JPS607349B2 - 燃料電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガス状燃料およびガス状またはガス状に変え
られる可燃物が使用される新規な構造の燃料電池に関し
、さらに、本発明は、燃料電池と補助部村とを結合して
自立電池横体を形成するための新しいシステムに関する
。

燃料電池「 さらに詳述すれば“フィルタープレス”タ
イプの燃料電池は公知である。

この種の電池は複数個の単位電池を適当な手段により相
互に固定してなるものであり、各単位電池はセパレー外
こよって互いに分離されている負極および正極「近接す
る各単位電池との間の電気的導通をなす電流コレクタを
包含する。負極および正極は、それぞれ電解液および燃
料、電解液および可燃物でなる活性物質液の流れにより
潤されている。このような電池は「たとえば日本国特許
第？１３６５５号（特公昭４８一１５２５６号入同第７
２５２６３号（特公昭４８ｍ１５２５７号）、同第７２
５２６４号（特公昭４８−１５２５８号）および仏国特
許第１５８４５７７号明細書に開示されている。

これらの構造は、一般に中位の温度において、少なくと
も数拾ｍＡ／地の電流密度を与えるように作用する希釈
された物質と電解液とに関して開発されたものである。

これらの構造は、特にヒドラジン〜過酸化水素、空気等
の物質に最適であることが実証され、さらにも特にＩＫ
Ｗ／デシメートル３程度の電力をもつことを特徴とする
高性能の電池を製造することを可能とする。しかしなが
ら、試験によれば、上記の構造は高温で作用する高能度
物質と電解液とを使用する場合には最適というわけでな
くト満足できる程度の電流密度を得るために上記の如く
高態度であることおよび高温であることが必要である場
合（たとえば空気の如き可燃物と粗合せて使用する際に
特に興味深い燃料であるメタノールの如き燃料を使用す
る場合）にはも多数の欠点を示す。

第１の欠点は、電池内を流動する空気中にメタノールが
蒸発しし したがって効率が非常に低下することである
。

第２の欠点は「同一電池内のすべての単位電池に共通で
ある電解液による分流のためにヱネルギの損失を生じ「
さらに効率が低下することである。

他の欠点は、コンブレッサを使用しなければならないよ
うな空気のヘッド損失割合によるものでありトしたがっ
て「その電力消費「容積「 コストおよびノイズが電池
の効率、起電力および応用分野を非常に低減させている
。

さらに他の欠点は、メタノールを使用する場合、さらに
一般的には「二酸化炭素を排除するために日本国特許第
７１３６５７号（袴公昭４８−１５２６４号）に記載の
脱炭酸サイクルを使用することを必要とする炭酸化され
る燃料を使用する場合には「上記の如く高濃度にするこ
とは「低濃度用のこのサイクルの作動を困難なものとし
ており「電池の効率を低下させかつ寸法を過度に大きな
ものにすることによるものである。

また他の欠点は、電池の寿命が部材「電解液および物質
の相互作用が大きすぎることにより生ずる劣化により大
いに影響されるという事実によるものである。

これらの電池構造の他の欠点は「完全自立電池を構成す
るためには「容積が大きく「複雑でありかつ高価である
多数の補助部核（ラジェータ「冷却ファン〜空気圧縮器
、蒸発したメタノール用のスカベンジャ「蒸発した水の
凝縮器も電解液流動用ポンプ「インジェクションポンプ
、濃度測定装置、電子調整回路等）が連結されねばなら
ず、これらが特に電池の起電力、信頼性〜保守コストお
よび価格に影響を与えることである。

本発明は上記欠点を克服するものであって〜本発明の第
１の目的は〜ガス状物質またはガス状に変えられる物質
が使用される燃料電池、特に燃料が炭酸化される燃料電
池の新規な構造を提供することにある。

該燃料電池の構造は以下の利点を有する。

単位電池は、複数個の薄い単位電池構成要素をフィルタ
プレス型に連続してくり返えし積重ねることによりも同
一電池内で相互に接続される。

積重ねにより単位電池は自動的に直列に配置される。こ
れらの構成要素はも積重ねることにより形成された構造
体において協同的に作用して燃料および可燃物の供給お
よび排出用ダクト「電解液の供給および排出用ダクトの
ネットワークを構成する適当な関口および形状を有する
。電池内における各単位電池の厚さは１柳程度である。
作動中〜各単位電池内に収容される霞鱗液は他の単位電
池内に収容される電解液と連続性をもたない。

これにより〜共通の電解液による分流を防止し「何ら不
便を生ずることなく、高濃度電鱗液および高い作動温度
を利用できる。負極および正極は対流を生ずることなく
電解液用空間により分離され、その厚丸ま、負極と正極
との間の空間を介してメタノールの如き燃料が拡散する
間に消費されるメタノールの１０％以下が正極室を通過
する空気中に見かけ上蒸発しうる程度である（５〜１０
肋程度）。

各単位電池は、構造的に一体となった熱交換一凝縮器を
包含する。

この熱交換−凝縮器は、各単位電池の電気化学部と協同
作用し「電池を通過する空気中に電解液中の水が蒸発す
ることにより後者の冷却を行なう。なお、この水蒸気は
凝縮されたのち「ポンピング手段を用いることなく自然
循環により戻される。化学反応に関与する空気の路およ
び冷却用空気の略は最少の長さト最大の断面積を有し、
ボルトネックあるいは屈曲部がなく「そのヘッドの合計
損失は水柱数柳程度でありもこれにより安価な低圧換気
システムによって化学反応に関与する空気あるいは冷却
用空気を流動させることができｔいかなるコンブレッサ
の必要性をも排除しうる。

本発明の他の目的は〜塩基性電解液を脱炭酸する新規な
方法を提供するものであり「炭酸化される燃料を消費す
る場合、本発明による新規の電池構造において利用でき
へかっこの方法は「樹脂の如き炭酸イオン固定剤の負極
との組合せおよび電解液に異なる２つの状態を与えるこ
とを可能にする手段の使用により特徴づけられる。本発
明のさらに他の特徴はｔ補助部材の数が少なく、したが
ってコストが安く、しかも電力および信頼性が高い完全
な燃料電池を提供することにある。したがって、本発明
は「相互に電気的に導通して配列された複数個の単位電
池で構成される燃料電池であって「前記単位電池は、各
々触媒を含有する正極および負極、該両電極の間の間隙
を充満するとともに、前記両電極と接触する水性溶液に
よってなる電解液も前記両電極間の電解液中に配置され
るとともに該電解液を含浸するセパレータ、および２つ
の波形榎極電流コレクタを包含し、前記２つのコレク夕
の１つは正極コレクタであって「その正極面の頂部によ
り前記正極の外面に対してかつその負極面により他の近
接する単位電池の負極の外面に対して当接し、他のコレ
クタは負極コレクタであって、その負極面の頂部により
前記負極の外面に対してかつその正極面により他の近接
する単位電池の正極の外面に対して当接しており、ガス
状可燃物は前記と前記正極コレクタとの間を流れかつガ
ス状燃料は前記負極と前記負極コレクタとの間を流れ「
これらの２つの流体は平行にかつ同一方向に底部から頂
部に向って流れるようにした燃料電池において、前記単
位電池の電解液室の上方に２つの実質的に平行な壁でな
りかつ該壁間を空気が流動する熱交換−凝縮器を設けて
蒸気の形で取出される水を凝縮させるとともに、前記セ
パレータを該熱交換−凝縮器の２つの壁の一方と接して
伸長させて前記凝縮された水を前記電解液に還流させ、
かつ炭酸イオン固定剤を前記負極の内側表面上に層の形
で配置するか又は負極の触媒と均一に混合して存在させ
て、前記電解液との反応の間に生成される炭酸塩をその
場で該炭酸イオン固定剤に固定して除去するとともに、
前記単位電池に電解液を充填しかつ排出させる手段を設
けて、電解液が排出された状態の間にも前記炭酸イオン
固定剤に固定された炭酸イオンを二酸化炭素として放出
させるようにしたことを特徴とする。

本発明の特徴によれば、電解液は塩基性し中性あるいは
酸性水溶液によって構成され、電極はこの電解液中に浸
潰され、さらに電解液は電極と協同して溝を形成するプ
ラスチック物質製フレーム内に包蔵され「充填部により
コレク夕の低周囲まで達しうる。

本発明の他の特徴によれば「毛管現象により電解液を含
有するセパレータは、一定のパターンで波形にされてお
り「波形の頂部で両電極に接触している。

さらに本発明の他の特徴によれば、コレクタは厚さ数拾
ミクロンの金属あるいはプラスチックの導電性シートに
より形成され、また最大の厚さが５００ミクロン程度と
なるように、好ましくは“へりンボーン。

スプライン”パターンと呼ばれる一定のパターンで波形
にされており、前記スプラィンの平均的な方向性は垂直
である。前記ヘリンポーン・スプラィン波形パターンは
好ましくは非対称に形成され、正極側のスブラィンは負
極側よりも大きな断面をもち「 これにより空気のヘッ
ド損失が減少する。

本発明のさらに他の特徴によればｔ コレクタは単位電
池の電気化学反応城上に同じ程度の長さで垂直に伸長し
ており〜かっこの第２の域においては好ましくはプラス
チック物質でなる厚さ１０分の数ミクロンの壁をもつ路
によって分離されている。

この路は水平方向であり「その両端で閉口し「 しかも
コレク夕の上方周辺城に伸長してコレクタをこの城で分
離する壁を有する。前記のコレク夕の表面はプラスチッ
ク絶縁物質によりその周囲でモールドされており勺下方
周辺および上方周辺にはそれぞれ可燃物用および燃料用
の供給（あるいは排出）用ダクトを形成する関口が設け
られており「前記の如き形状のダクトは単位電池の同一
表面により毛管あるいは栓を介して相当する気体用室と
運通し「空気用ダクトは好ましくは燃料用ダクトよりも
広くかつ大きい断面積を有する耳を介してかつ方向を変
えることなく空気を導入および排出させうるように関口
されている。

さらに、コレクタは、電解液を電解液室に導入しかっこ
こから排出するためのダクｒ及び毛細管を形成する他の
開□および凹凸「およびクランピングプレートの間で単
位電池の集合体を挟持するブレースを通すための関口を
包含している。本発明のさらに他の特徴によれば「各単
位電池の構成要素の合計の厚さは単位電池のいかなる部
位においても実質的に等しいが「電極部分の厚さが勺周
辺のモールド表面部の厚さよりもわずかに大きくもした
がって、挟持後「各電極と相互するコレクタとの間を良
好に電気的に接触させうる圧力を得ることが可能である
。さらに本発明によれば「数拾ないし数百ミクロン程度
の厚さのセパレ−夕は、電極部分において「好ましくは
コレクタと同じパターンでかつ同じ垂直方向で波形が付
けられている。

また平面部に伸長し「プラスチック製路と陰極コレクタ
との間に挿入される上方部分につながる。またト本発明
によれば、炭酸イオン固定剤、特にイオン交≠灘樹脂は
負極と接合あるいは負極の触媒と混合される。さらに、
１つの電池を形成する室のうち同じ群を構成する各室へ
電解液を定期的に同時導入及び同時排出する手段が単位
電池に設けられている。

電池は、化学反応に関与する空気および冷却用空気の導
入および排出用耳部を除いて「電気的に並列に接続され
かつその周囲が樹脂で被覆された複数個の要素に分割さ
れる。本発明を限定することなく本発明を説明するため
に「水酸化カリウム溶液を電鍍液とするメタノール−空
気燃料電池について述べるが、本発明の範囲を逸脱する
ことなくも他の炭酸化あるいは非炭酸化燃料も中性ある
いは酸性可燃物〜電解液を使用することもできる。

本発明について図面を参照して以下に詳述する。

第首図および第露図は本発明による新しい構造の燃料電
池を示しておりｔ この電池はフィルタプレス形であり
「以下に詳述する複数個の単位電池官を互いに侠持する
ことにより固定してなる。

前記単位電池“ふ底部母とともに電解液８を収容する電
解液室馬を限定する正極２および負荷藷を包含する。こ
れらの部村は第２図に詳細に図示されている。電解液室
霜の上方には〜 ２つの壁舞および翼よりなる熱交換−
凝縮器７が配置され〜前記壁の間を空気流Ｆ，が循環す
る。

単位電池富は、さらに２つの金属製電流コレク夕、すな
わち正極コレクタ電Ｑおよび負極コレク夕１１を包含し
ておりもこれによりＬ電池の近接する単位電池を電気的
に導適する。第電図および第芝図からわかるようにｔコ
レクタは波状に曲げられており、しかもち一般に垂直方
向のスプラィソを有する。

第２図によれば「液を含有する多孔性のセパレー夕母２
はも両電極２及び３の間の電解液室５に配置され「その
伸長部分では熱交換−凝縮器７の壁９と正極コレクタ官
戦との間に位置することがわかる。さらに、第２図は「
上記セパレータ亀２が電解液室内では波形であり「かっ
このような波形部により電極２及び３の表面と交互に接
触していることを明確に示している。これらの配置は第
Ｓ図からも明確にわかる。第１図によれば、２つの電極
２および３、コレク夕亀蟹および亀亀によって形成され
る機体は、プラスチック物質のフレームあるいは表面型
わく軍３，雷４および富寮内に固定される。

これらの相対的な配置は第電図からは明確ではないが「
以下に詳述する。また「 メタノール蒸気および空気の
供給は、それぞれ矢印Ｆ２およびＦ３で示されており、
二酸化小第ＩＱ図及び第１１図は、電池の単位電池１で
使用される波形コレクタＩＱ或いは１１（第１図）、た
とえば正極コレク夕亀０の構造を示しており、負極コレ
ク夕１１の構造は実質的にこれに等しい。

コレクタ１０は、ダクト２２（機能については他で詳述
する）と同様、電解液を交換するためのダクト２０及び
２１を包含するプラスチック物質製の表面型わく或いは
フレーム１４内に固定される。

表面型わくの低部にはそれぞれメタノール及び空気を供
給するための開口１６及び１７がある。このダクト１７
は、大きい断面をもつインレット耳部を形成するように
フレアー状に形成された下方部を有している。一方、上
部には「反応により生ずるガスを除去するためのダクト
ー覇及び１９が設けられている。これらの液状ガスの分
散および除去は、電極の表面における流体の分散を良好
なものとしかつヘッド損失を最小に減少させるためのス
ピゴツト３１および３３により行なわれる。空気導入ダ
クト１７および空気排出ダクト１９は開□しており「
したがってダクトの路が小さな断面および非常に大きい
長さ（途中に屈曲部をもつ）をもたないようにすること
により、空気のへット損失をできるだけ減少させること
ができる。

同じ目的のために空気ダクトはメタノールダクトよりも
広い。さらに、コレクタＩＧの波形あるいはスプライン
は非対称形であり、これは電池に供給される空気のヘッ
ド損失を最小にする。

一方「 コレクタ官１のスプラィンは実質的に同様であ
り、負極と接触するメタノールの排出が最大になること
を促進する。第１２図および第翼３図は、電極２および
３を固定するフレーム１３を示している。

フレーム電３は中空であって、両電極および底部４とと
もに電解液室５を限定する。もちろん、このフレームも
メタノールおよび空気供給ダクト亀６および雷？（ダク
ト１７は広い断面を有するィンレット耳部を形成するフ
レアーの付いた下方部を有する）、電解液の交換用ダク
ト２０および２３〜および電池の各単位樋池の電解液室
間のレベルを同じとするダクト３２（第１０図参照）を
包含している。このダクト３２は、非常に小さな直径で
あるため分流による損失がほとんど無視できる程度とす
るような毛管３４を介して各室５に連続されている。第
畳４図は、２つの溝３６および３１が形成されている前
記フレーム１３の上部３５の拡大図である。

溝３６は負極３を収容し「一方「大きな表面をもつ溝３
７では「正極２および熱交換−凝縮器７の壁９の間に、
セパレータ１２の平面部分の始まり部分が固定される。
第１５図および第１６図は「第１図を参照して述べた熱
交換−凝縮器７を示しており「 これは「その間で冷却
用空気が流動する２つの薄い壁８および９で形成される
と共に、上方部３８を有し、この部分にメタノールの燃
焼により生じた二酸化炭素および酸素が消費された空気
を除去するためのそれぞれダクト１８および１９が形成
されている。

単位電池１を示す第１７図は「前記単位電池を構成する
部材の相対的な位置関係を表わしている。

その構成は、図面において左から右に「負極コレクタ翼
貴およびその表面型わく１５「負極３〜熱交換−凝縮器
７、電極を固定するフレーム１３もセパレーター２「正
極２、および正極コレクタ１０およびその表面型わく１
４である。第軍８図は、電池における単位電池の配置に
関する第１の具体例を示している。この図では「主要部
、すなわち正極２，２′，２″〜負極３，３′，３″セ
パレー夕１２，母２′，１２″、負極コレクタ亀亀およ
び１１′「正極コレクタＩＱおよび畳０′（これらのコ
レク夕の各々は２つの単位電池に共通である）、および
熱交換−凝縮器７，７′；７″を包含する３つの単位電
池包，１′，１″が示されている。この図からわかるよ
うに「 このような配置は対称形であり、すなわち熱交
換−凝縮器は各単位電池に設けられており、セパレータ
亀２，亀２′，軍２″は各々の前記熱交換−凝縮器？９
７′， ｒの壁の１つに当綾している。

第君９図は「主要部として正極２； ２′９ ２″？窓
川、負極３，３′９ ３″，３Ｗ、セパレータ８２９３
２′，１２″，量２肌、コレクタ盲富，畳亀′９ 竃
１″，亀０，ＩＱ′および２つの熱交換‐‐凝縮器３９
，３９′を包含する４つの単位電池１，１′，１″，１
′′′でなる非対称形で配置されている第２の具体例を
示している。

この具体例では、各熱交換−凝縮器３９，３９′の表面
の一方は単位電池のセパレータと直接接触しており、他
の表面は前記単位電池の負極コレクタを介して近接する
単位電池のセパレータと接触している。さらに、熱交換
−凝縮器３９および３９′は、第１８図に示した熱交換
−凝縮器の断面積の実質的に２倍に等しい断面積を有し
ている。したがって、この具体例は、冷却用空気のヘッ
ド損失を最小値まで減少させることができる。毛管作用
空間における損失は毛管の寸法に反比例して変化する。
第２０図は、本発明による電池の実施例の斜視図である
。

この電池は、相互に挟持された複数個の単位電池１（図
に表わされていない）でなり、上記したように挟持する
ことは端板４０および４１によって行なわれる。しかし
ながら矢印Ｆ３によって示される空気供給用ダクト１７
のフレアーの付いた下方部あるいは耳部（大きな断面を
有する）と同様に、矢印Ｆ，で示される冷却用空気を受
入れる熱交換−凝縮器７・・・・・・７ｉの閉口は区別
されている。端板４１は、ダクト１６（第１図）の端部
で排出されるメタノールを供給するィンジェクタ４２、
電解液の交換用の溝３０および３１（第９図）を減圧ポ
ンプに接続する２つのノズル４３および４４、電池にお
ける反応の後に二酸化炭素および残った空気を運ぶダク
ト（オリフイス）１８，１９を蓮適するノズル４５およ
び路あるいはダクト３１を閉止しかつ電池から電解液を
取り出すことができるストツパ４６を包含している。２
つの出力端子４７および４８は、電池で発生した電流を
負荷に向って送り出す。このような電池は空気が自由に
出入できるような状態で樹脂により被覆される。第２１
図は、本発明による電池の作動を非常に概略的に図示し
たものである。

この図において、単位電池１および上託した主要部を概
略的に示した。

ファン４９は一方では熱交換−凝縮器７に向う矢印Ｆ，
で示された冷却用空気の流れを生じ、他方では正極２に
向う矢印Ｆ３で示された燃焼用空気の流れを生ずる。反
応により生じたガス及び反応後の空気は矢印Ｆ４および
Ｆ５に示されている如く除去される。さらに、メタノー
ルタンク５０および第１ポンプ５２は電池に燃料を供給
し、一方第２ポンプ５３は室５からタンクあるいは電池
の他の室（第６図、第７図、第８図参照、第２１図では
参照番号５４で示されている）に向って電解液６を排出
するに適する減圧ポンプである。

本発明の電池は上記したような構造であるが、上記記載
を参照し、電池の作動について以下に詳述する。

作動は２つの主工程、すなわち、活性化工程と電解液の
脱炭酸工程を包含する。

まず、活性化工程では、電池にポンプ５２によりインジ
ヱクタ４２を介してメタノールを供給する。

燃料は直ちに気化する（電池内の温度は７５００程度で
ある）。もちろん、メタノールが気化するように作動開
始時の電池温度を作動温度に高めるため電池のィンレツ
トに公知の発熱抵抗器を設けることができる。メタノー
ル蒸気はダクト１６（第１図）を通って電池の各単位電
池に向って運ばれ、矢印Ｆ２に示されるように負極に沿
って上昇し、負極における酸化反応によって前記電解液
（この場合には水酸化カリウム）を炭酸化して、Ｃ磯−
を生成する。さらに非常にわずかの量の残ったメタノー
ル蒸気は単位電池の上方部に上昇する。この部分におけ
る飽和蒸気圧は大気圧以下であり、したがって蒸気は単
位電池から排出されることはない。生成されたＣ咳−イ
オンは、ついで、負極３の炭酸イオン固定剤３″の層に
よって捕獲されている。

この炭酸イオン固定剤は本来はＯＨ‐形であるがイオン
交換してＣ咳−形に変わる。正極側において、ファン４
９（第２１図）により電池に空気が供給され、一方、こ
のファンにより矢印Ｆ，によって示されているように熱
交換−凝縮器への冷却用空気の供給も行なわれる。ダク
ト１７を介して送られる燃焼用空気は矢印Ｆ３に示され
るように正極に沿って上昇し、その中に含まれる酸素は
電解液と反応してＯＨ‐イオンを生成する。残りの空気
はダクト１９を介して矢印Ｆ５で示されるように外部へ
排出される。空気が２に沿って送られる間に、空気中の
酸素は減少し、電池内の温度における水蒸気で飽和され
る。

熱交換−凝縮器７の壁９（第１図）と接触するにつれて
、水蒸気は冷却されて凝縮し、セパレータ１２の平な面
に捕獲され、宝窓内の電解液にフローバックされる。こ
のように電池の作動における活性化工程は、実質的にす
べての炭酸イオン固定剤３″がＣ増−形に変わるまで続
く。上記活性化工程の間において、電解液は流動しない
。これにより「一方では電極の全表面において反応を行
なうことができ「他方ではしベルを等しくするための毛
管３４（第１２図）によって、分流による損失を排除し
かつ電池の単位電池の室の間の連結を確保することがで
きる。電解液の組成に関しては何ら制限はなく〜 また
限定したとしても良好な状態を形成することはできない
。垂直方向の波形を有するセパレータ１２を設けること
により「空気あるいはメタノールが、電極に事故により
孔を生じた場合にも逆の電極と直接反応することを防止
できる。負極の炭酸イオン固定剤３″がＣ咳−形になっ
た後、脱炭酸工程を行なう。このため、第２ポンプ５３
（第２１図）により室５の中の電解液６は、補助タンク
２７あるいは他の電池の室５，（第７図）あるいは電池
の他の室５′（第８図および第９図）に移される。この
移動操作において「ポンプ５３はノズル４３および４４
を介しておよびパイプ２ｇ，２蔓，・…・・２１ｉ＋，
を介して空気のみを吸引し「したがって消費する電力は
わずかである。

電解液室５が空になる場合にも、第４図および第５図か
ら明らかな如く電極２と３との間の導電性は保持されて
おり、またセパレータ１２は電解液が飽和されたままで
あり、さらに前記セパレータと電極との接点では電解液
の満２６が形成される。

このようにして、わずかな低抗を有する新たな電解液シ
ステムが形成される。

このシステムを介してのＯＨ‐の拡散は、前の状態に比
べて、１／５の星陵の無視できるもとなり、しかもこの
システムを介してのＯＨ‐の補給は中性塩の存在による
低輸率での移動による補給のみである。したがって、Ｏ
Ｈ‐を消費して行なわれていたメタノールの酸化は「炭
酸イオン固定剤に固定されているＣ増−を消費して行な
われるようになる。このＣ増−は、負極の反応城と炭酸
イオン固定剤との間のリレーとして作用する溶解された
緩衝剤によって可動化される。緩衝剤は反応城において
塩基形から酸形に変わる。酸形は捕獲されているＣ咳−
と反応し、これによりＣＯ室−はＣ０２となり「排出さ
れる、一方トこの反応により再び塩基形に変えられた緩
衝剤は、同一サイクルにおいて再使用される。その後「
電解液６はポンプ５３１こよりダクト２１……２１ｉ＋
，を介して室５に再び導入され、単位電池亀では再び活
性化工程が行なわれる。電解液が室に導入されると、樹
脂に固定されたＣＨ３ＣＯＯ‐イオンと電解液のＯＨ‐
イオンとの間で放電があり、固定剤３″は中和されて不
活性形あるいは可溶性形に変わり、中性塩の陽イオンに
よっては全く不溶性のＯＨ‐形に再び変えられる場合も
ある。

電池の各単位電池は交互に活性化工程および脱炭酸工程
にあり、活性化工程の期間は好ましくは数拾ないし数百
秒程度であり、脱炭酸工程の期間は活性化工程の１′３
ないし１′勿華度である。

電池の単位電池における各工程の調節は「高価ではなく
かつ電力の消費の少ない簡単な回路を使用する公知の装
置およびサーボコント。ール装置によって行なわれる。
たとえば、メタノール注入用ポンプ５２（第２貫図）お
よびファン４９は電池によって発生する電流が利用され
る。

さらに、活性化工程の終末点の検知は、脱炭酸工程を開
始するポンプ５３を始動する露量計によって行なわれる
。

同様に、脱炭酸工程の終末点は、ノズル４５（第２０図
）に配置されかつ次の活性化工程を開始するポンプ５３
を始動するこ酸化炭素ガス圧力ゲージによって検知され
る。

かかる燃料電池における電解液の脱炭酸法については、
たとえば、両軍極板の間に腸イオン膜及び陰イオン膜を
配置して３つの室に分画し、各室を管により特殊な順序
で接続し、電解液を順次循環させることにより中央の室
におけるｐＨを低下させて、炭酸塩を重炭酸塩とし、さ
らに二酸化炭素へと変化させる方法が知られている。

しかしながら、このような方法は、単位電池自体の厚さ
が肋単位のわずかのものであるフィルタープレス形の電
池では、電解液室を分画し、これらを管により接続する
ことは困難であり、実用的ではない。本発明では、炭酸
イオン固定剤を使用することとし、上記の如き構成とし
も操作することにより、フィルタープレス形の電池にお
いて充分にかつ効果的に脱炭酸することが可能になった
。燃料としてのメタノール、および可燃物としての空気
を使用する電池について述べたが、本発明の精神を逸脱
することなく各種の変化変更をなすことができる。メタ
ノール以外にも、たとえば炭化水素、天然ガス等の他の
燃料を使用することもできる。

さらにヒドラジンの如き非炭酸化燃料を電池に供給する
こともでき、この場合には「脱炭酸工程は「長時間の後
「もっぱら空気によって運ばれてくる二酸化炭素を除去
する目的で実施される。本発明は多数の分野で利用でき
るが、特に無公害自動車の電源としても利用できる。以
上「本発明をその具体例について詳述したが「本発明は
この特定の実施例に限定されるものではなく「本発明の
精神を逸脱しないで幾多の変化変形がなし得ることはも
ちろんである。

【図面の簡単な説明】

第亀図は本発明による新しい電池構造における単位電池
の正面図、第２図は前記単位電池の中央断面図、第３図
は第２図のＡで示す部分の拡大図「第４図は電解液を排
出した後の第２図と同様の中央断面図「第５図は第４図
のＢで示す部分の拡大図、第６図は本発明による電解液
交換の第１の具体例を示す概略図、第７図は本発明によ
る電解液交換の第２の具体例を示す概略図、第８図およ
び第９図は本発明による電解液交換の第３の具体例を示
す概略図「第１０図は本発明による新しい電池構造にお
ける単位電池に取付けられるその表面がモールドされた
波形コレクタを示す図「第亀１図は前記の表面がモール
ドされる波形コレクタの中央断面図、第１２図は本発明
による単位電池に使用される電極の固定用フレームを示
す図、第１３図は前記フレームの中央断面図、第１４図
は第】３図のＣで示す部分の拡大図、第１５図は本発明
の単位電池に使用される熱交換−凝縮器の正面図「第１
６図は第１５図の側面図、第１７図は本発明の単位電池
の各部材の配置を示す図へ第軍蜜図は本発明による単位
電池の部材を配置する第１の方法を示す図し第１９図は
本発明による単位電池の部材を配置する第２の方法を示
す図、第２０図は本発明の電池の具体例の概要を示す斜
視図、第２１図は本発明の電池の作動を示す概略図であ
る。 １……単位電池、２……正極、３……負極、３′，３″
……負極の層、４……底部、５……電解液室「 ６……
電解液、７……熱交換−凝縮器、８，９…・・・壁、亀
０…・・。 正極コレク夕、１１…・・・負極コレクタ、１２……セ
パレータ、１３，１４，軍５……フレームあるいは表面
型わく、１６９畳７，１８，２８９２１，２９，３２，
３４……ダクト「 ２５州・・・炭素繊維「 ２６…・
・・電解液の滴、２７・…・・タンク、２８…・・・表
面型わく、３０，３１……路、３１，３３……スピゴッ
ト、３６，３７・・・・・・溝、３８……上方部、３９
…・・・熱交換−凝縮器「 ４０，４１・・・…端板、
４２・・…・ィンジエクタ、４３，４４，４５……ノズ
ル、４６…．・’ストツパ、４７，４８・・・・・・出
力端子、４９・…・・ファン、５０……メタノールタン
ク、５２……第１ポンプ、５３……第２ポンプ。ＨＧ・
亀 Ｆ！Ｇ．２ 円Ｇ一３ 門Ｇ−ム 門Ｇ．５ 円Ｇ。 ６ 円Ｇ‐フ 門Ｇ８ Ｆ員Ｇ。 ９ Ｆ富Ｇ‐俺。 ＲＧ川 ＦＩＧ１２ Ｆ量Ｇ‐「３ ＦＩＧ包ム Ｆ亘Ｇ。 侍円Ｑ勺６ 円Ｇｄ亀７ 門ＧＯ勺銭 Ｆ員Ｇ−博 Ｆ量Ｇ．２０ ＦＩＧ．２１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 相互に電気的に導通して配列された複数個の単位電
   池で構成される燃料電池であって、前記単位電池は、各
   々触媒を含有する正極２および負極３、両電極間の間の
   間隙を充満するとともに、前記両電極と接触する水性溶
   液によってなる電解液６、前記両電極間の電解液６中に
   配置されるとともに該電解液を含浸するセパレータ１２
   、および２つの波形複極電流コレクタを包含し、前記２
   つのコレクタの１つは正極コレクタ１０であって、その
   正極面の頂部により前記正極２の外面に対してかつその
   負極面により他の近接する単位電池の負極３の外面に対
   して当接し、他のコレクタは負極コレクタ１１であって
   、その負極面の頂部により前記負極３の外面に対してか
   つその正極面により他の近接する単位電池の正極２の外
   面に対して当接しており、ガス状可燃物は前記正極２と
   前記正極コレクタ１０との間を流れかつガス状燃料は前
   記負極３と前記負極コレクタ１１との間を流れ、これら
   の２つの流体は平行にかつ同一方向に底部から頂部に向
   って流れるようにした燃料電池において、前記単位電池
   の電解液室の上方に２つの実質的に平行な壁８，９でな
   りかつ該壁間を空気が流動する熱交換−凝縮器７を設け
   て蒸気の形で取出される水を凝縮させるとともに、前記
   セパレータ１２を該熱交換−凝縮器７の２つの壁の一方
   と接して伸長させて前記凝緒された水を前記電解液６に
   還流させ、かつ炭酸イオン固定剤を前記負極３の内側表
   面上に層３″の形で配置するか又は負極３の触媒と均一
   に混合して存在させて、前記電解液６との反応の間に生
   成される炭酸塩をその場で該炭酸イオン固定剤に固定し
   て除去するとともに、前記単位電池に電解液を充填しか
   つ排出させる手段を設けて、電解液が排出された状態の
   間に、前記炭酸イオン固定剤に固定された炭酸イオンを
   二酸化炭素として放出させるようにしたことを特徴とす
   る、燃料電池。