JP3133068U - 燃料電池に用いる陽極流道板 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池に用いる陽極流道板の提供。
【解決手段】板体、該板体に設置する分流部、流入流道構造、少なくとも１個以上の槽体、流出流道構造、流出孔を含む。該分流部は該板体の面積の一部に貫通区域を設け、該流入流道構造は該分流部と該各槽体の間に連接し、排列設置する該各槽体の設置位置は各膜電極組の陽極の設置位置に対応し、該流出流道構造は該各槽体と該流出孔の間に連接する。該流出孔は該流出流道構造に連接し、しかも該流出孔は該板体の面積の一部に貫通区域を設ける。
【選択図】図１

Description

本考案は一種の燃料電池に用いる流道板に関する。特に一種の陽極流道板で、全体が極めて軽量で、製造コストが低廉で、同時に濃度均一混合処理機能を備え、陽極燃料と陽極生成物に円滑に流動可能な環境を提供することができる燃料電池に用いる陽極流道板に係る。

燃料電池は燃料が蓄える化学エネルギーを電極反応を通して直接電気エネルギーに転化する発電装置である。燃料電池の種類は非常に多く、分類方式もそれぞれ異なる。電解質の性質の違いに基づき区分するなら、アルカリ性燃料電池、リン酸燃料電池、陽子交換膜燃料電池、溶融炭酸塩燃料電池、固体酸化物燃料電池の５種に分類される。
公知の燃料電池の構造において、流道板は膜電極組（Membrane Electrode Assembly）の両端に設置し、その材質は高い導電性と強度、加工の容易さ、軽量、かつコスト低廉などの特性を備えたものでなければならない。現在、流道板の材料としてはグラファイト、アルミニウム、ステンレスがあるが、通常はグラファイトが採用される。流道板上には流道を加工し、燃料供給の通路とし、該流道を経由し反応物は拡散層に到達し、触媒層に進入し反応を行う。別に、流道板はまた導電性能を備えるため、反応により得られた電流は導電され、応用される。よって流道板は電流収集板（current collection plate）の機能を兼ね備えることができる。
公知の流道板（グラファイトなど）は体積が非常に大きく、しかも軽量化も不十分である。

本考案は陽極流道板を提供し、それは全体が極めて軽量で、製造コストが低廉で、同時に陽極燃料と陽極生成物に円滑に流動可能な環境を提供することができ、
またそれは集電機能を備えた陽極流道板を提供し、それは燃料電池本体の体積と重量を大幅に減少させることができ、さらに流道板の集電機能を増進可能で、
さらにそれは燃料今後の濃度を均一にし、流量を均一にすることができる陽極流道板を提供し、これにより発電効率と性能を拡大可能で考案はある。

上述の目的のため、本考案は板体、該板体に設置する分流部、流入流道構造、少なくとも１個以上の槽体、流出流道構造、流出孔を含み、
該分流部は該板体の面積の一部に貫通区域を設け、
該流入流道構造は該分流部と該各槽体の間に連接し、
排列設置する該各槽体の設置位置は各膜電極組の陽極の設置位置に対応し、
該流出流道構造は該各槽体と該流出孔の間に連接し、該流出孔は該流出流道構造に連接し、しかも該流出孔は該板体の面積の一部に貫通区域を設ける燃料電池に用いる陽極流道板を提供する。

請求項１の考案は、板体、分流部、流入流道構造、少なくとも１個以上の槽体、流出流道構造、流出孔を含み、
該分流部は該板体の片側に設置し、該分流部は該板体の面積の一部に貫通区域を設け、
該流入流道構造は該板体に設置し、該流入流道構造は該分流部と該少なくとも１個以上の槽体の間に連接し、
該槽体は該板体に排列し設置し、該各槽体の設置位置は各膜電極組の陽極の設置位置に対応し、
該流出流道構造は該板体に設置し、該各槽体と該流出孔の間に連接し、
該流出孔は該板体片側に設置し、該流出流道構造に連接し、該流出孔は該板体の面積の一部に貫通区域を設けることを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板としている。
請求項２の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記流道板はさらに少なくとも１個以上の集電片を含み、該集電片は導電材料で、しかも該各集電片はそれぞれ緊密に接着し、しかも該各槽体において固定されることを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板としている。
請求項３の考案は、請求項２記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記集電片は１個以上の突伸部を含み、該突伸部は該槽体に沿って伸出することを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板としている。
請求項４の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記流入流道構造は流量均一構造であることを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板としている。
請求項５の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記槽体は複数本でしかも平行な溝により構成することを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板としている。
請求項６の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記流出流道構造の一部分は細長い貫通構造で、該流出流道構造の別の部分は溝構造であることを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板としている。
請求項７の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記板体の基材は抗化学性非導体工程プラスチック基板、グラファイト基板、金属基板、プラスチックカーボン基板、FR4基板、FR5基板、エポキシ樹脂基板、グラスファイバー基板、セラミック基板、高分子塑化基板、複合式材料基板から１種を選択することを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板としている。
請求項８の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記板体はさらに印刷式回路を設置し、該印刷式回路は該各集電片に電気的に連接することを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板としている。
請求項９の考案は、請求項２記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記集電片はステンレス片、金箔、チタン金属、グラファイト材料、カーボン金属化合物材料、金属合金片、及び低抵抗の高分子導電片などから１種を選択することを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板としている。
請求項１０の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記流道板は片面流道板であることを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板としている。

請求項１１の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記流道板は両面流道板であることを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板としている。
請求項１２の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記槽体は該板体表面から下方へと窪んだ陥没構造を形成することを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板としている。
請求項１３の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記槽体は複数本でかつ一緒に交差する溝により形成されることを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板としている。
請求項１４の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記流道板はさらに少なくとも１個以上の電子部品を含み、該板体に設置することを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板としている。
請求項１５の考案は、請求項１４記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記各電子部品は温度センサー、濃度センサー、液レベルセンサー、加熱部品、冷却部品、加熱ヒューズを含むことを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板としている。
請求項１６の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記流道板はさらに少なくとも１個以上の電子部品を含み、該分流部の内部空間に収容することを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板としている。
請求項１７の考案は、請求項１６記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記各電子部品は温度センサー、濃度センサー、液レベルセンサー、加熱部品、冷却部品、加熱ヒューズを含むことを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板としている。
請求項１８の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記分流部と該流出孔は該板体の同一側に設置することを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板としている。
請求項１９の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記流道板はさらに少なくとも１個の導電片を含み、該各集電片と該各槽体の間に挟み設置することを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板としている。
請求項２０の考案は、請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記流道板はさらに少なくとも１個以上の導電層を含み、該各集電片と該各槽体の間に挟み設置することを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板としている。

本考案の陽極流道板の全体的重量は軽く、しかも製造コストは低廉で、同時に陽極燃料と陽極生成物にスムーズに流動可能な環境を提供可能である。

本考案燃料電池に用いる陽極流道板の最適具体的実施例の立体図である図１に示すように、本考案の陽極流道板１は燃料電池中に応用され、該燃料電池は少なくとも１個以上の膜電極組を備える。本考案の陽極流道板１は板体１１、分流部１２、流入流道構造１３、少なくとも１個以上の槽体１４、流出流道構造１５、流出孔１６を含む。
該板体１１の基材は抗化学性非導体工程プラスチック基板、グラファイト基板、金属基板、プラスチックカーボン基板、FR4基板、FR５基板、エポキシ樹脂基板、グラスファイバー基板、セラミック基板、高分子塑化基板、複合式材料基板から１種を選択する。
該板体１１の表面に上記の分流部１２、流入流道構造１３、少なくとも１個以上の槽体１４、流出流道構造１５、流出孔１６などを設置するなら、片面陽極流道板１を形成する。また、上記の分流部１２、流入流道構造１３、少なくとも１個以上の槽体１４、流出流道構造１５、流出孔１６などを、該板体１１の上表面と下表面に同時に設置するなら、両面陽極流道板１を形成する。

該分流部１２は該板体１１の一方の側辺に設置するが、該板体１１の面積の一部を貫通区域として開け、分流部１２を形成する。該分流部１２の貫通区域は陽極燃料（メタノール水溶液など）を流入させ収容可能で、該流入した陽極燃料が該分流部１２に充満すると、陽極燃料は該流入流道構造１３に向かい流出する。
該流入流道構造１３は該板体１１に設置し、しかも該分流部１２と該少なくとも１個以上の槽体１４の間に連接する。該流入流道構造１３を実現する具体的手段は以下の通りである。すなわち、該板体１１の表面から下方へと複数の溝を設け、しかも該複数の溝の同一側の末端はすべて分流部１２と連接する。同時に、該複数の溝の反対側の末端は該槽体１４と連接する。該流入流道構造１３は均一流量設計を採用するため、該分流部１２から流入する陽極燃料は該複数の溝を経由し、該槽体１４の末端に連接し流出する各陽極燃料の流出量はすべて均一である。

該少なくとも１個以上の槽体１４は該板体１１において排列設置され、しかも該各槽体１４の設置位置は該各膜電極組の陽極の設置位置に対応する。該槽体１４を実現する具体的手段は、該板体１１の表面から下方へと複数かつ平行の溝を設けるものである。該流入流道構造１３から流出する陽極燃料は、該各槽体１４にそれぞれ流入し、さらに該各膜電極組の陽極に流入する。続いて、該各膜電極組の陽極は電化学反応により生成される陽極生成物は、該各槽体１４に流入し、最後に、陽極生成物と残余陽極燃料は該流出流道構造１５へと流出する。
該槽体１４は他の構造を採用することもできる。例えば、複数本かつ一緒に交差する溝により形成する網状構造で、しかも該複数の網状構造の槽体１４は該板体１１において排列設置される。さらに、該槽体１４は凹槽構造を採用し、該板体１１表面から下方へと陥没区域を設ける。

該流出流道構造１５は該板体１１に設置し、しかも該各槽体１４と該流出孔１６の間に連接する。該槽体１４に緊密に連接する一部の流出流道構造１５の設計は溝構造を採用することができ、該溝構造は具体的には該板体１１の表面から下方へと１本或いは１本以上の凹溝を設ける。該流出孔１５に緊密に連接する一部の流出流道構造１５の設計は細長い孔構造を採用することができ、該細長い孔構造は具体的には該板体１１の表面から下方へと１本或いは１本以上の細長い貫通区域を設ける。
出口の流道を拡大し、該陽極流道板１の内部圧力を低下させるため、該流出流道構造１５の一部は細長い孔構造を採用する。これにより、陽極生成物（CO2）或いは気泡は順調に該流出孔１６へと排出され、該流出流道構造１５中に滞留することはない。

該流出孔１６は該板体１１の一方の側辺に設置し、しかも該流出流道構造１５と連接する。該流出孔１６は該板体１１の面積の一部を貫通区域として開けることで、具体的に実現する。該流出孔１６の設置位置は、該板体１１における該分流部１２と同一側辺を選択することができる。該流出流道構造１５から流出する陽極生成物と残余陽極燃料は、該流出孔１６から該陽極流道板１に流出する。
該板体１１の表面には、印刷式回路（printed circuitry）などの回路（circuitry）を設置することができる。該印刷式銅配線の表面には、ソルダーマスクなどの保護塗料を塗布する。該印刷式銅配線は該各集電片１７と電気的に連接する。

本考案集電片最適実施例の立体図である図２、本考案集電片を備えた陽極流道板の最適具体的実施例の立体図である図３に示すように、本考案はさらに少なくとも１枚以上の集電片１７を含む。
該集電片１７の材料は一種の導電材料で、しかも同時に抗腐食及び／或いは防酸化性質を備える抗化学性材料である。例えば、ステンレス（SUS316）片、金箔、チタン金属、グラファイト材料、カーボン金属化合物材料、金属合金片、及び低抵抗の高分子導電片などから１種を選択することができる。
該各集電片１７は該各槽体１４にそれぞれ緊密に接触し、しかも固定される。該集電片１７は少なくとも１個以上の突伸部１７０を備え、該各突伸部１７０は該槽体１４に沿って伸出する。該集電片１７が採用する具体的構造は、該槽体１４の具体的構造に従い決定する。

別に、該集電片１７と該各槽体１４の間には、さらに一枚の導電片（図示なし）を挟み接着する。該導電片は高導電材料を使用し、しかも点溶接の方式を使用し、該各導電片を該各集電片１７と該槽体１４の間に挟み密着させる。或いは、熱圧合機によりプリプレッグ（Prepreg）樹脂テープを使用し、或いは抗腐食及び／或いは防酸化性質を備える接合剤（ABテープなど）により、該各導電片を該集電片１７と該各槽体１４間に圧合密着させることができる。さらにスパッタリング、噴射メッキなどのプロセスを採用し、一層の薄金属層を該集電片１７の底表面において形成し、或いは一層の薄金属層を該槽体１４の上表面において形成することができる。上記の導電片と薄金属層の材質は、白金、銅、銀、カーボン、高導電性金属などから１種を選択する。
上記導電片は少なくとも１個以上の突伸部を備え、該各突伸部は延伸し該槽体１４を伸出する。

本考案の電子部品を設置する陽極流道板の最適具体的実施例の立体図である図４に示すように、該板体１１の該分流部１２、該流入流道構造１３、該少なくとも１個以上の槽体１４、該流出流道構造１５、該流出孔１６などによりまだ使用されていない表面には、少なくとも１個以上の電子部品１８を設置することができる。該各電子部品１８は具体的には温度センサー、濃度センサー、液レベルセンサー、加熱部品、冷却部品、加熱ヒューズなどである。
さらに本考案の電子部品を設置する陽極流道板の別種の最適具体的実施例の立体図である図５に示すように、該分流部１２の貫通区域が形成する内部空間には、少なくとも１個以上の電子部品１８を設置することができる。該各電子部品１８は具体的には温度センサー、濃度センサー、液レベルセンサー、加熱部品、冷却部品、加熱ヒューズなどである。

本考案燃料電池に用いる陽極流道板の別種の具体的実施例の概略図である図６、本考案燃料電池に用いる陽極流道板のさらに別種の具体的実施例の概略図である図７に示すように、該板体１１が設置する該分流部１２、流入流道構造１３、該少なくとも１個以上の槽体１４、該流出流道構造１５、該流出孔１６などの構成部品は別種の配置を行うことができる。当該技術を熟知する者なら誰でも、各種の異なる配置を行うことができ、これら異なる配置も本考案の保護範囲に含まれる。
本考案の陽極流道板１はメタノール燃料を採用する燃料電池、或いは液体燃料を採用する燃料電池、気体燃料を採用する燃料電池、固体燃料を採用する燃料電池などの各種燃料電池に応用することができる。

本考案燃料電池に用いる陽極流道板の最適具体的実施例の立体図である。 本考案集電片最適実施例の立体図である。 本考案集電片を備えた陽極流道板の最適具体的実施例の立体図である。 本考案の電子部品を設置する陽極流道板の最適具体的実施例の立体図である。 本考案の電子部品を設置する陽極流道板の別種の最適具体的実施例の立体図である。 本考案燃料電池に用いる陽極流道板の別種の具体的実施例の概略図である。 本考案燃料電池に用いる陽極流道板のさらに別種の具体的実施例の概略図である。

符号の説明

１ 陽極流道板
１１ 板体
１２ 分流部
１３ 流入流道構造
１４ 槽体
１５ 流出流道構造
１６ 流出孔
１７ 集電片
１７０ 突伸部
１８ 電子部品

Claims (20)

1. 板体、分流部、流入流道構造、少なくとも１個以上の槽体、流出流道構造、流出孔を含み、
   該分流部は該板体の片側に設置し、該分流部は該板体の面積の一部に貫通区域を設け、
   該流入流道構造は該板体に設置し、該流入流道構造は該分流部と該少なくとも１個以上の槽体の間に連接し、
   該槽体は該板体に排列し設置し、該各槽体の設置位置は各膜電極組の陽極の設置位置に対応し、
   該流出流道構造は該板体に設置し、該各槽体と該流出孔の間に連接し、
   該流出孔は該板体片側に設置し、該流出流道構造に連接し、該流出孔は該板体の面積の一部に貫通区域を設けることを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板。
2. 請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記流道板はさらに少なくとも１個以上の集電片を含み、該集電片は導電材料で、しかも該各集電片はそれぞれ緊密に接着し、しかも該各槽体において固定されることを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板。
3. 請求項２記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記集電片は１個以上の突伸部を含み、該突伸部は該槽体に沿って伸出することを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板。
4. 請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記流入流道構造は流量均一構造であることを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板。
5. 請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記槽体は複数本でしかも平行な溝により構成することを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板。
6. 請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記流出流道構造の一部分は細長い貫通構造で、該流出流道構造の別の部分は溝構造であることを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板。
7. 請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記板体の基材は抗化学性非導体工程プラスチック基板、グラファイト基板、金属基板、プラスチックカーボン基板、FR4基板、FR5基板、エポキシ樹脂基板、グラスファイバー基板、セラミック基板、高分子塑化基板、複合式材料基板から１種を選択することを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板。
8. 請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記板体はさらに印刷式回路を設置し、該印刷式回路は該各集電片に電気的に連接することを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板。
9. 請求項２記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記集電片はステンレス片、金箔、チタン金属、グラファイト材料、カーボン金属化合物材料、金属合金片、及び低抵抗の高分子導電片などから１種を選択することを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板。
10. 請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記流道板は片面流道板であることを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板。
11. 請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記流道板は両面流道板であることを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板。
12. 請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記槽体は該板体表面から下方へと窪んだ陥没構造を形成することを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板。
13. 請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記槽体は複数本でかつ一緒に交差する溝により形成されることを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板。
14. 請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記流道板はさらに少なくとも１個以上の電子部品を含み、該板体に設置することを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板。
15. 請求項１４記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記各電子部品は温度センサー、濃度センサー、液レベルセンサー、加熱部品、冷却部品、加熱ヒューズを含むことを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板。
16. 請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記流道板はさらに少なくとも１個以上の電子部品を含み、該分流部の内部空間に収容することを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板。
17. 請求項１６記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記各電子部品は温度センサー、濃度センサー、液レベルセンサー、加熱部品、冷却部品、加熱ヒューズを含むことを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板。
18. 請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記分流部と該流出孔は該板体の同一側に設置することを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板。
19. 請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記流道板はさらに少なくとも１個の導電片を含み、該各集電片と該各槽体の間に挟み設置することを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板。
20. 請求項１記載の燃料電池に用いる陽極流道板において、前記流道板はさらに少なくとも１個以上の導電層を含み、該各集電片と該各槽体の間に挟み設置することを特徴とする燃料電池に用いる陽極流道板。

Images