JP7468860B2 - 燃料電池 - Google Patents
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- Y02E60/50—Fuel cells
Description
図1に示すように、燃料電池システム1は、燃料タンク50、ポンプ52、燃料電池7、排液タンク60等から構成されている。燃料タンク50には、所定濃度のギ酸を含む溶液(ギ酸水溶液)が蓄えられている。ギ酸水溶液の濃度は、例えば、約10%~約40%である。また、燃料タンク50には、燃料供給管51の一方端が接続されている。燃料供給管51の他方端は、燃料電池7の下端部に開口する燃料流入口17Aに接続されている。ポンプ52は、電動ポンプであり、燃料供給管51の途中に配置されて、燃料タンク50内の燃料を燃料電池7の燃料流入口17Aに供給(圧送)している。
次に、燃料電池7の概略構成について図1及び図2に基づいて説明する。図1及び図2に示すように、燃料電池7は、空気極20と燃料極10にて厚さ方向に電解質膜30を挟んで一体的に構成されている。空気極20は、電解質膜30の一面に密着される空気極触媒層21と、空気極拡散層22と、空気極集電体23が、この順番で積層されて構成されている。燃料極10は、電解質膜30の他の一面に密着される燃料極触媒層11と、燃料極拡散層12と、燃料極集電体13が、この順番で積層されて構成されている。
次に、燃料極集電体13に形成された燃料流通溝13Bの構成について図2乃至図4に基づいて説明する。図2及び図3に示すように、燃料流通溝13Bは、燃料流通面13Aの一方の側縁側(例えば、図2中、右側縁側)から、他方の側縁側(例えば、図2中、左側縁側)へ延び、互いに所定間隔を空けて並列配置されて、燃料が流れる複数の流通溝部13Cが設けられている。
FD=(18・μ/(ρp・dp 2))・CD・Re/24 ・・・(12)
(A)例えば、燃料極集電体13に替えて、図11に示す燃料極集電体81を用いてもよい。燃料極集電体81に形成された燃料流通溝81Bの構成について図11に基づいて説明する。図11に示すように、燃料極集電体81に形成された燃料流通溝81Bは、燃料極集電体13に形成された燃料流通溝13Bとほぼ同じ構成である。従って、下端側の流通溝部グループ131(1組目)を構成する3本の流通溝部13Cは、下流方向上側へ(図11中、左斜め上方向へ)、水平方向に対して約34度(第1傾斜角度)、好ましくは、約34度以上(例えば、約35度)の傾斜角度θ1(第1傾斜角度)で傾斜するように形成されている。
(B)また、例えば、燃料極集電体13に替えて、図13に示す燃料極集電体91を用いてもよい。燃料極集電体91に形成された燃料流通溝91Bの構成について図13に基づいて説明する。図13に示すように、燃料極集電体91に形成された燃料流通溝91Bは、燃料極集電体13に形成された燃料流通溝13Bとほぼ同じ構成である。従って、下端に設けられた流通溝部グループ131(1組目)の上側に配置された各流通溝部グループ132~135(2組目以降)の各流通溝部13Cは、前記実施形態と同様に、下流方向上側へ水平方向に対して傾斜角度θ2(例えば、傾斜角度θ2=2[deg]又は傾斜角度θ2=2[deg]~7[deg])で傾斜するように設けられている。
(C)また、例えば、図3に示す燃料極集電体13の燃料流通溝13Bと、図11に示す燃料極集電体81の燃料流通溝81Bと、図13に示す燃料極集電体91の燃料流通溝91Bと、において、互いに所定間隔を空けて並列配置された3本の流通溝部13Cが、それぞれ折り返しにより蛇行する所謂サーペンタイン形状流路に構成されるようにしてもよい。
7 燃料電池
10 燃料極
11 燃料極触媒層
12 燃料極拡散層
13、81、91 燃料極集電体
13A 燃料流通面
13B、81B、91B 燃料流通溝
13C 流通溝部
13D1~13D4 折り返し溝部
13F 流入溝部
13G 流出溝部
17A 燃料流入口
17B 燃料流出口
20 空気極
21 空気極触媒層
22 空気極拡散層
23 空気極集電体
30 電解質膜
131~135 流通溝部グループ
Claims (7)
- ギ酸又はアルコールを含む液体を燃料とする直接液体型の燃料電池において、
燃料極触媒層と燃料極拡散層と燃料極集電体とを有する燃料極と、
空気極触媒層と空気極拡散層と空気極集電体とを有する空気極と、
前記燃料極触媒層と前記空気極触媒層との間に配置された電解質膜と、
を備え、
前記燃料極集電体は、
前記燃料が供給される燃料流入口と、
前記燃料流入口よりも上方に配置されて前記燃料が排出される燃料流出口と、
前記燃料極拡散層に当接する側の面であって上下方向に延びる燃料流通面と、
前記燃料流通面に形成されて前記燃料流入口から前記燃料流出口へと前記燃料を導く燃料流通溝と、
を有し、
前記燃料流通溝は、
前記燃料流通面の一方の側縁側である一方側縁側から、前記一方側縁側に対向する他方の側縁側である他方側縁側へ延びる複数の流通溝部であって上下方向に配置された複数の前記流通溝部と、
一方側縁側及び他方側縁側において複数の前記流通溝部における所定の前記流通溝部を接続する複数の折り返し溝部と、
を有しており、
複数の前記流通溝部は、
上下に隣り合う所定数の前記流通溝部を1グループとする複数の流通溝部グループに分けられており、
それぞれの前記流通溝部グループは、
所定間隔を空けて並列配置されて前記燃料の流れる方向が同一とされた複数の前記流通溝部にて形成されており、
上下に隣り合うように配置された各流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
前記燃料の流入側よりも流出側のほうが上方となるように水平方向に対して下流方向上方側へ傾斜しており、
複数の前記折り返し溝部のそれぞれは、
接続対象となる上下に隣り合う2つの前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部のみを接続しており、
前記燃料流通面において最も下方に配置されて前記燃料流入口が接続される前記流通溝部グループである1組目の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側または他方側縁側が前記燃料流入口に接続されており、
前記燃料流入口が一方側縁側に接続されている場合、他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように最も下方に設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記燃料流入口が他方側縁側に接続されている場合、一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように最も下方に設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
前記燃料流通面において最も上方に配置されて前記燃料流出口が接続される前記流通溝部グループである最終組目の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側または他方側縁側が前記燃料流出口に接続されており、
前記燃料流出口が一方側縁側に接続されている場合、他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように最も上方に設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記燃料流出口が他方側縁側に接続されている場合、一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように最も上方に設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
前記1組目と前記最終組目の前記流通溝部グループを除いて、一方側縁側が他方側縁側よりも上方にある前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記1組目と前記最終組目の前記流通溝部グループを除いて、一方側縁側が他方側縁側よりも下方にある前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記燃料流通溝は、
上下に隣り合うように配置されたそれぞれの前記流通溝部グループの前記流通溝部と、上下に隣り合う2つの前記流通溝部グループの前記流通溝部を接続するそれぞれの前記折り返し溝部にて、前記燃料流入口から流入された燃料が、一方側縁側から他方側縁側へ流れた次には他方側縁側から一方側縁側へと逆方向に流れるように、一方側縁側と他方側縁側の間で蛇行するように流れて前記燃料流出口に至るように形成されており、
前記燃料流入口から最初に燃料を供給される前記1組目の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、少なくとも流入側の所定長さの部分が、水平方向に対して所定の第1傾斜角度以上で下流方向上方側へ傾斜するように形成されており、
前記1組目の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、流入側の前記所定長さの部分よりも下流側の部分の傾斜角度が、前記所定長さの部分の傾斜角度よりも減少するように下流方向上方側へ傾斜している、
燃料電池。 - ギ酸又はアルコールを含む液体を燃料とする直接液体型の燃料電池において、
燃料極触媒層と燃料極拡散層と燃料極集電体とを有する燃料極と、
空気極触媒層と空気極拡散層と空気極集電体とを有する空気極と、
前記燃料極触媒層と前記空気極触媒層との間に配置された電解質膜と、
を備え、
前記燃料極集電体は、
前記燃料が供給される燃料流入口と、
前記燃料流入口よりも上方に配置されて前記燃料が排出される燃料流出口と、
前記燃料極拡散層に当接する側の面であって上下方向に延びる燃料流通面と、
前記燃料流通面に形成されて前記燃料流入口から前記燃料流出口へと前記燃料を導く燃料流通溝と、
を有し、
前記燃料流通溝は、
前記燃料流通面の一方の側縁側である一方側縁側から、前記一方側縁側に対向する他方の側縁側である他方側縁側へ延びる複数の流通溝部であって上下方向に配置された複数の前記流通溝部と、
一方側縁側及び他方側縁側において複数の前記流通溝部における所定の前記流通溝部を接続する複数の折り返し溝部と、
を有しており、
複数の前記流通溝部は、
上下に隣り合う所定数の前記流通溝部を1グループとする複数の流通溝部グループに分けられており、
それぞれの前記流通溝部グループは、
所定間隔を空けて並列配置されて前記燃料の流れる方向が同一とされた複数の前記流通溝部にて形成されており、
上下に隣り合うように配置された各流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
前記燃料の流入側よりも流出側のほうが上方となるように水平方向に対して下流方向上方側へ傾斜しており、
複数の前記折り返し溝部のそれぞれは、
接続対象となる上下に隣り合う2つの前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部のみを接続しており、
前記燃料流通面において最も下方に配置されて前記燃料流入口が接続される前記流通溝部グループである1組目の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側または他方側縁側が前記燃料流入口に接続されており、
前記燃料流入口が一方側縁側に接続されている場合、他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように最も下方に設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記燃料流入口が他方側縁側に接続されている場合、一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように最も下方に設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
前記燃料流通面において最も上方に配置されて前記燃料流出口が接続される前記流通溝部グループである最終組目の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側または他方側縁側が前記燃料流出口に接続されており、
前記燃料流出口が一方側縁側に接続されている場合、他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように最も上方に設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記燃料流出口が他方側縁側に接続されている場合、一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように最も上方に設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
前記1組目と前記最終組目の前記流通溝部グループを除いて、一方側縁側が他方側縁側よりも上方にある前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記1組目と前記最終組目の前記流通溝部グループを除いて、一方側縁側が他方側縁側よりも下方にある前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記燃料流通溝は、
上下に隣り合うように配置されたそれぞれの前記流通溝部グループの前記流通溝部と、上下に隣り合う2つの前記流通溝部グループの前記流通溝部を接続するそれぞれの前記折り返し溝部にて、前記燃料流入口から流入された燃料が、一方側縁側から他方側縁側へ流れた次には他方側縁側から一方側縁側へと逆方向に流れるように、一方側縁側と他方側縁側の間で蛇行するように流れて前記燃料流出口に至るように形成されており、
前記燃料流入口から最初に燃料を供給される前記1組目の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、少なくとも流入側の所定長さの部分が、水平方向に対して所定の第1傾斜角度以上で下流方向上方側へ傾斜するように形成されており、
複数の前記流通溝部のうち前記1組目の前記流通溝部グループよりも下流側となる2組目以降の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、水平方向に対して前記第1傾斜角度よりも小さい第2傾斜角度で下流方向上方側へ傾斜するように形成されている、
燃料電池。 - ギ酸又はアルコールを含む液体を燃料とする直接液体型の燃料電池において、
燃料極触媒層と燃料極拡散層と燃料極集電体とを有する燃料極と、
空気極触媒層と空気極拡散層と空気極集電体とを有する空気極と、
前記燃料極触媒層と前記空気極触媒層との間に配置された電解質膜と、
を備え、
前記燃料極集電体は、
前記燃料が供給される燃料流入口と、
前記燃料流入口よりも上方に配置されて前記燃料が排出される燃料流出口と、
前記燃料極拡散層に当接する側の面であって上下方向に延びる燃料流通面と、
前記燃料流通面に形成されて前記燃料流入口から前記燃料流出口へと前記燃料を導く燃料流通溝と、
を有し、
前記燃料流通溝は、
前記燃料流通面の一方の側縁側である一方側縁側から、前記一方側縁側に対向する他方の側縁側である他方側縁側へ延びる複数の流通溝部であって上下方向に配置された複数の前記流通溝部と、
一方側縁側及び他方側縁側において複数の前記流通溝部における所定の前記流通溝部を接続する複数の折り返し溝部と、
を有しており、
複数の前記流通溝部は、
上下に隣り合う所定数の前記流通溝部を1グループとする複数の流通溝部グループに分けられており、
それぞれの前記流通溝部グループは、
所定間隔を空けて並列配置されて前記燃料の流れる方向が同一とされた複数の前記流通溝部にて形成されており、
上下に隣り合うように配置された各流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
前記燃料の流入側よりも流出側のほうが上方となるように水平方向に対して下流方向上方側へ傾斜しており、
複数の前記折り返し溝部のそれぞれは、
接続対象となる上下に隣り合う2つの前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部のみを接続しており、
前記燃料流通面において最も下方に配置されて前記燃料流入口が接続される前記流通溝部グループである1組目の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側または他方側縁側が前記燃料流入口に接続されており、
前記燃料流入口が一方側縁側に接続されている場合、他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように最も下方に設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記燃料流入口が他方側縁側に接続されている場合、一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように最も下方に設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
前記燃料流通面において最も上方に配置されて前記燃料流出口が接続される前記流通溝部グループである最終組目の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側または他方側縁側が前記燃料流出口に接続されており、
前記燃料流出口が一方側縁側に接続されている場合、他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように最も上方に設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記燃料流出口が他方側縁側に接続されている場合、一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように最も上方に設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
前記1組目と前記最終組目の前記流通溝部グループを除いて、一方側縁側が他方側縁側よりも上方にある前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記1組目と前記最終組目の前記流通溝部グループを除いて、一方側縁側が他方側縁側よりも下方にある前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、
一方側縁側が、一方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、下方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の一方側縁側に接続され、
他方側縁側が、他方側縁側において上下に延びるように設けられた前記折り返し溝部にて、上方に隣り合う前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部の他方側縁側に接続され、
前記燃料流通溝は、
上下に隣り合うように配置されたそれぞれの前記流通溝部グループの前記流通溝部と、上下に隣り合う2つの前記流通溝部グループの前記流通溝部を接続するそれぞれの前記折り返し溝部にて、前記燃料流入口から流入された燃料が、一方側縁側から他方側縁側へ流れた次には他方側縁側から一方側縁側へと逆方向に流れるように、一方側縁側と他方側縁側の間で蛇行するように流れて前記燃料流出口に至るように形成されており、
前記燃料流入口から最初に燃料を供給される前記1組目の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、少なくとも流入側の所定長さの部分が、水平方向に対して所定の第1傾斜角度以上で下流方向上方側へ傾斜するように形成されており、
前記第1傾斜角度は、34度以上に設定されている、
燃料電池。 - 請求項2または3に記載の燃料電池において、
前記1組目の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、全長に渡って一定の傾斜角度で下流方向上方側へ傾斜している、
燃料電池。 - 請求項2に記載の燃料電池において、
前記2組目以降の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、前記第2傾斜角度が下流側に配置される各組毎に順次小さくなる傾斜角度で下流方向上方側へ傾斜するように設定されている、
燃料電池。 - 請求項2に記載の燃料電池において、
前記2組目以降の前記流通溝部グループのそれぞれの前記流通溝部は、各組毎に同じ前記第2傾斜角度で下流方向上方側へ傾斜するように設定されている、
燃料電池。 - 請求項2または5または6に記載の燃料電池において、
前記第2傾斜角度は、7度以下に設定されている、
燃料電池。
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