JP5007622B2 - Fuel cell and electronic device equipped with the same - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池及びこれを搭載した電子機器に関する。さらに詳しくは、燃料電池による発電を安定して行うための各種機器をコンパクトに収納した燃料電池及びこれを搭載した電子機器に関する。   The present invention relates to a fuel cell and an electronic device equipped with the same. More specifically, the present invention relates to a fuel cell in which various devices for stably generating power by the fuel cell are housed in a compact manner and an electronic device equipped with the fuel cell.

燃料電池は、例えば水素ガスの如き燃料と空気に含まれる酸素の如き酸化剤を電気化学的に反応させることにより発電を行う発電素子である。燃料電池は、発電により生成される生成物が水であることから環境を汚染することがない発電素子として近年注目されており、例えば自動車を駆動するための駆動電源として使用する試みも行われている。   A fuel cell is a power generating element that generates power by electrochemically reacting a fuel such as hydrogen gas and an oxidant such as oxygen contained in air. In recent years, fuel cells have attracted attention as power generation elements that do not pollute the environment because the product generated by power generation is water. For example, attempts have been made to use them as drive power sources for driving automobiles. Yes.

さらに、上述の自動車駆動用の駆動電源に止まらず、例えばノート型パソコン、携帯電話及びPDAなどの携帯型電子機器の駆動電源としての燃料電池の開発も活発に行われている。このような燃料電池においては、所要の電力を安定して出力できると共に携帯可能なサイズ及び重量とされることが重要となり、各種技術開発が盛んに行われている。   Furthermore, not only the above-described driving power source for driving automobiles but also fuel cells are actively developed as driving power sources for portable electronic devices such as notebook computers, mobile phones, and PDAs. In such a fuel cell, it is important that the required power can be stably output and the size and weight are portable, and various technological developments are actively conducted.

また、燃料電池は発電セル(単位セル)を複数結合させることにより、出力される電力量を高めることが可能であり、例えば固体高分子電解質膜の両面に電極を形成してなる接合体をセパレータで挟みこんで発電セルを形成し、これら発電セルが積層されたスタック構造を有する燃料電池も開発されている。   In addition, a fuel cell can increase the amount of output power by combining a plurality of power generation cells (unit cells). For example, a joined body in which electrodes are formed on both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane is used as a separator. A fuel cell having a stack structure in which a power generation cell is formed by sandwiching the power generation cells and these power generation cells are stacked has been developed.

なお、以上の説明に関連するものとして、以下の先行技術文献が挙げられる(特許文献1〜8)。
特開平9−312165号公報 特開2002−231292号公報 特開平10−162842号公報 特開2000−251908号公報 国際公開第01/13441号パンフレット 特開2002−313381号公報 特開2001−256988号公報 特開平10−64567号公報
In addition, the following prior art documents are mentioned as a thing relevant to the above description (patent documents 1-8).
JP 9-31165 A JP 2002-231292 A JP-A-10-162842 JP 2000-251908 A International Publication No. 01/13441 Pamphlet JP 2002-313381 A Japanese Patent Laid-Open No. 2001-256888 JP-A-10-64567

ところで、上述の如き燃料電池によって発電を行う際には、固体高分子電解質膜にプロトンを伝導させることが必要となり、固体高分子電解質膜が適度に吸湿していることが重要となる。   By the way, when generating electricity with the fuel cell as described above, it is necessary to conduct protons to the solid polymer electrolyte membrane, and it is important that the solid polymer electrolyte membrane absorbs moisture appropriately.

しかしながら、燃料電池における発電反応は発熱反応であり、発電反応が活発に行われる部分は高温となり易い。このため、固体高分子電解質膜に含まれる水分量が燃料電池の駆動と共に減少し、燃料電池における安定した発電に支障をきたす場合がある。   However, the power generation reaction in the fuel cell is an exothermic reaction, and the portion where the power generation reaction is actively performed tends to be high temperature. For this reason, the amount of water contained in the solid polymer electrolyte membrane decreases with the driving of the fuel cell, which may hinder stable power generation in the fuel cell.

一方、発電を行う際には電気化学的な反応によって水が生成されることになるが、セパレータに形成された燃料ガスの流路に水が蓄積された場合、水によって流路が閉塞され燃料ガスが円滑に流路内を流動しない不具合が生じる。流路内で燃料ガスが円滑に流動しない場合には、燃料ガスを接合体の面内に十分に供給することが困難となり、燃料電池による発電を十分に行うことができない問題点が生じることになる。   On the other hand, when power is generated, water is generated by an electrochemical reaction. However, when water is accumulated in the flow path of the fuel gas formed in the separator, the flow path is blocked by the water and the fuel is blocked. There arises a problem that the gas does not flow smoothly in the flow path. If the fuel gas does not flow smoothly in the flow path, it becomes difficult to sufficiently supply the fuel gas to the surface of the joined body, and there is a problem that power generation by the fuel cell cannot be performed sufficiently. Become.

上述した2つの問題点は、燃料電池による発電の際にかかる燃料電池の温度上昇の抑制と燃料電池に含まれる水分量の制御を両立させることが困難であることを示しており、これら問題点を同時に解決することができる技術が求められている。特に、スタック構造を有する燃料電池では、複数のセパレータに形成された流路に円滑に燃料ガスを流動させると共に燃料電池を構成する接合体を適度に吸湿させた状態とするようにかかる燃料電池の外部から酸素を含む空気を取り込み、所要の電力を安定して出力することができる技術が求められている。   The two problems described above indicate that it is difficult to achieve both the suppression of the temperature rise of the fuel cell and the control of the amount of water contained in the fuel cell during power generation by the fuel cell. There is a need for technology that can solve these problems simultaneously. In particular, in a fuel cell having a stack structure, the fuel cell is configured to smoothly flow fuel gas through a flow path formed in a plurality of separators and appropriately absorb moisture in a joined body constituting the fuel cell. There is a need for a technology that can take in air containing oxygen from the outside and stably output the required power.

また、携帯可能な電子機器を駆動させるために燃料電池を用いる場合には、かかる燃料電池も携帯可能であることが望ましく、安定して発電を行うことができると共に小型化された燃料電池も求められている。   Further, when a fuel cell is used to drive a portable electronic device, it is desirable that the fuel cell is also portable, and there is also a need for a fuel cell that can stably generate power and can be downsized. It has been.

よって、本発明は上述したこれら問題点に鑑みてなされたものであり、燃料電池を駆動するための各種機器をコンパクトに収納した燃料電池及びこれを搭載した電子機器を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of these problems described above, and aims to provide an electronic apparatus mounting a fuel cell and which is accommodated in a compact various devices for driving the fuel cell To do.

本発明にかかる燃料電池は、電解質とこの電解質を挟持する2枚の電極とからなる接合体と、複数の接合体の間に設けられたセパレータとからなる発電部を備えると共に、上記セパレータには、このセパレータの片面に設けられた燃料流路と、その反対面に設けられた酸化剤ガス流路とが設けられ、この酸化剤ガス流路が、セパレータの一辺から他辺へと設けられ、酸化剤ガス流路の少なくとも一端の開口部に酸化剤ガスを吸入させる、または開口部から酸化剤ガスを排気させるための酸化剤ガス流動手段が設けられ、冷却手段が設けられ、酸化ガス流動手段および冷却手段の駆動を制御するための環境条件を検知する検知手段が設けられると共に、検知手段は、酸化剤ガスの温度を検出する温度検出手段と、酸化剤ガスの湿度を検出する湿度検出手段とを有し、温度検出手段により検出される温度と湿度検出手段により検出される湿度とに基づいて定められる発電部の温度および発電部に残留する水分量が、発電部の適正温度および発電部に残留する適正水分量により規定される発電部の安定領域から外れた場合、安定領域の内部となるように、酸化剤ガス流動手段と冷却手段とが互いに独立して駆動され、かつ、発電部に残留する水分量が過剰な場合には、酸化剤ガス流動手段により過剰な水分を空気と共に排出するものである。 A fuel cell according to the present invention includes a power generation unit including a joined body including an electrolyte and two electrodes sandwiching the electrolyte, and a separator provided between the plurality of joined bodies. A fuel flow path provided on one side of the separator and an oxidant gas flow path provided on the opposite side thereof, the oxidant gas flow path being provided from one side of the separator to the other side, An oxidant gas flow means for sucking oxidant gas into at least one opening of the oxidant gas flow path or exhausting oxidant gas from the opening is provided, a cooling means is provided, and an oxidant gas flow means is provided. and with detection means for detecting environmental conditions for controlling the driving of the cooling means is provided, detecting means includes temperature detecting means for detecting the temperature of the oxidant gas, humidity detecting the humidity of the oxidizing gas And a detecting means, the amount of water remaining in the temperature and the power generation unit of the power generation unit is determined based on the humidity detected by the temperature and humidity detecting means detected by the temperature detection means, the proper temperature of the power generation unit and When the power generation unit deviates from the stable region defined by the appropriate amount of moisture remaining in the power generation unit, the oxidant gas flow unit and the cooling unit are driven independently from each other so as to be inside the stable region, and When the amount of water remaining in the power generation unit is excessive, excess water is discharged together with air by the oxidant gas flow means.

本発明にかかる電子機器は、上記燃料電池を備え、この燃料電池から電力を供給されることにより駆動されるものであるElectronic device according to the present invention includes the fuel cell, and are driven by being supplied with electric power from the fuel cell.

本発明にかかる燃料電池によれば、電解質とこの電解質を挟持する2枚の電極とからなる接合体と、複数の接合体の間に設けられたセパレータとからなる発電部を備えると共に、上記セパレータには、このセパレータの片面に設けられた燃料流路と、その反対面に設けられた酸化剤ガス流路とが設けられ、この酸化剤ガス流路が、セパレータの一辺から他辺へと設けられているようにしたので、発電を行うための各種機器を燃料電池にコンパクトに収納することが可能であり、かかる燃料電池を小型化することができる。 According to the fuel cell of the present invention, the separator includes a power generation unit including a joined body including an electrolyte and two electrodes sandwiching the electrolyte, and a separator provided between the plurality of joined bodies. Is provided with a fuel flow path provided on one side of the separator and an oxidant gas flow path provided on the opposite side, and the oxidant gas flow path is provided from one side of the separator to the other side. Therefore, various devices for generating power can be stored in the fuel cell in a compact manner, and the fuel cell can be miniaturized.

さらに、本発明にかかる電子機器によれば、携帯可能なサイズとされた燃料電池を搭載することにより携帯型電子機器においても燃料電池による駆動を行うことができ、所要の電子機器に燃料電池を搭載することが可能となる。   Furthermore, according to the electronic device according to the present invention, a fuel cell having a portable size can be mounted so that the portable electronic device can be driven by the fuel cell. It can be installed.

以下本実施形態の燃料電池及び電子機器について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, the fuel cell and the electronic device of this embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

図1に示すように、燃料電池1は、筐体10、制御基板20、発電部30、冷却ファン51、空気供給ファン52,53、水素パージバルブ54、レギュレータ55及び手動バルブ56を備える。また、燃料電池1は、水素ガスを吸蔵させた水素吸蔵カートリッジ60から供給される水素ガスを受け取り、発電を行う。   As shown in FIG. 1, the fuel cell 1 includes a housing 10, a control board 20, a power generation unit 30, a cooling fan 51, air supply fans 52 and 53, a hydrogen purge valve 54, a regulator 55, and a manual valve 56. Further, the fuel cell 1 receives the hydrogen gas supplied from the hydrogen storage cartridge 60 that stores the hydrogen gas, and generates power.

図1及び図2に示すように、筐体10は略直方体形状の外形を有し、燃料電池1に搭載される各種機器を覆うように内部が空洞とされると共に底面が開放されている。筐体10は排気口11,12及び13、吸気口14,15を備え、筐体10の上面の端部は排気口11,12,13が形成された側面に向かう傾斜面とされる。図2(a)によれば、排気口11と排気口12,13とは筐体10の一の側面に隣接するように形成され、発電部30を冷却するために燃料電池1内で流動された空気と発電部30による発電反応後の空気とが排気口11と排気口12,13とからそれぞれ排出される。排気口11は、後述する放熱フィン33から熱を放熱させるための空気が燃料電池1から排出されるための空気の出口である。さらに、排気口11は、筐体10の側面に略矩形状に開口し、上下方向に複数形成されている。また、排気口12、13は発電部30が発電を行う際にかかる発電部30に供給された空気が排出されるための出口とされ、筐体10の側面に矩形状に開口し、排気口11に沿って上下方向に複数形成されている。また、排気口11,12,13は筐体10の側面の上下方向に沿って順次長手方向の寸法が短くなるように形成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the casing 10 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and the inside is hollow and the bottom is open so as to cover various devices mounted on the fuel cell 1. The housing 10 includes exhaust ports 11, 12 and 13, and intake ports 14, 15, and an end portion of the upper surface of the housing 10 is inclined to a side surface where the exhaust ports 11, 12, 13 are formed. According to FIG. 2A, the exhaust port 11 and the exhaust ports 12 and 13 are formed so as to be adjacent to one side surface of the housing 10, and are flowed in the fuel cell 1 to cool the power generation unit 30. The air and the air after the power generation reaction by the power generation unit 30 are discharged from the exhaust port 11 and the exhaust ports 12 and 13, respectively. The exhaust port 11 is an air outlet through which air for radiating heat from the radiating fins 33 described later is discharged from the fuel cell 1. Furthermore, the exhaust port 11 is opened in a substantially rectangular shape on the side surface of the housing 10, and a plurality of exhaust ports 11 are formed in the vertical direction. Further, the exhaust ports 12 and 13 are outlets for discharging air supplied to the power generation unit 30 when the power generation unit 30 generates power, and are opened in a rectangular shape on the side surface of the housing 10. 11 are formed in the vertical direction along the line 11. Further, the exhaust ports 11, 12, and 13 are formed so that the length in the longitudinal direction becomes shorter along the vertical direction of the side surface of the housing 10.

さらに、図2(b)によれば、吸気口14,15は、筐体10の排気口11及び排気口12,13が形成された筐体10の側面と対面する側面に形成され、吸気口14,15から発電部30を冷却するための空気と発電部30による発電反応に供される酸素を含む空気とがそれぞれ燃料電池1内に取り込まれる。吸気口14は、後述する放熱フィン33から熱を放熱させるための空気が燃料電池1に取り込まれるための空気の取り込み口であり、筐体10の側面に略矩形状に開口し、上下方向に複数形成されている。また、吸気口15は、発電部30が発電を行う際にかかる発電部30に供給される空気が取り込まれるための取り込み口とされ、同じく筐体10の側面に略矩形状に開口し、吸気口14に沿って上下方向に複数形成されている。   Further, according to FIG. 2 (b), the air inlets 14 and 15 are formed on the side surface facing the side surface of the housing 10 in which the air exhaust port 11 and the air exhaust ports 12 and 13 of the housing 10 are formed. The air for cooling the power generation unit 30 from 14 and 15 and the air containing oxygen used for the power generation reaction by the power generation unit 30 are respectively taken into the fuel cell 1. The intake port 14 is an air intake port through which air for radiating heat from the heat radiating fins 33, which will be described later, is taken into the fuel cell 1. The intake port 14 opens in a substantially rectangular shape on the side surface of the housing 10 and extends vertically. A plurality are formed. The intake port 15 is an intake port for taking in air supplied to the power generation unit 30 when the power generation unit 30 performs power generation. The intake port 15 is also opened in a substantially rectangular shape on the side surface of the housing 10, A plurality is formed in the vertical direction along the mouth 14.

さらに、図1、図2(c)及び(d)に示すように、筐体10の一の端面には燃料電池1と外部との間で各種信号を送受信するための配線が通される接続孔16を形成することができる。さらに、他の端面にも所要の接続孔18を形成することもできる。   Further, as shown in FIGS. 1, 2 (c) and 2 (d), a connection through which various signals are transmitted and received between the fuel cell 1 and the outside is passed through one end face of the housing 10. Holes 16 can be formed. Furthermore, the required connection hole 18 can also be formed in the other end surface.

また、図1に示すように、制御基板20には燃料電池1を構成する各種機器を制御するための制御回路が形成され、かかる制御基板20は発電部30の上側に配設される。制御回路の詳細については図中において詳細に示さないが、例えば冷却ファン51、空気供給ファン52,53の駆動の制御、或いは水素パージバルブ54の開閉動作の制御回路、発電部30により出力される電圧を昇圧するDC/DCコンバータの如き電圧変換回路、さらに後述するセンサにて検知された温度や湿度などの各種環境条件を取得することにより各種機器の駆動に関する指示を制御基板20に実装された回路に行わせることもできる。また、本例の燃料電池1においては燃料電池1内に制御基板20が配設されるが、燃料電池1の外部に配設去れていても良く、例えば、燃料電池1から駆動用の電力が提供される各種電子機器が制御基板20を備えることもできる。   Further, as shown in FIG. 1, a control circuit for controlling various devices constituting the fuel cell 1 is formed on the control board 20, and the control board 20 is disposed on the upper side of the power generation unit 30. Although details of the control circuit are not shown in detail in the drawing, for example, control of driving of the cooling fan 51 and air supply fans 52 and 53, or control circuit of opening and closing operation of the hydrogen purge valve 54, voltage output by the power generation unit 30 A voltage conversion circuit such as a DC / DC converter for boosting the voltage, and a circuit in which instructions relating to driving of various devices are mounted on the control board 20 by acquiring various environmental conditions such as temperature and humidity detected by a sensor described later. Can also be done. Further, in the fuel cell 1 of this example, the control board 20 is disposed in the fuel cell 1, but may be disposed outside the fuel cell 1, for example, driving power from the fuel cell 1. Various electronic devices to be provided may include the control board 20.

次に、図1、図3、図4及び図5を参照しながら発電部30について詳細に説明する。図1及び図3に示すように、発電部30は略直方体形状を有し、冷却ファン51、空気供給ファン52,53に臨む側面39に対向する側面の一部が発電部30の上下方向に沿って矩形状に切り欠かれた形状とされ、基台57に配設される。また、発電部30の側面39に沿って、冷却ファン51、空気供給ファン52,53が隣接するように配設されている。このように配設された冷却ファン51は放熱フィン33から熱を放熱させる。また、空気供給ファン52,53は開口部34に臨むように配設されており、かかる開口部34を介して発電部30内で空気を流動させる。   Next, the power generation unit 30 will be described in detail with reference to FIGS. 1, 3, 4, and 5. As shown in FIGS. 1 and 3, the power generation unit 30 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and a part of the side surface facing the side surface 39 facing the cooling fan 51 and the air supply fans 52 and 53 extends in the vertical direction of the power generation unit 30. The shape is cut into a rectangular shape along the base 57 and disposed on the base 57. A cooling fan 51 and air supply fans 52 and 53 are disposed adjacent to each other along the side surface 39 of the power generation unit 30. The cooling fan 51 arranged in this way dissipates heat from the radiation fins 33. The air supply fans 52 and 53 are arranged so as to face the opening 34, and allow air to flow in the power generation unit 30 through the opening 34.

また、本例の発電部30は9枚のセパレータ31の間にそれぞれ接合体32が挟みこまれ、発電を行う発電セルが8個直列に接続された構造を有している。かかる発電セルは1素子で約0.6Vの電圧を出力することができるため、発電部30の全体では4.8Vの電圧を出力することが可能である。また、発電部30は約2Aの電流を流すことが可能であり出力される電力は理想的には9.6Wとなるが、発電反応における発熱などによって実際の出力電力は理想的な出力電力の約7割である約6.7Wとされる。しかしながら、後述するように接合体32に含まれる水分量の調整や発電部30への水素ガスの円滑な供給によりさらに出力電力を高めることができる。また、発電部30を形成する発電セルは本例のように8素子に限定するものではなく、各種電子機器を駆動するために必要とされる出力電力に合わせて所要の数の発電セルにより発電部30を形成することもできる。発電部30の側面39には各セパレータ31に形成された開口部34が臨み、後述するように発電部30の側面39の反対側の側面にも各開口部34に対応するように開口部40が形成されている。開口部34と、開口部34が臨む側面39と反対側の側面に臨む開口部40により、発電部30に対する酸素を含む空気の給排気が行われる。   In addition, the power generation unit 30 of this example has a structure in which the joined bodies 32 are sandwiched between nine separators 31 and eight power generation cells for generating power are connected in series. Since such a power generation cell can output a voltage of about 0.6 V with one element, the power generation unit 30 as a whole can output a voltage of 4.8 V. The power generation unit 30 can pass a current of about 2 A, and the output power is ideally 9.6 W, but the actual output power is the ideal output power due to heat generation in the power generation reaction. It is about 6.7 W, which is about 70%. However, as will be described later, the output power can be further increased by adjusting the amount of water contained in the joined body 32 and smoothly supplying the hydrogen gas to the power generation unit 30. Further, the power generation cells forming the power generation unit 30 are not limited to eight elements as in this example, and power generation is performed by a required number of power generation cells according to output power required to drive various electronic devices. The part 30 can also be formed. An opening 34 formed in each separator 31 faces the side surface 39 of the power generation unit 30, and an opening 40 is formed on the side surface opposite to the side surface 39 of the power generation unit 30 so as to correspond to each opening 34 as described later. Is formed. Supply and exhaust of oxygen-containing air to and from the power generation unit 30 is performed by the opening 34 and the opening 40 facing the side surface opposite to the side surface 39 facing the opening 34.

続いて、図4及び図5を参照しながら発電部30についてさらに詳細に説明する。図4に示すように、セパレータ31により挟み込まれる接合体32は、吸湿した際にイオン伝導性を有する固体高分子電解質膜36及びかかる固体高分子電解質膜36を両面から挟み込む電極37から形成される。さらに、スタック構造を形成した際にセパレータ31と接合体32との間を封止する封止部材35が接合体32の周縁付近に配置されている。封止部材35は、セパレータ31の周縁部と接合体32の周縁部とを十分に絶縁することができる材質を用いれば良い。固体高分子電解質膜36としては、例えばスルホン酸系の固体高分子電解質膜を用いることができる。電極37は、発電反応を促進するための白金の如き触媒が担持された電極を用いることもできる。発電部30を構成する発電セルは2枚のセパレータ31とかかるセパレータ31に挟み込まれる接合体32によって形成され、例えば、図4には直列に接続される2つの発電セル50が示されている。   Next, the power generation unit 30 will be described in more detail with reference to FIGS. 4 and 5. As shown in FIG. 4, the joined body 32 sandwiched between the separators 31 is formed of a solid polymer electrolyte membrane 36 having ion conductivity when moisture is absorbed and an electrode 37 sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 36 from both sides. . Further, a sealing member 35 that seals between the separator 31 and the joined body 32 when the stack structure is formed is disposed near the periphery of the joined body 32. The sealing member 35 may be made of a material that can sufficiently insulate the peripheral edge of the separator 31 and the peripheral edge of the joined body 32. As the solid polymer electrolyte membrane 36, for example, a sulfonic acid-based solid polymer electrolyte membrane can be used. As the electrode 37, an electrode on which a catalyst such as platinum for promoting a power generation reaction can be used. A power generation cell constituting the power generation unit 30 is formed by two separators 31 and a joined body 32 sandwiched between the separators 31. For example, FIG. 4 shows two power generation cells 50 connected in series.

さらに、図4及び図5に示すように、発電部30を構成するセパレータ31は、流路43、セパレータ31の流路43が形成された面の裏面側に形成された流路38、流路43に接続された供給孔42及び排出孔41、流路43と供給孔42を接続する接続部45、流路43と排出孔41とを接続する接続部46、さらに放熱フィン33を備える。   Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the separator 31 constituting the power generation unit 30 includes a flow path 43, a flow path 38 formed on the back side of the surface on which the flow path 43 of the separator 31 is formed, a flow path 43, a supply hole 42 and a discharge hole 41 connected to 43, a connection part 45 connecting the flow path 43 and the supply hole 42, a connection part 46 connecting the flow path 43 and the discharge hole 41, and a radiation fin 33.

図5(a)に示すように、流路43は、燃料ガスとされる水素ガスをセパレータ31の面内に流すための面内流路とされる。流路43は発電反応の効率を高めるためにセパレータ31の表面内を蛇行するように形成されており、水素ガスが電極37全体に供給されるような形状とされる。供給孔42は、発電部30の外部に設けられた水素吸蔵カートリッジ60の如き水素ガス貯蔵部から流路43に水素ガスを供給する際の水素ガスの流路とされる。接続部45は流路43と供給孔42とを接続し、流路43に水素ガスを供給する。また、接続部46は流路43と排出孔41とを接続し、流路43から発電反応後の水素ガスを排出する。本例のセパレータ31においては、接続部45,46の断面積は各セパレータ31と接合体32とによりスタック構造を形成した際の流路43の断面積より小さくなるように形成され、例えば接続部45,46の幅が流路43の幅より狭くなるように形成される。さらに、接続部45の幅を接続部46の幅より狭くなるように形成し、流路43への水素ガスの入口側の幅を出口側の幅より狭くしておく。   As shown in FIG. 5A, the flow path 43 is an in-plane flow path for flowing hydrogen gas, which is a fuel gas, in the plane of the separator 31. The flow path 43 is formed so as to meander in the surface of the separator 31 in order to increase the efficiency of the power generation reaction, and is configured such that hydrogen gas is supplied to the entire electrode 37. The supply hole 42 is a flow path for hydrogen gas when hydrogen gas is supplied to the flow path 43 from a hydrogen gas storage section such as the hydrogen storage cartridge 60 provided outside the power generation section 30. The connecting portion 45 connects the flow path 43 and the supply hole 42 and supplies hydrogen gas to the flow path 43. The connecting portion 46 connects the flow path 43 and the discharge hole 41, and discharges hydrogen gas after the power generation reaction from the flow path 43. In the separator 31 of this example, the cross-sectional areas of the connection portions 45 and 46 are formed so as to be smaller than the cross-sectional area of the flow path 43 when the stack structure is formed by each separator 31 and the joined body 32. The widths 45 and 46 are formed to be narrower than the width of the flow path 43. Furthermore, the width of the connection portion 45 is formed to be narrower than the width of the connection portion 46, and the width of the hydrogen gas inlet side to the flow path 43 is made smaller than the width of the outlet side.

また、供給孔42及び排出孔41は、スタック構造を形成した際に積層される各セパレータ31の間で接続され、水素ガスを各セパレータ31に供給する供給路と発電後の水素ガスを排出するための排出路を形成する。流路43に水が蓄積された際には、かかる排出路を後述する水素パージバルブ54により大気開放することにより流路43に蓄積された水の供給路側と排出路側とに圧力差を生じさせ、かかる圧力差によって水を排出することができる。さらに、スタック構造を形成した際の任意のセパレータ31の流路43に水が蓄積された場合でも、水が蓄積された流路43内にのみ瞬間的に圧力差を生じさせることが可能であり、水を排出し発電部30に安定して水素ガスを供給することができる。   Further, the supply hole 42 and the discharge hole 41 are connected between the separators 31 stacked when the stack structure is formed, and discharge the hydrogen gas after power generation and the supply path for supplying the hydrogen gas to each separator 31. To form a discharge path. When water is accumulated in the flow path 43, such a discharge path is opened to the atmosphere by a hydrogen purge valve 54 described later, thereby causing a pressure difference between the supply path side and the discharge path side of the water accumulated in the flow path 43, Water can be discharged by this pressure difference. Furthermore, even when water is accumulated in the flow path 43 of any separator 31 when the stack structure is formed, it is possible to instantaneously generate a pressure difference only in the flow path 43 where water is accumulated. The water can be discharged and hydrogen gas can be stably supplied to the power generation unit 30.

さらに、図5(b)に示すように、流路38はセパレータ31の流路43が形成された面の裏面側に形成され、かかる流路38に酸素を含む空気を流すための流路とされる。流路38は、セパレータ31の幅方向に延在するように形成されてセパレータ31の側縁部に開口し、セパレータの長手方向に沿って複数形成されている。また、流路38がセパレータ31の端部にそれぞれ開口する開口部34,40を介して酸素を含む空気が流路38に給排気される。本例のように開口部34,40の幅は流路38の幅より大きめとされ、さらに、流路38の幅を開口部34,40から流路38の奥行き方向に沿って狭めたテーパー形状とすることにより流路38への空気の取りこみ又は流路38から空気を排出する際にこれら空気が円滑に流れるように空気の流路抵抗を低減することができる。また、開口部34,40の高さ方向に関する開口幅も流路38より大きめとし、かかる開口幅を開口部34,40の縦方向及び横方向について流路38の奥行き方向に沿って狭められたテーパー形状としておくことにより、さらに流路抵抗を低減することが可能となる。また、流路38に吸水性を有する吸水部材を配置し、吸水部材をセパレータ31の外部に引き出しておくことにより流路38に蓄積される水をセパレータ31の外部に吸い出すこともできる。   Further, as shown in FIG. 5B, the flow path 38 is formed on the back side of the surface of the separator 31 where the flow path 43 is formed, and a flow path for flowing air containing oxygen through the flow path 38. Is done. The flow path 38 is formed so as to extend in the width direction of the separator 31, opens at a side edge portion of the separator 31, and a plurality of the flow paths 38 are formed along the longitudinal direction of the separator. In addition, air containing oxygen is supplied to and exhausted from the flow path 38 through openings 34 and 40 in which the flow path 38 opens at the end of the separator 31. As in this example, the width of the openings 34 and 40 is larger than the width of the flow path 38, and the width of the flow path 38 is narrowed from the openings 34 and 40 along the depth direction of the flow path 38. By doing so, it is possible to reduce the flow resistance of the air so that the air flows smoothly when the air is taken into the flow path 38 or discharged from the flow path 38. In addition, the opening width in the height direction of the openings 34 and 40 is also made larger than the flow path 38, and the opening width is narrowed along the depth direction of the flow path 38 in the vertical and horizontal directions of the openings 34 and 40. By setting the taper shape, the channel resistance can be further reduced. Further, by arranging a water absorbing member having water absorption in the flow path 38 and pulling out the water absorbing member to the outside of the separator 31, water accumulated in the flow path 38 can be sucked out of the separator 31.

また、燃料電池1においては、図6に示すような構造を有するセパレータ70を用いることもできる。図6(a)はセパレータ70の構造を示す断面図であり、セパレータ70は、上側板状部71、伝熱部72及び下側板状部73を備え、燃料ガスが流路から漏れないように上側板状部71と下側板状部73との間に封止部材74が挟み込まれて形成される。また、封止部材74を上側板上部71や下側板状部73を構成する材質に比べて熱伝導性の高い材質で形成することにより、セパレータ70からの放熱効果を高めることもできる。このよう封止部材74としては、熱伝導率が高い部材が樹脂中に埋め込まれた封止部材が好適であり、例えば、コ・サーム(太陽金網社製商品名)の如き封止部材を用いることができる。   In the fuel cell 1, a separator 70 having a structure as shown in FIG. 6 can also be used. 6A is a cross-sectional view showing the structure of the separator 70. The separator 70 includes an upper plate-like portion 71, a heat transfer portion 72, and a lower plate-like portion 73 so that fuel gas does not leak from the flow path. A sealing member 74 is sandwiched between the upper plate portion 71 and the lower plate portion 73 and formed. Moreover, the heat radiation effect from the separator 70 can be enhanced by forming the sealing member 74 with a material having higher thermal conductivity than the material constituting the upper plate upper portion 71 and the lower plate-like portion 73. As such a sealing member 74, a sealing member in which a member having high thermal conductivity is embedded in a resin is suitable. For example, a sealing member such as Ko-Therm (trade name, manufactured by Taiyo Wire Mesh Co., Ltd.) is used. be able to.

伝熱部72は放熱フィン75まで延在するように形成され、セパレータ70から発電時の熱を放熱する。さらに伝熱部72は、上側板状部71や下側板状部73を形成する材質の熱伝導率に比べて高い熱伝導率を有する材質により形成され、セパレータ70の放熱特性を高めることができる。伝熱部72を形成する材質としては、例えば熱伝導率が比較的高い金属である銅を用いることができる。さらに、耐腐食性が高められた無酸素銅や表面処理がされて耐腐食性が高められた銅板を用いても良い。下側板状部73には、図中垂直方向に延在する流路79が形成されており、酸素を含む空気が流動される際の流路とされる。また、図6(b)に示すように、セパレータ70の端部では上側板状部71と下側板状部73との間に封止部材74が挟まれて伝熱部72が外部から封止され、発電反応による伝熱部72の劣化が抑制される。   The heat transfer section 72 is formed to extend to the heat radiating fins 75 and radiates heat from the separator 70 during power generation. Furthermore, the heat transfer part 72 is formed of a material having a higher thermal conductivity than the material of the material forming the upper plate-like part 71 and the lower plate-like part 73, and can improve the heat dissipation characteristics of the separator 70. . As a material for forming the heat transfer section 72, for example, copper which is a metal having a relatively high thermal conductivity can be used. Furthermore, oxygen-free copper with enhanced corrosion resistance or a copper plate with surface treatment that has been enhanced with corrosion resistance may be used. A flow path 79 extending in the vertical direction in the figure is formed in the lower plate-like portion 73, and is a flow path when air containing oxygen flows. Further, as shown in FIG. 6B, a sealing member 74 is sandwiched between the upper plate-like portion 71 and the lower plate-like portion 73 at the end of the separator 70, and the heat transfer portion 72 is sealed from the outside. Thus, the deterioration of the heat transfer section 72 due to the power generation reaction is suppressed.

図7は、セパレータ70を構成する上側板状部71、伝熱部72及び下側板状部73の平面図である。図7(a)に示すように、上側板状部71には、水素ガスを流動させるための流路78が形成されている。流路78は面内全体に水素ガスを流動させるように面内で蛇行するような形状に形成される。また、上側板状部71は、流路78に水素ガスを供給する供給孔77aと発電反応後の水素ガスを排出するための排出孔76aが形成されている。また、図7(b)に示すように、伝熱部72は略板状とされて、下側板状部73に嵌め込まれている。伝熱部72は、放熱フィン75まで延在され、セパレータ70から熱を放熱する。さらに、下側板状部73の端部には伝熱部72を外部と隔絶するように封止部材74が配置され、かかる下側板状部73と上側板状部71とにより伝熱部72が挟み込まれて一体のセパレータ70が形成される。また、下側板状部73には、封止部材74には供給孔77a及び排出孔76aと位置合わせされた供給孔77b及び排出孔76bが形成されている。さらに、下側板状部73にも供給孔77a,77b及び排出孔76a,76bに合わせて孔部を形成しておくことにより、セパレータ70を組み上げた際に一体とされる供給孔及び排出孔を形成することができる。さらに、図7(c)に示すように、下側板状部73の裏面側には酸素を含む空気を流動させる流路79が形成されると共に水素ガスを流路78に供給する供給孔77cと水素ガスを排出する排出孔76cが形成されている。   FIG. 7 is a plan view of the upper plate-like portion 71, the heat transfer portion 72, and the lower plate-like portion 73 constituting the separator 70. As shown in FIG. 7A, the upper plate-like portion 71 is formed with a flow path 78 for flowing hydrogen gas. The channel 78 is formed in a shape that meanders in the plane so that hydrogen gas flows throughout the plane. Further, the upper plate portion 71 is provided with a supply hole 77a for supplying hydrogen gas to the flow path 78 and a discharge hole 76a for discharging the hydrogen gas after the power generation reaction. Further, as shown in FIG. 7B, the heat transfer portion 72 has a substantially plate shape and is fitted into the lower plate portion 73. The heat transfer section 72 extends to the heat radiating fins 75 and radiates heat from the separator 70. Further, a sealing member 74 is disposed at the end of the lower plate-like portion 73 so as to isolate the heat transfer portion 72 from the outside. The lower plate-like portion 73 and the upper plate-like portion 71 form the heat transfer portion 72. The integrated separator 70 is formed by being sandwiched. In the lower plate-like portion 73, a supply hole 77b and a discharge hole 76b aligned with the supply hole 77a and the discharge hole 76a are formed in the sealing member 74. Further, by forming holes in the lower plate-like portion 73 in accordance with the supply holes 77a and 77b and the discharge holes 76a and 76b, the supply holes and the discharge holes that are integrated when the separator 70 is assembled are provided. Can be formed. Further, as shown in FIG. 7C, a flow path 79 for flowing air containing oxygen is formed on the back surface side of the lower plate-shaped portion 73, and supply holes 77 c for supplying hydrogen gas to the flow path 78 are formed. A discharge hole 76c for discharging hydrogen gas is formed.

次に、図8を参照しながら本例の燃料電池1により給排気される空気の流れについて詳細に説明する。図8に示すように、燃料電池1は、すでに説明したように発電部30の開口部34が臨む側面39に沿って隣接するように配設された冷却ファン51、空気供給ファン52,53を有す。さらに、冷却ファン51によりかかる燃料電池1の外部から取りこまれる空気の温度を検知する温度センサ64及び湿度を検知する湿度センサ65、空気供給ファン52,53により発電部30から排出される空気の温度を検知する温度センサ61及び湿度を検知する湿度センサ62を有する。また、発電部30は、かかる発電部30の温度を検知するための温度センサ63を有する。   Next, the flow of air supplied and exhausted by the fuel cell 1 of this example will be described in detail with reference to FIG. As shown in FIG. 8, the fuel cell 1 includes the cooling fan 51 and the air supply fans 52 and 53 arranged so as to be adjacent to each other along the side surface 39 facing the opening 34 of the power generation unit 30 as described above. Yes. Furthermore, the temperature sensor 64 that detects the temperature of the air taken in from the outside of the fuel cell 1 by the cooling fan 51, the humidity sensor 65 that detects humidity, and the air supply fans 52 and 53, the air discharged from the power generation unit 30. It has a temperature sensor 61 for detecting temperature and a humidity sensor 62 for detecting humidity. Further, the power generation unit 30 includes a temperature sensor 63 for detecting the temperature of the power generation unit 30.

冷却ファン51は、図中矢印で示すように吸気口14から取り込まれた空気を吸気口14から排気口11まで流動させ、燃料電池1の外部に排出する。冷却ファン51が吸気口14と排気口11との間に配設されると共に、冷却ファン51と吸気口14との間に配置された放熱フィン33は冷却ファン51により流動される空気によって熱を放熱する。また、放熱フィン33の近傍に限定されず、燃料電池1内全体にて空気を流動させることにより発電部30を冷却することもできる。   The cooling fan 51 causes the air taken in from the intake port 14 to flow from the intake port 14 to the exhaust port 11 as shown by arrows in the figure, and discharges it to the outside of the fuel cell 1. The cooling fan 51 is disposed between the intake port 14 and the exhaust port 11, and the radiating fins 33 disposed between the cooling fan 51 and the intake port 14 generate heat by the air flowing by the cooling fan 51. Dissipate heat. Moreover, it is not limited to the vicinity of the heat radiating fins 33, and the power generation unit 30 can also be cooled by allowing air to flow throughout the fuel cell 1.

空気供給ファン52,53は、吸気口15、発電部30及び排気口12,13に空気を流動させる。空気供給ファン52,53は、吸気口15から取り込まれる酸素を含む空気を発電部30に流すと共に発電部30における発電反応後に排出される空気を排気口12,13から燃料電池1の外部に排出する。発電部30は図3乃至図5を参照しながら説明したように流路38及び開口部34,40を備え、空気供給ファン52,53は図中矢印で示すように吸気口15から流路38、排気口12,13に至る空気の流れを形成する。また、冷却ファン51によって形成される空気の流れと空気供給ファン52,53とにより形成される空気の流れは互いに独立した空気の流れとすることができる。よって、冷却ファン51と空気供給ファン52,53とを独立して駆動することにより発電部30の冷却と発電部30への空気の供給及び排出とを独立して行うことが可能となる。また、本例の燃料電池1における冷却ファン51、及び空気供給ファン52,53の配置に限定されず、空気を給排気するために複数の発電部の側面に形成された開口部に臨むようにこれら冷却ファン51及び空気供給ファン52,53を配設し、複数の発電部に対して一括して空気の給排気を行うことも可能である。さらに、冷却ファン51及び空気供給ファン52,53を逆回転させ、空気を逆向きに流動させることもできる。   The air supply fans 52 and 53 cause air to flow through the intake port 15, the power generation unit 30, and the exhaust ports 12 and 13. The air supply fans 52 and 53 flow air containing oxygen taken in from the intake port 15 to the power generation unit 30 and exhaust air discharged after the power generation reaction in the power generation unit 30 to the outside of the fuel cell 1 from the exhaust ports 12 and 13. To do. The power generation unit 30 includes the flow path 38 and the openings 34 and 40 as described with reference to FIGS. 3 to 5, and the air supply fans 52 and 53 extend from the intake port 15 to the flow path 38 as indicated by arrows in the drawing. The air flow to the exhaust ports 12 and 13 is formed. In addition, the air flow formed by the cooling fan 51 and the air flow formed by the air supply fans 52 and 53 can be independent air flows. Therefore, by independently driving the cooling fan 51 and the air supply fans 52 and 53, it is possible to independently cool the power generation unit 30 and supply and discharge air to the power generation unit 30. Further, the arrangement is not limited to the arrangement of the cooling fan 51 and the air supply fans 52 and 53 in the fuel cell 1 of the present example, but faces the openings formed on the side surfaces of the plurality of power generation units in order to supply and exhaust air. The cooling fan 51 and the air supply fans 52 and 53 may be provided to supply and exhaust air to and from a plurality of power generation units. Furthermore, the cooling fan 51 and the air supply fans 52 and 53 can be rotated in the reverse direction to cause the air to flow in the reverse direction.

温度センサ61,64,湿度センサ62,65及び温度センサ63は、それぞれ吸気口14から取りこまれる空気の温度及び湿度、排気口12,13から排出される空気の温度及び湿度、並びに発電部30の温度を検知する。温度センサ63は発電部30の略中央部付近に配設され、発電部30が発電を行う際のかかる発電部30の温度を検知する。温度センサ64及び湿度センサ65は吸気口14に近傍で吸気口14から取り込まれる空気の流路を阻害しないように配設される。また、温度センサ61及び湿度センサ62は、空気供給ファン52及び53に臨む発電部30の空気の出口側で空気の流動を阻害しないように配設される。温度センサ63により検知された発電部30の温度に関するデータに基づいて冷却ファン51の駆動の制御が行われ、発電部30は好適な温度条件で駆動される。また、燃料電池1は、温度や湿度に限定されず給排気される空気の圧力を検知する圧力センサを備えることもできる。   The temperature sensors 61 and 64, the humidity sensors 62 and 65, and the temperature sensor 63 are respectively the temperature and humidity of air taken in from the intake port 14, the temperature and humidity of air discharged from the exhaust ports 12 and 13, and the power generation unit 30. Detect the temperature of The temperature sensor 63 is disposed near the substantially central portion of the power generation unit 30 and detects the temperature of the power generation unit 30 when the power generation unit 30 generates power. The temperature sensor 64 and the humidity sensor 65 are arranged in the vicinity of the air inlet 14 so as not to obstruct the flow path of air taken from the air inlet 14. Further, the temperature sensor 61 and the humidity sensor 62 are arranged so as not to inhibit the air flow on the air outlet side of the power generation unit 30 facing the air supply fans 52 and 53. The driving control of the cooling fan 51 is performed based on the data regarding the temperature of the power generation unit 30 detected by the temperature sensor 63, and the power generation unit 30 is driven under a suitable temperature condition. Moreover, the fuel cell 1 can also be provided with the pressure sensor which detects the pressure of the air supplied / exhausted without being limited to temperature and humidity.

さらに、温度センサ64と湿度センサ65により検知された温度及び湿度に基づいて吸気口14から取りこまれた空気の相対湿度が算出されると共に、温度センサ61と湿度センサ62により検知された温度及び湿度に基づいて排気口12,13から排出される空気の相対湿度が算出される。このように吸気口15から取りこまれた空気の相対湿度と排気口12,13から排気された空気の相対湿度との差をとることにより、かかる燃料電池1から排出される水分量を算出することが可能となる。また、これら温度センサ61,64及び湿度センサ62,65は空気の流動を阻害しないように配設されるため、発電部30による発電を支障なく行うこともできる。   Further, the relative humidity of the air taken in from the air inlet 14 is calculated based on the temperature and humidity detected by the temperature sensor 64 and the humidity sensor 65, and the temperature detected by the temperature sensor 61 and the humidity sensor 62 are calculated. Based on the humidity, the relative humidity of the air discharged from the exhaust ports 12 and 13 is calculated. Thus, the amount of moisture discharged from the fuel cell 1 is calculated by taking the difference between the relative humidity of the air taken in from the intake port 15 and the relative humidity of the air exhausted from the exhaust ports 12 and 13. It becomes possible. Moreover, since these temperature sensors 61 and 64 and the humidity sensors 62 and 65 are arrange | positioned so that the flow of air may not be inhibited, the electric power generation by the electric power generation part 30 can also be performed without trouble.

さらにまた、発電部30による発電された出力電力に基づいて発電反応により生成された水分量が算出できる。よって、燃料電池1から排出された水分量と発電反応により生成された水分量との差をとることにより発電部30に残留する水分量を算出することが可能となる。すでに説明したように、発電部30を構成する接合体32を適度に保湿された状態とすることにより安定した発電反応を行うことができることから、発電部30に残留する水分量に関するデータに基づいて空気供給給ファン52,53を駆動し、安定した発電を行うことが可能となる。例えば、発電部30に残留する水分量が過剰な場合には、空気供給ファン52,53の回転数を上げることにより過剰な水分をかかる発電部30から空気と共に排出することができる。また、発電部30の温度を制御するための冷却ファン51と発電部30に残留する水分量を制御する空気供給ファン52,53とを独立して駆動させることができるだけでなく、冷却ファン51による空気の流れと空気供給ファン52,53による空気の流れを独立させることができるため、発電部30に残留する水分量の制御及び発電部30の温度上昇の抑制とを精度良く行うことが可能となる。   Furthermore, the amount of water generated by the power generation reaction can be calculated based on the output power generated by the power generation unit 30. Therefore, it is possible to calculate the amount of water remaining in the power generation unit 30 by taking the difference between the amount of water discharged from the fuel cell 1 and the amount of water generated by the power generation reaction. As already explained, a stable power generation reaction can be performed by setting the joined body 32 constituting the power generation unit 30 to a moderately moisturized state, and therefore, based on data on the amount of moisture remaining in the power generation unit 30. It is possible to drive the air supply and supply fans 52 and 53 to perform stable power generation. For example, when the amount of moisture remaining in the power generation unit 30 is excessive, excess water can be discharged from the power generation unit 30 together with air by increasing the rotation speed of the air supply fans 52 and 53. In addition, the cooling fan 51 for controlling the temperature of the power generation unit 30 and the air supply fans 52 and 53 for controlling the amount of moisture remaining in the power generation unit 30 can be driven independently. Since the air flow and the air flow by the air supply fans 52 and 53 can be made independent, it is possible to accurately control the amount of moisture remaining in the power generation unit 30 and suppress the temperature rise of the power generation unit 30. Become.

さらに、図9を参照しながら発電部30の温度及びかかる発電部30に残留する水分量の制御について具体的に説明する。図中横軸は、発電部30の温度であり、縦軸は発電部30に残留する水分量である。冷却ファン51と空気供給ファン52,53との駆動を制御することにより、発電の際に刻々と変化する発電部30の温度及び残留水分量が図中中央付近の安定領域になるように調整される。   Further, the control of the temperature of the power generation unit 30 and the amount of moisture remaining in the power generation unit 30 will be specifically described with reference to FIG. In the figure, the horizontal axis represents the temperature of the power generation unit 30, and the vertical axis represents the amount of moisture remaining in the power generation unit 30. By controlling the driving of the cooling fan 51 and the air supply fans 52 and 53, the temperature of the power generation unit 30 and the amount of residual moisture, which change every moment during power generation, are adjusted to be in a stable region near the center in the figure. The

例えば、図中Aで示される環境条件は、安定領域の環境条件に対して発電部30の温度が高く且つ発電部30における残留水分量が多い環境条件であり、発電部30の冷却及び残留する水分量の低減が必要とされる。このような場合、空気供給ファン52,53の回転数を上げることにより発電部30に残留する水分量が低減されると共に冷却ファン51の回転数を上げることにより発電部30がさらに冷却され、Aで示される環境条件から安定した発電を行うことができる安定領域に温度及び水分量が調整される。   For example, the environmental condition indicated by A in the figure is an environmental condition in which the temperature of the power generation unit 30 is higher and the amount of residual moisture in the power generation unit 30 is larger than the environmental condition in the stable region, and the power generation unit 30 is cooled and remains. Reduction of moisture content is required. In such a case, the amount of moisture remaining in the power generation unit 30 is reduced by increasing the rotation speed of the air supply fans 52 and 53, and the power generation section 30 is further cooled by increasing the rotation speed of the cooling fan 51. The temperature and the amount of water are adjusted to a stable region where stable power generation can be performed from the environmental conditions indicated by.

また、図中Bで示される環境条件は、安定条件に対して発電部30の温度が低く且つ発電部30に残留する水分量が多い環境条件とされる。このような場合、空気供給ファン52,53の回転数を上げることにより発電部30に残留する水分量が低減されると共に冷却ファン51の回転数を下げることにより発電部30に対する冷却が抑制され、Bで示される環境条件から安定した発電を行うことができる安定領域に発電部30の温度及び水分量が調整される。   The environmental condition indicated by B in the figure is an environmental condition in which the temperature of the power generation unit 30 is lower than the stability condition and the amount of moisture remaining in the power generation unit 30 is large. In such a case, the amount of moisture remaining in the power generation unit 30 is reduced by increasing the rotation speed of the air supply fans 52 and 53, and cooling of the power generation unit 30 is suppressed by decreasing the rotation speed of the cooling fan 51. The temperature and moisture content of the power generation unit 30 are adjusted to a stable region where stable power generation can be performed from the environmental conditions indicated by B.

図中Cで示される環境条件は、安定条件に対して発電部30の温度が低く且つ発電部30に残留する水分量が少ない環境条件とされる。このような場合、空気供給ファン52,53の回転数を下げることにより発電部30で生成される水の排出を低減すると共冷却ファン51の回転数を下げることにより発電部30に対する冷却が抑制さる。このような空気供給ファン52,53及び冷却ファン51の駆動の制御によりCで示される環境条件から安定した発電を行うことができる安定領域に発電部30の温度及び水分量が調整される。   The environmental condition indicated by C in the figure is an environmental condition in which the temperature of the power generation unit 30 is lower than the stability condition and the amount of moisture remaining in the power generation unit 30 is small. In such a case, if the discharge of water generated by the power generation unit 30 is reduced by reducing the rotation speed of the air supply fans 52 and 53, the cooling of the power generation section 30 is suppressed by reducing the rotation speed of the co-cooling fan 51. . By controlling the driving of the air supply fans 52 and 53 and the cooling fan 51, the temperature and moisture content of the power generation unit 30 are adjusted to a stable region where stable power generation can be performed from the environmental condition indicated by C.

さらに、図中Dで示される環境条件は、安定条件に対して発電部30の温度が高く且つ発電部30に残留する水分量が少ない環境条件とされる。このような場合、空気供給ファン52,53の回転数を下げることにより発電部30で生成される水の排出を低減すると共に冷却ファン51の回転数を上げることにより発電部30をさらに冷却する。このような空気供給ファン52,53及び冷却ファン51の駆動の制御によりDで示される環境条件から安定した発電を行うことができる安定領域に発電部30の温度及び水分量が調整される。   Furthermore, the environmental condition indicated by D in the figure is an environmental condition in which the temperature of the power generation unit 30 is higher than the stability condition and the amount of moisture remaining in the power generation unit 30 is small. In such a case, the power generation unit 30 is further cooled by reducing the discharge of water generated by the power generation unit 30 by lowering the rotation speed of the air supply fans 52 and 53 and increasing the rotation speed of the cooling fan 51. By controlling the driving of the air supply fans 52 and 53 and the cooling fan 51, the temperature and water content of the power generation unit 30 are adjusted to a stable region where stable power generation can be performed from the environmental condition indicated by D.

このように空気供給ファン52,53及び冷却ファン51を発電部30の温度及び発電部30に残留する水分量に応じて独立して駆動することにより、例えばドライアップの如き発電の際の不具合を生じさせることなく安定した発電を行うことが可能となる。   In this way, by independently driving the air supply fans 52 and 53 and the cooling fan 51 in accordance with the temperature of the power generation unit 30 and the amount of moisture remaining in the power generation unit 30, problems such as dry-up during power generation can be avoided. Stable power generation can be performed without causing it.

次に、図1、図4及び図5を参照しながら、水素パージバルブ54、レギュレータ55及び手動バルブ56について説明する。図1に示すように、水素パージバルブ54、レギュレータ55及び手動バルブ56は、発電部30の端面に沿って隣接して配設される。本例の燃料電池1においては、発電部30の端面側に各種機器を配置するための領域を確保することが可能であり、燃料電池1を安定して駆動させるための各種機器をコンパクトに収納することが可能である。 Next, the hydrogen purge valve 54, the regulator 55, and the manual valve 56 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the hydrogen purge valve 54, the regulator 55, and the manual valve 56 are disposed adjacent to each other along the end surface of the power generation unit 30. In the fuel cell 1 of the present example, it is possible to secure an area for arranging various devices on the end face side of the power generation unit 30, and compactly store various devices for stably driving the fuel cell 1. Is possible.

流路43に蓄積された水を排出する水排出手段とされる水素パージバルブ54は、流路43に接続される排出路を大気開放することにより水が蓄積された流路43から水を排出することができる。流路43が大気開放された際には、流路43に蓄積された水に対する供給路側の水素ガスの圧力と大気開放された排出路側の圧力との間に圧力差が生じ、かかる圧力差によって流路43に蓄積された水が流路43から排出される。このように水素ガスを供給する路側と水素パージバルブ54により大気開放される水の排出路側との間で圧力差を生じさせることにより、発電部30がスタック構造を有する場合でも水が蓄積され水素ガスが流れ難くなっている任意の流路43から水を排出することが可能となり、すべてのセパレータ31の流路43に水素ガスを円滑に流すことができる。また、複数のセパレータ31を有する発電部30に限定されず、単一のセパレータを有する発電部においても同様に水を排出することができる。また、水素パージバルブ54を例えば電磁力を用いた駆動方式により駆動することも可能であり、水素パージバルブ54を駆動させるための電力を発電部30から供給するようにしても良い。   A hydrogen purge valve 54 serving as a water discharge means for discharging water accumulated in the flow path 43 discharges water from the flow path 43 in which water is accumulated by opening the discharge path connected to the flow path 43 to the atmosphere. be able to. When the flow path 43 is opened to the atmosphere, a pressure difference is generated between the pressure of the hydrogen gas on the supply path side with respect to the water accumulated in the flow path 43 and the pressure on the discharge path side opened to the atmosphere. Water accumulated in the flow path 43 is discharged from the flow path 43. In this way, by generating a pressure difference between the side of supplying the hydrogen gas and the side of the water discharging path that is opened to the atmosphere by the hydrogen purge valve 54, water is accumulated even when the power generation unit 30 has a stack structure. It is possible to discharge water from an arbitrary flow path 43 where it is difficult to flow, so that hydrogen gas can flow smoothly into the flow paths 43 of all the separators 31. Moreover, it is not limited to the electric power generation part 30 which has the some separator 31, Water can be discharged | emitted similarly in the electric power generation part which has a single separator. Further, the hydrogen purge valve 54 can be driven by, for example, a driving method using electromagnetic force, and power for driving the hydrogen purge valve 54 may be supplied from the power generation unit 30.

また、水素ガスの圧力制御を行う圧力制御手段とされるレギュレータ55は、水素吸蔵カートリッジ60から供給される水素ガスの圧力を所要の圧力になるように調整し、発電部30に送り出す。例えば、水素吸蔵カートリッジ60から供給される水素ガスの圧力が0.8〜1.0MPa程度である場合、レギュレータ55はこれら水素ガスの圧力を0.05〜0.10MPa程度の圧力に減圧し発電部30に供給することができる。   Further, the regulator 55 serving as a pressure control means for controlling the pressure of the hydrogen gas adjusts the pressure of the hydrogen gas supplied from the hydrogen storage cartridge 60 to a required pressure, and sends it to the power generation unit 30. For example, when the pressure of the hydrogen gas supplied from the hydrogen storage cartridge 60 is about 0.8 to 1.0 MPa, the regulator 55 reduces the pressure of these hydrogen gases to a pressure of about 0.05 to 0.10 MPa to generate power. The unit 30 can be supplied.

さらに水素ガス発電部30に供給するガス供給手段とされる手動バルブ56は、発電部30にて発電を行う際に水素吸蔵カートリッジ60から発電部30に水素ガスを供給するための流路を開放する。これら水素パージバルブ54、レギュレータ55及び手動バルブ56は燃料電池1に安定して発電を行わせるために重要であり、これら機器をコンパクトに燃料電池1に収納することにより燃料電池1全体のサイズを小型化することが可能となる。   Further, the manual valve 56 serving as a gas supply means for supplying the hydrogen gas power generation unit 30 opens a flow path for supplying hydrogen gas from the hydrogen storage cartridge 60 to the power generation unit 30 when the power generation unit 30 generates power. To do. The hydrogen purge valve 54, the regulator 55, and the manual valve 56 are important for causing the fuel cell 1 to stably generate power. By storing these devices in the fuel cell 1 in a compact manner, the overall size of the fuel cell 1 can be reduced. Can be realized.

次に図10乃至図14を参照して、本実施形態の燃料電池装置の具体的な構造について説明する。先ず、図10乃至図12は本例のセパレータ部分についての裏面図、側面図、及び表面図である。   Next, a specific structure of the fuel cell device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. First, FIG. 10 to FIG. 12 are a rear view, a side view, and a front view of the separator portion of this example.

図10乃至図12に図示されるように、セパレータ81はその裏面側に酸素用の流路となる溝83が形成され、その表面側に水素用の流路となる溝86が形成されている。なお、セパレータ81は図示しない発電体を挟んで積層する際には、裏面側が表面側に配されることもある。   As shown in FIGS. 10 to 12, the separator 81 has a groove 83 serving as a flow path for oxygen formed on the back side thereof, and a groove 86 serving as a flow path for hydrogen formed on the front side thereof. . In addition, when the separator 81 is laminated with a power generator (not shown) interposed therebetween, the back surface side may be arranged on the front surface side.

図10に示すように、セパレータ81の酸素供給側面には、当該セパレータ81の幅方向に直線状に延長されている複数の溝83が形成されており、これらの溝83は互いに平行に延長されていることから、セパレータ81の長手方向では溝83と突条部82が交互に位置している。略平板状とされるセパレータ81の長手方向の長さL6は、79.5mmであり、それと直交する方向の幅L8は41mmである。溝83は当該セパレータ81の両端部では幅広となるように開口している。ここで具体的な寸法については、図10において、溝83は平行に延長された中央部分の幅L1は2mmであり、隣接する突条部82の幅L2も2mmである。この溝83は幅広とされた両端部において、テーパー状に開口しており、セパレータ81の厚み方向にも形成されたテーパー部分の開始位置L0は端部から8mmであり、その開始位置L0から2.15°の角度で傾斜するテーパーとなっている。溝83の幅広とされた両端部では、その面内方向では約1mm程度開口幅が広がるように構成されており、溝83の端部での幅L3は3mmであり、隣接する突条部82の幅L4は1mmに先細る形状とされている。この突条部82のテーパー開始位置L9は端部から5.5mmである。なお、中央付近の開口幅L5は螺子孔の影響から2.5mmであり、放熱部84に連続する発電体保持領域の長手方向に幅L10は56.5mm(図11参照)であり、螺子孔間の間隔L7で54.5mmである。   As shown in FIG. 10, a plurality of grooves 83 extending linearly in the width direction of the separator 81 are formed on the oxygen supply side surface of the separator 81, and these grooves 83 are extended in parallel to each other. Therefore, the grooves 83 and the protrusions 82 are alternately positioned in the longitudinal direction of the separator 81. The length L6 in the longitudinal direction of the substantially flat separator 81 is 79.5 mm, and the width L8 in the direction perpendicular thereto is 41 mm. The groove 83 is open so as to be wide at both ends of the separator 81. Here, as for specific dimensions, in FIG. 10, the width L1 of the central portion of the groove 83 extended in parallel is 2 mm, and the width L2 of the adjacent protrusion 82 is also 2 mm. The groove 83 is opened in a tapered shape at both ends that are wide, and the starting position L0 of the tapered portion that is also formed in the thickness direction of the separator 81 is 8 mm from the end, and is 2 from the starting position L0. The taper is inclined at an angle of 15 °. At both ends of the groove 83, the opening width is increased by about 1 mm in the in-plane direction, and the width L3 at the end of the groove 83 is 3 mm. The width L4 is tapered to 1 mm. The taper starting position L9 of the protrusion 82 is 5.5 mm from the end. The opening width L5 near the center is 2.5 mm due to the influence of the screw holes, and the width L10 is 56.5 mm (see FIG. 11) in the longitudinal direction of the power generation body holding region continuous to the heat radiating portion 84. The distance L7 is 54.5 mm.

次に、図11を示すように、セパレータ81の厚み方向の寸法については、放熱部84の厚みT1は1.3mmであり、溝83、86が形成された発電体保持領域では厚みT2が2.3mmである。   Next, as shown in FIG. 11, regarding the dimension in the thickness direction of the separator 81, the thickness T1 of the heat radiating portion 84 is 1.3 mm, and the thickness T2 is 2 in the power generator holding region where the grooves 83 and 86 are formed. .3 mm.

図12に示すように、セパレータ81の水素供給側面87には水素供給孔89から水素排出孔88の間に渡って5往復する蛇行するパターンで延長される溝86が形成されており、この蛇行する溝86の深さは0.6mmであって幅L12は1.0mmであり、折り返し部分の曲率半径は0.9mm(内径)、1.9mm(外径)である。水素供給孔89と水素排出孔88との接続部90では溝86ではそれぞれ細いサイズとなっており、これら水素供給孔89と水素排出孔88はセパレータ81の長手方向の端部から2.25mmの位置を中心として幅1.5mmのサイズであり、且つセパレータ81の長手方向の端部からの細い溝の開始位置L17が6mmであることから、約3mmの長さとなっている。この接続部90での溝の幅L11は0.5mmであり、セパレータ81の幅方向の端部からの水素排出孔88側の接続部90の位置L15は中心位置で7.9mmであり、水素供給孔89側の接続部90の位置L16は中心位置で33.1mmである。また、5往復する蛇行するパターンで延長される溝86の、セパレータ81の長手方向の水素供給孔89と水素排出孔88に近い側の端部から折り返し位置L13は7mmである。また、溝86の折り返し部間の長さL14は42mmである。   As shown in FIG. 12, the hydrogen supply side surface 87 of the separator 81 is formed with a groove 86 extending in a meandering pattern that reciprocates five times from the hydrogen supply hole 89 to the hydrogen discharge hole 88. The depth of the groove 86 is 0.6 mm, the width L12 is 1.0 mm, and the radius of curvature of the folded portion is 0.9 mm (inner diameter) and 1.9 mm (outer diameter). The connecting portion 90 between the hydrogen supply hole 89 and the hydrogen discharge hole 88 has a narrow size in the groove 86, and the hydrogen supply hole 89 and the hydrogen discharge hole 88 are 2.25 mm from the end in the longitudinal direction of the separator 81. Since the size is 1.5 mm in width from the center and the start position L17 of the narrow groove from the end in the longitudinal direction of the separator 81 is 6 mm, the length is about 3 mm. The groove width L11 at this connection portion 90 is 0.5 mm, the position L15 of the connection portion 90 on the hydrogen discharge hole 88 side from the end in the width direction of the separator 81 is 7.9 mm at the center position, and hydrogen The position L16 of the connecting portion 90 on the supply hole 89 side is 33.1 mm at the center position. Further, the folding position L13 is 7 mm from the end of the groove 86 extended in a meandering pattern that reciprocates five times in the longitudinal direction of the separator 81 on the side close to the hydrogen supply hole 89 and the hydrogen discharge hole 88. The length L14 between the folded portions of the groove 86 is 42 mm.

続いて、図13及び図14を参照しながら本例の燃料電池装置の構造についてさらに詳細に説明する。図13は、本例の燃料電池装置100の平面図である。燃料電池装置100は、セパレータ81と発電体とが積層されたスタック構造を有する。図13は、スタック構造を形成する最上部に配される板状部を透視し、発電部90が配される領域にセパレータの表面に形成される溝86が図中破線で示されている。発電部90を形成するセパレータの長手方向の寸法とセパレータから長手方向に延在される放熱部84の長手方向の寸法を合わせた長さL18は78mmであり、セパレータの幅L8は41mmである。放熱部84の端部は図中直線状とされるが、各種配線を通すための切り欠き部が形成されていても良い。また、燃料電池装置100を構成し、発電部90を含む各部を収納する筐体91の長手方向の長さL21は95.5mmであり、幅L20は59mmとされる。筐体91の長手方向の長さL21及び幅L20は燃料電池装置100の長手方向の長さ及び幅とされことから、本例の燃料電池装置100のサイズは平面上で長手方向の長さが95.5mm、幅が59mmとされる。   Next, the structure of the fuel cell device of this example will be described in more detail with reference to FIGS. 13 and 14. FIG. 13 is a plan view of the fuel cell device 100 of this example. The fuel cell device 100 has a stack structure in which a separator 81 and a power generator are stacked. FIG. 13 is a perspective view of a plate-like portion disposed on the uppermost part forming the stack structure, and a groove 86 formed on the surface of the separator in a region where the power generation unit 90 is disposed is indicated by a broken line in the drawing. A length L18, which is a combination of the longitudinal dimension of the separator forming the power generation unit 90 and the longitudinal dimension of the heat dissipating part 84 extending from the separator in the longitudinal direction, is 78 mm, and the separator width L8 is 41 mm. The end of the heat radiating portion 84 is linear in the figure, but a notch for passing various wirings may be formed. In addition, the length L21 in the longitudinal direction of the casing 91 that configures the fuel cell device 100 and houses each part including the power generation unit 90 is 95.5 mm, and the width L20 is 59 mm. Since the length L21 and the width L20 in the longitudinal direction of the casing 91 are the length and width in the longitudinal direction of the fuel cell device 100, the size of the fuel cell device 100 of this example is the length in the longitudinal direction on a plane. The width is 95.5 mm and the width is 59 mm.

さらに、図14を参照しながら本例の燃料電池装置100の構造を具体的に説明する。尚、図14は筐体91を取り外した状態の燃料電池装置100を側面からみた側面図である。発電部90は、セパレータ81を9枚積層してセパレータ81の間に発電体96を挟みこんで形成されるスタック構造を有し、発電セルを8個直列に接続した構造を有する。発電部90は、燃料電池装置100の底部とされる基台98の上に配設された基台95の上に配置される。基台96の底面から発電部90の最上部に配設される板状部の表面までの高さT4は、38.62mmとされる。また、基台96の底面から発電部90の中央部に積層されるセパレータ81の厚み方向の中央までの高さT5は21.78mmとされ、基台96の底面から発電部90の側面側に配設される冷却ファン92、空気供給ファン93,94の中央までの高さと略一致する。基台95、板状部97、積層されたセパレータ81及び発電体96の厚みを合わせた発電体90の高さT6は、33.62mmである。冷却ファン92の高さは、発電部90の最上部に配設された放熱部84と最下部に配設された放熱部84との間の高さと略一致し、放熱部84全体に冷却用の空気を供給することができる。空気供給ファン93,94の高さは、発電部90の最上部の溝82と最下部の溝82との間の高さと略一致し、溝82に全体に酸素を含む空気を十分に供給することができる。   Furthermore, the structure of the fuel cell device 100 of this example will be specifically described with reference to FIG. FIG. 14 is a side view of the fuel cell device 100 with the housing 91 removed, as viewed from the side. The power generation unit 90 has a stack structure in which nine separators 81 are stacked and a power generation body 96 is sandwiched between the separators 81, and eight power generation cells are connected in series. The power generation unit 90 is disposed on a base 95 that is disposed on a base 98 that is the bottom of the fuel cell device 100. A height T4 from the bottom surface of the base 96 to the surface of the plate-like portion disposed on the uppermost portion of the power generation unit 90 is 38.62 mm. The height T5 from the bottom surface of the base 96 to the center in the thickness direction of the separator 81 stacked on the central portion of the power generation unit 90 is 21.78 mm. The height is substantially the same as the height of the cooling fan 92 and the air supply fans 93 and 94 provided. The height T6 of the power generation body 90 including the thickness of the base 95, the plate-like portion 97, the stacked separator 81, and the power generation body 96 is 33.62 mm. The height of the cooling fan 92 substantially coincides with the height between the heat radiating portion 84 disposed at the uppermost portion of the power generation portion 90 and the heat radiating portion 84 disposed at the lowermost portion. Can supply air. The heights of the air supply fans 93 and 94 substantially coincide with the height between the uppermost groove 82 and the lowermost groove 82 of the power generation unit 90, and sufficiently supply air containing oxygen to the groove 82 as a whole. be able to.

以上説明したように、本発明にかかる燃料電池はかかる燃料電池を駆動するための各種機器をコンパクトに収納することができ、ノート型パソコン、携帯電話及びPDAの如き携帯型電子機器を駆動するための電力を供給する電源として好適なものである。また、これら携帯型電子機器に限定されず、本発明の燃料電池1を各種電子機器を駆動するための電源として利用することもできる。   As described above, the fuel cell according to the present invention can store various devices for driving the fuel cell in a compact manner, and drives portable electronic devices such as notebook computers, mobile phones, and PDAs. It is suitable as a power source for supplying the electric power. Further, the present invention is not limited to these portable electronic devices, and the fuel cell 1 of the present invention can also be used as a power source for driving various electronic devices.

本発明にかかる燃料電池の構造を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the fuel cell concerning this invention. 本発明にかかる燃料電池を構成する筐体の構造を示す構造図であって、(a)は側面図、(b)は他の側面を示す側面図、(c)は端面図、(d)は他の端面を示す端面図である。It is structural drawing which shows the structure of the housing | casing which comprises the fuel cell concerning this invention, Comprising: (a) is a side view, (b) is a side view which shows another side surface, (c) is an end view, (d) FIG. 6 is an end view showing another end face. 本発明にかかる燃料電池を構成する発電部の概観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the general view of the electric power generation part which comprises the fuel cell concerning this invention. 本発明にかかる燃料電池を構成する発電部の一部を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows a part of electric power generation part which comprises the fuel cell concerning this invention. 本発明にかかる燃料電池を構成するセパレータの構造を示す構造図であって、(a)はセパレータの表面側の構造を示す平面図、(b)は裏面側の構造を示す平面図である。FIG. 2 is a structural view showing the structure of a separator constituting the fuel cell according to the present invention, wherein (a) is a plan view showing the structure on the front side of the separator, and (b) is a plan view showing the structure on the back side. 本発明にかかる燃料電池に好適なセパレータの別の例の構造を示す構造図であり、(a)はセパレータの断面図、(b)はかかるセパレータの端部の断面構造を示す要部断面図である。FIG. 4 is a structural diagram illustrating another example of a separator suitable for the fuel cell according to the present invention, in which (a) is a cross-sectional view of the separator, and (b) is a main-part cross-sectional view illustrating a cross-sectional structure of an end of the separator. It is. 本発明にかかる燃料電池に好適なセパレータの別の例の構造を示す構造図であり、(a)は上側板状部の平面図、(b)は下側板状部に伝熱部がはめ込まれた状態を示す平面図、(c)は下側板状部を裏面側からみた平面図である。It is a structural diagram which shows the structure of another example of the separator suitable for the fuel cell concerning this invention, (a) is a top view of an upper plate-shaped part, (b) is a heat-transfer part inserted in the lower plate-shaped part. (C) is a plan view of the lower plate-like portion as seen from the back side. 本発明にかかる燃料電池の構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the fuel cell concerning this invention. 本発明にかかる燃料電池における発電部の温度及び発電部に残留する水分量を制御する制御方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the control method which controls the temperature of the electric power generation part in the fuel cell concerning this invention, and the moisture content which remains in an electric power generation part. 本実施形態にかかるセパレータの具体的な構造を示す図であり、セパレータを表面側からみた構造を示す平面図である。It is a figure which shows the specific structure of the separator concerning this embodiment, and is a top view which shows the structure which looked at the separator from the surface side. 本実施形態にかかるセパレータの具体的な構造を示す図であり、セパレータの側面側からみた構造を示す側面図である。It is a figure which shows the specific structure of the separator concerning this embodiment, and is a side view which shows the structure seen from the side surface side of the separator. 本実施形態にかかるセパレータの具体的な構造を示す図であり、セパレータを裏面側からみた構造を示す平面図である。It is a figure which shows the specific structure of the separator concerning this embodiment, and is a top view which shows the structure which looked at the separator from the back surface side. 本実施形態にかかる燃料電池装置の具体的な構造を示す平面図である。It is a top view which shows the specific structure of the fuel cell apparatus concerning this embodiment. 本実施形態にかかる燃料電池装置の具体的な構造を示す側面図である。It is a side view which shows the specific structure of the fuel cell apparatus concerning this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池、10 筐体、11,12,13 排気口、14,15 吸気口、16,18 接続孔、20 制御基板、30 発電部、31 セパレータ、32 接合体、33,75 放熱フィン、34,40 開口部、35,74 封止部材、36 固体高分子電解質膜、37 電極、38,43,78,79 流路、39 側面、41 排出孔、42 供給孔、45,46 接続部、51 冷却ファン、52,53 空気供給ファン、54 水素パージバルブ、55 レギュレータ、56 手動バルブ、60 水素吸蔵カートリッジ、61,63,64 温度センサ、62,65 湿度センサ、72 伝熱部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell, 10 Case, 11, 12, 13 Exhaust port, 14, 15 Inlet port, 16, 18 Connection hole, 20 Control board, 30 Power generation part, 31 Separator, 32 Joint body, 33,75 Radiation fin, 34 , 40 Opening, 35, 74 Sealing member, 36 Solid polymer electrolyte membrane, 37 Electrode, 38, 43, 78, 79 Flow path, 39 Side surface, 41 Discharge hole, 42 Supply hole, 45, 46 Connection part, 51 Cooling fan, 52, 53 Air supply fan, 54 Hydrogen purge valve, 55 Regulator, 56 Manual valve, 60 Hydrogen storage cartridge, 61, 63, 64 Temperature sensor, 62, 65 Humidity sensor, 72 Heat transfer section

Claims (11)

電解質とこの電解質を挟持する2枚の電極とからなる接合体と、
複数の前記接合体の間に設けられたセパレータと
からなる発電部を備え、
前記セパレータには、このセパレータの片面に設けられた燃料流路と、その反対面に設けられた酸化剤ガス流路とが設けられ、
前記酸化剤ガス流路は、前記セパレータの一辺から他辺へと設けられ、
前記酸化剤ガス流路の少なくとも一端の開口部に酸化剤ガスを吸入させる、または前記開口部から酸化剤ガスを排気させるための酸化剤ガス流動手段が設けられ、
冷却手段が設けられ、
前記酸化ガス流動手段および前記冷却手段の駆動を制御するための環境条件を検知する検知手段が設けられると共に、前記検知手段は、前記酸化剤ガスの温度を検出する温度検出手段と、前記酸化剤ガスの湿度を検出する湿度検出手段とを有し
前記温度検出手段により検出される温度と前記湿度検出手段により検出される湿度とに基づいて定められる前記発電部の温度および前記発電部に残留する水分量が、前記発電部の適正温度および前記発電部に残留する適正水分量により規定される前記発電部の安定領域から外れた場合、前記安定領域の内部となるように、前記酸化剤ガス流動手段と前記冷却手段とが互いに独立して駆動され、
かつ、前記発電部に残留する水分量が過剰な場合には、前記酸化剤ガス流動手段により過剰な水分を空気と共に排出する
燃料電池。
A joined body comprising an electrolyte and two electrodes sandwiching the electrolyte;
A power generation unit comprising a separator provided between the plurality of joined bodies,
The separator is provided with a fuel flow path provided on one side of the separator and an oxidant gas flow path provided on the opposite side,
The oxidant gas flow path is provided from one side of the separator to the other side,
An oxidant gas flow means is provided for sucking oxidant gas into an opening at at least one end of the oxidant gas flow path or exhausting oxidant gas from the opening,
Cooling means are provided,
Detection means for detecting an environmental condition for controlling driving of the oxidizing gas flow means and the cooling means is provided, and the detection means includes a temperature detection means for detecting the temperature of the oxidant gas, and the oxidant. and a humidity detecting means for detecting the humidity of the gas,
The temperature of the power generation unit and the amount of water remaining in the power generation unit determined based on the temperature detected by the temperature detection unit and the humidity detected by the humidity detection unit are the appropriate temperature of the power generation unit and the power generation. When the power generation unit deviates from the stable region defined by the appropriate amount of moisture remaining in the unit, the oxidant gas flow unit and the cooling unit are driven independently of each other so as to be inside the stable region. ,
In addition, when the amount of water remaining in the power generation unit is excessive, excess water is discharged together with air by the oxidant gas flow means.
前記酸化剤ガス流路は、略直線に設けられてい
求項1に記載の燃料電池。
The oxidant gas flow path, that provided in a substantially linear
The fuel cell according to Motomeko 1.
記開口部は、この開口部の奥行き方向に沿って狭くなるテーパー形状とされ
求項1に記載の燃料電池。
Before KiHiraki opening is Ru is a narrow tapered along a depth direction of the opening
The fuel cell according to Motomeko 1.
前記開口部の端部の開口幅は、前記酸化剤ガス流路の流路幅に比べて、前記セパレータの平面方向に大き
求項1に記載の燃料電池。
Opening width of an end portion of the opening, compared to the channel width of the oxidizing gas channel, have a size in the planar direction of the separator
The fuel cell according to Motomeko 1.
前記開口部の端部の開口幅は、前記酸化剤ガス流路の流路幅に比べて、前記セパレータの厚み方向に大き
求項1に記載の燃料電池。
Opening width of an end portion of the opening, compared to the channel width of the oxidizing gas channel, have a size in the thickness direction of the separator
The fuel cell according to Motomeko 1.
前記燃料流路は、蛇行して設けられてい
求項1に記載の燃料電池。
The fuel flow path, that provided in a meandering
The fuel cell according to Motomeko 1.
前記燃料流路の一端に供給孔が設けられると共に、前記燃料流路の他端に排出孔が設けられてい
求項1に記載の燃料電池。
Supply holes with provided at one end of the fuel channel, that has discharge hole is provided on the other end of the fuel flow path
The fuel cell according to Motomeko 1.
第1のセパレータの前記燃料流路の供給孔と、第2のセパレータの前記燃料流路の供給孔とが、互いに接続されてい
求項1に記載の燃料電池。
Said fuel flow path supply hole of the first separator and said fuel flow path supply hole of the second separator, that is connected to each other
The fuel cell according to Motomeko 1.
前記冷却手段は、前記発電部を冷却す
求項に記載の燃料電池。
It said cooling means, you cool the power generating unit
The fuel cell according to Motomeko 1.
前記冷却手段は、前記セパレータから延在された放熱部を冷却す
求項に記載の燃料電池。
Said cooling means, you cool the heat radiating portion is extended from said separator
The fuel cell according to Motomeko 1.
電解質とこの電解質を挟持する2枚の電極とからなる接合体と、
複数の前記接合体の間に設けられたセパレータと
からなる発電部を有し、
前記セパレータには、このセパレータの片面に設けられた燃料流路と、その反対面に設けられた酸化剤ガス流路とが設けられ、
前記酸化剤ガス流路は、前記セパレータの一辺から他辺へと設けられ、
前記酸化剤ガス流路の少なくとも一端の開口部に酸化剤ガスを吸入させる、または前記開口部から酸化剤ガスを排気させるための酸化剤ガス流動手段が設けられ、
冷却手段が設けられ、
前記酸化ガス流動手段および前記冷却手段の駆動を制御するための環境条件を検知する検知手段が設けられると共に、前記検知手段は、前記酸化剤ガスの温度を検出する温度検出手段と、前記酸化剤ガスの湿度を検出する湿度検出手段とを有し
前記温度検出手段により検出される温度と前記湿度検出手段により検出される湿度とに基づいて定められる前記発電部の温度および前記発電部に残留する水分量が、前記発電部の適正温度および前記発電部に残留する適正水分量により規定される前記発電部の安定領域から外れた場合、前記安定領域の内部となるように、前記酸化剤ガス流動手段と前記冷却手段とが互いに独立して駆動され、
かつ、前記発電部に残留する水分量が過剰な場合には、前記酸化剤ガス流動手段により過剰な水分を空気と共に排出する燃料電池を備え、
前記燃料電池から電力を供給されることにより駆動される
電子機器。
A joined body comprising an electrolyte and two electrodes sandwiching the electrolyte;
A power generation unit comprising a separator provided between the plurality of joined bodies,
The separator is provided with a fuel flow path provided on one side of the separator and an oxidant gas flow path provided on the opposite side,
The oxidant gas flow path is provided from one side of the separator to the other side,
An oxidant gas flow means is provided for sucking oxidant gas into an opening at at least one end of the oxidant gas flow path or exhausting oxidant gas from the opening,
Cooling means are provided,
Detection means for detecting an environmental condition for controlling driving of the oxidizing gas flow means and the cooling means is provided, and the detection means includes a temperature detection means for detecting the temperature of the oxidant gas, and the oxidant. and a humidity detecting means for detecting the humidity of the gas,
The temperature of the power generation unit and the amount of water remaining in the power generation unit determined based on the temperature detected by the temperature detection unit and the humidity detected by the humidity detection unit are the appropriate temperature of the power generation unit and the power generation. When the power generation unit deviates from the stable region defined by the appropriate amount of moisture remaining in the unit, the oxidant gas flow unit and the cooling unit are driven independently of each other so as to be inside the stable region. ,
And when the amount of moisture remaining in the power generation unit is excessive, a fuel cell is provided that discharges excess moisture together with air by the oxidant gas flow means,
An electronic device driven by being supplied with electric power from the fuel cell.
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