JP4994571B2 - 燃料電池および電気機器 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池および電気機器に関わる。

従来、小型の電気機器を持ち運んで使用するためには、種々の一次電池、二次電池が使用されてきた。しかし、最近の小型電気機器の高性能化に伴い、消費電力が大きくなり、一次電池では、小型軽量で十分なエネルギーを供給できなくなっている。一方、二次電池においては、繰り返し充電して使用できるという利点はあるものの、一回の充電で使用できるエネルギーは一次電池よりも更に少ない。そして、二次電池の充電の為には、別の電源が必要である上、充電には通常数十分から数時間かかり、いつでもどこでもすぐに使用できる様にするということは困難である。

さらに、今後、電気機器のますますの小型、軽量化が進み、ワイヤレスのネットワーク環境が整うことにより、機器を持ち運んで使用する傾向が高まる中で、従来の一次電池、二次電池では機器の駆動に十分なエネルギーを供給することは困難である。

このような問題の解決策として、小型の燃料電池が注目されている。燃料電池は従来、大型の発電機、自動車用の駆動源として開発が進められてきた。これは燃料電池が、従来の発電システムに比べて、発電効率が高く、しかも廃棄物がクリーンであることが主な理由である。一方、燃料電池が小型電気機器の駆動源として有用な理由に、体積当たり、重量当たりの供給可能なエネルギー量が従来の電池に比べて、数倍から十倍近くであることが挙げられる。さらに、燃料のみを交換すれば連続して使用が可能であるため、他の二次電池の様に充電に時間がかかることもない。

燃料電池には、様々な方式のものが発明されているが、小型電気機器、とりわけ持ち運びして使用する機器に対しては、例えば、固体高分子型燃料電池が適している。これは、常温に近い温度で使用でき、また、電解質が液体ではなく固体であるので、安全に持ち運べるという利点を有しているためである。

小型電気機器用の燃料電池の燃料としては、メタノールが検討されている。これは、メタノールが保存しやすく、また入手しやすい燃料であることが主な理由である。
大きな出力を得るための燃料電池には、水素を燃料に使用するのが最適である。しかし、水素は常温で気体であり、小型の燃料タンクの中に高密度に水素を貯蔵することは非常に困難であった。

第一の方法は水素を圧縮して高圧ガスとして保存する方法であるが、ガスの圧力を２０ＭＰａ（約２００気圧）まで高めても体積水素密度は１８ｍｇ／ｃｍ^３程度である。
第二の方法は水素を低温にして、液体として貯蔵する方法である。

第三の方法は水素吸蔵合金を使用して水素を貯蔵する方法である。この方法では、体積ベースでの吸蔵量は大きい。
第四の方法は、メタノールやガソリンなどを燃料タンクに積み、改質して水素に変換し使用するという方法がある。

第五の方法は、カーボンナノチューブ、グラファイトナノファイバー、カーボンナノホーンなどの炭素系材料を使用する方法である。これらの炭素系材料では、重量当たり約１０ｗｔ％の水素を吸蔵できる可能性がある。これにより、例えばデジタルカメラの電源として使用する場合、従来のリチウムイオン電池を用いた場合に比べ、３〜５倍程度の撮影が可能である。

また、第六の方法は、ケミカルハイドライドを用いるものである。ケミカルハイドライドは化学反応を利用して、水素を吸蔵、放出する化合物で、大きく分けて有機系と無機系の材料がある。無機系のケミカルハイドライドとしては、例えば、ボロハイドライドがある。また、有機系のケミカルハイドライドとしては、シクロヘキサンやデカリンなどがある。これらの化合物は５〜１０ｗｔ％程度の水素を吸蔵可能である。

また、燃料電池のセル部は少なくとも１つの燃料電池セルからなるが、モバイル機器を駆動するためには、通常５Ｖ程度の発電量が必要となる。セル１枚の発電量は最大でも１Ｖ程度であるので、複数のセルを直列につなぎ、所定の電圧を得る必要がある。

上記のような燃料電池は、１つ以上の燃料電池セルからなるセル部、燃料を貯蔵するための燃料タンク部、セル部に燃料タンク部の燃料を供給するための燃料供給部、セル部へ酸化剤ガスを供給のための開口部、発電した電力をとりまとめる配線部等の各部から構成されている。しかしながら、上記のような燃料電池の各部の構成では、小型の電気機器に搭載するための燃料電池の形状、電池内における各部の配置の構成、特に小型化するために必要な各部の配置の構成が考慮されていなかった。燃料電池のセル部は少なくとも１つの燃料電池セルからなるが、モバイル機器を駆動するためには、通常５Ｖ程度の発電量が必要となる。燃料電池セル１枚の発電量は最大でも１Ｖ程度であるので、複数の燃料電池セルを直列につなぎ、所定の電圧を得る必要がある。複数の燃料電池セルを効率よく並べるために、従来は、電極と高分子電解質膜からなるＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と燃料の隔壁に燃料流路を作り込んだセパレータを交互にスタック（積重ね）する方法が採られていた。また、セパレータを導電性の材料で作成することによって、スタックしたセルは、電気的に直列につながれていた。

その具体例を図１２に示す。同図１２は従来の燃料電池の各燃料電池セルを積層した構成を示す概略断面図である。同図に示す様に、燃料電池のセル部１は１つ以上の燃料電池セル１４からなり、１つの燃料電池セル１４は一方の面に酸化剤極１１を他方の面に燃料極１３を有し、酸化剤極１１の側には空気を取入れる酸化剤流路４４が、燃料極１３の側には燃料を供給する燃料流路４３が設けられたものを一つの燃料電池セルの構成単位として、各燃料電池セルの構成単位の間にはセパレータ４５を設けて積重ねてなるものである。この様に、積重ねられた燃料電池セルの燃料流路４３と酸化剤流路４４の間には各燃料電池を分離するセパレータ４５が設けられている。また、各々の燃料電池セル１４に対しては各々独立に酸化剤流路４４と燃料流路４３が設けられ、また燃料電池セル１４の４枚に対してセパレータ４５が３個設けられている。したがって、燃料電池の全体の厚さは、燃料電池セル、酸化剤流路、燃料流路およびセパレータの数の合計となるために、発電容量に対して燃料電池の大きさが大きくなる問題があった。

また、燃料電池の大きさに関して、燃料電池の小型化手法として、非特許文献１の中では、複数の燃料電池セルを同一平面上に配置する方法も試みられている。この場合、セルで発電された電気をまとめるために、立体配線などを用いて直列に配線する方法が採られていた。

しかしながら、上記のような燃料電池の構成では、小型の電気機器に搭載するための構成や、小型化するために必要な構成が考慮されていなかった。
特に従来の燃料電池の燃料電池セルのスタック方法では、燃料電池セルを小さな容積で、スタック数を多くすると、燃料の流路が狭くなり、効率よく燃料をセルに供給できないという欠点を有していた。

また、複数の燃料電池セルを同一平面上に配置し、立体配線などを用いて直列に配線する方法においては、通電のためにセルに穴をあける必要があり、燃料室の密封性が損なわれるという欠点を有していた。

２００１年９月に開催された２００１ Ｊｏｉｎｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ "ｔｈｅ ２００ｔｈ ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｆ Ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，Ｉｎｃ．ａｎｄ ｔｈｅ ５２ｎｄ Ａｎｎｕａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ"におけるＦ．Ｂ．Ｐｒｉｎｚらによる発表、"Ｐｌａｎａｒ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌｓ ｂｙ Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ"

本発明は、これらの課題を個々にあるいはまとめて解決するものである。
すなわち、本発明は、この様な上記の技術の問題点を個々にあるいはまとめて改善するためになされたものであり、特に燃料電池を構成する各部の配置関係を考慮して、小型化するために最適な配置の構成を見出すと共に、かつ大容量で、高出力の小型の燃料電池およびそれを用いた電気機器を提供することを目的とするものである。

即ち、本発明は、持ち運び可能な小型電気機器に搭載して用いられる燃料電池であって、薄型で実質的に直方体形状であり、対向する２つの側面と、前記側面の長辺に接した位置にあり、かつ前記側面よりも面積が大きい対向する上面および下面とを有する筐体と、前記筐体内に具備される、１つ以上の燃料電池セルからなるセル部と、前記セル部に供給する燃料を貯蔵する燃料タンク部と、前記燃料タンク部から供給される大気圧以上の圧力を有する燃料を減圧して前記セル部に供給する燃料供給部とを有し、前記燃料は気体として燃料タンク部からセル部に供給され、かつ前記燃料タンク部、燃料供給部およびセル部が前記筐体の対向する２つの側面間または対向する上面および下面間に一方向に配置されており、前記燃料供給部は、前記燃料タンク部と前記セル部に挟まれる空間にのみ配置されていることを特徴とする燃料電池である。

本発明の燃料電池における配置の好ましい第一の実施態様は、前記燃料タンク部、燃料供給部およびセル部が筐体の対向する２つの側面間に一方向に配置されているのが好ましい。

また、前記燃料タンク部、燃料供給部およびセル部の順序で前記筐体の対向する２つの側面間に配置されているのが好ましい。
また、前記セル部の１つ以上の燃料電池セルが、筐体の下面に平行になるように積重ねて配置されているのが好ましい。

本発明の燃料電池における配置の好ましい第二の実施態様は、前記燃料タンク部、燃料供給部およびセル部が筐体の対向する上面および下面間に一方向に配置されているのが好ましい。

また、前記セル部が筐体の少なくとも上面と下面のいずれかに面して平行に配置されているのが好ましい。
また、前記セル部、前記燃料供給部、前記燃料タンク部、別の燃料供給部および別のセル部の順序で上面および下面間に配置されているのが好ましい。

本発明の燃料電池においては、前記筐体が酸化剤ガスを供給する開口部を有し、該開口部は、筐体の少なくともセル部がある部分に設けられているのが好ましい。特に、前記開口部が筐体の上面、下面および側面に設けられているのが好ましい。

さらに発電した電力をとりまとめた電力を外部へ供給する配線部を有し、該配線部が燃料タンク部がない位置に設けられているのが好ましい。
前記燃料タンク部が筐体から着脱可能に設けられているのが好ましい。

前記燃料電池が固体高分子型小型燃料電池であるのが好ましい。
また、本発明は、上記の燃料電池を用いてなる電気機器である。
なお、本発明の他の特徴および効果については、図面を参照することにより詳細に後述する。

本発明によれば、燃料電池を構成する各部の配置関係を特定したために、持ち運んで使用できる小型電気機器に搭載可能で、かつ小型化で、大容量、高出力の燃料電池を提供することができる。また、燃料タンクカートリッジのみを交換可能な燃料電池を提供することができる。

本発明の燃料電池の一例を表す斜視図である。 図１の燃料電池の平面図である。 図１の燃料電池の部分断面平面図である。 本出願に係る第１の発明の燃料電池の正面図である。 本出願に係る第１の発明の燃料電池の部分断面正面図である。 図１の燃料電池の左側面図である。 本出願に係る第１の発明の燃料電池のシステムを示す概要図である。 本出願に係る第１の発明の燃料電池におけるセル部と燃料タンク部と開口部の配置の関係を表す概略図である。 本出願に係る第１の発明の燃料電池におけるセル部と燃料タンク部と開口部の配置の関係を表す概略図である。 燃料タンクの概要を示す概略図である。 本発明の燃料電池を搭載するデジタルカメラを示す概略斜視図である。 本出願に係る第２の発明の燃料電池の正面図である。 第２の発明の燃料電池の部分断面正面図である。 本出願に係る第２の発明の燃料電池のセル部の構成を示す説明図である。 本出願に係る第２の発明の燃料電池のシステムを示す概要図である。 一般的な燃料電池を示す概略断面図である。 セル間に設けられる集電部材により電力を取り出す形態を説明するための斜視図である。 セルと集電部材を積層した状態の斜視図である。 集電部材の平面図である。 その電力取り出し部が中心からずれている集電部材の平面図である。 複数のセルを並列接続する場合のセルと集電部材とを積層した状態の斜視図である。 セルと集電部材との積層体が配線基板に接続される様子を説明するための図である。 集電部材と配線基板との接続構造を示す図である。 配線基板を示す正面図である。 複数のセルを直列接続する場合のセルと集電部材とを積層した状態の斜視図である。 集電部材と配線基板との接続構造を示す図である。 配線基板を示す正面図である。 ２つのセルとそれらを支える支持部材の斜視図である。 図１９Ａの平面図である。 図１９Ｂの１９Ｃ−１９Ｃにおける端面図である。 ２つのセルとそれらを支える多孔質の支持部材の平面図である。 図２０Ａの２０Ｂ−２０Ｂにおける端面図である。 ２つのセルとそれらを支える多孔質の支持部材の平面図である。 図２１Ａの２１Ｂ−２１Ｂにおける端面図である。 ２つのセルとそれらを支える通気孔を有する支持部材の平面図である。 図２２Ａの２２Ｂ−２２Ｂにおける端面図である。 ２つのセルとそれらを支える通気孔を有する支持部材の平面図である。 図２３Ａの２３Ｂ−２３Ｂにおける端面図である。 ２つのセルとそれらを支える球形の支持部材の平面図である。 図２４Ａの２４Ｂ−２４Ｂにおける端面図である。 薄型フレキシブル燃料電池を示す斜視図である。 ２つのセルを並列接続する場合における、セルと配線基板と燃料極室隔壁との位置関係を説明するための図である。 セルと、配線基板への配線機能を有する導電性の燃料極室隔壁との位置関係を説明するための図である（並列接続の場合）。 燃料極室隔壁（あるいは酸化剤極室の端部に位置する支持部材）の斜視図である。 図２８Ａの平面図である。 ２つのセルを並列接続するための配線基板とその配線パターンを説明するための図である。 配線基板との接続部が中央からずれている燃料極室隔壁（あるいは酸化剤極室の端部に位置する支持部材）の斜視図である。 図３０の隔壁を用いる場合における配線基板とその配線パターンを説明するための図である（２つのセルを並列接続するパターン）。 ４つのセルを並列接続する場合における、セルと配線基板と燃料極室隔壁との位置関係を説明するための図である。 ４つのセルを並列接続するための配線基板とその配線パターンを説明するための図である。 ４つのセルを並列接続するための配線基板と他の配線パターンを説明するための図である。 セルと絶縁性の燃料極隔壁と導電板との位置関係を説明するための図である。 ２つのセルを直列接続する場合における、セルと配線基板と燃料極室隔壁との位置関係を説明するための図である。 ２つのセルを直列接続する場合の配線基板とその配線パターンを説明するための図である。 ４つのセルを直列接続する場合における、セルと配線基板と燃料極室隔壁との位置関係を説明するための図である。 ４つのセルを直列接続する場合の配線基板とその配線パターンを説明するための図である。 セルと導電性の燃料極隔壁と絶縁板と導電板との位置関係を説明するための図である。 ２つのセルの間に水遮断部材を有するセル部の構成図である。 支持部材中に水遮断部材を有するセル部の構成図である。 支持部材中に水遮断部材を有するセル部の構成図である。

以下、本発明を実施形態により詳細に説明する。
（第１の実施形態）
本発明の本実施形態の燃料電池は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ、プリンタ等の持ち運び可能な小型電気機器に搭載して用いられる燃料電池であって、薄型で実質的に直方体形状の筐体内に、１つ以上の燃料電池セルからなるセル部と、該セル部に供給する燃料を貯蔵する燃料タンク部と、該燃料タンク部の燃料をセル部に供給するための燃料供給部と、該セル部に酸化剤ガスを供給するための開口部とを具備し、前記燃料タンク部、燃料供給部およびセル部が筐体の対向する２つの面間に一方向に配置されていることを特徴とする。

すなわち、本実施形態の燃料電池は、薄型で実質的に直方体形状の筐体内に、燃料タンク部、燃料供給部およびセル部を一方向に配置して、不要な空間をなくし、大容量、高出力が得られる様に筐体内に収容することを特徴とする。

本実施形態の燃料電池においては、小型電気機器の駆動に十分な電力を供給するために燃料タンクに供給する燃料を水素とし、また燃料タンクに燃料を高密度に貯蔵するために、例えば、炭素系材料を使用するのが好ましい。炭素系材料にはカーボンナノチューブ、グラファイトナノファイバー、カーボンナノホーンなどが用いられる。この場合、燃料タンク内の圧力は、数十気圧になるため、安全性を確保するためには、燃料タンクの肉厚は１〜２ｍｍ必要になる。薄型の燃料電池を作成する場合、燃料タンクの深さが十分にとれないと燃料タンクの容積が十分に確保できない。そこで、セル部および燃料供給部と燃料タンク部が筐体内に、例えば筐体の上面および下面に沿って平面的に一方向に直列に配置することによって燃料タンクの深さを確保することができる。

また、燃料電池から十分な出力を得るためには、セル部の燃料電池セルの表面積を確保する必要がある。また、本発明の燃料電池では酸化剤として外気を通気孔の開口部から取り込むが、効率よく発電を行うためには、燃料電池セルに十分な外気が供給される必要がある。本発明においては、十分な燃料電池セルの面積を確保し、かつ、効率のよい酸化剤の供給のために、燃料電池セルを筐体の上面および下面に平行になるように配置し、外気を取り込むための開口部を少なくとも筐体の上面および下面に具備し、さらに必要ならば、開口部を筐体の側面にも具備するのが好ましい。

また、発電した電気を取り出しやすいようにセル部から見て、外部へ電力を供給するための電極が燃料タンク部の側にないことを特徴とする。
また、本実施形態の構成においては、燃料タンクを燃料電池から着脱可能な構成にすることも可能である。

以下、本発明を小型燃料電池の実施例により更に詳細に説明するが、本発明は小型の燃料電池に限定されるものではない。

以下に図面に基づき本実施例を具体的に説明する。
図１は本発明の燃料電池の一例を表す斜視図である。図２Ａは図１の燃料電池の平面図である。図２Ｂは図１の燃料電池の部分断面平面図である。図３Ａは図１の燃料電池の正面図である。図３Ｂは図１の燃料電池の部分断面平面図である。図４は図１の燃料電池の左側面図である。図５は本発明の燃料電池のシステムを示す概要図である。なお、図２Ａ、図３Ａは、いわば透明の筐体２の外側から覗いた場合に見える内部の様子を示している。

図１に示す本発明の燃料電池の外寸法の一例を示すと、たて（ａ）３０ｍｍ×よこ（ｂ）５０ｍｍ×高さ（ｃ）１０ｍｍであり、通常コンパクトデジタルカメラに使用されているリチウムイオン電池の大きさとほぼ同じである。

図８は本発明の燃料電池を搭載するデジタルカメラを示す概略斜視図である。図８に示すように、本発明の小型電気機器の１つであるデジタルカメラ９１は、小型で一体化されているため、小型の燃料電池９２は携帯機器のデジタルカメラに組み込みやすい形状となっている。また、燃料電池の薄型直方体形状は、厚みのある直方体や円筒形の形状に比べ、小型電気機器に組み込みやすい。

本発明は、燃料電池を小型化して、かつ大容量および高出力を実現するために、その手段として、小型の筐体の収容容積の中で、十分な電池容量を得るための燃料タンク容積と、十分な出力を得るための燃料電池セル面積と、酸化剤を効率よく燃料電池セルに供給するための通気孔の数を最大にすると共に、筐体内の燃料タンク部、燃料供給部およびセル部の位置関係を最適にしたものである。

図１において、本発明の燃料電池は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、小型プロジェクタ、小型プリンタ、ノート型パソコンなどの持ち運び可能な小型電気機器に搭載して用いられる燃料電池であって、薄型で実質的に直方体形状の筐体２内に、４つの燃料電池セル１４からなるセル部１と、該セル部１に供給する燃料を貯蔵する燃料タンク部３と、該燃料タンク部３の燃料をセル部１に供給するための燃料供給部４と、該セル部１に酸化剤ガスを供給のための開口部７と、セル部１により発電した電力をとりまとめ、一時的に蓄え常に安定した電力を外部へ供給する配線部５を具備し、前記燃料タンク部３、燃料供給部４およびセル部１がこの順序で筐体２の対向する２つの短側面８３ａ，８３ｂ間に一方向に配置されてなるものである。

本発明の燃料電池は、酸化剤ガスとして反応に用いる酸素を外気から取り入れるため、筐体２の上面８２，下面８１及び長側面８４ａ，８４ｂに外気を取り入れるための通気孔である開口部７を有する。また、この開口部７は生成した水を水蒸気として逃がしたり、反応により発生した熱を外に逃がす作用もしている。また、筐体２の一方の短側面８３ｂには配線部５が設けられ、該配線部５には電気を取り出すための電極５３が設けられている。

一方、筐体２の内部は、燃料極１３と高分子電解質膜１２と酸化剤極１１と触媒からなる燃料電池セル１４（図５参照）の１つ以上からなるセル部１と、燃料を貯蔵する燃料タンク部３、燃料タンクからの燃料を減圧し、各セルの反応極まで導く燃料供給部４、各燃料電池セル１４で発電した電気をとりまとめる配線部５によって構成されている。

図５は、図１に示す本発明の燃料電池のシステムを示す概要図である。同図において、燃料タンク部３に収容されている燃料は、燃料タンク部３から燃料供給部４を通ってセル部１の燃料電池セル１４の燃料極１３に供給される。酸化剤ガスには空気が用いられ、外気は通気孔である開口部７を通って燃料電池セル１４の酸化剤極１１に供給される。セル部１は１つ以上の燃料電池セル１４からなり、燃料電池セル１４は燃料極１３と高分子電解質膜１２と酸化剤極１１と触媒から構成される。燃料タンク部３からの燃料と、外気からの酸化剤ガスの供給により各燃料電池セル１４で発電した電力は、配線部５で一時的に蓄えられ、電極５３から常に安定した発電電力を外部へ供給するように構成される。

図６Ａおよび６Ｂは、本発明の燃料電池におけるセル部と燃料タンク部と開口部の配置の関係を表す概略図である。
図６Ａは、図１と同様の配置を示し、筐体２の短側面８３ａ，８３ｂ間に、セル部１と燃料供給部４と燃料タンク部３が一方向に直列に配置され、かつ、燃料タンク部３は燃料電池セル１４の側面に存在する。また、開口部７を有する筐体２の上面８２、下面８１は燃料電池セル面に対して相対する位置にある。

図６Ｂは、開口部７を燃料電池の筐体２の表面積が最大になる面に配置し、セル部１の燃料電池セル１４を開口部７を有する面に相対する位置に配置し、セル部１の内側に燃料タンク部３を配置してなるものである。セル部１、燃料供給部４、燃料タンク部３、燃料供給部４およびセル部１の順序で筐体２の上面８２および下面８１間に配置されている。

図６Ｂにおいては、燃料電池セル１４が燃料タンク部３の両側（筐体の上面側と下面側）に配置されているが、燃料電池セル１４が、筐体２の上面側だけにある場合、または筐体２の下面側だけにある場合でもよい。

燃料電池が薄型である場合、燃料タンク容積を大きく取るためには、図６Ａの方式が有効である。一方、より効率よく、酸化剤を開口部から取り込み、酸化剤極に供給するためには、図６Ｂの方式が有効である。

本発明の燃料電池セルは起電力０．８Ｖ、電流密度３００ｍＡ／ｃｍ^２であり、単位セルの大きさは１．２ｃｍ×２ｃｍである。この燃料電池セルを８枚直列につなぐことで、電池全体の出力は６．４Ｖ、７２０ｍＡで４．６Ｗである。

以下、本発明の燃料電池の各部位について詳細に説明する。
まず、燃料タンク部３について説明する。図７は燃料タンクの概要を示す概略図である。本発明の燃料電池は燃料として水素を使用する。燃料タンク３１の内部には例えばカーボンナノチューブやグラファイトナノファイバー、カーボンナノホーンなど水素を吸蔵することが可能な炭素系材料３６が充填されている。これらの炭素系材料３６は４ＭＰａの圧力において、水素を１０ｗｔ％程度吸蔵可能である。水素吸蔵後の燃料タンクの内圧は４ＭＰａ程度の高圧になるため、燃料タンク３１は、ステンレススチールやマグネシウム合金、チタンなど、強度の高い材料を用いるのが望ましい。例えば、３０ｍｍ角程度の燃料タンクの場合、肉厚は安全率を５とすると、材料がステンレス鋼の場合約２ｍｍ以上、チタンの場合約１ｍｍ以上必要である。燃料電池セルや燃料流路の体積を考慮して、燃料タンクの外寸法は２．５ｃｍ×３ｃｍ×１ｃｍが好ましい。外壁にはチタンを使用し、タンク肉厚を１ｍｍとする。この時、燃料タンクの重量は１０ｇ程度となり、また、燃料タンク体積は５．２ｃｍ^３となる。これはステンレスを燃料タンクの外壁に使用した場合の約１／３の重量で、１．５倍の容積である。燃料タンクに蓄えられているエネルギーは、約７．０［Ｗ・ｈｒ］であり、従来のリチウムイオン電池の約２．５倍である。

また、燃料電池をモバイル機器と一体型で作成することも可能である。また、燃料タンクをセル部から取り外しできるように作成しておき、燃料の交換時には、燃料タンクのみを交換することも可能である。使用者は燃料電池ごと交換し、燃料の詰め替えを行う者が燃料タンクのみを取り出すこともできる。触媒などの消耗や、高分子電解質膜の劣化に対し、燃料タンクを除く電池部分のみを交換することも可能である。

燃料タンク３１には燃料放出口３４があり、燃料タンクを燃料電池から取り外し可能な構造にした場合、燃料タンクを燃料電池に取り付けると、燃料放出口３４からセル部１に水素が供給される。その場合は、燃料タンクを取り外した際に燃料が外に漏れないように、燃料放出口３４には、放出弁３５が付いており、燃料タンク３１が燃料電池に装着されたときにのみ、弁が開く構造になっている。燃料注入口３２と燃料放出口３４を１つの口で兼ねることも可能である。

次に、燃料供給部４について説明する。燃料に用いられる水素は燃料タンクより、燃料極１３の電極に導かれる。一方、酸素を含む外気は開口部７を通して酸化剤極１１の電極に導かれる。従来の自動車用などに用いられる燃料電池システムでは、酸素を効率よくセルに供給するために、開口部とセルとの間にファンを設ける必要があった。しかし、本発明の小型の燃料電池においては、セルの酸化剤極電極１１を開口部７に対して平行にして十分（１ｃｍ以内）に近づけ、また、酸化剤極の面が燃料電池筐体に対向していないセルに対しては垂直な方向にも開口部を設けることにより、通気を効率よく行うことができる。

筐体２は小型で薄型で実質的に直方体形状のものが用いられ、直方体の一部に変形や凸部、凹部が有ってもよい。また、高さ（ｃ）は２〜１００ｍｍの薄型のものが好ましい。また、たて（ａ）が５〜２００ｍｍで、たて（ａ）：よこ（ｂ）＝１：１〜１：２０のものが好ましい。

以下、本発明の第２の発明を実施形態により詳細に説明する。
（第２の実施形態）
本発明に従う本実施形態の燃料電池は、少なくとも１つ以上からなる２種類の燃料電池セルＡと燃料電池セルＢを交互に積重ねて設けてなるものであり、燃料電池セルＡは一方の面に燃料極を他方の面に酸化剤極を有し、燃料電池セルＢは燃料電池セルＡとは反対に一方の面に酸化剤極を他方の面に燃料極を有するものであり、それらの燃料電池セルＡとＢの燃料極と燃料極が対向し、酸化剤極と酸化剤極が対向する様に交互に積重ねて設け、前記燃料電池セルＡとＢの対向する燃料極同士の間に共通の燃料流路を設け、また対向する酸化剤極同士の間に共通の酸化剤流路を設けてなることを特徴とする。

上記の様に、本発明の燃料電池のスタック（積重ね）方式は、燃料流路の両面に燃料電池セルを配置することにより、燃料電池セルが従来の電池のセパレータの働きを兼ねるので、セパレータが不要である。この方式により、燃料流路の深さを大きくでき、例えば従来の２倍にできるため、非常に効率よく燃料をセルに供給することができる。

また、従来の燃料電池と同様の深さの流路を用いた場合、本発明の燃料電池では、従来の電池のセパレータがなく、また燃料電池セルＡとＢの対向する燃料極同士の間の燃料流路、および対向する酸化剤極同士の間の酸化剤流路は共通となるために、燃料流路および酸化剤流路の数を減らすことができ、セル部の体積を減少させ、従来の燃料電池のほぼ半分にすることができる。

また、本発明においては、酸化剤極側の酸化剤と燃料極側の燃料の圧力差による燃料の漏れを防ぐため、酸化剤流路には支持部材を使用するのが好ましい。
本発明の燃料電池は、従来のスタック方法と異なり、セパレータを使用しないため、各燃料電池セルで発電した電気を別に集める必要がある。本発明では燃料電池セルの各電極から取り出した電気をセル部の外側に設けた配線部で集める。この方式を用いれば、立体配線方式で問題であった配線路からの燃料の流失を防ぐことができる。

以下に図面に基づき本発明を実施例により具体的に説明する。
図１は本発明の燃料電池の一例を表す斜視図である。図２Ａは図１の燃料電池の平面図である。図２Ｂは図１の燃料電池の部分断面平面図である。図９Ａは図１の燃料電池の正面図である。図９Ｂは図１の燃料電池の部分断面正面図である。図４は図１の燃料電池の左側面図である。図１０は本発明の燃料電池のセル部の構成を示す説明図である。図１１は本発明の燃料電池のシステムを示す概要図である。図２Ａ、図９Ａは、いわば透明の筐体２の外側から覗いた場合に見える内部の様子を示している。

図１に示す本発明の燃料電池の外寸法の一例を示すと、たて（ａ）３０ｍｍ×よこ（ｂ）５０ｍｍ×高さ（ｃ）１０ｍｍであり、通常コンパクトデジタルカメラに使用されているリチウムイオン電池の大きさとほぼ同じである。

図８は本発明の燃料電池を搭載するデジタルカメラを示す概要図である。図８に示すように、本発明の小型電気機器の１つであるデジタルカメラ９１は、小型で一体化されているため、小型の燃料電池９２は携帯機器のデジタルカメラに組み込みやすい形状となっている。

本発明は、燃料電池内に各燃料電池セルをコンパクトに収容し、また燃料流路を広げて効率よく燃料極に燃料を供給するために、各燃料電池セルを互に燃料極と酸化剤極が対向する様に積重ねて、燃料電池セルの対向する燃料極の間に共通の燃料流路を設け、また対向する酸化剤極の間に共通の酸化剤流路を設けたものである。

図１において、本発明の燃料電池は、２つの燃料電池セルＡと２つの燃料電池セルＢからなるセル部１と、該セル部１に供給する燃料を貯蔵する燃料タンク部３と、該燃料タンク部３の燃料をセル部１に供給するための燃料供給部４と、該セル部１に酸化剤ガスを供給のための通気孔７と、セル部１により発電した電力をとりまとめ、一時的に蓄え常に安定した電力を外部へ供給する配線部５を具備してなるものである。

本発明の燃料電池は、酸化剤ガスとして反応に用いる酸素を外気から取り入れるため、筐体２の上面８２，下面８１及び長側面８４ａ，８４ｂに外気を取り入れるための通気孔７を有する。また、この通気孔７は生成した水を水蒸気として逃がしたり、反応により発生した熱を外に逃がす作用もしている。また、筐体２の一方の短側面８３ｂには配線部５が設けられ、該配線部５には電気を取り出すための電極５３が設けられている。

一方、筐体２の内部は、燃料極１３と高分子電解質膜１２と酸化剤極１１と触媒からなる燃料電池セルＡおよびＢ（１４Ａ，１４Ｂ）（図１１参照）の１つ以上からなるセル部１と、燃料を貯蔵する燃料タンク部３、燃料タンクからの燃料を減圧し、各セルの反応極まで導く燃料供給部４、各燃料電池セル１４Ａ，１４Ｂで発電した電気をとりまとめる配線部５によって構成されている。

次に、図９Ａ、図９Ｂおよび図１０により本発明の燃料電池を説明する。
同図９Ａ、図９Ｂおよび図１０において、本発明の燃料電池は、２種類の燃料電池セルＡ（１４Ａ）と燃料電池セルＢ（１４Ｂ）を交互に積重ねて設けてなるものである。燃料電池セルＡは下方の面に燃料極１３ａを上方の面に酸化剤極１１ａを有し、燃料電池セルＢは燃料電池セルＡとは反対に下方の面に酸化剤極１１ｂを上方の面に燃料極１３ｂを有し、燃料電池セルＡの燃料極１３ａと燃料電池セルＢの燃料極１３ｂとが対向し、一方燃料電池セルＡの酸化剤極１１ａと燃料電池セルＢの酸化剤極１１ｂが対向する様に交互に積重ねられ、前記燃料電池セルＡとＢの対向する燃料極１３ａと燃料極１３ｂの間に共通の燃料流路４３が設けられ、また対向する酸化剤極１１ａと酸化剤極１１ｂの間には共通の酸化剤流路４４が設けられて構成されている。

前記燃料電池セルＡと燃料電池セルＢは同じ構造の燃料電池セルであって、一方の燃料電池セルを反対にして燃料極同士および酸化剤極同士が互に対向する様に燃料電池セルを交互に設けてもよい。すなわち、燃料電池セルＡを反対にすれば、燃料電池セルＡの燃料極と酸化剤極が燃料電池セルＢの燃料極と酸化剤極の構成となる。

上記の本発明の燃料電池は複数の燃料電池セルで発電を行う場合、燃料流路４３の上下の両側に燃料電池セルが配置されるので、燃料電池セルが従来の燃料電池のセパレータの働きを兼ねるため、セパレータが不要である。

また、本発明の燃料電池では、燃料電池セルＡとＢの対向する燃料極同士の間の燃料流路４３、および対向する酸化剤極同士の間の酸化剤流路４４は共通となるために、燃料流路および酸化剤流路の数を減らすことができ、セル部の体積を減少させ、従来の燃料電池のほぼ半分にすることができる。また、共通の燃料流路４３を用いると、燃料流路４３の深さを大きくすることができ、従来の燃料電池セルの燃料流路の２倍にできるため、非常に効率よく燃料を燃料極に供給することができる。さらに、本実施例においては、燃料流路および中央の酸化剤流路の深さを約２ｍｍにすることができ、十分に燃料を効率よく供給することができる。また、従来と同様の深さの流路を用いた場合、本発明のスタック方式では、セル部の体積を半分にすることができる。

また、燃料としては水素等の気体燃料が用いられ、酸化剤としては酸素、空気等が用いられる。
また、前記燃料極に接する燃料と酸化剤極に接する酸化剤の物質の違い、および酸化剤極側の酸化剤と燃料極側の燃料の圧力差による、高分子電解質膜と燃料流路との境界からの燃料の漏れを防ぐために、酸化剤流路４４の両側には支持部材４６が設けられている。支持部材がセルの変形を抑制することから、セルの破損を防止して燃料の漏れを防ぐことができ、また、セル同士の接触も防止することができる。また、支持部材には、より燃料を流れやすくし、高分子電解質膜を均一に支持するために、多孔質の構造体を挟むことも可能である。また多孔質の構造体に流路を作成すれば、さらに燃料を効率よく供給することができる。多孔質材料としては、例えば多孔質カーボン、ポーラスシリコン等が好ましい。

図１１は、図１に示す本発明の燃料電池のシステムを示す概要図である。同図において、燃料タンク部３に収容されている燃料は、燃料タンク部３から燃料供給部４を通ってセル部１の燃料電池セルＡおよびＢの燃料極１３に供給される。酸化剤ガスには空気が用いられ、外気は通気孔である通気孔７を通って燃料電池セルＡおよびＢの酸化剤極１１に供給される。セル部１は１つ以上の燃料電池セルＡおよびＢからなり、該燃料電池セルは燃料極１３と高分子電解質膜１２と酸化剤極１１と触媒から構成される。燃料タンク部３からの燃料と、外気からの酸化剤ガスの供給により各燃料電池セルで発電した電力は、直列配線５１を流れて、配線部５で一時的に蓄えられ、電極５３から常に安定した発電電力を外部へ供給するように構成されている。

次に、配線部５について説明する。燃料電池の単セルの起電力は最大でも１Ｖ程度であるため、デジタルカメラなどのモバイル機器を駆動するためには、複数のセルを直列につなぎ、所定の電圧を得る必要がある。本発明の燃料電池では、各電極から取り出した電気を燃料室の反対側の配線部５の直列配線５１で集めることにより、燃料の密封性を損なうことなく電力を取り出す。特に、配線部５を燃料電池セルに対して垂直な位置に配置することで、配線距離を短くし、配線を簡素化できる。また、燃料電池が電力を供給する小型電気機器への電極を配線部に隣接して配置することで、更に配線を簡素化することが可能である。

また、燃料に水素を使用する燃料タンクに例えばグラファイトナノファイバーなどの炭素系材料を使用した場合、燃料タンクに蓄えられているエネルギーは、約７．０［Ｗ・ｈｒ］であり、従来のリチウムイオン電池の約２．５倍である。また、各燃料電池セルは起電力０．８Ｖ、電流密度３００ｍＡ／ｃｍ^２であり、単位セルの大きさは１．２ｃｍ×２ｃｍである。この燃料電池セルを８枚直列につなぐことで、電池全体の出力は６．４Ｖ、７２０ｍＡで４．６Ｗである。

以下の実施形態においては、燃料電池セルからの電力の取り出し、取り出した電力の取りまとめ、支持部材よる複数の燃料電池セルの積層体の強度維持について詳細に説明する。

（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、隣り合う燃料電池セルの燃料極同士、酸化剤極同士が対向するいわゆる同極対向型の燃料電池セルの積層方式における各燃料電池セルからの電力を取り出すための構造、取り出した電力の取りまとめるための構造に特徴がある。

図１３Ａは、燃料電池セル間に設けられる集電部材により電力を取り出す形態を説明するための斜視図である。図１３Ｂは、燃料電池セルと集電部材を積層した状態の斜視図である。１１０は集電部材、１１１は集電部材１１０の電力取り出し部（電力取り出し口）、１１２は集電部材１１０の通気孔、１４７ａ、１４７ｂは絶縁性部材であって、１４７ａは酸化剤極室の支持部材、１４７ｂは燃料極室隔壁である。集電部材１１０は、燃料電池セル１４と接するように設けており、燃料電池セルで生じた電力を集める。燃料電池セルの電力は集電電極１１０の電極取り出し部１１１から取り出される。酸化剤極室の支持部材１４７ａや燃料極室隔壁１４７ｂは、隣り合う燃料電池セルが互いに接触しないように、隣り合う集電部材１１０が互いに接触しないように、燃料電池セルと燃料電池セルの間に（それぞれ酸化剤極室、燃料極室に）設けられている。

図１４Ａは、集電部材１１０の平面図である。集電部材１１０は、導電性を有する材料からなり、酸化剤極、燃料極のそれぞれ高分子電解質膜と接していない側に設置される。導電性を有する材料としては、金属、グラファイトのような炭素材料などが挙げられる。材料は、好ましくは、燃料によって汚染されたり、触媒や電解質膜を汚染することのないものである。このような好ましい材料としては、例えば、ステンレスやグラファイトなどが挙げられる。集電部材は、燃料や酸化剤の供給の妨げとならないように通気性を有する。通気性を得るために、多孔質の部材を用いたり、通気孔１１２を設けたりすることが挙げられる。集電部材は電力取り出し部１１１を有しており、電気取り出し部から配線を行うことで、発電した電気を取りまとめることができる。配線を適宜行うことより、複数の燃料電池セルを並列接続したり、直列接続したりできる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態は、電力取り出し部が中心からずれている集電部材を用いて、これと燃料電池セルと酸化剤極の支持部材と燃料極室隔壁との積層体を形成する形態である。

図１４Ｂは、その電力取り出し部が中心からずれている集電部材の平面図である。裏返して用いれば、取り出し位置をずらすことができ、配線を効率よく行うことができる。図１４Ａに記載のその中央付近に電極取り出し部１１１を有する集電電極の代わりに、電力取り出し部が中心からずれている集電部材を用いて、これと燃料電池セルと支持部材と隔壁とを積層すると、図１５に示されるようになる。

図１５は、図１４Ｂに示される電力取り出し部が中心からずれている集電部材を用いて、複数の燃料電池セルを並列接続する場合の燃料電池セルと集電部材とを積層した状態の斜視図である。同じ極性の集電部材１１０は、それらの電極取り出し部１１１が同じ側に揃うように、積層されている。向かって右側に負極、左側に正極が位置している。同じ極性の電極が同じ側に揃っていることから、電極の極性は容易に区別される。

図１６Ａは、図１５に示される燃料電池セルと集電部材との積層体１１３が配線基板に接続される様子を説明するための図である。配線部材１２０は、セル１４に対して垂直となるように、積層体１１３の電極取り出し部１１１に接続される。

図１６Ｂは、集電部材と配線基板との接続構造を示す図である。１２２は配線基板１２０に敷設される配線、１２１は配線基板１２０に設けられる集電部材の差込口である。電極取り出し部１１１は、配線基板１２０の差込口１２１に差し込まれ、配線１２２により複数の集電部材が互いに電気的に接続される。

図１６Ｃは、配線基板を示す正面図である。差込口１２１を図に示されるように電気的に接続することにより、複数の燃料電池セルを並列接続することができる。取りまとめられる電力は、正極５３、負極５３へ導かれる。各燃料電池セルの起電力は０．８Ｖ程度と小さいが、ＤＣ／ＤＣコンバータなどを用いて変圧することにより、機器に最適な電圧で電力を供給することが可能である。

（第５の実施形態）
第５の実施形態は、各燃料電池セルを直列接続する形態である。
図１７は、複数の燃料電池セルを直列接続する場合の燃料電池セルと集電部材とを積層した状態の斜視図である。集電部材１１０は図１７に示されるように交互に表裏を違えるように積層されている。図１８Ａは、集電部材と配線基板との接続構造を示す図である。図１８Ｂは、配線基板を示す正面図である。図１８Ｂに示されるような配線パターンを有する配線基板１２１に、燃料電池セルと集電部材との積層体を接続することにより、各燃料電池セルを電気的に直列に接続することができる。

なお、集電部材が十分な強度を有する場合においては、燃料タンクの圧力変化などにより、高分子電解質膜が破断したり、接合部からはがれたりするのを防ぐ働きを有する。

（第６の実施形態）
第６の実施形態について説明する。第６の実施形態は、集電部材を用いることなく、コンパクトで強度の高い燃料電池セルの積層体を得るための形態である。

図１９Ａは、２つの燃料電池セルとそれらを支える支持部材の斜視図である。図１９Ｂは、図１９Ａの平面図である。図１９Ｃは、図１９Ｂの１９Ｃ−１９Ｃにおける断面図である。１４６は支持部材、１４７ａは酸化剤極室の端部に設けられる支持部材、１４７ｂは燃料極室隔壁である。図１９Ａに示されるように、燃料極室隔壁１４７ｂ（あるいは支持部材１４７ｂ）は、２つの燃料電池セル１４により狭持されており、他の支持部材１４６は、２つの燃料電池セル１４の間の中央付近に散点的に位置し、燃料電池セル１４を支えている。

このため、集電部材を有しない場合であっても、支持部材１４６が燃料電池セルの積層体の強度を高めることができる。図１９Ａ乃至１９Ｃに記載されているように、複数のブロック状の支持部材１４６が散点的に配置されることにより、２つの燃料電池セル１４間の燃料（あるいは酸化剤）の流通は妨げられない。

第６の実施形態の燃料電池セルの積層体は集電部材を有しないので、その分薄くなっている。また、支持部材１４６が燃料電池セル１４の表面を押圧していることから、燃料等の圧力による高分子電解質膜の破断やはがれが防止される。

このように、平板状の集電部材を用いず、燃料電池セル間に支持部材１４６を設けることにより、燃料電池セルの積層体の強度を十分に確保できることから、図２５に示されるような薄型フレキシブル燃料電池が容易に作製される。
なお、燃料極室の隔壁１４７ｂとしては、燃料が外部に漏れないように、気密性を有するものが好ましい。酸化剤極室の端部に位置する支持部材１４６ａとしては、酸化剤としての外気を取り入れる場合には、通気性を有することが好ましい。

図１９Ａ乃至１９Ｃに示される実施の形態６の燃料電池セルの積層体の変形例として、図２０Ａ乃至２４Ｂが挙げられる。
図２０Ａは、２つの燃料電池セルとそれらを支える多孔質の支持部材の平面図である。図２０Ｂは、図２０Ａの２０Ｂ−２０Ｂにおける断面図である。支持部材１４６として多孔質材料が用いられている。このため、燃料（あるいは酸化剤）の流通が妨げられない。

図２１Ａは、２つの燃料電池セルとそれらを支える多孔質の支持部材の平面図である。図２１Ｂは、図２１Ａの２１Ｂ−２１Ｂにおける断面図である。支持部材１４６は、図１９Ａに示される支持部材１４６よりも大きいが、材料として多孔質材料が用いられていることから、燃料（あるいは酸化剤）の流通は妨げられない。

図２２Ａは、２つの燃料電池セルとそれらを支える通気孔を有する支持部材の平面図である。図２２Ｂは、図２２Ａの２２Ｂ−２２Ｂにおける断面図である。支持部材１４６は通気孔１５０を有する。この通気孔１５０を通じて燃料（あるいは酸化剤）が流通できることから、燃料（あるいは酸化剤）の流通は妨げられない。

図２３Ａは、２つの燃料電池セルとそれらを支える通気孔を有する支持部材の平面図である。図２３Ｂは、図２３Ａの２３Ｂ−２３Ｂにおける断面図である。支持部材１４６は、図１９Ａに示される支持部材１４６よりも大きいが、通気孔１５０を有することから、燃料（あるいは酸化剤）の流通は妨げられない。

図２４Ａは、２つのセルとそれらを支える球形の支持部材の平面図である。図２４Ｂは、図２４Ａの２４Ｂ−２４Ｂにおける断面図である。支持部材１４６の形状は球形でもよい。

(第７の実施形態)
第７の実施形態について説明する。第７の実施形態は、第３の実施形態の終電部材のような集電するための部材を設けない代わりに、燃料電池セル間の酸化剤極室の端部に位置する支持部材と燃料極室隔壁とが燃料電池セルで生じる電力を集めるための役割を兼ねる形態である。

図２６は、２つの燃料電池セルを並列接続する場合における、燃料電池セル１４と配線基板１２０ａと酸化剤極室の端部に位置する支持部材１４７ａと燃料極室の隔壁１４７ｂとの位置関係を説明するための図である。１３１は配線部材１２０ａに設けられた、支持部材１４７ａや隔壁１４７ｂが差し込まれる差込口、１４３は燃料極室、１４４は酸化剤極室である。２つの燃料電池セル１４の間に燃料極室の隔壁１４７ｂと支持部材１４６とが挟まれている。さらに酸化剤極室の端部に位置する支持部材１４７ａと別の支持部材１４６とが燃料電池セル１４のもう一方の面に設けられている。２つの支持部材１４７ａと１つの隔壁１４７ｂの端部のそれぞれは、燃料電池セル間から突出しており（２つの燃料電池セルが囲む空間からはみ出している）、それぞれ配線基板１２０ａの差込口１３１に差し込まれている。

第７の実施形態においては、酸化剤極室の支持部材１４７ａ、燃料極室の隔壁１４７ｂとして導電性のものが用いられる。これらの支持部材１４７ａ、隔壁１４７ｂを通じて燃料電池セル１４で生じる電力が配線部材１２０ａへと取り出される。このような構成により、酸化剤極室の端部に位置する支持部材１４７ａと燃料極室の隔壁１４７ｂとは、隣接する燃料電池セル同士の接触を妨げるとともに、燃料電池セルで生じる電力を集める役割を兼ねることができる。なお、燃料極室隔壁１４７ｂと酸化剤極の端部の支持部材１４７ａとの接触を防ぐために、これらの部材の間に絶縁膜を設けてもよい。

図２７は、燃料電池セルと、配線基板への配線機能を有する導電性の燃料極室隔壁との位置関係を説明するための図である（並列接続の場合）。２つの燃料電池セル１４は、燃料極室の隔壁１４７ｂを狭持している。隔壁１４７ｂの端部は、２つの燃料電池セルが囲む空間からはみ出している。２つの燃料電池セル１４の燃料極同士は対向しており、その間には燃料極室１４３が形成される。燃料はこの燃料極室１４３内を流通し、燃料電池セル１４の酸化剤極を通じて発電に寄与する。燃料電池セル１４において生じる電力は、燃料電池セル１４の燃料極に接触する隔壁１４７ｂを通じて取り出される。

図２８Ａは、燃料極室隔壁１４７ｂ（酸化剤極室の端部に位置する支持部材１４７ａ）の斜視図である。図２８Ｂは、図２８Ａの平面図である。隔壁の形状はＵ字型であり、ちょうどＵ字の底の部分にあたる部分が図２６、図２７に示されるように燃料電池セル間からはみ出す。Ｕ字の２本の腕に囲われる領域は、燃料電池セルの積層体の、燃料極室１４３（酸化剤極室１４４）となる領域である。

図２９は、２つの燃料電池セルを並列接続するための配線基板１２１ａとその配線パターンを説明するための図である。２つの酸化剤極室の端部に位置する支持部材１４７ａと燃料極室の隔壁１４７ｂとは、それぞれ差込口１３１に差し込まれる。最上段と最下段の差込口１３１とは配線２２によって電気的に接続されている。図２６に示されるように、燃料電池セルの積層体を配線基板１２１ａに接続することにより、２つの燃料電池セル１４を電気的に並列に接続することができる。

（第８の実施形態）
第８の実施形態について説明する。第８の実施形態は、配線基板との接続部が中央からずれている隔壁を用いる点において、第７の実施の形態と異なる。

図３０は、配線基板との接続部が中央からずれている燃料極室隔壁１４７ｂ（酸化剤極室の端部に位置する支持部材１４７ａ）の平面図である。この隔壁の形状は、アルファベットのｙをちょうど裏返したような形状である。２つの酸化剤極の支持部材１４７ａと１つの燃料極隔壁１４６ｂとの向きを表裏逆にすることにより、正極の接続部と負極の接続部の位置を左右に振り分けることができる。

図３１は、図３０の隔壁を用いる場合における配線基板１２０ａとその配線パターンを説明するための図である（この配線パターンは、２つの燃料電池セルを並列接続するパターンである。）。向かって右側の２つの差込口は、配線１２２により電気的に接続されている。これらの２つの差込口にそれぞれ差し込まれる２つの支持部材１４７ａは同一極性であることから、２つの燃料電池セル１４を並列接続することができる。なおこの例においては、向かって右側の２つの差込口１３１には正極の支持部材１４７ａが差し込まれ、左側の差込口１３１には、負極の隔壁１４７ｂが差し込まれる。同一の極性を有する隔壁が同じ側に並ぶことから極性の区別が容易であるし、配線１２２のパターンも簡易である。

なお、各燃料電池セルの起電力が０．８Ｖ程度の大きさでも、ＤＣ／ＤＣコンバータなどを用いて変圧することにより、機器に最適な電圧で燃料電池の外部に出力することが可能である。

第８の実施形態は、燃料電池セルの数が２つの場合であるが、同様の構成をセルの数が４つの場合にも適用することができる。すなわち、図３０及び図３１に記載のごとくである。

図３２は、４つの燃料電池セルを並列接続する場合における、燃料電池セルと配線基板と酸化剤極の端部に位置する支持部材と燃料極室隔壁との位置関係を説明するための図である。４つの燃料電池セル１４と３つの支持部材１４７ａと隔壁１４７ｂとが交互に配置される。

図３３は、４つの燃料電池セルを並列接続するための配線基板とその配線パターンを説明するための図である。支持部材１４７ａ、隔壁１４７ｂとして、図２８Ｂに示されるＵ字型の部材が用いられると、３つの支持部材１４７ａの端部と２つの隔壁１４７ｂの端部（Ｕ字型の底の部分）とに対応する配線基板１２０ｂの差込口１３１の位置は、図３４に示されるように一列となる。

図３４は、４つの燃料電池セルを並列接続するための配線基板と他の配線パターンを説明するための図である。上から１、３、５段目の差込口１３１は、配線１２２によって電気的に接続されており、一方、上から２、４段目の差込口１３１は、電気的に接続されている。このような構成により、５つの燃料電池セル１４を容易に並列接続することができる。

図２８Ｂに示される隔壁１４７ｂ（あるいは支持部材１４７ａ）の代わりに、図３０に示される逆ｙ字型の隔壁を用いると、支持部材１４７ａの端部と隔壁１４７ｂの端部（ｙ字型の足の部分）とに対応する配線基板１２０ｃの差込口１３１の位置については、図３４に示されるように向かって右側と左側にそれぞれ同一の極性の差込口が振り分けられる。この例では、向かって右側の差込口は負極、左側の差込口は正極である。

（第９の実施形態）
第９の実施形態について説明する。第９の実施形態は、各燃料電池セルが並列接続されるのではなく直列接続される点において、第８の実施形態と異なる。
図３５は、燃料電池セルと絶縁性の燃料極隔壁と導電部材との位置関係を説明するための図である。

図３６は、２つの燃料電池セルを直列接続する場合における、燃料電池セルと配線基板と極室隔壁との位置関係を説明するための図である。第９の実施の形態においては、燃料極室隔壁１４７ｂを挟んで向かい合っている２つの燃料電池セル１４を互いに絶縁するために、隔壁１４７ｂは絶縁性のものである。燃料電池セル１４において生じる電力を取り出すために、燃料電池セル１４と隔壁１４７ｂとの間に導電部材１６０が設けられている。電力はこの導電部材１６０を通じて取り出される。ここでは、酸化剤極室の端部に位置する支持部材１４７ａとしても、絶縁性のものを用いている。

図３７は、２つの燃料電池セルを直列接続する場合の配線基板とその配線パターンを説明するための図である。１３２は導電性部材の差込口である。図３６に示される絶縁性の隔壁１４７ｂと支持部材１４７ａを用いてセルの積層体を構成し、これらを配線基板１２０ｄに連結すると、図３７に示されるようになる。上側の燃料電池セル１４と下側の燃料電池セル１４とは絶縁されており、各燃料電池セル１４の燃料極と酸化剤極とからはこれらの各々に接する導電性部材１６０を通じて電力が取り出される。各燃料電池セルの燃料極同士は絶縁されているため、配線１２２により一方の燃料電池セル１４の正極と他方の燃料電池セルの負極とを接続することができる。このため、２つの燃料電池セル１４を直列接続することができる。

また、燃料電池セルの数が２つの場合について説明したが、燃料電池セルの数が４つの場合にも同様の考え方を適用することができる。すなわち、図３８、図３９に記載のごとくである。

図３８は、４つの燃料電池セルを直列接続する場合における、燃料電池セルと配線基板１２０ｅと支持部材１４７ａと燃料極室隔壁１４６ａとの位置関係を説明するための図である。４つの燃料電池セル１４と３つの絶縁性の支持部材１４７ａと２つの隔壁１４７ｂとが交互に積層されている。各燃料電池セル１４と支持部材１４７ａあるいは隔壁１４７ｂとの間には、導電性部材１６０が設けられている。支持部材と隔壁とはそれぞれ配線基板１２０ｅの差込口１３１に差し込まれている。

図３９は、４つの燃料電池セルを直列接続する場合の配線基板とその配線パターンを説明するための図である。図３８に示されるセルの積層体の３つの支持部材１４７ａと２つの隔壁１４７ｂに対応して、差込口１３１と導電性部材差込口１３２が設けられている。隣り合う燃料電池セル１４の対抗する極は互いに絶縁されていることから、図３９に示されるように、一の燃料電池セルの正極とこれに隣接する他の燃料電池セルの負極とを接続することによって、５つの燃料電池セル１４を直列接続することができる。

なお、支持部材１４７ａと隔壁１４７ｂが絶縁性ではなく導電性である場合であっても、図４０に示されるような構成にすれば、隣接する燃料電池セル同士を絶縁することができる。図４０は、燃料電池セルと導電性の酸化剤極室の端部に位置する支持部材と燃料極隔壁と絶縁部材と導電部材との位置関係を説明するための図である。１６１は絶縁部材である。導電性の支持部材１４７ａあるいは導電性の隔壁１４７ｂと燃料電池セル１４との間に絶縁部材１６１が設けられており、絶縁部材１６１と燃料電池セル１４との間に導電性部材１６１が設けられている。２つの燃料電池セル１４を互いに絶縁することができ、また、燃料電池セルで生じる電力を導電性部材１６０を通じて外部に取り出すことができる。絶縁性部材１６１は、支持部材１４７ａと隔壁１４７ｂの表面に塗布、コーティング等の方法により形成されることができる。導電性部材は、支持部材と隔壁の絶縁性部材１６０の上に、塗布、コーティング、蒸着等により形成されることができる。

（第１０の実施形態）
第１０の実施形態について説明する。第１０の実施形態は、酸化剤極において生成される水によって、酸化剤極同士が向かい合わせの状態で対抗する２つの燃料電池セルが導通することを防ぐ形態である。

図４１は、２つの燃料電池セルの間に水遮断部材を有する燃料電池セル部の構成図である。１４８は酸化剤極において生成される水を遮断する部材である。酸化剤極の端部に位置する支持部材１４７ａをはさんで酸化剤極同士を向かい合わせて対抗するセルの間に、複数の支持部材１４６が設けられており、複数の支持部材１４６の間に水遮断手段が設けられている。一方のセルの酸化剤極で生成される水の対抗するセルへの移動は、水遮断手段によって阻止されることができる。特に、そのような部材としては、空気の供給を妨げないという観点から、気液分離膜などが好適である。

なお、水遮断手段の変形例としては、図４２や図４３に示されるような支持部材１４６中に水遮断部材を有するものがあげられる。
また、水を遮断するための他の手法としては、支持部材１４６として疎水性のものを使用する手法が挙げられる。また、支持部材１４６として疎水性の多孔質材料のものであって、支持部材の中央部の多孔質の表面積が大きいようなものを使用する手法があげられる。表面積を増やす方法としては、孔の大きさは変えずに孔の密度を増やす方法や、孔の大きさを小さくして数を増やす方法が挙げられる。

本発明の燃料電池を使用することにより、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、小型プロジェクタ、小型プリンタ、ノート型パソコンなどの持ち運び可能な小型電気機器を提供することができる。

Claims (12)

1. 持ち運び可能な小型電気機器に搭載して用いられる燃料電池であって、薄型で実質的に直方体形状であり、対向する２つの側面と、前記側面の長辺に接した位置にあり、かつ前記側面よりも面積が大きい対向する上面および下面とを有する筐体と、前記筐体内に具備される、１つ以上の燃料電池セルからなるセル部と、前記セル部に供給する燃料を貯蔵する燃料タンク部と、前記燃料タンク部から供給される大気圧以上の圧力を有する燃料を減圧して前記セル部に供給する燃料供給部とを有し、前記燃料は気体として燃料タンク部からセル部に供給され、かつ前記燃料タンク部、燃料供給部およびセル部が筐体の対向する２つの側面間または対向する上面および下面間に一方向に配置されており、前記燃料供給部は、前記燃料タンク部と前記セル部に挟まれる空間にのみ配置されていることを特徴とする燃料電池。
2. 前記燃料タンク部、前記燃料供給部および前記セル部の順序で前記筐体の対向する２つの側面間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記セル部の１つ以上の燃料電池セルが前記筐体の下面に平行になるように積重ねられていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
4. 前記セル部が前記筐体の少なくとも上面と下面のいずれかに面して平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
5. 前記セル部、前記燃料供給部、前記燃料タンク部、別の燃料供給部および別のセル部の順序で上面および下面間に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
6. 前記筐体が酸化剤ガスを供給する開口部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃料電池。
7. 前記開口部が前記筐体の少なくともセル部がある部分に対応する部分に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
8. 前記開口部が前記筐体の上面、下面および側面に設けられていることを特徴とする請求項６または７に記載の燃料電池。
9. さらに発電した電力をとりまとめた電力を外部へ供給する配線部を有し、該配線部が燃料タンク部がない位置に設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の燃料電池。
10. 前記燃料タンク部が前記筐体から着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の燃料電池。
11. 前記燃料電池が固体高分子型燃料電池であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の燃料電池。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の燃料電池を用いてなることを特徴とする電気機器。

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