JP3128789U - 燃料電池に用いる陰極流道構造 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池に用いる陰極流道構造の提供。
【解決手段】主に燃料電池に応用し、且つ該燃料電池は少なくとも１個以上の膜電極組を含む。陰極流道構造は複数の渠溝構造を含み、且つ該複数の渠溝構造は該各膜電極組の陰極上方に設置し、且つ該各渠溝構造は均一に分布し、すべての該膜電極組の陰極を網羅する。同一端に位置するすべての該渠溝構造の末端は少なくとも１個以上の曲面を呈し配列し、且つ該各曲面は陰極燃料の入口とする。これにより該渠溝構造を流れる陰極燃料は該各膜電極組の陰極に均一に分配される。
【選択図】図１

Description

本考案は一種の燃料電池に用いる陰極流道構造に関する。特に一種の陰極燃料をすべての膜電極組に均一に分配する燃料電池に用いる陰極流道構造に係る。

気体(空気、水素など)を陰極燃料とする公知の燃料電池は、陰極側における陰極燃料供給構造は通常はファン或いは空気ポンプを採用し、ファン或いは空気ポンプが生じる気体を利用し陰極燃料を流動させる。これにより、気体陰極燃料は膜電極組の陰極に流入する。
該公知の陰極燃料供給構造は実施が容易であるが、気体陰極燃料がすべての膜電極組の陰極に均一に分配されないという状況が発生する。このため、ある膜電極組の陰極では気体陰極燃供給料不足の状況が存在する可能性があり、これにより膜電極組は電化学反応を順調に行うことが難しくなる。さらには膜電極組の反応後に生じる高温を順調に排除することができず、温度の不均一、水蒸気の凝結を形成し、性能に影響を及ぼしてしまう。この種の気体陰極燃料供給不均一の問題は、スタック式(Stack Type)燃料電池に特に目立ち、解決が待たれている。

本考案の主な目的は、燃料電池に用いる陰極流道構造を提供し、陰極燃料をすべての膜電極組の陰極に均一に分配することができる。

上述の目的のため、本考案は燃料電池に用いる陰極流道構造は燃料電池に応用し、且つ該燃料電池は少なくとも１個以上の膜電極組を含み、該陰極流道構造は複数の渠溝構造を含み、
該複数の渠溝構造は該各膜電極組の陰極上方に設置し、且つ該各渠溝構造は均一に分布し、すべての該膜電極組の陰極を網羅し、同一端に位置するすべての該渠溝構造の末端は少なくとも１個以上の曲面を呈し配列し、且つ該各曲面は陰極燃料の入口とし、
これにより該渠溝構造を流れる陰極燃料は該各膜電極組の陰極に均一に分配される燃料電池に用いる陰極流道構造を提供する。

請求項１の考案は、主に燃料電池に応用し、且つ該燃料電池は少なくとも１個以上の膜電極組を含み、該陰極流道構造は複数の渠溝構造を含み、
該複数の渠溝構造は該各膜電極組の陰極上方に設置し、且つ該各渠溝構造は均一に分布し、且つすべての該膜電極組の陰極を網羅し、同一端に位置するすべての該渠溝構造の末端は少なくとも１個以上の曲面を呈し配列し、且つ該各曲面は陰極燃料の入口とし、
これにより該渠溝構造を流れる陰極燃料は該各膜電極組の陰極に均一に分配されることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造としている。
請求項２の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記燃料電池は上から下へと順番に１枚の陰極電流収集板、１層の膜電極組層、１枚の陽極電流収集板が積み重なり接合し、
該膜電極組層は該各膜電極組を含み、該渠溝構造は該陰極電流収集板の表面に設置することを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造としている。
請求項３の考案は、請求項２記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記渠溝構造は複数の板状棒体が配列し構成し、且つ相互に隣接する板状棒体は予定の距離を隔て、該各板状棒体は該陰極電流収集板の表面に設置し、及び同一端に位置するすべての該各板状棒体の末端は少なくとも１個以上の該曲面を呈し配列することを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造としている。
請求項４の考案は、請求項２記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記渠溝構造は１枚の櫛状板体により構成し、且つ該櫛状板体は複数の櫛状棒体を含み、かつ相互に隣接する櫛状棒体は予定の距離を隔て、該各櫛状棒体は該陰極電流収集板に接合し、及び同一端に位置するすべての該櫛状棒体の末端は少なくとも１個以上の該曲面を呈し配列することを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造としている。
請求項５の考案は、請求項２記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記渠溝構造は複数の平行渠道を備える板体により構成し、且つ該各平行渠道は該板体の表面より下方へと陥没した構造で、且つ相互に隣接する平行渠道は予定の距離を隔て、該各平行渠道を備える板体の該表面は該陰極電流収集板に接合し、及び同一端に位置するすべての該平行渠道の末端は少なくとも１個以上の該曲面を呈し配列することを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造としている。
請求項６の考案は、請求項２記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記流道構造は複数の突起部を備える板体により構成し、且つ該各突起部は予定の規則配列し、該突起部を備える板体の該表面は該陰極電流収集板に接合し、及び同一端に位置する該各突起部は少なくとも１個以上の該曲面を呈し配列することを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造としている。
請求項７の考案は、請求項２記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記陰極流道構造の表面は焼結処理を施さない表面であることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造としている。
請求項８の考案は、請求項２記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記陰極流道構造の表面は焼結処理を施した表面であることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造としている。
請求項９の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記各渠溝構造は複数の板状棒体が配列し構成し、且つ該相互に隣接する板状棒体は予定の距離を隔てることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造としている。
請求項１０の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記各渠溝構造は１枚の櫛状板体により構成し、且つ該櫛状板体は複数の櫛状棒体を含み、且つ相互に隣接する櫛状板体は予定の距離を隔てることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造としている。

請求項１１の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記各渠溝構造は１枚の複数の平行渠道を備える板体により構成し、且つ該平行渠道は該板体の表面より下方へと陥没した構造で、且つ相互に隣接する平行渠道は予定の距離を隔てることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造としている。
請求項１２の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記各流道構造は１枚の複数の突起部を備えた板体により構成し、且つ該各突起部は予定の規則に応じて配列することを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造としている。
請求項１３の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記陰極燃料は空気であることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造としている。
請求項１４の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記陰極燃料は酸素であることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造としている。
請求項１５の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記陰極燃料は気体陰極燃料であることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造としている。
請求項１６の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記曲面の数量は１個であることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造としている。
請求項１７の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記曲面は内側から陥没する弧状であることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造としている。
請求項１８の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記曲面は外側へと突出する弧状であることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造としている。
請求項１９の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記曲面は内側から陥没する幾何学形状であることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造としている。
請求項２０の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記曲面は外側へと突出する幾何学形状であることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造としている。

考案陰極流道構造は陰極燃料をすべての膜電極組の陰極に均一に分配することができるため、膜電極組は最良の性能と効果を発揮することができる。

本考案燃料電池の陰極流道構造の第一最適実施例の立体分解図である図１、図１の立体組合せ図である図２、図１の側面断面図である図３に示すように、本考案の燃料電池１は主に膜電極組層３と上下各１枚の陰極電流収集板２、陽極電流収集板４が密接に積み重なり接合し１枚の構造を形成する。
該膜電極組層３は１枚の質伝電解膜３１、及び該質伝電解膜３１の上表面と下表面に形成される複数の陰極３３と複数の陽極３５により構成する。該一対の陰極３３と陽極３５は１個の膜電極組３７を構成する。例えば、該膜電極組３７は直接メチルアルコール燃料電池の電化学反応の発電コアとし、外部提供のメチルアルコールと酸素によりそれぞれ電化学反応を生じ、同時に電力を発生し外部のロードに供給する。
該燃料電池１は印刷回路板製造工程により製造される積層統合式燃料電池を採用することができる。

図１、２、３に示す陰極流道構造５は複数の板状棒体５１が配列し構成され、且つ隣り合った板状棒体５１は予定の距離を隔てる。該予定の距離は2mmから4mm間の距離を採用することができる。同時に、同一端に位置する該全部の板状棒体５１の末端は少なくとも１個以上の曲面を呈し配列し、該曲面は陰極燃料の入口とし、該曲面は増圧区とすることができる(図１、２、３の入口部５３参照)。該曲面の数は１個或いは１個以上とし、且つ該曲面は内側に向かい陥没した弧状、或いは外側へと突出した弧状形態を採用することができる。該曲面は当然、内側へと陥没した他の幾何学形状、或いは外側へと突出した他の幾何学形状とすることができる。
該板状棒体５１そのものは厚みを備え、かつ相互に予定の距離を隔て配列するため、該板状棒体５１は１本づつの渠溝構造を形成する。該渠溝構造は陰極燃料(空気、酸素、気体陰極燃料など)の流道(Channel)とすることができる。

図１、２、３に示す複数の板状棒体５１は水平方向の配列方式を採用するが、本考案は燃料入口の設計方向に対応し、該板状棒体５１を垂直方向、或いは垂直及び水平混合の配列とすることもできる。
該複数の板状棒体５１は該陰極電流収集板２の表面に接合し、該陰極電流収集板２の反対の表面は該膜電極組層３と一緒に接合する。該複数の板状棒体５１と該陰極電流収集板２の接合時には、該複数の板状棒体５１を該陰極電流収集板２に均一に分布させる必要がある。これにより該複数の板状棒体５１が構成する該渠溝構造は均一に分布し、かつすべての該膜電極組３７の陰極３３を網羅することができ、流道は該渠溝構造の陰極燃料を該陰極３３に均一に分配することができる。

本考案燃料電池の陰極流道構造の第二最適実施例の立体図である図４、本考案第二最適実施例陰極流道構造の燃料電池の立体図である図５に示すように、陰極流道構造５は櫛状板体６により構成する。且つ該櫛状板体６は複数の櫛状棒体６１を含み、かつ相互に隣接する該櫛状棒体６１は予定の距離を隔てる。該櫛状板体６は該陰極電流収集板２の表面に接合し、該陰極電流収集板２の反対表面と該膜電極組層３は一緒に接合する。該相互に隣接する櫛状棒体６１の間隔距離は2mmから4mmの間とすることができる。同時に同一端に位置するすべての該櫛状棒体６１の末端は少なくとも１個以上の曲面を呈し配列し、且つ該各曲面は陰極燃料の入口となる(図４、５の入口部６３参照)。
該櫛状板体６そのものは厚みを備え、且つ相互に隣接し予定の距離を隔てる該櫛状棒体６１により１本づつの渠溝構造を形成する。該各渠溝構造は陰極燃料(空気、酸素、気体陰極燃料など)の流道(channel)をすることができる。
図４、５の複数の櫛状棒体６１は水平方向の配列方式を採用するが、本考案は燃料入口の設計方向に対応し、該櫛状棒体６１を垂直方向、或いは垂直及び水平混合の配列とすることもできる。

本考案第三最適実施例陰極流道構造の燃料電池の立体図である図６に示すように、陰極流道構造５は複数の平行渠道７１を備えた板体７で、且つ該各平行渠道７１は該板体７の表面より下方へと陥没した構造である。例えば、該各平行渠道７１は該板体７表面から内部へと陥没した方形、或いは半六角形、半菱形、半円形などの渠溝構造とする。該格陥没部渠道は該板体７の各表面、或いは上下両面に設計し、同時に該各平行渠道７１は平行で、且つ予定の距離を隔て配列する。該板体７の該各平行渠道７１を備える表面は該陰極電流収集板２に接合し、該陰極電流収集板２の反対表面は該膜電極組層３と一緒に接合する。
同時に、同一端に位置する該各平行渠道７１の末端は少なくとも１個以上の曲面を呈し配列し、且つ該各曲面は陰極燃料の入口とする(図６の入口部７３参照)。

本考案第四最適実施例陰極流道構造の燃料電池の立体図である図７に示すように、陰極流道構造５は複数の突起部８１を備えた板体８で、且つ該複数の突起部８１は予定の規則に応じて配列する。該予定の規則により配列した該各突起部８１はそれぞれ予定の距離を隔てることができ、同時に多数本の渠溝を形成する。該各突起部８１は方形柱、円柱体、或いは他の幾何学形状の柱状体とすることができる。該板体８の該各突起部８１を備えた表面は該陰極電流収集板２に接合し、該陰極電流収集板２の反対表面は該膜電極組層３と一緒に接合する。
同時に同一端に位置する該突起部８は少なくとも１個以上の曲面を呈し配列し、且つ該曲面は陰極燃料の入口とする(図７の入口部８３参照)。

本考案の陰極流道構造５の表面には焼結処理を施すこともでき、これにより該渠溝構造の毛細物理特性をスムーズに発揮させ、凝結した水分の発散に有利となるようにする。
該陰極電流収集板２は板体構造を採用することができ、且つ該板体は複数の電流収集部品２１を設置する。該電流収集部品２１は導電物理性質を備え、該各電流収集部品２１は該各膜電極組３７の陰極３３に対応し、且つ該陰極３３に接触する。さらに、該陰極燃料が該電流収集部品２１を通過するようにするため、該電流収集部品２１の所属区域の内部には複数の穿孔(図示なし)を設置可能で、こうして該陰極燃料は該各穿孔を通過し該各陰極３３に進入する。
同様に、該陽極電流収集板４も板体構造を採用することができ、且つ該板体は複数の電流収集部品４１を設置する。該電流収集部品４１は導電物理性質を備え、該各電流収集部品４１は該各膜電極組３７の陽極３５に対応し、且つ該陽極３５に接触する。さらに、該陽極燃料(エタノール水溶液など)が該電流収集部品４１を通過するようにするため、該電流収集部品４１の所属区域の内部には複数の穿孔(図示なし)を設置可能で、こうして該陽極燃料は該各穿孔を通過し該各陽極３５に進入する。
第一、二、三、四の最適実施例に示す陰極流道構造５において、陰極流道構造５の材質は印刷回路板(FR4印刷回路板、FR5印刷回路板など)、エポキシレジン、ガラス基材、セラミック基材、高分子塑化基材、或いは複合式材料などの材質、金属材質、塑化材質、或いはその上を抗腐食/防酸材質で覆った材質とすることができる。

本考案燃料電池の陰極流道構造の第一最適実施例の立体分解図である。 図１の立体組合せ図である。 図１の側面断面図である。 本考案燃料電池の陰極流道構造の第二最適実施例の立体図である。 本考案第二最適実施例陰極流道構造の燃料電池の立体図である。 本考案第三最適実施例陰極流道構造の燃料電池の立体図である。 本考案第四最適実施例陰極流道構造の燃料電池の立体図である。

符号の説明

１ 燃料電池
２ 陰極電流収集板
２１ 電流収集部品
３ 膜電極組層
３１ 質伝電解膜
３３ 陰極
３５ 陽極
３７ 膜電極組
４ 陽極電流収集板
４１ 電流収集板部品
５ 陰極流道構造
５１ 板状棒体
５３ 入口部
６ 櫛状板体
６１ 櫛状棒体
６３ 入口部
７ 板体
７１ 平行渠道
７３ 入口部
８ 板体
８１ 突起部
８３ 入口部

Claims (20)

1. 主に燃料電池に応用し、且つ該燃料電池は少なくとも１個以上の膜電極組を含み、該陰極流道構造は複数の渠溝構造を含み、
   該複数の渠溝構造は該各膜電極組の陰極上方に設置し、且つ該各渠溝構造は均一に分布し、且つすべての該膜電極組の陰極を網羅し、同一端に位置するすべての該渠溝構造の末端は少なくとも１個以上の曲面を呈し配列し、且つ該各曲面は陰極燃料の入口とし、
   これにより該渠溝構造を流れる陰極燃料は該各膜電極組の陰極に均一に分配されることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造。
2. 請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記燃料電池は上から下へと順番に１枚の陰極電流収集板、１層の膜電極組層、１枚の陽極電流収集板が積み重なり接合し、
   該膜電極組層は該各膜電極組を含み、該渠溝構造は該陰極電流収集板の表面に設置することを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造。
3. 請求項２記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記渠溝構造は複数の板状棒体が配列し構成し、且つ相互に隣接する板状棒体は予定の距離を隔て、該各板状棒体は該陰極電流収集板の表面に設置し、及び同一端に位置するすべての該各板状棒体の末端は少なくとも１個以上の該曲面を呈し配列することを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造。
4. 請求項２記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記渠溝構造は１枚の櫛状板体により構成し、且つ該櫛状板体は複数の櫛状棒体を含み、かつ相互に隣接する櫛状棒体は予定の距離を隔て、該各櫛状棒体は該陰極電流収集板に接合し、及び同一端に位置するすべての該櫛状棒体の末端は少なくとも１個以上の該曲面を呈し配列することを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造。
5. 請求項２記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記渠溝構造は複数の平行渠道を備える板体により構成し、且つ該各平行渠道は該板体の表面より下方へと陥没した構造で、且つ相互に隣接する平行渠道は予定の距離を隔て、該各平行渠道を備える板体の該表面は該陰極電流収集板に接合し、及び同一端に位置するすべての該平行渠道の末端は少なくとも１個以上の該曲面を呈し配列することを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造。
6. 請求項２記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記流道構造は複数の突起部を備える板体により構成し、且つ該各突起部は予定の規則配列し、該突起部を備える板体の該表面は該陰極電流収集板に接合し、及び同一端に位置する該各突起部は少なくとも１個以上の該曲面を呈し配列することを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造。
7. 請求項２記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記陰極流道構造の表面は焼結処理を施さない表面であることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造。
8. 請求項２記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記陰極流道構造の表面は焼結処理を施した表面であることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造。
9. 請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記各渠溝構造は複数の板状棒体が配列し構成し、且つ該相互に隣接する板状棒体は予定の距離を隔てることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造。
10. 請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記各渠溝構造は１枚の櫛状板体により構成し、且つ該櫛状板体は複数の櫛状棒体を含み、且つ相互に隣接する櫛状板体は予定の距離を隔てることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造。
11. 請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記各渠溝構造は１枚の複数の平行渠道を備える板体により構成し、且つ該平行渠道は該板体の表面より下方へと陥没した構造で、且つ相互に隣接する平行渠道は予定の距離を隔てることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造。
12. 請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記各流道構造は１枚の複数の突起部を備えた板体により構成し、且つ該各突起部は予定の規則に応じて配列することを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造。
13. 請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記陰極燃料は空気であることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造。
14. 請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記陰極燃料は酸素であることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造。
15. 請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記陰極燃料は気体陰極燃料であることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造。
16. 請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記曲面の数量は１個であることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造。
17. 請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記曲面は内側から陥没する弧状であることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造。
18. 請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記曲面は外側へと突出する弧状であることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造。
19. 請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記曲面は内側から陥没する幾何学形状であることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造。
20. 請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道構造において、前記曲面は外側へと突出する幾何学形状であることを特徴とする燃料電池に用いる陰極流道構造。

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