JP3133191U - 燃料電池に用いる陰極流道板 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池に用いる陰極流道板の提供。
【解決手段】板体１１、板体に設置する流入流道構造１２、少なくとも１個以上の槽体１３、流出流道構造１４、第一貫通区域１５、第二貫通区域１６を含む。流入流道構造は各槽体の間に連接し、流入流道構造の入口区域は凹槽構造で、同時に流入流道構造と各槽体の相接区域は貫通構造である。各槽体を排列し設置する設置位置は各膜電極組の陰極の設置位置に対応する。流出流道構造は各槽体に連接し、第一貫通区域と第二貫通区域は陽極流道板に対応し設置する。
【選択図】図１

Description

本考案は一種の燃料電池に用いる陰極流道板に関する。特に一種の陰陽極流道板で、全体が極めて軽量で、製造コストが低廉で、同時に陰極燃料と陰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陰極流道板に係る。

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。本考案者は公知流道板の欠点に鑑み、本考案を燃料電池に用いる陰極流道板の開発に成功した。

上記課題を解決するため、本考案は下記の燃料電池に用いる陰極流道板を提供する。
それは主に陰極流道板を提供し、それは全体が極めて軽量で、製造コストが低廉で、同時に陰極燃料と陰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陰極流道板を提供し、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、
すなわちそれは板体、該板体に設置する流入流道構造、少なくとも１個以上の槽体、流出流道構造、第一貫通区域、第二貫通区域を含み、
該流入流道構造は該各槽体の間に連接し、該流入流道構造の入口区域は凹槽構造で、同時に該流入流道構造と該各槽体の相接区域は貫通構造で、
該各槽体を配列し設置する設置位置は各膜電極組の陰極の設置位置に対応し、
該流出流道構造は該各槽体に連接し、
該第一貫通区域と該第二貫通区域は陽極流道板に対応し設置する燃料電池に用いる陰極流道板を提供する。
上記のように、本考案の陰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、同時に陰極燃料と陰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。

請求項１の考案は、板体、流入流道構造、槽体、流出流道構造、第一貫通区域、第二貫通区域を含み、
該流入流道構造は該板体に設置し、少なくとも１個以上の槽体に連接し、該流入流道構造の入口区域は凹槽構造で、しかも該流入流道構造と該各槽体の相接区域は貫通構造で、
該各槽体は該板体に配列し設置し、該各槽体の設置位置は該各膜電極組の陰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、該各槽体に連接し、
該第一貫通区域は該板体の片側に設置し、該第一貫通区域は該板体の面積の一部に貫通区域を設け、
該第二貫通区域は該板体の片側に設置し、該第二貫通区域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陰極流道板としている。
請求項２の考案は、前記陰極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請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道板としている。
請求項３の考案は、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延伸することを特徴とする請求項２記載の燃料電池に用いる陰極流道板としている。
請求項４の考案は、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請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道板としている。
請求項５の考案は、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請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道板としている。
請求項６の考案は、前記集電片はステンレス（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種を選択することを特徴とする請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道板としている。
請求項７の考案は、前記陰極流道板は片面陰極流道板であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道板としている。
請求項８の考案は、前記陰極流道板は両面陰極流道板であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道板としている。
請求項９の考案は、前記流道板はさらに印刷式回路を含み、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請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道板としている。
請求項１０の考案は、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、該電子部品は該板体に設置することを特徴とする請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道板としている。
請求項１１の考案は、前記各電子部品は温度センサー、濃度センサー、液位センサー、加熱部品、冷却部品を含むことを特徴とする請求項１０記載の燃料電池に用いる陰極流道板としている。
請求項１２の考案は、前記第一貫通区域と該第二貫通区域は該板体の同一側に設置することを特徴とする請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道板としている。
請求項１３の考案は、前記流出流道構造は複数本でかつ平行な溝で、しかも該溝は該槽体に連接することを特徴とする請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道板としている。

主に板体、該板体に設置する流入流道構造、少なくとも１個以上の槽体、流出流道構造、第一貫通区域、第二貫通区域を含む。該流入流道構造は該各槽体の間に連接し、該流入流道構造の入口区域は凹槽構造で、同時に該流入流道構造と該各槽体の相接区域は貫通構造である。該各槽体を配列し設置する設置位置は各膜電極組の陰極の設置位置に対応する。該流出流道構造は該各槽体に連接し、該第一貫通区域と該第二貫通区域は陽極流道板に対応し設置する。

本考案の前記の及び他の技術内容、特徴と機能について、以下に図を用い、最適実施例について詳細に説明する。
本考案燃料電池に用いる陰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、本考案の陰極流道板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。本考案の陰極流道板１は板体１１、流入流道構造１２、少なくとも１個以上の槽体１３、流出流道構造１４、第一貫通区域１５、第二貫通区域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の表面に上記の流入流道構造１２、少なくとも１個以上の槽体１３、流出流道構造１４、第一貫通区域１５、第二貫通区域１６などを設置するなら、片面陰極流道板１を形成する。また、上記の流入流道構造１２、少なくとも１個以上の槽体１３、流出流道構造１４、第一貫通区域１５、第二貫通区域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、両面陰極流道板１を形成する。

該流入流道構造１２は該板体１１に設置し、しかも少なくとも１個以上の槽体１３に連接する。該流入流道構造１２の入口区域は該板体１１の表面から下方へと凹溝構造を解説し、同時に該流入流道構造１２と該各槽体１３の相接区域は貫通構造を採用し、また該相接区域により占められる板体１１表面を貫通状とする。

該少なくとも１個以上の槽体１３は該板体１１において配列設置され、しかも該各槽体１３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１３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。

外部の陰極燃料（空気など）は該流入流道構造１２から該陰極流道板１の内部に流入し、続いて、陰極燃料は該各槽体１３に導流され流入し、最後に該各膜電極組の陰極に流入する。さらに、該各膜電極組の陰極は電化学反応により生成される陰極生成物（水など）において、それぞれ該各槽体１３に流入する。最終的には、陰極生成物と残余陰極燃料は該流出流道構造１４に向かって流出する。

該流出流道構造１４は該板体１１に設置し、しかも該各槽体１３に連接する。該流出流道構造１４は複数本でかつ平行な溝を採用し、しかも該各溝は該槽体１３と相互に連接する。陰極生成物と残余陰極燃料は該流出流道構造１４に向かって流出し、該陰極流道板１の外部に流出する。

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陰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１３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１３に沿って延伸する。該集電片１７が採用する具体的構造は、該槽体１３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１３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１３の間に挟み密着させる。或いは、熱圧合機により樹脂テープ（Pregpreg）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１３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１３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１３を延伸する。

本考案の電子部品を設置する陰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の該流入流道構造１２、該各槽体１３、該流出流道構造１４、該第一貫通区域１５、該第二貫通区域１６などによりまだ使用されていない表面には、電子回路（circuitry）を設置することができる。例えば、印刷式銅回路（printed circuitry）を採用し、該印刷式銅回路の表面には、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。さらに該電子回路上には少なくとも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、液位センサー、加熱部品、冷却部品、加熱ヒューズなどである。

さらに、本考案陰極流道板を対応させる陽極流道板の立体図である図５に示すように、該第一貫通区域１５と該第二貫通区域１６を陽極流道板２のために設置する。該陰極流道板１の第一貫通区域１５は該陽極流道板２の分流部２１に重なり、該陽極流道板２の分流部２１は貫通構造を採用するため、該第一貫通区域１５と該分流部２１は相互に重なり、１個の内部小空間を形成することができる。該陰極流道板１の第二貫通区域１６は該陽極流道板２の流出孔２３に重なり、該陽極流道板２の流出孔２３は貫通構造を採用するため、該第二貫通区域１６と該流出孔２３は相互に重なり、別の１個の内部小空間を形成することができる。

本考案の陰極流道板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。
本考案は具体的実施例を上記の通り開示したが、これらは最適実施例に過ぎず、本考案に限定するものではない。当該技術を熟知する者なら誰でも、本考案の製品と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、その各種の変動や潤色も本考案の範疇に属する。したがって本考案の保護範囲は、実用新案請求の範囲で指定した内容を基準とする。

本考案燃料電池に用いる陰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陰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陰極流道板の最適具体的実施例の立体図である。 本考案陰極流道板を対応させる陽極流道板の立体図である。

符号の説明

１ 陰極流道板
２ 陽極流道板
１１ 板体
１２ 流入流道構造
１３ 槽体
１４ 流出流道構造
１５ 第一貫通区域
１６ 第二貫通区域
１７ 集電片
１７０ 突伸部
１８ 電子部品
２１ 分流部
２３ 流出孔

Claims (13)

1. 板体、流入流道構造、槽体、流出流道構造、第一貫通区域、第二貫通区域を含み、
   該流入流道構造は該板体に設置し、少なくとも１個以上の槽体に連接し、該流入流道構造の入口区域は凹槽構造で、しかも該流入流道構造と該各槽体の相接区域は貫通構造で、
   該各槽体は該板体に排列し設置し、該各槽体の設置位置は該各膜電極組の陰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、該各槽体に連接し、
   該第一貫通区域は該板体の片側に設置し、該第一貫通区域は該板体の面積の一部に貫通区域を設け、
   該第二貫通区域は該板体の片側に設置し、該第二貫通区域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陰極流道板。
2. 前記陰極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請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道板。
3. 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延伸することを特徴とする請求項２記載の燃料電池に用いる陰極流道板。
4. 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請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道板。
5. 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請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道板。
6. 前記集電片はステンレス（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種を選択することを特徴とする請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道板。
7. 前記陰極流道板は片面陰極流道板であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道板。
8. 前記陰極流道板は両面陰極流道板であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道板。
9. 前記流道板はさらに印刷式回路を含み、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請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道板。
10. 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、該電子部品は該板体に設置することを特徴とする請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道板。
11. 前記各電子部品は温度センサー、濃度センサー、液位センサー、加熱部品、冷却部品を含むことを特徴とする請求項１０記載の燃料電池に用いる陰極流道板。
12. 前記第一貫通区域と該第二貫通区域は該板体の同一側に設置することを特徴とする請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道板。
13. 前記流出流道構造は複数本でかつ平行な溝で、しかも該溝は該槽体に連接することを特徴とする請求項１記載の燃料電池に用いる陰極流道板。

Images