特開 2024-35471 発電モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024035471

(43)【公開日】2024-03-14

(54)【発明の名称】発電モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/1004 20160101AFI20240307BHJP

   H01M 8/1009 20160101ALI20240307BHJP

   H01M 8/02 20160101ALN20240307BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20240307BHJP

   H01M 8/0206 20160101ALN20240307BHJP

   H01M 8/0273 20160101ALN20240307BHJP

【ＦＩ】

H01M8/1004

H01M8/1009

H01M8/02

H01M8/10 101

H01M8/0206

H01M8/0273

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022139945

(22)【出願日】2022-09-02

(71)【出願人】

【識別番号】507294395

【氏名又は名称】株式会社ホクシンエレクトロニクス

(74)【代理人】

【識別番号】100155882

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100154678

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 博子

(72)【発明者】

【氏名】田中 義克

(72)【発明者】

【氏名】貝塚 洋

(72)【発明者】

【氏名】宇野 宏志

(72)【発明者】

【氏名】田村 雅史

【テーマコード（参考）】

5H126

【Ｆターム（参考）】

5H126AA02

5H126BB06

5H126JJ01

5H126JJ03

(57)【要約】

【課題】赤外線を利用することにより効率的な発電が可能であるとともに、コスト削減を可能とする発電モジュールを提供する。
【解決手段】第１ケーシング１１と第２ケーシング１２とを嵌合することによってその内部に空隙１８を形成し、発電部２を設ける。第１ケーシング１１及び第２ケーシング１２には第１赤外線透過層１３及び第２赤外線透過層１４を備える。発電部２は、ひとつの発電ユニット２０として一対の高分子電解質膜２１と、高分子電解質膜２１の内側にそれぞれ隣接する絶縁性の第１スペーサ２２と、第１スペーサ２２の内側にそれぞれ隣接する絶縁性の第２スペーサ２３と、第１スペーサ２２及び第２スペーサ２３間に配置されマイナス端子に接続されるマイナスリード線２４と、第２スペーサ２３間に配置されてプラス端子に接続されるプラスリード線２５と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケーシングと、前記ケーシング内に位置するとともに溶液が充填された発電部と、を備える発電モジュールであって、
前記発電部は、一対の高分子電解質膜と、
前記高分子電解質膜の内側にそれぞれ隣接する絶縁性の第１スペーサと、
前記第１スペーサの内側にそれぞれ隣接する絶縁性の第２スペーサと、
前記第１スペーサ及び前記第２スペーサ間に配置されマイナス端子に接続されるマイナスリード線と、
前記第２スペーサ間に配置されてプラス端子に接続されるプラスリード線と、を備え、
前記ケーシングには、前記発電部に対して赤外線を透過可能な赤外線透過層を備えることを特徴とする発電モジュール。

【請求項2】

前記第１スペーサ及び前記第２スペーサは、メッシュ材料によって構成されることを特徴とする請求項１記載の発電モジュール。

【請求項3】

前記第１スペーサの厚さと前記マイナスリード線の直径との和が０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の発電モジュール。

【請求項4】

前記第１スペーサの厚さ、前記第２スペーサの厚さ及び前記プラスリード線の直径和が０．１ｍｍよりも大きいことを特徴とする請求項１記載の発電モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、発電モジュールに関するものであり、特に溶液に浸潤させた高分子電解質膜を用いた発電モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の発電モジュールとして、一対の基板の間に電極・電解質一体化物を備えるものがあった。
特に特許文献１によれば、正極、負極、固体電解質膜を積層して一体化し、これら一体化物には液体燃料が浸潤される。液体燃料として、メタノール水溶液、エタノール水溶液を用いることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－２７３２６５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような従来の発電モジュールによれば、液体燃料として特別にメタノール水溶液等を用意しなければならず、可燃性を有するためその取扱いも容易ではない。さらに、液体燃料を補充するための液体燃料貯蔵部が別途必要であり、その分構造が複雑になりコストも増大してしまうという問題があった。

【0005】

この発明は、赤外線を利用することにより効率的な発電が可能であるとともに、コスト削減を可能とする発電モジュールを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この発明は、ケーシングと、前記ケーシング内に位置するとともに溶液が充填された発電部と、を備える発電モジュールであって、前記発電部は、一対の高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜の内側にそれぞれ隣接する絶縁性の第１スペーサと、前記第１スペーサの内側にそれぞれ隣接する絶縁性の第２スペーサと、前記第１スペーサ及び前記第２スペーサ間に配置されマイナス端子に接続されるマイナスリード線と、前記第２スペーサ間に配置されてプラス端子に接続されるプラスリード線と、を備え、前記ケーシングには、前記発電部に対して赤外線を透過可能な赤外線透過層を備えることを特徴とする。
この発明によれば、赤外線を利用することにより発電効率を向上させることができ、複雑な構成を要しないのでコスト低減が可能となる。

【0007】

前記第１スペーサ及び第２スペーサは、メッシュ材料によって構成されることを特徴とする。
メッシュ材料を用いることにより発電部全体に溶液を浸潤させることができる。

【0008】

前記第１スペーサの厚さと前記マイナスリード線の直径との和が０．１ｍｍ以下であることを特徴とする。
高分子電解質膜から０．１ｍｍ以内に形成される陰イオン発生領域に確実にマイナスリード線を配置することができる。

【0009】

前記第１スペーサの厚さ、第２スペーサの厚さ及び前記プラスリード線の直径和が０．１ｍｍよりも大きいことを特徴とする。
陰イオン発生領域を避けて陽イオン発生領域に確実にプラスリード線を配置することができる。

【発明の効果】

【0010】

この発明に係る発電モジュールによれば、赤外線を利用することにより発電効率を向上させることができ、複雑な構成を要しないのでコスト低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】発電モジュールの分解斜視図。

【図2】発電モジュール正面図であっての第２ケーシングを外した状態の図。

【図3】発電モジュールの断面の概要図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（発電モジュールＭ）
この発明の一実施形態である発電モジュールＭは、縦方向Ｙ及び横方向Ｘを有する略矩形であり、ケーシング１と、ケーシング１内に位置する発電部２とを備える。
図１はこの発明の発電モジュールＭの分解斜視図であるが、マイナスリード線２４及びプラスリード線２５の端部は省略している。図２は発電モジュールＭの正面図であるが、構成の一部である第２ケーシング１２及び第２赤外線透過層１４を外してその内側が見えるようにした図である。図３は発電モジュールＭを横方向Ｘに平行に切断した断面図であり、説明のために一部を省略するとともに、その積層状態を概念的に示したものである。図３において各層の厚さなどは実際のものとは異なる。

【0013】

（ケーシング１）
ケーシング１は、第１ケーシング１１と第２ケーシング１２とを有し、これらを嵌合することによってその内部に空隙を形成し、発電部２を設けることができる。第１ケーシング１１及び第２ケーシング１２は、少なくともその一部に第１赤外線透過層１３及び第２赤外線透過層１４をそれぞれ備える。この実施形態において、第１ケーシング１１及び第２ケーシング１２の略中央部にその厚さ方向に貫通する第１開口１１ａ及び第２開口１２ａを形成し、これら第１開口１１ａ及び第２開口１２ａに第１赤外線透過層１３及び第２赤外線透過層１４を水密に嵌合する。

【0014】

第１ケーシング１１及び第２ケーシング１２として絶縁性材料を用い、例えばプラスチック樹脂等を用いることができる。第１赤外線透過層１３及び第２赤外線透過層１４は、少なくともその外部から内部に向かって赤外線を透過可能であって、例えば赤外線透過ガラスや赤外線透過プラスチックなどを用いることができる。

【0015】

第１赤外線透過層１３の周囲には、第１ケーシング１１の表面側から裏面側へと突起する周壁１５を備え、周壁１５の上端と第２ケーシング１２が当接することによってその内部を発電部２が設置可能な空隙１８とすることができる。周壁１５の上端と第２ケーシング１２とは水密に当接するようにしている。空隙１８の外側、すなわち周壁１５の外側には後述するリード線を巻回可能なマイナス端子１６ａ及びプラス端子１６ｂが設けられる。周壁１５のマイナス端子１６a及びプラス端子１６ｂ近傍にはこれらに対応するノッチ１９がそれぞれ形成される。

【0016】

第１ケーシング１１の空隙１８内には、マイナスリード線２４及びプラスリード線２５をそれぞれ巻回可能な突起が設けられる。周壁１５の内側であって図２の下方すなわちノッチ１９側に位置する第１突起１７ａと、第１突起１７ａに対向し図２の上方に位置する第２突起１７ｂとを備える。これら第１突起１７ａ及び第２突起１７ｂ間でリード線を縦方向Ｙに沿って空隙１８内において往復設置することによって、空隙１８外へリード線が延出するのを最小限に抑えることができ、その分空隙１８内から外へと溶液が滲出するのを予防することができる。

【0017】

（発電部２）
第１ケーシング１１と第２ケーシング１２との間に設けられた空隙１８には発電部２が形成される。発電部２は、ひとつの発電ユニット２０として一対の高分子電解質膜２１と、高分子電解質膜２１の内側にそれぞれ隣接する絶縁性の第１スペーサ２２と、第１スペーサ２２の内側にそれぞれ隣接する絶縁性の第２スペーサ２３と、第１スペーサ２２及び第２スペーサ２３間に配置されマイナス端子１６ａに接続されるマイナスリード線２４と、第２スペーサ２３間に配置されてプラス端子１６ｂに接続されるプラスリード線２５と、を備える。この実施形態において発電ユニット２０を２つ積層する。なお、二つの発電ユニット２０間で隣接する高分子電解質膜２１は、一方が他方を兼ねている。第１スペーサ２２は、高分子電解質膜２１とマイナスリード線２４との離間距離を担保し、第２スペーサ２３は、マイナスリード線２４とプラスリード線２５との離間を担保するものである。

【0018】

高分子電解質膜２１として、例えばパーフルオロカーボン材料からなるナフィオン（商標：デュポン(DuPont)社）を用いることができるが、電解質膜としての機能を発揮するものであれば、これに限定されるものではない。第１スペーサ２２及び第２スペーサ２３として、例えばナイロンメッシュを用いることができるが、各離間寸法を確保することができれば種々の材料を用いることができる。またマイナスリード線２４及びプラスリード線２５として、例えば白金線を用いることができる。
この実施形態において、高分子電解質膜２１の厚さは約０．１４ｍｍ、第１スペーサ２２の厚さは約０．０６ｍｍ、第２スペーサ２３の厚さは約０．２ｍｍ、マイナスリード線２４及びプラスリード線２５の直径は約０．０３ｍｍとしている。

【0019】

上記のような構成の発電モジュールＭにおいて空隙１８には溶液として水を充填している。より詳細には超純水を用いる。この実施形態において空隙１８は発電部２の設置領域であるとともに溶液の貯蔵部として用いることができる。

【0020】

このような構成において、発電部２の高分子電解質膜２１の第１スペーサ２２に対向する面では陰イオン（Ｈ３Ｏ２－）が発生する陰イオン発生領域とり、陰イオン発生領域は約０．１ｍｍであるとされる。陰イオン発生領域の間、すなわち発電ユニットの中心近傍である一対の第２スペーサ２３間近傍が陽イオン（Ｈ３Ｏ＋）が発生する陽イオン発生領域となる。

【0021】

マイナスリード線２４は、第１スペーサ２２を介して高分子電解質膜２１に積層される。第１スペーサ２２の厚さは約０．０６ｍｍ、マイナスリード線２４は直径約０．０３ｍｍであるから、高分子電解質膜２１からマイナスリード線２４までの距離は約０．０９ｍｍである。そうすると、マイナスリード線２４は高分子電解質膜２１から約０．１ｍｍの陰イオン発生領域内に位置する。プラスリード線２５は、第１スペーサ２２及び第２スペーサ２３を介して高分子電解質膜２１に積層される。第１スペーサ２２の厚さは約０．０６ｍｍ、第２スペーサ２３の厚さは約０．２ｍｍ、プラスリード線２５の直径は約０．０３ｍｍであるので、高分子電解質膜２１からプラスリード線２５までの距離は約０．２６ｍｍである。そうすると、プラスリード線２５は陽イオン発生領域内に位置する。このように陰イオン発生領域に位置するマイナスリード線２４及び陽イオン発生領域に位置するプラスリード線２５によって発電部２において電圧を発生させることができる。

【0022】

上記のような発電部２は第１赤外線透過層１３及び第２赤外線透過層１４の両方、又はいずれか一方を介して赤外線が照射可能とされる。赤外線が照射されることによって、発電部２の溶液における水分子を振動させることができ、陰イオン発生領域において持続的な陰イオン（Ｈ３Ｏ２-）の発生を可能とすることができる。持続的に陰イオンを発生させることによって発電量を増大させることができる。このように発電された電圧はマイナス端子１６ａ及びプラス端子１６ｂを集電部として集電可能である。

【0023】

このような発電モジュールＭによれば、簡単な構成で効率よく発電することができる。また溶液として水を用いることができ、特別な溶液を必要としないので装置全体のコストを低減することができる。さらに、赤外線を照射することによって発電効率を向上させることができ、太陽光による赤外線を利用することで地球環境に対して負荷の少ないエネルギーを得ることができる。

【符号の説明】

【0024】

１ ：ケーシング
２ ：発電部
１１ ：第１ケーシング
１１ａ ：第１開口
１２ ：第２ケーシング
１２ａ ：第２開口
１３ ：第１赤外線透過層
１４ ：第２赤外線透過層
１５ ：周壁
１６ａ ：マイナス端子
１６ｂ ：プラス端子
１７ａ ：第１突起
１７ｂ ：第２突起
１８ ：空隙
２０ ：発電ユニット
２１ ：高分子電解質膜
２２ ：第１スペーサ
２３ ：第２スペーサ
２４ ：マイナスリード線
２５ ：プラスリード線
Ｍ ：発電モジュール

【図1】

【図2】

【図3】