JP2007115696A - セミパッシブ型燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、電解質膜と前記電解質膜の両側に形成されるカソード電極とアノード電極を備える膜−電極組立体と前記膜−電極組立体の両側に配置されるバイポーラプレートを備える多数の単位セルが順次に積層されて形成されるスタックと燃料供給手段と空気供給手段とを含む燃料電池システムであって、前記スタックのバイポーラプレートは、前記カソード電極と接する面に上部から下部に貫通して形成される空気通路を備え、前記空気供給手段は、前記スタックの上部と下部に設けられるダクトと前記ダクトに空気を供給する送風手段と、を備える。
【選択図】図1
Description
12 MEA
13 アノード電極
14 電解質膜
15 カソード電極
16、216 バイポーラプレート
18 燃料通路
19、219 空気通路
30 燃料供給手段
32 燃料タンク
34 燃料ポンプ
50、350、550、650、750 空気供給手段
51 送風手段
60、560、760 ダクト
62 空気吸入口
63 空気供給口
72 空気排出口
73 空気流入口
80、365 空気調節膜
90 ヒットパイプ
100、200、300、400、600、700 セミパッシブ型燃料電池システム
Claims (57)
- 電解質膜、前記電解質膜の両側に形成されるカソード電極及びアノード電極を備える膜−電極組立体と前記膜−電極組立体の両側に配置されるバイポーラプレートとを備える複数の単位セルが順次積層されて形成されるスタックと、燃料供給手段と、空気供給手段と、を含む燃料電池システムであって、
前記スタックのバイポーラプレートは、前記カソード電極と接する面に上部から下部に貫通して形成される空気通路を備え、
前記空気供給手段は、前記スタックの上部と下部に設けられるダクトと前記ダクトに空気を供給する送風手段とを備える
ことを特徴とする、セミパッシブ型燃料電池システム。 - 前記バイポーラプレートの空気通路は、前記スタックの上部から下部に直線形状で形成されることを特徴とする、請求項1に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記ダクトは、前記スタックの上部に設けられる第1ダクトと前記スタックの下部に設けられる第2ダクトとを備え、
前記送風手段は、前記第1ダクトの一側に空気を供給するように形成される
ことを特徴とする、請求項1に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。 - 前記第1ダクトには、一側の内部に前記送風手段が設けられ、他側が前記スタックの上部を全体的に覆うように形成され、
前記第1ダクトの一側の上面に前記送風手段の上部に形成される空気吸入口と、他側の下面に前記スタックの下部形状に対応する形状で形成され空気をスタックに供給する空気供給口と、を備えることを特徴とする、請求項3に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。 - 前記第1ダクトの他側の上面は、内部の高さが前記送風手段が設けられた一側から他側に小さくなるように所定の傾斜角で傾斜するように形成されることを特徴とする、請求項4に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記第1ダクトの一側は、内部の高さが前記送風手段の高さに相応する高さで形成され、
前記送風手段は、前記空気吸入口を通じて空気を吸入して、前記第1ダクトの他側に供給するように形成されることを特徴とする、請求項4に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。 - 前記第2ダクトは、上面に前記スタックの下部形状に対応する形状で形成され、前記スタックを通過した空気が流入する空気流入口と、他端に形成されて空気を外部に排出する空気排出口と、を備えることを特徴とする、請求項5に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記第2ダクトの下面は、内部の高さが一端から他端に増加するように所定の傾斜角で傾斜するように形成されることを特徴とする、請求項7に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記第2ダクトの下面は、前記第1ダクトの上面と同一の傾斜角で傾斜するように形成されることを特徴とする、請求項8に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記送風手段は、ブロワまたはファンを備えることを特徴とする、請求項1に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記バイポーラプレートの空気通路は、前記バイポーラプレートの一側に形成される空気通路の断面積が他側に形成される空気通路の断面積と異なるように形成されることを特徴とする、請求項5に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記空気通路は、前記送風手段が設けられる前記バイポーラプレートの一側に形成される空気通路の断面積が他側に形成される空気通路の断面積より大きくなるように形成されることを特徴とする、請求項11に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記空気通路は、その断面積が一側から他側に形成される空気通路によって徐々に減少するように形成されることを特徴とする、請求項12に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記空気供給手段は、前記スタックの上部で前記空気通路が形成される領域を含む領域を覆うように形成される空気調節膜を含むことを特徴とする、請求項5に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記空気調節膜は、前記空気供給口を全体的に遮蔽するように前記空気供給口に結合されて形成されることを特徴とする、請求項14に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記空気調節膜は、一方の面から他方の面に空気が貫通できる多孔性材質で形成されることを特徴とする、請求項14に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記空気調節膜は、前記空気通路の断面積より小さな断面積を有する気孔を有する多孔性材質で形成されることを特徴とする、請求項16に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記空気調節膜は、四フッ化ポリエチレン(PTFE)、シリコン樹脂、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)のうち、いずれか1つの材質による気液分離膜で形成されることを特徴とする、請求項14に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記空気調節膜は、キムワイプまたはゴアテックスで形成されることを特徴とする、請求項14に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記空気調節膜は、金属シーブ、または、一方の面から他方の面に空気が貫通できる金属多孔性フォームからなる第1金属網で形成されることを特徴とする、請求項14に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記第1金属網は、孔の大きさが前記空気通路の大きさより小さく形成されることを特徴とする、請求項20に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記第1金属網は、一方の面に全体的に形成される気液分離膜を更に含むことを特徴とする、請求項20に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記気液分離膜は、四フッ化ポリエチレン(PTFE)、シリコン樹脂、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、及びポリエチレンテレフタレート(PET)からなる群から選択されるいずれか1つの材質で形成されることを特徴とする請求項22に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記空気調節膜は、前記スタックの下部で前記空気通路が形成される領域を含む領域を覆うように形成される第2金属網を更に含むことを特徴とする、請求項20に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記第2金属網は、金属シーブ、または、一方の面から他方の面に空気が貫通できる金属多孔性フォームで形成されることを特徴とする、請求項24に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記第2金属網は、一方の面に全体的に形成される気液分離膜を更に含むことを特徴とする、請求項25に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記気液分離膜は、四フッ化ポリエチレン(PTFE)、シリコン樹脂、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、及びポリエチレンテレフタレート(PET)からなる群から選択されるいずれか1つの材質で形成されることを特徴とする、請求項26に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記燃料電池システムは、前記第1金属網と前記第2金属網に連結されるヒットパイプを更に備えることを特徴とする、請求項24に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記ヒットパイプは、前記第1金属網の幅に相応する領域において所定間隔で離隔する多数のバー(bar)またはロッド(rod)またはプレート状で形成されることを特徴とする、請求項28に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記ヒットパイプは、前記第1金属網の幅に相応する幅と所定厚さを有する1つの板状で形成されることを特徴とする、請求項28に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記ヒットパイプは、銅またはアルミニウム金属で形成されることを特徴とする、請求項28に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記ヒットパイプは、前記スタックとの間に電気絶縁層が形成されることを特徴とする、請求項28に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記空気供給手段は、前記ダクトの内部で前記送風手段から所定距離離れた位置に前記第1ダクトの幅方向に延長され、上部から下部へ垂直方向に所定高さで突出するように形成される空気調節手段を含むことを特徴とする、請求項5に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記空気調節手段は、前記第1ダクトの他側の中央領域に形成されることを特徴とする、請求項33に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記空気調節手段は、第1ダクトの他側の上面が内部に突出するように前記第1ダクトと一体形成されることを特徴とする、請求項33に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記空気調節手段は、別途のブロックが前記第1ダクトの他側の上面に結合されて形成されることを特徴とする、請求項33に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記空気調節手段は、断面形状が半円または三角形状をなすように形成されることを特徴とする、請求項33に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記空気調節手段は、空気と直接接触する前面が空気流れ方向と鈍角をなしたりまたは弧形状をなすように形成されることを特徴とする、請求項33に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記空気調節手段は、突出する高さが前記空気調節手段が設けられる位置での前記第1ダクトの内部の高さの30〜70%で形成されることを特徴とする、請求項33に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記燃料電池システムは、直接メタノール型燃料電池システム、または、高分子電解質型燃料電池システムであることを特徴とする、請求項1に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 電解質膜、前記電解質膜の両側に形成されるカソード電極及びアノード電極を備える膜−電極組立体と前記膜−電極組立体の両側に配置されるバイポーラプレートとを備える複数の単位セルが順次積層されて形成されるスタックと、燃料供給手段と、空気供給手段と、を含む燃料電池システムであって、
前記スタックのバイポーラプレートは、前記カソード電極と接する面に上部から下部に貫通して形成される空気通路を備え、
前記空気供給手段は、前記スタックの上部と下部に設けられるダクトと、前記ダクトの一側に設けられて前記ダクトに空気を供給する送風手段と、前記ダクトの内部で前記送風手段と前記スタックの上部との間に形成されるフィルターと、を含む
ことを特徴とする、セミパッシブ型燃料電池システム。 - 前記空気通路は、前記スタックの上部から下部に直線形状で形成されることを特徴とする、請求項41に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記ダクトは、前記スタックの上部に設けられる第1ダクトと、前記スタックの下部に設けられる第2ダクトと、を備え、
前記送風手段は、前記第1ダクトの一側から他側に空気を噴出するように形成されることを特徴とする、請求項41に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。 - 前記第1ダクトは、一側の内部に前記送風手段が設けられ、他側が前記スタックの上部を全体的に覆うように形成され、
前記第1ダクトの一側の上面に前記送風手段の上部に形成される空気吸入口と、他側の下面に前記スタックの下部形状に対応する形状で形成され空気をスタックに供給する空気供給口と、を備える
ことを特徴とする、請求項43に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。 - 前記第1ダクトの他側の上面は、内部の高さが前記送風手段が設けられた一側から他端に徐々に小さくなるように所定の傾斜角で傾斜するように形成されることを特徴とする、請求項43に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記フィルターは、前記第1ダクトの幅方向断面積に相応する面積で形成され、空気の流れに垂直な方向に設けられることを特徴とする、請求項45に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記フィルターは、前記スタックの一端に相応する位置に形成されることを特徴とする、請求項45に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記フィルターは、一方の面から他方の面に空気が貫通できる多孔性材質で形成されることを特徴とする、請求項45に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記フィルターは、四フッ化ポリエチレン(PTFE)、シリコン樹脂、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)のうち、いずれか1つの材質による気液分離膜で形成されることを特徴とする、請求項48に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記フィルターは、前記第1ダクトの内部に設けられる支持板に支持されることを特徴とする、請求項45に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記第2ダクトは、上面に前記スタックの下部形状に対応する形状で形成され、前記スタックを通過した空気が流入する空気流入口と、他端に形成されて空気を外部に排出する空気排出口と、を備えることを特徴とする、請求項53に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記第2ダクトの下面は、内部の高さが一端から他端に増加するように所定の傾斜角で傾斜するように形成されることを特徴とする、請求項51に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記第2ダクトの下面は、前記第1ダクトの上面と同一の傾斜角で傾斜するように形成されることを特徴とする、請求項52に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記第1ダクトの他側の上面は、内部の高さが全体的に均一になるように形成されることを特徴とする、請求項43に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記第2ダクトの下面は、内部の高さが全体的に均一になるように形成されることを特徴とする、請求項54に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記送風手段は、ブロワまたはファンを備えることを特徴とする、請求項41に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
- 前記燃料電池システムは、直接メタノール型燃料電池システム、または、高分子電解質型燃料電池システムであることを特徴とする、請求項41に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
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