JP2007526604A - 毛細管より成る燃料電池 - Google Patents

Abstract

燃料電池であって、それぞれ１つの電極４１を有する複数の毛細管３４を備えており、燃料成分がこれらの毛細管に流入し、かつ／又は毛細管を貫流するようになっている形式のものにおいて、複数の毛細管３４が、それぞれ反応室６８，６９内で、互いに隣接し合う複数のセグメント３５，３６，３７，３８，３９，４０内に束ねて配置されており、各毛細管の両端部から電極４１が突き出されており、これらの電極４１が、セグメント３５，３６，３７，３８，３９，４０の毛細管３４の両端部においてほぼ同じ電位を維持するように電気的に接続されており、各セグメント３５，３６，３７，３８，３９，４０の少なくとも１つの壁区分４５が対抗電極４６，４７を備えているか、又は少なくとも対抗電極４６，４７と共に形成されている。

Description

本発明は、燃料電池、特にダイレクトメタノール燃料電池に関する。

燃料電池の出力を高めるために、燃料電池の電流を生ぜしめるマイクロリアクターを並列又は直列に接続することは公知である。国際公開第００／５４３５８号パンフレットによれば、それぞれ複数の個別のマイクロリアクターが一平面内で１つの枠内に配置され、直列に接続された燃料電池モジュールの構造について開示されている。この場合、個別の電極の、陰極として構成された表面が直接接触し、モジュールの一方の端面側において、個別のマイクロリアクターの、同軸的に内側に位置する陽極が互いに接続されている。

このような形式の個別のモジュールは、やはり直列に接続される。

また国際公開第０３／００５４６６号パンフレットには、出力を高めるために、マイクロリアクターを同様に同軸構造で束ねて配置したものが開示されている。この公知のパンフレットによれば、選択的に、共通の外側電極を備えたマイクロリアクターに置き換えることによって、基本的な同軸構造が維持されると記載されている。

このようなマイクロリアクターの同軸的な構造によって、このようなマイクロリアクターの軸方向端部において、生ぜしめられた電位が定期的に取り出される。従ってマイクロリアクターの長さが電気的な出力性能を規定する。

マイクロリアクターとして特にいわゆる管状の複合体が用いられる場合、機械的な形状安定性が低減され、従ってこのようなマイクロリアクターの長さが制限され、相応に出力量が減少されるか、若しくは取り出し可能な電圧の高さが減少される。

このような背景技術から出発して、本発明の課題は、構造が簡単でしかも安価なコストで、高い出力量が保証されるような、燃料電池を提供することである。

この課題を解決した本発明の請求項１に記載した特徴によれば、それぞれ１つの電極を有する複数の毛細管を備えており、燃料成分が、この毛細管に流入し、かつ／又はこの毛細管を貫流するようになっている形式のものにおいて、複数の毛細管が、それぞれ反応室内で、互いに隣接し合う複数のセグメント内に束ねて配置されており、各毛細管の両端部から電極が突き出されており、これらの電極がセグメントの毛細管の両端部においてほぼ同じ電位を維持するように電気的に接続されており、各セグメントの少なくとも１つの壁区分が対抗電極を備えているか、又は少なくとも対抗電極と共に形成されている。

本発明の燃料電池は、次のような利点を有している。まず第１に、燃料電池の容量は、規則的に同一形式に構成され、かつ大量生産で製造可能であるセグメントの数によって規定される。この場合、公知のマイクロリアクターの同軸的な構造から離れることによって、毛細管の長さが、第１の電極と第２の電極との間の電位のためにもはや決定的な影響を及ぼすことがなくなる、という点で重要な意味がある。むしろ、各毛細管は単に１つだけの電極を有しており、この電極は、１つのセグメントの残りの毛細管の相応の電極を備えた両端部において並列接続されている。これによって電極の毛細管の端部において、対抗電極に対してほぼ同じ電位が生じる。この対抗電極は、各セグメントの壁部区分に、又は壁部区分を貫通して形成されていて、その形状は自由に変更可能である。

複数のセグメントは、任意の横断面、例えば方形又は３角形の横断面を有していてよい。有利には、セグメントは、横断面が円の扇形若しくは円のセグメント（Ｋｒｅｉｓｓｅｇｍｅｎｔ）として構成されており、これによって、特に円筒形のケーシング内において著しくコンパクトな構造が保証される。

セグメントによって供給された電圧に対してより高い電圧を得るために、セグメントの毛細管の電極が隣接するセグメントの対抗電極に対して、直列接続で接続されている。

出力を高めるために選択的に、燃料電池のすべての毛細管の電極がそれぞれ、端部側で、並列接続で相互接続されている。

有利な形式で、接続は、特に電子式のスイッチによって並列形式又は直列形式にあらかじめ設定可能である。本発明によれば燃料電池の使用可能性は、このような手段によって著しく高められる。

構造的には、各セグメントは、これらのセグメント自体が形成する壁部を有しており、横断面で見て環状に閉じられていて、電極を囲っており、従って隣接し合う２つのセグメント間に互いに間隔を保った２つの仕切り壁が形成されているように、構成されていてよい。これらの壁部は、導電性であって、対抗電極として用いてもよい。２つの仕切り壁を間隔を保って設けることによって、通常は必要とされる電気絶縁は不必要となる。また、２つの隣接し合うセクタ間に互いに間隔を保った２つの仕切り壁を構成することは、これらの仕切り壁間に電解質の、いわば不活性領域が得られるようにしたい場合にも、有利である。この場合、このような有利な形式で非導電性の仕切り壁は、一般的に特別に構成された対抗電極を有している。

選択的に、隣接し合うセグメントは共通の仕切り壁を有しており、この場合、共通の仕切り壁は、実際には電気的な絶縁材料より成っていてもよい。

また、仕切り壁が複数の開口を備えていて、この開口が、特に２つの仕切り壁を有する構成において互いに対応して直接重なり合うように構成されていることによって、仕切り壁を非気密に構成することができる、という利点が得られる。これによって特に、共通の仕切り壁においては高価なシール手段が避けられ、セグメントの下側において電解質又はこれと類似のものを交換することもできる。

本発明による燃料電池においては、隣接し合う２つのセグメントのための共通の仕切り壁が両側で対抗電極を有しており、それぞれ１つの対抗電極が一方のセグメントに対応配置されていれば、さらに有利である。従って、横断面形状が円の扇形である各セグメントは、互いに斜めに向き合う２つの対抗電極を有している。

構造的な実施態様によれば、このような形式の対抗電極は支持金属薄板を有しており、該支持金属薄板が、触媒のための格子状のホルダによって被覆されている。このような格子状のホルダは、その外側に接して若しくはその内部に結晶構造の触媒を容易に保持できるような、エキスパンデットメタル（展伸金網）、格子状金属、金属製織品又は比較可能な多孔性材料であってよい。

また上記多孔性材料と比較可能な材料として、毛細管が、触媒によって被覆された格子状の芯材を有しており、該芯材がダイヤフラムによって環状に包囲されていてもよい。このような毛細管のためには、例えば国際公開第０２／１５３１８号パンフレットにも記載されているように、多くの変化例が可能である。

特に、芯材、支持金属薄板及び／又は格子状のホルダはチタンより成っている。

燃料電池の実施例によれば、毛細管が端部側で開放していて、ガスが自由に貫流できるようになっている。つまり、毛細管の端部が、セグメントの反応室を規定するケーシング壁、ヘッドプレート又はこれと類似のものの両端部を貫通して、反応室を開放状態に保っている、ということである。

有利な実施例によれば、毛細管が空気によって貫流されるようになっており、毛細管の一端部にケーシングによって圧力室が形成されており、該圧力室内において毛細管が開放して終わっていて、該圧力室がファンによって周囲の空気で負荷されている。基本的に、ガスは燃料成分として毛細管を通って高い圧力負荷を受けて圧縮されるが、このような圧力負荷された燃料成分はどこにでも提供できるものではない。安価なコストで、しかもできるだけ自由な使用可能性を考慮して、本発明による燃料電池においては有利な形式で、空気を毛細管を通ってガイドするために、ファンによって生ぜしめられる僅かな圧力差が形成すれば十分である。

燃料電池の有利な実施態様によれば、セグメントの隣接し合う角隅又は尖端間に、１つの燃料成分のための、閉じて終わっている共通の供給管路が設けられており、該供給管路が、セグメントの反応室内で、前記燃料成分を吐出させるための開口を備えている。供給管路に基づいて、燃料電池のすべての反応室に燃料成分を中央から供給することができ、この場合、供給管路は少なくとも部分的に、特に角隅又は尖端を少なくとも一緒に形成するような反応室を規定する。

また排ガス管路が設けられており、この排ガス管路は、セグメントの反応室内でガス状の燃焼残留物を侵入させるための開口を備えていて、燃料電池の外側に開口している。有利な形式で、排ガス管路は中央に設けられていて、特に供給管路の延長部を形成している。勿論、２つの管路は互いに閉鎖されている。

燃料成分が反応室内も確実に侵入するようにするために、供給管路に少なくとも１つのポンプが接続されており、該ポンプが、圧力室に向き合う、ケーシングのポンプ室内に配置されている。従って反応室は圧力室とポンプ室との間に配置されている。供給管路内におけるポンプによる圧力形成は、燃料成分が反応室内に確実に侵入するように規定する必要がある。このようなポンプは有利な形式で、圧力室に向き合う、ハウジングのポンプ室内に配置されており、これによって本発明による燃料電池は、長手方向に配向された非常にコンパクトな構造を有している。

供給管路を通って反応室内に取り入れられた燃料成分が燃料混合物であれば、この燃料混合物の個別の成分がそれぞれ、制御可能なポンプによって供給管路内に供給され、燃料混合物における個別成分の分量を最適に調節するようにポンプを制御する制御装置が設けられている。この場合、水とメタノールからなる燃料混合物が想定されており、本発明による燃料電池は有利にはダイレクトメタノール燃料電池として作動される。

安価に製作可能及び作動可能な燃料電池を得るために、燃料電池は、有利な形式で、作動のために、垂直方向に延びる毛細管と、上側に位置する圧力室とを備えて構成されている。このような手段によって、本発明による燃料電池は十分に開放したシステムとして構成され、従って気密に構成された多くの接続部を省くことができる。特に、このような形式の重力による作動においては、毛細管から流出する液相、例えば凝縮水又はこれと類似のもの、場合によっては燃焼生成物も、下側に配置された受容室内に受容され、導出ガイドされるか、又は場合によっては処理後若しくは気化後に、新たに燃焼プロセスに供給されることも可能である。

ダイレクトメタノール燃料電池としての特別な実施例によれば、反応室が酸性のメタノールで満たされており、この場合有利には、酸性のメタノールの充填レベルの上に自由室が存在しており、この自由室内にガス状の燃焼残留物例えばＣＯ_２が収集され、ここから排ガス管路を介して外に導出されるようになっている。相応に、反応室の充填レベルは充填レベルセンサによって監視されるので、高すぎる充填レベル及び低すぎる充填レベルは確実に認識されるようになっている。高すぎる充填レベル又は低すぎる充填レベルが確認されると、有利な形式で燃料電池内の燃焼プロセスは中断される。

燃料電池の別の構造によれば、セグメントが円筒形のケーシング内に配置されていて、該ケーシングはヘッドプレートによって軸方向で閉鎖されており、このヘッドプレートを貫通して毛細管が延在している。この場合特に、ヘッドプレートによって毛細管の電極も電気的に接続されていてよい。有利な形式でさらに、ヘッドプレートが、セグメントの仕切り壁を把持する仕切りウエブを備えており、これらの仕切りウエブ間に、これらの仕切りウエブの下に位置するセグメントの毛細管を包囲する充填物が配置されている。同様に、充填物は、特別に構成されたセクタの壁部を例えば仕切り棒に対して保持し、対抗電極の電気的な接続部は、有利にはヘッドプレートを通ってセグメントから外にガイドされ、ヘッドプレート上で同様に接続されている。

２つのセクタ間で仕切り壁を固定するために、有利な形式で、ヘッドプレートが、その反応室を軸方向で閉鎖する側に、仕切り壁を受容するための溝を有している。これによって、構造的に大きい手段を必要とすることなしに、仕切り壁は確実に保持される。冒頭に述べたように、それ以上のシール手段は必要ない。

また、対抗電極の電気的な接続部をセグメントの反応室から外にガイドするために、仕切り壁が、両側で支持金属薄板の段部を備えた、突出する２つの接続部材を有しており、これらの接続部材が、ケーシングを軸方向で閉鎖するヘッドプレートを貫通している。

別の実施態様によれば、ケーシングが、圧力室ケーシングの接続部のための、及びこの圧力室ケーシングに向き合って配置された室の接続部のためのフランジを備えている。簡単な形式で、蓋状に構成されたこのような圧力室ケーシングによって、圧力室を周囲に対して閉鎖することができる。これとは逆に、フランジ接続部の適当な構成によれば、必要な数の別の室、及び場合によっては別の燃料電池を、本発明に従って接続してもよい。

実施例
本発明を以下に、概略的な実施例を示す図面を用いて詳しく説明する。

図１は、複数のセグメント（円の扇形部分）の第１の方向から見た図、
図２は、図１のII線に沿った断面図、
図３は、図１の矢印III方向から見た図、
図４は、図３の符号IVで示した部分の拡大図、
図５は、図１に示したセグメントの分解図、
図６は、セグメントの等角投影図、
図７は、本発明の第２実施例による燃料電池の外側図、
図８は、図７の矢印III方向から見た図、
図９は、図８のIX線に沿った断面図、
図１０は、図7のX線に沿った断面図、
図１１は、毛細管の保持部の概略的な等角投影図、
図１２は、２つのセクタの共通の仕切り壁、
図１３は、セクタを受容するケーシングを、ヘッドプレートの側から見た等角投影図、
図１４は、別の実施例によるセクタの水平断面図、
図１５は、別の実施例による圧力室の水平断面図である。

図１は、円筒形のケーシング１を示しており、このケーシング１内に、互いに隣接し合う６つの同形状のセグメント２，３，４，５，６，７が束ねて設けられていて（図３参照）、これら６つのセグメントは、燃料成分によって流入かつ／又は貫流される複数の毛細管８を備えている。

複数の毛細管８は、半径方向で内方に位置する三つ葉のクローバーのプロフィール９を有していて、このプロフィール９は、電極１０としての格子構造によって包囲されており、この電極１０自体は、半径方向で外方に位置する触媒１１を備えている。毛細管８の構造は半径方向外側でダイヤフラム１２によって閉鎖されている。前記プロフィール９は、毛細管８を支持する導電性の材料、特に金属、有利にはチタンより成っているので、電位は、格子構造において、またプロフィール９自体においても、両端部が突き出ている電極１０として取り出される。

例えば図３のセグメント３，５及び７に示されているように、各セグメント２乃至７の電極１０若しくはプロフィール９も、両端部においてほぼ同じ電位で電気的に並列接続されている。

第１実施例では、各セグメント２乃至７は、これらのセグメント２乃至７の毛細管８を環状に包囲する形状の壁部１３乃至１８を有しているので、間隔を保って配置された２つの仕切り壁１９，２０が、例えばセグメント５と１０との間に形成される（図６も参照）。

導電性の壁部１３乃至１８自体は、対抗電極を形成しており、図３に示したセグメント３，５，７は、それぞれ隣接するセグメント２，４，６の対抗電極として構成された壁部１３，１５，１７の外側ウエブに対して、セグメント３，５，７の毛細管８の並列接続された電極１０の接続回路を形成している。

ケーシング１は、軸方向の両端部でヘッドプレート２１，２２によって閉鎖されており、これらのヘッドプレート２１，２２は、毛細管８によって貫通され、開放されていて自由に終わっている。ヘッドプレート２１，２２は、同形式に構成されていて、隣接し合うセグメント５，６間の仕切り壁１９，２０を把持し、同様にスポーク状の仕切りウエブ２３，２４を備えている。仕切りウエブ２３，２４とヘッドプレート２１の外側のリングとの間で、壁部１６がヘッドプレート２１を取り囲み、正しい寸法で貫通嵌合している。その下に位置する反応室は、毛細管８を包囲し保持する充填物によって軸方向で閉鎖されている。

セグメント２乃至７は、ヘッドプレート２１，２２によって、ケーシング１の内壁９６に対して間隔を保って保持されている。また、各セグメント２乃至７間に形成された２つの仕切り壁２６，２７は、一般的なように（図５参照）、有利な形式で互いに向き合う開口２８，２９を備えているので、ケーシング１およびセグメント２〜７内において電解質の十分な流れ交換が可能である。

図７乃至図１３を用いて、ダイレクトメタノール（Direktmethanol）燃料電池として構成された有利な実施例を説明する。

図７に示した燃料電池３０は、ほぼ円筒形の形状を有している。反応は円筒形のケーシング３１内で行われる（図１３参照）。このケーシング３１は端部側で、別の組み付け部分のためのフランジ３２，３３を備えている。

燃料電池３０においては、複数の毛細管３４が６つのセグメント３５〜４０に束ねられている（図１１参照）。同形式で構成された毛細管３４は、電極４１としての巻かれた芯材を有しているが、有利には管状に形成されており、毛細管３４の外周面は格子状に構成され、触媒によって被覆されていて、有利には、チタン展伸金網（Titanstreckmetall）又はチタン製織品（Titangewebe）より成っている。チタン製織品は、ダイヤフラム４２によって管状に包囲されている。図示のダイレクトメタノール燃料電池の有利な実施例では、この電極４１は陰極（カソード）を形成している。

毛細管３４の芯材は電極４１として、この実施例ではほぼ同じ電位にあって、電気的に並列接続されている。

選択的に、セグメント３５〜４０の電極４１は両端部で並列接続されていて、それぞれ隣接するセグメントの同じ対抗電極［図示の運転形式においては陽極（アノード）］に対抗するようになっていてもよい。

この場合、接続回路のためにスイッチ特に電気式／電子式のスイッチを設ければ有利である。これによって電圧又は出力を、直列接続若しくは並列接続によって自由に変えることができる。

セグメント３５〜４０は、それぞれ共通のスポーク状の仕切り壁４３，４４によって（図９参照）、互いに分離されており、この場合、シール手段は必要ではない。

図１２に示した仕切り壁４５は、両端部において、非導電性のコア５８上に設けられた同形式の対抗電極４６，４７を備えている。対抗電極４６は、支持金属薄板４８上に、触媒のための格子状のホルダ４９を有しており、このホルダ４９は、特にチタン製のエキスパンデットメタル（展伸金網）又は製織品より成っている。

従って、１つのセグメント３５〜４０の毛細管３４の各束は、互いに斜めに向き合って位置する２つの対抗電極によって囲われている。

対抗電極４６，４７の電気的な接続のために、両端部で支持金属薄板４８の段部５０，５１を備えた、軸方向に突き出す接続部材５２，５３を有している。仕切り壁４５は、ヘッドプレート５４，５５内で毛細管３４と一緒に保持されていて、ヘッドプレート５４，５５を貫通している。また、仕切り壁４５を保持するために、ヘッドプレート５４，５５は、スポーク状に溝５６，５７を備えている。方形の開口５９を貫通して、電極４６，４７の接続部材５３が突き出ている（図１１参照）。

図９及び図１０の断面図によれば、毛細管３４もヘッドプレート５４，５５を貫通していて、ヘッドプレート５４，５５から突き出している。基板（Ｐｌａｔｉｎｅ）として構成されたヘッド部材９３，９４によって、電極４１の接続回路及び／又は対抗電極の接続部材が得られる（図９の断面図に示した仕切り壁４３，４４の接続部材８６〜８９参照）。

端部側が開放している毛細管３４は、ガス（図示の実施例では空気）によって貫流される。確実な貫流を保証するために、毛細管の上端部に圧力室６０が形成されている。この実施例では、ファン６１が圧力室ケーシング８１の開口８０を介して、圧力室６０内に周囲圧力に対する過圧（たとえわずかであっても）を生ぜしめるように配慮する。この過圧は、毛細管３４を空気が貫流し、次いでこの貫流した空気が室６２内に侵入して、ケーシング６４の開口６３を介して周囲に漏れ出るために、十分なものでなければならない。圧力室ケーシング８１は帽子状に構成されていて、ケーシング３１の上側のフランジ３２に固定されており、この場合さらに、Ｏリング９５の形状を有する一般的なシール手段が設けられていてもよい。

前記室６２はさらに、毛細管３４から流出する液相６５（この実施例では例えば凝縮水）のための受容室として用いられるが、別の構造の燃料電池において可能な燃焼生成物のための受容室としても用いられる。このために、場合によっては室６２の下に付加的な収集室を設けてもよい。凝縮水は、廃棄されるか、又は選択的に（場合によっては）処理後に、燃料成分として燃焼循環路内に再び投入される。

燃料電池３０においては、水とメタノールとから成る燃料混合物が用いられる。この燃料混合物は、端部の閉じられた共通の供給管路６６を介してセグメントの反応室６８，６９に供給される。このために供給管路６６は開口６７を備えていて、セグメントの尖端を形成している。反応室６８，６９には、電解質としてメタノール７０，７１が充填されている。燃料混合物が確実に反応室６８，６９内に達するようにするために、各燃料成分のために、水とメタノール、それぞれ１つのポンプ７２，７３がポンプ作業室７５内に設けられている。メタノールが外部から接続スリーブ７４を介してシステム内に達する間、液層６５（特に水）が、特別に形成されたタンク例えば室７６から燃焼プロセスに供給される。

ポンプ室７５は圧力室６０に向き合って配置されていて、それによってこれら２つの室７５，６０はケーシング３１内に存在する複数の反応室を取り囲んでいる。

別の室７７内に設けられた、詳しく図示されていない制御装置は、燃料混合物の個別の成分、ここでは水とメタノールを、ポンプ７２，７３を制御することによって最適に調節することができる。

上記室６２，７５，７６及び７７は、互いに入れ子式に入り合っていて、エンドプレート７８及び４つのねじ７９によって、ケーシング３１の下側のフランジ３３に対して緊締されている。構造原理に基づいて、制御エレクトロニクスの冷却のための別の室及びファンを接続することができる。場合によっては別の燃料電池を接続することもできるが、この場合は、圧力室ケーシング８１に設けられた開口７９を通って空気が圧力室６０内に侵入できるようにするために、十分な間隔を保つ必要がある。

燃料電池３０は、作動のために、もっぱら垂直方向に延びる毛細管と、上側に位置する圧力室６０とを有している。酸性のメタノール７０，７１は反応室６８，６９をヘッドプレート５４までは満たしていないので、酸性のメタノール７０，７１上にそれぞれ１つの自由室８２，８３が残っている。これらの自由室８２，８３内にガス状の反応生成物、ここではＣＯ_２が収集される。このＣＯ_２は、開口８５を備えた排ガス管路８４を介して外部に排出される。

図９及び図１０の断面図に示されているように、排ガス管路８４は、隣接するセグメントの尖端間の中央で供給管路６６に続いていて、この供給管路６６並びに排ガス管路８４の壁部が、反応室６７，６８の縁枠を形成している。しかしながら、共通の仕切り壁４３，４４と供給管路６６若しくは排ガス管路８４との間にも、特別なシール手段を設ける必要はない。

燃料電池３０を確実に作動させるために、別の充填レベルセンサ９０，９１，９２，９３が設けられており、これらの充填レベルセンサは、反応室６８，６９内のメタノール７０，７１の充填レベルを監視する。仕切り壁４３，４４は「非気密」にはめ込まれているので、唯一の反応室６８の充填レベルを監視するだけで十分である。これによって、自由室８３，８４が酸性のメタノール７０，７１上に設けられるか、若しくは十分な充填レベルが得られることが保証される。所定の限界又は別の限界を超えると、燃料電池の燃焼プロセスが中断される。

本発明による燃料電池の別の実施例の、図１４に示した水平断面図は、それぞれ複数の毛細管１０６の束を有する６つのセグメント若しくはセクタ（扇形部分）１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５が示されている。前記実施例とは異なり、セクタ１００〜１０５は、それぞれ２つの仕切り壁によって互いに分離されている。例えばセクタ１００と１０１とは互いに平行な２つの仕切り壁１０７，１０８によって分離されている。それぞれ１対の仕切り壁１０７，１０８の間に、電解質で満たされた自由室１０９が存在する。この自由室１０９は、互いに向き合う開口１１０，１１１を介して仕切り壁１０７，１０８内に連通されており、それのよって２つのセクタ１００，１０１の反応室１１２，１１３も接続されている。

各仕切り壁１０７，１０８は、冒頭に述べた形式の対抗電極を備えている。図１５の圧力室ケーシング１１６の断面図に示されているように、仕切り壁１０７，１０８の接続部材１１４及び毛細管２０６は、端部側でヘッドプレート１１５を貫通していて、自由に終わっていて、このヘッドプレート１１５で保持されている。

複数のセグメント（円の扇形部分）の第１の方向から見た図である。 図１のII線に沿った断面図である。 図１の矢印III方向から見た図である。 図３の符号IVで示した部分の拡大図である。 図１に示したセグメントの分解図である。 セグメントの等角投影図である。 本発明の第２実施例による燃料電池の外側図である。 図７の矢印III方向から見た図である。 図８のIX線に沿った断面図である。 図7のX線に沿った断面図である。 毛細管の保持部の概略的な等角投影図である。 ２つのセクタの共通の仕切り壁である。 セクタを受容するケーシングを、ヘッドプレートの側から見た等角投影図である。 別の実施例によるセクタの水平断面図である。 別の実施例による圧力室の水平断面図である。

Claims (36)

1. 燃料電池であって、それぞれ１つの電極を有する複数の毛細管を備えており、燃料成分がこれらの毛細管に流入し、かつ／又は毛細管を貫流するようになっている形式のものにおいて、
   複数の毛細管（３４）が、それぞれ反応室（６８／６９）内で、互いに隣接し合う複数のセグメント（３５，３６，３７，３８，３９，４０）内に束ねて配置されており、各毛細管の両端部から電極（４１）が突き出されており、これらの電極（４１）が、セグメント（３５，３６，３７，３８，３９，４０）の毛細管（３４）の両端部においてほぼ同じ電位を維持するように電気的に接続されており、各セグメント（３５，３６，３７，３８，３９，４０）の少なくとも１つの壁区分（４５）が対抗電極（４６／４７）を備えているか、又は少なくとも対抗電極（４６／４７）と共に形成されていることを特徴とする、燃料電池。
2. 前記セグメント（３５，３６，３７，３８，３９，４０）が円の扇形である、請求項１記載の燃料電池。
3. セグメント（３，５，７）の毛細管（８）の電極（１０）が、隣接するセグメント（２，４，６）の対抗電極（１３，１５，１７）に接続されている、請求項１又は２記載の燃料電池。
4. 燃料電池（３０）のすべての毛細管（３４）の電極（４１）がそれぞれ端部側で相互接続されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料電池。
5. 前記接続がスイッチによってあらかじめ設定可能である、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料電池。
6. 各セグメント（２，３，４，５，６，７）は、これらのセグメント自体によって形成された壁部（１３，１４，１５，１６，１７，１８）を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料電池。
7. 隣接し合う２つのセグメント（５，６，１００，１０１）間に、互いに間隔を保った２つの仕切り壁（１９，２０，１０７，１０８）が形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料電池。
8. 隣接し合うセグメント（３５，３６，３７，３８，３９，４０）が１つの共通の仕切り壁（４５）を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料電池。
9. 仕切り壁（１９，２０，１０７，１０８）が非気密に形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の燃料電池。
10. 仕切り壁が、少なくとも１つの特別に構成された対抗電極を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の燃料電池。
11. 隣接し合う２つのセグメント（３５，３６，３７，３８，３９，４０）の共通の仕切り壁（４５）が、両側に１つの対抗電極（４６，４７）を有している、請求項１から１０までのいずれか１項記載の燃料電池。
12. 対抗電極（４６）が支持金属薄板（４８）を有しており、該支持金属薄板（４８）が、触媒のための格子状のホルダ（４９）によって被覆されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の燃料電池。
13. 毛細管が、触媒によって被覆された芯材を有しており、該芯材がダイヤフラムによって環状に包囲されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の燃料電池。
14. 前記芯材、支持金属薄板及び／又は格子状のホルダが、チタンより成っている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の燃料電池。
15. 毛細管（８，３４）は、端部側が開放されていて、ガスを自由に貫流させることができるようになっている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の燃料電池。
16. 毛細管（３４）が空気によって貫流されるようになっており、毛細管（３４）の一端部にケーシング（８１）によって圧力室（６０）が形成されており、該圧力室（６０）内において毛細管（３４）が開放して終わっていて、該圧力室（６０）がファン（６１）によって周囲の空気で負荷されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の燃料電池。
17. セグメントの隣接し合う角隅間に、１つの燃料成分のための、閉じて終わっている共通の供給管路（６６）が設けられており、該供給管路（６６）が、セグメントの反応室（６８，６９）内で、前記燃料成分を吐出させるための開口（６７）を備えている、請求項１から１６までのいずれか１項記載の燃料電池。
18. 排ガス管路（８４）が設けられており、該排ガス管路（８４）が、セグメントの反応室（６８，６９）内でガス状の燃焼残留物を侵入させるための開口（８５）を備えていて、燃料電池（３０）の外側に開口している、請求項１から１７までのいずれか１項記載の燃料電池。
19. 供給管路（６６）が排ガス管路（８４）に続いている、請求項１から１８までのいずれか１項記載の燃料電池。
20. 供給管路（６６）に少なくとも１つのポンプ（７２，７３）が接続されており、該ポンプ（７２，７３）が、圧力室（６０）に向き合う、ケーシング（６４）のポンプ室（７５）内に配置されている、請求項１から１９までのいずれか１項記載の燃料電池。
21. 前記燃料成分が燃料混合物であって、該燃料混合物の個別の成分がそれぞれ、制御可能なポンプ（７２，７３）によって供給管路（６６）内に供給され、燃料混合物における個別成分の分量を最適に調節するようにポンプを制御する制御装置が設けられている、請求項１から２０までのいずれか１項記載の燃料電池。
22. 燃料混合物が、個別成分とし水とメタノールとを有している、請求項１から２１までのいずれか１項記載の燃料電池。
23. 燃料電池（３０）が、作動のために、垂直方向に延びる毛細管（３４）と、上側に位置する圧力室（６０）とを備えて構成されている、請求項１から２２までのいずれか１項記載の燃料電池。
24. 毛細管（３４）から流れ出る液相が下側の受容室（６２）内に受容される、請求項１から２３までのいずれか１項記載の燃料電池。
25. 前記液相が、燃焼プロセスに新たに供給される水である、請求項１から２４までのいずれか１項記載の燃料電池。
26. 反応室（６８，６９）が酸性のメタノール（７０，７１）で満たされている、請求項１から２５までのいずれか１項記載の燃料電池。
27. 反応室（６８，６９）の充填レベルが充填レベルセンサ（９０，９１，９２，９３）によって監視される、請求項１から２６までのいずれか１項記載の燃料電池。
28. 酸性のメタノールの上側に自由室（８２，８３）が設けられている、請求項１から２７までのいずれか１項記載の燃料電池。
29. 充填レベルが高すぎる場合又は低すぎる場合に、燃焼プロセスが中断される、請求項１から２８までのいずれか１項記載の燃料電池。
30. セグメント（３５，３６，３７，３８，３９，４０）が円筒形のケーシング（３１）内に配置されており、該ケーシング（３１）が、毛細管（３４）が貫通しているヘッドプレート（５４，５５）によって軸方向で閉鎖されている、請求項１から２９までのいずれか１項記載の燃料電池。
31. ヘッドプレート（２１，２２）が、セグメント（２，３，４，５，６，７）の仕切り壁（１９，２０）を把持する仕切りウエブ（２３，２４）を備えており、これらの仕切りウエブ（２３，２４）間に、これらの仕切りウエブの下に位置するセグメント（５）の毛細管（８）を包囲する充填物が配置されている、請求項１から請求項３０までのいずれか１項記載の燃料電池。
32. 対抗電極（４６，４７）の電気的な接続部（５２，５３）がヘッドプレート（５４，５５）を通ってガイドされている、請求項１から３１までのいずれか１項記載の燃料電池。
33. ヘッドプレート（５４，５５）が、その反応室を軸方向で閉鎖する側に、仕切り壁（４５）を受容するための溝（５６，５７）を有している、請求項１から３２までのいずれか１項記載の燃料電池。
34. 仕切り壁（４３，４４）が、両側で支持金属薄板の段部を備えた、突出する２つの接続部材（５８，５８；５９，５９）を有しており、これらの接続部材が、ケーシング（３１）を軸方向で閉鎖するヘッドプレート（５４，５５）を貫通している、請求項１から３３までのいずれか１項記載の燃料電池。
35. それぞれ２つのヘッドプレート（５４，９３；５５，９４）が軸方向でケーシング（３１）を閉鎖している、請求項１から３４までのいずれか１項記載の燃料電池。
36. ケーシング（３１）が、圧力室ケーシング（８１）の接続部のための、及びこの圧力室ケーシング（８１）に向き合って配置された室（６２，７５，７６，７７）の接続部のためのフランジ（３２，３３）を備えている、請求項１から３５までのいずれか１項記載の燃料電池。

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