KR101107649B1 - 연료 전지 및 이것을 탑재한 전자기기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 연료 전지는, 적어도 산소를 포함하는 산화제(酸化劑) 가스의 유로가 설치된 발전부(發電部)와, 발전부에 접속되고 발전부로부터 열을 방열하는 방열부와, 유로에서 산화제 가스를 유동시키는 가스 유동 수단과, 가스 유동 수단과 서로 독립해서 구동되고 방열부를 냉각하는 냉각 수단을 가지는 것을 특징으로 한다. 가스 유동 수단과 냉각 수단의 구동을 독립해서 제어하는 것에 의해, 발전부의 온도 및 이러한 발전부에 잔류하는 수분량이 매우 적합한 조건으로 되도록 연료 전지를 구동시킬 수가 있다. 또, 발전을 안정하게 행할 수 있음과 동시에 각종 기기를 컴팩트하게 수납한 연료 전지 및 이것을 탑재한 전자 기기를 제공할 수가 있다.

Description

연료 전지 및 이것을 탑재한 전자기기 {FUEL CELL AND ELECTRONIC EQUIPMENT MOUNTING IT}
본 발명은 연료 전지 및 이것을 탑재한 전자 기기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 연료 전지에 의한 발전(發電)을 안정하게 행하기 위한 각종 기기를 컴팩트하게 수납한 연료 전지 및 이것을 탑재한 전자 기기에 관한 것이다.
연료 전지는 예를 들면 수소 가스와 같은 연료와 공기에 포함되는 산소와 같은 산화제(酸化劑)를 전기 화학적으로 반응시키는 것에 의해 발전을 행하는 발전 소자이다. 연료 전지는 발전에 의해 생성되는 생성물이 물이기 때문에 환경을 오염시키는 일이 없는 발전 소자로서 근래 주목받고 있으며, 예를 들면 자동차를 구동하기 위한 구동 전원으로서 사용하는 시도도 행해지고 있다.
또, 상술한 자동차 구동용의 구동 전원에 그치지 않고, 예를 들면 노트북형 컴퓨터, 휴대전화 및 PDA 등의 휴대형 전자 기기의 구동 전원으로서의 연료 전지의 개발도 활발히 행해지고 있다. 이와 같은 연료 전지에서는, 소요(所要; 필요한)의 전력을 안정하게 출력할 수 있음과 동시에 휴대 가능한 사이즈 및 중량으로 되는 것이 중요해지며, 각종 기술 개발이 한창(활발히) 행해지고 있다.
또, 연료 전지는 발전 셀(단위 셀)을 복수 결합시키는 것에 의해, 출력되는 전력량을 높이는 것이 가능하고, 예를 들면 고체 고분자 전해질막의 양면에 전극을 형성해서 이루어지는 접합체를 세퍼레이터로 끼워유지해서 발전 셀을 형성하며, 이들 발전 셀이 적층된 스택 구조를 가지는 연료 전지도 개발되어 있다.
그런데, 상술한 바와 같은 연료 전지에 의해서 발전을 행할 때에는, 고체 고분자 전해질막에 프로톤(proton)을 전도시키는 것이 필요해지고, 고체 고분자 전해질막이 적당히 흡습하고 있는 것이 중요해진다.
그러나, 연료 전지에서의 발전 반응은 발열 반응이며, 발전 반응이 활발히 행해지는 부분은 고온이 되기 쉽다. 이 때문에, 고체 고분자 전해질막에 포함되는 수분량이 연료 전지의 구동과 함께 감소해서, 연료 전지에서의 안정된 발전에 지장을 초래하는 경우가 있다.
한편, 발전을 행할 때에는 전기 화학적인 반응에 의해서 물이 생성되게 되지만, 세퍼레이터에 형성된 연료 가스의 유로에 물이 축적된 경우, 물에 의해서 유로가 폐색(閉塞)되어 연료 가스가 원활히 유로내를 유동하지 않는 부적당한 상태(문제점)가 생긴다. 유로내에서 연료 가스가 원활히 유동하지 않는 경우에는, 연료 가스를 접합체의 면내(面內)로 충분히 공급하는 것이 곤란해져, 연료 전지에 의한 발전을 충분히 행할 수 없다는 문제점이 생기게 된다.
상술한 2가지 문제점은 연료 전지에 의한 발전시에 이러한 연료 전지의 온도 상승의 억제와 연료 전지에 포함되는 수분량의 제어를 양립시키는 것이 곤란하다는 것을 나타내고 있으며, 이들 문제점을 동시에 해결할 수 있는 기술이 요구되고 있다. 특히, 스택 구조를 가지는 연료 전지에서는, 복수의 세퍼레이터에 형성된 유로에 원활히 연료 가스를 유동시킴과 동시에 연료 전지를 구성하는 접합체를 적당히 흡습시킨 상태로 하도록 이러한 연료 전지의 외부로부터 산소를 포함하는 공기를 취입(取入; 받아들임)하고, 소요의 전력을 안정하게 출력할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
또, 휴대 가능한 전자 기기를 구동시키기 위해서 연료 전지를 이용하는 경우에는, 이러한 연료 전지도 휴대 가능한 것이 바람직하고, 안정하게 발전을 행할 수 있음과 동시에 소형화된 연료 전지도 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 이들 문제점을 감안해서 이루어진 것으로서, 안정된 발전을 행할 수 있음과 동시에 연료 전지를 구동하기 위한 각종 기기를 컴팩트하게 수납한 연료 전지 및 이것을 탑재한 전자 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[발명의 개시]
본 발명에 관계된 연료 전지는, 적어도 산소를 포함하는 산화제 가스의 유로가 설치된 발전부(發電部)와, 발전부에 접속되고 발전부로부터 열을 방열하는 방열부와, 유로에서 산화제 가스를 유동시키는 가스 유동 수단과, 가스 유동 수단과 서로 독립해서 구동되고 방열부를 냉각하는 냉각 수단을 가지는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 연료 전지에 의하면, 가스 유동 수단과 냉각 수단을 독립해서 구동시키는 것에 의해, 발전부의 온도 상승의 억제와 발전부에 포함되는 수분량의 제어를 정밀도좋게 행할 수 있고, 발전부에 안정된 발전을 행하게 하는 것이 가능해진다.
이와 같은 연료 전지에서, 발전부는 이온 전도성(傳導性)을 가지는 전도체와 전도체를 사이에 두고 대치하는 전극을 구비하는 접합체와, 접합체를 협장(挾裝)하는 세퍼레이터를 가지는 것을 특징으로 한다. 전도체에 수분을 충분히 흡습시키는 것에 의해, 발전시의 발전 반응을 지장없이 행할 수 있음과 동시에, 소형이고 또한 고출력을 가지는 연료 전지를 형성하는 것이 가능해진다.
또, 이와 같은 연료 전지에서는, 전도체는 프로톤 전도체인 것을 특징으로 한다.
또, 이와 같은 연료 전지에서는, 세퍼레이터는 세퍼레이터의 내부에서 방열부로 연재(延在: 연장해서 존재)하는 전열부를 가지는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 전열부에 의하면 발전 반응에 의해 발생한 열을 발전부에서 방열부로 신속하게 전파시킬 수 있어, 발전부의 온도 상승을 억제하는 것이 가능해진다.
또, 이와 같은 연료 전지에서는, 세퍼레이터는 유로로부터 물을 흡수하여 제거하기 위한 흡수 수단을 가지는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 흡수 수단에 의하면, 산화제 가스를 유동시키는 유로에 축적된 물을 빨아낼 수 있고, 이러한 유로에 원활히 산화제 가스를 흘려보내는 것이 가능해진다.
게다가 또, 이와 같은 연료 전지에서는, 발전부는 접합체와 세퍼레이터가 적층되어 이루어지는 스택(stack) 구조를 가지는 것을 특징으로 한다. 스택 구조가 형성되어 있는 것에 의해, 발전부의 출력 전력을 높이고 소요의 전력을 출력할 수가 있다.
또, 이와 같은 연료 전지에서는, 세퍼레이터는 세퍼레이터가 접합체와 접하는 면내로 연료를 공급하기 위한 면내 유로를 가지는 것을 특징으로 한다. 면내 유로에 의해 연료가 접합체의 대략 전면(全面)에 공급되어, 발전을 효율 좋게 행하는 것이 가능해진다.
게다가 또, 이와 같은 연료 전지에서는, 세퍼레이터는 면내 유로로 연료를 공급하기 위한 공급 구멍 및 면내 유로로부터 연료를 배출하는 배출 구멍을 가지는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 공급 구멍에 의하면 연료를 세퍼레이터에 공급함과 동시에, 발전 반응 후의 연료를 이러한 면내 유로로부터 배출할 수가 있다.
또, 이러한 연료 전지에서는, 인접하는 각 세퍼레이터 사이에서 공급 구멍이 서로 접속되어 각 세퍼레이터에 연료를 공급하기 위한 공급로가 형성됨과 동시에, 배출 구멍이 서로 접속되어 각 세퍼레이터로부터 연료 가스를 배출하는 배출로가 형성되는 것을 특징으로 한다. 접합체와 세퍼레이터가 적층된 스택 구조에서는, 공급로를 거쳐서 발전체에 일괄해서 연료 가스를 공급할 수 있음과 동시에, 배출로를 거쳐서 발전 반응 후의 연료 가스를 배출할 수가 있다.
게다가 또, 이와 같은 연료 전지에서는, 면내 유로가 공급로에 접속되는 접속부의 단면적은, 면내 유로의 단면적에 비해 작은 것을 특징으로 한다. 이와 같은 접속부에 의하면, 면내 유로로부터 연료를 배출할 때에 면내 유로에 축적된 물을 배출하는 것이 가능해진다.
또, 이와 같은 연료 전지에서는, 면내 유로가 배출로에 접속되는 접속부의 단면적은, 면내 유로의 단면적에 비해 작은 것을 특징으로 한다. 이와 같은 접속부에 의하면, 면내 유로로부터 연료를 배출할 때에 면내 유로에 축적된 물을 배출하는 것이 가능해진다.
또, 이와 같은 연료 전지에서는, 면내 유로가 공급로에 접속되는 접속부의 단면적은, 면내 유로가 배출로에 접속되는 접속부의 단면적에 비해 작은 것을 특징으로 한다. 이와 같은 접속부에 의하면, 면내 유로로부터 연료를 배출할 때에 면내 유로에 축적된 물을 배출하는 것이 가능해진다.
또, 이와 같은 연료 전지에서는, 물이 축적된 면내 유로에서 물에 대한 공급로측과 배출로측 사이에 압력 차(差)를 일으키게 하는 것에 의해, 이러한 물을 면내 유로로부터 배출하는 물 배출 수단을 가지는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 물 배출 수단에 의하면, 면내 유로에 축적된 물이 압력차에 의해서 면내 유로로부터 배출되어 면내 유로에 원활히 연료를 유동시킬 수가 있다.
이와 같은 연료 전지에서, 물 배출 수단은 배출로의 일부를 대기(大氣) 개방하는 것에 의해 압력차를 일으키게 하여 물을 면내 유로로부터 배출하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 물 배출 수단에 의하면, 배출로를 대기 개방하는 것에 의해 순간적으로 면내 유로내에 압력차가 생기고, 이 압력차에 의해서 면내 유로로부터 물을 배출하는 것이 가능해진다.
또, 본 발명에 관계된 연료 전지에서는, 냉각 수단은 적어도 방열부의 근방에 체류하는 가스를 유동시키는 것에 의해 방열부로부터 열을 방열시키는 것을 특징으로 한다. 유동된 가스가 순차 방열부로부터 열을 방열시키는 것에 의해, 발전부의 온도 상승을 억제하는 것이 가능해진다.
또, 본 발명에 관계된 연료 전지에서는, 가스 유동 수단 및 냉각 수단의 구동을 제어하기 위한 환경 조건을 검지(檢知)하는 검지 수단을 가지는 것을 특징으로 한다. 환경 조건에 따라 가스 유동 수단 및 냉각 수단이 구동되는 것에 의해 안정하게 발전이 행해지는 바와 같은 조건에서 발전부를 구동하는 것이 가능해진다.
또, 이와 같은 연료 전지에서는, 검지 수단은 환경 조건으로서 적어도 온도 및/또는 습도를 검지하는 것을 특징으로 한다. 온도 및/또는 습도를 검지하는 것에 의해, 발전부의 온도 및 발전부에 잔류하는 수분량을 산출해서, 매우 적합한 조건하에서 발전을 행할 수가 있다.
또, 이와 같은 연료 전지에서는, 검지 수단은 발전부에 공급되는 산화제 가스의 온도 및 습도, 발전부로부터 배출되는 산화제 가스의 온도 및 습도와 발전부의 온도를 검지할 수 있는 위치에 배설(配設; 배치하여 설치)되는 것을 특징으로 한다. 연료 전지의 이들 각 개소에서 온도 및/또는 습도를 검지하는 것에 의해, 발전부에 잔류하는 수분량을 정밀도 좋게 산출하는 것이 가능해진다.
게다가 또, 이와 같은 연료 전지에서는, 환경 조건에 의거해서 적어도 가스 유동 수단 및 냉각 수단의 구동을 제어하는 제어 회로를 탑재한 제어 기판을 가지는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 제어 회로에 의하면, 가스 유동 수단 및 냉각 수단의 구동을 제어하고 매우 적합한 조건하에서 발전부에 발전을 행하게 할 수가 있다.
또, 이와 같은 연료 전지에서는, 환경 조건과 발전부에 의해 발전된 전력량에 의거해서 산출된 발전부에 포함되는 수분량에 따라 가스 유동 수단 및 냉각 수단의 구동이 제어되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 해서 구동이 제어되는 가스 유동 수단 및 냉각 수단에 의하면, 발전부에 잔류하는 수분량을 매우 적합한 조건으로 할 수 있고, 안정된 발전을 행하는 것이 가능해진다.
또, 본 발명에 관계된 연료 전지에서는, 발전부를 구동할 때에, 산화제 가스와 반응시키기 위한 연료를 연료 저장부에서 발전부로 공급하는 연료 공급 수단을 가지는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 연료 공급 수단에 의하면, 발전부에 대해서 별도 설치된 연료 가스 저장부로부터 연료를 발전부에 공급할 수가 있다.
또, 본 발명에 관계된 연료 전지에서는, 발전부에 공급되는 연료 가스의 압력을 제어하는 압력 제어 수단을 가지는 것을 특징으로 한다. 연료의 압력을 제어하면서 공급하는 것에 의해, 발전부는 안정된 발전을 행하는 것이 가능해진다.
본 발명에 관계된 연료 전지는 측면에 적어도 산소를 포함하는 산화제 가스의 유로의 개구부가 설치된 발전부와, 발전부에 접속되고 발전부로부터 열을 방열하는 방열부를 구비하고, 유로에서 산화제 가스를 유동시키는 가스 유동 수단이 발전부의 측면을 따라 배설되고, 방열부를 냉각하는 냉각 수단이 측면을 따라 가스 유동 수단과 인접하도록 배설되어 있는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 연료 전지에 의하면, 이러한 연료 전지에 수납되는 각 기기를 컴팩트하게 배치할 수 있음과 동시에 산화제 가스를 효율좋게 유동시킬 수 있고, 소형이고 또한 소요의 발전을 안정하게 행할 수가 있다.
이와 같은 연료 전지에서, 이러한 연료 전지는 적어도 발전부, 방열부, 가스 유동 수단 및 냉각 수단을 덮는 케이싱(筐體)을 가지는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 케이싱에 의하면, 연료 전지에 배설되는 각종 기기를 외부로부터 보호할 수 있음과 동시에, 이러한 연료 전지내에서 공기의 유동을 제어하는 것이 가능해진다.
또, 이와 같은 연료 전지에서, 가스 유동 수단은 개구부로부터 산화제 가스를 흡기함과 동시에, 케이싱에 설치된 제1 배기구로부터 산화제 가스를 배출하는 것에 의해, 유로에서 산화제 가스를 유동시키는 것을 특징으로 한다. 이러한 가스 유동 수단에 의하면, 연료 전지내에서 산화제 가스를 효율 좋게 유동시킬 수 있고, 발전을 안정하게 행하는 것이 가능해진다.
또, 이와 같은 연료 전지에서, 가스 유동 수단은 케이싱에 설치된 제1 흡기구로부터 산화제 가스를 연료 전지내에 흡기하는 것에 의해, 냉각 수단에 의한 산화제 가스의 유동과는 독립된 산화제 가스의 흐름을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 제1 흡기구로부터 산화제 가스를 흡기하는 것에 의해, 냉각 수단에 의해 유동되는 산화제 가스의 흐름과는 별도로 산화제 가스를 유동시킬 수가 있다.
게다가 또, 이와 같은 연료 전지에서, 제1 흡기구는 제1 배기구와 대면하는 위치에 설치됨과 동시에, 가스 유동 수단이 제1 흡기구와 제1 배기구 사이에 배설되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 위치에 배설되는 제1 흡기구, 제1 배기구 및 가스 유동 수단에 의하면, 발전부에 공급되는 산화제 가스의 흐름과 냉각을 위한 산화제 가스의 흐름을 다른(별도의) 흐름으로 할 수가 있다.
또, 본 발명에 관계된 연료 전지에서, 냉각 수단은 케이싱에 설치된 제2 배기구로부터 산화제 가스를 배기하는 것에 의해, 방열부의 근방에서 산화제 가스를 유동시키는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 냉각 수단에 의하면, 유동된 산화제 가스가 순차 방열부로부터 열을 방열시키는 것에 의해, 발전부의 온도 상승을 억제하는 것이 가능해진다.
이와 같은 연료 전지에서는, 냉각 수단은 케이싱에 설치된 제2 흡기구로부터 산화제 가스를 연료 전지내에 흡기하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 냉각 수단에 의하면, 가스 유동 수단에 의해서 유동되는 산화제 가스의 흐름과는 다른 흐름을 형성할 수가 있다.
또, 이와 같은 연료 전지에서는, 제2 흡기구는 제2 배기구와 대면하는 위치에 설치됨과 동시에, 냉각 수단이 제2 흡기구와 제2 배기구 사이에 배설되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 제2 흡기구, 제2 배기구 및 냉각 수단이 배치되는 것에 의해, 방열부로부터 열을 방열시키기 위해서 산화제 가스를 원활히 유동시키는 것이 가능해진다.
본 발명에 관계된 연료 전지에서는, 개구부는 산화제 가스의 유로의 깊이(奧行: depth) 방향을 따라 좁아지는 테이퍼 형상으로 되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 개구부에 의하면, 산화제 가스를 이러한 산화제 가스의 유로에 유동시킬 때에 유로 저항을 저감할 수 있고, 원활히 산화제 가스를 유동시키는 것이 가능해진다.
이와 같은 연료 전지에서는, 개구부의 개구폭은 산화제 가스의 유로의 유로폭에 비해 큰 것을 특징으로 한다. 이와 같은 개구폭에 의하면, 산화제 가스의 유로에 유동시킬 때에 유로 저항을 저감할 수가 있다.
또, 이와 같은 연료 전지에서는, 개구폭은 유로폭에 비해 횡방향 및/또는 종방향에 대해서 광폭(廣幅)으로 되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 개구폭을 가지는 개구부에 의하면, 더욱더 유로 저항을 저감하는 것이 가능해진다.
또, 본 발명에 관계된 연료 전지에서는, 가스 유동 수단 및 냉각 수단의 구동을 제어하기 위한 환경 조건을 검지하는 검지 수단을 가지는 것을 특징으로 한다. 환경 조건에 따라 가스 유동 수단 및 냉각 수단이 구동되는 것에 의해 안정하게 발전을 행할 수가 있다.
또, 이와 같은 연료 전지에서, 검지 수단은 환경 조건으로서 적어도 온도 및/또는 습도를 검지하는 것을 특징으로 한다. 온도 및/또는 습도를 검지하는 것에 의해, 발전부의 온도 및 발전부에 포함되는 수분량을 산출하고, 매우 적합한 조건하에서 발전을 행할 수가 있다.
게다가 또, 이와 같은 연료 전지에서, 검지 수단은 발전부에 공급되는 산화제 가스의 온도 및 습도, 발전부로부터 배출되는 산화제 가스의 온도 및 습도와 발전부의 온도를 검지할 수 있는 위치에 각각 배설되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 각 위치에서 온도 및/또는 습도를 검지하는 것에 의해, 발전부에 잔류하는 수분량을 정밀도 좋게 산출하는 것이 가능해진다.
또, 이와 같은 연료 전지에서는, 환경 조건에 의거해서 적어도 가스 유동 수단 및 냉각 수단의 구동을 제어하는 제어 회로를 탑재한 제어 기판이 배설되어 있는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 제어 기판에 의하면, 가스 유동 수단 및 냉각 수단을 제어할 수가 있다.
본 발명에 관계된 연료 전지에서는, 산화제 가스와 반응시키기 위해서 발전부에 공급되는 연료 가스의 유로로부터 물을 배출하는 물 배출 수단이 발전부의 단부면(端面)을 따라 배설되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 배치되는 물 배출 수단에 의하면, 연료 전지내에 축적된 과잉(過剩)의 물을 배출할 수가 있음과 동시에, 이러한 연료 전지내의 공간을 효율좋게 이용하는 것이 가능해진다.
또, 본 발명에 관계된 연료 전지에서는, 발전부를 구동할 때에 연료 가스를 연료 가스 저장부에서 발전부로 공급하는 연료 가스 공급 수단이 발전부의 단부면을 따라 배설되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 연료 가스 공급 수단에 의하면, 발전부에 대해서 별도 설치된 연료 가스 저장부로부터 연료 가스를 발전부에 공급할 수 있음과 동시에, 이러한 연료 전지내의 공간을 효율좋게 이용하는 것이 가능해진다.
본 발명에 관계된 전자 기기는 적어도 산소를 포함하는 산화제 가스의 유로가 설치된 발전부와, 발전부에 접속되고 발전부로부터 열을 방열하는 방열부와, 유로에서 산화제 가스를 유동시키는 가스 유동 수단과, 가스 유동 수단과 서로 독립해서 구동되고 방열부를 냉각하는 냉각 수단을 가지는 연료 전지를 구비하고, 연료 전지로부터 전력이 공급되는 것에 의해 구동되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 전자 기기에 의하면, 이러한 전자 기기를 안정하게 구동시키는 것이 가능해진다.
또, 본 발명에 관계된 전자 기기는, 측면에 적어도 산소를 포함하는 산화제 가스의 유로의 개구부가 설치된 발전부와, 발전부에 접속되고 발전부로부터 열을 방열하는 방열부를 가지고, 유로에서 산화제 가스를 유동시키는 가스 유동 수단이 발전부의 측면을 따라 배설되고, 방열부를 냉각하는 냉각 수단이 측면을 따라 가스 유동 수단과 인접하도록 배설되어 있는 연료 전지를 구비하고, 연료 전지로부터 전력을 공급받는 것에 의해 구동되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 전자 기기에 의하면, 이러한 전자 기기를 안정하게 구동시킬 수 있음과 동시에, 휴대 가능한 전자 기기를 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명에 관계된 연료 전지의 구조를 도시하는 분해 사시도,
도 2a는 본 발명에 관계된 연료 전지를 구성하는 케이싱의 구조를 도시하는 측면도,
도 2b는 본 발명에 관계된 연료 전지를 구성하는 케이싱의 구조를 도시하는 다른 측면을 도시하는 측면도,
도 2c는 본 발명에 관계된 연료 전지를 구성하는 케이싱의 구조를 도시하는 단부면도(端面圖),
　도 2d는 본 발명에 관계된 연료 전지를 구성하는 케이싱의 구조를 도시하는 다른 단부면을 도시하는 단부면도,
도 3은 본 발명에 관계된 연료 전지를 구성하는 발전부의 개관을 도시하는 사시도,
도 4는 본 발명에 관계된 연료 전지를 구성하는 발전부의 일부를 도시하는 분해 사시도,
도 5a는 본 발명에 관계된 연료 전지를 구성하는 세퍼레이터의 구조를 도시하는 세퍼레이터의 표면측의 구조를 도시하는 평면도,
도 5b는 본 발명에 관계된 연료 전지를 구성하는 세퍼레이터의 구조를 도시하는 세퍼레이터의 이면측의 구조를 도시하는 평면도,
도 6a는 본 발명에 관계된 연료 전지에 매우 적합한 세퍼레이터의 다른 예의 구조를 도시하는 세퍼레이터의 단면도(斷面圖),
도 6b는 본 발명에 관계된 연료 전지에 매우 적합한 세퍼레이터의 다른 예의 구조를 도시하는 세퍼레이터의 단부(端部: 끝부)의 단면(斷面) 구조를 도시하는 주요부 단면도,
도 7a는 본 발명에 관계된 연료 전지에 매우 적합한 세퍼레이터의 다른 예의 구조를 도시하는 상측 판상부(板狀部)의 평면도,
도 7b는 본 발명에 관계된 연료 전지에 매우 적합한 세퍼레이터의 다른 예의 구조를 도시하는 하측 판상부에 전열부가 끼워넣어진 상태를 도시하는 평면도,
도 7c는 본 발명에 관계된 연료 전지에 매우 적합한 세퍼레이터의 다른 예의 구조를 도시하는 하측 판상부를 이면측에서 본 평면도,
도 8은 본 발명에 관계된 연료 전지의 구조를 도시하는 평면도,
도 9는 본 발명에 관계된 연료 전지에서의 발전부의 온도 및 발전부에 잔류하는 수분량을 제어하는 제어 방법을 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 실시 형태에 관한 세퍼레이터의 구체적인 구조를 도시하는 도면 으로서, 세퍼레이터를 표면측에서 본 구조를 도시하는 평면도,
도 11은 본 실시 형태에 관한 세퍼레이터의 구체적인 구조를 도시하는 도면으로서, 세퍼레이터의 측면측에서 본 구조를 도시하는 측면도,
도 12는 본 실시 형태에 관한 세퍼레이터의 구체적인 구조를 도시하는 도면으로서, 세퍼레이터를 이면측에서 본 구조를 도시하는 평면도,
도 13은 본 실시 형태에 관한 연료 전지 장치의 구체적인 구조를 도시하는 평면도,
도 14는 본 실시 형태에 관한 연료 전지 장치의 구체적인 구조를 도시하는 측면도.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
이하, 본 실시 형태의 연료 전지 및 전자 기기에 대해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 연료 전지(1)는 케이싱(10), 제어 기판(20), 발전부(30), 냉각 팬(51), 공기 공급 팬(52), (53), 수소 퍼지 밸브(54), 레귤레이터(55) 및 수동(手動) 밸브(56)를 구비한다. 또, 연료 전지(1)는 수소 가스를 흡장(吸藏)시킨 수소 흡장 카트리지(60)로부터 공급되는 수소 가스를 수취하고, 발전을 행한다.
도 1 및 도 2a∼도 2d에 도시하는 바와 같이, 케이싱(10)은 대략 직방체 형 상의 외형을 가지고, 연료 전지(1)에 탑재되는 각종 기기를 덮도록 내부가 공동(空洞)으로 됨과 동시에 바닥면(底面)이 개방되어 있다. 케이싱(10)은 배기구(11), (12) 및 (13), 흡기구(14), (15)를 구비하고, 케이싱(10)의 상면의 단부(端部)는 배기구(11), (12), (13)가 형성된 측면을 향하는 경사면으로 된다. 도 2a에 의하면, 배기구(11)와 배기구(12), (13)는 케이싱(10)의 한 측면에 인접하도록 형성되고, 발전부(30)를 냉각하기 위해서 연료 전지(1)내에서 유동된 공기와 발전부(30)에 의한 발전 반응 후의 공기가 배기구(11)와 배기구(12), (13)로부터 각각 배출된다. 배기구(11)는 후술하는 방열 핀(33)으로부터 열을 방열시키기 위한 공기가 연료 전지(1)로부터 배출되기 위한 공기의 출구이다. 또, 배기구(11)는 케이싱(10)의 측면에 대략 구형(矩形; 직사각형) 형상으로 개구되고, 상하 방향으로 복수 형성되어 있다. 또, 배기구(12), (13)는 발전부(30)가 발전을 행할 때에 이러한 발전부(30)에 공급된 공기가 배출되기 위한 출구로 되고, 케이싱(10)의 측면에 구형 형상으로 개구되고, 배기구(11)를 따라 상하 방향으로 복수 형성되어 있다. 또, 배기구(11), (12), (13)는 케이싱(10)의 측면의 상하 방향을 따라 순차 긴쪽(longitudinal) 방향의 치수가 짧아지도록 형성되어 있다.
또, 도 2b에 의하면, 흡기구(14), (15)는 케이싱(10)의 배기구(11) 및 배기구(12), (13)가 형성된 케이싱(10)의 측면과 대면하는 측면에 형성되고, 흡기구(14), (15)로부터 발전부(30)를 냉각하기 위한 공기와 발전부(30)에 의한 발전 반응에 이용(제공)되는 산소를 포함하는 공기가 각각 연료 전지(1)내에 취입(取入: 받아들임)된다. 흡기구(14)는 후술하는 방열 핀(33)으로부터 열을 방열시키기 위 한 공기가 연료 전지(1)에 취입되기 위한 공기의 취입구이며, 케이싱(10)의 측면에 대략 구형 형상으로 개구되고, 상하 방향으로 복수 형성되어 있다. 또, 흡기구(15)는 발전부(30)가 발전을 행할 때에 이러한 발전부(30)에 공급되는 공기가 취입되기 위한 취입구로 되고, 마찬가지로 케이싱(10)의 측면에 대략 구형 형상으로 개구되고, 흡기구(14)를 따라 상하 방향으로 복수 형성되어 있다.
또, 도 1, 도 2c 및 도 2d에 도시하는 바와 같이, 케이싱(10)의 한 단부면에는 연료 전지(1)와 외부 사이에서 각종 신호를 송수신하기 위한 배선이 통과되는 접속 구멍(16)을 형성할 수가 있다. 또, 다른 단부면에도 소요의 접속 구멍(18)을 형성할 수도 있다.
또, 도 1에 도시하는 바와 같이, 제어 기판(20)에는 연료 전지(1)를 구성하는 각종 기기를 제어하기 위한 제어 회로가 형성되고, 이러한 제어 기판(20)은 발전부(30)의 상측에 배설된다. 제어 회로의 상세(詳細)에 대해서는 도면중에서 상세하게 나타내지 않지만, 예를 들면 냉각 팬(51), 공기 공급 팬(52), (53)의 구동의 제어, 혹은 수소 퍼지 밸브(54)의 개폐 동작의 제어 회로, 발전부(30)에 의해 출력되는 전압을 승압하는 DC/DC 컨버터와 같은 전압 변환 회로, 또 후술하는 센서에 의해 검지된 온도나 습도 등의 각종 환경 조건을 취득하는 것에 의해, 각종 기기의 구동에 관한 지시를 제어 기판(20)에 실장된 회로에 행하게 할 수도 있다. 또, 본 예의 연료 전지(1)에서는 연료 전지(1)내에 제어 기판(20)이 배설되지만, 연료 전지(1)의 외부에 배설되어 있어도 좋고, 예를 들면 연료 전지(1)로부터 구동용 전력이 제공되는 각종 전자 기기가 제어 기판(20)을 구비할 수도 있다.
다음에, 도 1, 도 3, 도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하면서 발전부(30)에 대해서 상세하게 설명한다. 도 1 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 발전부(30)는 대략 직방체 형상을 가지고, 냉각 팬(51), 공기 공급 팬(52), (53)에 면한 측면(39)과 대향하는 측면의 일부가 발전부(30)의 상하 방향을 따라 구형 형상으로 절결(切缺: notch)된 형상으로 되고, 기대(基臺: base)(57)에 배설된다. 또, 발전부(30)의 측면(39)을 따라, 냉각 팬(51), 공기 공급 팬(52), (53)이 인접하도록 배설되어 있다. 이와 같이 배설된 냉각 팬(51)은 방열 핀(33)으로부터 열을 방열시킨다. 또, 공기 공급 팬(52), (53)은 개구부(34)에 면하도록 배설되어 있고, 이러한 개구부(34)를 거쳐서 발전부(30)내에서 공기를 유동시킨다.
또, 본 예의 발전부(30)는 9매(枚)의 세퍼레이터(31) 사이에 각각 접합체(32)가 끼워유지되고, 발전을 행하는 발전 셀이 8개 직렬로 접속된 구조를 가지고 있다. 이러한 발전 셀은 1소자로 약 0.6V의 전압을 출력할 수 있기 때문에, 발전부(30) 전체에서는 4.8V의 전압을 출력하는 것이 가능하다. 또, 발전부(30)은 약 2A의 전류를 흘려보내는 것이 가능하고, 출력되는 전력은 이상적으로는 9.6W로 되지만, 제어 회로의 전력 변환 효율(보기(補機: auxiliary machine)류용(類用) 전력, 승압 효율)에 의해 실제의 출력 전력은 이상적인 출력 전력의 약 7할인 약 6.7W로 된다. 그러나, 후술하는 바와 같이 접합체(32)에 포함되는 수분량의 조정이나 발전부(30)로의 수소 가스의 원활한 공급에 의해 더욱더 출력 전력을 높일 수가 있다. 또, 발전부(30)를 형성하는 발전 셀은 본 예와 같이 8소자에 한정되는 것은 아니고, 각종 전자 기기를 구동하기 위해서 필요하게 되는 출력 전력에 맞추 어 소요의 수의 발전 셀에 의해 발전부(30)를 형성할 수도 있다. 발전부(30)의 측면(39)에는 각 세퍼레이터(31)에 형성된 개구부(34)가 면해 있고, 후술하는 바와 같이 발전부(30)의 측면(39)의 반대측의 측면에도 각 개구부(34)에 대응하도록 개구부(40)가 형성되어 있다. 개구부(34)와 개구부(34)가 면해 있는 측면(39)과는 반대측의 측면에 면한 개구부(40)에 의해, 발전부(30)에 대한 산소를 포함하는 공기의 급배기(給排氣)가 행해진다.
계속해서, 도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하면서 발전부(30)에 대해서 더욱더 상세하게 설명한다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 세퍼레이터(31)에 의해 끼워유지되는 접합체(32)는 흡습했을 때에 이온 전도성을 가지는 고체 고분자 전해질막(36) 및 이러한 고체 고분자 전해질막(36)을 양면에서 끼워유지하는 전극(37)으로 형성된다. 또, 스택 구조를 형성했을 때에 세퍼레이터(31)와 접합체(32) 사이를 봉지(封止: 봉하여 막음)하는 봉지 부재(35)가 접합체(32)의 주연(周緣:둘레가장자리) 부근에 배치되어 있다. 봉지 부재(35)는 세퍼레이터(31)의 주연부와 접합체(32)의 주연부를 충분히 절연할 수 있는 재질을 이용하면 좋다. 고체 고분자 전해질막(36)으로서는 예를 들면 술폰산계의 고체 고분자 전해질막을 이용할 수가 있다. 전극(37)은 발전 반응을 촉진하기 위한 백금과 같은 촉매가 담지(擔持)된 전극을 이용할 수도 있다. 발전부(30)를 구성하는 발전 셀은 2매의 세퍼레이터(31)와 이러한 세퍼레이터(31)에 끼워유지되는 접합체(32)에 의해서 형성되고, 예를 들면 도 4에는 직렬로 접속되는 2개의 발전 셀(50)이 도시되어 있다.
또, 도 4, 도 5a 및 도 5b에 도시하는 바와 같이, 발전부(30)를 구성하는 세 퍼레이터(31)는 유로(43), 세퍼레이터(31)의 유로(43)가 형성된 면의 이면 측에 형성된 유로(38), 유로(43)에 접속된 공급 구멍(42) 및 배출구멍(41), 유로(43)와 공급 구멍(42)을 접속하는 접속부(45), 유로(43)와 배출구멍(41)을 접속하는 접속부(46), 또 방열 핀(33)을 구비한다.
도 5a에 도시하는 바와 같이, 유로(43)는 연료 가스로 되는 수소 가스를 세퍼레이터(31)의 면내로 흘려보내기 위한 면내 유로로 된다. 유로(43)는 발전 반응의 효율을 높이기 위해서 세퍼레이터(31)의 표면내를 사행(蛇行)하도록 형성되어 있고, 수소 가스가 전극(37) 전체에 공급되는 바와 같은 형상으로 된다. 공급 구멍(42)은 발전부(30)의 외부에 설치된 수소 흡장 카트리지(60)와 같은 수소 가스 저장부에서 유로(43)로 수소 가스를 공급할 때의 수소 가스의 유로로 된다. 접속부(45)는 유로(43)와 공급 구멍(42)을 접속하고, 유로(43)에 수소 가스를 공급한다. 또, 접속부(46)는 유로(43)와 배출구멍(41)을 접속하고, 유로(43)로부터 발전 반응 후의 수소 가스를 배출한다. 본 예의 세퍼레이터(31)에서는 접속부(45), (46)의 단면적은 각 세퍼레이터(31)와 접합체(32)에 의해 스택 구조를 형성했을 때의 유로(43)의 단면적보다 작아지도록 형성되고, 예를 들면 접속부(45), (46)의 폭이 유로(43)의 폭보다 좁아지도록 형성된다. 또, 접속부(45)의 폭을 접속부(46)의 폭보다 좁아지도록 형성하고, 유로(43)로의 수소 가스의 입구측의 폭을 출구측의 폭보다 좁게 해 둔다.
또, 공급 구멍(42) 및 배출구멍(41)은 스택 구조를 형성했을 때에 적층되는 각 세퍼레이터(31) 사이에서 접속되고, 수소 가스를 각 세퍼레이터(31)에 공급하는 공급로와 발전 후의 수소 가스를 배출하기 위한 배출로를 형성한다. 유로(43)에 물이 축적되었을 때에는, 이러한 배출로를 후술하는 수소 퍼지 밸브(54)에 의해 대기 개방하는 것에 의해, 유로(43)에 축적된 물의 공급로 측과 배출로 측에 압력차를 일으키고, 이러한 압력차에 의해서 물을 배출할 수가 있다. 또, 스택 구조를 형성했을 때의 임의의 세퍼레이터(31)의 유로(43)에 물이 축적된 경우라도, 물이 축적된 유로(43)내에만 순간적으로 압력차를 일으키게 하는 것이 가능하고, 물을 배출해서 발전부(30)에 안정하게 수소 가스를 공급할 수가 있다.
또, 도 5b에 도시하는 바와 같이, 유로(38)는 세퍼레이터(31)의 유로(43)가 형성된 면의 이면측에 형성되고, 이러한 유로(38)에 산소를 포함하는 공기를 흘려보내기 위한 유로로 된다. 유로(38)는 세퍼레이터(31)의 폭방향으로 연재하도록 형성되어 세퍼레이터(31)의 측연부(側緣部: 측면가장자리부)에 개구되고, 세퍼레이터의 긴쪽 방향을 따라 복수 형성되어 있다. 또, 유로(38)가 세퍼레이터(31)의 단부에 각각 개구하는 개구부(34), (40)를 거쳐서 산소를 포함하는 공기가 유로(38)에 급배기된다. 본 예와 같이 개구부(34), (40)의 폭은 유로(38)의 폭보다 약간 크게 되고, 또 유로(38)의 폭을 개구부(34), (40)로부터 유로(38)의 깊이(depth) 방향을 따라 좁힌 테이퍼 형상으로 하는 것에 의해, 유로(38)로의 공기의 취입 또는 유로(38)로부터 공기를 배출할 때에 이들 공기가 원활히 흐르도록 공기의 유로 저항을 저감할 수가 있다. 또, 개구부(34), (40)의 높이 방향에 관한 개구폭도 유로(38)보다 약간 크게 하고, 이러한 개구폭을 개구부(34), (40)의 종방향 및 횡방향에 대해서 유로(38)의 깊이(奧行: depth) 방향을 따라 좁혀진 테이퍼 형상으로 해두는 것에 의해, 더욱더 유로 저항을 저감하는 것이 가능해진다. 또, 유로(38)에 흡수성을 가지는 흡수 부재를 배치하고, 흡수 부재를 세퍼레이터(31)의 외부로 인출해 두는 것에 의해, 유로(38)에 축적되는 물을 세퍼레이터(31)의 외부로 빨아낼 수도 있다.
또, 연료 전지(1)에서는 도 6a 및 도 6b에 도시하는 바와 같은 구조를 가지는 세퍼레이터(70)를 이용할 수도 있다. 도 6a는 세퍼레이터(70)의 구조를 도시하는 단면도이며, 세퍼레이터(70)는 상측 판상부(71), 전열부(72) 및 하측 판상부(73)를 구비하고, 연료 가스가 유로로부터 새지 않도록 상측 판상부(71)와 하측 판상부(73) 사이에 봉지 부재(74)가 끼워유지되어 형성된다. 또, 봉지 부재(74)를 상측 판상부(71)나 하측 판상부(73)를 구성하는 재질에 비해 열 전도성이 높은 재질로 형성하는 것에 의해, 세퍼레이터(70)로부터의 방열 효과를 높일 수도 있다. 이와 같은 봉지 부재(74)로서는, 열 전도율이 높은 부재가 수지중에 매립된 봉지 부재가 매우 적합하고, 예를 들면 코·썸(타이요카나아미 사제(太陽金網社製) 상품명)과 같은 봉지 부재를 이용할 수가 있다.
전열부(72)는 방열 핀(75)까지 연재하도록 형성되고, 세퍼레이터(70)로부터 발전시의 열을 방열한다. 또 전열부(72)는 상측 판상부(71)나 하측 판상부(73)를 형성하는 재질의 열 전도율에 비해 높은 열 전도율을 가지는 재질에 의해 형성되고, 세퍼레이터(70)의 방열 특성을 높일 수가 있다. 전열부(72)를 형성하는 재질로서는, 예를 들면 열 전도율이 비교적 높은 금속인 동(銅)을 이용할 수가 있다. 또, 내(耐)부식성이 높여진 무(無)산소 동이나 표면 처리가 되어 내부식성이 높여진 동판을 이용해도 좋다. 하측 판상부(73)에는 도면중 수직 방향으로 연재하는 유로(79)가 형성되어 있고, 산소를 포함하는 공기가 유동될 때의 유로로 된다. 또, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 세퍼레이터(70)의 단부에서는 상측 판상부(71)와 하측 판상부(73) 사이에 봉지 부재(74)가 끼여서 전열부(72)가 외부로부터 봉지되고, 발전 반응에 의한 전열부(72)의 열화가 억제된다.
도 7a∼7c는 세퍼레이터(70)를 구성하는 상측 판상부(71), 전열부(72) 및 하측 판상부(73)의 평면도이다. 도 7a에 도시하는 바와 같이, 상측 판상부(71)에는 수소 가스를 유동시키기 위한 유로(78)가 형성되어 있다. 유로(78)는 면내 전체에 수소 가스를 유동시키도록 면내에서 사행하는 바와 같은 형상으로 형성된다. 또, 상측 판상부(71)는 유로(78)에 수소 가스를 공급하는 공급 구멍(77a)과 발전 반응 후의 수소 가스를 배출하기 위한 배출구멍(76a)이 형성되어 있다. 또, 도 7b에 도시하는 바와 같이, 전열부(72)는 대략 판형상(板狀)으로 되어, 하측 판상부(73)에 끼워넣어져 있다. 전열부(72)는 방열 핀(75)까지 연재되고, 세퍼레이터(70)로부터 열을 방열한다. 또, 하측 판상부(73)의 단부에는 전열부(72)를 외부와 격절(隔絶)하도록 봉지 부재(74)가 배치되고, 이러한 하측 판상부(73)와 상측 판상부(71)에 의해 전열부(72)가 끼워유지되어 일체(一體)의 세퍼레이터(70)가 형성된다. 또, 봉지 부재(74)에는 공급 구멍(77a) 및 배출구멍(76a)과 위치 맞춤된 공급 구멍(77b) 및 배출구멍(76b)이 형성되어 있다. 또, 하측 판상부(73)에도 공급 구멍(77a), (77b) 및 배출구멍(76a), (76b)에 맞추어 구멍부를 형성해 두는 것에 의해, 세퍼레이터(70)를 쌓아올렸을 때에 일체로 되는 공급 구멍 및 배출 구멍을 형성할 수가 있다. 또, 도 7c에 도시하는 바와 같이, 하측 판상부(73)의 이면측에는 산소를 포함하는 공기를 유동시키는 유로(79)가 형성됨과 동시에, 수소 가스를 유로(78)에 공급하는 공급 구멍(77c)과 수소 가스를 배출하는 배출구멍(76c)이 형성되어 있다.
다음에, 도 8을 참조하면서 본 예의 연료 전지(1)에 의해 급배기되는 공기의 흐름에 대해서 상세하게 설명한다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 연료 전지(1)는 이미 설명한 바와 같이 발전부(30)의 개구부(34)가 면한 측면(39)을 따라 인접하도록 배설된 냉각 팬(51), 공기 공급 팬(52), (53)을 가진다. 또, 냉각 팬(51)에 의해 이러한 연료 전지(1)의 외부로부터 취입되는 공기의 온도를 검지하는 온도 센서(64) 및 습도를 검지하는 습도 센서(65), 공기 공급 팬(52), (53)에 의해 발전부(30)로부터 배출되는 공기의 온도를 검지하는 온도 센서(61) 및 습도를 검지하는 습도 센서(62)를 가진다. 또, 발전부(30)는 이러한 발전부(30)의 온도를 검지하기 위한 온도 센서(63)를 가진다.
냉각 팬(51)은 도면중 화살표로 나타내는 바와 같이 흡기구(14)로부터 취입된 공기를 흡기구(14)로부터 배기구(11)까지 유동시키고, 연료 전지(1)의 외부로 배출한다. 냉각 팬(51)이 흡기구(14)와 배기구(11) 사이에 배설됨과 동시에, 냉각 팬(51)과 흡기구(14) 사이에 배치된 방열 핀(33)은 냉각 팬(51)에 의해 유동되는 공기에 의해서 열을 방열한다. 또, 방열 핀(33)의 근방에 한정되지 않고, 연료 전지(1)내 전체에서 공기를 유동시키는 것에 의해 발전부(30)를 냉각시킬 수도 있다.
공기 공급 팬(52), (53)은 흡기구(15), 발전부(30) 및 배기구(12), (13)에 공기를 유동시킨다. 공기 공급 팬(52), (53)은 흡기구(15)로부터 취입되는 산소를 포함하는 공기를 발전부(30)에 흘려보냄과 동시에 발전부(30)에서의 발전 반응 후에 배출되는 공기를 배기구(12), (13)로부터 연료 전지(1)의 외부로 배출한다. 발전부(30)는 도 3 내지도 5a 및 도 5b를 참조하면서 설명한 바와 같이 유로(38) 및 개구부(34), (40)를 구비하고, 공기 공급 팬(52), (53)은 도면중 화살표로 나타내는 바와 같이 흡기구(15)로부터 유로(38), 배기구(12), (13)에 이르는 공기의 흐름을 형성한다. 또, 냉각 팬(51)에 의해서 형성되는 공기의 흐름과 공기 공급 팬(52), (53)에 의해 형성되는 공기의 흐름은 서로 독립된 공기의 흐름으로 할 수가 있다. 따라서, 냉각 팬(51)과 공기 공급 팬(52), (53)을 독립해서 구동하는 것에 의해, 발전부(30)의 냉각과 발전부(30)로의 공기의 공급 및 배출을 독립해서 행하는 것이 가능해진다. 또, 본 예의 연료 전지(1)에서의 냉각 팬(51) 및, 공기 공급 팬(52), (53)의 배치에 한정되지 않고, 공기를 급배기하기 위해서 복수의 발전부의 측면에 형성된 개구부에 면하도록 이들 냉각 팬(51) 및 공기 공급 팬(52), (53)을 배설하고, 복수의 발전부에 대해서 일괄해서 공기의 급배기를 행하는 것도 가능하다. 또, 냉각 팬(51) 및 공기 공급 팬(52), (53)을 역회전시키고, 공기를 역(반대)방향으로 유동시킬 수도 있다.
온도 센서(61), (64), 습도 센서(62), (65) 및 온도 센서(63)는 각각 흡기구(14)로부터 취입되는 공기의 온도 및 습도, 배기구(12), (13)로부터 배출되는 공기의 온도 및 습도와 발전부(30)의 온도를 검지한다. 온도 센서(63)는 발전부(30)의 대략 중앙부 부근에 배설되고, 발전부(30)가 발전을 행할 때의 이러한 발전부(30) 의 온도를 검지한다. 온도 센서(64) 및 습도 센서(65)는 흡기구(14)의 근방에서 흡기구(14)로부터 취입되는 공기의 유로를 저해하지 않도록 배설된다. 또, 온도 센서(61) 및 습도 센서(62)는 공기 공급 팬(52) 및 (53)에 면한 발전부(30)의 공기의 출구측에서 공기의 유동을 저해하지 않도록 배설된다. 온도 센서(63)에 의해 검지된 발전부(30)의 온도에 관한 데이터에 의거해서 냉각 팬(51)의 구동의 제어가 행해지고, 발전부(30)는 매우 적합한 온도 조건으로 구동된다. 또, 연료 전지(1)는 온도나 습도에 한정되지 않고 급배기되는 공기의 압력을 검지하는 압력 센서를 구비할 수도 있다.
또, 온도 센서(64)와 습도 센서(65)에 의해 검지된 온도 및 습도에 의거해서 흡기구(14)로부터 취입된 공기의 상대습도가 산출됨과 동시에, 온도 센서(61)와 습도 센서(62)에 의해 검지된 온도 및 습도에 의거해서 배기구(12), (13)로부터 배출되는 공기의 상대 습도가 산출된다. 이와 같이 흡기구(15)로부터 취입된 공기의 상대 습도와 배기구(12), (13)로부터 배기된 공기의 상대 습도의 차를 취하는 것에 의해, 이러한 연료 전지(1)로부터 배출되는 수분량을 산출하는 것이 가능해진다. 또, 이들 온도 센서(61), (64) 및 습도 센서(62), (65)는 공기의 유동을 저해하지 않도록 배설되기 때문에, 발전부(30)에 의한 발전을 지장없이 행할 수도 있다.
게다가 또, 발전부(30)에 의해 발전된 출력 전력에 의거해서 발전 반응에 의해 생성된 수분량을 산출할 수 있다. 따라서, 연료 전지(1)로부터 배출된 수분량과 발전 반응에 의해 생성된 수분량의 차를 취하는 것에 의해, 발전부(30)에 잔류하는 수분량을 산출하는 것이 가능해진다. 이미 설명한 바와 같이, 발전부(30)를 구성하는 접합체(32)를 적당히(알맞게) 보습된 상태로 하는 것에 의해, 안정된 발전 반응을 행할 수 있기 때문에, 발전부(30)에 잔류하는 수분량에 관한 데이터에 의거해서 공기 공급 팬(52), (53)을 구동하고, 안정된 발전을 행하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 발전부(30)에 잔류하는 수분량이 과잉인 경우에는, 공기 공급 팬(52), (53)의 회전수를 올리는(높이는) 것에 의해, 과잉인 수분을 이러한 발전부(30)로부터 공기와 함께 배출할 수가 있다. 또, 발전부(30)의 온도를 제어하기 위한 냉각 팬(51)과 발전부(30)에 잔류하는 수분량을 제어하는 공기 공급 팬(52), (53)을 독립해서 구동시킬 수 있을 뿐만 아니라, 냉각 팬(51)에 의한 공기의 흐름과 공기 공급 팬(52), (53)에 의한 공기의 흐름을 독립시킬 수 있기 때문에, 발전부(30)에 잔류하는 수분량의 제어 및 발전부(30)의 온도 상승의 억제를 정밀도 좋게 행하는 것이 가능해진다.
또, 도 9를 참조하면서 발전부(30)의 온도 및 이러한 발전부(30)에 잔류하는 수분량의 제어에 대해서 구체적으로 설명한다. 도면중 횡축은 발전부(30)의 온도이며, 종축은 발전부(30)에 잔류하는 수분량이다. 냉각 팬(51)과 공기 공급 팬(52), (53)의 구동을 제어하는 것에 의해, 발전 시에 시시각각 변화하는 발전부(30)의 온도 및 잔류 수분량이 도면중 중앙 부근의 안정 영역으로 되도록 조정된다.
예를 들면, 도면중 A로 나타내어지는 환경 조건은 안정 영역의 환경 조건에 대해서 발전부(30)의 온도가 높고 또한 발전부(30)에서의 잔류 수분량이 많은 환경 조건이며, 발전부(30)의 냉각 및 잔류하는 수분량의 저감이 필요하게 된다. 이와 같은 경우, 공기 공급 팬(52), (53)의 회전수를 올리는 것에 의해 발전부(30)에 잔류하는 수분량이 저감됨과 동시에, 냉각 팬(51)의 회전수를 올리는 것에 의해 발전부(30)가 더욱더 냉각되고, A로 나타내어지는 환경 조건으로부터 안정된 발전을 행할 수 있는 안정 영역으로 온도 및 수분량이 조정된다.
또, 도면중 B로 나타내어지는 환경 조건은 안정 조건에 대해서 발전부(30)의 온도가 낮고, 또한 발전부(30)에 잔류하는 수분량이 많은 환경 조건으로 된다. 이와 같은 경우, 공기 공급 팬(52), (53)의 회전수를 올리는 것에 의해 발전부(30)에 잔류하는 수분량이 저감됨과 동시에, 냉각 팬(51)의 회전수를 내리는(줄이는) 것에 의해 발전부(30)에 대한 냉각이 억제되고, B로 나타내어지는 환경 조건으로부터 안정된 발전을 행할 수 있는 안정 영역으로 발전부(30)의 온도 및 수분량이 조정된다.
도면중 C로 나타내어지는 환경 조건은 안정 조건에 대해서 발전부(30)의 온도가 낮고, 또한 발전부(30)에 잔류하는 수분량이 적은 환경 조건으로 된다. 이와 같은 경우, 공기 공급 팬(52), (53)의 회전수를 내리는 것에 의해 발전부(30)에서 생성되는 물의 배출을 저감함과 동시에, 냉각 팬(51)의 회전수를 내리는 것에 의해 발전부(30)에 대한 냉각이 억제된다. 이와 같은 공기 공급 팬(52), (53) 및 냉각 팬(51)의 구동의 제어에 의해 C로 나타내어지는 환경 조건으로부터 안정된 발전을 행할 수 있는 안정 영역으로 발전부(30)의 온도 및 수분량이 조정된다.
또, 도면중 D로 나타내어지는 환경 조건은 안정 조건에 대해서 발전부(30)의 온도가 높고, 또한 발전부(30)에 잔류하는 수분량이 적은 환경 조건으로 된다. 이 와 같은 경우, 공기 공급 팬(52), (53)의 회전수를 내리는 것에 의해 발전부(30)에서 생성되는 물의 배출을 저감함과 동시에, 냉각 팬(51)의 회전수를 올리는 것에 의해 발전부(30)를 더욱더 냉각한다. 이와 같은 공기 공급 팬(52), (53) 및 냉각 팬(51)의 구동의 제어에 의해, D로 나타내어지는 환경 조건으로부터 안정된 발전을 행할 수 있는 안정 영역으로 발전부(30)의 온도 및 수분량이 조정된다.
이와 같이, 공기 공급 팬(52), (53) 및 냉각 팬(51)을 발전부(30)의 온도 및 발전부(30)에 잔류하는 수분량에 따라 독립해서 구동하는 것에 의해, 예를 들면 드라이업(dry-up)과 같은 발전시의 부적당한 상태(문제점)를 일으키게 하는 일없이 안정된 발전을 행하는 것이 가능해진다.
다음에, 도 1, 도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하면서, 수소 퍼지 밸브(54), 레귤레이터(55) 및 수동 밸브(56)에 대해서 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 수소 퍼지 밸브(54), 레귤레이터(55) 및 수동 밸브(56)는 발전부(30)의 단부면(端面)을 따라 인접해서 배설된다. 본 예의 연료 전지(1)에서는, 발전부(30)의 단부면측에 각종 기기를 배치하기 위한 영역을 확보하는 것이 가능하고, 연료 전지(1)를 안정하게 구동시키기 위한 각종 기기를 컴팩트하게 수납하는 것이 가능하다.
유로(43)에 축적된 물을 배출하는 물 배출 수단으로 되는 수소 퍼지 밸브(54)는, 유로(43)에 접속되는 배출로를 대기(大氣) 개방하는 것에 의해, 물이 축적된 유로(43)로부터 물을 배출할 수가 있다. 유로(43)가 대기 개방되었을 때에는, 유로(43)에 축적된 물에 대한 공급로 측의 수소 가스의 압력과 대기 개방된 배출로 측의 압력 사이에 압력차가 생기고, 이러한 압력차에 의해서 유로(43)에 축적된 물 이 유로(43)로부터 배출된다. 이와 같이, 수소 가스를 공급하는 공급로 측과 수소 퍼지 밸브(54)에 의해 대기 개방되는 물의 배출로 측 사이에서 압력차를 일으키게 하는 것에 의해, 발전부(30)가 스택 구조를 가지는 경우라도 물이 축적되고 수소 가스가 흐르기 어렵게 되어 있는 임의의 유로(43)로부터 물을 배출하는 것이 가능해지고, 모든 세퍼레이터(31)의 유로(43)에 수소 가스를 원활하게 흘려보낼 수가 있다. 또, 복수의 세퍼레이터(31)를 가지는 발전부(30)에 한정되지 않고, 단일의 세퍼레이터를 가지는 발전부에서도 마찬가지로 물을 배출할 수가 있다. 또, 수소 퍼지 밸브(54)를 예를 들면 전자력(電磁力)을 이용한 구동 방식에 의해 구동하는 것도 가능하고, 수소 퍼지 밸브(54)를 구동시키기 위한 전력을 발전부(30)로부터 공급하도록 해도 좋다.
또, 수소 가스의 압력 제어를 행하는 압력 제어 수단으로 되는 레귤레이터(55)는, 수소 흡장 카트리지(60)로부터 공급되는 수소 가스의 압력을 소요의 압력으로 되도록 조정하고, 발전부(30)에 송출한다(내보낸다). 예를 들면, 수소 흡장 카트리지(60)로부터 공급되는 수소 가스의 압력이 0.8∼1.0MPa 정도인 경우, 레귤레이터(55)는 이들 수소 가스의 압력을 0.05∼0.10MPa 정도의 압력으로 감압하여 발전부(30)에 공급할 수가 있다.
또, 수소 가스를 발전부(30)에 공급하는 가스 공급 수단으로 되는 수동 밸브(56)는, 발전부(30)에서 발전을 행할 때에 수소 흡장 카트리지(60)에서 발전부(30)로 수소 가스를 공급하기 위한 유로를 개방한다. 이들 수소 퍼지 밸브(54), 레귤레이터(55) 및 수동 밸브(56)는 연료 전지(1)에 안정하게 발전을 행하게 하기 위해 서 중요하며, 이들 기기를 컴팩트하게 연료 전지(1)에 수납하는 것에 의해 연료 전지(1) 전체의 사이즈를 소형화하는 것이 가능해진다.
다음에, 도 10∼도 14를 참조해서, 본 실시 형태의 연료 전지 장치의 구체적인 구조에 대해서 설명한다. 먼저, 도 10∼도 12는 본 예의 세퍼레이터 부분에 대한 이면도, 측면도 및 표면도이다.
도 10∼도 12에 도시되는 바와 같이, 세퍼레이터(81)는 그 이면측에 산소용의 유로로 되는 홈(83)이 형성되고, 그 표면측에 수소용의 유로로 되는 홈(86)이 형성되어 있다. 또한, 세퍼레이터(81)는 도시하지 않은 발전체를 사이에 두고 적층할 때에는, 이면측이 표면측에 배치되는 경우도 있다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 세퍼레이터(81)의 산소 공급 측면에는, 당해(當該) 세퍼레이터(81)의 폭방향으로 직선형상으로 연장되어 있는 복수의 홈(83)이 형성되어 있고, 이들 홈(83)은 서로 평행하게 연장되어 있는 것에 의해, 세퍼레이터(81)의 긴쪽 방향에서는 홈(83)과 돌조부(突條部: projection)(82)가 교호(交互)로(번갈아) 위치되어 있다. 대략 평판형상으로 되는 세퍼레이터(81)의 긴쪽 방향의 길이(L6)는 79.5㎜이며, 그것과 직교하는 방향의 폭(L8)은 41㎜이다. 홈(83)은 당해 세퍼레이터(81)의 양단부에서는 광폭(廣幅: 넓은 폭)으로 되도록 개구되어 있다. 여기서, 구체적인 치수에 대해서는, 도 10에서 홈(83)은 평행하게 연장된 중앙 부분의 폭(L1)은 2㎜이며, 인접하는 돌조부(82)의 폭(L2)도 2㎜이다. 이 홈(83)은 광폭으로 된 양단부에서, 테이퍼 형상으로 개구되어 있으며, 세퍼레이터(81)의 두께 방향에도 형성된 테이퍼 부분의 개시 위치(L0)는 단부로부터 8㎜이며, 그 개시 위치(L0)로부터 2.15°의 각도로 경사지는 테이퍼로 되어 있다. 홈(83)의 광폭으로 된 양단부에서는, 그 면내(面內) 방향에서는 약 1㎜정도 개구폭이 넓어지도록 구성되어 있고, 홈(83)의 단부에서의 폭(L3)은 3㎜이며, 인접하는 돌조부(82)의 폭(L4)은 1㎜로 끝(선단)이 가늘어지는 형상으로 되어 있다. 이 돌조부(82)의 단부로부터 5.5㎜인 부분의 2개소(箇所)에 판상(板狀)의 브리지(bridge)가 조립된다. 또한, 중앙 부근의 개구폭(L5)은 나사구멍의 영향으로 2.5㎜이며, 방열부(84)에 연속하는 발전체 보존유지(保持) 영역의 긴쪽 방향으로 폭(L10)은 56.5㎜(도 11 참조)이며, 나사구멍 사이의 간격(L7)으로 54.5㎜이다.
다음에, 도 11에 도시하는 바와 같이, 세퍼레이터(81)의 두께 방향의 치수에 대해서는, 방열부(84)의 두께(T1)는 1.3㎜이며, 홈(83), (86)이 형성된 발전체 보존유지 영역에서는 두께(T2)가 2.3㎜이다.
도 12에 도시하는 바와 같이, 세퍼레이터(81)의 수소 공급 측면(87)에는 수소 공급 구멍(89)으로부터 수소 배출구멍(88) 사이에 걸쳐서 5회 왕복하는 사행하는 패턴으로 연장되는 홈(86)이 형성되어 있고, 이 사행하는 홈(86)의 깊이는 0.6㎜이고 폭(L12)은 1.0㎜이며, 되접어꺾은 부분의 곡률 반경은 0.9㎜(내경), 1.9㎜(외경)이다. 수소 공급 구멍(89)과 수소 배출구멍(88)과의 접속부(90)에서는 홈(86)보다 각각 가는 사이즈로 되어 있고, 수소 공급 구멍(89)에 접속되는 접속부의 단면적은 수소 배출 구멍(88)에 접속되는 접속부의 단면적에 비해 작게 되어 있다. 이들 수소 공급 구멍(89)과 수소 배출구멍(88)은 세퍼레이터(81)의 긴쪽 방향의 단부로부터 2.25㎜의 위치를 중심으로 해서 폭 1.5㎜의 사이즈이며, 또한 세퍼레이터 (81)의 긴쪽 방향의 단부로부터의 가는 홈의 개시 위치(L17)가 6㎜인 것에 의해, 약 3㎜의 길이로 되어 있다. 이 접속부(90)에서의 수소 배출 구멍(88)에 접속되는 홈의 폭(L11)은 0.5㎜, 깊이 1.2㎜이고, 수소 공급 구멍(89)에 접속되는 홈의 폭은 0.5㎜, 깊이 0.3㎜로 되어 있다. 세퍼레이터(81)의 폭방향의 단부로부터의 수소 배출구멍(88)측의 접속부(90)의 위치(L15)는 중심 위치에서 7.9㎜이며, 수소 공급 구멍(89)측의 접속부(90)의 위치(L16)는 중심 위치에서 33.1㎜이다. 또, 5회 왕복하는 사행하는 패턴으로 연장되는 홈(86)의, 세퍼레이터(81)의 긴쪽 방향의 수소 공급 구멍(89)과 수소 배출구멍(88)에 가까운 쪽의 단부로부터 되접어꺾은 위치(L13)는 7㎜이다. 또, 홈(86)의 되접어꺾은 부분 사이의 길이(L14)는 42㎜이다.
계속해서, 도 13 및 도 14를 참조하면서 본 예의 연료 전지 장치의 구조에 대해서 더욱더 상세하게 설명한다. 도 13은 본 예의 연료 전지 장치(100)의 평면도이다. 연료 전지 장치(100)는 세퍼레이터(81)와 발전체가 적층된 스택 구조를 가진다. 도 13은 스택 구조를 형성하는 최상부에 배치되는 판상부를 투시하고, 발전부(99)가 배치되는 영역에 세퍼레이터의 표면에 형성되는 홈(86)이 도면중 파선(破線: broken line)으로 도시되어 있다. 발전부(99)를 형성하는 세퍼레이터의 긴쪽 방향의 치수와 세퍼레이터로부터 긴쪽 방향으로 연재되는 방열부(84)의 긴쪽 방향의 치수를 맞춘(일치시킨) 길이(L18)는 79.5㎜이며, 세퍼레이터의 폭(L8)은 41㎜이다. 방열부(84)의 단부는 도면중 직선형상으로 되지만, 각종 배선을 통과시키기 위한 절결부(notch)가 형성되어 있어도 좋다. 또, 연료 전지 장치(100)를 구성하고, 발전부(99)를 포함하는 각 부를 수납하는 케이싱(91)의 긴쪽 방향의 길이(L21) 는 93.5㎜이며, 폭(L20)은 57㎜로 된다. 케이싱(91)의 긴쪽 방향의 길이(L21) 및 폭(L20)은 연료 전지 장치(100)의 긴쪽 방향의 길이 및 폭으로 되는 것에 의해, 본 예의 연료 전지 장치(100)의 사이즈는 평면상에서 긴쪽 방향의 길이가 93.5㎜, 폭이 57㎜로 된다.
또, 도 14를 참조하면서 본 예의 연료 전지 장치(100)의 구조를 구체적으로 설명한다. 또한, 도 14는 케이싱(91)을 떼어낸 상태의 연료 전지 장치(100)를 측면에서 본 측면도이다. 발전부(99)는 세퍼레이터(81)를 9매 적층해서 세퍼레이터(81) 사이에 발전체(96)를 끼워유지해서 형성되는 스택 구조를 가지고, 발전 셀을 8개 직렬로 접속한 구조를 가진다. 발전부(99)는 연료 전지 장치(100)의 바닥부(底部)로 되는 기대(98) 위에 배치된다. 기대(98)의 바닥면으로부터 발전부(99)의 최상부에 배설되는 판상부의 표면까지의 높이(T4)는 34. 62㎜로 된다. 또, 기대(98)의 바닥면으로부터 발전부(99)의 중앙부에 적층되는 세퍼레이터(81)의 두께 방향의 중앙까지의 높이(T5)는 17.78㎜로 되고, 기대(98)의 바닥면으로부터 발전부(99)의 측면 측에 배설되는 냉각 팬(92), 공기 공급 팬(93), (94)의 중앙까지의 높이와 대략 일치한다. 판상부(97), 적층된 세퍼레이터(81) 및 발전체(96)의 두께를 맞춘 발전부(99)의 높이(T6)는 29.62㎜이다. 냉각 팬(92)의 높이는 발전부(99)의 최상부에 배설된 방열부(84)와 최하부에 배설된 방열부(84) 사이의 높이와 대략 일치하고, 방열부(84) 전체에 냉각용의 공기를 공급할 수가 있다. 공기 공급 팬(93), (94)의 높이는 발전부(99)의 최상부의 홈(83)과 최하부의 홈(83) 사이의 높이와 대략 일치하며, 홈(83) 전체에 산소를 포함하는 공기를 충분히 공급할 수가 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관계된 연료 전지는 이러한 연료 전지를 구동하기 위한 각종 기기를 컴팩트하게 수납할 수 있고, 노트북 컴퓨터, 휴대전화 및 PDA와 같은 휴대형 전자 기기를 구동하기 위한 전력을 공급하는 전원으로서 매우 적합한 것이다. 또, 이들 휴대형 전자 기기에 한정되지 않고, 본 발명의 연료 전지(1)를 각종 전자 기기를 구동하기 위한 전원으로서 이용할 수도 있다.
[산업상이용가능성]
본 발명에 관계된 연료 전지에 의하면, 발전부의 온도 상승의 억제와 이러한 발전부에 잔류하는 수분량의 제어를 행하는 것에 의해, 드라이업과 같은 발전시의 부적당한 상태(문제점)를 일으키게 하는 일없이 안정된 발전을 행할 수가 있다. 또, 발전부의 온도 제어와 발전부에 잔류하는 수분량의 제어를 독립해서 정밀도 좋게 행할 수 있고, 신뢰성이 높은 연료 전지를 제공할 수가 있다. 또, 이와 같은 연료 전지에 의하면, 발전을 행하기 위한 각종 기기를 연료 전지에 컴팩트하게 수납하는 것이 가능하고, 이러한 연료 전지를 소형화할 수가 있다.
또, 본 발명에 관계된 전자 기기에 의하면, 휴대 가능한 사이즈로 된 연료 전지를 탑재하는 것에 의해, 휴대형 전자 기기에서도 연료 전지에 의한 구동을 행할 수 있고, 소요의 전자 기기에 연료 전지를 탑재하는 것이 가능해진다.

Claims (41)

  1. 산소를 포함하는 산화제(酸化劑) 가스의 유로가 설치된 발전부(發電部)와,
    상기 발전부에 접속되고 당해(當該) 발전부로부터 열을 방열하는 방열부와,
    상기 유로에서 상기 산화제 가스를 유동시키는 가스 유동 수단과,
    상기 가스 유동 수단과 서로 독립해서 구동되고 상기 방열부를 냉각하는 냉각 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발전부는 이온 전도성(傳導性)을 가지는 전도체와 당해 전도체를 사이에 두고 대치하는 전극을 구비하는 접합체와,
    상기 접합체를 협장(挾裝)하는 세퍼레이터를 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전도체는 프로톤(proton) 전도체인 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 당해 세퍼레이터의 내부에서 상기 방열부로 연재(延在)하 는 전열부를 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 상기 유로로부터 물을 흡수해서 제거하기 위한 흡수 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 발전부는 상기 접합체와 상기 세퍼레이터가 적층되어 이루어지는 스택(stack) 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 당해 세퍼레이터가 상기 접합체와 접하는 면내(面內)로 연료를 공급하기 위한 면내 유로를 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 상기 면내 유로에 연료를 공급하기 위한 공급 구멍 및 당해 면내 유로로부터 연료를 배출하기 위한 배출 구멍을 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    인접하는 각 세퍼레이터 사이에서 상기 공급 구멍이 서로 접속되어 각 세퍼레이터에 연료를 공급하기 위한 공급로가 형성됨과 동시에, 상기 배출구멍이 서로 접속되어 각 세퍼레이터로부터 연료를 배출하는 배출로가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 면내 유로가 상기 공급로에 접속되는 접속부의 단면적은 상기 면내 유로의 단면적에 비해 작은 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 면내 유로가 상기 배출로에 접속되는 접속부의 단면적은 상기 면내 유로의 단면적에 비해 작은 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 면내 유로가 상기 공급로에 접속되는 접속부의 단면적은 당해 면내 유로가 상기 배출로에 접속되는 접속부의 단면적에 비해 작은 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  13. 제7항에 있어서,
    물이 축적된 상기 면내 유로에서 상기 물에 대한 공급로 측과 배출로 측 사 이에 압력 차(差)를 일으키게 하는 것에 의해, 당해 물을 당해 면내 유로로부터 배출하는 물 배출 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 물 배출 수단은 상기 배출로의 일부를 대기(大氣) 개방하는 것에 의해 상기 압력차를 일으키게 하여 상기 물을 상기 면내 유로로부터 배출하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 수단은 상기 방열부의 근방에 체류하는 가스를 유동시키는 것에 의해 당해 방열부로부터 열을 방열시키는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 가스 유동 수단 및 상기 냉각 수단의 구동을 제어하기 위한 상기 발전부의 온도 및 상기 발전부에 잔류하는 수분량인 환경 조건을 검지(檢知)하는 검지 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 검지 수단은 상기 발전부의 온도 및 상기 발전부에 잔류하는 수분량인환경 조건으로서 온도 또는 습도를 검지하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 검지 수단은 상기 발전부에 공급되는 산화제 가스의 온도 및 습도, 상기 발전부로부터 배출되는 산화제 가스의 온도 및 습도와 상기 발전부의 온도를 검지할 수 있는 위치에 각각 배설(配設)되는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 발전부의 온도 및 상기 발전부에 잔류하는 수분량인 환경 조건에 의거해서 상기 가스 유동 수단 및 상기 냉각 수단의 구동을 제어하는 제어 회로를 탑재한 제어 기판을 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 발전부의 온도 및 상기 발전부에 잔류하는 수분량인 환경 조건과 상기 발전부에 의해 발전된 전력량에 의거해서 산출된 상기 발전부에 잔류하는 수분량에 따라 상기 가스 유동 수단 및 상기 냉각 수단의 구동이 제어되는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 발전부를 구동할 때에, 상기 산화제 가스와 반응시키기 위한 연료를 연료 저장부로부터 상기 발전부에 공급하는 연료 공급 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 발전부에 공급되는 연료의 압력을 제어하는 압력 제어 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  23. 측면에 산소를 포함하는 산화제 가스의 유로의 개구부가 설치된 발전부와,
    상기 발전부에 접속되고 당해 발전부로부터 열을 방열하는 방열부를 구비하고,
    상기 유로에서 상기 산화제 가스를 유동시키는 가스 유동 수단이 상기 발전부의 측면을 따라 배설되고,
    상기 방열부를 냉각하는 냉각 수단이 상기 측면을 따라 상기 가스 유동 수단과 인접하도록 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  24. 제23항에 있어서,
    당해 연료 전지는 상기 발전부, 상기 방열부, 상기 가스 유동 수단 및 상기 냉각 수단을 덮는 케이싱(筐體)을 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 가스 유동 수단은 상기 개구부로부터 상기 산화제 가스를 흡기함과 동시에 상기 케이싱에 설치된 제1 배기구로부터 당해 산화제 가스를 배출하는 것에 의해, 상기 유로에서 상기 산화제 가스를 유동시키는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 가스 유동 수단은 상기 케이싱에 설치된 제1 흡기구로부터 상기 산화제 가스를 당해 연료 전지내에 흡기하는 것에 의해, 상기 냉각 수단에 의한 산화제 가스의 유동과 독립된 산화제 가스의 흐름을 형성하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제1 흡기구는 상기 제1 배기구와 대면하는 위치에 설치됨과 동시에, 상기 가스 유동 수단이 당해 제1 흡기구와 당해 제1 배기구 사이에 배설되는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  28. 제24항에 있어서,
    상기 냉각 수단은 상기 케이싱에 설치된 제2 배기구로부터 산화제 가스를 배기하는 것에 의해, 상기 방열부의 근방에서 상기 산화제 가스를 유동시키는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  29. 제24항에 있어서,
    상기 냉각 수단은 상기 케이싱에 설치된 제2 흡기구로부터 상기 산화제 가스를 당해 연료 전지내에 흡기하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 제2 흡기구는 상기 제2 배기구와 대면하는 위치에 설치됨과 동시에 상기 냉각 수단이 상기 제2 흡기구와 상기 제2 배기구 사이에 배설되는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  31. 제23항에 있어서,
    상기 개구부는 상기 산화제 가스의 유로의 깊이 방향을 따라 좁아지는 테이퍼형상으로 되는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  32. 제23항에 있어서,
    상기 개구부의 개구폭은 상기 산화제 가스의 유로의 유로폭에 비해 큰 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 개구폭은 상기 유로폭에 비해 횡방향 또는 종방향에 대해 광폭(幅廣)으로 되는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  34. 제23항에 있어서,
    상기 가스 유동 수단 및 상기 냉각 수단의 구동을 제어하기 위한 상기 발전부의 온도 및 상기 발전부에 잔류하는 수분량인 환경 조건을 검지하는 검지 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 검지 수단은 상기 발전부의 온도 및 상기 발전부에 잔류하는 수분량인 환경 조건으로서 온도 또는 습도를 검지하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 검지 수단은 상기 발전부에 공급되는 산화제 가스의 온도 및 습도, 상기 발전부로부터 배출되는 산화제 가스의 온도 및 습도와 상기 발전부의 온도를 검지할 수 있는 위치에 각각 배설되는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  37. 제34항에 있어서,
    상기 발전부의 온도 및 상기 발전부에 잔류하는 수분량인 환경 조건에 의거해서 상기 가스 유동 수단 및 상기 냉각 수단의 구동을 제어하는 제어 회로를 탑재한 제어 기판이 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  38. 제23항에 있어서,
    상기 산화제 가스와 반응시키기 위해서 상기 발전부에 공급되는 연료의 유로 로부터 물을 배출하는 물 배출 수단이 상기 발전부의 단부면(端面)을 따라서 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 발전부를 구동할 때에 상기 연료를 연료 저장부로부터 상기 발전부에 공급하는 연료 공급 수단이 상기 발전부의 단부면을 따라 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  40. 산소를 포함하는 산화제 가스의 유로가 설치된 발전부와,
    상기 발전부에 접속되고 당해 발전부로부터 열을 방열하는 방열부와,
    상기 유로에서 상기 산화제 가스를 유동시키는 가스 유동 수단과,
    상기 가스 유동 수단과 서로 독립해서 구동되고 상기 방열부를 냉각하는 냉각 수단을 가지는 연료 전지를 구비하고,
    상기 연료 전지로부터 전력이 공급되는 것에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  41. 측면에 산소를 포함하는 산화제 가스의 유로의 개구부가 설치된 발전부와,
    상기 발전부에 접속되고 당해 발전부로부터 열을 방열하는 방열부를 가지고,
    상기 유로에서 상기 산화제 가스를 유동시키는 가스 유동 수단이 상기 발전부의 측면을 따라 배설되고,
    상기 방열부를 냉각하는 냉각 수단이 상기 측면을 따라 상기 가스 유동 수단과 인접하도록 배설되어 있는 연료 전지를 구비하고
    상기 연료 전지로부터 전력이 공급되는 것에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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