JP6019300B2

JP6019300B2 - Power generator

Info

Publication number: JP6019300B2
Application number: JP2012208212A
Authority: JP
Inventors: 石坂　整; 整石坂; 加藤　大典; 大典加藤; 仁子金井; 木村　剛; 剛木村
Original assignee: Aquafairy Corp
Current assignee: Aquafairy Corp
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2032-09-21
Also published as: JP2014063650A

Description

本発明は、燃料供給手段で発生した燃料ガスで発電を行なう複数の発電セルを備える発電装置に関し、特に、高分子電解質型等の発電セルを発電装置内において、自動的に活性化する技術として有用である。 The present invention relates to a power generation apparatus including a plurality of power generation cells that generate power using fuel gas generated by a fuel supply means, and in particular, as a technique for automatically activating a polymer electrolyte type power generation cell in the power generation apparatus. Useful.

一般に、高分子電解質型の燃料電池は、プロトン導伝性の高分子電解質薄膜と、正極および負極となる電極、それぞれの電極から集電を行う集電体等により構成されている。高分子電解質には、フッ素樹脂を主鎖とし、スルホン基を側鎖としたもの等が使用されており、水分を含んだ状態でプロトン伝導性の電解質として機能することが知られている。そのため電池の作動状態では、電解質は常に水分を含んだ状態であることが望ましい。 In general, a polymer electrolyte fuel cell includes a proton conductive polymer electrolyte thin film, electrodes serving as a positive electrode and a negative electrode, a current collector that collects current from each electrode, and the like. As the polymer electrolyte, one having a fluororesin as a main chain and a sulfone group as a side chain is used, and it is known to function as a proton conductive electrolyte in a state containing moisture. Therefore, it is desirable that the electrolyte always contains moisture in the battery operating state.

しかし、高分子電解質型燃料電池の電極拡散層や高分子電解質を水和させるには、ある程度の運転時間を要するため、高分子電解質型の燃料電池を組み立て直後に作動させる場合や、長時間未使用のまま放置した電池を再作動させる場合、瞬時に高い電池出力を得ることは一般に困難であった。 However, it takes a certain amount of operating time to hydrate the electrode diffusion layer and polymer electrolyte of a polymer electrolyte fuel cell. Therefore, when a polymer electrolyte fuel cell is operated immediately after assembly or for a long time. When a battery left in use is restarted, it is generally difficult to obtain a high battery output instantaneously.

従って、従来、電池性能を早期に引き出すために、純酸素中でより高電流密度で発電させたり、また、燃料電池が通常運転時に発生する最大電流よりも大きな電流を通電させるに十分な逆極性の電圧を印加して、燃料電池を活性化する方法が提案されている。しかし、これらの方法は、発電装置とは別に、燃料電池を活性化するための装置を使用するものであり、発電装置自体に、活性化手段を備えるものではなかった。 Therefore, conventionally, in order to bring out battery performance early, it is possible to generate electricity at a higher current density in pure oxygen or to have a reverse polarity sufficient to pass a current larger than the maximum current generated during normal operation of the fuel cell. A method of activating a fuel cell by applying a voltage of is proposed. However, these methods use a device for activating the fuel cell separately from the power generation device, and the power generation device itself does not include an activating means.

そこで、特許文献１には、燃料電池の活性化処理の必要性や活性化処理の終点を判断し、活性化処理の開始や停止を自動制御した後に、通常運転を開始する燃料電池システムが提案されている。また、この文献には、スタック内の個々の発電セルに抵抗を接続して、個別に活性化を行う制御についても開示されている。 Therefore, Patent Document 1 proposes a fuel cell system that determines the necessity of the activation process of the fuel cell and the end point of the activation process, automatically controls the start and stop of the activation process, and then starts normal operation. Has been. This document also discloses control for individually activating by connecting a resistor to each power generation cell in the stack.

特開２００８−４１６４６号公報JP 2008-41646 A

しかし、特許文献１の燃料電池システムでは、起動時から燃料ガスが十分供給される状態を想定しており、制御手段の電源は燃料電池からではなく、別の蓄電手段から供給されていると考えられる。このため、燃料供給手段で発生した燃料ガスで発電を行ない、かつ発電セルからの出力電力で制御手段を作動させる場合には、複数同時に負荷が発電セルに接続されることを排除していないため、起動時に制御手段の電源としての電圧が不十分となり、活性化のための制御が適切に行われない場合が生じる。 However, in the fuel cell system of Patent Document 1, it is assumed that fuel gas is sufficiently supplied from the start-up, and it is considered that the power of the control means is supplied from another power storage means, not from the fuel cell. It is done. For this reason, when generating power with the fuel gas generated in the fuel supply means and operating the control means with the output power from the power generation cell, it is not excluded that a plurality of loads are connected to the power generation cell at the same time. When starting up, the voltage as the power source of the control means becomes insufficient, and the control for activation may not be performed properly.

また、この燃料電池システムで採用されている活性化処理は、負荷接続部を制御して高分子電解質膜の加湿による活性化を行うというものであり、通常の使用状態と大差のない電流に制御されている。このため、活性化に長時間を要するので、時間的なロスの問題だけでなく、燃料消費量が大きくなるため、燃料の容量が制限される携帯機器類には、使用しにくいという問題もあった。 In addition, the activation process adopted in this fuel cell system is to control the load connection part to activate the polymer electrolyte membrane by humidification, and control the current to a level that is not significantly different from the normal usage state. Has been. For this reason, since it takes a long time to activate, there is not only a problem of time loss but also a problem that it is difficult to use for portable devices whose fuel capacity is limited because the amount of fuel consumption becomes large. It was.

そこで、本発明の目的は、制御のための蓄電池を別途必要とせずに、起動時の燃料が不十分な状態においても、発電セルの適切な活性化が自動的に行える発電装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a power generation device that can automatically activate a power generation cell automatically even when the start-up fuel is insufficient without separately requiring a storage battery for control. It is in.

上記課題は次の如き本発明により達成できる。
すなわち、本発明の発電装置は、
燃料ガスを発生させる燃料供給手段と、
前記燃料供給手段から供給された燃料ガスで発電を行なう単数又は複数の発電セルで構成され、各々が直列接続されている複数の発電ユニットと、
前記複数の発電ユニットの各々の出力部に対して、スイッチ素子を介して電気的に各々接続された複数の負荷手段と、
前記燃料供給手段で燃料ガスの発生を開始する起動の際に、前記複数の発電ユニットの何れかに対して前記スイッチ素子をオンにし、所定の条件を満たした後に、前記スイッチ素子をオフにしてから、別の前記発電ユニットに対して前記スイッチ素子をオンにする処理を含む制御を行う制御手段と、
前記発電ユニットから電力が供給され、前記制御手段を動作させるための電力を前記制御手段に供給する電源回路と、を備えることを特徴とする。 The above object can be achieved by the present invention as follows.
That is, the power generator of the present invention is
Fuel supply means for generating fuel gas;
A plurality of power generation units configured with one or a plurality of power generation cells that generate power with the fuel gas supplied from the fuel supply means, each of which is connected in series;
A plurality of load means electrically connected to each output portion of the plurality of power generation units via a switch element;
When starting the fuel gas generation by the fuel supply means, the switch element is turned on for any of the plurality of power generation units, and after satisfying a predetermined condition, the switch element is turned off. Control means for performing control including a process of turning on the switch element for another power generation unit;
And a power supply circuit that is supplied with electric power from the power generation unit and supplies electric power for operating the control means to the control means.

本発明の発電装置によると、電源回路により発電ユニットから制御手段を動作させるための電力を供給するため、制御のための蓄電池を別途必要としない。また、燃料供給手段が燃料ガスを発生させるものであるため、起動時に燃料ガスが不十分な状態になり易く、発電が不十分な状態で、従来のように活性化のために複数の負荷手段を発電ユニットに接続すると、全体の電圧が低下することで、初期の活性化のための制御が行えなくなる。しかし、本発明では、複数に分けた個々の発電ユニットに対して、個別に活性化を行うための制御をするので、全体の電圧が低下しにくく、初期の活性化のための制御が適切に行えるようになる。その結果、制御のための蓄電池を別途必要とせずに、起動時の燃料が不十分な状態においても、発電セルの適切な活性化が自動的に行える発電装置を提供することができた。 According to the power generation device of the present invention, a power storage circuit supplies electric power for operating the control means from the power generation unit, so that no storage battery for control is required. Further, since the fuel supply means generates fuel gas, the fuel gas tends to be insufficient at the time of start-up, and in the state where power generation is insufficient, a plurality of load means are used for activation as in the prior art. When is connected to the power generation unit, the overall voltage decreases, and control for initial activation cannot be performed. However, in the present invention, since the individual power generation units divided into a plurality are individually controlled for activation, the overall voltage is unlikely to decrease, and the initial activation control is appropriately performed. You can do it. As a result, it is possible to provide a power generation device that can automatically activate the power generation cell automatically even when the start-up fuel is insufficient, without requiring a separate storage battery for control.

上記において、前記制御手段による処理は、前記スイッチ素子をオンにする処理の後に、前記発電ユニットの出力電圧が一定以上であるか否かを判定する処理を含み、一定以上の場合に前記所定の条件を満たすものとして次の処理を行うことが好ましい。このような判定処理によって、発電ユニットの発電状態を確認することで、より確実に個々の発電ユニットの活性化を行うことができる。 In the above, the process by the control means includes a process of determining whether or not the output voltage of the power generation unit is greater than or equal to a predetermined value after the process of turning on the switch element. It is preferable to perform the following process as satisfying the condition. By confirming the power generation state of the power generation unit by such determination processing, the individual power generation units can be more reliably activated.

また、前記制御手段による処理は、前記複数の発電ユニットの全てに対して、前記発電ユニットの出力電圧が一定以上であるか否かを判定する処理を繰り返すものであることが好ましい。このような処理により、全ての発電ユニットの活性化を確認することができ、全ての発電ユニットの活性化を自動的に行うことができる。 Moreover, it is preferable that the process by the said control means repeats the process which determines whether the output voltage of the said power generation unit is more than fixed with respect to all the said several power generation units. By such processing, activation of all power generation units can be confirmed, and activation of all power generation units can be performed automatically.

更に、前記制御手段による処理は、最初に前記スイッチ素子をオンにする処理の前に、単数又は複数の前記発電ユニットの出力電圧が一定以上になるまで待機する処理を含むことが好ましい。この処理を行うことにより、制御に必要な最低限の発電状態を実現してから、活性化のための処理を行なうため、より確実に発電ユニットの初期の活性化を行うことができる。 Furthermore, it is preferable that the process by the control means includes a process of waiting until an output voltage of one or a plurality of the power generation units becomes a predetermined level or higher before the process of first turning on the switch element. By performing this process, since the process for activation is performed after realizing the minimum power generation state necessary for control, the initial activation of the power generation unit can be performed more reliably.

また、前記制御手段による処理は、前記スイッチ素子をオンにする処理と、前記発電ユニットの出力電圧が一定以上であるか否かを判定する処理との間に、所定の時間待機する処理を含むことが好ましい。このような待機処理により、一定時間以上の活性化を常に行なうことができ、より確実に個々の発電ユニットの活性化を行うことができる。 The process by the control unit includes a process of waiting for a predetermined time between the process of turning on the switch element and the process of determining whether or not the output voltage of the power generation unit is equal to or higher than a certain level. It is preferable. By such standby processing, activation for a certain time or more can always be performed, and individual power generation units can be more reliably activated.

本発明の発電装置の構成の一例を示すブロック図The block diagram which shows an example of a structure of the electric power generating apparatus of this invention 本発明の発電装置における制御の一例を示す流れ図The flowchart which shows an example of the control in the electric power generating apparatus of this invention 本発明の発電装置の一例を示す縦断面図The longitudinal cross-sectional view which shows an example of the electric power generating apparatus of this invention 本発明の発電装置の一例を示すＢ−Ｂ矢視断面図BB arrow sectional drawing which shows an example of the electric power generating apparatus of this invention

＜発電装置の構成および制御＞
本発明の発電装置は、図１に示すように、燃料ガスを発生させる燃料供給手段３１と、前記燃料供給手段３１から供給された燃料ガスで発電を行なう発電セルで構成され、各々が直列接続されている複数の発電ユニット３２ａ〜３２ｄとを備えている。燃料供給手段３１は、水素等の燃料ガスを発生させて、発電ユニット３２ａ〜３２ｄに供給するものである。本実施形態では、発電ユニット３２ａ〜３２ｄが、燃料ガスの供給経路に対して直列に接続されており、各々の発電ユニット３２ａ〜３２ｄに対して、順次、燃料ガスの供給・排出が行なわれる例を示す。燃料供給手段３１の詳細については後述する。 <Configuration and control of power generator>
As shown in FIG. 1, the power generator of the present invention comprises a fuel supply means 31 for generating fuel gas and a power generation cell for generating power with the fuel gas supplied from the fuel supply means 31, each connected in series. A plurality of power generation units 32a to 32d. The fuel supply means 31 generates fuel gas such as hydrogen and supplies it to the power generation units 32a to 32d. In the present embodiment, the power generation units 32a to 32d are connected in series to the fuel gas supply path, and the fuel gas is sequentially supplied to and discharged from each of the power generation units 32a to 32d. Indicates. Details of the fuel supply means 31 will be described later.

発電ユニット３２ａ〜３２ｄは、単数又は複数の発電セルで構成されており、複数の発電セルで構成される場合、各々の単位セルが、直列接続、並列接続、又はその組み合わせで電気的に接続される。発電ユニット３２ａ〜３２ｄは、直列接続された複数の発電セルを、複数のユニットに分けたものであり、活性化の際の全体の電圧低下を抑制する観点から、全体を２〜１０分割したものが好ましく、３〜５分割したものがより好ましい。発電セルの詳細については後述する。 The power generation units 32a to 32d are composed of one or a plurality of power generation cells. When the power generation units 32a to 32d are composed of a plurality of power generation cells, each unit cell is electrically connected in series connection, parallel connection, or a combination thereof. The The power generation units 32a to 32d are obtained by dividing a plurality of power generation cells connected in series into a plurality of units, and the whole is divided into 2 to 10 from the viewpoint of suppressing the overall voltage drop upon activation. Are preferable, and those divided into 3 to 5 are more preferable. Details of the power generation cell will be described later.

複数の発電ユニット３２ａ〜３２ｄには、各々の出力部に対して、スイッチ素子３４ａ〜３４ｄを介して負荷手段３３ａ〜３３ｄが、各々電気的に接続されている。スイッチ素子３４ａ〜３４ｄとしては、操作信号により通電可能なものであればよく、各種の電力用半導体、リレー等が使用可能であるが、パワーＦＥＴや静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）などの高速スイッチング素子が好ましく使用される。 Load units 33a to 33d are electrically connected to the output units of the plurality of power generation units 32a to 32d via switch elements 34a to 34d, respectively. The switch elements 34a to 34d may be any element that can be energized by an operation signal. Various power semiconductors, relays, and the like can be used, but high-speed switching elements such as power FETs and electrostatic induction transistors (SIT). Are preferably used.

負荷手段３３ａ〜３３ｄとしては、発電ユニット３２ａ〜３２ｄから出力される電力を消費又は蓄電できるものであればよいが、出力電圧の検出精度を高める観点から、抵抗器、ＦＥＴ素子等が好ましい。 The load means 33a to 33d may be any means that can consume or store the power output from the power generation units 32a to 32d, but a resistor, an FET element, or the like is preferable from the viewpoint of improving the detection accuracy of the output voltage.

負荷手段３３ａ〜３３ｄの抵抗値は、より適切な活性化を行なう観点から、純水素を供給して発電ユニット３２ａ〜３２ｄが最大電力を出力できる場合の電流に対して、１．２〜０．５倍になる抵抗値に設定することが好ましく、０．６〜１倍に設定することがより好ましい。 From the viewpoint of more appropriate activation, the resistance values of the load means 33a to 33d are 1.2 to 0.00 with respect to the current when pure power is supplied and the power generation units 32a to 32d can output the maximum power. The resistance value is preferably set to 5 times, and more preferably set to 0.6 to 1 times.

また、本発明の発電装置は、図１に示すように、スイッチ素子３４ａ〜３４ｄを制御する制御手段３５と、制御手段３５を動作させるための電力を制御手段３５に供給する電源回路３６とを備えている。 Further, as shown in FIG. 1, the power generation device of the present invention includes a control unit 35 that controls the switch elements 34 a to 34 d and a power supply circuit 36 that supplies power for operating the control unit 35 to the control unit 35. I have.

制御手段３５は、複数の入力・出力の系統を有し、これらを制御するプログラムの書き込み等および実行等が可能なマイコンユニット、マイコンチップなどで構成することができる。 The control means 35 has a plurality of input / output systems, and can be constituted by a microcomputer unit, a microcomputer chip, or the like capable of writing and executing a program for controlling these.

電源回路３６には、発電ユニット３２ａ〜３２ｄの少なくとも一部から電力が供給されるが、発電ユニット３２ａ〜３２ｄの全体から電源回路３６に電力が供給されることが好ましい。また、最初に活性化される発電ユニット（例えば発電ユニット３２ａ）を避けて、その他の発電ユニット（例えば発電ユニット３２ｂ〜３２ｄ）から電力が供給されるようにしてもよい。 Power is supplied to the power supply circuit 36 from at least a part of the power generation units 32a to 32d, but power is preferably supplied to the power supply circuit 36 from the entire power generation units 32a to 32d. Alternatively, the power generation unit (for example, the power generation unit 32a) that is activated first may be avoided and power may be supplied from the other power generation units (for example, the power generation units 32b to 32d).

次ぎに、図２に基づいて、本発明における制御について説明する。制御手段３５は、燃料供給手段３１で燃料ガスの発生を開始する起動の際に、複数の発電ユニット３２ａ〜３２ｄの何れかに対してスイッチ素子（例えば３４ａ）をオンにし、所定の条件を満たした後に、スイッチ素子（例えば３４ａ）をオフにしてから、別の前記発電ユニット（例えば３２ｂ）に対して前記スイッチ素子（例えば３４ｂ）をオンにする処理を含む制御を行う。本実施形態では、発電ユニット３２ａ〜発電ユニット３２ｄの順で当該処理を行なう場合の例を示す。 Next, control in the present invention will be described based on FIG. The control unit 35 turns on a switch element (for example, 34a) for any one of the plurality of power generation units 32a to 32d when the fuel supply unit 31 starts generating fuel gas, and satisfies a predetermined condition. After that, after the switch element (for example, 34a) is turned off, control including the process of turning on the switch element (for example, 34b) is performed on another power generation unit (for example, 32b). In this embodiment, the example in the case of performing the said process in order of the electric power generation unit 32a-the electric power generation unit 32d is shown.

ステップＳ１では、燃料供給手段３１において、水素ガス等の燃料ガスの発生を開始する。これにより発電が開始することで、制御手段３５による制御が可能になる。 In step S1, the fuel supply means 31 starts generating fuel gas such as hydrogen gas. Thereby, control by the control means 35 becomes possible by starting electric power generation.

但し、ステップＳ２では、４つの発電ユニット３２ａ〜３２ｄの電圧が３．０Ｖ以上になるまで、待機する処理を行なっている。このように、最初にスイッチ素子３４ａをオンにする処理の前に、単数又は複数の発電ユニット３２ａ〜３２ｄの出力電圧が一定以上になるまで待機することにより、制御に必要な最低限の発電状態を実現してから、活性化のための処理を行なうことができる。この処理は、一定時間だけ待機する処理に代えることも可能である。 However, in step S2, a standby process is performed until the voltages of the four power generation units 32a to 32d become 3.0V or higher. Thus, before the process of turning on the switch element 34a for the first time, by waiting until the output voltage of the single or plural power generation units 32a to 32d becomes a certain level or more, the minimum power generation state necessary for control is achieved. After realizing the above, processing for activation can be performed. This process can be replaced with a process of waiting for a predetermined time.

ステップＳ３では、複数の発電ユニット３２ａ〜３２ｄのうち、発電ユニット３２ａに対してスイッチ素子３４ａをオンにすることで、負荷手段３３ａである抵抗器に接続を行なう処理を実行する。この処理は、活性化のためのトータルの処理時間を短縮する観点から、複数の発電ユニット３２ａ〜３２ｄのうち、水素を供給する経路の最も上流側の発電ユニット３２ａに対して行なうことが好ましい。 In step S3, the process which connects to the resistor which is the load means 33a is performed by turning ON the switch element 34a with respect to the electric power generation unit 32a among several electric power generation units 32a-32d. From the viewpoint of shortening the total processing time for activation, this processing is preferably performed on the power generation unit 32a on the most upstream side of the hydrogen supply path among the plurality of power generation units 32a to 32d.

ステップＳ４では、１０秒間の待機処理を実行する。このように、スイッチ素子スイッチ素子３４ａをオンにする処理と、発電ユニット３２ａの出力電圧が一定以上であるか否かを判定する処理との間に、所定の時間待機する処理を含むことにより、一定時間以上の活性化を常に行なうことができ、より確実に個々の発電ユニット３２ａ〜３２ｄの活性化を行うことができる。 In step S4, a waiting process for 10 seconds is executed. As described above, by including a process of waiting for a predetermined time between the process of turning on the switch element switch element 34a and the process of determining whether or not the output voltage of the power generation unit 32a is equal to or higher than a certain value, The activation for a certain time or more can always be performed, and the individual power generation units 32a to 32d can be more reliably activated.

ステップＳ５では、所定の条件を満たすかを判定する処理として、発電ユニット３２ａの出力電圧が一定以上（例えば４０８ｍＶ以上）であるか否かを判定する処理を実行する。所定の条件を満たす場合には、判定ループを抜けて、発電ユニット３２ａに対してスイッチ素子３４ａがオフされる。この時点で、発電ユニット３２ａの活性化が完了する。 In step S5, as a process for determining whether or not a predetermined condition is satisfied, a process for determining whether or not the output voltage of the power generation unit 32a is equal to or higher than a certain value (for example, 408 mV or higher) is executed. If the predetermined condition is satisfied, the switch element 34a is turned off for the power generation unit 32a through the determination loop. At this point, activation of the power generation unit 32a is completed.

上記の判定の出力電圧の閾値としては、より適切な活性化を行なう観点から、純水素を供給して発電ユニット３２ａが最大電力を出力できる場合の電圧に対して、１００〜５０％に設定することが好ましく、９０〜６０％に設定することがより好ましい。 The threshold value of the output voltage in the above determination is set to 100 to 50% with respect to the voltage when pure hydrogen is supplied and the power generation unit 32a can output the maximum power from the viewpoint of more appropriate activation. It is preferable to set it to 90 to 60%.

ステップＳ６では、ステップＳ５の判定で所定の条件を満たさない時間が、一定時間（例えば２０秒）以上になった場合に、ステップＳ５の判定ループを抜ける判定処理を行なう。この判定ループを抜けると、発電ユニット３２ａに対してスイッチ素子３４ａがオフされ、ステップＳ７の処理を実行する。ステップＳ６で設定する時間としては、発電ユニット３２ａ〜３２ｄを活性化するのに必要な時間の１〜１０倍に設定することが好ましい。 In step S6, when the time that does not satisfy the predetermined condition in the determination in step S5 is equal to or longer than a certain time (for example, 20 seconds), a determination process for exiting the determination loop in step S5 is performed. After exiting this determination loop, the switch element 34a is turned off for the power generation unit 32a, and the process of step S7 is executed. The time set in step S6 is preferably set to 1 to 10 times the time required to activate the power generation units 32a to 32d.

ステップＳ７では、発電ユニット３２ａの全体又は一部の発電セルが不良品であることを出力する処理である。具体的には、例えばＬＥＤなどによる表示が行なわれる。ステップＳ６〜Ｓ７処理によって、発電ユニット３２ａの全体又は一部の発電セルが不良品であることを検出できる。この処理を実行した後、次のステップＳ８を継続することで、他の発電ユニット３２ｂ〜３２ｄについても、活性化のための処理又は発電セル等の良品判定処理を実行できる。 Step S7 is a process for outputting that all or part of the power generation unit 32a is defective. Specifically, for example, display using an LED or the like is performed. Through steps S6 to S7, it is possible to detect that all or part of the power generation unit 32a is defective. After executing this process, by continuing the next step S8, it is possible to execute the activation process or the non-defective product determination process such as the power generation cell for the other power generation units 32b to 32d.

ステップＳ８〜Ｓ１２では、２番目の発電ユニット３２ｂに対して、ステップＳ３〜Ｓ７と同じ処理を行なう。待機時間および判定電圧などは、１番目の発電ユニット３２ａと同じにしてもよく、異なるようにしてもよい。通常は、同じ条件が設定される。 In steps S8 to S12, the same processing as steps S3 to S7 is performed on the second power generation unit 32b. The standby time and determination voltage may be the same as or different from those of the first power generation unit 32a. Usually, the same conditions are set.

ステップＳ１３〜Ｓ１４では、３〜４番目の発電ユニット３２ｃ〜３２ｄに対して、ステップＳ３〜Ｓ７と同じ処理を行なう。待機時間および判定電圧などの条件は、１番目の発電ユニット３２ａと同じにしてもよく、異なるようにしてもよい。通常は、同じ条件が設定される。 In steps S13 to S14, the same processes as in steps S3 to S7 are performed on the third to fourth power generation units 32c to 32d. Conditions such as standby time and determination voltage may be the same as or different from those of the first power generation unit 32a. Usually, the same conditions are set.

このようにして、複数の発電ユニット３２ａ〜３２ｄの全てに対して、発電ユニット３２ａ〜３２ｄの出力電圧が一定以上であるか否かを判定する処理を繰り返すものであることにより、全ての発電ユニット３２ａ〜３２ｄの活性化を確認することができ、全ての発電ユニットの活性化を自動的に行うことができる。 Thus, by repeating the process of determining whether or not the output voltage of the power generation units 32a to 32d is greater than or equal to a certain value for all of the plurality of power generation units 32a to 32d, all the power generation units Activation of 32a-32d can be confirmed, and activation of all the electric power generation units can be performed automatically.

活性化が完了すると、発電装置による通常の発電が行なわれる。制御手段３１は、通常の発電を行なう際の出力制御、安全確保のための出力制御などを、上記の制御に引き続き、又は並列して行なうことも可能である。 When the activation is completed, normal power generation by the power generator is performed. The control means 31 can also perform output control at the time of normal power generation, output control for ensuring safety, etc. following or in parallel with the above control.

＜発電装置の構造＞
本発明の発電装置は、例えば図３〜図４に示す構造の装置として構成することができる。図示した例では、発電装置が、燃料電池本体１０と燃料供給カートリッジ２０とを含むものである。燃料供給カートリッジ２０が燃料供給手段３１に相当し、燃料電池本体１０に発電ユニット３２ａ〜３２ｄ、制御手段３５等が組み込まれている。図３は燃料供給カートリッジ２０が燃料電池本体１０に装着される前の状態を示しており、図４のように、発電装置は、燃料供給カートリッジ２０が燃料電池本体１０に装着された状態で使用される。 <Structure of power generator>
The power generation device of the present invention can be configured as a device having a structure shown in FIGS. In the illustrated example, the power generation device includes a fuel cell main body 10 and a fuel supply cartridge 20. The fuel supply cartridge 20 corresponds to the fuel supply means 31, and the power generation units 32a to 32d, the control means 35, and the like are incorporated in the fuel cell main body 10. FIG. 3 shows a state before the fuel supply cartridge 20 is attached to the fuel cell main body 10, and the power generator is used with the fuel supply cartridge 20 attached to the fuel cell main body 10 as shown in FIG. 4. Is done.

燃料電池本体１０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う発電セル１１と、その発電セル１１を一方の表面を内部に向けて保持することで、発電セル１１と共に内部空間を形成するセル保持体１２と、その内部空間に接続されガスの排出のみを許容する逆止弁１３と、内部空間に連通する燃料ガス供給口１４と、連通路１５によって相互に連通する第１開口部１５ａ及び第２開口部１５ｂと、を備えている。 The fuel cell main body 10 is supplied with fuel gas from one surface and supplied with oxygen from the other surface, and holds the power generation cell 11 with one surface facing inward. Thus, a cell holder 12 that forms an internal space with the power generation cell 11, a check valve 13 that is connected to the internal space and allows only gas discharge, a fuel gas supply port 14 that communicates with the internal space, A first opening portion 15a and a second opening portion 15b that communicate with each other by a passage 15 are provided.

一方、燃料供給カートリッジ２０は、反応液２１ａを収容する反応液収容部２１と、反応液２１ａと反応して燃料ガスを発生させる燃料ガス発生剤２２ａを収容する燃料発生部２２と、反応液収容部２１から反応液を外部に排出するための反応液排出口２３と、燃料発生部２２に反応液２１ａを外部から供給するための反応液供給口２４と、燃料発生部２２から燃料ガスを外部に排出するための燃料排出口２５と、を備えている。 On the other hand, the fuel supply cartridge 20 includes a reaction liquid storage unit 21 that stores the reaction liquid 21a, a fuel generation unit 22 that stores a fuel gas generating agent 22a that reacts with the reaction liquid 21a to generate fuel gas, and a reaction liquid storage. A reaction solution discharge port 23 for discharging the reaction solution from the unit 21 to the outside, a reaction solution supply port 24 for supplying the reaction solution 21 a to the fuel generation unit 22 from the outside, and a fuel gas from the fuel generation unit 22 to the outside And a fuel discharge port 25 for discharging the fuel.

本実施形態の発電装置は、燃料電池本体１０に燃料供給カートリッジ２０を装着した状態では、反応液排出口２３及び反応液供給口２４は第１開口部１５ａ及び第２開口部１５ｂに各々接続され、燃料排出口２５は燃料ガス供給口１４に接続される。 In the power generation device of this embodiment, in a state where the fuel supply cartridge 20 is attached to the fuel cell main body 10, the reaction solution discharge port 23 and the reaction solution supply port 24 are connected to the first opening 15a and the second opening 15b, respectively. The fuel discharge port 25 is connected to the fuel gas supply port 14.

この発電装置は、反応液収容部２１を加圧するための加圧機構２６を有することが好ましい。本実施形態では、燃料電池本体１０が燃料供給カートリッジ２０を装着するカートリッジ収容部１８を有し、燃料供給カートリッジ２０は、カートリッジ収容部１８に装着する際に、カートリッジ収容部１８の形状に従って変形することで、反応液収容部２１の内部圧力を増加させる加圧機構２６を有している例を示す。 This power generator preferably has a pressurizing mechanism 26 for pressurizing the reaction liquid storage unit 21. In the present embodiment, the fuel cell main body 10 has a cartridge housing portion 18 in which the fuel supply cartridge 20 is mounted, and the fuel supply cartridge 20 is deformed according to the shape of the cartridge housing portion 18 when mounted in the cartridge housing portion 18. The example which has the pressurization mechanism 26 which increases the internal pressure of the reaction liquid storage part 21 is shown.

反応液排出口２３と反応液供給口２４と燃料排出口２５とは、燃料電池本体１０に燃料供給カートリッジ２０を装着する前には外部に連通していないことが好ましい。本実施形態では、封止材２７を燃料供給カートリッジ２０に設けておき、装着時に反応液排出口２３と反応液供給口２４と燃料排出口２５とが、第１開口部１５ａと第２開口部１５ｂと燃料ガス供給口１４とに各々連通する例を示す。 It is preferable that the reaction liquid discharge port 23, the reaction liquid supply port 24, and the fuel discharge port 25 do not communicate with the outside before the fuel supply cartridge 20 is attached to the fuel cell main body 10. In the present embodiment, the sealing material 27 is provided in the fuel supply cartridge 20, and the reaction liquid discharge port 23, the reaction liquid supply port 24, and the fuel discharge port 25 are connected to the first opening 15a and the second opening when mounted. An example of communicating with 15b and the fuel gas supply port 14 is shown.

また、図１に示すように、燃料電池本体１０が発電セル１１で構成される発電ユニット３２ａ〜３２ｄからの出力を制御する出力回路３７と、出力回路３７からの出力を外部に接続するためのコネクター４０とを備える例を示す。以下、各部の詳細について説明する。 Further, as shown in FIG. 1, an output circuit 37 that controls the output from the power generation units 32 a to 32 d in which the fuel cell main body 10 includes the power generation cells 11, and an output for connecting the output from the output circuit 37 to the outside. An example provided with the connector 40 is shown. Details of each part will be described below.

＜発電セル＞
発電セル１１は、単数又は複数の単位セルを備え、複数の単位セルを備える場合、いずれかの単位セルと他の単位セルの導電層同士を、接続部により電気的に接続している。電気的な接続は、直列接続、並列接続、又はその組み合わせが可能である。なお、接続する単位セルの数としては、要求される電圧又は電流に応じて、設定することが可能である。 <Power generation cell>
The power generation cell 11 includes a single unit cell or a plurality of unit cells. When the power generation cell 11 includes a plurality of unit cells, the conductive layers of any unit cell and other unit cells are electrically connected to each other through a connection portion. The electrical connection can be a series connection, a parallel connection, or a combination thereof. Note that the number of unit cells to be connected can be set according to the required voltage or current.

本発明における各々の単位セルは、図４に示すように、固体高分子電解質層１と、この固体高分子電解質層１の両側に設けられた第１電極層２及び第２電極層３と、これら電極層２，３の更に外側に各々配置された第１導電層及び第２導電層とを有する。本実施形態では、第１導電層及び第２導電層が、第１電極層２及び第２電極層３を部分的に露出させる露出部を有する第１金属層４及び第２金属層５とからなる例を示す。 As shown in FIG. 4, each unit cell in the present invention includes a solid polymer electrolyte layer 1, a first electrode layer 2 and a second electrode layer 3 provided on both sides of the solid polymer electrolyte layer 1, The electrode layers 2 and 3 have a first conductive layer and a second conductive layer respectively disposed on the outer side. In the present embodiment, the first conductive layer and the second conductive layer are formed from the first metal layer 4 and the second metal layer 5 having exposed portions that partially expose the first electrode layer 2 and the second electrode layer 3. An example will be shown.

なお、導電層の材質としては、金属、導電性高分子、導電性ゴム、導電性繊維、導電性ペースト、導電性塗料などが挙げられる。 Examples of the material for the conductive layer include metals, conductive polymers, conductive rubbers, conductive fibers, conductive pastes, and conductive paints.

固体高分子電解質層１としては、従来の固体高分子膜型の燃料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。 The solid polymer electrolyte layer 1 may be any solid polymer membrane type fuel cell as long as it is used, but from the viewpoint of chemical stability and conductivity, a sulfonic acid group that is a super strong acid is used. A cation exchange membrane made of a perfluorocarbon 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.

固体高分子電解質層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、１５〜５０μｍが好ましい。 The thinner the solid polymer electrolyte layer 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 15 to 50 μm. preferable.

電極層２，３は、固体高分子電解質層１の表面付近でアノード側およびカソード側の電極反応を生じさせるものであれば何れでもよい。なかでも、ガス拡散層としての機能を発揮して、燃料ガス、燃料液、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好適に使用できる。電極層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、固体高分子電解質層１と接する内面側に少なくとも担持させるのが好ましい。 The electrode layers 2 and 3 may be any as long as they cause an electrode reaction on the anode side and the cathode side near the surface of the solid polymer electrolyte layer 1. Among them, the one that exhibits the function as a gas diffusion layer to supply and discharge the fuel gas, the fuel liquid, the oxidizing gas, and the water vapor and at the same time exhibits the current collecting function can be preferably used. As the electrode layers 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 surface side in contact with the solid polymer electrolyte layer 1.

電極層２，３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。また、固体高分子電解質層１に触媒を直接付着させたり、カーボンブラックなどの導電性粒子に担持させて固体高分子電解質層１に付着させた電極層２，３を用いることも可能である。 As the electrode substrate of the electrode layers 2 and 3, for example, conductive carbon such as carbon paper, fibrous carbon such as carbon fiber nonwoven fabric, and an aggregate of conductive polymer fibers can be used. It is also possible to use the electrode layers 2 and 3 that are attached to the solid polymer electrolyte layer 1 by directly attaching the catalyst to the solid polymer electrolyte layer 1 or supporting the catalyst on conductive particles such as carbon black.

一般に、電極層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。 In general, the electrode layers 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、電極層２，３や固体高分子電解質層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。なお、還元ガスの代わりにメタノール等の燃料液を使用することも可能である。 In general, the electrode layers 2 and 3 and the solid polymer electrolyte layer 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. It is also possible to use a fuel liquid such as methanol 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の第２電極層３（本明細書では、アノード側を第１電極層、カソード側を第２電極層と仮定する）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 second electrode layer 3 on the cathode side on which air is naturally supplied (in this specification, the anode side is assumed to be the first electrode layer and the cathode side is assumed to be the second electrode layer). In this case, since a reaction between oxygen and hydrogen ions occurs and water is generated, it is preferable to design according to the electrode reaction. 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.

電極層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、１〜５００μｍが好ましく、１００〜３００μｍがより好ましい。電極層２，３と固体高分子電解質層１とは、予め接着、融着、又は塗布形成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（ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ：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 layers 2 and 3 is more effective for reducing the overall thickness as the thickness is reduced. However, in consideration of electrode reaction, strength, handling property, etc., 1 to 500 μm is preferable, and 100 to 300 μm is more preferable. The electrode layers 2 and 3 and the solid polymer electrolyte layer 1 may be laminated and integrated in advance by adhesion, fusion, coating formation, or the like, or may simply be arranged in a stacked manner. Such a laminated body can also be obtained as a membrane / electrode assembly (MEA), and may be used.

アノード側電極層２の表面にはアノード側の第１金属層４が配置され、カソード側電極層３の表面にはカソード側の第２金属層５が配置される（本明細書では、アノード側を第１金属層、カソード側を第２金属層と仮定する）。第１金属層４は、第１電極層２を部分的に露出させる露出部を有する。 A first metal layer 4 on the anode side is disposed on the surface of the anode side electrode layer 2, and a second metal layer 5 on the cathode side is disposed on the surface of the cathode side electrode layer 3 (in this specification, the anode side Is the first metal layer and the cathode side is the second metal layer). The first metal layer 4 has an exposed portion that partially exposes the first electrode layer 2.

第１金属層４の露出部は、アノード側電極層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。アノード側金属層４の開孔は、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孔を設けたり、第１金属層４を櫛形電極のような形状にしてアノード側電極層２を露出させてもよい。開孔部分の面積が占める割合（開孔率）は、電極との接触面積とガスの供給面積のバランスなどの観点から、１０〜５０％が好ましく、１５〜３０％がより好ましい。 The exposed portion of the first metal layer 4 may be any number, shape, size, formation position, etc. as long as the anode-side electrode layer 2 can be exposed. The opening of the anode side metal layer 4 is formed, for example, regularly or randomly by providing a plurality of circular holes, slits, or the like, or by opening a metal mesh, and the first metal layer 4 is shaped like a comb electrode. Thus, the anode side electrode layer 2 may be exposed. From the viewpoint of the balance between the contact area with the electrode and the supply area of the gas, the ratio of the area of the open portion (open area) is preferably 10 to 50%, and more preferably 15 to 30%.

また、カソード側の第２金属層５は、第２電極層３を部分的に露出させる露出部を有するが、本実施形態では、カソード側金属層５には、空気中の酸素を供給（自然吸気）するための多数の開孔が設けられている例を示す。開孔は、カソード側電極層３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。カソード側金属層５の開孔は、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孔を設けたり、第２金属層５を櫛形電極のような形状にしてカソード側電極層３を露出させてもよい。開孔部分の面積が締める割合（開孔率）は、電極との接触面積とガスの供給面積のバランスなどの観点から、１０〜５０％が好ましく、１５〜３０％がより好ましい。 Further, the second metal layer 5 on the cathode side has an exposed portion that partially exposes the second electrode layer 3. In this embodiment, oxygen in the air is supplied to the cathode side metal layer 5 (naturally An example in which a number of openings for intake) is provided. As long as the cathode-side electrode layer 3 can be exposed, the number, shape, size, formation position, etc. of the openings may be any. The opening of the cathode side metal layer 5 is, for example, provided with a plurality of circular holes or slits regularly or randomly, or provided with a metal mesh, and the second metal layer 5 is shaped like a comb electrode. Thus, the cathode side electrode layer 3 may be exposed. From the viewpoint of the balance between the contact area with the electrode and the supply area of the gas, the ratio of the area of the opening portion to be tightened (opening ratio) is preferably 10 to 50%, and more preferably 15 to 30%.

金属層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、導電性、コスト、形状付与性、加圧のための強度などの観点から、銅、銅合金、ステンレス板などが好ましい。また、上記の金属に金メッキなどの金属メッキを施したものでもよい。 As the metal layers 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, copper, a copper alloy, a stainless steel plate, and the like are preferable from the viewpoints of conductivity, cost, shape imparting property, strength for pressurization, and the like. Moreover, what gave metal plating, such as gold plating, to said metal may be used.

なお、金属層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、導電性、コスト、重量、形状付与性、加圧のための強度などを考慮すると、１０〜１０００μｍが好ましく、５０〜２００μｍがより好ましい。 In addition, although the thickness of the metal layers 4 and 5 is effective in reducing the overall thickness as the thickness is reduced, considering conductivity, cost, weight, shape imparting property, strength for pressurization, etc., the thickness is 10 to 1000 μm. Preferably, 50-200 micrometers is more preferable.

金属層４及び金属層５は、少なくとも一部が樹脂から露出することにより、その部分を電極として電気を外部に取り出すことができる。このため、樹脂成形体６に対して、金属層４及び金属層５を一部露出させた端子部を設けてもよいが、本発明では、直列接続の場合には、その両端の単位セルの金属層４又は金属層５が、単位セルの電極となる突出部を備え、これが樹脂成形体６から外部に出ていることが好ましい。この突出部は、インサート成形を行う際に、金属層４，５等を成形型内に保持するためにも利用できる。 When at least a part of the metal layer 4 and the metal layer 5 is exposed from the resin, electricity can be taken out using the part as an electrode. For this reason, although the terminal part which exposed the metal layer 4 and the metal layer 5 partially may be provided with respect to the resin molding 6, in this invention, in the case of series connection, the unit cell of the both ends is provided. It is preferable that the metal layer 4 or the metal layer 5 is provided with the protrusion part used as the electrode of a unit cell, and this has come out from the resin molding 6 outside. This protrusion can also be used to hold the metal layers 4, 5, etc. in the mold during insert molding.

金属層４及び金属層５の形成や開孔の形成は、プレス加工（プレス打ち抜き加工）を利用して行うことができる。また、金属層４及び金属層５の突出部には、樹脂の流動や密着性を良好にする目的で、インサート成形される部分に貫通孔を設けてもよい。 The formation of the metal layer 4 and the metal layer 5 and the formation of the opening can be performed using press work (press punching process). Moreover, you may provide a through-hole in the insert-molded part in the protrusion part of the metal layer 4 and the metal layer 5 in order to make the flow and adhesiveness of resin favorable.

以上のような単位セル及び接続部をインサート成形により一体化した樹脂成形体６を備えている。樹脂成形体６は、第１電極層２及び第２電極層３に気体又は液体を供給するための供給部を有することが好ましく、この供給部は、第１金属層４又は第２金属層５の露出部に対応する位置に設けられた開孔６ａであることが好ましい。 A resin molded body 6 in which the unit cells and the connection portions as described above are integrated by insert molding is provided. The resin molded body 6 preferably has a supply part for supplying gas or liquid to the first electrode layer 2 and the second electrode layer 3, and this supply part is the first metal layer 4 or the second metal layer 5. The opening 6a is preferably provided at a position corresponding to the exposed portion.

本実施形態では、第１電極層２及び第２電極層３が開孔６ａから露出するように、第１金属層４及び第２金属層５を両側から加圧した状態で、樹脂成形体６によりインサート成形して一体化してある例を示す。 In the present embodiment, the resin molded body 6 is pressed in a state where the first metal layer 4 and the second metal layer 5 are pressed from both sides so that the first electrode layer 2 and the second electrode layer 3 are exposed from the opening 6a. An example in which insert molding is performed and integrated is shown.

本発明では、金属層４，５の露出部に相当する開孔の大きさが、樹脂成形体６の開孔６ａの大きさより、大きくてもよく、同じ大きさでもよく、小さくてもよい。 In the present invention, the size of the opening corresponding to the exposed portions of the metal layers 4 and 5 may be larger, the same size, or smaller than the size of the opening 6 a of the resin molded body 6.

樹脂成形体６の材質としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、耐熱性樹脂などが挙げられるが、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂が好ましい。なお、熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂、液晶ポリマー、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリアミドなどが挙げられる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、または熱硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられる。なかでも、成形型内での樹脂の流動性、強度、溶融温度などの観点から、ポリエステル、ポリプロピレン、アクリル樹脂が好ましく、これらはアプリケーションによって選択することが可能である。 Examples of the material of the resin molded body 6 include a thermosetting resin, a thermoplastic resin, and a heat resistant resin, and a thermoplastic resin and a thermosetting resin are preferable. Examples of the thermoplastic resin include polycarbonate resin, ABS resin, liquid crystal polymer, polypropylene, polystyrene, acrylic resin, fluororesin, polyester, and polyamide. Examples of the thermosetting resin include epoxy resins, unsaturated polyester resins, phenol resins, amino resins, polyurethane resins, silicone resins, and thermosetting polyimide resins. Among these, polyester, polypropylene, and acrylic resin are preferable from the viewpoint of fluidity, strength, melting temperature, and the like of the resin in the mold, and these can be selected depending on the application.

樹脂成形体６の全体の厚みとしては、樹脂による一体化の強度や、金属層を加圧する圧力、薄型化などの観点から、０．３〜４ｍｍが好ましく０．５〜２ｍｍがより好ましい。特に、金属層を覆う部分の樹脂成形体６の厚みとしては、金属層を加圧する圧力の観点から、０．２〜１．５ｍｍが好ましく、０．３〜１．０ｍｍがより好ましい。 The overall thickness of the resin molded body 6 is preferably 0.3 to 4 mm, and more preferably 0.5 to 2 mm, from the viewpoints of the strength of integration with the resin, the pressure for pressing the metal layer, and the thinning. In particular, the thickness of the resin molded body 6 at the portion covering the metal layer is preferably 0.2 to 1.5 mm, and more preferably 0.3 to 1.0 mm, from the viewpoint of pressure to pressurize the metal layer.

樹脂成形体６は、平板形状のものを予めインサート成形しておきセル保持体１２を構成する他の壁面と接合すること、または、セル保持体１２を構成する他の壁面と共にインサート成形することで、セル保持体１２と一体化することができる。 The resin molded body 6 is formed by insert molding a plate-shaped one in advance and joining it with other wall surfaces constituting the cell holding body 12 or by insert molding together with other wall surfaces constituting the cell holding body 12. It can be integrated with the cell holder 12.

＜燃料電池本体＞ <Fuel cell body>

燃料電池本体１０は、発電セル１１を一方の表面を内部に向けて保持することで、発電セルと共に内部空間を形成するセル保持体１２を備えている。本実施形態では、セル保持体１２が箱状に形成され、箱状の予備空間形成部１９と、筒状のカートリッジ収容部１８と一体的に形成されている例を示す。 The fuel cell main body 10 includes a cell holder 12 that forms an internal space together with the power generation cell by holding the power generation cell 11 with one surface facing the inside. In the present embodiment, an example is shown in which the cell holder 12 is formed in a box shape, and is integrally formed with a box-shaped preliminary space forming portion 19 and a cylindrical cartridge housing portion 18.

セル保持体１２には、その内部空間に接続され、ガスの排出のみを許容する逆止弁１３を備えている。セル保持体１２の内部空間は、逆止弁１３および燃料ガス供給口１４以外の部分は、密閉状態となっている。 The cell holder 12 includes a check valve 13 that is connected to the internal space and allows only gas discharge. The internal space of the cell holder 12 is in a sealed state except for the check valve 13 and the fuel gas supply port 14.

逆止弁１３としては、小型軽量のものが好ましく、例えば、ダックビルタイプ、アンブレラタイプ、ボールとゴム板の併用、ボールとスプリングの併用、フート弁等の逆止弁を使用することができる。逆止弁１３は、内部空間が大気圧を超えると、ガスを放出し、内部空間が大気圧未満になるときでも、大気を内部交換に流入をさせないという機能を有する。逆止弁１３の開弁圧は、ゲージ圧力で１０ｋＰａ以内に設定されることが好ましく、５ｋＰａ以内に設定されることがより好ましい。 The check valve 13 is preferably a small and light one. For example, a check valve such as a duckbill type, an umbrella type, a ball and a rubber plate, a ball and a spring, or a foot valve can be used. The check valve 13 has a function of releasing gas when the internal space exceeds the atmospheric pressure and preventing the atmosphere from flowing into the internal exchange even when the internal space becomes less than the atmospheric pressure. The valve opening pressure of the check valve 13 is preferably set within 10 kPa as gauge pressure, and more preferably within 5 kPa.

予備空間形成部１９には、燃料ガス供給口１４を形成するパイプが設けられ、これにより燃料ガス供給口１４から内部空間へと連通する。また、予備空間形成部１９には、内部空間から独立した連通路１５が設けられており、これによって第１開口部１５ａ及び第２開口部１５ｂが相互に連通している。 The spare space forming portion 19 is provided with a pipe that forms the fuel gas supply port 14, and thereby communicates from the fuel gas supply port 14 to the internal space. Further, the spare space forming part 19 is provided with a communication path 15 independent of the internal space, whereby the first opening 15a and the second opening 15b communicate with each other.

連通路１５は、燃料発生部２２が大気圧未満となったときにも、反応液収容部２１から反応液が燃料発生部２２に過剰に供給されないように、流量を調節する役割を有する。本実施形態では、流量を調整するために、連通路１５が内径の細いパイプ１５ｃを有している例を示す。 The communication path 15 has a role of adjusting the flow rate so that the reaction liquid is not excessively supplied from the reaction liquid storage part 21 to the fuel generation part 22 even when the fuel generation part 22 becomes less than atmospheric pressure. In the present embodiment, an example is shown in which the communication path 15 includes a pipe 15c having a small inner diameter in order to adjust the flow rate.

本発明では、燃料発生部２２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、内部空間、予備空間、又は燃料発生部２２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内部空間の壁面、燃料発生部２２の壁面などに配置することができる。また、予備空間内において、燃料ガス供給口１４から内部空間へと連通する流路空間を設けて、その内部にアンモニア除去剤を設けてもよい。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。 In the present invention, an ammonia removing agent may be provided in the internal space, the spare space, or the fuel generation unit 22 in order to remove ammonia as an impurity from hydrogen gas or the like generated in the fuel generation unit 22. Specifically, the sheet-like ammonia removing agent can be disposed on the wall surface of the internal space, the wall surface of the fuel generating unit 22, or the like. Further, in the spare space, a flow path space communicating from the fuel gas supply port 14 to the internal space may be provided, and an ammonia removing agent may be provided therein. Such an ammonia removing agent is commercially available in the form of a sheet, but it is also possible to use one in which a granular adsorbent or the like is contained in a breathable bag.

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。 As the ammonia removing agent, for example, an adsorbent that adsorbs and removes ammonia in hydrogen (including chemical adsorption such as adsorption / decomposition and reaction adsorption), an absorbent that dissolves and removes ammonia, a reactant that removes ammonia by reaction, Examples include decomposition means for removing ammonia by decomposition (thermal decomposition, catalytic reaction decomposition, etc.), and it is preferable to provide an adsorbent that removes ammonia by physical adsorption or chemical adsorption.

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。 Among them, it is more preferable that the adsorbent is one that removes ammonia by physical adsorption or chemical adsorption, solid acid, activated carbon (excluding those corresponding to solid acids), zeolite (excluding those corresponding to solid acids), And at least one selected from the group consisting of molecular sieves. Among these, it is preferable to use a solid acid from the viewpoint of adsorption / removal ability of ammonia and a viewpoint capable of adsorption at a higher temperature.

予備空間形成部１９の予備空間内には、回路基板が設けられている。回路基板には、負荷手段３３ａ〜３３ｄ、スイッチ素子３４ａ〜３４ｄ、制御手段３５、電源回路３６、出力回路３７が設けられている。出力回路３７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３７ａ（昇圧回路に相当）、コンパレータ３７ｂ、可変抵抗器３７ｃ、電流検出用の抵抗器３７ｄ、電圧増幅器３７ｅで構成されている。参照電圧Ｒｅｆは、内部に蓄電池を設けて、これを利用することも可能であるが、電源回路３６として設けられた、固定電圧出力型のＤＣ−ＤＣコンバータからの出力電圧を利用することが好ましい。 A circuit board is provided in the spare space of the spare space forming unit 19. The circuit board is provided with load means 33a to 33d, switch elements 34a to 34d, control means 35, power supply circuit 36, and output circuit 37. The output circuit 37 includes a DC-DC converter 37a (corresponding to a booster circuit), a comparator 37b, a variable resistor 37c, a current detection resistor 37d, and a voltage amplifier 37e. The reference voltage Ref can be used by providing a storage battery inside, but it is preferable to use the output voltage from the fixed voltage output type DC-DC converter provided as the power supply circuit 36. .

発電ユニット３２ａ〜３２ｄの出力電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３７ａ（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。ＤＣ−ＤＣコンバータ３７ａは、可変電圧出力型であるのが好ましく、可変抵抗器３７ｃにより、電圧の設定が可能である。参照電圧Ｒｅｆを利用して、可変抵抗器３７ｃにより所定の電圧が設定される。この設定電圧と、電流検出用の抵抗器３７ｄで検出し、電圧増幅器３７ｅで増幅した電圧とが、コンパレータ３７ｂで比較されて、その差電圧による信号が出力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ３７ａのＦＢ端子からこの信号が入力され、この信号に基づいて、ＤＣ−ＤＣコンバータ３７ａが、差電圧が一定になるように、出力電圧を制御することで、コネクター４０（電源供給端子）から出力される電流が、一定に制御される。 The output voltage of the power generation units 32a to 32d is preferably boosted to a predetermined voltage by a DC-DC converter 37a (corresponding to a booster circuit). The DC-DC converter 37a is preferably a variable voltage output type, and the voltage can be set by the variable resistor 37c. A predetermined voltage is set by the variable resistor 37c using the reference voltage Ref. This set voltage and the voltage detected by the current detection resistor 37d and amplified by the voltage amplifier 37e are compared by the comparator 37b, and a signal based on the difference voltage is output. This signal is input from the FB terminal of the DC-DC converter 37a, and based on this signal, the DC-DC converter 37a controls the output voltage so that the differential voltage becomes constant, whereby the connector 40 (power supply) The current output from the terminal is controlled to be constant.

制御手段３５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３７ａのＥＮ端子に接続されており、発電ユニット３２ａ〜３２ｄの活性化を行なう制御の際には、ＤＣ−ＤＣコンバータ３７ａからの出力を停止することが可能となる。また、制御手段３５は、抵抗器３７ｄとコンパレータ３７ｂとに接続されており、電流を一定に制御する際の設定値を、出力回路３７に対して変更する制御を行なうことができる。この制御は、例えば、発電ユニット３２ａ〜３２ｄの出力電圧に応じて、コネクター４０からの電流を変更する制御であり、コンパレータ３７ｂに入力される電圧を制御手段３５が制御することで、コネクター４０からの電流を変更する制御を行なうことが可能となる。
コネクター４０には、携帯電話、携帯ゲーム、タブレット型パソコンなどの携帯機器が接続され、充電等のために電力供給がなされる。 The control means 35 is connected to the EN terminal of the DC-DC converter 37a, and can stop the output from the DC-DC converter 37a during the control for activating the power generation units 32a to 32d. Become. The control means 35 is connected to the resistor 37d and the comparator 37b, and can control the output circuit 37 to change a set value when the current is controlled to be constant. This control is, for example, control for changing the current from the connector 40 in accordance with the output voltage of the power generation units 32a to 32d. The control means 35 controls the voltage input to the comparator 37b, so that the connector 40 It is possible to perform control to change the current of the current.
The connector 40 is connected to a mobile device such as a mobile phone, a mobile game, and a tablet personal computer, and is supplied with power for charging.

＜燃料供給カートリッジ＞ <Fuel supply cartridge>

燃料供給カートリッジ２０は、反応液２１ａを収容する反応液収容部２１と、反応液２１ａと反応して燃料ガスを発生させる燃料ガス発生剤２２ａを収容する燃料発生部２２とを備えている。反応液収容部２１と燃料発生部２２とは、万が一の場合でも、反応液２１ａが燃料ガス発生剤２２ａに到達しにくいように、燃料供給カートリッジ２０内において、隔壁２８で隔絶されていることが好ましい。内部空間を有効利用するために隔壁２８を可動型とし、燃料ガス発生剤２２ａの反応後の膨張に合わせ反応液２１ａの体積の減少とバランスを取れるようにすることが好ましい。 The fuel supply cartridge 20 includes a reaction liquid storage unit 21 that stores the reaction liquid 21a and a fuel generation unit 22 that stores a fuel gas generating agent 22a that reacts with the reaction liquid 21a to generate fuel gas. The reaction liquid storage unit 21 and the fuel generation unit 22 are separated from each other by a partition wall 28 in the fuel supply cartridge 20 so that the reaction liquid 21a does not easily reach the fuel gas generating agent 22a even in the unlikely event. preferable. In order to make effective use of the internal space, the partition wall 28 is preferably made movable so that the volume of the reaction solution 21a can be balanced with the expansion after the reaction of the fuel gas generating agent 22a.

図示した例では、反応液収容部２１は、密閉され変形可能な袋状容器により形成されている。収納される反応液２１ａとしては、燃料ガス発生剤２２ａと反応して燃料ガスを発生させる液体が使用される。具体的には、燃料ガス発生剤２２ａの種類に応じて、水、または酸水溶液、アルカリ水溶液などが使用される。 In the illustrated example, the reaction liquid storage unit 21 is formed of a sealed and deformable bag-like container. As the reaction liquid 21a to be stored, a liquid that reacts with the fuel gas generating agent 22a to generate fuel gas is used. Specifically, water, an aqueous acid solution, an aqueous alkaline solution, or the like is used depending on the type of the fuel gas generating agent 22a.

反応液収容部２１には、そこから反応液２１ａを外部に排出するための反応液排出口２３を備えている。図示した例では、反応液排出口２３から反応液収容部２１の底面付近まで延びるパイプが設けられている。このパイプに、燃料電池本体１０の第１開口部１５ａを形成するパイプが連結される。両者のパイプの連結部分には、気密性を維持するためのシール部材を設けることが好ましい。 The reaction liquid storage unit 21 is provided with a reaction liquid discharge port 23 for discharging the reaction liquid 21a to the outside. In the illustrated example, a pipe extending from the reaction solution outlet 23 to the vicinity of the bottom surface of the reaction solution storage unit 21 is provided. A pipe forming the first opening 15a of the fuel cell main body 10 is connected to the pipe. It is preferable to provide a seal member for maintaining airtightness at the connecting portion of both pipes.

反応液収容部２１には、水等の収容位置を調整して、どのような向きに設置したときでも排出を容易にする目的で、吸水シートなどの吸水体を設けてもよい。吸水体としては、水を含浸可能なものであれば何れでもよいが、吸水性樹脂、脱脂綿、吸水性不織布、吸水紙などが好ましい。 The reaction liquid storage unit 21 may be provided with a water absorbent body such as a water absorbent sheet for the purpose of facilitating discharge regardless of the orientation by adjusting the storage position of water or the like. Any water-absorbing material can be used as long as it can be impregnated with water, but water-absorbing resin, absorbent cotton, water-absorbing nonwoven fabric, water-absorbing paper, and the like are preferable.

図示した燃料供給カートリッジ２０は、カートリッジ収容部１８に装着する際に、カートリッジ収容部１８の形状に従って揺動する側壁を有しており、これが内側に変形して袋状容器を押圧することで、反応液収容部２１の内部圧力を増加させる加圧機構２６を有している。揺動可能な側壁は、ヒンジ部によって構成することができるが、可とう性の材料で側壁を形成することで同様の変形が可能となる。 The illustrated fuel supply cartridge 20 has a side wall that oscillates according to the shape of the cartridge housing portion 18 when being mounted in the cartridge housing portion 18, and this deforms inward to press the bag-like container, A pressurizing mechanism 26 for increasing the internal pressure of the reaction liquid storage unit 21 is provided. The swingable side wall can be constituted by a hinge portion, but the same deformation can be made by forming the side wall with a flexible material.

燃料発生部２２に収容される燃料ガス発生剤２２ａとしては、反応液と反応して、水素ガスなどの燃料ガスを発生させるものが使用される。例えば、水等の反応液と反応して水素ガスを発生する水素発生剤または高反応性の水素発生剤を樹脂に包埋したものが使用できる。なかでも、反応性を制御できる観点から、高反応性の水素発生剤を樹脂に包埋したものが好ましい。 As the fuel gas generating agent 22a accommodated in the fuel generating unit 22, a material that reacts with the reaction liquid and generates a fuel gas such as hydrogen gas is used. For example, a hydrogen generating agent that reacts with a reaction solution such as water to generate hydrogen gas or a highly reactive hydrogen generating agent embedded in a resin can be used. Among these, from the viewpoint of controlling the reactivity, a resin in which a highly reactive hydrogen generator is embedded is preferable.

このような高反応性の水素発生剤としては、水素化カルシウム、水素化リチウム、水素化カリウム、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、水素化リチウムアルミニウム、水素化アルミニウムナトリウム、又は水素化マグネシウムなどの水素化金属化合物を含有するものが挙げられる。 Examples of such highly reactive hydrogen generators include calcium hydride, lithium hydride, potassium hydride, sodium borohydride, potassium borohydride, lithium aluminum hydride, sodium aluminum hydride, or magnesium hydride. And those containing a metal hydride compound.

また、上記化合物以外の水素発生剤として、アルミニウム、鉄、マグネシウム、カルシウム等の金属、上記以外の金属水素錯化合物などを含有してもよい。水素化金属化合物、金属、金属水素錯化合物は、何れかを複数組み合わせて使用することもでき、また、それぞれを組み合わせて使用することも可能である。 Moreover, you may contain metals, such as aluminum, iron, magnesium, and calcium, metal hydrogen complex compounds other than the above, as hydrogen generating agents other than the said compound. A plurality of metal hydride compounds, metals, and metal hydride complex compounds can be used in combination, or they can be used in combination.

水素発生剤を樹脂に包埋する場合、粒状の水素発生剤の平均粒径は、樹脂中への分散性や反応性を制御する観点から、１〜１００μｍが好ましく、６〜３０μｍがより好ましく、８〜１０μｍが更に好ましい。 When embedding the hydrogen generator in the resin, the average particle size of the granular hydrogen generator is preferably 1 to 100 μm, more preferably 6 to 30 μm, from the viewpoint of controlling dispersibility and reactivity in the resin. 8-10 micrometers is still more preferable.

水素発生剤の含有量は、適度な反応性とある程度の水素発生量を確保する観点から、樹脂中、１０〜８５重量％が好ましく、３０〜８０重量％が好ましい。 The content of the hydrogen generating agent is preferably 10 to 85% by weight, and more preferably 30 to 80% by weight in the resin from the viewpoint of ensuring appropriate reactivity and a certain amount of hydrogen generation.

用いられる樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、耐熱性樹脂などが挙げられるが、熱硬化性樹脂が好ましい。なお、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリアミドなどが挙げられる。また、耐熱性樹脂としては、芳香族系のポリイミド、ポリアミド、ポリエステルなどが挙げられる。 Examples of the resin used include a thermosetting resin, a thermoplastic resin, and a heat resistant resin, and a thermosetting resin is preferable. Examples of the thermoplastic resin include polyethylene, polypropylene, polystyrene, acrylic resin, fluororesin, polyester, and polyamide. Examples of the heat resistant resin include aromatic polyimide, polyamide, and polyester.

熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、または熱硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられる。なかでも、水素発生反応中に多孔質構造を適度に維持できる観点から、エポキシ樹脂が好ましい。 Examples of the thermosetting resin include epoxy resins, unsaturated polyester resins, phenol resins, amino resins, polyurethane resins, silicone resins, and thermosetting polyimide resins. Especially, an epoxy resin is preferable from a viewpoint which can maintain a porous structure moderately during hydrogen generating reaction.

燃料ガス発生剤２２ａには、上記の成分以外の任意成分として、触媒、充填材、発泡剤などのその他の成分を含有してもよい。触媒としては、水素発生剤用の金属触媒の他、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ化合物も有効である。 The fuel gas generating agent 22a may contain other components such as a catalyst, a filler, and a foaming agent as optional components other than the above components. As the catalyst, an alkali compound such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and calcium hydroxide is also effective in addition to the metal catalyst for the hydrogen generator.

燃料発生部２２には、反応液２１ａを外部から供給するための反応液供給口２４と、燃料ガスを外部に排出するための燃料排出口２５とを備えている。図示した例では、反応液供給口２４と燃料排出口２５とが各々パイプで形成されており、これらのパイプに、燃料電池本体１０の第２開口部１５ｂと燃料ガス供給口１４とを形成するパイプが連結される。両者のパイプの連結部分には、気密性を維持するためのシール部材を設けることが好ましい。 The fuel generator 22 includes a reaction liquid supply port 24 for supplying the reaction liquid 21a from the outside and a fuel discharge port 25 for discharging the fuel gas to the outside. In the illustrated example, the reaction liquid supply port 24 and the fuel discharge port 25 are formed by pipes, and the second opening 15b of the fuel cell main body 10 and the fuel gas supply port 14 are formed in these pipes. Pipes are connected. It is preferable to provide a seal member for maintaining airtightness at the connecting portion of both pipes.

本実施形態では、燃料供給カートリッジ２０の反応液排出口２３と反応液供給口２４と燃料排出口２５とに対して、封止材２７を設けている。封止材２７としては、樹脂フィルム、ゴムシート、金属箔などが使用でき、接着剤、粘着剤、熱融着フィルムなどで、反応液排出口２３等の形成面に貼り付けられる。封止材２７は、使用の直前に剥離する方法で使用してもよいが、装着時にパイプにより封止材２７が穿孔されることで、反応液排出口２３と反応液供給口２４と燃料排出口２５とが、第１開口部１５ａと第２開口部１５ｂと燃料ガス供給口１４とに各々連通するように、封止材２７の厚みと材質を選択することが好ましい。 In the present embodiment, a sealing material 27 is provided for the reaction solution outlet 23, the reaction solution supply port 24, and the fuel discharge port 25 of the fuel supply cartridge 20. As the sealing material 27, a resin film, a rubber sheet, a metal foil, or the like can be used, and it is attached to a formation surface such as the reaction liquid discharge port 23 with an adhesive, a pressure-sensitive adhesive, a heat-sealing film, or the like. The sealing material 27 may be used by a method of peeling immediately before use, but when the sealing material 27 is perforated by a pipe at the time of mounting, the reaction liquid discharge port 23, the reaction liquid supply port 24, and the fuel discharge The thickness and material of the sealing material 27 are preferably selected so that the outlet 25 communicates with the first opening 15a, the second opening 15b, and the fuel gas supply port 14, respectively.

＜動作説明＞
図３は燃料供給カートリッジ２０が燃料電池本体１０に装着される前の状態を示しており、図４のように、燃料供給カートリッジ２０が燃料電池本体１０に装着される。装着により、反応液排出口２３及び反応液供給口２４は、第１開口部１５ａ及び第２開口部１５ｂに各々接続され、燃料排出口２５は燃料ガス供給口１４に接続される。その際、燃料供給カートリッジ２０が、燃料電池本体１０のカートリッジ収容部１８の内部形状に従って変形することで、反応液収容部２１の内部圧力を増加させるため、連通路１５を経て燃料発生部２２に反応液２１ａが供給される。ついで供給された反応液２１ａが燃料ガス発生剤２２ａと反応し、発生した燃料ガスが燃料ガス供給口１４を経て、セル保持体１２の内部空間に導入され、発電セル１１による発電が行われる。 <Description of operation>
FIG. 3 shows a state before the fuel supply cartridge 20 is attached to the fuel cell main body 10, and the fuel supply cartridge 20 is attached to the fuel cell main body 10 as shown in FIG. 4. By mounting, the reaction liquid discharge port 23 and the reaction liquid supply port 24 are connected to the first opening 15 a and the second opening 15 b, respectively, and the fuel discharge port 25 is connected to the fuel gas supply port 14. At that time, the fuel supply cartridge 20 is deformed according to the internal shape of the cartridge housing portion 18 of the fuel cell main body 10, thereby increasing the internal pressure of the reaction liquid housing portion 21. Reaction liquid 21a is supplied. Next, the supplied reaction liquid 21 a reacts with the fuel gas generating agent 22 a, and the generated fuel gas is introduced into the internal space of the cell holder 12 through the fuel gas supply port 14, and power generation by the power generation cell 11 is performed.

カートリッジの装着により発電装置が起動する際には、初期に発生した燃料ガスによる圧力で、内部空間内のガス（主に空気中の窒素ガス）が逆止弁１３を経て排出されて、内部空間の燃料ガス濃度が上昇する。これが発電により消費されて大気圧未満のときには、逆止弁１３は閉じているため、内部空間とともに燃料発生部２２の圧力が低下する。これにより、反応液収容部２１に収容された反応液２１ａが減圧により吸引され、連通路１５を経て燃料発生部２２に供給されるようになる。定常動作時には、消費される電力に応じて燃料ガスが消費されるため、消費電力に応じて反応液２１ａが吸引供給され、その結果、消費電力に応じて燃料ガスの発生量を自動調整することが可能となる。 When the power generator is started by mounting the cartridge, the gas in the internal space (mainly nitrogen gas in the air) is discharged through the check valve 13 with the pressure of the fuel gas generated in the initial stage, and the internal space The fuel gas concentration increases. When this is consumed by power generation and is less than atmospheric pressure, the check valve 13 is closed, so that the pressure of the fuel generating unit 22 decreases along with the internal space. As a result, the reaction solution 21 a stored in the reaction solution storage unit 21 is sucked by the reduced pressure and supplied to the fuel generation unit 22 via the communication path 15. During steady operation, the fuel gas is consumed according to the consumed power, so the reaction liquid 21a is sucked and supplied according to the consumed power. As a result, the amount of fuel gas generated is automatically adjusted according to the consumed power. Is possible.

起動の際には、前述したような制御が制御手段３５により行なわれ、発電ユニット３２ａ〜３２ｄの活性化が行なわれる。活性化が完了した後には、可変電圧出力型のＤＣ−ＤＣコンバータ３７ａによって、出力電圧が昇圧され、コネクター４０（電源供給端子）からの出力が、所定の電圧に制御される。 At the time of activation, the control as described above is performed by the control means 35, and the power generation units 32a to 32d are activated. After the activation is completed, the output voltage is boosted by the variable voltage output type DC-DC converter 37a, and the output from the connector 40 (power supply terminal) is controlled to a predetermined voltage.

［別の実施形態］
（１）前述の実施形態では、発電ユニット３２ａ〜３２ｄが、燃料ガスの供給経路に対して直列に接続されている場合の例を示したが、本発明では、燃料ガスの供給経路を各々の発電ユニット３２ａ〜３２ｄに並列に接続してもよい。また、発電ユニットを複数の群に分けて、各々に燃料ガスの供給経路を接続し、各群では、燃料ガスの供給経路に対して発電ユニットを直列に接続してもよい。 [Another embodiment]
(1) In the above-described embodiment, an example in which the power generation units 32a to 32d are connected in series to the fuel gas supply path is shown. However, in the present invention, the fuel gas supply path is connected to each of the fuel gas supply paths. The power generation units 32a to 32d may be connected in parallel. Further, the power generation units may be divided into a plurality of groups, and a fuel gas supply path may be connected to each group, and in each group, the power generation units may be connected in series to the fuel gas supply path.

（２）前述の実施形態では、所定の条件を満たすかを判定する処理として、発電ユニットの出力電圧が一定以上であるか否かを判定する処理を実行する場合の例を示したが、その他の条件を満たすか否かを判定することも可能である。 (2) In the above-described embodiment, as the process for determining whether the predetermined condition is satisfied, an example in which the process for determining whether the output voltage of the power generation unit is equal to or greater than a certain value has been performed. It is also possible to determine whether or not the above condition is satisfied.

その他の条件としては、出力電流などの発電ユニットの出力状態を基準とする他、予め活性化のために適当な時間（例えば１０秒）を決めておき、所定時間の経過を条件として判定処理を実行するようにしてもよい。 Other conditions include, based on the output state of the power generation unit such as the output current, an appropriate time for activation (for example, 10 seconds) is determined in advance, and the determination process is performed on the condition that the predetermined time has passed. You may make it perform.

（３）前述の実施形態では、発電ユニットの出力電圧が一定以上であるか否かを判定する際に、個々の発電ユニットの全体の出力電圧を検出する場合の例を示したが、発電ユニットを構成する発電セルが直列に接続されている場合など、一部の発電セルの出力電圧が一定以上であるか否かを判定することも可能である。 (3) In the above-described embodiment, the example in which the entire output voltage of each power generation unit is detected when determining whether or not the output voltage of the power generation unit is greater than or equal to a certain value has been described. It is also possible to determine whether or not the output voltage of some of the power generation cells is equal to or higher than a certain level, such as when the power generation cells constituting the are connected in series.

（４）前述の実施形態では、最終段の発電ユニット３２ｄから燃料ガスが逆止弁１３を介して放出される例を示したが、燃料ガスの排出口に電磁弁等を使用して、燃料ガスの排出を制御することも可能である。その場合、排出ガスの不純物ガスの濃度に応じて、排出ガスの排出量を制御することが好ましい。 (4) In the above-described embodiment, an example in which the fuel gas is discharged from the power generation unit 32d at the final stage through the check valve 13 is shown. It is also possible to control the gas discharge. In that case, it is preferable to control the discharge amount of the exhaust gas in accordance with the concentration of the impurity gas in the exhaust gas.

３１燃料供給手段
３２ａ〜３２ｄ発電ユニット
３３ａ〜３３ｄ負荷手段
３４ａ〜３４ｄスイッチ素子
３５制御手段
３６電源回路
３７出力回路 31 Fuel supply means 32a to 32d Power generation units 33a to 33d Load means 34a to 34d Switch element 35 Control means 36 Power supply circuit 37 Output circuit

Claims

Fuel supply means for generating fuel gas;
A plurality of power generation units configured with one or a plurality of power generation cells that generate power with the fuel gas supplied from the fuel supply means, each of which is connected in series;
A plurality of load means electrically connected to each output portion of the plurality of power generation units via a switch element;
When starting the fuel gas generation by the fuel supply means, after waiting until the total output voltage from the entire power generation unit becomes a certain level or higher, then for any of the plurality of power generation units A control means for performing control including a process of turning on the switch element with respect to another power generation unit after turning off the switch element after the switch element is turned on and satisfying a predetermined condition;
A power supply circuit that is supplied with electric power from the entire power generation unit and supplies electric power for operating the control means to the control means;
A power generator comprising:

The process by the control means includes a process of determining whether or not the output voltage of the power generation unit is greater than or equal to a certain level after the process of turning on the switch element. The power generator according to claim 1 which performs the following processing as a thing.

The power generation apparatus according to claim 2, wherein the process by the control unit repeats a process of determining whether or not an output voltage of the power generation unit is equal to or higher than a certain value for all of the plurality of power generation units.

Claim processing by said control means, including a process of turning on the switching element, between the process of determining whether the at output voltage of the power generation unit is constant or more, the process waits for a predetermined period of time The power generation device according to any one of claims 2 to 3 .