JP5218945B2 - 燃料電池及びその製造方法 - Google Patents
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Description
即ち、本発明の燃料電池は、一方の表面から燃料ガスが供給され、他方の表面から酸素が供給されることで発電を行なう発電セルと、その発電セルを前記一方の表面を内部に向けて保持することで、前記発電セルと共に内部空間を形成するセル保持体と、そのセル保持体の前記内部空間に配置され、燃料ガスを発生させる燃料発生部と、を備えることを特徴とする。
B 燃料ガス発生部
B1 水収容部
B 燃料発生部
C,C1,C2,C3,C4 発電セル
1 燃料電池
6 セル保持体
46 水素発生剤
71 容器
72 疎水性多孔質膜
73 シート状の水素発生剤
<燃料電池の全体構成>
本発明の燃料電池1は、図1に示すように、複数の発電セルCと、セル保持体6と、燃料発生部Bとを備える。燃料電池1は、機能的に大きく分けて、発電セル保持部Aと燃料発生部Bに分けることができる。
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2は発電セルをカソード側から見た外観斜視図であるが、アノード側から見た外観斜視図も同様の形態となる。図3は、発電セルの内部構造を示す分解斜視図であり、図4は、発電セルの縦断面図である。
次に、セル保持体6の構造について図1及び図5により説明する。図5(a)は、本発明の燃料電池の一例の縦断面図であり、図5(b)は、その燃料発生部Bの上面図である。セル保持体6は、複数の発電セルC1〜C4を一方の表面(アノード側)を内部に向けて保持することで、複数の発電セルC1〜C4と共に内部空間を形成する。本実施形態では、セル保持体6は、複数の発電セルC1〜C4と共に筒状の側壁を構成し、その筒状の側壁の周囲に複数の発電セルC1〜C4が配置されている例を示す。
発生する燃料ガスが過剰な場合にこれを排出するなどの目的で、通気孔2aを設けている。
次に、4つの発電セルCの接続態様について図6により説明する。図6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1で説明した第1溝部の位置に、この接続部材21が配置されるようになっている。
次に、燃料発生部Bの構成について説明する。燃料発生部Bは、セル保持体6の内部空間に配置されて燃料ガスを発生させるものである。本実施形態では、図5に示すように、多孔筒状の側壁を有する容器71内に、疎水性多孔質膜72を介してシート状の水素発生剤73を収容してある燃料発生部Bを用いる例を示す。
シート状の水素発生剤73としては、粒状の水素発生剤および樹脂を含有する多孔質層73bが、濾紙等の吸水性シート73aの上面に形成したものが使用できる。水素発生剤は、水等の反応液と反応して水素ガスを発生するものである。
本発明では、燃料発生部Bで発生した水素ガス等から、不純物であるアンモニアを除去するために、容器71の側壁と発電セルCとの間の空間に、アンモニア除去剤を設けてもよい。具体的には、シート状のアンモニア除去剤を容器71の側壁の周囲に配置することができる。このようなアンモニア除去剤は、シート状に形成されたものが市販されているが、粒状の吸着剤等を通気性の袋に収容したものを使用することも可能である。
なお、他の水素化金属についても同様のメカニズムにより、発生する水素ガス中には微量アンモニアが含まれる場合がある。
次に、燃料電池1を制御する回路構成について説明する。各発電セルCによる出力電圧は、DC−DCコンバータ(昇圧回路に相当)により所定の電圧にまで昇圧するのが好ましい。される。更に、コンバータの下流側に付加される回路部を介して、電源供給端子から外部機器、携帯電話などに電源供給がされる。回路部には、安定化回路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。
<全体構成>
前述の実施形態では、水等の反応液を一時に供給する例を示したが、本発明では、反応液の収容部を設けて、収容した反応液を徐々に燃料発生剤に供給するように構成してもよい。反応液の収容部は、セル保持体6の内部空間に設けてもよく、セル保持体6の外部に設けてもよい。本実施形態では、図7に示すように、内部空間に配置する燃料発生部Bとして、容器71の上部に水収容部B1を設けている例を示す。図7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。以下、前述の第1実施形態と相違する部分について述べるが、他の部分は第1実施形態と同様である。
図8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。
次に、水素発生剤46について説明するが、前述したシート状水素発生剤に使用される水素発生剤と同様のものが使用できる。また、水素化マグネシウムの粒子を含有する水素発生剤に、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したものを使用することができる。
MgH2+2H2O → Mg(OH)2+2H2
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。
次に、燃料電池1を制御する回路構成について図9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。
次に、この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。
第1実施形態では、セル保持体が、複数の発電セルと共に筒状の側壁を構成し、その筒状の側壁の周囲に複数の発電セルが配置されている例を示したが、本発明では、図10に示すように、セル保持体6が、複数の発電セルCと共に偏平な函体を構成し、その函体の対向面S1、S2の片面(又は両面)に複数の発電セルCが配置されていてもよい。なお、図10(a)は、第2実施形態の燃料電池の一例の斜視図(但し、燃料発生部Bを途中まで挿入した状態)を示し、図10(b)は、その縦断面図(但し、燃料発生部Bを挿入した状態)を示している。以下、前述の第1実施形態と相違する部分について述べるが、他の部分は第1実施形態と同様である。
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実施形態及び第2実施形態では、完成された発電セルCを用いてセル保持体6と一体成形した例を示したが、発電セルCの構成部材を使用して一体成形することで、発電セルCを一方の表面を内部に向けて保持することで、発電セルCと共に内部空間を形成するセル保持体6又はセル保持体6の一部を形成してもよい。つまり、本実施形態の燃料電池では、発電セルCの構成部材がインサート成形により、セル保持体6と共に一体に成形された発電セルCを備えている。
本発明では、図17に示すように、アノード側金属板11とカソード側金属板12とが連続する1枚の金属板(接続部材21)を用いて、発電セルC1〜C4を接続することも可能である。なお、説明の便宜上、図16では、4つの発電セルC1〜C4のうち1つの発電セルCのみ示している。
Claims (8)
- 一方の表面から燃料ガスが供給され、他方の表面から酸素が供給されることで発電を行なう発電セルと、
前記発電セルを前記一方の表面を内部に向けて保持することで、前記発電セルと共に内部空間を形成するセル保持体と、
前記セル保持体の前記内部空間に配置された多孔筒状の側壁を有する容器内に、疎水性多孔質膜を介して、水を含む反応液と反応して水素ガスを発生する水素発生剤を収容してある燃料発生部と、
前記容器の側壁の周囲に配置され、水素ガスからアンモニアを除去するシート状のアンモニア除去剤と、を備える燃料電池。 - 一方の表面から燃料ガスが供給され、他方の表面から酸素が供給されることで発電を行なう複数の発電セルと、
前記複数の発電セルを前記一方の表面を内部に向けて保持することで、前記複数の発電セルと共に内部空間を形成するセル保持体と、
前記セル保持体の前記内部空間に配置された多孔筒状の側壁を有する容器内に、疎水性多孔質膜を介して、水を含む反応液と反応して水素ガスを発生する水素発生剤を収容してある燃料発生部と、
前記容器の側壁の周囲に配置され、水素ガスからアンモニアを除去するシート状のアンモニア除去剤と、を備える燃料電池。 - 前記燃料発生部の容器は、前記セル保持体の内部空間に配置される際に、着脱自在に構成されている請求項1又は2に記載の燃料電池。
- 前記複数の発電セルは、相互に電気的に接続された状態でインサート成形により、前記セル保持体と共に一体に成形されている請求項2に記載の燃料電池。
- 前記発電セルは、その構成部材がインサート成形により、前記セル保持体と共に一体に成形されている請求項1に記載の燃料電池。
- 前記発電セルの構成部材は、板状の固体高分子電解質と、前記固体高分子電解質の一方側に配置されたアノード側電極板と、他方側に配置されたカソード側電極板と、アノード側電極板の外側に配置されたアノード側金属板と、カソード側電極板の外側に配置されたカソード側金属板とが、積層されたものである請求項5に記載の燃料電池。
- 前記セル保持体は、前記複数の発電セルと共に筒状の側壁を構成し、前記筒状の側壁の周囲に前記複数の発電セルが配置されている請求項2に記載の燃料電池。
- 前記セル保持体は、前記発電セルと共に偏平な函体を構成し、前記函体の対向面の片面又は両面に前記複数の発電セルが配置されている請求項1又は2に記載の燃料電池。
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