JP2005327704A - 気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池の提供。
【解決手段】 燃料電池コアアセンブリ及び隔離層を具え、燃料電池コアアセンブリは電気化学反応により電力を発生するのに用いられ、隔離層は燃料電池内部の透気不透液の多孔性薄膜層に設置され、及びそれは燃料電池コアアセンブリにおいて電気化学反応を形成するための液体と電気化学反応の後に発生する液体とを隔離するのに用いられ、並びに燃料電池コアアセンブリにおいて電気化学反応を形成するための気体と電気化学反応の後に生成される気体のいずれもが該隔離層を透過可能であり、これにより防水、防漏、液体の外漏れ防止の機能を達成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は一種の燃料電池に係り、特に、透気不透液の多孔性薄膜層材料を利用して隔離層を形成し、燃料電池に、防水、液体の漏洩防止を達成させ、並びに燃料電池反応後に生成される気体の排除を達成させるようにしたものに関する。

周知の燃料電池は電解質イオン交換膜の両側に水素含有燃料と酸素含有空気が供給され、酸化還元反応により、電流回路を形成し、電源提供の必要に応える。このような燃料電池に必要な反応物中には液体の燃料、例えばメタノール燃料が包含され、且つ反応後の主要な生成物は水と二酸化炭素であり、燃料電池は使用する電子装置中への液体の外漏れ防止機能を具備しなければならず、且つ生成された気体を排出して燃料電池内の安定した空気組成成分と常態圧力を維持する必要がある。しかし、周知の燃料電池は通常機構構造性の設計、例えば圧力放出弁を利用してこのような問題を処理しているが、このような設計は往々にして使用の方向性に制限を有し、且つ燃料電池構造上の設計に対しても影響を与える。

本発明はこのような周知の燃料電池の欠点に基づき、それを改善した気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池を提供するものである。

本発明の主要な目的は、一種の燃料電池を提供することにあり、それは、防水、液体の漏洩防止、且つ生成気体の排除の機能を共に有するものとする。

本発明の上述の目的を達成するため、本発明は一種の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池を提供し、それは電気化学反応により電力を発生する燃料電池コアアセンブリと、隔離層であって、燃料電池内部の透気不透液の多孔性薄膜層に設置されて燃料電池コアアセンブリにおける電気化学反応の形成に用いられる液体と電気化学反応後に生成される液体を隔離し、並びに燃料電池コアアセンブリにおいて電気化学反応を発生するのに用いられる気体及び電気化学反応後に生成される気体のいずれもが該隔離層を透過可能であり、これにより防水、防漏、液体外漏れ防止の機能を達成する隔離層と、を具えている。

請求項１の発明は、電気化学反応により電力を発生する燃料電池コアアセンブリと、
隔離層であって、燃料電池内部の透気不透液の多孔性薄膜層に設置されて燃料電池コアアセンブリにおける電気化学反応の形成に用いられる液体と電気化学反応後に生成される液体を隔離し、並びに燃料電池コアアセンブリにおいて電気化学反応を発生するのに用いられる気体及び電気化学反応後に生成される気体のいずれもが該隔離層を透過可能であり、これにより防水、防漏、液体外漏れ防止の機能を達成する隔離層と、
を具えたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、燃料電池コアアセンブリは陽極集電層、プロトン電解層、及び陰極集電層が組み合わされてなることを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池としている。
請求項３の発明は、請求項２記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が陽極集電層の上表面に設置されたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池としている。
請求項４の発明は、請求項２記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が陽極集電層の下表面に設置されたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池としている。
請求項５の発明は、請求項２記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が陰極集電層の上表面に設置されたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池としている。
請求項６の発明は、請求項２記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が陰極集電層の下表面に設置されたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池としている。
請求項７の発明は、請求項１記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、 燃料電池コアアセンブリの陽極端に接合されて、陽極燃料を燃料電池コアアセンブリの陽極端に提供及び導入する陽極燃料供給ユニットと、
燃料電池コアアセンブリの陰極端に接合されて陰極燃料を燃料電池コアアセンブリの陰極端に提供及び導入する陰極燃料供給ユニットと、
を更に具えたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池としている。
請求項８の発明は、請求項７記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が陽極燃料供給ユニットの上表面に設置されたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池としている。
請求項９の発明は、請求項７記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が陽極燃料供給ユニットの下表面に設置されたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池としている。
請求項１０の発明は、請求項７記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が陽極燃料供給ユニットの四周側辺に設置されたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池としている。
請求項１１の発明は、請求項７記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が陰極燃料供給ユニットの上表面に設置されたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池としている。
請求項１２の発明は、請求項７記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が陰極燃料供給ユニットの下表面に設置されたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池としている。
請求項１３の発明は、請求項７記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が陰極燃料供給ユニットの四周側辺に設置されたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池としている。
請求項１４の発明は、請求項１記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、燃料電池がメタノール燃料電池であることを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池としている。
請求項１５の発明は、請求項１４記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が、外界空気に該隔離層を通過させると共に、メタノール燃料電池内の反応後の水分の燃料電池の外部への外漏れを防止することを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池としている。
請求項１６の発明は、請求項１４記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が、反応後に生成した二酸化炭素ガスを該隔離層を通過させると共に、メタノール溶液を該隔離層で隔離して燃料電池の外部への外漏れを防止することを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池としている。
請求項１７の発明は、請求項１記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が、ポリテトラフルオロエチレン薄膜であることを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池としている。

本発明の燃料電池は気体と液体の隔離構造を具え、以下の効果を達成する。
１．本発明の燃料電池の気体と液体の隔離構造は、透気不透液の多孔性材料で形成された隔離層を利用し、簡単に燃料電池の燃料液体の外漏れを防止し、化学反応で生成した気体を排除し、且つ外部空気を進入させる目的を達成する。
２．本発明の燃料電池の気体と液体の隔離構造中、その透気不透液の構造は、燃料液体の外漏れを防止し、電子装置内部に取り付けられる燃料電池を内部電源とする時の実用性を増す。
３．本発明の燃料電池の気体と液体の隔離構造中、その透気不透液の構造は、どのような取り付け角度であっても生成気体を排除でき、且つどのような方向でも液体の漏洩を発生せず、このため、燃料電池の使用が取り付け方向の影響を受けず、燃料電池の使用を更に広げることができる。
４．本発明の燃料電池の気体と液体の隔離構造中に薄膜隔離層が使用されることにより、燃料電池のもとの設計の構造を変更することなく、簡単に透気不透液の構造を達成でき、且つ燃料電池に多過ぎる体積を増加させない。

図１は本発明の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池の構造表示図である。本発明の提供する気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池１０は、燃料電池１０内に隔離層２１、２３が設置されることにより燃料液体を隔離し通過させ、ただし気体を通過させられ、液体の漏洩を防止し、並びに燃料電池反応之いに生成される気体を通過させ、燃料電池１０内の圧力を常態に維持させることができる。本発明の燃料電池１０は、燃料電池コアアセンブリ１１、陽極燃料供給ユニット１３、及び陰極燃料供給ユニット１５を包含する。燃料電池コアアセンブリ１１は陽極集電層１１１、プロトン電解層１１３、及び陰極集電層１１５が組み合わされてなる。図１中、プロトン電解層１１３の両側にそれぞれ陽極集電層１１１と陰極集電層１１５が堆積され、プロトン電解層１１３の複数の燃料電池ユニット１１３ａが電気化学反応を形成し、並びに陽極集電層１１１と陰極集電層１１５が電流を集める。陽極燃料供給ユニット１３は燃料電池コアアセンブリ１１の陽極端に接合されて、陽極燃料を燃料電池コアアセンブリ１１の陽極端に提供及び導入する。陰極燃料供給ユニット１５は燃料電池コアアセンブリ１１の陰極端に接合されて陰極燃料を燃料電池コアアセンブリ１１の陰極端に提供及び導入する。隔離層２１、２３は陽極燃料供給ユニット１３或いは陰極燃料供給ユニット１５中に設置され、該隔離層２１、２３には透気不透液の多孔性薄膜層が採用され、このような多孔性薄膜層の物理特性により、燃料電池１０が防水、防漏、内部の液体の外漏れ防止の機能を達成する。

図２は本発明の図１の構造の燃料電池の実施例の断面図である。図２のメタノール燃料電池１０中、陽極燃料供給ユニット１３の具体態様は流場部品、例えば燃料タンクと燃料チャネルで構成された流場部品とされ、陽極燃料供給ユニット１３は注入口１３ａよりメタノール溶液陽極燃料が注入され、注入後のメタノール溶液陽極燃料は更に貫通孔１１１ａを通り十分に各燃料電池ユニット１１３ａの陽極端に供給される。隔離層２１は陽極燃料供給ユニット１３の上表面、下表面或いは四周側辺に位置し、図３から図５は隔離層の陽極燃料供給ユニットへの設置の具体的実施例を示す。隔離層２１の多孔性薄膜層の物理特性により四箇所を流通するメタノール溶液はいずれも隔離層２１により隔離されて陽極燃料供給ユニット１３の外部に外漏れ不能である。また、燃料電池ユニット１１３ａは陽極端にあって化学反応後に発生する二酸化炭素ガスがいずれも隔離層２１を通過し、その後、ガス排出口（図示せず）より外界に排出される。

図２のメタノール電池１０中にあって、隔離層２３は陰極燃料供給ユニット１５に設置され、その設置の位置は陰極燃料供給ユニット１５の上表面、下表面或いは四周の側辺とされ、図６から図８は隔離層の陰極燃料供給ユニットへの設置の具体的実施例を示す。隔離層２３の多孔性薄膜層の物理特性により外界の空気（或いは酸素ガス）は隔離層２３を通過し、更に貫通孔１１５ａを通り、最後に各燃料電池ユニット１１３ａの陰極端に至る。また、燃料電池ユニット１１３ａは陰極端の化学反応後に発生する水分が、いずれも隔離層２３により隔離されて陰極燃料供給ユニット１５の外部に外漏れせず、その後、更に水分排出口（図示せず）より外界に排出される。

図９は本発明の、隔離層が陽極集電層と陰極集電層の上表面と下表面に設置された実施例を示す。本発明の精神により、本発明は隔離層２５が陰極集電層１１５の上表面に設置されるか、或いは隔離層２６が陰極集電層１１５の下表面に設置され、或いは隔離層２７が陽極集電層１１１の下表面に設置されるか、或いは隔離層２８が陽極集電層１１１の上表面に設置されうる。プロトン電解層１１３が電気化学反応後に発生する気体（例えば二酸化炭素）は、貫通孔１１１ｂと隔離層２７、２８を通り外向きに流通する。プロトン電解層１１３が電気化学反応後に発生する液体（例えば水分）は、隔離層２５、２６の隔離により、貫通孔１１５ｂより外向きに排出されない。

本発明の隔離層の上述に記載の位置は、本発明の実施例の説明に過ぎず、本発明の精神に基づき、本発明の隔離層は燃料電池のその他の位置に設置可能である。
本発明の隔離層に採用される材質、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）薄膜のような透気不透液の性質を具えた多孔性材料であればいずれも使用可能である。

更に、隔離層の通気の効果により、本発明の燃料電池１０は内部と外部の気圧が常態圧力を維持する。

本発明の精神により、本発明の隔離層の設置は上述の位置のほか、当然燃料電池１０内部のその他の位置に設置可能で、例えば排気出口に設置されて、それは外界液体が排気出口より流入して燃料電池１０を損壊するのを防止できる。

本発明の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池の構造表示図である。 本発明の図１の構造の燃料電池の実施例の断面図である。 本発明の隔離層の陽極燃料供給ユニットへの設置の具体的実施例表示図である。 本発明の隔離層の陽極燃料供給ユニットへの設置の具体的実施例表示図である。 本発明の隔離層の陽極燃料供給ユニットへの設置の具体的実施例表示図である。 本発明の隔離層の陰極燃料供給ユニットへの設置の具体的実施例表示図である。 本発明の隔離層の陰極燃料供給ユニットへの設置の具体的実施例表示図である。 本発明の隔離層の陰極燃料供給ユニットへの設置の具体的実施例表示図である。 本発明の隔離層が陽極集電層と陰極集電層の上表面と下表面に設置された実施例表示図である。

符号の説明

１０ 燃料電池
１１ 燃料電池コアアセンブリ
１３ 陽極燃料供給ユニット
１３ａ 注入口
１５ 陰極燃料供給ユニット
２１ 隔離層
２３ 隔離層
２５、２６、２７、２８ 隔離層
１１１ 陽極集電層
１１１ａ 貫通孔
１１１ｂ 貫通孔
１１３ プロトン電解層
１１３ａ 燃料電池ユニット
１１５ 陰極集電層
１１５ａ 貫通孔
１１５ｂ 貫通孔

Claims (17)

1. 電気化学反応により電力を発生する燃料電池コアアセンブリと、
   隔離層であって、燃料電池内部の透気不透液の多孔性薄膜層に設置されて燃料電池コアアセンブリにおける電気化学反応の形成に用いられる液体と電気化学反応後に生成される液体を隔離し、並びに燃料電池コアアセンブリにおいて電気化学反応を発生するのに用いられる気体及び電気化学反応後に生成される気体のいずれもが該隔離層を透過可能であり、これにより防水、防漏、液体外漏れ防止の機能を達成する隔離層と、
   を具えたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池。
2. 請求項１記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、燃料電池コアアセンブリは陽極集電層、プロトン電解層、及び陰極集電層が組み合わされてなることを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池。
3. 請求項２記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が陽極集電層の上表面に設置されたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池。
4. 請求項２記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が陽極集電層の下表面に設置されたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池。
5. 請求項２記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が陰極集電層の上表面に設置されたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池。
6. 請求項２記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が陰極集電層の下表面に設置されたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池。
7. 請求項１記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、
   燃料電池コアアセンブリの陽極端に接合されて、陽極燃料を燃料電池コアアセンブリの陽極端に提供及び導入する陽極燃料供給ユニットと、
   燃料電池コアアセンブリの陰極端に接合されて陰極燃料を燃料電池コアアセンブリの陰極端に提供及び導入する陰極燃料供給ユニットと、
   を更に具えたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池。
8. 請求項７記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が陽極燃料供給ユニットの上表面に設置されたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池。
9. 請求項７記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が陽極燃料供給ユニットの下表面に設置されたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池。
10. 請求項７記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が陽極燃料供給ユニットの四周側辺に設置されたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池。
11. 請求項７記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が陰極燃料供給ユニットの上表面に設置されたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池。
12. 請求項７記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が陰極燃料供給ユニットの下表面に設置されたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池。
13. 請求項７記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が陰極燃料供給ユニットの四周側辺に設置されたことを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池。
14. 請求項１記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、燃料電池がメタノール燃料電池であることを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池。
15. 請求項１４記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が、外界空気に該隔離層を通過させると共に、メタノール燃料電池内の反応後の水分の燃料電池の外部への外漏れを防止することを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池。
16. 請求項１４記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が、反応後に生成した二酸化炭素ガスを該隔離層を通過させると共に、メタノール溶液を該隔離層で隔離して燃料電池の外部への外漏れを防止することを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池。
17. 請求項１記載の気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池において、隔離層が、ポリテトラフルオロエチレン薄膜であることを特徴とする、気体と液体の隔離構造を具えた燃料電池。
    

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