(57)【要約】【課題】気体と液体との混合物を分離するための直接メタノール燃料電池用セパレータを提供すること。【解決手段】セパレータは閉鎖されたチャンネルを持ち、チャンネルの断面の壁は一部または全部が疎水性で気体透過可能な膜で形成され、チャンネルの横断面積は、流入口から排出口まで連続的または段階的に減少し、膜で構成されていないチャンネルの壁の断面は、ワンピースの機械部材である直接メタノール燃料電池用セパレータが提供される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体／気体混合物を分離するための直接メタノール燃料電池用セパレータであって、
前記セパレータは、閉鎖されたチャンネルを有し、
前記チャンネルの壁は、その一部または全部が疎水性を有する気体透過可能な膜で形成され、
前記チャンネルの横断面積は、当該チャンネルの流入口から排出口に至るまでに連続的または段階的に減少し、
前記膜で形成されていない前記チャンネルの壁は、ワンピースの機械部材であることを特徴とする、直接メタノール燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
前記機械部材は、表面に長方形のグルーブを有し、
前記膜は、前記チャンネルを形成するために前記グルーブを跨ぐように横切って延びていることを特徴とする、請求項１に記載の直接メタノール燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記グルーブは、サーペンタイン型の形状を持つことを特徴とする、請求項２に記載の直接メタノール燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
前記グルーブは、ブリッジにより互いに分離された前記チャンネル部分について、平行したチャンネル断面を持つサーペンタイン型輪郭を持ち、
前記膜は、前記グルーブと前記ブリッジとを跨ぐように横切って延びており、
前記グルーブ上に載置される前記膜の第１部分の面積は、前記ブリッジ上に載置される前記膜の第２部分の面積よりさらに大きいことを特徴とする、請求項３に記載の直接メタノール燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
前記機械部材は、熱伝導性物質からなっていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の直接メタノール燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
前記膜は、偏平な装着部材により、前記機械部材の表面に固定されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の直接メタノール燃料電池用セパレータ。
【請求項７】
前記装着部材は、長方形ギャップを持ち、
前記ギャップの位置及び形状は、前記機械部材の表面に前記装着部材が固定されて前記ギャップの位置が固定された状態で、その一部又は全部が前記機械部材の長方形グルーブに沿うようになっていることを特徴とする、請求項６に記載の直接メタノール燃料電池用セパレータ。
【請求項８】
前記装着部材は、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にある厚さを持つことを特徴とする、請求項６又は７に記載の直接メタノール燃料電池用セパレータ。
【請求項９】
前記チャンネルの横断面積は、流入口から排出口まで２〜４０の範囲にある倍率で減少することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の直接メタノール燃料電池用セパレータ。
【請求項１０】
前記チャンネルの流入口での横断面積は、少なくとも１ｍｍ２であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の直接メタノール燃料電池用セパレータ。
【請求項１１】
前記チャンネルの流入口での横断面積は、前記チャンネルの最大高さ１０ｍｍで最大１００ｍｍ２であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の直接メタノール燃料電池用セパレータ。
【請求項１２】
前記膜は、ポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項１に記載の直接メタノール燃料電池用セパレータ。
【請求項１３】
前記セパレータは、携帯用コンピュータのための直接メタノール燃料電池の空気セパレータとして設計されていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の直接メタノール燃料電池用セパレータ。
【請求項１４】
透過に利用される前記膜の総断面積は、８ｃｍ２〜６０ｃｍ２の範囲にあることを特徴とする、請求項１３に記載の直接メタノール燃料電池用セパレータ。
【請求項１５】
前記チャンネルの流入口領域での深さは、２ｍｍ〜６ｍｍであることを特徴とする、請求項１３に記載の直接メタノール燃料電池用セパレータ。
【請求項１６】
前記チャンネルの流入口での横断面積は、４ｍｍ２〜４０ｍｍ２であることを特徴とする、請求項１３に記載の直接メタノール燃料電池用セパレータ。
【請求項１７】
前記チャンネルの排出口での横断面積は、０．０１ｍｍ２〜１０ｍｍ２であることを特徴とする、請求項１３に記載の直接メタノール燃料電池用セパレータ。
【請求項１８】
前記チャンネルの排出口での横断面積は、０．０５ｍｍ２〜１ｍｍ２であることを特徴とする、請求項１７に記載の直接メタノール燃料電池用セパレータ。
【請求項１９】
前記チャンネルの流入口での横断面積と排出口での横断面積との比率は、２：１〜２０：１であることを特徴とする、請求項１３に記載の直接メタノール燃料電池用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直接メタノール燃料電池用セパレータに関し、特に、気体と液体との混合物を分離するための直接メタノール燃料電池用セパレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、連続的に注入された燃料と酸化剤とによる化学反応エネルギーを電気エネルギーに変換するガルバーニ電池である。一般的に、燃料電池は、膜または電解質により分離された二つの電極で構成されている。アノードは、水素、メタンまたはメタノールのような燃料の流れにより取り囲まれている。このような燃料はアノードで酸化される。カソードは、酸素、過酸化水素またはチオシアン酸カリウムのような酸化剤の流れにより取り囲まれている。このような酸化剤はカソードで還元される。燃料電池の類型によって、使われる物質はこれらと異なっていてもよく、適宜、選択される。
【０００３】
直接メタノール燃料電池は、約６０℃〜１２０℃程度と低い温度範囲で作動する低温燃料電池である。このような類型の燃料電池は、電解質としてポリマー膜を使用する。あらかじめリホーミングされていないメタノール（ＣＨ３ＯＨ）がアノードで酸化される水と共にアノードに直接供給される。二酸化炭素（ＣＯ２）がアノードで廃ガスとして形成される。酸化剤としてカソードに供給される大気酸素は、水素イオン（Ｈ＋）及び電子と反応して水を形成する。
【０００４】
直接メタノール燃料電池の長所は、プラスチックカートリッジに配分されうる液相になっているため、保存しやすくて非常に値段の安いエネルギー源を使用できるというところにある。さらに、メタノールのために大規模な基盤施設が既に多くの分野で存在している。例えば、車両の前面ガラスウォッシャー溶液に不凍液添加剤として使われるなど、既にメタノールを利用する多くの分野が存在している。また、その設計に応じて、このような類型の燃料電池は、数ｍＷから数１００ｋＷまでの電力範囲を提供することができる。具体的に、直接メタノール燃料電池は、電気装置において従来の蓄電池に対する代替材または補充材として携帯用に使用するのに適しているとされる。また、直接メタノール燃料電池の典型的な使用分野は、通信及びノート型パソコンの電力供給分野であるとも言える。
【０００５】
アノードの触媒でメタノールの酸化は段階的に進むが、多様な中間生成物を持ついろいろな反応経路の存在が議論されている。燃料電池の高効率を維持するためには、アノードの周辺領域で反応物を迅速に除去する必要がある。基本になる化学反応と温度と関係により、二酸化炭素、水、水蒸気、及び反応されないメタノールの液体／気体混合物が形成される。水とメタノールとは、できるだけ長くシステムの効率を維持するために、液体／気体混合物から回収されることが望ましい。さらに、二酸化炭素はこのような液体／気体混合物から除去される必要があり、これは、二酸化炭素セパレータにより行われる。二酸化炭素をこのような液体／気体混合物から除去することは、その液体／気体混合物を、メタノール濃度を調節した後にアノードにフィードバックするためである。気体の除去は、二酸化炭素セパレータにより達成される。
【０００６】
同様に、液体／気体混合物がカソードで形成され、これは、消耗されない空気、水及び水蒸気で構成されている。システムの長期的効率を達成するために、できるだけ多くの水を空気から分離してアノードサイクルにフィードバックすることが望ましい。このために、液体／気体混合物を冷却して水蒸気の凝縮を達成させる熱交換器が燃料電池のカソード出口の下流に配列されている。
【０００７】
また、熱交換器の下流には、アノードサイクルに水をフィードバックするために、液相の水から空気のフローを分離する空気セパレータが配列されている。
【０００８】
したがって、セパレータは、主に水管理や液体／気体混合物から二酸化炭素を除去するために使われる。大体、それらは、液体／気体混合物に共通的しているように、供給線を通じて実際、燃料電池に連結された分離装置の形態で実現される。空間的距離の存在は、温度変化を引き起こして、水が徐々に冷却される液体／気体混合物から凝縮される。従来のセパレータは、液体と気体または蒸気成分の相混合を分離して、気体や蒸気成分を周辺環境に排出させる。
【０００９】
液体／気体混合物を分離するために使われるセパレータは、多孔性膜を持っている。多孔性膜の内側は液体／気体混合物に対向し、その外側は周辺環境と接触している。さらに、多孔性膜は、普通、疎水性物質でコーティングされているか、かかる物質で構成されている。多孔性膜の内側から外側まで拡散チャンネルが延びており、その大きさは、膜の内側に位置した液相の水は透過できず、気体は外側まで広がるようになっている。
【００１０】
一般的なセパレータは、液体／気体混合物を気体透過の可能な膜に隣接した孔に伝達する。孔の体積と膜の相対的位置とは、作動中のセパレータの方向と予想される液体／気体混合物の体積とによって変わる。孔の体積は、孔の入口での液体／気体混合物が孔の全体体積に対して気相と液相とに分離されるように設定される。膜は孔の上部に隣接するように配列され、作動を調節する間に気相と接触する。液相は底部から排出される。このようなセパレータの機能性は、セパレータの空間的方向を観察する際に維持される。セパレータの垂直位置からの傾斜は、気相が膜と接触し続けるように所定の最大角度より小さくなるように設定される。しかし、燃料電池のモバイル機器に適用するためには、このような状況設定は限界にぶつかるようになる。
【００１１】
下記の特許文献１は、直接メタノール燃料電池用の二酸化炭素セパレータを記載しているが、このような燃料電池は、セパレータの「空間的方向」に関係なく作動する。直接メタノール燃料電池のアノード廃ガスはセパレータの流入口を通じてチャンネルに入り、セパレータの排出口は、廃ガス流入の結果で圧力が増加するように設計される。チャンネルは、二酸化炭素透過の可能な多孔性で疎水性の壁を持つ。このような二酸化炭素セパレータは、その空間的位置に関係なく作動しうる。
【００１２】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／０１９２５２５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、「空間的位置」に関係なく作動し、カソード水から空気を分離するか、アノードサイクルから二酸化炭素を分離するために使われることが可能な、新規かつ改良された直接メタノール燃料電池用液体／気体混合物セパレータを提供することにある。さらに他の目的とするところは、前記のようなセパレータとして、堅い小型構造体で形成された直接メタノール燃料電池用液体／気体混合物セパレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、本発明は、液体／気体混合物分離のための直接メタノール燃料電池用セパレータであり、前記セパレータは閉鎖されたチャンネルを持ち、前記チャンネルの断面の壁は一部または全部が疎水性で気体透過可能な膜で形成され、前記チャンネルの横断面積は流入口から排出口まで連続的または段階的に減少し、前記膜で構成されていない前記チャンネルの壁の断面はワンピース、特に、堅く設計された機械部材である直接メタノール燃料電池用セパレータを提供することにある。本発明のセパレータは、セパレータの任意の空間的位置に対しても液体／気体混合物の分離を可能にする。特に、本セパレータは顕著に堅くて小型の構造を持つ。このような構造によって、本セパレータは大規模生産方式に特に適している。
【００１５】
その中でも、本発明は、少なくとも断面の壁が完全にまたは部分的に所定の膜で形成されているテーパリングチャンネルを通じて液体／気体混合物を通過させることで、セパレータのいかなる方向でも気相と液相との分離が可能になるという技術的思想に基づいている。液体／気体混合物が流入口を通じてチャンネルに入ると、チャンネルが排出口に向かって狭くなるため、相の分離を支持する圧力が増加する。
【００１６】
流入口から排出口までの経路で、液体／気体混合物は、その壁が膜で構成されているチャンネルの断面を通過し、液体／気体混合物の気体成分が膜を通じて外側に広がって排出されるのは、即ち、これらチャンネル断面においてである。さらに、液体／気体混合物は、流入口から排出口までの経路でさらに冷却されることによって、結果的にこのような凝縮過程が気相での水とメタノールとの比率をさらに低下させるようになる。経路の長さが長くなるにつれて、液体／気体混合物の液体比率はチャンネルで連続的に増加し、結果的に排出口では純粋または、ほぼ純粋な液体成分を得るようになる。チャンネルの横断面積は、流入口から排出口まで２〜４０の範囲にある倍率で減少することが望ましい。
【００１７】
膜を構成しないチャンネル壁の断面は所定のワンピース、特に堅く設計された機械部材で形成されている。このような方式でセパレータは、通例的な用途、特にモバイル用に要求される機械的安定性を持つようになり、チャンネルの提供及び製造は前記機械部材により大規模で容易に行うことができる。この機械部材は堅く設計するために、例えば、プラスチック等の合成樹脂材料、金属または炭素系物質等からなる種々の熱伝導性物質により形成される。そして、かかる物質の良好な熱伝導性を利用して、セパレータの冷却を裏づけられるようにする。機械部材の規模及び形状は、セパレータの構造に利用できるように、チャンネル及び空間に適していることが望ましい。
【００１８】
さらに、前述した機械部材はその表面に長方形グルーブを持ち、膜はチャンネルを形成するために、グルーブを横切る方向に延びている。すなわち、偏平なことが望ましい機械部材の上部は輪郭を表しており、機械部材の表面に膜を固定させることによってチャンネル形態の構造が形成される。
【００１９】
前述したグルーブはサーペンタイン型輪郭を持つ。しかし、直線型や螺旋形のような他の設計もできる。もし、グルーブがブリッジにより互いに分離された、平行したチャンネル断面を持つサーペンタイン型の形状（輪郭）を持つ場合、そして、もし、膜がグルーブとブリッジとを横切って延びる場合、グルーブ上に載置される膜の第１部分の面積は、ブリッジ上に載置される膜の第２部分の面積よりさらに大きい。このような方法で、膜の総面積に対して気体分離に利用される膜の面積の望ましい比率を達成することができる。尚、ここで言うブリッジとは、チャンネル内を流通する流体がその流速方向の反対方向に対抗力（詰まり感）を受ける障害部材を意味し、例えば、サーペンタイン型のグループのうち、互いに隣接するグループの部分を離隔するためのグループ（又はチャンネル）の壁面を意味する。例えば、機械部材にグルーブが形成される場合、その機械部材のグルーブが形成されていない部分がブリッジを形成する。
【００２０】
同じく望ましい方式で、膜は偏平な装着部材により機械部材の表面に固定されている。換言すれば、装着部材は、窮極的にチャンネルを形成するために提供されるグルーブを持つ機械部材の表面に密接に接触される。膜は、装着部材と機械部材との間に堅く固定される。装着部材の設計は、液体／気体混合物から分離される気体成分が膜を通じて広がり、次いで、そちらを通じて通過しつつ除去されるように選択されることが好ましい。
【００２１】
前述した装着部材は長方形ギャップを持つことが望ましく、その位置及び形状は固定された状態で、ギャップが機械部材の長方形グルーブに向かうように選択される。言い換えれば、ギャップはこのような変形において、下にあるチャンネルの輪郭による。
【００２２】
装着部材は、０．１ｍｍ〜３ｍｍの範囲にある厚さを持つことができる。前述した下限の下で、装着部材による膜の機械的支持は、普通、通例的な動作のためには不十分であり、作動時間を延長させるのは失敗してしまうであろう。前述した上限の上では、ギャップの壁で湿気が凝縮する危険性があって、膜の外側から空気の循環を注入することで作動時間を延長させる。例えば、機械部材と装着部材の両者は偏平なサイコロ型輪郭を持ち、膜は機械部材のかかる輪郭の表面とその上に載置される装着部材の偏平な表面との間に位置する。
【００２３】
チャンネルの大きさはいろいろな要因によって変わる。一方では、注入された液体／気体混合物が、膜が配列されたチャンネル断面の全体長さに沿って、上部領域と下部領域とに完全に分離されない。すなわち、チャンネルは、少なくとも膜が含まれたチャンネル断面では、長手方向に気相と液相とを交互に存在させる大きさであることが望ましい。したがって、例えば、液体／気体混合物の気体成分は、チャンネルから排出口側に伝えられる気体バブル形態に存在し、それらが存在するチャンネル断面の全体横断面積を横切って延びる。
【００２４】
一方、かかる大きさは、設置された燃料電池の作動変数、すなわち、予想される液体／気体混合物の体積サイズによって変わる。大きい体積はまた、体積のフローを多くのセパレータに分配することによって管理されうる。
【００２５】
流入口でチャンネルの横断面積は、チャンネル内で圧力の損失を制限するために少なくとも１ｍｍ２であることが望ましい。流入口でチャンネルの横断面積は、チャンネルの最大高さが１０ｍｍである時に最大１００ｍｍ２であることが望ましい。このようにすることで、気体バブルと液体領域とが交互にチャンネルを通じて移動し、これにより気体バブルがいかなる方向にも膜と接触できるようになる。
【００２６】
膜は、気体透過の可能な疎水性物質からなる必要がある。このような目的に合う物質は、特に、燃料電池の攻勢的な媒質に長く耐えられるフルオロ化ポリマーがある。望ましくは、膜は、ポリテトラフルオロエチレンからなっていることが望ましい。
【００２７】
セパレータは、ノート型パソコン用直接メタノール燃料電池の空気セパレータに設計されることが望ましい。透過に利用できる膜断面の全体面積は、８ｃｍ２〜６０ｃｍ２の範囲にあることが望ましい。前述した空気セパレータの望ましい実施形態に独立的にまたは補充的に、流入口の領域でチャンネルの深さは２ｍｍ〜６ｍｍであることが望ましい。前述した空気セパレータの望ましい例に独立的にまたは補充的に、流入口でチャンネルの横断面積は、４ｍｍ２〜４０ｍｍ２であることが望ましい。
【００２８】
前述した空気セパレータの望ましい例に独立的にまたは補充的に、排出口でチャンネルの横断面積は、０．０１ｍｍ２〜１０ｍｍ２であることが望ましく、さらに望ましくは、十分な動圧を発生させて空気が膜を通じるように力を加えるが、システムに存在する空気圧縮機の過負荷を避けるように、排出口でのチャンネルの横断面積は、０．０５ｍｍ２〜１ｍｍ２であることが望ましい。最終的に、そして前述した空気セパレータの望ましい例に独立的にまたは補充的に、流入口でチャンネルの横断面積と排出口でのチャンネルの横断面積との比率は２：１〜２０：１の範囲にありうる。同じ方法ではあるが、異なる大きさを使用して、ここで詳細に説明された空気セパレータの原理はまた、携帯用コンピュータのための直接メタノール燃料電池の二酸化炭素セパレータにも適用されうる。
【００２９】
上記の通り、本発明によれば、セパレータにおいて、チャンネルの横断面積を連続的にまたは段階的に縮小させることによって、セパレータの作動中に周辺の通例的な大気に比べて過度な圧力がチャンネルの内部で増加する。かかる圧力増加は、膜を通じた気体成分の拡散を裏付ける。さらに、液体／気体混合物は、チャンネルの流入口から排出口まで連続的に伝えられ、このような過程が進む間にさらに冷却される。結果的に気相から水が凝縮される。同時に、気体成分が膜を通じて広がることによって、液相の比率が経路長の延長によって増加し、結果的に大体純粋または純粋な液体成分が排出口で発生する。チャンネルの設計及び大きさによって、チャンネル内部で気体はバブル形態に移動し、これにより、気体バブルは、セパレータのいかなる幾何学的位置でも膜と接触し続け、セパレータの作動中にセパレータの方向に対してあらゆる自由度が利用されうる。したがって、液体／気体混合物の分離は、セパレータの空間的位置に依存しなくなる。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように本発明によれば、「空間的位置」に関係なく作動し、カソード水から空気を分離するか、アノードサイクルから二酸化炭素を分離するために使われることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３２】
本実施形態に係る説明に先立ち、図１、図２を参照しながら、対比又は参照されるべき技術について簡単な説明を加える。図１は、直接メタノール燃料電池の構造を概略的に示す説明図である。直接メタノール燃料電池の電気化学的工程については、その詳細な記載を省略し、概略的な説明に留める。直接メタノール燃料電池の電気化学的工程は、燃料電池スタック１０’で進められるが、アノード側の反応物は、二酸化炭素と水とを含有する液体／気体混合物である。
【００３３】
空気が空気ポンプ１２’により、カソード側にある流入口１１を通じて燃料電池スタック１０’に供給される。供給された空気は、燃料電池スタック１０’のカソード側にある空気排出口１３に排出され、ファン５５及び熱交換器５０により冷却される。冷却された空気とそこから凝縮された液体とは、排出口５２を通じて熱交換器５０を離れて空気セパレータ６０に供給される。空気セパレータ６０は、相応するラインを通じて排出弁６１と連結され、ポンプ７０と連結されたライン６２を通じて混合器２２と連結される。アノード側では、混合器２２の混合物がポンプ２３により流入口１５を通じて燃料電池スタック１０’に供給される。さらに、燃料（すなわち、メタノール）は、燃料タンク３０’とこれに相応する弁３１とを経て混合器２２’に供給される。燃料電池スタック１０’はアノード側に排出口１６’を持ち、これはラインを通じて二酸化炭素セパレータ２０’に連結される。二酸化炭素セパレータ２０’は、液体／気体混合物を分離するのに使われる膜を持つ。
【００３４】
図２は、一般的な直接メタノール燃料電池のセパレータに関する概略的な断面図である。図２は、一般的なセパレータの機能を示し、図２のセパレータは、空気セパレータまたは二酸化炭素セパレータとして設計されている。
【００３５】
図２は、燃料電池の液体／気体混合物のための流入口１０１０を示す。孔１０１１に入った後、供給された液体／気体混合物は気体成分と液体成分とに分離される。気体成分は、普通、気体が透過可能な膜が設置されている上部から排出口１０４０を通じて排出されうる。一方、液体成分は、底部側に配列された排出口１０６０を通じて混合器１０５０に供給される。メタノールの注入に使われる燃料ライン１０２０は混合器１０５０に連結され、結果的に得られる混合物はライン１０３０を通じて燃料電池に供給される。孔１０１１にある液体成分の満たされた高さは、適切なセンサー１０７０により感知されうる。したがって、このようなセパレータは、重力原理によって作動するが、その機能は、セパレータの空間的方向によって変わるという問題点を持っている。
【００３６】
＜実施形態＞
図３は、本実施形態による直接メタノール燃料電池の空気または二酸化炭素セパレータとして使われるセパレータ１０に関する平面図である。図３は、本発明の一実施形態において核心的な成分を示すものである。図３に示したセパレータ１０は偏平な輪郭を持っている。また、図３は、セパレータ１０の機能的に改善が施された側面部分を示しており、液体／気体混合物から分離された気体成分は、セパレータ１０を離れて排出される。
【００３７】
セパレータ１０は、二つの成分（部分）で構成されている。その１つの成分として、装着部材１４は、堅いワンピース型の機械部材１２に載置されている。装着部材１４は、その上部に複数のギャップ１６を持つ。それらは互いにほぼ同じ間隔で離れており、それらの幅は、左側から右側へ行くほど縮小する。ギャップ１６の相対的な位置及び機能を以下で説明する（併せて図５も参照されたい。）。
【００３８】
機械部材１２と装着部材１４との間には、ギャップ１６により露出された領域のみで観察される膜１８が位置している。したがって、ギャップ１６は、装着部材１４の深さ全体（厚み方向に装着部材１４を貫通する。）にわたって延びている。機械部材１２と装着部材１４との間のエッジは、液体／気体混合物が分離されるのに適した方法でシーリングされる。円で表示された領域は、後述されるチャンネル（図示せず）の流入口及び排出口２０、２２を表す。
【００３９】
図４は、図３のセパレータに関連した機械部材１２の平面図である。機械部材１２は、例えば、ステンレス鋼からなり、その背面には、液体／気体混合物が分離されるための熱的条件のための冷却部材が装着されうる。代案としては、機械部材１２は、同じく熱伝導性のある炭素物質またはモールディングや、プロセシングの容易なプラスチック物質からなりうる。
【００４０】
機械部材１２は、その上部にチャンネル２４を形成するサーペンタイン型グルーブを持つ。このようなグルーブは膜１８の延長に沿う。このような例から分かるように、チャンネル２４の大きさは、本質的にグルーブの幾何学的形状により、このような理由によって、チャンネルの輪郭は単純にチャンネル２４として言及される。
【００４１】
図４から分かるように、チャンネル２４は、機械部材１２の表面を横切ってサーペンタイン型に、そして排出口２２方向に延びる。チャンネル２４は、いろいろな段階で、すなわち、チャンネル断面２６、２８、３０、３２とテーパリングが増大することを表す。チャンネル２４の横断面積は、第１チャンネル断面２６から始まって、第２チャンネル断面２８、第３チャンネル断面３０を経て、第４チャンネル断面３２方向に連続的に縮小する。チャンネル２４の全体長は、例えば、約３００ｍｍである。つまり、チャンネル２４は、種々の幾何学的形状を取りうるし、チャンネル２４の断面積がチャンネル２４の一端から他端に向かって小さく又は大きくなるように形成され得る。
【００４２】
図５は、図３のセパレータ１０のＢ−Ｂ線による断面図である。図５から分かるように、膜１８は、機械部材１２と装着部材１４との間に配置されている。このような方法で、チャンネル断面２６、２８、３０、３２を持つチャンネル２４は、膜１８により装着部材１４のギャップ１６から空間的に分離されている。チャンネル２４にある液体／気体混合物の気体成分は、膜１８を通じてギャップ１６に入って外側に、それから周辺環境に排出される。シーリング部（または接着部）２８は、セパレータ１０から気体成分または液体／気体混合物の側面漏れを防止する。
【００４３】
セパレータ１０で装着部材１４は、ギャップ１６が最大１ｍｍの深さを持つように約１ｍｍの厚さを持つことが好ましい。
【００４４】
第１チャンネル断面２６は約１５ｍｍ２の横断面積を持つ。横断面積は、第４チャンネル断面３２で約５ｍｍ２まで縮小する。この場合、チャンネルの横断面積は、第１チャンネル断面２６と同じ横断面積を持つ流入口２０から第４チャンネル断面３２と同じ横断面積を持つ排出口２２まで２の倍率で縮小する。
【００４５】
膜１８によりあらかじめ定められている第１チャンネル断面２６で、壁部分の全体面積と、第１チャンネル断面２６でチャンネル２４の壁の残っている部分、すなわち、機械部材１２により規定される壁部分の全体面積との比率は１：３である。第４チャンネル断面３２でこのような比率は１：４である。
【００４６】
図６は、図３のセパレータのＡ−Ａ線の断面図である。図６から分かるように、チャンネル２４の第４チャンネル断面３２は、機械部材１２の後方に埋め込められた弁３０に連結される。したがって、弁３０の排出口２２で横断面積はチャンネル２４の端部を表し、約０．５ｍｍ２（図面は概略的に示したものであり、大きさは正確ではない）である。
【００４７】
図７及び図８は、本実施形態による直接メタノール燃料電池のセパレータのチャンネルに関して二つの異なる設計を示す。図７に示したチャンネル２４は、直線の幾何学的形状を持って連続的にテーパリングされている。図８に示したチャンネル２４は、螺旋形状に連続的にテーパリングされている。
【００４８】
図９は、本実施形態による直接メタノール燃料電池のセパレータのチャンネルのさらに他の設計を示す概略的な断面図である。図９に示したチャンネル２４では、チャンネル断面２６、２８、３０、３２、３４、３６、３８の高さが流入口２０から排出口２２方向へ行くほど断面ごとに減少する。このような実施形態においては、動圧条件を最適化するために、必要な場合にチャンネル断面の縮小をさらに大きくできる。
【００４９】
本実施形態は、直接メタノール燃料電池関連の技術分野に好適に用いられる。
【００５０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】直接メタノール燃料電池の概略図である。
【図２】直接メタノール燃料電池のセパレータに関する概略的な断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る直接メタノール燃料電池のセパレータに関する平面図である。
【図４】図３のセパレータに関連した機械部材の平面図である。
【図５】図３のセパレータのＢ−Ｂ線による断面図である。
【図６】図３のセパレータのＡ−Ａ線による断面図である。
【図７】本実施形態に係る直接メタノール燃料電池のセパレータのチャンネルの他の設計を示す概略的な断面図である。
【図８】本実施形態に係る直接メタノール燃料電池のセパレータのチャンネルのさらに他の設計を示す概略的な断面図である。
【図９】本実施形態に係る直接メタノール燃料電池のセパレータのチャンネルのさらに他の設計を示す概略的な断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１００    装置
１０    セパレータ
１２    機械部材
１４  装着部材
１６  ギャップ
１８  膜
２０  チャンネルの流入口
２２  チャンネルの排出口
【図１】
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【図２】
2008192619.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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