(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜、前記電解質膜の両側に形成されるカソード電極及びアノード電極を備える膜−電極組立体と前記膜−電極組立体の両側に配置されるバイポーラプレートとを備える複数の単位セルが順次積層されて形成されるスタックと、燃料供給手段と、空気供給手段と、を含むセミパッシブ型燃料電池システムであって、
前記スタックのバイポーラプレートは、前記カソード電極と接する面に、前記単位セルの積層方向に交差する方向に前記スタックを貫通して形成される空気通路を備え、
前記空気供給手段は、前記スタックの側面のうち前記空気通路が開口する第１の側面に設けられる第１ダクト及び前記空気通路が開口する第２の側面に設けられる第２ダクトと、前記第１ダクトに空気を供給する送風手段とを備え、
前記第１ダクトは、空気吸入口が設けられる一側から、前記第１の側面の全体を覆う空気供給口が設けられる他側に向かって、前記スタックの前記単位セルの積層方向に交差する方向に伸びており、
前記第１ダクトの前記空気吸入口に前記送風手段が設けられ、
前記第１ダクトの内周面のうち、前記第１の側面に対向する部分は、前記送風手段からの距離が長くなるほど、前記第１の側面との距離が短くなり、
前記バイポーラプレートの前記空気通路の断面積は、前記一側から前記他側に向かうにつれて、徐々に減少するように形成される
ことを特徴とする、セミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項２】
前記バイポーラプレートの空気通路は、直線形状で形成されることを特徴とする、請求項１に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１ダクトのうち、前記空気吸入口が形成される空気吸入口形成面と、前記空気吸入口形成面に対抗する空気吸入口対向面との間に、前記送風手段が設けられ、
前記送風手段の、前記空気吸入口に垂直な方向の厚さは、前記空気吸入口形成面から前記空気吸入口対向面までの距離に相応し、
前記送風手段は、前記空気吸入口を通じて空気を吸入して、前記空気供給口側に供給するように形成されることを特徴とする、請求項１に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項４】
前記第２ダクトは、前記スタックを通過した空気が流入する空気流入口と、前記空気流入口に流入された空気を外部に排出する空気排出口と、を備えることを特徴とする、請求項１に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項５】
前記第２ダクトの内周面のうち、前記第２の側面に対向する部分は、前記空気排出口からの距離が長くなるほど、前記第２の側面との距離が短くなることを特徴とする、請求項４に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項６】
前記第１ダクトの内周面のうち、前記第１の側面に対向する部分と前記第１の側面とがなす傾斜角と、前記第２ダクトの内周面のうち、前記第２の側面に対向する部分と前記第２の側面とがなす傾斜角とは同一であることを特徴とする、請求項５に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項７】
前記送風手段は、ブロワまたはファンを備えることを特徴とする、請求項１に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項８】
前記空気供給手段は、前記スタックの第１の側面を覆い、前記空気供給口を全体的に遮蔽するように前記空気供給口に結合されて形成される空気調節膜を含むことを特徴とする、請求項１に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項９】
前記空気調節膜は、一方の面から他方の面に空気が貫通できる多孔性材質で形成されることを特徴とする、請求項８に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項１０】
前記空気調節膜は、前記空気通路の断面積より小さな断面積を有する気孔を有する多孔性材質で形成されることを特徴とする、請求項９に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項１１】
前記空気調節膜は、四フッ化ポリエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコン樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のうち、いずれか１つの材質による気液分離膜で形成されることを特徴とする、請求項８に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項１２】
前記空気調節膜は、キムワイプ（登録商標）またはゴアテックス（登録商標）で形成されることを特徴とする、請求項８に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項１３】
前記空気調節膜は、金属シーブ、または、一方の面から他方の面に空気が貫通できる金属多孔性フォームからなる第１金属網で形成されることを特徴とする、請求項８に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項１４】
前記第１金属網は、孔の大きさが前記空気通路の大きさより小さく形成されることを特徴とする、請求項１３に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項１５】
前記第１金属網は、一方の面に全体的に形成される気液分離膜を更に含むことを特徴とする、請求項１３に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項１６】
前記気液分離膜は、四フッ化ポリエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコン樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる群から選択されるいずれか１つの材質で形成されることを特徴とする請求項１５に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項１７】
前記空気調節膜は、前記第２ダクトの中空部分を仕切るように形成される第２金属網を更に含むことを特徴とする、請求項１３に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項１８】
前記第２金属網は、金属シーブ、または、一方の面から他方の面に空気が貫通できる金属多孔性フォームで形成されることを特徴とする、請求項１７に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項１９】
前記第２金属網は、一方の面に全体的に形成される気液分離膜を更に含むことを特徴とする、請求項１８に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項２０】
前記気液分離膜は、四フッ化ポリエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコン樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる群から選択されるいずれか１つの材質で形成されることを特徴とする、請求項１９に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項２１】
前記セミパッシブ型燃料電池システムは、前記第１金属網と前記第２金属網とに連結されるヒートパイプを更に備えることを特徴とする、請求項１７に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項２２】
前記ヒートパイプは、所定間隔で離隔する多数のバー（ｂａｒ）またはロッド（ｒｏｄ）またはプレート状で形成されることを特徴とする、請求項２１に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項２３】
前記ヒートパイプは、前記第１金属網の幅に相応する幅と所定厚さを有する１つの板状で形成されることを特徴とする、請求項２１に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項２４】
前記ヒートパイプは、銅またはアルミニウム金属で形成されることを特徴とする、請求項２１に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項２５】
前記ヒートパイプは、前記スタックとの間に電気絶縁層が形成されることを特徴とする、請求項２１に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項２６】
前記空気供給手段は、前記第１ダクト内の前記送風手段と前記空気供給口との間に設けられ、前記第１ダクト内の空気の流れに垂直な方向に延びる空気調節手段を含むことを特徴とする、請求項１に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項２７】
前記空気調節手段は、前記第１ダクトの内周面のうち、前記第１の側面に対向する部分の中央領域に形成されることを特徴とする、請求項２６に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項２８】
前記空気調節手段は、前記第１ダクトの内周面のうち、前記第１の側面に対向する部分が内部に突出するように前記第１ダクトと一体形成されることを特徴とする、請求項２６に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項２９】
前記空気調節手段は、別途のブロックが前記第１ダクトの内周面のうち、前記第１の側面に対向する部分に結合されて形成されることを特徴とする、請求項２６に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項３０】
前記空気調節手段は、断面形状が半円または三角形状をなすように形成されることを特徴とする、請求項２６に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項３１】
前記空気調節手段は、空気と直接接触する前面が空気流れ方向と鈍角をなしたりまたは弧形状をなすように形成されることを特徴とする、請求項２６に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項３２】
前記空気調節手段は、突出する高さが前記空気調節手段が設けられる位置での前記第１ダクトの内部の高さの３０〜７０％で形成されることを特徴とする、請求項２６に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項３３】
前記セミパッシブ型燃料電池システムは、直接メタノール型燃料電池システム、または、高分子電解質型燃料電池システムであることを特徴とする、請求項１に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項３４】
電解質膜、前記電解質膜の両側に形成されるカソード電極及びアノード電極を備える膜−電極組立体と前記膜−電極組立体の両側に配置されるバイポーラプレートとを備える複数の単位セルが順次積層されて形成されるスタックと、燃料供給手段と、空気供給手段と、を含むセミパッシブ型燃料電池システムであって、
前記スタックのバイポーラプレートは、前記カソード電極と接する面に、前記単位セルの積層方向に交差する方向に前記スタックを貫通して形成される空気通路を備え、
前記空気供給手段は、前記スタックの側面のうち前記空気通路が開口する第１の側面に設けられる第１ダクト及び前記空気通路が開口する第２の側面に設けられる第２ダクトと、前記第１ダクトに空気を供給する送風手段と、前記第１ダクトの内部に形成されるフィルターと、を含み、
前記第１ダクトは、空気吸入口が設けられる一側から、前記第１の側面の全体を覆う空気供給口が設けられる他側に向かって、前記スタックの前記単位セルの積層方向に交差する方向に伸びており、
前記第１ダクトの前記空気吸入口に前記送風手段が設けられ、
前記第１ダクトの内周面のうち、前記第１の側面に対向する部分は、前記送風手段からの距離が長くなるほど、前記第１の側面との距離が短くなり、
前記フィルターは、前記第１ダクト内の空気の流れに垂直な面の断面積に相応する面積で、前記スタックの前記一側の端部に形成され、
前記バイポーラプレートの前記空気通路の断面積は、前記一側から前記他側に向かうにつれて、徐々に減少するように形成される
ことを特徴とする、セミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項３５】
前記空気通路は、直線形状で形成されることを特徴とする、請求項３４に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項３６】
前記フィルターは、一方の面から他方の面に空気が貫通できる多孔性材質で形成されることを特徴とする、請求項３４に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項３７】
前記フィルターは、四フッ化ポリエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコン樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のうち、いずれか１つの材質による気液分離膜で形成されることを特徴とする、請求項３６に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項３８】
前記フィルターは、前記第１ダクトの内部に設けられる支持板に支持されることを特徴とする、請求項３４に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項３９】
前記第２ダクトは、前記スタックを通過した空気が流入する空気流入口と、前記空気流入口から流入した空気を外部に排出する空気排出口と、を備えることを特徴とする、請求項３４に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項４０】
前記第２ダクトの内周面のうち、前記第２の側面に対向する部分は、前記空気排出口からの距離が長くなるほど、前記第２の側面との距離が短くなることを特徴とする、請求項３９に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項４１】
前記第１ダクトの内周面のうち、前記第１の側面に対向する部分と前記第１の側面とがなす傾斜角と、前記第２ダクトの内周面のうち、前記第２の側面に対向する部分と前記第２の側面とがなす傾斜角とは同一であることを特徴とする、請求項４０に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項４２】
前記第２ダクトの内周面のうち、前記第２の側面に対向する部分から前記第２の側面までの距離は、全体的に均一になることを特徴とする、請求項３４に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項４３】
前記送風手段は、ブロワまたはファンを備えることを特徴とする、請求項３４に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【請求項４４】
前記セミパッシブ型燃料電池システムは、直接メタノール型燃料電池システム、または、高分子電解質型燃料電池システムであることを特徴とする、請求項３４に記載のセミパッシブ型燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セミパッシブ型燃料電池システムに関し、特に、送風手段とスタックの上部を連結して空気の通路の役割をするダクトが形成されて、スタックのバイポーラプレートに形成される空気通路に空気が均一に供給できるようにするセミパッシブ型燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池（Ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ）は、メタノール、エタノール、天然ガスのような炭化水素系の物質内に含まれている水素と酸化剤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燃料電池システムは、代表的には、高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ；以下、“ＰＥＭＦＣ”と称する）システムと直接メタノール型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ；以下、“ＤＭＦＣ”と称する）システムなどが挙げられる。
【０００４】
一般に、ＰＥＭＦＣシステムは、水素と酸素の反応により電気エネルギーを発生させるスタックと、燃料を改質して水素を発生させる改質器とを含んで構成される。このようなＰＥＭＦＣシステムは、エネルギー密度が大きく、出力が高いという長所を有しているが、水素ガスの扱いに注意を要し、燃料ガスである水素を生産するために、メタンやメタノール及び天然ガスなどを改質するための燃料改質装置などの付帯設備を必要とする。
【０００５】
これに対して、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り電気を生成することになる。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用するため、燃料改質器（ｒｅｆｏｒｍｅｒ）等の付帯設備が不要であり、燃料の格納及び供給が容易であるという長所を有している。
【０００６】
このようなＤＭＦＣシステムは、スタックにエアーコンプレッサー（ａｉｒ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）または空圧ポンプ（ａｉｒ  ｐｕｍｐ）のような空気供給手段を使用して強制的に空気を供給することになる。このようなＤＭＦＣシステムは、携帯が可能であって、ノートブックコンピュータ、移動通信機器のような移動機器に対する適用可能性が検討されている。しかしながら、このようなＤＭＦＣシステムに使われる空気供給手段は、騷音が激しく、使用者に騷音による不便さを与える問題がある。したがって、このような問題を解決するために、スタックに供給する空気が自然対流方式により供給されるパッシブ型ＤＭＦＣシステム、または、空気が送風機のような送風手段により供給されるセミパッシブ型ＤＭＦＣシステムが開発されている。
【０００７】
前記パッシブ型ＤＭＦＣシステムは、空気を自然対流方式により供給することになるので、各カソードに空気が充分に供給できなくなる。したがって、前記パッシブ型ＤＭＦＣシステムは、スタックを積層せずに、平面状に形成する必要があり、スタックの面積が相対的に広くなってしまうという制約がある。
【０００８】
一方、前記セミパッシブ型ＤＭＦＣシステムは、送風機のような送風手段を使用するので、供給される空気の量はパッシブ型ＤＭＦＣ燃料電池システムに比べて増加することになる。したがって、前記セミパッシブ型ＤＭＦＣ燃料電池システムは、スタックを積層して形成できることになる。例えば、特許文献１には燃料極と酸化剤極とからなる一対の電極が内蔵されている燃料電池本体が開示（図３９参照）されている。図３９を参照すれば、燃料電池本体１の酸化剤極において、電極反応により酸素が消費されることを補充するために、酸化剤導入口側に酸化剤ガスを導入するための送気手段５が提供されており、酸化剤極に形成されている酸化剤ガス流路の断面積を酸化剤ガスの入口から出口に亘って小さくなる構成が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−６７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このようなセミパッシブ型ＤＭＦＣシステムは、送風機を使用してもスタックのバイポーラプレートに形成されている空気通路に空気を均一に供給することが困難であるという問題がある。また、前記セミパッシブ型ＤＭＦＣシステムは、空気通路の位置による空気流れの抵抗差により空気通路別に供給される空気の量が不均一になるという問題がある。
【００１１】
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あって、送風手段とスタックの上部を連結して空気の通路役割をするダクトが形成され、スタックのバイポーラプレートに形成される空気通路に空気が均一に供給できるようにすることが可能な、新規かつ改良されたセミパッシブ型燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、電解質膜、前記電解質膜の両側に形成されるカソード電極及びアノード電極を備える膜−電極組立体と前記膜−電極組立体の両側に配置されるバイポーラプレートとを備える複数の単位セルが順次積層されて形成されるスタックと、燃料供給手段と、空気供給手段と、を含む燃料電池システムであって、前記スタックのバイポーラプレートは、前記カソード電極と接する面に上部から下部に貫通して形成される空気通路を備え、前記空気供給手段は、前記スタックの上部と下部に設けられるダクトと前記ダクトに空気を供給する送風手段を備えるセミパッシブ型燃料電池システムが提供される。この際、前記バイポーラプレートの空気通路は、スタックの上部から下部に直線形状で形成されることができる。
【００１３】
また、本発明において、前記ダクトは、前記スタックの上部に設けられる第１ダクトと前記スタックの下部に設けられる第２ダクトとを備え、前記送風手段は、前記第１ダクトの一側に空気を供給するように形成されることができる。この際、前記第１ダクトは、一側の内部に前記送風手段が設けられ、他側が前記スタックの上部を全体的に覆うように形成され、前記第１ダクトの一側の上面に前記送風手段の上部に形成される空気吸入口と、他側の下面に前記スタックの下部形状に対応する形状で形成され、空気をスタックに供給する空気供給口とを備えることができる。また、前記第１ダクトの他側上面は、内部の高さが前記送風手段が設けられた一側から他端に小さくなるように所定の傾斜角で傾斜するように形成されることができる。また、前記第１ダクトの一側は、内部の高さが前記送風手段の高さに相応する高さで形成され、前記送風手段は、前記空気吸入口を通じて空気を吸入して前記第１ダクトの他側に供給するように形成されることができる。また、前記第２ダクトは、上面に前記スタックの下部形状に対応する形状で形成され、スタックを通過した空気が流入する空気流入口と、他端に形成されて空気を外部に排出する空気排出口とを備えることができる。この際、前記第２ダクトの下面は、内部の高さが一端から他端に増加するように所定の傾斜角で傾斜するように形成されることができる。また、前記第２ダクトの下面は、前記第１ダクトの上面と同一の傾斜角で傾斜するように形成されることができる。
【００１４】
また、本発明において、前記送風手段は、ブロワまたはファンを備えることができる。
【００１５】
また、本発明において、前記空気通路は、前記バイポーラプレートの一側に形成される空気通路の断面積が他側に形成される空気通路の断面積と異なるように形成されることができる。
【００１６】
また、本発明において、前記空気通路は、前記送風手段が設けられる前記バイポーラプレートの一側に形成される空気通路の断面積が他側に形成される空気通路の断面積より大きくなるように形成されることができる。この際、前記空気通路は、その断面積が一側から他側に形成される空気通路により徐々に減少するように形成されることができる。
【００１７】
このように、本発明においては、バイポーラプレートの空気通路は送風手段から遠ざかるほど断面積が減少するように形成されるので、送風手段から供給される空気の量が多い場合にもバイポーラプレートの空気通路に空気通路の形成位置と関係なく空気を均一に供給することができる。
【００１８】
また、本発明において、前記空気供給手段は、前記スタックの上部で前記空気通路が形成される領域を含む領域を覆うように形成される空気調節膜を含んで形成されることができる。この際、前記空気調節膜は、前記空気供給口を全体的に遮蔽するように空気供給口に結合されて形成されることができる。
【００１９】
このように、本発明では、上面が傾斜したダクトの内部でスタックの空気通路の上部に空気調節膜が設けられてスタックの空気通路に供給される空気圧力を均一にすることで、空気通路での空気速度と空気流量をより均一に供給することができる効果が得られる。
【００２０】
また、本発明において、前記空気調節膜は、一方の面から他方の面に空気が貫通できる多孔性材質で形成されることができる。この際、前記空気調節膜は、前記空気通路の断面積より小さな断面積を有する気孔を有する多孔性材質で形成されることができる。
【００２１】
また、本発明において、前記空気調節膜は、四フッ化ポリエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコン樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のうち、いずれか１つの材質による気液分離膜で形成されたり、キムワイプ（登録商標）またはゴアテックス（登録商標）のような材質で形成されることができる。
【００２２】
また、本発明において、前記空気調節膜は、金属シーブまたは一方の面から他方の面に空気が貫通できる金属多孔性フォームからなる第１金属網で形成されることができる。この際、前記第１金属網は、孔の大きさが前記空気通路の大きさより小さく形成されることができる。また、前記第１金属網は、一方の面に全体的に形成される気液分離膜を更に含んで形成されることができる。この際、前記気液分離膜は、四フッ化ポリエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコン樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる群から選択されるいずれか１つの材質で形成されることができる。
【００２３】
また、本発明において、前記空気調節膜は、前記スタックの下部で前記空気通路が形成される領域を含む領域を覆うように形成される第２金属網を更に含んで形成されることができる。この際、前記第２金属網は、金属シーブまたは一方の面から他方の面に空気が貫通できる金属多孔性フォームで形成されることができる。また、前記第２金属網は、一方の面に全体的に形成される気液分離膜を更に含んで形成されることができる。この際、前記気液分離膜は、四フッ化ポリエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコン樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる群から選択されるいずれか１つの材質で形成されることができる。
【００２４】
また、本発明において、前記燃料電池システムは、前記第１金属網と第２金属網に連結されるヒートパイプを更に含んで形成されることができる。また、前記ヒートパイプは、前記第１金属網の幅に相応する領域において所定間隔で離隔する多数のバー、ロッド、または板状で形成されることができる。また、前記ヒートパイプは、前記第１金属網の幅に相応する幅と所定厚さを有する１つの板状で形成されることができる。また、前記ヒートパイプは、銅またはアルミニウム金属で形成されることができる。前記ヒートパイプは、前記スタックとの間に電気絶縁層が形成されることができる。
【００２５】
また、本発明において、前記空気供給手段は、前記ダクトの内部で前記送風手段から所定距離離隔した位置に前記第１ダクトの幅方向に延び、上部から下部に垂直方向に所定高さで突出するように形成される空気調節手段を含んで形成されることができる。この際、前記空気調節手段は、前記第１ダクトの他側の中央領域に形成されることができる。また、前記空気調節手段は、第１ダクトの他側の上面が内部に突出するように第１ダクトと一体形成されることができる。また、前記空気調節手段は、別途のブロックが第１ダクトの他側の上面に結合されて形成されることができる。また、前記空気調節手段は、断面形状が半円または三角形状で形成されることができる。また、前記空気調節手段は、空気と直接接触する前面が空気流れ方向と鈍角をなしたりまたは弧形状をなすように形成されることができる。また、前記空気調節手段は、突出する高さが前記空気調節手段が設けられる位置での第１ダクトの内部の高さの３０〜７０％で形成されることができる。
【００２６】
このように、本発明においては、上面が傾斜したダクトは空気調節手段がスタックの上部の所定位置でダクトの内部に設けられてダクト内部での空気流れを変換させることによって、バイポーラプレートの他側に供給される空気の速度と量を調節してバイポーラプレートの空気通路に空気通路の形成位置と関係なしに空気を均一に供給することができる効果が得られる。
【００２７】
また、本発明において、前記燃料電池システムは、直接メタノール型燃料電池システムまたは高分子電解質型燃料電池システムとすることができる。
【００２８】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、電解質膜、前記電解質膜の両側に形成されるカソード電極及びアノード電極を備える膜−電極組立体と前記膜−電極組立体の両側に配置されるバイポーラプレートとを備える複数の単位セルが順次積層されて形成されるスタックと、燃料供給手段と、空気供給手段と、を含む燃料電池システムであって、前記スタックのバイポーラプレートは、前記カソード電極と接する面に上部から下部に貫通して形成される空気通路を備え、前記空気供給手段は、前記スタックの上部と下部に設けられるダクトと、前記ダクトの一側に設けられてダクトに空気を供給する送風手段と、前記ダクトの内部で前記送風手段と前記スタックの上部との間に形成されるフィルターとを含むセミパッシブ型燃料電池システムが提供される。また、前記バイポーラプレートの空気通路は、スタックの上部から下部に直線形状で形成されることができる。
【００２９】
本発明によれば、上面が傾斜したダクトは送風手段から所定距離離隔した位置の内部にフィルターが設けられて、ダクトの内部から幅方向への空気圧力を均一にすることで、スタックの上部から幅方向への空気速度を均一にして、各バイポーラプレートの空気通路に空気をより均一に供給することができる効果が得られる。
【００３０】
また、本発明において、前記ダクトは、前記スタックの上部に設けられる第１ダクトと前記スタックの下部に設けられる第２ダクトとを備え、前記送風手段は、前記第１ダクトの一側から他側に空気を噴出するように形成されることができる。この際、前記第１ダクトは、一側の内部に前記送風手段が設けられ、他側が前記スタックの上部を全体的に覆うように形成され、前記第１ダクトの一側の上面に前記送風手段の上部に形成される空気吸入口と、他側下面に前記スタックの下部形状に対応する形状で形成され、空気をスタックに供給する空気供給口を備えて形成されることができる。また、前記第１ダクトの他側上面は、内部の高さが前記送風手段が設けられた一側から他端に徐々に小さくなるように所定の傾斜角で傾斜するように形成されることができる。
【００３１】
また、本発明において、前記フィルターは、前記第１ダクトの幅方向の断面積に相応する面積で形成され、空気の流れに垂直な方向に設けられることができる。この際、前記フィルターは、前記スタックの一端に相応する位置に形成されることができる。また、前記フィルターは、一方の面から他方の面に空気が貫通できる多孔性材質で形成されることができる。また、前記フィルターは、四フッ化ポリエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコン樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のうち、いずれか１つの材質による気液分離膜で形成されることができる。また、前記フィルターは、第１ダクトの内部に設けられる支持板に支持されて形成されることができる。また、前記第２ダクトは、上面に前記スタックの下部形状に対応する形状で形成され、スタックを通過した空気が流入する空気流入口と、他端に形成されて空気を外部に排出する空気排出口とを備えて形成されることができる。この際、前記第２ダクトの下面は内部の高さが一端から他端に増加するように所定の傾斜角で傾斜するように形成されることができる。前記第２ダクトの下面は、前記第１ダクトの上面と同一の傾斜角で傾斜するように形成されることができる。一方、前記第１ダクトの他側上面は、内部の高さが全体的に均一になるように形成されることができる。また、前記第２ダクトの下面は、内部の高さが全体的に均一になるように形成されることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る燃料電池システムによれば、スタックの上部の一側にブロワやファンのような送風手段が形成され、送風手段とスタックの上部とを連結するダクトを通じて空気を供給することになるので、スタックの上部から直接空気を供給する場合よりスタックのバイポーラプレートに形成される空気通路に位置と関係なく空気を均一に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
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。
【００３４】
まず、本発明の第１実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システム１００について説明する。
【００３５】
図１は、本発明の第１実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システムの全体的な構成を示す概略図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るスタックの構成を示す斜視図である。図３は、図２のスタックの分離斜視図である。図４は、図１のスタックと送風手段との結合関係を示す斜視図である。図５は、図４のＡ−Ａ断面図である。
【００３６】
本発明の第１実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システム１００は、図１から図５を参照すれば、スタック１０と前記スタック１０に燃料を供給する燃料供給手段３０と前記スタック１０に空気を供給する空気供給手段５０とを備える。ここではメタノールを直接燃料として使用し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；以下、“ＤＭＦＣ”と称する）システムを中心に説明する。しかしながら、本発明に係る燃料電池システムは、燃料を改質して発生される水素を燃料として使用して電気エネルギーを発生させる高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ；以下、“ＰＥＭＦＣ”と称する）システムに適用できることは勿論である。但し、このようなＰＥＭＦＣシステムは、液体燃料を改質して水素を発生させる改質器を更に備える。
【００３７】
前記スタック１０は、膜−電極組立体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ；以下、“ＭＥＡ”と称する）１２とＭＥＡ１２の両側に配置されるバイポーラプレート（Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｐｌａｔｅ）１６から構成される単位セル１０ａが複数個積層されて形成される。この際、前記バイポーラプレート１６は、両面にＭＥＡ１２が接触して互いに隣接する単位セル１０ａに共有されるように形成される。また、前記スタック１０は、両側の外郭に位置するバイポーラプレートであるエンドプレート（Ｅｎｄ  Ｐｌａｔｅ）１６ａを通じて外部の負荷に電気を供給することになる。前記スタック１０は、エンドプレート１６ａの外側に結合されてバイポーラプレート１６とＭＥＡ１２を固定する支持板１６ｂを含んで形成され得る。前記支持板１６ｂは、燃料供給手段３０から供給される燃料がバイポーラプレート１６に供給されるように内部に所定の通路（図示せず）が形成される。一方、前記エンドプレート１６ａを支持板の役割を同時に果たすよう形成できることは勿論である。
【００３８】
前記スタック１０は、バイポーラプレート１６の垂直中心線を基準にして左右に各々の単位セル１０ａが形成される。即ち、前記スタック１０は、正面方向から見て、左右に独立的な単位セルが形成される。そして、前記スタック１０は、左右に形成される単位セル間の中央領域に燃料供給通路である第１貫通路と第２貫通路１７ａ、１７ｂが形成される。したがって、前記スタック１０は、側面方向から第１貫通路と第２貫通路１７ａ、１７ｂを通じて燃料が供給される。また、前記スタック１０は、バイポーラプレート１６の一方の面に上部から下部に形成される空気通路１９を通じて空気が供給される。以下、スタック１０を構成するＭＥＡ１２とバイポーラプレート１６の構造に対して詳細に説明する。なお、前記スタック１０は、垂直中心線を基準にして左右に形成される単位セルが一体形成できることは勿論である。このような場合には、第１貫通路と第２貫通路１７ａ、１７ｂがバイポーラプレート１６の左右側に形成される。
【００３９】
前記ＭＥＡ１２は、アノード電極（ａｎｏｄｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１３とカソード電極（ｃａｔｈｏｄｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１５との間に電解質膜（ｍｅｍｂｒａｎｅ）１４が積層されて形成される。この際、前記アノード電極１３とカソード電極１５は、電解質膜１４の両面に各々垂直中心線を基準にして左右に所定間隔離隔して所定面積でアノード電極１３ａ、１３ｂとカソード電極１５ａ、１５ｂが形成される。したがって、前記ＭＥＡ１２は、両面で中央にアノード電極（ａｎｏｄｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１３とカソード電極（ｃａｔｈｏｄｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１５が形成されない未反応領域が形成され、未反応領域には燃料が流れる燃料供給通路である第１貫通路１７ａと第２貫通路１７ｂが形成される。また、前記ＭＥＡ１２は、第１貫通路１７ａと第２貫通路１７ｂとの間にスタック１０の締結のためのボルトが貫通する締結ホール２０が形成されてもよい。
【００４０】
前記アノード電極１３とカソード電極１５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／還元反応が生じる触媒層、及び電極支持体を備える。前記アノード電極１３は、供給される燃料から電子と水素イオンとを分離させ、電解質膜１４は、水素イオンをカソード電極１５に移動させる。前記カソード電極１５は、アノード電極１３から供給された電子と水素及び酸素を反応させて水を生成する。したがって、前記スタック１０は、水素と酸素の電気化学的反応を通じて電気エネルギーを発生させることになる。
【００４１】
前記バイポーラプレート１６は、両側にＭＥＡ１２が密着し、両面に各々燃料通路１８と空気通路１９が形成される。より詳しくは、前記バイポーラプレート１６は、垂直中心線を基準にして両側の所定領域に燃料通路１８と空気通路１９が形成される。したがって、前記バイポーラプレート１６は、中央に燃料通路１８と空気通路１９が形成されない未形成領域１６ｃ、１６ｄが形成される。前記バイポーラプレート１６は、一方の面にＭＥＡ１２のアノード電極１３が密着し、他方の面にＭＥＡ１２のカソード電極１５が密着して形成される。したがって、前記バイポーラプレート１６は、アノード電極１３が密着する面に燃料通路１８が形成されてアノード電極１３に燃料が継続的に供給されるようにする。また、前記バイポーラプレート１６は、カソード電極１５が密着する面に空気通路１９が形成されてカソード電極１５に空気が継続的に供給されるようにする。
【００４２】
前記バイポーラプレート１６は、燃料通路１８が形成される領域間の未形成領域１６ｄにバイポーラプレート１６を貫通して燃料通路１８の一端と他端に各々連結される第１貫通路１７ａと第２貫通路１７ｂが上下に形成される。したがって、前記バイポーラプレート１６は、第１貫通路１７ａを通じて供給される燃料が燃料通路１８を流れた後に第２貫通路１７ｂを通じて排出されるようにする。前記第１貫通路１７ａと第２貫通路１７ｂは、各々のバイポーラプレート１６とＭＥＡ１２とで同一の（対応する）位置に形成されてスタック１０の上下部を全体的に貫通する燃料の通路を形成することになる。したがって、前記スタック１０は、一側から第１貫通路１７ａを通じて燃料が供給され、他側から第２貫通路１７ｂを通じて未反応燃料と反応副生成物である二酸化炭素が排出される。前記バイポーラプレート１６は、第１貫通路１７ａと第２貫通路１７ｂとの間にスタック１０を締結するボルト（図示せず）が挿入される締結ホール２０が形成される。前記第１貫通路１７ａと第２貫通路１７ｂは、支持板１６ｂに形成される所定の通路（図示せず）を通じて燃料供給手段３０と連結され、燃料が流れることになる。前記支持板１６ｂに形成される通路はスタック１０の設計によって多様に形成できることは勿論である。
【００４３】
前記バイポーラプレート１６は、金属素材、例えば、アルミニウム、銅、鉄のような金属、またはこれらの合金、グラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）またはカーボン合成物のような導電性材料で形成される。
【００４４】
前記燃料通路１８は、バイポーラプレート１６の一方の面、即ち、ＭＥＡ１２のアノード電極１３が接触する面に垂直中心線を基準にして左右に表面に沿って所定深さと所定幅で形成される。したがって、前記燃料通路１８ａ、１８ｂは、中央に形成される未形成領域１６ｄの両側に各々形成される。また、前記燃料通路１８は、好ましくは、ジグザグ形状で形成されて燃料通路１８の面積が増加するようにする。したがって、前記燃料通路１８は、ＭＥＡ１２のアノード電極１３と接触面積が増加しながら燃料が直接接触するアノード電極１３の面積を増加させることになる。前記スタック１０は、燃料が燃料ポンプにより所定圧力で供給されるので、燃料通路１８がジグザグ形状で形成されても燃料が円滑に供給されることができる。
【００４５】
前記空気通路１９は、バイポーラプレート１６の他面、即ち、ＭＥＡ１２のカソード電極１５と接触する面に垂直中心線を基準にして左右に平面に沿って所定幅または深さ、即ち、所定の断面積を有するように形成される。したがって、前記空気通路１９ａ、１９ｂは、中央に形成される未形成領域１６ｃの両側に各々形成される。前記空気通路１９は、好ましくは、上部から下部に直線形状で形成されて上部または下部から供給される空気が円滑に流れることができるようにする。前記空気通路１９は、一方の面の燃料通路１８とは異なり、第１貫通路１７ａと第２貫通路１７ｂに連結されない。
【００４６】
一方、前記ＭＥＡ１２とバイポーラプレート１６は、中央の未反応領域または未形成領域が形成されないことがある。即ち、前記ＭＥＡ１２は、一方の面と他方の面に各々形成されるアノード電極１３とカソード電極１５が未反応領域なしに一体形成されることができる。また、前記バイポーラプレート１６は、一方の面と他方の面に形成される燃料通路１８と空気通路１９が各々中央の未形成領域なしに一体形成されることができる。このような場合に前記スタック１０は、第１貫通路１７ａと第２貫通路１７ｂがバイポーラプレート１６とＭＥＡ１２の左右側に形成される。
【００４７】
前記燃料供給手段３０は、所定濃度で希釈された燃料を格納する燃料タンク３２と燃料をスタック１０に供給する燃料ポンプ３４とを備える。また、前記燃料タンク３２は、別途供給される燃料原液と水を混合して所定濃度で希釈するように形成される場合に、燃料供給手段３０は燃料原液を格納する燃料原液タンク（図示せず）と原液ポンプ（図示せず）を更に備えていてもよい。一方、前記燃料タンク３２は、所定濃度で希釈された燃料が格納されたカートリッジ形式で形成されてもよい。このような場合に前記燃料タンク３２に格納された燃料を全て消費した場合に燃料を再充填したり新たな燃料タンクを装着したりすることができる。
【００４８】
前記燃料タンク３２は、所定濃度で希釈されているメタノールまたはエタノールのような液状の燃料が格納される。前記燃料ポンプ３４は、燃料タンク３２と連結され、燃料タンク３２の燃料をスタック１０のアノード電極１３に供給することになる。また、前記燃料タンク３２が燃料原液の供給を受けて所定濃度で希釈する場合に、燃料タンク３２はスタック１０のアノード電極１３から排出される未反応燃料とスタック１０のカソード電極１５から排出される水が回収されるように別途の配管によりスタック１０のアノード電極１３とカソード電極１５に連結される。
【００４９】
前記空気供給手段５０は、空気を吸入して噴出する送風手段５１と送風手段５１から噴出される空気をスタック１０の上部または下部に供給するダクト６０を備える。
【００５０】
前記送風手段５１は、外部の空気を吸入して一定の圧力で噴出するものであり、ブロワ（ｂｌｏｗｅｒ）、またはファン（ｆａｎ）などとして形成される。但し、前記送風手段５１は、空気を所定圧力で噴出する多様な手段が使用できることは勿論である。
【００５１】
前記ダクト６０は、スタック１０の上部に形成される第１ダクト６１とスタック１０の下部に設けられる第２ダクト７１とを含み、第１ダクト６１または第２ダクト７１の内部または外部に送風手段５１が設けられる。前記ダクト６０は、送風手段５１から供給される空気をスタック１０の上部に誘導して空気通路１９に供給する。ここでは、前記第１ダクト６１が上部に形成され、第２ダクト７１が下部に形成されることと説明するが、使われる移動通信機器の仕様または使用方法によって第１ダクト６１が下部に形成され、第２ダクト７１が上部に形成できることは勿論である。
【００５２】
前記第１ダクト６１は、内部が中空である略板状のボックス形状で形成され、一側の内部または外部に送風手段５１が設けられ、他側がスタック１０の上部に位置するように形成される（ここで、第１ダクトの一側とは、図１において送風手段５１が設けられスタック１０の上部から外れている左側を意味し、他側とは、スタック１０の上部に設けられる右側部分を意味する）。前記第１ダクト６１は、好ましくは一側が送風手段５１の高さに相応する高さで形成されて内部に送風手段５１が設けられ、上面に送風手段５１の空気吸入のための空気吸入口６２が形成される。前記空気吸入口６２は、好ましくは送風手段５１の上部面積に相応する面積で形成される。この際、前記第１ダクト６１の一側は全体的に均一な高さで形成されて吸入された空気が他側に円滑に流れるようにする。また、前記第１ダクト６１の一端６１ａは閉鎖されて送風手段５１により吸入された空気の外部への流出を防止することができる。したがって、前記第１ダクト６１は送風手段５１により吸入された空気が他側のみに噴出されるようにする。
【００５３】
前記第１ダクト６１の他側は、スタック１０の上部を全体的に覆うように、少なくともスタック１０の上部面積に相応する面積と所定高さを有するように形成される。この際、前記第１ダクト６１の他側は、スタック１０の上部と接触する下部領域が開放されて空気供給口６３が形成される。前記空気供給口６３は、好ましくはスタック１０の上部形状と面積に相応する形状と面積で形成される。したがって、前記第１ダクト６１は、送風手段５１により一側の空気吸入口６２を通じて吸入された空気が他側に誘導されて空気供給口６３を通じてスタック１０の空気通路１９に供給される。
【００５４】
前記第１ダクト６１の他側は、好ましくは内部の高さがスタック１０の一側から他側に行くほど徐々に小さくなるように形成される。即ち、前記第１ダクト６１の他側は上面６１ｃがスタック１０の上面に対して所定の傾斜角で傾斜するように形成される。したがって、前記第１ダクト６１の他側は送風手段５１から遠ざかるほど断面積が減少して送風手段５１から噴出される空気の速度が減少しないようにする。一般に、ダクトの断面積が一定の場合に噴出される空気は送風手段５１から遠ざかるほど速度が減少し、空気の供給量が減ることになる。このような傾向は送風手段５１から噴出される空気の量が小さいほど増加することになる。したがって、前記第１ダクト６１の他側は、上面６１ｃの傾斜角が送風手段５１から噴出される空気の量により適正に形成されることができる。即ち、前記送風手段５１から噴出される空気の量が多くなれば、第１ダクト６１の他側は上面６１ｃが傾斜角を小さく形成すればよい。反対に、前記送風手段５１から噴出される空気の量が少なくなれば、第１ダクト６１の他側は上面６１ｃの傾斜角を大きく形成すればよい。
【００５５】
前記第２ダクト７１は、第１ダクト６１と同様に内部が中空の略板状のボックス形状で形成される。前記第２ダクト７１は、スタック１０の下部を覆うようにスタック１０の下部に設けられ、上面にスタック１０の下部面積に相応する面積を有する空気流入口７３が形成される。また、前記第２ダクト７１は一端７１ａが閉鎖され、他端７１ｂが開放されて空気排出口７２で形成される。したがって、前記第２ダクト７１はスタック１０を通過した空気を外部に排出することになる。
【００５６】
また、前記第２ダクト７１は、内部の高さが徐々に高まるように下面７１ｃが一端７１ａから他端７１ｂに所定の傾斜角で傾斜するように形成される。このような場合に、前記第２ダクト７１に流入した空気は、一端７１ａでの空気速度が他端７１ｃより相対的に速くなるため全体的に円滑に排出されることができる。前記第２ダクト７１の下面７１ｃは、好ましくは第１ダクト６１の他側上面６１ｃの傾斜角度に相応する傾斜角度で傾斜するように形成される。したがって、前記燃料電池システム１００は、全体的に高さが均一に形成され、ダクト５０により高さが部分的に増加することが防止できることになる。この際、前記スタック１０は、第１ダクト６１の上面または第２ダクト７１の下面の傾斜角度に相応する角度で傾くことになる。
【００５７】
一方、前記第２ダクト７１は、スタック１０のカソードから反応後に排出される水の配水通路の役割をすることになる。したがって、前記第２ダクト７１の他端にはこのような水を回収するための別途の配管を形成してもよい。
【００５８】
次に、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システム１００の作用について説明する。
【００５９】
図６は、図５のスタック１０での空気の流れを示す断面図である。ここでは、前記空気供給手段５０がスタック１０に空気を供給する方法を中心に説明する。一方、前記燃料供給手段３０がスタック１０に燃料を供給する方法は、この分野で通常の知識を有する者に知られた一般的な方法を使用できるので、ここにその詳細な説明は省略する。
【００６０】
前記ダクト６０は、スタック１０を中心に上部に第１ダクト６１が結合され、下部に第２ダクト７１が結合される。前記第１ダクト６１は一側に送風手段５１が装着され、他側がスタック１０の上部に結合される。したがって、前記送風手段５１が作動すれば、送風手段５１は上部の空気吸入口６２を通じて空気を吸入して送風手段５１の側部を通じて第１ダクト６１の他側に噴出することになる。前記第１ダクト６１は、送風手段５１を通じて噴出される空気を他側に流れるようにする。前記第１ダクト６１の他側は、上面６１ｃが傾斜するように形成されて他端６１ｂ付近の領域で空気の速度が減少しないことになり、供給される空気の量も減少しないことになる。したがって、前記第１ダクト６１の他側でバイポーラプレート１６の空気通路１９は送風手段からの距離に関係なしに均一に空気の供給を受けることができる。
【００６１】
前記バイポーラプレート１６の空気通路１９を通過した空気はスタック１０の下部に流れて第２ダクト７１の空気流入口７３を通じて第２ダクト７１に流入する。前記バイポーラプレート１６の空気通路１９は垂直方向に直線形状で形成されるので、より円滑に空気が流れることになる。前記第２ダクト７１は一側がスタック１０の下部に結合されてスタック１０から流入する空気を他側に流れるようにする。この際、前記第２ダクト７１は、内部の高さが一端７１ａから他端７１ｂへ行くほど増加するので、スタック１０から流入する空気が一端７１ａから他端７１ｂに円滑に流れることになる。前記第２ダクト７１の一端７１ａから他端７１ｂに流れる空気は、他端７１ｂに形成される空気排出口７２を通じて外部に排出される。
【００６２】
次に、本発明の第２実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システムについて説明する。
【００６３】
図７は、本発明の第２実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システムの全体的な概略図である。図８は、本発明の第２実施形態に係るスタックの斜視図である。図９は、図８のスタックの分離斜視図である。図１０は、図９のバイポーラプレートの空気通路が形成された面の正面図である。図１１は、図７のスタックと送風手段との結合関係を示す斜視図である。図１２は、図１１のＢ−Ｂ断面図である。
【００６４】
本発明の第２実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システム２００は、図７から図１２を参照すれば、スタック２１０と前記スタック２１０に燃料を供給する燃料供給手段３０と前記スタック２１０に空気を供給する空気供給手段５０とを含んで形成される。以下のセミパッシブ型燃料電池システム２００に対する説明では、第１実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システム１００の構成要素と同一の構成要素に対して同一の図面符号を与えて、詳細な説明を省略する。
【００６５】
スタック２１０は、膜−電極組立体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ；以下、“ＭＥＡ”と称する）２１２とＭＥＡ２１２の両側に配置されるバイポーラプレート（Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｐｌａｔｅ）２１６から構成される単位セル２１０ａが複数個積層されて形成される。この際、バイポーラプレート２１６は、両面にＭＥＡ１２が接触して互いに隣接する単位セル２１０ａに共有されるように形成される。また、スタック２１０は、両側の外郭に位置するバイポーラプレートであるエンドプレート（Ｅｎｄ  Ｐｌａｔｅ）２１６ａを通じて外部の負荷に電気を供給することになる。スタック２１０は、エンドプレート２１６ａの外側に結合されてバイポーラプレート２１６とＭＥＡ１２を固定する支持板２１６ｂを含んで形成されることができる。前記支持板２１６ｂは、燃料供給手段３０から供給される燃料がバイポーラプレート２１６に供給されるように内部に所定の通路（図示せず）が形成される。一方、エンドプレート２１６ａは支持板の役割を同時にするように形成できることは勿論である。
【００６６】
スタック２１０は、バイポーラプレート２１６の垂直中心線を基準にして左右に各々の単位セル２１０ａが形成される。即ち、前記スタック２１０は正面方向から見て、左右に独立的な単位セルが形成される。そして、スタック２１０は、左右に形成される単位セル間の中央領域に燃料供給通路である第１貫通路１７ａと第２貫通路１７ｂが形成される。したがって、スタック２１０は、側面方向から第１貫通路１７ａと第２貫通路１７ｂを通じて燃料が供給される。また、スタック２１０は、バイポーラプレート２１６の一面に上部から下部に形成される空気通路２１９を通じて空気が供給される。一方、スタック２１０は、垂直中心線を基準にして左右に形成される単位セルが一体形成できることは勿論である。したがって、このような場合には第１貫通路１７ａと第２貫通路１７ｂがバイポーラプレート２１６の左右両側に形成される。
【００６７】
バイポーラプレート２１６は、両側にＭＥＡ２１２が密着し、両面に各々燃料通路１８と空気通路２１９が形成される。より詳しくは、前記バイポーラプレート２１６は垂直中心線を基準にして両側の所定領域に燃料通路１８と空気通路２１９が形成される。したがって、バイポーラプレート２１６は、中央に燃料通路１８と空気通路２１９が形成されない未形成領域１６ｃ、１６ｄが形成される。バイポーラプレート２１６は一方の面にＭＥＡ２１２のアノード電極１３が密着し、他方の面にＭＥＡ２１２のカソード電極１５が密着して形成される。したがって、バイポーラプレート２１６は、アノード電極１３が密着する面に燃料通路１８が形成されてアノード電極１３に燃料が持続的に供給されるようにする。また、バイポーラプレート２１６は、カソード電極１５が密着する面に空気通路２１９が形成されてカソード電極１５に空気が持続的に供給されるようにする。
【００６８】
空気通路２１９ａ、２１９ｂは、バイポーラプレート２１６の他方の面、即ち、ＭＥＡ２１２のカソード電極１５と接触する面に垂直中心線を基準にして左右に表面に沿って所定幅と深さと形状で形成される。したがって、前記空気通路２１９ａ、２１９ｂは、中央に形成される未形成領域１６ｃの両側に各々形成される。前記空気通路２１９は、好ましくは上部から下部に直線形状で形成されて上部または下部から供給される空気が円滑に流れることができるようにする。前記空気通路２１９は、一面の燃料通路１８とは異なり、第１貫通路１７ａと第２貫通路１７ｂに連結されない。
【００６９】
また、前記空気通路２１９は、送風手段５１が設けられる方向であるバイポーラプレート２１６の一側に形成される空気通路２１９ａの幅（ａ）または深さがバイポーラプレート２１６の他側に形成される空気通路２１９ｂの幅（ｂ）または深さより大きく形成される。即ち、前記空気通路２１９は、一側に形成される空気通路２１９ａの断面積が他側に形成される空気通路２１９ｂの断面積より大きく形成される。また、前記空気通路２１９は一側に設けられる空気通路２１９ａから他側の空気通路２１９ｂに行くほど断面積が徐々に小さくなるように形成される。
【００７０】
一方、第１ダクト６１の他側は、後述するように、上面６１ｃがスタック２１０の上部に対して所定の傾斜角で傾斜するように形成される。したがって、前記送風手段５１から噴出される空気は第１ダクト６１の他端領域でもその速度が減少しなくなる。また、前記第１ダクト６１の他端６１ｂ領域は相対的に断面積が小さく、閉鎖されて、空気の圧力が増加し、空気通路２１９ｂに供給される空気量が増加する。したがって、前記バイポーラプレート２１６は、バイポーラプレート２１６の他側領域に形成される空気通路２１９ｂの断面積がバイポーラプレート２１６の一側に形成される空気通路２１９ａの断面積より相対的に小さくすることで、流入する空気の量を減少させることができる。但し、前記バイポーラプレート２１６の一側から他側に形成される空気通路２１９の断面積の減少の程度は、送風手段５１の容量、第１ダクト６１の高さと上面の傾斜角度によって適正に決めることができる。したがって、ここでは、前記空気通路２１９の断面積減少の程度は限定しない。しかしながら、前記空気通路２１９の断面積減少の程度は後述するコンピュータ数値解析を通じて容易に決定できることは勿論である。
【００７１】
一方、ＭＥＡとバイポーラプレートは、中央の未反応領域または未形成領域が形成されないことがある。即ち、前記ＭＥＡを一方の面と他方の面に各々形成されるアノード電極とカソード電極が未反応領域なしに一体形成することができる。また、前記バイポーラプレートを、一方の面と他方の面に形成される燃料通路と空気通路が各々中央の未形成領域なしに一体形成することができる。このような場合に前記スタックは第１貫通路と第２貫通路がバイポーラプレートとＭＥＡの左右両側に形成される。
【００７２】
次に、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの作用について説明する。
【００７３】
図１３は、図１２のスタックでの空気の流れを示す断面図である。図１４は、図７において空気通路の大きさによる空気の流速を評価するためのコンピュータ模型図である。図１５は、図１４の模型図に対して数値解析を通じて空気通路別流速を算出した結果である。ここでは、前記空気供給手段５０がスタック２１０に空気を供給する方法を中心に説明する。一方、前記燃料供給手段３０がスタック２１０に燃料を供給する方法はこの分野の通常の技術者に知られた一般的な方法が使われるので、ここにその詳細な説明は省略する。
【００７４】
前記ダクト６０は、スタック２１０を中心に上部に第１ダクト６１が結合され、下部に第２ダクト７１が結合される。前記第１ダクト６１は、一側に送風手段５１が装着され、他側のスタック２１０の上部に結合される。したがって、前記送風手段５１が作動すれば、送風手段５１は上部の空気吸入口６２を通じて空気を吸入して送風手段５１の側部を通じて第１ダクト６１の他側に噴出することになる。前記第１ダクト６１は送風手段５１を通じて噴出される空気を他側に流れるようにする。前記第１ダクト６１の他側上面６１ｃが傾斜するように形成されるので、他端６１ｂの付近の領域で空気の速度と空気の量は減少しないし、空気の圧力は増加することになる。一方、前記バイポーラプレート２１６の空気通路２１９は、送風手段５１から遠ざかるほどその断面積が小さくなるように形成される。したがって、前記第１ダクト６１の他端領域は供給される空気の圧力が増加することになっても、空気通路２１９ｂの断面積が相対的に小さくなって空気通路２１９ｂに流入する空気の量は相対的に小さくなる。結果的に、前記バイポーラプレート２１６の一側から他側に形成される空気通路２１９には全体的に均一な量の空気が流入することになる。
【００７５】
前記セミパッシブ型燃料電池システム２００は、図１４に示すように、バイポーラプレート２１６の一側端部に形成される空気通路２１９ａが２．５ｍｍの幅で形成され、他側端部に形成される空気通路２１９ｂが０．７ｍｍの幅で形成され、中間では徐々にその幅が小さくなるように形成される。このような場合に前記バイポーラプレート２１６の各空気通路２１９に流入する空気は、図１５でのコンピュータ数値解析結果から分かるように、一側から他側に形成される空気通路２１９によって空気の速度がかなり減少することが分かる。即ち、本発明の第２の実施形態におけるように、バイポーラプレート２１６の空気通路２１９の断面積を徐々に減少させた場合に、他側の空気通路２１９ｂの空気抵抗が増加して空気通路２１９ｂに流入する空気の速度が減少して流入する空気の量も減少することになる。したがって、前記バイポーラプレート２１６は、一側から他側に形成される空気通路２１９の流速偏差が０．２０以下に減少することが分かる。図示してはいないが、バイポーラプレートの空気通路が均一な断面的で形成される場合には空気通路に対する流速偏差は０．３５以上を示す。
【００７６】
第１ダクト６１を通過した空気は、スタック２１０の下部に流れて第２ダクト７１の空気流入口７３を通じて第２ダクト７１に流入する。バイポーラプレート２１６の空気通路２１９は垂直方向に直線形状で形成されるので、より円滑に空気が流れることになる。前記第２ダクト７１は一側がスタック２１０の下部に結合されてスタック２１０から排出される空気を他側に流れるようにする。この際、前記第２ダクト７１は、内部の高さが一端７１ａから他端７１ｂへ行くほど増加するので、スタック２１０から排出される空気が一端７１ａから他端７１ｂに円滑に流れることになる。前記第２ダクト７１の一端から他端へ流れる空気は他端に形成される空気排出口７２を通じて外部に排出される。
【００７７】
次に、本発明の第３実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システムについて説明する。
【００７８】
図１６は、本発明の第３実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システムの全体的な概略図である。図１７は、図１６のスタックと送風手段及び空気調節膜との結合関係を示す斜視図である。図１８は、図１７のＣ−Ｃ断面図である。
【００７９】
本発明の第３実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システム３００は、図１６から図１８を参照すれば、スタック１０と前記スタック１０に燃料を供給する燃料供給手段３０と前記スタック１０に空気を供給する空気供給手段３５０を含んで形成される。以下の前記セミパッシブ型燃料電池システム３００に対する説明では第１実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システム１００の構成要素と同一な構成要素に対して同一な図面符号を与えて、詳細な説明を省略する。
【００８０】
前記空気供給手段３５０は、空気を吸入して噴出する送風手段５１と送風手段５１から噴出される空気をスタック１０の上部または下部に供給するダクト６０及び前記スタックの上部で前記空気通路が形成される領域を含む領域を覆うように形成される空気調節膜３６５を含んで形成される。
【００８１】
前記空気調節膜３６５は、スポンジのように一方の面から他方の面に空気が貫通できる多孔性材質からなり、空気通路１９の上部を全体的に覆うように形成されて供給される空気の圧力を減少させながら空気の圧力が全体的に均一になるようにする。この際、前記空気調節膜３６５は、気孔の大きさが空気通路１９の断面積より小さな多孔性材質で形成される。
【００８２】
また、前記空気調節膜３６５は、好ましくは空気のような気体は通過させるが、液体は通過させない気液分離膜で形成することができる。前記気液分離膜は、四フッ化ポリエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコン樹脂を含む疏水性メンブレン（ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ  ｍｅｍｂｒａｎｅ）のうち、いずれか１つからなることができる。また、前記空気調節膜３６５は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のうち、いずれか１つからなることができる。但し、前記気液分離膜の材質は上記材質に限られるわけではなく、疏水性を有する多様な樹脂材質で形成されることができる。
【００８３】
また、前記空気調節膜３６５は、キムワイプ（ｋｉｍｗｉｐｅｓ）（登録商標）またはゴアテックス（ｇｏｒｅｔｅｘ）（登録商標）のような材質で形成され得る。ここで、キムワイプは、ホコリの発生が少なくて、汚染を極小化させるためのポリ保護窓が形成されて試験室で使われるワイパーの一種である。また、ゴアテックスは、熱や薬品に強いテフロン(登録商標)系樹脂を増やして加熱して無数な小孔をあけた極薄膜で形成されることで、孔の大きさが約１万分の２ｍｍで形成されて、空気は通過させるが、水分は通過させないものである。また、前記空気調節膜３６５は断層膜または多層膜構造からなることができる。前記空気調節膜３６５は多層膜からなる場合に、同一材質または互いに異なる材質のポリマー膜がラミネートされて製造されることができる。
【００８４】
前記空気調節膜３６５は、スタック１０の上部でバイポーラプレート１６の空気通路１９が形成された領域を含む領域を覆うように形成される。前記空気調節膜３６５は、好ましくは第１ダクト６１の内部でスタック１０の上部を全体的に覆うように形成される。したがって、前記空気調節膜３６５は、第１ダクトの下部に形成されている空気供給口６３を全体的に遮蔽するように空気供給口６３に結合されて形成される。
【００８５】
前記空気調節膜３６５は、空気通路１９の上部を全体的に遮蔽して送風手段５１から供給される空気の圧力を均一にして通過させることになる。前記空気通路１９の上部に供給される空気は送風手段５１からの距離と第１ダクト６１の上部の形状によって位置別に空気の圧力に差があることになる。したがって、前記空気調節膜３６５は空気通路１９に供給される空気の圧力差を減少させることになる。特に、前記空気調節膜３６５は第１ダクト６１内で長手方向による圧力差を減少させることになる。したがって、前記空気通路１９に供給される空気は空気通路１９の長手方向による位置に関係なしに均一な圧力を有することになる。前記空気調節膜３６５を通過した空気はより均一な圧力で空気通路１９を通過することになる。
【００８６】
前記空気調節膜３６５は、所定の気体透過度（ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）を有するように形成される。即ち、前記空気調節膜３６５は送風手段から噴出される空気の圧力、バイポーラプレートの空気通路に空気を供給するために必要な空気の圧力、空気の流量などを考慮して適正な気体透過度を有するように形成される。前記空気調節膜３６５の気体透過度は空気調節膜３６５の材質と空気調節膜に形成される気孔の大きさと数によって決まることは勿論である。
【００８７】
次に、本発明の第３実施形態に係る燃料電池システム３００の作用について説明する。
【００８８】
図１９は、図１８のスタックでの空気の流れを示す断面図である。図２０は、図１６において、スタックの位置別に測定された空気の流速分布を示す図である。ここでは、前記空気供給手段３５０に空気を供給する方法を中心に説明する。一方、前記燃料供給手段３０がスタック１０に燃料を供給する方法はこの分野の通常の技術を有する技術者に知られた一般的な方法が使われるので、ここに、その詳細な説明は省略する。
【００８９】
前記ダクト６０の送風手段５１が作動すると、送風手段５１は、上部の空気吸入口６２を通じて空気を吸入して送風手段５１の側部を通じて第１ダクト６１の他側に噴出することになる。前記第１ダクト６１は、送風手段５１を通じて噴出される空気を他側に流れるようにする。前記第１ダクト６１の他側は、上面６１ｃが傾斜するように形成されるので、空気の速度が減少しない。前記空気調節膜３６５は、空気通路１９に供給される空気の圧力を全体的に減少させて均一にする。前記空気調節膜３６５を通過した空気の圧力が均一になって空気通路１９に供給される。したがって、空気通路１９に供給された空気は均一な速度で各空気通路１９を通過することになり、空気の流量が均一になる。即ち、前記スタック１０は、図１９に示すように、幅方向と長手方向に空気通路１９に供給される空気の速度が均一になり、空気通路１９に流入する量も均一になる。図２０に示す空気の速度分布（明暗分布）は空気通路の下部で空気通路を通過した空気に対する速度を測定した結果である。一方、空気通路に供給される空気の流量は空気の速度と空気通路の断面積の積に比例することになるので、空気の速度を測定して空気の流量が算出できることになる。数値的には、前記空気調節膜３６５を設置した場合に、スタック１０の下部で測定した空気の速度に対する位置別偏差が４ｃｍ／ｓ程度と非常に小さく表れている。一方、前記空気調節膜３６５を設置しない場合には、スタックの位置別空気の速度偏差は３０ｃｍ／ｓ程度と測定され、非常に不均一であることがわかる。
【００９０】
前記第１ダクト６１を通過した空気は、スタック１０の下部に流れて第２ダクト７１の空気流入口７３を通じて第２ダクト７１に流入する。前記バイポーラプレート１６の空気通路１９は垂直方向に直線形状で形成されるので、より円滑に空気が流れることになる。前記第２ダクト７１は、一側がスタック１０の下部に結合されてスタック１０から排出される空気を他側に流れるようにする。この際、前記第２ダクト７１は内部の高さが一端７１ａから他端７１ｂへ行くほど増加するので、スタック１０から排出される空気が一端７１ａから他端７１ｂに円滑に流れることになる。前記第２ダクト７１の一端から他端に流れる空気は、他端に形成される空気排出口７２を通じて外部に排出される。
【００９１】
次に、本発明の第４実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システムについて説明する。
【００９２】
図２１は、本発明の第４実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システムの全体的な概略図である。図２２は、図２１のスタックと空気調節膜との結合関係を示す斜視図である。図２３は、図２２のＤ−Ｄ断面図である。図２４は、図２２の第１金属網の拡大斜視図を示す。
【００９３】
本発明の第４実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システム４００は、図２１から図２４を参照すれば、スタック１０と前記スタック１０に燃料を供給する燃料供給手段３０とスタック１０に均一な圧力を有する空気を供給する空気供給手段５０及び空気調節膜８０を含んで形成される。また、前記セミパッシブ型燃料電池システムはヒートパイプ９０を更に含んでいてもよい。以下の前記セミパッシブ型燃料電池システム４００に対する説明では、第１実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システム１００の構成要素と同一の構成要素に対して同一の図面符号を与えて、詳細な説明を省略する。
【００９４】
前記空気調節膜８０は、スタック１０の上部で空気通路１９が設けられた領域を含む領域に設けられる第１金属網８１を含んで形成される。前記空気調節膜８０は、スタック１０の下部で第２ダクト７１の出口である空気排出口７２の所定領域に設けられる第２金属網８５を含んで形成されることができる。また、前記空気調節膜８０は、前記第１金属網８１と第２金属網８５のいずれか１つの側面に形成される気液分離膜８２、８６を更に含んでいてもよい。
【００９５】
前記空気調節膜８０は、金属シーブ（ｍｅｔａｌ  ｓｉｅｖｅ）または一方の面から他方の面へ空気が貫通できるように形成される金属多孔性フォーム（ｆｏｒｍ）で形成される。前記金属シーブは、金属ワイヤーによって所定大きさの孔を有するように形成される一種の網であり、好ましくは孔が正四角形で形成されるが、孔の形状は必ずしも正四角形でなくてもよい。前記金属シーブは一般的にメッシュ（ｍｅｓｈ）という単位によりその孔の大きさが決まる。前記メッシュはいずれか１つの金属ワイヤーを中心から正確に１インチ内に幾つの孔（ｏｐｅｎｉｎｇ）が存在するかを示す単位である。または、前記金属シーブは隣接した２つの金属ワイヤー間の孔（ｏｐｅｎｉｎｇ）の長さをインチやミリメートルなどでその大きさを示すこともある。前記金属シーブの大きさを示すメッシュは国または製造会社毎に若干ずつ差があり得る。例えば、米国標準によれば、メッシュ番号が１００の金属シーブは孔の大きさが１４９μｍであり、金属ワイヤーの直径が１１０μｍで形成される。また、メッシュ番号が５の金属シーブは孔の大きさが４０００μｍであり、金属ワイヤーの直径が１３７０μｍで形成される。一方、前記金属シーブはメッシュで定まった規格はないが、所定の孔の大きさを有するように所定の直径を有する金属ワイヤーで形成できることは勿論である。また、前記多孔性フォームは、一方の面から他方の面へ貫通する所定大きさの気孔を有する金属板状で形成される。
【００９６】
前記第１金属網８１は、スタック１０の上部でバイポーラプレート１６の空気通路１９が形成された領域を含む領域を覆うように形成される。前記第１金属網８１は、好ましくは第１ダクト６１の内部でスタック１０の上部を全体的に覆うように形成される。したがって、前記第１金属網８１は、第１ダクト６１の下部に形成されている空気供給口６３を全体的に遮蔽するように空気供給口６３に結合されて形成される。前記空気通路１９の上部に供給される空気は、送風手段５１からの距離と第１ダクト６１の上部の形状によって位置別に空気の圧力に差があることになる。したがって、前記第１金属網８１は空気通路１９に供給される空気の圧力抵抗を増加させて空気の圧力差を減少させることになる。特に、前記第１金属網８１は第１ダクト６１内で長手方向による圧力差を減少させることになる。したがって、前記空気通路１９に供給される空気は空気通路１９の長手方向による位置に関係なく均一な圧力を有することになる。
【００９７】
前記第１金属網８１は、孔（ｏｐｅｎｉｎｇ）または気孔の大きさが空気通路１９の断面積より小さな大きさで形成される。この際、前記第１金属網８１は所定の気体透過度（ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）を有するように所定大きさの孔を有するように形成される。前記第１金属網８１は、送風手段５１から噴出される空気の圧力、バイポーラプレート１６の空気通路１９に空気を供給するために必要とする空気の圧力、空気の流量などを考慮して、適正な気体透過度を有するように形成される。
【００９８】
前記第２金属網８５は、第１金属網８１のような金属シーブ、または、多孔性フォームで形成され、第２ダクト７１の空気排出口７２を全体的に塞ぐように形成される。前記第２金属網８５は、好ましくは第２ダクト７１の空気排出口７２に垂直に形成される。前記第２金属網８５は、空気排出口７２に排出する空気を一時的に塞いで第２ダクト７１の内部の空気抵抗を増加させることになる。したがって、前記空気通路１９を流れる空気は空気通路１９下部での空気の流れに対する圧力抵抗を増加して空気通路１９の内部でより均一な速度で流れることになる。前記第２金属網８５はその孔が第１金属網の孔より大きい孔を有するように形成されることができる。前記第２金属網８５の大きさがあまりに小さくなり過ぎると空気通路１９の下部での空気抵抗があまりに大きくなり、空気通路１９に空気が円滑に供給されないことがある。
【００９９】
前記気液分離膜８２、８６は、第１金属網８１と第２金属網８５の各々のいずれかの一側面に全体的に形成される。前記気液分離膜８２、８６は、空気のような気体は通過させるが、液体は通過させない疏水性膜で形成される。前記気液分離膜８２、８６は、四フッ化ポリエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコン樹脂を含む疏水性メンブレン（ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ  ｍｅｍｂｒａｎｅ）のうち、いずれか１つからなることができる。また、前記気液分離膜８２、８６は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のうち、いずれか１つからなることができる。但し、ここで、前記気液分離膜の材質は上記の材質に限られるわけではなく、疏水性を有する多様な樹脂材質で形成され得る。
【０１００】
前記気液分離膜８２、８６は、第１金属網８１及び第２金属網８５と共にスタック１０に供給される空気の圧力が均一になるようにする。また、前記第１金属網８１に設けられる気液分離膜８２は、燃料電池システムの方向が変わる場合にスタック１０のカソードから排出される水が逆に送風手段に流れることを防止する。前記第２金属網８５に設けられる気液分離膜８６は、スタック１０の下部に排出される水が第２金属網８５を通じて外部に放出されないようにする。
【０１０１】
前記ヒートパイプ９０は、鉄、ステンレススチール、銅、アルミニウムのような金属で形成され、好ましくは熱伝導性の良い金属である銅またはアルミニウムで形成される。前記ヒートパイプ９０は、所定幅と厚さを有する多数の板状またはパイプまたは棒が所定距離離隔して形成され、第１金属網８１と第２金属網８５に両側が結合されるように形成される。また、前記ヒートパイプ９０は、第１金属網８１の幅に相応する幅を有する１つの板状で形成されることができる。前記ヒートパイプ９０は、第２金属網８５の熱を第１金属網８１に伝達する。前記第２金属網８５は、第２ダクト７１の空気排出口７２に形成されるので、スタックを通過しながら温度が高まった空気により温度が上昇する。前記ヒートパイプ９０は、一側が第２金属網８５に連結されて第２金属網８５から熱が伝導されて温度が上昇する。前記第１金属網８１は、ヒートパイプ９０の他側が連結されるので、ヒートパイプ９０から熱が伝導されて温度が上昇する。前記第１金属網８１を通過する空気は、第１金属網８１の熱により所定温度に上昇して空気通路１９に供給される。前記スタック１０は、温度が上昇した空気が供給されるので全体的に反応効率が向上する。
【０１０２】
前記ヒートパイプ９０は、スタック１０が形成される方向の側面に別途の電気絶縁層９２が形成されてもよい。即ち、前記ヒートパイプ９０とスタック１０との間に絶縁層９２が形成されてヒートパイプ９０とスタック１０が電気的に接触することを防止することができる。前記絶縁層９２は、ヒートパイプ９０の一面に形成されてもよく、スタック１０に直接形成されてもよい。前記絶縁層９２は、電気的絶縁性がある接着テープ、プラスチックなど、有機材料を使用することができる。また、前記絶縁層９２は、好ましくはスタック１０の温度を考慮して耐熱性接着テープで形成され得る。
【０１０３】
次に、本発明の第４実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システム４００の作用について説明する。
【０１０４】
図２５は、図２３のスタックでの空気の流れを示す断面図である。図２６は、図２１において、スタックの位置別に測定された空気の流速分布を示す図である。ここでは、前記空気供給手段５０がスタック１０に空気を供給する方法を中心に説明する。一方、前記燃料供給手段３０がスタック１０に燃料を供給する方法はこの分野の通常の技術を有する技術者に知られた一般的な方法が使われるので、ここに、その詳細な説明は省略する。
【０１０５】
前記ダクト６０の送風手段５１が作動すれば、送風手段５１は、上部の空気吸入口６２を通じて空気を吸入して送風手段５１の側部を通じて第１ダクト６１の他側に噴出する。前記第１ダクト６１は、送風手段５１を通じて噴出される空気を他側に流れるようにする。前記第１ダクト６１の他側は上面６１ｃが傾斜するように形成されるので、空気の速度が減少しない。前記空気調節膜８０は、空気通路１９に供給される空気の圧力を全体的に減少させて均一にする。前記空気調節膜８０の第１金属網８１を通過した空気の圧力が均一になって空気通路１９に供給される。また、前記第１金属網８１に気液分離膜８２が形成された場合に気液分離膜８２も供給される空気の圧力抵抗を増加させる。前記第２金属網８５は、バイポーラプレート１６の空気通路１９を通過した空気の圧力抵抗を増加させるので、スタックを通過する空気の圧力はより均一になる。したがって、空気通路１９に供給された空気は均一な速度で各空気通路１９を通過することになり、空気の流量が均一になる。即ち、前記スタック１０は、図２５に示すように、幅方向と長手方向に空気通路１９に供給される空気の速度が均一になり、空気通路１９に流入する量も均一になる。図２６に示す空気の速度分布は、空気通路１９の下部で空気通路１９を通過した空気に対する速度を測定した結果である。空気通路に供給される空気の流量は、空気の速度と空気通路の断面積の積に比例するので、空気の速度を測定して空気の流量が算出できる。したがって、前記空気通路１９を通過する空気の速度が相対的に均一になるので、各空気通路１９別に供給される空気の流量も均一になる。数値的には、前記空気調節膜８０を設置した場合にスタック１０の下部で測定した空気の速度に対する位置別偏差が４ｃｍ／ｓ程度と非常に小さく表れている。一方、前記空気調節膜８０を設置しない場合には、スタックの位置別空気の速度偏差は３０ｃｍ／ｓ程度と測定されることから、空気の流量が不均一となっていることがわかる。
【０１０６】
一方、前記ヒートパイプ９０は、第１金属網８１と第２金属網８５に接触して熱を第１金属網８１に伝導させる。したがって、前記燃料電池システム４００は、スタック１０に供給される空気の温度が上昇することになって効率と性能が向上する。
【０１０７】
前記第１ダクト６１を通過した空気は、スタック１０の下部に流れて第２ダクト７１の空気流入口７３を通じて第２ダクト７１に流入する。前記バイポーラプレート１６の空気通路１９は垂直方向に直線形状で形成されるので、より円滑に空気が流れることになる。前記第２ダクト７１は一側がスタック１０の下部に結合されてスタック１０から排出される空気を他側に流れるようにする。この際、前記第２ダクト７１は、内部の高さが一端７１ａから他端７１ｂへ行くほど増加するので、スタック１０から排出される空気が一端７１ａから他端７１ｂに円滑に流れることになる。前記第２ダクト７１の一端から他端に流れる空気は他端に形成される空気排出口７２を通じて外部に排出される。
【０１０８】
次に、本発明の第５実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システムについて説明する。
【０１０９】
図２７は、本発明の第５実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システムの全体的な概略図である。図２８は、図２７のスタックと送風手段の結合関係を示す斜視図である。図２９は、図２８のＥ−Ｅ断面図である。
【０１１０】
本発明の第５実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システム５００は、図２７から図２９を参照すれば、スタック１０と前記スタック１０に燃料を供給する燃料供給手段３０と前記スタック１０に空気を供給する空気供給手段５５０とを含んで形成される。以下の前記セミパッシブ型燃料電池システム５００に対する説明では第１実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システム１００の構成要素と同一の構成要素に対しては同一の図面符号を与えて、詳細な説明を省略する。
【０１１１】
前記空気供給手段５５０は、空気を吸入して噴出する送風手段５１と送風手段５１から噴出される空気をスタック１０の上部または下部に供給するダクト５６０と前記ダクト５６０内で空気の流れを変換させる空気流れ変換手段５６５とを含んで形成される。
【０１１２】
前記ダクト５６０は、スタック１０の上部に形成される第１ダクト６１とスタック１０の下部に設けられる第２ダクト７１を含み、第１ダクトまたは第２ダクトの内部または外部に送風手段５１が設けられる。前記ダクト５６０は、第１ダクトの一側に設けられる送風手段５１に供給される空気をスタック１０の上部に誘導して空気通路１９に供給する。
【０１１３】
前記空気調節手段５６５は、第１ダクト６１の他側の上面６１ｃの所定位置に形成されて送風手段５１から供給される空気の流れ方向を変換させる。より詳しくは、前記空気調節手段５６５は、第１ダクト６１の他側の上面６１ｃの内側で空気の流れ方向に垂直方向である第１ダクト６１の幅方向に延びて形成され、上部から下部に所定高さで突出して形成される。前記空気調節手段５６５は、送風手段５１から噴出される空気の流れを下部方向、即ち、垂直方向に一部変換させることになる。前記第１ダクト６１の他側の内部で空気は他端６１ｂ方向に流れてから空気調節手段５６５が形成された位置で一部スタック１０方向に流れることになる。したがって、前記第１ダクト６１の他端６１ｂ方向に流れる空気は流れる方向が変換されながら速度が相対的に減少することになる。また、前記第１ダクト６１の他端６１ｂ方向に流れる空気は空気調節手段５６５により遮断されるので、相対的に他端６１ｂに流れる空気の量が減少する。前記空気調節手段５６５は、スタック１０の上部で空気の流れを変換させて他端に流れる空気の速度と量を相対的に減少させることになる。したがって、前記バイポーラプレート１６の両側に形成される空気通路１９ａ、１９ｂは比較的均一な量の空気が供給できることになる。
【０１１４】
前記空気調節手段５６５は、好ましくは第１ダクト６１の他側で略中央位置に形成される。即ち、前記空気調節手段５６５はスタック１０の略中央位置に形成される未反応領域１２ａ、または、未形成領域１６ｄ、１６ｄの上部に設けられる。したがって、前記空気調節手段５６５はバイポーラプレート１６の一側と他側に形成される空気通路１９ａ、１９ｂに均一に空気を供給することができる。
【０１１５】
前記空気調節手段５６５は、第１ダクト６１の上面６１ｃが内側に突出して形成されて第１ダクト６１の上面６１ｃと一体形成され得る。この際、前記空気調節手段５６５は、断面形状が略半円をなすように形成されることができ、空気が不連続的に流れる部分を最小化することができる。また、前記空気調節手段５６５は、空気と直接接触する前面６５ａが略弧形状または空気の流れ方向と鈍角をなすように形成されて、空気の流れが過度に遮断されることが防止できる。このような場合に、前記空気調節手段５６５は、断面が三角形状をなすように形成されて、第１ダクト６１の内部で占める空間を最小化することができる。一方、前記空気調節手段５６５は、別途のブロックが第１ダクト６１の上面６１ｃに結合されて形成されることができる。
【０１１６】
前記空気調節手段５６５は、第１ダクト６１の他側の上面６１ｃから突出する高さが第１ダクト内部の高さ（より正確には空気調節手段５６５が設けられる位置での第１ダクトの内部の高さ）の３０％から７０％になるように形成される。前記空気調節手段５６５の高さが第１ダクト内部の高さの３０％より小さくなれば空気の流れ変換程度が小さくなって空気調節手段５６５を設ける効果が小さくなる。また、前記空気調節手段５６５の高さが第１ダクト内部の高さの７０％より大きくなれば、空気の流れ変換程度があまりに大きくなってバイポーラプレート１６の他側に位置する空気通路１９ｂに供給される空気の量が相対的に小さくなる。
【０１１７】
次に、本発明の第５実施形態に係る燃料電池システムの作用について説明する。
【０１１８】
図３０は、図２８のスタックでの空気の流れを示す断面図である。図３１は、本発明の第５実施形態に係る燃料電池システムのスタックで空気の流速を評価するためのコンピュータ模型図である。図３２は、図３１の模型図に対して数値解析を通じてスタックの位置別流速を算出した結果である。ここでは、前記空気供給手段５５０がスタック１０に空気を供給する方法を中心に説明する。一方、前記燃料供給手段３０がスタック１０に燃料を供給する方法はこの分野の通常の技術を有する技術者に知られた一般的な方法が使われるので、ここに、その詳細な説明は省略する。
【０１１９】
前記送風手段５１は、上部の空気吸入口６２を通じて空気を吸入して送風手段５１の側部を通じて第１ダクト６１の他側に噴出する。前記第１ダクト６１は、送風手段５１を通じて噴出される空気を他側に流れるようにする。前記第１ダクト６１の他側は上面６１ｃが傾斜するように形成されるので、他端６１ｂ領域でも空気の速度が減少しないことがある。しかしながら、前記空気調節手段５６５は、第１ダクト６１の内部を流れる空気の流れを変換させて、他端領域に流れる空気の速度と量を相対的に減少させる。したがって、前記バイポーラプレートの一側と他側に形成される空気通路１９ａ、１９ｂは均一な量の空気の供給を受けることになる。即ち、前記空気調節手段５６５は、空気通路１９ａ、１９ｂに供給される空気の量を均一にすることができる。
【０１２０】
前記第１ダクト６１を通過した空気は、スタック１０の下部に流れて第２ダクト７１の空気流入口７３を通じて第２ダクト７１に流入する。前記バイポーラプレート１６の空気通路１９は、垂直方向に直線形状で形成されるので、より円滑に空気が流れる。前記第２ダクト７１は、一側がスタック１０の下部に結合されてスタック１０から排出される空気を他側に流れるようにする。この際、前記第２ダクト７１は、内部の高さが一端７１ａから他端７１ｂへ行くほど増加するので、スタック１０から排出される空気が一端７１ａから他端７１ｂに円滑に流れることになる。前記第２ダクト７１の一端から他端に流れる空気は他端に形成される空気排出口７２を通じて外部に排出される。
【０１２１】
次に、本発明の第６実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システムについて説明する。
【０１２２】
図３３は、本発明の第６実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システムの全体的な概略図である。図３４は、図３３のスタックと送風手段の結合関係を示す斜視図である。図３５は、図３４のＦ−Ｆ断面図である。
【０１２３】
本発明の第６実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システム６００は、図３３から図３５を参照すれば、スタック１０と前記スタック１０に燃料を供給する燃料供給手段３０と前記スタック１０に空気を供給する空気供給手段６５０とを含んで形成される。以下の前記セミパッシブ型燃料電池システム６００に対する説明では、第１実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システム１００の構成要素と同一の構成要素に対しては同一の図面符号を与えて、詳細な説明を省略する。
【０１２４】
前記空気供給手段６５０は、空気を吸入して噴出する送風手段５１と送風手段５１から噴出される空気をスタック１０の上部または下部に供給するダクト６０及び前記ダクト６０内で送風手段５１と所定距離離隔した位置に形成されるフィルター６６５とを含んで形成される。
【０１２５】
前記フィルター６６５は、スポンジのように一方の面から他方の面に空気が貫通できる多孔性材質で形成され、好ましくは、空気のような気体は通過させるが、液体は通過させない気液分離膜で形成されることができる。前記フィルター６６５は、第１ダクト６１の幅方向断面積に相応する面積で形成され、第１ダクト６１の内部で送風手段５１から所定距離離隔した位置に空気の流れ方向と垂直な方向に設けられる。前記フィルター６６５は、第１ダクト６１の内部で送風手段５１とスタック１０の一側上部との間に設けられ、より好ましくはスタック１０の一端上部に相応する位置に設けられる。
【０１２６】
前記フィルター６６５は、第１ダクト６１の内部を全体的に遮蔽して、送風手段５１から供給される空気の圧力を均一にして通過させることになる。したがって、前記フィルター６６５は、第１ダクト６１の幅方向に発生される空気の圧力差を減少させることになる。前記送風手段５１から噴出される空気は、フィルター６６５の前端で第１ダクト６１の一側から他側へ幅方向に広がることになって送風手段５１を中心に第１ダクト６１の幅方向に沿って空気の圧力に差があることになる。したがって、前記フィルター６６５は、スタック１０の上部の一端の第１ダクト６１の内部に形成されて、スタック１０の上部に供給される空気を一時的に遮蔽しながら空気の圧力を幅方向に均一にする。前記フィルター６６５を通過した空気は、幅方向に圧力が均一になりながら第１ダクトの他側で均一な速度で流れることになる。さらに、前記第１ダクト６１の他側の上面は所定傾斜角で傾斜するように形成されるので、より均一な速度で流れることになる。
【０１２７】
前記フィルター６６５は、所定の気体透過度（Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）を有するように形成される。即ち、前記送風手段５１は、送風手段から噴出される空気の圧力、バイポーラプレートの空気通路に空気を供給するために必要とする空気の圧力、空気の流量などを考慮して適正な気体透過度を有するように形成される。前記フィルター６６５の気体透過度は、フィルター６６５に形成される気孔の大きさと数によって決まることは勿論である。
【０１２８】
前記フィルター６６５は、内部に形成される気孔によって所定厚さで形成され、第１ダクトの内側面に接着剤層により接着されて固定され得る。また、前記フィルター６６５は、別途の支持手段６６７により支持されて固定され得る。即ち、前記支持手段は、フィルター６６５の気孔より大きい気孔を有する支持板で形成され、フィルター６６５は支持板６６７に固定されて支持される。
【０１２９】
前記フィルター６６５は、気液分離膜で形成される場合に四フッ化ポリエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコン樹脂を含む疏水性メンブレン（ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ  ｍｅｍｂｒａｎｅ）のうち、いずれか１つからなることができる。また、前記フィルター６６５は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のうち、いずれか１つからなることができる。但し、ここで、前記フィルター６６５の材質は上記の材質に限られるわけではなく、疏水性を有する多様な樹脂材質で形成することができる。また、前記フィルター６６５は、断層膜または多層膜構造からなることができる。前記フィルター６６５は多層膜からなる場合には、同一材質、または、互いに異なる材質のポリマー膜がラミネーティングされて製造され得る。
【０１３０】
次に、本発明の第７実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システムについて説明する。
【０１３１】
図３６は、本発明の第７実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システムの全体的な概略図である。
【０１３２】
本発明の第７実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システム７００は、図３６を参照すれば、スタック１０と前記スタック１０に燃料を供給する燃料供給手段３０と前記スタック１０に空気を供給する空気供給手段７５０とを含んで形成される。以下の前記セミパッシブ型燃料電池システム７００に対する説明では、第１の実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システム１００及び第６実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システム６００の構成要素と同一の構成要素に対しては同一の図面符号を与えて、詳細な説明を省略する。
【０１３３】
前記空気供給手段７５０は、空気を吸入して噴出する送風手段５１と送風手段５１から噴出される空気をスタック１０の上部または下部に供給するダクト７６０と前記ダクト７６０内で送風手段５１から所定距離離隔した位置に形成されるフィルター６６５とを含んで形成される。
【０１３４】
前記ダクト７６０は、スタック１０の上部に形成される第１ダクト７６１とスタック１０の下部に設けられる第２ダクト７７１とを含み、第１ダクトまたは第２ダクトの内部または外部に送風手段５１が設けられる。前記ダクト７６０は、第１ダクト７６１の一側に設けられる送風手段５１から供給される空気をスタック１０の上部に誘導して空気通路１９に供給する。ここでは、前記第１ダクト７６１が上部に形成され、第２ダクト７７１が下部に形成されることと説明するが、使われる移動通信機器の仕様または使用方法によって第１ダクトが下部に形成され、第２ダクトが上部に形成されることができることは勿論である。
【０１３５】
前記第１ダクト７６１は、内部が中空の略板状のボックス形状で形成され、一側の内部または外部に送風手段５１が設けられ、他側がスタック１０の上部を覆うように形成される（ここで、第１ダクトの一側は図３６において送風手段が設けられ、スタックの上部から外れている左側を意味し、他側はスタックの上部に設けられる右側部分を意味する）。前記第１ダクト７６１は、好ましくは一側が送風手段５１の高さに相応する高さで形成されて内部に送風手段５１が設けられ、上面に送風手段５１の空気吸入のための空気吸入口（図示せず、図３５参照）が形成される。前記空気吸入口は、好ましくは送風手段５１の上部面積に相応する面積で形成される。この際、前記第１ダクト７６１の一側は全体的に均一な高さで形成されて吸入された空気が他側に円滑に流れるようにする。また、前記第１ダクト７６１の一端は、閉鎖されて送風手段５１により吸入された空気が外部に流出することを防止することになる。したがって、前記第１ダクト７６１は、送風手段５１により吸入された空気が他側のみに噴出されるようにする。
【０１３６】
前記第１ダクト７６１の他側は、スタック１０の上部を全体的に覆うように、少なくともスタック１０の上部面積に相応する面積と所定高さを有するように形成される。この際、前記第１ダクト７６１の他側はスタック１０の上部と接触する下部領域が開放されて空気供給口（図示せず、図３５参照）が形成される。前記空気供給口は、好ましくはスタックの上部形状と面積に相応する形状と面積で形成される。したがって、前記第１ダクト７６１は、送風手段５１により一側の空気吸入口を通じて吸入された空気が他側に誘導されて空気供給口を通じてスタック１０の空気通路１９に供給される。
【０１３７】
前記第１ダクト７６１の他側は、好ましくは内部の高さが全体的に均一になるように形成される。したがって、前記第１ダクト７６１の他側は送風手段５１から遠ざかっても断面積が均一になるように形成される。
【０１３８】
前記第２ダクト７７１は、第１ダクト７６１と同様に、内部が中空の略板状のボックス形状で形成される。前記第２ダクト７７１はスタック１０の下部を覆うようにスタック１０の下部に設けられ、上面にスタック１０の下部面積に相応する面積を有する空気流入口（図示せず、図３５参照）が形成される。また、前記第２ダクト７７１は、一端が閉鎖され、他端が開放されて空気排出口（図示せず、図３５参照）で形成される。したがって、前記第２ダクト７７１は、スタック１０を通過した空気を外部に排出することになる。
【０１３９】
また、前記第２ダクト７７１は、内部の高さが全体的に均一になるように形成される。一方、前記第２ダクト７７１は、スタック１０のカソードから反応後に排出される水の配水通路の役割をすることになる。したがって、前記第２ダクト７７１の他端にはこのような水を回収するための別途の配管（図示せず）を形成してもよい。
【０１４０】
前記フィルター６６５は、スポンジのように一方の面から他方の面に空気が貫通できる多孔性材質で形成され、好ましくは、空気のような気体は通過させるが、液体は通過させない気液分離膜で形成されることができる。前記フィルター６６５は、第１ダクト７６１の幅方向断面積に相応する面積で形成され、第１ダクト７６１の内部で送風手段５１から所定距離離隔した位置に空気の流れ方向と垂直な方向に設けられる。前記フィルター６６５は、第１ダクト７６１の内部で送風手段５１とスタック１０の一側上部との間に設けられ、より好ましくはスタック１０の一端上部に相応する位置に設けられる。
【０１４１】
前記フィルター６６５は、第１ダクト７６１の内部を全体的に遮蔽して、送風手段５１から供給される空気の圧力を均一にして通過させることになる。したがって、前記フィルター６６５は、第１ダクト７６１の幅方向に発生される空気の圧力差を減少させることになる。したがって、前記フィルター６６５は、スタック１０の上部の一端の第１ダクト７６１の内部に形成されてスタック１０の上部に供給される空気を一時的に遮蔽しながら空気の圧力を幅方向に均一にする。前記フィルター６６５を通過した空気は、幅方向に圧力が均一になりながら第１ダクト７６１の他側で均一な速度で流れることになる。また、前記第１ダクト７６１の他側の高さが全体的に均一に形成されているが、フィルター６６５が他側に供給される空気の圧力を減少させるので、空気がスタック１０の上部に均一に供給できることになる。
【０１４２】
次に、本発明の第６実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システムの作用について説明する。
【０１４３】
図３７は、図３５のスタックでの空気の流れを示す断面図である。図３８は、図３５のスタックで位置別に測定された空気の流速を示す。
【０１４４】
前記空気供給手段６５０の送風手段５１は、上部の空気吸入口６２を通じて空気を吸入して送風手段５１の側部を通じて第１ダクト６１の他側に噴出することになる。前記第１ダクト６１は、送風手段５１を通じて噴出される空気を他側に流れるようにする。前記第１ダクト６１の他側は、上面６１ｃが傾斜するように形成されるので、空気の速度が減少しなくなる。前記フィルター６６５は、第１ダクト６１の内部で流れる空気の流れを一時的に遮蔽して第１ダクト６１の他側に流れる空気の圧力を第１ダクト６１の幅方向に均一になるようにする。また、前記第１ダクト６１の他側では上面が傾斜するように形成されるので、フィルター６６５を通過した空気の流速が均一になる。したがって、前記フィルター６６５は、構成する各バイポーラプレート１６の空気通路１９に均一な速度で空気が流入するようにして各空気通路１９に供給される空気の量が均一になるようにする。即ち、前記スタック１０は、図３７に示すように、幅方向には空気の速度が均一になり、空気通路１９に流入する量も均一になる。図３８に示す空気の速度分布（明暗分布）は空気通路の下部で空気通路を通過した空気に対する速度を測定した結果である。空気通路に供給される空気の流量は空気の速度と空気通路の断面積の積に比例するので、空気の速度を測定して空気の流量が算出できることになる。数値的には、前記フィルター６６５を設置した場合にスタック１０の下部で測定した空気の速度に対する位置別偏差が４ｃｍ／ｓ程度と非常に小さく表れている。一方、前記フィルター６６５を設置しない場合には、スタックの位置別空気の速度偏差は３０ｃｍ／ｓ程度と測定され、空気の流量が不均一となっていることがわかる。
【０１４５】
前記第１ダクト６１を通過した空気は、スタック１０の下部に流れて第２ダクト７１の空気流入口７３を通じて第２ダクト７１に流入する。前記バイポーラプレート１６の空気通路１９は垂直方向に直線形状で形成されるので、より円滑に空気が流れることになる。前記第２ダクト７１は一側がスタック１０の下部に結合されてスタック１０から排出される空気を他側に流れるようにする。この際、前記第２ダクト７１は内部の高さが一端７１ａから他端７１ｂへ行くほど増加するので、スタック１０から排出される空気が一端７１ａから他端７１ｂに円滑に流れることになる。前記第２ダクト７１の一端から他端に流れる空気は他端に形成される空気排出口７２を通じて外部に排出される。
【０１４６】
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，本発明はかか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】
【０１４７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システムの全体的な概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るスタックの斜視図である。
【図３】図２のスタックの分離斜視図である。
【図４】図１のスタックと送風手段の結合関係を示す斜視図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】図５のスタックでの空気の流れを示す断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システムの全体的な概略図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るスタックの斜視図である。
【図９】図８のスタックの分離斜視図である。
【図１０】図９のバイポーラプレートの空気通路が形成された面の正面図である。
【図１１】図７のスタックと送風手段の結合関係を示す斜視図である。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ断面図である。
【図１３】図１２のスタックでの空気の流れを示す断面図である。
【図１４】図７において空気通路の大きさによる空気の流速を評価するためのコンピュータ模型図である。
【図１５】図１４の模型図に対して数値解析を通じて空気通路別の流速を算出した結果である。
【図１６】本発明の第３実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システムの全体的な概略図である。
【図１７】図１６のスタックと送風手段及び空気調節膜の結合関係を示す斜視図である。
【図１８】図１７のＣ−Ｃ断面図である。
【図１９】図１８のスタックでの空気の流れを示す断面図である。
【図２０】図１６においてスタックの位置別に測定された空気流速分布を示す図である。
【図２１】本発明の第４実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システムの全体的な概略図である。
【図２２】図２１のスタックと空気調節膜の結合関係を示す斜視図である。
【図２３】図２２のＤ−Ｄ断面図である。
【図２４】図２２の第１金属網の拡大斜視図を示す。
【図２５】図２３のスタックでの空気の流れを示す断面図である。
【図２６】図２１においてスタックの位置別に測定された空気流速分布を示す図である。
【図２７】本発明の第５実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システムの全体的な概略図である。
【図２８】図２７のスタックと送風手段の結合関係を示す斜視図である。
【図２９】図２８のＥ−Ｅ断面図である。
【図３０】図２８のスタックでの空気の流れを示す断面図である。
【図３１】本発明の第５実施形態に係る燃料電池システムのスタックにおいて空気の流速を評価するためのコンピュータ模型図である。
【図３２】図３１の模型図に対して数値解析を通じてスタックの位置別流速を算出した結果である。
【図３３】本発明の第６実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システムの全体的な概略図である。
【図３４】図３３のスタックと送風手段の結合関係を示す斜視図である。
【図３５】図３４のＦ−Ｆ断面図である。
【図３６】本発明の第７実施形態に係るセミパッシブ型燃料電池システムの全体的な概略図である。
【図３７】図３５のスタックでの空気の流れを示す断面図である。
【図３８】図３５のスタックにおいて位置別に測定された空気流速を示す図である。
【図３９】従来のセミパッシブ型燃料電池システムにおいてスタックと送風手段の概略度を示す図である。
【符号の説明】
【０１４８】
１０、２１０    スタック
１２    ＭＥＡ
１３    アノード電極
１４    電解質膜
１５    カソード電極
１６、２１６    バイポーラプレート
１８    燃料通路
１９、２１９    空気通路
３０    燃料供給手段
３２    燃料タンク
３４    燃料ポンプ
５０、３５０、５５０、６５０、７５０    空気供給手段
５１    送風手段
６０、５６０、７６０    ダクト
６２    空気吸入口
６３    空気供給口
７２    空気排出口
７３    空気流入口
８０、３６５    空気調節膜
９０    ヒートパイプ
１００、２００、３００、４００、６００、７００    セミパッシブ型燃料電池システム
【図１】
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【図２】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３９】
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【図１４】
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【図１５】
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【図２０】
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【図２６】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３８】
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