特許 7544395 燃料電池装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-26

(45)【発行日】2024-09-03

(54)【発明の名称】燃料電池装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0258 20160101AFI20240827BHJP

   H01M 8/2475 20160101ALI20240827BHJP

   H01M 8/2485 20160101ALI20240827BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20240827BHJP

【ＦＩ】

H01M8/0258

H01M8/2475

H01M8/2485

H01M8/10 101

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022149247

(22)【出願日】2022-09-20

(65)【公開番号】P2023063235

(43)【公開日】2023-05-09

【審査請求日】2022-09-20

(31)【優先権主張番号】110139298

(32)【優先日】2021-10-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】522371880

【氏名又は名称】ホー ヨン ション

(74)【代理人】

【識別番号】110001416

【氏名又は名称】弁理士法人信栄事務所

(72)【発明者】

【氏名】ホー ヨン ション

(72)【発明者】

【氏名】ホー チュン イー

【審査官】山本 雄一

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－２５４４２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６２９６９６４（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特表２００２－５３０８１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１１４３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２５３３５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／００－ ８／０２９７

Ｈ０１Ｍ ８／０８－ ８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部空間を囲んで画成するハウジング本体と、該内部空間に連通し、且つ、それぞれ水素気体及び酸素気体を取り込むのに用いる２つの通気管と、該内部空間に連通し、且つ、液体の排出に用いる排水管と、を含むハウジングと、
該内部空間内に設置される通路板と、
該内部空間内における前記通路板の一面側において、互いに間隔を置いて重なるように配置される２枚の電極プレートと、
該内部空間内における前記２枚の電極プレートの間に挟まれる陽イオン交換膜と、を備える燃料電池装置であって、
前記通路板は、第１の軸線方向において間隔を置く２つのグループに分けられる複数の平板部と、該２つのグループの平板部の間に介在する複数の斜板部と、からなり、
各前記平板部はいずれも前記第１の軸線方向に略直交する第２の軸線方向に沿って延伸し、且つ、前記第２の軸線方向において間隔を置くように形成された複数の貫通孔が形成されており、また、同一のグループに属する前記平板部は、前記第１の軸線方向及び前記第２の軸線方向の両方に略直交する第３の軸線方向に沿って並んでいると共に、同一のグループに属する前記平板部同士の間に隙間が介在しており、
各前記斜板部はいずれも前記第２の軸線方向に沿って延伸すると共に、前記第３の軸線方向における両端部が、異なるグループに属する２つの前記平板部にそれぞれ鋭角を成して連続するように、該２つの前記平板部の間に介在しており、
２つの前記斜板部と、該２つの前記斜板部の両方に連続する１つの前記平板部とにより、前記第２の軸線方向に沿って延伸し、且つ、前記隙間に連通する排水通路が複数画成されることを特徴とする燃料電池装置。

【請求項2】

前記通路板は、折り畳まれた一枚の板体により形成されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。

【請求項3】

各前記電極プレートは、いずれも前記陽イオン交換膜に隣接する反応部と、該反応部から外側へ突起延伸する端子部とを有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。

【請求項4】

各前記電極プレートには、該電極プレートの一面側から該一面側の反対側まで貫通する多数の微小孔が形成されていることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池装置。

【請求項5】

前記電極プレートに形成される前記微小孔の口径は０．０１ｍｍ～０．０２ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池装置。

【請求項6】

前記内部空間内の前記通路板に、
前記通路板を受け入れる嵌込スロットが形成されて前記通路板が装着される接続面と、
前記接続面の反対側にあって前記通気管に連通するバッファー槽が形成されている外側面を有する上、
前記接続面側から前記外側面まで貫通して前記排水通路と前記バッファー槽とを連通させる複数の空気進入孔が形成されている導流ブロックが装着されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池装置。

【請求項7】

前記導流ブロックは、水素もしくは酸素との化学反応が発生しない材料により作成されたことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は電池に関し、特に、燃料電池装置に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池とは、水素燃料と空気の電気化学反応によって水素燃料から電力を取り出すものであり、現在の主流的技術では、例えば特許文献１に記載されるように、陽イオン交換膜を用い、プラス電極に供給される水素気体から生成される水素イオンがマイナス電極からの酸素イオンと結合して水を生成する化学反応により、電気を取り出す。このように、燃料電池では発電と共に水を生成し続けるので、燃料電池が安定して可動し続けるためには、水素イオンと酸素イオンの安定な供給を確保すると共に、生成される水を排出し続けなければならない。

【0003】

従って、現在の燃料電池はプラス／マイナス電極として利用される電極板に、生成した水を排出するのに用いられる排水通路を形成する。しかし、全体の発電量を高めるために多数の燃料電池を集中的に配置する場合、各構成の間で干渉が生じて電極と陽イオン交換膜との接触が不十分だったり、生成される水を安定に排出できなかったりなどの問題が発生しやすい。

【0004】

従って、生成される水を如何に安定に且つ確実に排出するかが、業界では極めて重要視されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】台湾特許出願公開第２０１１０４９４６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記問題点に鑑みて、本発明は電気を取り出すと共に生成される水を安定に且つ確実に排出する目的を達成できる燃料電池装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成すべく、本発明は、内部空間を囲んで画成するハウジング本体と、該内部空間に連通し、且つ、それぞれ水素気体及び酸素気体を取り込むのに用いる２つの通気管と、該内部空間に連通し、且つ、液体の排出に用いる排水管と、を含むハウジングと、
該内部空間内に設置される通路板と、
該内部空間内における前記通路板の一面側において、互いに間隔を置いて重なるように配置される２枚の電極プレートと、
該内部空間内における前記２枚の電極プレートの間に挟まれる陽イオン交換膜と、を備える燃料電池装置であって、
前記通路板は、第１の軸線方向において間隔を置く２つのグループに分けられる複数の平板部と、該２つのグループの平板部の間に介在する複数の斜板部と、からなり、
各前記平板部はいずれも前記第１の軸線方向に略直交する第２の軸線方向に沿って延伸し、且つ、前記第２の軸線方向において間隔を置くように形成された複数の貫通孔が形成されており、また、同一のグループに属する前記平板部は、前記第１の軸線方向及び前記第２の軸線方向の両方に略直交する第３の軸線方向に沿って並んでいると共に、同一のグループに属する前記平板部同士の間に、各前記平板部の前記第３の軸線方向における幅より狭い隙間が介在しており、
各前記斜板部はいずれも前記第２の軸線方向に沿って延伸すると共に、前記第３の軸線方向方向における両端部が、異なるグループに属する２つの前記平板部にそれぞれ連続するように、該２つの前記平板部の間に介在しており、
これにより、２つの前記斜板部と、該２つの前記斜板部の両方に連続する１つの前記平板部とにより、前記第２の軸線方向に沿って延伸し、且つ、前記隙間に連通する排水通路が複数画成されることを特徴とする燃料電池装置を提供する。

【発明の効果】

【0008】

上記構成により、本発明の燃料電池装置は、電極プレートが接触する通路板を用いて排水通路を形成する際、同一のグループに属する平板部同士の間に、各平板部の第３の軸線方向における幅より狭い隙間が形成されるので、各斜板部は連続する平板部と鋭角を成すようになり、これにより通路板は第１の軸線方向に沿って伸縮可能になって、例えば複数の燃料電池装置を第１の軸線方向において重ねて集中利用する状況において、他の燃料電池装置からの重量を受けていても、伸縮可能になっている通路板に形成される排水通路の開口はこれによって塞がることはないので、電気を取り出すと共に生成される水を安定に且つ確実に排出する目的を達成でき、よって燃料電池の集中配置に適している。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の燃料電池の第１の実施例が示される分解斜視図である。

【図2】複数の基本ユニットを重ねて利用する状態が示される説明図である。

【図3】第１の実施例における通路板の構成が示される一部拡大側面図である。

【図4】第１の実施例における通路板の構成が示される一部拡大上面図である。

【図5】通路板が外力を受けて変形する様子が示される説明図である。

【図6】２つの電極プレート及び陽イオン交換膜から生成される水が通路板を経由して排出される様子が示される説明図である。

【図7】本発明の燃料電池の第２の実施例が示される分解斜視図である。

【図8】通路板と導流ブロックの構成が示される一部斜視図である。

【図9】通路板と導流ブロックとの接続関係が示される断面説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下は図面を参照して本発明の燃料電池の各実施例について詳しく説明する。

【0011】

図１に本発明の燃料電池の第１の実施例が示されており、図示のように、この第１の実施例は、内部空間１００を囲むハウジング１と、内部空間１００に収容される通路板２と２枚の電極プレート３と該２枚の電極プレート３の間に挟まれる陽イオン交換膜４と、を備えるものであり、２枚の電極プレート３は、該内部空間１００内における通路板２の一面側において、互いに間隔を置いて重なるように配置されており、陽イオン交換膜４は該２枚の電極プレート３の間に挟まれる。

【0012】

まず、この第１の実施例では、通路板２と２枚の電極プレート３と該２枚の電極プレート３の間に挟まれる陽イオン交換膜４とからなる１つの基本ユニットを有する構成を例として説明しており、実際に利用する場合は図２に示されるように２つもしくは更に多くの基本ユニットを重ねて利用することで、必要な電気供給量に対応することができ、この実施例のように１つのみの基本ユニットに限られることはない。

【0013】

本発明の燃料電池は、水素気体と酸素気体とを導入し、陽イオン交換膜４を利用して電力及び水を生成するが、この原理に関しては周知の従来技術であるため、詳しい説明を省略する。

【0014】

ハウジング１に関しては、図１に示されるように、内部空間１００を囲んで画成するハウジング本体１０と、該内部空間１００に連通し、且つ、それぞれ水素気体及び酸素気体を取り込むのに用いる２つの通気管１１と、該内部空間１００に連通し、且つ、液体の排出に用いる排水管１２と、を有する。この実施例において、ハウジング本体１０は、蓋部１０１と、蓋部１０１に取り付けられると共に通路板２を囲んで保持する保持枠１０２と、を有するが、本発明において、ハウジング本体１０は通路板２と電極プレート３と陽イオン交換膜４とを収容可能な内部空間１００を囲むことが出来れば、その形状については特に制限はない。そして２つの通気管１１は水素気体と酸素気体の供給元にそれぞれ接続し、そして排水管１２は貯水槽もしくは排水装置に接続する。

【0015】

図１と図３と図４に示されるように、通路板２は、第１の軸線方向Ｌ１において間隔を置く２つのグループに分けられる複数の平板部２１と、該２つのグループの平板部２１の間に介在する複数の斜板部２２と、からなる。

【0016】

各平板部２１はいずれも第１の軸線方向Ｌ１に略直交する第２の軸線方向Ｌ２に沿って延伸し、且つ、第２の軸線方向Ｌ２において間隔を置くように形成された複数の貫通孔２１０が形成されており、また、同一のグループに属する平板部２１は、第１の軸線方向Ｌ１及び第２の軸線方向Ｌ２の両方に略直交する第３の軸線方向Ｌ３に沿って並んでいると共に、同一のグループに属する平板部２１同士の間に隙間２０１が介在し、各斜板部２２はいずれも第２の軸線方向Ｌ２に沿って延伸すると共に、第３の軸線方向Ｌ３方向における両端部が、異なるグループに属する２つの平板部２１にそれぞれ連続するように、該２つの平板部２１の間に介在しており、これにより、２つの斜板部２２と、該２つの斜板部２２の両方に連続する１つの平板部２１とにより、第２の軸線方向Ｌ２に沿って延伸し、且つ、隙間２０１に連通する排水通路２００が複数画成される。

【0017】

なお、通路板２は、外力を受けた際に適度に変形可能な材料により構成することができる。本実施例の燃料電池装置における通路板２は、同一のグループに属する平板部２１同士の間に、各平板部２１の第３の軸線方向Ｌ３における幅より狭い隙間２０１が形成されるので、各斜板部２２は連続する平板部２１と鋭角を成すようになり、これにより通路板２は第１の軸線方向Ｌ１及び第３の軸線方向Ｌ３に沿って伸縮可能な構成になっているので、第１の軸線方向Ｌ１に沿った外力を受ける際に図５に示されるように変形して排水通路２００を維持し続けることができ、そしてたとえこの変形によって隣り合う２つの平板部２１が密接するようになって隙間２０１がなくなっても、気体や水は平板部２１に形成される貫通孔２１０を通過することができる。

【0018】

また、図１にも示されているように、各電極プレート３はいずれも陽イオン交換膜４に接触する反応部３１と、該反応部３１から外側へ突起延伸する端子部３２とを有し、反応部３１には、電極プレート３の一面側から該一面側の反対側まで貫通する多数の微小孔３００が形成されており、各微小孔３００の口径は０.０１ｍｍ～０.０２ｍｍの範囲内にあり、そして０.０１ｍｍであることが好ましい。

【0019】

また、各電極プレート３が有する端子部３２は、反応部３１から内部空間１００の外側まで突起延伸し、それぞれ陽極と陰極として外部の電子装置と接続して電力を提供する構成になっている。

【0020】

図５に示されるように、１つのハウジング１内に複数の基本ユニットを収容する際は、複数の基本ユニットを第１の軸線方向Ｌ１に沿って重ねて配置することができるが、各基本ユニットが有する通路板２は第１の軸線方向Ｌ１に沿った外力を受けるようになる。この際、第３の軸線方向Ｌ３において通路板２の各平板部２１の幅が隙間２０１の幅より広いので、各斜板部２２は平板部２１に対して斜めになり、従って、これらの平板部２１と斜板部２２とが連続する箇所に発生する変形に応じて通路板２全体は第１の軸線方向Ｌ１に沿って伸縮する余裕があり、これによって第３の軸線方向Ｌ３において隣合う２つの平板部２１が互いに接近するようになって隙間２０１が縮まると共に、通路板２の弾性回復力で該外力に対抗するバッファー効果が生成される。また、通路板２の伸縮可能な形状を利用して外力に対抗する際、平板部２１は隣にある電極プレート３を陽イオン交換膜４側に押し付けるので、電極プレート３と陽イオン交換膜４との接触を確実にして、これにより発電の効率を最適化することができる。

【0021】

また、１つのハウジング１内に複数の基本ユニットを収容する際、第１の軸線方向Ｌ１に沿った外力によって隣り合う２つの平板部２１の間の隙間２０１がなくなったとしても、発電に利用される水素気体や酸素気体、あるいは発電と共に生成される水は平板部２１に形成される貫通孔２１０（図１、図４参照）を通過することができるので、電極プレート３と陽イオン交換膜４とにおいて反応を続けることができる。

【0022】

図５と図６に示されるように、本発明の燃料電池装置の第１の実施例において、発電反応により生成される水は各電極プレート３にある微小孔３００から滲み出す。通路板２の斜板部２２による支持で外力に対抗して排水通路２００を維持し続けるので、各電極プレート３にある微小孔３００からの水を排水管１２に排出することができる。

【0023】

図７と図８に本発明の燃料電池の第２の実施例が示されており、図示のように、本発明の燃料電池の第２の実施例では、通路板２の通気管１１に臨む端部に、例えばアルミニウムやポリプロピレンなど、水素および酸素との化学反応が発生しない材料により作成された導流ブロック５が取り付けられている。なお上記材料としては通路板２の材料と同様に外力を受けた際に適度に変形可能な材料を用いることができる。導流ブロック５は、内部空間１００内に配置され、通路板２を受け入れる嵌込スロット５３１が形成されていて通路板２が装着される接続面５３と、接続面５３の反対側にあって通気管１１に連通するバッファー槽５２が形成されている外側面５１を有し、且つ、接続面５３側から外側面５１まで貫通して排水通路２００とバッファー槽５２とを連通させる複数の空気進入孔５３２が形成されている。

【0024】

図７～図９に示されるように、通気管１１からの水素気体及び酸素気体は、まずバッファー槽５２に進入してよく混合されてから、空気進入孔５３２を経由して排水通路２００内に進入し、更に通路板２の各平板部２１に形成される貫通孔２１０を経由して陽イオン交換膜４に接触して反応しあって水となる。このように、通気管１１からの水素気体及び酸素気体は、バッファー槽５２においてよく混合されてから排水通路２００内に進入するので、発電反応の効率を高めることができる。また、通路板２は導流ブロック５に嵌め込むように取り付けられるが、変形可能になっていれば、通路板２が第１の軸線方向Ｌ１に沿った外力を受けて変形する際、導流ブロック５は共に変形するので、第１の実施例と同じように１つのハウジング１内に複数の基本ユニットを収容する構成を採用することができる。

【0025】

以上をまとめると、本発明の燃料電池装置は、電極プレート３が接触する通路板２を用いて排水通路２００を形成し、同一のグループに属する平板部２１同士の間に、各平板部２１の第３の軸線方向Ｌ３における幅より狭い隙間２０１が形成されるので、各斜板部２２は連続する平板部２１と鋭角を成すようになり、これにより通路板２は第１の軸線方向Ｌ１に沿って伸縮可能になって、例えば複数の基本ユニットを第１の軸線方向において重ねて集中利用する状況において、他の基本ユニットからの重量を受けていても、伸縮可能になっている通路板に形成される排水通路の開口はこれによって塞がることはないので、燃料電池を構成する基本ユニットの集中配置に適している。

【0026】

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、最も広い解釈の精神および範囲内に含まれる様々な構成として、全ての修飾および均等な構成を包含するものとする。

【産業上の利用可能性】

【0027】

本発明の燃料電池装置は、燃料電池を構成する基本ユニットの集中配置に適しており、全体の発電量を高めるために多数の燃料電池を集中的に配置することができる。

【符号の説明】

【0028】

１ ハウジング
１０ ハウジング本体
１００ 内部空間
１０１ 蓋部
１０２ 保持枠
１１ 通気管
１２ 排水管
２ 通路板
２０１ 隙間
２１ 平板部
２１０ 貫通孔
２２ 斜板部
３ 電極プレート
３００ 微小孔
３１ 反応部
３２ 端子部
４ 陽イオン交換膜
５ 導流ブロック
５１ 外側面
５２ バッファー槽
５３ 接続面
５３１ 嵌込スロット
５３２ 空気進入孔
Ｌ１ 第１の軸線方向
Ｌ２ 第２の軸線方向
Ｌ３ 第３の軸線方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】