專利名稱：燃料電池和電氣設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池和電氣設(shè)備。
背景技術(shù)：
以往，為了攜帶使用小型的電氣設(shè)備，人們一直使用各種1次電池或2次電池。但是，隨著最近的小型電氣設(shè)備的高性能化，功耗增大，情況變成為若使用1次電池，則因小型且重量輕而不能供給充分的電能。另一方面，若使用2次電池，則盡管具有可以反復(fù)充電使用的優(yōu)點(diǎn)，但是1次充電所能夠使用的電能比1次電池更少。此外，2次電池為了進(jìn)行充電，除去需要另外的電源外，充電通常需要數(shù)十分鐘到數(shù)小時(shí)的時(shí)間，要作成為不論何時(shí)何地都可以立即使用是困難的。
再有，今后歸因于電氣設(shè)備的日益向小型輕重量化的發(fā)展，歸因于無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的完備，在攜帶使用設(shè)備的傾向日益高漲的浪潮中，要想用現(xiàn)有的1次電池、2次電池向設(shè)備的驅(qū)動(dòng)供給充分的電能，是困難的。
作為這種問題的解決對(duì)策，小型燃料電池引起了人們的注意。燃料電池，以往人們把它作為大型的發(fā)電機(jī)、汽車用的驅(qū)動(dòng)源進(jìn)行開發(fā)。其主要理由是與現(xiàn)有的發(fā)電系統(tǒng)比，燃料電池的發(fā)電效率高而且廢棄物是清潔的。另一方面，在燃料電池作為小型電氣設(shè)備的驅(qū)動(dòng)源有用的理由中，還可以舉出與現(xiàn)有的電池比較，單位體積、單位重量的可供電能接近于數(shù)倍到十倍。此外，由于僅僅交換燃料就可以連續(xù)使用，故不會(huì)像其它的2次電池那樣花費(fèi)充電時(shí)間。
雖然人們發(fā)明了各種方式的燃料電池，但是，特別是對(duì)于攜帶使用的設(shè)備來說，例如，一直使用著的卻是固體高分子型燃料電池。這是因?yàn)榭梢栽诮咏氐臏囟认率褂?，此外，還由于電解質(zhì)是固體而不是液體，具有可以安全攜帶的優(yōu)點(diǎn)。
作為小型電氣設(shè)備的燃料電池的燃料，人們正在研究甲醇。其理由在于甲醇易于保存，此外，還由于它是容易取得的燃料。
在為了得到大功率的燃料電池中，最好的是把氫用做燃料的燃料電池。但是，由于氫在常溫下是氣體，要把氫高密度地貯存到小型的燃料罐中去是困難的。
第1種方法，是對(duì)氫進(jìn)行壓縮使之變成為高壓氣體后保存的方法，但是，即便是把氣體的壓力提高到20MPa(大約200個(gè)氣壓)，氫的體密度也才是18mg/cm3左右。
第2種方法，在使氫變成為低溫后作為液體進(jìn)行貯存的方法。
第3種方法使用氫吸藏合金來貯存氫的方法，若使用該方法，則在單位體積中的吸藏量大。
第4種方法，是把甲醇或汽油等裝入到燃料罐內(nèi)，使其改質(zhì)變換成氫使用的方法。
第5種方法，是使用碳納米管、石墨納米纖維、碳納米錐等的碳材料的方法。若使用這些碳材料，則每單位重量可以吸藏約10wt％的氫。得益于此，在例如用做數(shù)字照相機(jī)的電源的情況下，與使用現(xiàn)有的鋰電池的情況下比較，進(jìn)行3～5倍左右的攝影是可能的。
此外，第6種方法，是應(yīng)用化學(xué)氫化物的方法。化學(xué)氫化物是利用化學(xué)反應(yīng)吸藏、放出氫的化合物，粗分起來有有機(jī)材料和無機(jī)材料。作為無機(jī)化學(xué)氫化物，例如有氫化硼。此外，作為有機(jī)化學(xué)氫化物，例如有環(huán)己烷或萘烷等。這些化合物可以吸藏5～10wt％左右的氫。
此外，作為燃料電池的單元部分雖然至少由1個(gè)燃料電池單元構(gòu)成，但是，為了驅(qū)動(dòng)移動(dòng)設(shè)備，通常需要5V左右的發(fā)電量。由于1個(gè)單元的發(fā)電量最大也就是1V左右，故必須把多個(gè)單元串接起來以得到規(guī)定的電壓。
上述那樣的燃料電池，由1個(gè)或1個(gè)以上的燃料電池單元構(gòu)成的單元部分，用來貯存燃料的燃料罐部分，用來向單元部分內(nèi)供給燃料罐部分的燃料的燃料供給部分，用來向單元部分供給氧化劑氣體的開口部分，收集取出所發(fā)電力的布線部分等的各個(gè)部分構(gòu)成。但是，在上述那樣的燃料電池的各個(gè)部分的構(gòu)成中，并未考慮用來裝載到小型的電氣設(shè)備中去的燃料電池的形狀、電池內(nèi)的各個(gè)部分的配置的構(gòu)成、特別是未考慮小型化所需要的各個(gè)部分的配置的構(gòu)成。燃料電池的單元部分雖然由至少1個(gè)燃料電池單元構(gòu)成，但是，為了驅(qū)動(dòng)移動(dòng)設(shè)備，通常需要5V左右的發(fā)電量。由于1個(gè)燃料電池單元的發(fā)電量最大也就是1V左右，故必須把多個(gè)電池單元串接起來以得到規(guī)定的電壓。為了效率良好地排列多個(gè)燃料電池單元，以往采用的是交互地堆疊(重疊)由電極和高分子電解質(zhì)膜構(gòu)成的MEA(Membrane ElectrodeAssembly，膜電極組件)與已把燃料流路制作到燃料的隔斷壁內(nèi)的隔離體的方法。此外，采用用導(dǎo)電性的材料制作隔離體的辦法，把堆疊起來的單元串聯(lián)電連起來。
圖12示出了其具體例子。圖12的概略剖面圖示出了把現(xiàn)有的燃料電池的各個(gè)燃料電池單元疊層起來的構(gòu)成。如同圖所示，燃料電池的單元部分1由1個(gè)或1個(gè)以上的燃料電池單元14構(gòu)成，1個(gè)燃料電池單元14的構(gòu)成為以在一面上具有氧化劑極11，在另一面上具有燃料極13，在氧化劑極11一側(cè)設(shè)置有取入空氣的氧化劑流路44，在燃料極13一側(cè)設(shè)置有供給燃料的燃料流路43的構(gòu)造體為1個(gè)燃料電池單元的構(gòu)成單位，采用在各個(gè)燃料電池單元的構(gòu)成單位之間設(shè)置隔離體45的辦法，把這些構(gòu)成單位疊層起來。這樣一來，在疊層起來的燃料電池單元的燃料流路43與氧化劑流路44之間，就設(shè)置有分離各個(gè)燃料電池的隔離體45。此外，對(duì)于每一個(gè)燃料電池單元14還各自獨(dú)立地設(shè)置有氧化劑流路44和燃料流路43，此外，對(duì)于4個(gè)燃料電池單元14還設(shè)置有3個(gè)隔離體45。因此，燃料電池整體的厚度，就將變成為燃料電池單元、氧化劑流路、燃料流路和隔離體的個(gè)數(shù)的合計(jì)的厚度，故存在著對(duì)于發(fā)電容量來說燃料電池的大小變大的問題。
此外，關(guān)于燃料電池的大小，作為燃料電池的小型化的方法，在2001年9月召開的2001 Joint International Meeting‘the 200thmeetingof The Electrochemical Society，Inc.And the 52ndAnnual Meeting ofInternational Society of Electrochemistry’上的F.B.Prinz等人的論文‘Planar Interconnection of Multiple Polymer Electrolyte MembraneFuel Cells by Microfabrication’中，也嘗試了把多個(gè)燃料電池單元配置在同一平面上邊的方法。在該情況下，為了把用一個(gè)單元所發(fā)出的電收集起來，采用了用立體布線進(jìn)行串聯(lián)布線的方法。
但是，在上述那樣的燃料電池的構(gòu)成中，沒有考慮目的為裝載到小型的電氣設(shè)備中去的構(gòu)成或目的為進(jìn)行小型化的必要的構(gòu)成。
特別是在使用現(xiàn)有的燃料電池的燃料電池單元的堆疊方法中，當(dāng)在小的容積中堆疊多個(gè)燃料電池單元時(shí)，則具有燃料的流路變窄，不能效率良好地向單元供給燃料的缺點(diǎn)。
此外，在把多個(gè)燃料電池單元配置在同一平面上邊，用立體布線等串聯(lián)地進(jìn)行布線的方法中，為了通電就必須在單元上開孔，因而有著會(huì)損害燃料室的密封性的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于一個(gè)一個(gè)地或集中地解決這些課題。
就是說，本申請(qǐng)的第1個(gè)發(fā)明，是為了一個(gè)一個(gè)地或集中地改善這樣的上述的那些技術(shù)問題而發(fā)明的，目的在于提供特別考慮到構(gòu)成燃料電池的各個(gè)部分的配置關(guān)系，找到對(duì)于小型化最合適的配置的構(gòu)成，而且大容量、高功率的小型燃料電池和使用該燃料電池的電氣設(shè)備。
就是說，本申請(qǐng)的第1個(gè)發(fā)明，是一種在可攜帶的小型電氣設(shè)備中裝載使用的燃料電池，具備實(shí)質(zhì)為長方體形狀的薄型框體，在上述框體內(nèi)具有由至少一個(gè)燃料電池單元構(gòu)成的單元部分、貯存供往該單元部分的燃料的燃料罐部分和向單元部分內(nèi)供給該燃料罐部分的燃料的燃料供給部分，其特征在于在框體的相向的2個(gè)面之間，在一個(gè)方向上配置上述燃料罐部分、燃料供給部分和單元部分。
本發(fā)明的燃料電池的配置的優(yōu)選實(shí)施形態(tài)1，理想的是上述燃料罐部分、上述燃料供給部分和上述單元部分在上述框體的相向的2個(gè)側(cè)面之間配置在一個(gè)方向上。
此外，理想的是在相向的2個(gè)側(cè)面之間以上述燃料罐部分、上述燃料供給部分和上述單元部分的順序進(jìn)行配置。
此外，理想的是上述單元部分的至少一個(gè)燃料電池單元，被疊層為對(duì)于框體的下表面平行。
本發(fā)明的燃料電池的配置的優(yōu)選第2實(shí)施形態(tài)，理想的是在框體的相向的上表面和下表面之間，在一個(gè)方向上配置上述燃料罐部分、燃料供給部分和單元部分。
此外，理想的是上述單元部分配置為平行地面向上述框體的上表面和下表面中的至少一個(gè)表面。
此外，理想的是在上表面和下表面之間按照上述單元部分、上述燃料供給部分、上述燃料罐部分、其它燃料供給部分和其它單元部分的順序進(jìn)行配置。
在本發(fā)明的燃料電池中，理想的是上述框體具有供給氧化劑氣體的開口部分，該開口部分設(shè)置在框體的至少具有單元部分的部分上。特別理想的是上述開口部分設(shè)置在框體的上表面、下表面和側(cè)面上。
理想的是還具有把將所發(fā)出的電力收集起來后的電力供給到外部的布線部分，該布線部分設(shè)置在沒有燃料罐部分的位置上。
理想的是上述燃料罐部分設(shè)置為可從框體上進(jìn)行裝卸。
理想的是上述燃料電池是固體高分子型小型燃料電池。
本申請(qǐng)的第2個(gè)發(fā)明，是為了一個(gè)一個(gè)地或集中地解決這樣的上述技術(shù)問題而發(fā)明的，是使燃料電池發(fā)各個(gè)構(gòu)成部分小型化，簡潔化，此外，還廢棄了不需要的控制驅(qū)動(dòng)裝置的發(fā)明，具體地說，目的在于提供不使用現(xiàn)有的隔離體，減少對(duì)燃料電池的氧化劑流路和燃料流路的個(gè)數(shù)，而且采用擴(kuò)寬燃料流路的辦法以效率良好地向燃料電池單元供給燃料，此外，還把多個(gè)燃料電池單元緊湊地收集起來的小型的燃料電池和使用該燃料電池的電氣設(shè)備。
就是說，本申請(qǐng)的第2發(fā)明，是一種燃料電池，具備在一面上具有燃料極且在另一面上具有氧化劑極的燃料電池單元A和在一面上具有氧化劑極且在另一面上具有燃料極的燃料電池單元B，其特征在于上述燃料電池單元A和上述燃料電池單元B被設(shè)置為使得該燃料電池單元A和B的燃料極彼此之間或氧化劑極彼此之間相向，且在上述燃料電池單元A和B的相向的燃料極彼此之間設(shè)置公共的燃料流路，或者在相向的氧化劑極彼此之間設(shè)置公共的氧化劑流路。
理想的是，上述燃料電池單元A和上述燃料電池單元B中的至少一方不少于2個(gè)，上述燃料電池單元A和上述燃料電池單元B被交互地設(shè)置為使得該燃料電池單元A和B的燃料極彼此間或氧化劑極彼此之間的至少一方相向的狀態(tài)，并且滿足在上述燃料電池單元A和B的相向的燃料極彼此之間設(shè)置公共的燃料流路或在相向的氧化劑極彼此之間設(shè)置公共的氧化劑流路中的至少一方。
理想的是上述燃料電池單元A和上述燃料電池單元B各自都由至少1個(gè)電池單元構(gòu)成，上述燃料電池單元A和上述燃料電池單元B是相同構(gòu)造的燃料電池單元，且使一方的燃料電池單元翻轉(zhuǎn)來將燃料電池單元交互地設(shè)置為燃料極彼此之間和氧化劑極彼此之間相向的狀態(tài)。
為了抑制由上述氧化劑流路的氧化劑和燃料流路的燃料的壓力差產(chǎn)生的燃料電池單元的變形，理想的是在氧化劑流路上設(shè)置支持構(gòu)件。
上述支持構(gòu)件理想的是由多孔質(zhì)材料構(gòu)成。
理想的是具有個(gè)別地取出由上述各個(gè)燃料電池單元所發(fā)出的電力且用不與燃料接連的部分加以收集的布線部分。
上述布線部分理想的是在燃料電池單元的外側(cè)，在對(duì)于該燃料電池單元的面垂直的方向上設(shè)置。
理想的是與上述布線部分接連起來地設(shè)置用來把燃料電池的電力取出到電池外部的電極。
本申請(qǐng)的第3個(gè)發(fā)明，是一種燃料電池，具備在一面上具有燃料極且在另一面上具有氧化劑極的多個(gè)燃料電池單元；在上述多個(gè)燃料電池單元之間與上述多個(gè)燃料電池的燃料極和氧化劑極中的每一個(gè)都接連起來設(shè)置的、取出上述多個(gè)燃料電池單元中每一個(gè)電池單元的電力的多個(gè)集電構(gòu)件；設(shè)置在上述多個(gè)集電構(gòu)件之間且使相鄰的集電電極彼此絕緣的絕緣性構(gòu)件，其特征在于上述多個(gè)燃料電池單元被設(shè)置為使得相鄰的燃料電池單元的燃料極彼此之間或氧化劑極彼此之間相向，在燃料極彼此之間相向的情況下，在相向的燃料極之間設(shè)置公共的燃料流路，在氧化劑極彼此之間相向的情況下，在相向的氧化劑極之間設(shè)置公共的氧化劑流路，上述多個(gè)燃料電池單元、上述多個(gè)集電電極和上述絕緣性構(gòu)件被疊層形成。
上述多個(gè)集電構(gòu)件的形狀，理想的是平板狀。
上述多個(gè)集電構(gòu)件，理想的是具有通氣性。
上述多個(gè)集電構(gòu)件，理想的是具有通氣孔。
理想的是上述多個(gè)集電構(gòu)件有A和B兩種，集電電極A是在其端部上具有的電力取出部分從該集電構(gòu)件的中央向一側(cè)偏離的集電電極，集電電極B是在其端部上具有的電極取出部分從該集電構(gòu)件的中央向與上述一側(cè)相反的另一側(cè)偏離的集電電極。
理想的是上述多個(gè)集電電極被設(shè)置為使得集電電極A與氧化劑極接連地設(shè)置而且集電電極B與燃料極接連地設(shè)置。
理想的是上述多個(gè)集電電極被設(shè)置為使得交互地設(shè)置集電電極A和B。
理想的是還具有使上述多個(gè)集電電極彼此電連的布線基板，通過使上述多個(gè)集電電極各自的電極取出部分與上述布線基板連接來彼此電連接上述多個(gè)燃料電池單元。
理想的是在上述絕緣構(gòu)件中，設(shè)置在氧化劑極之間的絕緣構(gòu)件是支持構(gòu)件，設(shè)置在燃料極之間的絕緣構(gòu)件是使燃料極室與外部隔離的隔斷壁。
本申請(qǐng)的第4個(gè)發(fā)明，是一種燃料電池，具備在一面上具有燃料極且在另一面上具有氧化劑極的多個(gè)燃料電池單元；從燃料電池單元的一端伸出且與上述氧化劑極接連的導(dǎo)電性的支持構(gòu)件；在燃料電池單元之間，被設(shè)置為從燃料電池單元的一端伸出來的導(dǎo)電性的隔斷壁，該隔斷壁被設(shè)置為與上述燃料極相接且使燃料極室與其外部進(jìn)行隔離，其特征在于上述多個(gè)燃料電池單元被設(shè)置為使得相鄰的燃料電池單元的燃料極彼此之間或氧化劑極彼此之間相向，在燃料極彼此之間相向的情況下，在相向的燃料極之間設(shè)置公共的燃料流路，在氧化劑極彼此之間相向的情況下，在相向的氧化劑極之間設(shè)置公共的氧化劑流路，上述多個(gè)燃料電池單元、上述支持構(gòu)件和上述隔斷壁被疊層形成，在上述多個(gè)燃料電池單元的每一個(gè)電池單元中所產(chǎn)生的電力，都通過上述支持構(gòu)件和上述隔斷壁取出。
理想的是還具有其它支持構(gòu)件，上述其它支持構(gòu)件被設(shè)置成接連于上述多個(gè)燃料電池單元之間。
上述其它支持構(gòu)件，理想的是具有導(dǎo)電性。
本申請(qǐng)的第5個(gè)發(fā)明，是一種燃料電池，具備在一面上具有燃料極且在另一面上具有氧化劑極的多個(gè)燃料電池單元；被設(shè)置為從燃料電池單元的一端伸出來且夾著導(dǎo)電構(gòu)件地設(shè)置在上述氧化劑極上的絕緣性的支持構(gòu)件，在燃料電池單元之間，被設(shè)置為從燃料電池單元的一端伸出來且夾著導(dǎo)電構(gòu)件設(shè)置在上述燃料極上的、使燃料極室與其外部隔離的絕緣性的隔斷壁，其特征在于上述多個(gè)燃料電池單元被設(shè)置為使得相鄰的燃料電池單元的燃料極彼此之間或氧化劑極彼此之間相向，在燃料極彼此之間相向的情況下，在相向的燃料極之間設(shè)置公共的燃料流路，在氧化劑極彼此之間相向的情況下，在相向的氧化劑極之間設(shè)置公共的氧化劑流路，上述多個(gè)燃料電池單元、上述多個(gè)支持構(gòu)件和上述隔斷壁被疊層形成，相鄰的燃料電池借助于支持構(gòu)件和隔斷壁彼此進(jìn)行電絕緣，上述導(dǎo)電構(gòu)件被設(shè)置為從燃料電池單元的一端伸出來，在上述多個(gè)燃料電池單元的每一個(gè)電池單元中所產(chǎn)生的電力，都通過上述導(dǎo)電構(gòu)件取出。
理想的是上述其它支持構(gòu)件具有絕緣性。
理想的是還具有阻礙水的流通的水隔斷構(gòu)件，上述水隔斷構(gòu)件設(shè)置在氧化劑極之間，抑制在氧化劑極中產(chǎn)生的水與相向的氧化劑極的兩方接連。
理想的是上述燃料電池是固體高分子型燃料電池。
此外，本申請(qǐng)的另一發(fā)明，是使用上述第1或第2發(fā)明的燃料電池構(gòu)成的電氣設(shè)備。
如上所述，倘采用本發(fā)明的第1發(fā)明，由于已特定了構(gòu)成燃料電池的各個(gè)部分的配置關(guān)系，故可以提供可以裝載到可以攜帶使用的小型的電氣設(shè)備上，而且小型化且大容量、高功率的燃料電池。此外，還可以提供可以僅僅交換燃料罐盒的燃料電池。
如上所述，倘采用本發(fā)明的第2發(fā)明，由于使得燃料極彼此間和氧化劑極彼此間相向那樣地把各個(gè)燃料電池單元疊層起來，在燃料電池單元間設(shè)置公共的燃料流路和氧化劑流路，故還可以提供可以采用擴(kuò)展燃料流路的辦法效率良好地向燃料電池單元供給燃料，此外，把多個(gè)燃料電池單元緊湊地匯集起來的燃料電池。
此外，通過使用本發(fā)明的燃料電池，可以提供數(shù)字照相機(jī)、數(shù)字視頻攝像機(jī)、小型的投影儀、小型打印機(jī)、筆記本電腦等的可攜帶的小型電氣設(shè)備。
另外，本發(fā)明的其它的特征和效果，將在后邊采用參看附圖的辦法詳細(xì)地說明。


圖1的斜視圖示出了本發(fā)明的燃料電池的一個(gè)例子。
圖2A是圖1的燃料電池的平面圖。
圖2B是圖1的燃料電池的局部剖面平面圖。
圖3A是本申請(qǐng)的第1個(gè)發(fā)明的燃料電池的正視圖。
圖3B是本申請(qǐng)的第1個(gè)發(fā)明的燃料電池的局部剖面平面圖。
圖4是圖1的燃料電池的左側(cè)視圖。
圖5的概要圖示出了本申請(qǐng)的第1個(gè)發(fā)明的燃料電池的系統(tǒng)。
圖6A的概略圖示出了本申請(qǐng)的第1個(gè)發(fā)明的燃料電池的單元部分和燃料罐部分和開口部分的配置的關(guān)系。
圖6B的概略圖示出了本申請(qǐng)的第1個(gè)發(fā)明的燃料電池的單元部分和燃料罐部分和開口部分的配置的關(guān)系。
圖7的概略圖示出了燃料罐的概要。
圖8的概略斜視圖示出了裝載本發(fā)明的燃料電池的數(shù)字照相機(jī)。
圖9A是本申請(qǐng)的第2個(gè)發(fā)明的燃料電池的正視圖。
圖9B是第2個(gè)發(fā)明的燃料電池的局部剖面正視圖。
圖10的概要圖示出了本申請(qǐng)的第2個(gè)發(fā)明的燃料電池的單元部分的構(gòu)成。
圖11的概要圖示出了本申請(qǐng)的第2個(gè)發(fā)明的燃料電池的系統(tǒng)。
圖12的概略剖面圖示出了一般的燃料電池。
圖13A是用來說明借助于設(shè)置在單元間的集電構(gòu)件取出電力的形態(tài)的斜視圖。
圖13B是把單元和集電構(gòu)件疊層起來后的狀態(tài)的斜視圖。
圖14A是集電構(gòu)件的平面圖。
圖14B是其電力取出部分從中心偏離開來的集電構(gòu)件的平面圖。
圖15是在并聯(lián)連接多個(gè)單元的情況下的把單元與集電構(gòu)件疊層起來的狀態(tài)的斜視圖。
圖16A是用來說明把單元和集電構(gòu)件的疊層體連接到布線基板上的狀態(tài)的說明圖。
圖16B示出了集電構(gòu)件與布線基板之間的連接構(gòu)造。
圖16C的正視圖示出了布線基板。
圖17是串聯(lián)連接多個(gè)單元的情況下的把單元和集電構(gòu)件疊層起來后的狀態(tài)的斜視圖。
圖18A示出了集電構(gòu)件與布線基板之間的連接構(gòu)造。
圖18B的正視圖示出了布線基板。
圖19A是2個(gè)單元與支持它們的支持構(gòu)件的斜視圖。
圖19B是圖19A的平面圖。
圖19C是圖19B的19C-19C處的剖面圖。
圖20A是2個(gè)單元和支持它們的多孔質(zhì)的支持構(gòu)件的平面圖。
圖20B是圖20A的20B-20B處的剖面圖。
圖21A是2個(gè)單元和支持它們的多孔質(zhì)的支持構(gòu)件的平面圖。
圖21B是圖21A的21B-21B處的剖面圖。
圖22A是2個(gè)單元和支持它們的具有通氣孔的支持構(gòu)件的平面圖。
圖22B是圖22A的22B-22B處的剖面圖。
圖23A是2個(gè)單元和支持它們的具有通氣孔的支持構(gòu)件的平面圖。
圖23B是圖23A的23B-23B處的剖面圖。
圖24A是2個(gè)單元和支持它們的球形的支持構(gòu)件的平面圖。
圖24B是圖24A的24B-24B處的剖面圖。
圖25的斜視圖示出了薄型柔性燃料電池。
圖26是用來說明在并聯(lián)連接2個(gè)單元的情況下的、單元與布線基板與燃料極室的隔斷壁之間的位置關(guān)系的說明圖。
圖27是用來說明單元和具有向布線基板進(jìn)行布線的布線功能的導(dǎo)電性的燃料極室隔斷壁之間的位置關(guān)系的說明圖(并聯(lián)連接的情況下)。
圖28A是燃料極室隔斷壁(或位于氧化劑極室的端部上的支持構(gòu)件)的斜視圖。
圖28B是圖28A的平面圖。
圖29是用來說明目的為把2個(gè)單元并聯(lián)連接起來的布線基板及其布線圖形的說明圖。
圖30是與布線基板之間的連接部分已從中央偏離開來的燃料極室隔斷壁(或位于氧化劑極室的端部上的支持構(gòu)件)的斜視圖。
圖31是用來說明在使用圖30的隔斷壁的情況下的布線基板及其布線圖形的說明圖(把2個(gè)單元并聯(lián)連接起來的圖形)。
圖32是用來說明把4個(gè)單元連接起來的情況下的、單元與布線基板與燃料極室隔斷壁之間的位置關(guān)系的說明圖。
圖33是用來說明把4個(gè)單元連接起來的布線基板及其布線圖形的說明圖。
圖34是用來說明把4個(gè)單元連接起來的布線基板和另一種布線圖形的說明圖。
圖35是用來說明單元和絕緣性的燃料極隔斷壁與導(dǎo)電板之間的位置關(guān)系的說明圖。
圖36是用來說明把2個(gè)單元串聯(lián)連接起來的情況下的、單元與布線基板與燃料極室隔斷壁之間的位置關(guān)系的說明圖。
圖37是用來說明把2個(gè)單元串聯(lián)連接起來的情況下的布線基板及其布線圖形的說明圖。
圖38是用來說明把4個(gè)單元串聯(lián)連接起來的情況下的、單元與布線基板與燃料極室隔斷壁之間的位置關(guān)系的說明圖。
圖39是用來說明把4個(gè)單元串聯(lián)連接起來的情況下的布線基板及其布線圖形的說明圖。
圖40是用來說明單元與導(dǎo)電性的燃料極室隔斷壁與絕緣板與導(dǎo)電板之間的位置關(guān)系的說明圖。
圖41是在2個(gè)單元間具有水隔斷構(gòu)件的單元部分的構(gòu)成圖。
圖42是在支持構(gòu)件中具有水隔斷構(gòu)件的單元部分的構(gòu)成圖。
圖43是在支持構(gòu)件中具有水隔斷構(gòu)件的單元部分的構(gòu)成圖。
具體實(shí)施例方式
以下，借助于實(shí)施形態(tài)詳細(xì)地說明本發(fā)明。
(實(shí)施形態(tài)1)根據(jù)本發(fā)明的第1個(gè)發(fā)明的本實(shí)施形態(tài)的燃料電池，是裝載于數(shù)字照相機(jī)或數(shù)字視頻攝像機(jī)、打印機(jī)等的可攜帶的小型電氣設(shè)備中使用的燃料電池，在薄型且實(shí)質(zhì)上長方體形狀的框體內(nèi)，具備由1個(gè)或1個(gè)以上的燃料電池單元構(gòu)成的單元部分，貯存供往該單元部分的燃料的燃料罐部分，向該單元部分內(nèi)供給該燃料罐部分的燃料的燃料供給部分以及向該單元部分供給氧化劑氣體的開口部分，其特征在于在框體的相向的2個(gè)面間在一個(gè)方向上配置上述燃料罐部分、燃料供給部分和單元部分。
就是說，本實(shí)施形態(tài)的燃料電池，其特征在于采用在薄型且實(shí)質(zhì)上長方體形狀的框體內(nèi)在一個(gè)方向上配置燃料罐部分、燃料供給部分和單元部分的辦法，消除不需要的空間并收容在框體內(nèi)，以便得到大容量和高功率。
在本實(shí)施形態(tài)的燃料電池中，為了對(duì)小型電氣設(shè)備的驅(qū)動(dòng)供給充分的電力，把供往燃料罐的燃料定為氫，此外，為了把燃料高密度地貯存到燃料罐內(nèi)，例如，理想的是使用碳材料。碳材料可以使用碳納米管、石墨納米纖維、碳納米錐等。在該情況下，由于燃料罐的壓力將變成為幾十個(gè)氣壓，故為了確保安全性，燃料罐的壁厚就必須變成為1到2mm。在要制作薄型的燃料電池的情況下，如果不能充分地得到燃料罐深度就不能充分地確保燃料罐的容積。于是，可以采用在框體內(nèi)沿著例如框體的上表面和下表面在平面上看在一個(gè)方向上串聯(lián)地配置單元部分和燃料供給部分和燃料罐部分的辦法，來確保燃料罐的深度。
此外，為了從燃料電池得到充分的功率，就必須確保單元部分的燃料電池單元的表面面積。此外，在本發(fā)明的燃料電池中作為氧化劑雖然從通氣孔的開口部分取入外氣，但是，為了效率良好地進(jìn)行發(fā)電，就必須向燃料電池單元供給充分的外氣。在本發(fā)明中，為了確保充分的燃料電池單元的面積，而且，為了進(jìn)行效率良好的氧化劑的供給，理想的是把燃料電池單元配置為使得與框體的上表面和下表面平行，至少在框體的上表面和下表面上具備用來取入外氣的開口部分，此外，如果有必要，在框體的側(cè)面上也要具備開口部分。
此外，其特征還在于在從單元部分看時(shí)在燃料罐部分一側(cè)沒有用來向外部供給電力的電極，以便易于取出所發(fā)出的電。
此外，在本實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成中，也可以作成為使燃料罐可以從燃料電池上自由裝卸的構(gòu)成。
以下，雖然要借助于小型燃料電池的實(shí)施例更為詳細(xì)地對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，但是，本發(fā)明并不限定于小型燃料電池。
實(shí)施例1
以下根據(jù)附圖具體地對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行說明。
圖1的斜視圖示出了本發(fā)明的燃料電池的一個(gè)例子。圖2A是圖1的燃料電池的平面圖。圖2B是圖1的燃料電池的局部剖面平面圖。圖3A是圖1的燃料電池的正視圖。圖3B是圖1的燃料電池的局部剖面平面圖。圖4是圖1的燃料電池的左側(cè)視圖。圖5的概要圖示出了本發(fā)明的燃料電池的系統(tǒng)。另外，圖2A、3A示出的是從透明框體的外側(cè)看的情況下所看見的內(nèi)部的狀態(tài)。倘給出圖1所示的本發(fā)明的燃料電池的外尺寸的一個(gè)例子，則是縱(a)30mm×橫(b)50mm×高(c)10mm，與通常在小型數(shù)字照相機(jī)中使用的鋰離子電池的大小大體上相同。
圖8的概略斜視圖示出了裝載本發(fā)明的燃料電池的數(shù)字照相機(jī)。如圖8所示，作為本發(fā)明的小型電氣設(shè)備之一的數(shù)字照相機(jī)91，由于是小型且已一體化，故小型的燃料電池92已變成為易于組裝進(jìn)移動(dòng)設(shè)備的數(shù)字照相機(jī)中去的形狀。燃料電池的薄型長方體形狀，與具有厚度的長方形或圓筒形的形狀比，易于組裝進(jìn)小型電氣設(shè)備中去。
本發(fā)明，為了使燃料電池小型化而且實(shí)現(xiàn)大容量和高功率，作為其手段，要使得在小型的框體的收容容積中，目的為得到充分的電池容量的燃料罐容積，和目的為得到充分的功率的燃料電池單元面積，和用來效率良好地向燃料電池供給氧化劑的通氣孔的個(gè)數(shù)變成為最大，同時(shí)，還要使框體內(nèi)的燃料罐部分、燃料供給部分和單元部分的位置關(guān)系變成為最佳。
在圖1中，本發(fā)明的燃料電池，是可以裝載于數(shù)字照相機(jī)、數(shù)字視頻攝像機(jī)、小型投影儀、小型打印機(jī)、筆記本電腦等的可攜帶的小型電氣設(shè)備中使用的燃料電池，在薄型且實(shí)質(zhì)上長方體形狀的框體2內(nèi)，具備由4個(gè)燃料電池單元14構(gòu)成的電池單元部分1，貯存供往該單元部分1的燃料的燃料罐部分3，用來向單元部分1內(nèi)供給該燃料罐部分3的燃料的燃料供給部分4，用來向該單元部分供給氧化劑氣體的開口部分7，把借助于單元部分1發(fā)電的電力收集起來暫時(shí)性地貯存總是向外部供給穩(wěn)定的電力的布線部分5，按照下述的順序，在框體的相向的2個(gè)短的側(cè)面83a、83b間在一個(gè)方向上配置上述燃料罐部分3、燃料供給部分4和單元部分1。
本發(fā)明的燃料電池，由于作為氧化劑氣體從外氣取入在反應(yīng)中使用的氧氣，故在框體2的上表面82，下表面81和長的側(cè)面84a、84b上具有作為用來取入外氣的通氣孔的開口部分7。此外，該開口部分7還具有使所產(chǎn)生的水變成為水蒸氣逃逸，或使反應(yīng)所產(chǎn)生的熱向外逃逸的作用。此外，在框體2的一方的短的側(cè)面上，則設(shè)置布線部分5，在該布線部分5上設(shè)置用來取出電的電極53。
另一方面，框體2的內(nèi)部，則由燃料極13和高分子電解質(zhì)膜12和氧化劑極11和由觸媒構(gòu)成的一個(gè)或一個(gè)以上的燃料電池單元14(參看圖5)構(gòu)成的單元部分1，貯存燃料的燃料罐部分3，使來自燃料罐的燃料減壓，一直導(dǎo)入到各個(gè)單元的反應(yīng)極為止的燃料供給部分4，把在各個(gè)燃料電池單元14中所發(fā)的電收集起來的布線部分5構(gòu)成。
圖5的概要圖示出了本發(fā)明的的燃料電池的系統(tǒng)。在同圖中，已收容在燃料罐部分內(nèi)的燃料，從燃料罐部分3通過燃料供給部分4被供往單元部分1的燃料電池單元14的燃料極13，氧化劑氣體使用空氣，外氣通過作為通氣孔的開口部分被供往燃料電池單元14的氧化劑極11。單元部分1由一個(gè)或一個(gè)以上的燃料電池單元14構(gòu)成，燃料電池單元14則由燃料極13和高分子電解質(zhì)膜12和氧化劑極11和觸媒構(gòu)成。并被構(gòu)成為使得借助于來自燃料罐部分3的燃料和來自外氣的氧化劑氣體的供給在各個(gè)燃料電池單元14中所發(fā)電的電力，在布線部分5中暫時(shí)地貯存，然后從電極53向外部供給總是穩(wěn)定的發(fā)電電力。
圖6A和6B的概略圖示出了本發(fā)明的燃料電池的單元部分和燃料罐部分和開口部分的配置的關(guān)系。
圖6A示出了與圖1同樣的配置，在框體2的短的側(cè)面83a、83b間，在一個(gè)方向上配置單元部分1和燃料供給部分4和燃料罐部分3，而且，燃料罐部分3存在于燃料電池單元14的側(cè)面上。此外，具有開口部分7的框體2的上表面82、下表面81，處于對(duì)燃料電池單元面相向的位置上。
圖6B的構(gòu)成為把開口部分7配置在燃料電池的框體2的表面面積最大的面上，把單元部分1的燃料電池單元14配置在與具有開口部分7的面相向的位置上，把燃料罐部分3配置在單元部分1的內(nèi)側(cè)。按照單元部分1、燃料供給部分4、燃料罐部分3、燃料供給部分4和單元部分1的順序把它們配置在框體2的上表面82和下表面81之間。
在圖6B中，雖然把燃料電池單元14配置在了燃料供給部分3的兩側(cè)(框體的上表面一側(cè)和下表面一側(cè))，但是，在有的情況下也把燃料電池單元14僅僅配置在框體2的上表面一側(cè)，或僅僅配置在框體2的下表面一側(cè)。
在燃料電池是薄型的情況下，為了把燃料罐容積形成得大，圖5A的方式是有效的。另一方面，為了效率更高地從開口部分取入氧化劑，并供往氧化劑極，圖6B的方式是有效的。
本發(fā)明的燃料電池單元，電動(dòng)勢為0.8V、電流密度為300mA/cm2，單位單元的大小為1.2cm×2cm。采用把8決該燃料電池單元串聯(lián)連接起來的辦法，電池整體的功率在6.4V，720mA的情況下為4.6W。
以下，詳細(xì)地對(duì)本發(fā)明的燃料電池的各個(gè)部位進(jìn)行說明。
首先，對(duì)燃料罐部分3進(jìn)行說明。圖7的概略圖示出了燃料罐的概要。本發(fā)明的燃料電池把氫用做燃料。在燃料罐31的內(nèi)部已填充上例如碳納米管、石墨納米纖維、碳納米錐等可以吸藏氫的碳材料36。這些碳材料36在4MPa的壓力下，可以吸藏10wt％左右的氫。由于氫吸藏后的燃料罐的內(nèi)壓將變成為4MPa左右那樣的高壓，故燃料罐31理想的是使用不銹鋼或鎂合金、鈦等強(qiáng)度高的材料。例如，在30mm見方左右的燃料罐的情況下，若把安全系數(shù)定為5，則在材料為不銹鋼的情況下壁厚就必須大于等于約2mm，在鈦的情況下則需要大于等于約1mm?？紤]到燃料電池單元或燃料流路的體積后，燃料罐的外尺寸理想的是2.5cm×3cm×1cm。外壁使用鈦，把燃料罐壁厚作成為1mm。這時(shí)，燃料罐的重量將變成為大約10g左右，此外，燃料罐的體積則變成為5.2cm3。這是在把不銹鋼用做燃料罐的外壁的情況下的大約1/3的重量，1.5倍的容積。已貯存在燃料罐內(nèi)的能量為大約7.0[W·hr]，是現(xiàn)有的鋰離子電池的大約2.5倍。
此外，還可以用與移動(dòng)設(shè)備一體型制作燃料電池。此外，還可以作成為使得可以從單元部分上把燃料罐拿下來，以便在燃料的交換時(shí)僅僅交換燃料罐。使用者還可以每次一個(gè)燃料電池地進(jìn)行交換，僅僅取出要進(jìn)行燃料的換灌的燃料電池。對(duì)于觸媒等的消耗或高分子電解質(zhì)膜的劣化，還可以僅僅交換除去燃料罐之外的電池部分。
在燃料罐31上具有燃料放出口34，在作成為可以從燃料電池中拿出燃料罐的構(gòu)造的情況下，當(dāng)把燃料罐安裝到燃料電池內(nèi)時(shí)，就可以從燃料放出口34向單元部分1供給氫。在該情況下，要作成為這樣的構(gòu)造在燃料放出口34上安裝上放出閥門35，僅僅在已把燃料罐31安裝到燃料電池上時(shí)，才打開閥門，使得在拿出燃料罐時(shí)燃料不會(huì)向外邊漏出來。也可以用1個(gè)口兼用做燃料注入口32和燃料放出口34。
其次，對(duì)燃料供給部分4進(jìn)行說明。用做燃料的氫，可從燃料罐向燃料極13的電極上導(dǎo)入。另一方面，含有氧的外氣則要通過開口部分7向氧化劑極11的電極上導(dǎo)入。在可用于現(xiàn)有的汽車用等的燃料電池系統(tǒng)中，在開口部分與單元之間必須設(shè)置風(fēng)扇。但是，在本發(fā)明的小型的燃料電池中，使單元的氧化劑極電極11對(duì)于開口部分7平行且充分靠近(1cm以內(nèi))，此外，對(duì)于氧化劑極的面與燃料電池的框體不相向的單元來說，采用在垂直的方向上也設(shè)置開口部分的辦法，就可以效率良好地進(jìn)行通氣。
框體2使用小型、薄型且實(shí)質(zhì)上長方體形狀的框體，在長方體的一部分上也可以具有變形或凸部、凹部。此外，高度為2到100mm的薄型的框體是理想的。此外，縱(a)為5到200mm，且縱(a)橫(b)＝1∶1到1∶20的框體是理想的。
以下，用實(shí)施形態(tài)詳細(xì)地說明本發(fā)明的第2個(gè)發(fā)明。
(實(shí)施形態(tài)2)根據(jù)本發(fā)明的第2個(gè)發(fā)明的本實(shí)施形態(tài)的燃料電池，是其構(gòu)成為交互地疊層設(shè)置由至少1個(gè)構(gòu)成的2種燃料電池單元A和燃料電池單元B的燃料電池，其特征在于燃料電池單元A，在一面上具有燃料極且在另一面上具有氧化劑極，燃料電池單元B與燃料電池單元A相反地在一面上具有氧化劑極且在另一面上具有燃料極，而且使得這些燃料電池單元A和B的燃料極和燃料極相向，氧化劑極與氧化劑極相向那樣地交互地疊層設(shè)置，在上述燃料電池單元A和B的相向的燃料極彼此間設(shè)置公共的燃料流路，此外，在相向的氧化劑極彼此間設(shè)置公共的氧化劑流路。
如上所述，本發(fā)明的燃料電池的堆疊(疊層)方式，由于要把燃料電池配置在燃料流路的兩面上，而使得燃料電池單元可以兼具現(xiàn)有的電池的隔離體的作用，故不再需要隔離體。倘采用該方式，由于可以加大燃料流路的深度，例如可以加大到現(xiàn)有的2倍，故可以效率非常好地向單元供給燃料。
此外，在使用與現(xiàn)有的燃料電池同樣深度的流路的情況下，若用本發(fā)明的燃料電池，則可以不要現(xiàn)有的電池的隔離體，此外，由于燃料電池單元A和B的相向的燃料極彼此間的燃料流路，和相向的氧化劑極彼此間的氧化劑流路變成為公用，故可以減少燃料流路和氧化劑流路的個(gè)數(shù)，可以減少單元部分的體積，可以使之變成為現(xiàn)有的燃料電池的大體上的一半。
此外，在本發(fā)明中，為了防止由氧化劑極一側(cè)的氧化劑和燃料極一側(cè)的燃料的壓力差產(chǎn)生的燃料的泄漏，理想的是把支持構(gòu)件用做氧化劑流路。本發(fā)明的燃料電池，由于與現(xiàn)有的堆疊方法不同，不使用隔離體，故必須另外收集在各個(gè)燃料電池單元中所發(fā)的電。在本發(fā)明中，用設(shè)置在單元部分的外側(cè)的布線部分收集從燃料電池單元的各電極取出來的電。倘采用該方法，就可以防止來自在立體布線方式中成為問題的布線路徑上燃料的流失。
實(shí)施例2以下，根據(jù)附圖用實(shí)施例具體地說明本發(fā)明。
圖1的斜視圖示出了本發(fā)明的燃料電池的一個(gè)例子。圖2A是圖1的燃料電池的平面圖。圖2B是圖1的燃料電池的局部剖面平面圖。圖9A是圖1的燃料電池的正視圖。圖9B是圖1的燃料電池的局部剖面正視圖。圖4是圖1的燃料電池的左側(cè)視圖。圖10的說明圖示出了本發(fā)明的燃料電池的單元部分的構(gòu)成。圖11的概要圖示出了本發(fā)明的燃料電池的系統(tǒng)。圖9A示出的是從透明框體2的外側(cè)看的情況下所看見的內(nèi)部的狀態(tài)。
倘給出圖1所示的本發(fā)明的燃料電池的外尺寸的一個(gè)例子，則是縱(a)30mm×橫(b)50mm×高(c)10mm，與通常在小型數(shù)字照相機(jī)中使用的鋰離子電池的大小大體上相同。
圖8的概略斜視圖示出了裝載本發(fā)明的燃料電池的數(shù)字照相機(jī)。如圖8所示，作為本發(fā)明的小型電氣設(shè)備之一的數(shù)字照相機(jī)91，由于是小型且已一體化，故小型的燃料電池92已變成為易于組裝進(jìn)移動(dòng)設(shè)備的數(shù)字照相機(jī)中去的形狀。
本發(fā)明，把各個(gè)燃料電池單元緊湊地收容于燃料電池內(nèi)，此外，為了展寬燃料流路以便效率良好地向燃料極供給燃料，要把各個(gè)燃料電池單元疊層為使得燃料極和氧化劑極交互地相向，在燃料電池單元的相向的燃料極間設(shè)置公共的燃料流路，在相向的氧化劑極間設(shè)置公共的氧化劑流路。
在圖1中，本發(fā)明的燃料電池，具備由2個(gè)燃料電池單元A和2個(gè)燃料電池單元B構(gòu)成的的電池單元部分1，貯存供往該單元部分1的燃料的燃料罐部分3，用來向單元部分1內(nèi)供給該燃料罐部分3的燃料的燃料供給部分4，用來向該單元部分供給氧化劑氣體的開口部分7，把借助于單元部分1發(fā)電的電力收集起來暫時(shí)性地貯存并總是向外部供給穩(wěn)定的電力的布線部分5。
本發(fā)明的燃料電池，由于作為氧化劑氣體從外氣取入在反應(yīng)中使用的氧氣，故在框體2的上表面82，下表面81和長的側(cè)面84a、84b上具有作為用來取入外氣的通氣孔的開口部分7。此外，該開口部分7還具有使所產(chǎn)生的水變成為水蒸氣逃逸，或使反應(yīng)所產(chǎn)生的熱向外逃逸的作用。此外，在框體2的一方的短的側(cè)面上，則設(shè)置布線部分5，在該布線部分5上設(shè)置用來取出電的電極53。
另一方面，框體2的內(nèi)部，則由燃料極13和高分子電解質(zhì)膜12和氧化劑極11和由觸媒構(gòu)成的燃料電池單元A和B(14A、14B)(參看圖11)構(gòu)成的單元部分1，貯存燃料的燃料罐部分3，使來自燃料罐的燃料減壓，一直導(dǎo)入到各個(gè)單元的反應(yīng)極為止的燃料供給部分4，把在各個(gè)燃料電池單元14A、14B中所發(fā)的電收集起來的布線部分5構(gòu)成。
其次，用圖9A、9B和圖10說明本發(fā)明的燃料電池。
在圖9A、9B和圖10中，本發(fā)明的燃料電池的構(gòu)成為把2種燃料電池單元A(14A)和燃料電池單元B(14B)交互地疊層設(shè)置?？刹捎萌缦碌霓k法構(gòu)成燃料電池單元A在下表面上具有燃料極13a且在上表面上具有氧化劑極11a，燃料電池單元B與燃料電池單元A相反，在下表面上具有氧化劑極11b且在上表面上具有燃料極13b，且要交互地疊層為使得燃料電池單元A的燃料極13a和燃料電池單元B的燃料極13b相向，另一方面，燃料電池單元A的氧化劑極11a和燃料電池單元B的氧化劑極13b相向，在上述燃料電池單元A和B的相向的燃料極13a和燃料極13b中間設(shè)置公共的燃料流路43，而在相向的氧化劑極11a和氧化劑極11b之間則設(shè)置公共的氧化劑流路44。
上述燃料電池單元A和燃料電池單元B也可以是同一構(gòu)造的燃料電池單元，采用使一方的燃料電池單元翻轉(zhuǎn)把燃料電池單元交互地設(shè)置為使得燃料極彼此間或氧化劑極彼此間相向。就是說，如果使燃料電池單元A翻轉(zhuǎn)，則燃料電池單元A的燃料極和氧化劑極就變成為燃料電池單元B的燃料極和氧化劑極的構(gòu)成。
此外，上述本發(fā)明的燃料電池，在使用多個(gè)燃料電池單元進(jìn)行發(fā)電的情況下，由于在燃料流路43的上下兩側(cè)都配置燃料電池單元，燃料電池單元兼具現(xiàn)有的燃料電池的隔離體的作用，故不需要現(xiàn)有的電池的隔離體。
此外，若使用本發(fā)明的燃料電池，由于燃料電池單元A和B的相向的燃料極彼此間的燃料流路，和相向的氧化劑極彼此間的氧化劑流路變成為公用，故可以減少燃料流路和氧化劑流路的個(gè)數(shù)，可以減少單元部分的體積，可以使之變成為現(xiàn)有的燃料電池的大體上的一半。此外，若使用公用的燃料流路43，由于可以加大燃料流路43的深度，可以變成為現(xiàn)有的燃料電池單元的燃料流路的2倍，故可以以非常好的效率向燃料極供給燃料。此外，在本實(shí)施例中，可以把燃料流路和中央的氧化劑流路的深度作成為大約2mm，可以效率良好地充分地供給燃料。此外，在使用與現(xiàn)有技術(shù)同樣的深度的流路的情況下，若用本發(fā)明的堆疊方式，則可以使單元部分的體積變成為一半。
此外，作為燃料，可以使用氫等的氣體燃料、化學(xué)氫化物、甲醇、二甲醚等的液體燃料，作為氧化劑可以使用氧、空氣等。
此外，為了防止由與上述燃料極接連的燃料和與氧化劑極接連的氧化劑的物質(zhì)的不同以及由氧化劑極一側(cè)的氧化劑與燃料極一側(cè)的燃料的壓力差產(chǎn)生的、來自高分子電解質(zhì)膜與燃料流路之間的邊界的燃料的泄漏，在氧化劑流路44的兩側(cè)設(shè)置有支持構(gòu)件46。由于支持構(gòu)件會(huì)抑制單元的變形，故因可以防止單元的破損而可以防止燃料的泄漏，此外，還可以防止單元彼此間的接觸。此外，為了使燃料更易于流動(dòng)，為了均一地支持高分子電解質(zhì)膜，支持構(gòu)件也可以夾持多孔質(zhì)的構(gòu)造體。此外，如果在多孔質(zhì)的構(gòu)造體上制作上流路，則可以進(jìn)一步效率良好地供給燃料。作為多孔質(zhì)材料，理想的是例如多孔質(zhì)碳、多孔質(zhì)硅等。
圖11的概要圖示出了圖1所示的本發(fā)明的燃料電池的系統(tǒng)。在同圖中，收容于燃料罐部分3內(nèi)的燃料，從燃料罐部分3通過燃料供給部分4被供往單元部分1的燃料電池單元A和B的燃料極13。氧化劑氣體使用空氣，外氣則通過作為通氣孔的通氣孔7供往燃料電池單元A和B的氧化劑極11。單元部分1由1個(gè)或1個(gè)以上的燃料電池單元A和B構(gòu)成，該燃料電池單元由燃料極13和高分子電解質(zhì)膜12和氧化劑極11和觸媒構(gòu)成。變成為這樣的構(gòu)成借助于來自燃料罐部分3的燃料和來自外氣的氧化劑氣體的供給在各個(gè)燃料電池單元所發(fā)電的電力，流過串聯(lián)布線后在布線部分5中暫時(shí)地貯存，從電極53總是向外部供給穩(wěn)定的發(fā)電電力。
其次，對(duì)布線部分進(jìn)行說明。由于燃料電池的單個(gè)單元的電動(dòng)勢最大也就是1V左右，故要想驅(qū)動(dòng)數(shù)字照相機(jī)等的便攜設(shè)備，就必須把多個(gè)單元串聯(lián)地連接起來，得到規(guī)定的電壓。在本發(fā)明的燃料電池中，由于用燃料室的相反一側(cè)的布線部分5的串聯(lián)布線51收集從各個(gè)電極取出來的電，故將不會(huì)損害燃料的密封性地取出電力。特別是由于把布線部分5配置在對(duì)于燃料電池單元垂直的位置上，故可以縮短布線距離，可以簡化布線。此外，由于與布線部分相鄰接地配置引往燃料電池供給電力的小型電氣設(shè)備的電極，故可以使布線進(jìn)一步簡化。
此外，在把氫用做燃料的燃料罐使用例如石墨納米纖維等的碳材料的情況下，貯存在燃料罐內(nèi)的能量約為7.0[W·hr]，是現(xiàn)有的鋰離子電池的大約2.5倍。此外，各個(gè)燃料電池單元的電動(dòng)勢是0.8V、電流密度是300mA/cm2，單位單元的大小為1.2cm×2cm。采用把8塊該燃料電池單元串聯(lián)連接起來的辦法，電池全體的功率在6.4V、720mA的情況下是4.6W。
在以下的實(shí)施形態(tài)中，詳細(xì)地對(duì)于來自燃料電池單元的電力的取出，取出后的電力的收集，由支持構(gòu)件形成的多個(gè)燃料電池單元的疊層體的強(qiáng)度維持進(jìn)行說明。
(實(shí)施形態(tài)3)對(duì)實(shí)施形態(tài)3進(jìn)行說明。實(shí)施形態(tài)3，其特征在于目的為取出來自相鄰的燃料電池單元的燃料極彼此間、氧化劑極彼此間相向的所謂的同極相向型的燃料電池單元的疊層方式中的各個(gè)燃料電池單元的電力的構(gòu)造，目的為收集所取出的電力的構(gòu)造。
圖13A是用來說明借助于設(shè)置在單元間的集電構(gòu)件取出電力的形態(tài)的斜視圖。圖13B是把單元和集電構(gòu)件疊層起來后的狀態(tài)的斜視圖。110是集電構(gòu)件，111是集電構(gòu)件110的電力取出部分(電力取出口)，112是集電構(gòu)件110的通氣孔，147a、147b是絕緣性構(gòu)件，147a是氧化劑極室的支持構(gòu)件，147b是燃料極室隔斷壁。集電構(gòu)件110要設(shè)置為與燃料電池單元14接連，收集在燃料電池單元中產(chǎn)生的電力。燃料電池單元的電力，從集電電極110的電極取出部分111取出。氧化劑極室的支持構(gòu)件147a或燃料極室隔斷壁147b，在燃料電池單元與燃料電池單元之間(分別在氧化劑極室、燃料極室上)被設(shè)置為使得相鄰的燃料電池單元彼此不接觸，相鄰的集電構(gòu)件110彼此不接觸。
圖14A是集電構(gòu)件110的平面圖。集電構(gòu)件110由具有導(dǎo)電性的材料構(gòu)成，被設(shè)置在氧化劑極、燃料極中的各自都不與高分子電解質(zhì)膜接連的一側(cè)。作為具有導(dǎo)電性的材料，可以舉出金屬、石墨之類的碳材料。理想地說，材料應(yīng)是不會(huì)被燃料污染或不會(huì)污染觸媒或電解質(zhì)膜的材料。作為這樣的理想的材料，例如可以舉出不銹鋼或石墨等。集電構(gòu)件要具有通氣性以便不會(huì)成為燃料或氧化劑的供給的障礙。為了得到通氣性，可以舉出這樣的做法或者使用多孔質(zhì)的構(gòu)件，或者設(shè)置通氣孔。集電構(gòu)件具有電力取出構(gòu)件111，采用從電力取出部分進(jìn)行布線的辦法，就可以收集所發(fā)電的電力，采用適宜進(jìn)行布線的辦法，就可以使多個(gè)燃料電池單元并聯(lián)連接或串聯(lián)連接。
(實(shí)施形態(tài)4)實(shí)施形態(tài)4是使用電力取出部分從中心偏離開來的集電構(gòu)件，形成該集電構(gòu)件和燃料電池單元和氧化劑極的支持構(gòu)件和燃料極室隔斷壁的疊層體的形態(tài)。
圖14B是其電力取出部分從中心偏離開來的集電構(gòu)件的平面圖。如果反過來使用，則可以使取出位置偏移，可以效率良好地進(jìn)行布線。如果不使用在圖14A中所說的在其中央附近具有電極取出部分111的集電電極，而代之以用電力取出部分已從中心偏離開來的集電構(gòu)件，使該集電構(gòu)件和燃料電池單元和支持構(gòu)件和隔斷壁進(jìn)行疊層，則結(jié)果就變成為圖15所示的那樣。
圖15是用來說明用圖14B所示的電力取出部分已從中心偏離開來的集電構(gòu)件，把多個(gè)單元并聯(lián)連接起來的情況下的把單元與集電構(gòu)件疊層起來的狀態(tài)的斜視圖。同一極性的集電構(gòu)件110，被疊層為使得這些電極取出部分111整齊排列在同一側(cè)。負(fù)極位于面朝紙面說右側(cè)，正極位于面朝紙面左側(cè)。由于同一極性的電極整齊排列在同一側(cè)，故容易區(qū)別電極的極性。
圖16A是用來說明把圖15所示的燃料電池單元和集電構(gòu)件的疊層體113連接到布線基板上的狀態(tài)的說明圖。布線構(gòu)件120，要使得對(duì)于單元14變成為垂直那樣地連接到疊層體113的電力取出部分111上。
圖16B示出了集電構(gòu)件與布線基板之間的連接構(gòu)造。122是被敷設(shè)到布線基板120上的布線，121是設(shè)置在布線基板120上的集電構(gòu)件的插入口。電力取出部分111被插入到布線基板120的插入口121內(nèi)，并借助于布線122把多個(gè)集電構(gòu)件彼此電連起來。
圖16C是布線基板的正視圖。采用如圖所示的那樣把插入口121電連起來的辦法，就可以把多個(gè)燃料電池單元并聯(lián)連接起來。所收集的電力，被導(dǎo)往正極53和負(fù)極53。各個(gè)燃料電池單元的電動(dòng)勢雖然小到0.8V左右，但是，采用用DC/DC轉(zhuǎn)換器等進(jìn)行變壓的辦法，就可以用對(duì)設(shè)備最佳的電壓供給電力。
(實(shí)施形態(tài)5)實(shí)施形態(tài)5是串聯(lián)連接各個(gè)燃料電池單元的形態(tài)。
圖17是串聯(lián)連接多個(gè)燃料電池單元的情況下的把燃料電池單元和集電構(gòu)件疊層起來后的狀態(tài)的斜視圖。集電構(gòu)件110如圖17所示的那樣使得表面和背面彼此不同那樣地彼此疊層起來。圖18A示出了集電構(gòu)件與布線基板之間的連接構(gòu)造。圖18B的正視圖示出了布線基板。采用把燃料電池單元和集電構(gòu)件之間的疊層體與具有圖18B所示那樣的布線圖形的布線基板121接觸的辦法，就可以把燃料電池單元串聯(lián)地電連起來。
另外，在集電構(gòu)件具有充分強(qiáng)度的情況下，具有防止高分子電解質(zhì)膜因燃料罐的壓力變化等而斷裂，或從接合部分上剝離下來的作用。
(實(shí)施形態(tài)6)對(duì)實(shí)施形態(tài)6進(jìn)行說明。實(shí)施形態(tài)6的目的為得到緊湊且強(qiáng)度高的燃料電池單元的疊層體而無須使用集電構(gòu)件的形態(tài)。
圖19A是2個(gè)燃料電池單元與支持它們的支持構(gòu)件的斜視圖。圖19B是圖19A的平面圖。圖19C是圖19B的19C-19C處的剖面圖。146是支持構(gòu)件，147a是設(shè)置在氧化劑極室的端部上的支持構(gòu)件，147b是燃料極室隔斷壁。如圖19A所示，燃料極室隔斷壁147b(或支持構(gòu)件147a)被2個(gè)燃料電池單元14挾持著，其它的支持構(gòu)件146則散點(diǎn)式地位于2個(gè)燃料電池單元14之間的中央附近，支持著燃料電池單元14。
為此，即便是在不具有集電構(gòu)件的情況下，支持構(gòu)件146也可以提高燃料電池單元的疊層體的強(qiáng)度。就如在圖19A到圖19C中所示出的那樣，采用散點(diǎn)式地配置多個(gè)塊狀的支持構(gòu)件146的辦法，就不會(huì)妨礙燃料(或氧化劑)在2個(gè)燃料電池單元14間的流通。
實(shí)施形態(tài)6的燃料電池單元的疊層體不具有集電構(gòu)件，故變薄了相應(yīng)于沒有該部分而減少的量。此外，由于支持構(gòu)件146推壓燃料電池單元14的表面，故可以防止因燃料等的壓力而產(chǎn)生的高分子電解質(zhì)膜的斷裂或剝離。
如上所述，采用在燃料電池單元間設(shè)置支持構(gòu)件而不使用平板狀的集電構(gòu)件的辦法，由于可以充分地確保燃料電池單元的疊層體的強(qiáng)度，故可以容易地制作圖25所示的那樣的薄型柔性燃料電池。
另外，作為燃料極室的隔斷壁，理想的是具有氣密性以使得燃料不會(huì)向外部泄漏。作為位于氧化劑極室的端部上的支持構(gòu)件146a，在要取入作為氧化劑的外氣的情況下，理想的是具有通氣性。
作為圖19A到圖19C所示的實(shí)施形態(tài)1的燃料電池單元的疊層體的變形例，可以舉出圖20A到圖24B。
圖20A是2個(gè)燃料電池單元和支持它們的多孔質(zhì)的支持構(gòu)件的平面圖。圖20B是圖20A的20B-20B處的剖面圖。作為支持構(gòu)件146可使用多孔質(zhì)材料。為此，不會(huì)妨礙燃料(或氧化劑)的流通。
圖21A是2個(gè)燃料電池單元和支持它們的多孔質(zhì)的支持構(gòu)件的平面圖。圖21B是圖21A的21B-21B處的剖面圖。支持構(gòu)件146，雖然比圖19A所示的支持構(gòu)件146大，但是由于作為材料可以使用多孔質(zhì)材料，故不會(huì)妨礙燃料(或氧化劑)的流通。
圖22A是2個(gè)燃料電池單元和支持它們的具有通氣孔的支持構(gòu)件的平面圖。圖22B是圖22A的22B-22B處的剖面圖。支持構(gòu)件146具有通氣孔150。由于燃料(或氧化劑)可通過該通氣孔150流通，故不會(huì)妨礙燃料(或氧化劑)的流通。
圖23A是2個(gè)燃料電池單元和支持它們的具有通氣孔的支持構(gòu)件的平面圖。圖23B是圖23A的23B-23B處的剖面圖。支持構(gòu)件146，雖然比圖19A所示的支持構(gòu)件146大，但是由于具有通氣孔150，故不會(huì)妨礙燃料(或氧化劑)的流通。
圖24A是2個(gè)燃料電池單元和支持它們的球形的支持構(gòu)件的平面圖。圖24B是圖24A的24B-24B處的剖面圖。支持構(gòu)件146的形狀也可以是球形。
(實(shí)施形態(tài)7)對(duì)實(shí)施形態(tài)7進(jìn)行說明。實(shí)施形態(tài)7是這樣的形態(tài)不設(shè)置用來像實(shí)施形態(tài)3的集電構(gòu)件那樣的進(jìn)行集電的構(gòu)件，而是兼有用來收集位于燃料電池單元間的氧化劑極室的端部處的支持構(gòu)件和燃料極室隔斷壁在燃料電池單元中產(chǎn)生的電力的作用的一種形態(tài)。
圖26是用來說明在并聯(lián)連接2個(gè)燃料電池單元的情況下，燃料電池單元14、布線基板120a、位于氧化劑極室的端部上的支持構(gòu)件147a以及燃料極室的隔斷壁147b之間的位置關(guān)系的說明圖。131是設(shè)置在布線構(gòu)件120a上的、要插入支持構(gòu)件147a或隔斷壁147b的插入口，143是燃料極室，144是氧化劑極室。在2個(gè)燃料電池單元14之間夾持有燃料極室的隔斷壁147b和支持構(gòu)件146。此外，在燃料電池單元14的另一方的面上設(shè)置有位于氧化劑極室的端部上的支持構(gòu)件147a和另外的支持構(gòu)件146。2個(gè)支持構(gòu)件147a和1個(gè)隔斷壁147b各自的端部，都從燃料電池單元間突出出來(從2個(gè)燃料電池單元所圍起來的空間伸出來)，分別被插入到布線基板120a的插入口131內(nèi)。
在實(shí)施形態(tài)7中，作為氧化劑極室的支持構(gòu)件147a和燃料極室的隔斷壁147b，可以使用導(dǎo)電性的支持構(gòu)件。通過這些支持構(gòu)件147a、隔斷壁147，就可以把在燃料電池單元14中產(chǎn)生的電力取出到布線構(gòu)件120a中。倘采用這樣的構(gòu)成，則位于氧化劑極室的端部上的支持構(gòu)件147a和燃料極室的隔斷壁147b，在阻止相鄰的燃料電池單元彼此間的接觸的同時(shí)，還可以兼具收集在燃料電池單元中產(chǎn)生的電力的作用。另外，為了防止燃料極室隔斷壁147b和氧化劑極室的端部的支持構(gòu)件147a之間的接觸，也可以在這些構(gòu)件之間設(shè)置絕緣膜。
圖27是用來說明燃料電池單元和具有向布線基板進(jìn)行布線的布線功能的導(dǎo)電性的燃料極室隔斷壁之間的位置關(guān)系的說明圖(并聯(lián)連接的情況下)。2個(gè)燃料電池單元14把燃料極室的隔斷壁147b夾持起來。隔斷壁147b的端部從2個(gè)燃料電池單元所圍起來的空間中伸了出來。2個(gè)燃料電池單元14的燃料極彼此間相向，在其間形成有燃料極室143。燃料在該燃料極室143內(nèi)流通，通過燃料電池單元14的氧化劑極參與發(fā)電。在燃料電池單元14中產(chǎn)生的電力可通過與燃料電池單元14的燃料面接觸的隔斷壁147b取出來。
圖28A是燃料極室隔斷壁147b(或位于氧化劑極室的端部上的支持構(gòu)件147a)的斜視圖。圖28B是圖28A的平面圖。隔斷壁的形狀是U形，如圖26、圖27所示，相當(dāng)于U形的底部的部分正好從燃料電池單元間伸出來。被U形的2條臂圍起來的區(qū)域是燃料電池單元的疊層體的、將成為燃料極室143(氧化劑極室144)的區(qū)域。
圖29是用來說明目的為把2個(gè)燃料電池單元并聯(lián)連接起來的布線基板121a及其布線圖形的說明圖。位于2個(gè)氧化劑極室的端部上的支持構(gòu)件147a和燃料極室的隔斷壁147b要分別插入到插入口131內(nèi)。最上邊的插入口和最下邊的插入口131用布線22電連起來。如圖26所示，采用把燃料電池單元的疊層體連接到布線基板121a上的辦法，就可以把2個(gè)燃料電池單元14并聯(lián)地電連起來。
(實(shí)施形態(tài)8)對(duì)實(shí)施形態(tài)8進(jìn)行說明。實(shí)施形態(tài)8在使用與布線基板之間的連接部分從中央偏離開來的隔斷壁這一點(diǎn)上與實(shí)施形態(tài)7不同。
圖30是與布線基板之間的連接部分從中央偏離開來的燃料極室隔斷壁147b(或位于氧化劑極室的端部上的支持構(gòu)件147a)的斜視圖。該隔斷壁的形狀，是宛如把英文字母y前后顛倒過來那樣的形狀。采用2個(gè)氧化劑極的支持構(gòu)件147a和1個(gè)燃料極隔斷壁147b的方向前后顛倒過來的辦法，就可以把正極的連接部分和負(fù)極的連接部分的位置向左右分開。
圖31是用來說明在使用圖30的隔斷壁的情況下的布線基板120a及其布線圖形的說明圖(該布線圖形是把2個(gè)燃料電池單元并聯(lián)連接起來的圖形)。面朝紙面說右側(cè)的2個(gè)插入口借助于布線122電連起來。由于要插入到該2個(gè)插入口內(nèi)的2個(gè)支持構(gòu)件147a是同一極性，故可以把2個(gè)燃料電池單元并聯(lián)連接起來。另外，在該例子中，向面朝紙面說右側(cè)的2個(gè)插入口131內(nèi)插入正極的支持構(gòu)件147a，向左側(cè)的插入口131內(nèi)插入負(fù)極的隔斷壁147b。由于要把具有同一極性的隔斷壁排列在同一側(cè)，故極性的區(qū)別是容易的，布線122的圖形也是簡易的。
另外，即便是各個(gè)燃料電池單元的電動(dòng)勢是0.8V左右的大小，采用用DC/DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行變壓的辦法，也可以用對(duì)設(shè)備最佳的電壓向燃料電池的外部輸出。
實(shí)施形態(tài)8，雖然是燃料電池單元的個(gè)數(shù)為2個(gè)的情況，但是對(duì)于單元的個(gè)數(shù)為4個(gè)的情況，也可以應(yīng)用同樣的構(gòu)成。就是說，就如在圖30和圖31所畫出的那樣。
圖32是用來說明把4個(gè)燃料電池單元連接起來的情況下的、燃料電池單元與布線基板與位于氧化劑極的端部的支持構(gòu)件與燃料極室隔斷壁之間的位置關(guān)系的說明圖。4個(gè)燃料電池單元14和3個(gè)支持構(gòu)件147a和隔斷壁147b交互地配置。
圖33是用來說明把4個(gè)燃料電池單元連接起來的布線基板及其布線圖形的說明圖。如果把圖28B所示的U形的構(gòu)件用做支持構(gòu)件147a、隔斷壁147b，則與3個(gè)支持構(gòu)件147a的端部和2個(gè)隔斷壁147b的端部(U形構(gòu)件的底的部分)對(duì)應(yīng)的布線基板120b的插入口131的位置，如圖34所示，將變成為一列。
圖34是用來說明把4個(gè)燃料電池單元連接起來的布線基板和另外的布線圖形的說明圖。從上邊開始數(shù)第1、3、5個(gè)的插入口131用布線122電連起來，另一方面，從上邊開始數(shù)第2、4個(gè)插入口131也用布線122電連起來。倘采用這樣的構(gòu)成，就可以容易地把5個(gè)燃料電池單元14并聯(lián)連接起來。
若不使用圖28B所示的隔斷壁147b(或支持構(gòu)件147a)而代之以使用圖30所示的反y形的隔斷壁，則對(duì)于與支持構(gòu)件147a的端部和隔斷壁147b的端部(y形的腳的部分)對(duì)應(yīng)的布線基板120c的插入口131的位置來說，如圖34所示，就可以在面朝紙面說右側(cè)和左側(cè)上分別分配同一極性的插入口。在本例中，面朝紙面說右側(cè)的插入口是負(fù)極，左側(cè)的插入口是正極。
(實(shí)施形態(tài)9)對(duì)實(shí)施形態(tài)9進(jìn)行說明。實(shí)施形態(tài)9，在各個(gè)燃料電池單元串聯(lián)連接而不是并聯(lián)連接這一點(diǎn)上，與實(shí)施形態(tài)8不同。
圖35是用來說明燃料電池單元和絕緣性的燃料極隔斷壁與導(dǎo)電構(gòu)件之間的位置關(guān)系的說明圖。
圖36是用來說明把2個(gè)單元串聯(lián)連接起來的情況下的、燃料電池單元與布線基板與燃料極室隔斷壁之間的位置關(guān)系的說明圖。在實(shí)施形態(tài)9中，為了使把燃料極室隔斷壁147b夾在中間彼此相向的2個(gè)燃料電池單元14彼此絕緣，隔斷壁147b是絕緣性的。為了取出在燃料電池單元14中產(chǎn)生的電力，在燃料電池單元14和隔斷壁147b之間設(shè)置有導(dǎo)電構(gòu)件160。電力可以通過該導(dǎo)電構(gòu)件160取出。在這里，即便是位于氧化劑極室的端部上的支持構(gòu)件147a，也使用絕緣性的支持構(gòu)件。
圖37是用來說明把2個(gè)單元串聯(lián)連接起來的情況下的布線基板及其布線圖形的說明圖。132是導(dǎo)電性構(gòu)件的插入口。如果用圖36所示的絕緣性的隔斷壁47b和支持構(gòu)件147a構(gòu)成單元的疊層體，并把這些連接到布線基板120d上，則變成為圖37所示的那樣。上側(cè)的燃料電池單元14和下側(cè)的燃料電池單元14已絕緣，可從各個(gè)燃料電池單元14的燃料極和氧化劑極通過接連到這些中的每一個(gè)上的導(dǎo)電性構(gòu)件160取出電力。由于各個(gè)燃料電池單元的燃料極彼此間已絕緣，故可以借助于布線122把一方的燃料電池單元14的正極和另一方的燃料電池單元的負(fù)極連接起來。為此，就可以串聯(lián)連接2個(gè)燃料電池單元14。
此外，雖然說明的是燃料電池單元的個(gè)數(shù)為2的情況，但是，在燃料電池單元的個(gè)數(shù)為4的情況下，也可以應(yīng)用同樣的想法。就是說。就像圖38、圖39所說明的那樣。
圖38是用來說明把4個(gè)燃料電池單元串聯(lián)連接起來的情況下的、燃料電池單元120e與支持構(gòu)件147a與燃料極室隔斷壁146a之間的位置關(guān)系的說明圖。4個(gè)燃料電池單元14和3個(gè)絕緣性的支持構(gòu)件147a的2個(gè)隔斷壁147b交互地疊層起來。在各個(gè)燃料電池單元14與支持構(gòu)件147a或隔斷壁147b之間設(shè)置有導(dǎo)電性構(gòu)件160。支持構(gòu)件和隔斷壁已分別插入到布線基板120e的插入口131內(nèi)。
圖39是用來說明把4個(gè)單元串聯(lián)連接起來的情況下的布線基板及其布線圖形的說明圖。與圖38所示的單元的疊層體的3個(gè)支持構(gòu)件147a和2個(gè)隔斷壁147b相對(duì)應(yīng)地設(shè)置有插入口131和導(dǎo)電性構(gòu)件132。由于相鄰的燃料電池單元14的相向的電極已彼此絕緣，故如圖39所示，采用把1個(gè)燃料電池單元的正極和與之相鄰的另一燃料電池單元的負(fù)極連接起來的辦法，就可以串聯(lián)連接5個(gè)燃料電池單元14。
另外，即便是支持構(gòu)件147a和隔斷壁147b是導(dǎo)電性而不是絕緣性的情況下，只要作成為圖40所示的那樣的構(gòu)成，就可以使相鄰的燃料電池單元彼此間絕緣。圖40是用來說明燃料電池單元與位于導(dǎo)電性的燃料極室的端部上的支持構(gòu)件與燃料極隔斷壁與絕緣構(gòu)件與導(dǎo)電構(gòu)件之間的位置關(guān)系的說明圖。在導(dǎo)電性的支持構(gòu)件147a或?qū)щ娦缘母魯啾?47b與燃料電池單元4之間設(shè)置有絕緣構(gòu)件161，在絕緣構(gòu)件161與燃料電池單元14之間設(shè)置有導(dǎo)電性構(gòu)件161?？梢允?個(gè)燃料電池單元14彼此絕緣，此外，還可以通過導(dǎo)電性構(gòu)件160把在燃料電池單元中產(chǎn)生的電力取出到外部。絕緣性構(gòu)件161，可以用涂敷、包覆等的方法在支持構(gòu)件147a個(gè)隔斷壁147b的表面上形成。導(dǎo)電性構(gòu)件可以用涂敷、包覆、蒸鍍等在支持構(gòu)件和隔斷壁的絕緣性構(gòu)件上形成。
(實(shí)施形態(tài)10)對(duì)實(shí)施形態(tài)10進(jìn)行說明。實(shí)施形態(tài)10是這樣的形態(tài)防止氧化劑極彼此間在彼此重疊的狀態(tài)下因在氧化劑極上產(chǎn)生的水而使相向的2個(gè)燃料電池單元導(dǎo)通。
圖41是在2個(gè)燃料電池單元間具有水隔斷構(gòu)件的燃料電池單元部分的構(gòu)成圖。148是隔斷在氧化劑極中產(chǎn)生的水的構(gòu)件。在把位于氧化劑極的端部上的支持構(gòu)件147a夾在中間使氧化劑極彼此間彼此重疊地相向的單元之間設(shè)置有多個(gè)支持構(gòu)件146，在多個(gè)支持構(gòu)件146之間設(shè)置有水隔斷裝置。在一方的單元的氧化劑極上產(chǎn)生的水向相向的單元的移動(dòng)，可以借助于水隔斷裝置而被阻止。特別是作為那樣的構(gòu)件，從不妨礙空氣的供給的觀點(diǎn)看，氣液分離膜等是合適的。
另外，作為水隔斷裝置的變形例，可以舉出圖42或圖43所示的那樣的在支持構(gòu)件146中具有水隔斷構(gòu)件的變形例。
此外，作為水隔斷裝置的變形例，還可以作為支持構(gòu)件146使用疏水性的支持構(gòu)件的方法。此外，還可以舉出作為支持構(gòu)件146使用既是疏水性的多孔質(zhì)材料的支持構(gòu)件，又是支持構(gòu)件的中央部分的多孔質(zhì)的表面面積大的那樣的支持構(gòu)件的方法。作為增大表面面積的方法，可以舉出增加孔的密度而孔的大小不變的方法，或減少孔的大小以增加個(gè)數(shù)的方法。
權(quán)利要求
1.一種在可攜帶的小型電氣設(shè)備中裝載使用的燃料電池，具備實(shí)質(zhì)為長方體形狀的薄型框體，在上述框體內(nèi)具有的由至少一個(gè)燃料電池單元構(gòu)成的單元部分、貯存供往該單元部分的燃料的燃料罐部分和向單元部分內(nèi)供給該燃料罐部分的燃料的燃料供給部分，其特征在于在框體的相向的2個(gè)面之間，在一個(gè)方向上配置上述燃料罐部分、燃料供給部分和單元部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于上述燃料罐部分、上述燃料供給部分和上述單元部分在上述框體的相向的2個(gè)側(cè)面之間配置在一個(gè)方向上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池，其特征在于在相向的2個(gè)側(cè)面之間以上述燃料罐部分、上述燃料供給部分和上述單元部分的順序進(jìn)行配置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的燃料電池，其特征在于上述單元部分的至少一個(gè)燃料電池單元，被疊層為與上述框體的下表面平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池，其特征在于在上述框體的相向的上表面和下表面之間，在一個(gè)方向上配置上述燃料罐部分、上述燃料供給部分和上述單元部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池，其特征在于上述單元部分配置為平行地面向上述框體的上表面和下表面中的至少一個(gè)表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的燃料電池，其特征在于在上表面和下表面之間按照上述單元部分、上述燃料供給部分、上述燃料罐部分、其它燃料供給部分和其它單元部分的順序進(jìn)行配置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征在于上述框體具有供給氧化劑氣體的開口部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池，其特征在于上述開口部分設(shè)置在上述框體的與至少具有單元部分的部分對(duì)應(yīng)的部分上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的燃料電池，其特征在于上述開口部分設(shè)置在上述框體的上表面、下表面和側(cè)面上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征在于還具有把將所發(fā)出的電力收集起來后的電力供給到外部的布線部分，該布線部分設(shè)置在沒有燃料罐部分的位置上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征在于上述燃料罐部分設(shè)置為可從上述框體上進(jìn)行裝卸。
13.一種燃料電池，具備在一面上具有燃料極且在另一面上具有氧化劑極的燃料電池單元A和在一面上具有氧化劑極且在另一面上具有燃料極的燃料電池單元B，其特征在于上述燃料電池單元A和上述燃料電池單元B被設(shè)置為使得該燃料電池單元A和B的燃料極彼此之間或氧化劑極彼此之間相向，且在上述燃料電池單元A和B的相向的燃料極彼此之間設(shè)置公共的燃料流路，或者在相向的氧化劑極彼此之間設(shè)置公共的氧化劑流路。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃料電池，其特征在于上述燃料電池單元A和上述燃料電池單元B中的至少一種不少于2個(gè)，上述燃料電池單元A和上述燃料電池單元B被交互地設(shè)置為使得該燃料電池單元A和B的燃料極彼此之間或氧化劑極彼此之間的至少一方相向的狀態(tài)，并且滿足在上述燃料電池單元A和B的相向的燃料極彼此之間設(shè)置公共的燃料流路或在相向的氧化劑極彼此之間設(shè)置公共的氧化劑流路中的至少一種情形。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的燃料電池，其特征在于上述燃料電池單元A和上述燃料電池單元B各自都由至少1個(gè)電池單元構(gòu)成，上述燃料電池單元A和上述燃料電池單元B是相同構(gòu)造的燃料電池單元，且使一種燃料電池單元翻轉(zhuǎn)來將燃料電池單元交互地設(shè)置為燃料極彼此之間和氧化劑極彼此之間相向的狀態(tài)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13到15中任一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征在于在氧化劑流路上設(shè)置有支持構(gòu)件，以便抑制由上述氧化劑流路的氧化劑和燃料流路的燃料之間的壓力差所導(dǎo)致的燃料電池單元的變形。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的燃料電池，其特征在于上述支持構(gòu)件由多孔質(zhì)材料構(gòu)成。
18.根據(jù)權(quán)利要求13到17中任一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征在于具有個(gè)別地取出由上述各個(gè)燃料電池單元所發(fā)出的電力且用不與燃料接連的部分加以收集的布線部分。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的燃料電池，其特征在于上述布線部分在相對(duì)于該燃料電池單元的表面垂直的方向上設(shè)置在燃料電池單元的外側(cè)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的燃料電池，其特征在于把燃料電池的電力取出到電池外部的電極設(shè)置成與上述布線部分接連。
21.一種燃料電池，具備在一面上具有燃料極且在另一面上具有氧化劑極的多個(gè)燃料電池單元；在上述多個(gè)燃料電池單元之間與上述多個(gè)燃料電池的燃料極和氧化劑極中的每一個(gè)都接連起來設(shè)置的、取出上述多個(gè)燃料電池單元中每一個(gè)電池單元的電力的多個(gè)集電構(gòu)件；設(shè)置在上述多個(gè)集電構(gòu)件之間且使相鄰的集電電極彼此絕緣的絕緣性構(gòu)件，其特征在于上述多個(gè)燃料電池單元被設(shè)置為使得相鄰的燃料電池單元的燃料極彼此之間或氧化劑極彼此之間相向，在燃料極彼此之間相向的情況下，在相向的燃料極之間設(shè)置公共的燃料流路，在氧化劑極彼此之間相向的情況下，在相向的氧化劑極之間設(shè)置公共的氧化劑流路，上述多個(gè)燃料電池單元、上述多個(gè)集電電極和上述絕緣性構(gòu)件被疊層形成。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的燃料電池，其特征在于上述多個(gè)集電構(gòu)件的形狀是平板狀。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的燃料電池，其特征在于上述多個(gè)集電構(gòu)件具有通氣性。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的燃料電池，其特征在于上述多個(gè)集電構(gòu)件具有通氣孔。
25.根據(jù)權(quán)利要求21到24中任一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征在于上述多個(gè)集電構(gòu)件有A和B兩種，集電電極A是在其端部上具有的電力取出部分從該集電構(gòu)件的中央向一側(cè)偏離的集電電極，集電電極B是在其端部上具有的電極取出部分從該集電構(gòu)件的中央向與上述一側(cè)相反的另一側(cè)偏離的集電電極。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的燃料電池，其特征在于上述多個(gè)集電電極被設(shè)置為使得集電電極A與氧化劑極接連且集電電極B與燃料極接連。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的燃料電池，其特征在于以交互地設(shè)置集電電極A和B的方式來設(shè)置上述多個(gè)集電電極。
28.根據(jù)權(quán)利要求25到27中任一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征在于還具有使上述多個(gè)集電電極彼此電連接的布線基板，通過使上述多個(gè)集電電極各自的電極取出部分與上述布線基板連接來彼此電連接上述多個(gè)燃料電池單元。
29.根據(jù)權(quán)利要求21到28中任一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征在于在上述絕緣構(gòu)件中，設(shè)置在氧化劑極之間的絕緣構(gòu)件是支持構(gòu)件，設(shè)置在燃料極之間的絕緣構(gòu)件是使燃料極室與外部隔離的隔斷壁。
30.一種燃料電池，具備在一面上具有燃料極且在另一面上具有氧化劑極的多個(gè)燃料電池單元；從燃料電池單元的一端伸出且與上述氧化劑極接連的導(dǎo)電性的支持構(gòu)件；在燃料電池單元之間被設(shè)置為從燃料電池單元的一端伸出來的導(dǎo)電性的隔斷壁，該隔斷壁被設(shè)置為與上述燃料極相接且使燃料極室與其外部進(jìn)行隔離，其特征在于上述多個(gè)燃料電池單元被設(shè)置為使得相鄰的燃料電池單元的燃料極彼此之間或氧化劑極彼此之間相向，在燃料極彼此之間相向的情況下，在相向的燃料極之間設(shè)置公共的燃料流路，在氧化劑極彼此之間相向的情況下，在相向的氧化劑極之間設(shè)置公共的氧化劑流路，上述多個(gè)燃料電池單元、上述支持構(gòu)件和上述隔斷壁被疊層形成，在上述多個(gè)燃料電池單元的每一個(gè)電池單元中所產(chǎn)生的電力，都通過上述支持構(gòu)件和上述隔斷壁取出。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的燃料電池，其特征在于還具有其它支持構(gòu)件，上述其它支持構(gòu)件被設(shè)置成接連于上述多個(gè)燃料電池單元之間。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的燃料電池，其特征在于上述其它支持構(gòu)件具有導(dǎo)電性。
33.一種燃料電池，具備在一面上具有燃料極且在另一面上具有氧化劑極的多個(gè)燃料電池單元；被設(shè)置為從燃料電池單元的一端伸出來且夾著導(dǎo)電構(gòu)件設(shè)置在上述氧化劑極上的絕緣性的支持構(gòu)件，在燃料電池單元之間被設(shè)置為從燃料電池單元的一端伸出來且夾著導(dǎo)電構(gòu)件設(shè)置在上述燃料極上的、使燃料極室與其外部隔離的絕緣性的隔斷壁，其特征在于上述多個(gè)燃料電池單元被設(shè)置為使得相鄰的燃料電池單元的燃料極彼此之間或氧化劑極彼此之間相向，在燃料極彼此之間相向的情況下，在相向的燃料極之間設(shè)置公共的燃料流路，在氧化劑極彼此之間相向的情況下，在相向的氧化劑極之間設(shè)置公共的氧化劑流路，上述多個(gè)燃料電池單元、上述多個(gè)支持構(gòu)件和上述隔斷壁被疊層形成，相鄰的燃料電池借助于支持構(gòu)件和隔斷壁彼此進(jìn)行電絕緣，上述導(dǎo)電構(gòu)件被設(shè)置為從燃料電池單元的一端伸出來，在上述多個(gè)燃料電池單元的每一個(gè)電池單元中所產(chǎn)生的電力，都通過上述導(dǎo)電構(gòu)件取出。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的燃料電池，其特征在于上述其它支持構(gòu)件具有絕緣性。
35.根據(jù)權(quán)利要求33到34中任一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征在于還具有阻礙水的流通的水隔斷構(gòu)件，上述水隔斷構(gòu)件設(shè)置在氧化劑極之間，防止在氧化劑極中產(chǎn)生的水接連于相向的氧化劑極雙方之間。
36.根據(jù)權(quán)利要求1到35中任一項(xiàng)所述的燃料電池，其特征在于上述燃料電池是固體高分子型燃料電池。
37.一種電氣設(shè)備，其特征在于使用權(quán)利要求1到36中任一項(xiàng)所述的燃料電池。
全文摘要
一種裝入到便攜小型電氣設(shè)備中使用的燃料電池，包括薄型且實(shí)質(zhì)上長方體形狀的框體(2)，在上述框體內(nèi)裝入的是由至少1個(gè)燃料電池單元(14)構(gòu)成的電池單元部分(1)，貯存供往該單元部分(1)的燃料的燃料罐部分(3)，用來向單元部分(1)供給氧化劑氣體的開口(7)，向單元部分內(nèi)供給該燃料罐部分的燃料的燃料供給部分，其特征在于在框體(2)的相向的2個(gè)短的側(cè)面(83a，83b)間在一個(gè)方向上配置燃料罐部分(3)、燃料供給部分(4)和單元部分(1)。這樣的配置可提供大容量、高輸出功率和小型的燃料電池。
文檔編號(hào)H01M8/24GK1613163SQ0282686
公開日2005年5月4日 申請(qǐng)日期2002年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月7日
發(fā)明者中窪亨, 江口健, 渡部充祐 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社