JP5078515B2

JP5078515B2 - 燃料電池

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Authority: JP
Inventors: 龍幸中川; 誠人西川; 均木原
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Filing date: 2007-09-10
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Description

本発明は、電解質層の両側に酸化剤極及び燃料極を配備して膜・電極接合体が構成されている燃料電池に関する。

燃料電池は、エネルギー変換効率が高く、然も発電反応によって有害物質を発生しないため、種々の電気機器のエネルギー源として注目されている。

図２１は、燃料電池を構成する単位セルの具体的構造を表わしており、電解質層１１の両側に酸化剤極１２及び燃料極１３を配置して膜・電極接合体(ＭＥＡ)１が構成されている。膜・電極接合体１を構成する酸化剤極１２の表面を覆って、複数本の空気供給溝１９が凹設された酸化剤極側導電性プレート１４が配置され、更に酸化剤極側導電性プレート１４の外側にガスセパレータ１６が配置されている。又、膜・電極接合体１を構成する燃料極１３の表面を覆って、複数本の燃料ガス供給溝１８が凹設された燃料極側導電性プレート１７が配置されている。

上記燃料電池においては、酸化剤極側導電性プレート１４の空気供給溝１９に空気が送り込まれると共に、燃料極側導電性プレート１７の燃料ガス供給溝１８に燃料ガスが送り込まれることによって、発電が行なわれる。

ところで、近年、小型電子機器に電源として燃料電池を搭載することが検討されており、例えば、薄型化の可能なダイレクトメタノール型燃料電池(ＤＭＦＣ)が有力視されている。ＤＭＦＣでは、空気や酸素などの酸化性気体を酸化剤極１２に供給し、メタノールなどの燃料を気体又は液体のまま燃料極１３に供給することにより、発電が行なわれる。

しかしながら、小型の電子機器に燃料電池を搭載するためには、酸化剤極１２や燃料極１３に空気や燃料ガスを供給する場合に、それらを供給するガス供給装置の小型化が必要となる。

従来、小型のガス供給装置として、燃料電池を振動させることによりガスを供給する装置が開示されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。特許文献１は、振動体により形成された複数のチャンバを使用して気体を噴出する気体噴出装置を提案しており、特許文献２は、酸化剤極、燃料極、セパレータ等を振動させる加振手段を備える燃料電池を提案している。
特開２００５−２４３４９６号公報特開２００２−２０３５８５号公報

ここで、燃料電池の酸化剤極側では、供給された酸素と水素イオンが反応することにより、水が生成される。上記の従来技術では、この生成水の除去経路が確立されておらず、燃料電池内に残留するという問題があった。

そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、生成された水を容易に除去する燃料電池を提供することを目的とする。

本発明の特徴は、電解質層の両側に酸化剤極及び燃料極を配備して膜・電極接合体が構成されている燃料電池であって、前記酸化剤極からガスの流路を挟んで対向するように配置された振動する振動板を備え、前記振動板は、１以上の孔を有する形状であり、前記振動板の酸化剤極側表面は、親水性であり、前記酸化剤極の振動板側表面は、撥水性である燃料電池であることを要旨とする。

本発明の特徴に係る燃料電池によると、振動板に形成された孔から水が蒸発することにより、生成された水を容易に除去することができる。

この燃料電池によると、生成された水が、酸化剤極側から振動板側へ移動しやすくなり、振動のエネルギーを水滴に伝えやすくなり、より効率的に生成水を除去することができる。

又、本発明の特徴に係る燃料電池において、振動板は、孔を挟んで、櫛歯形状が互いに向かい合う形状を有することが好ましい。

この燃料電池によると、振動の腹となる部分の振幅が大きく、振動のエネルギーが大きくなり、より多くの生成水を除去することができる。

又、本発明の特徴に係る燃料電池において、ガスは、振動板の振動及び対向する酸化剤極表面の反射によって前記ガスの流路内に発生する音響流により移送されてもよい。

この燃料電池によると、音響流によって、効率良く酸化剤極に酸素を送り込むことができる。

又、本発明の特徴に係る燃料電池において、振動板の孔の形状は、当該振動板の中心線に対して対称であることが好ましい。

この燃料電池によると、中心線に対して対称であることにより、均等に振動することができる。

又、本発明の特徴に係る燃料電池において、振動板は、複数の孔を有し、各孔を挟んで、櫛歯形状が互いに組み合うように向かい合う形状を有し、当該各櫛歯の長さは、振動板の一方から他方へ向かって、段階的に長くなってもよい。

この燃料電池によると、ガス流路内で音圧の勾配を形成することができる。

又、本発明の特徴に係る燃料電池において、振動板の振動を制御し、振動板の共振周波数を与える回路を更に備えてもよい。

この燃料電池によると、振動板に水滴が付着し、共振周波数が変化しても、その状態の共振周波数を与えることができる。

本発明によると、生成された水を容易に除去する燃料電池を提供することができる。

次に、図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

＜第１の実施形態＞
（燃料電池）
第１の実施形態に係る燃料電池１００は、図１に示すように、電解質層１１の両側に酸化剤極１２及び燃料極１３を配置して構成される膜・電極接合体１と、燃料極１３の表面を覆って設置された燃料供給機構２と、酸化剤極１２の表面を覆って設置された空気供給機構３を備える。ここで、電解質層１１は、固定高分子膜等の電解質膜でも構わない。

又、空気供給機構３には、空気を取り入れるための孔３４が形成されており、この孔３４は生成水を外部へ排出する機能も有する。図１では、上部や側部に孔３４が形成されている。ここで、孔３４の形状は、丸形状でも四角形上でも構わない。

次に、空気供給機構３の詳細について、図２を用いて説明する。本実施形態に係る燃料電池１００は、酸化剤極１２（膜・電極接合体１）からガスの流路３０を挟んで対向するように配置された音波を発生する平板状の振動板３２を備える。振動板３２は、圧電素子３３（図３参照）によって振動される。

圧電素子３３としては、圧電定数が大きい材質、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が好ましいが、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａ_３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７）といった圧電セラミックスや、水晶（ＳｉＯ_２）であってもよい。

振動板３２としては、軽量でヤング率の高い材質、例えばアルミが好ましいが、金属であればジュラルミン、ステンレス、チタンでもよく、セラミックスであればアルミナ、チタン酸バリウム、フェライト、二酸化ケイ素、酸化亜鉛、炭化ケイ素、窒化ケイ素でもよく、プラスチックであればフッ素樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリイミド、ポリアセタール、エチレンビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）でもよい。又、振動板３２の厚さは、１.０ｍｍ以下であることが好ましい。

ここで、ガスは、振動板３２の振動や外部に配置されたガス供給装置によって移送される。又、酸化剤極１２によって生成された水は、振動板３２の孔３４を介して水蒸気４０となり、外部へ排出される。又、振動板３２と酸化剤極１２との間は、生成水に触れる範囲として、０.１〜５.０ｍｍ以内であることが好ましい。尚、膜・電極接合体１、燃料供給機構２、空気供給機構３は、筐体１０内に配置される。

又、振動板３２は、図２に示すように、１以上の孔３４を有する形状である。又、振動板３２は、図３（ａ）に示すように、孔３４を挟んで、櫛歯形状が互いに組み合うように向かい合う形状を有する。この振動板３２を、圧電素子３３を用いて振動させると、図３（ｂ）に示すように振動する。

ここで、圧電素子３３による振動の周波数は、超音波域、可聴周波数域、低周波数域のすべてを含む。可聴周波数域及び低周波数域は、超音波域と比較してエネルギー損失が少ないというメリットがある。又、超音波域及び低周波数域は、可聴周波数域と比較して、利用者にノイズとして認識され難いというメリットがある。

更に、振動板３２は、図４に示すように、櫛歯ではなく、枝が多く分岐した形状を有してもよい。図４（ａ）は振動板３２の変形例１を示し、図４（ｂ）は振動板３２の変形例２を示している。また、図４（ｃ）は、図４（ａ）に示した振動板３２の基端部の詳細を示し、図４（ｄ）は、図４（ｂ）に示した振動板３２の基端部の詳細を示している。

又、振動板３２の酸化剤極１２側表面は、親水性であり、酸化剤極１２の振動板３２側表面は、撥水性である。振動板３２表面は、例えば、酸化チタン被膜などにより親水性を有する表面処理を行うことができる。親水性の被膜としては、酸化チタンに限らず、窒化珪素や酸化鉄でもよい。

又、酸化剤極１２表面は、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）被膜などにより撥水性を有する表面処理を行うことができる。撥水性の被膜としては、ＰＴＦＥに限らず、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）やＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）でもよい。

このように、撥水性の酸化剤極１２から生成された水は、図５に示すように、親水性の振動板３２へと付着する。酸化剤極１２から振動板３２へ移動する生成水は、表面張力のため、外部に漏れにくい。そして、振動板３２を、例えば超音波により振動させることにより、振動板３２に付着した水は水蒸気４０となり、空気の流れに沿って蒸発していく。

又、燃料電池１００は、振動板３２の振動を制御し、振動板３２の共振周波数を与える制御回路を更に備えてもよい。この制御方法については、後に詳述するが、振動板３２に生成水が付着した場合、その共振周波数が変化する。例えば、通常は６０ｋＨｚであったものが、付着後は５０ｋＨｚとなる。このとき、図６に示すように、制御回路は、付着後の共振周波数へ追従するように制御する。例えば、制御回路として圧電素子３３を用いる場合、入力電流が最大になる周波数が共振周波数となるため、図７に示すように、入力電流が最大となる極大値を求め、共振周波数とする。尚、上記では、振動板３２を振動させる手段として圧電素子３３を用いたが、その他、磁歪素子などを用いてもよい。又、圧電素子や磁歪素子は、コーティングにより防水されていることが望ましい。

又、本実施形態では、生成水はそのまま蒸発させてもよく、図８に示すように、水蒸気を吸収する吸収剤５０を設けてもよい。あるいは、空気を集めて冷やして液化するコールドトラップを設けてもよい。

又、携帯電話等に本実施形態に係る燃料電池１００を配置している場合、発電時に、携帯電話等を入れたポケットや鞄が濡れないように、水滴除去状態を音や振動、光などの表示機能で知らせてもよい。

（燃料電池の制御方法）
次に、本実施形態に係る燃料電池１００の制御方法について説明する。

図９に、本実施形態に係る燃料電池システムの機能ブロック図を示す。ここでは、燃料電池１００を制御する補機３００として、マイコン・昇圧回路３５、圧電素子３３を記載しているが、これらの補機３００を燃料電池１００内に組み込む構成としてもよい。

マイコン・昇圧回路３５は、電圧、その周波数の調整により、振動板３２の振動モード、振動速度を制御する制御信号を圧電素子３３に供給する。圧電素子３３は、燃料電池１００内に配置された振動板３２を振動させ、酸素供給や生成水の除去を行う。このため、燃料電池１００の発電効率を向上させることができる。

又、マイコン・昇圧回路３５は、図９に示すように、燃料電池１００から電力を供給されてもよく、図示していない外部の電源から電力を供給されてもよい。

又、燃料電池１００からマイコン・昇圧回路３５に対して、発電量情報を通知してもよい。ここで、マイコン・昇圧回路３５は、発電量が所望量よりも多い場合は、電圧を下げ、酸素の供給量及び生成水の除去量を小さくすることによって発電量を減少させる。一方、発電量が所望量よりも少ない場合は、電圧を上げ、酸素の供給量及び生成水の除去量を大きくすることによって発電量を増加させる。

又、マイコン・昇圧回路３５は、酸化剤極１２と振動板３２との距離を調整し、水滴状の生成水の蒸発量、空気供給量を変え、発電効率を調整してもよい。又、マイコン・昇圧回路３５が圧電素子３３へ印可する電圧波形は、超音波域の正弦波、矩形波、三角波、ノコギリ波などである。又、振動板３２の共振周波数が複数存在する場合、周波数調整により振動モードを変化させ、酸化剤供給量、生成水蒸発量を調整してもよい。消費電力を少なくするために、必要時にのみ間欠的駆動させてもよい。

次に、圧電素子３３の振動板３２の制御方法について、図１０及び図１１を用いて説明する。以下に示す処理は、圧電素子３３を制御する、マイコン・昇圧回路３５によって実行される。

まず、図１０（ａ）のステップＳ１０１において、周波数の初期値を設定する。例えば、周波数（ｆ）として、６０ｋＨｚを設定する。又、この状態の電流値を測定し、電流値（Ｉi）及び電流値（Ｉold）に代入する。尚、電流値（Ｉi）とは、毎回更新される電流値を示し、電流値（Ｉold）とは、前回測定された電流値を示す。最初の測定については、電流値（Ｉi）及び電流値（Ｉold）に同じ値が保存される。

まず、マイコン・昇圧回路３５は、ステップＳ１０３におけるＵＰモードへ進む。尚、ここでは、１つ前に検知した周波数よりも周波数を上げる場合をＵＰモードといい、１つ前に検知した周波数よりも周波数を下げるモードをＤＯＷＮモードと定義している。

次に、マイコン・昇圧回路３５は、ステップＳ１０４において、電流値（Ｉi）が前回の電流値（Ｉold）以上であるか否か判断する。前回の電流値（Ｉold）以上である場合は、ステップＳ１０５に進み、現在の周波数（ｆ）が最大周波数（ｆmax）よりも小さいか否か判断する。こで、最大周波数（fmax）は、予め設定されている値とする。最大周波数より小さい場合は、ステップＳ１０７へ進み、周波数をインクリメントし、小さくない場合は、ステップＳ１０６即ち図１０（ｂ）へ進み、ＤＯＷＮモードの処理を行う。ステップＳ１０７において、周波数をインクリメントした後は、ステップＳ１０８に進み、今回の電流値（Ｉi）を前回の電流値（Ｉold）に代入するとともに、インクリメント後の電流値を電流値（Ｉi）に代入し、ステップＳ１０４の処理に戻る。

一方、図１０（ｂ）のステップＳ２０１において、ＤＯＷＮモードである場合、ステップＳ２０２において、電流値（Ｉi）が前回の電流値（Ｉold）よりも大きいか否か判断する。大きい場合は、ステップＳ２０３に進み、現在の周波数（ｆ）が最小周波数（ｆmin）よりも大きいか否か判断する。ここで、最小周波数（fmin）は、予め設定されている値とする。最小周波数より大きい場合は、ステップＳ２０５へ進み、周波数をデクリメントし、大きくない場合は、ステップＳ２０４即ち図１０（ａ）のステップＳ１０３へ進み、ＵＰモードの処理を行う。ステップＳ２０５において、周波数をデクリメントした後は、ステップＳ２０６に進み、今回の電流値（Ｉi）を前回の電流値（Ｉold）に代入するとともに、デクリメント後の電流値を電流値（Ｉi）に代入し、ステップＳ２０２の処理に戻る。

このように、マイコン・昇圧回路３５は、１つ前に検出した周波数及び電流値をもとに、ＵＰモードあるいはＤＯＷＮモードへ移行し、これらの処理を繰り返す。

（作用及び効果）
本実施形態に係る燃料電池１００によると、１以上の孔３４を有する振動板３２を備えることにより、振動板３２に形成された孔３４から水が蒸発することにより、生成された水を容易に除去することができる。従って、燃料電池１００の発電効率を向上させることができる。

又、振動板３２の酸化剤極１２側表面は、親水性であり、酸化剤極１２の振動板３２側表面は、撥水性である。このため、生成された水が、酸化剤極１２側から振動板３２側へ移動しやすくなり、生成水と振動板３２の接する面積が大きくなる。この結果、エネルギーを伝えやすくなり、より効率的に生成水を除去することができる。

又、振動板３２は、孔３４を挟んで、櫛歯形状が互いに向かい合う形状を有する。このため、振動の腹となる部分の振幅が大きく、振動のエネルギーが大きくなり、より多くの生成水を除去することができる。

又、本実施形態に係る燃料電池１００は、振動板３２の振動を制御し、振動板３２の共振周波数を与える回路を更に備えてもよい。このため、振動板３２に水滴が付着し、共振周波数が変化しても、その状態の共振周波数を与えることができる。

又、図１２に示すように、本実施形態では、振動板３２の励振により、ＭＥＡ膜（膜・電極接合体１）の内部を共振させることができる。このため、ＭＥＡ膜の振動により、ＭＥＡ膜の酸化剤極１２表面に付着する水、あるいは、ＭＥＡ膜の酸化剤極表面膜の燃料極表面に付着する二酸化炭素を流路へ拡散させることができる。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、ガスは振動板３２の振動やガス供給装置によって移送されると説明したが、第２の実施形態では、ガスが、振動板３２の振動及び対向する酸化剤極１２表面の反射によってガスの流路３０内に発生する音響流により移送される場合について説明する。

ここで、音響流について説明する。音響流は、音場によって作り出される定常的な流体の流れであって、図１３に示すように、振動板３２と反射板（ここでは、酸化剤極１２表面）とを対向配備して、振動板３２に振動を加えて超音波域の定在波を発生させた場合には、振動板３２と反射板の間に気柱共振が発生し、これに伴って、振動板３２と反射板との間に渦状の流れが生じる。気柱共振が発生したときに、音圧の勾配を作ることにより、流路内の流体は、音圧の高い方から低い方へ流れる。この流れを、音響流という。こうして発生した音響流によって、燃料電池１００においてはガスが移送される。

このように、酸化剤極１２に送り込まれるガスは、ガスの流路３０内に発生する音響流によって移送されることにより、酸化剤極１２に効率良く酸素を送り込むことができる。

本実施形態においては、音圧勾配は、以下のように作成される。

振動板３２は、図１４に示すように、複数の孔３４を有し、各孔３４を挟んで、櫛歯形状が互いに向かい合う形状を有し、当該各櫛歯の長さは、振動板３２の一方から他方へ向かって、段階的に長くする。又、振動板３２の孔３４の形状は、当該振動板３２の中心線Ｃ（図３（ａ）参照）に対して対称であることが好ましい。ここでは、ガスの流れる方向に、長さが段階的に長くなる櫛歯形状を備えることにより、音圧の勾配を形成し、中心線Ｃに対して対称であることにより、均等に振動することができる。

その他の点は、第１の実施形態と同様である。

＜第３の実施形態＞
第３の実施の形態では、孔３４を有する振動板３２と、酸化剤極１２表面とが平行ではなく配置されている場合について説明する。

酸化剤極１２及び振動板３２は、図１５に示すように、それぞれ、約５０ｍｍの長さＬ１、Ｌ２、約１ｍｍの厚さｔ１、ｔ２を有している。また、振動板３２は、長さＬ１方向に酸化剤極１２との間隔（以下、流路３０の高さという）が漸次大きくなるように配置されており、吸気口１ａ側で約２ｍｍの間隔ｄ１、排気口１ｂ側で約４ｍｍの間隔ｄ２になるように約２°の角度θだけ傾斜して配置されている。

又、圧電素子３３は、約３ｍｍの長さＬ３、約３０ｍｍの幅Ｗ２および約１ｍｍの厚さｔ３の短冊状の形状を有しており、振動板３２上に振動板３２の排気口１ｂ側の端部から約７ｍｍの距離Ｌ４を隔てて形成されている。

第３の実施形態に係る燃料電池１００では、まず、交流電源（図示せず）を用いて圧電素子３３に約７０ｋＨｚの交流電圧を印加することにより、圧電素子３３を長さＬ３方向に伸縮させ、振動板３２を励振することができる。これにより、振動板３２より音波が発生するとともに、この音波は、酸化剤極１２と振動板３２との間の流路３０内で多重反射するので、流路３０内の音圧が大きくなる。その結果、流路３０内には音響流が生じ、流路３０内の空気を移動させる力が発生する。ここで、流路３０は、吸気口１ａ側より排気口１ｂ側の方が高さが大きくなるように構成されているので、流路３０内の空気が吸気口１ａ側に向かって移動するよりも排気口１ｂ側に向かって移動する方が圧力損失が小さくなる。これにより、空気は、流路３０の高さが大きい排気口１ｂ側から排出されるとともに、流路３０の高さが小さい吸気口１ａから流路３０内に空気が供給される。

又、振動板３２より発生した音波は、図１６に示すように、酸化剤極１２と振動板３２との間の流路３０内で多重反射するので、流路３０の高さと音波の波長とが共振条件を満たす場合には、音波は共振することができる。

流路３０の高さが長さＬ１方向に大きくなる条件では、流路３０の高さが約３ｍｍである流路３０の吸気口１ａ側において音波が共振していると考えられる。この場合、上記した流路３０の吸気口１ａ側の領域には、音波の定在波が発生しており、これにより、流路３０の吸気口１ａ側の音圧はさらに大きくなる。その結果、さらに効率よく空気を流路３０に沿って、吸気口１ａから排気口１ｂに向かって移送することができる。

その他の点は、第１の実施形態と同様である。

＜第４の実施形態＞
第４の実施の形態では、孔３４を有する振動板３２の厚さが流路方向に変化する場合について説明する。

第４の実施形態に係る燃料電池１００は、図１７に示すように、流路３０の両側には、膜・電極接合体１の表面に対して垂直の姿勢で流路３０に沿って伸びる一対の流路壁３１が立設されると共に、両流路壁３１に跨って、流路３０を覆う振動板３２が設置され、振動板３２の上面には、圧電素子３３が設置される。

これによって、図１８に示す様に、振動板３２と膜・電極接合体１の表面とが間隔をおいて互いに対向し、振動板３２の振動によって発生する音波が膜・電極接合体１の表面と振動板３２との間の流路３０内で反射される構成となる。

ここで、振動板３２は、流路３０の入口側の端部３２a(図１８の左方端部)で最小厚さＴ１を有すると共に、流路３０の出口側の端部３２b(図１８の右方端部)で最大厚さＴ２を有する断面楔状に形成されている。

空気供給機構３において、振動板３２と膜・電極接合体１の表面との間隔を気柱共振の発生する共振高さ(例えば０.１〜５ｍｍ)に設定し、圧電素子３３によって振動板３２に超音波域の定在波を発生させることにより、振動板３２と膜・電極接合体１の表面の間に気柱共振が発生することになる。

ここで、振動板３２は、流路３０の入口側では厚さが小さいために曲げこわさが小さく、出口側では厚さが大きいために曲げこわさが大きいので、図中に破線の矢印で示すように、流路３０の入口側で大きな振幅、流路３０の出口側で小さな振幅で振動し、これによって、流路３０内の音圧は、入口側で高く、出口側で低くなる。

斯くして、流路３０の入口から出口に向かって低下する音圧勾配が形成され、これによって流路３０内には入口から出口に向かって音響流が発生し、流路３０内の空気は入口から出口に向かって一様に流れることになる。

この結果、膜・電極接合体１に対して空気が供給されて、膜・電極接合体１に発電反応が生じる。

その他の点は、第１の実施形態と同様である。

＜第５の実施形態＞
第５の実施の形態では、孔３４を有する振動板３２が流路３０よりも突出して形成されている場合について説明する。

第５の実施形態に係る燃料電池１００は、図１９に示すように、流路３０の両側には、膜・電極接合体１の表面に対して垂直の姿勢で流路３０に沿って伸びる一対の流路壁３１が立設されると共に、両流路壁３１に跨って、流路３０を覆う振動板３２が設置され、振動板３２の上面には、圧電素子３３が設置される。

これによって、図２０に示す様に、振動板３２と膜・電極接合体１の表面とが所定間隔Ｈをおいて互いに対向し、振動板３２の振動によって発生する音波が膜・電極接合体１の表面と振動板３２との間の流路３０内で反射される構成となる。

ここで、振動板３２は、流路３０の出口側(図２０の右側)では、膜・電極接合体１よりも外側(図２０の右方)へ所定距離Ｓだけ突出して、膜・電極接合体１の表面と対向しない領域３８を有している。

上記空気供給機構３において、振動板３２と膜・電極接合体１の表面との間隔Ｈを気柱共振の発生する共振高さ(例えば０.１〜５ｍｍ)に設定し、圧電素子３３によって、振動板３２に超音波域の定在波を発生させることにより、振動板３２と膜・電極接合体１の表面との間に気柱共振が発生することになる。

又、振動板３２の端部領域３８の突出距離Ｓを、例えば振動板３２に生じる定在波の２分の１波長程度の適切な距離(例えば０.５〜５ｍｍ)に設定することにより、流路３０の入口から出口に向かって低下する音圧勾配が形成され、これによって流路３０内には入口から出口に向かって音響流が発生し、流路３０内の空気は矢印Ａで示す様に入口から出口に向かって一様に流れることになる。

その他の点は、第１の実施形態と同様である。

＜その他の実施形態＞
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、本実施形態において、孔３４の形状について説明したが、孔３４の形状は、例えば、丸形状でも構わない。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

第１の実施形態に係る燃料電池の分解斜視図である。第１の実施形態に係る燃料電池の断面図である。第１の実施形態に係る振動板の斜視図である。第１の実施形態に係る他の振動板の上面図である。第１の実施形態に係る振動板及び酸化剤極の表面特性を説明するための図である。第１の実施形態に係る圧電素子の周波数変動を説明する為の図である（その１）。第１の実施形態に係る圧電素子の周波数変動を説明する為の図である（その２）。第１の実施形態に係る燃料電池の他の断面図である。第１の実施形態に係る燃料電池システムの機能ブロック図である。第１の実施形態に係る燃料電池の制御方法を示すフローチャートである。第１の実施形態に係る圧電素子の周波数変動を説明する為の図である（その３）。第１の実施形態に係る燃料電池の作用及び効果を説明するための図である。第２の実施形態における音響流の発生原理を説明するための図である。第２の実施形態に係る他の振動板の上面図である。第３の実施形態に係る燃料電池の断面図である。第３の実施形態に係る燃料電池において、振動板がガスの移送方向に共振している状態を説明するための断面図である。第４の実施形態に係る燃料電池の斜視図である。第４の実施形態に係る燃料電池の断面図である。第５の実施形態に係る燃料電池の斜視図である。第５の実施形態に係る燃料電池の断面図である。従来の燃料電池の分解斜視図である。

符号の説明

１…膜・電極接合体
１０…筐体
１１…電解質層
１２…酸化剤極
１３…燃料極
１４…酸化剤極側導電性プレート
１６…ガスセパレータ
１７…燃料極側導電性プレート
１８…燃料ガス供給溝
１９…空気供給溝
３０…流路
３１…流路壁
３２…振動板
３４…孔
３３…圧電素子
３５…マイコン・昇圧回路
５０…吸収剤
１００…燃料電池
３００…補機

Claims

電解質層の両側に酸化剤極及び燃料極を配備して膜・電極接合体が構成されている燃料電池であって、
前記酸化剤極からガスの流路を挟んで対向するように配置された振動する振動板を備え、
前記振動板は、１以上の孔を有する形状であり、前記振動板の酸化剤極側表面は、親水性であり、前記酸化剤極の振動板側表面は、撥水性であることを特徴とする燃料電池。
前記振動板は、前記孔を挟んで、櫛歯形状が互いに向かい合う形状を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
前記ガスは、前記振動板の振動及び前記対向する酸化剤極表面の反射によって前記ガスの流路内に発生する音響流により移送されることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池。
前記振動板の孔の形状は、当該振動板の中心線に対して対称であることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
前記振動板は、複数の孔を有し、各孔を挟んで、櫛歯形状が互いに組み合うように向かい合う形状を有し、
当該各櫛歯の長さは、前記振動板の一方から他方へ向かって、段階的に長くなることを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料電池。
前記振動板の振動を制御し、前記振動板の共振周波数を与える回路を更に備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池。