(57)【要約】      （修正有）【課題】各単位セルの出力特性の差を減らして電気発生効率を増加させることのできる燃料電池システムを提供する。【解決手段】複数の単位領域１２１を備え、各単位領域に燃料が供給されるように形成される複数の流入口１２２と、各単位領域から燃料が流出されるように形成される複数の流出口と、複数の単位領域により囲まれた領域の内部に配設される、流入口と繋がった供給通路、供給通路と連結される中間通路及び流出口と繋がった排出通路と、外部から燃料が供給されて中間通路と連結される供給口と、排出通路と連結されて外部へ燃料が排出される排出口とを備える中間板１２０と、各単位領域に載置される複数の単位セル１３０を備える燃料電池本体とを含んで構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位領域を備え、
前記それぞれの単位領域に燃料が供給されるように前記単位領域にそれぞれ形成される複数の流入口と、
前記それぞれの単位領域から燃料が流出されるように前記単位領域にそれぞれ形成される複数の流出口と、
前記複数の単位領域により囲まれた領域の内部に配設され、前記複数の流入口と繋がる供給通路と、
前記複数の単位領域により囲まれた領域の内部に配設され、前記供給通路と連結されて設けられる中間通路と、
前記複数の単位領域により囲まれた領域の内部に配設され、前記複数の流出口と繋がる排出通路と、
前記中間通路と連結されて設けられ、外部から燃料が供給される供給口と、
前記排出通路と連結されて設けられ、外部へ燃料が排出される排出口とを備える中間板と、
前記単位領域にそれぞれ載置されて、供給される燃料と空気との反応によって電気を生成する複数の単位セルを備える燃料電池本体と、
を含むことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記中間板は、前面である第１面と、後面である第２面と、一側面である第３面と、他側面である第４面と、上面である第５面と、下面である第６面とを備えた板状に形成され、
前記単位領域は、前記第１面及び前記第２面に溝状の結合溝としてそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記供給通路は、前記中間板の下部の内部に、前記第４面側から前記第３面の方向に延びて形成され、
前記排出通路は、前記中間板の上部の内部に、前記第３面側から前記第４面の方向に延びて形成され、
前記中間通路は、前記中間板の内部にジグザグ状に形成されることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記供給口は、前記第５面に形成され、
前記排出口は、前記第３面の上部に形成されて前記排出通路の一端と連結され、
前記中間通路は、前記供給口から前記第６面方向に延びる第１通路と、前記第１通路から前記第３面方向に延びる第２通路と、前記第２通路から前記第６面方向に延びる第３通路と、前記第３通路から前記第４面方向に延びる第４通路と、前記第４通路から前記第６面方向に延びて前記供給通路と連結される第５通路とを備えることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記中間通路は、前記中間板の前記第１面に形成されるトレンチ状の中間溝と、
前記中間溝に対応する形状に形成されて前記中間溝に結合される中間溝カバーによって形成されることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記中間板は、互いに対向する第１板及び第２板を備え、
前記中間通路は、前記第１板の内側の面に溝状に形成される第１溝と、前記第２板の内側の面に溝状に形成される第２溝とが結合されて形成されることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記供給通路は、前記第１板の内側の面に溝状に形成される第３溝と、前記第２板の内側の面に溝状に形成される第４溝とが結合されて形成され、
前記排出通路は、前記第１板の内側の面に溝状に形成される第５溝と、前記第２板の内側の面に溝状に形成される第６溝とが結合されて形成されることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記供給口及び前記排出口は、前記第３面に形成され、
前記中間通路は、前記供給口に連結される第１通路が前記排出通路と平行に前記第３面側から前記第４面方向に延びて形成されることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記中間通路は、前記第１通路から前記第６面方向に延びる第２通路と、前記第２通路から前記第３面方向に延びる第３通路と、前記第３通路から前記第６面方向に延びる第４通路と、前記第４通路から前記第４面方向に延びる第５通路と、前記第５通路から前記第６面方向に延びて前記供給通路と連結される第６通路とを含むことを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記供給口は、前記第５面に形成され、
前記排出口は、前記第５面に前記供給口と隣接して設けられ、前記排出通路の一端と連結されて形成され、
前記中間通路は、前記供給口から前記第６面方向に延びる第１通路と、前記第１通路から前記第３面方向に延びる第２通路と、前記第２通路から前記第６面方向に延びる第３通路と、前記第３通路から前記第４面方向に延びる第４通路と、前記第４通路から前記第６面方向に延びて前記供給通路と連結される第５通路とを備えることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記中間通路は、前記中間板の水平方向を基準として上部に形成される上部中間通路と、前記中間板の水平方向を基準として下部に形成される下部中間通路と、前記上部中間通路と前記下部中間通路とを連結する複数の垂直中間通路とを含み、
前記上部中間通路の高さは、前記下部中間通路の高さよりも高く形成されることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記供給口は、前記第５面に形成され、
前記排出口は、前記第５面に前記供給口と隣接して設けられ、前記排出通路の一端と連結されて形成されることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記中間通路は、前記中間板の水平方向を基準として上部に形成される上部中間通路と、前記中間板の水平方向を基準として下部に形成される下部中間通路と、前記上部中間通路と前記下部中間通路とを連結する複数の垂直中間通路とを含み、
前記上部中間通路は、前記下部中間通路よりも垂直断面の面積が大きく形成されることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記供給口は、前記第５面に形成され、
前記排出口は、前記第５面に前記供給口と隣接して設けられ、前記排出通路の一端と連結されて形成されることを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記中間通路は、前記中間板の水平方向を基準として上部に形成される上部中間通路と、前記中間板の水平方向を基準として下部に形成される下部中間通路と、前記上部中間通路と前記下部中間通路とを連結する複数の垂直中間通路とを含み、
前記上部中間通路の高さは、前記供給通路の高さよりも高く形成されることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記供給口は、前記第５面に形成され、
前記排出口は、前記第５面に前記供給口と隣接して設けられ、前記排出通路の一端と連結されて形成されることを特徴とする請求項１５に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記中間通路は、前記中間板の水平方向を基準として上部に形成される上部中間通路と、前記中間板の水平方向を基準として下部に形成される下部中間通路と、前記上部中間通路と前記下部中間通路とを連結する複数の垂直中間通路とを含み、
前記上部中間通路は、前記供給通路よりも垂直断面の面積が大きく形成されることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記供給口は、前記第５面に形成され、
前記排出口は、前記第５面に前記供給口と隣接して設けられ、前記排出通路の一端と連結されて形成されることを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
前記流入口は、前記それぞれの単位領域において、前記各結合溝の下部の前記第４面側に形成されることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項２０】
前記流出口は、前記それぞれの単位領域において、前記各結合溝の上部の前記第３面側に形成されることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項２１】
前記単位セルは、
燃料流路を備え、前記単位領域に密着して配置されるアノード部と、
前記アノード部に密着して配置される膜−電極アセンブリと、
空気を流通させる空気流路を備え、前記膜−電極アセンブリに密着して配置されるカソード部とを含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項２２】
前記燃料電池本体を収容し、前記単位セルに対応する領域に空気孔が形成されたケースをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項２３】
前記燃料電池本体に燃料を供給する燃料ポンプと、
前記燃料ポンプと連結される燃料タンクをさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムにかかり、さらに詳しくは電気生成反応が行われる複数の単位セルが平面状に配置される平板型スタックを備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池（Ｆｕｅｌｃｅｌｌ）は、メタノール、エタノール、天然気体のような炭化水素系列の物質内に含まれている水素と酸化剤との化学反応エネルギーを直接電気エネルギーに変換させる発電システムである。
【０００３】
このような燃料電池の代表的なものとしては、高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：以下「ＰＥＭＦＣ」とする）システムと、直接メタノール燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：以下「ＤＭＦＣ」とする）システムが挙げられる。
【０００４】
ＤＭＦＣシステムは、スタックに直接メタノール燃料と酸化剤である酸素を供給して電気化学反応によって電気を生成する。このようなＤＭＦＣシステムは、エネルギー密度及び電力密度が非常に高く、メタノールなどの液体燃料を直接使うため、燃料改質機（ｒｅｆｏｒｍｅｒ）などの附帯設備を必要とせず、燃料の保存及び供給が容易であるという長所を有する。
【０００５】
このようなＤＭＦＣシステムにおいて、電気を実質的に発生させるスタックは、膜−電極アセンブリ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：以下「ＭＥＡ」とする）と、セパレータ（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）（またはバイポーラプレート（Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｐｌａｔｅ））とからなる単位セルが１つまたは１つ以上積層された構造を有する。上記ＭＥＡは、アノード電極（ａｎｏｄｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）とカソード電極（ｃａｔｈｏｄｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）との間に、電解質膜（ｍｅｍｂｒａｎｅ）が介在されて形成された構成を有する。また、各アノード電極及び各カソード電極の構造は、燃料の供給及び拡散のための燃料拡散層（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）と、燃料の酸化／還元反応が起きる触媒層と、電極支持体とを備えてなる。
【０００６】
上記ＤＭＦＣシステムは、電気生成反応が行われる単位セルの配置構造と空気の供給方式によって多様な形態に形成されることができる。そして、その中の１つの形態として、複数の単位セルが平面的に配置される平板型スタックタイプの燃料電池システムがある。このような平板型スタックタイプの燃料電池システムは、空気の供給にポンプを使わないため、パッシブまたはセミパッシブ型と呼ばれることもある。
【０００７】
上記平板型スタックタイプの燃料電池システムは、単位セルが板状に形成され、外部から供給される燃料と空気との反応によって電気を生成する複数の単位セルが、平面的に配置される。上記単位セルは空気が供給されるカソードと、燃料が供給されるアノードとを備えてなる。上記カソードには、自然拡散または対流作用によって空気が供給される。また、上記アノードには、外部からポンプによって燃料が供給される。このとき、上記単位セルは平面的に配置されるため、外部から供給される燃料は、平面状に配置された複数の単位セルのうち、一方の端部に配置された単位セルから、他方の端部に配置された単位セルへと順次供給される。これにより、上記単位セルは、配置される位置によって供給される燃料の温度が異なることになる。すなわち、上記平板型スタックにおいて、燃料が供給される供給口に隣接した領域に配置される単位セルには、相対的に低い温度である常温の燃料が供給される。しかし、上記供給口から供給された燃料は、電気生成反応過程で発生した熱によって加熱されながら平板型スタックの内部を流れる。したがって、上記供給口から遠い領域に配置される単位セルには、相対的に高い温度の燃料が供給されることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方、上記単位セルで行われる電気生成反応は温度の影響を受ける。よって、上記平板型スタックタイプの燃料電池システムにおいて、各単位セルは供給される燃料の温度の差に応じて出力特性が変わることになる。また、上記平板型スタックタイプの燃料電池システムは、各単位セルで生成される出力特性の差によって、燃料電池システムの全体的な出力及び効率が低下するという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、電気生成反応が行われる複数の単位セルが平面状に配置される平板型スタックを備える燃料電池システムにおいて、各単位セルの出力特性差を減らして電気発生効率を増加させることのできる燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数の単位領域を備え、上記それぞれの単位領域に燃料が供給されるように上記単位領域にそれぞれ形成される複数の流入口と、上記それぞれの単位領域から燃料が流出されるように上記単位領域にそれぞれ形成される複数の流出口と、上記複数の単位領域により囲まれた領域の内部に配設されて上記複数の流入口と繋がる供給通路と、上記複数の単位領域により囲まれた領域の内部に配設されて上記供給通路と連結されて設けられる中間通路と、上記複数の単位領域により囲まれた領域の内部に配設されて上記複数の流出口と繋がる排出通路と、上記中間通路と連結されて設けられて外部から燃料が供給される供給口と、上記排出通路と連結されて設けられて外部へ燃料が排出される排出口とを備える中間板と、上記単位領域にそれぞれ載置されて、供給される燃料と空気との反応によって電気を生成する複数の単位セルを備える燃料電池本体と、を含むことを特徴とする燃料電池システムが提供される。
【００１１】
このような本発明にかかる燃料電池システムによれば、複数の単位セルに供給される燃料は、上記複数の単位セルによって囲まれた領域の内部を循環させてから各単位セルにそれぞれ供給される。このように、上記複数の単位セルに囲まれた領域の内部を燃料が循環すると、上記各単位セルから発生する電気生成反応による熱で燃料が加熱される。よって、上記各単位セルには予め加熱された燃料が供給され、各単位セルに供給される燃料の温度偏差を減少させることができ、各単位セルの出力特性の差を減らして電気生成効率を増加させることができる。具体的には、外部から供給される燃料は、上記供給口から上記中間板の内部に供給され、上記供給口と連結された上記中間通路を通って上記供給通路まで流れる。上記供給通路に流れた燃料は、上記供給通路に形成された流入口から上記中間板の外に流れる。上記中間板の外には、単位セルが載置される単位領域が複数設けられている。従って、上記中間板の内部から外へ流れた燃料は、各単位セルごとに設けられた単位領域に供給されることになる。各単位領域に供給された燃料は、電気生成反応で使用された後に、上記流出口から上記中間板の内部に流れる。上記流出口は、中間板の内部に設けられた上記排出通路と繋がっており、上記排出通路に流れた燃料は、上記排出通路と連結された上記排出口より上記中間板の外部に排出される。
【００１２】
このとき、上記中間板は、前面である第１面と、後面である第２面と、一側面である第３面と、他側面である第４面と、上面である第５面と、下面である第６面とを備えた板状に形成され、上記単位領域は、上記第１面及び上記第２面に溝状の結合溝としてそれぞれ形成されるのがよい。すなわち、上記中間板の外側の上記第１面及び上記第２面に、上記複数の単位セルが載置される。従って、上記中間板の前面及び背面には、上記複数の単位セルが平面状に並んで配置されることになる。そして、上記各単位セルに供給される燃料は、上記各単位セルに挟まれた中間板の内部の領域を循環してから上記中間板の外に配置される上記各単位セルに供給されることになる。また、上記各単位セルは、上記第１面及び上記第２面に形成された窪みである上記各結合溝にそれぞれ挿入されるように載置されることができる。
【００１３】
このとき、上記供給通路は、上記中間板の下部の内部に、上記第４面側から上記第３面の方向に延びて形成され、上記排出通路は、上記中間板の上部の内部に、上記第３面側から上記第４面の方向に延びて形成され、上記中間通路は、上記中間板の内部にジグザグ状に形成されるようにするのがよい。すなわち、上記供給通路は上記中間板の下部の内部に位置するため、燃料は上記供給通路から上記流入口を通じて、上記各単位領域の下部に供給されることになる。また、上記排出通路は、上記中間板の上部の内部に位置するため、上記各単位領域で電気生成反応に使用された燃料は、上記各単位領域の上部から上記中間板の内部へ流出することになる。従って、上記各単位領域において、予め加熱された燃料が、単位領域の下部から供給されて、使用された燃料は単位領域の上部から排出されることになる。また、上記中間通路をジグザグ状に形成して、燃料がかかる中間通路を通るようにすることにより、上記各単位セルから発生した熱をより多く燃料に伝達することができる。
【００１４】
ここで、上記供給口は、上記第５面に形成され、上記排出口は、上記第３面の上部に形成されて上記排出通路の一端と連結され、上記中間通路は、上記供給口から上記第６面方向に延びる第１通路と、上記第１通路から上記第３面方向に延びる第２通路と、上記第２通路から上記第６面方向に延びる第３通路と、上記第３通路から上記第４面方向に延びる第４通路と、上記第４通路から上記第６面方向に延びて上記供給通路と連結される第５通路とを備えるようにするのがよい。
【００１５】
また、上記中間通路は、上記中間板の上記第１面に形成されるトレンチ状の中間溝と、上記中間溝に対応する形状に形成されて上記中間溝に結合される中間溝カバーによって形成されることができる。
【００１６】
あるいは、上記中間板は、互いに対向する第１板及び第２板を備え、上記中間通路は、上記第１板の内側の面に溝状に形成される第１溝と、上記第２板の内側の面に溝状に形成される第２溝とが結合されて形成されるようにすることもできる。このとき、上記供給通路は、上記第１板の内側の面に溝状に形成される第３溝と、上記第２板の内側の面に溝状に形成される第４溝とが結合されて形成され、上記排出通路は、上記第１板の内側の面に溝状に形成される第５溝と、上記第２板の内側の面に溝状に形成される第６溝とが結合されて形成されるようにするのがよい。
【００１７】
ここで、上記供給口及び上記排出口は、上記第３面に形成され、上記中間通路は、上記供給口に連結される第１通路が上記排出通路と平行に上記第３面側から上記第４面方向に延びて形成されるようにすることもできる。このとき、上記中間通路は、上記第１通路から上記第６面方向に延びる第２通路と、上記第２通路から上記第３面方向に延びる第３通路と、上記第３通路から上記第６面方向に延びる第４通路と、上記第４通路から上記第４面方向に延びる第５通路と、上記第５通路から上記第６面方向に延びて上記供給通路と連結される第６通路とを含むように構成されるのがよい。このように、上記供給口を上記排出口と隣接する位置に設けることにより、上記供給口から供給される燃料が、上記排出通路と平行に配置される上記中間通路の上記第１通路を通るように構成することができる。これにより、上記供給口から供給される燃料が、上記排出通路を通る電気生成反応により加熱された使用済みの燃料の熱を受けることができるので、より効率的に燃料を加熱することができる。
【００１８】
また、上記供給口は、上記第５面に形成され、上記排出口は、上記第５面に上記供給口と隣接して設けられ、上記排出通路の一端と連結されて形成され、上記中間通路は、上記供給口から上記第６面方向に延びる第１通路と、上記第１通路から上記第３面方向に延びる第２通路と、上記第２通路から上記第６面方向に延びる第３通路と、上記第３通路から上記第４面方向に延びる第４通路と、上記第４通路から上記第６面方向に延びて上記供給通路と連結される第５通路とを備えるようにすることもできる。このように、上記供給口を上記排出口と隣接する位置に設けることにより、上記供給口から供給される燃料が、上記排出口を通る電気生成反応により加熱された使用済みの燃料の熱を受けることができるので、より効率的に燃料を加熱することができる。
【００１９】
また、上記中間通路は、上記中間板の水平方向を基準として上部に形成される上部中間通路と、上記中間板の水平方向を基準として下部に形成される下部中間通路と、上記上部中間通路と上記下部中間通路とを連結する複数の垂直中間通路とを含み、上記上部中間通路の高さは、上記下部中間通路の高さよりも高く形成されるように構成することもできる。このとき、上記供給口は、上記第５面に形成され、上記排出口は、上記第５面に上記供給口と隣接して設けられ、上記排出通路の一端と連結されて形成されるようにするのがよい。このように、上記上部中間通路の高さを上記下部中間通路の高さよりも高く形成することにより、燃料が上記上部中間通路に長く滞留することになり、より効率的に燃料を加熱することができる。
【００２０】
また、上記中間通路は、上記中間板の水平方向を基準として上部に形成される上部中間通路と、上記中間板の水平方向を基準として下部に形成される下部中間通路と、上記上部中間通路と上記下部中間通路とを連結する複数の垂直中間通路とを含み、上記上部中間通路は、上記下部中間通路よりも垂直断面の面積が大きく形成されるように構成することもできる。このとき、上記供給口は、上記第５面に形成され、上記排出口は、上記第５面に上記供給口と隣接して設けられ、上記排出通路の一端と連結されて形成されるようにするのがよい。このように、上記上部中間通路の垂直断面の面積が上記下部中間通路の垂直断面の面積よりも大きくなるように形成することにより、燃料が上記上部中間通路に長く滞留することになり、より効率的に燃料を加熱することができる。
【００２１】
また、上記中間通路は、上記中間板の水平方向を基準として上部に形成される上部中間通路と、上記中間板の水平方向を基準として下部に形成される下部中間通路と、上記上部中間通路と上記下部中間通路とを連結する複数の垂直中間通路とを含み、上記上部中間通路の高さは、上記供給通路の高さよりも高く形成されるように構成することもできる。このとき、上記供給口は、上記第５面に形成され、上記排出口は、上記第５面に上記供給口と隣接して設けられ、上記排出通路の一端と連結されて形成されるようにするのがよい。
【００２２】
また、上記中間通路は、上記中間板の水平方向を基準として上部に形成される上部中間通路と、上記中間板の水平方向を基準として下部に形成される下部中間通路と、上記上部中間通路と上記下部中間通路とを連結する複数の垂直中間通路とを含み、上記上部中間通路は、上記供給通路よりも垂直断面の面積が大きく形成されるように構成することもできる。このとき、上記供給口は、上記第５面に形成され、上記排出口は、上記第５面に上記供給口と隣接して設けられ、上記排出通路の一端と連結されて形成されるようにするのがよい。
【００２３】
ここで、上記流入口は、上記それぞれの単位領域において、上記各結合溝の下部の上記第４面側に形成されるようにするのがよい。
【００２４】
また、上記流出口は、上記それぞれの単位領域において、上記各結合溝の上部の上記第３面側に形成されるようにするのがよい。
【００２５】
また、上記単位セルは、燃料流路を備え、上記単位領域に密着して配置されるアノード部と、上記アノード部に密着して配置される膜−電極アセンブリと、空気を流通させる空気流路を備え、上記膜−電極アセンブリに密着して配置されるカソード部とを含んで構成されるのがよい。すなわち、上記中間板の外側に載置される上記各単位セルは、上記アノード部が上記中間板と接するように載置され、上記中間板から上記アノード部に燃料が供給される。
【００２６】
また、上記燃料電池システムは、上記燃料電池本体を収容し、上記単位セルに対応する領域に空気孔が形成されたケースをさらに含むことができる。
【００２７】
また、上記燃料電池システムは、上記燃料電池本体に燃料を供給する燃料ポンプと、上記燃料ポンプと連結される燃料タンクをさらに含んで構成されることができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように本発明によれば、電気生成反応が行われる複数の単位セルが平面状に配置される平板型スタックを備える燃料電池システムにおいて、外部から供給される燃料をあらかじめ予熱して、各単位セルに供給される燃料の温度偏差を減少させることにより、各単位セルの出力特性差を減らして電気発生効率を増加させることのできる燃料電池システムを提供できるものである。
【００２９】
また、本発明によれば、各単位セルで均一に電気生成反応が行われるため、燃料電池システムの耐久性を向上させることのできる燃料電池システムを提供できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
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。
【００３１】
先ず、本発明の第１の実施の形態にかかる燃料電池システムついて、図１〜図６を参照しながら詳細に説明する。
【００３２】
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる燃料電池システムの構成を示す図である。図２は、本発明１の第の実施の形態にかかる燃料電池システムの燃料電池本体の構成を示す分解斜視図である。図３は、図２の燃料電池本体を構成する膜−電極アセンブリのＡ部分を拡大した側面図である。図４ａは、図２の燃料電池本体を構成する中間板の正面図である。図４ｂは、図２のＡ−Ａ断面図である。図４ｃは、図２のＢ−Ｂ断面図である。図４ｄは、図４ａに示された中間板の分解斜視図である。図５は、図２の燃料電池本体を構成するアノード部の正面図である。図６は、図２の燃料電池本体を構成するカソード部の正面図である。
【００３３】
本発明の第１の実施の形態にかかる燃料電池システム１００は、図１〜図６を参照すると、燃料電池本体１１０を含んで構成される。また、燃料電池システム１００は、燃料電池本体１１０を全体的に包むケース１４０をさらに含んで構成されることができる。また、燃料電池システム１００は、燃料タンク１８０と燃料ポンプ１９０をさらに含んで構成されることができる。
【００３４】
燃料電池システム１００は、メタノール、エタノールなどのようなアルコール系燃料と空気が直接的に提供されて、燃料中に含有された水素の酸化反応と空気中に含有された酸素の還元反応によって電気エネルギーを発生させる直接メタノール型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）として構成されることができる。
【００３５】
燃料電池システム１００は、燃料ポンプ１９０と燃料タンク１８０によって燃料が供給され、自然拡散または対流作用によって大気中の空気が提供されて電気エネルギーを発生させるセミパッシブタイプからなる。燃料電池システム１００は、外部から供給される燃料と空気との反応によって電気を生成する複数の単位セルが平面的に配置される平板型スタックに形成される。
【００３６】
燃料電池システム１００は、外部から供給される燃料を、燃料電池本体の内部で予熱することにより、各単位セルに供給される燃料の温度偏差が減少されるように形成される。具体的には、燃料電池システム１００は、外部から供給された燃料が燃料電池本体の内部を循環してから各単位セルに供給されるように構成される。すなわち、燃料を燃料電池本体の内部で循環させることにより、燃料は電気生成反応過程で発生した熱によって予熱され、上記予熱された燃料を各単位セルに供給することにより、各単位セルに供給される燃料の温度偏差を少なくすることができる。
【００３７】
燃料電池本体１１０は、中間板１２０と、中間板１２０に平面状に配置される複数の単位セル１３０を含んで構成される。単位セル１３０は、中間板１２０を中心に互いに対称となるように配置することができる。燃料電池本体１１０には、中間板１２０を通じて燃料が供給され、また、対流によって空気が供給される。燃料電池本体１１０は、供給される燃料と空気との化学反応によって電気エネルギーを生成する。
【００３８】
中間板１２０は、複数の単位領域１２１と、流入口１２２と、流出口１２３と、中間通路１２４と、供給通路１２５と、排出通路１２６と、供給口１２７と、排出口１２８とを含んで構成される。中間板１２０は、配置される単位セル１３０を支持しながら電気的に分離させる、いわゆるセパレータとしての機能を果たす。また、中間板１２０は、外部から供給される燃料を単位セル１３０に供給する機能を果たす。中間板１２０の大きさは、平板型スタックを構成する単位セル１３０の数に応じてその大きさが決まる。
【００３９】
中間板１２０は、略板状に形成されることができる。中間板１２０は、図４ａを参照すると、幅方向の長さが高さ方向の長さよりも長い略長方形状に形成されることができる。中間板１２０は、第１面１２０ａと、第２面１２０ｂと、第３面１２０ｃと、第４面１２０ｄと、第５面１２０ｅと、第６面１２０ｆとを備える。第１面１２０ａ及び第２面１２０ｂは、単位セル１３０が配置される中間板１２０の前面及び後面をそれぞれ意味する。第３面１２０ｃは、排出口１２８が形成される中間板１２０の一側面を意味し、図４ａでは中間板１２０の右側の側面となっている。第４面１２０ｄは、第３面１２０ｃの反対側の面である他側面を意味し、図４ａでは中間板１２０の左側の側面となる。第５面１２０ｅは、供給口１２７が形成される中間板１２０の上面を意味する。第６面１２０ｆは、中間板１２０の下面を意味する。
【００４０】
単位領域１２１は、中間板１２０の第１面１２０ａと第２面１２０ｂに所定の間隔で区画されて形成され、第１面１２０ａと第２面１２０ｂの表面に溝状の結合溝１２１ａを備えて形成される。単位領域１２１は、結合溝１２１ａの周囲領域に突出する突出部１２１ｂによって他の単位領域１２１と区分されて形成される。また、結合溝１２１ａには、単位セル１３０の端子が引き出される端子溝１２１ｃが中間板１２０の上部または下部に形成される。単位領域１２１は、単位セル１３０に供給される燃料と空気との反応によって実質的に反応が起きる活性領域として形成される。すなわち、単位領域１２１は、中間板１２０の第１面１２０ａ側と第２面１２０ｂ側の領域を、各単位セル１３０に対応した複数の領域に区画した領域である。そして、単位領域１２１は、具体的には、単位セル１３０を収容する窪みである結合溝１２１ａと、結合溝１２１ａを囲む突出部１２１ｂとにより形成されることができる。また、結合溝１２１ａには単位セル１３０が結合されるため、単位セル１３０の端子を中間板１２０の外部に引き出せるように、結合溝１２１ａと連続する溝である端子溝１２１ｃが中間板１２０の上部または下部に形成される。
【００４１】
結合溝１２１ａは、中間板１２０の第１面１２０ａ及び第２面１２０ｂに、所定深さの溝状に形成される。すなわち、結合溝１２１ａにより、中間板１２０の第１面１２０ａ及び第２面１２０ｂに、単位セル１３０が結合される窪んだ領域が形成される。結合溝１２１ａは、単位セル１３０が結合されるように単位セル１３０の面積及び形状に相応するように形成される。結合溝１２１ａは、望ましくは結合溝１２１ａに配置される単位セル１３０のアノード部１３１の厚さに相応する深さ、またはアノード部１３１の厚さよりも深く形成されるのがよい。
【００４２】
流入口１２２及び流出口１２３は、結合溝１２１ａの底面に孔状に形成される。ここで、結合溝１２１ａの底面とは、結合溝１２１ａにより形成された第１面１２０ａ及び第２面１２０ｂの窪んだ領域内の面のことをいう。流入口１２２及び流出口１２３は、単位領域１２１内に供給される燃料が単位セル１３０の全体に及んで供給されるように、互いに離隔されて位置される。流入口１２２及び流出口１２３は、望ましくは結合溝１２１ａ内で互いに対角線方向に位置されて形成されるのがよい。よって、図４ａに示されたように、各単位領域１２１内で、流入口１２２は結合溝１２１ａの下部の第４面１２０ｄ寄りの位置に形成され、流出口１２３は結合溝１２１ａの上部の第３面１２０ｃ寄りの位置に形成される。したがって、流入口１２２に流入される未反応燃料は、単位セル１３０を全体的に通過しながら反応した後、流出口１２３を通じて排出されるため、燃料の使用効率を増加させることができる
【００４３】
また、流入口１２２及び流出口１２３は、中間板１２０の第１面１２０ａ及び第２面１２０ｂの単位領域１２１に、中間板の中心面を挟んで互いに対称となる位置に形成されるのがよい。
【００４４】
流入口１２２は、中間板１２０の内部に延びて供給通路１２５と繋がれる。流入口１２２は、供給通路１２５を通じて燃料タンク１８０から供給される未反応燃料を単位領域１２１に供給する。すなわち、燃料タンク１８０から供給される未反応燃料は、中間板１２０の内部を通って中間板１２０の内部に形成される供給通路１２５に供給され、中間板１２０の第１面１２０ａ及び第２面１２０ｂに形成された複数の孔である流入口１２２を通じて、中間板１２０の外側に位置する各単位領域１２１に供給される。
【００４５】
また、流入口１２２は、流入口１２２が延びる方向に垂直である断面の形状が長方形状に形成され、高さ（単位領域１２１の垂直方向の距離または図４ａの縦方向の距離）が幅（単位領域１２１の水平方向の距離または図４ａの縦方向の距離）より大きい形状に形成される。流入口１２２が、垂直方向に長い長方形状に形成されることにより、アノード部により多くの燃料流路１３２を形成することができる。
【００４６】
流出口１２３は、中間板１２０の内部に延びて排出通路１２６と繋がれる。流出口１２３は、単位領域１２１で電気生成反応に使われた燃料を結合溝１２１ａの外部に流出させる。すなわち、各単位領域１２１で使用された使用済み燃料は、中間板１２０の第１面１２０ａ及び第２面１２０ｂに形成された複数の孔である流出口１２３を通じて、中間板１２０の内部に形成される排出通路１２６に排出される。かかる排出通路１２６は、中間板１２０の内部を通って使用済み燃料を中間板１２０の外部に排出できるように構成されている（詳細後述）。
【００４７】
また、流出口１２３は、流出口１２３が延びる方向に垂直である断面の形状が長方形状に形成され、高さ（単位領域で垂直方向の距離）が幅（単位領域で水平方向の距離）よりも大きい形状に形成される。流出口１２３は、流入口１２２の形状に対応する形状に形成されることができる。
【００４８】
中間通路１２４は、中間板１２０の第１面１２０ａと第２面１２０ｂで単位領域１２１が形成される領域の内部にジグザグ状に形成される。中間通路１２４は、第５面１２０ｅに形成される供給口１２７と中間板１２０の下部に形成される供給通路１２５とを連結する。中間通路１２４は、供給口１２７を通じて外部から供給される燃料を供給通路１２５に供給する。すなわち、中間通路１２４は、中間板１２０の内部に形成され、第１面１２０ａと第２面１２０ｂとの間の領域のうち、中間板１２０の外側に形成された単位領域１２１の裏側に相当する領域を通るように形成される。
【００４９】
中間通路１２４は、垂直断面の形状が四角形である管形状に形成されることができる。また、中間通路１２４は、垂直断面の形状が円形または楕円形である管形状に形成されることもできる。中間通路１２４は、中間板１２０の厚さによって適正な幅を有するように形成されるのがよい。
【００５０】
中間通路１２４は、中間板１２０の内部で第３面１２０ｃと第４面１２０ｄの間を垂直方向及び水平方向に通るように形成されることができる。より具体的には、図４ａを参照すると、中間通路１２４は、供給口１２７から第６面１２０ｆの方向（図４ａの下方向）に延びる第１通路１２４ａと、第１通路１２４ａから第３面１２０ｃの方向（図４ａの右方向）に延びる第２通路１２４ｂと、第２通路１２４ｂから第６面１２０ｆの方向（図４ａの下方向）に延びる第３通路１２４ｃと、第３通路１２４ｃから第４面１２０ｄの方向（図４ａの左方向）に延びる第４通路１２４ｄと、第４通路１２４ｄから第６面１２０ｆの方向（図４ａの下方向）に延びて供給通路１２５と繋がれる第５通路１２４ｅとを備えてなる。
【００５１】
本発明の第１の実施の形態では、中間通路１２４が、垂直方向に延びる３つの通路と水平方向に延びる２つの通路を備えると説明したが、これは１つの例示に過ぎない。中間通路１２４は、中間板１２０の大きさと中間通路１２４の大きさなどに応じて、垂直通路の数及び水平通路の数が、第１の実施の形態で説明した数よりも増減されて形成されることができる。一方、中間通路１２４は、垂直方向または水平方向だけでなく、斜線方向（斜め方向）に形成されることもできる。
【００５２】
中間通路１２４は、中間板１２０の第１面１２０ａに形成されるトレンチ状（溝状）の中間溝１２４ｇと、中間溝１２４ｇの上部に結合されて中間溝１２４ｇを第１面１２０ａ方向から密閉する中間溝カバー１２４ｈとによって形成される。中間溝１２４ｇは、中間通路１２４の形状に対応するように第１面１２０ａにトレンチ状の溝で加工されて形成される。中間溝１２４ｇは、燃料供給に必要な中間通路１２４の幅と高さに応じて所定の深さと幅に形成される。中間溝カバー１２４ｈは、中間通路１２４の平面形状に対応する形状に形成される。中間溝カバー１２４ｈは、中間通路１２４の幅と中間溝１２４ｇの深さに応じて適正な厚さを有するように形成される。中間溝カバー１２４ｈは、中間溝の深さと燃料供給のために必要な中間通路１２４の幅の差に対応する厚さに形成されることができる。また、中間溝カバー１２４ｈは、第１面１２０ａと同じ平面を形成する前面が第１面１２０ａの形状に対応するように形成される。すなわち、中間溝カバー１２４ｈは、結合溝１２１ａに対応する部分は結合溝１２１ａと同じ形状に形成され、突出部１２１ｂに対応する部分は突出部１２１ｂと同じ形状に形成される。したがって、中間溝カバー１２４ｈの厚さは、厳密には位置によって異なることになるが、本願明細書中で「中間溝カバー１２４ｈの厚さ」といった場合、結合溝１２１ａに対応する部分の中間溝カバー１２４ｈの厚さを意味するものとする。
【００５３】
中間溝カバー１２４ｈは、中間溝１２４ｇに前面が第１面１２０ａと同じ平面をなすように挿入される。中間溝カバー１２４ｈは、側面に塗布される接着剤によって中間溝１２４ｇに固定される。中間溝カバー１２４ｈは、中間溝１２４ｇを密閉し、中間通路１２４の内部を流れる燃料が第１面１２０ａの方向に漏出しないようにする。すなわち、中間通路１２４は、中間溝１２４ｇに内部に空間が残るように中間溝カバー１２４ｈで蓋をすることにより形成される。
【００５４】
ここで、本発明の第１の実施の形態では、中間通路１２４は、中間板１２０の第１面１２０ａ側に中間溝１２４ｇを形成して、かかる中間溝１２４ｇを中間溝カバー１２４ｈで覆って形成した。しかし、中間通路１２４は、中間板１２０の第２面１２０ｂ側に中間溝１２４ｇを形成して、かかる中間溝１２４ｇを中間溝カバー１２４ｈで覆って形成するようにすることもできる。
【００５５】
供給通路１２５は、中間板１２０下部の内部で第１面１２０ａと平行に第４面１２０ｄから第３面１２０ｃ側の方向に延びて形成される。すなわち、供給通路１２５は、第４面１２０ｄ側の単位領域１２１に形成される流入口１２２から第３面１２０ｃ側の単位領域１２１に形成される流入口１２２までが繋がれるように形成される。供給通路１２５は、第３面１２０ｃ側に位置する一端が密閉され、第４面１２０ｄ側に位置する他端が中間通路１２４と繋がれるように形成される。よって、供給通路１２５は、中間通路１２４から供給される未反応燃料を流入口１２２を通じて結合溝１２１ａの下部に順次供給するようになる。
【００５６】
供給通路１２５は、垂直断面形状が中間通路１２４に対応する形状に形成される。供給通路１２５は、垂直断面が四角形または円形である管形状に形成されるのがよい。また、供給通路１２５は、垂直断面が楕円形である管形状に形成されることもできる。
【００５７】
供給通路１２５は、中間通路１２４と同じ方法で形成されることができる。すなわち、供給通路１２５は、中間板１２０の第１面１２０ａに形成されるトレンチ状（溝状）の供給溝１２５ａと、供給溝１２５ａの上部に結合される供給溝カバー１２５ｂによって形成される。供給溝１２５ａは、供給通路１２５の形状に対応するように第１面１２０ａにトレンチ状の溝で加工されて形成される。供給溝１２５ａは、燃料供給に必要な供給通路１２５の幅と高さに応じて所定の深さと幅に形成される。供給溝カバー１２５ｂは、第１面１２０ａで供給通路１２５の平面形状に対応する形状に形成される。但し、供給溝カバー１２５ｂは、中間溝カバー１２４ｈとは異なって複数の部分に分離されて形成されることができる。すなわち、供給通路１２５は流入口１２２と繋がれるので、供給溝カバー１２５ｂは、供給溝１２５ａの領域のうち、流入口１２２に対応する部分を除いた領域を覆うように形成される。供給溝カバー１２５ｂは、供給通路１２５の幅と供給溝１２５ａの深さに応じて適正な厚さを有するように形成される。供給溝カバー１２５ｂは、供給溝１２５ａの深さと燃料供給のために必要な供給通路１２５の幅の差に対応する厚さに形成される。供給溝カバー１２５ｂは、中間溝カバー１２４ｈの厚さと同じ厚さに形成されることができる。また、供給溝カバー１２５ｂは、第１面１２０ａと同じ平面を形成する前面が第１面１２０ａの形状に対応するように形成される。すなわち、供給溝カバー１２５ｂは、結合溝１２１ａに対応する部分は結合溝１２１ａと同じ形状に形成され、突出部１２１ｂに対応する部分は突出部１２１ｂと同じ形状に形成される。したがって、供給溝カバー１２５ｂの厚さは、厳密には位置によって異なることになるが、本願明細書中で「供給溝カバー１２５ｂの厚さ」といった場合、結合溝１２１ａに対応する部分の供給溝カバー１２５ｂの厚さを意味するものとする。
【００５８】
供給溝カバー１２５ｂは、前面が第１面１２０ａと同じ平面をなすように供給溝１２５ａに挿入される。供給溝カバー１２５ｂは、側面に塗布される接着剤によって供給溝１２５ａに固定される。このとき、供給溝カバー１２５ｂは複数の部分に分離され、それぞれの単位領域１２１に流入口１２２が形成されるように供給溝１２５ａに結合される。供給溝カバー１２５ｂは、供給溝１２５ａを密閉し、供給通路１２５の内部を流れる燃料が流入口１２２を除いた部分で第１面１２０ａ方向に漏出しないようにする。すなわち、供給通路１２５は、供給溝１２５ａに内部に空間が残るように供給溝カバー１２５ｂで蓋をすることにより形成される。そしてこのとき、複数の部分からなる供給溝カバー１２５ｂを相互に離隔させて配置することにより、供給溝カバー１２５ｂ間の隙間が流入口１２２を形成する。
【００５９】
一方、中間板１２０で第２面１２０ｂの単位領域１２１に形成される流入口１２２は、供給溝１２１ａの底で第２面１２０ｂ方向に貫通される孔状に形成される。第２面１２０ｂに形成される流入口１２２は、第１面１２０ａに形成される流入口１２２と同じ形状に形成される。
【００６０】
ここで、本発明の第１の実施の形態では、供給通路１２５は、中間板１２０の第１面１２０ａ側に供給溝１２５ａを形成して、かかる供給溝１２５ａを供給溝カバー１２５ｂで覆って形成した。しかし、供給通路１２５は、中間板１２０の第２面１２０ｂ側に供給溝１２５ａを形成して、かかる供給溝１２５ａを供給溝カバー１２５ｂで覆って形成するようにすることもできる。
【００６１】
排出通路１２６は、中間板１２０上部の内部で第１面１２０ａと平行に第４面１２０ｄから第３面１２０ｃの方向に延びて形成される。すなわち、排出通路１２６は、第４面１２０ｄ側の単位領域１２１に形成される流出口１２３から第３面１２０ｃ側の単位領域１２１に形成される流出口１２３までが全体的に繋がれるように形成される。また、排出通路１２６は、第３面１２０ｃ側に位置する一端が排出口１２８と繋がれ、第４面１２０ｄ側に位置する他端が密閉されるように形成される。よって、排出通路１２６は、各単位領域１２１に形成された流出口１２３から流出される反応燃料を排出口１２８を通じて外部に排出する。
【００６２】
排出通路１２６は、垂直断面の形状が中間通路１２４に対応する形状に形成される。排出通路１２６は、垂直断面が円形または四角形である管形状に形成されるのがよい。また、排出通路１２６は、垂直断面が楕円形である管形状に形成されることもできる。
【００６３】
排出通路１２６は、供給通路１２５と同じ方法で形成されることができる。すなわち、排出通路１２６は、中間板１２０の第１面１２０ａに形成されるトレンチ状（溝状）の排出溝１２６ａと、排出溝１２６ａの上部に結合される排出溝カバー１２６ｂによって形成される。排出溝１２６ａは、排出通路１２６の形状に対応するように第１面１２０ａにトレンチ状の溝で加工されて形成される。排出溝１２６ａは、燃料排出に必要な排出通路１２６の幅と高さに応じて所定の深さと幅に形成される。排出溝カバー１２６ｂは、第１面１２０ａで排出通路１２６の平面形状に対応する形状に形成される。但し、排出溝カバー１２６ｂは、中間溝カバー１２４ｈとは異なって複数の部分に分離されて形成されることができる。すなわち、排出通路１２６は流出口１２３と繋がれるので、排出溝カバー１２６ｂは、排出溝１２６ａの領域のうち、流出口１２３に対応する部分を除いた部分を覆うように形成される。排出溝カバー１２６ｂは、排出通路１２６の幅と排出溝１２６ａの深さに応じて適正な厚さを有するように形成される。排出溝カバー１２６ｂは、排出溝１２６ａの深さと燃料排出のために必要な排出通路１２６の幅の差に対応する厚さに形成される。排出溝カバー１２６ｂは、中間溝カバー１２４ｈの厚さと等しい厚さに形成されることができる。また、排出溝カバー１２６ｂは、第１面１２０ａと同じ平面を形成する前面が第１面１２０ａの形状に対応するように形成される。すなわち、排出溝カバー１２６ｂは、結合溝１２１ａに対応する部分は結合溝１２１ａと同じ形状に形成され、突出部１２１ｂに対応する部分は突出部１２１ｂと同じ形状に形成される。したがって、排出溝カバー１２６ｂの厚さは、厳密には位置によって異なることになるが、本願明細書中で「排出溝カバー１２６ｂの厚さ」といった場合、結合溝１２１ａに対応する部分の排出溝カバー１２６ｂの厚さを意味するものとする。
【００６４】
排出溝カバー１２６ｂは、前面が第１面１２０ａと同じ平面をなすように排出溝１２６ａに挿入される。排出溝カバー１２６ｂは、側面に塗布される接着剤によって排出溝１２６ａに固定される。このとき、排出溝カバー１２６ｂは複数の部分に分離されてそれぞれの単位領域１２１に流出口１２３が形成されるように排出溝１２６ａに結合される。排出溝カバー１２６ｂは、排出溝１２６ａを密閉し、排出通路１２６の内部を流れる燃料が流出口１２３を除いた部分で第１面１２０ａ方向に漏出しないようにする。すなわち、排出通路１２６は、排出溝１２６ａに内部に空間が残るように排出溝カバー１２６ｂで蓋をすることにより形成される。そしてこのとき、複数の部分からなる排出溝カバー１２６ｂを相互に離隔させて配置することにより、排出溝カバー１２６ｂ間の隙間が流出口１２３を形成する。
【００６５】
一方、中間板１２０で第２面１２０ｂの単位領域１２１に形成される流出口１２３は、供給溝１２１ａの底で第２面１２０ｂ方向に貫通される孔状に形成される。第２面１２０ｂに形成される流出口１２３は、第１面１２０ａに形成される流出口１２３と同じ形状に形成される。
【００６６】
ここで、本発明の第１の実施の形態では、排出通路１２６は、中間板１２０の第１面１２０ａ側に排出溝１２６ａを形成して、かかる排出溝１２６ａを排出溝カバー１２６ｂで覆って形成した。しかし、排出通路１２６は、中間板１２０の第２面１２０ｂ側に排出溝１２６ａを形成して、かかる排出溝１２６ａを排出溝カバー１２６ｂで覆って形成するようにすることもできる。
【００６７】
供給口１２７は、中間板１２０の第５面１２０ｅ（図４ａでは、中間板１２０の上側）に形成され、中間通路１２４と繋がれるように形成される。供給口１２７は、中間通路１２４と一体に形成されることができる。供給口１２７は、燃料ポンプ１９０と繋がれ、燃料ポンプ１９０から供給される未反応燃料は、供給口１２７から中間通路１２４を通じて供給通路１２５に供給される。供給口１２７は、中間板１２０の第５面１２０ｅの領域のうち、第４面１２０ｄに隣接した単位領域１２１に形成されることができる。
【００６８】
供給口１２７は、中間板１２０を貫いて中間通路１２４と繋がれるように形成される。供給口１２７は、中間通路１２４とは異なって中間板１２０の側面から貫通されて形成され、供給口１２７に繋がれる外部配管（図示せず）を堅固に結合させる。一方、供給口１２７は、中間通路１２４のように中間板１２０に形成される溝と、溝を覆うカバーによって形成されることもできる。
【００６９】
排出口１２８は、中間板１２０の第３面１２０ｃの上部（図４ａでは、中間板１２０の右側の上部）に形成され、排出通路１２６と繋がれるように形成される。排出口１２８は、排出通路１２６と一体となって形成されることができる。排出口１２８は、別の混合タンクと繋がれ、単位領域１２１で反応に使われた燃料は、排出口１２８を通じて中間板１２０の外部に排出される。
【００７０】
排出口１２８は、中間板１２０を貫いて排出通路１２６と繋がれるように形成される。排出口１２８は、中間通路１２４とは異なって中間板１２０の側面から貫通されて形成され、排出口１２８に繋がれる外部配管（図示せず）を堅固に結合させる。一方、排出口１２８は、中間通路１２４のように中間板１２０に形成される溝と、溝を覆うカバーによって形成されることもできる。
【００７１】
単位セル１３０は、第１面１２０ａと第２面１２０ｂの各単位領域１２１に配置されるアノード部１３１と、アノード部１３１にそれぞれ密着されて配置される膜−電極アセンブリ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）（以下、「ＭＥＡ」と言う）１３５と、ＭＥＡ１３５にそれぞれ密着されて配置されるカソード部１３７とを含んで構成される。単位セル１３０は、供給される燃料と空気との反応によって電気エネルギーを発生させる。
【００７２】
アノード部１３１は、図５に示されたように、アノード集電板１３１ａとアノード電極端子１３１ｂとを含んで形成され、結合溝１２１ａに密着させて配置される。アノード部１３１は、供給される未反応燃料が結合溝１２１ａの内部で全体的に流れるようにするガイドの役割を果たす。また、アノード部１３１は、第１電極層１３５ａによって燃料に含有された水素から分離された電子を、隣接する電気生成ユニット１３０のカソード部１３７に移動させる伝導体としての機能を果たす。
【００７３】
アノード集電板１３１ａは、プレート状（板状）でなり、電気伝導性の良い金、銀、銅のような金属から形成されることができるし、または、一般金属の表面に金、銀、銅のような金属がメッキされて形成されることもできる。アノード集電板１３１ａは、燃料を流通させるための燃料流路１３２を備えて形成される。アノード集電板１３１ａは、中間板１２０の前面及び後面の両側の面で、単位領域１２１の結合溝１２１ａに密着して結合される。また、アノード集電板１３１ａは、ＭＥＡ１３５の第１電極層１３５ａと相互に密着される。
【００７４】
燃料流路１３２は、アノード集電板１３１ａのプレートを所定の幅で貫通し、全体的にジグザグ状または蛇行状に形成される複数の流路が互いに均一な間隔で配置されて形成される。すなわち、燃料流路１３２は、複数の流路が所定の距離だけ離隔されて互いに平行に配置され、複数の流路が全体的にジグザグ状または蛇行（ｍｅａｎｄｅｒ）の形状となるように形成される。但し、燃料流路１３２は全体的に多様な形状で形成できることは勿論である。燃料流路１３２は、その一端が流入口１２２が形成される領域と対応する位置にくるように形成され、他端が流出口１２３が形成される領域と対応する位置にくるように形成される。すなわち、燃料流路１３２は、流入口１２２と流出口１２３を連結する複数の経路として形成される。よって、燃料流路１３２は、中間板１２０の供給通路１２５及び流入口１２２を通じて供給される燃料を、ＭＥＡ１３５の第１電極層１３５ａの領域全体に満遍なく流通させることができる。
【００７５】
アノード電極端子１３１ｂは、中間板１２０に形成された端子溝１２１ｃに挿入されて支持されながら、中間板１２０の外側に突出されるように位置される。アノード電極端子１３１ｂは、別の導線などを通じて隣接する単位セル１３０のカソード部１３７と電気的に繋がれる。
【００７６】
アノード電極端子１３１ｂは、アノード集電板１３１ａと一体となって形成され、中間板１２０の上部側の面または下部側の面の方向に延びて突出するように形成される。アノード電極端子１３１ｂは、別の連結端子（図示せず）によってカソード電極端子１３７ｂと電気的に繋がれる。
【００７７】
ＭＥＡ１３５は、図３に示されたように、一方の面に第１電極層１３５ａが形成され、他方の面に第２電極層１３５ｂが形成され、第１電極層１３５ａと第２電極層１３５ｂとの間に電解質膜１３５ｃが形成された構造を有する、一般的なＭＥＡとして備えられる。第１電極層１３５ａは、燃料に含有された水素を電子と水素イオンとに分離させるアノード電極層で形成されることができる。電解質膜１３５ｃは、水素イオンを第２電極層１３５ｂに移動させる。第２電極層１３５ｂは、第１電極層１３５ａから受けた電子、水素イオン及び別に提供される酸素を反応させて水気及び熱を発生させるカソード電極層で形成されることができる。このとき、ＭＥＡ１３５は、アノード部１３１及びカソード部１３７に相応する大きさに形成される。また、ＭＥＡ１３５のエッジ部分（縁部）に一般的なガスケット（図示せず）を備えることもできる。ＭＥＡ１３５は、第１電極層１３５ａがアノード部１３１に密着されるように中間板１２０の単位領域１２１に配置される。ＭＥＡ１３５は、直接メタノール燃料電池に使われる一般的な構造で形成でき、ここでは詳細な説明は省略する。
【００７８】
カソード部１３７は、図６に示されたように、カソード集電板１３７ａとカソード電極端子１３７ｂを含んで構成される。カソード部１３７は、ＭＥＡ１３５の第２電極層１３５ｂと相互に密着されて配置され、空気の自然拡散または対流作用によって大気中の空気を流通させて、ＭＥＡ１３５に分散供給する。カソード部１３７は、アノード部１３１またはＭＥＡ１３５に相応する大きさに形成される。また、カソード部１３７は、中間板１２０の同一面で互いに隣接する単位セル１３０のアノード部１３１と電気的に繋がれ、電子を受ける伝導体としての機能を果たす。
【００７９】
カソード集電板１３７ａは、電気伝導性を有した金属プレート（金属板）からなり、空気を流通させるための空気流路１３８を備えて形成される。カソード集電板１３７ａは、電気伝導性に優れた金、銀、銅のような金属から形成されることができるし、または、一般金属の表面に電気伝導性に優れた金、銀、銅のような金属がメッキされて形成されることもできる。
【００８０】
空気流路１３８は、空気を効果的に分散供給させるためと、カソード集電板１３７ａの強度を保持するために、カソード集電板１３７ａのプレートを貫く円形または多角形状の孔に形成される。
【００８１】
カソード電極端子１３７ｂは、中間板１２０に形成された端子溝１２１ｃに挿入されて支持されながら、中間板１２０の外側に突出されるように位置される。カソード電極端子１３７ｂは、別の導線などを通じて隣接する単位セル１３０のアノード部１３１と電気的に繋がれる。
【００８２】
カソード電極端子１３７ｂは、カソード集電板１３７ａと一体となって形成され、中間板１２０の上部側の面または下部側の面の方向に延びて突出するように形成される。カソード電極端子１３７ｂは、別の連結端子（図示せず）によってアノード電極端子１３１ｂと電気的に繋がれる。
【００８３】
ケース１４０は、第１ケース１４０ａと、第２ケース１４０ｂを含み、略ボックス状に形成される。また、ケース１４０は、空気孔１４３ａ、１４３ｂと支持突起１４４ａ（第２ケースの支持突起は示していない）を含んで構成される。また、ケース１４０は、支持板１５０をさらに含んで構成されることができる。ケース１４０は、燃料電池本体１１０を内部に収容する。第１ケース１４０ａと第２ケース１４０ｂは、互いに対称となる形状に形成される。
【００８４】
第１ケース１４０ａと第２ケース１４０ｂは、それぞれ内部が中空であり、一側または他側が開放されたボックス状に形成される。第１ケース１４０ａは、第２ケース１４０ｂと相互に結着されて内部に空間を形成し、燃料電池本体１１０を収容することができる。このとき、第１ケース１４０ａの第１平板１４１ａと第２ケース１４０ｂの第２平板１４１ｂが、内部に収容される燃料電池本体１１０と対向するようになる。また、第１ケース１４０ａの第１側部１４２ａと第２ケース１４０ｂの第２側部１４２ｂが、内部に収容される燃料電池本体１１０の側部の周りを囲むようになる。
【００８５】
空気孔１４３ａ、１４３ｂは、第１ケース１４０ａの第１平板１４１ａと第２ケース１４０ｂの第２平板１４１ｂにそれぞれ形成される。空気孔１４３ａ、１４３ｂは、内部に燃料電池本体１１０が収容されたときに、第１平板１４１ａと第２平板１４１ｂの領域のうち、で単位セル１３０が位置する領域に対応する領域に形成される。空気孔１４３ａ、１４３ｂは、大気中の空気が内部に流入されて単位セル１３０に供給されるようにする。空気孔１４３ａ、１４３ｂは、それぞれ第１平板１４１ａと第２平板１４１ｂを貫いて形成される。空気孔１４３ａ、１４３ｂは、円形、四角形または六角形のような多様な形状に形成されることができる。空気孔１４３ａ、１４３ｂは複数形成され、互いに離隔されて孔状に形成される。
【００８６】
第１ケース１４０ａの支持突起１４４ａは、第１平板１４１ａの領域のうち、空気孔１４３ａが形成された領域を除いた領域に形成され、垂直方向に突出するバー形状または半球形状に形成される。また、支持突起１４４ａは、ケース１４０と燃料電池本体１１０との間の距離に相応する高さに形成される。支持突起１４４ａは、燃料電池本体１１０の支持に必要な適正な数が形成されて燃料電池本体１１０を支持する。より詳しくは、支持突起１４４ａは中間板１２０の結合溝１２１ａの周りに形成される突出部１２１ｂに接触されて燃料電池本体１１０を支持するようになる。第２ケース１４０ｂに形成される支持突起は示していないが、第１ケース１４０ａの支持突起１４４ａと同様に形成されることができる。
【００８７】
支持板１５０は板状に形成され、燃料電池本体１１０がケース１４０の内部に収容される際に、カソード部１３７と接触されながら単位セル１３０を中間板１２０側に密着させる。支持板１５０は、開口部１５２と端子溝１５４を含んで構成される。開口部１５２は、単位セル１３０が形成される領域に対応する領域に形成され、カソード集電板１３７ａの領域のうち空気流路１３８が形成された領域の面積に相応する面積を有するように形成される。端子溝１５４は、開口部１５２の上部または下部にアノード電極端子１３１ａまたはカソード電極端子１３７ｂの幅に相応する大きさの溝状に形成され、アノード電極端子１３１ａまたはカソード電極端子１３７ｂが結合される。
【００８８】
燃料タンク１８０は、内部に液体である燃料が保存される空間を備えるボックス状に形成され、燃料電池本体１１０に供給される燃料が保存される。燃料タンク１８０には、燃料電池本体１１０で要する濃度のエタノールまたはメタノールが保存される。燃料タンク１８０は、１つの配管を通じて燃料ポンプ１９０と繋がれ、保存されている燃料を燃料電池本体１１０の供給通路１２５に供給する。
【００８９】
燃料ポンプ１９０は、１つの配管を通じて燃料電池本体と繋がれ、別の１つの配管を通じて燃料タンク１８０と繋がれる。よって、燃料ポンプ１９０は、燃料タンク１８０に保存されている燃料を燃料電池本体１１０に供給する。より詳しくは、燃料ポンプ１９０は、中間板１２０の供給口１２７を通じて供給通路１２５と繋がれて、燃料を供給するようになる。燃料ポンプ１９０には、液体を移送することができる多様なポンプを使用することができる。
【００９０】
次に、本発明の第２の実施の形態にかかる燃料電池システムについて、図７ａ〜図７ｄを参照しながら詳細に説明する。
【００９１】
図７ａは、本発明の第２の実施の形態にかかる燃料電池システムの中間板の構成を示す正面図である。図７ｂは、図７ａのＣ−Ｃ断面図である。図７ｃは、図７ａのＤ−Ｄ断面図である。図７ｄは、図７ａに示された中間板の分解斜視図である。
【００９２】
本発明の第２の実施の形態にかかる燃料電池システムは、中間板２２０と、複数の単位セル１３０を備えた燃料電池本体１１０を含んで構成される。また、燃料電池システム１００は、燃料電池本体１１０を全体的に包んで収容するケース１４０と、燃料ポンプ１８０と、燃料タンク１９０とをさらに含んで構成されることができる。
【００９３】
本発明の第２の実施の形態にかかる燃料電池システムは、図１〜図６に示された、第１の実施の形態にかかる燃料電池システム１００とは、中間板２２０の構造が異なる。第２の実施の形態にかかる燃料電池システムの中間板２２０以外の構成は、第１の実施の形態と同様である。よって、以下、本発明の第２の実施の形態にかかる燃料電池システムについては、燃料電池本体１１０に設けられた中間板２２０を中心に説明して、中間板２２０の構造を示す図面だけを掲示する。また、図１〜図６に示された第１の実施の形態による燃料電池システム１００と同一または類似する部分については、同じ図面符号を使って、ここでは詳細な説明は省略する。
【００９４】
中間板２２０は、複数の単位領域１２１と、流入口１２２と、流出口１２３と、中間通路２２４と、供給通路２２５と、排出通路２２６と、供給口２２７と、排出口２２８とを含んで構成される。第２の実施の形態にかかる燃料電池システムの中間板２２０は、燃料が流れる経路の構成は第１の実施の形態と同じであるが、中間板２２０に中間通路２２４、供給通路２２５、排出通路２２６、供給口２２７及び排出口２２８が形成される方法が第１の実施の形態と異なる。
【００９５】
中間板２２０は、図７ａを参照すると、幅方向の長さが高さ方向の長さよりも長い、略長方形状の形状を有する。中間板２２０は、第１面２２０ａと、第２面２２０ｂと、第３面２２０ｃと、第４面２２０ｄと、第５面２２０ｅと、第６面２２０ｆとを備える。中間板２２０は、略板状に形成され、第１板２２０ｇと第２板２２０ｈを備えてなる。すなわち、中間板２２０は、互いに対称に形成される第１板２２０ｇと第２板２２０ｈとが互いに対向するように接着されて形成される。
【００９６】
単位領域１２１は、中間板２２０の第１面２２０ａと第２面２２０ｂに所定の間隔で区画されて形成され、第１面２２０ａと第２面２２０ｂの表面に溝状の結合溝１２１ａと突出部１２１ｂとを備えて形成される。また、結合溝１２１ａには、単位セル１３０の端子が引き出される端子溝１２１ｃが中間板２２０の上部または下部に形成される。
【００９７】
流入口１２２及び流出口１２３は、結合溝１２１ａの底面に孔状に形成される。また、流入口１２２は、中間板２２０の内部に延びて供給通路２２５と繋がれる。流入口１２２は、供給通路２２５を通じて燃料タンク１８０から供給される未反応燃料を単位領域１２１の結合溝１２１ａに供給する。流出口１２３は、中間板２２０の内部に延びて排出通路２２６と繋がれる。流出口１２３は、単位領域１２１で電気生成反応に使われた燃料を結合溝１２１ａの外部に流出させる。
【００９８】
中間通路２２４は、中間板２２０の第１面２２０ａと第２面２２０ｂで単位領域１２１が形成される領域の内部にジグザグ状に形成される。また、中間通路２２４は、中間板２２０の内部で第３面２２０ｃと第４面２２０ｄとの間を垂直方向及び水平方向に通るように形成されることができる。中間通路２２４は、第５面２２０ｅに形成される供給口１２７と中間板２２０の下部に形成される供給通路２２５とを連結する。
【００９９】
中間通路２２４は、垂直断面の形状が四角形である管形状に形成される。中間通路２２４の垂直断面の形状は、円形または楕円形であってもよい。中間通路は、図４ａに示された第１の実施の形態による中間通路１２４と、全体的な形状は類似する。但し、第２の実施の形態の中間通路２２４は、中間板２２０に形成される方法において、図４ａによる中間通路１２４とは異なる。
【０１００】
中間通路２２４は、中間板２２０を構成する第１板２２０ｇと第２板２２０ｈの内側の面に溝状に形成される第１溝２２４ａと第２溝２２４ｂによって形成される。ここで、上記内側の面とは、第１板２２０ｇと第２板２２０ｈとが互いに対向する面を意味する。第１溝２２４ａは、中間通路２２４が第１面２２０ａに平行に半分に切断された形状に対応する形状に形成される。また、第２溝２２４ｂは、第１溝２２４ａと対称となる形状に形成される。すなわち、中間通路２２４は、第１板２２０ｇと第２板２２０ｈの内側の面が互いに接触されて結合される際に、第１溝２２４ａと第２溝２２４ｂが結合されて形成される。
【０１０１】
供給通路２２５は、中間板２２０の下部の内部で、第１面２２０ａと平行に第４面２２０ｄから第３面２２０ｃ側の方向に延びて形成される。供給通路２２５は、図４ａに示された第１の実施の形態による供給通路１２５と、全体的な形状は類似する。但し、第２の実施の形態の供給通路２２５は、中間板２２０に形成される方法において、図４ａによる供給通路１２５とは異なる。
【０１０２】
供給通路２２５は、中間板２２０を構成する第１板２２０ｇと第２板２２０ｈの内側の面に溝状に形成される第３溝２２５ａと第４溝２２５ｂによって形成される。ここで、上記内側の面とは、第１板２２０ｇと第２板２２０ｈとが互いに対向する面を意味する。第３溝２２５ａは、供給通路２２５が第１面２２０ａに平行に半分に切断された形状に対応する形状に形成される。また、第４溝２２５ｂは、第３溝２２５ａと対応する形状に形成される。よって、供給通路２２５は第１板２２０ｇと第２板２２０ｈの内側の面が互いに接触されて結合される際に、第３溝２２５ａと第４溝２２５ｂが結合されて形成される。このとき、流入口１２２は、第３溝２２５ａ及び第４溝２２５ｂからそれぞれ第１面２２０ａ及び第２面２２０ｂの方向に貫通されて形成される。
【０１０３】
排出通路２２６は、中間板２２０の下部の内部で、第１面２２０ａと平行に第３面２２０ｃから第４面２２０ｄ側の方向に延びて形成される。排出通路２２６は、図４ａに示された第１の実施の形態による排出通路１２６と、全体的な形状は類似する。但し、第２の実施の形態の排出通路２２６は、中間板２２０に形成される方法において、図４ａによる排出通路１２６とは異なる。
【０１０４】
排出通路２２６は、中間板２２０を構成する第１板２２０ｇと第２板２２０ｈの内側の面に溝状に形成される第５溝２２６ａと第６溝２２６ｂによって形成される。ここで、上記内側の面とは、第１板２２０ｇと第２板２２０ｈとが互いに対向する面を意味する。第５溝２２６ａは、排出通路２２６が第１面２２０ａに平行に半分に切断された形状に対応する形状に形成される。また、第６溝２２６ｂは、第５溝２２６ａと対称する形状に形成される。よって、排出通路２２６は第１板２２０ｇと第２板２２０ｈの内側の面が互いに接触されて結合される際に、第５溝２２６ａと第６溝２２６ｂが結合されて形成される。このとき、流出口１２３は、第５溝２２６ａ及び第６溝２２６ｂからそれぞれ第１面２２０ａ及び第２面２２０ｂ方向に貫通されて形成される。
【０１０５】
供給口２２７は、中間板２２０の第５面２２０ｅ（図７ａでは、中間板２２０の上側）に形成され、中間通路２２４と繋がれるように形成される。供給口２２７は、図４ａに示された第１の実施の形態による供給口１２７と、全体的な形状は類似する。但し、第２の実施の形態の供給口２２７は、中間板２２０に形成される方法において、図４ａによる供給口１２７とは異なる。
【０１０６】
供給口２２７は、中間板２２０を構成する第１板２２０ｇと第２板２２０ｈの内側の面に溝状に形成される第７溝２２７ａと第８溝２２７ｂによって形成される。ここで、上記内側の面とは、第１板２２０ｇと第２板２２０ｈとが互いに対向する面を意味する。第７溝２２７ａは、供給口２２７が第１面２２０ａに平行に半分に切断された形状に対応する形状に形成される。また、第８溝２２７ｂは、第７溝２２７ａに対応する形状に形成される。よって、供給口２２７は、第１板２２０ｇと第２板２２０ｈの内側の面が互いに接触されて結合される際に、第７溝２２７ａと第８溝２２７ｂが結合されて形成される。
【０１０７】
排出口２２８は、中間板２２０の第３面２２０ｃの上部（図７ａでは、中間板２２０の右側の上部）に形成され、排出通路２２６と繋がれるように形成される。排出口２２８は、図４ａに示された第１の実施の形態による排出口１２８と、全体的な形状は類似する。但し、第２の実施の形態の排出口２２８は、中間板２２０に形成される方法において、図４ａによる排出口１２８とは異なる。
【０１０８】
排出口２２８は、中間板２２０を構成する第１板２２０ｇと第２板２２０ｈの内側の面に溝状に形成される第９溝２２８ａと第１０溝２２８ｂによって形成される。ここで、上記内側の面とは、第１板２２０ｇと第２板２２０ｈの互いに対向する面を意味する。第９溝２２８ａは、排出口２２８が第１面２２０ａに平行に半分に切断された形状に対応する形状に形成される。また、第１０溝２２８ｂは、第９溝２２８ａに対応する形状に形成される。よって、排出口２２８は、第１板２２０ｇと第２板２２０ｈの内側の面が互いに接触されて結合される際に、第９溝２２８ａと第１０溝２２８ｂが結合されて形成される。
【０１０９】
次に、本発明の第３の実施の形態にかかる燃料電池システムについて、図８ａ〜図８ｃを参照しながら詳細に説明する。
【０１１０】
図８ａは、本発明の第３の実施の形態にかかる燃料電池システムの中間板の構成を示す正面図である。図８ｂは、図８ａのＥ−Ｅ断面図である。図８ｃは、図８ａのＦ−Ｆ断面図である。
【０１１１】
本発明の第３の実施の形態にかかる燃料電池システムは、中間板３２０と、複数の単位セル１３０を備えた燃料電池本体１１０を含んで構成される。また、燃料電池システム１００は、燃料電池本体１１０を全体的に包んで収容するケース１４０と、燃料ポンプ１８０と、燃料タンク１９０とをさらに含んで構成されることができる。
【０１１２】
本発明の第３の実施の形態にかかる燃料電池システムは、図１〜図６に示された、第1の実施の形態にかかる燃料電池システム１００とは、中間板３２０の構造が異なる。第３の実施の形態にかかる燃料電池システムの中間板３２０以外の構成は、第１の実施の形態と同様である。よって、以下、本発明の第３の実施の形態にかかる燃料電池システムについては、燃料電池本体１１０に設けられた中間板３２０を中心に説明して、中間板３２０の構造を示す図面だけを掲示する。図１〜図６に示された第１の実施の形態による燃料電池システム１００と同一または類似する部分については、同じ図面符号を使って、ここでは詳細な説明は省略する。
【０１１３】
中間板３２０は、図８ａを参照すると、複数の単位領域１２１と、流入口１２２と、流出口１２３と、中間通路３２４と、供給通路１２５と、排出通路１２６と、供給口３２７と、排出口１２８とを含んで構成される。中間板３２０は、中間通路３２４の一部分が排出通路１２６と隣接して平行に設けられて形成される。これにより、中間通路３２４の内部を流れる燃料には、排出通路１２６の内部を流れる燃料の熱が効果的に伝達されることができる。第３の実施の形態にかかる燃料電池システムの中間板２２０は、供給口３２７が形成される位置が第１の実施の形態とは異なり、これに伴い、供給口３２７と連結されて形成される中間通路３２４の形状も第１の実施の形態とは異なるようになる。
【０１１４】
中間板３２０は、略板状に形成される。中間板３２０は、図８ａを参照すると、幅方向の長さが高さ方向の長さよりも長い略長方形状の形状を有する。中間板３２０は、第１面３２０ａと、第２面３２０ｂと、第３面３２０ｃと、第４面３２０ｄと、第５面３２０ｅと、第６面３２０ｆとを備える。第１面３２０ａ及び第２面３２０ｂは、単位セル１３０が配置される中間板３２０の前面及び後面をそれぞれ意味する。第３面３２０ｃは、供給口３２７及び排出口１２８が形成される中間板３２０の一側面を意味し、図８ａでは中間板３２０の右側の側面となっている。第４面３２０ｄは、第３面３２０ｃの反対側の面である他側面を意味し、図８ａでは中間板３２０の左側の面となる。第５面３２０ｅは、中間板３２０の上面を意味し、第６面３２０ｆは中間板３２０の下面を意味する。
【０１１５】
単位領域１２１は、中間板３２０の第１面３２０ａと第２面３２０ｂに所定の間隔で区画されて形成され、第１面３２０ａと第２面３２０ｂの表面に溝状の結合溝１２１ａを備えて形成される。単位領域１２１は、結合溝１２１ａの周囲領域に突出する突出部１２１ｂによって他の単位領域１２１と区分されて形成される。また、結合溝１２１ａには、単位セル１３０の端子が引き出される端子溝１２１ｃが中間板１２０の上部または下部に形成される。
【０１１６】
流入口１２２及び流出口１２３は、結合溝１２１ａの底面に孔状に形成される。ここで、結合溝１２１ａの底面とは、結合溝１２１ａにより形成された第１面３２０ａ及び第２面３２０ｂの窪んだ領域内の面のことをいう。流入口１２２及び流出口１２３は、単位領域１２１内に供給される燃料が単位セル１３０の全体に及んで供給されるように、互いに離隔されて位置される。
【０１１７】
中間通路３２４は、中間板３２０の第１面３２０ａと第２面３２０ｂで単位領域１２１が形成される領域の内部にジグザグ状に形成される。中間通路３２４は、第３面３２０ｃに形成される供給口３２７と中間板３２０の下部に形成される供給通路１２５とを連結する。中間通路３２４は、供給口３２７を通じて外部から供給される燃料を供給通路１２５に供給する。
【０１１８】
中間通路３２４は、垂直断面の形状が四角形状である管形状に形成されることができる。また、中間通路３２４は、垂直断面の形状が円形または楕円形である管形状に形成されることもできる。中間通路３２４は、中間板の厚さによって適正な幅を有するように形成されるのがよい。
【０１１９】
中間通路３２４は、中間板３２０の内部で第３面３２０ｃと第４面３２０ｄの間を垂直方向及び水平方向に通るように形成されることができる。より具体的には、図８ａを参照すると、中間通路３２４は、供給口３２７と繋がれて排出通路１２６と平行に第３面３２０ｃから第４面３２０ｄの方向（図８ａの左方向）に延びる第１通路３２４ｃと、第１通路３２４ｃから第６面３２０ｆの方向（図８ａの下方向）に延びて形成される第２通路３２４ｄと、第２通路３２４ｄから第３面３２０ｃの方向（図８ａの右方向）に延びる第３通路３２４ｅと、第３通路３２４ｅから第６面３２０ｆの方向（図８ａの下方向）に延びる第４通路３２４ｆと、第４通路３２４ｆから第４面３２０ｄの方向（図８ａの左方向）に延びる第５通路３２４ｇと、第５通路３２４ｇから第６面３２０ｆの方向（図８ａの下方向）に延びて供給通路１２５と繋がれる第６通路３２４ｈとを備えてなる。
【０１２０】
中間通路３２４のうち、供給口３２７と繋がれる第１通路３２４ｃは、排出通路１２６と隣接して平行に形成される。排出通路１２６を流れる燃料は、電気生成反応で使われた燃料であるため、温度が最も高くなる。一方、第１通路３２４ｃを流れる燃料は、外部から供給されたばかりの燃料であるため、温度が相対的に低くなる。よって、中間板３２０は、その内部で第１通路３２４ｃと排出通路１２６とが互いに隣接して形成され、第１通路３２４ｃを流れる燃料が排出通路１２６を流れる燃料の熱を効果的に吸収するように形成される。
【０１２１】
本発明の第３の実施の形態では、中間通路３２４が、垂直方向に延びる３つの通路と水平方向に延びる２つの通路を備えると説明したが、これは１つの例示に過ぎない。中間通路３２４は、供給口３２７と繋がれる通路が排出通路１２６と平行に隣接して形成されながら、中間板１２０の大きさと中間通路３２４の大きさなどに応じて、垂直通路及び水平通路の数が、第３の実施の形態で説明した数よりも増減されて形成されることができる。一方、中間通路３２４は、垂直方向または水平方向だけでなく、斜線方向（斜め方向）に形成されることもできる。
【０１２２】
中間通路３２４は、中間板１２０の第１面３２０ａに形成されるトレンチ状（溝状）の中間溝３２４ａと、中間溝３２４ａの上部に結合されて中間溝３２４ａを第１面３２０ａ方向から密閉する中間溝カバー３２４ｂとによって形成される。中間溝３２４ａは、中間通路３２４の形状に対応するように第１面３２０ａにトレンチ状の溝で加工されて形成される。中間溝３２４ａは、燃料供給に必要な中間通路３２４の幅と高さに応じて所定の深さと幅に形成される。中間溝カバー３２４ｂは、中間溝３２４ａの平面形状に対応する形状に形成される。中間溝カバー３２４ｂは、中間溝３２４ａの深さと燃料供給のために必要な中間通路３２４の幅の差に対応する厚さに形成されることができる。ここで、中間溝カバー３２４ｂの厚さとは、結合溝１２１ａが形成された領域に対応する部分の厚さを意味する。また、中間溝カバー３２４ｂの前面は、第１面３２０ａと同じ平面を形成するように第１面３２０ａの形状に対応するように形成される。すなわち、中間溝カバー３２４ｂの結合溝１２１ａ及び突出部１２１ｂに対応する部分は、それぞれ結合溝１２１ａ及び突出部１２１ｂと同じ形状に形成される。
【０１２３】
中間溝カバー３２４ｂは、中間溝３２４ａに前面が第１面３２０ａと同じ平面をなすように挿入される。中間溝カバー３２４ｂは、側面に塗布される接着剤によって中間溝３２４ａに固定される。中間溝カバー３２４ｂは、中間溝３２４ａを密閉し、中間通路３２４の内部を流れる燃料が第１面３２０ａの方向に漏出しないようにする。
【０１２４】
ここで、本発明の第３の実施の形態では、中間通路３２４は、中間板３２０の第１面３２０ａ側に中間溝３２４ａを形成して、かかる中間溝３２４ａを中間溝カバー３２４ｂで覆って形成した。しかし、中間通路３２４は、中間板３２０の第２面３２０ｂ側に中間溝３２４ａを形成して、かかる中間溝３２４ａを中間溝カバー３２４ｂで覆って形成するようにすることもできる。
【０１２５】
供給通路１２５は、中間板３２０下部の内部で第１面３２０ａと平行に第４面３２０ｄから第３面３２０ｃ側の方向に延びて形成される。すなわち、供給通路１２５は、第４面３２０ｄ側の単位領域１２１に形成される流入口１２２から第３面３２０ｃ側の単位領域１２１に形成される流入口１２２までが繋がれるように形成される。
【０１２６】
供給通路１２５は、中間通路３２４と同じ方法で形成されることができる。すなわち、供給通路１２５は、中間板３２０の第１面３２０ａに形成されるトレンチ状（溝状）の供給溝１２５ａと、供給溝１２５ａの上部に結合される供給溝カバー１２５ｂによって形成される。供給溝１２５ａは、供給通路１２５の形状に対応するように第１面３２０ａにトレンチ状の溝で加工されて形成される。供給溝カバー１２５ｂは、供給溝１２５ａの平面形状に対応する形状に形成される。但し、供給溝カバー１２５ｂは、中間溝カバー３２４ｂとは異なって複数の部分に分離されて形成されることができる。すなわち、供給通路１２５は流入口１２２と繋がれるので、供給溝カバー１２５ｂは供給溝１２５ａの領域のうち、流入口１２２に対応する部分を除いた部分を覆うように形成される。よって、供給溝カバー１２５ｂは、流入口１２２が形成される領域を除いた供給溝１２５ａを第１面３２０ａ方向から密閉するようになる。
【０１２７】
排出通路１２６は、中間板３２０上部の内部で第１面３２０ａと平行に第４面３２０ｄから第３面３２０ｃの方向に延びて形成される。すなわち、排出通路１２６は、第４面３２０ｄ側の単位領域１２１に形成される流出口１２３から第３面３２０ｃ側の単位領域１２１に形成される流出口１２３まで繋がれるように形成される。
【０１２８】
排出通路１２６は、中間通路３２４と同じ方法で形成されることができる。すなわち、排出通路１２６は、中間板３２０の第１面３２０ａに形成されるトレンチ状（溝状）の排出溝１２６ａと、排出溝１２６ａの上部に結合される排出溝カバー１２６ｂによって形成される。排出溝１２６ａは、排出通路１２６の形状に対応するように第１面３２０ａにトレンチ状の溝で加工されて形成される。排出溝カバー１２６ｂは、排出溝１２６ａの平面形状に対応する形状に形成される。但し、排出溝カバー１２６ｂは、中間溝カバー３２４ｂとは異なって複数の部分に分離されて形成されることができる。すなわち、排出通路１２６は流出口１２３と繋がれるので、排出溝カバー１２６ｂは排出溝１２６ａの領域のうち、流出口１２３に対応する部分を除いた部分を覆うように形成される。よって、排出溝カバー１２６ｂは、流出口１２３が形成される領域を除いた排出溝１２６ａを第１面３２０ａ方向から密閉するようになる。
【０１２９】
ここで、本発明の第３の実施の形態では、供給通路１２５は、中間板３２０の第１面３２０ａ側に供給溝１２５ａを形成して、かかる供給溝１２５ａを供給溝カバー１２５ｂで覆って形成した。しかし、供給通路１２５は、中間板３２０の第２面３２０ｂ側に供給溝１２５ａを形成して、かかる供給溝１２５ａを供給溝カバー１２５ｂで覆って形成するようにすることもできる。また、本発明の第３の実施の形態では、排出通路１２６は、中間板３２０の第１面３２０ａ側に排出溝１２６ａを形成して、かかる排出溝１２６ａを排出溝カバー１２６ｂで覆って形成した。しかし、排出通路１２６は、中間板３２０の第２面３２０ｂ側に排出溝１２６ａを形成して、かかる排出溝１２６ａを排出溝カバー１２６ｂで覆って形成するようにすることもできる。
【０１３０】
供給口３２７は、中間板３２０の第３面３２０ｃに形成され、中間通路３２４と繋がれるように形成される。供給口３２７は中間通路３２４と一体となって形成されることができる。供給口３２７は、燃料ポンプ１９０と繋がれて燃料ポンプ１８０から供給される未反応燃料を中間通路３２４に供給する。
【０１３１】
供給口３２７は、中間板３２０の第３面３２０ｃを貫いて中間通路３２４と繋がれるように形成される。
【０１３２】
排出口１２８は、中間板３２０の第３面３２０ｃの上部に形成され、排出通路１２６と繋がれるように形成される。排出口１２８は、別の混合タンク（図示せず）に繋がれ、単位領域１２１で反応に使われた燃料は、排出口１２８を通じて中間板３２０の外部に排出される。排出口１２８は、供給口３２７と共に中間板３２０の第３面３２０ｃに形成される。
【０１３３】
ここで、本発明の第３の実施の形態では、中間通路３２４、供給通路１２５及び排出通路１２６は、中間板３２０に形成された中間溝３２４ａ、供給溝１２５ａ及び排出溝１２６ａに、中間溝カバー３２４ｂ、供給溝カバー１２５ｂ及び排出溝カバー１２６ｂを結合させて形成した。しかし、中間通路３２４、供給通路１２５及び排出通路１２６は、第２の実施の形態のように、中間板３２０を第１板及び第２板から構成し、上記第１板及び上記第２板に中間通路３２４、供給通路１２５及び排出通路１２６に対応する溝をそれぞれ形成し、上記第１板と上記第２板とを結合させて形成することもできる。
【０１３４】
次に、本発明の第４の実施の形態にかかる燃料電池システムについて、図９を参照しながら説明する。
【０１３５】
図９は、本発明の第４の実施の形態にかかる燃料電池システムの中間板の構成を示す正面図である。
【０１３６】
本発明の第４の実施の形態にかかる燃料電池システムは、中間板４２０と、複数の単位セル１３０を備えた燃料電池本体１１０を含んで構成される。また、燃料電池システム１００は、燃料電池本体１１０を全体的に包んで収容するケース１４０と、燃料ポンプ１８０と、燃料タンク１９０とをさらに含んで構成されることができる。
【０１３７】
本発明の第４の実施の形態にかかる燃料電池システムは、図１〜図６に示された、第１の実施の形態にかかる燃料電池システム１００とは、中間板４２０の構造が異なる。第４の実施の形態にかかる燃料電池システムの中間板４２０以外の構成は、第１の実施の形態と同様である。よって、以下、本発明の第４の実施の形態にかかる燃料電池システムについては、燃料電池本体１１０に設けられた中間板４２０を中心に説明して、中間板４２０の構造を示す図面だけを掲示する。また、図１〜図６に示された第１の実施の形態による燃料電池システム１００と同一または類似する部分については、同じ図面符号を使って、ここでは詳細な説明は省略する。
【０１３８】
中間板４２０は、複数の単位領域１２１と、流入口１２２と、流出口１２３と、中間通路１２４と、供給通路１２５と、排出通路１２６と、供給口１２７と、排出口４２８とを含んで構成される。第４の実施の形態にかかる燃料電池システムの中間板４２０は、排出口４２８が形成される位置が第１の実施の形態とは異なる。中間板４２０の上部には、排出口４２８が供給口１２７と並んで形成される。よって、燃料電池システム１００は、供給口１２７と排出口４２８が燃料ポンプ１９０及び別の混合タンク（図示せず）と並んで繋がれるように形成される。このように、排出口４２８を供給口１２７と隣接するように配置すれば、供給口１２７に供給される燃料に、排出口４２８を通じて排出される燃料の熱が効果的に伝達されるようにすることができる。
【０１３９】
中間板４２０は略板状に形成される。中間板４２０は、図９を参照すると、幅方向の長さが高さ方向の長さよりも長い略長方形状の形状を有する。中間板４２０は、第１面４２０ａと、第２面４２０ｂと、第３面４２０ｃと、第４面４２０ｄと、第５面４２０ｅと、第６面４２０ｆとを備える。第１面４２０ａ及び第２面４２０ｂは、単位セル１３０が配置される前面及び後面をそれぞれ意味する。第３面４２０ｃ及び第４面４２０ｄは、中間板４２０の一側面と他側面を意味する。第５面４２０ｅは、供給口１２７及び排出口４２８が形成される中間板４２０の上面を意味する。第６面４２０ｆは、中間板４２０の下面を意味する。
【０１４０】
単位領域１２１は、中間板４２０の第１面４２０ａと第２面４２０ｂに所定の間隔で区画されて形成され、第１面４２０ａと第２面４２０ｂの表面に溝状の結合溝１２１ａを備えて形成される。単位領域１２１は、結合溝１２１ａの周囲領域に突出する突出部１２１ｂによって他の単位領域１２１と区分されて形成される。また、結合溝１２１ａには、単位セル１３０の端子が引き出される端子溝１２１ｃが中間板１２０の上部または下部に形成される。
【０１４１】
流入口１２２及び流出口１２３は、結合溝１２１ａの底面に孔状に形成される。流入口１２２及び流出口１２３は、単位領域１２１内に供給される燃料が単位セル１３０の全体に及んで供給されるように、互いに離隔されて位置される。
【０１４２】
中間通路１２４は、中間板４２０の第１面４２０ａと第２面４２０ｂで単位領域１２１が形成される領域の内部にジグザグ状に形成される。中間通路１２４は、第５面４２０ｅに形成される供給口１２７と中間板４２０の下部に形成される供給通路１２５とを連結する。
【０１４３】
供給通路１２５は、中間板４２０下部の内部で第１面４２０ａと平行に第４面４２０ｄから第３面４２０ｃの方向に延びて形成される。
【０１４４】
排出通路１２６は、中間板４２０上部の内部で第１面４２０ａと平行に第３面４２０ｃから第４面４２０ｄの方向に延びて形成される。
【０１４５】
供給口１２７は、中間板４２０の第５面４２０ｅに形成され、中間通路１２４と繋がれるように形成される。
【０１４６】
排出口４２８は、中間板４２０の第５面４２０ｅに形成され、排出通路１２６と繋がれるように形成される。排出口４２８は、第５面４２０ｅで供給口１２７と隣接した領域に形成される。また、排出口４２８は、第４面４２０ｄに隣接した単位領域１２１に形成される。排出口４２８は、別の混合タンクと繋がれて電気生成反応に使われた燃料を排出する。
【０１４７】
次に、本発明の第５の実施の形態にかかる燃料電池システムについて、図１０を参照しながら詳細に説明する。
【０１４８】
図１０は、本発明の第５の実施の形態にかかる燃料電池システムの中間板の構成を示す正面図である。
【０１４９】
本発明の第５の実施の形態にかかる燃料電池システムは、中間板５２０と、複数の単位セル１３０を備えた燃料電池本体１１０を含んで構成される。また、燃料電池システム１００は、燃料電池本体１１０を全体的に包んで収容するケース１４０と、燃料ポンプ１８０と、燃料タンク１９０とをさらに含んで構成されることができる。
【０１５０】
本発明の第５の実施の形態にかかる燃料電池システムは、図１〜図６に示された、第１の実施の形態にかかる燃料電池システム１００とは、中間板５２０の構造が異なる。第５の実施の形態にかかる燃料電池システムの中間板５２０以外の構成は、第１の実施の形態と同様である。よって、以下、本発明の第５の実施の形態にかかる燃料電池システムについては、燃料電池本体１１０に設けられた中間板５２０を中心に説明して、中間板５２０の構造を示す図面だけを掲示する。また、図１〜図６に示された第１の実施の形態による燃料電池システム１００と同一または類似する部分については、同じ図面符号を使って、ここでは詳細な説明は省略する。
【０１５１】
中間板５２０は、複数の単位領域１２１と、流入口１２２と、流出口１２３と、中間通路５２４と、供給通路１２５と、排出通路１２６と、供給口１２７と、排出口１２８とを含んで構成される。中間板５２０は、中間板５２０の上部に形成される上部中間通路５２４ａが、中間板５２０の下部に形成される下部中間通路５２４ｂより大きくなるように形成される。よって、中間通路５２４に供給された燃料は、垂直断面の面積が相対的に大きい上部中間通路５２４ａにより長くとどまるようになるため、燃料の温度がさらに均一になる。
【０１５２】
中間板５２０は、略板状に形成されることができる。中間板５２０は、図１０を参照すると、幅方向の長さが高さ方向の長さよりも長い略長方形状に形成されることができる。中間板５２０は、第１面５２０ａと、第２面５２０ｂと、第３面５２０ｃと、第４面５２０ｄと、第５面５２０ｅと、第６面５２０ｆとを備える。第１面５２０ａ及び第２面５２０ｂは、単位セル１３０が配置される中間板５２０の前面及び後面をそれぞれ意味する。第３面５２０ｃは、排出口１２８が形成される中間板５２０の一側面を意味する。第４面５２０ｄは、第３面５２０ｃと対向する中間板５２０の他側面を意味する。第５面５２０ｅは、供給口１２７が形成される中間板５２０の上面を意味する。第６面５２０ｆは、中間板５２０の下面を意味する。
【０１５３】
単位領域１２１は、中間板５２０の第１面５２０ａと第２面５２０ｂに所定の間隔で区画されて形成され、第１面５２０ａと第２面５２０ｂの表面に溝状の結合溝１２１ａを備えて形成される。単位領域１２１は、結合溝１２１ａの周囲領域に突出する突出部１２１ｂによって他の単位領域１２１と区分されて形成される。また、結合溝１２１ａには、単位セル１３０の端子が引き出される端子溝１２１ｃが中間板１２０の上部または下部に形成される。
【０１５４】
流入口１２２及び流出口１２３は、結合溝１２１ａの底面に孔状に形成される。流入口１２２及び流出口１２３は、単位領域１２１内に供給される燃料が単位セル１３０の全体に及んで供給されるように互いに離隔されて位置される。
【０１５５】
中間通路５２４は、中間板５２０の第１面５２０ａと第２面５２０ｂで単位領域１２１が形成される領域の内部にジグザグ状に形成される。中間通路５２４は、供給口１２７と供給通路１２５とを連結する。
【０１５６】
中間通路５２４は、上部中間通路５２４ａと、下部中間通路５２４ｂと、複数の垂直中間通路５２４ｃ、５２４ｄ、５２４ｅとを含んで構成される。上部中間通路５２４ａは、図１０に示されたＸ−Ｘ線を基準としてその上部に水平方向に形成される。また、下部中間通路５２４ｂは、Ｘ−Ｘ線を基準としてその下部に水平方向に形成される。ここで、Ｘ−Ｘ線は、中間板５２０を上部と下部に区分し、垂直方向の中央を基準として設定される仮想線である。一方、中間通路５２４には、上部中間通路５２４ａと下部中間通路５２４ｂがそれぞれ１つづつ形成されると示したが、中間板の大きさと中間通路の大きさに応じて複数形成されることができる。
【０１５７】
上部中間通路５２４ａの高さｈ１は、下部中間通路５２４ｂの高さｈ２より大きく形成される。上部中間通路５２４ａの深さは、下部中間通路５２４ｂの深さと略同一に形成される。すなわち、上部中間通路５２４ａは、垂直断面の面積が下部中間通路５２４ｂより大きくなる。よって、上部中間通路５２４ａは、その容積が下部中間通路５２４ｂより大きくなる。これにより、中間通路５２４に供給された燃料は、上部中間通路５２４ａにより長い時間とどまるようになる。中間板５２０に供給された燃料は、単位領域１２１の下部の流入口１２２を通じて単位領域１２１に供給され、上部に流れながら電気生成反応に参加する。また、燃料は単位領域１２１の上部の流出口１２３を通じて単位領域１２１の外部に流出される。よって、中間板５２０においては、下部の領域よりも上部の領域の方が温度が高くなる。したがって、第５の実施の形態にかかる中間通路５２４は、燃料を上部中間通路５２４ａにより長くとどめることにより、燃料の温度をより効果的に上昇させることができる。
【０１５８】
また、上部中間通路５２４ａは、高さ及び深さが下部中間通路５２４ｂより大きく形成されることができる。また、上部中間通路５２４ａは、深さが下部中間通路５２４ｂより大きく形成されることができる。よって、上部中間通路５２４ａは、下部中間通路５２４ｂよりも垂直断面の面積がより大きく形成される。ここで、垂直断面の面積とは、中間通路が延びる方向に対して垂直な方向の断面積を意味する。
【０１５９】
供給通路１２５は、中間板５２０の下部の内部に、第１面５２０ａと平行に第４面５２０ｄから第３面５２０ｃ方向に延びて形成される。
【０１６０】
排出通路１２６は、中間板５２０の上部の内部に、第１面５２０ａと平行に第３面５２０ｃから第４面５２０ｄ方向に延びて形成される。
【０１６１】
供給口１２７は、中間板５２０の第５面５２０ｅに形成され、中間通路５２４と繋がれるように形成される。
【０１６２】
排出口１２８は、中間板５２０の第５面５２０ｃに形成され、排出通路１２６と繋がれるように形成される。
【０１６３】
次に、本発明の第６の実施の形態にかかる燃料電池システムについて、図１１を参照しながら詳細に説明する。
【０１６４】
図１１は、本発明の第６の実施の形態にかかる燃料電池システムの中間板の構成を示す正面図である。
【０１６５】
本発明の第６の実施の形態にかかる燃料電池システムは、中間板６２０と、複数の単位セル１３０を備えた燃料電池本体１１０を含んで構成される。また、燃料電池システム１００は、燃料電池本体１１０を全体的に包んで収容するケース１４０と、燃料ポンプ１８０と、燃料タンク１９０とをさらに含んで構成されることができる。
【０１６６】
本発明の第６の実施の形態にかかる燃料電池システムは、図１〜図６に示された、第１の実施の形態にかかる燃料電池システム１００とは、中間板６２０の構造が異なる。第６の実施の形態にかかる燃料電池システムの中間板６２０以外の構成は、第１の実施の形態と同様である。よって、以下、本発明の第６の実施の形態にかかる燃料電池システムについては、燃料電池本体１１０に設けられた中間板６２０を中心に説明して、中間板６２０の構造を示す図面だけを掲示する。また、図１〜図６に示された第１の実施の形態による燃料電池システム１００と同一または類似する部分については、同じ図面符号を使って、ここでは詳細な説明は省略する。
【０１６７】
中間板６２０は、複数の単位領域１２１と、流入口１２２と、流出口１２３と、中間通路６２４と、供給通路１２５と、排出通路１２６と、供給口１２７と、排出口１２８とを含んで構成される。中間板６２０は、中間板６２０の上部に形成される上部中間通路６２４ａが供給通路１２５より大きくなるように形成される。よって、中間通路６２４に供給された燃料は、垂直断面の面積が相対的に大きい上部中間通路６２４ａにより長くとどまるようになるため、燃料の温度がさらに均一になる。
【０１６８】
中間板６２０は、略板状に形成されることができる。中間板６２０は、図１１を参照すると、幅方向の長さが高さ方向の長さよりも長い略長方形状に形成されることができる。中間板６２０は、第１面６２０ａと、第２面６２０ｂと、第３面６２０ｃと、第４面６２０ｄと、第５面６２０ｅと、第６面６２０ｆとを備える。第１面６２０ａ及び第２面６２０ｂは、単位セル１３０が配置される中間板６２０の前面及び後面をそれぞれ意味する。第３面６２０ｃは、排出口１２８が形成される中間板６２０の一側面を意味する。第４面６２０ｄは、第３面６２０ｃと対向する中間板６２０の他側面を意味する。第５面６２０ｅは、供給口１２７が形成される中間板６２０の上面を意味する。第６面６２０ｆは、中間板６２０の下面を意味する。
【０１６９】
単位領域１２１は、中間板６２０の第１面６２０ａと第２面６２０ｂに所定の間隔で区画されて形成され、第１面６２０ａと第２面６２０ｂの表面に溝状の結合溝１２１ａを備えて形成される。単位領域１２１は、結合溝１２１ａの周囲領域に突出する突出部１２１ｂによって他の単位領域１２１と区分されて形成される。また、結合溝１２１ａには、単位セル１３０の端子が引き出される端子溝１２１ｃが中間板１２０の上部または下部に形成される。
【０１７０】
流入口１２２及び流出口１２３は、結合溝１２１ａの底面に孔状に形成される。流入口１２２及び流出口１２３は、単位領域１２１内に供給される燃料が単位セル１３０の全体に及んで供給されるように互いに離隔されて位置される。
【０１７１】
中間通路６２４は、中間板６２０の第１面６２０ａと第２面６２０ｂで単位領域１２１が形成される領域の内部にジグザグ状に形成される。中間通路６２４は、供給口１２７と供給通路１２５とを連結する。
【０１７２】
中間通路６２４は、上部中間通路６２４ａと、下部中間通路６２４ｂと、複数の垂直中間通路６２４ｃ、６２４ｄ、６２４ｅとを含んで構成される。上部中間通路６２４ａは、図１１に示されたＸ−Ｘ線を基準としてその上部に水平方向に形成される。また、下部中間通路６２４ｂは、Ｘ−Ｘ線を基準としてその下部に水平方向に形成される。ここで、Ｘ−Ｘ線は、中間板６２０を上部と下部に区分し、垂直方向の中央を基準として設定される仮想線である。一方、中間通路６２４には、上部中間通路６２４ａと下部中間通路６２４ｂがそれぞれ１つづつ形成されると示したが、中間板の大きさと中間通路の大きさによって複数形成されることができる。
【０１７３】
上部中間通路６２４ａの高さｈ３は、供給通路１２５の高さｈ４より大きく形成される。上部中間通路６２４ａの深さは、下部中間通路６２４ｂの深さと略同一に形成される。すなわち、上部中間通路６２４ａは、垂直断面積の面積が供給通路１２５より大きくなる。よって、上部中間通路６２４ａは、その容積が供給通路１２５より大きくなる。これにより、中間通路６２４に供給された燃料は、上部中間通路６２４ａにより長い時間とどまるようになる。中間板６２０に供給された燃料は、単位領域１２１の下部の流入口１２２を通じて単位領域１２１に供給され、上部に流れながら電気生成反応に参加する。また、燃料は、単位領域１２１の上部の流出口１２３を通じて単位領域１２１の外部に流出される。よって、中間板６２０においては、下部の領域よりも上部の領域の方が温度が高くなる。したがって、第６の実施の形態にかかる中間通路６２４は、燃料を上部中間通路６２４ａにより長くとどめることにより、燃料の温度をより効果的に上昇させることができる。
【０１７４】
供給通路１２５は、中間板６２０下部の内部に、第１面６２０ａと平行に第４面６２０ｄから第３面６２０ｃ方向に延びて形成される。
【０１７５】
排出通路１２６は、中間板６２０上部の内部に、第１面６２０ａと平行に第３面６２０ｃから第４面６２０ｄ方向に延びて形成される。
【０１７６】
供給口１２７は、中間板６２０の第５面６２０ｅに形成され、中間通路６２４と繋がれるように形成される。
【０１７７】
排出口１２８は、中間板６２０の第５面６２０ｃに形成され、排出通路１２６と繋がれるように形成される。
【０１７８】
次は、本発明の第１〜第６の実施の形態にかかる燃料電池システムの作用について説明する。以下においては、図１〜図６に示された第１の実施の形態にかかる燃料電池システムの作用を中心に説明する。
【０１７９】
まず、燃料ポンプ１９０は、燃料タンク１８０に保存されている燃料を燃料電池本体１１０に供給する。燃料電池本体１１０に供給される燃料は、供給口１２７を通じて中間通路１２４に供給される。中間通路１２４は、供給された燃料を供給通路１２５に供給する。供給通路１２５は、供給された燃料を流入口１２２を通じて各単位領域１２１の結合溝１２１ａの下部に供給する。このとき、燃料は、第４面１２０ｄ側に形成されている単位領域１２１の結合溝１２１ａから第３面１２０ｃ側に形成されている単位領域１２１の結合溝１２１ａに順次供給される。
【０１８０】
アノード部１３１の燃料流路１３２は、流入口１２２を通じて単位領域１２１に供給された燃料を、結合溝１２１ａの上部に流しながらＭＥＡ１３５の第１電極層１３５ａの全体に及んで供給する。一方、カソード部１３７の空気流路１３８は、外部から対流によって供給される空気をＭＥＡ１３５の第２電極層１３５ｂに供給する。各単位セル１３０では、供給される燃料と空気によって電気生成反応が行われる。中間板１２０は、単位セル１３０で電気生成反応が行われるにつれて全体的に温度が上昇する。よって、中間通路１２４に供給される燃料は、中間板１２０の熱によって温度が共に上昇しながら、供給通路１２５に供給される。温度が上昇された燃料は、各単位セル１３０に供給されて電気生成反応を全体的に均一に進行させる。電気生成反応に使われた燃料は、各単位領域１２１から流出口１２３を通じて排出通路１２６に流出される。排出通路１２６は、流出された燃料を排出口１２８を通じて中間板１２０の外部に排出する。
【０１８１】
一方、図８ａ〜図８ｃに示された第３の実施の形態にかかる燃料電池システムにおいて、供給口３２７から繋がれる中間通路３２４の第１通路３２４ｃは、排出通路１２６と互いに隣接するように配設される。これにより、第１通路３２４ｃに供給される燃料は、排出通路１２６を流れる燃料の熱を効果的に吸収することができる。第３の実施の形態にかかる中間通路３２４は、より効果的に外部から供給された燃料の温度を上昇させることができる。
【０１８２】
また、図１０に示された第５の実施の形態にかかる燃料電池システムにおいて、中間通路５２４は、供給口１２７から繋がれる上部中間通路５２４ａの垂直断面の面積が、下部中間通路５２４ｂの垂直断面の面積に比べて相対的に大きく形成される。これにより、外部から供給される燃料が上部中間通路５２４ａにとどまる時間は、相対的に増加される。よって、第５の実施の形態にかかる中間通路５２４は、単位セル１３０に供給される燃料の温度をより効果的に上昇させることができる。
【０１８３】
また、図１１に示された第６の実施の形態にかかる燃料電池システムにおいて、中間通路６２４は、供給口１２７から繋がれる上部中間通路６２４ａの垂直断面の面積が、供給通路１２５の垂直断面の面積に比べて相対的に大きく形成される。これにより、外部から供給される燃料が上部中間通路６２４ａにとどまる時間は、相対的に増加される。よって、第６の実施の形態にかかる中間通路６２４は、単位セル１３０に供給される燃料の温度をより効果的に増加させることができる。
【０１８４】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１８５】
本発明は、燃料電池システムに適用可能であり、特に、電気生成反応が行われる複数の単位セルが平面状に配置される平板型スタックを備えた燃料電池システムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１８６】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態にかかる燃料電池システムの燃料電池本体の構成を示す分解斜視図である。
【図３】図２の燃料電池本体を構成する膜−電極アセンブリのＡ部分を拡大した側面図である。
【図４ａ】図２の燃料電池本体を構成する中間板の正面図である。
【図４ｂ】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４ｃ】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図４ｄ】図４ａに示された中間板の分解斜視図である。
【図５】図２の燃料電池本体を構成するアノード部の正面図である。
【図６】図２の燃料電池本体を構成するカソード部の正面図である。
【図７ａ】本発明の第２の実施の形態にかかる燃料電池システムの中間板の構成を示す正面図である。
【図７ｂ】図７ａのＣ−Ｃ断面図である。
【図７ｃ】図７ａのＤ−Ｄ断面図である。
【図７ｄ】図７ａに示された中間板の分解斜視図である。
【図８ａ】本発明の第３の実施の形態にかかる燃料電池システムの中間板の構成を示す正面図である。
【図８ｂ】図８ａのＥ−Ｅ断面図である。
【図８ｃ】図８ａのＦ−Ｆ断面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態にかかる燃料電池システムの中間板の構成を示す正面図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態にかかる燃料電池システムの中間板の構成を示す正面図である。
【図１１】本発明の第６の実施の形態にかかる燃料電池システムの中間板の構成を示す正面図である。
【符号の説明】
【０１８７】
１００    燃料電池システム
１１０    燃料電池本体
１２０、２２０、３２０、４２０，５２０，６２０  中間板
２２０ｇ  第１板
２２０ｈ  第２板
１２０ａ、２２０ａ、３２０ａ、４２０ａ、５２０ａ、６２０ａ  第１面
１２０ｂ、２２０ｂ、３２０ｂ、４２０ｂ、５２０ｂ、６２０ｂ  第２面
１２０ｃ、２２０ｃ、３２０ｃ、４２０ｃ、５２０ｃ、６２０ｃ  第３面
１２０ｄ、２２０ｄ、３２０ｄ、４２０ｄ、５２０ｄ、６２０ｄ  第４面
１２０ｅ、２２０ｅ、３２０ｅ、４２０ｅ、５２０ｅ、６２０ｅ  第５面
１２０ｆ、２２０ｆ、３２０ｆ、４２０ｆ、５２０ｆ、６２０ｆ  第６面
１２１    単位領域
１２１ａ  結合溝
１２１ｂ  突出部
１２１ｃ  端子溝
１２２    流入口
１２３    流出口
１２４、２２４、３２４、５２４、６２４  中間通路
１２４ａ、３２４ｃ  第１通路
１２４ｂ、３２４ｄ  第２通路
１２４ｃ、３２４ｅ  第３通路
１２４ｄ、３２４ｆ  第４通路
１２４ｅ、３２４ｇ  第５通路
３２４ｈ  第６通路
５２４ａ、６２４ａ  上部中間通路
５２４ｂ、６２４ｂ  下部中間通路
５２４ｃ、５２４ｄ、５２４ｅ、６２４ｃ、６２４ｄ、６２４ｅ  垂直中間通路
１２４ｇ、３２４ａ  中間溝
１２４ｈ、３２４ｂ  中間溝カバー
２２４ａ  第１溝
２２４ｂ  第２溝
１２５、２２５  供給通路
１２５ａ  供給溝
１２５ｂ  供給溝カバー
２２５ａ  第３溝
２２５ｂ  第４溝
１２６、２２６  排出通路
１２６ａ  排出溝
１２６ｂ  排出溝カバー
２２６ａ  第５溝
２２７ｂ  第６溝
１２７、２２７、３２７  供給口
２２７ａ  第７溝
２２７ｂ  第８溝
１２８、２２８、４２８  排出口
２２８ａ  第９溝
２２８ｂ  第１０溝
１３０    単位セル
１３１    アノード部
１３１ａ  アノード集電板
１３１ｂ  アノード電極端子
１３２    燃料流露
１３５    膜電極アセンブリ
１３５ａ  第１電極層
１３５ｂ  第２電極層
１３５ｃ  電解質膜
１３７    カソード部
１３７ａ  カソード集電板
１３７ｂ  カソード電極端子
１３８    空気流路
１４０    ケース
１４０ａ  第１ケース
１４０ｂ  第２ケース
１４３ａ、１４３ｂ  空気孔
１４４ａ、１４４ｂ  支持突起
１４１ａ  第１平板
１４１ｂ  第２平板
１４２ａ  第１側部
１４２ｂ  第２側部
１５０    支持板
１５２    開口部
１５４    端子溝
１８０    燃料タンク
１９０    燃料ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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