JP3134764U - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の燃料電池セルを接続した燃料電池において、小型化が実現可能な燃料電池を提供する。
【解決手段】複数の燃料電池セルＣ１〜Ｃ４を筒状枠になるように配置した燃料電池であって、燃料電池セルＣ１〜Ｃ４の幅方向両側に配置される複数の柱部Ｐ１〜Ｐ４と、柱部Ｐ１〜Ｐ４同士を連結する柱部連結手段と、柱部Ｐ１〜Ｐ４内に形成されるガス流路２５〜２９と、燃料電池セルＣ１〜Ｃ４内のガス流路と柱部Ｐ１〜Ｐ４内のガス流路２５〜２９とを連結する流路連結手段１７と、を備えている。
【選択図】図９

Description

本考案は、複数の燃料電池セルを筒状枠になるように配置した燃料電池に関する。

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（燃料電池セル）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部とを備えている。

実用新案登録３１１４１４８号公報

上記の燃料電池に使用される複数の単位セルのガス流路は、直列接続、並列接続、あるいは直列接続と並列接続の適宜の組み合わせにより構成される。隣接する単位セル内のガス流路を接続するためには、外部のガス流路を構成する部材（パイプ等）が必要であり、この部材を収容するスペースを設けなければならない。上記先行技術では、これらの外部のガス流路は、セルを支持する支持基板に形成された矩形孔あるいは切欠に収容されているが、この構成では支持基板を使用しているために小型化に限界がある。したがって、小型化のために支持基板を設けない構成にした場合、外部のガス流路の配置を工夫する必要がある。

本考案は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、複数の燃料電池セルを接続した燃料電池において、小型化が実現可能な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考案に係る燃料電池は、
複数の燃料電池セルを筒状枠になるように配置した燃料電池であって、
前記燃料電池セルの幅方向両側に配置される複数の柱部と、
前記柱部同士を連結する柱部連結手段と、
前記柱部内に形成されるガス流路と、
前記燃料電池セル内のガス流路と前記柱部内のガス流路とを連結する流路連結手段と、を備えていることを特徴とする。

この構成による燃料電池の作用・効果を説明する。燃料電池は複数の燃料電池セルを備えている。これらの燃料電池セルを筒状枠になるように並べて配置する。各燃料電池セルの幅方向両側に柱部を配置し、この柱部同士を柱部連結手段により連結することで燃料電池セルを収容するフレームの骨格を形成する。柱部内にガス流路を形成し、このガス流路を流路連結手段によって、柱部に隣接する燃料電池セル内のガス流路と連結させる。したがって、本考案に係る燃料電池は、先行技術のように各燃料電池セルを搭載するための複数の板状の支持基板を必要とせず、柱部を利用して支持することが可能であり、より小型化することができる。また、本考案では、外部のガス流路は柱部内に形成されるので、外部のガス流路のために新たなスペースを設ける必要はない。

本考案の燃料電池において、隣接する前記燃料電池セルの電極同士を結合する電極部材を備え、前記柱部にこの電極部材を位置決めするための凹部を形成したことが好ましい。

各燃料電池セルの電極は電極部材によって結合される。この電極部材を位置決めするための凹部を柱部に形成することで、電極部材は正しく位置決めされる。また、電極部材は凹部に収容されるので、電極部材が柱部から突出することはなく小型化を阻害することもない。さらに、電極部材を介して、燃料電池セルを柱部に対して支持することができる。

本考案の燃料電池において、前記電極部材は、前記燃料電池セルの電極の両極を挟持するクリップ部を両端に備え、一方の燃料電池セルの正極を絶縁部を介し、かつ負極を直接クリップ部により挟持し、隣接する他方の燃料電池セルの正極を直接、かつ負極を絶縁部を介してクリップ部により挟持することが好ましい。

電極部材は両端にクリップ部を備えており、燃料電池セルの電極の両極を挟み込み燃料電池セルを保持することができるので、電極部材を介して燃料電池セルを柱部に対して支持することができる。また、一方の燃料電池セルの正極を絶縁部を介し、かつ負極を直接クリップ部により挟持し、隣接する他方の燃料電池セルの正極を直接、かつ負極を絶縁部を介してクリップ部により挟み込むので、隣接する燃料電池セルの正極と負極を容易に接続することができる。

本考案の燃料電池において、前記柱部連結手段は棒状部材であり、その両端部を嵌合する穴が前記柱部に形成されることが好ましい。

柱部同士を棒状部材によって連結し、棒状部材の両端部は柱部に形成された穴に嵌合させる。したがって、柱部同士は強固に連結することができ、フレームとしての強度を保つことができる。

本考案の燃料電池において、前記燃料電池セルに供給する水素ガスを発生する水素ガス発生ユニットの全部もしくは一部が、前記筒状枠の内部に配置されることが好ましい。

燃料電池セルに水素ガスを供給するための水素ガス発生ユニットの全部もしくは一部を、複数の燃料電池セルで構成された筒状枠の内部に配置することで、スペースを有効に活用し、燃料電池全体を小型化することができる。

本考案の燃料電池において、前記柱部と前記柱部連結手段により構成されるセル支持フレームの変形を防止する補強フレームを設け、この補強フレームを係合する係合部を前記柱部に形成したことが好ましい。

柱部と柱部連結手段により、複数の燃料電池セルを支持するセル支持フレームを構成する。このセル支持フレームの変形を防止するための補強フレームを設け、補強フレームを係合する係合部を柱部に形成することで、燃料電池の強度を上げることができる。

本考案の燃料電池において、前記柱部に、前記水素ガス発生ユニットから供給される水素ガスを前記燃料電池セルに供給するためのガス流路を形成したことが好ましい。

水素ガス発生ユニットから供給される水素ガスを流通させるためのガス流路を柱部に形成する。水素ガス供給手段によって水素ガスはこのガス流路、次いで燃料電池セル内のガス流路を通り、燃料電池セルに供給される。ガス流路を柱部に形成することで、燃料電池を小型化することができる。

本考案の燃料電池において、前記ガス流路の供給口は前記柱部の長手方向端面に形成しことが好ましい。

ガス流路の供給口を、柱部の長手方向端面に形成することで、燃料電池セルの配置に邪魔になることなく、水素ガスを燃料電池セル内へ供給するためのガス流路を形成することができる。

＜燃料電池の構成＞
本考案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、燃料電池の外観形状を示す斜視図である。燃料電池は、全体としてスティック状の外観形状を有している。燃料電池は、図１のように上部から回路ユニットＳ、セルユニットＡ、水素ガス発生ユニットＢにより構成される。図２は、燃料電池の構成を示す分解斜視図である。

セルユニットＡは、４つの燃料電池セルＣ１〜Ｃ４により構成され、略直方体形状の筒状枠となっている。４つの燃料電池セルＣ１〜Ｃ４は、カソード側を外向きに枠状に結合されている。４つの燃料電池セルＣ１〜Ｃ４は、接続用の電極部材１により電気的に直列接続されており、端部に位置する燃料電池セルＣ１とＣ４は、回路ユニットＳに接続される接続端子２を備える。接続端子２の一方は燃料電池セルＣ１のアノード及び燃料電池セルＣ４のカソードにスポット溶接により接続され、他方は回路基板にはんだ付けされる。

枠状に形成されたセルユニットＡの上部には回路ユニットＳが取り付けられる。回路ユニットＳには、携帯機器等と接続される電源供給端子３が取り付けられると共に、携帯電話等の携帯機器に適切な充電電圧が供給できるように昇圧回路４などが搭載されている。また、回路ユニットＳには後述する反応液を間欠的に送るためのバルブの駆動に必要な電池５も搭載されている。セルユニットＡと回路ユニットＳとは、接続端子２により電気的に接続されており、セルユニットＡによって発生した電圧は、昇圧回路４により適切な電圧に昇圧されてから携帯機器側に供給される。

水素ガス発生ユニットＢは、大きく分けて反応液供給部６と、水素ガス発生部７とを備えている。反応液供給部６内には圧縮気体収容部を備え、反応液を押し出すための圧縮気体が収容されている。さらに、反応液供給部６内には反応液収容部を備え、水素発生剤と反応させるための反応液が収容される。反応液は、前述のバルブを介して送り込まれる。水素発生剤収容部は、水素ガス発生部７内に備えられており、反応液と反応して水素ガスを発生する水素発生剤が収容される。発生した水素ガスは、水素ガス発生部７の排出管７ａを介してセルユニットＡ側に供給される。

枠状に組み立てられたセルユニットＡの内部には空間部が形成されており、反応液供給部６が挿入される。反応液供給部６は、断面略正方形の直方体状に形成される。水素ガス発生部７も断面略正方形の直方体状に形成されている。反応液供給部６をセルユニットＡ内に挿入した時、セルユニットＡの下部に水素ガス発生部７が位置し、さらに回路ユニットＳをセルユニットＡの上部に接続することで、燃料電池全体として図１のようなスティック状の外観形状を有する。

＜燃料電池セルの構成＞
本発明に係る燃料電池セルＣ１〜Ｃ４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に示す燃料電池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。

本発明の燃料電池セルＣ１〜Ｃ４は、各図に示すように、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（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。

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穴１１ｃ及びガス排出穴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、ガス供給穴１１ｃとガス排出穴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穴１１ｃ及びガス排出穴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、ガス供給穴１１ｃやガス排出穴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へのガス供給穴１１ｃ及びガス排出穴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。

燃料電池として使用の際、金属板１１のガス供給穴１１ｃ及びガス排出穴１１ｄには、直接、燃料供給用のパイプを接合することも可能であるが、水素ガスの漏れを防止するために、ブース１６が取り付けられる。このブース１６の取り付けは、カシメや圧入により行うことができる。

ブース１６には、パイプ１７（流路連結手段に相当）が圧入される横穴と、ブース１６の軸中心に位置する縦穴が形成され、これら横穴と縦穴は水素ガスを通過させるための内部連通路として機能する。

＜セルユニットの構成＞
セルユニットＡの構成を図を用いてより詳細に示す。図７（ａ）は、柱部Ｐ１〜Ｐ４と柱部連結手段１８からなるセル支持フレーム１９のみを示す。柱部連結手段１８は断面形状が長方形、円形などの棒状部材であり、その両端部は柱部Ｐ１〜Ｐ４に形成された穴に嵌合及び圧入される。また、柱部Ｐ１〜Ｐ４には、係合部２０が形成されており、図２に示す柱部同士（セルユニットＡ）の変形を防止するための補強フレーム２１を係合する。補強フレーム２１は、金属製または樹脂製などであり、その表面を絶縁処理することが好ましい。

図７（ｂ）は、燃料電池セルＣ１〜Ｃ４を電極部材１により接続した状態を示す図である。電極部材１は、図８に示すように、板状の部材を曲げ加工により成形しており、その両端にクリップ部２２を備えている。クリップ部２２により、図７（ｂ）のように燃料電池セルＣ１〜Ｃ４の電極の両極を挟み込んでいる。これにより、電極部材１は燃料電池セルＣ１〜Ｃ４を保持することができ、また、電極部材１は柱部に設けられた凹部２３の位置に固定されるので、燃料電池セルＣ１〜Ｃ４は電極部材１を介して柱部Ｐ１〜Ｐ４に支持される。なお、クリップ部２２は、燃料電池セルＣ１〜Ｃ４を着脱自在に保持することが可能であるが、抵抗溶接等によりクリップ部２２と燃料電池セルＣ１〜Ｃ４を接合して使用することも可能である。

図９は、燃料電池セルＣ１〜Ｃ４が、柱部Ｐ１〜Ｐ４に支持される様子を示す。図９（ａ）は、柱部Ｐ１〜Ｐ４の凹部２３の位置でのセルユニットＡの断面図である。ただし、説明の便宜上、補強フレーム２１は省略してある。図９（ｂ）は、上方のブース１６の位置でのセルユニットＡの断面図である。電極部材１は、クリップ部２２により燃料電池セルＣ１〜Ｃ４を挟み込み、柱部Ｐ１〜Ｐ４の凹部２３の位置に正確に位置決めされている。また、図９（ａ）に示すように、柱部Ｐ２の電極部材１は、燃料電池セルＣ１において、クリップ部２２は、アノード側金属板１１に接する面は絶縁部２４を介し、カソード側金属板１２に接する面は直接挟み込んでいる。一方、燃料電池セルＣ１に隣接する燃料電池セルＣ２において、クリップ部２２は、カソード側金属板１２に接する面は絶縁部２４を介し、アノード側金属板１１に接する面は直接挟み込んでいる。このように、柱部Ｐ３、Ｐ４において支持される電極部材１についても同様にして、隣接する燃料電池セルの正極と負極を直列に接続する。ただし、柱部Ｐ１の電極部材１については、燃料電池セルＣ１とＣ４は回路ユニットＳに電圧を供給するための接続端子２を備えるために、アノード側金属板１１とカソード側金属板１２に接する両面とも絶縁部２４を介して挟み込んでおり、燃料電池セルＣ１とＣ４の支持の役割のみを果たす。なお、柱部Ｐ１の電極部材１を設けない構成とすることも可能である。

また、図９（ｂ）に示すように、柱部Ｐ１〜Ｐ４の幅方向の間に、燃料電池セルＣ１〜Ｃ４、電極部材１、ブース１６、パイプ１７はすべて収まっており、補強フレーム２１とこれらが干渉することもない。また、パイプ１７同士を連結させるガス流路は、柱部Ｐ１〜Ｐ４内に形成されており、外部に新たにパイプなどを設ける必要はない。

各柱部Ｐ１〜Ｐ４には、図７（ａ）のように、隣接する燃料電池セルＣ１〜Ｃ４間を水素ガスが流通するための流路としてガス流路２５〜２９を設けてある。ガス流路２５は、柱部Ｐ１の下部に、柱部Ｐ１の長手方向の下端面に設けられた供給口３０から燃料電池セルＣ１の方向へＬ字状に設けられている。ガス流路２６は、柱部Ｐ２の上部に、燃料電池セルＣ１と燃料電池セルＣ２を接続する方向へＬ字状に設けられている。ガス流路２７は、柱部Ｐ３の下部に、燃料電池セルＣ２と燃料電池セルＣ３を接続する方向へＬ字状に設けられている。ガス流路２８は、柱部Ｐ４の上部に、燃料電池セルＣ３と燃料電池セルＣ４を接続する方向へＬ字状に設けられている。ガス流路２９は、柱部Ｐ４の下部に、柱部Ｐ４の長手方向の下端面に設けられた排出口３１から燃料電池セルＣ４の方向へＬ字状に設けられている。

図１０は、燃料電池セルＣ２をセルユニットＡの内側から見た様子を示す。燃料電池セルＣ２は、電極部材１により、柱部Ｐ２およびＰ３に支持されている。アノード側金属板１１に設けられたブース１６に対して、パイプ１７の一端を取り付け、他端を柱部Ｐ２、Ｐ３のガス流路２６，２７に接続している。このパイプ１７は、燃料電池セルＣ２を柱部Ｐ２およびＰ３に支持する役割も兼ねている。パイプ１７は、ブース１６及び柱部Ｐ１〜Ｐ４に対して圧入支持されている。燃料電池セルＣ２以外の燃料電池セルＣ１、Ｃ３及びＣ４についても、同様に電極部材１とパイプ１７により柱部Ｐ１〜Ｐ４に支持されている。

＜水素ガスの流通過程＞
水素ガス発生部７で発生した水素ガスは、排出管７ａを介してセルユニットＡ側に供給される。反応液供給部６をセルユニットＡ内に挿入した時、セルユニットＡの下部に水素ガス発生部７が位置し、水素ガス発生部７の排出管７ａと柱部Ｐ１供給口３０が嵌合し連通するように構成している。供給口３０から供給された水素ガスは、ガス流路２５を通り燃料電池セルＣ１に供給される。燃料電池セルＣ１内を通過した水素ガスは、柱部Ｐ２のガス流路２６を通り燃料電池セルＣ２に流通される。燃料電池セルＣ２内を通過した水素ガスは、柱部Ｐ３のガス流路２７を通り燃料電池セルＣ３に流通される。燃料電池セルＣ３内を通過した水素ガスは、柱部Ｐ４のガス流路２８を通り燃料電池セルＣ４に流通される。燃料電池セルＣ４内を通過した水素ガスは、柱部Ｐ４のガス流路２９を通り排出口３１から排出される。すなわち、ガス流路は直列に設けられており、水素ガス発生部７で発生した水素ガスは、供給口３０→ガス流路２５→燃料電池セルＣ１→ガス流路２６→燃料電池セルＣ２→ガス流路２７→燃料電池セルＣ３→ガス流路２８→燃料電池セルＣ４→ガス流路２９→排出口３１の順番でセルユニットＡ内を流通する。

＜燃料電池の電力供給＞
図１１は、本発明の燃料電池の概略構成図である。反応液と水素発生剤との反応により発生した水素は、上述したように燃料電池セルＣ１に供給され、順次燃料電池セルＣ２、Ｃ３、Ｃ４へと送られ、最後に排出される。直列に接続された燃料電池セルＣ１〜Ｃ４の端部に位置する燃料電池セルＣ１とＣ４に設けられた接続端子２は回路ユニットＳに接続される。発生した電圧は、昇圧回路４により適切な電圧に昇圧されてから電源供給端子３から携帯機器側に供給される。また、回路ユニットＳは、発生した電圧値の増減に応じて、水素発生量を調節するように反応液の供給量を制御できるようにしてもよい。

＜別実施形態＞
本実施形態では、４個の燃料電池セルＣ１〜Ｃ４を用いて燃料電池を構成したが、４個に限られるものではない。例えば、３個の燃料電池セルを用いて、三角形の筒状枠としたり、５個の燃料電池セルを用いて、五角形の筒状枠としたりすることもできる。

本実施形態では、水素ガス発生ユニットＢの一部、すなわち反応液供給部６の部分をセルユニットＡの内部に配置するように構成したが、水素ガス発生ユニットＢの全体をセルユニットＡの内部に配置するように構成することもできる。この際、水素ガス発生部７の排出管７ａの位置や柱部Ｐ１の供給口３０の位置を適宜変更する必要がある。

燃料電池の外観形状を示す斜視図 燃料電池の構成を示す分解斜視図 燃料電池セルのアノード側の外観を示す外観斜視図 燃料電池セルのカソード側の外観を示す外観斜視図 燃料電池セルの内部構造を示す分解斜視図 燃料電池セルの内部構造を示す組立断面図 セルユニットの構成を示す図 電極部材の構成を示す図 セルユニットの構成を示す断面図 燃料電池セルと柱部の組立図 燃料電池の概略構成図

符号の説明

Ｓ 回路ユニット
Ａ セルユニット
Ｂ 水素ガス発生ユニット
１ 電極部材
２ 接続端子
３ 電源供給端子
４ 昇圧回路
５ 電池
６ 反応液供給部
７ 水素ガス発生部
７ａ 排出管
１１ アノード側金属板
１１ｃ ガス供給穴
１１ｄ ガス排出穴
１２ カソード側金属板
１６ ブース
１７ パイプ（流路連結手段）
１８ 柱部連結手段
１９ セル支持フレーム
２０ 係合部
２１ 補強フレーム
２２ クリップ部
２３ 凹部
２４ 絶縁部
２５〜２９ ガス流路
３０ 供給口
３１ 排出口
Ｃ１〜Ｃ４ 燃料電池セル
Ｐ１〜Ｐ４ 柱部

Claims (8)

1. 複数の燃料電池セルを筒状枠になるように配置した燃料電池であって、
   前記燃料電池セルの幅方向両側に配置される複数の柱部と、
   前記柱部同士を連結する柱部連結手段と、
   前記柱部内に形成されるガス流路と、
   前記燃料電池セル内のガス流路と前記柱部内のガス流路とを連結する流路連結手段と、を備えていることを特徴とする燃料電池。
2. 隣接する前記燃料電池セルの電極同士を結合する電極部材を備え、前記柱部にこの電極部材を位置決めするための凹部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記電極部材は、前記燃料電池セルの電極の両極を挟持するクリップ部を両端に備え、一方の燃料電池セルの正極を絶縁部を介し、かつ負極を直接クリップ部により挟持し、隣接する他方の燃料電池セルの正極を直接、かつ負極を絶縁部を介してクリップ部により挟持することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
4. 前記柱部連結手段は棒状部材であり、その両端部を嵌合する穴が前記柱部に形成される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。
5. 前記燃料電池セルに供給する水素ガスを発生する水素ガス発生ユニットの全部もしくは一部が、前記筒状枠の内部に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池。
6. 前記柱部と前記柱部連結手段により構成されるセル支持フレームの変形を防止する補強フレームを設け、この補強フレームを係合する係合部を前記柱部に形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池。
7. 前記柱部に、前記水素ガス発生ユニットから供給される水素ガスを前記燃料電池セルに供給するためのガス流路を形成したことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の燃料電池。
8. 前記ガス流路の供給口は前記柱部の長手方向端面に形成したことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。

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