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。
特開2002−216823号公報
By the way, in a fuel cell using air as an oxidant, the oxidant electrode side is open to the atmosphere. During operation, it is necessary that the oxidizer electrode is in good contact with the air. However, if the stopped state is several days or longer, the water contained in the solid polymer electrolyte membrane is volatilized. There was a problem of drying out. Once the solid polymer electrolyte membrane is dried, even if it tries to absorb water, it does not readily absorb water in a short time, and the characteristics cannot be maintained. In order to solve this problem, Patent Document 1 discloses that an air supply line that supplies air to an air electrode of a fuel cell and an air discharge line that discharges air from the air electrode close air circulation when the fuel cell is stopped. A fuel cell comprising means is disclosed.
JP 2002-216823 A

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 fuel cell 100 of the present embodiment, and FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views taken along line AA ′ of FIG.

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 fuel cell 100 shown in FIGS. 1, 2, and 3 includes a fuel cell body including a cell stack portion 456 (FIG. 1) and a reservoir tank 1386 (FIG. 1), and a fuel cartridge 1361 (FIG. 1). The fuel cartridge 1361 is a container that is detachably provided on the fuel cell main body and holds liquid fuel supplied to the cell stack portion 456 via the server tank 1386.

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 single cell structure 101 which is a minimum unit constituting a fuel cell includes a solid electrolyte membrane 114, and a fuel electrode 102 and an oxidant electrode 108 disposed on different surfaces of the solid electrolyte membrane 114. The fuel is supplied directly. As will be described later, the fuel electrode 102 and the oxidant electrode 108 have a structure in which a catalyst layer including carbon particles supporting a catalyst and a solid electrolyte is provided on a substrate. Moreover, although not shown in figure, the collector for taking out electric power from a fuel cell is connected to each electrode.

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 single cell structures 101 are arranged in a plane, and four single cell structures 101 are arranged here. The cell stack unit 456 is formed by stacking the planar cell stack in such a manner that the oxidant electrodes 108 face each other in a direction perpendicular to the plane (hereinafter referred to as a normal direction). When the base 110 of the oxidizer electrode 108 faces each other, the concave and convex portions on the surface thereof mesh with each other, and have a cross-sectional shape that complements the concave and convex portions. In addition, since the surface of one base 110 is provided with a sealing material 435 that functions as a sealing member, the surface of the oxidant electrode 108 is covered and sealed without gaps, and the supply of the oxidant can be blocked. It has become.

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 support plate 437 and the support plate 439 so that the oxidant electrode 108 is on the front side. The support plate 437 and the support plate 439 function as a casing that supports the single cell structure 101, and the single cell structure 101 is supported by these support plates so that the oxidant electrode 108 is exposed. A fuel container 811 provided in common to the four cells is adjacent to the fuel electrode 102.

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 fuel cell 100, the support plate 437 is fixed to one end of the support rod 436, and the support plate 439 is penetrated through the support rod 436 by a screw hole in the peripheral portion. The support bar 436 can rotate around its own central axis independently of the support plate 437. Here, since the pitch of the screw holes of the support plate 439 is equal to the pitch of the male screw cut on the side surface of the support rod 436, the support plate 439 can move on the support rod 436 by the rotation of the support rod 436, The interval between the two support plates is adjustable from a close contact state to a predetermined distance. Thereby, the interval between the single cell structure 101 supported by the support plate 437 and the single cell structure 101 supported by the support plate 439 is adjusted. The support bar 436 is rotated by a motor 434, and the direction of movement of the support plate 439 is determined by the rotation direction of the motor 434. By this operation, it is possible to obtain a state where the oxidant electrode 108 is covered without a gap and a state where the oxidant electrode 108 is exposed. The motor 434 is fixed to the support bar 436 via the connection portion 438. The motor 434, the support rod 436, and the connection portion 438 function as an interval adjusting unit that adjusts the interval between the oxidant electrodes 108 of the single cell structure 101.

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 support bar 436 so that the support plate 437 and the support plate 439 cannot be detached from the support bar. Although not shown in the figure, it is also possible to fix the two support plates at a predetermined interval by providing a lock mechanism. Further, as a developed form, the surface of the support plate 437 or the support plate 439 on which the oxidant electrode 108 is exposed and the surface of the support plate 437 or the support plate 439 facing the oxidant electrode 108 are contacted. An electric terminal or a switch that opens and closes by pressing can be provided for detecting the presence or absence. When an electrical terminal is provided, the presence / absence of contact between the oxidant electrode and the support plate facing each other can be detected by measuring the resistance between the electrical terminals. When the switch is provided, the contact can be detected by observing the conduction state of the electric circuit connected to the switch. In addition, an operation state detection unit can be provided, and these electric terminals and switches can be connected to be used for operation control of the fuel cell 100.

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 motor 434. For example, it is determined whether or not the oxidant electrode 108 is exposed at the start of operation, and the support plates are moved closer to or away from each other according to the result, thereby blocking the supply of the oxidant to the oxidant electrode 108 and A fuel cell system that automatically supplies the fuel can be obtained.

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 material 435 is in close contact with the oxidant electrode 108 facing, and the surface of the oxidant electrode 108 is covered without any gap. Supply of the oxidizing agent to the electrode 108 is interrupted. Here, the sealing material 435 is used for each single cell structure 101. However, even if a single sealing material is shared by a plurality of single cell structures 101, the effect of this embodiment can be obtained in the same manner.

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 material 435 has an area that covers the surface of the oxidant electrode 108 of the single cell structure 101 without a gap and is elastically deformable. By the shielding with the sealing material 435, the supply path of the oxidant can be reliably blocked.

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 material 435 is preferably a material having resistance to liquid fuel. Examples of such materials include elastomers such as ethylene propylene rubber and silicone rubber. When the sealant 435 is made of ethylene propylene rubber, an ethylene / propylene copolymer (EPM) or an ethylene / propylene / third component copolymer (EPDM) can be used. Further, the sealing material 435 may be vulcanized rubber. More specifically, the sealing material 435 may be a silicone rubber shaped like the surface of the oxidizer electrode 108.

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 material 435, the liquid fuel in the fuel container 811 permeates through the fuel electrode 102, the solid electrolyte membrane 114, and the oxidant electrode 108 in this order and evaporates to the outside of the single cell structure 101. And it can suppress reliably that liquid fuel is consumed or a liquid fuel solution becomes low concentration. Further, the components of the fuel cell 100 are not deteriorated by the remaining liquid fuel.

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 planar cell stack 459 and the planar cell stack 460 will be described. The four single cell structures 101 constituting the planar cell stack 459 and the planar cell stack 460 are electrically connected to each other by connection electrodes 431. The plurality of single cell structures 101 in the cell stack unit 456 may be connected in series or may be connected in parallel. Moreover, it can also be set as the structure which combined the serial connection and the parallel connection. The connection electrode 431 is a conductive member, and for example, stainless steel or titanium can be used as the material thereof.

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 single cell structures 101 are stacked in the normal direction has been described. However, the number of single cell structures 101 included in one planar cell stack is described. The number of stacked layers is not particularly limited, and can be appropriately determined according to the purpose of use of the fuel cell 100, the applied equipment, and the like.

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 oxidant electrode 108 can be exposed or covered without a gap by changing the distance between the stacked planar stacks. During power generation, an oxidant is supplied to the exposed surface of the oxidant electrode 108, and when stopped, the oxidant supply is blocked by covering the surface of the oxidant electrode 108 without any gaps. In the present embodiment, since the fuel hardly evaporates from the oxidant electrode 108 when the power generation is stopped, the waste of the fuel is small. Further, at the time of stoppage, the fuel component gas does not remain on the oxidant electrode 108 side, so there is no possibility of deterioration of components such as the current collector due to the oxide (by-product) of the residual gas.

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 fuel cell 100, other components are not particularly limited, and for example, the configurations and materials described below can be used.

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 support plate 437 and the support plate 439, any material can be used as long as it can secure insulation around the plurality of single cell structures 101 and has resistance to fuel. For example, resins such as polyethylene, polyetheretherketone (PEEK), polyacetal (POM: polyoxymethylene) can be used. If the surface is coated with a resin or the like, a metal can be used.

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 fuel container 811, a fuel supply pipe 1111, a fuel supply pipe 458, a fuel recovery pipe 1113, a reservoir tank 1386, and a pump 1117. Although not shown in FIGS. 1 to 3, the fuel cell main body has an oxidant electrode side waste liquid recovery pipe that recovers water generated by a cell reaction at the oxidant electrode of the single cell structure 101 in the reservoir tank 1386. .

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 reservoir tank 1386 to the fuel container 811 by the pump 1117 through the fuel supply pipe 1111, and is supplied from here to the fuel electrode 102 of the single cell structure 101. Since the fuel container 811 communicates with the plurality of single cell structures 101, the fuel can be evenly supplied to all the single cell structures 101. Of the fuel, the one that has not been used for the cell reaction and the water generated by the cell reaction are recovered from the fuel recovery pipe 1113 to the reservoir tank 1386 and supplied again from the fuel supply pipe 1111 to the fuel container 811.

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 fuel supply pipe 1111 and the fuel recovery pipe 1113 is constituted by an extendable tube 457 that expands or contracts. As the expandable tube, use of an elastic material such as bellows or silicone can be used. Moreover, you may use the flexible tube which consists of the raw material which does not necessarily extend / contract. By using such a pipe, it becomes possible to supply fuel stably without being affected by the movement of the support plate 437 and the support plate 439.

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 single cell structure 101 used in this embodiment will be described.
The solid electrolyte membrane 114 is preferably a membrane having high hydrogen ion conductivity and is chemically stable and has high mechanical strength. Organic polymers having polar groups such as strong acid groups such as sulfone groups and phosphoric acid groups and weak acid groups such as carboxyl groups are suitable as materials. Specific examples of these organic molecules include aromatic condensation polymers, sulfone group-containing perfluorocarbons, carboxyl group-containing perfluorocarbons, and the like.

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 fuel electrode 102 has a structure in which a fuel electrode side catalyst layer 106 containing carbon particles supporting a catalyst and a solid electrolyte is provided on a substrate 104. The oxidant electrode 108 has basically the same configuration, and has an oxidant electrode side catalyst layer 112 on the substrate 110 (lower side in the figure). As the catalyst, metals such as platinum and ruthenium and alloys thereof are preferably used. The catalysts used for the fuel electrode side catalyst layer 106 and the oxidant electrode side catalyst layer 112 may be the same or different from each other.

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 side catalyst layer 106 and the oxidant electrode side catalyst layer 112 is the same material as the solid electrolyte membrane 114 or a different material, the effect of the present invention is not affected. A plurality of solid electrolytes may be used.

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 substrate 104 and the substrate 110 is preferably a conductive porous material such as a sintered metal, a foamed metal, or a metal fiber sheet. Since these materials have low resistivity, they can also be used as current collector materials, and the substrate can also serve as a current collector. Further, the material of the base 104 and the material of the base 110 may be the same or different.

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 single cell structure 101 has a separate solid electrolyte membrane 114 has been described, but a plurality of fuel electrodes 102 are provided on one surface of one solid electrolyte membrane 114, and An oxidant electrode 108 may be provided on the other surface so as to face each fuel electrode 102.

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 fuel cell 100 shown in FIGS. 1, 2, and 3 will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a control system that controls the introduction of gas into the oxidant electrode 108 of the fuel cell 100. FIG. 5 is a flowchart showing an example of the operation of the fuel cell 100 when the operation of the fuel cell 100 is stopped.

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, fuel cell 100 further includes an ammeter 461 that measures the current value of the fuel cell, an operating state detection unit 462, a control unit 463, and a capacitor 464 in addition to cell stack unit 456. The operation state detection unit 462 detects the power generation state in the cell stack unit 456 based on the current value measured by the ammeter 461. From this detection result, it can be determined whether the fuel cell is operating or is stopped. In accordance with this determination, the fuel cell 100 is started or stopped in step 101 or step 105 of FIG. Based on the above determination, after detecting whether or not the surface of the oxidant electrode 108 is covered in step 102, the control unit 463 controls the separation and approach operation of the support plate 439 by the motor 434.

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 capacitor 464 is used as a driving power source for the motor 434 until the fuel cell 100 is started. The capacitor 464 stores electricity when the fuel cell 100 is driven. The power source is not limited to the capacitor 464. Any secondary battery that can store electricity while the fuel cell is operating, or various primary batteries may be used instead of the capacitor 464 as long as it functions as a motor-driven power source until the fuel cell is started.

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 fuel cell 100 is activated (YES in S101), it is determined whether or not the sealing material 435 is in contact with the surface of the oxidant electrode 108 (S102). When the sealing material 435 is in contact with the surface of the oxidant electrode 108 (YES in S102), the motor 434 is driven and the support plate 439 is moved away from the surface of the support plate 437 facing (S103). The sealant 435 on both surfaces of the support plate 437 and the support plate 439 is separated from each other surface by this operation. As a result, the oxidant is supplied to the oxidant electrode 108, and the fuel cell 100 starts power generation (S104).

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 material 435 is not in contact with the surface of the oxidant electrode 108 in step 102 (NO in S102), step 103 is omitted and the process proceeds to step 104. When it is determined in step 105 that the fuel cell 100 is to be stopped, in step 106, the sealing material 435 and the surface of the oxidant electrode 108 are brought into contact with each other, the supply of the oxidant is cut off, and the fuel cell 100 is stopped.

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 fuel cell 100 shown in FIGS. 1 to 5 will be described. The fuel cell 100 shown in FIGS. 1 to 5 is configured to be able to adjust the distance between the fuel cell planar stacks. Accordingly, when the fuel cell 100 is not operated, the supply of oxygen can be shut off by covering the surface of the oxidant electrode 108 with a support plate having a sealing material facing the surface without any gap when the fuel cell 100 is not operated. . As a result, fuel evaporation when the fuel cell 100 is not in use can be prevented, so that it is possible to avoid wasteful consumption of liquid fuel and reduction in concentration of liquid fuel. Moreover, drying of the solid electrolyte membrane 114 can also be suppressed.

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 fuel cell 100 is stopped, almost no gas remains in the oxidant electrode 108. Therefore, even if the fuel cell 100 stops and the temperature of the fuel cell 100 decreases, There is no negative pressure in the air flow path due to the contraction of the residual gas. Therefore, the physical deterioration of the joint part of the cell stack and the solid electrolyte membrane-catalyst electrode composite caused by this phenomenon hardly occurs. Further, since almost no gas remains, there is almost no possibility that methanol in the residual gas reacts with oxygen to generate by-products such as formaldehyde, formic acid, and methyl formate. Therefore, it is very unlikely that these by-products will contact and degrade the current collector material at start-up or be released to the outside.

(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 oxidant electrodes 108 are arranged to face each other and directly contact each other. However, as shown in FIGS. 6 and 7, a support plate 433 is provided between the oxidant electrodes 108. It is also possible to provide a configuration. Here, the support plate 433 functions as a shielding member, and the sealing material 435 is disposed on both surfaces thereof so as to be fitted into the concave portion of the base 110 of the oxidant electrode 108 facing each other without a gap.

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 support rod 436, as shown in FIG. 8, the one having a first screw portion 447 and a second screw portion 448 cut in the length direction on the surface is used. The pitch of the first screw portion 447 is smaller than the pitch of the second screw portion. A support plate 437 is fixed to one end of the support bar 436 in a state in which the support bar 436 can be rotated about the central axis, and a first threaded portion 447 is penetrated by a female screw having the same pitch as this threaded portion. A support plate 433 having holes at two positions on the peripheral edge is passed through. Similarly, the support plate 439 which has the through-hole which cut the internal thread of the same pitch as this screw part in the peripheral part 2 is penetrated to the 2nd screw part 448. Here, the length of the first screw portion 447 of the support bar 436 is set to a length that allows the support plates to be in close contact with each other, as shown in FIG. Further, the screw holes of each support plate are positioned so that the oxidant electrode 108 can be covered without any gaps by matching the irregularities when the support plates are closest to each other. A stopper is fixed to the end of the support rod 436 on the second screw portion 448 side so that the support plate 439 does not come off the support rod 436.

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 oxidant electrode 108 is covered with the sealing material 435 without a gap, the state is shifted to a state in which one surface of the oxidant electrode 108 is exposed and power generation is possible. Will be described. When the motor 434 is driven and the support bar 436 is rotated in a direction in which the support plate 433 and the support plate 439 move away from the support plate 437, the oxidant electrode 108 supported by the support plate 437 is gradually exposed. Further, since the pitch of the first screw portion 447 is smaller than the pitch of the second screw portion 448, the distance between the support plate 433 and the support plate 439 also gradually increases, and the oxidizing agent supported by the support plate 439. The pole 108 is also exposed. When the support plate 437, the support plate 433, and the support plate 439 are at predetermined intervals, the motor 434 is stopped, and an oxidant is supplied to start power generation.

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 support plate 433 can move in the direction of the central axis of the support bar 436 along the first screw portion 447 having the same pitch as the pitch of the screw holes of the support plate 433, but the second screw portion 448 Cannot move along. Accordingly, the support plate 433 automatically stops at the end point of the first screw portion 447 even if the motor 434 is driven. The support plate 439 also hits a stopper (not shown) near the end point of the second screw portion 448 and automatically stops. Therefore, if the length of each screw portion is set to the interval between the support plates that are always used, it is possible to automatically obtain a constant interval between the support plates. Furthermore, more stable operation can be realized by applying a lock for fixing each support plate at a predetermined position.

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 cell stack unit 456 is stopped, the motor 434 is rotated in the direction opposite to that at the start of power generation. As a result, the support plate 433 and the support plate 439 are closest to the support plate 437, the surface of the oxidant electrode 108 is covered with the sealant 435 without any gap, and the supply of the oxidant is cut off. Can do.

(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 oxidant electrodes 108 face each other, and the surface of the oxidant electrode faces the back surface of the support plate as shown in FIGS. 9 and 10. The distance between the opposing oxidant electrode 108 and the fuel electrode 102 may be adjustable.

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 support rod 436 having a two-step pitch as shown in FIG. 8 is used, and the motor 343 is fixed to the first screw portion 447 side. . In this embodiment, the support plate 433 is fixed to one end of the support rod 436 so as to be rotatable around the central axis of the support rod 436, and the support plate 437 and the support plate 439 are respectively connected to the first screw portion 447 and On the second screw portion 448, the support rod 436 is moved in the central axis direction. The pitch of the first screw portion 447 is smaller than the pitch of the second screw portion 448. Here, the length of the first screw portion 447 of the support bar 436 is set to a length that allows the support plates to be closest to each other, as shown in FIG. In addition, the position of the screw hole of each support plate is a position where each oxidant electrode 108 is covered without a gap when each support plate is closest. A stopper (not shown) is fixed to the end of the support rod 436 on the second screw portion 448 side so that the support plate 439 does not come off the support rod 436.

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 oxidant electrode 108 is covered without a gap to a state where the oxidant electrode is exposed and power can be generated. When the motor 434 is driven and the support plate 437 and the support plate 439 are rotated away from the support plate 433, the oxidant electrode 108 supported by the support plate 437 is gradually exposed. Further, since the pitch of the first screw portion 447 is smaller than the pitch of the second screw portion 448, the distance between the support plate 437 and the support plate 439 also gradually increases, and the oxidant electrode supported by the support plate 439. 108 is also exposed. When the support plate 433, the support plate 437, and the support plate 439 reach a predetermined interval, the motor 434 is stopped, and an oxidant is supplied to start power generation.

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 support plate 437 can move along the first screw portion 447 having the same pitch as the pitch of the screw holes of itself, but cannot move along the second screw portion 448. Accordingly, the support plate 437 automatically stops at the end point of the first screw portion 447 even if the motor 434 is driven. The support plate 439 also hits the stopper near the end point of the second screw portion 448 and automatically stops. Therefore, if the length of each screw portion is set to the interval between the support plates that are always used, it is possible to automatically obtain a constant interval between the support plates.

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 cell stack unit 456 in the power generation state, the motor 434 is rotated in the direction opposite to that at the start of power generation. As a result, the support plate 437 and the support plate 439 are closest to the support plate 433, and the surface of the oxidant electrode 108 is covered with the sealing material 435 without any gap, and power generation can be stopped.

(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 actuator 440 is used instead of the support bar 436 and the motor 434. Also, the vertical direction coincides with the actual vertical direction.

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 support plate 433, the support plate 437, and the support plate 439 move in a direction toward or away from each other by the operation of the actuator 440, and due to these movements, the state in which the oxidant electrode 108 is covered without a gap and the oxidant electrode 108 are An exposed state can be obtained.

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 actuator 440 will be described with reference to FIG.
FIG. 13A and FIG. 13B are cross-sectional views schematically showing the configuration of the actuator 440. As shown in FIGS. 13A and 13B, the actuator 440 includes a magnet 441, a coil 442 that is movable by the magnet 441, and a holding unit that is fixed in contact with the magnet 441 and holds the coil 442. 443. FIG. 13A shows a state where the coil 442 that is not energized is in contact with the magnet 441. This state is the state of the actuator 440 in the state where the oxidant electrode is covered without a gap as shown in FIG. Each support plate is stabilized in this state by its own weight. FIG. 13B shows a state where the coil 442 is separated from the magnet 441 and is energized in a direction in which repulsive force acts on the magnet (a power source used for energization is not shown). This state is the state of the actuator in the state where the oxidant electrode of FIG. 11 is exposed, and the support plate 437 and the support plate 439 are located away from the support plate 433 and the support plate 437 facing each other against gravity.

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 oxidant electrode 108 is exposed, that is, the distance between the support plate 437 and the support plate 433, and the distance between the support plate 437 and the support plate 439 are the voltages applied to the actuator 440. It can be determined by adjusting.

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 actuators 440 are provided in one cell stack portion 456 is illustrated, but the number and arrangement of the actuators 440 can be appropriately selected according to the battery configuration.

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 actuator 440. For example, it is possible to automate the operation of approaching and separating the support plates depending on whether the fuel cell is in operation or stopped. Further, it is possible to obtain a fuel cell system in which the oxidant is automatically supplied by judging the separation and close contact of the support plate at the start of operation and automatically shuts off the oxidant at the time of stoppage.

(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 support plate 437 relative to the support plate 433 and the opening and closing of the support plate 439 relative to the support plate 437 are performed by a combination of the actuator 440 and the elastic member, and the position of the support plate is not related to gravity. It can be used regardless of the orientation.

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 oxidant electrode 108 is exposed in the cell stack portion 456. FIG. 15 shows a state in which the surface of the oxidant electrode 108 is in close contact with the sealing material on the surface of the support plate due to the proximity of the facing support plate and is covered without a gap.

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 spring 432 connecting the support plate 433 and the support plate 437 is provided on the side surface of the actuator 440. Similarly, a spring 432 connecting the support plate 437 and the support plate 439 is provided on the side surface of the actuator 440. As the spring 432, a spring having a spring constant that is a natural length in a state where the support plate 433 and the support plate 437 are in close contact with each other (FIG. 15) is selected.

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 coil 442 constituting the actuator 440, a magnetic field is generated inside the coil 442. The polarity of the magnetic field is reversed depending on the direction of the current, and an attractive force or a repulsive force acts between the coil 442 and the magnet 441. In this embodiment, the direction of the current and the arrangement of the magnets are set so that a repulsive force acts on the coil 442 and the magnet 441 during conduction. Therefore, when a current is conducted to the coil 442 in the state of FIG. 15, the coil 442 is separated from the magnet 441, and the spring 432, which was originally a natural length, extends. As a result, the support plate 439 is moved away from the support plate 437 and away from the support plate 433 and the support plate 437, and the oxidizing agent is supplied to the exposed surface of the oxidizing agent electrode 108 (FIG. 14). When energization of the coil 442 is stopped, the spring 432 returns to its natural length due to the restoring force, and the coil 442 approaches the magnet 441. As a result, the support plate 439 is close to the support plate 437, the support plate 433 is close to the support plate 437, and the surface of the oxidant electrode 108 has the support member 437 having the sealant 435 and the support plate 433 also having the sealant 435. Thus, the supply of the oxidant is blocked (FIG. 15).

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 spring 432 is provided on the side surface of the actuator 440, the vertical direction of the fuel cell main body is not limited for the movement control of the support plate. Therefore, the environment in which the fuel cell of the present invention can be used is further expanded as compared with the first embodiment.

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 coil 442 is energized so that the surface of the oxidant electrode 108 is covered without any gap when the fuel cell operation is stopped, and is controlled to open during operation. be able to. Therefore, it is possible to suppress the fuel component in the fuel from evaporating from the oxidant electrode 108 side while the fuel cell is stopped, and to reduce the concentration of the fuel component, and to suppress the waste of the fuel component. Further, since there is no useless space in the fuel cell at the time of stop, the current collecting member is not deteriorated by the remaining fuel.

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 springs 432 are provided per actuator 440, the number of springs 432 provided on the side surface of one actuator 440 is not particularly limited, Depending on the environment, the number may be increased until stable movement is possible.

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 spring 432 is provided on the side of the actuator 440, the spring 432 is not necessarily required, and a stretchable material such as rubber may be used. Further, the distance between the support plates in the state where the surface of the oxidant electrode is exposed (hereinafter, abbreviated as the distance between the support plates) is determined by the spring constant or the number of the springs 432 to be used. Therefore, a desired distance between the support plates can be obtained by changing the type or number of the springs 432 according to the purpose.

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 fuel electrodes 102 provided on one surface of one solid electrolyte membrane 114 and the other surface of the solid electrolyte membrane 114 are opposed to the plurality of fuel electrodes 102, respectively. It may include a plurality of oxidant electrodes 108 provided, and a pair of fuel electrode 102 and oxidant electrode 108 opposed to the single cell structure 101, and a solid electrolyte membrane 114. At this time, the plurality of single cell structures 101 can be electrically connected by connection electrodes 431 penetrating the solid electrolyte membrane 114.

実施形態に係る燃料電池の構成を模式的に示す平面図である。1 is a plan view schematically showing a configuration of a fuel cell according to an embodiment. 図1のA−A’断面図である。It is A-A 'sectional drawing of FIG. 図1のA−A’断面図である。It is A-A 'sectional drawing of FIG. 実施形態に係る燃料電池の構成を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram showing typically the composition of the fuel cell concerning an embodiment. 実施の形態に係わる燃料電池制御システムのフローチャートである。It is a flowchart of the fuel cell control system concerning an embodiment. 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。It is sectional drawing which shows typically the structure of the fuel cell which concerns on embodiment. 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。It is sectional drawing which shows typically the structure of the fuel cell which concerns on embodiment. 実施形態に係る燃料電池の移動機構の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the moving mechanism of the fuel cell which concerns on embodiment. 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。It is sectional drawing which shows typically the structure of the fuel cell which concerns on embodiment. 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。It is sectional drawing which shows typically the structure of the fuel cell which concerns on embodiment. 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。It is sectional drawing which shows typically the structure of the fuel cell which concerns on embodiment. 実施形態に係る燃料電池の構成を模式的に示す平面図である。1 is a plan view schematically showing a configuration of a fuel cell according to an embodiment. 実施形態に係わる燃料電池のアクチュエータの構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the actuator of the fuel cell concerning embodiment. 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。It is sectional drawing which shows typically the structure of the fuel cell which concerns on embodiment. 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。It is sectional drawing which shows typically the structure of the fuel cell which concerns on embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

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 SYMBOLS 100 Fuel cell 101 Single cell structure 102 Fuel electrode 104 Base body 106 Fuel electrode side catalyst layer 108 Oxidant electrode 110 Base body 112 Oxidant electrode side catalyst layer 114 Solid electrolyte membrane 431 Connection electrode 432 Spring 433 Support plate 434 Motor 435 Seal material 436 Support Rod 437 Support plate 438 Connection portion 439 Support plate 440 Actuator 441 Magnet 442 Coil 443 Holding portion 447 First screw portion 448 Second screw portion 456 Cell stack portion 457 Telescopic tube 458 Fuel supply tube 459 Planar cell stack 460 Planar cell stack 461 Ammeter 462 Operating state detector 463 Controller 464 Capacitor 811 Fuel container 1111 Fuel supply pipe 1113 Fuel recovery pipe 1117 Pump 1361 Fuel cartridge 1386 Reservoir tank

Claims (17)

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
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 .
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ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。   The first unit cell and the second unit cell are respectively supported by a first casing and a second casing that expose the oxidant electrode. Fuel cell. 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、
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.
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、
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.
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たことを特徴とする請求項5に記載の燃料電池。   Providing the shielding member having an unevenness 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 unevenness. The fuel cell according to claim 5, wherein 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
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.
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、
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.
前記酸化剤極表面と、前記遮蔽部材とに、互いに補完しあう凹凸よりなる断面形状を有することを特徴とする請求項に記載の燃料電池。 8. The fuel cell according to claim 7 , wherein the oxidant electrode surface and the shielding member have a cross-sectional shape made up of irregularities that complement each other. 前記凹凸よりなる断面形状を有する面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請求項に記載の燃料電池。 9. The fuel cell according to claim 8 , wherein a sealing member is provided on at least one surface of the surface having the cross-sectional shape made of the unevenness. 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ることを特徴とする請求項10に記載の燃料電池。 11. The fuel cell according to claim 10 , wherein the support rod has a screw structure on a surface thereof, and the driving means applies a rotational force to the support rod. 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ことを特徴とする請求項10または11に記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 10 or 11 , wherein the driving means includes a motor and connecting means for connecting the motor and the support rod. 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。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 9 , wherein the interval adjusting means is an actuator provided in at least one of the first casing and the second casing. 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を有していることを特徴とする請求項1から14のいずれかに記載の燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 14, wherein the first unit cell and the second unit cell has a plurality obtained planar stacked structure in the plane. 請求項1から15のいずれかに記載の燃料電池であって、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、を有することを特徴とする燃料電池。 16. The fuel cell according to claim 1, wherein the interval adjustment is performed based on an operation state detection unit that detects an operation state of the fuel cell and the operation state detected by the operation state detection unit. And a control unit for controlling the operation of the means. 請求項1から16のいずれかに記載の燃料電池の制御方法であって、
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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