(57)【要約】【課題】燃料電池内の水分布を効果的にコントロールでき、発電性能を一層向上することのできる燃料電池の生成水排出方法を提供する。【解決手段】燃料電池１に振動を付加して内部の生成水の排出を強制的に行わせる燃料電池の生成水排出方法において、発電状態モニタ装置４による発電状態監視結果に応じた位置等、燃料電池１上の所望位置に、位置変更可能な防振材３を設けてその位置を防振しつつ、加振器２により燃料電池１に振動を付加するようにした。燃料電池１の水分布をコントロール可能として発電性能を一層高めた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に振動を付加して内部の生成水の排出を強制的に行わせる燃料電池の生成水排出方法において、
位置変更可能な防振手段を燃料電池上の所望位置に位置づけてその位置を防振しつつ、前記振動を付加することを特徴とする燃料電池の生成水排出方法。
【請求項２】
防振手段の位置を発電状態の監視結果に応じて決定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の生成水排出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の発電性能を向上するために内部の生成水の排出を強制的に行わせる燃料電池の生成水排出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては特許文献１に記載のものがあった。
これは、燃料電池（電極やセパレータ）を加振することによって内部に付着する生成水を強制的に排出させるというものである。
燃料電池の気体燃料には一般に水素が使用され、酸素含有気体には空気が使用される。この水素と空気中に含まれる酸素とが反応するとその反応過程で水が生成される。この水は、主に空気極等の表面に水滴となって付着して水素と酸素との反応を妨げ、発電性能を低下させる。そこで、この水の排出を燃料電池に振動を加えることによって強制的に分離排除し、発電性能を向上させようとするものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２０３５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記従来技術では、加振は燃料電池全体に対して行われるため、次のような問題があった。
すなわち、燃料電池の基本構成となる膜・電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）は、その含水量のコントロールが重要となる。乾燥しすぎるとイオン伝導性が低下し、また、逆拡散水があるほうが高出力化できるからである。しかしその一方で、フラッディングが問題となる。フラッディングが生じると、水が詰まってガス流路を塞き、ガス拡散しなくなるからである。
フラッディングのみを問題とすれば、上記従来技術のように単に加振を行う（燃料電池全体に対して行う）方法でも特に問題は生じないが、上記のように膜・電極接合体（ＭＥＡ）の適度な含水を配慮する場合に、発電性能上、問題となるもので、従来、これらの問題を共に解決できる生成水排出技術の開発が要望されていた。
【０００５】
本発明は、上記のような要望に鑑みなされたもので、生成水の強制的な排水と膜・電極接合体部分における適度な含水とを共に可能にする等、燃料電池内の水分布を効果的にコントロールでき、発電性能を一層向上することのできる燃料電池の生成水排出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題は、燃料電池の生成水排出方法を下記各態様の構成とすることによって解決される。
各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴及びそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、１つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではなく、一部の事項のみを取り出して採用することも可能である。
以下の各項のうち、（１）項が請求項１に、（２）項が請求項２に、各々対応する。
【０００７】
（１）燃料電池に振動を付加して内部の生成水の排出を強制的に行わせる燃料電池の生成水排出方法において、位置変更可能な防振手段を燃料電池上の所望位置に位置づけてその位置を防振しつつ、前記振動を付加することを特徴とする燃料電池の生成水排出方法。
（２）防振手段の位置を発電状態の監視結果に応じて決定することを特徴とする（１）項に記載の燃料電池の生成水排出方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、燃料電池内における水分布を効果的にコントロールでき、発電性能を一層向上することのできる燃料電池の生成水排出方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明による燃料電池の生成水排出方法の一実施形態を説明するための図である。
この図において、１は燃料電池（セル１個分）であり、断面構造が示されている。この燃料電池１は、膜・電極接合体（ＭＥＡ）１ａ及びこの膜・電極接合体１ａを両側から挟むように配置されたセパレータ１ｂを備えてなる。なお、図示を省略したが、膜・電極接合体１ａとセパレータ１ｂ間にはガス拡散層が存在する。
【００１０】
本実施形態においては、基本的には従来技術と同様に、燃料電池１全体に対して振動を付加（加振）して内部の生成水の排出を強制的に行わせる。
加振の方法は、例えばセパレータ１ｂに加振手段による振動を与えて行う。具体的には、高周波電源が与えられて高周波振動を発生する加振器２をセパレータ１ｂ表面に連結して加振を行う。加振の方法や位置は上記方法、位置に限定されない。
【００１１】
本実施形態においては、燃料電池１全体に対する加振作用に加えて、燃料電池１上の所望位置に防振作用を付与する。具体的には、燃料電池１のセパレータ１ｂ上の防振させたい位置に防振手段を位置づけ、ここではゴム等の振動吸収材からなる防振材３を位置決め結合させる。
すなわち、位置変更可能な防振材３を燃料電池１のセパレータ１ｂ上の所望位置に位置づけてその位置を防振しつつ、加振器２による振動を付加し、位置に応じて大きさの異なる振動を燃料電池１に付加する構成とされている。
これによれば、燃料電池１に対して一様でない振動を加えることができ、部分的な生成水排出、ひいては水分布のコントロールが可能となる。
【００１２】
図示例では、燃料電池１（セパレータ１ｂ）上の防振材３の位置を、燃料電池１の電力、抵抗、含水分布（抵抗監視等に基づく含水分布）等の発電状態の監視結果に応じて決定するように構成されている。すなわち、アノード１ｃ及びカソード１ｄ間に発電状態モニタ装置４を接続し、このモニタ装置４によって燃料電池１の上記発電状態を監視させる。そしてこの監視結果に応じて、セパレータ１ｂ上に位置する防振材３を移動させる、シリンダ等のアクチュエータからなる防振材移動装置５を駆動し、防振材３の位置を変更させる。
この状態で加振器２を作動させれば燃料電池１全体に振動が付加（加振）されて内部の生成水の排出が強制的に行われ、その一方で、防振材３が結合された燃料電池１（セパレータ１ｂ）部分においては防振作用が働き、加振器２の加振による生成水の排出が他の箇所に比べて低減される。つまり、防振材３が位置決めされて防振作用が働く箇所は、含水量がコントロールされて適度な含水状態が保持される。
【００１３】
前述したように、加振器２により燃料電池１全体を加振したのでは含水量が低減しあるいは乾燥しすぎてイオン伝導性が低下し、発電性能（出力）を低減させる。
本実施形態では、そのような発電性能を低減させる箇所に防振材３を位置決めし、防振作用を付与するものであり、燃料電池１の発電性能を一層向上する。
【００１４】
なお上述実施形態では、加振器及び防振材を各１個設けた構成を例示したが、各々複数個設けてもよい。加振器を１個、防振材を複数個設けた構成としてもよい。また、加振器や防振材を位置変更可能にすると共にそれらの脱着を可能にしてもよい。このように構成すれば、燃料電池の水分布のコントロール性をより高めることができる。
加振器及び防振材の位置も図示例に限定されることはなく、燃料電池（セパレータ等）に加振作用、防振作用を及ぼし得る箇所であれば図示例の位置以外でもよい。
また本発明は、複数のセルを連結して一体となった燃料電池（燃料電池集合体）についても適用できることはいうまでもない。この場合、加振器や防振材をどの位置に設けるかは任意に定められる。
【００１５】
燃料電池への振動の付加は加振器によるもののみに限定されることはない。燃料電池の発電によって駆動される被駆動体の駆動時の振動を燃料電池への振動の付加に用いてもよく、例えば、燃料電池を搭載した燃料電池車の振動を燃料電池への付加振動として積極的に利用してもよい。この例において、燃料電池への振動の付加を常時行う必要がない場合には、所望時に燃料電池全体を防振可能に構成する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明方法の一実施形態の説明図である。
【符号の説明】
【００１７】
１：燃料電池、１ａ：膜・電極接合体（ＭＥＡ）、１ｂ：セパレータ、１ｃ：アノード、１ｄ：カソード、２：加振器、３：防振材（防振手段）、４：発電状態モニタ装置、５：防振材移動装置。
【図１】
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