JP2007123168A - Fuel cell and power supply system - Google Patents

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泰一 杉田
Masakazu Sugimoto
正和 杉本
Masaya Yano
雅也 矢野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make the whole of a fuel cell compact by efficiently arranging each unit cell constituting a fuel cell. <P>SOLUTION: The fuel cell is equipped with a power generation unit W having at least one unit cell U installed for power generation, a hydrogen cartridge 11 for generating hydrogen gas to be supplied to the unit cell U, a unit connection part 13 for detachably connecting the hydrogen cartridge 11, and a connection piping part 15 for supplying hydrogen gas generated in the hydrogen cartridge 11 from the unit connection part 13 to the power generation unit W, and a second side L21 of a second arranging space S2 having a square shape for arranging the hydrogen cartridge 11 is adjoined to a first side L11 of a first arranging space S1 having a square shape for arranging the power generation unit W, and the connection piping part 15 and the unit connection part 13 are arranged in arranging spaces S4, S3 formed on the side of the second side L12 crossing at right angles to the first side L11 of the first arranging space S1 and on the side of the second side L22 crossing at right angles to the first side L21 of the second arranging space S2. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、発電用に設けられた少なくとも1つの単位セルを備えた発電ユニットと、この単位セルに供給する燃料ガスを発生する燃料ガス発生ユニットとを備えた燃料電池及びこれを備えた電源供給システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell including a power generation unit including at least one unit cell provided for power generation, a fuel gas generation unit that generates fuel gas supplied to the unit cell, and a power supply including the fuel cell It is about the system.

近年のITの発展に伴い、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ等のモバイル機器(携帯機器)のほとんどの電源は、リチウムイオン二次電池が用いられている。しかし、これらモバイル機器の高性能化に伴い消費電力がますます増加する傾向にあり、その電源用あるいは充電用として、クリーンで高効率な燃料電池に注目が集まっている。特に、ノートパソコンや携帯電話のような携帯機器に燃料電池を使用する場合に、携帯性あるいは小型化を維持できるような構造が望まれる。また、燃料電池を機器に装着する場合にも装着の容易性が要求される。   With the development of IT in recent years, lithium-ion secondary batteries are used for most power sources of mobile devices (portable devices) such as mobile phones, notebook computers, and digital cameras. However, the power consumption tends to increase as the performance of these mobile devices increases, and attention has been focused on clean and highly efficient fuel cells for power supply or charging. In particular, when a fuel cell is used in a portable device such as a notebook computer or a mobile phone, a structure that can maintain portability or downsizing is desired. Also, when a fuel cell is mounted on a device, it is required to be easily mounted.

燃料電池を構成する単位セル(燃料電池セル)として、携帯機器等に好適な小型化を実現したものは、本出願人による下記特許文献1により公知である。この単位セルは、板状の固体高分子電解質と、その両側に配置されるカソード側電極板及びアノード側電極板と、これら電極板の更に外側に配置されるカソード側金属板及びアノード側金属板とを備えており、薄型の単位セルを形成している。そして、カソード側金属板には、空気を取り込むための開口孔が多数形成されている。また、アノード側には、水素ガス等の燃料ガスが供給されるように構成されている。   As a unit cell (fuel cell) that constitutes a fuel cell, a device that has been reduced in size suitable for a portable device or the like is known from the following Patent Document 1 by the present applicant. The unit cell includes a plate-shaped solid polymer electrolyte, a cathode side electrode plate and an anode side electrode plate arranged on both sides thereof, and a cathode side metal plate and an anode side metal plate arranged further outside these electrode plates. And form a thin unit cell. And many opening holes for taking in air are formed in the cathode side metal plate. Further, a fuel gas such as hydrogen gas is supplied to the anode side.

特開2005−268176号公報JP 2005-268176 A

燃料電池の小型化を実現するためには、燃料電池を構成する単位セルの小型化を図ることは当然重要であるが、その他の燃料ガス発生ユニットや、燃料ガス発生ユニットが発生した燃料ガスを単位セルに供給するためのガス配管などを空間に効率よく(無駄なスペースを生じさせることなく)配置する必要がある。   In order to reduce the size of the fuel cell, it is naturally important to reduce the size of the unit cells constituting the fuel cell. However, other fuel gas generation units and the fuel gas generated by the fuel gas generation unit must be reduced. It is necessary to efficiently arrange gas piping or the like for supplying to the unit cell in the space (without creating a useless space).

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、燃料電池を構成する各ユニットを効率よく配置することで燃料電池全体の小型化を図ることである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to reduce the size of the entire fuel cell by efficiently arranging the units constituting the fuel cell.

上記課題を解決するため本発明に係る燃料電池は、
発電用に設けられた少なくとも1つの単位セルを備えた発電ユニットと、
この単位セルに供給する燃料ガスを発生する燃料ガス発生ユニットと、
燃料ガス発生ユニットを着脱自在に接続するためのユニット接続部と、
燃料ガス発生ユニットにより発生した燃料ガスをユニット接続部から発電ユニットへと供給するためのガス配管部とを備え、
発電ユニットが配置される方形状の第1配置空間の第1辺に隣接して、燃料ガス発生ユニットが配置される方形状の第2配置空間の第1辺を隣接させ、第1配置空間の第1辺に直交する第2辺の側、及び、第2配置空間の第1辺に直交する第2辺の側に形成される配置空間に、それぞれ、前記ガス配管部と前記ユニット接続部を配置したことを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, a fuel cell according to the present invention provides:
A power generation unit comprising at least one unit cell provided for power generation;
A fuel gas generation unit for generating fuel gas to be supplied to the unit cell;
A unit connecting part for detachably connecting the fuel gas generating unit;
A gas pipe for supplying the fuel gas generated by the fuel gas generation unit from the unit connection to the power generation unit;
Adjacent to the first side of the rectangular first arrangement space in which the power generation unit is arranged, the first side of the square second arrangement space in which the fuel gas generating unit is arranged is adjacent to the first arrangement space. The gas pipe part and the unit connection part are respectively disposed in a second side perpendicular to the first side and a placement space formed on the second side perpendicular to the first side of the second placement space. It is characterized by the arrangement.

かかる構成による燃料電池の作用・効果を説明する。この燃料電池は、発電ユニット、燃料ガス発生ユニット、ユニット接続部、ガス配管部を少なくとも備えている。これらのユニットを与えられた配置空間に効率よく配置する。発電ユニットは、方形状(正方形状あるいは長方形状)の第1配置空間に配置される。発電ユニットを構成する単位セルは、通常は平面視で方形であることから、かかる第1配置空間に発電ユニットを効率よく配置する。この第1配置空間に隣接して同じく方形状の第2配置空間が配置され、ここに燃料ガス発生ユニットが配置される。燃料ガス発生ユニットの外観形状を方形状の第2配置空間に合わせることで、無駄なスペースを生じさせることなく、燃料ガス発生ユニットを効率よく配置することができる。   The operation and effect of the fuel cell having such a configuration will be described. This fuel cell includes at least a power generation unit, a fuel gas generation unit, a unit connection part, and a gas pipe part. These units are efficiently arranged in a given arrangement space. The power generation unit is arranged in a first arrangement space having a square shape (square shape or rectangular shape). Since the unit cells constituting the power generation unit are usually rectangular in plan view, the power generation units are efficiently arranged in the first arrangement space. A rectangular second arrangement space is arranged adjacent to the first arrangement space, and a fuel gas generation unit is arranged here. By matching the external shape of the fuel gas generation unit to the square-shaped second arrangement space, the fuel gas generation unit can be efficiently arranged without generating a useless space.

また、第1配置空間と第2配置空間の第2辺側に、それぞれ、ガス配管部とユニット接続部が配置される。かかる構成によれば、ユニット接続部は、燃料ガス発生ユニットをスムーズに接続する位置に配置され、ユニット接続部から発電ユニットに至るまでのガス配管も最短距離で効率よくは位置することができる。その結果、燃料電池を構成する各ユニットを効率よく配置することで燃料電池全体の小型化を図ることができる。   In addition, a gas pipe part and a unit connection part are arranged on the second side of the first arrangement space and the second arrangement space, respectively. According to such a configuration, the unit connecting portion is disposed at a position where the fuel gas generating unit is smoothly connected, and the gas piping from the unit connecting portion to the power generation unit can be efficiently positioned at the shortest distance. As a result, the entire fuel cell can be reduced in size by efficiently arranging the units constituting the fuel cell.

本発明に係る燃料ガス発生ユニットは、
円筒形の本体部と、
本体部の一端側に設けられ、ユニット接続部に連結される連結部と、
本体部の内部に設けられ、水と反応することで燃料ガスを発生するガス反応部と、
本体部の他端側に設けられ、ガス反応部に供給する水が収容される水収容部と、
水収容部内の水を供給方向に付勢する付勢手段とを備えていることが好ましい。
The fuel gas generation unit according to the present invention comprises:
A cylindrical body,
A connecting portion provided on one end side of the main body portion and connected to the unit connecting portion;
A gas reaction part that is provided inside the main body part and generates fuel gas by reacting with water;
A water storage section provided on the other end of the main body section, in which water supplied to the gas reaction section is stored;
It is preferable to include a biasing unit that biases the water in the water storage portion in the supply direction.

燃料ガス発生ユニットは円筒形の本体部を備えており、方形状の第2配置空間に無駄なくユニットを収容する形状とすることができる。本体部の内部には、水と反応することで燃料ガスを発生するガス反応部を備えており、発生した燃料ガスは、ユニット接続部及びガス配管部を介して発電ユニットへと供給される。ガス反応部には、例えば、アルミニウムの粉末を収容させておき、これを水と反応させることで、燃料ガスとして水素ガスを発生する。水は、本体部の他端側に設けられた水収容部に収容される。また、水収容部内の水をガス反応部内に供給できるようにするため、水を供給方向に付勢する付勢手段(例えば、コイルスプリング)を備えている。これにより、水を確実にガス反応部内に供給することができる。また、燃料ガス発生ユニットは、円筒形の本体部の両端に連通部と水収容部が配置された構造であるため、まとまった外観形状とすることができ、第2配置空間内に無駄なスペースを生じさせることなく配置することができる。   The fuel gas generation unit includes a cylindrical main body, and can be configured to accommodate the unit without waste in the square second arrangement space. A gas reaction part that generates fuel gas by reacting with water is provided inside the main body part, and the generated fuel gas is supplied to the power generation unit via the unit connection part and the gas pipe part. In the gas reaction part, for example, aluminum powder is stored, and this is reacted with water to generate hydrogen gas as a fuel gas. Water is accommodated in a water accommodating portion provided on the other end side of the main body portion. Moreover, in order to be able to supply the water in a water accommodating part into a gas reaction part, the biasing means (for example, coil spring) which urges | biases water to a supply direction is provided. Thereby, water can be reliably supplied in a gas reaction part. Further, since the fuel gas generation unit has a structure in which the communication part and the water storage part are arranged at both ends of the cylindrical main body part, the fuel gas generation unit can have a unified external shape, and is a wasteful space in the second arrangement space. It can arrange | position, without producing.

本発明において、水収容部を構成するケース部材には、本体部の他端側に螺合されるネジが形成され、ネジによる螺合の程度により水の供給量が調整可能に構成されていることが好ましい。   In the present invention, a screw that is screwed to the other end of the main body is formed on the case member that constitutes the water accommodating portion, and the amount of water supply can be adjusted by the degree of screwing by the screw. It is preferable.

水収容部を構成するケース部材には、ネジが形成されており、このネジを利用して本体部の他端側に結合することができる。また、ねじ込む際の螺合の程度(ネジの回転量等)により水の供給量を調整することができる。これにより、適切な量の水をガス反応部に供給できるようにすることができる。   A screw is formed on the case member constituting the water accommodating portion, and the case member can be coupled to the other end side of the main body portion using the screw. In addition, the amount of water supply can be adjusted by the degree of screwing (such as the amount of screw rotation) when screwing. Thereby, it is possible to supply an appropriate amount of water to the gas reaction unit.

本発明に係る、単位セルは、板状の固体高分子電解質と、その両側に配置されるカソード側電極板及びアノード側電極板と、これら電極板の更に外側に配置されるカソード側金属板及びアノード側金属板と、カソード側金属板に多数形成される空気を取り込むための開口孔とを有し、
単位セルの開口孔が外観表面側を向くように支持基板に搭載すると共に、支持基板の裏面側に回路基板を配置したことが好ましい。
A unit cell according to the present invention includes a plate-shaped solid polymer electrolyte, a cathode-side electrode plate and an anode-side electrode plate disposed on both sides thereof, a cathode-side metal plate disposed further outside these electrode plates, and Having an anode side metal plate and an opening hole for taking in a large number of air formed in the cathode side metal plate;
It is preferable that the unit cell is mounted on the support substrate so that the opening of the unit cell faces the outer surface, and the circuit substrate is disposed on the back surface side of the support substrate.

かかる構成による単位セルは、板状に形成されるため、薄型化及び小型化を図るのに好適な形状を有している。この単位セルのカソード側には、空気を取り込むための多数の開口孔が形成されている。この単位セルを支持基板に搭載して第1配置空間に配置するに際して、多数の開口孔が外観表面側を向くように配置する。これにより、外部から空気を取り込むための経路を容易に確保することができる。また、支持基板の裏面側に回路基板を配置するようにすることで、基板配置を無駄なスペースを生じさせることなく行なうことができる。回路基板には、例えば、昇圧回路や安定化回路などが搭載され、電源供給端子へと接続される。   Since the unit cell having such a configuration is formed in a plate shape, it has a shape suitable for reducing the thickness and size. A large number of opening holes for taking in air are formed on the cathode side of the unit cell. When this unit cell is mounted on the support substrate and arranged in the first arrangement space, the unit cell is arranged so that a large number of opening holes face the outer surface side. Thereby, the path | route for taking in air from the outside can be ensured easily. Further, by arranging the circuit board on the back side of the support substrate, the board can be arranged without creating a useless space. For example, a booster circuit, a stabilization circuit, and the like are mounted on the circuit board and connected to the power supply terminal.

上記課題を解決するため本発明に係る電源供給システムは、本発明の燃料電池と、この燃料電池により電源供給を受ける機器とから構成される。   In order to solve the above problems, a power supply system according to the present invention includes the fuel cell of the present invention and a device that receives power supply from the fuel cell.

機器としては、ノートパソコン、PDA、携帯電話等が例としてあげられるが、特定の機器に限定されるものではない。また、燃料電池は、機器の電源端子に直接着脱するものでもよいし、接続コードを介して接続するものでもよい。   Examples of the device include a notebook computer, a PDA, and a mobile phone, but are not limited to a specific device. The fuel cell may be directly attached to and detached from the power terminal of the device, or may be connected via a connection cord.

本発明に係る燃料電池の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図1は、携帯電話と燃料電池からなる電源供給システムを示す。燃料電池Fは、携帯電話100内に収容されている二次電池を充電するための充電ユニットとして使用される。燃料電池Fには、電源供給端子10が設けられ、携帯電話100には充電端子101が設けられる。具体的には、これらの端子をUSB端子で構成することができ、USBコードで接続することで、燃料電池Fにより携帯電話100内の二次電池を充電させることができる。   A preferred embodiment of a fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a power supply system comprising a mobile phone and a fuel cell. The fuel cell F is used as a charging unit for charging a secondary battery accommodated in the mobile phone 100. The fuel cell F is provided with a power supply terminal 10, and the mobile phone 100 is provided with a charging terminal 101. Specifically, these terminals can be configured by USB terminals, and the secondary battery in the mobile phone 100 can be charged by the fuel cell F by connecting with the USB cord.

燃料電池Fには、水素カートリッジ11(燃料ガス発生ユニットに相当)が着脱自在に設けられており、その外観形状は円筒形あるいは略円筒形である。また、外観ケースには、多数の小さな開口窓12が形成されており、これは内部の単位セルのカソード側が空気を取り込むために設けられている。   The fuel cell F is detachably provided with a hydrogen cartridge 11 (corresponding to a fuel gas generation unit), and its external shape is cylindrical or substantially cylindrical. In addition, a large number of small opening windows 12 are formed in the outer case, and this is provided for taking in air on the cathode side of the internal unit cell.

<内部構成>
次に、図1に示す燃料電池Fの内部構成を図2の斜視図及び図3の概念図により説明する。水素カートリッジ11は、円筒形の本体部110を有し、その一端側には、連結用のネジ111(連結部に相当)が形成され、ユニット接続部13にネジ結合される。本体部110の内部はガス反応部112として機能するものであり、水と反応して水素ガスを発生するアルミニウムの粉末が収容されている。本体部110の他端側には、水収容部113が設けられ、アルミニウムと反応する水が収容される。ガス反応部112と水収容部113の境界には隔壁114が設けられ、その中央には水を通過させるための連通孔114aが設けられる。連通孔114aは、適切な量の水が供給できるような大きさに設定される。
<Internal configuration>
Next, the internal configuration of the fuel cell F shown in FIG. 1 will be described with reference to the perspective view of FIG. 2 and the conceptual diagram of FIG. The hydrogen cartridge 11 has a cylindrical main body 110, and a connecting screw 111 (corresponding to a connecting portion) is formed on one end side of the hydrogen cartridge 11, and is screwed to the unit connecting portion 13. The interior of the main body 110 functions as a gas reaction unit 112, and contains aluminum powder that reacts with water to generate hydrogen gas. On the other end side of the main body 110, a water storage portion 113 is provided to store water that reacts with aluminum. A partition 114 is provided at the boundary between the gas reaction unit 112 and the water storage unit 113, and a communication hole 114a for allowing water to pass through is provided at the center thereof. The communication hole 114a is set to a size that can supply an appropriate amount of water.

ガス反応部112側の隔壁114には給水紙14が挿入されており、この給水紙14を介して水がアルミニウムへと供給される。給水紙14を介することで、大量の水が供給されることを抑制し、適量の水を供給するように制御する。給水紙14は、毛細管現象により水を吸い上げることができ、濾紙などが使用される。水収容部113には、ケース部材115が設けられ、本体部110の他端側に形成されたネジ110aと螺合するネジ115aが内側に形成される。ケース部材115は、本体部100よりも若干大きな円筒形を有しており、つまみ115bが外観に設けられている。このつまみ115bを操作することで、ケース部材115を本体部110に対して着脱することができる。   A water supply paper 14 is inserted into the partition wall 114 on the gas reaction unit 112 side, and water is supplied to the aluminum via the water supply paper 14. By supplying the water supply paper 14, the supply of a large amount of water is suppressed, and control is performed so as to supply an appropriate amount of water. The water supply paper 14 can suck up water by capillary action, and filter paper or the like is used. A case member 115 is provided in the water accommodating portion 113, and a screw 115a that is screwed with a screw 110a formed on the other end side of the main body portion 110 is formed on the inner side. The case member 115 has a cylindrical shape slightly larger than the main body 100, and a knob 115b is provided on the exterior. The case member 115 can be attached to and detached from the main body 110 by operating the knob 115b.

ケース部材115内には加圧プレート116とコイルスプリング117(付勢手段に相当)が設けられ、水収容部113内の水をガス反応部112側へ付勢する。これにより、水に対して常時供給側に力が作用することになり、水を確実にガス反応部11内に供給することができる。水収容部113内の水が全て消費された場合、ケース部材115を外して水を収容させることができる。また、ケース部材115をねじ込む量を変えることで、押圧力を調整することができ、適切な量の水が供給できるように設定することができる。つまみ115bを操作することで、ねじ込み量の調整を行うことができる。   A pressure plate 116 and a coil spring 117 (corresponding to an urging means) are provided in the case member 115 to urge water in the water storage part 113 toward the gas reaction part 112 side. As a result, a force always acts on the supply side with respect to water, and water can be reliably supplied into the gas reaction unit 11. When all the water in the water storage unit 113 is consumed, the case member 115 can be removed to store the water. Further, by changing the amount of screwing the case member 115, the pressing force can be adjusted, and an appropriate amount of water can be supplied. The amount of screwing can be adjusted by operating the knob 115b.

ガス反応部112内のアルミニウム粉末も消耗品であり、消費した場合には、新たなアルミニウム粉末を収容することができる。ただし、水素カートリッジ11ごと新しいものと交換するようにしてもよい。この場合、使用済みの水素カートリッジ11は回収して再利用することが好ましい。   The aluminum powder in the gas reaction unit 112 is also a consumable item. When consumed, new aluminum powder can be accommodated. However, the hydrogen cartridge 11 may be replaced with a new one. In this case, the used hydrogen cartridge 11 is preferably recovered and reused.

接続配管部15(ガス配管部)は、水素カートリッジ11により生成された水素ガスを発電ユニットWへ供給するためのガス配管16を備えている。ガス配管16の途中には圧力センサー17が設けられており、ガス配管16におけるガス圧を検出する。   The connection piping portion 15 (gas piping portion) includes a gas piping 16 for supplying the hydrogen gas generated by the hydrogen cartridge 11 to the power generation unit W. A pressure sensor 17 is provided in the middle of the gas pipe 16 to detect the gas pressure in the gas pipe 16.

安全弁18は、配管内に所定以上の圧力が作用しないようにするものであり、例えば、50kPa以上の内圧が作用するとリークするように設定される。耐圧膜19は、単位セルの内圧が所定範囲となるように機能するものであり、例えば、10〜20kPaとなるように設定し、単位セルを保護すると共に、充電量を制御することもできる。耐圧膜19は、PTFE等の高い圧力損失が生じる膜を用いることができる。   The safety valve 18 prevents a pressure exceeding a predetermined level from acting in the pipe. For example, the safety valve 18 is set to leak when an internal pressure of 50 kPa or more acts. The pressure-resistant film 19 functions so that the internal pressure of the unit cell falls within a predetermined range. For example, the pressure-resistant film 19 can be set to 10 to 20 kPa to protect the unit cell and control the charge amount. The pressure-resistant film 19 can be a film that causes a high pressure loss such as PTFE.

発電ユニットWとして、4つの単位セルU(燃料電池セル)が配置される。図2に示すように手前側に2つの単位セルUが配置され、奥側に2つの単位セルUが配置される。これらの単位セルUは、電気的に直列接続される。単位セルUの接続個数は使用目的等に応じて決めることができるものであり、本実施形態に限定されるものではない。各単位セルUのガス流路は配管20により直列接続されており、水素カートリッジ11が発生した水素ガスは、上流側から下流側の単位セルUへと順番に供給されることになる。最も下流側にある単位セルUに接続される配管21には、圧力調整弁22が設けられ、耐圧膜19と同様に、単位セルUの内圧が所定範囲となるように設定する。圧力調整弁22の下流側は、待機に開放された状態になる。なお、ガス流路については、直列接続でなくてもよく、並列接続や、直列接続と並列接続の組み合わせで構成してもよい。   As the power generation unit W, four unit cells U (fuel cell) are arranged. As shown in FIG. 2, two unit cells U are arranged on the front side, and two unit cells U are arranged on the back side. These unit cells U are electrically connected in series. The number of connected unit cells U can be determined according to the purpose of use and the like, and is not limited to the present embodiment. The gas flow paths of the unit cells U are connected in series by a pipe 20, and the hydrogen gas generated by the hydrogen cartridge 11 is sequentially supplied from the upstream side to the downstream unit cell U. The piping 21 connected to the unit cell U located on the most downstream side is provided with a pressure regulating valve 22 and is set so that the internal pressure of the unit cell U falls within a predetermined range, like the pressure-resistant film 19. The downstream side of the pressure regulating valve 22 is in a state of being opened for standby. In addition, about a gas flow path, it does not need to be connected in series and may be comprised in parallel connection or the combination of series connection and parallel connection.

回路基板23には、制御回路23a、昇圧回路23b、安定化回路23cなどが搭載される。制御回路23aは、圧力センサー17により検出された圧力値に基づいて、電気出力の大きさを制御する。昇圧回路23bは、単位セルUによる出力電圧を所定の電圧値にまで昇圧させて、携帯電話の電池を充電するのに適切な電圧となるようにする。安定化回路23cは、電気出力が安定した状態で供給できるように作用する。   On the circuit board 23, a control circuit 23a, a booster circuit 23b, a stabilization circuit 23c, and the like are mounted. The control circuit 23 a controls the magnitude of the electric output based on the pressure value detected by the pressure sensor 17. The booster circuit 23b boosts the output voltage of the unit cell U to a predetermined voltage value so that the voltage becomes appropriate for charging the battery of the mobile phone. The stabilization circuit 23c acts so that the electric output can be supplied in a stable state.

<配置構成>
次に、燃料電池F内の各部材の配置構成について説明する。図2及び図3に示す内部構成を配置空間に分けて考えると、図4に示すように大きく5つの配置空間S1〜S5に分割することができる。第1配置空間S1は、平面視で方形状(図例では長方形)であり、ここに、発電ユニットWが配置される。発電ユニットWを構成している単位セルUは平面視で矩形であるから、第1配置空間S1内に無駄なく収めることができる。
<Arrangement configuration>
Next, the arrangement configuration of each member in the fuel cell F will be described. If the internal configuration shown in FIGS. 2 and 3 is divided into arrangement spaces, it can be divided into five arrangement spaces S1 to S5 as shown in FIG. The first arrangement space S1 has a rectangular shape (rectangular in the illustrated example) in plan view, and the power generation unit W is arranged here. Since the unit cell U constituting the power generation unit W is rectangular in plan view, it can be accommodated in the first arrangement space S1 without waste.

第1配置空間S1に隣接して第2配置空間S2が設定されており、ここに水素カートリッジ11が配置される。第2配置空間S2も方形状であり、第1配置空間S1の第1辺L11と、第2配置空間の第1辺L21とがちょうど隣接する(あるいは一致する)関係にある。水素カートリッジ11は、全体的に細長い円筒形に形成されているから、第2配置空間S2内に無駄なスペースを生じさせることなく収容することができる。本実施形態では、水素カートリッジ11は円筒形であるが、これに限定されるものではなく、断面正方形の直方体等に形成してもよい。あるいは、断面が異形の棒状カートリッジとしてもよい。   A second placement space S2 is set adjacent to the first placement space S1, and the hydrogen cartridge 11 is placed here. The second arrangement space S2 is also rectangular, and the first side L11 of the first arrangement space S1 and the first side L21 of the second arrangement space are just adjacent (or coincident). Since the hydrogen cartridge 11 is formed in an elongated cylindrical shape as a whole, the hydrogen cartridge 11 can be accommodated without generating a useless space in the second arrangement space S2. In this embodiment, the hydrogen cartridge 11 has a cylindrical shape, but is not limited thereto, and may be formed in a rectangular parallelepiped having a square cross section. Or it is good also as a rod-shaped cartridge with an irregular cross section.

第3配置空間S3には、ユニット接続部13が配置され、第2配置空間S2の第2辺L22側に位置している。これにより、水素カートリッジ11の本体部110の一端側にネジ111を設けることで、ユニット接続部13へ容易に接続できる構造とすることができ、無駄なスペースを生じさせることなく、水素カートリッジ11の接続構造を設けることができる。   In the third arrangement space S3, the unit connection portion 13 is arranged and is located on the second side L22 side of the second arrangement space S2. Thus, by providing the screw 111 on one end side of the main body 110 of the hydrogen cartridge 11, a structure that can be easily connected to the unit connecting portion 13 can be obtained, and the waste of the hydrogen cartridge 11 can be reduced without creating a useless space. A connection structure can be provided.

第4配置空間S4には、接続配管部15が配置され、第1配置空間S1の第2辺L12側に位置している。第1配置空間S1の第2辺L12と、第2配置空間S2の第2辺L22は、ちょうど一直線あるいはほぼ直線上にあり、第3配置空間S3と第4配置空間S4も隣接して配置することができる。従って、ユニット接続部13から発電ユニットWへのガス配管を最短距離で配置することが可能であり、また、配管周辺に設けられる圧力センサー17や安全弁18などもまとめて配置することができる。   In the fourth arrangement space S4, the connection pipe portion 15 is arranged, and is located on the second side L12 side of the first arrangement space S1. The second side L12 of the first placement space S1 and the second side L22 of the second placement space S2 are exactly on a straight line or substantially a straight line, and the third placement space S3 and the fourth placement space S4 are also placed adjacent to each other. be able to. Therefore, it is possible to arrange the gas piping from the unit connection portion 13 to the power generation unit W at the shortest distance, and it is also possible to collectively arrange the pressure sensor 17 and the safety valve 18 provided around the piping.

第1配置空間S1の第2辺L12側には、更に第5配置空間S5が設けられ、ここに電源供給端子10が設けられる。第5配置空間S5は、第4配置空間S4に隣接している。以上のように、各部材の配置空間S1〜S5を設定することで、各部材を無駄なスペースを生じさせることなく効率よく配置することができる。   A fifth arrangement space S5 is further provided on the second side L12 side of the first arrangement space S1, and the power supply terminal 10 is provided there. The fifth arrangement space S5 is adjacent to the fourth arrangement space S4. As described above, by setting the arrangement spaces S1 to S5 of the respective members, the respective members can be efficiently arranged without causing a useless space.

<単位セルの構成>
次に、本発明に係る燃料電池Fに搭載される単位セルUの好適な実施形態を図面を用いて説明する。図5は、単位セルの一例を示す組み立て斜視図であり、図6は、図5に示す単位セルの縦断面図である。
<Configuration of unit cell>
Next, a preferred embodiment of the unit cell U mounted on the fuel cell F according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is an assembled perspective view showing an example of the unit cell, and FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the unit cell shown in FIG.

本発明の燃料電池セルは、図5〜図6に示すように、板状の固体高分子電解質1と、その固体高分子電解質1の一方側に配置されたカソード側電極板2と、他方側に配置されたアノード側電極板3とを備えるものである。また、これら電極板2,3のさらに外側には、カソード側金属板4とアノード側金属板5とが設けられる。本実施形態では、アノード側金属板5に、エッチングにより燃料の流路溝9が形成され、アノード側金属板5とカソード側金属板4の周縁部がエッチングにより他の部分より厚みを薄くしてある例を示す。   As shown in FIGS. 5 to 6, the fuel cell of the present invention includes a plate-shaped solid polymer electrolyte 1, a cathode-side electrode plate 2 disposed on one side of the solid polymer electrolyte 1, and the other side. And an anode-side electrode plate 3 disposed on the substrate. Further, a cathode side metal plate 4 and an anode side metal plate 5 are provided on the outer side of the electrode plates 2 and 3. In the present embodiment, a fuel flow channel 9 is formed in the anode side metal plate 5 by etching, and the peripheral portions of the anode side metal plate 5 and the cathode side metal plate 4 are made thinner than other portions by etching. Here is an example.

固体高分子電解質1としては、従来の固体高分子膜型電池に用いられるものであれば何れでもよいが、化学的安定性及び導電性の点から、超強酸であるスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなる陽イオン交換膜が好適に用いられる。このような陽イオン交換膜としては、ナフィオン(登録商標)が好適に用いられる。その他、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂からなる多孔質膜に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を含浸させたものや、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂からなる多孔質膜や不織布に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を担持させたものでもよい。固体高分子電解質1の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、イオン伝導機能、強度、ハンドリング性などを考慮すると、10〜300μmが使用可能であるが、25〜50μmが好ましい。   The solid polymer electrolyte 1 may be any solid polymer membrane battery as long as it is used in conventional solid polymer membrane batteries. From the viewpoint of chemical stability and conductivity, a perfluorocarbon having a sulfonic acid group which is a super strong acid. A cation exchange membrane made of a polymer is preferably used. Nafion (registered trademark) is preferably used as such a cation exchange membrane. In addition, for example, a porous film made of a fluororesin such as polytetrafluoroethylene impregnated with the above Nafion or other ion conductive material, a porous film made of a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene, or a non-woven fabric. A material carrying Nafion or another ion conductive material may be used. The thinner the solid polymer electrolyte 1 is, the more effective it is to make the whole thinner. However, in consideration of ion conduction function, strength, handling property, etc., 10 to 300 μm can be used, but 25 to 50 μm is preferable. .

電極板2,3(ガス拡散板)は、ガス拡散層としての機能を発揮して、燃料ガスや、酸化ガス及び水蒸気の供給・排出を行なうと同時に、集電の機能を発揮するものが使用できる。電極板2,3としては、同一又は異なるものが使用でき、その基材には電極触媒作用を有する触媒を担持させることが好ましい。触媒は、固体高分子電解質1と接する内面2b,3bに少なくとも担持させるのが好ましい。   Electrode plates 2 and 3 (gas diffusion plates) that function as gas diffusion layers are used to supply and discharge fuel gas, oxidant gas, and water vapor, and at the same time collect electricity it can. As the electrode plates 2 and 3, the same or different ones can be used, and it is preferable to support a catalyst having an electrode catalytic action on the base material. The catalyst is preferably supported at least on the inner surfaces 2 b and 3 b in contact with the solid polymer electrolyte 1.

電極基材としては、例えば、カーボンペーパー、カーボン繊維不織布などの繊維質カーボン、導電性高分子繊維の集合体などの電導性多孔質材が使用できる。一般に、電極板2,3は、このような電導性多孔質材にフッ素樹脂等の撥水性物質を添加して作製されるものであって、触媒を担持させる場合、白金微粒子などの触媒とフッ素樹脂等の撥水性物質とを混合し、これに溶媒を混合して、ペースト状或いはインク状とした後、これを固体高分子電解質膜と対向すべき電極基材の片面に塗布して形成される。   As the electrode base material, for example, conductive carbon materials such as carbon paper, fibrous carbon such as carbon fiber nonwoven fabric, and aggregates of conductive polymer fibers can be used. In general, the electrode plates 2 and 3 are prepared by adding a water-repellent substance such as a fluororesin to such a conductive porous material. When the catalyst is supported, a catalyst such as platinum fine particles and fluorine It is formed by mixing a water-repellent substance such as a resin, mixing it with a solvent to form a paste or ink, and then applying this to one side of an electrode substrate that should face the solid polymer electrolyte membrane. The

一般に、電極板2,3や固体高分子電解質1は、燃料電池に供給される還元ガスと酸化ガスに応じた設計がなされる。本発明では、酸化ガスとして空気が用いられると共に、還元ガスとして水素ガスを用いるのが好ましい。また、還元ガスの代わりに、メタノールやジメチルエーテル等を用いることもできる。   In general, the electrode plates 2 and 3 and the solid polymer electrolyte 1 are designed according to the reducing gas and the oxidizing gas supplied to the fuel cell. In the present invention, it is preferable to use air as the oxidizing gas and hydrogen gas as the reducing gas. In addition, methanol, dimethyl ether, or the like can be used instead of the reducing gas.

例えば、水素ガスと空気を使用する場合、空気が自然供給される側のカソード側電極2では、酸素と水素イオンの反応が生じて水が生成するため、かかる電極反応に応じた設計をするのが好ましい。特に、低作動温度、高電流密度及び高ガス利用率の運転条件では、特に水が生成する空気極において水蒸気の凝縮による電極多孔体の閉塞(フラッディング)現象が起こりやすい。したがって、長期にわたって燃料電池の安定な特性を得るためには、フラッディング現象が起こらないように電極の撥水性を確保することが有効である。   For example, when hydrogen gas and air are used, the cathode side electrode 2 on the side where the air is naturally supplied causes a reaction between oxygen and hydrogen ions, so that water is generated. Is preferred. In particular, under the operating conditions of low operating temperature, high current density, and high gas utilization rate, the electrode porous body is likely to be clogged (flooded) due to the condensation of water vapor, particularly at the air electrode where water is generated. Therefore, in order to obtain stable characteristics of the fuel cell over a long period of time, it is effective to ensure the water repellency of the electrode so that the flooding phenomenon does not occur.

触媒としては、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、銀、ニッケル、鉄、銅、コバルト及びモリブデンから選ばれる少なくとも1種の金属か、又はその酸化物が使用でき、これらの触媒をカーボンブラック等に予め担持させたものも使用できる。   As the catalyst, at least one metal selected from platinum, palladium, ruthenium, rhodium, silver, nickel, iron, copper, cobalt and molybdenum, or an oxide thereof can be used. A supported one can also be used.

電極板2,3の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、電極反応、強度、ハンドリング性などを考慮すると、50〜500μmが好ましい。電極板2,3と固体高分子電解質1とは、予め接着、融着等を行って積層一体化しておいてもよいが、単に積層配置されているだけでもよい。このような積層体は、薄膜電極組立体(Membrane Electrode Assembly:MEA)として入手することもでき、これを使用してもよい。   The thickness of the electrode plates 2 and 3 is more effective for reducing the overall thickness as the thickness is reduced, but is preferably 50 to 500 μm in view of electrode reaction, strength, handling properties, and the like. The electrode plates 2 and 3 and the solid polymer electrolyte 1 may be laminated and integrated in advance by adhesion, fusion, or the like, or may simply be arranged in a stacked manner. Such a laminated body can also be obtained as a thin film electrode assembly (MEA), and may be used.

カソード側電極板2の表面にはカソード側金属板4が配置され、アノード側電極板3の表面にはアノード側金属板5が配置される。アノード側金属板5には燃料の注入口5c及び排出口5dが設けられ、更に本実施形態では、アノード側金属板5に流路溝9が設けられている。   A cathode side metal plate 4 is disposed on the surface of the cathode side electrode plate 2, and an anode side metal plate 5 is disposed on the surface of the anode side electrode plate 3. The anode side metal plate 5 is provided with a fuel inlet 5c and a discharge port 5d, and further, in the present embodiment, a flow channel 9 is provided in the anode side metal plate 5.

カソード側金属板4には、空気中の酸素を供給するための多数の開口孔4cが設けられている。開口孔4cは、カソード側電極板2が露出可能であれば、その個数、形状、大きさ、形成位置などは何れでもよい。但し、空気中の酸素の供給効率と、カソード側電極板2からの集電効果などを考慮すると、開口孔4cの面積はカソード側電極板2の面積の10〜50%であるのが好ましく、特に20〜40%であるのが好ましい。カソード側金属板4の開口孔4cは、例えば、規則的又はランダムに複数の円孔やスリット等を設けたり、または金属メッシュによって開口孔を設けてもよい。   The cathode side metal plate 4 is provided with a large number of opening holes 4c for supplying oxygen in the air. As long as the cathode side electrode plate 2 can be exposed, the number, shape, size, formation position, and the like of the opening holes 4c may be any. However, in consideration of the supply efficiency of oxygen in the air and the current collection effect from the cathode side electrode plate 2, the area of the opening 4c is preferably 10 to 50% of the area of the cathode side electrode plate 2, In particular, 20 to 40% is preferable. The opening hole 4c of the cathode side metal plate 4 may be provided with a plurality of circular holes, slits, or the like regularly or randomly, or may be provided with a metal mesh.

金属板4,5としては、電極反応に悪影響がないものであれば何れの金属も使用でき、例えばステンレス板、ニッケル、銅、銅合金などが挙げられる。但し、伸び、重量、弾性率、強度、耐腐食性、プレス加工性、エッチング加工性などの観点から、ステンレス板、ニッケルなどが好ましい。   As the metal plates 4 and 5, any metal can be used as long as it does not adversely affect the electrode reaction, and examples thereof include stainless steel plates, nickel, copper, and copper alloys. However, from the viewpoint of elongation, weight, elastic modulus, strength, corrosion resistance, press workability, etching workability and the like, a stainless steel plate, nickel and the like are preferable.

アノード側金属板5に設けられる流路溝9は、電極板3との接触により水素ガス等の流路が形成できるものであれば何れの平面形状や断面形状でもよい。但し、流路密度、積層時の積層密度、屈曲性などを考慮すると、金属板5の一辺に平行な縦溝9aと垂直な横溝9bを主に形成するのが好ましい。本実施形態では、複数本(図示した例では3本)の縦溝9aが横溝9bに直列接続されるようにして、流路密度と流路長のバランスを取っている。   The channel groove 9 provided in the anode side metal plate 5 may have any planar shape or cross-sectional shape as long as a channel for hydrogen gas or the like can be formed by contact with the electrode plate 3. However, in consideration of the channel density, the lamination density at the time of lamination, the flexibility, etc., it is preferable to mainly form the vertical groove 9a parallel to one side of the metal plate 5 and the vertical groove 9b. In this embodiment, a plurality of (three in the illustrated example) vertical grooves 9a are connected in series to the horizontal grooves 9b to balance the flow path density and the flow path length.

なお、このような金属板5の流路溝9の一部(例えば横溝9b)を電極板3の外面に形成してもよい。電極板3の外面に流路溝を形成する方法としては、加熱プレスや切削などの機械的な方法でもよいが、微細加工を好適に行う上で、レーザ照射によって溝加工を行うことが好ましい。レーザ照射を行う観点からも、電極板2,3の基材としては、繊維質カーボンの集合体が好ましい。   A part of the channel groove 9 (for example, the lateral groove 9b) of the metal plate 5 may be formed on the outer surface of the electrode plate 3. As a method of forming the flow channel groove on the outer surface of the electrode plate 3, a mechanical method such as heating press or cutting may be used. However, it is preferable to perform groove processing by laser irradiation in order to perform fine processing suitably. From the viewpoint of performing laser irradiation, the base material for the electrode plates 2 and 3 is preferably an aggregate of fibrous carbon.

金属板5の流路溝9に連通する注入口5c及び排出口5dは、それぞれ1個又は複数を形成することができる。なお、金属板4,5の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、強度、伸び、重量、弾性率、ハンドリング性などを考慮すると、0.1〜1mmが好ましい。金属板5に流路溝9を形成する方法としては、加工の精度や容易性から、エッチングが好ましい。エッチングによる流路溝9では、幅0.1〜10mm、深さ0.05〜1mmが好ましい。また、流路溝9の断面形状は、略四角形、略台形、略半円形、V字形などが好ましい。   One or a plurality of inlets 5c and outlets 5d communicating with the channel groove 9 of the metal plate 5 can be formed. In addition, although the thickness of the metal plates 4 and 5 is more effective for reducing the overall thickness as the thickness is reduced, 0.1 to 1 mm is preferable in consideration of strength, elongation, weight, elastic modulus, handling property, and the like. Etching is preferable as a method of forming the flow channel 9 in the metal plate 5 in view of processing accuracy and ease. In the channel groove 9 by etching, a width of 0.1 to 10 mm and a depth of 0.05 to 1 mm are preferable. The cross-sectional shape of the channel groove 9 is preferably substantially square, substantially trapezoidal, substantially semicircular, V-shaped or the like.

金属板4への開口孔4cの形成、金属板4,5の周辺部の薄肉化、金属板5への注入口5c等の形成についても、エッチングを利用するのが好ましい。エッチングは、例えばドライフィルムレジストなどを用いて、金属表面に所定形状のエッチングレジストを形成した後、金属板4,5の種類に応じたエッチング液を用いて行うことが可能である。また、2種以上の金属の積層板を用いて、金属ごとに選択的にエッチングを行うことで、流路溝9の断面形状をより高精度に制御することができる。   Etching is also preferably used for forming the opening hole 4 c in the metal plate 4, thinning the peripheral portion of the metal plates 4, 5, and forming the inlet 5 c to the metal plate 5. Etching can be performed using, for example, a dry film resist or the like, after forming an etching resist having a predetermined shape on the metal surface, and then using an etching solution corresponding to the type of the metal plates 4 and 5. Moreover, the cross-sectional shape of the flow-path groove | channel 9 can be controlled more precisely by performing a selective etching for every metal using the laminated board of 2 or more types of metals.

図6に示す実施形態は、金属板4,5のカシメ部(周辺部)をエッチングにより厚みを薄くした例である。このように、カシメ部をエッチングして適切な厚さにすることで、カシメによる封止をより容易に行うことができる。この観点から、カシメ部の厚みとしては、0.05〜0.3mmが好ましい。   The embodiment shown in FIG. 6 is an example in which the caulking portions (peripheral portions) of the metal plates 4 and 5 are thinned by etching. In this way, the caulking portion is etched to have an appropriate thickness, whereby sealing by caulking can be performed more easily. From this viewpoint, the thickness of the crimped portion is preferably 0.05 to 0.3 mm.

本発明では、金属板4,5の周縁は、電気的に絶縁した状態でカシメ(プレス曲げ加工に相当)により封止されている。電気的な絶縁は、絶縁材料6や固体高分子電解質1の周縁部、又はその両者を介在させることで行うことができる。本発明では、カシメを行う際、図6に示すように、金属板4,5の周縁によって固体高分子電解質1を挟持する構造が好ましく、絶縁材料6を介在させつつ固体高分子電解質1を挟持する構造がより好ましい。このような構造によると、電極板2,3の一方から他方へのガス等の流入を効果的に防止することができる。絶縁材料6の厚みとしては、薄型化の観点から、0.1mm以下が好ましい。なお、絶縁材料をコーティングすることにより、更なる薄型化が可能である(例えば絶縁材料6の厚み1μmも可能)。   In the present invention, the peripheral edges of the metal plates 4 and 5 are sealed by caulking (corresponding to press bending) in an electrically insulated state. Electrical insulation can be performed by interposing the insulating material 6, the peripheral edge of the solid polymer electrolyte 1, or both. In the present invention, when caulking, a structure in which the solid polymer electrolyte 1 is sandwiched between the peripheral edges of the metal plates 4 and 5 as shown in FIG. 6 is preferable, and the solid polymer electrolyte 1 is sandwiched with the insulating material 6 interposed. More preferable is the structure. According to such a structure, inflow of gas or the like from one of the electrode plates 2 and 3 to the other can be effectively prevented. The thickness of the insulating material 6 is preferably 0.1 mm or less from the viewpoint of thinning. In addition, it is possible to further reduce the thickness by coating the insulating material (for example, the insulating material 6 can have a thickness of 1 μm).

絶縁材料6としては、シート状の樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマー、セラミックスなどが使用できるが、シール性を高める上で、樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマーなどが好ましく、特にポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、フッ素樹脂、ポリイミドが好ましい。絶縁材料6は、金属板4,5の周縁に直接あるいは粘着剤を介して貼着したり、塗布したりして、予め金属板4,5に一体化しておくことも可能である。   As the insulating material 6, a sheet-like resin, rubber, thermoplastic elastomer, ceramics, and the like can be used. However, in order to improve the sealing performance, resin, rubber, thermoplastic elastomer, and the like are preferable, and in particular, polypropylene, polyethylene, polyester, fluorine Resin and polyimide are preferable. The insulating material 6 can be integrated with the metal plates 4 and 5 in advance by sticking or coating the peripheral edges of the metal plates 4 and 5 directly or via an adhesive.

カシメ構造としては、シール性や製造の容易性、厚み等の観点から図5に示すものが好ましい。つまり、一方の金属板5の周縁領域5aを他方の周縁領域4aより大きくしておき、絶縁材料6を介在させつつ、一方の金属板5の周縁領域5aを他方の金属板4の周縁領域4aを挟圧するように折り返したカシメ構造が好ましい。このカシメ構造では、プレス加工等によって、金属板4の周縁領域4aに段差を設けておくのが好ましい。このようなカシメ構造自体は金属加工として公知であり、公知のカシメ装置によって、それを形成することができる。   As the caulking structure, the structure shown in FIG. 5 is preferable from the viewpoint of sealing performance, ease of manufacture, thickness, and the like. That is, the peripheral region 5a of one metal plate 5 is made larger than the peripheral region 4a of the other, and the peripheral region 5a of one metal plate 5 is replaced with the peripheral region 4a of the other metal plate 4 while the insulating material 6 is interposed. A caulking structure that is folded back so as to sandwich pressure is preferable. In this caulking structure, it is preferable to provide a step in the peripheral region 4a of the metal plate 4 by pressing or the like. Such a caulking structure itself is known as metal processing, and can be formed by a known caulking device.

図6には、注入口5cにジョイント用の金属製ピン5eが金属板5に対して取り付けられている。この取り付けは、カシメや圧入により行うことができる。このピン5eに対して、金属パイプ10を圧入して取り付けることができる。この金属パイプ10に対して更に樹脂性パイプ11挿入することで、ガス供給流路を形成することができる(図5(b)の分解斜視図も参照)。排出口5dについても、同じ構成を採用することができる。   In FIG. 6, a metal pin 5 e for joint is attached to the metal plate 5 at the inlet 5 c. This attachment can be performed by caulking or press fitting. The metal pipe 10 can be press-fitted and attached to the pin 5e. A gas supply flow path can be formed by further inserting the resin pipe 11 into the metal pipe 10 (see also the exploded perspective view of FIG. 5B). The same configuration can be adopted for the outlet 5d.

また、図6に示すように、金属板4,5には、突出部4f,5fが形成されており、これら突出部4f,5fの内側に形成される空間には、電極板2,3が収容される。突出部4f,5fは、金属板4,5を絞り加工(打ち出し加工)することで形成することができる。   Further, as shown in FIG. 6, the metal plates 4 and 5 are formed with protrusions 4f and 5f. In the space formed inside these protrusions 4f and 5f, the electrode plates 2 and 3 are provided. Be contained. The protrusions 4f and 5f can be formed by drawing (punching) the metal plates 4 and 5.

<発電ユニットの構成>
次に、発電ユニットWの構成について説明する。単位セルUを支持するための支持基板30が2枚設けられており、各支持基板30にはそれぞれ2枚ずつの単位セルUが搭載される。いずれの単位セルUもカソード側に形成された多数の開口孔4cが外観表面側を向くように支持基板30に支持される。図1に示すように、燃料電池Fの外観ケースには、開口窓12が形成されており、この開口窓12が形成される領域と開口孔4cが配置される領域とは対応している。
<Configuration of power generation unit>
Next, the configuration of the power generation unit W will be described. Two support substrates 30 for supporting the unit cells U are provided, and two unit cells U are mounted on each support substrate 30. Each unit cell U is supported by the support substrate 30 such that a large number of opening holes 4c formed on the cathode side face the outer surface side. As shown in FIG. 1, an opening window 12 is formed in the outer case of the fuel cell F, and a region where the opening window 12 is formed corresponds to a region where the opening hole 4c is arranged.

単位セルUを支持基板30に結合するためのコネクタ35について説明する。コネクタ35は、枠状押圧部35bを備えており、その中央部には矩形の開口窓35aが形成されている。この開口窓35aにより、カソード側金属板4に形成された多数の開口孔4cが露出する。枠状押圧部35bは、金属板4を支持基板30の基板面の方向へ押圧する機能を有し、金属板4の外周領域を押圧する。枠状押圧部35bは、金属板4の突出部4f(図6参照)の周囲を押圧するようにしている。これにより、金属板4,5、電極板2,3、固体高分子電解質1の間にも適切な押圧力が作用し、これら部材間の接触を良好に保つようにしている。これにより、摩擦抵抗を減らすことができ、効率よく電気出力を取り出すことができる。   A connector 35 for coupling the unit cell U to the support substrate 30 will be described. The connector 35 includes a frame-shaped pressing portion 35b, and a rectangular opening window 35a is formed at the center thereof. A large number of opening holes 4 c formed in the cathode side metal plate 4 are exposed by the opening window 35 a. The frame-shaped pressing portion 35 b has a function of pressing the metal plate 4 in the direction of the substrate surface of the support substrate 30 and presses the outer peripheral region of the metal plate 4. The frame-shaped pressing portion 35b presses the periphery of the protruding portion 4f (see FIG. 6) of the metal plate 4. As a result, an appropriate pressing force acts between the metal plates 4 and 5, the electrode plates 2 and 3, and the solid polymer electrolyte 1 so that the contact between these members is kept good. Thereby, frictional resistance can be reduced and an electrical output can be taken out efficiently.

枠状押圧部35bの両側には、一対の脚部35cが一体的に形成されており、支持基板30に形成されるカソード電極パターンと接続される。また、枠状押圧部35bの四隅において、ネジ36により支持基板30にコネクタ35が結合されるように構成される。すなわち、コネクタ35には枠周囲に沿って雌ネジ35dが形成されており、ネジ36はこの雌ネジ35dに螺合するように構成され、これにより、コネクタ35を支持基板30に引き付けるようにして結合する。従って、単位セルUはコネクタ35により支持基板30に対して挟持される形で結合され、機械的及び電気的に接続される。   A pair of leg portions 35 c are integrally formed on both sides of the frame-shaped pressing portion 35 b and are connected to the cathode electrode pattern formed on the support substrate 30. Further, the connector 35 is configured to be coupled to the support substrate 30 by screws 36 at the four corners of the frame-shaped pressing portion 35b. That is, the connector 35 is formed with a female screw 35d along the periphery of the frame, and the screw 36 is configured to be screwed into the female screw 35d, thereby attracting the connector 35 to the support substrate 30. Join. Accordingly, the unit cells U are coupled to the support substrate 30 by the connector 35 so as to be mechanically and electrically connected.

コネクタ35の脚部35cの高さは、接続すべき単位セルUの高さ寸法を考慮して決めることができる。すなわち、適度の押圧力で単位セルUを支持基板30に押圧するように設定される。また、脚部35cを設けることで、コネクタ35としての強度を確保することができる。   The height of the leg portion 35c of the connector 35 can be determined in consideration of the height dimension of the unit cell U to be connected. That is, the unit cell U is set to be pressed against the support substrate 30 with an appropriate pressing force. Moreover, the strength as the connector 35 can be ensured by providing the leg portion 35c.

コネクタ35は、真鍮等の金属プレートを曲げ加工することで製造することができ、必要に応じて接触抵抗を減らすためのメッキ処理が施される。コネクタ35の厚みは0.5mm程度であり、単位セルUを含めた全体の厚みが大きくならないようにしている。なお、厚み寸法は、単位セルUの大きさに応じて設定できるものである。   The connector 35 can be manufactured by bending a metal plate such as brass, and is subjected to a plating process to reduce contact resistance as necessary. The thickness of the connector 35 is about 0.5 mm so that the entire thickness including the unit cell U does not increase. The thickness dimension can be set according to the size of the unit cell U.

図示はしないが、支持基板30には、カソード電極パターン(+)とアノード電極パターン(−)が形成されている。カソード電極パターン(+)には、コネクタ35の脚部35cが接触する。これにより、カソード側金属板4とカソード電極パターンとが電気的に接続される。ネジ36によりコネクタ35を結合しているため、パターンとの電気的接触を確実に確保することができる。なお、コネクタ35と支持基板30の結合は、上記に限定されるものではなく、ボルト・ナットやハンダ付けにより行なってもよい。   Although not shown, the support substrate 30 is formed with a cathode electrode pattern (+) and an anode electrode pattern (−). The leg part 35c of the connector 35 contacts the cathode electrode pattern (+). Thereby, the cathode side metal plate 4 and the cathode electrode pattern are electrically connected. Since the connector 35 is coupled by the screw 36, it is possible to ensure electrical contact with the pattern. The connection between the connector 35 and the support substrate 30 is not limited to the above, and may be performed by bolts / nuts or soldering.

また、2枚の支持基板30の間には、前述の回路基板23が配置される。これらの基板をユニット化するために、支柱37、ボルト38、ナット39が設けられる。これにより、基板をユニット化することができ、第1配置空間S1内に発電ユニットWを効率よく配置することができる。2つの支持基板30に配置される単位セルU間の電気的接続は、リード線により行なってもよいし、支柱37を利用して電気的接続を行なうようにしてもよい。   Further, the circuit board 23 described above is disposed between the two support boards 30. In order to unitize these substrates, columns 37, bolts 38, and nuts 39 are provided. Thereby, a board | substrate can be unitized and the electric power generation unit W can be efficiently arrange | positioned in 1st arrangement | positioning space S1. The electrical connection between the unit cells U arranged on the two support substrates 30 may be made by a lead wire, or may be made by using the support column 37.

<別実施形態>
燃料電池Fの実施形態を説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく種々の変形例や応用例が可能である。支持基板30の枚数について2枚の構成例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、1枚あるいは3枚以上の支持基板30により構成してもよい。また、1枚の支持基板30に搭載される単位セルUの数についても、特に限定されるものではなく、任意の個数を載せることができる。燃料電池Fが使用される機器に応じて、単位セルUの個数を決めることができる。また、単位セルUの大きさについても、適宜決めることができる。
<Another embodiment>
Although the embodiment of the fuel cell F has been described, the present invention is not limited to such an embodiment, and various modifications and application examples are possible. Although an example of the configuration of two support substrates 30 has been described, the present invention is not limited to this. For example, one or three or more support substrates 30 may be used. Further, the number of unit cells U mounted on one support substrate 30 is not particularly limited, and an arbitrary number can be mounted. The number of unit cells U can be determined according to the device in which the fuel cell F is used. Further, the size of the unit cell U can be determined as appropriate.

本発明に係る燃料電池Fが使用される機器については、携帯電話に特に好適ではあるが、これに限定されるものではなく、種々の機器に対して着脱自在に使用することができる。また、燃料電池Fの使用目的も、機器の主電源として使用しても良いし、機器に使用される二次電池を充電する目的で使用してもよい。また、燃料電池Fを機器に着脱する場合、直接機器(機器の外部に露出した端子)に装着するのではなく、接続コードを介して機器に接続する場合も、本発明に含まれるものである。また、電源供給端子21としてUSB端子を例示したように、機器に対して着脱自在な形で提供することが好ましい。例えば、USB端子に着脱自在に装着可能なメモリと同じような使い勝手とすることが好ましい。   The device using the fuel cell F according to the present invention is particularly suitable for a mobile phone, but is not limited to this, and can be used detachably with respect to various devices. Moreover, the usage purpose of the fuel cell F may be used as a main power source of the device, or may be used for the purpose of charging a secondary battery used in the device. Further, when the fuel cell F is attached to or detached from the device, the case where the fuel cell F is connected to the device via a connection cord instead of being directly attached to the device (terminal exposed to the outside of the device) is also included in the present invention. . Further, as exemplified by the USB terminal as the power supply terminal 21, it is preferable to provide the power supply terminal 21 so as to be detachable from the device. For example, it is preferable to have the same usability as a memory that can be detachably attached to a USB terminal.

携帯電話と燃料電池からなる電源供給システムの構成を示す図The figure which shows the constitution of the power supply system which consists of the portable telephone and the fuel cell 燃料電池の内部構成を示す斜視図The perspective view which shows the internal structure of a fuel cell 燃料電池の内部構成を示す概念図Conceptual diagram showing the internal structure of the fuel cell 配置空間を説明する図Diagram explaining the layout space 本発明の燃料電池セルの一例を示す縦断面図The longitudinal cross-sectional view which shows an example of the fuel battery cell of this invention 要部の構成を示す分解斜視図Exploded perspective view showing the configuration of the main part 発電ユニットの構成例を示す図The figure which shows the example of composition of the power generation unit

符号の説明Explanation of symbols

1 固体高分子電解質
2 カソード側電極板
3 アノード側電極板
4 カソード側金属板
4c 開口孔
5 アノード側金属板
10 電源供給端子
11 水素カートリッジ
13 ユニット接続部
15 接続配管部
23 回路基板
30 支持基板
35 コネクタ
W 発電ユニット
F 燃料電池
U 単位セル
S1〜S5 配置空間
L11,L21 第1辺
L21、L22 第2辺
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid polymer electrolyte 2 Cathode side electrode plate 3 Anode side electrode plate 4 Cathode side metal plate 4c Opening hole 5 Anode side metal plate 10 Power supply terminal 11 Hydrogen cartridge 13 Unit connection part 15 Connection piping part 23 Circuit board 30 Support board 35 Connector W Power generation unit F Fuel cell U Unit cell S1 to S5 Arrangement space L11, L21 First side L21, L22 Second side

Claims (5)

発電用に設けられた少なくとも1つの単位セルを備えた発電ユニットと、
この単位セルに供給する燃料ガスを発生する燃料ガス発生ユニットと、
燃料ガス発生ユニットを着脱自在に接続するためのユニット接続部と、
燃料ガス発生ユニットにより発生した燃料ガスをユニット接続部から発電ユニットへと供給するためのガス配管部とを備え、
発電ユニットが配置される方形状の第1配置空間の第1辺に隣接して、燃料ガス発生ユニットが配置される方形状の第2配置空間の第1辺を隣接させ、第1配置空間の第1辺に直交する第2辺の側、及び、第2配置空間の第1辺に直交する第2辺の側に形成される配置空間に、それぞれ、前記ガス配管部と前記ユニット接続部を配置したことを特徴とする燃料電池。
A power generation unit comprising at least one unit cell provided for power generation;
A fuel gas generation unit for generating fuel gas to be supplied to the unit cell;
A unit connecting part for detachably connecting the fuel gas generating unit;
A gas pipe for supplying the fuel gas generated by the fuel gas generation unit from the unit connection to the power generation unit;
Adjacent to the first side of the rectangular first arrangement space in which the power generation unit is arranged, the first side of the square second arrangement space in which the fuel gas generating unit is arranged is adjacent to the first arrangement space. The gas pipe part and the unit connection part are respectively disposed in a second side perpendicular to the first side and a placement space formed on the second side perpendicular to the first side of the second placement space. A fuel cell characterized by being arranged.
燃料ガス発生ユニットは、
円筒形の本体部と、
本体部の一端側に設けられ、ユニット接続部に連結される連結部と、
本体部の内部に設けられ、水と反応することで燃料ガスを発生するガス反応部と、
本体部の他端側に設けられ、ガス反応部に供給する水が収容される水収容部と、
水収容部内の水を供給方向に付勢する付勢手段とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
The fuel gas generation unit
A cylindrical body,
A connecting portion provided on one end side of the main body portion and connected to the unit connecting portion;
A gas reaction part that is provided inside the main body part and generates fuel gas by reacting with water;
A water storage section provided on the other end of the main body section, in which water supplied to the gas reaction section is stored;
The fuel cell according to claim 1, further comprising: an urging unit that urges water in the water storage portion in a supply direction.
水収容部を構成するケース部材には、本体部の他端側に螺合されるネジが形成され、ネジによる螺合の程度により水の供給量が調整可能に構成されていることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池。   The case member constituting the water storage portion is formed with a screw that is screwed to the other end of the main body, and is configured such that the amount of water supply can be adjusted depending on the degree of screwing by the screw. The fuel cell according to claim 2. 単位セルは、板状の固体高分子電解質と、その両側に配置されるカソード側電極板及びアノード側電極板と、これら電極板の更に外側に配置されるカソード側金属板及びアノード側金属板と、カソード側金属板に多数形成される空気を取り込むための開口孔とを有し、
単位セルの開口孔が外観表面側を向くように支持基板に搭載すると共に、支持基板の裏面側に回路基板を配置したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池。
The unit cell includes a plate-shaped solid polymer electrolyte, a cathode-side electrode plate and an anode-side electrode plate disposed on both sides thereof, and a cathode-side metal plate and an anode-side metal plate disposed further outside these electrode plates. And an opening hole for taking in a large number of air formed in the cathode side metal plate,
The fuel according to any one of claims 1 to 3, wherein the unit cell is mounted on the support substrate so that the opening of the unit cell faces the exterior surface side, and the circuit substrate is disposed on the back surface side of the support substrate. battery.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池と、この燃料電池により電源供給を受ける機器とから構成される電源供給システム。   The power supply system comprised from the fuel cell of any one of Claims 1-4, and the apparatus which receives power supply by this fuel cell.
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