CN100490242C - 燃料电池和电气设备 - Google Patents

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Abstract

一种装入到便携小型电气设备中使用的燃料电池，包括：薄型且实质上长方体形状的框体(2)，在上述框体内装入的是：由至少1个燃料电池单元(14)构成的电池单元部分(1)，贮存供往该单元部分(1)的燃料的燃料罐部分(3)，用来向单元部分(1)供给氧化剂气体的开口(7)，向单元部分内供给该燃料罐部分的燃料的燃料供给部分，其特征在于：在框体(2)的相向的2个短的侧面(83a，83b)间在一个方向上配置燃料罐部分(3)、燃料供给部分(4)和单元部分(1)。这样的配置可提供大容量、高输出功率和小型的燃料电池。

Description

燃料电池和电气设备
技术领域
本发明涉及燃料电池和电气设备。
背景技术
以往，为了携带使用小型的电气设备，人们一直使用各种1次电池或2次电池。但是，随着最近的小型电气设备的高性能化，功耗增大，情况变成为若使用1次电池，则因小型且重量轻而不能供给充分的电能。另一方面，若使用2次电池，则尽管具有可以反复充电使用的优点，但是1次充电所能够使用的电能比1次电池更少。此外，2次电池为了进行充电，除去需要另外的电源外，充电通常需要数十分钟到数小时的时间，要作成为不论何时何地都可以立即使用是困难的。
再有，今后归因于电气设备的日益向小型轻重量化的发展，归因于无线网络环境的完备，在携带使用设备的倾向日益高涨的浪潮中，要想用现有的1次电池、2次电池向设备的驱动供给充分的电能，是困难的。
作为这种问题的解决对策，小型燃料电池引起了人们的注意。燃料电池，以往人们把它作为大型的发电机、汽车用的驱动源进行开发。其主要理由是与现有的发电系统比，燃料电池的发电效率高而且废弃物是清洁的。另一方面，在燃料电池作为小型电气设备的驱动源有用的理由中，还可以举出与现有的电池比较，单位体积、单位重量的可供电能接近于数倍到十倍。此外，由于仅仅交换燃料就可以连续使用，故不会像其它的2次电池那样花费充电时间。
虽然人们发明了各种方式的燃料电池，但是，特别是对于携带使用的设备来说，例如，一直使用着的却是固体高分子型燃料电池。这是因为可以在接近常温的温度下使用，此外，还由于电解质是固体而不是液体，具有可以安全携带的优点。
作为小型电气设备的燃料电池的燃料，人们正在研究甲醇。其理由在于甲醇易于保存，此外，还由于它是容易取得的燃料。
在为了得到大功率的燃料电池中，最好的是把氢用做燃料的燃料电池。但是，由于氢在常温下是气体，要把氢高密度地贮存到小型的燃料罐中去是困难的。
第1种方法，是对氢进行压缩使之变成为高压气体后保存的方法，但是，即便是把气体的压力提高到20MPa(大约200个气压)，氢的体密度也才是18mg/cm3左右。
第2种方法，在使氢变成为低温后作为液体进行贮存的方法。
第3种方法使用氢吸藏合金来贮存氢的方法，若使用该方法，则在单位体积中的吸藏量大。
第4种方法，是把甲醇或汽油等装入到燃料罐内，使其改质变换成氢使用的方法。
第5种方法，是使用碳纳米管、石墨纳米纤维、碳纳米锥等的碳材料的方法。若使用这些碳材料，则每单位重量可以吸藏约10wt％的氢。得益于此，在例如用做数字照相机的电源的情况下，与使用现有的锂电池的情况下比较，进行3～5倍左右的摄影是可能的。
此外，第6种方法，是应用化学氢化物的方法。化学氢化物是利用化学反应吸藏、放出氢的化合物，粗分起来有有机材料和无机材料。作为无机化学氢化物，例如有氢化硼。此外，作为有机化学氢化物，例如有环己烷或萘烷等。这些化合物可以吸藏5～1owt％左右的氢。
此外，作为燃料电池的单元部分虽然至少由1个燃料电池单元构成，但是，为了驱动移动设备，通常需要5V左右的发电量。由于1个单元的发电量最大也就是1V左右，故必须把多个单元串接起来以得到规定的电压。
上述那样的燃料电池，由1个或1个以上的燃料电池单元构成的单元部分，用来贮存燃料的燃料罐部分，用来向单元部分内供给燃料罐部分的燃料的燃料供给部分，用来向单元部分供给氧化剂气体的开口部分，收集取出所发电力的布线部分等的各个部分构成。但是，在上述那样的燃料电池的各个部分的构成中，并未考虑用来装载到小型的电气设备中去的燃料电池的形状、电池内的各个部分的配置的构成、特别是未考虑小型化所需要的各个部分的配置的构成。燃料电池的单元部分虽然由至少1个燃料电池单元构成，但是，为了驱动移动设备，通常需要5V左右的发电量。由于1个燃料电池单元的发电量最大也就是1V左右，故必须把多个电池单元串接起来以得到规定的电压。为了效率良好地排列多个燃料电池单元，以往采用的是交互地堆叠(重叠)由电极和高分子电解质膜构成的MEA(Membrane ElectrodeAssembly，膜电极组件)与已把燃料流路制作到燃料的隔断壁内的隔离体的方法。此外，采用用导电性的材料制作隔离体的办法，把堆叠起来的单元串联电连起来。
图12示出了其具体例子。图12的概略剖面图示出了把现有的燃料电池的各个燃料电池单元叠层起来的构成。如同图所示，燃料电池的单元部分1由1个或1个以上的燃料电池单元14构成，1个燃料电池单元14的构成为：以在一面上具有氧化剂极11，在另一面上具有燃料极13，在氧化剂极11一侧设置有取入空气的氧化剂流路44，在燃料极13一侧设置有供给燃料的燃料流路43的构造体为1个燃料电池单元的构成单位，采用在各个燃料电池单元的构成单位之间设置隔离体45的办法，把这些构成单位叠层起来。这样一来，在叠层起来的燃料电池单元的燃料流路43与氧化剂流路44之间，就设置有分离各个燃料电池的隔离体45。此外，对于每一个燃料电池单元14还各自独立地设置有氧化剂流路44和燃料流路43，此外，对于4个燃料电池单元14还设置有3个隔离体45。因此，燃料电池整体的厚度，就将变成为燃料电池单元、氧化剂流路、燃料流路和隔离体的个数的合计的厚度，故存在着对于发电容量来说燃料电池的大小变大的问题。
此外，关于燃料电池的大小，作为燃料电池的小型化的方法，在2001年9月召开的2001 Joint International Meeting‘the 200th meetingof The Electrochemical Society，Inc.And the 52nd Annual Meeting ofInternational Society of Electrochemistry’上的F.B.Prinz等人的论文‘Planar Interconnection of Multiple Polymer Electrolyte MembraneFuel Cells by Microfabrication’中，也尝试了把多个燃料电池单元配置在同一平面上边的方法。在该情况下，为了把用一个单元所发出的电收集起来，采用了用立体布线进行串联布线的方法。
但是，在上述那样的燃料电池的构成中，没有考虑目的为装载到小型的电气设备中去的构成或目的为进行小型化的必要的构成。
特别是在使用现有的燃料电池的燃料电池单元的堆叠方法中，当在小的容积中堆叠多个燃料电池单元时，则具有燃料的流路变窄，不能效率良好地向单元供给燃料的缺点。
此外，在把多个燃料电池单元配置在同一平面上边，用立体布线等串联地进行布线的方法中，为了通电就必须在单元上开孔，因而有着会损害燃料室的密封性的缺点。
发明内容
本发明的目的在于一个一个地或集中地解决这些课题。
就是说，本申请的第1个发明，是为了一个一个地或集中地改善这样的上述的那些技术问题而发明的，目的在于提供特别考虑到构成燃料电池的各个部分的配置关系，找到对于小型化最合适的配置的构成，而且大容量、高功率的小型燃料电池和使用该燃料电池的电气设备。
就是说，本申请的第1个发明，是一种在可携带的小型电气设备中装载使用的燃料电池，具备：实质为长方体形状的薄型框体，在上述框体内具有由至少一个燃料电池单元构成的单元部分、贮存供往该单元部分的燃料的燃料罐部分和向单元部分内供给该燃料罐部分的燃料的燃料供给部分，其特征在于：在框体的相向的2个面之间，在一个方向上配置上述燃料罐部分、燃料供给部分和单元部分。
本发明的燃料电池的配置的优选实施形态1，理想的是上述燃料罐部分、上述燃料供给部分和上述单元部分在上述框体的相向的2个侧面之间配置在一个方向上。
此外，理想的是在相向的2个侧面之间以上述燃料罐部分、上述燃料供给部分和上述单元部分的顺序进行配置。
此外，理想的是上述单元部分的至少一个燃料电池单元，被叠层为对于框体的下表面平行。
本发明的燃料电池的配置的优选第2实施形态，理想的是在框体的相向的上表面和下表面之间，在一个方向上配置上述燃料罐部分、燃料供给部分和单元部分。
此外，理想的是上述单元部分配置为平行地面向上述框体的上表面和下表面中的至少一个表面。
此外，理想的是在上表面和下表面之间按照上述单元部分、上述燃料供给部分、上述燃料罐部分、其它燃料供给部分和其它单元部分的顺序进行配置。
在本发明的燃料电池中，理想的是上述框体具有供给氧化剂气体的开口部分，该开口部分设置在框体的至少具有单元部分的部分上。特别理想的是上述开口部分设置在框体的上表面、下表面和侧面上。
理想的是还具有把将所发出的电力收集起来后的电力供给到外部的布线部分，该布线部分设置在没有燃料罐部分的位置上。
理想的是上述燃料罐部分设置为可从框体上进行装卸。
理想的是上述燃料电池是固体高分子型小型燃料电池。
本申请的第2个发明，是为了一个一个地或集中地解决这样的上述技术问题而发明的，是使燃料电池发各个构成部分小型化，简洁化，此外，还废弃了不需要的控制驱动装置的发明，具体地说，目的在于提供不使用现有的隔离体，减少对燃料电池的氧化剂流路和燃料流路的个数，而且采用扩宽燃料流路的办法以效率良好地向燃料电池单元供给燃料，此外，还把多个燃料电池单元紧凑地收集起来的小型的燃料电池和使用该燃料电池的电气设备。
就是说，本申请的第2发明，是一种燃料电池，具备在一面上具有燃料极且在另一面上具有氧化剂极的燃料电池单元A和在一面上具有氧化剂极且在另一面上具有燃料极的燃料电池单元B，其特征在于：上述燃料电池单元A和上述燃料电池单元B被设置为使得该燃料电池单元A和B的燃料极彼此之间或氧化剂极彼此之间相向，且在上述燃料电池单元A和B的相向的燃料极彼此之间设置公共的燃料流路，或者在相向的氧化剂极彼此之间设置公共的氧化剂流路。
理想的是，上述燃料电池单元A和上述燃料电池单元B中的至少一方不少于2个，上述燃料电池单元A和上述燃料电池单元B被交互地设置为使得该燃料电池单元A和B的燃料极彼此间或氧化剂极彼此之间的至少一方相向的状态，并且满足在上述燃料电池单元A和B的相向的燃料极彼此之间设置公共的燃料流路或在相向的氧化剂极彼此之间设置公共的氧化剂流路中的至少一方。
理想的是上述燃料电池单元A和上述燃料电池单元B各自都由至少1个电池单元构成，上述燃料电池单元A和上述燃料电池单元B是相同构造的燃料电池单元，且使一方的燃料电池单元翻转来将燃料电池单元交互地设置为燃料极彼此之间和氧化剂极彼此之间相向的状态。
为了抑制由上述氧化剂流路的氧化剂和燃料流路的燃料的压力差产生的燃料电池单元的变形，理想的是在氧化剂流路上设置支持构件。
上述支持构件理想的是由多孔质材料构成。
理想的是具有个别地取出由上述各个燃料电池单元所发出的电力且用不与燃料接连的部分加以收集的布线部分。
上述布线部分理想的是在燃料电池单元的外侧，在对于该燃料电池单元的面垂直的方向上设置。
理想的是与上述布线部分接连起来地设置用来把燃料电池的电力取出到电池外部的电极。
本申请的第3个发明，是一种燃料电池，具备：在一面上具有燃料极且在另一面上具有氧化剂极的多个燃料电池单元；在上述多个燃料电池单元之间与上述多个燃料电池的燃料极和氧化剂极中的每一个都接连起来设置的、取出上述多个燃料电池单元中每一个电池单元的电力的多个集电构件；设置在上述多个集电构件之间且使相邻的集电电极彼此绝缘的绝缘性构件，其特征在于：上述多个燃料电池单元被设置为使得相邻的燃料电池单元的燃料极彼此之间或氧化剂极彼此之间相向，在燃料极彼此之间相向的情况下，在相向的燃料极之间设置公共的燃料流路，在氧化剂极彼此之间相向的情况下，在相向的氧化剂极之间设置公共的氧化剂流路，上述多个燃料电池单元、上述多个集电电极和上述绝缘性构件被叠层形成。
上述多个集电构件的形状，理想的是平板状。
上述多个集电构件，理想的是具有通气性。
上述多个集电构件，理想的是具有通气孔。
理想的是上述多个集电构件有A和B两种，集电电极A是在其端部上具有的电力取出部分从该集电构件的中央向一侧偏离的集电电极，集电电极B是在其端部上具有的电极取出部分从该集电构件的中央向与上述一侧相反的另一侧偏离的集电电极。
理想的是上述多个集电电极被设置为使得集电电极A与氧化剂极接连地设置而且集电电极B与燃料极接连地设置。
理想的是上述多个集电电极被设置为使得交互地设置集电电极A和B。
理想的是还具有使上述多个集电电极彼此电连的布线基板，通过使上述多个集电电极各自的电极取出部分与上述布线基板连接来彼此电连接上述多个燃料电池单元。
理想的是在上述绝缘构件中，设置在氧化剂极之间的绝缘构件是支持构件，设置在燃料极之间的绝缘构件是使燃料极室与外部隔离的隔断壁。
本申请的第4个发明，是一种燃料电池，具备：在一面上具有燃料极且在另一面上具有氧化剂极的多个燃料电池单元；从燃料电池单元的一端伸出且与上述氧化剂极接连的导电性的支持构件；在燃料电池单元之间，被设置为从燃料电池单元的一端伸出来的导电性的隔断壁，该隔断壁被设置为与上述燃料极相接且使燃料极室与其外部进行隔离，其特征在于：上述多个燃料电池单元被设置为使得相邻的燃料电池单元的燃料极彼此之间或氧化剂极彼此之间相向，在燃料极彼此之间相向的情况下，在相向的燃料极之间设置公共的燃料流路，在氧化剂极彼此之间相向的情况下，在相向的氧化剂极之间设置公共的氧化剂流路，上述多个燃料电池单元、上述支持构件和上述隔断壁被叠层形成，在上述多个燃料电池单元的每一个电池单元中所产生的电力，都通过上述支持构件和上述隔断壁取出。
理想的是还具有其它支持构件，上述其它支持构件被设置成接连于上述多个燃料电池单元之间。
上述其它支持构件，理想的是具有导电性。
本申请的第5个发明，是一种燃料电池，具备：在一面上具有燃料极且在另一面上具有氧化剂极的多个燃料电池单元；被设置为从燃料电池单元的一端伸出来且夹着导电构件地设置在上述氧化剂极上的绝缘性的支持构件，在燃料电池单元之间，被设置为从燃料电池单元的一端伸出来且夹着导电构件设置在上述燃料极上的、使燃料极室与其外部隔离的绝缘性的隔断壁，其特征在于：上述多个燃料电池单元被设置为使得相邻的燃料电池单元的燃料极彼此之间或氧化剂极彼此之间相向，在燃料极彼此之间相向的情况下，在相向的燃料极之间设置公共的燃料流路，在氧化剂极彼此之间相向的情况下，在相向的氧化剂极之间设置公共的氧化剂流路，上述多个燃料电池单元、上述多个支持构件和上述隔断壁被叠层形成，相邻的燃料电池借助于支持构件和隔断壁彼此进行电绝缘，上述导电构件被设置为从燃料电池单元的一端伸出来，在上述多个燃料电池单元的每一个电池单元中所产生的电力，都通过上述导电构件取出。
理想的是上述其它支持构件具有绝缘性。
理想的是还具有阻碍水的流通的水隔断构件，上述水隔断构件设置在氧化剂极之间，抑制在氧化剂极中产生的水与相向的氧化剂极的两方接连。
理想的是上述燃料电池是固体高分子型燃料电池。
此外，本申请的另一发明，是使用上述第1或第2发明的燃料电池构成的电气设备。
如上所述，倘采用本发明的第1发明，由于已特定了构成燃料电池的各个部分的配置关系，故可以提供可以装载到可以携带使用的小型的电气设备上，而且小型化且大容量、高功率的燃料电池。此外，还可以提供可以仅仅交换燃料罐盒的燃料电池。
如上所述，倘采用本发明的第2发明，由于使得燃料极彼此间和氧化剂极彼此间相向那样地把各个燃料电池单元叠层起来，在燃料电池单元间设置公共的燃料流路和氧化剂流路，故还可以提供可以采用扩展燃料流路的办法效率良好地向燃料电池单元供给燃料，此外，把多个燃料电池单元紧凑地汇集起来的燃料电池。
此外，通过使用本发明的燃料电池，可以提供数字照相机、数字视频摄像机、小型的投影仪、小型打印机、笔记本电脑等的可携带的小型电气设备。
另外，本发明的其它的特征和效果，将在后边采用参看附图的办法详细地说明。
附图说明
图1的斜视图示出了本发明的燃料电池的一个例子。
图2A是图1的燃料电池的平面图。
图2B是图1的燃料电池的局部剖面平面图。
图3A是本申请的第1个发明的燃料电池的正视图。
图3B是本申请的第1个发明的燃料电池的局部剖面平面图。
图4是图1的燃料电池的左侧视图。
图5的概要图示出了本申请的第1个发明的燃料电池的系统。
图6A的概略图示出了本申请的第1个发明的燃料电池的单元部分和燃料罐部分和开口部分的配置的关系.
图6B的概略图示出了本申请的第1个发明的燃料电池的单元部分和燃料罐部分和开口部分的配置的关系。
图7的概略图示出了燃料罐的概要。
图8的概略斜视图示出了装载本发明的燃料电池的数字照相机。
图9A是本申请的第2个发明的燃料电池的正视图。
图9B是第2个发明的燃料电池的局部剖面正视图。
图10的概要图示出了本申请的第2个发明的燃料电池的单元部分的构成。
图11的概要图示出了本申请的第2个发明的燃料电池的系统。
图12的概略剖面图示出了一般的燃料电池。
图13A是用来说明借助于设置在单元间的集电构件取出电力的形态的斜视图。
图13B是把单元和集电构件叠层起来后的状态的斜视图。
图14A是集电构件的平面图。
图14B是其电力取出部分从中心偏离开来的集电构件的平面图。
图15是在并联连接多个单元的情况下的把单元与集电构件叠层起来的状态的斜视图。
图16A是用来说明把单元和集电构件的叠层体连接到布线基板上的状态的说明图。
图16B示出了集电构件与布线基板之间的连接构造。
图16C的正视图示出了布线基板。
图17是串联连接多个单元的情况下的把单元和集电构件叠层起来后的状态的斜视图。
图18A示出了集电构件与布线基板之间的连接构造。
图18B的正视图示出了布线基板。
图19A是2个单元与支持它们的支持构件的斜视图。
图19B是图19A的平面图.
图19C是图19B的19C-19C处的剖面图。
图20A是2个单元和支持它们的多孔质的支持构件的平面图。
图20B是图20A的20B-20B处的剖面图。
图21A是2个单元和支持它们的多孔质的支持构件的平面图。
图21B是图21A的21B-21B处的剖面图。
图22A是2个单元和支持它们的具有通气孔的支持构件的平面图。
图22B是图22A的22B-22B处的剖面图。
图23A是2个单元和支持它们的具有通气孔的支持构件的平面图。
图23B是图23A的23B-23B处的剖面图。
图24A是2个单元和支持它们的球形的支持构件的平面图。
图24B是图24A的24B-24B处的剖面图。
图25的斜视图示出了薄型柔性燃料电池。
图26是用来说明在并联连接2个单元的情况下的、单元与布线基板与燃料极室的隔断壁之间的位置关系的说明图。
图27是用来说明单元和具有向布线基板进行布线的布线功能的导电性的燃料极室隔断壁之间的位置关系的说明图(并联连接的情况下)。
图28A是燃料极室隔断壁(或位于氧化剂极室的端部上的支持构件)的斜视图。
图28B是图28A的平面图。
图29是用来说明目的为把2个单元并联连接起来的布线基板及其布线图形的说明图。
图30是与布线基板之间的连接部分已从中央偏离开来的燃料极室隔断壁(或位于氧化剂极室的端部上的支持构件)的斜视图。
图31是用来说明在使用图30的隔断壁的情况下的布线基板及其布线图形的说明图(把2个单元并联连接起来的图形)。
图32是用来说明把4个单元连接起来的情况下的、单元与布线基板与燃料极室隔断壁之间的位置关系的说明图。
图33是用来说明把4个单元连接起来的布线基板及其布线图形的说明图。
图34是用来说明把4个单元连接起来的布线基板和另一种布线图形的说明图。
图35是用来说明单元和绝缘性的燃料极隔断壁与导电板之间的位置关系的说明图。
图36是用来说明把2个单元串联连接起来的情况下的、单元与布线基板与燃料极室隔断壁之间的位置关系的说明图。
图37是用来说明把2个单元串联连接起来的情况下的布线基板及其布线图形的说明图。
图38是用来说明把4个单元串联连接起来的情况下的、单元与布线基板与燃料极室隔断壁之间的位置关系的说明图。
图39是用来说明把4个单元串联连接起来的情况下的布线基板及其布线图形的说明图。
图40是用来说明单元与导电性的燃料极室隔断壁与绝缘板与导电板之间的位置关系的说明图。
图41是在2个单元间具有水隔断构件的单元部分的构成图。
图42是在支持构件中具有水隔断构件的单元部分的构成图。
图43是在支持构件中具有水隔断构件的单元部分的构成图。
具体实施方式
以下，借助于实施形态详细地说明本发明。
(实施形态1)
根据本发明的第1个发明的本实施形态的燃料电池，是装载于数字照相机或数字视频摄像机、打印机等的可携带的小型电气设备中使用的燃料电池，在薄型且实质上长方体形状的框体内，具备：由1个或1个以上的燃料电池单元构成的单元部分，贮存供往该单元部分的燃料的燃料罐部分，向该单元部分内供给该燃料罐部分的燃料的燃料供给部分以及向该单元部分供给氧化剂气体的开口部分，其特征在于：在框体的相向的2个面间在一个方向上配置上述燃料罐部分、燃料供给部分和单元部分。
就是说，本实施形态的燃料电池，其特征在于：采用在薄型且实质上长方体形状的框体内在一个方向上配置燃料罐部分、燃料供给部分和单元部分的办法，消除不需要的空间并收容在框体内，以便得到大容量和高功率。
在本实施形态的燃料电池中，为了对小型电气设备的驱动供给充分的电力，把供往燃料罐的燃料定为氢，此外，为了把燃料高密度地贮存到燃料罐内，例如，理想的是使用碳材料。碳材料可以使用碳纳米管、石墨纳米纤维、碳纳米锥等。在该情况下，由于燃料罐的压力将变成为几十个气压，故为了确保安全性，燃料罐的壁厚就必须变成为1到2mm。在要制作薄型的燃料电池的情况下，如果不能充分地得到燃料罐深度就不能充分地确保燃料罐的容积。于是，可以采用在框体内沿着例如框体的上表面和下表面在平面上看在一个方向上串联地配置单元部分和燃料供给部分和燃料罐部分的办法，来确保燃料罐的深度。
此外，为了从燃料电池得到充分的功率，就必须确保单元部分的燃料电池单元的表面面积。此外，在本发明的燃料电池中作为氧化剂虽然从通气孔的开口部分取入外气，但是，为了效率良好地进行发电，就必须向燃料电池单元供给充分的外气。在本发明中，为了确保充分的燃料电池单元的面积，而且，为了进行效率良好的氧化剂的供给，理想的是把燃料电池单元配置为使得与框体的上表面和下表面平行，至少在框体的上表面和下表面上具备用来取入外气的开口部分，此外，如果有必要，在框体的侧面上也要具备开口部分。
此外，其特征还在于：在从单元部分看时在燃料罐部分一侧没有用来向外部供给电力的电极，以便易于取出所发出的电。
此外，在本实施形态的构成中，也可以作成为使燃料罐可以从燃料电池上自由装卸的构成。
以下，虽然要借助于小型燃料电池的实施例更为详细地对本发明进行说明，但是，本发明并不限定于小型燃料电池。
实施例1
以下根据附图具体地对本实施例进行说明。
图1的斜视图示出了本发明的燃料电池的一个例子。图2A是图1的燃料电池的平面图。图2B是图1的燃料电池的局部剖面平面图。图3A是图1的燃料电池的正视图.图3B是图1的燃料电池的局部剖面平面图。图4是图1的燃料电池的左侧视图。图5的概要图示出了本发明的燃料电池的系统。另外，图2A、3A示出的是从透明框体的外侧看的情况下所看见的内部的状态。倘给出图1所示的本发明的燃料电池的外尺寸的一个例子，则是纵(a)30mm×横(b)50mm×高(c)10mm，与通常在小型数字照相机中使用的锂离子电池的大小大体上相同。
图8的概略斜视图示出了装载本发明的燃料电池的数字照相机。如图8所示，作为本发明的小型电气设备之一的数字照相机91，由于是小型且已一体化，故小型的燃料电池92已变成为易于组装进移动设备的数字照相机中去的形状。燃料电池的薄型长方体形状，与具有厚度的长方形或圆筒形的形状比，易于组装进小型电气设备中去。
本发明，为了使燃料电池小型化而且实现大容量和高功率，作为其手段，要使得在小型的框体的收容容积中，目的为得到充分的电池容量的燃料罐容积，和目的为得到充分的功率的燃料电池单元面积，和用来效率良好地向燃料电池供给氧化剂的通气孔的个数变成为最大，同时，还要使框体内的燃料罐部分、燃料供给部分和单元部分的位置关系变成为最佳。
在图1中，本发明的燃料电池，是可以装载于数字照相机、数字视频摄像机、小型投影仪、小型打印机、笔记本电脑等的可携带的小型电气设备中使用的燃料电池，在薄型且实质上长方体形状的框体2内，具备：由4个燃料电池单元14构成的电池单元部分1，贮存供往该单元部分1的燃料的燃料罐部分3，用来向单元部分1内供给该燃料罐部分3的燃料的燃料供给部分4，用来向该单元部分供给氧化剂气体的开口部分7，把借助于单元部分1发电的电力收集起来暂时性地贮存总是向外部供给稳定的电力的布线部分5，按照下述的顺序，在框体的相向的2个短的侧面83a、83b间在一个方向上配置上述燃料罐部分3、燃料供给部分4和单元部分1。
本发明的燃料电池，由于作为氧化剂气体从外气取入在反应中使用的氧气，故在框体2的上表面82，下表面81和长的侧面84a、84b上具有作为用来取入外气的通气孔的开口部分7。此外，该开口部分7还具有使所产生的水变成为水蒸气逃逸，或使反应所产生的热向外逃逸的作用。此外，在框体2的一方的短的侧面上，则设置布线部分5，在该布线部分5上设置用来取出电的电极53。
另一方面，框体2的内部，则由燃料极13和高分子电解质膜12和氧化剂极11和由触媒构成的一个或一个以上的燃料电池单元14(参看图5)构成的单元部分1，贮存燃料的燃料罐部分3，使来自燃料罐的燃料减压，一直导入到各个单元的反应极为止的燃料供给部分4，把在各个燃料电池单元14中所发的电收集起来的布线部分5构成。
图5的概要图示出了本发明的的燃料电池的系统。在同图中，已收容在燃料罐部分内的燃料，从燃料罐部分3通过燃料供给部分4被供往单元部分1的燃料电池单元14的燃料极13，氧化剂气体使用空气，外气通过作为通气孔的开口部分被供往燃料电池单元14的氧化剂极11。单元部分1由一个或一个以上的燃料电池单元14构成，燃料电池单元14则由燃料极13和高分子电解质膜12和氧化剂极11和触媒构成。并被构成为使得借助于来自燃料罐部分3的燃料和来自外气的氧化剂气体的供给在各个燃料电池单元14中所发电的电力，在布线部分5中暂时地贮存，然后从电极53向外部供给总是稳定的发电电力。
图6A和6B的概略图示出了本发明的燃料电池的单元部分和燃料罐部分和开口部分的配置的关系。
图6A示出了与图1同样的配置，在框体2的短的侧面83a、83b间，在一个方向上配置单元部分1和燃料供给部分4和燃料罐部分3，而且，燃料罐部分3存在于燃料电池单元14的侧面上。此外，具有开口部分7的框体2的上表面82、下表面81，处于对燃料电池单元面相向的位置上.
图6B的构成为把开口部分7配置在燃料电池的框体2的表面面积最大的面上，把单元部分1的燃料电池单元14配置在与具有开口部分7的面相向的位置上，把燃料罐部分3配置在单元部分1的内侧。按照单元部分1、燃料供给部分4、燃料罐部分3、燃料供给部分4和单元部分1的顺序把它们配置在框体2的上表面82和下表面81之间。
在图6B中，虽然把燃料电池单元14配置在了燃料供给部分3的两侧(框体的上表面一侧和下表面一侧)，但是，在有的情况下也把燃料电池单元14仅仅配置在框体2的上表面一侧，或仅仅配置在框体2的下表面一侧。
在燃料电池是薄型的情况下，为了把燃料罐容积形成得大，图5A的方式是有效的。另一方面，为了效率更高地从开口部分取入氧化剂，并供往氧化剂极，图6B的方式是有效的。
本发明的燃料电池单元，电动势为0.8V、电流密度为300mA/cm2，单位单元的大小为1.2cm×2cm。采用把8块该燃料电池单元串联连接起来的办法，电池整体的功率在6.4V，720mA的情况下为4.6W。
以下，详细地对本发明的燃料电池的各个部位进行说明。
首先，对燃料罐部分3进行说明.图7的概略图示出了燃料罐的概要。本发明的燃料电池把氢用做燃料。在燃料罐31的内部已填充上例如碳纳米管、石墨纳米纤维、碳纳米锥等可以吸藏氢的碳材料36。这些碳材料36在4MPa的压力下，可以吸藏10wt％左右的氢。由于氢吸藏后的燃料罐的内压将变成为4MPa左右那样的高压，故燃料罐31理想的是使用不锈钢或镁合金、钛等强度高的材料。例如，在30mm见方左右的燃料罐的情况下，若把安全系数定为5，则在材料为不锈钢的情况下壁厚就必须大于等于约2mm，在钛的情况下则需要大于等于约1mm。考虑到燃料电池单元或燃料流路的体积后，燃料罐的外尺寸理想的是2.5cm×3cm×1cm。外壁使用钛，把燃料罐壁厚作成为1mm。这时，燃料罐的重量将变成为大约10g左右，此外，燃料罐的体积则变成为5.2cm3。这是在把不锈钢用做燃料罐的外壁的情况下的大约1/3的重量，1.5倍的容积。已贮存在燃料罐内的能量为大约7.0[W·hr]，是现有的锂离子电池的大约2.5倍。
此外，还可以用与移动设备一体型制作燃料电池。此外，还可以作成为使得可以从单元部分上把燃料罐拿下来，以便在燃料的交换时仅仅交换燃料罐。使用者还可以每次一个燃料电池地进行交换，仅仅取出要进行燃料的换灌的燃料电池。对于触媒等的消耗或高分子电解质膜的劣化，还可以仅仅交换除去燃料罐之外的电池部分。
在燃料罐31上具有燃料放出口34，在作成为可以从燃料电池中拿出燃料罐的构造的情况下，当把燃料罐安装到燃料电池内时，就可以从燃料放出口34向单元部分1供给氢。在该情况下，要作成为这样的构造：在燃料放出口34上安装上放出阀门35，仅仅在已把燃料罐31安装到燃料电池上时，才打开阀门，使得在拿出燃料罐时燃料不会向外边漏出来。也可以用1个口兼用做燃料注入口32和燃料放出口34。
其次，对燃料供给部分4进行说明。用做燃料的氢，可从燃料罐向燃料极13的电极上导入。另一方面，含有氧的外气则要通过开口部分7向氧化剂极11的电极上导入。在可用于现有的汽车用等的燃料电池系统中，在开口部分与单元之间必须设置风扇。但是，在本发明的小型的燃料电池中，使单元的氧化剂极电极11对于开口部分7平行且充分靠近(1cm以内)，此外，对于氧化剂极的面与燃料电池的框体不相向的单元来说，采用在垂直的方向上也设置开口部分的办法，就可以效率良好地进行通气。
框体2使用小型、薄型且实质上长方体形状的框体，在长方体的一部分上也可以具有变形或凸部、凹部。此外，高度为2到100mm的薄型的框体是理想的。此外，纵(a)为5到200mm，且纵(a):横(b)＝1:1到1:20的框体是理想的。
以下，用实施形态详细地说明本发明的第2个发明。
(实施形态2)
根据本发明的第2个发明的本实施形态的燃料电池，是其构成为交互地叠层设置由至少1个构成的2种燃料电池单元A和燃料电池单元B的燃料电池，其特征在于：燃料电池单元A，在一面上具有燃料极且在另一面上具有氧化剂极，燃料电池单元B与燃料电池单元A相反地在一面上具有氧化剂极且在另一面上具有燃料极，而且使得这些燃料电池单元A和B的燃料极和燃料极相向，氧化剂极与氧化剂极相向那样地交互地叠层设置，在上述燃料电池单元A和B的相向的燃料极彼此间设置公共的燃料流路，此外，在相向的氧化剂极彼此间设置公共的氧化剂流路。
如上所述，本发明的燃料电池的堆叠(叠层)方式，由于要把燃料电池配置在燃料流路的两面上，而使得燃料电池单元可以兼具现有的电池的隔离体的作用，故不再需要隔离体。倘采用该方式，由于可以加大燃料流路的深度，例如可以加大到现有的2倍，故可以效率非常好地向单元供给燃料。
此外，在使用与现有的燃料电池同样深度的流路的情况下，若用本发明的燃料电池，则可以不要现有的电池的隔离体，此外，由于燃料电池单元A和B的相向的燃料极彼此间的燃料流路，和相向的氧化剂极彼此间的氧化剂流路变成为公用，故可以减少燃料流路和氧化剂流路的个数，可以减少单元部分的体积，可以使之变成为现有的燃料电池的大体上的一半。
此外，在本发明中，为了防止由氧化剂极一侧的氧化剂和燃料极一侧的燃料的压力差产生的燃料的泄漏，理想的是把支持构件用做氧化剂流路。本发明的燃料电池，由于与现有的堆叠方法不同，不使用隔离体，故必须另外收集在各个燃料电池单元中所发的电。在本发明中，用设置在单元部分的外侧的布线部分收集从燃料电池单元的各电极取出来的电。倘采用该方法，就可以防止来自在立体布线方式中成为问题的布线路径上燃料的流失。
实施例2
以下，根据附图用实施例具体地说明本发明。
图1的斜视图示出了本发明的燃料电池的一个例子。图2A是图1的燃料电池的平面图。图2B是图1的燃料电池的局部剖面平面图。图9A是图1的燃料电池的正视图。图9B是图1的燃料电池的局部剖面正视图。图4是图1的燃料电池的左侧视图。图10的说明图示出了本发明的燃料电池的单元部分的构成。图11的概要图示出了本发明的燃料电池的系统。图9A示出的是从透明框体2的外侧看的情况下所看见的内部的状态。
倘给出图1所示的本发明的燃料电池的外尺寸的一个例子，则是纵(a)30mm×横(b)50mm×高(c)10mm，与通常在小型数字照相机中使用的锂离子电池的大小大体上相同。
图8的概略斜视图示出了装载本发明的燃料电池的数字照相机。如图8所示，作为本发明的小型电气设备之一的数字照相机91，由于是小型且已一体化，故小型的燃料电池92已变成为易于组装进移动设备的数字照相机中去的形状。
本发明，把各个燃料电池单元紧凑地收容于燃料电池内，此外，为了展宽燃料流路以便效率良好地向燃料极供给燃料，要把各个燃料电池单元叠层为使得燃料极和氧化剂极交互地相向，在燃料电池单元的相向的燃料极间设置公共的燃料流路，在相向的氧化剂极间设置公共的氧化剂流路。
在图1中，本发明的燃料电池，具备：由2个燃料电池单元A和2个燃料电池单元B构成的的电池单元部分1，贮存供往该单元部分1的燃料的燃料罐部分3，用来向单元部分1内供给该燃料罐部分3的燃料的燃料供给部分4，用来向该单元部分供给氧化剂气体的开口部分7，把借助于单元部分1发电的电力收集起来暂时性地贮存并总是向外部供给稳定的电力的布线部分5。
本发明的燃料电池，由于作为氧化剂气体从外气取入在反应中使用的氧气，故在框体2的上表面82，下表面81和长的侧面84a、84b上具有作为用来取入外气的通气孔的开口部分7。此外，该开口部分7还具有使所产生的水变成为水蒸气逃逸，或使反应所产生的热向外逃逸的作用。此外，在框体2的一方的短的侧面上，则设置布线部分5，在该布线部分5上设置用来取出电的电极53。
另一方面，框体2的内部，则由燃料极13和高分子电解质膜12和氧化剂极11和由触媒构成的燃料电池单元A和B(14A、14B)(参看图11)构成的单元部分1，贮存燃料的燃料罐部分3，使来自燃料罐的燃料减压，一直导入到各个单元的反应极为止的燃料供给部分4，把在各个燃料电池单元14A、14B中所发的电收集起来的布线部分5构成。
其次，用图9A、9B和图10说明本发明的燃料电池。
在图9A、9B和图10中，本发明的燃料电池的构成为把2种燃料电池单元A(14A)和燃料电池单元B(14B)交互地叠层设置。可采用如下的办法构成：燃料电池单元A在下表面上具有燃料极13a且在上表面上具有氧化剂极11a，燃料电池单元B与燃料电池单元A相反，在下表面上具有氧化剂极11b且在上表面上具有燃料极13b，且要交互地叠层为使得燃料电池单元A的燃料极13a和燃料电池单元B的燃料极13b相向，另一方面，燃料电池单元A的氧化剂极11a和燃料电池单元B的氧化剂极13b相向，在上述燃料电池单元A和B的相向的燃料极13a和燃料极13b中间设置公共的燃料流路43，而在相向的氧化剂极11a和氧化剂极11b之间则设置公共的氧化剂流路44。
上述燃料电池单元A和燃料电池单元B也可以是同一构造的燃料电池单元，采用使一方的燃料电池单元翻转把燃料电池单元交互地设置为使得燃料极彼此间或氧化剂极彼此间相向。就是说，如果使燃料电池单元A翻转，则燃料电池单元A的燃料极和氧化剂极就变成为燃料电池单元B的燃料极和氧化剂极的构成。
此外，上述本发明的燃料电池，在使用多个燃料电池单元进行发电的情况下，由于在燃料流路43的上下两侧都配置燃料电池单元，燃料电池单元兼具现有的燃料电池的隔离体的作用，故不需要现有的电池的隔离体。
此外，若使用本发明的燃料电池，由于燃料电池单元A和B的相向的燃料极彼此间的燃料流路，和相向的氧化剂极彼此间的氧化剂流路变成为公用，故可以减少燃料流路和氧化剂流路的个数，可以减少单元部分的体积，可以使之变成为现有的燃料电池的大体上的一半。此外，若使用公用的燃料流路43，由于可以加大燃料流路43的深度，可以变成为现有的燃料电池单元的燃料流路的2倍，故可以以非常好的效率向燃料极供给燃料。此外，在本实施例中，可以把燃料流路和中央的氧化剂流路的深度作成为大约2mm，可以效率良好地充分地供给燃料。此外，在使用与现有技术同样的深度的流路的情况下，若用本发明的堆叠方式，则可以使单元部分的体积变成为一半。
此外，作为燃料，可以使用氢等的气体燃料、化学氢化物、甲醇、二甲醚等的液体燃料，作为氧化剂可以使用氧、空气等。
此外，为了防止由与上述燃料极接连的燃料和与氧化剂极接连的氧化剂的物质的不同以及由氧化剂极一侧的氧化剂与燃料极一侧的燃料的压力差产生的、来自高分子电解质膜与燃料流路之间的边界的燃料的泄漏，在氧化剂流路44的两侧设置有支持构件46。由于支持构件会抑制单元的变形，故因可以防止单元的破损而可以防止燃料的泄漏，此外，还可以防止单元彼此间的接触。此外，为了使燃料更易于流动，为了均一地支持高分子电解质膜，支持构件也可以夹持多孔质的构造体。此外，如果在多孔质的构造体上制作上流路，则可以进一步效率良好地供给燃料。作为多孔质材料，理想的是例如多孔质碳、多孔质硅等。
图11的概要图示出了图1所示的本发明的燃料电池的系统。在同图中，收容于燃料罐部分3内的燃料，从燃料罐部分3通过燃料供给部分4被供往单元部分1的燃料电池单元A和B的燃料极13。氧化剂气体使用空气，外气则通过作为通气孔的通气孔7供往燃料电池单元A和B的氧化剂极11。单元部分1由1个或1个以上的燃料电池单元A和B构成，该燃料电池单元由燃料极13和高分子电解质膜12和氧化剂极11和触媒构成。变成为这样的构成：借助于来自燃料罐部分3的燃料和来自外气的氧化剂气体的供给在各个燃料电池单元所发电的电力，流过串联布线后在布线部分5中暂时地贮存，从电极53总是向外部供给稳定的发电电力。
其次，对布线部分进行说明。由于燃料电池的单个单元的电动势最大也就是1V左右，故要想驱动数字照相机等的便携设备，就必须把多个单元串联地连接起来，得到规定的电压。在本发明的燃料电池中，由于用燃料室的相反一侧的布线部分5的串联布线51收集从各个电极取出来的电，故将不会损害燃料的密封性地取出电力。特别是由于把布线部分5配置在对于燃料电池单元垂直的位置上，故可以缩短布线距离，可以简化布线。此外，由于与布线部分相邻接地配置引往燃料电池供给电力的小型电气设备的电极，故可以使布线进一步简化。
此外，在把氢用做燃料的燃料罐使用例如石墨纳米纤维等的碳材料的情况下，贮存在燃料罐内的能量约为7.0[W·hr]，是现有的锂离子电池的大约2.5倍。此外，各个燃料电池单元的电动势是0.8V、电流密度是300mA/cm2，单位单元的大小为1.2cm×2cm。采用把8块该燃料电池单元串联连接起来的办法，电池全体的功率在6.4V、720mA的情况下是4.6W。
在以下的实施形态中，详细地对于来自燃料电池单元的电力的取出，取出后的电力的收集，由支持构件形成的多个燃料电池单元的叠层体的强度维持进行说明。
(实施形态3)
对实施形态3进行说明。实施形态3，其特征在于目的为取出来自相邻的燃料电池单元的燃料极彼此间、氧化剂极彼此间相向的所谓的同极相向型的燃料电池单元的叠层方式中的各个燃料电池单元的电力的构造，目的为收集所取出的电力的构造。
图13A是用来说明借助于设置在单元间的集电构件取出电力的形态的斜视图。图13B是把单元和集电构件叠层起来后的状态的斜视图.110是集电构件，111是集电构件110的电力取出部分(电力取出口)，112是集电构件110的通气孔，147a、147b是绝缘性构件，147a是氧化剂极室的支持构件，147b是燃料极室隔断壁。集电构件110要设置为与燃料电池单元14接连，收集在燃料电池单元中产生的电力。燃料电池单元的电力，从集电电极110的电极取出部分111取出。氧化剂极室的支持构件147a或燃料极室隔断壁147b，在燃料电池单元与燃料电池单元之间(分别在氧化剂极室、燃料极室上)被设置为使得相邻的燃料电池单元彼此不接触，相邻的集电构件110彼此不接触。
图14A是集电构件110的平面图。集电构件110由具有导电性的材料构成，被设置在氧化剂极、燃料极中的各自都不与高分子电解质膜接连的一侧。作为具有导电性的材料，可以举出金属、石墨之类的碳材料。理想地说，材料应是不会被燃料污染或不会污染触媒或电解质膜的材料。作为这样的理想的材料，例如可以举出不锈钢或石墨等。集电构件要具有通气性以便不会成为燃料或氧化剂的供给的障碍。为了得到通气性，可以举出这样的做法：或者使用多孔质的构件，或者设置通气孔。集电构件具有电力取出构件111，采用从电力取出部分进行布线的办法，就可以收集所发电的电力，采用适宜进行布线的办法，就可以使多个燃料电池单元并联连接或串联连接。
(实施形态4)
实施形态4是使用电力取出部分从中心偏离开来的集电构件，形成该集电构件和燃料电池单元和氧化剂极的支持构件和燃料极室隔断壁的叠层体的形态。
图14B是其电力取出部分从中心偏离开来的集电构件的平面图。如果反过来使用，则可以使取出位置偏移，可以效率良好地进行布线。如果不使用在图14A中所说的在其中央附近具有电极取出部分111的集电电极，而代之以用电力取出部分已从中心偏离开来的集电构件，使该集电构件和燃料电池单元和支持构件和隔断壁进行叠层，则结果就变成为图15所示的那样。
图15是用来说明用图14B所示的电力取出部分已从中心偏离开来的集电构件，把多个单元并联连接起来的情况下的把单元与集电构件叠层起来的状态的斜视图。同一极性的集电构件110，被叠层为使得这些电极取出部分111整齐排列在同一侧。负极位于面朝纸面说右侧，正极位于面朝纸面左侧。由于同一极性的电极整齐排列在同一侧，故容易区别电极的极性。
图16A是用来说明把图15所示的燃料电池单元和集电构件的叠层体113连接到布线基板上的状态的说明图。布线构件120，要使得对于单元14变成为垂直那样地连接到叠层体113的电力取出部分111上。
图16B示出了集电构件与布线基板之间的连接构造。122是被敷设到布线基板120上的布线，121是设置在布线基板120上的集电构件的插入口。电力取出部分111被插入到布线基板120的插入口121内，并借助于布线122把多个集电构件彼此电连起来。
图16C是布线基板的正视图。采用如图所示的那样把插入口121电连起来的办法，就可以把多个燃料电池单元并联连接起来。所收集的电力，被导往正极53和负极53。各个燃料电池单元的电动势虽然小到0.8V左右，但是，采用用DC/DC转换器等进行变压的办法，就可以用对设备最佳的电压供给电力。
(实施形态5)
实施形态5是串联连接各个燃料电池单元的形态。
图17是串联连接多个燃料电池单元的情况下的把燃料电池单元和集电构件叠层起来后的状态的斜视图。集电构件110如图17所示的那样使得表面和背面彼此不同那样地彼此叠层起来。图18A示出了集电构件与布线基板之间的连接构造。图18B的正视图示出了布线基板。采用把燃料电池单元和集电构件之间的叠层体与具有图18B所示那样的布线图形的布线基板121接触的办法，就可以把燃料电池单元串联地电连起来。
另外，在集电构件具有充分强度的情况下，具有防止高分子电解质膜因燃料罐的压力变化等而断裂，或从接合部分上剥离下来的作用。
(实施形态6)
对实施形态6进行说明。实施形态6的目的为得到紧凑且强度高的燃料电池单元的叠层体而无须使用集电构件的形态.
图19A是2个燃料电池单元与支持它们的支持构件的斜视图。图19B是图19A的平面图。图19C是图19B的19C-19C处的剖面图。146是支持构件，147a是设置在氧化剂极室的端部上的支持构件，147b是燃料极室隔断壁。如图19A所示，燃料极室隔断壁147b(或支持构件147a)被2个燃料电池单元14挟持着，其它的支持构件146则散点式地位于2个燃料电池单元14之间的中央附近，支持着燃料电池单元14。
为此，即便是在不具有集电构件的情况下，支持构件146也可以提高燃料电池单元的叠层体的强度。就如在图19A到图19C中所示出的那样，采用散点式地配置多个块状的支持构件146的办法，就不会妨碍燃料(或氧化剂)在2个燃料电池单元14间的流通。
实施形态6的燃料电池单元的叠层体不具有集电构件，故变薄了相应于没有该部分而减少的量。此外，由于支持构件146推压燃料电池单元14的表面，故可以防止因燃料等的压力而产生的高分子电解质膜的断裂或剥离。
如上所述，采用在燃料电池单元间设置支持构件而不使用平板状的集电构件的办法，由于可以充分地确保燃料电池单元的叠层体的强度，故可以容易地制作图25所示的那样的薄型柔性燃料电池。
另外，作为燃料极室的隔断壁，理想的是具有气密性以使得燃料不会向外部泄漏。作为位于氧化剂极室的端部上的支持构件146a，在要取入作为氧化剂的外气的情况下，理想的是具有通气性。
作为图19A到图19C所示的实施形态1的燃料电池单元的叠层体的变形例，可以举出图20A到图24B.
图20A是2个燃料电池单元和支持它们的多孔质的支持构件的平面图。图20B是图20A的20B-20B处的剖面图。作为支持构件146可使用多孔质材料。为此，不会妨碍燃料(或氧化剂)的流通。
图21A是2个燃料电池单元和支持它们的多孔质的支持构件的平面图。图21B是图21A的21B-21B处的剖面图。支持构件146，虽然比图19A所示的支持构件146大，但是由于作为材料可以使用多孔质材料，故不会妨碍燃料(或氧化剂)的流通。
图22A是2个燃料电池单元和支持它们的具有通气孔的支持构件的平面图。图22B是图22A的22B-22B处的剖面图。支持构件146具有通气孔150。由于燃料(或氧化剂)可通过该通气孔150流通，故不会妨碍燃料(或氧化剂)的流通。
图23A是2个燃料电池单元和支持它们的具有通气孔的支持构件的平面图。图23B是图23A的23B-23B处的剖面图。支持构件146，虽然比图19A所示的支持构件146大，但是由于具有通气孔150，故不会妨碍燃料(或氧化剂)的流通。
图24A是2个燃料电池单元和支持它们的球形的支持构件的平面图。图24B是图24A的24B-24B处的剖面图。支持构件146的形状也可以是球形。
(实施形态7)
对实施形态7进行说明。实施形态7是这样的形态：不设置用来像实施形态3的集电构件那样的进行集电的构件，而是兼有用来收集位于燃料电池单元间的氧化剂极室的端部处的支持构件和燃料极室隔断壁在燃料电池单元中产生的电力的作用的一种形态。
图26是用来说明在并联连接2个燃料电池单元的情况下，燃料电池单元14、布线基板120a、位于氧化剂极室的端部上的支持构件147a以及燃料极室的隔断壁147b之间的位置关系的说明图。131是设置在布线构件120a上的、要插入支持构件147a或隔断壁147b的插入口，143是燃料极室，144是氧化剂极室。在2个燃料电池单元14之间夹持有燃料极室的隔断壁147b和支持构件146。此外，在燃料电池单元14的另一方的面上设置有位于氧化剂极室的端部上的支持构件147a和另外的支持构件146。2个支持构件147a和1个隔断壁147b各自的端部，都从燃料电池单元间突出出来(从2个燃料电池单元所围起来的空间伸出来)，分别被插入到布线基板120a的插入口131内。
在实施形态7中，作为氧化剂极室的支持构件147a和燃料极室的隔断壁147b，可以使用导电性的支持构件.通过这些支持构件147a、隔断壁147，就可以把在燃料电池单元14中产生的电力取出到布线构件120a中。倘采用这样的构成，则位于氧化剂极室的端部上的支持构件147a和燃料极室的隔断壁147b，在阻止相邻的燃料电池单元彼此间的接触的同时，还可以兼具收集在燃料电池单元中产生的电力的作用。另外，为了防止燃料极室隔断壁147b和氧化剂极室的端部的支持构件147a之间的接触，也可以在这些构件之间设置绝缘膜。
图27是用来说明燃料电池单元和具有向布线基板进行布线的布线功能的导电性的燃料极室隔断壁之间的位置关系的说明图(并联连接的情况下)。2个燃料电池单元14把燃料极室的隔断壁147b夹持起来。隔断壁147b的端部从2个燃料电池单元所围起来的空间中伸了出来。2个燃料电池单元14的燃料极彼此间相向，在其间形成有燃料极室143。燃料在该燃料极室143内流通，通过燃料电池单元14的氧化剂极参与发电。在燃料电池单元14中产生的电力可通过与燃料电池单元14的燃料面接触的隔断壁147b取出来。
图28A是燃料极室隔断壁147b(或位于氧化剂极室的端部上的支持构件147a)的斜视图。图28B是图28A的平面图。隔断壁的形状是U形，如图26、图27所示，相当于U形的底部的部分正好从燃料电池单元间伸出来。被U形的2条臂围起来的区域是燃料电池单元的叠层体的、将成为燃料极室143(氧化剂极室144)的区域。
图29是用来说明目的为把2个燃料电池单元并联连接起来的布线基板121a及其布线图形的说明图。位于2个氧化剂极室的端部上的支持构件147a和燃料极室的隔断壁147b要分别插入到插入口131内。最上边的插入口和最下边的插入口131用布线22电连起来。如图26所示，采用把燃料电池单元的叠层体连接到布线基板121a上的办法，就可以把2个燃料电池单元14并联地电连起来。
(实施形态8)
对实施形态8进行说明。实施形态8在使用与布线基板之间的连接部分从中央偏离开来的隔断壁这一点上与实施形态7不同。
图30是与布线基板之间的连接部分从中央偏离开来的燃料极室隔断壁147b(或位于氧化剂极室的端部上的支持构件147a)的斜视图。该隔断壁的形状，是宛如把英文字母y前后颠倒过来那样的形状。采用2个氧化剂极的支持构件147a和1个燃料极隔断壁147b的方向前后颠倒过来的办法，就可以把正极的连接部分和负极的连接部分的位置向左右分开。
图31是用来说明在使用图30的隔断壁的情况下的布线基板120a及其布线图形的说明图(该布线图形是把2个燃料电池单元并联连接起来的图形)。面朝纸面说右侧的2个插入口借助于布线122电连起来。由于要插入到该2个插入口内的2个支持构件147a是同一极性，故可以把2个燃料电池单元并联连接起来。另外，在该例子中，向面朝纸面说右侧的2个插入口131内插入正极的支持构件147a，向左侧的插入口131内插入负极的隔断壁147b。由于要把具有同一极性的隔断壁排列在同一侧，故极性的区别是容易的，布线122的图形也是简易的。
另外，即便是各个燃料电池单元的电动势是0.8V左右的大小，采用用DC/DC转换器进行变压的办法，也可以用对设备最佳的电压向燃料电池的外部输出。
实施形态8，虽然是燃料电池单元的个数为2个的情况，但是对于单元的个数为4个的情况，也可以应用同样的构成。就是说，就如在图30和图31所画出的那样。
图32是用来说明把4个燃料电池单元连接起来的情况下的、燃料电池单元与布线基板与位于氧化剂极的端部的支持构件与燃料极室隔断壁之间的位置关系的说明图。4个燃料电池单元14和3个支持构件147a和隔断壁147b交互地配置。
图33是用来说明把4个燃料电池单元连接起来的布线基板及其布线图形的说明图。如果把图28B所示的U形的构件用做支持构件147a、隔断壁147b，则与3个支持构件147a的端部和2个隔断壁147b的端部(U形构件的底的部分)对应的布线基板120b的插入口131的位置，如图34所示，将变成为一列。
图34是用来说明把4个燃料电池单元连接起来的布线基板和另外的布线图形的说明图。从上边开始数第1、3、5个的插入口131用布线122电连起来，另一方面，从上边开始数第2、4个插入口131也用布线122电连起来。倘采用这样的构成，就可以容易地把5个燃料电池单元14并联连接起来.
若不使用图28B所示的隔断壁147b(或支持构件147a)而代之以使用图30所示的反y形的隔断壁，则对于与支持构件147a的端部和隔断壁147b的端部(y形的脚的部分)对应的布线基板120c的插入口131的位置来说，如图34所示，就可以在面朝纸面说右侧和左侧上分别分配同一极性的插入口。在本例中，面朝纸面说右侧的插入口是负极，左侧的插入口是正极。
(实施形态9)
对实施形态9进行说明。实施形态9，在各个燃料电池单元串联连接而不是并联连接这一点上，与实施形态8不同。
图35是用来说明燃料电池单元和绝缘性的燃料极隔断壁与导电构件之间的位置关系的说明图。
图36是用来说明把2个单元串联连接起来的情况下的、燃料电池单元与布线基板与燃料极室隔断壁之间的位置关系的说明图。在实施形态9中，为了使把燃料极室隔断壁147b夹在中间彼此相向的2个燃料电池单元14彼此绝缘，隔断壁147b是绝缘性的。为了取出在燃料电池单元14中产生的电力，在燃料电池单元14和隔断壁147b之间设置有导电构件160。电力可以通过该导电构件160取出。在这里，即便是位于氧化剂极室的端部上的支持构件147a，也使用绝缘性的支持构件。
图37是用来说明把2个单元串联连接起来的情况下的布线基板及其布线图形的说明图。132是导电性构件的插入口。如果用图36所示的绝缘性的隔断壁47b和支持构件147a构成单元的叠层体，并把这些连接到布线基板120d上，则变成为图37所示的那样。上侧的燃料电池单元14和下侧的燃料电池单元14已绝缘，可从各个燃料电池单元14的燃料极和氧化剂极通过接连到这些中的每一个上的导电性构件160取出电力。由于各个燃料电池单元的燃料极彼此间已绝缘，故可以借助于布线122把一方的燃料电池单元14的正极和另一方的燃料电池单元的负极连接起来。为此，就可以串联连接2个燃料电池单元14。
此外，虽然说明的是燃料电池单元的个数为2的情况，但是，在燃料电池单元的个数为4的情况下，也可以应用同样的想法。就是说。就像图38、图39所说明的那样。
图38是用来说明把4个燃料电池单元串联连接起来的情况下的、燃料电池单元120e与支持构件147a与燃料极室隔断壁146a之间的位置关系的说明图。4个燃料电池单元14和3个绝缘性的支持构件147a的2个隔断壁147b交互地叠层起来。在各个燃料电池单元14与支持构件147a或隔断壁147b之间设置有导电性构件160。支持构件和隔断壁已分别插入到布线基板120e的插入口131内。
图39是用来说明把4个单元串联连接起来的情况下的布线基板及其布线图形的说明图。与图38所示的单元的叠层体的3个支持构件147a和2个隔断壁147b相对应地设置有插入口131和导电性构件132。由于相邻的燃料电池单元14的相向的电极已彼此绝缘，故如图39所示，采用把1个燃料电池单元的正极和与之相邻的另一燃料电池单元的负极连接起来的办法，就可以串联连接5个燃料电池单元14。
另外，即便是支持构件147a和隔断壁147b是导电性而不是绝缘性的情况下，只要作成为图40所示的那样的构成，就可以使相邻的燃料电池单元彼此间绝缘。图40是用来说明燃料电池单元与位于导电性的燃料极室的端部上的支持构件与燃料极隔断壁与绝缘构件与导电构件之间的位置关系的说明图。在导电性的支持构件147a或导电性的隔断壁147b与燃料电池单元4之间设置有绝缘构件161，在绝缘构件161与燃料电池单元14之间设置有导电性构件161。可以使2个燃料电池单元14彼此绝缘，此外，还可以通过导电性构件160把在燃料电池单元中产生的电力取出到外部。绝缘性构件161，可以用涂敷、包覆等的方法在支持构件147a个隔断壁147b的表面上形成。导电性构件可以用涂敷、包覆、蒸镀等在支持构件和隔断壁的绝缘性构件上形成。
(实施形态10)
对实施形态10进行说明.实施形态10是这样的形态：防止氧化剂极彼此间在彼此重叠的状态下因在氧化剂极上产生的水而使相向的2个燃料电池单元导通。
图41是在2个燃料电池单元间具有水隔断构件的燃料电池单元部分的构成图。148是隔断在氧化剂极中产生的水的构件。在把位于氧化剂极的端部上的支持构件147a夹在中间使氧化剂极彼此间彼此重叠地相向的单元之间设置有多个支持构件146，在多个支持构件146之间设置有水隔断装置。在一方的单元的氧化剂极上产生的水向相向的单元的移动，可以借助于水隔断装置而被阻止。特别是作为那样的构件，从不妨碍空气的供给的观点看，气液分离膜等是合适的。
另外，作为水隔断装置的变形例，可以举出图42或图43所示的那样的在支持构件146中具有水隔断构件的变形例。
此外，作为水隔断装置的变形例，还可以作为支持构件146使用疏水性的支持构件的方法。此外，还可以举出作为支持构件146使用既是疏水性的多孔质材料的支持构件，又是支持构件的中央部分的多孔质的表面面积大的那样的支持构件的方法。作为增大表面面积的方法，可以举出增加孔的密度而孔的大小不变的方法，或减少孔的大小以增加个数的方法。

Claims (13)

1.一种在可携带且小型电气设备中装载使用的燃料电池，具备：
实质为长方体形状的薄型框体，
在上述框体内具有由至少一个燃料电池单元构成的单元部分、贮存供往该单元部分的燃料的燃料罐部分和向单元部分内供给该燃料罐部分的燃料的燃料供给部分，
其特征在于：在框体的相向的2个面之间，在一个方向上按照上述燃料罐部分、燃料供给部分和单元部分的顺序进行配置，
其中燃料供给部分连接燃料罐部分和单元部分相对的两个侧面。
2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于：上述燃料罐部分、上述燃料供给部分和上述单元部分在上述框体的相向的2个侧面之间配置在一个方向上。
3.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于：在相向的2个侧面之间以上述燃料罐部分、上述燃料供给部分和上述单元部分的顺序进行配置。
4.根据权利要求2或3所述的燃料电池，其特征在于：上述单元部分的至少一个燃料电池单元，被叠层为与上述框体的下表面平行。
5.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于：在上述框体的相向的上表面和下表面之间，在一个方向上配置上述燃料罐部分、上述燃料供给部分和上述单元部分。
6.根据权利要求5所述的燃料电池，其特征在于：上述单元部分配置为平行地面向上述框体的上表面和下表面中的至少一个表面。
7.根据权利要求5或6所述的燃料电池，其特征在于：在上表面和下表面之间按照上述单元部分、上述燃料供给部分、上述燃料罐部分、其它燃料供给部分和其它单元部分的顺序进行配置。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的燃料电池，其特征在于：上述框体具有供给氧化剂气体的开口部分。
9.根据权利要求8所述的燃料电池，其特征在于：上述开口部分设置在上述框体的与至少具有单元部分的部分对应的部分上。
10.根据权利要求8或9所述的燃料电池，其特征在于：上述开口部分设置在上述框体的上表面、下表面和侧面上。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的燃料电池，其特征在于：还具有把将所发出的电力收集起来后的电力供给到外部的布线部分，该布线部分设置在没有燃料罐部分的位置上。
12.根据权利要求1到11中任一项所述的燃料电池，其特征在于：上述燃料罐部分设置为可从上述框体上进行装卸。
13.一种电气设备，其特征在于：使用权利要求1到12中任一项所述的燃料电池。
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