JP4806922B2 - Fuel cell and fuel cell control method - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池および燃料電池の制御方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell and a fuel cell control method.
近年の情報化社会の到来とともに、パーソナルコンピュータ等の電子機器で扱う情報量が飛躍的に増大し、それに伴い、電子機器の消費電力も著しく増加してきた。特に、携帯型の電子機器では、処理能力の増加に伴って消費電力の増加が問題となっている。現在、このような携帯型の電子機器では、一般的にリチウムイオン二次電池が電源として用いられているが、リチウムイオン二次電池のエネルギー密度は理論的な限界に近づいている。そのため、携帯型の電子機器の連続使用期間を延ばすために、CPUの駆動周波数を抑えて消費電力を低減しなければならないという制限があった。 With the arrival of the information society in recent years, the amount of information handled by electronic devices such as personal computers has increased dramatically, and the power consumption of electronic devices has also increased remarkably. In particular, in portable electronic devices, an increase in power consumption is a problem with an increase in processing capability. Currently, in such portable electronic devices, lithium ion secondary batteries are generally used as power sources, but the energy density of lithium ion secondary batteries is approaching the theoretical limit. Therefore, in order to extend the continuous use period of the portable electronic device, there is a limitation that the power consumption must be reduced by suppressing the CPU driving frequency.
このような状況の中で、リチウムイオン二次電池に代えて、エネルギー密度が大きく、エネルギー効率の高い燃料電池を電子機器の電源として用いることにより、携帯型の電子機器の連続使用期間が大幅に向上することが期待されている。 In such a situation, instead of a lithium ion secondary battery, a fuel cell having a large energy density and high energy efficiency is used as a power source of the electronic device, so that the continuous use period of the portable electronic device is greatly increased. It is expected to improve.
燃料電池は、燃料極および酸化剤極と、これらの間に設けられた電解質膜とを備え、燃料極には燃料が、酸化剤極には酸化剤が供給されて電気化学反応により発電する。燃料としては、一般的には水素が用いられるが、近年、安価で取り扱いの容易なメタノールを原料として、メタノールを改質して水素を生成させるメタノール改質型や、メタノールを燃料として直接利用する直接型の燃料電池の開発も盛んに行われている。 The fuel cell includes a fuel electrode and an oxidant electrode, and an electrolyte membrane provided between them. The fuel electrode is supplied with fuel, and the oxidant electrode is supplied with an oxidant to generate electric power through an electrochemical reaction. In general, hydrogen is used as the fuel, but in recent years, methanol is reformed to produce hydrogen by reforming methanol using methanol, which is cheap and easy to handle, and methanol is directly used as fuel. Direct fuel cells are also being actively developed.
ところで、酸化剤として空気を使用する燃料電池においては、酸化剤極側は大気開放になっている。動作中においては酸化剤極が空気と良好に接触することが必要であるが、停止状態が数日あるいはそれ以上となるような場合は、固体高分子電解質膜に含まれた水が揮散して乾燥してしまう問題があった。固体高分子電解質膜が一旦乾燥してしまうと、水を吸収させようとしても短時間ではなかなか水を吸収しなくなり特性を保持できなくなる。この問題を解決するために、特許文献1には、燃料電池の空気極へ空気を供給する空気供給ラインおよび空気極から空気を排出する空気排出ラインに、燃料電池停止時に空気の流通を閉止する手段を備えた燃料電池が開示されている。
特許文献1開示の技術は、電解質の乾燥を抑えるという目的では、当該文献開示の水素等のガスを燃料とする燃料電池に限らず、直接型の燃料電池においても有効である。 The technique disclosed in Patent Document 1 is effective not only in a fuel cell using a gas such as hydrogen disclosed in the document but also in a direct fuel cell for the purpose of suppressing drying of the electrolyte.
ところが、燃料としてメタノール等の液体燃料が燃料極に直接供給される燃料電池について本発明者が検討したところ、前述した特許文献1の構成のように、酸化剤の供給経路の一部に閉止部材を設けた場合においても、燃料電池の停止中に燃料が電解質膜を通過して酸化剤極側から蒸散することが見出された。また、燃料容器内に収容された液体燃料中のメタノール等の燃料成分濃度が徐々に低下することが見出された。この原因は、主に燃料電池内の気密性の不良にあると考えられる。たとえ閉止弁で酸化剤供給ラインおよび排出ラインを遮断しても、遮断前後の電池内の温度変化により、酸化剤極内部に残留しガス化した液体燃料の圧力が変化し、閉止弁封止部に用いられている密閉部材に体積変化が発生することは避けられない。その結果生じた隙間からメタノールが蒸発し、上記のようなメタノール濃度低下を招き、延いては液体燃料の浪費につながっていた。 However, when the present inventor examined a fuel cell in which liquid fuel such as methanol is directly supplied to the fuel electrode as a fuel, as in the configuration of Patent Document 1 described above, a closing member is provided in a part of the supply path of the oxidant. Even when the fuel cell is provided, it has been found that the fuel passes through the electrolyte membrane and evaporates from the oxidant electrode side while the fuel cell is stopped. Further, it has been found that the concentration of fuel components such as methanol in the liquid fuel contained in the fuel container gradually decreases. This is considered to be mainly due to poor airtightness in the fuel cell. Even if the oxidant supply line and the discharge line are shut off by the shutoff valve, the pressure of the liquid fuel gasified and remaining inside the oxidizer electrode changes due to the temperature change in the battery before and after the shutoff, and the shutoff valve sealing part It is inevitable that a volume change occurs in the sealing member used in the above. As a result, methanol evaporated from the resulting gap, leading to a decrease in methanol concentration as described above, leading to wasted liquid fuel.
また、この残留した液体燃料によるガスが、電解質膜を透過して進入した酸素と反応し蟻酸やホルムアルデヒドを生成し、集電部材を劣化させることがあった。
また、この液体燃料によるガスが燃料電池停止後の温度低下で収縮し、酸化剤極内が陰圧となって、固体電解質膜−触媒電極複合体の接合部分がはがれる等、セルスタックへの物理的劣化も生じていた。
In addition, the gas from the remaining liquid fuel may react with oxygen that has permeated through the electrolyte membrane to produce formic acid or formaldehyde, which may deteriorate the current collecting member.
In addition, the gas from the liquid fuel contracts due to the temperature drop after the fuel cell is stopped, the inside of the oxidant electrode becomes negative pressure, and the joint part of the solid electrolyte membrane-catalyst electrode composite is peeled off. Deterioration has also occurred.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、直接型の燃料電池の燃料極に供給される液体燃料の停止時の浪費が少なく、残留ガスによる部品の劣化が少ない燃料電池を得ることにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is a fuel cell in which liquid fuel supplied to the fuel electrode of a direct type fuel cell is less wasted when the fuel is stopped and the deterioration of components due to residual gas is small. There is in getting.
本発明によれば、単位セルが、少なくとも固体電解質膜と、該固体電解質膜の一方の面に配された燃料極と、他方の面に配された酸化剤極とを含んでなる燃料電池であって、第一の単位セルと第二の単位セルとが各々の酸化剤極が対向するように配置され、かつ前記第一の単位セルと前記第二の単位セルとの間隔を調整するための間隔調整手段を備えたことを特徴とする燃料電池を得ることができる。 According to the present invention, in the fuel cell, the unit cell includes at least a solid electrolyte membrane, a fuel electrode disposed on one surface of the solid electrolyte membrane, and an oxidant electrode disposed on the other surface. The first unit cell and the second unit cell are arranged so that the oxidant electrodes face each other, and the interval between the first unit cell and the second unit cell is adjusted. Thus, a fuel cell comprising the interval adjusting means can be obtained.
本発明の燃料電池においては、単位セル同士の間隔を調整して、酸化剤極を隙間なく覆うこと、および露出すること、ができる。燃料電池の停止時は、酸化剤極を対向する酸化剤極によって隙間なく覆うことにより、酸化剤極に空間がほとんど存在しない状態となるので、停止後の液体燃料の蒸散や、残留液体燃料による部品劣化がほとんど生じない。 In the fuel cell of the present invention, the interval between the unit cells can be adjusted to cover and expose the oxidant electrode without any gap. When the fuel cell is stopped, the oxidant electrode is covered with the opposite oxidant electrode without any gaps, so that there is almost no space in the oxidant electrode. There is almost no deterioration of parts.
本発明において、前記第一の単位セルおよび第二の単位セルは、前記酸化剤極が露出するような第一の筐体および第二の筐体によってそれぞれ支持されている構成とすることができる。この構成により、酸化剤極を隙間なく覆う手段として筐体を利用することが可能となる。 In the present invention, the first unit cell and the second unit cell may be supported by a first housing and a second housing, respectively, from which the oxidizer electrode is exposed. . With this configuration, the housing can be used as a means for covering the oxidant electrode without any gap.
本発明において、前記各々の酸化剤極の表面に、互いに凹凸を補完し合う断面形状を有する構成としてもよい。
また、本発明において、対向する前記酸化剤極の少なくとも一方の表面に密閉部材を有していてもよい。
このような凹凸構造や密閉部材を利用すれば、向かい合った酸化剤極は、最近接した際、断面形状が隙間なく噛み合い、無駄な空間を残すことがない。したがって、残留液体燃料のガス化の影響はほとんど生じない。
In this invention, it is good also as a structure which has the cross-sectional shape which mutually complements an unevenness | corrugation on the surface of each said oxidizing agent electrode.
In the present invention, a sealing member may be provided on at least one surface of the opposing oxidant electrode.
If such a concavo-convex structure or a sealing member is used, when the oxidant electrodes facing each other are in closest contact, the cross-sectional shape meshes with no gaps, leaving no wasted space. Therefore, the influence of gasification of the residual liquid fuel hardly occurs.
本発明において、対向する前記酸化剤極の間に遮蔽部材を設けることができる。このように遮蔽部材を使用することによって、対向する酸化剤極の断面形状に関係なく、酸化剤極表面を遮蔽部材により隙間なく覆うことが可能となる。 In the present invention, a shielding member can be provided between the opposing oxidant electrodes. By using the shielding member in this manner, the surface of the oxidant electrode can be covered with the shielding member without any gap regardless of the cross-sectional shape of the opposing oxidant electrode.
この構成において、前記第一の単位セルにおける酸化剤極表面もしくは前記第二の単位セルにおける酸化剤極表面の少なくとも一方に凹凸を有し、前記凹凸と補完し合う断面形状を有する前記遮蔽部材を設けることもできる。これにより、さらに確実に酸化剤極表面を遮蔽部材により隙間なく覆うことが可能となる。 In this configuration, the shielding member having a concavo-convex shape on at least one of the oxidant electrode surface in the first unit cell or the oxidant electrode surface in the second unit cell and having a cross-sectional shape that complements the concavo-convex shape. It can also be provided. As a result, the surface of the oxidant electrode can be more reliably covered with the shielding member without a gap.
本発明においては、単位セルが、少なくとも固体電解質膜と、該固体電解質膜の一方の面に配された燃料極と、他方の面に配された酸化剤極とを含んでなる燃料電池であって、第一の単位セルの酸化剤極と、第二の単位セルの燃料極とが対向するように配置され、かつ前記第一の単位セルと前記第二の単位セルとの間隔を調整するための間隔調整手段を備えたことを特徴とする燃料電池を提供するものである。 In the present invention, the unit cell is a fuel cell comprising at least a solid electrolyte membrane, a fuel electrode disposed on one surface of the solid electrolyte membrane, and an oxidant electrode disposed on the other surface. The oxidizer electrode of the first unit cell and the fuel electrode of the second unit cell are arranged to face each other, and the interval between the first unit cell and the second unit cell is adjusted. Therefore, the present invention provides a fuel cell comprising a gap adjusting means.
本発明の燃料電池においては、単位セル同士の間隔を調整して、酸化剤極を隙間なく覆うこと、および露出すること、ができる。燃料電池の停止時は、酸化剤極を対向する燃料極によって隙間なく覆うことにより、酸化剤極に空間がほとんど存在しない状態となるので、停止後の液体燃料の蒸散や、残留液体燃料による部品劣化がほとんど生じない。 In the fuel cell of the present invention, the interval between the unit cells can be adjusted to cover and expose the oxidant electrode without any gap. When the fuel cell is stopped, the oxidant electrode is covered with the opposite fuel electrode without any gaps, so that there is almost no space in the oxidant electrode. There is almost no deterioration.
また、この構成においても、燃料電池を酸化剤極が露出する配置で筐体に支持することができ、この構成により、対向する燃料極の形状に影響されることなく、酸化剤極表面を遮蔽部材により隙間なく覆うことが可能となる。また、筐体表面に対向する酸化剤極の表面の凹凸を完全に補完する凹凸を形成しておくこと、または対向する酸化剤極の面もしくは遮蔽部材の表面のうち少なくとも一方に密閉部材を設けること、により酸化剤の表面はより完全に覆われることになる。 Also in this configuration, the fuel cell can be supported by the housing in an arrangement in which the oxidant electrode is exposed, and this configuration shields the surface of the oxidant electrode without being affected by the shape of the opposing fuel electrode. It becomes possible to cover without gaps by the member. Further, it is possible to form an unevenness that completely complements the unevenness of the surface of the oxidant electrode facing the surface of the housing, or to provide a sealing member on at least one of the surface of the oxidant electrode facing the surface or the surface of the shielding member. As a result, the surface of the oxidizing agent is more completely covered.
本発明において、前記間隔調整手段が、前記第一の筐体および前記第二の筐体のうち少なくとも一方を貫通する支持棒と、前記支持棒に接続され、前記第一の筐体もしくは前記第二の筐体のうちの少なくとも一方を前記支持棒に沿って移動するための駆動手段と、を有する構成とすることができる。 In the present invention, the distance adjusting means is connected to the support bar penetrating at least one of the first casing and the second casing, and is connected to the support bar. Drive means for moving at least one of the two housings along the support bar can be employed.
本発明において、前記支持棒は表面にネジ構造を有し、前記駆動手段は前記支持棒に回転力を与えるものであってもよい。また、前記駆動手段は、モータと、前記モータと前記支持棒との接続手段とからなる構成としてもよい。 In the present invention, the support bar may have a screw structure on the surface, and the driving means may apply a rotational force to the support bar. The driving means may be composed of a motor and connecting means for connecting the motor and the support rod.
このような駆動手段を用いれば、燃料電池同士の間隔は、支持棒の筐体への、モータを駆動源とするネジ込みにより調整することができる。 If such a drive means is used, the space | interval of fuel cells can be adjusted by the screwing which uses the motor as a drive source to the housing | casing of a support rod.
本発明において、前記間隔調整手段が、前記第一の筐体および前記第二の筐体のうち少なくとも一方に設けられたアクチュエータであることができる。 In this invention, the said space | interval adjustment means can be an actuator provided in at least one among said 1st housing | casing and said 2nd housing | casing.
また、本発明において、前記アクチュエータが電磁駆動アクチュエータであり、磁石と、前記磁石によって可動となるコイルと、前記コイルの保持部とを少なくとも有し、前記第一の筐体および前記第二の筐体のうち一方に前記磁石が、他方に前記コイルの先端部が固定されていてもよい。 In the present invention, the actuator is an electromagnetic drive actuator, and includes at least a magnet, a coil that is movable by the magnet, and a holding portion of the coil, and the first casing and the second casing. The magnet may be fixed to one of the bodies, and the tip of the coil may be fixed to the other.
このようなアクチュエータを使えば、ネジ溝付き支持棒や、筐体のネジ孔がなくとも、アクチュエータ自身の伸縮により、燃料電池間の距離を調整することができる。 If such an actuator is used, the distance between the fuel cells can be adjusted by the expansion and contraction of the actuator itself without the support rod with a thread groove and the screw hole of the housing.
本発明は、必ずしも、単位セル同士にのみ適用されるものではなく、前記第一の単位セルおよび前記第二の単位セルが平面内に複数設けられた平面スタック構造の燃料電池にも適用できる。 The present invention is not necessarily applied only to unit cells, but can also be applied to a fuel cell having a planar stack structure in which a plurality of the first unit cells and the second unit cells are provided in a plane.
本発明において、当該燃料電池の運転状態を検知する運転状態検知部と、前記運転状態検知部で検知された前記運転状態に基づいて前記間隔調整手段の動作を制御する制御部と、を有する構成とすることができる。こうすれば、燃料電池の運転状態に応じて、酸化剤極を隙間なく覆うことおよび露出させることをさらに確実に制御することができる。 In the present invention, a configuration having an operation state detection unit that detects an operation state of the fuel cell, and a control unit that controls the operation of the interval adjusting unit based on the operation state detected by the operation state detection unit. It can be. By so doing, it is possible to more reliably control covering and exposing the oxidizer electrode without gaps according to the operating state of the fuel cell.
本発明において、前記燃料電池の運転停止時には前記間隔調整手段によって前記第一の単位セルおよび前記第二の単位セルを接近させ、前記燃料電池の運転開始時には前記間隔調整手段によって前記第一の単位セルおよび前記第二の単位セルを遠ざけることができる。こうすることにより、燃料電池の運転時に、酸化剤極に酸化剤をさらに確実に供給しつつ、燃料電池の停止後の、液体燃料の蒸散や、残留液体燃料による部品劣化をさらに確実に抑制することができる。 In the present invention, when the operation of the fuel cell is stopped, the first unit cell and the second unit cell are brought closer to each other by the interval adjusting unit, and when the operation of the fuel cell is started, the first unit cell is made by the interval adjusting unit. The cell and the second unit cell can be moved away. In this way, during operation of the fuel cell, the oxidant is more reliably supplied to the oxidant electrode, and the transpiration of the liquid fuel and the component deterioration due to the residual liquid fuel after the stop of the fuel cell are further reliably suppressed. be able to.
なお、これら各構成の任意の組み合わせや、本発明の表現を方法、装置などの間で変換したものもまた本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of these components, or a conversion of the expression of the present invention between methods, apparatuses, etc. is also effective as an aspect of the present invention.
本発明の燃料電池において、平面スタックの形状は一つに限定されるものではない。単セル毎に一枚の固体電解質を有する形態のみならず、複数のセルで一枚の固体電解質を共有する形態でも、本発明の趣旨を逸脱することはない。 In the fuel cell of the present invention, the shape of the planar stack is not limited to one. Not only the form having one solid electrolyte for each single cell but also the form in which a single solid electrolyte is shared by a plurality of cells does not depart from the spirit of the present invention.
以上述べたように、本発明によれば、燃料電池のセル同士の間隔を調整することによって、酸化剤の供給、セル内の空間の有無を制御することを可能とする。近接させた場合には、酸化剤の供給を遮断するとともに、酸化剤極の表面を隙間なく覆うことにより燃料電池停止時の液体燃料の蒸発による浪費や、セル内に残留する液体燃料による燃料電池を構成する部品の劣化を抑制することができる。セル同士を遠ざけた場合には、酸化剤極への酸化剤の供給を可能とし、燃料電池の発電を開始できる。 As described above, according to the present invention, it is possible to control the supply of the oxidant and the presence or absence of the space in the cell by adjusting the distance between the cells of the fuel cell. In the case of close proximity, the supply of the oxidant is shut off, and the surface of the oxidant electrode is covered without any gaps, so that waste due to evaporation of the liquid fuel when the fuel cell is stopped, and the fuel cell due to the liquid fuel remaining in the cell It is possible to suppress the deterioration of the components constituting the. When the cells are moved away from each other, the oxidant can be supplied to the oxidant electrode, and the power generation of the fuel cell can be started.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、共通する構成要素には同一符号を付し、以下の説明において詳細な説明を適宜省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, common constituent elements are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be appropriately omitted in the following description.
本発明の実施の形態における燃料電池は、携帯電話、ノート型等の携帯型パーソナルコンピュータ、PDA(Personal Digital Assistant)、各種カメラ、ナビゲーションシステム、ポータブル音楽プレーヤ等の小型電気機器に適用可能である。特に、ノート型等の携帯型パーソナルコンピュータ等のような動作電圧が高く、比較的多くの燃料電池単位セルが使用され、平面実装される燃料電池において有用である。 The fuel cell according to the embodiment of the present invention can be applied to a small electric device such as a mobile phone, a portable personal computer such as a notebook, a PDA (Personal Digital Assistant), various cameras, a navigation system, and a portable music player. In particular, it is useful in a fuel cell that has a high operating voltage and uses a relatively large number of unit cells of a fuel cell such as a notebook personal computer and is mounted in a plane.
(第一の実施形態)
本実施形態の構成について説明する。図1は、本実施形態の燃料電池100の平面図であり、図2および図3は図1のA−A’断面図である。
(First embodiment)
The configuration of this embodiment will be described. FIG. 1 is a plan view of the
本実施形態では、図1に示す単位セルが4つ並んだ平面スタック2層が積層している。この積層構造においては酸化剤極同士が対面しており、2つの平面スタック間の距離を調整することにより、酸化剤極が露出した状態(図2)からシール材で隙間なく覆われた状態(図3)へ、またはその逆に酸化剤極が隙間なく覆われた状態から露出した状態へと切り替えることができる。発電時には図2の状態で酸化剤極に酸化剤を供給し、発電停止時には図3の状態で酸化剤極を隙間なく覆い酸化剤の供給を遮断するとともに、燃料ガスを残留させるデッドボリュームを排除する。
以下に各部分の詳細を説明する。
In this embodiment, two planar stacks in which four unit cells shown in FIG. 1 are arranged are stacked. In this laminated structure, the oxidant electrodes face each other, and by adjusting the distance between the two planar stacks, the state in which the oxidant electrode is exposed (FIG. 2) and is covered with a sealing material without any gaps ( 3) or vice versa, the state can be switched from the state where the oxidant electrode is covered without a gap to the state where it is exposed. During power generation, the oxidant is supplied to the oxidant electrode in the state shown in FIG. 2, and when power generation is stopped, the oxidant electrode is covered without gaps in the state shown in FIG. To do.
Details of each part will be described below.
図1、図2、図3に示した燃料電池100は、セルスタック部456(図1)およびリザーバタンク1386(図1)を備える燃料電池本体ならびに燃料カートリッジ1361(図1)を有する。燃料カートリッジ1361は、燃料電池本体に着脱可能に設けられ、セルスタック部456にザーバタンク1386を介して供給する液体燃料を保持する容器である。
The
燃料電池を構成する最小単位となる単セル構造101は、固体電解質膜114と、固体電解質膜114の異なる面に配された燃料極102および酸化剤極108と、を含み、燃料極102に液体の燃料が直接供給される構造となっている。燃料極102および酸化剤極108は、後述するように、触媒を担持した炭素粒子と固体電解質とを含む触媒層を基体上に有する構成をとっている。また、図示はしていないが、燃料電池から電力を取り出すための集電体が、各電極に接続されている。
A
平面セルスタックはこの単セル構造101を面内に複数配置したものであり、ここでは4つの単セル構造101を配置した。セルスタック部456は、この平面セルスタックをさらに平面に垂直な方向(以下、法線方向と呼ぶ。)に、それぞれの酸化剤極108を向かい合わせて積層したものである。酸化剤極108の基体110は、互いに向かい合った際には、その表面の凹部と凸部が噛み合い、互いに凹凸を補完し合う断面形状となっている。また、一方の基体110の表面には、密閉部材として機能するシール材435が設けられているため、酸化剤極108の表面が隙間なく覆われて密閉され、酸化剤の供給を遮断できる構造となっている。
In the planar cell stack, a plurality of
平面セルスタックにおいては、支持板437、支持板439の一方の面に設けられた凹部に、酸化剤極108が表側となる配置で、4つの単位セルが埋設されている。支持板437および支持板439は、単セル構造101を支持する筐体として機能し、単セル構造101はこれらの支持板に、酸化剤極108が露出するように支持される。燃料極102には4つのセルに共通に設けられた燃料容器811が隣接している。
In the planar cell stack, four unit cells are embedded in a concave portion provided on one surface of the
また、燃料電池100においては、支持板437を支持棒436の一端に固定した上で、支持板439を周縁部のネジ孔で支持棒436に貫通させている。支持棒436は支持板437とは独立に、自身の長手方向の中心軸の回りに回転することができる。ここで、支持板439のネジ孔のピッチは、支持棒436の側面に切られた雄ネジのピッチに等しいため、支持板439は、支持棒436の回転によって、支持棒436上を移動でき、両支持板の間隔は、密着状態から所定の距離まで調整可能な構造となっている。これにより、支持板437に支持されている単セル構造101と支持板439に支持されている単セル構造101との間隔が調整される。支持棒436はモータ434により回転し、支持板439の移動の方向はモータ434の回転方向で決定される。この操作によって、酸化剤極108が隙間なく覆われた状態と酸化剤極108が露出した状態を得ることができる。モータ434は、接続部438を介して支持棒436に固定される。モータ434、支持棒436および接続部438は、単セル構造101の酸化剤極108の間隔を調節する間隔調節手段として機能する。
In the
なお、図示はされていないが、支持棒436の端部にはストッパが設けられ、支持板437、支持板439が支持棒からはずれないようにすることができる。やはり図示はされていないが、ロック機構を設けることにより、両支持板を所定の間隔を開けて固定することも可能である。さらに、発展した形態として、支持板437または支持板439の酸化剤極108が表出している面および、支持板437または支持板439の酸化剤極108と対面している面には、接触の有無を検知するための、電気端子もしくは押圧により開閉するスイッチを設けることができる。電気端子を設けた場合、対面する酸化剤極と支持板の接触の有無を、電気端子間の抵抗を測定することなどで検知できる。スイッチを設けた場合、スイッチに接続した電気回路の導通状態を観測することによって接触を検知できる。また、運転状態検知部を設け、これらの電気端子、スイッチをつないで、燃料電池100の運転制御に利用することもできる。
Although not shown, a stopper is provided at the end of the
モータ434を自動制御することによって、種々の機能が実現される。例えば、運転開始時に酸化剤極108の露出の有無を判断し、この結果に応じて支持板同士を接近させたり、離間させたりすることによって、酸化剤極108への酸化剤の供給の遮断および供給を自動的に行う燃料電池システムを得ることができる。
Various functions are realized by automatically controlling the
なお、図3のように各支持板が最接近した状態では、シール材435を有する支持板が対面する酸化剤極108に密着し、酸化剤極108の表面が隙間なく覆われるので、酸化剤極108への酸化剤の供給が遮断される。ここではシール材435を各単セル構造101毎に用いたが、一枚のシール材を複数の単セル構造101で共有する形態をとっても、本実施形態の効果は同様に得られる。
In the state where the support plates are closest to each other as shown in FIG. 3, the support plate having the sealing
シール材435は、単セル構造101の酸化剤極108の表面を隙間なく覆う面積を有するとともに弾性変形可能なものである。このシール材435による遮蔽によって、酸化剤の供給経路は確実に遮断できる。
The sealing
シール材435の材料は、液体燃料に対する耐性を有する材料とすることが好ましい。こうした材料としては、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム等のエラストマー等があげられる。シール材435をエチレンプロピレンゴムとする場合、エチレンとプロピレンの共重合体(EPM)またはエチレンとプロピレンと第三成分との共重合体(EPDM)を用いることができる。また、シール材435を加硫ゴムとすることもできる。シール材435は、さらに具体的には、酸化剤極108の表面形状をかたどったシリコーンゴムとすることができる。
The material of the sealing
シール材435の材料として上述の材料を用いることにより、燃料容器811中の液体燃料が、燃料極102、固体電解質膜114および酸化剤極108をこの順に透過して単セル構造101の外部に蒸散し、液体燃料を消費したり、液体燃料溶液が低濃度化したりすることを確実に抑制することができる。さらに、残留した液体燃料による、燃料電池100の部品の劣化も生じない。
By using the above-mentioned material as the material of the sealing
次に、平面セルスタック459と平面セルスタック460との電気接続について説明する。平面セルスタック459および平面セルスタック460を構成する4つの単セル構造101は、接続電極431により互いに電気的に接続されている。セルスタック部456中の複数の単セル構造101は直列に接続されていてもよいし、並列に接続されていてもよい。また、直列接続および並列接続を組み合わせた構成とすることもできる。接続電極431は、導電性を有する部材であり、その材料として、例えばステンレスやチタンなどを用いることができる。
Next, electrical connection between the
なお、この実施形態においては、4つの単セル構造101からなる平面セルスタックが法線方向に2層積層されている構成について説明したが、一つの平面セルスタックに含まれる単セル構造101の数およびその積層数に特に制限はなく、燃料電池100の使用目的や適用される機器等に応じて適宜決めることができる。
In this embodiment, the configuration in which two planar cell stacks each including four
以上に述べた構成により、本実施形態では、積層された平面スタック間の距離を変えることにより、酸化剤極108の表面を露出させたり、隙間なく覆ったりすることが可能である。発電時は、露出した酸化剤極108の表面に酸化剤を供給し、停止時は、酸化剤極108の表面を隙間なく覆うことで、酸化剤の供給を遮断する。本実施形態においては、発電停止時に、酸化剤極108から燃料が蒸発することがほとんどないので、燃料の浪費が少ない。また、停止時には、酸化剤極108の側に燃料成分のガスが残留しないので、残留ガスの酸化物(副生成物)により集電体等の部品を劣化させるおそれがない。
With the configuration described above, in this embodiment, the surface of the
燃料電池100において、その他の構成部品については特に限定しないが、例えば以下に述べる構成、材料を用いることができる。
In the
支持板437および支持板439の材料は、複数の単セル構造101の周囲の絶縁性を確保でき、燃料に対する耐性を有する材料であれば、用いることができる。例えば、ポリエチレン、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアセタール(POM:ポリオキシメチレン)等の樹脂を用いることができる。表面を樹脂等で被覆すれば、金属を用いることもできる。
As the material of the
燃料としては、メタノール、エタノール、または他のアルコール類、ジメチルエーテル等のエーテル類、あるいはシクロパラフィン等の液体炭化水素等の有機液体燃料を用いることができる。本発明実施において、これらの燃料は原液で用いることも、その水溶液を用いることもできる。 As the fuel, methanol, ethanol, other alcohols, ethers such as dimethyl ether, or organic liquid fuels such as liquid hydrocarbons such as cycloparaffins can be used. In the practice of the present invention, these fuels can be used as a stock solution or an aqueous solution thereof.
燃料の供給については種々の方式があるが、代表的なものとして、以下の方式を説明する。燃料電池本体は、燃料容器811、燃料供給管1111、燃料補給管458、燃料回収管1113、リザーバタンク1386、およびポンプ1117を備える。また、図1〜図3には示していないが、燃料電池本体は、単セル構造101の酸化剤極における電池反応で生成する水をリザーバタンク1386に回収する酸化剤極側廃液回収管を有する。
There are various methods for supplying fuel, but the following methods will be described as typical ones. The fuel cell main body includes a
燃料はリザーバタンク1386から、燃料供給管1111を経てポンプ1117により燃料容器811に供給され、ここから単セル構造101の燃料極102に供給される。燃料容器811は複数の単セル構造101に連通しているため、燃料はすべての単セル構造101に均等に供給することができる。燃料のうち、電池反応に用いられなったもの、電池反応で生成した水は、燃料回収管1113からリザーバタンク1386に回収され、再び燃料供給管1111から燃料容器811に供給される。
The fuel is supplied from the
燃料供給管1111および燃料回収管1113は、少なくとも一部が、伸張または収縮する伸縮チューブ457により構成されている。伸縮チューブとしては蛇腹、またはシリコーン等の伸縮性素材の利用等が利用可能である。また、必ずしも伸縮可能でなくとも、屈曲する素材からなるフレキシブルチューブを用いてもよい。このような配管を用いることにより、支持板437および支持板439の移動に影響されることなく、安定した燃料の供給が可能となる。
At least a part of the
次に、本実施形態で用いた単セル構造101について説明する。
固体電解質膜114は、水素イオンの伝導性が高い膜であって、化学的に安定で且つ機械的強度が高い膜であることが望ましい。スルホン基、リン酸基等の強酸基や、カルボキシル基等の弱酸基等の極性基を有する有機高分子が、材料として相応しい。これらの有機分子の具体例としては、芳香族縮合系高分子、スルホン基含有パーフルオロカーボン、カルボキシル基含有パーフルオロカーボン等が挙げられる。
Next, the
The
燃料極102は、触媒を担持した炭素粒子と固体電解質とを含む燃料極側触媒層106を基体104上に有する構成をとっている。酸化剤極108も基本的に同じ構成であり、酸化剤極側触媒層112を基体110上(図中下側)に有している。触媒としては、白金、ルテニウム等の金属およびこれらの合金、等が好ましく用いられる。燃料極側触媒層106、酸化剤極側触媒層112に用いる触媒は互いに同じものを用いても異なるものを用いても、構わない。
The
燃料極側触媒層106および酸化剤極側触媒層112に含まれる固体電解質は、固体電解質膜114と同じ材料であっても、異なる材料であっても、本発明の効果に影響はない。また、複数の固体電解質を用いても構わない。
Even if the solid electrolyte contained in the fuel electrode
基体104および基体110を構成する材料は、焼結金属、発泡金属、金属繊維シート等の導電性多孔性材料が望ましい。これらの材料は抵抗率が低いので、集電体材料としても用いることができ、基体が集電体を兼ねることも可能となる。また、基体104の材料と基体110の材料は同じであっても異なっていても構わない。
The material constituting the
なお、この実施形態においては、単セル構造101のそれぞれが別個の固体電解質膜114を有する場合について説明したが、1枚の固体電解質膜114の一方の面に複数の燃料極102が設けられ、他方の面にそれぞれの燃料極102に対向して酸化剤極108が設けられていてもよい。
In this embodiment, the case where each
次に、図1、図2、および図3に示した燃料電池100の制御システムについて、図4および図5を用いて説明する。図4は、燃料電池100の酸化剤極108への気体の導入を制御する制御システムの構成を示す図である。図5は、燃料電池100の運転停止時における燃料電池100の動作の一例を示すフローチャートである。
Next, the control system of the
図4において、燃料電池100は、セルスタック部456に加えて燃料電池の電流値を計測する電流計461、運転状態検知部462、制御部463、およびキャパシタ464をさらに含む。運転状態検知部462は、電流計461によって測定された電流値に基づきセルスタック部456での発電状態を検知する。この検出結果から燃料電池が運転している状態なのか、運転を停止している状態なのかを判定できる。この判定にしたがって、図5のステップ101またはステップ105における燃料電池100の起動または発電停止の決定を行う。上記の決定に基づき、ステップ102において酸化剤極108の表面が覆われているか否かを検知した上で、制御部463は、モータ434による支持板439の隔離および接近動作を制御する。
In FIG. 4,
図4においてキャパシタ464は燃料電池100の起動までのモータ434の駆動電力源として用いる。キャパシタ464には、燃料電池100の駆動時に電気が蓄電される。当該電力源としてはキャパシタ464に限定されない。燃料電池起動までのモータ駆動の電力源として機能すればよく、燃料電池稼働中の電気を蓄電できる各種二次電池や、各種一次電池をキャパシタ464の代わりに使用してもよい。
In FIG. 4, the
次に制御システムの運転方法を説明する。
燃料電池100が起動されると(S101でYES)、シール材435が酸化剤極108の表面に接触しているか否かが判断される(S102)。シール材435が酸化剤極108の表面に接触している場合(S102でYES)、モータ434を駆動し、支持板439を、対面する支持板437の表面から遠ざかる方向に移動させる(S103)。支持板437と支持板439の双方の表面にあるシール材435は、この操作により互いの表面から離れる。その結果、酸化剤極108には酸化剤が供給され、燃料電池100は発電を開始する(S104)。
Next, the operation method of the control system will be described.
When the
ステップ102において、シール材435が酸化剤極108の表面に接触していない場合(S102でNO)、ステップ103は省略してステップ104に進む。続くステップ105で燃料電池100の停止を決定した場合は、ステップ106において、シール材435と酸化剤極108の表面とを接触させ、酸化剤の供給を断って燃料電池100を停止させる。
If the sealing
次に、図1〜図5に示した燃料電池100の効果を説明する。図1〜図5に示した燃料電池100は、燃料電池平面スタックの間隔を調節可能な構成となっている。したがって、燃料電池100を運転させていない時には、平面スタックを最接近させて酸化剤極108の表面を対面するシール材を有する支持板で隙間なく被覆することによって酸素の供給を遮断することができる。その結果、燃料電池100の不使用時の燃料蒸散を防ぐことができるので、液体燃料を無駄に消費したり、液体燃料が低濃度化したりすることが避けられる。また、固体電解質膜114が乾燥することも抑制できる。
Next, effects of the
また、本実施形態の制御方法では、燃料電池100の停止時においては、酸化剤極108内に気体がほとんど残留しないので、燃料電池100が停止し燃料電池内100の温度が低下しても、残留ガスの収縮により空気流路内が陰圧になることはない。したがって、この現象が引き起こすセルスタックおよび固体電解質膜−触媒電極複合体の接合部分の物理的劣化はほとんど生じない。また、気体がほとんど残留していないので、残留気体中のメタノールが酸素と反応してホルムアルデヒドやギ酸、ギ酸メチルなど副生成物が発生するおそれはほとんどない。したがってこれらの副生成物が起動時集電体材料に接触してこれを劣化させたり、あるいは外部に放出されたりする可能性は極めて低い。
In the control method of the present embodiment, when the
(第二の実施形態)
第一の実施形態では酸化剤極108同士を対向させて配置し、これらを直接接触させる構成であったが、図6および図7に示すように、両酸化剤極108間に支持板433を設ける構成とすることも可能である。ここで、支持板433は遮蔽部材として機能し、その両面には、向かい合う酸化剤極108の基体110の凹部に隙間なくはめ込まれる形状にシール材435が配置されている。
(Second embodiment)
In the first embodiment, the
また、支持棒436としては、図8中に示すように、表面に第一のネジ部447と第二のネジ部448が長さ方向に切られているものを用いる。第一のネジ部447のピッチは第二のネジ部のピッチよりも小さい。支持棒436の一端に、支持棒436の中心軸周りの回転は可能にした状態で支持板437を固定し、第一のネジ部447にはこのネジ部と同じピッチの雌ネジを切った貫通孔を周縁部2箇所に有する支持板433を貫通させる。同様に、第二のネジ部448にはこのネジ部と同じピッチの雌ネジを切った貫通孔を周縁部2箇所に有する支持板439を貫通させる。ここで、支持棒436の第一のネジ部447の長さは、図7に示すように、各支持板が密着し得る長さとする。また、各支持板のネジ孔の位置は、各支持板が最接近した際に、互いの凹凸を合わせることによって、酸化剤極108を隙間なく覆われる位置とする。支持棒436の第二のネジ部448側の端部には、ストッパを固定し、支持板439が支持棒436からはずれないようにする。
Further, as the
本実施形態において、酸化剤極108の一方の面がシール材435で隙間なく覆われている燃料電池停止の状態から、酸化剤極108の一方の面が露出し発電可能な状態に移行させる場合について説明する。モータ434を駆動し、支持板433と支持板439が支持板437から遠ざかる向きに支持棒436を回転させると、支持板437に支持されている酸化剤極108が徐々に露出する。また、第一のネジ部447のピッチは第二のネジ部448のピッチより小さいので、支持板433と支持板439の間との距離も徐々に広がり、支持板439に支持されている酸化剤極108も露出する。支持板437、支持板433、および支持板439がそれぞれ所定の間隔になった時点でモータ434を止め、酸化剤を供給して発電を開始する。
In the present embodiment, when the fuel cell is stopped from a state in which one surface of the
ここで、支持板433は、自身が有するネジ孔のピッチと同じピッチの第一のネジ部447に沿って支持棒436の中心軸方向に移動することはできるが、第二のネジ部448に沿って移動することはできない。したがって支持板433は、たとえモータ434を駆動したままでも、第一のネジ部447の終点で自動的に止まる。支持板439も第二のネジ部448の終点付近でストッパ(不図示)にぶつかり自動的にとまる。よって、それぞれのネジ部の長さを常時使用する支持板の間隔に設定しておけば、自動的に一定の支持板間隔を得ることも可能となる。さらに、所定の位置で各支持板を固定するロックをかければ、より安定した運転を実現することができる。
Here, the
また、セルスタック部456における発電を停止する場合には、モータ434を、発電開始時とは逆方向に回転させる。その結果、支持板433および支持板439は支持板437に最接近し、酸化剤極108の表面がシール材435で隙間なく覆われ、酸化剤の供給を断たれるので、発電を停止することができる。
In addition, when power generation in the
(第三の実施形態)
以上の実施形態において、支持板の配置は必ずしも、酸化剤極108同士を向かい合わせる配置とする必要はなく、図9および図10に示すように酸化剤極の表面を支持板の裏面と向かい合わせ、対向する酸化剤極108と燃料極102との間隔を調整可能な構成としても構わない。
(Third embodiment)
In the above embodiments, the support plate is not necessarily arranged so that the
この実施形態でも、たとえば第二の実施形態と同様に、支持棒436には図8に示すような2段階のピッチを有するものを用い、モータ343を第一のネジ部447の側に固定する。この実施形態では、支持板433を、支持棒436の一端に、支持棒436の中心軸周りの回転を可能な状態として固定し、支持板437および支持板439をそれぞれ第一のネジ部447および第二のネジ部448上で、支持棒436の中心軸方向に移動させる。第一のネジ部447のピッチは第二のネジ部448のピッチよりも小さい。ここで、支持棒436の第一のネジ部447の長さは、図10に示すように、各支持板が互いに最近接し得る長さに設定する。また、各支持板のネジ孔の位置は、各支持板が最接近した際に、各酸化剤極108が隙間なく覆われる位置とする。支持棒436の第二のネジ部448側の端部には、ストッパ(不図示)を固定し、支持板439が支持棒436からはずれないようにする。
Also in this embodiment, for example, as in the second embodiment, the
本実施形態において、酸化剤極108の表面が隙間なく覆われている燃料電池停止の状態から、酸化剤極が露出し発電可能な状態に移行させる場合について説明する。モータ434を駆動し、支持板437と支持板439が支持板433から遠ざかる向きに回転させると、支持板437に支持されている酸化剤極108が徐々に露出する。また、第一のネジ部447のピッチは第二のネジ部448のピッチより小さいので、支持板437と支持板439の間の距離も徐々に広がり、支持板439に支持されている酸化剤極108も露出する。支持板433、支持板437、および支持板439が所定の間隔になった時点でモータ434を止め、酸化剤を供給して発電を開始する。
In the present embodiment, a case will be described in which the state is changed from a state where the surface of the
ここで、支持板437は、自身が有するネジ孔のピッチと同じピッチの第一のネジ部447に沿って移動することはできるが、第二のネジ部448に沿って移動することはできない。したがって、支持板437は、たとえモータ434を駆動したままでも、第一のネジ部447の終点で自動的に止まる。支持板439も第二のネジ部448の終点付近でストッパにぶつかり自動的にとまる。よって、それぞれのネジ部の長さを常時使用する支持板の間隔に設定しておけば、自動的に一定の支持板間隔を得ることも可能となる。
Here, the
また、発電状態のセルスタック部456を停止する場合には、モータ434を、発電開始時とは逆方向に回転させる。その結果、支持板437および支持板439は支持板433に最接近し、酸化剤極108の表面がシール材435で隙間なく覆われ、発電を停止することができる。
When stopping the
(第四の実施形態)
これまでの実施形態では、支持板の移動にモータを用いていたが、電磁駆動のアクチュータを用いることも可能である。
図11および図12は第三の実施形態の構成で、支持棒436、モータ434を用いる代わりにアクチュエータ440を用いた構成を示している。また、上下の向きは実際の上下の向きと一致している。
(Fourth embodiment)
In the embodiments so far, the motor is used for moving the support plate, but an electromagnetically driven actuator can also be used.
FIGS. 11 and 12 show the configuration of the third embodiment, in which an
支持板433、支持板437、支持板439は、アクチュエータ440の動作によって互いに近づく方向もしくは遠ざかる方向に移動し、これらの移動によって、酸化剤極108が隙間なく覆われた状態と酸化剤極108が露出した状態を得ることができる。
The
図13を用いてアクチュエータ440の動作について説明する。
図13(a)および図13(b)は、アクチュエータ440の構成を模式的に示す断面図である。図13(a)および図13(b)に示したように、アクチュエータ440は、磁石441と、磁石441によって可動となるコイル442と、磁石441に接して固定され、コイル442を保持する保持部443を有する。図13(a)は、通電されていないコイル442が、磁石441に接している状態を示す。この状態が図12に示す、酸化剤極が隙間なく覆われた状態におけるアクチュエータ440の状態である。各支持板は自重でこの状態に安定する。図13(b)は、磁石に対して斥力が働くような向きに通電された(通電に用いられる電源は不図示)コイル442が磁石441から離れた状態を示す。この状態が図11の酸化剤極が露出した状態におけるアクチュエータの状態であり、支持板437および支持板439は重力に逆らってそれぞれ対面する支持板433および支持板437から離れて位置している。
The operation of the
FIG. 13A and FIG. 13B are cross-sectional views schematically showing the configuration of the
酸化剤極108が露出した状態における各支持板の位置、すなわち、支持板437と支持板433の間の距離、および支持板437と支持板439の間の距離は、アクチュエータ440に印加する電圧を調整することにより決定できる。
The position of each support plate in a state where the
アクチュエータの方式としては、ここで示した電磁結合方式の他に、高分子材料の電界印加による伸縮を利用する方式、手動で状態を変える方式があり、燃料電池の用途に応じて、この中のどれを選択してもよい。 In addition to the electromagnetic coupling method shown here, there are a method that uses expansion and contraction by applying an electric field of a polymer material, and a method that changes the state manually, depending on the application of the fuel cell. Any one may be selected.
この実施形態では、一つのセルスタック部456に二つのアクチュエータ440が設けられている構成を例示したが、アクチュエータ440の数および配置は電池構成に応じて適宜選択することができる。
In this embodiment, the configuration in which two
アクチュエータ440を自動制御することによって、種々の機能が実現される。例えば、燃料電池が運転中か運転停止中かに応じて、支持板同士を接近、離間させる動作を自動化できる。また運転開始時に支持板の離間、密着を判断することによって自動的に酸化剤が供給され、停止時に自動的に酸化剤を遮断する燃料電池システムを得ることができる。
Various functions are realized by automatically controlling the
(第五の実施形態)
第四の実施形態に記載の燃料電池においては、各支持板の最接近状態の保持には、重力を利用していた。本実施形態では、支持板433に対する支持板437の開閉および支持板437に対する支持板439の開閉を、アクチュエータ440と弾性部材との組み合わせで行い、支持板の位置が重力に関係しない構成とし、上下の向きに関係なく使用できる形態とした。
(Fifth embodiment)
In the fuel cell described in the fourth embodiment, gravity is used to hold each support plate in the closest state. In this embodiment, the opening and closing of the
図14および図15は、本実施形態に係る燃料電池の構成を模式的に示す断面図である。図14は、セルスタック部456において、酸化剤極108の表面が露出している状態を示す。また、図15は、酸化剤極108の表面が、対面する支持板の近接により、支持板表面のシール材と密着し、隙間なく覆われた状態を示す。
14 and 15 are cross-sectional views schematically showing the configuration of the fuel cell according to this embodiment. FIG. 14 shows a state where the surface of the
図14および図15に示した燃料電池においては、支持板433と支持板437とを接続するバネ432がアクチュエータ440の側面に設けられている。同様に、支持板437と支持板439とを接続するバネ432がアクチュエータ440の側面に設けられている。バネ432は、支持板433と支持板437、支持板437と支持板439がそれぞれ密着している状態(図15)で自然長となるようなバネ定数のバネを選択している。
In the fuel cell shown in FIGS. 14 and 15, a
図14および図15に示した燃料電池において、アクチュエータ440を構成するコイル442に電流が流れるとコイル442の内側には磁界が発生する。この磁界の極性は電流の向きによって反転し、コイル442と磁石441の間には引力または斥力が働く。この実施形態では、導通時にコイル442と磁石441に斥力が働くように、電流の向き、磁石の配置を設定した。したがって図15の状態でコイル442に電流を導通させると、コイル442は磁石441から離れ、もともと自然長であったバネ432は伸張する。その結果、支持板439は支持板437から、また支持板433と支持板437から遠ざかり、露出した酸化剤極108の表面に酸化剤が供給される(図14)。また、コイル442への通電が停止すると、復元力によりバネ432は自然長にもどりコイル442は磁石441に近接する。その結果、支持板439が支持板437に、また支持板433が支持板437にそれぞれ近接し、酸化剤極108の表面がシール材435を有する支持板437および同じくシール材435を有する支持板433で隙間なく覆われるので、酸化剤の供給が遮断される(図15)。
In the fuel cell shown in FIGS. 14 and 15, when a current flows through the
本実施形態では、アクチュエータ440の側面にバネ432を有するので、支持板の移動制御に燃料電池本体の上下方向を問わない。したがって、第一の実施の形態に比べて本発明の燃料電池を使用できる環境が一層広がる。
In this embodiment, since the
本実施形態においても、第一の実施形態と同様に、コイル442の通電状態により、燃料電池の運転停止時には酸化剤極108の表面を隙間なく覆い、運転中はこれを開放するよう、制御することができる。よって、燃料電池の停止中に酸化剤極108の側から燃料中の燃料成分が蒸散し、燃料成分の濃度が低下することを抑制、燃料成分の浪費を抑制することができる。また、停止時に燃料電池セル内に無駄な空間が存在しないので残留した燃料により集電部材が劣化することもない。
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the
なお、図14および図15においては、一つのアクチュエータ440あたり二つのバネ432が設けられた構成を例示したが、一つのアクチュエータ440の側面に設けられるバネ432の数に特に制限はなく、用途、環境に応じて、安定した移動が可能になるまで個数を増加させてもよい。
14 and 15 exemplify a configuration in which two
また、図14および図15においては、アクチュエータ440の側方にバネ432が設けられた構成を例示したが、必ずしもバネ432である必要はなく、ゴム等の伸縮性材料を用いてもよい。また、酸化剤極表面を露出している状態での支持板間の距離(以降、支持板間距離と略す。)は、用いるバネ432のバネ定数、もしくは個数で決まる。したがって、バネ432の種類、あるいは個数を目的に応じて変えることによって、所望の支持板間距離を得ることができる。
14 and 15 illustrate the configuration in which the
以上、本発明を実施形態に基づいて説明した。これらの実施形態はあくまで例示であり、種々の変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present invention has been described based on the embodiments. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are merely examples, and that various modifications are possible and that such modifications are within the scope of the present invention.
例えば、以上の実施形態において、一枚の固体電解質膜114の一方の面に設けられた複数の燃料極102と、固体電解質膜114の他方の面に、複数の燃料極102にそれぞれ対向して設けられた複数の酸化剤極108と、を有し、単セル構造101が対向する一対の燃料極102および酸化剤極108と、固体電解質膜114とを含んでもよい。また、このとき、複数の単セル構造101が、固体電解質膜114を貫通する接続電極431により電気的に接続されている構成とすることができる。
For example, in the above embodiment, the plurality of
100 燃料電池
101 単セル構造
102 燃料極
104 基体
106 燃料極側触媒層
108 酸化剤極
110 基体
112 酸化剤極側触媒層
114 固体電解質膜
431 接続電極
432 バネ
433 支持板
434 モータ
435 シール材
436 支持棒
437 支持板
438 接続部
439 支持板
440 アクチュエータ
441 磁石
442 コイル
443 保持部
447 第一のネジ部
448 第二のネジ部
456 セルスタック部
457 伸縮チューブ
458 燃料補給管
459 平面セルスタック
460 平面セルスタック
461 電流計
462 運転状態検知部
463 制御部
464 キャパシタ
811 燃料容器
1111 燃料供給管
1113 燃料回収管
1117 ポンプ
1361 燃料カートリッジ
1386 リザーバタンク
DESCRIPTION OF
Claims (17)
第一の単位セルと第二の単位セルとが各々の酸化剤極が対向するように配置され、かつ前記第一の単位セルと前記第二の単位セルとの間隔を調整するための間隔調整手段を備え、
前記各々の酸化剤極の表面に、互いに凹凸を補完し合う断面形状を有することを特徴とする燃料電池。 A unit cell is a fuel cell comprising at least a solid electrolyte membrane, a fuel electrode disposed on one surface of the solid electrolyte membrane, and an oxidant electrode disposed on the other surface,
The first unit cell and the second unit cell are arranged so that the oxidant electrodes face each other, and the interval adjustment is performed to adjust the interval between the first unit cell and the second unit cell. With means ,
A fuel cell characterized in that the surface of each of the oxidant electrodes has a cross-sectional shape that complements irregularities .
第一の単位セルと第二の単位セルとが各々の酸化剤極が対向するように配置され、かつ前記第一の単位セルと前記第二の単位セルとの間隔を調整するための間隔調整手段を備え、
対向する前記酸化剤極の少なくとも一方の表面に密閉部材を有していることを特徴とする燃料電池。 A unit cell is a fuel cell comprising at least a solid electrolyte membrane, a fuel electrode disposed on one surface of the solid electrolyte membrane, and an oxidant electrode disposed on the other surface,
The first unit cell and the second unit cell are arranged so that the oxidant electrodes face each other, and the interval adjustment is performed to adjust the interval between the first unit cell and the second unit cell. With means,
Fuel cells characterized by having a sealing member on at least one surface of the oxidant electrode facing each other.
第一の単位セルと第二の単位セルとが各々の酸化剤極が対向するように配置され、かつ前記第一の単位セルと前記第二の単位セルとの間隔を調整するための間隔調整手段を備え、
対向する前記酸化剤極の間に遮蔽部材を設けたことを特徴とする燃料電池。 A unit cell is a fuel cell comprising at least a solid electrolyte membrane, a fuel electrode disposed on one surface of the solid electrolyte membrane, and an oxidant electrode disposed on the other surface,
The first unit cell and the second unit cell are arranged so that the oxidant electrodes face each other, and the interval adjustment is performed to adjust the interval between the first unit cell and the second unit cell. With means,
Fuel cells characterized in that a shielding member between the oxidant electrode facing each other.
第一の単位セルの酸化剤極と、第二の単位セルの燃料極とが対向するように配置され、かつ前記第一の単位セルと前記第二の単位セルとの間隔を調整するための間隔調整手段を備え、
前記第一の単位セルおよび第二の単位セルは、前記酸化剤極が露出するような第一の筐体および第二の筐体によってそれぞれ支持されており、
前記第一の単位セルにおける前記酸化剤極表面と、
前記第一の単位セルにおける前記酸化剤極と対向する前記第二の筐体の表面とに、
互いに補完し合う凹凸よりなる断面形状を有することを特徴とする燃料電池。 A unit cell is a fuel cell comprising at least a solid electrolyte membrane, a fuel electrode disposed on one surface of the solid electrolyte membrane, and an oxidant electrode disposed on the other surface,
An oxidant electrode of the first unit cell and a fuel electrode of the second unit cell are arranged so as to face each other, and for adjusting an interval between the first unit cell and the second unit cell. With an interval adjusting means ,
The first unit cell and the second unit cell are respectively supported by a first casing and a second casing such that the oxidant electrode is exposed,
The oxidant electrode surface in the first unit cell;
In the surface of the second casing facing the oxidant electrode in the first unit cell,
Fuel cells characterized in that it has a cross-sectional shape composed of uneven complement each other.
第一の単位セルの酸化剤極と、第二の単位セルの燃料極とが対向するように配置され、かつ前記第一の単位セルと前記第二の単位セルとの間隔を調整するための間隔調整手段を備え、
前記酸化剤極と対向する位置に遮蔽部材を設けたことを特徴とする燃料電池。 A unit cell is a fuel cell comprising at least a solid electrolyte membrane, a fuel electrode disposed on one surface of the solid electrolyte membrane, and an oxidant electrode disposed on the other surface,
An oxidant electrode of the first unit cell and a fuel electrode of the second unit cell are arranged so as to face each other, and for adjusting an interval between the first unit cell and the second unit cell. With an interval adjusting means,
Fuel cells characterized in that a shielding member at a position opposed to the oxidant electrode.
前記支持棒に接続され、前記第一の筐体もしくは前記第二の筐体のうちの少なくとも一方を前記支持棒に沿って移動するための駆動手段と、
を有することを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の燃料電池。 A support rod penetrating at least one of the first casing and the second casing;
Drive means connected to the support bar for moving at least one of the first casing or the second casing along the support bar;
The fuel cell according to any one of claims 1-9, characterized in that it comprises a.
前記第一の筐体および前記第二の筐体のうち一方に前記磁石が、他方に前記コイルの先端部が固定されていることを特徴とする請求項13に記載の燃料電池。 The actuator is an electromagnetic drive actuator, and has at least a magnet, a coil that is movable by the magnet, and a holding portion of the coil;
14. The fuel cell according to claim 13 , wherein the magnet is fixed to one of the first casing and the second casing, and the tip of the coil is fixed to the other.
前記燃料電池の運転停止時には前記間隔調整手段によって前記第一の単位セルおよび前記第二の単位セルを接近させ、
前記燃料電池の運転開始時には前記間隔調整手段によって前記第一の単位セルおよび前記第二の単位セルを遠ざけることを特徴とする燃料電池の制御方法。 A method for controlling a fuel cell according to any one of claims 1 to 16 , comprising:
When the operation of the fuel cell is stopped, the interval unit adjusts the first unit cell and the second unit cell,
A method for controlling a fuel cell, wherein the first unit cell and the second unit cell are moved away by the interval adjusting means at the start of operation of the fuel cell.
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