KR20070116683A - 연료 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 전지에 관한 것으로, 전극막 구조체(10)는 고분자재로 이루어진 고체 전해질막(1)과, 그 양측에 적층된 연료극(2) 및 공기극(3)으로 구성되고, 연료 탱크(11)는 상자 형상 용기(12)를 전극막 구조체(10)에 고정하여 구성되며, 상자 형상 용기(12)에는 전극막 구조체(10)를 마주보는 측의 면의 개구부가 설치되고, 상기 개구부의 가장자리에 플랜지부(13)가 형성되어 있고, 전극막 구조체(10)의 공기극(3)의 배면에 커버 플레이트(15)를 부착하고, 커버 플레이트(15)의 주연부(15a)를, 전극막 구조체(10)의 외주, 플랜지부(13)의 외주 및 배면 주연부를 따라서 절곡하고, 전극막 구조체(10) 및 플랜지부(13)의 주연부를 끼움으로써, 상자 형상 용기(12)가 전극막 구조체(10)에 대해서 고정되는 것을 특징으로 한다.

Description

연료 전지{FUEL CELL}
본 발명은 연료극에서 촉매 반응에 의해 액체 연료로부터 분리된 수소 이온을 사용하여 발전을 실시하는 연료 전지에 관한 것으로, 특히 연료극으로 액체 연료를 공급하기 위해 펌프 등의 능동적인 이송 수단을 사용하지 않는 연료 전지에 관한 것이다.
최근, 노트북 컴퓨터나 휴대 전화 등의 각종 휴대용 전자 기기를 장시간 충전 없이 사용 가능하게 하는 것을 목적으로 하여 이들 휴대용 기기의 전원에 연료 전지를 사용하는 시도가 각처에서 진행되고 있다. 연료 전지는 연료와 공기를 공급하는 것만으로 발전이 실시되고, 연료만을 보급하면 연속하여 장시간 발전할 수 있다는 특징을 갖고 있으므로, 소형화가 실현되면 휴대용 기기의 전원으로서 매우 유리한 시스템이라고 할 수 있다.
특히, 직접 메탄올형 연료 전지(DMFC; direct methanol fuel cell)는 에너지 밀도가 높은 메탄올을 연료에 사용하고, 메탄올로부터 촉매층 및 고체 전해질막을 사용하여 전류를 직접 취출하므로 개질기가 불필요하고 소형화가 가능하며, 또한 연료의 취급도 수소 가스에 비해 용이한 점에서, 소형의 휴대용 기기용 전원으로서 유망하다. DMFC의 연료의 공급 방법으로서는 액체 연료를 기화시켜 블로어 등으로 연료 전지 내에 이송하는 기체 공급형 DMFC, 액체 연료를 그대로 펌프 등으로 연료 전지 내에 이송하는 액체 공급형 DMFC, 또한 이송된 액체 연료를 연료 전지의 내부에서 기화시켜 연료극에 공급하는 내부 기화형 DMFC 등이 알려져 있다.
일본 공개특허공보 2000-106201호에 기재되어 있는 바와 같이, 내부 기화형 DMFC는 액체 연료를 유지하는 연료 침투층과, 연료 침투층 중에 유지된 액체 연료 중 기화 성분을 확산시키기 위한 연료 기화층을 구비하고, 기화된 액체 연료를 연료 기화층으로부터 연료극에 공급한다. 상기 공보에서는 액체 연료로서 메탄올과 물이 1:1의 몰비로 혼합된 메탄올 수용액을 사용하여, 메탄올과 물의 쌍방을 가스 상태에서 연료극에 공급하고 있다. 이와 같은 메탄올 수용액을 연료로서 사용하는 연료 전지는 메탄올과 물의 기화 속도가 상이하여 충분한 출력 특성을 얻는 것기 어렵다는 문제가 있다. 그래서, 연료 전지의 출력 특성의 향상 및 한층 더한 소형화를 도모하기 위해, 순메탄올을 연료에 사용하는 연료 전지의 개발이 진행되고 있다.
또한, 주로 모바일 기기에서 사용되는 소형의 연료 전지로서, 연료극으로 액체 연료를 공급하기 위해 연료 펌프 등의 능동적인 이송 수단을 사용하지 않는 패시브형 연료 전지가 개발되어 있다.
패시브형 연료 전지에서는 고체 전해질막의 한쪽면에 연료극을 접합하고, 다른쪽면에 공기극을 접합함으로써 전극막 구조체가 구성된다. 전극막 구조체의 연료극측의 면에는 연료 탱크가 설치되고, 공기극측의 면에는 공기실이 설치된다. 여기에서, 연료극은 연료극 촉매층과 연료극 집전체로 구성된다. 연료극 집전체는 연료극 촉매층의 배면측에 적층되고, 연료극 촉매층을 외부 회로에 전기적으로 접속한다. 동일하게, 공기극은 공기극 촉매층과 공기극 집전체로 구성된다. 공기극 집전체는 공기극 촉매층의 배면측에 적층되고, 공기극 촉매층을 외부 회로에 전기적으로 접속한다.
특히, 모바일 기기용 패시브형 연료 전지에서는 소형화가 중요한 설계상의 포인트가 되므로, 전극막 구조체에 연료 탱크를 접합하는 부분의 구조를 간소화하고, 연료 전지의 크기를 작게 억제하는 것이 요구되고 있다.
본 발명은 이상과 같은 연료극으로 액체 연료를 공급하기 위해 펌프 등의 능동적인 이송 수단을 사용하지 않는 연료 전지에서의 문제점을 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은 연료 전지에서 전극막 구조체와 연료 탱크 사이의 접합부의 구조를 간소화함으로써 연료 전지의 소형화를 도모하는 데에 있다.
본 발명의 연료 전지는
고체 전해질막, 고체 전해질막의 한쪽면에 적층된 연료극 및 고체 전해질막의 다른쪽면에 적층된 공기극을 갖는 전극막 구조체와,
연료극의 배면측에 배치되어 액체 연료를 저장하고, 액체 연료를 연료극에 공급하는 연료 탱크와,
공기극의 배면측에 배치된 커버 플레이트를 구비하고,
상기 연료 탱크는 상자 형상 용기로 구성되고, 상기 상자 형상 용기는 전극막 구조체를 마주 보는 측의 면에 개구부가 설치되며, 또한 상기 개구부의 가장자리에 전극막 구조체에 대해서 평행으로 또한 외측으로 연장되는 플랜지부를 구비하고,
상기 커버 플레이트의 주연부를 전극막 구조체의 외주, 상기 플랜지부의 외주 및 배면 주연부를 따라서 절곡(折曲)하고, 전극막 구조체 및 상기 플랜지를 상기 커버 플레이트의 주연부로 끼움으로써, 상기 상자 형상 용기가 전극막 구조체에 대해서 고정되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연료 전지에 의하면 프레임, 나사, 클립 등의 부재를 사용하지 않고, 연료 탱크를 전극막 구조체에 대해서 고정하고 또한 밀착시킬 수 있다. 이에 의해, 전극막 구조체를 외주로부터 둘러싸는 부분의 구조가 간소화되므로, 연료 전지의 크기를 작게 억제할 수 있다.
예를 들어, 상기 전극막 구조체의 평면 형상이 직사각형인 경우, 상기 상자 형상 용기의 플랜지부의 외주의 형상도 상기 전극막 구조체와 동일한 크기의 직사각형으로 하고, 상기 커버 플레이트의 주연부를, 상기 직사각형의 4변을 끼우도록 절곡한다. 그 대신, 상기 커버 플레이트의 주연부를, 상기 직사각형의 서로 대향하는 2변을 끼우도록 절곡해도 좋다.
바람직하게는 상기 커버 플레이트의 주연부에 복수의 조부(爪部)를 설치하고, 이들 조부를 절곡함으로서 상기 상자 형상 용기를 전극막 구조체에 대해서 고정한다.
본 발명의 연료 전지의 변형 형태에서, 상기 플랜지를 생략할 수 있다.
그 경우, 본 발명의 연료 전지는
고체 전해질막, 고체 전해질막의 한쪽면에 적층된 연료극 및 고체 전해질막의 다른쪽면에 적층된 공기극을 갖는 전극막 구조체와,
연료극의 배면측에 배치되어 액체 연료를 저장하고, 액체 연료를 연료극에 공급하는 연료 탱크와,
공기극의 배면측에 배치된 커버 플레이트를 구비하고,
상기 연료 탱크는 전극막 구조체를 마주 보는 측의 면에 개구부가 설치된 상자 형상 용기로 구성되고,
상기 커버 플레이트의 주연부를 전극막 구조체의 외주, 상기 상자 형상 용기의 외주 및 저면 주연부를 따라서 절곡하고, 전극막 구조체 및 상기 상자 형상 용기를 상기 커버 플레이트의 주연부로 끼움으로써 상기 상자 형상 용기가 전극막 구조체에 대해서 고정되어 있는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 상기 전극막 구조체의 평면 형상이 직사각형 형상인 경우, 상기 상자 형상 용기의 외주의 형상도 상기 전극막 구조체와 동일한 크기의 직사각형으로 하고, 상기 커버 플레이트의 주연부를, 상기 직사각형의 4변을 끼우도록 절곡한다. 그 대신, 상기 커버 플레이트의 주연부를 상기 직사각형의 서로 대향하는 2변을 끼우도록 절곡해도 좋다.
바람직하게는 상기 커버 플레이트의 주연부에 복수의 조부를 설치하고, 이들 조부를 절곡함으로써 상기 상자 형상 용기를 전극막 구조체에 대해서 고정한다.
그 경우, 바람직하게는 상기 상자 형상 용기의 저면 주연부에 복수의 오목부를 상기 복수의 조부에 대응하여 설치하고, 각 조부의 선단 부분을 각 오목부 중에 수용한다. 이에 의해, 선단 부분이 상기 상자 형상 용기의 저면으로부터 돌출되지 않는다.
예를 들어, 상기 오목부의 깊이를 상기 조부의 선단 부분의 두께와 동등하게 한 경우에는 선단 부분의 표면이 상기 상자 형상 용기의 저면과 한면으로 정리된다.
또한, 그 대신 상기 커버 플레이트의 주연부에 네 모퉁이를 제외하고 연장부를 설치하고, 상기 연장부를 절곡함으로써, 상기 상자 형상 용기를 전극막 구조체에 대해서 고정할 수도 있다.
그 경우, 바람직하게는 상기 상자 형상 용기의 저면 주연부에 단차부를 상기 연장부에 대응하여 설치하고, 각 연장부의 선단 부분을 각 단차부 중에 수용한다. 이에 의해, 선단부분이 상기 상자 형상 용기의 저면으로부터 돌출되지 않는다.
예를 들어, 상기 단차부의 깊이를 상기 연장부의 선단 부분의 두께와 동등하게 한 경우에는 선단 부분의 표면이 상기 상자 형상 용기의 저면과 한면으로 정리한다.
본 발명의 연료 전지에 의하면 전극막 구조체를 외주로부터 둘러싸는 부분의 구조가 간소화됨으로써 연료 전지의 크기를 작게 억제할 수 있다. 또한, 본 발명의 연료 전지에 의하면 부품수가 적어도 좋으므로 연료 전지의 조립 공정을 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명에 기초하는 연료 전지의 개략 구성을 도시한 단면도,
도 2는 본 발명에 기초하는 연료 전지의 일례를 도시한 사시도,
도 3A는 도 2의 연료 전지의 조립 방법을 도시한 사시도,
도 3B는 도 2의 연료 전지의 조립 방법을 도시한 사시도,
도 3C는 도 2의 연료 전지의 조립 방법을 도시한 사시도,
도 3D는 도 2의 연료 전지의 조립 방법을 도시한 사시도,
도 3E는 도 2의 연료 전지의 조립 방법을 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예를 도시한 사시도,
도 5A는 도 4의 연료 전지의 조립 방법을 도시한 사시도,
도 5B는 도 4의 연료 전지의 조립 방법을 도시한 사시도,
도 5C는 도 4의 연료 전지의 조립 방법을 도시한 사시도,
도 5D는 도 4의 연료 전지의 조립 방법을 도시한 사시도,
도 5E는 도 4의 연료 전지의 조립 방법을 도시한 사시도,
도 6은 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예를 도시한 사시도,
도 7A는 도 6의 연료 전지의 조립 방법을 도시한 사시 부분 단면도,
도 7B는 도 6의 연료 전지의 조립 방법을 도시한 사시 부분 단면도,
도 7C는 도 6의 연료 전지의 조립 방법을 도시한 사시 부분 단면도,
도 7D는 도 6의 연료 전지의 조립 방법을 도시한 사시 부분 단면도,
도 8A는 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예를 도시한 도면으로, 상면측으로부터 본 사시도,
도 8B는 도 8A의 연료 전지의 사시 단면도,
도 8C는 도 8A의 연료 전지의 저면측에서 본 사시도,
도 8D는 도 8A의 연료 전지의 조부의 상세 형상을 도시한 사시 부분 단면도,
도 9A는 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예를 도시한 도면으로, 상면측으로부터 본 사시도,
도 9B는 도 9A의 연료 전지의 사시 단면도,
도 9C는 도 9A의 연료 전지의 저면측에서 본 사시도,
도 9D는 도 9A의 연료 전지의 조부의 상세 형상을 도시한 사시 부분 단면도,
도 10A는 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예를 도시한 도면으로, 상면측에서 본 사시도,
도 10B는 도 10A의 연료 전지의 사시 단면도,
도 10C는 도 10A의 연료 전지의 저면측에서 본 사시도,
도 10D는 도 10A의 연료 전지의 조부의 상세 형상을 도시한 사시 부분 단면도,
도 11A는 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예를 도시한 도면으로, 상면측으로부터 본 사시도,
도 11B는 도 11A의 연료 전지의 사시 단면도,
도 11C는 도 11A의 연료 전지의 저면측에서 본 사시도,
도 11D는 도 11A의 연료 전지의 조부의 상세 형상을 도시한 사시 부분 단면도,
도 12A는 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예를 도시한 도면으로서, 상 면측에서 본 사시도,
도 12B는 도 12A의 연료 전지의 사시 단면도,
도 12C는 도 12A의 연료 전지의 저면측에서 본 사시도,
도 12D는 도 12A의 연료 전지의 조부의 상세 형상을 도시한 사시 부분 단면도,
도 13A는 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예를 도시한 도면으로, 상면측에서 본 사시도,
도 13B는 도 13A의 연료 전지의 사시 단면도,
도 13C는 도 13A의 연료 전지의 저면측에서 본 사시도,
도 13D는 도 13A의 연료 전지의 조부의 상세 형상을 도시한 사시 부분 단면도,
도 14A는 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예를 도시한 도면으로, 상면측에서 본 사시도,
도 14B는 도 14A의 연료 전지의 사시 단면도,
도 14C는 도 14A의 연료 전지의 저면측에서본 사시도,
도 14D는 도 14A의 연료 전지의 조부의 상세 형상을 도시한 사시 부분 단면도,
도 15A는 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예를 도시한 도면으로, 상면측에서 본 사시도,
도 15B는 도 15A의 연료 전지의 사시 단면도,
도 15C는 도 15A의 연료 전지의 저면측에서 본 사시도,
도 15D는 도 15A의 연료 전지의 주연부의 상세 형상을 도시한 사시 부분 단면도,
도 16A는 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예를 도시한 도면으로, 상면측으로부터 본 사시도,
도 16B는 도 16A의 연료 전지의 사시 단면도,
도 16C는 도 16A의 연료 전지의 저면측에서 본 사시도,
도 16D는 도 16A의 연료 전지의 주연부의 상세 형상을 도시한 사시 부분 단면도,
도 17A는 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예를 도시한 도면으로서, 조부의 상세 형상을 도시한 도면,
도 17B는 도 17A의 연료 전지의 조부를 구부리는 수순을 도시한 사시 부분 단면도,
도 17C는 도 17A의 연료 전지의 조부를 구부리는 수순을 도시한 사시 부분 단면도이다.
도 1에 본 발명에 기초하는 연료 전지의 개략 구성(단면도)을 도시한다. 도면 중 "1"은 고체 전해질막, "2"는 연료극, "3"은 공기극, "10"은 전극막 구조체, "11"은 연료 탱크, "12"는 상자 형상 용기, "13"은 플랜지부, "15"는 커버 플레이트를 나타낸다.
발전부가 되는 전극막 구조체(MEA: Membrane Electrode Assembly)(10)는 고분자재로 이루어진 고체 전해질막(1)과, 그 양측에 적층된 연료극(2)(애노드극) 및 공기극(3)(캐소드극)으로 구성된다. 연료극(2)은 연료극 촉매층(4) 및 연료극 집전체(6)로 구성된다. 공기극(3)은 공기극 촉매층(5) 및 공기극 집전체(7)로 구성된다.
연료극 촉매층(4) 및 공기극 촉매층(5)에는 백금·루테늄 합금으로 이루어진 촉매가 도포된 카본 페이퍼가 사용되고, 카본 페이퍼의 촉매가 도포된 면이 고체 전해질막(1)과 접촉되는 방향으로 열압착되어 있다. 연료극 촉매층(4)의 배면(고체 전해질막(1)과 반대측면)에는 전류를 외부에 취출하기 위해, 연료극 집전체(6)가 적층되어 있다. 동일하게, 공기극 촉매층(5)의 배면(고체 전해질막(1)과 반대측의 면)에는, 전류를 외부에 취출하기 위해 공기극 집전체(7)가 적층되어 있다. 연료극 집전체(6)와 공기극 집전체(7)는 외부 회로(19)를 통하여 접속된다. 연료극 접촉층(4)으로의 연료의 공급 및 공기극 접촉층(5)으로의 공기의 공급을 위해, 연료극 집전체(6) 및 공기극 집전체(7)에는 다수의 관통 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 이상과 같이 하여, 고체 전해질막(1), 연료극(2) 및 공기극(3)이 일체화되고, 전극막 구조체(10)가 구성되어 있다.
전극막 구조체(10)의 연료극(2)의 배면(고체 전해질막(1)과 반대측의 면)에, 연료 탱크(11)가 설치되고, 그 안에 액체 연료가 저장된다. 상기 액체 연료는 연료 탱크(11)로부터 예를 들어 연료 탱크(11)와 연료극(2) 사이에 설치된 기액 분리막(도시하지 않음)을 통하여, 연료극(2)으로 기화 성분으로 공급된다. 본 발명의 연료 전지에서는 이하와 같이 연료 탱크(11)는 전극막 구조체(10)에 상자 형상 용기(12)를 고정함으로써 구성된다. 상기 상자 형상 용기(12)는 전극막 구조체(10)를 마주보는 측의 면에 개구부가 설치되고, 상기 개구부의 가장자리에 전극막 구조체(10)에 대해서 평행으로 또한 외측으로 연장되는 플랜지부(13)가 형성되어 있다.
상기 상자 형상 용기(12)를 전극막 구조체(10)에 고정하므로, 전극막 구조체(10)의 공기극(3)의 배면(고체 전해질막(1)과 반대측의 면)에, 커버 플레이트(15)가 부착되어 있는, 상기 커버 플레이트(15)는 그 주연부(15a)가 전극막 구조체(10)의 외주, 플랜지부(13)의 외주 및 배면 주연부를 따라서 절곡되어 있다. 이와 같이 하여, 전극막 구조체(10) 및 플랜지부(13)의 주연부를 커버 플레이트(15)의 주연부(15a)로 끼움으로써 상자 형상 용기(12)가 전극막 구조체(10)에 대해서 고정되어 있다. 커버 플레이트(15)에는 공기극(3)에 공기를 공급하도록 다수의 작은 구멍이 설치되어 있다.
또한, 커버 플레이트(15)와 공기극(3) 사이에는 공기극에서 생성된 물의 증발을 억제하기 위해 보습판 등을 설치해도 좋다.
도 2에 본 발명에 기초하는 연료 전지의 일례의 사시도를 도시한다. 상기 예에서는 전극막 구조체(10)의 평면 형상은 직사각형이고, 상자 형상 용기(12)의 플랜지부(13)의 외주의 형상도 전극막 구조체(10)와 동일한 크기의 직사각형이다. 커버 플레이트(15)의 주연부에는 복수의 조부(16)가 설치되어 있다. 이들의 조부(16)는 상기 직사각형의 4변에 대응하는 커버 플레이트(15)의 4변의 각각에 설치되어 있다. 이들의 조부(16)를 절곡하여, 전극막 구조체(10) 및 상자 형상 용 기(12)의 플랜지부(13)를 끼움으로써, 상자 형상 용기(12)가 전극막 구조체(10)에 대해서 고정된다.
도 3A~도 3E에 상기 연료 전지의 조립 공정을 도시한다. 우선, 상자 형상 용기(12)의 플랜지부(13) 상에 전극막 구조체(10)를 적층한다(도 3A, 도 3B). 전극막 구조체(10)의 위로부터, 커버 플레이트(15)를 덮는다(도 3C, 도 3D). 다음에, 커버 플레이트(15)의 주연부에 설치되어 있는 조부(16)를 절곡하고, 플랜지부(13)의 배면 주연부에 밀착시킨다(도 3E).
또한, 전극막 구조체(10)는 비교적 연질의 수지로 만들어져 있으므로, 조부(16)를 절곡하여 코킹함으로써, 플랜지부(13)의 전면(도면에서는 상방면)을 전극막 구조체(10)에 대해서 밀착시킬 수 있다.
도 4에 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예의 사시도를 도시한다. 앞의 예와 동일하게, 전극막 구조체(10)의 평면 형상은 직사각형이고, 상자 형상 용기(12)의 플랜지부(13)의 외주의 형상도 전극막 구조체(10)와 동일한 크기의 직사각형 형상이다. 상기 예에서는 상기 직사각형의 서로 대향하는 2변에서, 커버 플레이트(15)의 주연부(15b)가 전극막 구조체(10) 및 상자 형상 용기(12)의 플랜지부(13)를 끼우도록 절곡되고, 그에 의해 상자 형상 용기(12)가 전극막 구조체(10)에 대해서 고정된다. 이 경우에도 커버 플레이트(15)의 주연부(15b)를 절곡하여 코킹함으로써, 플랜지부(13)의 전면을 전극막 구조체(10)에 대하여 밀착시킬 수 있다.
도 5A~도 5E에 상기 연료 전지의 조립 공정을 도시한다. 우선, 상자 형상 용기(12)의 플랜지부(13) 상에, 전극막 구조체(10)를 적층한다(도 5A, 도 5B). 전극막 구조체(10) 상으로부터 커버 플레이트(15)를 덮는다(도 5C, 도 5D). 다음에, 커버 플레이트의 주연부(15b)를 절곡하고 플랜지부(13)의 배면에 밀착시킨다(도 5E).
또한, 커버 플레이트(15)의 주연부를 절곡하는 단계에 대해서는 상기의 예와 같이 커버 플레이트(15)를 전극막 구조체(10) 및 상자 형상 용기(12)에 대해서 위치를 맞춘 후에 주연부를 절곡하는 것도, 또는 커버 플레이트(15)의 주연부를 미리 절곡해 두고, 그 부분에 전극막 구조체(10) 및 상자 형상 용기(12)의 플랜지부(13)를 삽입하는 것도 가능하다. 전자의 경우에는 주연부를 절곡하는 단계와 주연부를 코킹하는 단계를 연속하여 실시할 수 있다. 후자의 경우에는 전극막 구조체(10) 및 상자 형상 용기(12)의 플랜지부(13)를 삽입한 후, 주연부를 코킹함으로써 플랜지부(13)의 전면을 전극막 구조체(10)에 대해서 밀착시킬 필요가 있다.
도 6에 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예의 사시도를 도시한다. 상기 예에서는 플랜지부(13)의 배면(도면에서는 하면)과, 절곡된 커버 플레이트의 주연부(15c) 사이에 간극이 설치되어 있다. 상기 간극에는 쐐기(17a)를 삽입함으로써 플랜지부(13)의 전면을 전극막 구조체(10)에 대해서 밀착시킬 수 있다.
도 7A 내지 도 7D에, 상기 연료 전지의 조립 공정을 도시한다. 우선, 커버 플레이트의 주연부(15c)를 미리 절곡해 둔다(도 7A). 상자 형상 용기(12)의 플랜지부(13) 상에 전극막 구조체(10)를 적층한 후, 커버 플레이트(15)를 상자 형상 용기(12)의 단면측으로부터 가로 방향으로 슬라이드시키고, 플랜지부(13) 및 전극막 구조체(10) 상에 장착한다(도 7A, 도 7B). 이어서, 플랜지부(13)의 배면과 커버 플레이트의 주연부(15c) 사이의 간극에, 상자 형상 용기(12)의 한쪽의 단면으로부터, 쐐기(17b)를 삽입한다(도 7C). 또한, 상기 간극에, 상자 형상 용기(12)의 다른 한쪽의 단면으로부터 쐐기(17a)를 삽입한다(도 7D).
도 8A~도 8D에 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예를 도시한다. 도 8A는 상면측(커버 플레이트측)에서 본 사시도, 도 8B는 사시 단면도, 도 8C는 저면측(연료 탱크측)에서 본 사시도, 도 8D는 조부의 상세 형상을 도시한 사시 부분 단면도,
상기 예에서는 앞의 예와는 달리, 연료 탱크(11)는 플랜지가 없는 상자 형상 용기(22)로 구성되어 있다. 전극막 구조체(10)의 평면 형상은 직사각형이고, 상자 형상 용기(22)의 외주의 형상도 전극막 구조체(10)와 동일한 크기의 직사각형이다. 커버 플레이트(25)의 주연부에는 복수의 조부(26)가 설치되어 있다. 이들 조부(26)는 상기 직사각형의 4변에 대응하는 커버 플레이트(25)의 4변의 각각에 설치되어 있다. 이들의 조부(26)를 절곡하여, 전극막 구조체(10) 및 상자 형상 용기(22)를 끼움으로써, 상자 형상 용기(22)가 전극막 구조체(10)에 대해서 고정된다.
도 9A~도 9D에, 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예를 도시한다. 상기 예는 도 8A~도 8D에 도시한 형태를 일부 변형시킨 것이다. 상기 예에서는 상자 형상 용기(22)의 저면에 외주를 따라서 홈(27)이 형성되어 있다. 상기 홈(27)은 조부(26)를 코킹할 때의 작업성을 향상시키기 위해 설치되어 있다.
도 10A~도 10D에, 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예를 도시한다. 상기 예도, 도 8A~도 8D에 도시한 형태를 일부 변형시킨 것이다. 상기 예에서는 상자 형상 용기(22)의 저면의 주연부에 복수의 오목부(28a)가 형성되어 있다. 각 오목부(28a)는 전술한 직사각형의 4변에 대응하는 커버 플레이트(25)의 4변에, 각 조부(26)에 각각 대응하여 설치되어 있다. 오목부(28a)의 폭 및 깊이는 조부(26)의 폭 및 두께와 거의 동등하다. 이에 의해, 조부(26)를 절곡했을 때, 조부(26)의 선단 부분이 상자 형상 용기(22)의 저면과 동일한 평면상에 정리하여, 상자 형상 용기(22)의 저면으로부터 돌출되지 않는다.
도 11A~도 11D에, 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예를 도시한다. 상기 예는 도 10A~도 10D에 도시한 형태를 더욱 변형시킨 것이다. 상기 예에서는 상자 형상 용기(22)의 저면의 주연부에 복수의 오목부(28b)가 형성되어 있다. 각 오목부(28b)는 전술한 직사각형의 4변에 대응하는 커버 플레이트(25)의 4변에, 각 조부(26)에 각각 대응하여 설치되어 있다. 오목부(28b)의 폭은 조부(26)의 폭에 거의 동등하고, 오목부(28b)의 깊이는 조부(26)의 두께 보다도 크다. 이에 의해, 조부(26)를 절곡했을 때, 조부(26)의 선단 부분이 오목부(28b) 중에 가려져, 상자 형상 용기(22)의 저면으로부터 돌출되지 않는다.
도 12A~도 12D에 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예를 도시한다. 상기 예는 도 8A~도 8D에 도시한 형태를 일부 변형한 것이다. 상기 예에서는 상자 형상 용기(22)의 저면의 주연부에, 네 모퉁이를 제외하고 단차부(28c)가 형성되어 있다. 각 단차부(28c)의 깊이는 조부(26)의 두께보다도 크다. 이에 의해, 조 부(26)를 절곡했을 때, 조부(26)의 선단 부분이 단차부(28c) 중에 가려져 상자 형상 용기(22)의 저면으로부터 돌출되지 않는다.
도 13A~도 13D에 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예를 도시한다. 상기 예는 도 10A~도 10D에 도시한 형태를 일부 변형시킨 것이다. 상자 형상 용기(22)의 저면의 주연부에 복수의 오목부가 형성되어 있다. 각 오목부의 바닥은 2단으로 되어 있고 바로 앞쪽(외주에 가까운 측)의 오목부(28d)의 깊이는 조부(26)의 두께와 거의 동등하고, 내측 오목부(28e)의 깊이는 바로 앞쪽의 오목부(28d)의 깊이 보다도 깊다. 커버 플레이트(25)를 전극막 구조체(10) 및 상자 형상 용기(22)에 부착할 때, 조부(26)를 우선 바로 앞쪽의 오목부(28d)를 따라서 절곡하고, 이어서 더욱 내측의 오목부(28e) 내를 향하여 J자형으로 절곡한다. 이에 의해, 조부(26)를 절곡시켰을 때, 조부(26)가 상자 형상 용기(22)의 저면으로부터 돌출되지 않는다. 그에 추가하여 조부(26)의 선단이 내측의 오목부(28e)에 걸어 맞추어지므로, 조부(26)가 오목부(28d, 28e)에 단단하게 고정된다.
도 14A~도 14D에, 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예를 도시한다. 상기 예는 도 9A~도 9D에 도시한 형태를 일부 변형한 것이다. 상자 형상 용기(22)의 저면에 외주를 따라서, 네 모퉁이를 제외하고 단차부(28f)가 형성되고, 또한 단차부(28f)내에 홈부(28g)가 형성되어 있다. 각 단차부(28f)의 깊이는 조부(26)의 두께와 거의 동등하다. 커버 플레이트(25)를 전극막 구조체(10) 및 상자 형상 용기(22)에 부착할 때, 조부(26)를 우선 바로 앞쪽의 단차부(28f)를 따라서 절곡하고, 이어서 또한 내측의 홈부(28g) 내를 향하여 J자형으로 절곡한다. 이에 의해, 조부(26)를 절곡했을 때, 조부(26)의 선단 부분이 상자 형상 용기(22)의 저면으로부터 돌출되지 않는다. 그에 추가하여 조부(26)의 선단이 홈부(28g)에 걸어 맞추어지므로, 조부(26)가 단차부(28f) 및 홈부(28g)에 단단하게 고정된다.
도 15A~도 15D에 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예를 도시한다. 도 15A는 상면측(커버 플레이트측)에서 본 사시도, 도 15B는 사시 단면도, 도 15C는 저면측(연료 탱크측)에서 본 사시도, 도 15D는 커버 플레이트의 주연부의 상세 형상을 도시한 사시 부분 단면도이다.
상기 예에서도 연료 탱크(11)는 플랜지가 없는 상자 형상 용기(22)로 구성되어 있다. 전극막 구조체(10)의 평면 형상은 직사각형이고 상자 형상 용기(22)의 외주의 형상도 전극막 구조체(10)와 동일한 크기의 직사각형이다. 커버 플레이트(25)는 네 모퉁이를 제외하고, 그 주연부(25a, 25b)가 외측으로 연장되어 있다. 상기 직사각형의 4변에서 커버 플레이트(25)의 주연부(25a, 25b)가 전극막 구조체(10) 및 상자 형상 용기(22)를 끼우도록 절곡되고, 그에 의해 상자 형상 용기(22)가 전극막 구조체(10)에 대해서 고정된다. 이 경우에도 커버 플레이트(25)의 주연부(25a, 25b)를 절곡하여 코킹함으로써, 상자 형상 용기(22)의 개구단을 전극막 구조체(10)에 대해서 밀착시킬 수 있다.
또한, 상기 예에서는 상자 용기(22)의 저면의 주연부에, 네 모퉁이를 제외하고 단차부(29a)가 형성되어 있다. 각 단차부(29a)의 깊이는 커버 플레이트(25)의 주연부(25a, 25b)의 두께와 거의 동등하다. 이에 의해, 주연부(25a, 25b)를 절곡했을 때, 주연부(25a, 25b)의 선단부분이 상자 형상 용기(22)의 저면과 동일한 평 면상으로 정리되고, 상자 형상 용기(22)의 저면으로부터 돌출되지 않는다.
도 16A~도 16D에 본 발명에 기초하는 연료 전지의 다른 예를 도시한다. 상기 예는 도 15A~도 15D에 도시한 형태를 더욱 변형시킨 것이다. 상기 예에서도 상자 형상 용기(22)의 저면의 주연부에, 네 모퉁이를 제외하고 단차부(29b)가 형성되어 있다. 각 단차부(29b)의 깊이는 커버 플레이트(25)의 주연부(25a, 25b)의 두께 보다도 크다. 이에 의해, 주연부(25a, 25b)를 절곡했을 때, 주연부(25a, 25b)의 선단 부분이 단차부(29b) 안에 가려지고, 상자 형상 용기(22)의 저면으로부터 돌출되지 않는다.
도 17A~도 17C에 본 발명에 기초하는 연료 전지에서의 커버 플레이트의 형상의 다른 예를 도시한다. 상기 예는 도 14A~도 14D에 도시한 형태를 일부 변형시킨 것이다. 상자 형상 용기(22)의 저면에 외주를 따라서 네 모퉁이를 제외하고 단차부(29c)가 형성되고, 또한 단차부(29c)의 안에 홈부(29d)가 형성되어 있다. 각 단차부(29c)의 깊이는 조부(26a)의 두께와 거의 동등하다. 상기 예에서는 조부(26a)의 선단 근방에서, 조부(26a)의 양 옆에 노치부(26b)가 설치되어 있다. 조부(26a)를 단차부(29c)를 따라서 절곡할 때, 이들 노치부(26b)에 의해 접는 부분의 위치가 규정된다. 이에 의해 절곡시의 작업성이 개선된다.
또한, 액체 연료 탱크에 수용되는 액체 연료는 반드시 메탄올 연료에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 에탄올 수용액이나 순에탄올 등의 에탄올 연료, 프로판올 수용액이나 순프로판올 등의 프로판올 연료, 글리콜 수용액이나 순글리콜 등의 글리콜 연료, 디메틸에테르, 포름산, 또는 그 밖의 액체 연료이어도 좋다. 어느 쪽이든 연료 전지에 맞는 액체 연료가 수용된다.

Claims (13)

  1. 연료 전지에 있어서,
    고체 전해질막, 고체 전해질막의 한쪽면에 적층된 연료극 및 고체 전해질막의 다른쪽면에 적층된 공기극을 갖는 전극막 구조체와,
    연료극의 배면측에 배치되고, 액체 연료를 저장하고 액체 연료를 연료극에 공급하는 연료 탱크와,
    공기극의 배면측에 배치된 커버 플레이트를 구비하고,
    상기 연료 탱크는 상자 형상 용기로 구성되고, 상기 상자 형상 용기는, 전극막 구조체를 마주보는 측의 면에 개구부가 설치되고, 또한 상기 개구부의 가장자리에 전극막 구조체에 대해서 평행으로 또한 외측으로 연장되는 플랜지부를 구비하고,
    상기 커버 플레이트의 주연부를, 전극막 구조체의 외주, 상기 플랜지부의 외주 및 배면 주연부를 따라서 절곡하고, 전극막 구조체 및 상기 플랜지를 상기 커버 플레이트의 주연부로 끼움으로써, 상기 상자 형상 용기가 전극막 구조체에 대해서 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극막 구조체의 평면 형상은 직사각형이고, 상기 상자 형상 용기의 플랜지부의 외주의 형상은 상기 전극막 구조체와 동일한 크기의 직사각형이고, 상기 커버 플레이트의 주연부는 상기 직사각형의 4변을 끼우도록 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극막 구조체의 평면 형상은 직사각형이고, 상기 상자 형상 용기의 플랜지부의 외주의 형상은 상기 전극막 구조체와 동일한 크기의 직사각형이고, 상기 커버 플레이트의 주연부는 상기 직사각형의 서로 대향하는 2변을 끼우도록 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버 플레이트는 그 주연부에 복수의 조부가 설치되고, 이들 조부를 절곡함으로써 상기 상자 형상 용기가 전극막 구조체에 대해서 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  5. 연료 전지에 있어서,
    고체 전해질막, 고체 전해질막의 한쪽면에 적층된 연료극 및 고체 전해질막의 다른쪽면에 적층된 공기극을 갖는 것을 특징으로 하는 전극막 구조체,
    연료극의 배면측에 배치되고 액체 연료를 저장하고, 액체 연료를 연료극에 공급하는 연료 탱크, 및
    공기극의 배면측에 배치된 커버 플레이트를 구비하고,
    상기 연료 탱크는 전극막 구조체를 마주보는 측의 면에 개구부가 설치된 상자 형상 용기로 구성되고,
    상기 커버 플레이트의 주연부를, 전극막 구조체의 외주, 상기 상자 형상 용기의 외주 및 저면 주연부를 따라서 절곡하고, 전극막 구조체 및 상기 상자 용기를 상기 커버 플레이트의 주연부로 끼움으로써, 상기 상자 형상 용기가 전극막 구조체에 대해서 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전극막 구조체의 평면 형상은 직사각형이고, 상기 상자 형상 용기의 외주의 형상은 상기 전극막 구조체와 동일한 크기의 직사각형이고, 상기 커버 플레이트의 주연부는 상기 직사각형의 4변을 끼우도록 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 전극막 구조체의 평면 형상은 직사각형이고, 상기 상자 형상 용기의 외주의 형상은 상기 전극막 구조체와 동일한 크기의 직사각형이고, 상기 커버 플레이트의 주연부는 상기 직사각형의 서로 대향하는 2변을 끼우도록 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 커버 플레이트는 그 주연부에 복수의 조부가 설치되고, 이들 조부를 절곡함으로써, 상기 상자 형상 용기가 전극막 구조체에 대해서 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 상자 형상 용기의 저면 주연부에 복수의 오목부가 상기 복수의 조부에 대응하여 설치되고, 각 조부의 선단 부분이 각 오목부 중에 수용됨으로써, 선단 부분이 상기 상자 형상 용기의 저면으로부터 돌출되지 않도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 오목부의 깊이가 상기 조부의 선단 부분의 두께와 동등하고, 그에 따라서 선단 부분의 표면이 상기 상자 형상 용기의 저면과 한면으로 정리되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 커버 플레이트는 그 네 모퉁이를 제외하고 그 주연부에 연장부가 설치되고, 상기 연장부를 절곡함으로써 상기 상자 형상 용기가 전극막 구조체에 대해서 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 상자 형상 용기의 저면 주연부에 단차부가 상기 연장부에 대응하여 설치되고, 각 연장부의 선단 부분이 각 단차부 내에 수용됨으로써, 선단 부분이 상기 상자 형상 용기의 저면으로부터 돌출되지 않도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 단차부의 깊이가 상기 연장부의 선단 부분의 두께와 동등하고, 그에 의해 선단 부분의 표면이 상기 상자 형상 용기의 저면과 한면으로 정리되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
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