JP2002270212A - 携帯型燃料電池 - Google Patents
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 流路板を少なくして部品点数を減らし、接触
部を減らして内部抵抗を下げて電池性能を向上させ、ま
た、燃料をエンドプレートの中心から直接燃料分配マニ
ホルドに送給することにより流路抵抗を減少させた携帯
型燃料電池を提供する。 【解決手段】 携帯型燃料電池は、エンドプレート、該
エンドプレートの２つの間に位置される複数の単セル、
該単セルの中心部に位置されてそこへの燃料を供給する
ための燃料分配マニホルド、これらの部材を一体にする
ために前記単セルの中心部および燃料分配マニホルドに
通される一本のボルト、および該ボルトの両端部にワッ
シャ、Ｏリング等を介して取り付けられてエンドプレー
ト間に前記複数の単セルを一体にするための固定用ナッ
トからなる。単セルは、高分子電解質膜と、該高分子電
解質膜の両側に設けた酸素極および水素極と、前記酸素
極側に設けられた流路板と、該酸素極側流路板の外側お
よび前記水素極側の外側に接触して設けられたセパレー
タ板とを含む。また、固定用ナットには燃料分配マニホ
ルドに連通する燃料供給孔を有している。
部を減らして内部抵抗を下げて電池性能を向上させ、ま
た、燃料をエンドプレートの中心から直接燃料分配マニ
ホルドに送給することにより流路抵抗を減少させた携帯
型燃料電池を提供する。 【解決手段】 携帯型燃料電池は、エンドプレート、該
エンドプレートの２つの間に位置される複数の単セル、
該単セルの中心部に位置されてそこへの燃料を供給する
ための燃料分配マニホルド、これらの部材を一体にする
ために前記単セルの中心部および燃料分配マニホルドに
通される一本のボルト、および該ボルトの両端部にワッ
シャ、Ｏリング等を介して取り付けられてエンドプレー
ト間に前記複数の単セルを一体にするための固定用ナッ
トからなる。単セルは、高分子電解質膜と、該高分子電
解質膜の両側に設けた酸素極および水素極と、前記酸素
極側に設けられた流路板と、該酸素極側流路板の外側お
よび前記水素極側の外側に接触して設けられたセパレー
タ板とを含む。また、固定用ナットには燃料分配マニホ
ルドに連通する燃料供給孔を有している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アウトドア、行楽
における電源、家庭用の発電機等のさまざまな用途に使
用することができる、軽くて静かな無公害の固体高分子
型電池を用いた携帯型燃料電池に関する。
における電源、家庭用の発電機等のさまざまな用途に使
用することができる、軽くて静かな無公害の固体高分子
型電池を用いた携帯型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、一般に、水素を主燃料と
し、この水素が酸素と化学反応した時のエネルギーとし
て取り出すものである。そして、燃料電池にはいくつか
の種類があり、その一つとして、固体高分子電解質型燃
料電池がある。この固体高分子電解質型燃料電池は、運
転温度が低く、また出力密度が高いという特性を有して
いる。
し、この水素が酸素と化学反応した時のエネルギーとし
て取り出すものである。そして、燃料電池にはいくつか
の種類があり、その一つとして、固体高分子電解質型燃
料電池がある。この固体高分子電解質型燃料電池は、運
転温度が低く、また出力密度が高いという特性を有して
いる。
【０００３】このような従来の固体高分子型燃料電池を
用いた燃料電池の一例として、米国特許第５，５９５，
８３４号明細書に記載されているものがある。図５に示
すように、固体高分子電解質膜１２の両面にアノード
（燃料極）１３ａおよびカソード（酸素極）１３ｂの両
電極を備え、それらの両側に燃料および酸素流路板１
４、１８を備えていて、それらの両側に配置されたセパ
レータ板３４によって一体にされることにより単セル１
０を形成し、この単セル１０を複数個積み重ねて、さら
に、燃料流路板１４に接続された親水性のスリーブ３２
からなる燃料分配マニホルドを単セル１０の中央孔を通
して備え、スリーブ３２の中心を通されるボルト２６の
両端にエンドプレート２４をさらに設けることによって
挟み、ワッシャ３８ａ−３８ｄ、Ｏリング３６を介して
ナットによって一体に締付固定した構造を有したものが
ある。このような燃料電池は、低パワーの燃料電池に適
しているために、小型で軽量のものとすることができ
る。
用いた燃料電池の一例として、米国特許第５，５９５，
８３４号明細書に記載されているものがある。図５に示
すように、固体高分子電解質膜１２の両面にアノード
（燃料極）１３ａおよびカソード（酸素極）１３ｂの両
電極を備え、それらの両側に燃料および酸素流路板１
４、１８を備えていて、それらの両側に配置されたセパ
レータ板３４によって一体にされることにより単セル１
０を形成し、この単セル１０を複数個積み重ねて、さら
に、燃料流路板１４に接続された親水性のスリーブ３２
からなる燃料分配マニホルドを単セル１０の中央孔を通
して備え、スリーブ３２の中心を通されるボルト２６の
両端にエンドプレート２４をさらに設けることによって
挟み、ワッシャ３８ａ−３８ｄ、Ｏリング３６を介して
ナットによって一体に締付固定した構造を有したものが
ある。このような燃料電池は、低パワーの燃料電池に適
しているために、小型で軽量のものとすることができ
る。
【０００４】また、この高分子電解型燃料電池では、燃
料流れ場をなす流路板１４へ燃料を供給するための燃料
分配マニホルドをなす親水性スリーブ３２に連通される
ように、一方のエンドプレート２４と隣接する単セル１
０のセパレータ板３４との間に燃料供給流路板２９が配
置されて、エンドプレート２４の外周部に設けたポート
２８を設けて、そこへ燃料を導き、電池の燃料流路板１
４へ供給するような構成にされている。
料流れ場をなす流路板１４へ燃料を供給するための燃料
分配マニホルドをなす親水性スリーブ３２に連通される
ように、一方のエンドプレート２４と隣接する単セル１
０のセパレータ板３４との間に燃料供給流路板２９が配
置されて、エンドプレート２４の外周部に設けたポート
２８を設けて、そこへ燃料を導き、電池の燃料流路板１
４へ供給するような構成にされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の電解質型燃料電池では、固体高分子電解質
膜１２の両面にアノード（燃料極）１３ａおよびカソー
ド（酸素極）１３ｂの両電極を設け、それらの両側に燃
料流路板１４および酸素流路板１８を備えていて接触部
分も多くなり、内部抵抗が大きく電池全体の性能が低下
することになる。
ような従来の電解質型燃料電池では、固体高分子電解質
膜１２の両面にアノード（燃料極）１３ａおよびカソー
ド（酸素極）１３ｂの両電極を設け、それらの両側に燃
料流路板１４および酸素流路板１８を備えていて接触部
分も多くなり、内部抵抗が大きく電池全体の性能が低下
することになる。
【０００６】また、燃料供給側の燃料供給流路板１４、
２９、エンドプレート２４の燃料供給用のポート２８等
の構成部品が多くなるだけでなく、燃料の流路がエンド
プレートの横から燃料流れ場の流路板２９を介して中央
に向って送給する構造を有するために、燃料供給路の流
れ抵抗が増すとともに、燃料の濃度変動も大きくなり、
安定したエネルギーの供給に影響を与えることになる。
そして、構成部品が多くなるとメインテナンスも面倒に
なり、形状も複雑になり、寸法も大きくなる。
２９、エンドプレート２４の燃料供給用のポート２８等
の構成部品が多くなるだけでなく、燃料の流路がエンド
プレートの横から燃料流れ場の流路板２９を介して中央
に向って送給する構造を有するために、燃料供給路の流
れ抵抗が増すとともに、燃料の濃度変動も大きくなり、
安定したエネルギーの供給に影響を与えることになる。
そして、構成部品が多くなるとメインテナンスも面倒に
なり、形状も複雑になり、寸法も大きくなる。
【０００７】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、流路板を減らすことにより部品点数を少なくし
て、接触部を減らし内部抵抗を下げて電池性能を向上さ
せ、また、燃料をエンドプレートの中心から直接燃料分
配マニホルドに送給することにより流路抵抗を減少する
ことができる携帯型燃料電池を提供することを目的とす
るものである。
であり、流路板を減らすことにより部品点数を少なくし
て、接触部を減らし内部抵抗を下げて電池性能を向上さ
せ、また、燃料をエンドプレートの中心から直接燃料分
配マニホルドに送給することにより流路抵抗を減少する
ことができる携帯型燃料電池を提供することを目的とす
るものである。
【０００８】また、本発明の他の目的は、構成部品を少
なくすることにより、さらに小型で軽量化することがで
きる携帯型燃料電池を提供することである。
なくすることにより、さらに小型で軽量化することがで
きる携帯型燃料電池を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第一の手段は、電解質型燃料電池における単
セルが、高分子電解質膜と、この高分子電解質膜の両側
に設けた酸素極および水素極と、燃料極側に設けられた
流路板と、酸素極側流路板の外側および燃料極側の外側
に接触して設けられたセパレータ板とを含むことを特徴
とする。
の本発明の第一の手段は、電解質型燃料電池における単
セルが、高分子電解質膜と、この高分子電解質膜の両側
に設けた酸素極および水素極と、燃料極側に設けられた
流路板と、酸素極側流路板の外側および燃料極側の外側
に接触して設けられたセパレータ板とを含むことを特徴
とする。
【００１０】この第一の手段によれば、以下のような作
用を奏する。 （１）従来設けられていた燃料極側に設けられていた流
路板を有していないので、その分接触面が２面少なくな
り、接触部分の電気抵抗が減って、内部抵抗を減少させ
電池のエネルギー発生を効率的にさせることができる。
用を奏する。 （１）従来設けられていた燃料極側に設けられていた流
路板を有していないので、その分接触面が２面少なくな
り、接触部分の電気抵抗が減って、内部抵抗を減少させ
電池のエネルギー発生を効率的にさせることができる。
【００１１】（２）単セルの部品数が少なくなるので、
全体として安価な製品とすることができ、単セル組み付
けも容易になり生産効率を向上させることができる。
全体として安価な製品とすることができ、単セル組み付
けも容易になり生産効率を向上させることができる。
【００１２】本発明の第二の手段は、固定用ナットの一
方が、エンドプレートの中央から燃料を供給するために
燃料分配マニホルドに連通する供給孔を有することを特
徴とする。
方が、エンドプレートの中央から燃料を供給するために
燃料分配マニホルドに連通する供給孔を有することを特
徴とする。
【００１３】この第二手段により、 （３）燃料が燃料流路を介さず単セルへの燃料分配マニ
ホルドに直接供給されるので、流路抵抗が減少されて、
燃料の供給を円滑に行うことができ、また、燃料供給の
変動を少なくすることができる。したがって、安定した
発電を行うことができる。
ホルドに直接供給されるので、流路抵抗が減少されて、
燃料の供給を円滑に行うことができ、また、燃料供給の
変動を少なくすることができる。したがって、安定した
発電を行うことができる。
【００１４】（４）電池における燃料流路を無くしたこ
とにより、そのための構成部品を少なくすることがで
き、さらに電池を小型で、軽量化することが可能にな
る。
とにより、そのための構成部品を少なくすることがで
き、さらに電池を小型で、軽量化することが可能にな
る。
【００１５】さらに、本発明の第三の手段は、燃料分配
マニホルドが親水性の合成繊維糸をタイ・ボルトに軸線
方向に沿って配置することによって形成したものである
ことを特徴とする。
マニホルドが親水性の合成繊維糸をタイ・ボルトに軸線
方向に沿って配置することによって形成したものである
ことを特徴とする。
【００１６】（５）この第三の手段による燃料分配マニ
ホルドは、親水性の合成繊維糸を用いたものであるの
で、手に入りやすい材料から選択することができ、経費
もかからず取扱も簡単であるので容易に形成することが
できる。
ホルドは、親水性の合成繊維糸を用いたものであるの
で、手に入りやすい材料から選択することができ、経費
もかからず取扱も簡単であるので容易に形成することが
できる。
【００１７】また、本発明の第四の手段は、固定用ナッ
トの他方が、ボルトの端部においてワンタッチにより燃
料を流路板等に供給することができるブリーダバルブを
具備していることを特徴とする。
トの他方が、ボルトの端部においてワンタッチにより燃
料を流路板等に供給することができるブリーダバルブを
具備していることを特徴とする。
【００１８】（６）この第四の手段による他方の固定ナ
ットには、ブリーダバルブを具備したので、燃料電池の
始動時にワンタッチの操作により、燃料を高分子電解質
膜の燃料電極板側へと十分行き渡らせるように供給し
て、始動時の発電作用をスムーズに立ち上がらせること
ができる。
ットには、ブリーダバルブを具備したので、燃料電池の
始動時にワンタッチの操作により、燃料を高分子電解質
膜の燃料電極板側へと十分行き渡らせるように供給し
て、始動時の発電作用をスムーズに立ち上がらせること
ができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。
を参照して詳細に説明する。
【００２０】図１は、本発明の実施の形態に係る携帯型
燃料電池の組立られた状態を示す斜視図であり、そし
て、図２は、その分解断面図である。この携帯型燃料電
池は、水素等の燃料を使用した固体高分子型燃料電池と
称されるものであり、他の構成部材より大きな直径を有
する厚さ０．３ｍｍのステンレス製のセパレータ板３４
の間に、厚さ０．０５ｍｍのパーフルオロカーボンスル
フォン酸ポリマー材からなる固体高分子電解質膜１２、
この固体高分子電解質膜１２の両側に配置されるシート
状のカーボン素材からなり厚さ０．５ｍｍ、内径１５ｍ
ｍ、外径４５ｍｍの寸法を有する燃料極１３ａ、厚さ
０．５ｍｍ、内径１９ｍｍ、外径５５ｍｍの寸法を有す
る酸素極１３ｂ、この酸素極１３ｂの外側に配置される
厚さ３．５ｍｍ、内径１９ｍｍ、外径５５ｍｍの寸法を
有するカーボン素材板からなる酸素流路板１８、燃料極
１３ａの外周部を密封するためのＥＰＤＭのような合成
ゴムからなる幅２ｍｍの環状をしたアウターシール１
６、および酸素極１３ｂと酸素流路板１８との内周部を
密封するＥＰＤＭのような幅５ｍｍの寸法を有するイン
ナーシール２２を有する単セル１０を含むものである。
以下の実施の形態では、主として燃料は水素であり、酸
素は空気中の酸素であって、空気としておくられるもの
である。また、固体高分子電解質膜１２は、化学反応の
ための触媒を被着したものである。
燃料電池の組立られた状態を示す斜視図であり、そし
て、図２は、その分解断面図である。この携帯型燃料電
池は、水素等の燃料を使用した固体高分子型燃料電池と
称されるものであり、他の構成部材より大きな直径を有
する厚さ０．３ｍｍのステンレス製のセパレータ板３４
の間に、厚さ０．０５ｍｍのパーフルオロカーボンスル
フォン酸ポリマー材からなる固体高分子電解質膜１２、
この固体高分子電解質膜１２の両側に配置されるシート
状のカーボン素材からなり厚さ０．５ｍｍ、内径１５ｍ
ｍ、外径４５ｍｍの寸法を有する燃料極１３ａ、厚さ
０．５ｍｍ、内径１９ｍｍ、外径５５ｍｍの寸法を有す
る酸素極１３ｂ、この酸素極１３ｂの外側に配置される
厚さ３．５ｍｍ、内径１９ｍｍ、外径５５ｍｍの寸法を
有するカーボン素材板からなる酸素流路板１８、燃料極
１３ａの外周部を密封するためのＥＰＤＭのような合成
ゴムからなる幅２ｍｍの環状をしたアウターシール１
６、および酸素極１３ｂと酸素流路板１８との内周部を
密封するＥＰＤＭのような幅５ｍｍの寸法を有するイン
ナーシール２２を有する単セル１０を含むものである。
以下の実施の形態では、主として燃料は水素であり、酸
素は空気中の酸素であって、空気としておくられるもの
である。また、固体高分子電解質膜１２は、化学反応の
ための触媒を被着したものである。
【００２１】この単セル１０には、必要とする出力に応
じた数だけ重ねられて、一体にするために、中央部分が
開口されていて、直径６ｍｍ、長さ１００ｍｍの寸法を
有するタイ・ボルト２６がその外側に芳香族ポリアミ
ド：ケブラー（商品名）からなる親水性合成繊維糸によ
って軸線方向に配置された燃料分配マニホルド３２を包
囲して取り付けられて貫通されている。そして、最も外
側の単セル１０のセパレータ板３４とエンドプレート２
４の間にＥＰＤＭのような合成ゴム製のエンドガスケッ
ト２８が挟まれており、タイ・ボルト２６の両端部に切
られたねじに対してステンレス製のナット４０、５０が
エポキシ樹脂製の厚さ１０ｍｍ、内径１５ｍｍ、外径５
５ｍｍの寸法を有するエンドプレート２４、２４のそれ
ぞれに対向してねじ込まれ、複数個の単セル１０を一体
に固定することができる。
じた数だけ重ねられて、一体にするために、中央部分が
開口されていて、直径６ｍｍ、長さ１００ｍｍの寸法を
有するタイ・ボルト２６がその外側に芳香族ポリアミ
ド：ケブラー（商品名）からなる親水性合成繊維糸によ
って軸線方向に配置された燃料分配マニホルド３２を包
囲して取り付けられて貫通されている。そして、最も外
側の単セル１０のセパレータ板３４とエンドプレート２
４の間にＥＰＤＭのような合成ゴム製のエンドガスケッ
ト２８が挟まれており、タイ・ボルト２６の両端部に切
られたねじに対してステンレス製のナット４０、５０が
エポキシ樹脂製の厚さ１０ｍｍ、内径１５ｍｍ、外径５
５ｍｍの寸法を有するエンドプレート２４、２４のそれ
ぞれに対向してねじ込まれ、複数個の単セル１０を一体
に固定することができる。
【００２２】このような単セル１０を一体にするための
一方のナット４０は、図３に示すように、中心部に中空
孔４２が形成され、その反対側には軸線方向中央部まで
内ねじ４６が切られていて、タイ・ボルト２６をねじ込
むことができるとともに、内ねじ４６の外側には、燃料
の流路４４が少なくとも２箇所設けられ、中空孔４２と
連通されていて、燃料分配マニホルド３２への燃料供給
を可能にする燃料供給孔をなしている。そして、エンド
プレート２４に接する面には、Ｏリング３６が嵌め込ま
れる円形状の溝４８が形成されている。
一方のナット４０は、図３に示すように、中心部に中空
孔４２が形成され、その反対側には軸線方向中央部まで
内ねじ４６が切られていて、タイ・ボルト２６をねじ込
むことができるとともに、内ねじ４６の外側には、燃料
の流路４４が少なくとも２箇所設けられ、中空孔４２と
連通されていて、燃料分配マニホルド３２への燃料供給
を可能にする燃料供給孔をなしている。そして、エンド
プレート２４に接する面には、Ｏリング３６が嵌め込ま
れる円形状の溝４８が形成されている。
【００２３】また、他方のナット５０は、図２に示すよ
うに、一方のナット４０と同様に、タイ・ボルト２６の
端部ねじがねじ込まれるようにほぼ軸線方向中央部分ま
では内ねじ５６が切られ、その半径方向外側には燃料分
配マニホルド３２への連通孔５４が形成されている。内
ねじ５６の軸線方向反対側には燃料をワンタッチ操作に
よるチャージが可能なステンレス製のブリーダバルブ５
２が取り付けられ、連通孔５４を介して燃料分配マニホ
ルド３２、燃料極１３ａへの燃料の給排を行うことによ
り充填を補助することができる。そして、エンドプレー
ト２４に接する面には円形状溝５８が形成され、Ｏリン
グが嵌め込まれている。
うに、一方のナット４０と同様に、タイ・ボルト２６の
端部ねじがねじ込まれるようにほぼ軸線方向中央部分ま
では内ねじ５６が切られ、その半径方向外側には燃料分
配マニホルド３２への連通孔５４が形成されている。内
ねじ５６の軸線方向反対側には燃料をワンタッチ操作に
よるチャージが可能なステンレス製のブリーダバルブ５
２が取り付けられ、連通孔５４を介して燃料分配マニホ
ルド３２、燃料極１３ａへの燃料の給排を行うことによ
り充填を補助することができる。そして、エンドプレー
ト２４に接する面には円形状溝５８が形成され、Ｏリン
グが嵌め込まれている。
【００２４】また、燃料分配マニホルド３２は、図４に
示すように、燃料の供給と発生した水の吸収保持のため
に、筒状のハウジングの両端に設けたフランジ３２２
に、親水性の合成繊維糸３２４を係止することにより筒
体表面上に張り渡して軸線方向に配置することにより形
成されたものである。
示すように、燃料の供給と発生した水の吸収保持のため
に、筒状のハウジングの両端に設けたフランジ３２２
に、親水性の合成繊維糸３２４を係止することにより筒
体表面上に張り渡して軸線方向に配置することにより形
成されたものである。
【００２５】上記のような構成を有する携帯型燃料電池
は、以下のように組み立てることができる。
は、以下のように組み立てることができる。
【００２６】まず、タイ・ボルト２６の一端に一方のナ
ット４０を予め取り付けた状態で、好ましくは垂直に立
てた状態で、燃料分配マニホルド３２を被せるように取
り付ける。このように燃料分配マニホルド３２を被せた
タイ・ボルト２６が燃料電池の中心軸を構成する。
ット４０を予め取り付けた状態で、好ましくは垂直に立
てた状態で、燃料分配マニホルド３２を被せるように取
り付ける。このように燃料分配マニホルド３２を被せた
タイ・ボルト２６が燃料電池の中心軸を構成する。
【００２７】この中心軸に対して、最も外側のエンドプ
レート２４、エンドガスケット２８が順次その中心孔に
挿入されて準備され、単セル１０を構成するように、セ
パレータ板３４、燃料極１３ａ、その半径方向外側に位
置するアウターシール１６、固体高分子電解質膜１２、
インナーシール２２、その半径方向外側に位置する酸素
極１３ｂと酸素流路板１８、およびセパレータ板３４が
それらの中心孔に挿入されて順次積み重ねることによっ
て組み立てられる。
レート２４、エンドガスケット２８が順次その中心孔に
挿入されて準備され、単セル１０を構成するように、セ
パレータ板３４、燃料極１３ａ、その半径方向外側に位
置するアウターシール１６、固体高分子電解質膜１２、
インナーシール２２、その半径方向外側に位置する酸素
極１３ｂと酸素流路板１８、およびセパレータ板３４が
それらの中心孔に挿入されて順次積み重ねることによっ
て組み立てられる。
【００２８】この後、次の単セル１０のために、前の単
セル１０の最後のセパレータ板３４に対して、前の単セ
ル１０と同様に、燃料極１３ａ、その半径方向外側に位
置するアウターシール１６、固体高分子電解質膜１２、
インナーシール２２、その半径方向外側に位置する酸素
極１３ｂと酸素流路板１８、およびセパレータ板３４が
中心軸に挿入されて組み立てられる。この単セル１０
は、携帯型燃料電池の規定の出力に応じた数だけ順次繰
り返されて、積み重ねられて組み立てられる。
セル１０の最後のセパレータ板３４に対して、前の単セ
ル１０と同様に、燃料極１３ａ、その半径方向外側に位
置するアウターシール１６、固体高分子電解質膜１２、
インナーシール２２、その半径方向外側に位置する酸素
極１３ｂと酸素流路板１８、およびセパレータ板３４が
中心軸に挿入されて組み立てられる。この単セル１０
は、携帯型燃料電池の規定の出力に応じた数だけ順次繰
り返されて、積み重ねられて組み立てられる。
【００２９】最後に、最も外側の単セル１０のセパレー
タ板３４に対してエンドガスケット２８を挟んで、エン
ドプレート２４がその中心孔に中心軸が通されて積み重
ねられる。この単セル１０の積層体にされたスタック
は、所定の圧力、例えば、約１５ＭＰａ、で押さえられ
る。この状態で、中心軸のタイ・ボルト２６の端部のね
じにブリーダバルブ５２を取り付けた他方のナット５０
がねじ込まれて、スタックの全体を所定トルク、例え
ば、６．８Ｎｍ、で締め付けて固定する。
タ板３４に対してエンドガスケット２８を挟んで、エン
ドプレート２４がその中心孔に中心軸が通されて積み重
ねられる。この単セル１０の積層体にされたスタック
は、所定の圧力、例えば、約１５ＭＰａ、で押さえられ
る。この状態で、中心軸のタイ・ボルト２６の端部のね
じにブリーダバルブ５２を取り付けた他方のナット５０
がねじ込まれて、スタックの全体を所定トルク、例え
ば、６．８Ｎｍ、で締め付けて固定する。
【００３０】以上のように組み立てられた燃料電池に
は、携帯型燃料電池として、一方のナット４０に水素発
生装置等からの燃料が供給されるようにチューブ等がさ
らに接続される。水素等の燃料は、一方のナット４０の
燃料供給孔をなす中空孔４２、燃料流路４４を通って燃
料分配マニホルド３２に供給され、タイ・ロッド２６に
沿った燃料分配マニホルド３２によって、各単セル１０
の燃料極１３ａの内端部に送られる。燃料極１３ａは、
シート状のカーボン素材からなるために、その多孔性の
材料の空隙を通して、特別に燃料流路板を設けることな
く半径方向に送ることができ、そして外周部をアウター
シール１６によって密封しているので、固体高分子電解
質膜１２へ供給するように送ることができる。この固体
高分子電解質膜１２の反対側には、酸素極１３ｂと酸素
流路板１８が設けられているので、酸素流路板１８の多
孔性材料の空隙によって外側から空気が送られ、空気中
の酸素が酸素極１３ｂに供給される。
は、携帯型燃料電池として、一方のナット４０に水素発
生装置等からの燃料が供給されるようにチューブ等がさ
らに接続される。水素等の燃料は、一方のナット４０の
燃料供給孔をなす中空孔４２、燃料流路４４を通って燃
料分配マニホルド３２に供給され、タイ・ロッド２６に
沿った燃料分配マニホルド３２によって、各単セル１０
の燃料極１３ａの内端部に送られる。燃料極１３ａは、
シート状のカーボン素材からなるために、その多孔性の
材料の空隙を通して、特別に燃料流路板を設けることな
く半径方向に送ることができ、そして外周部をアウター
シール１６によって密封しているので、固体高分子電解
質膜１２へ供給するように送ることができる。この固体
高分子電解質膜１２の反対側には、酸素極１３ｂと酸素
流路板１８が設けられているので、酸素流路板１８の多
孔性材料の空隙によって外側から空気が送られ、空気中
の酸素が酸素極１３ｂに供給される。
【００３１】このようにして、固体高分子電解質膜１２
の両側に送られた燃料と酸素は、そこで化学反応して燃
料極が陽極となり、酸素極が陰極となって、発電作用を
行う。また、その際の水和作用により、水の発生、発熱
を伴うが、発生した水は、燃料分配マニホルド３２にお
いて、親水性合成繊維糸３２４に吸収されるため、燃料
分配マニホルド３２において発生した水が溜まって燃料
極１３ａへの燃料の供給を阻止することはない。また、
発生した熱によって水が蒸発してし、大気中へ放散され
る。また、セパレータ板３４は、他の構成部材より半径
が大きな寸法を有しているので、発生した熱を放熱する
ように他の構成部材より突出した部分を放熱フィンとし
て機能させることができる。
の両側に送られた燃料と酸素は、そこで化学反応して燃
料極が陽極となり、酸素極が陰極となって、発電作用を
行う。また、その際の水和作用により、水の発生、発熱
を伴うが、発生した水は、燃料分配マニホルド３２にお
いて、親水性合成繊維糸３２４に吸収されるため、燃料
分配マニホルド３２において発生した水が溜まって燃料
極１３ａへの燃料の供給を阻止することはない。また、
発生した熱によって水が蒸発してし、大気中へ放散され
る。また、セパレータ板３４は、他の構成部材より半径
が大きな寸法を有しているので、発生した熱を放熱する
ように他の構成部材より突出した部分を放熱フィンとし
て機能させることができる。
【００３２】また、燃料極１３ａへの燃料の供給は、燃
料流路板を設けることなく、直接おこなうので、接触す
る部品が少なく、直接接触する部分が少なくなっただ
け、内部抵抗が小さくなり、燃料電池の性能を安定維持
することができ、かつ部品数を少なくすことにより製造
コストを低下させることができる。これは、燃料である
水素ガス分子が他のガスに比して最も小さな分子である
ことにより、燃料極１３ａを多孔性材料で形成されてい
るため、燃料流路を用いなくても速やかに水素分子が高
分子電解膜１２に到達できることによる。
料流路板を設けることなく、直接おこなうので、接触す
る部品が少なく、直接接触する部分が少なくなっただ
け、内部抵抗が小さくなり、燃料電池の性能を安定維持
することができ、かつ部品数を少なくすことにより製造
コストを低下させることができる。これは、燃料である
水素ガス分子が他のガスに比して最も小さな分子である
ことにより、燃料極１３ａを多孔性材料で形成されてい
るため、燃料流路を用いなくても速やかに水素分子が高
分子電解膜１２に到達できることによる。
【００３３】なお、上記実施例の各構成部材における寸
法は、それらに限定されるものではなく、一例に過ぎな
いことは言うまでもなく、用途に応じて、要求される出
力に応じて、決定されるものである。
法は、それらに限定されるものではなく、一例に過ぎな
いことは言うまでもなく、用途に応じて、要求される出
力に応じて、決定されるものである。
【００３４】
【発明の効果】本発明に係る携帯型燃料電池は、以上説
明した構成により以下のような効果を奏する。上記の携
帯型燃料電池においては、単セルが高分子電解質膜の燃
料極側にはセパレータ板との間に燃料極のみを有してい
るので、燃料が燃料極によって直接半径方向へと高分子
電解質膜に沿って供給されることになり、燃料極との接
触部分だけになり、それによる内部抵抗が減少されて、
電池のエネルギー発生が効率的に行われることができる
という優れた効果がある。
明した構成により以下のような効果を奏する。上記の携
帯型燃料電池においては、単セルが高分子電解質膜の燃
料極側にはセパレータ板との間に燃料極のみを有してい
るので、燃料が燃料極によって直接半径方向へと高分子
電解質膜に沿って供給されることになり、燃料極との接
触部分だけになり、それによる内部抵抗が減少されて、
電池のエネルギー発生が効率的に行われることができる
という優れた効果がある。
【００３５】また、単セルの部品数が少なくなり、単純
な構造にすることができ、全体として安価な製品にする
ことができるという効果がある。
な構造にすることができ、全体として安価な製品にする
ことができるという効果がある。
【００３６】また、燃料電池へ外部から燃料を供給する
ために、単セルを積層して一体に締め付けるための固定
用ナットに供給孔を設けたので、エンドプレートの一部
あるいは供給のための部材を別に設けることなく、直接
燃料分配マニホルドに供給することがてき、燃料供給に
おける流路抵抗が減少され、構成部品を少なくできるの
で、さらに携帯型燃料電池として小型で、軽量なものに
することができるという効果がある。
ために、単セルを積層して一体に締め付けるための固定
用ナットに供給孔を設けたので、エンドプレートの一部
あるいは供給のための部材を別に設けることなく、直接
燃料分配マニホルドに供給することがてき、燃料供給に
おける流路抵抗が減少され、構成部品を少なくできるの
で、さらに携帯型燃料電池として小型で、軽量なものに
することができるという効果がある。
【００３７】また、燃料分配マニホルドを親水性の合成
繊維糸を使用したので、特殊装置を用いることなく手に
入り易い材料によって燃料分配マニホルドを容易に形成
することができるという効果がある。
繊維糸を使用したので、特殊装置を用いることなく手に
入り易い材料によって燃料分配マニホルドを容易に形成
することができるという効果がある。
【００３８】さらに、固定用のナットの燃料供給孔を有
する側とは反対側のナットに、ブリーダバルブを設けた
ので、燃料電池の始動時に、ワンタッチの操作により、
燃料極への燃料の充填を行うことができ、始動時の発電
作用を早期にかつスムーズに立ち上げることができると
いう効果がある。
する側とは反対側のナットに、ブリーダバルブを設けた
ので、燃料電池の始動時に、ワンタッチの操作により、
燃料極への燃料の充填を行うことができ、始動時の発電
作用を早期にかつスムーズに立ち上げることができると
いう効果がある。
【図１】本発明の一実施の形態による携帯型燃料電池の
概略斜視図である。
概略斜視図である。
【図２】図１に示す携帯型燃料電池の分解断面図であ
る。
る。
【図３】図１に示す携帯型燃料電池に用いられる燃料供
給側の固定ナットを示し、（Ａ）は線ＩＩＩＡ−ＩＩＩ
Ａに沿ってみた断面図、（Ｂ）は（Ａ）の右側からみた
正面図である。
給側の固定ナットを示し、（Ａ）は線ＩＩＩＡ−ＩＩＩ
Ａに沿ってみた断面図、（Ｂ）は（Ａ）の右側からみた
正面図である。
【図４】図２に示す携帯型燃料電池に用いられる燃料分
配マニホルドの側面図である。
配マニホルドの側面図である。
【図５】従来の高分子型燃料電池の分解縦断面図であ
る。
る。
１０ 単セル １２ 固体高分子電解質膜 １３ａ 燃料極 １３ｂ 酸素極 １６ アウターシール １８ 酸素流路板 ２２ インナーシール ２４ エンドプレート ２６ タイ・ボルト ２８ エンドガスケット ３２ 燃料分配マニホルド ３４ セパレータ板 ３６ Ｏリング ４０ ナット ４２ 中空孔 ４４ 燃料流路 ４６ 内ねじ ４８ 円形状溝 ５０ ナット ５２ ブリーダバルブ ５４ 連通孔 ５６ 内ねじ ５８ 円形状溝 ３２２ フランジ ３２４ 合成繊維糸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 成瀬 幸夫 愛知県名古屋市北区猿投町２番地 大同メ タル工業株式会社内 (72)発明者 因幡 隆 愛知県名古屋市北区猿投町２番地 大同メ タル工業株式会社内 (72)発明者 井戸 康夫 愛知県名古屋市北区猿投町２番地 大同メ タル工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC08 CV01 CX02 CX05 CX06 EE00 EE18 HH03
Claims (4)
- 【請求項１】 エンドプレート、該エンドプレートの２
つの間に位置される複数の単セル、該単セルの中心部に
位置されてそこへの燃料を供給するための燃料分配マニ
ホルド、これらの部材を一体にするために前記燃料マニ
ホルドおよび前記単セルの中心部を通される一本のタイ
・ボルト、および該タイ・ボルトの両端部に螺着されてＯ
リング等を介してエンドプレート間に前記複数の単セル
を一体に締め付けるための固定用ナットからなる携帯型
燃料電池において、 前記単セルは、高分子電解質膜と、該高分子電解質膜の
両側に設けた酸素極および燃料極と、前記酸素極側に隣
接した流路板と、該流路板の外側および前記燃料極側の
外側に隣接して設けられたセパレータ板とを含むことを
特徴とする携帯型燃料電池。 - 【請求項２】 前記固定用ナットの一方は、前記エンド
プレートの中央から燃料を供給するために前記燃料分配
マニホルドに連通する供給孔を有することを特徴とする
請求項１に記載された携帯型燃料電池。 - 【請求項３】 前記燃料分配マニホルドは、親水性の合
成繊維糸を前記タイボルトに軸線方向に沿って配置する
ことによって形成したものであることを特徴とする請求
項１に記載された携帯型燃料電池。 - 【請求項４】 前記固定用ナットの他方は、前記ボルト
の端部においてワンタッチの操作により燃料を前記燃料
極等に充填させることができるブリーダバルブを具備し
ていることを特徴とする請求項１に記載された携帯型燃
料電池。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001066109A JP3559246B2 (ja) | 2001-03-09 | 2001-03-09 | 携帯型燃料電池 |
| GB0205030A GB2373093B (en) | 2001-03-09 | 2002-03-04 | Portable fuel cell stacks |
| CNB021069409A CN1197188C (zh) | 2001-03-09 | 2002-03-07 | 便携式燃料电池堆叠物 |
| KR10-2002-0012385A KR100435305B1 (ko) | 2001-03-09 | 2002-03-08 | 휴대용연료전지스택 |
| US10/093,934 US6773843B2 (en) | 2001-03-09 | 2002-03-11 | Portable fuel cell stack |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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| JP (1) | JP3559246B2 (ja) |
| KR (1) | KR100435305B1 (ja) |
| CN (1) | CN1197188C (ja) |
| GB (1) | GB2373093B (ja) |
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| DE10312664B4 (de) * | 2002-03-22 | 2006-11-23 | Daido Metal Co., Ltd. | Luftatmender Brennstoffzellenstapel |
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| US7455926B2 (en) | 2002-08-29 | 2008-11-25 | Daido Metal Company Ltd. | Airbreathing fuel cell |
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| CN100429819C (zh) * | 2005-08-16 | 2008-10-29 | 比亚迪股份有限公司 | 一种燃料电池堆 |
| CN100429818C (zh) * | 2005-04-05 | 2008-10-29 | 比亚迪股份有限公司 | 一种燃料电池堆 |
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