WO2007108277A1

WO2007108277A1 - 燃料電池システム

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Publication number: WO2007108277A1
Application number: PCT/JP2007/053423
Authority: WO
Inventors: Shoji Sekino
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2008-09-22
Also published as: JPWO2007108277A1; JP5146765B2; CN101405910A; US20090117445A1; CN101405910B

Abstract

　本発明は、ＭＥＡの発電環境を均一にするためのものである。本発明の燃料電池システムは、同一平面上に複数の燃料電池セルが配置された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの片面を空気流空間を介して被覆する筐体と、前記空気流空間内に空気流を形成させる空気流発生部と、前記空気流空間から排出された排ガスが、前記空気流発生部を介して再び前記空気流空間に導入されるように設けられた送風経路と、を具備する。

Description

明細書

燃料電池システム

技術分野

[0001] 本発明は、燃料電池システムに関し、特に複数の燃料電池セルが同一平面上に配置された平面スタック型の燃料電池システムに関する。

背景技術

[0002] 固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解質膜をアノードと力ソードとで挟持した構造の電極電解質膜接合体（Membrane and Electrode Assembly。以下、 MEAという。）を備えている。液体燃料を直接アノードに供給するタイプの燃料電池は、直接型燃料電池と呼ばれる。その発電メカニズムは、供給された液体燃料がァノ一ドに担持された触媒上で分解してプロトン、電子及び中間生成物を生成し、生成した陽イオンが固体高分子電解質膜を透過して力ソード側に移動し、生成した電子が外部負荷を経て力ソード側に移動し、そしてプロトンと電子が力ソードで空気中の酸素と反応して反応生成物を生じることによって発電するというものである。例えば、液体燃料としてメタノール水溶液をそのまま使用するダイレクトメタノール型燃料電池（以下、 DMFCという。）では、下式 1で表される反応がアノードで起こり、下式 2で表される反応が力ソードで起こる。

(化学式 l) ; CH OH + H O →CO + 6H+ + 6e"

3 2 2

(化学式 2) ; 6H+ + 6e" + 3/20 → 3H O

2 2

[0003] 液体燃料を使用した固体高分子電解質型燃料電池は、小型、軽量ィヒが容易であるために、今日では携帯機器をはじめとした種々の電子機器用電源としての研究開発が活発に進められている。例えば、 PCのような電子機器の電源として用いるためには、単一の MEAでは出力が小さぐ必要とする電圧を得られないため、複数の燃料電池セルを連結することになる（以下、燃料電池システムの発電における最小ュ- ットを燃料電池セルと呼び、その燃料電池セルの集合体を燃料電池スタックと呼ぶ）。このような複数の燃料電池セルで構成された燃料電池システムとしては、燃料電池の単位セルがセルの厚み方向に積層したバイポーラ型と、燃料電池の単位セルが平面的に並ぶ平面スタック型とが知られている。

[0004] ノート型 PCのように、携帯することを念頭に置!、た機器にぉ、ては、厚さに対する制約があるため、薄く構成される平面スタック型の方が向いている。平面スタック型において、複数の燃料電池セルが平面的に配置され、隣接した燃料電池セルを集電体などで接続することによって、高い電圧および出力を得ることができる。平面スタツク型を用いる場合、燃料電池システム全体が携帯機器のフットプリントに納まる程度に小型であることが望まし!/、。

[0005] ところで、燃料電池システムでは、力ソードに常に酸素を供給しつづける必要がある。平面スタック型の燃料電池システムでは、酸素を供給する手法として、（A)燃料電池スタックを筐体内部に搭載させ、筐体と燃料電池スタックとの間の空間に小型ファンを用いて空気を強制的に供給する、（B)力ソード面を大気に開放して自然吸気させる、などの手法が知られている。ただし、（B)力ソード面を大気開放する自然吸気型の構造は、力ソード面を被覆させると発電できないため、燃料電池自身を携帯機器内部に収納するような構造にすることが難しい。また、燃料電池を収めることだけを目的とした筐体を別個に設けたとしても、その筐体に設けられた通気孔を塞がないようにする配慮が必要である。これに対し、（A)燃料電池自体を筐体などに収め、小型ファンなどで空気を強制送風させる手法では、吸気部分および排気部分を塞がな、限りは安定して発電することができる。従って、携帯機器の電源として有利な点が多い。

[0006] 燃料電池を携帯機器に内蔵するためには、燃料電池システムはできるだけ小型であることが求められる。そのためには、燃料電池スタックは小型 ·薄型である必要があり、ひいては燃料電池セルの力ソード電極と、それに対面する筐体の内側との距離は、できる限り近いことが好ましい。しかし、消費電力の大きな燃料電池システムにおいては、燃料電池スタックと筐体との間の空間を空気流が流れる過程において、多数の燃料電池セル上を空気が通過することになる。そのため、吸気部分に近い側の燃料電池セルでは、常に新鮮な空気にさらされるために空気は比較的低湿度であり温度は低くなるのに対し、排気部分に近い側の燃料電池セルでは、いくつもの力ソードから発せられた熱や水分が送られてくるため、温度および湿度は高くなる傾向がある。 [0007] このような状況下においては、同じ燃料電池スタックにありながら、その発電環境が低温 ·低湿度の燃料電池セルと、高温 ·高湿度の燃料電池セルとが隣接して共存することになる。温度、湿度が不均一となると、部分的な結露を起源としたフラッデイングが起こりやすい。従って、複数の燃料電池セルにおいて、温度、湿度を均一にして発電環境を均一にする技術が求められる。

[0008] フラッデイングを防止するためには、燃料電池スタックと筐体との間の空間に送風するガス (酸化剤ガス）の流量を強くすることが考えられる。しかしながら、アノード側から MEAを通じて力ソード側に周りこんだ燃料成分や、力ソード生成水が、空気流と共に外部へ放出されることになり、結果的に燃料が無駄に消費されて、燃料単位量あたりの発電時間が減少してしまう。従って、発電効率を落とさずに、発電環境を均一にする技術の提供が望まれる。

[0009] 上記と関連して、特開 2000— 164229号公報は、燃料電池セルの乾燥を防ぐために、電池反応部を通過した既反応ガスと電池反応部を通過する前の未反応ガスを、保水性の多孔質体を介して接触させることにより、温度及び湿度交換を行う温湿度交換手段を備え、反応ガスの少なくとも一方は、多孔質体と接するように設けられた少なくとも一層のメッシュ状のガス供給経路内を流通するように構成することが記載されている。

[0010] また、特開 2004— 14149号公報には、カバー板に設けられた空気孔を通して大気中の酸素が正極と接することが記載されている。

[0011] また、特開 2000— 331703号公報には、燃料電池における水の回収利用を円滑に行うための技術が開示されている。即ち、特許文献 3には、燃料電池の酸化反応により生成する水蒸気を凝集手段により液ィ匕して凝縮水とし、その凝縮水を脱塩処理する手段を設け、燃料電池の排ガス側力ゝら脱塩手段までの間の排気 ·回収ラインに、燃料電池の空気極へと供給される空気を燃料電池への供給前に水蒸気又は Z及び凝縮水に接触させる気液接触手段、を設けることが記載されている。

[0012] また、特開 2000— 331699号公報には、小型'軽量で且つ発電効率の高い固体高分子型の燃料電池システムを提供する技術が開示されている。即ち、特許文献 4 には、酸化剤ガスを力ソードに供給する経路に、酸化剤ガスと力ソードから排出される力ソード排ガスとが導入されるとともにこれらを熱交換させることにより力ソード排ガス中に含まれる水分を凝集させる水凝集器を備え、その水凝集器における、その酸ィ匕剤ガスの排出口その力ソード排ガスの排出口とを連結するように連続して設けられたガス透過性の吸水部材を有する燃料電池システム、が記載されて、る。

[0013] また、特開 2005— 108713号公報には、長時間に渉って安定した発電が可能な燃料電池を提供するための技術が開示されている。即ち、特許文献 5には、起電部力排出された水を効率よく回収し、発電反応に再利用するために、力ソード流路を複数の分岐流路に分岐し、これらの分岐流路をカソード冷却器によって冷却することが記載されている。

[0014] また、特開 2003— 282131号公報には、セルパック内部への円滑な空気の供給が可能であり、外部からの異物の流入を効果的に抑制できる DMFCセルパックを提供するための技術が記載されている。即ち、特許文献 6には、 MEAの力ソードに接触する上部側板状部材及び Zまたは下部側板状部材の各内面に空気チャンネルが形成されていることによって、いずれか一方で使用者や使用環境による空気供給の遮断が発生しても他の部分力空気チャンネルを通じて空気が供給されるようになつている、ことが記載されている。

[0015] また、特開 2004— 241367号公報には、力ソードで生じた生成水を再利用するための技術が記載されている。即ち、特許文献 7には、 MEAとセパレータとを有し、セパレータの MEA対向面に反応ガス流路が形成された燃料電池において、セパレータの少なくとも一部に多孔質部を形成し、その多孔質部の反応ガス流路背面に冷却用ガス流路を形成した燃料電池、が記載されている。

[0016] し力しながら上述の何れの文献においても、携帯機器に求められる要求である省スペース化、低消費電力が達成された上で力ソード排気に含まれる水分を再利用することは解決されていない。

発明の開示

[0017] 従って、本発明の目的は、 MEAの発電環境を均一にすることのできる燃料電池システムを提供することにある。

[0018] 本発明の他の目的は、携帯機器に求められる省スペース化、低消費電力化の達成された上で、 MEAの発電環境を均一にすることのできる燃料電池システムを提供することにめる。

[0019] 本発明の更に他の目的は、携帯機器に求められる省スペース化、低消費電力化が達成された上で、力ソード排気に含まれる水分を再利用することのできる燃料電池システムを提供することにある。

[0020] 本発明に係る燃料電池システムは、同一平面上に複数の燃料電池セルが配置された燃料電池スタックと、燃料電池スタックを、燃料電池スタックとの間に空気流空間を空けて被覆する筐体と、空気流空間内に、複数の燃料電池セルの各々に酸化剤ガスを供給するための空気流を形成させる空気流発生部と、空気流空間から排出された排ガスが、空気流発生部を介して再び空気流空間に導入されるように形成された送風経路と、を具備する。

[0021] 上述した構成に依れば、空気流空間から排出された排ガスは、燃料電池スタックの力ソード生成水を含んでいるので、高湿度となっている。また、発電反応の発熱により、その排ガスは温められている。その排ガスを、空気流発生部を介して再び空気流空間に供給することで、乾燥し易く冷却されて低温となり易い位置に配置された燃料電池セルを加湿し、温度を維持することができる。

[0022] また本発明において、空気流空間は、空気流空間に酸化剤ガスを取り入れるためのスタック吸気開放部と、空気流空間からのその排ガスを排出するためのスタック排気開放部と、によって開放されている。送風経路は、スタック排気開放部力もの排ガスを、空気流発生部を介して、スタック吸気開放部の少なくとも一部力空気流空間へ再び導風するように設けられている。空気流空間は、スタック吸気開放部の一部で送風経路に連通し、スタック吸気開放部の他の部分で外部と連通している。スタック排気開放部からの排ガスと、外部の空気と、力 Sスタック吸気開放部力空気流空間へと供給される。

[0023] また、空気流発生部は、ファンを有して!/、ることが好ま、。また、ファンは、燃料電池スタックの平面方向に、燃料電池スタックと平行に配置されて、ることが好まし、。このようにファンが配置されて、ることによって、厚さ方向に対するスペースが省略ィ匕される。 [0024] また、本発明の他の形態にお!、て、複数の燃料電池セルは、複数の列となるように配置されており、空気流空間は、その複数の列の間において、空気流を整流するための仕切りによって分割されていることが好ましい。ここで、送風経路は、その複数の列のうちの一の列力も排気された排ガスが、空気流発生部を介して、その複数の列のうちの他の列に供給されるように設けられて、る。

[0025] 更に、上述の燃料電池システムにお、て、空気流発生部はファンを有し、空気流発生部、燃料電池スタック、及び送風経路は同一平面上に配置され、空気流発生部、燃料電池スタック、及び送風経路は、単一の筐体に納められていることが好ましい。ここで、その一の列の燃料電池セル上の空気流空間は、送風経路を介して空気流発生部に連通している。また、空気流発生部は、送風経路を介して、その他の列の燃料電池セル上の空気流空間と連通して、る。

[0026] 本発明に依れば、 MEAの発電環境を均一にすることのできる燃料電池システムが提供される。

[0027] 本発明に依れば、更に、携帯機器に求められる省スペース化、低消費電力化の達成された上で、 MEAの発電環境を均一にすることのできる燃料電池システムが提供される。

[0028] 本発明に依れば、更に、携帯機器に求められる省スペース化、低消費電力化が達成された上で、力ソード排気に含まれる水分を再利用することのできる燃料電池システムが提供される。

図面の簡単な説明

[0029] [図 1]第 1の実施形態に係る燃料電池スタックの上面図である。

[図 2A]ファンの構造を示す上面図である。

[図 2B]ファンの構造を示す側面図である。

[図 2C]ファンの構造を示す斜視図である。

[図 2D]ファンの構造を示す斜視図である。

[図 3A]空気流発生部の構造を示す上面図である。

[図 3B]空気流発生部の構造を示す側面図である。

[図 3C]空気流発生部の構造を示す斜視図である。 [図 3D]空気流発生部の構造を示す斜視図である。

[図 4]ダクトの構造を示す図である。

[図 5]ダクトの配置を示す斜視図である。

[図 6]ダクトの配置を示す斜視図である。

[図 7]ダクトの配置を示す斜視図である。

[図 8]燃料電池セルの構造を示す断面図である。

[図 9]第 2の実施形態に係る燃料電池システムの上面図である。

[図 10]比較例 1の燃料電池システムの上面図である。

[図 11]実験結果を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0030] 以下に、図面を参照して、本発明の燃料電池システム 1について説明する。

[0031] (第 1の実施形態）

(構成）

図 1は、本実施の形態に係る燃料電池システム 1の構造を示す概略図である。図 1 において、燃料電池スタック 15の上面図と、この上面図の DD'に沿った断面図及び CC'に沿った断面図が描かれている。尚、上面図において、内部の構成は、筐体やダクトに覆われているので、実際には見えないが、説明の便宜上から、透視させて示している。

[0032] 燃料電池システム 1は、複数の燃料電池セル 11がフレーム 10上に平面的に配置された燃料電池スタック 15、燃料電池スタック 15を収納する筐体 14、空気流を形成させるための空気流発生部 100、及びダクト 80を有している。燃料電池スタック 15と筐体 14との間には空間（空気流空間 27)が設けられている。空気流空間 27は、一端 2 5で空気流発生部 100に連通し、他端 24においてダクト 80内部の空間と連通している。また、ダクト 80内部と空気流発生部 100とは連通している。これにより、空気流空間 27の一端 25から、空気流発生部 100、及びダクト 80内部を介して空気流空間 27 の他端 24へ接続される送風経路 90 (DD'断面図の矢印）が形成されている。また、燃料電池システム 1には、図示していないが、燃料をためておくための燃料マザータンク、燃料を流すためのポンプ、電気エネルギーを取り出すための配線も設けられている。これらの各構成の詳細について、以下に詳述する。

[0033] (全体構成）

燃料電池スタック 15は、フレーム 10上に複数の燃料電池セル 11が配置されたものである。本実施の形態では、 6個の燃料電池セル 11が、 2列 X 3行で並べられている。燃料電池セル 11の構成については後述する力全ての燃料電池セル 11は、カソ一ド面を上向き (フレーム 10の反対側向き）として配置されている。また、燃料電池セル 11は、列方向に直列に接続されている。図 1DD'断面図における符号 40は集電体 40であり、燃料電池セルの列間を電気的に接続するものである。全ての燃料電池セル 11が電気的に直列に接続されている。燃料電池スタック 15には、取り出し用端子 152、 151が接続されており、取り出し用端子 151、 152を介して電力が外部へ取り出されるようになつている。

[0034] 筐体 14は、筐体本体 140と蓋 70とを有している。筐体本体 140は、断面がコの字状であり、燃料電池スタック 15が載置される底面と、その底面から立ちあがる 2つの側面とを有している。底面は、 2列 X 3行の燃料電池スタック 15の形状に対応した矩形状である。側面は、底面の対向する 2辺にのみ設けられており、他の 2辺には側面は設けられていない。

[0035] 蓋 70は、筐体本体 140の側面によって支えられるようにして、筐体本体 140の上に配置されている。蓋 70と燃料電池スタック 15とは、接触しておらず、空間が設けられている。この空間が空気流空間 27である。空気流空間 27は、燃料電池スタック 15の各燃料電池セル 11に設けられた力ソードと接している。これにより、空気流空間 27を流れる空気は、力ソードに酸化剤ガスとして供給される。また、空気流空間 27は、筐体本体 140の側面の設けられて!/、な!/、2面にお!、て開放されて!、る。この 2面の開放部が、それぞれ、空気流空間 27に酸化剤ガスを供給するためのスタック吸気開放部 24、空気流空間 27から排ガスを排出するためのスタック排気開放部 25となっている

[0036] 尚、蓋 70と筐体本体 140とは一体であってもよい。また、着脱自在のセパレート型のようなものであってもよい。蓋 70の材質としては、燃料電池スタック 15で発生した熱が放出され易いように、ステンレスやアルミなどの金属を母体とし、その表面を絶縁性のビニールなどで被覆することが好ましい。また、蓋 70と、後述するファンカバー 52 上部の面はできるだけ同じ高さであり、平滑であることが好ましい。

[0037] 空気流発生部 100の構成について詳述する。空気流発生部 100は、ファン 51と、ファン 51を覆うファンカバー 52を有している。

[0038] 図 2A〜Dは、ファン 51の構成を示す図である。図 2Aは、ファン 51の上面図、図 2 Bは側面図、図 2Cは排気側の斜め方向力見たときの図、図 2Dは吸気側の斜め方向から見たときの図である。

[0039] 図 2A〜Dに示されるように、ファン 51は、ファン本体 57 (図 2Bにのみ描かれている )、及びファン本体 57を覆うように設けられてファン本体 57を支持するファン支持体 5 8を有している。ファン本体 57は羽根状であり、回転することによって気流を発生させる。ファン支持体 58には、ファン本体 57が回転したときに気流の吸込み側となる面に設けられたファン吸気口 55と、ファン本体 57の気流吐き出し側においてファン吸気口 55に対して垂直方向を向いて設けられたファン排気口 56と、を有している。このような構造により、ファン 51は、気流を、上側（ファン吸気口 55側）から吸込み、横側（フアン排気口 56)から吐出する。

[0040] 図 3A〜Dは、ファン 51がファンカバー 52で覆われた状態を示す図である。即ち、空気流発生部 100の構成を示す図である。図 3Aは、空気流発生部 100の上面図、図 3Bは側面図、図 3Cは排気側の斜め方向力見たときの斜視図、図 3Dは吸気側の斜め方向力も見たときの斜視図である。図 3A〜Dにおいて、ファン 51は実際にはファンカバー 52に覆われて、て見えな、が、説明のために透視させて描かれて!/、る

[0041] 図 3Bに示されるように、ファンカバー 52は、ファン 51の上面を若干の空間をあけて被覆するように配置されいてる。ファンカバー 52の側部には、ファンカバー吸気口 53 と、ファンカバー排気口 54と力夫々対向する面に設けられている。ファンカバー吸気口 53は、ファン 51の上側の空間に接続されている。一方、ファンカバー排気口 54 は、ファン排気口 56に対応する側面に設けられている。

[0042] このような構成によって、空気流発生部 100は、ファンカバー吸気口 53から気流を吸い込み、ファンカバー排気口 54から排気する。即ち、ファン本体 57自体は上方から気流を吸引して下方へ排気するが、空気流発生部 100全体としては、ファン支持体 58やファンカバー 52に設けられた開口の位置によって、横方向から吸気して、吸気側とは反対方向から排気するように構成されている。

[0043] 再び図 1を参照して、空気流発生部 100の配置について説明する。空気流発生部 100は、燃料電池スタック 15と同一平面上になるように寝力せて配置されている。ここで、ファンカバー吸気口 53が、スタック吸気開放部 25に面するように配置されている。尚、スタック排気開放部 25とファンカバー吸気口 53との間の空間は連結部材によつて閉じられている。このような構成により、スタック排気開放部 25から排気された排ガスは、ファンカバー吸気口 53からファンカバー 52内部へ吸引される。ファン 51を通つた排ガスは、ファンカバー排気口 54を介して、燃料電池スタック 15の反対側の側部から空気流発生部 100の外へ吐出されるようになって、る。

[0044] 尚、空気流発生部 100としては、シロッコファン、軸流ファン、クロスフローファン、及びターボファンなども用いることができる。但し、携帯機器に搭載することを考慮した場合、薄型径流ファンなどの消費電力の小さなものを用いることが好ましい。

[0045] 続いて、ダクト 80について説明する。図 4は、ダクト 80の形状を示す斜視図である。

ダクト 80は、ダクト本体 83とガイド 81と力も形成されている。ダクト本体 83は矩形状の部材と、その対向する 2辺に設けられたダクト側壁 82とによって形成されている。ガイド 81は、矩形状の部材の他の 2辺に夫々接続され、下方向へ円弧を描くように曲げられて延びている。また、ガイド 81において、ダクト側壁 82の位置に対応した部分には、側壁が設けられている。

[0046] 再び図 1を参照する。上述のような構成を有するダクト 80が、ダクト本体 83を蓋 70 及びファンカバー 52の上面に配置されている。ダクト 80の長手方向の長さは、蓋 70 とファンカバー 52とを併せた長さに一致している。ダクト 80と蓋 70との間にはダクト側壁 81の厚さ分の空間が形成されている。ダクト 80と蓋 70との間の空間は、ファンカバ一 52側に設けられたガイド 81によって、ファンカバー排気口 54に接続されている。また、スタック吸気開放部 24側に設けられたガイド 81によって、スタック吸気開放部 24 の一部に接続されている。

[0047] 図 5は、ダクト 80の配置をファンカバー 52側力も見て説明するするための斜視図である。図中、矢印は排ガスの流れる方向を示している。説明の便宜上、ファンカバー 5 2の構成の一部を透視させて示している。ガイド 81がファンカバー 52の側部に配置されていることによって、ファンカバー 52内部は、ガイド 81を介して、ダクト本体 83内部の空間（ダクト 83と蓋 70とで形成された空間）に連通している。即ち、ファンカバー排気口 54から排出された排ガスは、ガイド 81内を通ってガイド本体 83側へと折り返される。

[0048] 図 6は、ダクト 80の配置をスタック吸気開口部 24側から見て説明する斜視図である。図 5同様、矢印が排ガスの流れる方向を示している。また、説明の便宜状上、燃料電池スタック 15の構成の一部を透視させて示している。ダクト 80内を流れてきた排ガスは、ガイド 81によって折り返されて、再びスタック吸気開放部 24から空気流空間 27 内へ導入される。なお、ガイド 81は、スタック吸気開放部 24を完全に覆うように設けられているのではなぐスタック吸気開放部 24の一部に接続されている。これにより、スタック吸気開放部 24からは、ダクト 80内を流れてきた排ガスにカ卩えて、外部からの空気も取りこまれるようになって!/、る。

[0049] 上述のような構成により、図 1の DD'の断面図に示されるように、空気流発生部 100 が気流を発生させると、空気流空間 27内の空気は、空気流発生部 100を介してダクト 80へ排出され、更にスタック吸気開放部 24から再び空気流空間 27へ導入される。このようにして、燃料電池スタック 15から排出された排ガスが再び燃料電池スタック 1 5へ供給される送風経路 90が形成されてヽる。

[0050] 送風経路 90を介して空気流空間 27へ再供給される排ガスは、各燃料電池セル 11 の力ソードで生成した生成水を含むために高湿度となっている。また、発熱する燃料電池スタック 15上を通過してきたために温められて、る。この排ガスがスタック吸気開放部 24力も再供給されるので、乾燥し易ぐ冷却されて低温となり易いスタック吸気開放部 24近傍 (上流側）の燃料電池セル 11を加湿し、温める事ができる。よって、上流側の燃料電池セル 11と下流側の燃料電池セル 11との発電環境を、温度及び湿度の観点から均一にする事ができる。

[0051] 尚、ダクト本体 83は、筒状であり、内部を排気ガスが通過する構成としてもよいが、上述のようにダクト本体 83を蓋 70の上に載せて、蓋 70が送風経路 90の底面となる構造としたほうが、ダクト 80内部の温度を空気流空間 27と近くすることができるのでこのましい。また、厚みを低減する上でも好ましい。

[0052] ダクト本体 83の材質としては、例えば、プラスチック製や金属製の板等を使用することができるが、これらに限定されるものではない。但し、高湿度の排気が通過することになるので、結露した際に腐食し易い金属製のものを用いた場合には、表面をビ- ル等でコーティングすることが好まし、。

[0053] ダクト側壁 82に関しては、ダクト本体 83と同じ材質でもよいが、例えば、厚さ 0. 1〜 1. Omm程度のウレタン素材などの気密性のある材料を、幅 0. 5〜3. Omm程度の帯状に裁断し、ダクト本体 83を成す平板に貼り付けるような簡単な構造であってもよい。ウレタン素材を用いる場合、吸水性のある素材を用いることによって、ダクト 80内部で結露した水を吸水させ、排気の流れが滞ることを防ぐことも可能である。また、ダタト側壁 82自体には気密性がなくても、外側から気密性のあるテープなどで塞げば、ダクト 80としての効果は得る事ができる。更には、部分的にダクト側壁 82が無い部分を設け、送風経路 90内に外気を取り入れる箇所を設けてもよい。これにより、排ガスの湿度が必要以上に高くなる事を避け、結露を防止することができる。このように、ダタト側壁 82としては、必要に応じてその材質の持つ機能を利用することができる。

[0054] ガイド 81に関しては、丸めても折れ曲がりにくぐ比較的柔らかな塩ィ匕ビュルなどのプラスチック素材が適している。但し、塩ィ匕ビニル等のプラスチック素材に限定されるものではない。また、その形状は、図 4に示したように、板状の材料を円弧状に丸め、側方をテープなどで塞、だ構造が基本となる力その形状に関してもここで述べたようなものに限定されるものではない。燃料電池スタック 15の力ソード 31面を通過してきた空気 (空気流空間 27から排出された排ガス）が、ダクト 80に導風され、更に、スタック吸気開放部 24の一部力も再度空気流空間 27に再供給されるような形状'構造であればよい。

[0055] また、空気流空間 27から排気された排ガスの全てをダクトを介して燃料電池スタツク 15に供給する必要はない。ガイド 81とファンカバー排気口 54との間や、ガイド 81とスタック吸気開放部 24との間には隙間があり、必要に応じて送風経路 90を通過する排ガスの一部が、外気に排出されるように構成されていてもよい。特に、ダクト 80からスタック吸気開放部 24に導風する際には、ダクト 80を通過した排ガスを全てスタック吸気開放部 24に導く必要は無ぐ一部の排ガスをガイド 81の隙間などから常に逃してやるような構造でもいい。

[0056] また、スタック吸気開放部 24は、完全にガイド 81で被覆するような構成にしてしまうと、外部力も新鮮な空気が供給されなくなってしまう。このため、ガイド 81は、スタック吸気開放部 24の一部分のみを被覆するように設けられる。スタック吸気開放部 24の全開放面積に対して、ガイド 81が接続している部分の面積の割合は、特に限定されないが 5〜80%程度が適当である。また、複数の燃料電池セル 11の列に渉ってカソード排気を再供給する際には、燃料供給経路などの影響で温度が上昇し易、カソ一ド 31を持つ燃料電池セル 11がある列には、比較的ガイド 81の割り当てを小さくし、温度が高くなりにくぐ空気流空間の湿度が低下し易い列にはガイド 81の割り当てを大きくするなどして、発電環境を最適化する事もできる。

[0057] ダクト本体 83部分における断面形状は、例えば長方形のように、最も厚さを制限した中でも効果を発揮できる形状がよいが、携帯機器の内部構造によって制限が生じる場合には、複数の小さな円筒状の構造などを用いる事もでき、特に限定されない。また、断面積は、ダクト 80内部空間における排ガスの流速や湿度を考慮して、漸増- 漸減させるようにしてもよい。また、ダクト 80内部での結露を考慮した場合、結露した水がダクト 80内部で力ソード排気の流れを妨げる事が無いように、ダクト 80内部にプラスチック製などのメッシュを添付した構造とし、結露した水がメッシュに沿って広がるような効果を得る事もできる。メッシュは、ガイド 81の内側に貼っても効果的であり、ガイド 81を通じて結露水を燃料系統に戻す事もできる。メッシュに関しては、プラスチック製ゃ金属製のものを用いる事ができる。特に、メッシュ径を規定することはないが、好ましくは、 40〜200メッシュ程度のものがよい。更に、吸水性を持つ素材を使用することによって、ダクト 80内での結露に起因する気流のを抑制することもできる。

[0058] 空気流発生部 100を燃料電池スタック 15と同一平面上に配置することで、厚み方向のスペースを省スペース化させることができる力厚み方向のスペースに余裕がある場合には、必ずしも同一平面上に配置する必要は無い。図 7は、空気流発生部 10 0の配置を変形させた例について示している。図 7に示される変形例においては、空気流発生部 100 (ファンカバー 52)が、蓋 70の上に配置されている。このように、燃料電池スタック 15の上側に空気流発生部 100を配置してもよい。また、空気流発生部 1 00をダクト 80内部に埋設するように配置してもよい。更に、正圧で送風するシステムにおいては、スタック排気開放部 25側ではなくて、スタック吸気開放部 25側に空気流発生部 100を配置してもよい。

[0059] 尚、本実施の形態では、空気流発生部 100は空気流空間 27に対して負圧となることで空気流空間 27内の気体が吸引される場合について説明したが、空気流発生部 100側が正圧となり、空気流空間 27内へ気体を送出するような構成としてもよい。即ち、ファン 51を上下逆に配置して、送風の向きを逆にしてもよい。このような構成としても、空気流空間 27からの排ガスの少なくとも一部力再び空気流空間 27内へと戻され、加温'加湿効果を享受できることは、当業者にとっては自明的であろう。

[0060] (燃料電池セル）

続いて、各燃料電池セル 11の構成についての詳細を説明する。図 8は、図 1の CC '断面を拡大して示す図である。即ち、図 8には燃料電池セル 11の構成が詳細に描かれている。各燃料電池セル 11は、 MEA13、力ソード集電体 41、アノード集電体 4 2、燃料タンク部 12、及び複数のシール部材 43を有している。

[0061] 既述のように、燃料タンク部 12は、フレーム 10に設けられた凹部である。燃料タンク部 12には、 MEA13に供給される液体燃料 (メタノール）が蓄えられる。また、燃料タンク部 12には、ゥイツキング材 60が挿入されている。ゥイツキング材 60は、燃料供給補助の目的で挿入される。ゥイツキング材 60の素材としては、発泡ウレタン等が例示される。尚、燃料が MEAに安定的に供給されるのであれば、ゥイツキング材 60は必ずしも必要では無い。

[0062] MEA13は、燃料タンク部 12の上部開口を覆うように配置されている。 MEA13は、略正方形の形状である。 MEA13は、固体高分子電解質膜 33、アノード 32、及び力ソード 31を有している。固体高分子電解質膜 33の片面にアノード 32が、他面にカソード 31が配置されており、アノード 32と力ソード 31によって固体高分子電解質膜 33 が挟持された構成となって、る。

[0063] MEA13は、アノード 32側を下向き (燃料タンク部 12側）として配置されている。 M EA13のアノード 32側にはアノード集電体 42が、力ソード 31側には力ソード集電体 4 1が、夫々周縁部に配置されている。アノード集電体 42及び力ソード集電体 31は枠状である。アノード集電体 42及び力ソード集電体 41は、 MEA13の端部を挟むようにして配置されている。即ち、アノード 32は、アノード集電体 42の内側にあたる中央部で燃料タンク部 12に接している。また、力ソード 31は、力ソード集電体 41の内側にあたる中央部で、上部の空間に接している。ここで、力ソード 31上部の空間力空気流空間 27である。

[0064] シール部材 43は、各構成部材の隙間を埋めるように適宜配置される。シール部材 43によって、燃料電池セル 11から液体燃料が漏れな、ようになって!/、る。

[0065] このような構成により、燃料タンク部 12に蓄えられた液体燃料が、アノード 32に供給される。一方、力ソード 31へは、空気流空間 27から空気が供給される。これにより発電反応が発生し、発生した電力はアノード集電体 42及び力ソード集電体 41によって取り出される。

[0066] 尚、 MEA13は、固体高分子電解質膜 33の両面に、カーボン母体の触媒層を塗布した、カーボンもしくは金属製導電性シート状電極を、触媒を塗布した面を固体高分子電解質膜 33に向けるようにして配置することで得る事ができる。また燃料電池セル 11は、 MEA13を両面から 2枚の集電体で挟みこみ、液体燃料を供給するァノード 32側を燃料タンク部 12側に向けてフレーム 10上に固定することで得る事ができる

[0067] 固体高分子電解質膜 33に関しては、プロトンを伝導することができるものならば、その材質は限定されない。また、力ソード 31及びアノード 32の触媒層に関しては、白金微粒子を主成分とする触媒金属を担持させたものを用いることができる。特に、ァノード 32側に関しては、一酸ィ匕炭素の被毒を防ぐために、ルテニウムなどの他金属成分を白金と共に担持させる事が好ましい。また、フレーム 10上に MEA13を搭載する際には、集電体を含めた MEA13をねじ止めや接着により固定することができる。伹し、この固定方法に関して限定されるものではない。

[0068] 尚、アノード 32への燃料供給に関しては、液体燃料を直接供給する直液法につ!ヽて説明したが、 PTFE (ポリテトラフ口才口エチレン)などを介した気化供給などの方法を用いる事もできる。アノード 32側への燃料供給方法に関しては、ここで示した方法のみに限定されるものではない。

[0069] 上述のような燃料電池セル 11を複数個配列し、集電体同士を電気的に接続することで、燃料電池スタック 15が形成される。

[0070] 以上説明したように、本実施の形態に係る燃料電池システム 1を用いれば、空気流空間 27からの排ガスを、気流発生部 100を介して再度空気流空間 27へ送り込む事で、比較的乾燥し易く冷却され易い位置の燃料電池セルを加温、加湿することができる。即ち、燃料電池セル 11間の発電環境力温度、湿度の点で均一化される。

[0071] その結果、力ソード生成水や、 MEAを通じた燃料揮発を抑制することができるので、投じた燃料あたりの発電効率が増大する。また、加温によって、燃料電池スタック 1 5の温度を上げて出力させることもできる。更には、ダクト 80を通じて、燃料成分の回収も可能となる。

[0072] この時、排ガスの循環経路途中に気流発生部 100を配置しているので、気流発生部 100が気流を発生させるために必要なエネルギーは僅かで済む。よって、低消費電力で排ガスの再利用を行う事ができる。

[0073] また、気流発生部 100を燃料電池スタック 15の平面方向に配置させた場合には、厚み方向に対する省スペース化にもなるので、携帯機器用の電源として有利である。

[0074] (第 2の実施形態）

続いて、本発明の第 2の実施形態に係る燃料電池システム 1について説明する。図

9は、本実施の形態に係る燃料電池システム 1の構成を示す図である。第 1の実施形態と比較して、ダクト 80が設けられていない点、空気流空間 27内に仕切り 26が設けられている点で異なっている。尚、燃料電池セル 11の構成などは第 1の実施形態と同様であり、説明を省略する。

[0075] 仕切り 26は、 2列 X 3行に配置された燃料電池セル 11の列間を分割するように設けられている。仕切り 26によって、空気流空間 27は、第 1の空気流空間 27Aと、第 2 の空気流空間 27Bとに分割されている。

[0076] 仕切り 26は、気流の流れを整流することのできる材料である。すなわち、仕切り 26 によって、第 1の空気流空間 27Aと第 2の空気流空間 27Bとでは空気流が分別される。これにより、第 1の空気流空間 27Aと第 2の空気流空間 27Bとは、夫々独立したスタック吸気開放部 24A、 Bと、スタック排気開放部 25A、 Bとを有している。即ち、一の開放部が、仕切り 26により、スタック吸気開放部 24Aとスタック排気開放部 25Bに分割され、他の開放部力 Sスタック排気開放部 25Aとスタック吸気開放部 24Bとに分割されている。

[0077] 仕切り 26としては、空気流をある程度分別することができれば、完全に分別させる必要はない。このような素材としては、発泡ウレタン素材などを挙げることができる。仕切り 26が通気性を持つ場合、仕切り 26を介して燃料電池セル 26の列間で熱交換を行うことができるので、燃料電池スタック 15の温度分布が均一化される。

[0078] 気流発生部 100は、スタック排気開放部 25Aで燃料電池スタック 15に隣接するように配置されている。気流発生部 100は燃料電池スタック 15と同一平面上に設けられている。気流発生部 100は、第 1の実施形態のそれに対して、ファンカバー排気口 5 4と、ファン排気口 56 (図 9では図示されて!、な!/、）とが設けられて!/、る向きにお!、て変更されて、る。本実施の形態では、ファンカバー排気口 54およびファン排気口 56 は、ファンカバー吸気口 53の向きと直交する方向を向くように設けられている。即ち、第 1の空気流空間 27Aを流れてきた排ガスは、空気流発生部 100において、流れの向きが平面方向で 90° 変化する。

[0079] ファンカバー排気口 54とスタック吸気開放部 24Bとの間は、接続部材が設けられることにより、閉じられた空間となっている。その閉じられた空間を介して、気流発生部 1 00は、排気側でスタック吸気開放部 24Bと連通して、る。

[0080] 尚、空気流空間や、閉じられた空間の上部 (厚み方向側）は、蓋 70によって覆われている。

[0081] この図 9中において、矢印は気流の流れる方向（送風経路 90)を示している。気流発生部 100が駆動すると、スタック吸気開放部 24A力も第 1の空気流空間 27A内に空気が供給される。第 1の空気流空間 27Aカゝらの排ガスは、気流発生部 100及びスタック吸気開放部 24Bを介して、第 2の空気流空間 27Bへ供給される。第 2の空気流空間 27Bを流れたガスは、スタック排気開放部 25Bを介して外部へ排出される。

[0082] 本実施の形態に依れば、第 2の空気流空間 27Bのスタック吸気開放部 24B近傍の燃料電池セル 11では、第 1の空気流空間 27Aで加湿されて加温された排ガスが供給されてくるので、乾燥や冷却を防ぐ事ができる。

[0083] また、厚み方向にダクト 80を有していないので、第 1の実施形態と比較して、更に厚み方向に対するスペースを省略することが出きる。よって、省スペース化の要求される携帯機器用の電源として、更に有利である。

[0084] 尚、本実施の形態では、気流発生部 100とスタック吸気開放部 24Bとの間の空間は閉じられているとして説明したが、必要に応じて、新鮮な空気 (酸素を多量に含む空気）を取り入れるために、一部を開口させて外部から空気が流入させる構成としてもよい。第 1の空気流空間 27Aからの排ガスの少なくとも一部が第 2の空気流空間 27

Bへ供給されれば、第 2の空気流空間 27Bの上流側において加温、加湿効果を得る事ができる。

[0085] (実施例の説明）

以下、本発明を具体例を挙げて説明するために、本発明者らによって行われた実験結果を実施例として、比較例と比較しつつ説明する。

[0086] (実施例 1)

実施例 1に用いた燃料電池システムは、図 1に示された構成のものである。燃料電池セルの構造について以下に説明する。先ず、炭素粒子 (ライオン社製のケッチェンブラック EC600JD)に粒子径が 3〜5nmの範囲内にある白金微粒子を重量比で 50 %担持させた触媒担持炭素微粒子を用意した。この触媒担持炭素微粒子 lgにデュポン社製の 5重量％ナフイオン溶液（商品名； DE521、「ナフイオン」はデュポン社の登録商標）を加え、攪拌して、力ソード形成用の触媒ペーストを得た。この触媒ペーストを基材としてのカーボンペーパー（東レネ土製の TGP— H— 120)上に l〜8mg/c m²の塗工量で塗布し、乾燥させて、 4cm X 4cmの力ソード 31を作製した。一方、白金微粒子に代えて粒子径が 3〜5nmの範囲内にある白金（Pt)—ルテニウム (Ru)合金微粒子 (Ruの割合は 50at%)を用いた以外は上記力ソード形成用の触媒ペーストを得る条件と同じにして、アノード形成用の触媒ペーストを得た。この触媒ペーストを用いた以外は上記力ソードの作製条件と同じ条件で、アノード 32を作製した。

[0087] 次に、デュポン社製のナフイオン 117 (数平均分子量は 250000)力なる 8cm X 8 cm X厚さ mの膜を固体高分子電解質膜 33として用意した。この膜の厚さ方向の一方の面に上記力ソード 31をカーボンペーパーが外側となる向きで配置した。他の面に上記アノード 32をカーボンペーパーが外側となる向きで配置した。そして、各カーボンペーパーの外側からホットプレスした。これにより力ソード 31及びアノード 32が固体高分子電解質膜 33に接合した MEA (電極—電解質膜接合体) 13が得られた。

[0088] 次に、力ソード 31とアノード 32の上に、ステンレス鋼（SUS316)からなる外寸法 6

X 6cm²,厚さ lmm、幅 11mmの矩形枠状の枠板からなる集電体 41 , 42を配置した。なお、固体高分子電解質膜 33とアノード集電体 42との間に、シリコンゴム製の外寸法 6 X 6cm²、厚さ 0. 3mm、幅 10mmの矩形枠状の枠板からなるシール部材 43を配置した。また、固体高分子電解質 33と力ソード集電体 41との間などに、その他のシール部材として、シリコンゴム製の外寸法 6 X 6cm²、厚さ 0. 3mm,幅 10mmの矩形枠状の枠板力もなるシール部材 43を配置した。集電体 41, 42の外にはみ出した固体高分子電解質膜 33は切断した。

[0089] 燃料電池システム 1を構成するフレーム 10として、外寸 19. 5cm X 14. 5cm X厚さ lcmのアクリル製のものを用意した。フレーム 10内部には、燃料電池セル 11を 2列 X 3行で並べられるように、 6個の凹部を燃料電池タンク部 12として形成させた。燃料力スタック燃料インレット 21から供給され、全ての燃料電池セル 11に燃料を通過した後、スタック燃料アウトレット 22から排出させるような流路構造とした。各燃料タンク部 12は、内寸法 4 X 4cm、深さ 5mmの容器であり、燃料タンク部 12の内部には、燃料保持材として、ウレタン素材力もなるゥイツキング材 60を挿入した。

[0090] MEA13、力ソード集電体 41、アノード集電体 42、シール部材 43を、上記の燃料タンク部 12に配置し、所定数のネジによりネジ止めして一体ィ匕し、実施例 1に係る燃料電池セル 11および燃料電池セル 12の集合体である燃料電池スタック 15を得た。

[0091] 電気的には、隣接する燃料電池セル 11の集電体を介して直列接続した。図 1において、左下に位置する燃料電池セル力もマイナスの端子 152、右下に位置する燃料電池セル力プラスの端子 151を取り出した。

[0092] 上記のようにして形成させた燃料電池スタック 15を、底面が厚さ lmm X奥行き 20c m X幅 15cmのアルミニウム製の筐体 14に載置した。アルミニウム製の筐体 14表面は、ポリプロピレン製粘着シートを貼り、絶縁した。短辺方向の両脇は、図 1に示したように折り曲げて衝立となっており、燃料電池スタックの上面は、蓋 70で被覆した。

[0093] 燃料電池スタック 15を、筐体 14および蓋 70で被覆することによって、燃料電池スタックの上下には開放部分が形成される。この開放部分においては、力ソード 31と蓋 7 0の距離は 1. 2mm程度であった。このように形成させた開放部分、すなわち空気流空間 27の一方から空気を導入し、他方力も排出することによって、燃料電池セル 11 の力ソード 31面上に空気流を形成できるようにした。また、小型のファン 51を用い、フアン吸気口 55とファン排気口 56の二つの開放部をもつファンカバー 52で覆うことで、空気流を整流できる様にした。

[0094] ファンカバー 52と蓋 70の上面部分のつなぎ目には段差が無、ようにした。また、そのつなぎ目には気密するためにプラスチックテープを貼った。そして、図 1断面図に示したように、ダクト 80を、ファンカバー 52および蓋 70の上に設置した。ダクト側壁 8 2としては、厚さ 0. 5mmのウレタン材を幅 lmmで裁断し、気密性を持たせた。二つあるガイド 81は、それぞれファンカバー排気口 54およびスタック吸気開放部 24に接続した。ガイド 81は、図 1 (DD'断面図）のように円弧状に丸めており、その側面はテープで塞いだ。

[0095] 以上のように、新鮮な空気がガイド 81を割り当てて、な、スタック吸気開放部 24から吸気され、力ソード 31を通過した力ソード排気は、ダクト 80を通じて再供給される構造とした。

[0096] (実施例 2)

実施例 2で用いた燃料電池セルの構造にっヽて以下に説明する。 MEAの作製方法および構造は実施例 1と同様であり、燃料電池スタック 15の構造も実施例 1と同様である。その他の条件も、後述で触れない限り同様である。

[0097] 実施例 2に関しては、ダクト側壁 82の一部に開放部分を設けた。具体的には、ダクト 80の長さを 3分割する箇所で、片側 2箇所ずつ、計 4箇所の隙間を設けた。隙間の幅は、 2mmとした。

[0098] (実施例 3) 実施例 3で用いた燃料電池セルの構造にっヽて以下に説明する。 MEAの作製方法および構造は実施例 1と同様であり、燃料電池スタック 15の構造も実施例 1と同様である。その他の条件も、後述で触れない限り同様である。

[0099] 実施例 3に関しては、図 7に示したように、ダクト 80の中央部分にファン 51を設置した。このような構造の場合、空気流空間 29を流れる空気の速さが遅くなるため、発電時の風量を、実施例 1および実施例 2の 1. 5倍にした。

[0100] (実施例 4)

実施例 4で用いた燃料電池セルの構造にっヽて以下に説明する。 MEAの作製方法および構造は実施例 1と同様であり、燃料電池スタック 15の構造も実施例 1と同様である。その他の条件も、後述で触れない限り同様である。本実施例では、筐体 14 の構造を以下の様に工夫した。

[0101] 実施例 4に関しては、図 9に示したように、 2列からなる燃料電池セル 11の右側列の後方にファン 51を設置した。右側列と左側列の間には、空気流を仕切るための仕切 26を設けた。ファン 51による排気を、送風方向と垂直にして、左側の列に送風されるようにした。そのため、発電時においては、右側列には外気がそのまま送風され、左側列には右側列の力ソード排気が送風される。

[0102] (比較例 1)

比較例 1で用いた燃料電池セルの構造にっヽて以下に説明する。 MEAの作製方法および構造は実施例 1と同様であり、燃料電池スタック 15の構造も実施例 1と同様である。その他の条件も、後述で触れない限り同様である。

[0103] 比較例 1に関しては、図 10のように、ダクト 80のない通常の送風方法とした。そのため、スタック吸気開放部 24には、常に外気が取り込まれ、力ソード排気はそのままスタック排気開放部 25、ファン 51を通じて外気に放出される。

[0104] (実験結果）

実施例 1〜4および比較例 1について、以下のような発電試験を行った。 10vol%メタノール水溶液 1 OOOmLを 1 OmLZminの流速で各燃料電池スタック 15に循環供給させ、 25°C、 50%の大気環境にて、 lOOmAZcm²の電流密度に相当する電流値で 3時間発電試験を行った。そのときの電圧の変化を 0. 5、 1、 2、 3時間ごとにモ二ターした。図 11は、各条件における結果を示している。

[0105] 比較例 1においては、終始安定して発電していたものの、空気流の上流にあたる M EA13が外気で冷やされやすぐまた、力ソード 31の湿度が低ぐ乾燥気味であったため、実施例 1〜4に比較すると電圧が低力つた。また、力ソード排気はそのまま外気に排出されたため、燃料利用率は 10. OgZhであり、後述の実施例と比較すると劣つていた。

[0106] 実施例 1では、力ソード 31を通過することによって暖められた高湿度の力ソード排気力そのまま再供給されるため、空気流の上流に位置する MEA13の温度が十分にあがり、かつ適度な湿度となったため、全体的に電圧が高くなつた。燃料利用率に関しても、空気流空間 29の湿度が十分に高くなつたため、力ソード生成水蒸発および MEA13を通じた燃料成分の揮発が抑制でき、投じた燃料が無駄なく消費できた。

[0107] 実施例 2に関しては、傾向としては実施例 1と同様の結果となった力ダクト側壁 82 に隙間があいているため、温度上昇が抑制され、実施例 1と比較して電圧自体はやや低くなつた。但し、空気流空間 29の水分の絶対量が減ったため、筐体 14内部における結露が抑制され、 2時間から 3時間にかけての電圧の低下が起こらな力つた。また、比較例 1と比較すると、燃料利用率は、比較例 1と比較すると良好な値 (少ない値)を示した力実施例 1よりはやや劣っていた。実施例 1と比較して劣るのは、ダクト側壁 82に隙間を設けたので、力ソード排気が外気中に排出され易くなつた為であると考えられる。

[0108] 実施例 3では、ほとんど実施例 1と同じ結果であった。但し、 2時間から 3時間の間で、若干の電圧低下が見られた。これは、ファン 51が直接に送風する構造ではないために、若干の結露が起こった為であると考えられる。燃料利用効率に関しては、カソード排気を循環させているため、実施例 1とほぼ同様の値を得た。

[0109] 実施例 4では、発電の初期に、空気流の上流でやや乾燥気味であつたが、発電の継続に伴って発電に適した湿度条件となった。そのため、電圧は 1時間以降では安定した電圧を得ることができた。ただし、発電の継続に伴って、ファン 51よりも下流部分で結露が多くなつたため、全体的には電圧が高力つたものの、 2時間から 3時間に力けて電圧が低下した。燃料利用効率は、力ソード排気を循環させないため、実施例 1と比較するとやや劣る値であった力比較例 1と比べると十分にょ、値であった。このように、実施例 1〜4に示した本発明の方法を用いると、力ソード 31における乾燥が低減され、また、スタック温度も高くなるため、全体的な出力が高くなる。そのため、必要な電圧をより低い電流値で得ることができ、さらには、力ソード生成水の揮発や MEAを通じた燃料揮発も抑制されるため、投じた燃料あたりの発電時間が向上する。その結果、従来方法よりも安定した発電を、長時間継続することが可能となる。この方法は、平面スタック型燃料電池のように、高い消費電力を必要とする燃料電池スタックにおいて有効であり、 PCなどの比較的高出力を必要とする携帯機器への燃料電池搭載を可能とする。

Claims

請求の範囲

[1] 同一平面上に複数の燃料電池セルが配置された燃料電池スタックと、

前記燃料電池スタックの片面を空気流空間を介して被覆する筐体と、

前記空気流空間内に空気流を形成させる空気流発生部と、

前記空気流空間から排出された排ガスが、前記空気流発生部を介して再び前記空気流空間に導入されるように設けられた送風経路と、

を具備する

燃料電池システム。

[2] 請求の範囲 1に記載された燃料電池システムであって、

前記空気流空間は、スタック吸気開放部と、スタック排気開放部とにおいて開放されており、

前記送風経路は、前記スタック排気開放部を、前記空気流発生部を介して、前記スタック吸気開放部の少なくとも一部分に連通させるように設けられ、

前記空気流空間は、前記スタック吸気開放部の一部で前記送風経路に連通し、前記スタック吸気開放部の他の部分で外部と連通しており、

前記スタック排気開放部力の排ガスと、外部の空気とが前記スタック吸気開放部から前記空気流空間へと供給される

燃料電池システム。

[3] 請求の範囲 1又は 2に記載された燃料電池システムであって、

前記空気流発生部は、ファンを有している

燃料電池システム。

[4] 請求の範囲 1乃至 3の、ずれかに記載された燃料電池システムであって、

前記ファンは、前記燃料電池スタックの平面方向に、前記燃料電池スタックと平行に配置されている

燃料電池システム。

[5] 請求の範囲 1に記載された燃料電池システムであって、

前記複数の燃料電池セルは、複数の列を有するように配置され、

前記空気流空間は、前記複数の列の間において、空気流を整流する仕切りによつて分割され、

前記送風経路は、前記複数の列のうちの一の列力排気された排ガス力前記空気流発生部を介して、前記複数の列の内の他の列に供給されるように設けられている

燃料電池システム。

請求の範囲 5に記載された燃料電池システムであって、

前記空気流発生部は、ファンを有し、

前記空気流発生部、前記燃料電池スタック、及び前記送風経路は同一平面上に配置され、

前記空気流発生部、前記燃料電池スタック、及び前記送風経路は、単一の前記筐体に納められ、

前記空気流空間は、前記一の列にぉ、て前記空気流発生部の吸気側に連通し、前記他の列にぉ、て、前記空気流発生部の排気側に連通して、る

燃料電池システム。