JP2009146597A

JP2009146597A - 燃料電池

Info

Publication number: JP2009146597A
Application number: JP2007319711A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Sugimoto; 正和杉本; Masaya Yano; 雅也矢野; Taiichi Sugita; 泰一杉田
Original assignee: Aquafairy Corp
Current assignee: Aquafairy Corp
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2009-07-02

Abstract

【課題】燃料電池を構成する各部を効率よく配置することで小型化を実現し、モバイル機器用に相応しい燃料電池を提供する。
【解決手段】水素ガスが供給されて発電を行なう発電セルＣを複数個保持するセル保持体６と、水を収容する水収容部Ｂ１と、水と反応して水素ガスを発生する燃料を収容する燃料収容部Ｂ２と、水を燃料収容部Ｂ２内へ供給する反応液供給路と、水の供給を制御するために、水供給路の開閉を行なうバルブ２４と、燃料収容部Ｂ２内で発生した水素ガスを発電セル側へ供給するガス供給路と、発電セルＣの出力電圧を昇圧する昇圧回路、バルブ２４を制御する制御回路を含む回路部５１と、を備え、セル保持体６、水収容部Ｂ１、燃料収容部Ｂ２の順に長軸状に並べて配置すると共に、セル保持体６を筒状枠体に形成し、その内部にバルブ２４と回路部５１を収容し、更に、セル保持体６の一端側に水収容部Ｂ１を配置し、他端側に電源供給端子３を配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電セル、この発電セルを保持するセル保持体、反応液収容部、燃料収容部等を備えた燃料電池に関し、特に燃料電池を構成する各部の配置構造の改良に関するものである。

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、これらのモバイル機器の高機能化に伴い、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。携帯性あるいは小型化した燃料電池として、本出願人による下記特許文献１により公知である。この燃料電池は、本体部の外観を形成し、少なくとも異方向に臨ませてなる壁面部から構成される本体部ケースと、壁面部に沿って配置される支持基板と、この支持基板に搭載される発電用の単位セル（発電セル）と、この発電セルに供給する水素ガス等の燃料ガスを発生する燃料ガス発生部とを備えている。
実用新案登録３１１４１４８号公報

燃料電池を構成するためには、発電セルや燃料ガス発生部などの各部を効率よく配置する必要がある。特にモバイル機器に対して使用するためには、燃料電池そのものも携帯性がよく、小型化を実現できるような配置構造が求められる。

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部を効率よく配置することで小型化を実現し、モバイル機器用に相応しい燃料電池を提供することである。

上記課題を解決するため本発明に係る燃料電池は、
燃料ガスが供給されることで発電を行なう発電セルと、
この発電セルを複数個保持することが可能なセル保持体と、
反応液を収容する反応液収容部と、
反応液と反応して燃料ガスを発生するガス発生剤を収容する燃料収容部と、
反応液収容部内の反応液を燃料収容部内へ供給するための反応液供給路と、
反応液の供給を制御するために、反応液供給路の開閉を行なう開閉制御機構と、
燃料収容部内において発生した燃料ガスを発電セル側へ供給するためのガス供給路と、
複数の発電セルからの出力電圧を昇圧する昇圧回路、開閉制御機構を制御するための制御回路を含む回路部と、を備え、
セル保持体、反応液収容部、燃料収容部を長軸状に並べて配置すると共に、セル保持体を筒状枠体に形成し、その内部空間に前記回路部の一部もしくは全部を収容し、更に、セル保持体の一端側に反応液収容部を配置し、他端側に外部機器と接続される電源供給部を配置したことを特徴とするものである。

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、発電セルを複数個備えており、燃料ガスの供給を受けることで発電し電気出力を取り出すことができる。燃料ガスを発生するために、反応液収容部や燃料収容部が設けられており、反応液収容部に収容されている反応液を燃料収容部に供給すると、ガス発生剤と反応液が反応して燃料ガスが発生する。この燃料ガスが発電セルに供給されることで、発電セルが発電するようになっている。

ここで、発電セルを保持するセル保持体、反応液収容部、燃料収容部を長軸状に並べて配置している。なお、セル保持体、反応液収容部、燃料収容部を並べる順番は、長軸状に並べるのであれば、この順序でなくてもよい。このように配置することで、反応液や燃料ガスの流路を効率よく短い距離で配置することができ、また、長軸状に配置することで取り扱いも行いやすく小型化を実現することができる。また、セル保持体を筒状枠体に形成することで、その内部空間を、回路部などを収容する空間として利用し、小型化に寄与した配置構成とすることができる。更に、セル保持体の一端側に反応液収容部を配置し、他端側に外部機器と接続される電源供給部を配置する。かかる構成により、電源供給部と回路部との接続も容易に行なうことができ、また、発電セルをセル保持体の外側にバランスよく配置することができる。その結果、燃料電池を構成する各部を効率よく配置することで小型化を実現し、モバイル機器用に相応しい燃料電池を提供することができる。

本発明において、前記セル保持体、前記反応液収容部、前記燃料収容部をこの順番に配置すると共に、前記開閉制御機構の一部もしくは全部を前記内部空間に収容することが好ましい。

この構成によると、セル保持体の次に反応液収容部が配置される。開閉制御機構は、反応液収容部の近傍に配置することが好ましいが、セル保持体に隣接して反応液収容部を配置することで、開閉制御機構をセル保持体の内部空間に収容しつつ、かつ、反応液収容部との連結も容易に行なうことができる。

本発明において、前記反応液収容部は、
反応液排出口を有する変形可能な反応液収容部材と、
反応液が排出する方向に付勢力を付与する反応液付勢手段と、
反応液排出口に栓をするゴム栓と、を有し、
前記開閉制御機構に備えられている反応液供給パイプを前記ゴム栓に突き刺すことにより、開閉制御機構と反応液収容部を連通させるように構成することが好ましい。

この構成によると、反応液は、変形可能な反応液収容部材に収容され、反応液付勢手段により反応液が排出される方向に付勢されている。反応液排出口にはゴム栓がされており、開閉制御機構に備えられている反応液供給パイプをゴム栓に突き刺すことで、開閉制御機構と反応液収容部が連通する。従って、開閉制御機構により流路を開状態に設定すると、反応液付勢手段の付勢力により、反応液を排出させることができる。

本発明に係る前記燃料収容部は、
ガス発生剤を収容する第１内部本体ケースと、この第１内部本体ケースへ反応液を導入するための反応液導入口と、不純物除去剤を収容する第２内部本体ケースと、第１内部本体ケース内で発生した燃料ガスを第２内部本体ケースへと導くガス導入手段と、第２内部本体ケース内で不純物が除去された燃料ガスを第２内部本体ケース外へ排出するためのガス排出口と、第１内部本体ケースと第２内部本体ケースとをその周囲に隙間を形成した状態で収容するための外部本体ケースと、を備え、
前記ガス排出口から排出した燃料ガスを前記隙間を経由して前記ガス供給路へと導くように構成することが好ましい。

この構成によると、反応液収容部から排出された反応液は、第１内部本体ケース内へ導入される。第１内部本体ケースに収容されているガス発生剤と反応液が反応することで、燃料ガスが発生する。この燃料ガスは、ガス導入手段により、第２内部本体ケースへと導かれる。第２内部本体ケース内を通過することで、燃料ガスに含まれる不純物が除去されてガス排出口から排出される。第１内部本体ケースと第２内部本体ケースの間には隙間が形成されており、上記ガス排出口から排出された燃料ガスは、この隙間を通過することができ、ガス供給路へと導かれる。かかる隙間を利用することで、限られた空間部を有効活用しながら燃料ガスを通過させることができる。また、燃料ガスを発生する化学反応により熱が発生するが、上記隙間を形成することで断熱効果の機能も持たせることができ、燃料電池の取り扱いを容易にさせることができる。

本発明において、第１・第２内部本体ケースを外部本体ケース内の中央部に位置決めする位置決め手段を備えており、第１・第２内部本体ケースの周囲全周に前記隙間が形成されるように構成することが好ましい。

第１・第２内部本体ケースを外部本体ケースの中央部に位置決めさせることで、第１・第２内部本体ケースの周囲全周に隙間が確実に形成される。これにより、発生した燃料ガスが通過する空間を確実に確保することができると共に、周囲全体に断熱機能を均等に持たせることができる。

本発明において、前記第２内部本体ケース内には、燃料ガスを上下及び左右に蛇行して進行させるための蛇行経路が形成されていることが好ましい。

第２内部本体ケース内を燃料ガスが通過することで不純物を除去するようにしているが、確実に不純物を除去するためには、できるだけ長い距離を移動させることが好ましい。そこで、燃料ガスを上下左右に蛇行させる経路を設けることにより、不純物の除去を確実に行なうことができる。

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、燃料電池の主要部分の外観構成を示す斜視図である。

＜燃料電池の全体構成＞
燃料電池１は、機能的に大きく分けて、発電セル保持部Ａと燃料ガス発生部Ｂに分けることができる。発電セル保持部Ａには、燃料ガスである水素ガスの供給を受けて発電する発電セルＣ１〜Ｃ４（各発電セルを識別する必要のないときは発電セルＣと表記）が保持されている。本実施形態では４つの発電セルＣが、セル保持体６に保持されている。セル保持体６の一方の端面部には、基板２が取り付けられており、この基板２に電源供給端子３が取り付けられる。電源供給端子３はＵＳＢ端子などを用いることができるが、これに限定されるものではない。

燃料ガス発生部Ｂは、発電セルＣに供給する燃料ガスとしての水素ガスを発生する機能を有する。燃料ガス発生部Ｂは、水収容部Ｂ１（反応液である水を収容する反応液収容部に相当）と燃料収容部Ｂ２から構成される。水収容部Ｂ１は、基板４を介して発電セル保持部Ａの他方の端面部に取り付けられている。水収容部Ｂ１と燃料収容部Ｂ２は流路プレート５（流路形成部材）を介して連結されている。流路プレート５には内部に水の流路が形成されている。

水収容部Ｂ１内の水は、燃料収容部Ｂ２内に供給され、水と燃料との科学反応により水素ガスが発生する。発生した水素ガスは、発電セル保持部Ａの各発電セルＣへと供給される。

図１に示すように、発電セル保持部Ａ、水収容部Ｂ１、燃料収容部Ｂ２は、長軸状に並べて配置され、また各部の形状は略直方体もしくは略立方体に形成される。また、軸に垂直な方向の断面形状もほぼ同一断面積を有する略正方形となっている。従って、図１に示す燃料電池は、全体としてスティック状であり小型化を実現できている。

以上のように、セル保持体６の一端側に水収容部Ｂ１が配置され、他端側に電源供給端子３（電源供給部に相当）が配置される。水収容部Ｂ１内の水や燃料収容部Ｂ２内の燃料は消耗品であるため、水収容部Ｂ１や燃料収容部Ｂ２は、基板４に対して着脱自在に構成することが好ましい。水や燃料を消費した水収容部Ｂ１や燃料収容部Ｂ２は、リサイクルに回すようにし、新たな水収容部Ｂ１や燃料収容部Ｂ２が基板４に装着可能である。着脱自在にするための構造については、公知の構造を用いることができる。

なお、燃料電池１の外観図を図１に示しているが、実際には不図示の外観部材が周囲を覆うように配置される。また、図１における上方・下方を便宜上、燃料電池１の上方・下方であるものとして説明するが、実際に燃料電池１が使用される場面における状態を示すものではない。

＜発電セルの構成＞
本発明に係る発電セルＣについて図面を用いて説明する。図３はアノード側から見た外観斜視図、図４はカソード側から見た外観斜視図である。図５は、図３，４に示す発電セルの内部構造を示す分解斜視図であり、図６は、図３，４に示す燃料電池セルの縦断面図である。

本発明の発電セルＣは、図３〜図６に示すように、板状の固体高分子電解質８と、その固体高分子電解質８の一方側に配置されたアノード側電極板９と、他方側に配置されたカソード側電極板１０とを備え、これら一対の電極板９，１０により固体高分子電解質８が挟持される形となっている。更に、アノード側電極板９の外側にアノード側金属板１１が配置され、カソード側電極板１０の外側にカソード側金属板１２が配置される。アノード側金属板１１とアノード側電極板９の間に形成される空間に水素ガスを通過させるための後述の流路溝１３（第１ガス流路に相当）が形成されている。

各金属板１１，１２の周縁領域１１ａ，１２ａは、固体高分子電解質８及び電極板９，１０を収容した後に、カシメにより封止される。また、説明の便宜上、金属板１１，１２の周縁領域１１ａ，１２ａ以外の領域を中央領域１１ｂ，１２ｂと称することにする。カシメ加工を行なう前は、図５に示すように、カソード側金属板１２の周縁領域１２ａは垂直な立ち曲げ部となっており、これを内側へ倒し込むことによりアノード側金属板１１の周縁領域１１ａと重ね合わせて封止することができる。この垂直な立ち曲げ部は、絞り加工により形成することができる。

固体高分子電解質８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８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。

電極板９，１０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９，１０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８と接する内面９ｂ，１０ｂに少なくとも担持させるのが好ましい。

電極板９，１０の電極基材としては、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９，１０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。

一般に、電極板９，１０や固体高分子電解質８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。

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板１０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。

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。

電極板９，１０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９，１０と固体高分子電解質８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、膜／電極接合体Ｍ（ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）として入手することもでき、これを使用してもよい。

アノード側電極板９の表面にはアノード側金属板１１が配置され、カソード側電極板１０の表面にはカソード側金属板１２が配置される。アノード側金属板１１には燃料ガスである水素ガスのガス供給口１１ｃ及びガス排出口１１ｄが設けられ、更に本実施形態では、アノード側金属板１１の内側に水素ガスを通過させるための流路溝１３（図６参照）が一体形成されている。

カソード側金属板１２には、空気中の酸素を供給するための多数の開口孔１２ｃが設けられている。開口孔１２ｃは、カソード側電極板１０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。カソード側金属板１２の開口孔１２ｃ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１２ｃを設けたりしてもよい。

金属板１１，１２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。

アノード側金属板１１に設けられる流路溝１３は、アノード側電極板９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。本実施形態では、ガス供給口１１ｃとガス排出口１１ｄとを流路溝１３により接続しており、その流路溝１３は、金属板１１の幅方向に沿って周期的に折り返すジグザグ状に形成されている。流路溝１３は、幅が広い横方向の溝（長辺方向）と幅が狭い縦方向の溝（短辺方向）とで構成されている。流路密度、燃料電池セル積層時の積層密度、屈曲性などを考慮して、種々の形態の流路溝１３を採用することができ、図示の形態に限定されるものではない。

なお、このような金属板１１に形成される流路溝１３の一部を電極板９の外面に形成してもよい。電極板９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９，１０の基材としては、繊維質カーボンの集合体が好ましい。

金属板１１の流路溝１３に連通するガス供給口１１ｃ及びガス排出口１１ｄは、図示ではそれぞれ１個であるが、それぞれ複数を形成することもできる。なお、金属板１１，１２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１１に流路溝１３を形成する方法としては、金属板に対してプレス加工（打ち出し加工）を行うことで形成することができる。すなわち、図５に示す金属板１１において裏面側からプレス打ち出し加工を行うことで、各図に示すように金属板１１の裏面側に流路溝１３を形成することができる。また、打ち出し加工により流路溝１３を形成するので、各図に示すように金属板１１の表面側には、流路溝１３と同じ形状が表れる。すなわち、幅広の流路溝１３に対応して幅広の突出部１１ｆ、幅狭の流路溝１３に対応して幅狭の突出部１１ｅ、ガス供給口１１ｃやガス排出口１１ｄの周囲にも幅広の突出部１１ｇが表れる。流路溝１３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。

金属板１２への開口孔１２ｃの形成、金属板１１へのガス供給口１１ｃ及びガス排出口１１ｄの形成についても、プレス加工（プレス打ち抜き加工）を利用して行われる。さらに、金属板１１，１２には、同じくプレス加工（打ち出し加工）を利用して、中央領域１１ｂ，１２ｂに凹部が形成される。この凹部は、図６に示すように、膜／電極接合体Ｍを構成する電極板９，１０を収容するための凹部である。従って、凹部の面積は、収容される電極板９，１０の大きさに応じて加工される。

本発明では、金属板１１，１２の周縁領域１１ａ，１２ａは、電気的に絶縁した状態でカシメにより封止されている。電気的な絶縁は、絶縁シートを用いて行うが、固体高分子電解質８の周縁領域８ａを介在させることで行うこともできる。

カソード側金属板１２には、図５に示すようにリング状（額縁状）の絶縁シート１４が周縁領域１２ａに配置される。絶縁シート１４の外側の縁は金属板１２の縁とほぼ同じ大きさに設定され、内側の縁は、多数の開口孔１２ｃが形成される領域よりも少し大きなサイズ（あるいは、電極板１０の大きさより少し大きなサイズ）に設定される。金属板１２の周縁領域１２ａに予め絶縁シート１４を貼り付けておき、その状態で周縁領域１２ａを垂直に立ち曲げる加工が行なわれる。

アノード側金属板１１にも、図３に示すようにリング状（額縁状）の絶縁シート１５が周縁領域１１ａの表裏両面に配置される。この表裏両面の絶縁シート１５のサイズは同じである。絶縁シート１５の外側の縁は金属板１１の縁とほぼ同じ大きさに設定され、内側の縁は、電極板９よりも少し大きなサイズに設定される。この絶縁シート１５も予め金属板１１に貼り付けておくことができる。

固体高分子電解質８は、電極板９，１０の大きさよりも少し大きくなっており、図６に示すように、電極板９，１０から露出した状態にある周縁領域８ａが、絶縁シート１４，１５により挟持されるように組み立てられる。

すなわち、本発明では、カシメ封止を行う際、電極板９，１０よりも外側の領域にある固体高分子電解質８の周縁領域８ａを絶縁シート１４，１５を介して、周縁領域１１ａ，１２ａにより挟持した状態とする。このような構造によると、電極板９，１０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。また、金属板１１の表面側にも絶縁シート１５が設けられており、カシメ封止した際に、絶縁性能を確実に確保した状態で封止することができる。

絶縁シート１４，１５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い。絶縁シート１４，１５は、金属板１１，１２を所定の形状に加工する前に、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１１，１２に一体化しておくことができる。

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６に示すものが好ましい。つまり、一方のカソード側金属板１２の周縁領域１２ａを他方のアノード側金属板１１の周縁領域１１ａより大きくしておき、絶縁シート１４，１５を介在させつつ、カソード側金属板１２の周縁領域１２ａをアノード側金属板１１の周縁領域１１ａを挟圧するように折り返したカシメ構造が好ましい。このようなカシメ封止を行うための製造方法及び製造設備については、例えば、本発明者らによる特開２００６−８６０４１号公報に開示される技術を用いることができる。

＜セル保持体の構造＞
次に、セル保持体６の構造について図２により説明する。図２は、セル保持体６を下方から見た斜視図である。セル保持体６は、全体として筒状枠体に形成されており、ＡＢＳ等の樹脂により一体成形される。発電セルＣは、セル保持体６の外表面に形成されたセル保持面６０（セル載置部に相当）に密着する形で保持される。セル保持面６０には、発電セルＣを構成するアノード側金属板１１側が密着するような形で保持される。

セル保持面６０の形状は、図３等に示す発電セルＣの外形形状（輪郭形状：長円形）に沿った形状を呈している。セル保持面６０の周囲は、セル位置決め部６２が形成されており、セル位置決め部６２は、セル保持面６０よりも少し高くなるように突出した状態に形成される。このようなセル位置決め部６２を設けることで、発電セルＣの概略の位置決めを行なうことができる。

また、セル保持体６の上下方向の中央部には、発電セルＣ同士を接続するための接続部材２１を配置するための比較的幅広の第１溝部６１ａが形成されている。第１溝部６１ａは、セル保持体６の周囲を一周する帯状の外観を呈している。また、第１溝部６１ａと同じ面を有する第２溝部６１ｂが上下方向に伸びる形で形成されている。この第２溝部６１ｂは、発電セルＣと電子回路とを接続する電極部材２２，２３を配置するために形成される。

セル保持体６の一方の端面には、ガス導入部６３とガス排出部６４が一体形成されている。ガス導入部６３とガス排出部６４は、共に柱状に形成されており、ガス導入穴６３ａとガス排出穴６４ａが夫々形成される。後述するが、これらガス導入部６３とガス排出部６４は、内部のガス流路（第２ガス流路）につながっている。ガス導入部６３とガス排出部６４は、正方形に形成される枠形状の角の位置に植設されている。これにより、他の部品の配置に邪魔にならないようにすることができ、スペースを有効に活用することができる。

セル保持面６０には、矩形の凹部６０ａが形成され、その中央部に穴６０ｂが形成される。この穴６０ｂは、セル保持体６の内部に形成されるガス流路への入口部もしくは出口部として機能する。この穴６０ｂは所定の深さを有する袋穴として形成される。

図９（ｂ）に内部に形成される第２ガス流路の断面構造を示す。隣接する穴６０ｂ同士は、互いに直交するガス流路６５ａ及び６５ｂ（第２ガス流路Ｇ２）により連結される。この第２ガス流路６５ａ，６５ｂにより、隣接して配置される発電セルＣの内部に流路溝１３（第１ガス流路Ｇ１）同士を連結させることができる。

第２ガス流路６５ａ，６５ｂの形成方法について説明する。ガス流路６５ａを形成するために、図示するように矢印６５Ａの方向からドリルにより穴を形成する。またガス流路６５ｂを形成するために、図示するように矢印６５Ｂの方向からドリルにより穴を形成する。上記のように穴を形成する場合、セル位置決め部６２の表面に穴（加工跡）が残り、ガスが漏れてしまいガス流路として機能しないので、当該表面の穴をふさぐようにする。図９（ｂ）に示すように、網掛け部を樹脂で封止することで、第２ガス流路６５ａ，６５ｂを閉鎖した状態で形成することができる。他の箇所についても同様である。

図２に示すように、ガス導入部６３を介して矢印６５Ｃの方向からドリルで上下方向にガス流路６５ｃを形成し、矢印６５Ｄの方向からドリルで水平方向にガス流路６５ｄを形成する。これらは第３ガス流路に相当し、ガス流路６５ｃと６５ｄ（これらは第３ガス流路Ｇ３に相当）は互いに直交する関係にある。また、矢印６５Ｄの方向から形成する場合、先ほどと同様にガス漏れしないようにセル位置決め部６２の表面の加工跡を樹脂で封止する。

ガス排出部６４と他の第２ガス流路Ｇ２に関しても同様の方法により形成する。すなわち、図２に示すセル保持体６は、樹脂成型による１つの部品により形成することができる。セル保持体６の内部に形成される第２ガス流路６５ａ，６５ｂ、第３ガス流路６５ｃ，６５ｄは、二次加工により形成することで、セル保持体６内に一体的にガス流路を形成することができる。

図８は、発電セルＣ内部の第１ガス流路Ｇ１とセル保持体６内の第２ガス流路Ｇ２を接続するときの接続構造を示す断面図である。発電セルＣのガス供給口１１ｃとガス排出口１１ｄをセル保持体６内の第１ガス流路Ｇ１に連結するために、ゴムブッシュ２０（連結部に相当）を介して連結している。ゴムブッシュ２０は弾性を有しており、これを若干圧縮する形で、発電セルＣをセル保持面６０に取り付けるようにする。これにより、接続箇所において水素ガスが漏れない状態で、流路の連結を行なうことができる。

＜セルの接続態様＞
次に、４つの発電セルＣの接続態様について図７により説明する。図７は、発電セルＣをセル保持体６に取り付ける前の展開した状態を示す図である。４つの発電セルＣは、接続部材２１により電気的に直列に接続される。接続部材２１は、薄板の金属板を加工することにより形成される。図２で説明した第１溝部６１ａの位置に、この接続部材２１が配置されるようになっている。このような第１溝部６１ａを設けることで、接続部材２１が接続された状態であっても、各発電セルＣをセル保持面６０に密着させて保持することができる。

接続部材２１と発電セルＣの連結は、図７（ｂ）の側面図に示すように、隣接する発電セルＣ１，Ｃ２のカソード側金属板１２と、アノード側金属板１１とを電気的に連結する。接続部材２１と金属板１１，１２との連結は、２１ａで示す点を抵抗溶接することで行なわれる。図９（ａ）は、発電セルＣ１，Ｃ２をセル保持体６に取り付けたときの断面図を示す。

また、各発電セルＣの周辺領域Ｄ（図７において斜線で示す）には、スクリーン印刷によりエポキシ系の熱硬化性樹脂皮膜を形成している。これにより、接続部材２１による不用意な短絡を防止する。例えば、図７（ｂ）において、発電セルＣ２のアノード側金属板１１に連結される接続部材２１が、カソード側金属板１２に接触することのないように絶縁皮膜を形成する。他の箇所も同様であり、確実な電気的接続を実現する。

上流側の発電セルＣ１と最下流の発電セルＣ４には、夫々電極部材２２，２３が接続されている。これら電極部材２２，２３も抵抗溶接により、発電セルＣ１，Ｃ４に電気的に接続される。これら電極部材２２，２３は、基板４に電気的に接続される。

次に、図７（ａ）によりガス流路の構成について説明する。各発電セルＣの第１ガス流路Ｇ１も直列に接続される。ガスの流れる方向は矢印で示している。水素ガスの流れにおける最上流側に発電セルＣ１が位置しており、以下順に下流側へと向かう。

ガス導入部６３から水素ガスが導入され、図２において説明した第３ガス流路Ｇ３を経由して、最初の発電セルＣ１のガス供給口１１ｃに導入される。水素ガスは発電セルＣ１の流路溝１３（第１ガス流路Ｇ１）を流れ、ガス排出口１１ｄに到達する。発電セルＣ１のガス排出口１１ｄと隣接する下流側の発電セルＣ２のガス供給口１１ｃとは、図２において説明した第２ガス流路Ｇ２により連結される。以下同様にガス流路が直列に接続されている。

最下流の発電セルＣ４のガス排出口１１ｄは、第４ガス流路Ｇ４を介してガス排出部６４に連結される。第４ガス流路Ｇ４については、第３ガス流路Ｇ３と同様の方法で形成することができる。ガス導入部６３から導入された水素ガスは、発電セルＣ１〜Ｃ４によりすべて消費することが好ましいが、仮に余った場合はガス排出部６４から排出する。

以上の構成によれば、発電セルＣ同士のガス流路を接続するために、パイプなどの別部品を用いておらず、セル保持体６の内部に一体的にガス流路が形成されている。これにより、部品点数を削減することができ、パイプを配置するための余分なスペースが必要でなくなる。従って、発電セルＣ同士を接続するためのガス流路を簡素な構成により実現し、燃料電池１の小型化に寄与することができる。

＜燃料ガス発生部の構成＞
次に、燃料ガス発生部Ｂの構成について説明する。図１０は、燃料ガス発生部Ｂを構成する要素を分解した状態で示す概略斜視図である。

図１０において、基板４にバルブ２４が搭載されている。バルブ２４は、水収容部Ｂ１内の水を燃料収容部Ｂ２へ送り出す機能を有する。バルブ２４は、供給パイプ２４ａと排出パイプ２４ｂを有する。バルブ２４は、基板４に搭載される不図示の制御回路によりオン／オフ駆動され、間歇的に水を燃料収容部Ｂ２へと送り出す。供給パイプ２４ａと排出パイプ２４ｂは、燃料収容部Ｂ２へ反応液である水を供給する反応液供給路に相当する。

水収容部Ｂ１が基板４に対して着脱自在であることは前述の通りであるが、この時に水収容部Ｂ１とバルブ２４とをスムーズに切り離せる構造を採用している。また、新たな水収容部Ｂ１を装着する時に容易にバルブ２４と結合可能な構造としている（後述）。

バルブ２４は、図１０に示すように、基板４の上面に搭載されており、セル保持体６と結合する時は、セル保持体６の内部空間に収容される。このようにバルブ２４の全体（もしくは一部でもよい）がセル保持体６の内部空間に収容されることで、限られた空間を有効利用し、空間を効率よく使用することができる。これにより、燃料電池全体の小型化に寄与することができる。また、水収容部Ｂ１はセル保持体６に隣接して配置されるので、水収容部Ｂ１とバルブ２４を近接した状態で配置することができる。従って、セル保持体６の内部にバルブ２４を収容した場合に、バルブ２４と水収容部Ｂ１との連結も比較的容易に行なうことができる。例えば、水の供給路も最短距離で構成することができる。

水収容部Ｂ１は、本体ケース３０と、蓋ケース３１を備え、蓋ケース３１の中央部にはゴム栓３２が取り付けられている。本体ケース３０の隅部には、貫通穴の形態でガス流路３０ａ（ガス供給路に相当）が形成される。このガス流路３０ａには、セル保持体６のガス導入部６３が連結される。なお、このガス流路３０ａは、別途柔軟性を有するパイプなどにより構成してもよい。

本体ケース３０の別の隅部３０ｂには、斜面状の切欠３０ｂが形成されており、排出パイプ２４ｂを配置するスペースを確保している。

流路プレート５は、内部に水流路５ａ（これも反応液供給路に相当する。）が形成されており、排出パイプ２４ｂに圧入等により連結される入口部５ｂと、燃料収容部Ｂ２へと連結するための出口部５ｃを有する。これにより、水流路を中央へと移動させることができる。また、流路プレート５の隅部には、ガス流路５ｄ（ガス供給路に相当）が形成されており、水収容部Ｂ１のガス流路３０ａと連結される。このガス流路５ｄについても前述のガス流路３０ａと合わせて、別部材のパイプにより構成してもよい。

流路プレート５は、内部に水流路５ａを形成するために、複数の部材を組み合わせて構成することができる。

燃料収容部Ｂ２は、外部本体ケース４０と、外部蓋ケース４４を備えている。外部本体ケース４０の中央部には、水導入口４０ａ（反応液導入口に相当）が形成され、流路プレート５の出口部５ｃと連結される。また、外部本体ケース４０の隅部にはガス排出口４０ｂが形成されており、流路プレート５のガス流路５ｄに連結される。

上記説明した水収容部Ｂ１、流路プレート５、燃料収容部Ｂ２は適宜の方法、例えば、ネジ止め、接着等により一体化したユニットとして構成される。次に、個々の構成について詳細に説明する。

＜水収容部の構成＞
図１１に示す分解斜視図により、水収容部の構成を説明する。本体ケース３０は、全体的に直方体形状を有しており、内部に円筒形の空間部３０ｃを有する。空間部３０ｃの底部には、コイルスプリング３５（反応液付勢手段に相当）を位置決めするための位置決め凹部３０ｄが形成される。コイルスプリング３５は、スライド板３３と空間部３０ｃの底部との間に配置され、スライド板３３を上方に付勢する。スライド板３３は、ポリアセタールのような合成樹脂により成型され、本体ケース３０はＡＢＳなどにより成型される。これにより、スライド板３３の上下移動をスムーズに行なうことができる。

水収容ケース３４（反応液収容部材に相当）は、外面に蛇腹部３４ａが形成されて、バネ性が持たせられる。水収容ケース３４には、所定量の水が収容される。水収容ケース３４の一方の端部には位置決め突起３４ｂが形成され、スライド板３の位置決めスリット３３ａに挿入される。水収容ケース３４の他方の端部には、円筒形の突出部３４ｃが形成され、外部蓋ケース３１の中央部に形成された穴３１ａに挿入されると共に、ゴム栓３２が取り付けられる。

外部蓋体ケース３１には、ネジ止め用の穴３１ｂが形成されており、不図示のネジにより、本体ケース３０に形成された下穴３０ｅを利用して、外部蓋体ケース３１が本体ケース３０にネジ締結される。

ゴム栓３２には、上下２箇所にフランジ３２ａが形成されており、図１３に示すように、水収容ケース３４に対して抜けないように結合させることができる。ゴム栓３２には、穴は形成されていないので、図１３に示す状態では、水収容ケース３４内の水は外部に排出されない状態であるが、図１０に示すように結合すると、バルブ２４の供給パイプ２４ａをゴム栓３２に突き刺すことができ、バルブ２４を介して水の排出を行うことが可能になる。従って、ゴム栓３２への供給パイプ２４ａの挿入あるいは脱出を容易に行なうことができ、その結果、水収容部Ｂ１の着脱の容易性も確保することができる。

外部蓋体ケース３１の裏面側には突出部３１ｃが形成され、円筒形の空間部３０ｃに嵌合させることができる。図１３に示すように組立を行なうと、水収容ケース３４内の水には、コイルスプリング３２に付勢力が常時作用する状態にセッティングされる。

なお、後述する水素発生剤と反応させる反応液としては、上記の水の他、水との反応を促進させるために、酸性分を溶解した水溶液、アルカリ分を溶解した水溶液などが使用できる。本発明では、保存性、コストなどの観点から、好ましくは水が使用できる。

＜燃料収容部の構成＞
図１２は、燃料収容部Ｂ２の構成を示す分解斜視図である。図１２は、分かりやすく構成を説明するため、上下方向を逆にして図示している。

外部本体ケース４０の内部には、更に第１内部本体ケース４１と第２内部本体ケース４２が収容される。図１３に示すように、外部本体ケース４０の内部中央には、位置決め凹部４０ｄが形成されており、その中央部に水導入口４０ａが位置している。第１内部本体ケース４１の底面４１ａの中央部には、位置決め凸部４１ｂが形成され、その中央部に水導入口４１ｃが形成される。第１内部本体ケース４１を収容する時に、位置決め凹部４０ｄに位置決め凸部４１ｂ（これらは位置決め手段に相当）が嵌入され、第１内部本体ケース４１が中央部に位置決めされた状態で組み込まれる。

また、外部本体ケース４０の内部底面には、４隅に小さな突起４０ｃが形成されており、この突起４０ｃに第１内部本体ケース４１の底面４１ａが当接した状態で組みこまれる。その結果、第１内部本体ケース４１の底面側に僅かの隙間が形成された状態になる。

図１３に示すように、第１内部本体ケース４１には、空間の約半分を占有する綿４７（脱脂綿）と、残りの約半分を占有する燃料である水素発生剤４６が収容される。また、水導入口４１ｃの近傍にも小さな綿４５が収容される。かかる綿４７を設けることで、水が局所的に溜まることを防止する。また、燃料は粉末の形態で収容され、水素発生剤４６が第１内部本体ケース４１から抜け出しにくくする。

また、水導入口４１ｃの近傍に綿４５を配置することで、一度導入された水が逆流しないように防止する。

第１内部本体ケース４１の上に第２内部本体ケース４２が取り付けられる。第２内部本体ケース４２の底面には位置決め凸部４２ａが形成されており、第１内部本体ケース４１の開口部側に挿入されることで位置決め結合される。

＜水素ガス発生剤＞
次に、水素発生剤４６について説明するが、水素化マグネシウムの粒子を含有する水素発生剤であり、必要に応じて、触媒成分、アルミニウム等の金属、アルカリ性無機化合物、凝集抑制粒子を更に含有することができる。

水素化マグネシウムは、水との反応によって水素ガスを発生させるが、次のような反応が生じると考えられる。
ＭｇＨ_２＋２Ｈ_２Ｏ → Ｍｇ（ＯＨ）_２＋２Ｈ_２
この反応は発熱反応であり、系の保温を行うことによって、昇温した状態で反応を進めることができる。

水素化マグネシウムは、その粒子に、圧縮力及び／又は剪断力を生じさせる方法などにより、反応性を向上させることができる。具体的には、ボールミル、ローラミル、高速回転ミル、媒体撹拌ミル、気流式粉砕機、圧密剪断ミル等の粉砕装置を用いる方法、各種のプレス装置を用いる方法などが挙げられる。なかでも、粉砕装置を用いる方法が好ましく、特にボールミルを用いる方法が好ましい。

ボールミルを用いる方法は、水素化マグネシウムの粒子のサイズに応じて、均一な圧縮力及び／又は剪断力を生じさせることができる点で好ましい。水素化マグネシウムの平均粒子径は、反応率を高める観点から、平均粒子径が０．１〜１００μｍが好ましく、１〜５０μｍがより好ましく、５〜２０μｍが更に好ましい。

水素化マグネシウムの粒子の含有量は、全水素発生剤中に、８０重量％以上であることが好ましく、９０重量％以上であることがより好ましく、９５重量％以上であることが更に好ましい。

必要に応じて含有される金属としては、アルミニウム粒子、鉄粒子、マグネシウム粒子など、水と反応して水素を発生させる金属が好ましい。なかでも、アルミニウム粒子が好ましい。また、ニッケル、バナジウム、マンガン、チタン、銅、銀、亜鉛、ジルコニウム、コバルト、クロム、カルシウム、これらの合金等の金属触媒を添加することも可能である。

アルミニウム等の金属を併用する場合、反応性を高める上で、微粒子状のものが好ましく、平均粒子径が１００μｍ以下のものが好ましく、平均粒子径１〜５０μｍがより好ましく、平均粒子径１〜１０μｍがより好ましい。平均粒子径が１μｍ未満であると、製造が困難となり、また２次凝集し、シンターリングによって、昇温時に表面積の低下が著しくみられ、水素発生が低下する傾向がある。

アルミニウム粒子としては、アトマイズ法で製造したものが好ましい。また、表面の酸化被膜を除去処理したものが好ましい。このようなアルミニウム粒子としては、各種市販のものが使用可能である。

金属の含有量は、全水素発生剤中に、１〜１０重量％であることが好ましい。金属の含有量が１０重量％を超えると、全体の反応速度が低下すると共に、原料重量当たりの水素発生量が少なくなる傾向がある。

アルカリ性無機化合物を含有する場合、アルカリ性無機化合物としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩などが挙げられる。アルカリ性無機化合物としては、酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、ほう砂、炭酸ナトリウム、及び炭酸カルシウムからなる群より選ばれる１種以上であることが好ましく、特に酸化カルシウムが好ましい。

アルカリ性無機化合物の含有量は、全水素発生剤中に、０．１〜１０重量％であり、好ましくは０．２〜５重量％であり、より好ましくは０．５〜３重量％である。

凝集抑制粒子を含有する場合、凝集抑制粒子としては、水素発生反応に不活性な微粒子などを用いることができるが、凝集抑制粒子が、カーボンブラック、シリカ、酸化セリウム、酸化アルミニウム、及び酸化チタンからなる群より選ばれる１種以上であることが好ましい。なかでも、凝集抑制効果を高める上で、特にカーボンブラックが好ましい。

凝集抑制粒子の含有量は、全水素発生剤中に、０．１〜３０重量％が好ましく、１〜２０重量％がより好ましい。凝集抑制粒子の含有量が、３０重量％を超えると、相対的に水素化マグネシウムなどの含有量が少なくなり、水素ガスの総発生量が不十分となる傾向がある。

カーボンブラックとしては、例えばチャンネルブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファネスブラックなど、何れのものも使用することもできる。カーボンブラックとしては、親水化処理したものなども存在するが、本発明では凝集抑制効果を高める上で、未処理の疎水性のカーボンブラックが好ましく用いられる。また、これらを用いて、酸化カルシウムを担持することも可能である。カーボンブラックの一次平均粒径は、０．０１〜０．５μｍが好ましい。

本発明における水素発生剤４６は、粉末状の混合物でもよいが、加圧プレスにより圧密化させて、ペレットやタブレットなどの圧密化物としてもよい。このような圧密化を行うことにより、単位体積当たりの水素発生量を増加させることができる。

＜第２内部本体ケースの構成＞
第２内部本体ケース４２には、不純物としてのアンモニアを除去するための除去剤が充填される。第２内部本体ケース４２には、連通孔４２ｂ（ガス導入手段に相当）を介して、第１内部本体ケース４１にて発生した水素ガスが導入される。発生した水素ガスには、微量のアンモニアが含まれており、これを除去した形で発電セルＣに供給する必要がある。このアンモニアの発生原理などについては後述する。

上記のアンモニア除去剤を第２内部本体ケース４２内に配置し、その中を水素ガスを通過させることでアンモニアを除去するようにしている。また、できるだけ除去率を高めるために、第２内部本体ケース４２内で水素ガスの流路長さを稼ぐ工夫を行なっている。この点を以下説明する。

図１２、図１４などに示すように、左右に延びる３本の第１仕切り壁４２ｃが設けられている。第１仕切り壁４２ｃは、高さは第２内部本体ケース４２の高さと同一であり、その上端面は、後述の内部蓋ケース４３の裏面に密着する。第１仕切り壁４２ｃのうち、２本は左側のケース本体の内壁面から延びており、その右端と右側のケース本体の内壁面との間には所定の隙間が形成される。

また、３本の第１仕切り壁４２ｃのうち、真ん中にある１本は、第２内部本体ケース４２の右側の内壁面から延びており、その左端と左側のケース本体の内壁面との間には所定の隙間が形成される。

また、上下に延びる２本の第２仕切り壁４２ｄが設けられており、前述の第１仕切り壁４２ｃと直交するように配置される。第２仕切り壁４２ｄは、その上端面は第１仕切り壁４２ｃよりも低くなるように設定されており、その上端面と第２内部蓋ケース４３の裏面との間には隙間が形成される。

次に、第２内部蓋ケース４３について説明する。第２内部蓋ケース４３の裏面には、４本の第３仕切り壁４３ａが一体的に植設されており、図１４に示す破線位置に挿入される。図１３にも示すように、第３仕切り壁４３ａの先端と、第２内部本体ケース４２の底面との間には隙間が形成される。

このように各仕切り壁を構成することで、連通孔４２ｂから導入された水素ガスは、図１２、図１３の矢印にも示すように、上下方向及び左右方向に蛇行しながら進行するガス流路（蛇行経路）が形成される。これにより、ガス流路をできるだけ長くとることができ、アンモニア除去の効果を高めることができる。

＜アンモニア除去剤について＞
上記のような水素発生剤４６によって、水素組成が略１００％（水分は除く）の水素ガスを発生させることができるが、この水素ガス中には、不純物である微量アンモニアが含まれる場合がある。このアンモニアは、マグネシウムを用いて水素発生剤を製造する際に、空気中の窒素と反応して窒素化合物（窒化マグネシウム等）が生成し、これが水との反応により生成すると考えられる。その際の次の反応が生じると考えられる。

Ｍｇ_３Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ → ３Ｍｇ（ＯＨ）_２＋２ＮＨ_３
従って、本発明は、このようなアンモニアが水素ガス中に含まれている場合に有効になり、即ち水素発生剤１１に使用される水素化マグネシウムが窒化マグネシウム等の窒素化合物を含有する場合に、特に有効となる。

アンモニア除去剤としては、例えば、水素中のアンモニアを吸着除去する吸着剤（吸着・分解や反応吸着などの化学吸着を含む）、アンモニアを溶解除去する吸収剤、アンモニアを反応により除去する反応剤、アンモニアを分解（加熱分解・触媒反応分解等）により除去する分解手段、などが挙げられるが、アンモニアを物理吸着又は化学吸着により除去する吸着剤を備えることが好ましい。

中でも吸着剤が、物理吸着又は化学吸着によりアンモニアを除去するものであることがより好ましく、固体酸、活性炭（固体酸に相当するものを除く）、ゼオライト（固体酸に相当するものを除く）、及びモレキュラーシーブからなる群から選ばれる１種以上であることが更に好ましい。中でも、アンモニアの吸着除去能力やより高温で吸着可能な観点から、固体酸を用いることが好ましい。

固体酸としては、固体酸自体が粒状であるものや、粒状体に固体酸や液体酸を担持させたものなどがあるが、活性炭に金属塩を担持したものがコストや製造性などの観点からより好ましい。金属塩としては、硫酸塩、リン酸塩、塩化物塩、硝酸塩が挙げられ、塩を形成する金属としては、金属塩として酸性を示す金属が好適に使用できる。

活性炭（固体酸に相当するものも含む）としては、ＧＷ４８／１００、ＧＷ−Ｈ４８／１００、ＧＧ１０／２０、２ＧＧ、ＧＬＣ１０／３２、２ＧＳ、ＧＷ１０／３２、ＧＷ２０／４０、ＫＬＹ１０／３２、ＫＷ１０／３２、ＫＷ２０／４２（以上、クラレケミカル（株）製）、ＳＷＷＢ剤（アルカリ用）、ＷＢ剤、Ｓ剤（酸用）（以上、アニコジャパン（株）製）、４Ｔ−Ｂ、４Ｔ−Ｃ、４Ｇ−Ｈ、４ＳＡ、２ＧＳ、ＧＷ２０／４０４２（以上、クラレケミカル（株）製）などが挙げられ、好ましくは４Ｔ−Ｂ、ＳＷＷＢ剤（アルカリ用）、ＷＢ剤である。

ゼオライトとしては、ＢＸ、ＨＩＳＩＶ、Ｒ−３（以上、ユニオン昭和（株）製）などが挙げられ、好ましくはＢＸである。

モレキュラーシーブとしては、ゼオラムＡ−３、ゼオラムＡ−４（以上、東ソー（株）製）などが挙げられ、好ましくはゼオラムＡ−４である。

反応剤としては、主に酸性の溶液などが使用でき、ＮａＣｌＯ水溶液、超電水原液、さとうきび希釈液、スメルナーク希釈液、水道水、ムッシュニオワンなどが挙げられる。

具体的には、活性炭又は固体酸系の活性炭を使用する場合、水素化マグネシウム１００重量部あたり、１〜１００重量部の活性炭を使用するのが好ましく、１０〜３０重量部の活性炭を使用するのがより好ましい。

また、ゼオライトを使用する場合、水素化マグネシウム１００重量部あたり、１〜１００重量部の活性炭を使用するのが好ましく、４０〜６０重量部の活性炭を使用するのがより好ましい。

モレキュラーシーブと使用する場合、水素化マグネシウム１００重量部あたり、１００重量部あたり、１〜１００重量部の活性炭を使用するのが好ましく、１０〜３０重量部の活性炭を使用するのがより好ましい。

＜そのほかの構成＞
内部蓋ケース４３の裏面には、枠形状の位置決め突起４３ｂが形成されており、第２内部本体ケース４２に挿入することで内部蓋ケース４３の位置決めがされる。

また、内部蓋ケース４３の表面側には、リング状の位置決め突起４３ｃが形成される。更に、内部蓋ケース４３の隅部にはガス排出口４３ｄが形成されており、第２内部本体ケース４２内の蛇行経路を通過してきた水素ガスがここから排出される。

外部蓋体ケース４４の裏面側には枠形状の位置決め突起４４ａが形成され、外部本体ケース４０に挿入することで外部蓋体ケース４４の位置決めがされる。また、外部蓋体ケース４４の裏面側中央には、円筒形の位置決め凸部４４ｂ（位置決め手段に相当）が形成されており、内部蓋ケース４３の位置決め突起４３ｃ（位置決め手段に相当）に嵌合するように構成される。この構成により、第１内部本体ケース４１及び第２内部本体ケース４２を中央部に位置決めすることができる。

また、図１３の断面図に図示するように、外部本体ケース４０の内壁面と、内部本体ケース４１，４２の外壁面との間には、僅かの隙間が形成された状態で組み立てられる。この隙間は、第２内部本体ケース４２から排出された水素ガスをガス排出口４０ｂへ導くための流路として機能する。上記のように内部本体ケース４１，４２を中央部に位置決めすることで、内部本体ケース４１，４２の外壁面全周に均等に隙間を形成することができ、水素ガスを確実にガス排出口４０ｂへと導くことができる。更に、突起４０ｃにより、第１内部本体ケース４１の底面にも隙間が形成されるので、この隙間を利用して水素ガスを確実にガス排出口４０ｂへと導くことができる。

また、第１内部本体ケース４１の内部では化学反応により水素ガスを発生するものであり、熱の発生も伴う。かかる場合、外部本体ケース４０と内部本体ケース４１，４２の間に水素ガスの流路を形成することで、断熱効果を持たせることもできる。これにより、燃料電池１を手で触れた時に熱さを感じることを抑制することができる。

発電セル保持部Ａ、基板４、水収容部Ｂ１、流路プレート５、燃料収容部Ｂ２の結合については、適宜の手段により行なうことができ、特定の手段に限定されるものではない。例えば、ネジによる結合、接着剤による結合を行なうことができる。また、本体ケース３０と外部蓋体ケース３１の結合などについても、ネジや接着剤などの適宜の手段により結合することができる。

＜回路構成＞
次に、燃料電池１を制御する回路構成について図１５により簡単に説明する。各発電セルＣによる出力電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０（昇圧回路に相当）により所定の電圧にまで昇圧される。更に、コンバータ５０の下流側に付加される回路部５１を介して、電源供給端子３から外部機器、携帯電話などに電源供給がされる。

回路部５１には、安定化回路５１ａなどが備えられており、適切な出力電圧や出力電流を供給できるように制御がなされる。また、制御部５１ｂは、バルブ２４に対する駆動制御を行なう。バルブ２４を間歇的にオン／オフ駆動することで、定量の水を燃料ガス発生部Ｂへと供給する。バルブ２４の駆動電源としては、基本的には発電セルＣによる出力電圧により駆動することができるが、初期の立ち上げ時には発電セルＣにより駆動ができない。なお、バルブ２４及び回路部５１は、開閉制御機構に相当する。

そこで、外部電源としてのボタン電池５２を備えており、初期駆動を行なわせる。初期の駆動が終了した後は、バルブ２４の駆動はボタン電池５２から発電セルＣへと切換制御される。

図１５に示すコンバータ５０、回路部５１、ボタン電池５２などは、セル保持体６の枠型形状の内部に収容される。回路部５１を構成する基板・素子そのほかの部品の全部もしくは一部が上記内部に収容されることで、空間を有効利用することができ、燃料電池の小型化に寄与することができる。また、ボタン電池５２についても、セル保持体６の内部に収容させることができる。

＜作用＞
次に、本実施形態にかかる燃料電池１の作用について説明する。燃料電池１を駆動するためには、燃料ガス発生部Ｂへ水を供給する必要がある。水の供給はバルブ２４を駆動することで行なわれる。バルブ２４を駆動するための電源は発電セルＣから得られるものであるが、一番最初は発電セルＣが駆動していないので、外部電源であるボタン電池５２により行なう。初期動作時におけるバルブ２４の開時間は例えば３０ｍｓｅｃである。これにより、所定量の水が燃料ガス発生部Ｂへ供給され、水素ガスが発生する。水素ガスは、各発電セルＣへ供給され発電することで電気出力が得られる。以後は、この電気出力を利用してバルブ２４の駆動を行なうことができる。

次に、水の供給経路と水素ガスの供給経路について説明する。バルブ２４をＯＮにして開状態にすると、水収容容器３４に収容されている水の所定量が、バルブ２４の排出パイプ２３ｂから排出される。水収容容器３４内の水には、コイルスプリング３５により常時押圧力が作用しており、この力により水収容容器３４内の水を押し出そうとしている。従って、バルブ２４を開くことで、所定量の水が排出パイプ２３ｂから排出される。

排出パイプ２３ｂの先端は、流路プレート５の入口部５ｂを介して水流路５ａに導かれ、出口部５ｃから排出される。この流路プレート５により、水の排出口を中央部に移動させることができる。

更に、水は水導入口４０ａ及び水導入口４１ｃを介して、第１内部本体ケース４１内に導入される。水が導入されると、水素発生剤４６との反応により水素ガスが発生する。発生した水素ガスは穴４２ａを介して、第２内部本体ケース４２へと導入される。また、綿４７を設けていることで水素発生剤４６が不用意に第２内部本体ケース４２内へ入り込むことを防止している。更に、水と水素発生剤４６の反応により反応物が生成し体積が膨張するが、その場合は、綿４７が圧縮されることで、体積の膨張を吸収することができる。

第２内部本体ケース４２に導入された水素ガスは、内部に形成されたガス流路を蛇行しながら進行し（図１２参照）、水素ガスに含まれる微量のアンモニアが除去される。ガス流路の最終端に位置する排出口４３ｄから排出された水素ガスは、外部本体ケース４０の内壁面と、内部本体ケース４１，４２の外壁面の間に形成される隙間を通って、外部本体ケース４０の排出口４０ｂから排出される。

さらに、流路プレート５内のガス流路５ｄを経由して、更に、水収容部Ｂ１のガス流路３０ａを通って、セル保持体６に形成されたガス導入部６３へと導かれる。このガス導入部６３へ導かれた水素ガスは、セル保持体６の内部に形成された第３ガス流路Ｇ３を介して、図７に示す最上流の発電セルＣ１へと供給される。水素ガスは、発電セルＣ１を通過した後、再び、セル保持体６の内部の第２ガス流路Ｇ２を経由して、次の発電セルＣ２へと供給される。以下、順番に、発電セルＣ３，Ｃ４へと供給され、余った水素ガスは、第４ガス流路Ｇ４を経由してガス排出部６４から排出される。

＜別実施形態＞
本発明に係る燃料電池は、電子機器を駆動するための主電源としても使用することができるが、電子機器に内蔵される二次電池を充電するための充電装置としても使用することができる。例えば、携帯電話等の携帯機器に内蔵されるリチウム電池等の二次電池を充電するための充電装置として使用することができる。

第１内部本体ケース４１内においては水素ガスを発生させる化学反応を行なわせるので内部の圧力が高くなる。この場合、所定以上に圧力が高まると危険であるので圧力を逃がす機構を設けておくことが好ましい。例えば、安全弁を設けておくことが好ましい。安全弁としては、ゴムブッシュにスリットを形成した簡素な構成でもよい。この場合、正常であればスリットは閉鎖しているが、圧力が高まるとスリットから水素ガスが抜けることができる。また、スリットはゴムの弾性力により閉鎖する方向に付勢されている。

セル保持体６に保持させるべき発電セルＣの個数については、適宜変更することが可能である。例えば、長さを２倍にすれば８個の発電セルＣを保持させることができる。

本実施形態においては、セル保持体６、水収容部Ｂ１、燃料収容部Ｂ２の順に配置しているが、セル保持体６、燃料収容部Ｂ２、水収容部Ｂ１の順に配置してもよい。ただし、本実施形態のように配置することで、セル保持体６の内部空間に収容されるバルブ２４と、水収容部Ｂ１とを近接して配置できるので、両者の連結を行ないやすくすることができる。

電源供給部の構成は、本実施形態において図示する電源供給端子３に限定されるものではない。例えば、図１６に示すような変形例が考えられる。図１６（ａ）は、電源供給部としてメス型の電源供給端子３ａを設けた例である。セル保持体６の他端側に電源供給端子３ａを設ける場合、コードが接続される方向は、本実施形態のように長軸状に沿った方向でなくてもよく、図１６（ａ）に示すように側方からコードを接続するようにしてもよい。また、図１６（ｂ）はコード３ｃを燃料電池本体と一体に結合した例である。コード３ｃの先端部に電源供給端子３ｄが設けられている。コード３ｃを一体化する場合も、コード３ｃを出す方向については図１６（ａ）に示すような側方から出すこともできる。

本実施形態では、変形可能な水収容容器として蛇腹状の水収容ケース３４を用いているが、これに限定されるものではない。図１７は、水収容容器３４の変形例を示す図である。図１７（ａ）は、蛇腹形状を有しない容器形状を有し、ポリエチレン等の柔軟性を有する樹脂により形成することができる。図１７（ｂ）は、底部が大きなＲ形状（曲面形状）に形成された水収容容器３４を示している。材料は（ａ）と同じように樹脂により形成することができる。底部をＲ形状にすることで、変形しやすくすることができる。

燃料電池の構成を示す外観斜視図セル保持体を下方から見た斜視図発電セルの構成例を示すアノード側斜視図発電セルの構成例を示すカソード側斜視図発電セルの構成を示す分解斜視図発電セルの内部構成を示す断面図４つの発電セルの接続態様を示す図発電セル内部の第１ガス流路とセル保持体内の第２ガス流路を接続するときの接続構造を示す断面図セル保持体の横断面図燃料ガス発生部を構成する要素を分解した状態で示す概略斜視図水収容部の構成を示す分解斜視図燃料収容部の構成を示す分解斜視図燃料ガス発生部の内部構成を示す断面図第２内部本体ケースの構成を示す平面図回路構成を示すブロック図電源供給部の別実施形態を示す図水収容容器の別実施形態を示す図

符号の説明

Ａ発電セル保持部
Ｂ燃料ガス発生部
Ｂ１水収容部
Ｂ２燃料収容部
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４発電セル
１燃料電池
６セル保持体
２０ゴムブッシュ
２４バルブ
４０外部本体ケース
４１第１内部本体ケース
４２第２内部本体ケース
５０ＤＣ−ＤＣコンバータ
５１回路部
６０セル保持面
６３ガス導入部
６４ガス排出部

Claims

燃料ガスが供給されることで発電を行なう発電セルと、
この発電セルを複数個保持することが可能なセル保持体と、
反応液を収容する反応液収容部と、
反応液と反応して燃料ガスを発生するガス発生剤を収容する燃料収容部と、
反応液収容部内の反応液を燃料収容部内へ供給するための反応液供給路と、
反応液の供給を制御するために、反応液供給路の開閉を行なう開閉制御機構と、
燃料収容部内において発生した燃料ガスを発電セル側へ供給するためのガス供給路と、
複数の発電セルからの出力電圧を昇圧する昇圧回路、開閉制御機構を制御するための制御回路を含む回路部と、を備え、
セル保持体、反応液収容部、燃料収容部を長軸状に並べて配置すると共に、セル保持体を筒状枠体に形成し、その内部空間に前記回路部の一部もしくは全部を収容し、更に、セル保持体の一端側に反応液収容部を配置し、他端側に外部機器と接続される電源供給部を配置したことを特徴とする燃料電池。
前記セル保持体、前記反応液収容部、前記燃料収容部をこの順番に配置すると共に、前記開閉制御機構の一部もしくは全部を前記内部空間に収容したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
前記反応液収容部は、
反応液排出口を有する変形可能な反応液収容部材と、
反応液が排出する方向に付勢力を付与する反応液付勢手段と、
反応液排出口に栓をするゴム栓と、を有し、
前記開閉制御機構に備えられている反応液供給パイプを前記ゴム栓に突き刺すことにより、開閉制御機構と反応液収容部を連通させるように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池。
前記燃料収容部は、
ガス発生剤を収容する第１内部本体ケースと、
この第１内部本体ケースへ反応液を導入するための反応液導入口と、
不純物除去剤を収容する第２内部本体ケースと、
第１内部本体ケース内で発生した燃料ガスを第２内部本体ケースへと導くガス導入手段と、
第２内部本体ケース内で不純物が除去された燃料ガスを第２内部本体ケース外へ排出するためのガス排出口と、
第１内部本体ケースと第２内部本体ケースとをその周囲に隙間を形成した状態で収容するための外部本体ケースと、を備え、
前記ガス排出口から排出した燃料ガスを前記隙間を経由して前記ガス供給路へと導くように構成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。
第１・第２内部本体ケースを外部本体ケース内の中央部に位置決めする位置決め手段を備えており、第１・第２内部本体ケースの周囲全周に前記隙間が形成されるように構成したことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
前記第２内部本体ケース内には、燃料ガスを上下及び左右に蛇行して進行させるための蛇行経路が形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の燃料電池。