专利名称：燃料电池以及燃料电池的运行方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池和燃料电池的运行方法。
背景技术：
近年来，随着信息化时代的到来，用个人计算机等电子仪器处理的信息量飞越增长，与此相伴，电子设备消耗的电能也明显增长起来。特别是对于便携式电子设备，随着其处理能力的增强，耗能的增长就成了问题。现如今，像这样的便携式电子设备普遍使用锂离子二次电池作为电源，可是锂离子二次电池的电能密度已经接近理论上的极限。
因此，为了延长便携式电子设备的连续使用时间，目前还局限于不得不通过控制CPU的驱动频率以减少能耗。
在这样的情况下，改变使用锂离子二次电池的现状，通过用电能密度大的燃料电池作电子仪器的电源，就能使便携式电子仪器的连续工作时间得到大幅度提升。
燃料电池由燃料极和氧化剂极以及设于这两极之间的电解质构成，通过对燃料极供给燃料、对氧化剂极供给氧化剂，使其发生电化学反应来进行发电。燃料目前普遍使用氢，但是，近年来使用廉价易得的甲醇作原料，对甲醇进行改性使其生成氢的所谓甲醇改性型的燃料电池、或以甲醇为燃料直接加以利用的所谓直接型的燃料电池的开发正在盛行起来。
在将氢作燃料使用时，在燃料极发生的反应如下述(1)式所示(1)
在将甲醇作燃料使用时，在燃料极发生的反应如下述(2)式所示(2)不管是哪种情况，在氧化剂极发生的反应都如下述(3)式所示(3)燃料电池因电解质的不同而被分成许多种类，一般来说大致有碱型电池、固体高分子型电池、磷酸型电池、熔化碳酸盐型电池、固体电解质型电池这么几大类。
特开平6-52878号公报中公示有如下结构，其构成是，将以氢作燃料使其与空气中的氧气进行反应以生成电力的磷酸型燃料电池放入密闭容器中。该密闭容器在燃料电池主体工作时吸收空气中的氧气，同时将反应生成的气体排出容器。而在密闭容器内配置有经加热可再生的吸湿性材料。上述公报所述的燃料电池是磷酸型燃料电池，其需要解决的问题在于，如果生成的水分掉入容器主体内，则会降低燃料电池的磷酸浓度，导致电池特性变差。
但是，即使在固体电解质型的燃料电池中，由于长时间的运行，从而存在如下一些问题，如果水滞留在氧化剂极的电极表面，就会产生因电极的透气性能降低造成发电效率的降低，或因催化剂的有效表面积减小致使其功率降低的问题。
另外，由于燃料电池周边的温度变化，从而当例如燃料电池的温度下降时，就会使氧化剂流路内的湿度上升，在此条件下水分就会聚集在氧化剂极周围，致使氧化剂的效率不能充分发挥，造成发电效率的降低的问题。另外，如果任由这些水分存在，在低温环境下还存在凝缩水冻结的问题。
在此情况下，必须为在驱除氧化剂极表面水分的同时，能够在燃料电池运行时向氧化剂极高效地供给氧化剂的结构。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而构成的，其目的在于，提供一种不受使用环境及运行状况的影响，能够稳定地供应电流的燃料电池。本发明的另个目的在于，提供一种高可靠性、长寿命的燃料电池。
根据本发明，提供一种燃料电池，其含有燃料极和氧化剂极，其特征在于，包含吸湿材料和吸湿材料可动部，其中，吸湿材料设在氧化剂极附近，吸湿材料可动部能够移动地将吸湿材料沿靠近氧化剂极的方向及远离氧化剂极的方向移动。
燃料电池进而可以含有固体电解质膜，燃料极和氧化剂极夹着固体电解质膜。根据这样的结构，即使水分附着在氧化剂极上，也可以通过使吸湿材料移动向靠近氧化剂极的方向，高效地去除水分，与此同时，通过使吸湿材料移动向远离氧化剂极的方向，就能够使燃料电池保持通畅的运行，从而可提高燃料电池的发电效率。这样一来，就能使燃料电池不受使用环境及运行状况等的影响而稳定地运行。
在本发明的燃料电池中，吸湿材料可动部能够使吸湿材料移动向吸湿材料的至少一部分与氧化剂极接触的位置、以及该部分从氧化剂极离开的位置。
这样，在可以高效去除附着在氧化剂极上的水分的同时，在使吸湿材料移动到从氧化剂极隔离的位置时，能够使燃料电池的运行如正常运行，能够提高燃料电池的发电效率。
在本发明的燃料电池中，吸湿材料可以设有一个面，吸湿材料可动部在将吸湿材料移动到氧化剂极时，该面能够以与氧化剂极表面对向配置的方式支承吸湿材料。吸湿材料的面最好做成大于氧化剂极的表面积。这样，通过使吸湿材料与氧化剂极表面接触，就能去除氧化剂极表面的水分。即使不使吸湿材料的面大于氧化剂极表面的面积，也能够使吸湿材料顺序移动，与整个氧化剂极表面接触，去除氧化剂极表面的水分。另外，燃料电池也可以为含有多个氧化剂极的结构，在该情况下，也可以为在多个氧化剂极上分别设置吸湿材料的结构，还可以为相对多个氧化剂极设置一个吸湿材料，使其依次移动的结构。
本发明的燃料电池还可以包含设在氧化剂极表面的氧化剂流路，吸湿材料可以设在氧化剂流路内。
本发明的燃料电池还可以包含促进氧化剂从氧化剂极排气的排气促进部。在这里，排气促进部可以是排气扇或吸气扇。通过采取这些措施，可以在降低氧化剂流路中的湿度的同时，还可以将吸湿材料吸收的水分排到外面使吸湿材料干燥。
本发明的燃料电池还可以包含测定氧化剂流路内的湿度的湿度测定部，吸湿材料可动部可以根据由湿度测定部测定到的湿度移动吸湿材料。吸湿材料可动部例如在氧化剂流路内的湿度高时，使吸湿材料向接近氧化剂极的方向移动，在氧化剂流路内的湿度低时，使吸湿材料向远离氧化剂极的方向移动。
本发明的燃料电池还可以包含将氧化剂流路关闭或开启进行切换的切换装置。作为切换装置，可以使用能够开关氧化剂流路的吸气口及排气口。借助这一装置，在燃料电池的运行处于停止状态时，通过关闭吸气口及排气口，就可以关闭氧化剂流路。由此，可以防止固体电解质膜干燥。另外，在使用作为燃料的液体燃料时，也可以防止液体燃料经过固体电解质膜后从氧化剂极侧蒸发掉。在燃料电池的运行处于停止状态时，如果关闭氧化剂流路的话，由于燃料电池周围的温度变化，从而氧化剂流路内的湿度就会发生变化，进而就会在氧化剂极的表面凝结成水珠或生成凝缩水。这样的凝缩水等如果任其存在，则在低温环境下凝缩水会结冰，从而妨碍燃料电池的稳定运行。本发明的燃料电池因含有吸湿材料，因此能够防止氧化剂极表面凝结水珠或凝缩水的发生，能够不受使用环境及运行状况等的影响，保证了燃料电池能稳定地工作。
本发明的燃料电池还可以包含调整吸气口以及排气口的开口大小的开口调整部。
本发明的燃料电池还可以包含使吸湿材料干燥的干燥部。作为干燥部可以使用风扇。干燥部可以含有对吸湿材料进行加热的加热部。加热部可以设置在吸湿材料与氧化剂极表面相接触面的反面。由于这样设置干燥部，就能使吸湿材料吸收的水分从吸湿材料内放出，能够使吸湿材料再生利用。
本发明的燃料电池还可以包含测定温度的温度测定部，吸湿材料可动部能够根据由温度测定部测定到的温度使吸湿材料移动。吸湿材料可动部也能够根据温度测定部测定到的温度变化而使吸湿材料移动。
本发明的燃料电池还可以包含温度测定部、检测部、存储部、判定部，其中，温度测定部用于温度测定；检测部用于检测燃料电池的输出；存储部用于存储根据温度设定的输出的标准值；判定部基于由温度测定部测定的温度，将由检测部检测的输出与存储于存储部的标准值进行比较，判断该输出是否达到标准值，在输出没有达到标准值的情况下，吸湿材料可动部能够使吸湿材料向靠近氧化剂极的方向移动。由此，在由于水分附着在氧化剂极表面导致燃料电池的输出降低时，能够去除氧化剂极表面的水分，因此，燃料电池的输出可以有效地得以提高。
本发明的燃料电池还可以包含检测部、警报输出部、控制部，其中，检测部用于检测燃料电池的输出，控制部在吸湿材料可动部把吸湿材料移动到靠近氧化剂极的方向后，指令检测部对燃料电池的输出进行检测，在燃料电池的输出未得到改善时，指令警报输出部输出警报。由于采取这些措施，在虽然进行了去除氧化剂极表面水分的作业，但也不能够改善燃料电池的输出时，管理者也能够对其进行检测，因此，能够检测燃料电池的故障等。
另外，也可以检测是否需要替换吸湿材料等。
在本发明的燃料电池中，吸湿材料可动部能够根据该燃料电池是在运行状态还是运行停止状态而使吸湿材料移动或是使其停止移动。吸湿材料可动部例如能够在燃料电池处于运行停止状态时，将吸湿材料移动到靠近氧化剂极的方向的状态。另外，吸湿材料能够为覆盖氧化剂极的结构。通过这些措施，能够防止在燃料电池处于运行停止状态时，固体电解质膜干燥，或防止在使用液体燃料的时候，从燃料极透过去的液体燃料蒸发掉。
本发明的燃料电池可以为把液体燃料供给燃料极的直接型燃料电池。
本发明的燃料电池可以含有多个氧化剂极，该多个氧化剂极可以做成平板状来设置。这时，吸湿材料可以做成将多个氧化剂极完全覆盖的形状。另外，吸湿材料还可以做成依次与氧化剂极接触的结构。
根据本发明，提供一种含有燃料极和氧化剂极的燃料电池的运行方法，其特征在于，包含使设置在氧化剂极附近的吸湿材料向靠近氧化剂极的方向移动的步骤、和使吸湿材料向远离氧化剂极的方向移动的步骤。
在本发明的燃料电池的运行方法中，在使吸湿材料向靠近氧化剂极方向移动的步骤中，使吸湿材料与氧化剂极接触，在使吸湿材料向远离氧化剂极的方向移动的步骤中，使氧化剂极从吸湿材料的一部分离开。
在本发明的燃料电池的运行方法中，在燃料电池的运行停止时，可以执行使吸湿材料向靠近氧化剂极的方向移动的步骤，在燃料电池的运行开始时，可以执行使吸湿材料向远离氧化剂极的方向移动的步骤。
在本发明的燃料电池的运行方法中，在燃料电池的运行开始之前，可以执行使吸湿材料向靠近氧化剂极的方向移动的步骤，在燃料电池的运行开始时，可以执行使吸湿材料向远离氧化剂极的方向移动的步骤。
本发明的燃料电池的运行方法还可以包含将吸湿材料干燥的步骤。本发明的燃料电池的运行方法还可以包含对吸湿材料进行加热的步骤。
本发明的燃料电池的运行方法还可以包含根据运行状况，选择使吸湿材料向靠近氧化剂极的方向移动的步骤及使吸湿材料向远离氧化剂极的方向移动的步骤的选择步骤。
本发明的燃料电池的运行方法还可以包含，测定燃料电池的温度的步骤和选择步骤，其中，选择步骤根据由测定温度的步骤测定到的温度，对使吸湿材料向靠近氧化剂极的方向移动的步骤和使吸湿材料向远离氧化剂极的方向移动的步骤进行选择。
在本发明的燃料电池的运行方法中，燃料电池还可以包含向氧化剂极提供氧化剂的氧化剂流路，吸湿材料也可以设置在该氧化剂流路内，还可以包括测定氧化剂流路内温度的步骤和根据湿度测定步骤测得的湿度，对使吸湿材料向靠近氧化剂极的方向移动的步骤和使吸湿材料向远离氧化剂极的方向移动的步骤进行选择的选择步骤。
本发明的燃料电池的运行方法还可以包含检测燃料电池的输出的步骤和对吸湿材料的移动方向进行选择的步骤，其中，对吸湿材料的移动方向进行选择的步骤根据在检测输出的步骤中测得的输出，对使吸湿材料向靠近氧化剂极的方向移动的步骤和使吸湿材料向远离氧化剂极的方向移动的步骤进行选择。
本发明的燃料电池的运行方法还可以包含检测燃料电池输出的步骤；在执行使吸湿材料向靠近氧化剂的方向移动的步骤后，再执行检测燃料电池输出的步骤，判断检测到的输出是否达到标准值的步骤；在判断是否达到标准值的步骤中，在输出未能改善的情况下，输出警报的步骤。
在本发明的燃料电池的运行方法中，燃料电池还可以包含向氧化剂极提供氧化剂的氧化剂流路，吸湿材料也可以设置在该氧化剂流路内，还可以包括促使氧化剂从氧化剂流路排气的步骤。
在本发明的燃料电池的运行方法中，燃料电池含有能够开闭的吸气口及排气口，更可以含有向氧化剂极提供氧化剂的氧化剂流路，吸湿材料可以设置在该氧化剂流路上内，还可以包含调整吸气口或排气口的开口大小的步骤。
如以上所述，根据本发明，提供一种燃料电池，由于具有能高效去除由氧化剂极产生的水分的结构，故不受使用环境及运行状况的影响而可供给稳定的电力。另外，根据本发明，可提供具有高度可靠性、寿命长的燃料电池。
具体实施例方式
下面，参照
本发明的实施方式。在所有的附图上，对于同样的构成要素就标上同样的符号，在下面的说明中适当省略详细说明。
本发明实施方式的燃料电池能够适用于移动电话、笔记本型等便携式个人计算机、PDA(个人数字助理)、各种照相机、导航系统、便携式音响等小型电子仪器。
第一实施方式图1是模式地表示本实施例的燃料电池的结构的剖面框图。
燃料电池包含多单元电池101。各单元电池101包含燃料极102以及氧化剂极108、和被安置在燃料极102以及氧化剂极108之间的固体电解质膜114，燃料124供应到燃料极102、氧化剂126供应到氧化剂极126通过电化学反应进行发电。单元电池101是一种将液体燃料提供给燃料极102的直接型燃料电池。作为燃料124，其可以使用甲醇、乙醇、二甲醚、或者是其他的醇类、或环烷等液体碳氢化合物之类的有机液体燃料。有机液体燃料也可以做成水溶液。作为氧化剂126，一般可以使用空气，但也可以使用氧气。
燃料电池含有给燃料极102提供燃料124的燃料流路310、和给氧化剂极108提供氧化剂126的氧化剂流路312。在氧化剂流路312上设置了吸气口339和排气口340。
在本实施方式中，多个单元电池101相互之间以串联方式电连接，构成平行排列的两组电池组。这种被平行排列的两组电池组以使燃料极102互相对面的方式配置，燃料流路310被布置在其中间，另外，氧化剂流路312被配置在位于被平行排列的电池组外侧的氧化剂极108侧。
燃料电池还包含被设置在氧化剂流路312内的吸湿材料1051、可以使吸湿材料1051移动的吸湿材料可动部1053、通过排气口340从氧化剂流路312排放氧化剂126的排气用风扇1055。吸湿材料可动部1053，在靠近氧化剂极108的方向以及向远离氧化剂极108的方向上可移动地支承吸湿材料1051。
在本实施方式中，吸湿材料1051在被移动向靠近氧化剂极108的方向时，可以作成含有与氧化剂极108的表面相对向的第一面的薄片。吸湿材料1051由能够吸收附着在氧化剂极108表面的水分，并能够将吸收的水分排放出去的材料构成。作为这样的材料，例如可以使用聚酯、人造丝、尼龙、氟树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰乙胺、聚砜、多硫化物、聚苯并咪唑、或者是棉等纤维。作为这样的材料也可以使用二氧化硅多孔体、氧化铝多孔体等的陶瓷多孔体、多孔质金属等。
吸湿材料1051所具有的面积大于单元电池101内氧化剂极108的表面，其大小最好是能够盖住氧化剂极108的表面。这样就能够有效去除氧化剂极108表面产生的凝缩水。吸湿材料1051也可以根据多单元电池101的氧化剂极108而设置多个，也可以以在任何氧化剂极108中所共有的方式设置。这种情况下，为了使吸湿材料1051靠近氧化剂极108或是远离氧化剂极108，吸湿材料移动体可以设计成能够在垂直方向移动，同时也能够在水平方向上移动的结构。
在本实施方式中，吸湿材料可动部1053在使吸湿材料1051的第一面接触到氧化剂极108的表面后，相对于氧化剂极108的表面做垂直方向的移动，使其从氧化剂极108的表面离开，同时，相对于氧化剂极108的表面做水平方向的移动，使其依次盖住被平行放置的多单元电池101的氧化剂极108的表面。通过这种结构，就能够根据需要将吸湿材料1051移动向氧化剂极108的表面而去除凝缩水。
在其他实例中，吸湿材料1051也可以做成其第一面的面积小于单元电池101的氧化剂极108的表面的结构。这种情况下，吸湿材料可动部1053使吸湿材料1051移动，使其依次盖住所有的氧化剂极108的表面。
在其他实例中，吸湿材料1051的第一面的面积也可以做成能够一次盖住所有多的单元电池101的氧化剂极108的表面的面积。这种情况下，吸湿材料可动部1053也可以做成使吸湿材料1051只在垂直方向移动的结构。
排气用风扇1055把从吸湿材料1051排放出的湿气和氧化剂流路312内的氧化剂126一起排出。这样就能够尽快排放出来自吸湿材料1051的水分。另外，也可以将供气用风扇(未图示)设置在氧化剂通流路312的吸气339上，其中，供气用风扇(未图示)通过吸气口339向氧化剂流路312内提供氧化剂。由于这样就能够向氧化剂流路312内提供不含湿气的氧化剂126，因而能够尽快排放出来自吸湿材料1051的水分。
下面，对吸湿材料可动部1053使吸湿材料1051移动的结构进行说明。图2是表示本实施方式的燃料电池内吸湿材料的升降结构之一例的图。
吸湿材料可动部1053包含支承杆1071、旋转支承部1073、电动机1075、一对滑轮1077以及滑轮1078、动力传送带1079。图中用加粗线及实线所示的状态是表示吸湿材料1051的第一面接触到或接近氧化剂极108表面的状态。阴影及虚线所示的状态是表示，吸湿材料1051的第一面已经离开氧化剂极108表面的状态。
支承杆1071具有两端，一端绕枢设于吸湿材料1051两端的旋转轴1072可转动地轴支承，另一端固定在旋转支承部1073的旋转轴(未图示)上，绕旋转支承部1073的旋转轴可转动地支承。支承杆1071通过支承部1073的旋转而绕支承部1073的转轴旋转，被支承杆1071支承的吸湿材料1051随支承杆1071联动而绕旋转轴1072转动，如图所示，使吸湿材料1051的第一面相对氧化剂极108表面沿垂直方向移动。
旋转支承部1073具有在枢设于未图示的轴承上的旋转轴的至少一端设置的皮带轮1074。
滑轮1077被固定在电动机1075的转轴(未图示)一端，随电动机1075一起转动。在滑轮1077上张挂有动力传送带1079，通过滑轮1077的旋转使设在另一侧的滑轮1078绕枢设于未图示的轴承上的转轴(未图示)转动。
动力传送带1079在滑轮1077和滑轮1078之间被张挂在旋转支承部1073的皮带轮1074上。这样，就能够通过动力传送带1079将电动机1075的旋转传送到旋转支承部1073的皮带轮1074上，使旋转支承部1073的转轴旋转，进而使吸湿材料1051移动。
下面，对吸湿材料1051相对氧化剂极108表面所做的水平方向的移动进行说明。
这里没有图示，吸湿材料可动部1053包含被设在旋转支承部1073的转轴上的第二皮带轮、有别于电动机1075的第二电动机(未图示)、被设在第二电动机上的一组滑轮(未图示)、张挂于该滑轮上的动力传送带(未图示)。在这样的结构中，第二电动机的旋转是通过动力传送带传送到第二皮带轮的。对旋转支承部1073的轴承来说，吸湿材料1051可以是支承旋转支承部1073的旋转轴的导轨，使其相对氧化剂极的表面能够沿水平方向移动，在电动机1075旋转时，将旋转支承部1073的旋转轴的位置固定，在第二电动机旋转时，可移动地支承旋转支承部1073的旋转轴。由此，在第二电动机旋转时，第二电动机的旋转传递到第二皮带轮上，通过第二皮带轮的旋转，吸湿材料1051相对氧化剂极108的表面沿水平方向移动。
在本实施方式中，吸湿材料1051的水平方向的移动如上述那样实施，但不限于此，也可以考虑各种方式。例如，吸湿材料可动部1053可使吸湿材料1051沿水平方向二维移动。由此，在多个氧化剂极108被矩阵状平面排列的情况下，也可以利用吸湿材料顺序吸收除去多个氧化剂极108表面的水分。
另外，在本实施方式中，用于使吸湿材料1051升降的滑轮1077的旋转是利用电动机进行的，但不限于此，也可以设置通过手动使滑轮1077旋转的机构。
另外，各电动机的旋转可利用未图示的控制部控制。另外，也可以利用未图示的操作部，通过手动来控制各电动机的旋转。
另外，在吸湿材料1051为薄的布状片的情况下，如图3所示，吸湿材料1051可以是粘贴于支承板1080的第一面上的结构。
如上所述，根据本实施方式的燃料电池，由于可直接除去氧化剂极表面的结露产生的凝缩水，故可提供不受使用环境及运行状况的影响，可防止发电效率降低的燃料电池。另外，根据需要使吸湿材料向氧化剂极表面移动，可除去凝缩水。另外，由于吸湿材料一直未与氧化剂极的表面接触，故也不会使氧化剂对氧化剂极的供给效率降低，可供给稳定的电力。
第二实施方式图4是模式地表示本实施方式的燃料电池的结构的剖面框图。
在本实施方式中，燃料电池更可包括使氧化剂流路312的吸气口339开关的闸门1001、和使氧化剂流路312的排气口340开关的闸门1002。在本实施方式中，在燃料电池运行停止中，通过将吸气口339及排气口340关闭，可将氧化剂流路312密闭。由此，可防止燃料124通过固体电解质膜114从氧化剂极108侧蒸发、或固体电解质膜114干燥。
在本实施方式中，闸门1001及闸门1002分别可调整吸气口339及排气口340的开口程度。由此，例如在燃料电池的运行停止时，通过将吸气口339及排气口340关闭、或降低开口的程度，可防止燃料通过固体电解质膜114从氧化剂极108蒸发的现象。这样，通过调整氧化剂流路312的吸气口339及排气口340的开口程度，也可控制流过氧化剂流路312的氧化剂的流量。通过适宜调整氧化剂流路312内的氧化剂的流量，可防止燃料的蒸发及固体电解质膜114的干燥，同时也可以防止结露的产生。另外，即使在燃料电池运行的情况下，例如在低温环境下，通过降低氧化剂向氧化剂极108侧的流入量，也可以防止氧化剂将氧化剂极108空冷等，使发电效率降低的情况。
另外，这里未图示，但燃料电池与图1所示的情况相同，也可以为含有排气用风扇1055的结构。
燃料电池也可以为含有使吸湿材料1051干燥的干燥部的结构。作为干燥部，例如燃料电池可含有将吸湿材料1051加热的加热部。加热部后述。由此，可高效地排出吸湿材料1051所吸收的水。
如上，根据本实施方式的燃料电池，通过根据使用环境及运行状况控制闸门1001及闸门1002的开关，可调节氧化剂流路312内的湿度，且可利用吸湿材料1051除去氧化剂极108表面的结露产生的凝缩水。因此，可提供不受使用环境及运行状况影响，可防止发电效率降低的燃料电池。
第三实施方式图5是模式地表示本实施方式的燃料电池的结构的简要框图。
在本实施方式中，燃料电池也具有第二实施方式的与图4相同的结构。另外，在本实施方式中，燃料电池还含有控制吸湿材料可动部1053及排气用风扇1055的动作的控制部1057。控制部1057也可以控制图4的闸门1001及闸门1002的开关。控制部1057为CPU(CentralProcessing Unit)及IC(Integrated Circuit)，预先进行编程，按存储于存储装置(未图示)的顺序进行动作。另外，这里将多个单元电池101作为燃料电池单元电池组1000进行表示。
参照图6对这样构成的燃料电池的动作进行说明。图6是表示本实施方式的燃料电池运行停止时的动作之一例的流程图。
当燃料电池起动时(S101的是)，判断吸湿材料1051是否与氧化剂极108的表面接触(S102)。在吸湿材料1051不与氧化剂极108表面接触的情况下(S102的否)，吸湿材料可动部1053使吸湿材料1051相对氧化剂极108的表面沿垂直方向移动，使吸湿材料1051的第一面与氧化剂极108的表面接触(S103)。由此，利用吸湿材料1051将氧化剂极108表面的水分吸收。然后，吸湿材料可动部件1053使吸湿材料1051相对氧化剂极108的表面沿垂直方向移动，使吸湿材料1051的第一面从氧化剂极108的表面离开(S104)。在步骤102中，在吸湿材料1051与氧化剂极108的表面接触的情况下(S102的是)，步骤103省略，前进到步骤104。
上述的步骤103及步骤104，在使吸湿材料1051跨燃料电池的多个单元电池101的氧化剂极108的整个表面，相对氧化剂极108的表面沿水平方向移动的同时，顺序进行。
然后，驱动排气用风扇1055(S105)，开始燃料电池的发电(S106)。
通过进行这样的处理，在燃料电池停止运行中，即使在燃料电池的氧化剂极108表面附着了水分，也可以在运行开始前将这样的水分除去，因此，可高效地进行燃料电池的运行。
这里表示了在燃料电池开始运行之前进行使吸湿材料1051与氧化剂极108表面接触的处理的例子，但即使在燃料电池停止运行中，例如也可以在每个预先决定的时间内反复进行图6的步骤S103及S104的处理。
在本实施方式中，吸湿材料1051通过吸湿材料可动部1053相对氧化剂极108进行升降的升降机构也可以与第一实施方式中所说明的结构相同。
如上，根据本实施方式的燃料电池，由于可直接除去氧化剂极表面的结露产生的凝缩水，故可提供不受使用环境及运行状况的影响，可防止发电效率降低的燃料电池。另外，根据需要使吸湿材料向氧化剂极表面移动，可除去凝缩水。另外，由于吸湿材料一直未与氧化剂极的表面接触，故也不会使氧化剂对氧化剂极的供给效率降低，可供给稳定的电力。
第四实施方式图7是模式地表示本实施方式的燃料电池的结构的简要框图。
在本实施方式中，燃料电池也具有与第二实施方式中参照图4所说明的结构相同的结构。在本实施方式中，燃料电池还含有测定氧化剂流路312内的温度的温度计1008。这里表示温度计1008测定氧化剂流路312内的温度的例子，但温度计1008可以以测定燃料电池内外的温度的方式设置。温度计1008可根据燃料电池的结构、及测定对象的情况分别配置。例如，可配置于氧化剂流路312内、燃料电池表面、废气循环经路(未图示)、或燃料电池外部等。另外，燃料电池也可以含有多个温度计1008，也可以配置于各种位置。由温度计1008测定的温度被输入判定部1061。温度计1008可使用热电耦、测温电阻体、热敏电阻、IC温度传感器、磁温度传感器、热电堆、或焦电型温度传感器等温度传感器。
另外，燃料电池还含有测定氧化剂流路312内的湿度的湿度计1009。由湿度计1009测定的湿度被输入判定部1061。
燃料电池还含有为检测燃料电池的输出而计测燃料电池的电流值的电流计1058、测定输出电压的电压计1059、将用于监视检测到的燃料电池的输出的标准值对应每个温度进行存储的存储器1063。
判定部1061基于由温度计1008测定的温度的存储于存储器1063内的输出电压的标准值判断由电压计1059测定的输出电压是否达到标准值。此时，判定部1061也基于由电流计1058计测的电流值进行电流是否确保一定的判定。控制部1057控制风扇1055及吸湿材料可动部1053，使电流值稳定。
另外，燃料电池更可含有将燃料电池的输出的异常状态等通知给外部的警报输出部1065。警报输出部1065例如可向显示器、扬声器等进行输出。输出也可以为模拟输出或数字输出的任一个。
图8是表示本实施方式的燃料电池运行时的动作之一例的流程图。下面，说明燃料电池运行时的处理。
判定部1061基于由温度计1008测定的温度和由电压计1059测定的燃料电池的输出电压，判定燃料电池的输出电压是否低于该温度的存储于存储器1063内的标准值(S111)。在燃料电池的输出电压低于标准值时(S111的是)，吸湿材料可动部1053使吸湿材料1051沿垂直方向移动，使吸湿材料1051的第一面与氧化剂极108的表面接触(S112)。在利用吸湿材料1051将氧化剂极108表面的水分吸水后，吸湿材料可动部1053使吸湿材料1051沿垂直方向移动，使吸湿材料1051从氧化剂极108的表面离开(S113)。
由此，在燃料电池的输出电压低于标准值时，可将附着于燃料电池的氧化剂极108表面的水分除去，可使燃料电池高效地运行。
图9是表示本实施方式的燃料电池运行时的动作的其他例的流程图。这里也说明燃料电池运行时的处理。
判定部1061基于由温度计1008测定的温度和由电压计1059测定的燃料电池的输出电压，判定燃料电池的输出电压是否低于该温度的存储于存储器1063内的标准值(S121)。在燃料电池的输出电压低于标准值时(S121的是)，控制部1057判断步骤121的判定结果是否低于规定次数(n)(S122)。在步骤121的判定结果低于规定次数时(S122的是)，吸湿材料可动部1053使吸湿材料1051沿垂直方向移动，使吸湿材料1051的第一面与氧化剂极108的表面接触(S113)。在利用吸湿材料1051将氧化剂极108表面的水分吸水后，吸湿材料可动部1053使吸湿材料1051沿垂直方向移动，使吸湿材料1051从氧化剂极108的表面离开(S124)。然后，再次返回步骤121，判定部1061判定由电压计1059测定的燃料电池的输出电压是否低于存储于存储器1063中的标准值。
另一方面，在步骤122中，在步骤121的判定结果为规定次数以上时(S122的否)，警报输出部1065输出通知未能改善燃料电池的输出的警报(步骤S125)。
由此，在即使重复进行利用吸湿材料1051除去氧化剂极108表面的水分的作业，燃料电池的输出也不能被改善的情况下，可将其通知给管理者，管理者可检测到燃料电池的异常。另外，例如在吸湿材料1051上过度地附着水分、或吸湿材料1051的吸湿能力降低等寿命的情况下，在需要更换吸湿材料时，管理者也可以对其进行检测。
第五实施方式在本实施方式中，燃料电池也具有与第一实施方式相同的结构。在本实施方式中，吸湿材料的升降机构的形态与第一实施方式的形态不同。
图10是表示本实施方式的燃料电池的吸湿材料的升降机构之一例的图。
燃料电池具有吸湿材料1051，其粘贴于氧化剂流路312的外壁1081的流路内的表面；电动机1083，其设于氧化剂流路312的外壁1081的外侧；偏心凸轮1085，其固定设置于电动机1083的旋转轴1084的一端，与电动机1083的旋转一起旋转；支承弹簧1089，其设于收纳燃料电池的容器1087的内侧、和氧化剂流路312的外壁1081的外侧之间。
在本实施方式中，吸湿材料1051具有分别覆盖多个单元电池101的氧化剂极108表面的形状及大小。
另外，如图11所示，燃料电池也可以为包含设于吸湿材料1051另一面的加热部1091的结构。加热部1091为加热器等。由此，在低温时由氧化剂极108产生的凝缩水冻结时，可在解冻的同时，由吸湿材料1051将水吸除。进而可使吸湿材料1051内含有的水分干燥。
图11中为在氧化剂流路312的外壁1081内侧设有加热部1091的结构，但不限于该结构，也可以在氧化剂流路312的外壁1081外侧的与吸湿材料1051的位置对应的位置设置加热部，加热部对应运行状况及使用环境，由未图示的控制部进行控制。
参照图10对这样构成的吸湿材料的升降机构的动作进行说明。
当电动机1081旋转时，偏心凸轮1085旋转，偏心凸轮1085将氧化剂流路312的外壁1081向氧化剂流路312的内侧按压。由此，吸湿材料1051的第一面与氧化剂极108的表面接触。当电动机1083反向旋转时，偏心凸轮1085也反向旋转，从氧化剂流路312的外壁离开。此时，利用支承氧化剂流路312外壁的支承弹簧1089的张力，氧化剂流路312的外壁返回原来的位置。由此，吸湿材料1051的第一面从氧化剂极108的表面离开。
如上，根据本实施方式的燃料电池，由于可使吸湿材料1051的第一面与氧化剂极108的表面接触或从其离开，因此，根据需要，可除去氧化剂极108表面的凝缩水，可提供不受使用环境及运行状况影响，可防止发电效率降低的燃料电池。
另外，在本实施方式中，用于使吸湿材料1051进行升降的偏心凸轮1085的旋转是利用电动机进行的，但不限于此，也可以设置可通过手动使偏心凸轮1085旋转的机构。或也可以使用除偏心凸轮以外的升降机构。
各电动机的旋转可利用未图示的控制部进行控制。或也可以利用未图示的操作部，通过手动控制各电动机的旋转。
另外，在第二～第四实施方式中，也可以使用本实施方式的吸湿材料的升降机构。
以上基于实施方式说明了本发明。该实施例最终是进行了示例，可实施各种变形例，另外，这样的变形例也属于本发明的范围，本领域普通技术人员应当可以理解。
吸湿材料1051也可以利用吸水性聚合物等构成。燃料电池也可以为使用这种材料可拆卸吸湿材料1051的结构。在该情况下，吸湿材料1051可利用将由吸水性聚合物形成的合成纤维、或粉末状吸水性聚合物和棉的混合粉末夹在吸水性台纸间压装而形成的片构成。作为吸水性聚合物，例如有聚丙烯酸钠盐等聚丙烯酸碱类、聚丙烯酰胺等丙烯酰胺类、聚N-乙烯基乙酰胺、聚N-乙烯基甲酰胺、聚乙烯基醇、聚环氧乙烷、聚乙烯醇、聚N-乙烯基吡咯烷酮、交联型丙烯酸共聚物、聚酯、多糖类、琼酯、明胶、淀粉、苯乙烯—二乙烯基苯类吸水性聚合物等、或者这些物质的共聚物。它们可单独使用也可以复合使用。
另外，吸湿材料1051也可以使用硅胶等干燥剂。在使用这种材料的情况下，即使不使吸湿材料1051与氧化剂极108表面接触，也可以除去附着于氧化剂极108表面的水分。
在吸湿材料1051为可一次覆盖多个单元电池101的氧化剂极108的整个表面这样的结构的情况下，在燃料电池停止运行时，吸湿材料1051可覆盖氧化剂极108。由此，可避免燃料电池停止运行时的固体电解质膜114的干燥及燃料的蒸发。
另外，在以上的实施方式中表示了使用有机液体燃料作为燃料的例子，但本发明也可以适用使用氢作为燃料的燃料电池。
上述实施方式及实施例是为示例而记载的，但本发明不限于上述上述方式，不从本发明的范围脱离，本领域普通技术人员可进行各种修改及变形。
图1是表示第一实施方式的构成燃料电池的电池片的概略结构的图；图2是表示图1的燃料电池的吸湿材料的升降机构之一例的图；图3是表示图2的燃料电池的吸湿材料之一例的图；图4是模式地表示第二实施方式的燃料电池的结构的剖面框图；图5是模式地表示第三实施方式的燃料电池的结构的简要框图；图6是表示图5的燃料电池停止运行时的动作之一例的流程图；图7是模式地表示图5的燃料电池的其他方式的结构的简要框图；图8是表示图7的燃料电池运行时的动作之一例的流程图；图9是表示图7的燃料电池运行时的动作的其他例的流程图；图10是表示第五实施方式的燃料电池的吸湿材料的升降机构的其他例的图；图11是表示图10的燃料电池的其他方式的结构的图。
符号说明101 单元电池102 燃料极108 氧化剂极114 固体电解质膜124 燃料126 氧化剂310 燃料流路312 氧化剂流路339 吸气口340 排气口1001 闸门1002 闸门1008 温度计1009 湿度计
1051 吸湿材料1053 吸湿材料可动部1055 排气用风扇1057 控制部1058 电流计1059 电压计1061 判定部1063 存储器1065 警报输出部1071 支承杆1072 旋转轴1073 旋转支承部1074 皮带轮1075 电动机1077 滑轮1078 滑轮1079 动力传送带1080 支承板1081 外壁1083 电动机1084 旋转轴1085 偏心凸轮1087 容器1089 支承弹簧1091 加热部
权利要求
1.一种燃料电池，其特征在于，包含燃料极及氧化剂极；吸湿材料，其设置在上述氧化剂极侧；和吸湿材料可动部，其能够支承上述吸湿材料在靠近以及远离氧化剂极的方向上移动。
2.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述吸湿材料可动部使吸湿材料移动到所述吸湿材料的至少一部分与上述氧化剂极接触的位置、以及该部分从氧化剂极离开的位置。
3.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述吸湿材料可动部在将上述吸湿材料移动到靠近氧化剂极的方向时，支承上述吸湿材料，使该吸湿材料与所述氧化剂极的表面对向配置。
4.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，还包含设在上述氧化剂极表面的氧化剂流路，所述吸湿材料设置在上述氧化剂流路内。
5.如权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，还包含促进所述氧化剂从上述氧化剂流路排气的排气促进部。
6.如权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，还包含测定氧化剂流路内湿度的湿度测定部，所述吸湿材料可动部根据由湿度测定部测定的湿度使吸湿材料移动。
7.如权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，还包有对所述氧化剂流路的关闭或开启进行切换的切换装置。
8.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，还包含将所述吸湿材料干燥的干燥部。
9.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，还包含测定温度的温度测定部，所述吸湿材料可动部根据由温度测定部测定的温度移动吸湿材料。
10.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，还包含温度测定部，其测定温度；检测部，其检测所述燃料电池的输出；存储部，其存储根据温度设定的输出的标准值；判定部，其基于由所述温度测定部测定的温度，将由所述检测部检测的输出与存储于所述存储部的标准值进行比较，判断该输出是否达到标准值，在所述输出没有达到所述标准值的情况下，所述吸湿材料可动部使所述吸湿材料向靠近氧化剂极的方向移动。
11.如权利要求1所述的燃料电池，还包含检测部，其检测燃料电池的输出；警报输出部；控制部，其在所述吸湿材料可动部把所述吸湿材料移动到靠近所述氧化剂极的方向后，指令所述检测部对所述燃料电池的输出进行检测，在所述燃料电池的输出未得到改善时，指令所述警报输出部输出警报。
12.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述吸湿材料可动部根据该燃料电池是运行还是停止运行，使所述吸湿材料移动或停止。
13.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池是将液体燃料供给所述燃料极的直接型燃料电池。
14.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，含有多个氧化剂极，该多个氧化剂极被平板状配置。
15.一种含有燃料极和氧化剂极的燃料电池的运行方法，其特征在于，具有使设置在所述氧化剂极侧的吸湿材料向靠近上述氧化剂极的方向移动的步骤、和使所述吸湿材料向远离所述氧化剂极的方向移动的步骤。
16.如权利要求15所述的燃料电池的运行方法，其特征在于，在使所述吸湿材料向靠近所述氧化剂极方向移动的步骤中，使该吸湿材料的至少一部分与氧化剂极接触，在使所述吸湿材料向远离所述氧化剂极的方向移动的步骤中，使所述氧化剂极从吸湿材料的上述一部分离开。
17.如权利要求15所述的燃料电池的运行方法，其特征在于，在所述燃料电池的运行停止时，执行使所述吸湿材料向靠近所述氧化剂极的方向移动的步骤，在所述燃料电池的运行开始时，执行使所述吸湿材料向远离所述氧化剂极的方向移动的步骤。
18.如权利要求15所述的燃料电池的运行方法，其特征在于，在所述燃料电池的运行开始之前，可以执行使所述吸湿材料向靠近所述氧化剂极的方向移动的步骤，在所述燃料电池的运行开始时，执行使所述吸湿材料向远离所述氧化剂极的方向移动的步骤。
19.如权利要求15所述的燃料电池的运行方法，其特征在于，还含有使所述吸湿材料干燥的步骤。
20.如权利要求15所述的燃料电池的运行方法，其特征在于，还含有检测所述燃料电池输出的步骤；和选择步骤，其根据在检测所述燃料电池输出的步骤中检测到的输出，来选择使所述吸湿材料向靠近所述氧化剂极的方向移动的步骤以及使所述吸湿材料向远离所述氧化剂极的方向移动的步骤。
21.如权利要求15所述的燃料电池的运行方法，其特征在于，还含有检测所述燃料电池输出的步骤；在执行使所述吸湿材料向靠近所述氧化剂的方向移动的步骤后，再执行检测所述燃料电池输出的步骤，判断检测到的输出是否达到标准值的步骤；在判断是否达到所述标准值的步骤中，在所述输出未能改善的情况下，输出警报的步骤。
全文摘要
提供一种燃料电池，不受使用环境及运行状况的影响，可供给稳定的电力，且可靠性高，寿命长。在包含燃料电池(102)和氧化剂极(108)的燃料电池的上述氧化剂极附近设置吸湿材料(1051)，使该吸湿材料靠近或接触氧化剂极表面，或从氧化剂极离开。由此，上述吸湿材料将氧化剂极的水分除去，可提供不受使用环境及影响状况影响，可供给稳定的电力的燃料电池。
文档编号H01M8/04GK1875509SQ200480032698
公开日2006年12月6日 申请日期2004年11月8日 优先权日2003年11月6日
发明者梶谷浩司, 木村英和, 真子隆志, 吉武务, 久保佳実 申请人:日本电气株式会社