JP4951385B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
この発明は燃料電池システムに関し、特に、燃料電池を効率的に稼動させるための技術に関する。 The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a technique for operating a fuel cell efficiently.
燃料電池の中で、特に小型の装置のための電源として有力視されているものに、ダイレクトメタノール方式の燃料電池がある。ダイレクトメタノール方式の燃料電池は、燃料としてメタノール水溶液を用い、酸化剤として空気中の酸素を用いる。他の多くの種類の燃料電池が水素を用いており改質器を必要とするのと比較して、ダイレクトメタノール方式の燃料電池は改質器が必要でないという利点を有する。またメタノールは常温では液体であるため、カートリッジ等につめて燃料電池に取り付けることが容易にでき、しかもエネルギー密度が高い。したがって、ダイレクトメタノール方式の燃料電池は、モバイル装置のための電源として有望と考えられている。 Among the fuel cells, a direct methanol type fuel cell is particularly regarded as a power source for a small device. A direct methanol fuel cell uses an aqueous methanol solution as a fuel and oxygen in the air as an oxidant. Compared to the fact that many other types of fuel cells use hydrogen and require a reformer, direct methanol fuel cells have the advantage of not requiring a reformer. Further, since methanol is a liquid at room temperature, it can be easily attached to the fuel cell by being packed in a cartridge or the like, and has a high energy density. Accordingly, direct methanol fuel cells are considered promising as power sources for mobile devices.
ダイレクトメタノール方式の燃料電池は以下のような反応により電気を発生する。ダイレクトメタノール方式の燃料電池は、燃料であるメタノール水溶液が供給される燃料極と、メタノールの酸化剤である酸素を含む空気が供給される空気極と、燃料極と空気極との間に配置された高分子電解質膜とを含む。 A direct methanol fuel cell generates electricity by the following reaction. A direct methanol fuel cell is disposed between a fuel electrode to which a methanol aqueous solution as a fuel is supplied, an air electrode to which air containing oxygen as an oxidizing agent for methanol is supplied, and the fuel electrode and the air electrode. And a polymer electrolyte membrane.
メタノール水溶液が供給された燃料極では、下記の化学式(1)に示すメタノールと水との反応によって、二酸化炭素(CO2)、プロトン(H+)、および電子(e-)が生ずる。燃料極で生じたプロトンは高分子電解質膜を通って空気極に向かう。一方、電子は、燃料極に接続された外部回路に流れる。外部回路にて仕事を終えた電子は空気極に向かう。また、二酸化炭素は系外に排出される。 In the fuel electrode supplied with the aqueous methanol solution, carbon dioxide (CO 2 ), protons (H + ), and electrons (e − ) are generated by the reaction of methanol and water represented by the following chemical formula (1). Protons generated at the fuel electrode go to the air electrode through the polymer electrolyte membrane. On the other hand, electrons flow to an external circuit connected to the fuel electrode. Electrons that have finished their work in the external circuit go to the air electrode. Carbon dioxide is discharged outside the system.
CH3OH+H2O→CO2+6H++6e− (1)
空気極では、下記の化学式(2)に示すように、空気から得られる酸素(O2)と、燃料極から到来したプロトン(H+)と、燃料極から外部回路を経て到来した電子(e-)とが反応して水(H2O)が生成する。
CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e − (1)
At the air electrode, as shown in the following chemical formula (2), oxygen (O 2 ) obtained from air, protons (H + ) coming from the fuel electrode, and electrons (e) coming from the fuel electrode through an external circuit (e - ) Reacts with it to produce water (H 2 O).
(3/2)O2+6H++6e−→3H2O (2)
したがって、ダイレクトメタノール方式の燃料電池においては、空気極に空気を十分に供給することが必要である。これまでの空気極における空気の供給制御技術としては、空気の自然対流を利用する技術、及び小型のファンやポンプを燃料電池の空気供給口側または排気口側に取付けて利用する方法が存在している(特許文献1を参照)。
(3/2) O 2 + 6H + + 6e − → 3H 2 O (2)
Therefore, in a direct methanol fuel cell, it is necessary to sufficiently supply air to the air electrode. Conventional air supply control techniques at the air electrode include a technique that uses natural air convection and a method that uses a small fan or pump attached to the air supply port side or exhaust port side of the fuel cell. (See Patent Document 1).
また、空気極には化学式(2)からも分かるように反応により水分が生成する。生成水が空気極に付着すると、反応に供される空気の量が減少し、その結果燃料電池の出力効率が低下するという問題がある。生成水が空気極に付着する減少はフラッディングと呼ばれる。一方、化学式(1)からも分かるとおり、燃料極では水が消費される。したがって、空気極での生成水を効率的に回収して燃料極に供給することで生成水を再利用することが考えられている。 Further, as can be seen from the chemical formula (2), moisture is generated in the air electrode by the reaction. When the produced water adheres to the air electrode, there is a problem that the amount of air supplied to the reaction decreases, and as a result, the output efficiency of the fuel cell decreases. The decrease in the amount of product water adhering to the air electrode is called flooding. On the other hand, as can be seen from the chemical formula (1), water is consumed at the fuel electrode. Therefore, it is considered to reuse the generated water by efficiently collecting the generated water at the air electrode and supplying it to the fuel electrode.
これまで、空気極における生成水の回収と再利用の技術として、生成水を回収し、ポンプにより燃料極に供給する方法(特許文献2を参照)、及び布又は多孔質体による毛細管現象を利用する方法(特許文献3を参照)があった。
特許文献1に開示の技術は、空気極への空気の供給を行なう技術に関するものであり、特許文献2及び特許文献3に開示の技術は、空気極での生成水の回収を効率的に行なうものである。これらの技術はそれぞれ、公知の課題を解決するための一つの手段を示すものではあるが、装置全体での効率化という点でまだ改善の余地があると思われる。
The technique disclosed in
空気極への空気の供給に、空気の自然対流を利用する技術では、空気供給量に発電量が律速されるという問題がある。空気の供給と生成水の回収とにファンとポンプとを使用すれば電力の一部が消費され、発電効率が低下してしまう。また、毛細管現象を利用して生成水を回収する技術では、燃料の空気極側への浸透が問題となり、これも発電効率の低下を招く。 In the technology that uses natural convection of air to supply air to the air electrode, there is a problem that the amount of power generation is limited by the amount of air supplied. If a fan and a pump are used for air supply and product water recovery, a part of the electric power is consumed and the power generation efficiency is lowered. Further, in the technology for recovering the generated water using the capillary phenomenon, the penetration of fuel into the air electrode side becomes a problem, which also causes a decrease in power generation efficiency.
それ故に本発明の目的は、空気極に、発電に必要な酸素を含む空気を安定して供給することができる燃料電池システムを提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of stably supplying air containing oxygen necessary for power generation to an air electrode.
本発明の他の目的は、発電に必要な酸素を含む空気を安定して十分に供給することと、空気極における生成水の回収とを効率的に行なうことができる燃料電池システムを提供することである。 Another object of the present invention is to provide a fuel cell system that can stably and sufficiently supply air containing oxygen necessary for power generation and efficiently recover generated water at the air electrode. It is.
本発明の他の目的は、空気極に十分な量の空気を供給することと、空気極における生成水の回収とを効率的に行なうことができ、かつ燃料極から空気極への燃料の浸透を防止することができる燃料電池システムを提供することである。 Another object of the present invention is to efficiently supply a sufficient amount of air to the air electrode and recover the generated water in the air electrode, and to penetrate the fuel from the fuel electrode to the air electrode. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system that can prevent the above-described problem.
本発明のさらに他の目的は、空気極に空気を強制的に供給する機能と、空気極における生成水の回収機能とを効率的に実現し、かつ燃料極から空気極への燃料の浸透を防止することができる燃料電池システムを提供することである。 Still another object of the present invention is to efficiently realize the function of forcibly supplying air to the air electrode and the function of recovering the generated water in the air electrode, and to penetrate the fuel from the fuel electrode to the air electrode. It is to provide a fuel cell system that can be prevented.
本発明の他の目的は、空気極に空気を強制的に供給する機能と、空気極における生成水の回収機能とを一つの動力源を用いて実現し、かつ燃料極から空気極への燃料の浸透を防止することができる燃料電池システムを提供することである。 Another object of the present invention is to realize a function of forcibly supplying air to the air electrode and a function of collecting generated water at the air electrode using a single power source, and a fuel from the fuel electrode to the air electrode. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system that can prevent the penetration of water.
本発明に係る、所定の液体燃料を燃料とする燃料電池システムは、第1の面及び第2の面を有する燃料電池構造体を含む。燃料電池構造体の第1の面には、燃料電池による発電に伴って水が生成され、第2の面には所定の液体燃料が供給される。燃料電池システムはさらに、第1の面と平行となるように第1の面と所定の距離を隔てて配置された主表面を有する板状部材を含み、当該板状部材の主表面は多孔質材料で形成されている。燃料電池システムはさらに、板状部材を、第1の面と直角に交わる軸を中心として所定方向に回転させるための回転駆動手段を含む。 A fuel cell system using a predetermined liquid fuel as a fuel according to the present invention includes a fuel cell structure having a first surface and a second surface. Water is generated on the first surface of the fuel cell structure along with power generation by the fuel cell, and a predetermined liquid fuel is supplied to the second surface. The fuel cell system further includes a plate member having a main surface disposed at a predetermined distance from the first surface so as to be parallel to the first surface, and the main surface of the plate member is porous. Made of material. The fuel cell system further includes a rotation driving means for rotating the plate-like member in a predetermined direction around an axis that intersects the first surface at a right angle.
燃料電池の発電に伴い、第1の面には水が生成される。この水により形成される水滴がある程度以上の大きさとなると、第1の面と所定の距離を隔てて配置された、板状部材の主表面に触れる。板状部材の主表面は多孔質材料で形成されているため、この水は板状部材に吸収される。板状部材は回転駆動手段により回転駆動され、板状部材に吸収された水は遠心力により板状部材の内部を外側に向かって移動し、板状部材の周縁から排出される。板状部材の内部の水が速やかに排出されるため、板状部材内部に水が滞留することがない。そのため、第1の面に形成された水は速やかに板状部材に吸収され、第1の面に生成された水が第1の面に滞留することがない。その結果、燃料電池構造体の発電に必要な酸素を含む空気を、第1の面に滞留した水によって阻害されることなく第1の面に供給できる。すなわち、第1の面を燃料電池構造体の空気極側の面とすることにより、空気極に空気を安定して供給できる燃料電池システムを提供できる。 As the fuel cell generates power, water is generated on the first surface. When the water droplet formed by this water has a certain size or more, it touches the main surface of the plate-like member arranged at a predetermined distance from the first surface. Since the main surface of the plate-like member is formed of a porous material, this water is absorbed by the plate-like member. The plate-like member is rotationally driven by the rotation driving means, and the water absorbed by the plate-like member moves outward in the plate-like member by centrifugal force and is discharged from the peripheral edge of the plate-like member. Since the water inside the plate member is quickly discharged, the water does not stay inside the plate member. Therefore, the water formed on the first surface is quickly absorbed by the plate-like member, and the water generated on the first surface does not stay on the first surface. As a result, air containing oxygen necessary for power generation of the fuel cell structure can be supplied to the first surface without being obstructed by the water retained on the first surface. That is, by setting the first surface as the surface on the air electrode side of the fuel cell structure, it is possible to provide a fuel cell system capable of stably supplying air to the air electrode.
好ましくは、板状部材は円板状の部材である。 Preferably, the plate member is a disk member.
板状部材を円板状の部材とすることにより、板状部材の周囲の空間を無駄なく使用することができる。 By using the plate-like member as a disk-like member, the space around the plate-like member can be used without waste.
より好ましくは、板状部材は、水分を透過しない材料で形成された、主表面を有する基板と、基板の主表面上に形成された多孔質層とを含む。多孔質層の表面が、板状部材の主表面を形成する。 More preferably, the plate-like member includes a substrate having a main surface and made of a material that does not transmit moisture, and a porous layer formed on the main surface of the substrate. The surface of the porous layer forms the main surface of the plate member.
板状部材の主表面は多孔質層であるため、第1の面に生成された水を吸収できる。この多孔質層のもう一方の面には、水分を透過しない基板が配置されている。そのため、板状部材に吸収された水が、板状部材の他方の面から外部に漏れ出したりするおそれがない。 Since the main surface of the plate-like member is a porous layer, water generated on the first surface can be absorbed. A substrate that does not transmit moisture is disposed on the other surface of the porous layer. Therefore, there is no possibility that the water absorbed by the plate member leaks out from the other surface of the plate member.
さらに好ましくは、板状部材は、主表面と平行な裏面を有し、板状部材には、裏面から主表面に貫通する第1の開口部が形成されており、第1の開口部の形状は、回転駆動手段によって板状部材が軸を中心として回転するときに、裏面側の空気を主表面側に強制的に移動させるような形状に選ばれている。 More preferably, the plate-like member has a back surface parallel to the main surface, and the plate-like member has a first opening penetrating from the back surface to the main surface, and the shape of the first opening portion Is selected so that the air on the back side is forcibly moved to the main surface side when the plate-like member is rotated about the axis by the rotation driving means.
回転駆動手段によって板状部材が軸を中心に回転すると、第1の開口部を介して板状部材の裏面側の空気が主表面側に移動する。すなわち、発電に必要な酸素を含む空気が強制的に第1の面に供給され、空気極に十分な量の空気を供給することが可能になる。 When the plate-like member is rotated about the axis by the rotation driving means, the air on the back surface side of the plate-like member moves to the main surface side through the first opening. That is, air containing oxygen necessary for power generation is forcibly supplied to the first surface, and a sufficient amount of air can be supplied to the air electrode.
板状部材にはさらに、主表面から裏面に貫通する第2の開口部が形成されていてもよい。 The plate-like member may further have a second opening penetrating from the main surface to the back surface.
第1の開口部を介して強制的に第1の面に供給された空気は、第2の開口部を介して自然に第1の面付近の空間から排出される。 The air forcibly supplied to the first surface through the first opening is naturally discharged from the space near the first surface through the second opening.
第2の開口部の形状は、回転駆動手段によって板状部材が軸を中心として回転するときに、主表面側の空気を裏面側に強制的に移動させるような形状に選ばれていてもよい。 The shape of the second opening may be selected so that the air on the main surface side is forcibly moved to the back surface side when the plate-like member is rotated about the axis by the rotation driving means. .
回転駆動手段によって板状部材が軸を中心に回転すると、第2の開口部を介して板状部材の主表面側の空気が裏面側に移動する。すなわち、第1の面付近の空気が強制的に排出され、第1の開口部を介して第1の面に空気を円滑に供給でき、空気極に十分な量の空気を供給することが可能になる。 When the plate-like member is rotated about the axis by the rotation driving means, the air on the main surface side of the plate-like member moves to the back side through the second opening. That is, the air in the vicinity of the first surface is forcibly discharged, air can be smoothly supplied to the first surface through the first opening, and a sufficient amount of air can be supplied to the air electrode. become.
第2の開口部の形状は、第2の開口部の裏面側の中央部と中心との距離が、主表面側の中央部と中心との距離よりも大きくなるような形状に選ばれていてもよい。 The shape of the second opening is selected such that the distance between the center and the center on the back surface side of the second opening is larger than the distance between the center and the center on the main surface side. Also good.
第2の開口部をこのような形状に形成することにより、主表面側から裏面側に排出される空気は、裏面側の回転中心付近に集まる。この空気を外部に案内することにより、燃料電池システムの運転に使用された空気を速やかに外部に排出できる。 By forming the second opening in such a shape, the air discharged from the main surface side to the back surface side gathers near the rotation center on the back surface side. By guiding this air to the outside, the air used for the operation of the fuel cell system can be quickly discharged to the outside.
好ましくは、第1の開口部は、当該第1の開口部の、回転駆動手段による板状部材の回転の中心に最も近い位置が、回転の中心から所定の距離となるように形成されており、第2の開口部は、当該第2の開口部の、回転の中心から最も遠い位置が、所定の距離よりも小さくなるように形成されている。 Preferably, the first opening is formed such that a position of the first opening closest to the center of rotation of the plate-like member by the rotation driving unit is a predetermined distance from the center of rotation. The second opening is formed such that the position of the second opening farthest from the center of rotation is smaller than a predetermined distance.
第1の開口部の形成された位置と、第2の開口部の形成された位置とが、回転の中心から異なる距離にある。第1の開口部から第1の面に向かって供給された空気が直ちに第2の開口部から排出されてしまうことを抑制でき、第1の面に対して、発電に必要な酸素を含む、十分な量の空気を安定して供給できる。 The position where the first opening is formed and the position where the second opening is formed are at different distances from the center of rotation. The air supplied from the first opening toward the first surface can be prevented from being immediately discharged from the second opening, and the first surface contains oxygen necessary for power generation. A sufficient amount of air can be stably supplied.
燃料電池システムは、板状部材の裏面の、中心から所定の距離の位置に、板状部材の回転の中心を囲うように取付けられた壁部材をさらに含み、当該壁部材により、裏面に面する空間が二分されていてもよい。 The fuel cell system further includes a wall member attached at a predetermined distance from the center of the back surface of the plate member so as to surround the center of rotation of the plate member, and faces the back surface by the wall member. The space may be divided into two.
燃料電池に第1の開口を介して供給される空気と、第2の開口部を介して排出される空気とが裏面付近で混合されることがなくなり、効率よく空気を燃料電池に供給し、かつ使用済みの空気を速やかに排出できる。 The air supplied to the fuel cell through the first opening and the air discharged through the second opening are not mixed in the vicinity of the back surface, efficiently supplying air to the fuel cell, And used air can be discharged quickly.
より好ましくは、板状部材は、主表面と平行な裏面を有し、板状部材には、主表面から裏面に貫通する第1の開口部が形成されている。この第1の開口部の形状は、回転駆動手段によって板状部材が軸を中心として回転するときに、主表面側の空気を裏面側に強制的に移動させるような形状に選ばれている。 More preferably, the plate-like member has a back surface parallel to the main surface, and the plate-like member has a first opening penetrating from the main surface to the back surface. The shape of the first opening is selected so that the air on the main surface side is forcibly moved to the back surface side when the plate-like member is rotated about the axis by the rotation driving means.
板状部材にはさらに、裏面から主表面に貫通する第2の開口部が形成されていてもよい。 The plate-like member may further have a second opening penetrating from the back surface to the main surface.
第2の開口部の形状は、第2の開口部の主表面側の中央部と中心との距離が、裏面側の中央部と中心との距離よりも大きくなるような形状に選ばれていてもよい。 The shape of the second opening is selected so that the distance between the center of the second opening on the main surface side and the center is larger than the distance between the center on the back side and the center. Also good.
第2の開口部は、当該第1の開口部の、回転駆動手段による板状部材の回転の中心に最も近い位置が、回転の中心から所定の距離となるように形成されており、第1の開口部は、当該第1の開口部の、回転の中心から最も遠い位置が、所定の距離よりも小さくなるように形成されている。 The second opening is formed such that the position of the first opening closest to the center of rotation of the plate-like member by the rotation driving means is a predetermined distance from the center of rotation. The opening of the first opening is formed so that the position farthest from the center of rotation of the first opening is smaller than a predetermined distance.
燃料電池システムはさらに、裏面の、所定の距離の位置に、板状部材の回転の中心を囲うように取付けられた壁部材をさらに含み、当該壁部材により裏面に面する空間が二分されていてもよい。 The fuel cell system further includes a wall member attached to the back surface at a predetermined distance so as to surround the center of rotation of the plate-like member, and the space facing the back surface is divided into two by the wall member. Also good.
燃料電池に第1の開口を介して供給される空気と、第2の開口部を介して排出される空気とが裏面付近で混合されることがなくなり、効率よく空気を燃料電池に供給し、かつ使用済みの空気を速やかに排出できる。 The air supplied to the fuel cell through the first opening and the air discharged through the second opening are not mixed in the vicinity of the back surface, efficiently supplying air to the fuel cell, And used air can be discharged quickly.
板状部材の周囲には、所定の大きさの切欠が形成されていてもよい。 A notch of a predetermined size may be formed around the plate member.
この切欠を通して、空気が効率よく燃料電池の空気極に供給される。 Through this notch, air is efficiently supplied to the air electrode of the fuel cell.
より好ましくは、第1の開口部は、主表面側の開口と、裏面側の開口とが、主表面に対し垂直な方向から見たときに重ならないような形状に形成されている。 More preferably, the first opening is formed in a shape such that the opening on the main surface side and the opening on the back surface side do not overlap when viewed from a direction perpendicular to the main surface.
第1の面から板状部材に水滴が滴下するような位置に燃料電池システムが配置されたとき、滴下する水滴が第1の開口部を通過して板状部材の裏面側に漏れ出してしまうことが防止できる。 When the fuel cell system is arranged at a position where water droplets are dropped from the first surface onto the plate member, the dropped water droplets pass through the first opening and leak to the back surface side of the plate member. Can be prevented.
さらに好ましくは、第2の開口部も、主表面側の開口と、裏面側の開口とが、主表面に垂直な方向から見たときに重ならないような形状に形成されている。 More preferably, the second opening is also formed in a shape such that the opening on the main surface side and the opening on the back surface side do not overlap when viewed from a direction perpendicular to the main surface.
第1の面から板状部材に水滴が滴下するような位置に燃料電池システムが配置されたとき、滴下する水滴が第2の開口部を通過して板状部材の裏面側に漏れ出してしまうことが防止できる。 When the fuel cell system is arranged at a position where water droplets are dropped from the first surface onto the plate member, the dropped water droplets pass through the second opening and leak to the back surface side of the plate member. Can be prevented.
板状部材は、水分を透過しない材料で形成された、主表面を有する基板と、基板の主表面上に形成された親水層とを含み、親水層の表面が、板状部材の主表面を形成するようになっていてもよい。 The plate-like member includes a substrate having a main surface made of a material that does not transmit moisture, and a hydrophilic layer formed on the main surface of the substrate, and the surface of the hydrophilic layer covers the main surface of the plate-like member. You may come to form.
また、燃料電池システムはさらに、基板の、主表面上の、周縁部から所定の距離の範囲に形成された撥水層を含んでもよい。 The fuel cell system may further include a water repellent layer formed on the main surface of the substrate within a predetermined distance from the peripheral edge.
好ましくは、板状部材は円板状の部材である。燃料電池システムはさらに、板状部材の周囲に、板状部材の周縁から所定の距離だけ離して配置された円筒形状の第1の多孔質体を含む。 Preferably, the plate member is a disk member. The fuel cell system further includes a cylindrical first porous body disposed around the plate-like member at a predetermined distance from the periphery of the plate-like member.
板状部材の周縁から遠心力により排出された水は、第1の多孔質体により吸収される。したがってこの水が外部に漏れ出すおそれを小さくできる。 The water discharged by the centrifugal force from the peripheral edge of the plate member is absorbed by the first porous body. Therefore, the risk that this water leaks to the outside can be reduced.
より好ましくは、円筒形状の第1の多孔質体は、第1の面の側の第1の端部と、第2の面の側の第2の端部とを有し、第1の多孔質体の第2の端部の内周からは、板状部材の周縁よりも回転の中心に近い位置まで張出した張出部分が形成されている。 More preferably, the cylindrical first porous body has a first end on the first surface side and a second end on the second surface side, and the first porous body has the first porous body. From the inner periphery of the second end portion of the material body, an overhang portion is formed that protrudes to a position closer to the center of rotation than the periphery of the plate-like member.
板状部材の周縁から遠心力により排出される水は、通常は周縁から外側に向かって飛散するため、第1の多孔質体の、板状部材の周囲に配置された部分により吸収される。しかし、燃料電池システムの姿勢によっては水がそうした部分に届かないこともあり得る。そうした場合でも、第1の多孔質体の第2の端部の内周に形成された張出にそうした水が吸収される可能性が高く、水が外部に漏れ出すおそれをさらに小さくできる。 Since water discharged from the peripheral edge of the plate-like member by centrifugal force is normally scattered outward from the peripheral edge, the water is absorbed by the portion of the first porous body arranged around the plate-like member. However, depending on the attitude of the fuel cell system, water may not reach those parts. Even in such a case, there is a high possibility that such water is absorbed by the overhang formed on the inner periphery of the second end of the first porous body, and the risk of water leaking to the outside can be further reduced.
好ましくは、燃料電池システムはさらに、第1の多孔質体の、第1の端部と連続するように形成され、燃料電池構造体の第2の面を覆い、かつ第2の面に接触するように配置された第2の多孔質体を含む。 Preferably, the fuel cell system is further formed to be continuous with the first end portion of the first porous body, covers the second surface of the fuel cell structure, and contacts the second surface. A second porous body arranged in such a manner.
第1の面から板状部材に吸収された水分は、遠心力によって効率よく板状部材の周縁に運搬され、第1の多孔質体に吸収される。第1の多孔質体によって吸収された水は、第1の多孔質体から、第1の多孔質体と連続するように形成された第2の多孔質体に、さらに第2の多孔質体内部を毛細管現象により運搬され、燃料電池構造体の第2の面に供給される。すなわち、第1の面に生成する水を回収し、燃料極での発電に再利用できる。また、第1の面と第1の多孔質体又は第2の多孔質体とは離れている。したがって、第2の面から第1及び第2の多孔質体を伝わって燃料が第1の面に浸透してしまうおそれがない。また、このために必要な動力は、板状部材を回転させるための回転駆動手段のみである。すなわち、空気極に十分な量の空気を供給することと、空気極における生成水の回収とを効率的に行なうことができ、かつ燃料極から空気極への燃料の浸透を防止することができる燃料電池システムであって、それらを一つの動力源を用いて実現できる燃料電池システムを提供できる。 The moisture absorbed by the plate member from the first surface is efficiently transported to the periphery of the plate member by centrifugal force and absorbed by the first porous body. The water absorbed by the first porous body is transferred from the first porous body to the second porous body formed so as to be continuous with the first porous body, and further to the second porous body. The inside is conveyed by capillary action and supplied to the second surface of the fuel cell structure. That is, the water generated on the first surface can be recovered and reused for power generation at the fuel electrode. Moreover, the 1st surface and the 1st porous body or the 2nd porous body are separated. Therefore, there is no possibility that the fuel will penetrate the first surface from the second surface through the first and second porous bodies. Further, the power necessary for this is only rotational drive means for rotating the plate-like member. That is, it is possible to efficiently supply a sufficient amount of air to the air electrode and to recover the generated water in the air electrode, and to prevent fuel from penetrating from the fuel electrode to the air electrode. It is possible to provide a fuel cell system that can be realized by using one power source.
燃料電池システムはさらに、第2の多孔質体に所定の液体燃料を供給するための手段をさらに含む。 The fuel cell system further includes means for supplying a predetermined liquid fuel to the second porous body.
好ましくは、燃料電池構造体の第1の面は撥水加工されている。 Preferably, the first surface of the fuel cell structure is water repellent.
第1の面に撥水加工を施してあるため、第1の面における生成水は水滴を形成し、速やかに第1の面から板状部材に吸収される。生成水が第1の面上に広がっていわゆるフラッディングを生ずるおそれが小さく、発電効率を高く維持できる。 Since the first surface is water-repellent, the generated water on the first surface forms water droplets and is quickly absorbed by the plate-like member from the first surface. The generated water spreads on the first surface and is less likely to cause so-called flooding, and power generation efficiency can be maintained high.
本発明によれば、燃料電池の発電に伴い、第1の面に生成された水は、板状部材に吸収される。板状部材は回転駆動手段により回転駆動されるため、板状部材に吸収された水は遠心力により板状部材の内部を外側に向かって移動し、板状部材の周縁から速やかに排出される。第1の面に生成された水が第1の面に滞留することがない。 According to the present invention, the water generated on the first surface accompanying the power generation of the fuel cell is absorbed by the plate-like member. Since the plate-like member is rotationally driven by the rotation drive means, the water absorbed by the plate-like member moves outward inside the plate-like member by centrifugal force and is quickly discharged from the periphery of the plate-like member. . The water generated on the first surface does not stay on the first surface.
回転駆動手段によって板状部材が軸を中心に回転すると、第1の開口部を介して板状部材の裏面側の空気が主表面側に移動する。すなわち、発電に必要な酸素を含む空気が強制的に第1の面に供給され、空気極に十分な量の空気を供給することが可能になる。また、第2の開口部を介して板状部材の主表面側の空気が裏面側に移動する。すなわち、第1の面付近の空気が強制的に排出され、第1の開口部を介して第1の面に空気を円滑に供給でき、空気極に十分な量の空気を供給することが可能になる。 When the plate-like member is rotated about the axis by the rotation driving means, the air on the back surface side of the plate-like member moves to the main surface side through the first opening. That is, air containing oxygen necessary for power generation is forcibly supplied to the first surface, and a sufficient amount of air can be supplied to the air electrode. Further, the air on the main surface side of the plate-like member moves to the back surface side through the second opening. That is, the air in the vicinity of the first surface is forcibly discharged, air can be smoothly supplied to the first surface through the first opening, and a sufficient amount of air can be supplied to the air electrode. become.
板状部材の周縁から遠心力により排出された水は、第1の多孔質体により吸収される。第1の多孔質体によって吸収された水は毛細管現象により運搬され、燃料電池構造体の第2の面に供給される。すなわち、第1の面に生成する水を回収し、燃料極での発電に再利用できる。また、第1の面と第1の多孔質体又は第2の多孔質体とは離れている。したがって、第2の面から第1及び第2の多孔質体を伝わって燃料が第1の面に浸透してしまうおそれがない。また、このために必要な動力は、板状部材を回転させるための回転駆動手段のみである。すなわち、空気極に十分な量の空気を供給することと、空気極における生成水の回収とを効率的に行なうことができ、かつ燃料極から空気極への燃料の浸透を防止することができる燃料電池システムであって、それらを一つの動力源を用いて実現できる燃料電池システムを提供できる。 The water discharged by the centrifugal force from the peripheral edge of the plate member is absorbed by the first porous body. The water absorbed by the first porous body is transported by capillary action and supplied to the second surface of the fuel cell structure. That is, the water generated on the first surface can be recovered and reused for power generation at the fuel electrode. Moreover, the 1st surface and the 1st porous body or the 2nd porous body are separated. Therefore, there is no possibility that the fuel will penetrate the first surface from the second surface through the first and second porous bodies. Further, the power necessary for this is only rotational drive means for rotating the plate-like member. That is, it is possible to efficiently supply a sufficient amount of air to the air electrode and to recover the generated water in the air electrode, and to prevent fuel from penetrating from the fuel electrode to the air electrode. It is possible to provide a fuel cell system that can be realized by using one power source.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図において、同じ部品には同じ参照符号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the figure, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
[第1の実施の形態]
<構成>
第1の実施の形態に係る燃料電池システムを含むシステムの構成について、図1〜図8を用いて以下詳細に説明する。図1に、このシステム20の全体構成をブロック図形式で示す。図1を参照して、このシステム20は、本実施の形態に係るダイレクトメタノール方式の燃料電池システム30と、燃料電池システム30により発電される電力により動作する負荷34と、燃料電池システム30により発電される電力を蓄電し、負荷34に供給するための蓄電デバイス32とを含む。蓄電デバイス32に蓄積された電力の一部は、燃料電池システム30に供給され、燃料電池システム30への空気の強制供給に使用される。
[First Embodiment]
<Configuration>
The configuration of the system including the fuel cell system according to the first embodiment will be described below in detail with reference to FIGS. FIG. 1 shows an overall configuration of the
燃料電池システム30は、燃料となるメタノールを貯留する燃料タンクユニット40と、燃料タンクユニット40から供給される燃料54と空気中の酸素との反応を用いて電力を発生する燃料電池42とを含む。後述するように燃料電池42は、燃料タンクユニット40から燃料54の供給を受ける燃料極と、酸化剤としての酸素を含む空気58の供給を受ける空気極とを含む。
The
燃料電池システム30はさらに、燃料電池42中の空気極の生成水を回収し、毛細管現象を用いて燃料極に水56として供給するための多孔質体52と、蓄電デバイス32から電力供給を受けて動作し、燃料電池42の空気極へ空気58を供給する機能と、燃料電池42の空気極から空気60を排気する機能と、燃料電池42の空気極の生成水を効率的に多孔質体52に集める機能とを実現するための、多孔質回転体からなるファン50と、燃料電池42の出力電圧を監視し、燃料電池システム30が高い効率で動作するようにファン50の回転を制御するための制御部36とを含む。
The
図2に燃料電池システム30の外観を示す。図2を参照して、燃料電池システム30は全体としてほぼ円筒形状を有しており、その下部を構成する下部筐体72と、上部を構成する上部筐体70と、上部筐体70と下部筐体72との接続部を封止し、燃料電池システム30の内部から燃料又は水分が外部に漏れるのを防ぐためのシール部材74とを含む。
FIG. 2 shows the appearance of the
下部筐体72の周囲には、燃料電池42への吸気及び排気のための空気口76が形成されている。空気口76は、分割部材82により吸気口80及び排気口78に上下に区分されている。上部筐体70の上部には、燃料タンクユニット40が装着される燃料タンクユニット装着部が形成されている。ここに燃料タンクユニット40を装着することにより、燃料タンクユニット40から燃料電池42の燃料極に燃料が供給される。
Around the
図3は燃料電池システム30の平面図であり、図4は図3の一点鎖線4−4における燃料電池システム30の断面図である。
FIG. 3 is a plan view of the
図4を参照して、燃料電池システム30の詳細な構造について説明する。前述したとおり、燃料電池システム30は、上部筐体70及び下部筐体72と、これらの間に配置されるシール部材74とを含む。上部筐体70の上部には、燃料タンクユニット40が装着される空間が形成されている。燃料タンクユニット40は、内部に燃料86を保持する筐体88を含む。
A detailed structure of the
上部筐体70の下面の中央、下部筐体72の上面の中央、及びシール部材74の中央には開口が形成されており、ここに燃料電池42が形成されている。燃料電池42の構成の詳細については後述する。
Openings are formed in the center of the lower surface of the
燃料電池42のすぐ下には、多孔質回転体からなるファン50が配置されている。ファン50は、多孔質材料からなる円板状の回転板90と、回転板90を回転させるよう、回転板90の下面中央に固定された軸94と、軸94の下端に配置され、下部筐体72の底面上に固定されたモータ92と、軸94の途中に配置された変速機98とを含む。回転板90には、その回転に伴って燃料電池42の下面に空気を強制的に供給し、かつ燃料電池42の下面付近から空気を強制的に排気するための開口部が形成されている。これら開口部の構成については後述する。なお軸94は、回転板90の表面に対し直角を成して交わるように回転板90の裏面に固定される。
A
分割部材82は、下部筐体72の外周から下部筐体72の中心部までのほぼ半分の位置まで伸びており、その先端から上部に、燃料電池42の下面付近の空間を内側部及び外側部に区切る仕切板84が取付けられている。また下部筐体72の下部は内部隔壁66により区切られており、その中央には軸94を通すための開口が形成されている。この開口の周囲には軸受96が設けられている。
The dividing
図5に、燃料電池42の構成の詳細を示す。図5を参照して、燃料電池42は、撥水処理された下面を持ち、その下面が回転板90の上面と所定の距離を持って対向するように、かつ付近の空間に開放されるように配置された空気極112と、空気極112の下面上の一部に配置された空気極集電体114と、空気極112上に配置された高分子の電解質層110と、電解質層110上に配置され、その上面に燃料タンクユニット40からの燃料86が供給される燃料極108と、燃料極108の一部の上に配置された燃料極集電体106とを含む。空気極集電体114と、空気極112と、電解質層110と、燃料極108と、燃料極集電体106とからなる構造物を、以下「燃料電池構造体」と呼ぶ。空気極集電体114と燃料極集電体106との一部はそれぞれ外側に向かって引出され、図示しない接続部で図1に示す蓄電デバイス32への配線に接続されている。電解質層110の周囲はシール部材74により封止されている。回転板90は、その表面が空気極112の下面と平行となるように、かつ空気極112の下面と所定の距離を隔てて位置するように、配置されている。
FIG. 5 shows details of the configuration of the
下部筐体72の、吸気口80の天井にあたる部分には張出部材104が設けられている。張出部材104の上には、回転板90の外周部から燃料電池構造体の周囲を囲む周壁部102と、燃料電池構造体の上面近傍に配置され燃料電池構造体の上面を覆い、かつ燃料電池構造体の上面(燃料極108)に接触し、さらにその周囲にまで張出した上部部分とを有する多孔質体100が配置されている。図5の断面は燃料極集電体106及び空気極集電体114が外周部付近まで形成されている断面の図であるため多孔質体100の周壁部102はこの部分では途切れているが、これ以外の部分では周壁部102は燃料電池構造体の周囲を全て囲んだ円筒形状をなしている。そして、周壁部102の円筒形状の、燃料タンクユニット40の側の端部で、多孔質体100の上部部分が周壁部102に連続している。また、多孔質体100のうち、上部筐体70、下部筐体72、及びシール部材74と接する部分と外側周囲とは撥水加工され、多孔質体100の内部の水が不要な箇所に漏れ出ないようになっている。多孔質体100の周壁部102の円筒形状の下端の内周部は内側に少し張出しており、この張出は本実施の形態では回転板90の外周縁よりも中心側にまで入り込んでいる。このように張出を設けることで、燃料電池システム30の姿勢が多少変化したときにも、回転板90から飛散する水が確実に周壁部102に吸収されるという効果がある。
An
なお、本実施の形態では、回転板90の上面から空気極112の下面までの距離は約4mmである。空気極112の表面の生成水は、3mm程度までは空気極112に留まるが、それ以上に大きくなると滴下することが実験により確かめられた。したがって、天地に関係なく使用される可能性のあるモバイル向けの場合には、回転板90の上面と空気極112の下面との距離を4mm程度、又はそれ以下とすることが望ましい。ただし、モバイル向けでない用途では、この距離が4mmを超えても、空気の供給と水の回収とを行なうことが可能と考えられる。
In the present embodiment, the distance from the upper surface of rotating
図6に、回転板90の平面図を示す。図7には図6の一点鎖線7−7における断面図を、図8には図6の一点鎖線8−8における断面図を、それぞれ示す。
FIG. 6 shows a plan view of the
図6及び図7を参照して、この回転板90の外側半分に相当する環状部分には、互いに90度ずれた4箇所に、回転板90の回転に伴って回転板90の下面の空気を回転板90の上面に強制的に移動させるような形状に選ばれている上向開口部130が形成されている。上向開口部130の、回転板90の上面側の開口の、空気の流れ134の上流にあたる部分には、空気の流れを滑らかにするための整流板140が設けられている。
Referring to FIGS. 6 and 7, air on the lower surface of the
同様に、図6及び図8を参照して、回転板90の内側半分に相当する環状部分には、互いに90度ずれた4箇所に、回転板90の回転に伴って回転板90の上面の空気を回転板90の下面に強制的に移動させるような形状に選ばれている下向開口部132が形成されている。下向開口部132の、回転板90の下面側の開口の、空気の流れ136の上流にあたる部分には、空気の流れを滑らかにするための整流板142が設けられている。
Similarly, referring to FIG. 6 and FIG. 8, the annular portion corresponding to the inner half of the
このように、本実施の形態では、上向開口部130は、回転板90の回転の中心に最も近い位置までの距離が、回転板90の半径よりも大きな所定の距離となるように形成されており、下向開口部132は、回転板90の回転の中心から最も遠い位置までの距離が、回転板90の半径よりも小さくなるように形成されている。こうすることで、上向開口部130を通して空気極112に供給された空気が直ちに下向開口部132から排出されるおそれが小さくなり、空気極112に対する十分な量の空気の供給を安定して行なうことができる。
Thus, in the present embodiment, the
なお、空気極112における生成水の一部が水蒸気の形で発生し、空気極112ではなく、空気極112の周辺に存在する部品上で結露する場合があり得る。本実施の形態では、空気極112に最も近接している部品が回転板90であり、かつ空気極112の下面のほぼ全域にわたって空気極112に近接しているため、そのような水分の結露が生ずる場合には、回転板90上で生ずる可能性が最も高い。事実上、そうした結露の大部分が回転板90で生ずると考えられる。水蒸気が回転板90上又は回転板90の内部で結露する限り、空気極112上の生成水と同様、結露後の水は、遠心力によって回転板90内を周縁部に送られ、さらに周壁部102から多孔質体100上に移動し、燃料極側に回収される。したがって、空気極112上に生成する水だけでなく、水蒸気の形で空気極112付近に発生する水分も、効率的に回収することができる。
In addition, a part of the generated water in the
<動作>
図1〜図9を参照して、本実施の形態に係る燃料電池システム30は以下のように動作する。図9を参照して、燃料タンクユニット40が上部筐体70に装着されると、燃料タンクユニット40内の燃料86が矢印160で示されるように多孔質体100を通してさらに燃料極集電体106に到達する。空気極112の下面が大気に開放されているため、燃料極108における反応と、空気極112における反応とによって発電が行なわれ、燃料極集電体106及び空気極集電体114によって集電された電力が蓄電デバイス32に出力される。この電力はさらに負荷34に与えられる。
<Operation>
1 to 9, the
一方、蓄電デバイス32からファン50に電力が与えられると、回転板90が図6の矢印138で示される方向に回転する。この回転により、図9の矢印162で示されるように外気が空気極112下面に強制的に導入される。また、図9の矢印164で示されるように、空気極112の下面付近の空気が強制的に排出される。
On the other hand, when power is supplied from the
燃料極108と空気極112との間で、前記した反応により電力が発生され、図1に示す蓄電デバイス32に対し出力される。この反応に伴い、空気極112には生成水が生ずる。生成水は、以下のようにして燃料極108側に回収される。
Electric power is generated between the
空気極112における生成水は、空気極112の下部に水滴を形成する。この水滴は、ある程度(直径約3ミリ)までは空気極112に付着しているが、それより大きくなると、回転板90の上面に滴下する。回転板90は多孔質で形成されているため、水滴を形成していた水分は、図9の矢印172により示されるように回転板90に吸収される。さらに、回転板90が回転しているため、この水分は回転板90の周縁に遠心力によって移動する。
The generated water in the
回転板90の周縁まで水分が達すると、水分は回転板90を離れ、その周囲又は外側下方に水滴となって飛散しようとする。それら水滴は、多孔質体100の周壁部102の部分にあたり、多孔質体100に吸収される。吸収された水分は、毛細管現象によって多孔質体100の内部を矢印176及び178で示されるように移動し、燃料タンクユニット40からの燃料86と混合されて燃料極108に供給される。すなわち、空気極112における生成水が、回転板90の回転による遠心力と、多孔質体100による毛細管現象とによって効率よく収集され、燃料極108側に回収される。
When the water reaches the periphery of the
本実施の形態での基本的考え方は、空気を空気極112の下面に強制的に供給することと、空気極112の下面付近の空気を強制的に排気することと、空気極112の下面に生じる生成水を多孔質体100に効率的に集めることとを、多孔質の回転板90の回転によって同時に行なう、ということである。化学式から、水の生成量と空気の消費量と発電量とは比例関係にある。回転板90の回転によって安定して空気が空気極112に供給されるため、発電のための空気(酸素)が不足するおそれは小さく、発電量が自然対流による空気の供給に律速されることはない。同時に空気極112付近の空気が外部に排出されるので、空気の流れは滑らかとなる。
The basic idea in the present embodiment is that air is forcibly supplied to the lower surface of the
なお、本実施の形態に係る構成では、図9の矢印162によって示すように空気が筐体内に流入し、回転板90の外周付近を通って上向開口部130(図6及び図7を参照)を通過し、回転板90と空気極112につながっている空気極集電体114との間の空間を通過した後、回転板90の内周付近を通って下向開口部132(図6及び図8参照)を通過し、矢印164で示されるように排出される。したがって、回転板90の多孔質内に水分が存在しており、流入する空気が乾燥している場合、回転板90に含まれる水分によって加湿された空気が空気極112付近の空間に供給されることになる。すなわち、若干ではあるが、本実施の形態に係る燃料電池システム30によって、空気極112付近の空間の空気に対する加湿作用が得られる可能性がある。
In the configuration according to the present embodiment, air flows into the housing as indicated by an
また、空気極112における生成水は、ある程度の大きさになると回転板90に滴下し吸収される。また回転板90内に吸収された水分は遠心力により速やかに外側に運ばれる。したがって、生成水が空気極112に滞留することがなく、フラッディングによる発電効率の低下を防止できる。
Further, the generated water in the
回転板90により吸収され、遠心力により周縁に運ばれた水分は、多孔質体100の周壁部102に移動し、多孔質体100による毛細管現象で燃料極108側に回収される。
Moisture absorbed by the rotating
このように本実施の形態では、空気極112への空気の供給と、空気極112付近の空気の排気と、空気極112における生成水の速やかな除去及び燃料極108側への回収とを、多孔質の回転板90と、多孔質体100との協働により達成する。必要な動力は回転板90を回転させるモータによるものだけで済み、電力消費を抑えることができる。また生成水の回収も効率よく行なえ、燃料電池システム30全体の発電効率を高く維持することができる。
As described above, in the present embodiment, the supply of air to the
燃料タンクユニット40については本発明に直接関係ないので、ここでは詳細な説明は省略する。燃料タンクユニット40は、既存の技術を用い、燃料極側の多孔質体100に弁、インジェクタ等を用いて液体燃料を適切に供給するように構成できる。
Since the
[第2の実施の形態]
図10に本発明の第2の実施の形態に係るファンの回転板200の平面図を示し、図11及び図12にはそれぞれ、図10の一点鎖線11−11及び12−12における回転板200の断面図を示す。
[Second Embodiment]
FIG. 10 shows a plan view of a
図10及び図11を参照して、本実施の形態に係るファンの回転板200の外側の環状部分には、第1の実施の形態の回転板90と同様、互いに90度ずれた4箇所に、回転板200の回転に伴って回転板200の下面の空気を回転板200の上面に移動させるための上向開口部210が形成されている。上向開口部210は、回転板200の上面側の開口230と、下面側の開口232とを有する。回転板200が矢印220で示される方向に回転することにより、回転板200の下面側の空気が下面側の開口232及び上面側の開口230を経て、流路214で示される経路に沿って上面側に移動する。
Referring to FIGS. 10 and 11, the outer annular portion of the
本実施の形態では、上向開口部210の角度及び径は、下面側の開口232の、回転板200の回転方向(矢印220)に沿って後方の縁236が、上面側の開口230の、前方の縁234よりも前方に位置するように選ばれている。
In the present embodiment, the angle and the diameter of the
同様に、図10及び図12を参照して、回転板200の内側半分の、互いに90度ずれた4箇所に、回転板200の回転に伴って回転板200の上面の空気を回転板200の下面に移動させるための下向開口部212が形成されている。下向開口部212は、回転板200の上面側の開口240と、下面側の開口242とを有する。回転板200が矢印220で示される方向に回転することにより、回転板200の上面側の空気が上面側の開口240及び下面側の開口242を経て、流路216で示される経路に沿って下面側に移動する。
Similarly, referring to FIG. 10 and FIG. 12, the air on the upper surface of the
本実施の形態では、下向開口部212の角度及び径は、上面側の開口240の、回転板200の回転方向(矢印220)に沿って後方の縁244が、下面側の開口242の、前方の縁246よりも前方に位置するように選ばれている。
In the present embodiment, the angle and the diameter of the
上向開口部210及び下向開口部212をこのように形成することにより、図10に示されるように、回転板200の上面から下面に向かって軸に平行な方向から見通しできる部分がなくなる。したがって、図5に示す空気極112から滴下する水滴は確実に回転板200により吸収されるという効果がある。その結果、空気極112の表面の生成水が燃料電池筐体の外へ向かう空間側に漏れ出たり、蒸散したりすることを抑制できる。
By forming the
なお、本実施の形態では、第1の実施の形態におけるような整流板を用いていない。しかし本発明はこの実施の形態に限定されるわけではなく、整流板を用いてもよい。この場合、整流板も含めて、上記したように回転板200を垂直方向から見て見通しできるような部分がないように整流板と開口とを形成すればよい。
In this embodiment, the current plate as in the first embodiment is not used. However, the present invention is not limited to this embodiment, and a current plate may be used. In this case, the rectifying plate and the opening may be formed so that there is no portion including the rectifying plate that can be seen from the vertical direction of the
[第3の実施の形態]
第1の実施の形態及び第2の実施の形態では、それぞれファンの回転板90及び回転板200の全体を多孔質体で形成している。しかし本発明はそのような実施の形態には限定されない。本発明では、空気極112の表面に形成された水滴を確実に吸収できるように回転板を形成すればよい。
[Third Embodiment]
In the first embodiment and the second embodiment, the entire
図13を参照して、第3の実施の形態に係るファン260の回転板270は、多孔質体でなく、水分を透過しない材料、たとえばプラスチックからなる基板280と、基板280の表面上に形成された多孔質層282とを含む。多孔質層282の表面が、回転板270の主表面を形成する。回転板270には、第1の実施の形態における回転板90と同様、互いに90度ずれた4箇所に、それぞれ上向開口部及び下向開口部が形成されている。
Referring to FIG. 13, rotating
この回転板270を採用したファン260を空気極112の下面に設けて回転させると、第1の実施の形態と同様、空気極112への空気の供給と、空気極112付近の空気の排気と、空気極112の生成水の多孔質層282への吸収と、遠心力によるファンの回転板270の周囲の多孔質体100(周壁部102)への回収とを同時に行なうことができる。さらに、基板280として水を通さない材料を用いるため、空気極112から多孔質層282に吸収された生成水が、燃料電池筐体の外へ向かう空間側へ漏れ出たり、蒸散したりすることを抑制できる。
When the
[第4の実施の形態]
上記した第1及び第2の実施の形態では、多孔質により形成された回転板90及び200をそれぞれ用いている。第3の実施の形態では、水分を透過しない材料、たとえばプラスチックからなる基板280と、基板280の表面上に形成された多孔質層282とからなる回転板270を用いている。しかし、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムシステムで使用されるファンの回転板としては、そのような材料だけが使用可能なわけではなく、他の材料も使用可能である。
[Fourth embodiment]
In the first and second embodiments described above, rotating
この第4の実施の形態では、図示はしないが、例えば、図5に示す回転板90に代えて、表面が起毛状で吸湿性又は吸水性のある材料を用いた回転板を使用する。回転板の素材を除けば、この第4の実施の形態に係る燃料電池システムは第1の実施の形態に係るシステム20と同様の構成を有する。
In the fourth embodiment, although not shown, for example, instead of the
起毛状の吸水性又は吸湿性のある素材からなる回転板を使用する場合、燃料電池で生成する水は以下のように回収される。以下の説明では、第1の実施の形態と同様、図5を参照する。ただし、図5における回転板90に代えて、吸水性のある素材からなる回転板を使用する。
When a rotating plate made of a brushed water-absorbing or hygroscopic material is used, water generated in the fuel cell is recovered as follows. In the following description, FIG. 5 is referred to as in the first embodiment. However, instead of the
図5を参照して、燃料電池の空気極側は、空気極112と、空気極112の下面上の一部に配置された空気極集電体114とを含む。空気極集電体114の下面の一部または全部は撥水処理されている。そして、空気極集電体114の下面が回転板(図5における回転板90)の上面と所定の距離を持って対向するように、かつ付近の空間に対して開放されるように、燃料電池構造体と回転板とが配置される。
Referring to FIG. 5, the air electrode side of the fuel cell includes an
回転板の材質として、フェルト状、織物状、又は不織布状で吸湿性又は吸水性のある吸水性材料を用いてもよい。また、図示は省略するが、第1の実施の形態で使用した多孔質の回転板90の表面の一部または全部に、このようなフェルト状、織物状、又は不織布状の材料(以下「吸水部材」と呼ぶ。)を配置してもよい。
As the material of the rotating plate, a water-absorbing material having a hygroscopic property or a water-absorbing property in a felt shape, a woven shape, or a non-woven shape may be used. Although not shown in the drawing, such a felt-like, woven-like or non-woven-like material (hereinafter referred to as “water absorption”) is formed on a part or all of the surface of the porous
ただし、多孔質体の回転板が状態の変化に伴って変形する可能性がある。したがって、回転板が変形した場合でも、吸水部材が周囲の多孔質体の周壁部、空気極、又は集電体(第1の実施の形態における多孔質100の周壁部102、空気極112、又は集電体114)に接触することで水分の逆流が発生しないように、回転板の形状、並びに吸水部材の形状及び配置部位について配慮する必要がある。
However, there is a possibility that the rotating plate of the porous body is deformed as the state changes. Therefore, even when the rotating plate is deformed, the water absorbing member is a peripheral wall portion, an air electrode, or a current collector of the surrounding porous body (the
また、図13に示す第3の実施の形態に係る回転板270における、基板280上に形成された多孔質層282に代えて、材質が起毛状、フェルト状、織物状、又は不織布状で吸湿性又は吸水性のある素材を吸水部材として用いてもよい。基板280にこれらの吸水部材を固定するためには、ネジ、ビス、面ファスナー構造、又はフック構造を用いたり、耐薬品性、又は耐酸性の糸状部材で吸水部材を基板280に縫付けたり、又は網状の部材で吸水部材を基板280の表面に固定したりすることが考えられる。
Further, in the
さらに、図13に示す多孔質層282の表面の全部または一部に、上記した吸水部材からなる吸水層を配置してもよい。
Furthermore, you may arrange | position the water absorption layer which consists of an above-mentioned water absorption member in all or one part of the surface of the
[第5の実施の形態]
上記実施の形態では、いずれの回転板も、吸水性を有している。しかし、本発明はそのような実施の形態には限定されない。回転板が吸水性を持たないプラスチック等からなる基板のみで、基板の表面上に付着した水滴が、基板の回転による遠心力によって、基板の周囲の吸水性のある部材からなる円筒に飛んで行くようにすることもできる。以下、そのような構成を有する回転板を用いた、本発明の第5の実施の形態に係る燃料電池システムの、回転板の構成について説明する。
[Fifth embodiment]
In the said embodiment, all the rotating plates have water absorption. However, the present invention is not limited to such an embodiment. The rotating plate is only a substrate made of plastic or the like that does not absorb water, and water droplets adhering to the surface of the substrate fly to a cylinder made of a water-absorbing member around the substrate by centrifugal force due to the rotation of the substrate. It can also be done. Hereinafter, the configuration of the rotating plate of the fuel cell system according to the fifth embodiment of the present invention using the rotating plate having such a configuration will be described.
図14を参照して、回転板272は、は水分の透過のない、または水分の透過の少ないプラスチック等からなる基板284を含む。基板284の、空気極に面する表面の全体には親水処理が施され、親水層286が形成されている。他の部分の構成は、図13に示す回転板270と同様である。
Referring to FIG. 14, rotating plate 272 includes a
本実施の形態に係る燃料電池システムでは、運転とともに空気極で生成する水分は、回転板272の表面に付着する。回転板272の表面には親水層286が形成されており、この水分は親水層286に付着しながら、回転板272の回転に伴って発生する遠心力で回転板272の周縁部へ移動する。そして、図14では図示していないが、親水層286の外周縁から所定の距離だけ離して配置された円筒形状の多孔質体に向けて飛び、そこに付着する。以下の水分の移動は、第1の実施の形態と同様である。
In the fuel cell system according to the present embodiment, moisture generated at the air electrode during operation adheres to the surface of the rotating plate 272. A
なお、親水層286を基板284の表面の一部のみに形成するようにしてもよい。
Note that the
[第6の実施の形態]
第5の実施の形態、特に図14に示した例では、回転板272を構成する基板284上の全面に親水層286が形成されている。しかし、本発明はそのような実施の形態には限定されない。親水層286のうち、水分が周囲に向けて飛散する部分、すなわち回転板の周辺部分付近に撥水層を形成するようにしてもよい。第6の実施の形態に係る回転板はそのような構成を有している。
[Sixth Embodiment]
In the fifth embodiment, particularly the example shown in FIG. 14, a
図15(A)(B)を参照して、本実施の形態に係る回転板292は、水分を通さないプラスチック等からなる円形基板284と、円形基板284の、空気極と対面する側の表面の、周縁部を除く全域に形成された親水層296とを含む。基板284の表面周縁部の、親水層296が形成されていないリング状の領域は撥水処理され、撥水層298が形成されている。
Referring to FIGS. 15A and 15B, a
このように、基板284の表面の外周部付近に撥水層298を形成することにより、遠心力により基板284表面を周縁部に向けて移動して来た水分が基板284の表面から離脱しやすくなるという効果がある。
In this way, by forming the water-
なお、撥水層は、基板284の表面の周縁部だけではなく、基板284の外周側面に形成してもよい。
Note that the water repellent layer may be formed not only on the peripheral portion of the surface of the
[第7の実施の形態]
第1〜第6の実施の形態に係る燃料電池システムでは、例えば図6〜図8に示すように、外周部には、空気を回転板の下面から上面側に流すことにより吸気するための上向開口部130を、回転板90の中心部付近には空気を回転板の上面から下面側に流すことにより排気するための下向開口部132を、それぞれ形成している。そして回転板90の回転に伴って、上記したように吸気及び排気を行ない、空気極への空気の供給と、空気極付近からの排気とが行なわれる。
[Seventh Embodiment]
In the fuel cell systems according to the first to sixth embodiments, for example, as shown in FIGS. 6 to 8, an upper portion for sucking air by flowing air from the lower surface to the upper surface side of the rotating plate is provided on the outer peripheral portion. In the vicinity of the central portion of the
しかし、本発明における吸気及び排気のための回転板の構成はこのようなものには限定されない。例えば、上向開口部130があって外部から強制的に空気が空気極に供給される場合、排気をこの空気の供給に伴って自然な形で行なうことができる。第7の実施の形態に係る燃料電池システムは、そのような回転板を使用する。
However, the configuration of the rotating plate for intake and exhaust in the present invention is not limited to this. For example, when there is the
図16に本実施の形態に係る燃料電池システム350の断面図を示す。図16において、図4と異なるのは、図6〜図8に示すような構造を有する回転板90に代えて、図17に平面図を示す回転板360を有する点である。
FIG. 16 shows a cross-sectional view of a
図16及び図17を参照して、回転板360は、図4に示す回転板90と同様の材質から形成されており、回転板90と同様に下面に固定された回転軸94によって回転される。ただし、回転板360は、図6〜図8に示す下向開口部132に代えて、回転板360の中心部の回転軸付近に形成され、回転板360の上面から下面に向けて行くにしたがい回転軸からの距離が小さくなるような形状に形成された複数個の開口370及び372を有する。つまり、下面(回転板360の裏面)における開口370の中心位置と回転中心との間の距離は、上面(回転板360の主表面)における開口370の中心位置と回転中心との間の距離よりも大きくなっている。開口372についても同様である。開口370及び372の向きをこのようにすることにより、回転板360の上面から下面に向けて移動する空気は、回転板360の下面の中心部付近に集まることになり、図16の矢印164によって示されるように、速やかに排気口78から外部に排気される。
Referring to FIGS. 16 and 17, rotating
開口370は回転軸を中心とした同心円上に形成されている。開口372も同様に、回転軸を中心として同心上に形成されている。ただし、開口372の形成位置は、開口370が形成されている位置よりも回転板360の外周に近い。なお、回転板360は、図17に矢印138で示されるように、図17において時計方向に回転させられるものとする。
The
回転板360がこのような開口370及び372を有することにより、本実施の形態では、以下のようにして吸気が強制的に行われ、それに伴って排気が自然に行なわれる。
Since the
回転板360が矢印138により示される方向に回転すると、図17の矢印134等により示されるように、回転板360の外周部下面の空気が回転板360の上面に強制的に移動させられる。これに伴って、回転板360の外周部下面の気圧が低下し、図16の矢印162により示されるように、吸気口80を介して外部から空気が燃料電池システム350中に取込まれる。このようにして、空気極と回転板360の上面との間の空間に空気が強制的に供給される。
When the
一方、上記したように回転板360の中央部付近には、開口370及び372が形成されている。回転板360の上面と空気極との間の空間に空気が強制的に供給されることに伴い、この部分の気圧が上昇すると、開口370及び372を通って空気が回転板360の上面から下面に移動する。このとき、開口370及び372の下面側開口部の位置は、上面側開口部の位置よりも回転板360の回転の中心軸に近い位置にある。その結果、開口370及び372を通過する空気は回転板360の下面の中心部付近に集められる。すると、この部分の気圧が上昇し、図16の矢印164により示されるように、この部分の空気が排気口78から燃料電池システム350の筐体の外部に自然に排出される。
On the other hand, as described above, the
なお、開口370及び372はいずれも、回転板360の表面に対し垂直な方向から見たときに、一つの開口の上面側の開口領域と下面側の開口領域とが互いに重ならないような位置に形成されている。このような形で開口370及び372を形成することにより、空気極から滴下する水滴が回転板360に付着せずに開口370又は372を通って直接下面側に落ちてしまうことをできるだけ防止する。これは、以後に述べる第8及び第9の実施の形態における開口についても同様である。
Note that both the
[第8の実施の形態]
第7の実施の形態では、開口370及び372を介して回転板360の上面側の空間の空気を回転板360の下面中央部付近に集め、それによって空気を自然に排気している。しかし、図16に示されるように、吸気口と排気口とは、回転板360の下面付近で互いに連絡している。その結果、矢印162により示される、吸気口を通って供給される空気の一部が、回転板360の上面に供給されず、回転板360の下部で直接に、矢印164により示される、排気口に向かう空気に混入する可能性がある。そのため、空気の供給効率が若干低下する可能性がある。
[Eighth Embodiment]
In the seventh embodiment, the air in the space on the upper surface side of the
そこで、本実施の形態では、図18及び図19に示す回転板390を用い、上記したような吸気と排気との混入を防止する。
Therefore, in this embodiment, the
図18は、本発明の第8の実施の形態に係る燃料電池システムの下部構造の側断面図である。図19は、このシステムで使用されるファンの平面図である。 FIG. 18 is a side sectional view of the lower structure of the fuel cell system according to the eighth embodiment of the present invention. FIG. 19 is a plan view of a fan used in this system.
図18及び図19を参照して、本実施の形態に係る燃料電池システム380のファンで使用される回転板390は、他の点では図16及び図17に示す第7の実施の形態に係る回転板360と同様の構成を有するが、図16に示す回転板360の回転軸94に代えて、開口370及び372の、回転板390の下面側開口を囲うように回転板390の下面中央部に上端が接着された、中空円筒形の回転軸392と、回転軸392の下面中央部に固定された回転軸394とを含む。
Referring to FIGS. 18 and 19, rotating
回転軸392は、その側面下部の、排気口78に望む領域に形成された複数個の開口部を有する。
The
回転板390が回転すると、第7の実施の形態と同様、周囲の空気が吸気口を介して矢印162により示されるように筐体内部に取り込まれ、回転板390の上面に上向開口部130を介して供給される。
When the
また、図18及び図19を使って本発明における吸気を強制的に行い、排気を自然に行う構造で、回転軸内部に空間を設けた場合について説明する。同じ構造部分の説明は省略する。異なるところは、回転板を回転させるための軸の構造であり、回転軸内に排気を行うための空間を設けていることである。回転板390の回転により吸気口側のファン構造部分で発生する気流により吸気口80側から流れこむ空気は空気極112側へ送り込まれ、回転体の軸392の構造内の空間を通過し、開口370及び372を介して回転軸392内部の空間に排気され、さらに排気口から筐体外部へ排気される。このとき、回転軸392により回転板390の下面の空間が内側と外側とに二分されているため、吸気口から供給される空気が、回転板390の上面を経由しないで直接に回転板390の下面で排気口側への空気の流れに混入してしまう、ということがない。
Further, a case where a space is provided inside the rotating shaft in the structure for forcibly performing intake and exhausting naturally in the present invention will be described with reference to FIGS. Description of the same structural part is omitted. The difference is the structure of the shaft for rotating the rotating plate, and is that a space for exhausting is provided in the rotating shaft. The air flowing from the
したがって、効率よく空気を取り込みながら、自然な形で空気を排出することができ、高い効率で動作できる燃料電池システムを提供できる。 Therefore, it is possible to provide a fuel cell system that can discharge air in a natural manner while efficiently taking in air and can operate with high efficiency.
[第9の実施の形態]
上記した第8の実施の形態では、回転板の表面を、中心部に近い領域と遠い領域とに二分し、中心部に近い領域に開口370および372を形成している。こうすることで、吸気を強制的に行なうとともに、排気を自然に行なわせることができる。
[Ninth Embodiment]
In the eighth embodiment described above, the surface of the rotating plate is divided into a region near the center and a region far from the center, and
しかし本発明はそのような実施の形態には限定されない。第8の実施の形態とは逆に、排気を強制的に行ない、それに伴って吸気を自然に行なうような形に回転板上の開口部を形成することができる。以下、そのような第9の実施の形態に係る燃料電池システムについて説明する。 However, the present invention is not limited to such an embodiment. Contrary to the eighth embodiment, the opening on the rotating plate can be formed in such a manner that exhaust is forcibly performed and intake is naturally performed accordingly. Hereinafter, the fuel cell system according to the ninth embodiment will be described.
図20は、本発明の第9の実施の形態に係る燃料電池システムの下部構造の側断面図である。図21は、このシステムで使用されるファンの平面図である。 FIG. 20 is a side sectional view of the lower structure of the fuel cell system according to the ninth embodiment of the present invention. FIG. 21 is a plan view of a fan used in this system.
図20及び図21を参照して、本発明の第9の実施の形態に係る燃料電池システム400は、図18に示す第8の実施の形態に係る燃料電池システム380と同様の構成を有している。ただし、この燃料電池システム400は、図18に示す燃料電池システム380で使用される回転板390に代えて、空気極との間の空間から空気を強制的に排気する機構と、この強制的な排気に伴い、空気極との間の空間に外部から自然に空気を供給するような機構とを有する回転板410を含む点で、図18に示す燃料電池システム380と異なっている。
20 and 21, the
図20及び図21を参照して、この実施の形態に係る回転板410には、図18及び図19に示す回転軸392と同様、その下面を外側と内側とに二分する回転軸412が取付けられている。さらに回転板410では、図21に示す平面図によく現れているように、回転板390の上面の内側半分の領域に、図6に示す回転板90と同様、下向開口部132が形成されている。回転板390の上面の外側半分の領域には、複数個の開口420及び422が形成されている。開口420は回転板410の中心を中心とする円周上に等間隔で形成されている。開口422も、同じ位置を中心とする円周上に等間隔で形成されている。ただし、円の中心から開口422までの距離は、円の中心から開口420までの距離よりも大きい。
Referring to FIGS. 20 and 21, a
これら開口420及び422の開口は、回転板410の上面よりも下面において、回転板410の中心に近くなっている。
The openings of these
さらに、回転板410の外周には、これも等間隔で切欠430が形成されている。
Further,
図21により明らかなように、下向開口部132の開口部の下側は回転軸412の内部の空間に向かって開いている。また開口420及び422の下面側開口部は、回転軸412よりも外側に位置している。
As is clear from FIG. 21, the lower side of the opening of the
この実施の形態に係る燃料電池システム400において、回転板410が矢印138で示されるように時計方向に回転したものとする。下向開口部132によって、回転板410の上面と空気極との間の空間の空気は、回転板410の下部の、回転軸412により規定される空間内に排出される。この部分の空気はさらに、回転軸412の側面に形成された開口を介して矢印164により示されるように燃料電池システム400の筐体外部に排出される。
In the
一方、上記したように回転板410の上面と空気極との間の空気が排出されると、この部分の気圧が低下する。その結果、燃料電池システム400の筐体外部との気圧差により、矢印162により示されるように外部の空気が燃料電池システム400の筐体内部に流れ込む。この空気は回転板410の下面の、回転軸412の外側領域に到達し、開口420及び422、並びに切欠430を通って回転板410の上面に流れる。このとき、開口420及び422の上面側の位置が下面側の位置よりも外周に近いため、開口420及び422を通過した空気は回転板410の外側に向かって流れ出し、途中で上側に曲がって空気極表面に接触しながら下向開口部132側に流れる。そして、この空気は、前述したように下向開口部132及び回転軸412の内部を経て外部に強制的に排気される。
On the other hand, when the air between the upper surface of the
したがって、下向開口部132による強制的な排気と、開口420及び422、並びに切欠430による自然な空気の供給とを実現することができる。
Therefore, forced exhaust by the
なお、本実施の形態では、回転板410の外周部に切欠430を設けている。しかし本発明はそのような実施の形態には限定されない。燃料電池システム400の外部から回転板410の下面の外周部に供給された空気が、回転板410の上面に効率よく流れるような構成であれば、どのようなものでも採用できる。例えば、図21における切欠430を回転板410の外周に設けるのに代えて、またはそれに加えて、回転板410の外周部に設けられ、回転板410から周囲に飛散する水を受取るための円筒状多孔質体102の内部壁面に、図20における上下方向に沿って溝を形成し、この溝を通って回転板410の下面の空気が回転板410の上面側に供給されるようにしてもよい。
In the present embodiment, a
又は、図20に示す円筒状多孔質体102の一部に、外部方向に貫通した排気口を設けるようにしてもよい。
Or you may make it provide the exhaust port penetrated in the external direction in a part of cylindrical
いずれの構成でも、回転板410の上面に燃料電池システムの運転に必要な空気を効率よく空気極に供給できる。
In any configuration, air necessary for the operation of the fuel cell system can be efficiently supplied to the upper surface of the
[運転方法に関する変形例(全実施の形態に適用可)]
上記第1〜第9の実施の形態のいずれにおいても、燃料電池システムによって発電を行なうと、発電のための反応による水と、発電過程の燃料極側から空気極側へのプロトンの電解質内の移動に伴う同伴水とが生成される。こうした水は、空気極側から水または水蒸気の状態で出現してくる。この水分の量は、低出力で発電する場合と高出力で発電する場合とでは異なるが、燃料電池システムを運転するかぎり生成されるため、こうした水分を回収して再利用する必要がある。
[Modifications related to driving method (applicable to all embodiments)]
In any of the first to ninth embodiments, when power is generated by the fuel cell system, the water in the reaction for power generation and the proton electrolyte from the fuel electrode side to the air electrode side in the power generation process Accompanied water accompanying the movement is generated. Such water appears in the state of water or water vapor from the air electrode side. The amount of moisture differs depending on whether the power is generated at low output or high output, but it is generated as long as the fuel cell system is operated. Therefore, it is necessary to recover and reuse such moisture.
一方、発電に必要な空気の量は低出力では比例的に少なく、高出力では多くなる。すなわち、低出力で発電する場合では、ファンを停止した状態でも空気供給が十分な場合がある。そこで、ファンを停止させて燃料電池システムを運転させることが望ましい場合もある。 On the other hand, the amount of air required for power generation is proportionally small at low output and increases at high output. That is, when power is generated at a low output, air supply may be sufficient even when the fan is stopped. Therefore, it may be desirable to operate the fuel cell system with the fan stopped.
ところが、上記した構成の燃料電池システムでは、回転体を停止した状態のままでは、水回収ができない。そこで、何らかの形で、低出力での発電時に水分を回収するような工夫が必要になる。 However, in the fuel cell system configured as described above, water cannot be recovered with the rotating body stopped. Therefore, in some form, it is necessary to devise a way to collect moisture during power generation at a low output.
一つの解決策として、燃料電池システムを低出力で運転するときには、断続的にファンを動作させることにより、回転板に溜まった水分を円筒型多孔質体102を介して回収することが考えられる。通常はファンを止めることにより、燃料電池システムの出力を低く抑えることができる。その間に生成された水分はファンの回転板上に蓄積しておき、断続的にファンを運転することで回収する。
As one solution, when operating the fuel cell system at a low output, it is conceivable that the water accumulated in the rotating plate is recovered via the cylindrical
また、水回収のためには、ファンの回転板をある回転速度以上の速度で回転させ、十分な遠心力を発生させる必要がある。しかし、低出力での運転では、ファンの回転速度が遅くなり、十分な遠心力の発生が得られないことがある。このような場合は、回転板に溜まった水分を回収するために、発電に必要な空気の供給量を確保するゆっくりした回転速度とあわせて、水回収を考慮した、十分に早い回転速度との間で切り替え制御を行なうようにするとよい。 Further, in order to collect water, it is necessary to rotate the fan rotating plate at a speed equal to or higher than a certain rotational speed to generate a sufficient centrifugal force. However, when operating at a low output, the rotational speed of the fan becomes slow and sufficient centrifugal force may not be generated. In such a case, in order to recover the moisture accumulated on the rotating plate, the rotation speed is sufficiently high considering the water recovery in addition to the slow rotation speed that secures the supply amount of air necessary for power generation. It is advisable to perform switching control between them.
すなわち、低出力で上記した燃料電池システムを運転する際には、水回収を行なうために、要求される出力以上の出力で運転する期間を間歇的に設ける必要がある。一方、高出力で上記した燃料電池システムで発電する場合では、水回収を優先し、常に水分が回収されうる回転速度でファンを動作させる。したがって、空気は適切な風量だけ、又はそれを上回って過剰に供給されることもあり得る。 That is, when operating the above-described fuel cell system at a low output, it is necessary to intermittently provide a period for operating at an output higher than the required output in order to recover water. On the other hand, when generating electricity with the above-described fuel cell system at high output, priority is given to water recovery, and the fan is operated at a rotational speed at which moisture can always be recovered. Thus, air may be supplied in excess by or above the appropriate air volume.
[その他の変形例]
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、ファンの形状等は上記した実施の形態で採用されたものには限定されない。設計により、適宜好ましい形状を選択することができる。
[Other variations]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the fan shape and the like are not limited to those employed in the above-described embodiments. A preferable shape can be appropriately selected depending on the design.
上記した実施の形態では、ファンが燃料電池構造体の下方に設けられている。しかし本発明はそのような実施の形態には限定されない。ファンは、その回転板が、燃料電池構造体の空気極に面し、かつ空気極との距離が水滴の吸収に適した距離であるような位置に配置されるという条件さえ満たせば、どのような位置に設けられてもよい。 In the above-described embodiment, the fan is provided below the fuel cell structure. However, the present invention is not limited to such an embodiment. As long as the fan satisfies the condition that its rotating plate faces the air electrode of the fuel cell structure and is positioned so that the distance from the air electrode is suitable for absorbing water droplets, It may be provided at any position.
上記した実施の形態では、外側筐体の形状を円筒形状とした。これは、内部にファンが設けられたために、円筒形状とすることが合理的で、ファン周囲の空間を効率的に利用できるためである。しかし本発明はそのような実施の形態には限定されない。外側筐体の形状は、燃料電池構造体、燃料カートリッジ、及びファンを内部に収容できるのであれば、どのような形状でもよい。 In the above-described embodiment, the outer casing has a cylindrical shape. This is because it is rational to use a cylindrical shape because the fan is provided inside, and the space around the fan can be used efficiently. However, the present invention is not limited to such an embodiment. The shape of the outer casing may be any shape as long as the fuel cell structure, the fuel cartridge, and the fan can be accommodated therein.
また、上記実施の形態では、回転板の表面のうち、空気極に面する面の逆側の面は何も処理していない。しかし本発明はそのような実施の形態には限定されない。たとえばこの面に、回転板の表面に生成水を結露させやすくするための放熱構造を配置するようにしてもよい。 Moreover, in the said embodiment, nothing processed the surface on the opposite side of the surface which faces an air electrode among the surfaces of a rotating plate. However, the present invention is not limited to such an embodiment. For example, you may make it arrange | position the heat dissipation structure for making it easy to condense generated water on the surface of a rotating plate on this surface.
今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含む。 The embodiment disclosed herein is merely an example, and the present invention is not limited to the above-described embodiment. The scope of the present invention is indicated by each of the claims after taking into account the description of the detailed description of the invention, and all modifications within the meaning and scope equivalent to the wording described therein are intended. Including.
30,350,380,400 燃料電池システム、32 蓄電デバイス、34 負荷、36 制御部、40,86 燃料タンクユニット、42 燃料電池、50,260 ファン、52 多孔質体、54 燃料、70 上部筐体、72 下部筐体、74 シール部材、76 空気口、78 排気口、80 吸気口、88 筐体、90,200,270,272,292,360,390,410 回転板、92 モータ、94 軸、100 多孔質体、102 周壁部、104 張出部材、106 燃料極集電体、108 燃料極、110 電解質層、112 空気極、114 空気極集電体、130,210 上向開口部、132,212 下向開口部、280,284 基板、282 多孔質層、286,296 親水層、370,372,420,422 開口、392 回転軸、430 切欠
30, 350, 380, 400 Fuel cell system, 32 Power storage device, 34 Load, 36 Control unit, 40, 86 Fuel tank unit, 42 Fuel cell, 50, 260 Fan, 52 Porous body, 54 Fuel, 70
Claims (24)
前記燃料電池構造体の前記第1の面には、燃料電池による発電に伴って水が生成され、前記第2の面には前記所定の液体燃料が供給され、
前記燃料電池システムはさらに、前記第1の面と平行となるように前記第1の面と所定の距離を隔てて配置された主表面を有する板状部材を含み、当該板状部材の前記主表面は多孔質材料で形成されており、
前記燃料電池システムはさらに、前記板状部材を、前記第1の面と直角に交わる軸を中心として所定方向に回転させるための回転駆動手段を含む、燃料電池システム。 A fuel cell system using a predetermined liquid fuel as a fuel, comprising a fuel cell structure having a first surface and a second surface,
Water is generated on the first surface of the fuel cell structure along with power generation by the fuel cell, and the predetermined liquid fuel is supplied to the second surface,
The fuel cell system further includes a plate-like member having a main surface disposed at a predetermined distance from the first surface so as to be parallel to the first surface, and the main member of the plate-like member is The surface is made of porous material,
The fuel cell system further includes a rotation driving means for rotating the plate member in a predetermined direction about an axis that intersects the first surface at a right angle.
水分を透過しない材料で形成された、主表面を有する基板と、
前記基板の前記主表面上に形成された多孔質層とを含み、
前記多孔質層の表面が、前記板状部材の前記主表面を形成する、請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。 The plate-like member is
A substrate having a main surface formed of a material that does not transmit moisture;
A porous layer formed on the main surface of the substrate,
The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein a surface of the porous layer forms the main surface of the plate-like member.
前記板状部材には、前記裏面から前記主表面に貫通する第1の開口部が形成されており、
前記第1の開口部の形状は、前記回転駆動手段によって前記板状部材が前記軸を中心として回転するときに、前記裏面側の空気を前記主表面側に強制的に移動させるような形状に選ばれている、請求項1〜請求項3のいずれかに記載の燃料電池システム。 The plate member has a back surface parallel to the main surface,
The plate-like member has a first opening penetrating from the back surface to the main surface,
The shape of the first opening is such that the air on the back side is forcibly moved to the main surface side when the plate-like member is rotated about the axis by the rotation driving means. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel cell system is selected.
前記第2の開口部は、当該第2の開口部の、前記回転の中心から最も遠い位置が、前記所定の距離よりも小さくなるように形成されている、請求項5〜請求項7のいずれかに記載の燃料電池システム。 The first opening is formed such that a position of the first opening closest to the center of rotation of the plate-like member by the rotation driving unit is a predetermined distance from the center of rotation. And
The said 2nd opening part is formed so that the position farthest from the said rotation center of the said 2nd opening part may become smaller than the said predetermined distance. A fuel cell system according to claim 1.
前記板状部材には、前記主表面から前記裏面に貫通する第1の開口部が形成されており、
前記第1の開口部の形状は、前記回転駆動手段によって前記板状部材が前記軸を中心として回転するときに、前記主表面側の空気を前記裏面側に強制的に移動させるような形状に選ばれている、請求項1〜請求項3のいずれかに記載の燃料電池システム。 The plate member has a back surface parallel to the main surface,
The plate-like member has a first opening penetrating from the main surface to the back surface,
The shape of the first opening is such that the air on the main surface side is forcibly moved to the back surface side when the plate-like member is rotated about the axis by the rotation driving means. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel cell system is selected.
前記第1の開口部は、当該第1の開口部の、前記回転の中心から最も遠い位置が、前記所定の距離よりも小さくなるように形成されている、請求項11又は請求項12に記載の燃料電池システム。 The second opening is formed such that a position of the first opening closest to the center of rotation of the plate-like member by the rotation driving unit is a predetermined distance from the center of rotation. And
The first opening is formed so that a position of the first opening farthest from the center of rotation is smaller than the predetermined distance. Fuel cell system.
水分を透過しない材料で形成された、主表面を有する基板と、
前記基板の前記主表面上に形成された親水層とを含み、
前記親水層の表面が、前記板状部材の前記主表面を形成する、請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。 The plate-like member is
A substrate having a main surface formed of a material that does not transmit moisture;
A hydrophilic layer formed on the main surface of the substrate,
The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein a surface of the hydrophilic layer forms the main surface of the plate-like member.
前記燃料電池システムはさらに、前記板状部材の周囲に、前記板状部材の周縁から所定の距離だけ離して配置された円筒形状の第1の多孔質体を含む、請求項1に記載の燃料電池システム。 The plate-like member is a disc-like member,
2. The fuel according to claim 1, wherein the fuel cell system further includes a cylindrical first porous body disposed around the plate-like member at a predetermined distance from a peripheral edge of the plate-like member. Battery system.
前記第1の多孔質体の前記第2の端部の内周からは、前記板状部材の周縁よりも前記回転の中心に近い位置まで張出した張出部分が形成されている、請求項20に記載の燃料電池システム。 The cylindrical first porous body has a first end on the first surface side and a second end on the second surface side,
21. An overhanging portion is formed from the inner periphery of the second end portion of the first porous body so as to project to a position closer to the center of rotation than the periphery of the plate-like member. The fuel cell system described in 1.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 23, wherein the first surface of the fuel cell structure is water-repellent.
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