacturing method and structure of the MEA are the same as in Example 1. In addition, the fuel flow path structure is the same as that of the first embodiment (FIG. 1). The configuration of the partition 26 is the same as that of the second embodiment. Other conditions are the same unless otherwise mentioned later.

実施例4に関しては、ファンカバー52の開放部分をファンカバー52の側面部にも設け、吸気口53の一部は塞いだ。具体的には、図10に示したように、奥行き2cmのファン側面開放部531を設け、吸気口53の中央2cmの部分を塞いだ。ガイド板27は、図9に示したように、ファン側面開放部531に連結させた。ファン側面開放部531に関しては、ガイド板27の末端部によって、両端の列には1cm、端から2列目には0.75cm、中央列には0.25cmの開放部分が、各列に分割されて割り当てられる。ただし、中央列に関しては、吸気口53の開放部分1.5cmずつ割り当てた。   In the fourth embodiment, the opening portion of the fan cover 52 is also provided on the side surface portion of the fan cover 52, and a part of the air inlet 53 is blocked. Specifically, as shown in FIG. 10, a fan side surface opening portion 531 having a depth of 2 cm was provided to block the central 2 cm portion of the air inlet 53. As shown in FIG. 9, the guide plate 27 is connected to the fan side surface opening portion 531. With respect to the fan side opening portion 531, the open portion of 1 cm at both ends, 0.75 cm at the second row from the end, and 0.25 cm at the center row is divided into each row by the end of the guide plate 27. Assigned. However, with respect to the central row, the open portion of the intake port 53 was assigned 1.5 cm each.

(比較例1)
比較例1で用いた燃料電池セルの構造について以下に説明する。MEAの作製方法および構造は実施例1と同様である。また、燃料流路構造に関しても、実施例1と同一の構造である(図1)。その他の条件も、後述で触れない限り同様である。比較例1では、ファン51にファンカバー52を設けなかった。その他の構造は実施例1と同様である。
(Comparative Example 1)
The structure of the fuel cell used in Comparative Example 1 will be described below. The manufacturing method and structure of the MEA are the same as in Example 1. In addition, the fuel flow path structure is the same as that of the first embodiment (FIG. 1). Other conditions are the same unless otherwise mentioned later. In Comparative Example 1, the fan cover 52 was not provided on the fan 51. Other structures are the same as those in the first embodiment.

(実験結果)
実施例1〜4および比較例1について、以下のような発電試験を行った。10vol%メタノール水溶液1000mLを10mL/minの流速で各燃料電池スタック15に循環供給させ、環境温度25℃、湿度50%の大気環境にて、100mA/cmの電流密度に相当する電流値で3時間発電試験を行った。3時間経過しなくても、全体の電圧が5V以下になったら発電を停止させた。
(Experimental result)
About Examples 1-4 and the comparative example 1, the following power generation tests were done. 1000 mL of 10 vol% methanol aqueous solution is circulated and supplied to each fuel cell stack 15 at a flow rate of 10 mL / min, and is 3 at a current value corresponding to a current density of 100 mA / cm 2 in an atmospheric environment with an environmental temperature of 25 ° C. and a humidity of 50%. A time power generation test was conducted. Even if 3 hours did not elapse, power generation was stopped when the overall voltage became 5 V or less.

図13は発電結果を示している。比較例1では、1時間後の電圧は5.1Vであった。比較例1では、均一性のよい空気供給ができないため、燃料電池セル間の特性に不均一が発生し、初期から電圧が低く、1時間を越えてしばらくしてから5V以下となったため、発電を停止させた。空気流自体には、カソード31およびMEA13を冷却する効果もあるが、比較例1では、空気流が十分に届かないMEA13で温度が上昇したため、初期の電圧は見かけ上高くなったが、長時間発電させることによって電圧は低下した。   FIG. 13 shows the power generation result. In Comparative Example 1, the voltage after 1 hour was 5.1V. In Comparative Example 1, since the air supply with good uniformity cannot be performed, nonuniformity occurs in the characteristics between the fuel cells, the voltage is low from the beginning, and after 5 hours or less after 1 hour, Was stopped. The air flow itself also has an effect of cooling the cathode 31 and the MEA 13, but in Comparative Example 1, the temperature increased at the MEA 13 where the air flow did not reach sufficiently, so the initial voltage seemed to be high, but for a long time The voltage decreased by generating electricity.

実施例1では、空気流空間29を流れる空気流に方向性が持たされるため、2時間後の電圧が5.3Vと、比較例1よりかは安定した発電ができたが、2時間を越えたところで5V以下となったため、発電を停止させた。やはり、空気が十分に供給されない部分で、MEA13温度が高くなったために、電圧は高めであったが、カソード31で生成した水が空気流に乗って放出される効果が小さいため、フラッディングによって電圧が低下していった。   In Example 1, since the direction of the airflow flowing through the airflow space 29 is directional, the voltage after 2 hours is 5.3 V, which is more stable than that in Comparative Example 1, but 2 hours Since it became 5V or less when it exceeded, power generation was stopped. Again, the voltage was high because the temperature of the MEA 13 was high in a portion where the air was not sufficiently supplied, but the voltage generated by the flooding was small because the water produced at the cathode 31 was less effective to be released on the air flow. Went down.

実施例2では、2時間後の電圧が5.1Vであった。即ち、比較例1と比較して長時間電圧を維持することができた。但し、両端の列で空気供給が相対的に少なくなり、温度上昇にいたったため、0.5時間では電圧が高かったものの、やがてその両端の列でフラッディングが起こり、むしろ実施例1よりも早い段階で電圧低下にいたった。   In Example 2, the voltage after 2 hours was 5.1V. That is, compared with Comparative Example 1, the voltage could be maintained for a long time. However, since the air supply was relatively decreased at both ends of the row and the temperature increased, the voltage was high at 0.5 hours, but eventually flooding occurred at the ends of the row. The voltage dropped.

実施例3では、3時間後の電圧が6.3Vであった。即ち、比較例1、実施例1、2と比較して安定した発電が継続できた。ガイド板27があるため、両端の列でも空気供給が十分であり、フラッディングも起こらなかった。   In Example 3, the voltage after 3 hours was 6.3V. That is, stable power generation could be continued as compared with Comparative Example 1 and Examples 1 and 2. Due to the presence of the guide plate 27, air supply was sufficient even at both ends, and no flooding occurred.

実施例4では、3時間後の電圧が6.2Vであった。即ち、実施例3とほぼ同様の結果であり、比較例1、実施例1、2と比較して安定した発電が継続できた。即ち、ファン51と燃料電池スタック15との距離を最小化できたにもかかわらず、安定した発電が継続できた。   In Example 4, the voltage after 3 hours was 6.2V. That is, the result was almost the same as in Example 3, and stable power generation could be continued as compared with Comparative Example 1 and Examples 1 and 2. That is, stable power generation could be continued even though the distance between the fan 51 and the fuel cell stack 15 could be minimized.

このように、実施例1〜4、特に実施例3および4に示した本発明の方法を用いると、複数列からなる平面スタック型燃料電池の、各燃料電池セル11に対し、発電に十分な空気供給が行われ、長時間安定した発電が可能となる。とりわけ、実施例4のように整流空間28を最小化することもできるため、PCなどの比較的高出力を必要とする携帯機器への燃料電池搭載で有利となる。   As described above, when the methods of the present invention shown in Examples 1 to 4, particularly Examples 3 and 4, are used, each fuel cell 11 of a planar stack type fuel cell having a plurality of rows is sufficient for power generation. Air supply is performed, and stable power generation is possible for a long time. In particular, since the rectifying space 28 can be minimized as in the fourth embodiment, it is advantageous for mounting a fuel cell on a portable device such as a PC that requires a relatively high output.

燃料電池スタックの概略図である。It is the schematic of a fuel cell stack. 図1のA−A’における燃料電池スタックの断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell stack in A-A 'of FIG. ファンで送風するタイプの燃料電池システムの概略図であり、図中下はB−B’における断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic of the fuel cell system of the type which blows with a fan, and the lower part in the figure is sectional drawing in B-B '. ファン51の、(A)上面図および(B)側面図、および(C)斜め後方、D)斜め前方からみた斜視図である。It is the perspective view which looked at the fan 51 from (A) top view, (B) side view, (C) diagonally back, and D) diagonally forward. 第1の実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。1 is a schematic view of a fuel cell system according to a first embodiment. 第1の実施形態におけるファンユニットの(A)上面図および(B)側面図、および(C)斜め後方、(D)斜め前方からみた斜視図である。It is the (A) top view and (B) side view of the fan unit in 1st Embodiment, (C) diagonally back, and (D) the perspective view seen from diagonally forward. 第2の実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。It is the schematic of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。It is the schematic of the fuel cell system which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。It is the schematic of the fuel cell system which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態におけるファンユニットの(A)上面図および(B)側面図、および(C)斜め後方、(D)斜め前方からみた斜視図である。It is the (A) top view and (B) side view of the fan unit in 4th Embodiment, (C) diagonally rear, (D) the perspective view seen from diagonally forward. 第5の実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。It is the schematic of the fuel cell system which concerns on 5th Embodiment. 第5の実施形態におけるファンユニットの(A)上面図および(B)側面図、および(C)斜め後方、(D)斜め前方からみた斜視図である。It is the perspective view seen from the (A) top view and (B) side view of the fan unit in 5th Embodiment, (C) diagonally back, and (D) diagonally forward. 実施例1〜4および比較例1の実験結果である。It is an experimental result of Examples 1-4 and the comparative example 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池システム
10 フレーム
11 燃料電池セル
12 燃料タンク部
13 MEA
14 筐体
15 燃料電池スタック
16 ファンユニット
17 整流板
18 燃料電池スタック部
21 スタック燃料インレット
22 スタック燃料アウトレット
23 燃料経路
24 スタック吸気開放部
25 スタック排気開放部
26 仕切り
27 ガイド板
28 整流空間
29 空気流空間
31 カソード
32 アノード
33 電解質膜
41 カソード集電体
42 アノード集電体
43 シール部材
45 ネジ穴
51 ファン
511 ファン筐体
52 ファンカバー
53 吸気口
531 ファンカバー側面開放部
54 排気口
55 ファン吸気口
56 ファン排気口
57 遮蔽板
60 ウィッキング材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 10 Frame 11 Fuel cell 12 Fuel tank part 13 MEA
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 Case 15 Fuel cell stack 16 Fan unit 17 Current plate 18 Fuel cell stack part 21 Stack fuel inlet 22 Stack fuel outlet 23 Fuel path 24 Stack intake opening part 25 Stack exhaust opening part 26 Partition 27 Guide plate 28 Commutation space 29 Air flow Space 31 Cathode 32 Anode 33 Electrolyte membrane 41 Cathode current collector 42 Anode current collector 43 Seal member 45 Screw hole 51 Fan 511 Fan housing 52 Fan cover 53 Intake port 531 Fan cover side opening 54 Exhaust port 55 Fan intake port 56 Fan exhaust 57 Shielding plate 60 Wicking material

Claims (12)

アノードとカソードによって電解質膜を挟持した構造を有する燃料電池セルが、複数個、同一平面上に配置された燃料電池スタック部と、
前記燃料電池スタック部の少なくとも片面を、空気流空間を介して被覆する筐体と、
前記燃料電池スタック部の平面方向に配置された単一のファンと、
前記ファンの全方位を覆うファンカバーと、
を具備し、
前記空気流空間は、前記燃料電池スタック部の前記片面の全面に渉って設けられ、
前記筐体は、前記空気流空間が、気体を導入するために開放された吸気開放部を介して外部と連通し、且つ、気体を排出するために開放された排気開放部を介して外部と連通するように配置され、
前記ファンは、前記燃料電池スタックの平面方向に平行となるように配置され、
前記ファンカバーは、前記燃料電池スタック部側に設けられた吸気口と、前記燃料電池スタック部側の反対側に設けられた排気口と、を有する
燃料電池システム。
A plurality of fuel cells having a structure in which an electrolyte membrane is sandwiched between an anode and a cathode, a fuel cell stack portion disposed on the same plane, and
A casing that covers at least one surface of the fuel cell stack part via an airflow space;
A single fan arranged in a planar direction of the fuel cell stack part;
A fan cover covering all directions of the fan;
Comprising
The air flow space is provided over the entire surface of the one side of the fuel cell stack part,
The housing communicates with the outside through an intake opening that is opened to introduce gas, and to the outside through an exhaust opening that is opened to discharge gas. Arranged to communicate,
The fan is disposed so as to be parallel to the planar direction of the fuel cell stack,
The said fan cover is a fuel cell system which has the inlet provided in the said fuel cell stack part side, and the exhaust port provided in the opposite side to the said fuel cell stack part side.
請求項1に記載された燃料電池システムであって、
更に、
前記空気流空間を、燃料電池スタック部平面において複数の領域に分割する仕切り、
を具備し、
前記ファンは、前記吸気開放部から前記空気流空間を介して前記排気開放部へ流れる気流を発生させ、
前記仕切りは、一端で前記吸気開放部の開放面を分割するように前記吸気開放部に接続され、他端で前記排気開放部の開放面を分割するように前記排気開放部に接続されている
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1,
Furthermore,
A partition that divides the air flow space into a plurality of regions in the plane of the fuel cell stack part;
Comprising
The fan generates an airflow that flows from the intake opening to the exhaust opening through the airflow space,
The partition is connected to the intake opening part so as to divide the opening surface of the intake opening part at one end, and is connected to the exhaust opening part so as to divide the opening surface of the exhaust opening part at the other end. Fuel cell system.
請求項1又は2に記載された燃料電池システムであって、
更に、
前記排気開放部と前記吸気口との間の空間を囲んで整流空間を形成するように配置された一対の整流板と、
前記一対の整流板によって囲まれた整流空間内に配置された少なくとも一のガイド板と、
を具備し、
前記ガイド板は、前記整流空間を複数の空間に分割するように設けられ、
前記ガイド板は、一端で前記吸気口の開口面を分割するように前記吸気口に接続され、他端で前記排気開放部の開放面を分割するように前記排気開放部に接続されている
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein
Furthermore,
A pair of rectifying plates disposed so as to surround a space between the exhaust opening and the intake port to form a rectifying space;
At least one guide plate disposed in a rectifying space surrounded by the pair of rectifying plates;
Comprising
The guide plate is provided to divide the rectifying space into a plurality of spaces,
The guide plate is connected to the intake port so as to divide the opening surface of the intake port at one end, and is connected to the exhaust opening portion so as to divide the open surface of the exhaust opening portion at the other end. Battery system.
請求項3に記載された燃料電池システムであって、
前記ガイド板は、一端で、前記仕切りの端部に接続されている
燃料電池システム。
A fuel cell system according to claim 3, wherein
The guide plate is a fuel cell system connected at one end to the end of the partition.
請求項1乃至4のいずれかに記載された燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタック部は、複数の燃料電池セルが格子状に配置され、
前記燃料電池スタック部は、前記複数の燃料電池セルが全体として矩形状となるように配置されている
燃料電池システム。
A fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein
In the fuel cell stack portion, a plurality of fuel cells are arranged in a lattice pattern,
The fuel cell stack unit is a fuel cell system in which the plurality of fuel cells are arranged in a rectangular shape as a whole.
請求項5に記載された燃料電池システムであって、
前記吸気口の平面方向の幅は、前記排気開放部の幅よりも小さい
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 5, wherein
The fuel cell system, wherein a width of the intake port in a planar direction is smaller than a width of the exhaust opening portion.
請求項6に記載された燃料電池システムであって、
前記ファンカバーは、前記燃料電池スタック部に面する吸気面と、前記吸気面に直交し且つ前記燃料電池スタック部平面とも直交する直交面と、を有し、
前記吸気口は、前記吸気面の少なくとも一部と、前記直交面の少なくとも一部と、に設けられている
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 6, wherein
The fan cover has an intake surface facing the fuel cell stack portion, and an orthogonal surface orthogonal to the intake surface and also orthogonal to the plane of the fuel cell stack portion,
The fuel cell system, wherein the intake port is provided in at least a part of the intake surface and at least a part of the orthogonal surface.
請求項7に記載された燃料電池システムであって、
前記ファンカバーは、前記排気開放部に接触するように配置されている
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 7, wherein
The fan cover is a fuel cell system arranged so as to contact the exhaust opening.
請求項1乃至5のいずれかに記載された燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタック部において、前記複数の燃料電池セルは平面方向に凹部を形成するように配置され、
前記ファンおよび前記ファンカバーは、前記凹部内に配置されている
燃料電池システム。
A fuel cell system according to any one of claims 1 to 5,
In the fuel cell stack portion, the plurality of fuel cells are arranged to form a recess in a planar direction,
The fuel cell system, wherein the fan and the fan cover are disposed in the recess.
アノードとカソードによって電解質膜を挟持した構造を有する燃料電池セルが、複数個、同一平面上に配置された燃料電池スタック部と、
前記燃料電池スタック部の少なくとも片面を、前記カソードとの間に空気流空間を設けて被覆する筐体と、
前記燃料電池スタック部の平面方向に配置された単一のファンと、
前記ファンの全方位を覆うファンカバーと、
を具備し、
前記筐体は、前記空気流空間が、気体を導入するために開放された吸気開放部と、気体を排出するために開放された排気開放部と、を有するように配置され、
前記ファンは、前記燃料電池スタックの平面方向に平行となるように配置され、
前記ファンカバーは、前記燃料電池スタック部側に設けられた排気口と、前記燃料電池スタック部側の反対側に設けられた吸気口と、を有する
燃料電池システム。
A plurality of fuel cells having a structure in which an electrolyte membrane is sandwiched between an anode and a cathode, a fuel cell stack portion disposed on the same plane, and
A housing that covers at least one surface of the fuel cell stack portion by providing an air flow space between the cathode and the cathode; and
A single fan arranged in a planar direction of the fuel cell stack part;
A fan cover covering all directions of the fan;
Comprising
The housing is arranged such that the airflow space has an intake opening portion opened to introduce gas and an exhaust opening portion opened to discharge gas.
The fan is disposed so as to be parallel to the planar direction of the fuel cell stack,
The said fan cover is a fuel cell system which has the exhaust port provided in the said fuel cell stack part side, and the inlet port provided in the opposite side to the said fuel cell stack part side.
請求項1乃至10のいずれかに記載された燃料電池システムであって、
前記仕切りは、吸水性を有する吸水性素材より形成されている
燃料電池システム。
A fuel cell system according to any one of claims 1 to 10,
The partition is a fuel cell system formed of a water-absorbing material having water absorption.
請求項1乃至11のいずれかに記載された燃料電池システムであって、
前記ガイド板は、吸水性を有する吸水性素材より形成されている
燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 11, wherein
The guide plate is a fuel cell system formed of a water-absorbing material having water absorption.
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