JP2008010257A - 燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】空気供給ダクトの構成を工夫して姿勢の如何に関わらず空気供給装置の破損を防止できる燃料電池を提供する。
【解決手段】燃料の供給を受けるアノード極と、酸素の供給を受けるカソード極と、前記アノード極とカソード極の間に介在された高分子電解質膜から成る電解質膜電極接合体2を有する燃料電池スタック1を備えた燃料電池10において、前記カソード極に空気を供給する空気供給ダクト13を、少なくとも中間部の一部で折れ曲がった形状にし、空気供給ダクト13の少なくとも内壁面に吸水部材14を設けた。
【選択図】図1
【解決手段】燃料の供給を受けるアノード極と、酸素の供給を受けるカソード極と、前記アノード極とカソード極の間に介在された高分子電解質膜から成る電解質膜電極接合体2を有する燃料電池スタック1を備えた燃料電池10において、前記カソード極に空気を供給する空気供給ダクト13を、少なくとも中間部の一部で折れ曲がった形状にし、空気供給ダクト13の少なくとも内壁面に吸水部材14を設けた。
【選択図】図1
Description
本発明は燃料電池に関し、特にそのシステム中に配設される空気供給ダクトの好適な構造に関するものである。
近年、燃料電池は、コジェネレーション装置用の燃料電池システムに代表される定置型のものだけでなく、携帯電子機器用燃料電池などの小型携帯機器用途の電池として好適な構造を持つ燃料電池も盛んに提案されている。例えば、ACアダプターからの充電を必要としない、ユビキタスモバイル電源として、燃料を直接アノード極へ供給する直接型燃料電池が着目され、活発な研究開発が行われている。
燃料を直接アノード極へ供給するダイレクト酸化型燃料電池では、アノード極において燃料の酸化反応、カソード極で酸素の還元反応が起こる。燃料としてメタノールを使用するダイレクトメタノール型燃料電池の場合の反応式は、
アノード:CH3 OH+H2 O→CO2 +6H+ +6e- (1)
カソード:3/2O2 +6H+ +6e- →3H2 O (2)
である。
アノード:CH3 OH+H2 O→CO2 +6H+ +6e- (1)
カソード:3/2O2 +6H+ +6e- →3H2 O (2)
である。
式(1)のように、アノード反応にはメタノールと水が必要であるが、メタノールと水を共に外部から供給すると、燃料を貯蔵するタンク又はカートリッジに、水を貯蔵するためのスペースを設ける必要があり、その分体積当たりのエネルギー密度が低下することになる。そのため、ダイレクトメタノール型燃料電池では、式(2)にしたがってカソード極で生成する水の一部をシステム内で回収し、再利用することが一般的である。
さらに、水のみを回収するのではなく、燃料電池のアノード及びカソードから排出された燃料及び水を一旦回収し、燃料タンク内の高濃度燃料と混合して所定の濃度に調整された燃料を再度発電に利用する循環型燃料システムも提案されている。
一方、燃料電池のカソード極に発電に必要な酸素を供給する方式としては、燃料電池スタックと空気供給装置との間を空気供給ダクトにて接続している。図3を参照して説明すると、燃料電池スタック21が電解質膜電極接合体22とセパレータ23を交互に積層して構成されている。セパレータ23には両面または片面にアノード流路24とカソード流路25が形成されており、各電解質膜電極接合体(MEA)22の両面に、燃料が供給されるアノード流路24と空気が供給されるカソード流路25が対向するように構成されてる。そして、空気供給装置としてのファン26から空気供給ダクト27によりカソード流路25に酸素を含む空気を供給するように構成されている。
また、カソード極内で反応によって生じた発生水が、カソード流路25の出口から排出されたものについては、カソード排出経路内に吸水材及び熱交換器を設け、吸水材に吸収した水を回収するようにした構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−32718号公報
しかし、図3及び特許文献1に示された構成では、カソード排出経路側に排出された水は吸収・回収されるが、小型携帯機器用途の燃料電池においては姿勢が大きく変化するため、姿勢によってはカソード極内で生じた発生水が空気供給ダクト27側に逆流し、空気供給装置のファン26に浸入し、ファン26を破損させる恐れがあるという問題があった。
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、空気供給ダクトの構成を工夫して姿勢の如何に関わらず空気供給装置の破損を防止できる燃料電池を提供することを目的とする。
本発明の燃料電池は、燃料の供給を受けるアノード極と、酸素の供給を受けるカソード極と、前記アノード極とカソード極の間に介在された電解質膜とを備えた燃料電池において、前記カソード極に空気を供給する空気供給ダクトを、少なくとも中間部の一部で折れ曲がった形状にし、前記空気供給ダクトの少なくとも内壁面に吸水部材を設けたものである。
この構成によると、カソード極内で生じた生成水が燃料電池の姿勢によって空気供給装置側に向けて逆方向に流れても、空気供給ダクトが中間部で折り曲げられているので、燃料電池がどのような姿勢になっても、生成水は必ず空気供給ダクトの内壁面に接触し、その内壁面に設けられた吸水部材により吸水されるので、空気供給装置に生成水が入って破損するのを防止することができる。また、吸水部材に吸水された水は、空気供給装置から供給される空気により蒸発して水蒸気に姿を変え、その水蒸気を含んだ空気をカソード極に供給することで回収される。
また、前記空気供給ダクトを樹脂材料で構成すると、内壁面に吸水部材を設けても錆びることがなく、錆成分の混入した空気を燃料電池内に供給する恐れがない。
また、前記空気供給ダクトを吸水部材で構成し、その外表面を撥水性材料で外装すると、簡単・軽量な構成にて水分を外部に逃がさないダクトを製作することができる。
また、前記空気供給ダクトに、吸水部材で吸水した水分を外部に排出する排水部を設けると、排水した水を回収することで、確実に水回収しながら、水蒸気量の少ない空気を供給することができる。
本発明の燃料電池によれば、空気供給ダクトが中間部で折り曲げられているので、燃料電池がどのような姿勢になっても、生成水は必ず空気供給ダクトの内壁面に接触し、その内壁面に設けられた吸水部材により吸水されるので、空気供給装置に生成水が入って破損するのを防止することができる。
以下、本発明の燃料電池の実施形態について、図1、図2を参照して説明する。
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態の燃料電池10を図1を参照して説明する。図1において、燃料電池10は、高分子電解質膜の両面にカソード極とアノード極を接合した電解質膜電極接合体(MEA)2とセパレータ3を交互に積層して構成された燃料電池スタック1から成り、補機として空気供給装置11や燃料供給装置(図示せず)などが設けられている。
まず、第1の実施形態の燃料電池10を図1を参照して説明する。図1において、燃料電池10は、高分子電解質膜の両面にカソード極とアノード極を接合した電解質膜電極接合体(MEA)2とセパレータ3を交互に積層して構成された燃料電池スタック1から成り、補機として空気供給装置11や燃料供給装置(図示せず)などが設けられている。
燃料電池スタック1においては、各電解質膜電極接合体2の両面に、燃料が供給されるアノード流路4と空気が供給されるカソード流路5が対向するように構成されている。そのため、積層方向両端のセパレータ3には片面にアノード流路4またはカソード流路5が形成され、中間部のセパレータ3には両面にアノード流路4とカソード流路5が形成されている。また、燃料電池スタック1の積層方向両端には端板6が配置され、端板6、6間が挟圧状態で拘束されている。
空気供給装置11は大気から空気を取り入れるファン12にて構成され、酸素を含む空気をファン12から空気供給ダクト13を通してカソード流路5に供給するように構成されている。空気供給ダクト13は、その中間部において180°折れ曲がった形状に構成されており、かつその内壁面に吸水部材14が設けられている。空気供給ダクト13は、吸水部材14が接触または近接するため、錆びないように樹脂材料で製作されている。
本実施形態によると、燃料電池10の姿勢によって、燃料電池スタック1のカソード極内で生じた生成水が空気供給装置11であるファン12側に向けて逆方向に流れても、空気供給ダクト13が中間部で180°折り曲げられているので、生成水は必ず空気供給ダクト13の内壁面に接触し、その内壁面に設けられた吸水部材14により吸水されるので、ファン12に生成水が入って破損するのを防止することができる。また、空気供給ダクト13が樹脂材料で構成されているので、その内壁面に吸水部材14を設けても錆びることがなく、錆成分の混入した空気を燃料電池内に供給する恐れがない。
また、吸水部材14に吸水された水は、ファン12から供給されて空気供給ダクト13内を流通する空気により蒸発して水蒸気に姿を変え、その水蒸気を含んだ空気がカソード通路5に供給されることで回収される。
なお、空気供給ダクト13自体を吸水性を有する吸収部材で製作しても良い。その場合、吸水した生成水がダクト外に漏出しないように、その外表面を撥水性を有する材料で外装する必要がある。この構成によれば、簡単・軽量な構成にて水分を外部に逃がさないダクトを製作することができる。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態の燃料電池10を図2を参照して説明する。尚、上記第1の実施形態と同一の構成要素については同一の参照符号を付して説明を省略し、主として相違点についてのみ説明する。
次に、第2の実施形態の燃料電池10を図2を参照して説明する。尚、上記第1の実施形態と同一の構成要素については同一の参照符号を付して説明を省略し、主として相違点についてのみ説明する。
本実施形態では、空気供給ダクト13に、その壁面を貫通する排水孔13aを適当間隔置きに複数形成するとともに、その外側に排水通路15を設け、この排水通路15を排出管16を介して回収水タンク17に接続している。
この構成によれば、吸水部材14に吸水した生成水を空気供給ダクト13の外部に排出して回収水タンク17に回収できるので、確実に水回収しながら、水蒸気量の少ない空気を供給することができる。
本発明の燃料電池は、メタルールやジメチルエーテル等を水素に改質せずに燃料として直接用いることができるとともに、燃料電池がどのような姿勢になっても生成水が必ず空気供給ダクトの内壁面に設けられた吸水部材により吸水されるので、空気供給装置に生成水が入って破損するのを防止することができるので、携帯電話や携帯情報端末(PDA)、ノートパソコン、ビデオカメラ等の携帯電子機器用の電源として、また電動スクータや自動車用の電源等にも有用である。
1 燃料電池スタック
2 電解質膜電極接合体
10 燃料電池
11 空気供給装置
12 ファン
13 空気供給ダクト
13a 排水孔
14 吸水部材
15 排水通路
2 電解質膜電極接合体
10 燃料電池
11 空気供給装置
12 ファン
13 空気供給ダクト
13a 排水孔
14 吸水部材
15 排水通路
Claims (4)
- 燃料の供給を受けるアノード極と、酸素の供給を受けるカソード極と、前記アノード極とカソード極の間に介在された電解質膜とを備えた燃料電池において、前記カソード極に空気を供給する空気供給ダクトを、少なくとも中間部の一部で折れ曲がった形状にし、前記空気供給ダクトの少なくとも内壁面に吸水部材を設けたことを特徴とする燃料電池。
- 前記空気供給ダクトを樹脂材料で構成したことを特徴とする請求項1記載の燃料電池。
- 前記空気供給ダクトを吸水部材で構成し、その外表面を撥水性材料で外装したことを特徴とする請求項1記載の燃料電池。
- 前記空気供給ダクトに、吸水部材で吸水した水分を外部に排出する排水部を設けたことを特徴とする請求項1記載の燃料電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006178035A JP2008010257A (ja) | 2006-06-28 | 2006-06-28 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006178035A JP2008010257A (ja) | 2006-06-28 | 2006-06-28 | 燃料電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008010257A true JP2008010257A (ja) | 2008-01-17 |
Family
ID=39068275
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2006178035A Pending JP2008010257A (ja) | 2006-06-28 | 2006-06-28 | 燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2008010257A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011003296A (ja) * | 2009-06-16 | 2011-01-06 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用の配管の締結部構造 |
CN116525883A (zh) * | 2023-07-03 | 2023-08-01 | 珠海格力电器股份有限公司 | 燃料电池水淹问题解决装置、解决方法及燃料电池 |
-
2006
- 2006-06-28 JP JP2006178035A patent/JP2008010257A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN116525883A (zh) * | 2023-07-03 | 2023-08-01 | 珠海格力电器股份有限公司 | 燃料电池水淹问题解决装置、解决方法及燃料电池 |
CN116525883B (zh) * | 2023-07-03 | 2024-01-23 | 珠海格力电器股份有限公司 | 燃料电池水淹问题解决装置、解决方法及燃料电池 |
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