(57)【要約】 【課題】  本発明は、燃料電池構造を提供する。【解決手段】  ベースと、ベースに設置され反応領域、第一接続ポート、出力端子を含み第一接続ボートと出力端子が反応領域に接続されるセルユニットと、第一接続ポートによって反応領域に第一流体を伝送する第一供給装置と、第二流体を反応領域に提供し第二流体と第一流体が反応領域で反応することで電力を発生し出力する第二供給装置と、第一接続ポートによって第三流体を反応領域に伝送し、第三流体によってセルユニットに加湿処理を行う第三供給装置とを含む。【選択図】      図２
2009181956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース、
前記ベースに設置され、反応領域、第一接続ポート及び出力端子を含み、前記第一接続ボートと前記出力端子が前記反応領域に接続される少なくとも一つのセルユニット、
提供される第一流体を、前記セルユニットの前記第一接続ポートによって、前記セルユニットの前記反応領域に伝送する第一供給装置、
第二流体を前記セルユニットの前記反応領域に提供し、前記第二流体と前記第一流体とが前記セルユニットの前記反応領域おいて反応することで、前記反応領域によって電力を発生し、前記出力端子より出力する第二供給装置、及び
提供される第三流体を、前記セルユニットの前記第一接続ポートによって、前記セルユニットの前記反応領域に伝送し、前記第三流体によって、前記セルユニットに対して加湿処理を行う第三供給装置を含む燃料電池構造。
【請求項２】
前記セルユニットは、外表面を更に含み、前記反応領域は、前記外表面に露出された複数の電極を含み、前記第二供給装置が提供する前記第二流体は、前記セルユニットの前記外表面の前記電極を通過する請求項１に記載の燃料電池構造。
【請求項３】
前記燃料電池構造は、互いに間隔を隔てた複数セルユニットを含み、互いに隣接した前記セルユニットは、ギャップを有し、前記第二供給装置が提供した前記第二流体は、前記ギャップによって、前記セルユニットの前記反応領域に伝送される請求項１に記載の燃料電池構造。
【請求項４】
前記第一流体は、水素、またはメタノールを含む請求項１に記載の燃料電池構造。
【請求項５】
前記第二供給装置は、ファンを含む請求項１に記載の燃料電池構造。
【請求項６】
前記第二流体は、酸素、または空気を含む請求項１に記載の燃料電池構造。
【請求項７】
前記第三流体は、水を含む請求項１に記載の燃料電池構造。
【請求項８】
前記水は、外部ユニットによって供給される請求項７に記載の燃料電池構造。
【請求項９】
前記セルユニットが反応した後、水を発生し、前記水は、前記第三流体となり、前記セルユニットの前記第一接続ポートによって、前記セルユニットの前記反応領域に伝送され、且つ前記セルユニットに対して加湿処理を行う請求項１に記載の燃料電池構造。
【請求項１０】
前記第三供給装置は、ポンプを含み、前記ポンプは、前記第三流体ポンプを前記セルユニットの前記反応領域に送る請求項１に記載の燃料電池構造。
【請求項１１】
前記セルユニットの前記第一接続ポートと前記第一供給装置との間に設置され、且つ前記第一流体に対して、分流の流量制御を行う第一制御器を更に含む請求項１に記載の燃料電池構造。
【請求項１２】
前記第一制御器は、分流器である請求項１１に記載の燃料電池構造。
【請求項１３】
第二制御器を更に含み、前記セルユニットは、第二接続ポートを更に含み、前記第二接続ポートは、前記反応領域に接続され、前記第二制御器は、前記セルユニットの前記第二接続ポートに設置され、且つ前記セルユニットに流れた前記第一流体に対して、合流の流量制御を行う請求項１に記載の燃料電池構造。
【請求項１４】
前記第二制御器は、合流器である請求項１３に記載の燃料電池構造。
【請求項１５】
前記第一供給装置と前記セルユニットとの間に設置され、且つ前記第一流体に対して、圧力制御を行う第三制御器を更に含む請求項１に記載の燃料電池構造。
【請求項１６】
前記第三制御器は、調圧弁を含む請求項１５に記載の燃料電池構造。
【請求項１７】
第四制御器を更に含み、前記セルユニットは、第二接続ポートを更に含み、前記第二接続ポートは、前記反応領域に接続され、前記第四制御器は、前記セルユニットの前記第二制御器の出口に設置され、且つ前記セルユニットに流れた前記第一流体に対して、排出制御を行う請求項１に記載の燃料電池構造。
【請求項１８】
前記第四制御器は、放出弁を含む請求項１７に記載の燃料電池構造。
【請求項１９】
回路ユニットと電源供給器を更に含み、前記セルユニットと前記電源供給器は、前記回路ユニットに制御され、前記回路ユニットは、電源管理システムを含み、前記セルユニットが前記電力を提供しない時、前記電源供給器は、前記電源管理システムの制御によって、もう一つの電力を発生し、前記電源供給器が発生する前記電力と前記回路ユニットが発生する前記第二電力は、同時に存在しない請求項１に記載の燃料電池構造。
【請求項２０】
前記電源供給器は、リチウム電池を含む請求項１９に記載の燃料電池構造。
【請求項２１】
前記第一供給装置は、高圧水素容器、液体水素容器、水素貯蔵合金、または化学水素物質を含む請求項１に記載の燃料電池構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池構造に関し、特に、陽極燃料に対して加湿処理を行うことができ、且つ陰極に必要な燃料を自然換気方式を用いて供給する平面式燃料電池構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般の燃料電池構造は、燃料電池のスタックによって、必要とされる電力の伝送を達成することができる。しかし、このような燃料電池構造は、黒鉛を用いて、陽極と陰極の流路板にすることから、陰極燃料の供給で十分な圧力を有する陰極燃料を供給しなければならないので、システムの設計が複雑すぎ、且つコストが高すぎる。また、前記燃料電池が陽極燃料の加湿では、高温の水蒸気を用いて行うため、操作の困難を容易に招く。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、定時に加湿処理を達成し、且つ継続的に電力提供を達成する新たな燃料電池構造を提供する。この燃料電池構造は、ベース、少なくとも一つのセルユニット、第一供給装置、第二供給装置と、第三供給装置を含む。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
セルユニットは、ベースに設置される。セルユニットは、反応領域、第一接続ポートと出力端子を含み、第一接続ボートと出力端子が反応領域に接続される。第一供給装置は、第一流体を提供し、セルユニットの第一接続ポートによって、セルユニットの反応領域に伝送することができる。第二供給装置は、第二流体をセルユニットの反応領域に提供し、且つ第二流体と第一流体によって、セルユニットの反応領域に対して、反応を行うことで、反応領域によって、電力を提供することができ、且つ第一電力は、出力端子によって出力することができる。第三供給装置は、第三流体を提供し、セルユニットの第一接続ポートによって、セルユニットの反応領域に伝送することができる。第三流体によって、セルユニットに対して加湿処理を行う。
【０００５】
セルユニットは、外表面を更に含み、反応領域は、外表面に露出された複数の電極を含み、第二供給装置が提供した第二流体は、セルユニットの外表面の複数電極を通過する。燃料電池構造は、互いに間隔を隔てた複数セルユニットを含み、互いに隣接した複数セルユニットは、ギャップを有し、第二供給装置が提供した第二流体は、ギャップによって、セルユニットの反応領域に伝送されることができる。
【０００６】
第一流体は、水素、またはメタノールである。第二供給装置は、ファンである。第二流体は、酸素、または空気である。第三流体は、水である。水は、外部ユニットによって供給することができる。
【０００７】
セルユニットが反応した後、水を発生し、この水は、第三流体となり、セルユニットの第一接続ポートによって、セルユニットの反応領域に伝送することができ、且つセルユニットに対して加湿処理を行う。第三供給装置は、ポンプであり、このポンプは、第三流体ポンプをセルユニットの反応領域に送ることができる。
【０００８】
燃料電池構造は、セルユニットの第一接続ポートと第一供給装置との間に設置され、且つ第一流体に対して、分流の流量制御を行う第一制御器を更に含む。第一制御器は、分流器である。
【０００９】
燃料電池構造は、第二制御器を更に含むことができ、セルユニットは、第二接続ポートを更に含むことができ、第二接続ポートは、反応領域に接続される。第二制御器は、セルユニットの第二接続ポートに設置され、且つセルユニットに流れた第一流体に対して、合流の流量制御を行う。第二制御器は、合流器である。
【００１０】
燃料電池構造は、第一供給装置とセルユニットとの間に設置され、且つ第一流体に対して、圧力制御を行う第三制御器を更に含むことができる。第三制御器は、調圧弁である。
【００１１】
燃料電池構造は、第四制御器を更に含むことができ、セルユニットは、第二接続ポートを更に含むことができ、第二接続ポートは、反応領域に接続される。第四制御器は、セルユニットの第二制御器の出口に設置され、且つセルユニットに流れた第一流体に対して、排出制御を行う。第四制御器は、放出弁である。
【００１２】
燃料電池構造は、回路ユニットと電源供給器を更に含むことができ、セルユニットと電源供給器は、回路ユニットに制御され、回路ユニットは、電源管理システムを含み、セルユニットが電力を提供しない時、電源供給器は、電源管理システムの制御によって、もう一つの電力を発生し、電源供給器は、リチウム電池を含むことができる。
【００１３】
第三供給装置は、第一流体と第三流体との間を提供し、混合を行うことができ、混合プロセスによって、第一流体に対して加湿を行うことができる。
【００１４】
第一供給装置は、高圧水素容器、液体水素容器、水素貯蔵合金、または化学水素物質を含むことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明が提供する換気を有する平面式燃料電池構造の作用で、燃料電池構造によって、定時に加湿処理を達成できる以外に、複数セルユニットの平面式のスタック作用で、空間上の運用を効果的に達成し、必要の定格電力を提供することができ、組み合わせに使用される電子装置、または設備に継続的に電力提供を達成することができる。即ち、本発明の燃料電池構造は、無停電電源装置（Ｕｎｐｌｕｇ  Ｐｏｗｅｒ−ｓｕｐｐｌｙ  Ｓｙｓｔｅｍ，ＵＰＳ）に適用し、或いは関連設備の応用ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。
【実施例】
【００１７】
図１、図２は、本発明の燃料電池構造Ｂ１の立体図と分解図をそれぞれ表している。図３は、燃料電池構造Ｂ１のセルユニット２の立体図を表している。
【００１８】
図２に示すように、燃料電池構造Ｂ１は、ベース１、少なくとも一つのセルユニット２、第一供給装置３１、第二供給装置３２、第三供給装置３３、回路ユニット４、電源供給器５、第一制御器ｃ１、第二制御器ｃ２、第三制御器ｃ３と、第四制御器ｃ４を含む。セルユニット２、第一供給装置３１、第二供給装置３２、第三供給装置３３、回路ユニット４、電源供給器５、第一制御器ｃ１、第二制御器ｃ２、第三制御器ｃ３と、第四制御器ｃ４は、ベース１に設置され、且つセルユニット２、第一供給装置３１、第二供給装置３２、第三供給装置３３、電源供給器５、第一制御器ｃ１、第二制御器ｃ２、第三制御器ｃ３と、第四制御器ｃ４は、回路ユニット４に制御される。回路ユニット４は、電源管理システムＥＭＳを含む。
【００１９】
本実施例では、燃料電池構造Ｂ１は、複数セルユニット２を含み、複数セルユニット２と、第一制御器ｃ１と、第二制御器ｃ２によって、電池モジュール２ａを共同構成する。第一制御器ｃ１は、分流器であり、第二制御器ｃ２は、合流器である。第三制御器ｃ３は、調圧弁であり、第四制御器ｃ４は、放出弁である。複数のセルユニット２は、互いに間隔を隔てられ、且つ隣接する２つのセルユニット２の間にギャップ２００ｇを有する。電源供給器５は、リチウム電池、或いはその他の充電電池であることができる。説明を簡単にするために、単一のセルユニット２のみに対して説明を行う。
【００２０】
第一供給装置３１（例えば、高圧水素容器、液体水素容器、水素貯蔵合金、または化学水素物質の燃料槽を含むことができる）は、第一流体ｗ１（例えば、水素、またはメタノール）を電池モジュール２ａに提供し、反応をさせる。第二供給装置３２（例えばファン）は、第二流体ｗ２（例えば、酸素、または空気）を電池モジュール２ａに提供し、反応をさせる。第三供給装置３３（例えば、加湿装置）は、第三流体ｗ３（例えば、水）を電池モジュール２ａに提供し、加湿処理を行う。第三制御器ｃ３は、第一供給装置３１とセルユニット２との間に設置され、第一流体ｗ１に対して、圧力制御を行う。注意するのは、第二供給装置３２は、一般のファン（少ない動力だけが必要とされる）を用いて、第二流体ｗ２の流動と換気（ａｉｒ ｂｒｅａｔｈｅ）の効果を達成することができることから、大きい動力を必要とする従来の空気ポンプ（ａｉｒ  ｐｕｍｐ）に置き換わる。
【００２１】
図２及び図３に示すように、セルユニット２は、本体２０、反応領域２００ｃ、第一接続ポート２０ｐ１、第二接続ポート２０ｐ２と、二つの出力端子２０ｅ１、２０ｅ２を含む。第一接続ポート２０ｐ１、第二接続ポート２０ｐ２と、二つの出力端子２０ｅ１、２０ｅ２は、反応領域２００ｃに接続される。本体２０は、外表面２００ｆを有する。反応領域２００ｃは、複数電極２００ｅとその他の反応要素（例えば、電解質、電解質膜、電流コレクタ、触媒、陽極）を含む。簡潔に説明するために、電気化学反応の関係などいずれも図示せず、且つ関連する燃料電池の化学電気エネルギーが電力に変換する反応に関連する説明を省略する。複数の電極２００ｅは、極部が本体２０の外表面２００ｆに露出する。注意するのは、複数のセルユニット２の各第一接続ポート２０ｐ１、各第二接続ポート２０ｐ２は、上述の第一制御器ｃ１、第二制御器ｃ２によって、それぞれ接続され、第一制御器ｃ１、第二制御器ｃ２は、セルユニット２に流入、流出する第一流体ｗ１に対してそれぞれ、分流の流量制御を行う。第四制御器ｃ４は、セルユニット２の第二制御器ｃ２に設置され、且つセルユニット２に流れる第一流体ｗ１に対して、排出制御を行う。
【００２２】
第一供給装置３１より提供された第一流体ｗ１は、ルートＬ１に沿って、第一制御器ｃ１に送られ、且つ第一制御器ｃ１の分流作用では、各セルユニット２の第一接続ポート２０ｐ１によって、反応領域２００ｃに送ることができる。燃料電池構造Ｂ１の内部に位置された第一流体ｗ１の圧力が既定値を超えた場合、第四制御器ｃ４によって、排出作業を行うことができる。
【００２３】
第二供給装置３２より提供された第二流体ｗ２は、複数のセルユニット２の複数のギャップ２００ｇによって、極部が本体２０の外表面２００ｆに露出された複数の電極２００ｅを通過する。第二流体ｗ２と第一流体ｗ１は、セルユニット２の反応領域２００ｃの各反応要素によって、十分な反応を達成することができる。
【００２４】
図４は、第三供給装置３３の構造概略図である。
【００２５】
第三供給装置３３は、ポンプ３３０と収容槽３３１を有する加湿装置である。第三流体ｗ３は、外部ユニットＥｘｔ（例えば、給水装置）によって、収容槽３３１に供給され、ポンプ３３０によって、経路Ｌ３に送られて、第一流体（例えば、乾燥水素気）ｗ１の伝送経路に入り、第一流体に対する加湿効果を達成する。混合後の第三流体ｗ３ｍ１（潤湿状態を有する水素気）は、経路Ｌ１に沿って移動し、且つセルユニット２の第一接続ポート２０ｐ１によって、反応領域２００ｃに送られ、それによって、電池モジュール２ａの各セルユニット２に対して、加湿処理を行うことができる。
【００２６】
図５は、もう一つの第三供給装置３３’の概略図を表している。収容槽３３１内に加熱器３５を設置し、加熱器３５によって、収容槽３３１内の水ｗ３’に対して加熱を行い、気体を発生する。ポンプ３３０の伝送作用では、経路Ｌ３に沿って、伝送を行い、且つ経路Ｌ１の第一流体ｗ１に統合し、再び経路Ｌ１に沿って移動され、且つセルユニット２の第一接続ポート２０ｐ１によって、反応領域２００ｃに送られ、それによって、電池モジュール２ａの各セルユニット２に対して、加湿処理を行うことができる。第三供給装置３３’が提供した第三流体ｗ３ｍ２は、電池モジュール２ａで反応をした後に発生された水ｗ３’で、電池モジュール２ａの各セルユニット２に対して加湿処理を行う。水ｗ３’は、電池モジュール２ａが反応するプロセスで必要とされるものであり、且つ水ｗ３’が流れる経路上に保温材料３４が設置されていることから、水ｗ３’を水蒸気のままにして、第一流体内に直接混合し、加湿効果を達成することができる。
【００２７】
セルユニット２の化学エネルギーが電力に転換する反応作用では、第一電力ｐｗ１を提供することができる。この第一電力ｐｗ１は、セルユニット２の出力端子２０ｅ１、２０ｅ２によって出力されることができる。セルユニット２が第一電力ｐｗ１を提供しない時、電源管理システムＥＭＳの制御によって、電源供給器５に第二電力ｐｗ２を発生させる。また、電源管理システムＥＭＳが電源供給器５の第二電力ｐｗ２の提供を停止して、再びセルユニット２によって、第一電力ｐｗ１を提供した時、電源管理システムＥＭＳは、セルユニット２が提供した第一電力ｐｗ１を用いて、電源供給器５に対して、充電することができる。
【００２８】
図６は、本発明の燃料電池構造Ｂ１の加湿処理の操作モードを表している。燃料電池構造Ｂ１は、電子装置（例えば、ノート型パソコン、或いは携帯電話、図に図示しない）が必要な電力を提供するのに用いられる。
【００２９】
仮に、継続的に電力を出力している電池モジュール２ａが、インパルスを受け待機中モードが起動されたか（関連する指令が全て電子装置のシステムから発生された）、或いは電池モジュールが出力した電力が低すぎた場合（ステップ１００）、この時、電源管理システムＥＭＳは、電池モジュール２ａを停止し、放電を行う（即ち、電池モジュール２ａは、第一電力ｐｗ１を提供しない）（ステップ１０２）。仮に、電力が低すぎない場合、電子装置は、一般の操作を行う（ステップ１００ｎ）。ステップ１０２では、電源管理システムＥＭＳの制御下で、電源供給器５が継続的に電力を提供する（即ち、電源管理システムＥＭＳの制御によって、電源供給器５に第二電力ｐｗ２を発生させる）。電池モジュール２ａが放電を停止した期間は、第三供給装置３３を同時に用いて、電池モジュール２ａに対して加湿処理を行う（ステップ１０４）。電池モジュール２ａの加湿処理を完成した時、電源管理システムＥＭＳが電池モジュール２ａの加湿処理を停止する（ステップ１０６）。また、電源管理システムＥＭＳを用いて、電源供給器５の第二電力ｐｗ２の電力提供を停止し、且つ電池モジュール２ａにより、第一電力ｐｗ１を提供し、同時に電池モジュール２ａによって、電源供給器５に対して充電を行うことができる（ステップ１０８）。
【００３０】
よって、本発明が提供する換気を有する平面式燃料電池構造の作用では、燃料電池構造によって、定期的に加湿処理を達成できる以外に、複数のセルユニットの平面式のスタック作用で、空間上の運用を効果的に達成し、必要な定格電力を提供することができ、合わせて使用される電子装置、または設備を提供して継続的な電力提供を達成することができる。即ち、本発明の燃料電池構造は、無停電電源装置（Ｕｎｐｌｕｇ  Ｐｏｗｅｒ−ｓｕｐｐｌｙ  Ｓｙｓｔｅｍ，ＵＰＳ）或いは関連する設備のアプリケーションに適用することができる。
【００３１】
以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の燃料電池構造の立体図を表している。
【図２】図２は、図１に示した燃料電池構造に基づいた分解図を表している。
【図３】図３は、本発明の燃料電池構造のセルユニットの立体図を表している。
【図４】図４は、本発明の燃料電池構造の第三供給装置の構造説明図を表している。
【図５】図５は、本発明の燃料電池構造のもう一つの第三供給装置の説明図を表している。
【図６】図６は、本発明の燃料電池構造の加湿処理の操作を表している。
【符号の説明】
【００３３】
１  ベース
２  セルユニット
２０  本体
２００  反応領域
２００ｅ  電極
２００ｆ  外表面
２００ｇ  ギャップ
２０ｅ１、２０ｅ２  出力端子
２０ｐ１  第一接続ポート
２０ｐ２  第二接続ポート
２ａ  電池モジュール
３１  第一供給装置
３２  第二供給装置
３３、３３’   第三供給装置
３５  加熱器
３３０  ポンプ
３３１  収容槽
３４  保温材料
４  回路ユニット
５  電源供給器
Ｂ１  燃料電池構造
ｃ１  第一制御器
ｃ２  第二制御器
ｃ３  第三制御器
ｃ４  第四制御器
ＥＭＳ  電源管理システム
Ｅｘｔ  外部ユニット
Ｌ１  経路
Ｌ３  経路
ｐｗ１  第一電力
ｐｗ２  第二電力
ｗ１  第一流体
ｗ２  第二流体
ｗ３  第三流体
ｗ３’  水
ｗ３ｍ１、ｗ３ｍ２  第三流体（混合後）
ｗ４  第四流体
【図１】
2009181956.tif 000003
【図２】
2009181956.tif 000004
【図３】
2009181956.tif 000005
【図４】
2009181956.tif 000006
【図５】
2009181956.tif 000007
【図６】
2009181956.tif 000008