JP2006351501A - Detachable fuel cell and current supply system - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detachable fuel cell satisfying portability and easy mounting to a device. <P>SOLUTION: This detachable fuel cell F is provided with a current supply terminal 21 detachably attached to a power terminal on an equipment side and a main body part 20 supporting the current supply terminal 21, a main body part case 22 forming appearance of the main body part 20 and consisting of wall surface parts 22a facing at least in different directions, a supporting substrate 30 arranged along the wall surface parts 22a, a unit cell U for power generation mounted on the supporting substrate 30 and a hydrogen gas generation unit 40 generating fuel gas supplied to the unit cell U. Many opening holes 4c for taking air in are formed in the unit cell U and opening windows 22d for easily taking air from the opening holes 4c are formed in the main body part case 22. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、機器側の電源端子に着脱自在に装着される電源供給端子と、この電源供給端子を支持する本体部とを有する着脱式燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a detachable fuel cell having a power supply terminal that is detachably attached to a power supply terminal on a device side, and a main body that supports the power supply terminal.

近年のＩＴの発展に伴い、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ等のモバイル機器（携帯機器）のほとんどの電源は、リチウムイオン二次電池が用いられている。しかし、これらモバイル機器の高機能化に伴い消費電力がますます増加する傾向にあり、その電源用あるいは充電用としてクリーンで高効率な燃料電池に注目が集まっている。   With the development of IT in recent years, lithium-ion secondary batteries are used for most power sources of mobile devices (portable devices) such as mobile phones, notebook computers, and digital cameras. However, power consumption tends to increase as these mobile devices become more sophisticated, and attention is focused on clean and highly efficient fuel cells for power supply or charging.

特に、ノートパソコンや携帯電話のような携帯機器に燃料電池を使用する場合に、携帯性あるいは小型化を維持できるような構造が望まれる。また、燃料電池を機器に装着する場合にも、装着の容易性が要求される。   In particular, when a fuel cell is used in a portable device such as a notebook computer or a mobile phone, a structure that can maintain portability or downsizing is desired. Also, when a fuel cell is mounted on a device, the ease of mounting is required.

燃料電池を構成する単位セル（燃料電池セル）として携帯機器等に好適な小型化を実現したものとして、本出願人による下記特許文献１により公知であるが、かかる単位セルを用いて燃料電池を構成する場合にも、単位セルのみならず装置全体が小型化できるような配置構成が必要とされる。
特開２００５−１５０００８号公報 As a unit cell (fuel cell) constituting a fuel cell, which has been known to be suitable for portable devices and the like, it is known from the following Patent Document 1 by the present applicant. Also in the case of configuration, an arrangement configuration is required so that not only the unit cell but also the entire apparatus can be reduced in size.
Japanese Patent Laid-Open No. 2005-150008

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、携帯性や機器への装着容易性を満足する着脱式燃料電池及びこれを備えた電源供給システムを提供することである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a detachable fuel cell that satisfies portability and ease of mounting on a device, and a power supply system including the detachable fuel cell.

上記課題を解決するため本発明に係る着脱式燃料電池は、
機器側の電源端子に着脱自在に装着される電源供給端子と、
この電源供給端子を支持する本体部とを備えた着脱式燃料電池であって、
本体部の外観を形成し、少なくとも異方向に臨ませてなる壁面部から構成される本体部ケースと、
前記壁面部に沿って配置される支持基板と、
この支持基板に搭載される発電用の単位セルと、
この単位セルに供給する燃料ガスを発生する燃料ガス発生部とを備えていることを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, a detachable fuel cell according to the present invention provides:
A power supply terminal that is detachably attached to the power terminal on the device side;
A detachable fuel cell comprising a main body that supports the power supply terminal,
A main body case that forms the appearance of the main body and is composed of at least a wall surface facing in a different direction;
A support substrate arranged along the wall surface;
A unit cell for power generation mounted on the support substrate;
And a fuel gas generator that generates fuel gas to be supplied to the unit cell.

かかる着脱式燃料電池の作用・効果を説明する。この着脱式燃料電池は、機器の電源端子に着脱自在に装着される電源供給端子を有しており、必要なときに機器の電源端子に着脱すればよい。これにより、装着容易性を確保することができる。   The operation and effect of such a detachable fuel cell will be described. This detachable fuel cell has a power supply terminal that is detachably attached to the power supply terminal of the device, and may be attached to and detached from the power supply terminal of the device when necessary. Thereby, mounting | wearing ease is securable.

また、電源供給端子を支持する本体部を備えており、この本体部は本体部ケースにより外観部分が形成される。この本体部ケースは、少なくとも異方向に臨ませてなる壁面部を備えており、その壁面部に沿って単位セルを搭載した支持基板を配置する。例えば、単位セルを薄型に形成した場合、このように壁面部に沿って配置することで、本体部ケース内に効率よく単位セルを配置し、燃料ガス発生部のスペースを十分に確保することができる。このようにスペースを有効に使用した部品配置とすることができ、小型化に寄与することができる。その結果、携帯性や機器への装着容易性を満足する着脱式燃料電池を提供することができる。   Moreover, the main body part which supports a power supply terminal is provided, and an external appearance part is formed of this main body part by the main body part case. The main body case includes at least a wall surface facing in a different direction, and a support substrate on which unit cells are mounted is disposed along the wall surface. For example, when the unit cell is formed to be thin, it is possible to efficiently arrange the unit cell in the main body case and to secure a sufficient space for the fuel gas generation unit by arranging the unit cell along the wall surface in this way. it can. Thus, it can be set as component arrangement which used space effectively, and it can contribute to size reduction. As a result, it is possible to provide a detachable fuel cell that satisfies portability and ease of attachment to equipment.

本発明において、少なくとも１つの前記単位セルにより構成されるセル発電部と、
補助電池と、
セル発電部と補助電池の電圧又は電流を検出する検出部と、
セル発電部を前記電源供給端子に電気的接続するための第１スイッチ部と、
補助電池を電源供給端子に電気的接続するための第２スイッチ部と、
前記検出部による検出結果に応じて、第１スイッチ部と第２スイッチ部の切替を制御することで、セル発電部と補助電池のいずれか一方を選択的に電源供給端子に接続させる切替制御部とを備えていることが好ましい。 In the present invention, a cell power generation unit composed of at least one unit cell;
An auxiliary battery,
A detection unit for detecting the voltage or current of the cell power generation unit and the auxiliary battery;
A first switch unit for electrically connecting a cell power generation unit to the power supply terminal;
A second switch for electrically connecting the auxiliary battery to the power supply terminal;
A switching control unit for selectively connecting one of the cell power generation unit and the auxiliary battery to the power supply terminal by controlling switching of the first switch unit and the second switch unit according to the detection result by the detection unit. Are preferably provided.

上記の単位セルは、１つもしくは単位セルを複数設けることでセル発電部を構成することができる。また、このセル発電部とは別に補助電池を備えており、セル発電部と補助電池の電圧又は電流を検出することで、いずれか一方を電源供給端子を介して電源供給できるようにしている。すなわち、セル発電部を第１スイッチ部を介して電源供給端子に接続され、補助電池は第２スイッチ部を介して電源供給端子に接続される。検出部による前記検出結果に基づいて、各スイッチ部を切替制御し、いずれか一方を選択的に電源供給端子に接続させることができる。従って、セル発電部による出力電圧では負荷を十分に駆動できない場合には、補助電池により電力供給を行うことができ、常時適切に電力を供給できるようになる。その結果、携帯性や機器への装着容易性を満足すると共に負荷を駆動できるだけの電力を常時供給可能となる。   The unit power generation unit can be configured by providing one unit cell or a plurality of unit cells. Further, an auxiliary battery is provided separately from the cell power generation unit, and by detecting the voltage or current of the cell power generation unit and the auxiliary battery, power can be supplied to either one via the power supply terminal. That is, the cell power generation unit is connected to the power supply terminal via the first switch unit, and the auxiliary battery is connected to the power supply terminal via the second switch unit. Based on the detection result by the detection unit, each switch unit can be switched and either one can be selectively connected to the power supply terminal. Therefore, when the load cannot be sufficiently driven by the output voltage from the cell power generation unit, power can be supplied by the auxiliary battery, and power can be supplied appropriately at all times. As a result, it is possible to always supply power sufficient to drive the load while satisfying portability and ease of mounting on the device.

本発明に係る補助電池は、二次電池であり、セル発電部が電源供給端子に接続されている状態のときに、セル発電部により補助電池を充電するための充電経路が構成されていることが好ましい。   The auxiliary battery according to the present invention is a secondary battery, and a charging path for charging the auxiliary battery is configured by the cell power generation unit when the cell power generation unit is connected to the power supply terminal. Is preferred.

補助電池を使用して電力供給を行なうと、補助電池の容量が次第に減少してくる。そこで、セル発電部を使用して電力供給を行なうときには、セル発電部により補助電池への充電も同時に行なうように構成し、これにより、補助電池を常時使用可能な状態にセットしておくことができる。   When power is supplied using an auxiliary battery, the capacity of the auxiliary battery gradually decreases. Therefore, when power is supplied using the cell power generation unit, the cell power generation unit is also configured to charge the auxiliary battery at the same time, whereby the auxiliary battery can be set in a state where it can be used at all times. it can.

本発明において、セル発電部の出力電圧を昇圧する昇圧回路を備え、
この昇圧回路の出力部と補助電池とを接続することで前記充電経路を形成し、この経路途中に充電方向にのみ電流を許容するダイオードと、
このダイオードと補助電池の間に前記第２スイッチ部を配置することが好ましい。 In the present invention, comprising a booster circuit for boosting the output voltage of the cell power generation unit,
The charging path is formed by connecting the output unit of the booster circuit and the auxiliary battery, and a diode that allows current only in the charging direction along the path,
It is preferable to arrange the second switch part between the diode and the auxiliary battery.

昇圧回路を設けることで、セル発電部の出力電圧は、負荷を駆動するのに適切な電圧にすることができる。この昇圧回路の出力部と補助電池（二次電池）とをダイオードを介して接続することで、充電をする場合に確実に補助電池への充電経路を構成できると共に、補助電池から水素発生部への逆充電の経路を阻止することができる。また、第２スイッチ部は、ダイオードと補助電池の間に設けられているので、補助電池による電力供給を行う場合は、第２スイッチ部により充電経路を切断することができる。   By providing the booster circuit, the output voltage of the cell power generation unit can be set to an appropriate voltage for driving the load. By connecting the output part of this booster circuit and the auxiliary battery (secondary battery) via a diode, a charging path to the auxiliary battery can be reliably configured when charging, and from the auxiliary battery to the hydrogen generating part. It is possible to prevent the reverse charging path. In addition, since the second switch unit is provided between the diode and the auxiliary battery, the charging path can be cut by the second switch unit when power is supplied from the auxiliary battery.

本発明において、前記単位セルには、空気を取り込むための開口孔が形成されており、
前記本体部ケースに、この開口孔から空気を取り込みやすくするための開口窓を形成することが好ましい。 In the present invention, the unit cell is formed with an opening for taking in air,
It is preferable that an opening window for facilitating taking in air from the opening hole is formed in the main body case.

単位セルが空気を取り込むための開口孔を備えている場合、本体部ケースの適宜の場所に開口窓を設けることで、空気を取り込みやすくすることができる。   When the unit cell has an opening hole for taking in air, it is possible to easily take in air by providing an opening window at an appropriate location of the main body case.

本発明において、前記開口窓により、単位セルの開口孔を外部に露出させるようにしたことが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the opening hole of the unit cell is exposed to the outside by the opening window.

開口窓により単位セルの開口孔を露出させることで、着脱式燃料電池が装着されるときの姿勢に関係なく、より効率的に空気を取り込むことができ、意匠的にも優れた外観を提供することができる。   By exposing the opening hole of the unit cell through the opening window, air can be taken in more efficiently regardless of the posture when the detachable fuel cell is mounted, and the design has an excellent appearance. be able to.

本発明において、本体部の軸方向一端側に電源供給端子を配置し、他端側に燃料ガス発生部一部もしくは全部を着脱するための開閉部を配置したことが好ましい。   In the present invention, it is preferable that a power supply terminal is disposed on one end side in the axial direction of the main body, and an opening / closing section for attaching or detaching part or all of the fuel gas generating section is disposed on the other end side.

本体部の軸方向一端側に電源供給端子を配置することで、機器に装着するときに本体部が邪魔にならず、容易に着脱を行うことができる。また、他端側から燃料ガス発生部一部もしくは全部を着脱することで、単位セルが空気を取り込むための開口窓を十分に確保することができると共に、燃料ガス発生部の取り出しも容易に行える構造を採用することができる。着脱するのは、例えば、燃料収容部のみとすることもできるし、燃料に作用させる物質（例えば、燃料がアルミニウムの場合、水）の収容部も併せて着脱するようにもできる。   By disposing the power supply terminal on one end side in the axial direction of the main body, the main body does not get in the way when being attached to the device, and can be easily attached and detached. In addition, by attaching or detaching part or all of the fuel gas generation unit from the other end side, a sufficient opening window can be secured for the unit cell to take in air, and the fuel gas generation unit can be easily taken out. A structure can be adopted. For example, only the fuel storage portion can be attached or detached, or the storage portion for a substance that acts on the fuel (for example, water when the fuel is aluminum) can be attached and detached together.

本発明において、前記支持基板を壁面部の全てに沿って配置することで、筒形状を構成し、この筒形状の一端側に昇圧用の回路基板を配置し、この回路基板に電源供給端子を取り付けることが好ましい。   In the present invention, the support substrate is disposed along the entire wall surface portion to form a cylindrical shape, a circuit board for boosting is disposed on one end side of the cylindrical shape, and a power supply terminal is provided on the circuit substrate. It is preferable to attach.

支持基板を全ての壁面部に沿って配置することで、例えば、断面方形（正方形もしくは長方形）の筒形状を形成することができる。この筒形状の一端側（前述した軸方向一端側のこと）に昇圧用の回路基板を配置し、機器に必要とされる電圧値まで昇圧する。従って、この昇圧した電圧が電源供給端子を介して供給されることになるので、上記のように回路基板を配置すれば、スペース的にも効率のよい配置構成とすることができる。   By arranging the support substrate along all the wall surfaces, for example, a cylindrical shape having a square cross section (square or rectangular) can be formed. A circuit board for boosting is arranged on one end side of this cylindrical shape (one end side in the axial direction described above), and the voltage is boosted to a voltage value required for the device. Therefore, since this boosted voltage is supplied via the power supply terminal, if the circuit board is arranged as described above, it is possible to obtain an arrangement arrangement that is efficient in terms of space.

本発明において、前記回路基板を着脱可能に支持基板に対して取り付けることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the circuit board is detachably attached to the support board.

発生した電圧を昇圧する場合、機器により必要とされる電圧は異なっている。そこで、昇圧用の回路基板を着脱可能にすることで、支持基板のユニットを変更せずに昇圧の機能のみを変更することができ、多品種に容易に対応することができる。   When boosting the generated voltage, the required voltage differs depending on the device. Therefore, by making the circuit board for boosting detachable, it is possible to change only the boosting function without changing the unit of the support substrate, and it is possible to easily cope with various types.

本発明において、隣接する支持基板どうしを機械的に結合する金属製の連結部材を備え、この連結部材が電極パターンどうしを電気的に接続する機能も備えていることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that a metal connection member that mechanically connects adjacent support substrates is provided, and the connection member also has a function of electrically connecting the electrode patterns.

隣接する支持基板どうしは金属製の連結部材により連結し、結合強度を確保することができる。また、各単位セルで発電される電圧を直列接続する場合、隣接する支持基板の電極パターンを接続する必要があるが、上記の連結部材を利用して電気的接続を行うことで、接続用の配線を用いることなく、接続を行うことができる。   Adjacent support substrates can be connected by a metal connecting member to ensure bonding strength. In addition, when the voltage generated in each unit cell is connected in series, it is necessary to connect the electrode pattern of the adjacent support substrate, but by using the above connecting member for electrical connection, Connection can be made without using wiring.

本発明に係る連結部材は、前記本体部ケースの前記外形形状に沿った「く」の字形を有していることが好ましい。   The connection member according to the present invention preferably has a “<” shape along the outer shape of the main body case.

かかる形状を有していることで、スペースを有効活用しながら連結部材を配置することができ、小型化に寄与することができる。   By having such a shape, the connecting member can be arranged while effectively utilizing the space, which can contribute to downsizing.

本発明に係る単位セルは、板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の両側に配置される第１電極板及び第２電極板と、これら電極板の更に外側に配置された第１金属板及び第２金属板とを備え、これら金属板の周縁領域が絶縁層を間に介在させた状態で封止されており、
前記支持基板には、基板表面と向かい合わない第１金属板を電気的接続するための第１電極パターンと、基板表面と向かい合う第２金属板と直接接触される第２電極パターンとが形成されており、
単位セルを支持基板の第１電極パターンと第２電極パターンに接続するためのコネクターが、
第１金属板の外周を支持基板方向へ押圧するための枠状押圧部と、
枠状押圧部を支持基板の第１電極パターンに電気的に接続するための連結部とが一体的に形成され、
連結部が第１電極パターンに接続されることにより、第１金属板が第１電極パターンに電気的接続されると共に、第２金属板が支持基板の第２電極パターンに電気的接続されることが好ましい。 A unit cell according to the present invention includes a plate-shaped solid polymer electrolyte, a first electrode plate and a second electrode plate disposed on both sides of the solid polymer electrolyte, and a first electrode disposed further outside these electrode plates. 1 metal plate and a second metal plate, the peripheral region of these metal plates are sealed with an insulating layer interposed therebetween,
A first electrode pattern for electrically connecting a first metal plate that does not face the substrate surface and a second electrode pattern that is in direct contact with the second metal plate that faces the substrate surface are formed on the support substrate. And
A connector for connecting the unit cell to the first electrode pattern and the second electrode pattern of the support substrate,
A frame-shaped pressing portion for pressing the outer periphery of the first metal plate toward the support substrate;
A connecting portion for electrically connecting the frame-shaped pressing portion to the first electrode pattern of the support substrate is integrally formed,
By connecting the connecting portion to the first electrode pattern, the first metal plate is electrically connected to the first electrode pattern, and the second metal plate is electrically connected to the second electrode pattern of the support substrate. Is preferred.

この単位セルは、板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の両側に配置される第１及び第２電極板と、これら電極板の更に外側に配置された第１金属板及び第２金属板とを備え、これら金属板の周縁領域が絶縁層を間に介在させた状態で封止されている。板状の固体高分子電解質をベースに単位セルを構成しており、セルの厚みを薄くしている。この単位セルが接続される支持基板は、基板表面と向かい合わない第１金属板を電気的接続するための第１電極パターンと、基板表面と向かい合う第２金属板と直接接触される第２電極パターンとが形成されている。これら第１・第２電極パターンにより電気出力を取り出すようにしている。   The unit cell includes a plate-shaped solid polymer electrolyte, first and second electrode plates disposed on both sides of the solid polymer electrolyte, a first metal plate and a first metal plate disposed further outside these electrode plates. 2 metal plates, and the peripheral regions of these metal plates are sealed with an insulating layer interposed therebetween. A unit cell is configured based on a plate-shaped solid polymer electrolyte, and the thickness of the cell is reduced. The support substrate to which the unit cell is connected includes a first electrode pattern for electrically connecting a first metal plate that does not face the substrate surface, and a second electrode pattern that is in direct contact with the second metal plate that faces the substrate surface. And are formed. Electrical output is taken out by these first and second electrode patterns.

また、コネクターは、枠状押圧部と連結部とが一体的に形成されており、枠状押圧部は、第１金属板の外周を支持基板外層側へ押圧する。連結部は、支持基板の第１電極パターンに電気的に接続される。従って、第１金属板はコネクターを介して第１電極パターンに電気的に接続される。また、枠状押圧部により押圧するようにしているので、第１金属板の全体を均等に押圧することができ、効率よく出力を取り出すことができる。また、第１金属板を均等に押圧することで、第２金属板を第２電極パターンに対して均等に押圧させることができる。   The connector has a frame-shaped pressing portion and a connecting portion integrally formed, and the frame-shaped pressing portion presses the outer periphery of the first metal plate toward the outer side of the support substrate. The connecting portion is electrically connected to the first electrode pattern of the support substrate. Therefore, the first metal plate is electrically connected to the first electrode pattern through the connector. Moreover, since it presses with the frame-shaped press part, the whole 1st metal plate can be pressed equally and an output can be taken out efficiently. Moreover, the 2nd metal plate can be equally pressed with respect to a 2nd electrode pattern by pressing a 1st metal plate equally.

本発明において、前記支持基板の１つには、複数の単位セルが搭載され、
この複数の単位セルの燃料ガスの流路を直列に接続するためのパイプと、
このパイプを支持基板の厚さ内に配置するために支持基板に形成されるパイプ配置用開口部とを備えていることが好ましい。 In the present invention, a plurality of unit cells are mounted on one of the support substrates,
A pipe for connecting the fuel gas flow paths of the plurality of unit cells in series;
In order to arrange the pipe within the thickness of the support substrate, it is preferable to include a pipe placement opening formed in the support substrate.

各単位セルには燃料ガスを供給する必要があるが、１つの支持基板に複数の単位セルを搭載する場合は、ガス流露を直列接続することができる。この場合、単位セル間をパイプで接続する必要があるが、支持基板の厚み内にパイプの全部もしくは一部を収容できるように開口部を形成することで、スペースを有効活用することができ、小型化に寄与することができる。   Although it is necessary to supply fuel gas to each unit cell, when a plurality of unit cells are mounted on one support substrate, gas flow dew can be connected in series. In this case, it is necessary to connect the unit cells with a pipe, but by forming an opening so as to accommodate all or part of the pipe within the thickness of the support substrate, the space can be effectively utilized. This can contribute to downsizing.

上記課題を解決するため本発明に係る電源供給システムは、本発明に係る着脱式燃料電池と、この着脱式燃料電池により電源供給を受ける機器とから構成されるものである。   In order to solve the above-described problems, a power supply system according to the present invention includes a detachable fuel cell according to the present invention and a device that receives power supply from the detachable fuel cell.

機器としては、ノートパソコン、ＰＤＡ、携帯電話等が例としてあげられるが、特定の機器に限定されるものではない。また、着脱式燃料電池は、機器の電源端子に直接着脱するものでもよいし、接続コードを介して接続するものでもよい。   Examples of the device include a notebook computer, a PDA, and a mobile phone, but are not limited to a specific device. The detachable fuel cell may be directly attached to and detached from the power supply terminal of the device, or may be connected via a connection cord.

本発明に係る着脱式燃料電池の好適な実施形態を図面を用いて説明する。   A preferred embodiment of a detachable fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings.

＜第１実施形態＞
まず、第１実施形態にかかる着脱式燃料電池（以下、単に燃料電池という）の好適な実施形態を説明する。図１は、燃料電池Ｆの外観形状を示す斜視図である。燃料電池Ｆは全体としてスティック状の外観形状を有している。燃料電池Ｆは、本体部２０と、本体部２０の軸方向（図１にｙで示す）の一端側に設けられた電源供給端子２１を備えている。電源供給端子２１として、ＵＳＢ端子を例示しているが、その他のタイプの端子を使用してもよい。 <First Embodiment>
First, a preferred embodiment of a detachable fuel cell (hereinafter simply referred to as a fuel cell) according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a perspective view showing the external shape of the fuel cell F. FIG. The fuel cell F has a stick-like appearance as a whole. The fuel cell F includes a main body 20 and a power supply terminal 21 provided on one end side of the main body 20 in the axial direction (indicated by y in FIG. 1). Although the USB terminal is illustrated as the power supply terminal 21, other types of terminals may be used.

本体部２０は、略直方体形状を有しており、本体部ケース２２により外観部分を構成する。本体部ケース２２は、４つの壁面部２２ａを備えており、この壁面部２２ａにより形成される内部空間に、燃料電池Ｆとして必要な機能が搭載される。本体部ケース２２の軸方向一端側には、第１端面部２２ｂが形成され、電源供給端子２１が外部に突出した形で設けられる。本体部ケース２２の軸方向他端側には、第２端面部２２ｃ（図１では見えない）が形成され、水素ガス発生ユニット（燃料ガス発生部に相当）と着脱自在に取り出すための開閉部を構成している。本体部ケース２２は、以上のように構成されるが、いくつの部品で本体部ケース２２を構成するかについては、適宜設計できるものである。   The main body 20 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and the main body case 22 constitutes an appearance portion. The main body case 22 includes four wall surfaces 22a, and functions necessary for the fuel cell F are mounted in an internal space formed by the wall surfaces 22a. A first end surface portion 22b is formed on one end side of the main body case 22 in the axial direction, and the power supply terminal 21 is provided so as to protrude to the outside. A second end face portion 22c (not visible in FIG. 1) is formed on the other axial end of the main body case 22, and an opening / closing portion for detachably removing the hydrogen gas generation unit (corresponding to the fuel gas generation portion). Is configured. The main body case 22 is configured as described above, but the number of parts that make up the main body case 22 can be appropriately designed.

４つの壁面部２２ａの夫々には、２つずつ開口窓２２ｄが形成されている。本体部ケース２２の内部には、合計８つの単位セルＵ（燃料電池セル）が搭載されており、カソード側に空気を取り込む必要がある。そのため、各壁面部２２ａには、２つずつ開口窓２２ｄが形成されており、空気を単位セルＵ内に取り込めるように構成している。上記８つの単位セルＵによりセル発電部を構成する。   Two open windows 22d are formed in each of the four wall surface portions 22a. A total of eight unit cells U (fuel cell) are mounted inside the main body case 22, and it is necessary to take air into the cathode side. For this reason, two opening windows 22d are formed in each wall surface portion 22a so that air can be taken into the unit cell U. The eight unit cells U constitute a cell power generation unit.

図２は、図１に示す燃料電池Ｆにおいて本体部ケース２２をはずした状態を示す斜視図である。本体部ケース２２の４つの壁面部２２に沿う形に、４つの矩形の支持基板３０が配置されており、この４つの支持基板３０により断面が正方形の筒状枠が形成される。この筒状枠の軸方向一端側に、正方形の回路基板３１が取り付けられ、この回路基板３１に電源供給端子２１が結合される。回路基板３１には、昇圧回路や安定化回路を構成するチップ部品等が搭載され、機器に対して安定した所望の電圧の電力を供給する。   FIG. 2 is a perspective view showing a state in which the main body case 22 is removed from the fuel cell F shown in FIG. Four rectangular support substrates 30 are arranged along the four wall surfaces 22 of the main body case 22, and the four support substrates 30 form a cylindrical frame having a square cross section. A square circuit board 31 is attached to one end of the cylindrical frame in the axial direction, and the power supply terminal 21 is coupled to the circuit board 31. The circuit board 31 is mounted with chip components constituting a booster circuit and a stabilizing circuit, and supplies a stable power with a desired voltage to the device.

この回路基板３１は、筒状枠に形成される支持基板３０に対して着脱できるように構成される。すなわち、回路基板３１を接続するためのコネクター（不図示）を４つの支持基板３０のうちの少なくとも１つに設けておき、このコネクターに回路基板３１を差し込むことで、回路基板３１を装着することができる。回路基板３１で昇圧する場合、何Ｖに昇圧するかは、使用される機器により異なるため、使用される機器の数に対応して回路基板３０を複数種類用意しておくことで、支持基板３０については共通に使用することができ、低コストで多品種に対応することができる。   The circuit board 31 is configured to be detachable from the support board 30 formed in the cylindrical frame. That is, a connector (not shown) for connecting the circuit board 31 is provided on at least one of the four support boards 30, and the circuit board 31 is mounted by inserting the circuit board 31 into this connector. Can do. When boosting with the circuit board 31, the voltage to be boosted to V varies depending on the device used. Therefore, by preparing a plurality of types of circuit boards 30 corresponding to the number of devices used, the support substrate 30 is prepared. Can be used in common, and can correspond to a wide variety of products at low cost.

隣接する支持基板３０どうしは、Ｌ字板３２（連結部材に相当し、「く」の字形に相当する）により結合される。支持基板３０の長手方向の２箇所においてＬ字板３２による結合が行われ、これにより、４つの支持基板３０どうしを強固に連結し所望の強度を保持することができる。Ｌ字板は、金属製であり、支持基板３０どうしを機械的に結合するだけでなく、支持基板３０に形成されている電極パターンどうしを電気的に接続する機能も有している。従って、支持基板３０の間でパターン同士を接続するための配線接続が不要となり、スペースを有効活用できると共に、組立性も向上する。Ｌ字板３２はネジ３２ａを用いて、隣接する支持基板３０を結合する。   Adjacent support substrates 30 are connected by an L-shaped plate 32 (corresponding to a connecting member and corresponding to a “<”) shape. Coupling by the L-shaped plate 32 is performed at two locations in the longitudinal direction of the support substrate 30, whereby the four support substrates 30 can be firmly connected to each other and desired strength can be maintained. The L-shaped plate is made of metal, and has a function of electrically connecting the electrode patterns formed on the support substrate 30 as well as mechanically connecting the support substrates 30 to each other. Therefore, wiring connection for connecting the patterns between the support substrates 30 becomes unnecessary, space can be used effectively, and assemblability is improved. The L-shaped plate 32 couples adjacent support substrates 30 using screws 32a.

また、Ｌ字板３２とネジ３２ａのトータル高さは、支持基板３０の上に搭載される単位セルＵと同じ程度の高さに収めることができるので、Ｌ字板３２を配置するための特別な空間は必要なく、燃料電池Ｆの小型化に寄与することができる。   Further, since the total height of the L-shaped plate 32 and the screw 32a can be accommodated at the same height as the unit cell U mounted on the support substrate 30, a special arrangement for arranging the L-shaped plate 32 is possible. This space is not necessary and can contribute to miniaturization of the fuel cell F.

支持基板３０は、矩形形状の基板であり、その長手方向に沿って２つの単位セルＵが搭載される。また、単位セルＵを支持基板３０に取り付けるためのコネクター３３が設けられており、このコネクター３３には矩形の開口部３３ａが形成されている。この開口部３３ａの位置は、本体部ケース２２に形成される開口窓２２ｄに対応した位置に配置される。この開口部３３ａを設けることで、単位セルＵは空気を取り込むことができる。   The support substrate 30 is a rectangular substrate, and two unit cells U are mounted along the longitudinal direction thereof. Further, a connector 33 for attaching the unit cell U to the support substrate 30 is provided, and the connector 33 is formed with a rectangular opening 33a. The position of the opening 33 a is arranged at a position corresponding to the opening window 22 d formed in the main body case 22. By providing the opening 33a, the unit cell U can take in air.

＜単位セル（燃料電池セル）の構成＞
まず、本発明に係る燃料電池Ｆに搭載される単位セルの好適な実施形態を図面を用いて説明する。図３は、単位セルの一例を示す組み立て斜視図であり、図４は、図３に示す単位セルの縦断面図である。 <Configuration of unit cell (fuel cell)>
First, a preferred embodiment of a unit cell mounted on a fuel cell F according to the present invention will be described with reference to the drawings. 3 is an assembled perspective view showing an example of the unit cell, and FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the unit cell shown in FIG.

本発明の燃料電池セルは、図１〜図２に示すように、板状の固体高分子電解質１と、その固体高分子電解質１の一方側に配置されたカソード側電極板２（第１電極板に相当）と、他方側に配置されたアノード側電極板３（第２電極板に相当）とを備えるものである。また、これら電極板２，３のさらに外側には、カソード側金属板４（第１金属板に相当）とアノード側金属板５（第２金属板）とが設けられる。本実施形態では、アノード側金属板５に、エッチングにより燃料の流路溝９が形成され、アノード側金属板５とカソード側金属板４の周縁部がエッチングにより他の部分より厚みを薄くしてある例を示す。   As shown in FIGS. 1 to 2, the fuel cell of the present invention includes a plate-shaped solid polymer electrolyte 1 and a cathode-side electrode plate 2 (first electrode) disposed on one side of the solid polymer electrolyte 1. And an anode side electrode plate 3 (corresponding to a second electrode plate) disposed on the other side. Further, a cathode side metal plate 4 (corresponding to a first metal plate) and an anode side metal plate 5 (second metal plate) are provided on the outer side of these electrode plates 2 and 3. In the present embodiment, a fuel flow channel 9 is formed in the anode side metal plate 5 by etching, and the peripheral portions of the anode side metal plate 5 and the cathode side metal plate 4 are made thinner than other portions by etching. Here is an example.

固体高分子電解質１としては、従来の固体高分子膜型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。固体高分子電解質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、２５〜５０μｍが好ましい。   The solid polymer electrolyte 1 may be any solid polymer membrane battery as long as it is used in conventional solid polymer membrane batteries. From the viewpoint of chemical stability and conductivity, a perfluorocarbon having a sulfonic acid group which is a super strong acid. A cation exchange membrane made of a 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. The thinner the solid polymer electrolyte 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 25 to 50 μm is preferable. .

電極板２，３（ガス拡散板）は、ガス拡散層としての機能を発揮して、燃料ガスや、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使用できる。電極板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１と接する内面２ｂ，３ｂに少なくとも担持させるのが好ましい。   Electrode plates 2 and 3 (gas diffusion plates) that function as gas diffusion layers are used to supply and discharge fuel gas, oxidant gas, and water vapor, and at the same time collect electricity it can. As the electrode plates 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 surfaces 2 b and 3 b in contact with the solid polymer electrolyte 1.

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。一般に、電極板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。   As the electrode base material, for example, conductive carbon materials such as carbon paper, fibrous carbon such as carbon fiber nonwoven fabric, and aggregates of conductive polymer fibers can be used. In general, the electrode plates 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、電極板２，３や固体高分子電解質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。また、還元ガスの代わりに、メタノールやジメチルエーテル等を用いることもできる。   In general, the electrode plates 2 and 3 and the solid polymer electrolyte 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. In addition, methanol, dimethyl ether, or the like can be used 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電極２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 cathode side electrode 2 on the side where the air is naturally supplied causes a reaction between oxygen and hydrogen ions, so that water is generated. Is preferred. 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.

電極板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、５０〜５００μｍが好ましい。電極板２，３と固体高分子電解質１とは、予め接着、融着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、薄膜電極組立体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：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 plates 2 and 3 is more effective for reducing the overall thickness as the thickness is reduced, but is preferably 50 to 500 μm in view of electrode reaction, strength, handling properties, and the like. The electrode plates 2 and 3 and the solid polymer electrolyte 1 may be laminated and integrated in advance by adhesion, fusion, or the like, or may simply be arranged in a stacked manner. Such a laminated body can also be obtained as a thin film electrode assembly (MEA), and may be used.

カソード側電極板２の表面にはカソード側金属板４が配置され、アノード側電極板３の表面にはアノード側金属板５が配置される。アノード側金属板５には燃料の注入口５ｃ及び排出口５ｄが設けられ、更に本実施形態では、アノード側金属板５に流路溝９が設けられている。   A cathode side metal plate 4 is disposed on the surface of the cathode side electrode plate 2, and an anode side metal plate 5 is disposed on the surface of the anode side electrode plate 3. The anode side metal plate 5 is provided with a fuel inlet 5c and a discharge port 5d, and further, in the present embodiment, a flow channel 9 is provided in the anode side metal plate 5.

カソード側金属板４には、空気中の酸素を供給するための多数の開口孔４ｃが設けられている。開口部４ｃは、カソード側電極板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。但し、空気中の酸素の供給効率と、カソード側電極板２からの集電効果などを考慮すると、開口孔４ｃの面積はカソード側電極板２の面積の１０〜５０％であるのが好ましく、特に２０〜４０％であるのが好ましい。カソード側金属板４の開口孔４ｃ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口孔を設けてもよい。   The cathode side metal plate 4 is provided with a large number of opening holes 4c for supplying oxygen in the air. As long as the cathode side electrode plate 2 can be exposed, the number, shape, size, formation position, and the like of the opening 4c may be any. However, in consideration of the supply efficiency of oxygen in the air and the current collection effect from the cathode side electrode plate 2, the area of the opening 4c is preferably 10 to 50% of the area of the cathode side electrode plate 2, In particular, 20 to 40% is preferable. As for the opening hole 4c of the cathode side metal plate 4, for example, a plurality of circular holes or slits may be provided regularly or randomly, or the opening hole may be provided by a metal mesh.

金属板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、伸び、重量、弾性率、強度、耐腐食性、プレス加工性、エッチング加工性などの観点から、ステンレス板、ニッケルなどが好ましい。   As the metal plates 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, from the viewpoint of elongation, weight, elastic modulus, strength, corrosion resistance, press workability, etching workability and the like, a stainless steel plate, nickel and the like are preferable.

アノード側金属板５に設けられる流路溝９は、電極板３との接触により水素ガス等の流路が形成できるものであれば何れの平面形状や断面形状でもよい。但し、流路密度、積層時の積層密度、屈曲性などを考慮すると、金属板５の一辺に平行な縦溝９ａと垂直な横溝９ｂを主に形成するのが好ましい。本実施形態では、複数本（図示した例では３本）の縦溝９ａが横溝９ｂに直列接続されるようにして、流路密度と流路長のバランスを取っている。   The channel groove 9 provided in the anode side metal plate 5 may have any planar shape or cross-sectional shape as long as a channel for hydrogen gas or the like can be formed by contact with the electrode plate 3. However, in consideration of the channel density, the lamination density at the time of lamination, the flexibility, etc., it is preferable to mainly form the vertical groove 9a parallel to one side of the metal plate 5 and the vertical groove 9b. In this embodiment, a plurality of (three in the illustrated example) vertical grooves 9a are connected in series to the horizontal grooves 9b to balance the flow path density and the flow path length.

なお、このような金属板５の流路溝９の一部（例えば横溝９ｂ）を電極板３の外面に形成してもよい。電極板３の外面に流路溝を形成する方法としては、加熱プレスや切削などの機械的な方法でもよいが、微細加工を好適に行う上で、レーザ照射によって溝加工を行うことが好ましい。レーザ照射を行う観点からも、電極板２，３の基材としては、繊維質カーボンの集合体が好ましい。   A part of the channel groove 9 (for example, the lateral groove 9 b) of the metal plate 5 may be formed on the outer surface of the electrode plate 3. As a method of forming the flow channel groove on the outer surface of the electrode plate 3, a mechanical method such as a hot press or cutting may be used. However, it is preferable to perform groove processing by laser irradiation in order to suitably perform fine processing. From the viewpoint of performing laser irradiation, the base material for the electrode plates 2 and 3 is preferably an aggregate of fibrous carbon.

金属板５の流路溝９に連通する注入口５ｃ及び排出口５ｄは、それぞれ１個又は複数を形成することができる。なお、金属板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、強度、伸び、重量、弾性率、ハンドリング性などを考慮すると、０．１〜１ｍｍが好ましい。金属板５に流路溝９を形成する方法としては、加工の精度や容易性から、エッチングが好ましい。エッチングによる流路溝９では、幅０．１〜１０ｍｍ、深さ０．０５〜１ｍｍが好ましい。また、流路溝９の断面形状は、略四角形、略台形、略半円形、Ｖ字形などが好ましい。   One or a plurality of inlets 5c and outlets 5d communicating with the channel groove 9 of the metal plate 5 can be formed. In addition, although the thickness of the metal plates 4 and 5 is more effective for reducing the overall thickness as the thickness is reduced, 0.1 to 1 mm is preferable in consideration of strength, elongation, weight, elastic modulus, handling property, and the like. Etching is preferable as a method of forming the flow channel 9 in the metal plate 5 in view of processing accuracy and ease. In the channel groove 9 by etching, a width of 0.1 to 10 mm and a depth of 0.05 to 1 mm are preferable. The cross-sectional shape of the channel groove 9 is preferably substantially square, substantially trapezoidal, substantially semicircular, V-shaped or the like.

金属板４への開口孔４ｃの形成、金属板４，５の周辺部の薄肉化、金属板５への注入口５ｃ等の形成についても、エッチングを利用するのが好ましい。エッチングは、例えばドライフィルムレジストなどを用いて、金属表面に所定形状のエッチングレジストを形成した後、金属板４，５の種類に応じたエッチング液を用いて行うことが可能である。また、２種以上の金属の積層板を用いて、金属ごとに選択的にエッチングを行うことで、流路溝９の断面形状をより高精度に制御することができる。   Etching is also preferably used for forming the opening hole 4 c in the metal plate 4, thinning the peripheral portion of the metal plates 4, 5, and forming the inlet 5 c to the metal plate 5. Etching can be performed using, for example, a dry film resist or the like, after forming an etching resist having a predetermined shape on the metal surface, and then using an etching solution corresponding to the type of the metal plates 4 and 5. Moreover, the cross-sectional shape of the flow-path groove | channel 9 can be controlled more precisely by performing a selective etching for every metal using the laminated board of 2 or more types of metals.

図４に示す実施形態は、金属板４，５のカシメ部（周辺部）をエッチングにより厚みを薄くした例である。このように、カシメ部をエッチングして適切な厚さにすることで、カシメによる封止をより容易に行うことができる。この観点から、カシメ部の厚みとしては、０．０５〜０．３ｍｍが好ましい。   The embodiment shown in FIG. 4 is an example in which the caulking portions (peripheral portions) of the metal plates 4 and 5 are thinned by etching. In this way, the caulking portion is etched to have an appropriate thickness, whereby sealing by caulking can be performed more easily. From this viewpoint, the thickness of the crimped portion is preferably 0.05 to 0.3 mm.

本発明では、金属板４，５の周縁は、電気的に絶縁した状態でカシメ（プレス曲げ加工に相当）により封止されている。電気的な絶縁は、絶縁材料６や固体高分子電解質１の周縁部、又はその両者を介在させることで行うことができる。本発明では、カシメを行う際、図４に示すように、金属板４，５の周縁によって固体高分子電解質１を挟持する構造が好ましく、絶縁材料６を介在させつつ固体高分子電解質１を挟持する構造がより好ましい。このような構造によると、電極板２，３の一方から他方へのガス等の流入を効果的に防止することができる。絶縁材料６の厚みとしては、薄型化の観点から、０．１ｍｍ以下が好ましい。なお、絶縁材料をコーティングすることにより、更なる薄型化が可能である（例えば絶縁材料６の厚み１μｍも可能）。   In the present invention, the peripheral edges of the metal plates 4 and 5 are sealed by caulking (corresponding to press bending) in an electrically insulated state. Electrical insulation can be performed by interposing the insulating material 6, the peripheral edge of the solid polymer electrolyte 1, or both. In the present invention, when caulking is performed, as shown in FIG. 4, a structure in which the solid polymer electrolyte 1 is sandwiched between the peripheral edges of the metal plates 4 and 5 is preferable, and the solid polymer electrolyte 1 is sandwiched with the insulating material 6 interposed. More preferable is the structure. According to such a structure, inflow of gas or the like from one of the electrode plates 2 and 3 to the other can be effectively prevented. The thickness of the insulating material 6 is preferably 0.1 mm or less from the viewpoint of thinning. In addition, it is possible to further reduce the thickness by coating the insulating material (for example, the insulating material 6 can have a thickness of 1 μm).

絶縁材料６としては、シート状の樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマー、セラミックスなどが使用できるが、シール性を高める上で、樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマーなどが好ましく、特にポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、フッ素樹脂、ポリイミドが好ましい。絶縁材料６は、金属板４，５の周縁に直接あるいは粘着剤を介して貼着したり、塗布したりして、予め金属板４，５に一体化しておくことも可能である。   As the insulating material 6, a sheet-like resin, rubber, thermoplastic elastomer, ceramics, and the like can be used. However, in order to improve the sealing performance, resin, rubber, thermoplastic elastomer, and the like are preferable, and in particular, polypropylene, polyethylene, polyester, fluorine Resin and polyimide are preferable. The insulating material 6 can be integrated with the metal plates 4 and 5 in advance by sticking or coating the peripheral edges of the metal plates 4 and 5 directly or via an adhesive.

カシメ構造としては、シール性や製造の容易性、厚み等の観点から図４に示すものが好ましい。つまり、一方の金属板５の周縁領域５ａを他方の周縁領域４ａより大きくしておき、絶縁材料６を介在させつつ、一方の金属板５の周縁領域５ａを他方の金属板４の周縁領域４ａを挟圧するように折り返したカシメ構造が好ましい。このカシメ構造では、プレス加工等によって、金属板４の周縁領域４ａに段差を設けておくのが好ましい。このようなカシメ構造自体は金属加工として公知であり、公知のカシメ装置によって、それを形成することができる。   As the caulking structure, the structure shown in FIG. That is, the peripheral region 5a of one metal plate 5 is made larger than the peripheral region 4a of the other, and the peripheral region 5a of one metal plate 5 is replaced with the peripheral region 4a of the other metal plate 4 while the insulating material 6 is interposed. A caulking structure that is folded back so as to sandwich pressure is preferable. In this caulking structure, it is preferable to provide a step in the peripheral region 4a of the metal plate 4 by pressing or the like. Such a caulking structure itself is known as metal processing, and can be formed by a known caulking device.

図４には、注入口５ｃにジョイント用の金属製ピン５ｅが金属板５に対して取り付けられている。この取り付けは、カシメや圧入により行うことができる。このピン５ｅに対して、金属パイプ１０を圧入して取り付けることができる。この金属パイプ１０に対して更に樹脂性パイプ１１挿入することで、ガス供給流路を形成することができる（図４（ｂ）の分解斜視図も参照）。排出口５ｄについても、同じ構成を採用することができる。   In FIG. 4, a metal pin 5 e for joint is attached to the metal plate 5 at the inlet 5 c. This attachment can be performed by caulking or press fitting. The metal pipe 10 can be press-fitted and attached to the pin 5e. A gas supply flow path can be formed by further inserting the resin pipe 11 into the metal pipe 10 (see also the exploded perspective view of FIG. 4B). The same configuration can be adopted for the outlet 5d.

また、図４に示すように、金属板４，５には、突出部４ｆ，５ｆが形成されており、これら突出部４ｆ，５ｆの内側に形成される空間には、電極板２，３が収容される。突出部４ｆ，５ｆは、金属板４，５を絞り加工（打ち出し加工）することで形成することができる。   Further, as shown in FIG. 4, the metal plates 4 and 5 are formed with protrusions 4f and 5f. In the space formed inside the protrusions 4f and 5f, the electrode plates 2 and 3 are provided. Be contained. The protrusions 4f and 5f can be formed by drawing (punching) the metal plates 4 and 5.

＜要部の構成＞
図５は、要部の構成を示す分解斜視図であり、図６は、支持基板３０に形成される電極パターンの一例を示す図である。単位セルＵは、表面側（外観から見える側）がカソード側（＋）に相当し、裏面側（支持基板３０に向かい合う側）がアノード側（−）に相当する。 <Configuration of main parts>
FIG. 5 is an exploded perspective view showing the configuration of the main part, and FIG. 6 is a view showing an example of an electrode pattern formed on the support substrate 30. In the unit cell U, the front surface side (side seen from the outside) corresponds to the cathode side (+), and the back surface side (side facing the support substrate 30) corresponds to the anode side (−).

コネクター３３は、枠状押圧部３３ｂを備えており、その中央部には矩形の開口窓３３ａが形成されている。この開口窓３３ａにより、カソード側金属板４に形成された多数の開口部４ｃが露出する。枠状押圧部１０は、金属板４を回路基板方向へ押圧する機能を有し、金属板４の外周領域を押圧する。また、図４（ｃ）に示すように、枠状押圧部１０は、金属板４の突出部４ｆの周囲を押圧するようにしている。これにより、金属板４，５、電極板２，３、固体高分子電解質１の間にも適切な押圧力が作用し、これらの部材間の接触を良好に保つようにしている。これにより、接触抵抗を減らすことができ、効率よく電気出力を取り出すことができる。   The connector 33 includes a frame-shaped pressing portion 33b, and a rectangular opening window 33a is formed at the center thereof. Due to the opening window 33a, a large number of openings 4c formed in the cathode side metal plate 4 are exposed. The frame-shaped pressing portion 10 has a function of pressing the metal plate 4 toward the circuit board, and presses the outer peripheral region of the metal plate 4. Moreover, as shown in FIG.4 (c), the frame-shaped press part 10 is made to press the circumference | surroundings of the protrusion part 4f of the metal plate 4. As shown in FIG. As a result, an appropriate pressing force acts between the metal plates 4 and 5, the electrode plates 2 and 3, and the solid polymer electrolyte 1 so as to keep a good contact between these members. Thereby, contact resistance can be reduced and an electrical output can be taken out efficiently.

枠状押圧部３３ａの両側には、一対の脚部３３ｃが一体的に形成されており、支持基板３０に形成されるカソード電極パターンと接続される。また、枠状押圧部３３ａの四隅には、結合ピン３４（もしくはネジ）を貫通させるための孔３３ｄが形成される。この孔３３ｄに対応して支持基板３０にも結合孔３０ａが形成される。従って、結合ピン３４を孔３３ｄから挿入して支持基板３０の結合孔３０ａに圧入することで、コネクター３３により単位セルＵを支持基板３０に搭載することができる。   A pair of leg portions 33 c are integrally formed on both sides of the frame-shaped pressing portion 33 a and are connected to the cathode electrode pattern formed on the support substrate 30. In addition, holes 33d for allowing the coupling pins 34 (or screws) to pass therethrough are formed at the four corners of the frame-shaped pressing portion 33a. A coupling hole 30a is also formed in the support substrate 30 corresponding to the hole 33d. Therefore, the unit cell U can be mounted on the support substrate 30 by the connector 33 by inserting the connection pin 34 through the hole 33 d and press-fitting it into the connection hole 30 a of the support substrate 30.

コネクター３３の脚部３３ｃの高さは、接続すべき単位セルＵの高さ寸法を考慮して決めることができる。すなわち、適度な押圧力で単位セルＵを支持基板３０に押圧するように設定される。また、脚部３３ｃを設けることで、コネクター３３としての強度を確保することができる。   The height of the leg 33c of the connector 33 can be determined in consideration of the height dimension of the unit cell U to be connected. That is, the unit cell U is set to be pressed against the support substrate 30 with an appropriate pressing force. Moreover, the strength as the connector 33 can be ensured by providing the leg portion 33c.

コネクター３３は、真鍮等の金属プレートを曲げ加工することで製造することができ、必要に応じて接触抵抗を減らすためのメッキ処理が施される。コネクター３３の厚みは０．５ｍｍ程度であり、単位セルＵを含めた全体の厚みが大きくならないようにしている。なお、厚み寸法は、単位セルＵの大きさに応じて設定できるものである。   The connector 33 can be manufactured by bending a metal plate such as brass, and is subjected to a plating process to reduce contact resistance as necessary. The thickness of the connector 33 is about 0.5 mm so that the entire thickness including the unit cell U does not increase. The thickness dimension can be set according to the size of the unit cell U.

図６に示すように、支持基板３０には、カソード電極パターン（＋）（第１電極パターンに相当）とアノード電極パターン（−）（第２電極パターンに相当）が形成されている。カソード電極パターン（＋）には、コネクター３３の脚部３３ｃが接触する。これにより、カソード側金属板４とカソード電極パターン（＋）とが電気的に接続される。結合ピン３４によりコネクター３３は支持基板３０に対して強固に結合されており、機械的結合強度と電気的接触を確実に確保することができる。なお、コネクター３３と支持基板３０との結合は、上記に限定されるものではなく、ボルト・ナットや、ハンダ付けにより行ってもよい。   As shown in FIG. 6, a cathode electrode pattern (+) (corresponding to the first electrode pattern) and an anode electrode pattern (−) (corresponding to the second electrode pattern) are formed on the support substrate 30. The leg 33c of the connector 33 is in contact with the cathode electrode pattern (+). Thereby, the cathode side metal plate 4 and the cathode electrode pattern (+) are electrically connected. The connector 33 is firmly coupled to the support substrate 30 by the coupling pins 34, and the mechanical coupling strength and the electrical contact can be reliably ensured. The connection between the connector 33 and the support substrate 30 is not limited to the above, and may be performed by bolts / nuts or soldering.

また、図６に示す電極パターンからもわかるように、図５に示す単位セルＵ１のカソード電極パターン（＋）と単位セルＵ２のアノード電極パターン（−）とは繋がっている。すなわち、単位セルＵ１と単位セルＵ２とは電極が直列接続されている。この点は、単位セルＵ３と単位セルＵ４についても同様である。また、隣接する支持基板３０に搭載される単位セルＵ２のカソード電極パターン（＋）と、単位セルＵ４のアノード電極パターン（−）はＬ字板３２を介してパターンが電気的に接続され、やはり直列接続される。このように、８つの単位セルＵを直列接続することができ、電圧を大きく取るようにする。   Further, as can be seen from the electrode pattern shown in FIG. 6, the cathode electrode pattern (+) of the unit cell U1 and the anode electrode pattern (−) of the unit cell U2 shown in FIG. 5 are connected. That is, the unit cell U1 and the unit cell U2 have electrodes connected in series. This also applies to the unit cell U3 and the unit cell U4. Further, the cathode electrode pattern (+) of the unit cell U2 mounted on the adjacent support substrate 30 and the anode electrode pattern (−) of the unit cell U4 are electrically connected through the L-shaped plate 32. Connected in series. In this way, eight unit cells U can be connected in series, and a large voltage is taken.

支持基板３０には、矩形孔３０ｂが形成されており、これは図４で説明した樹脂性パイプ１１の配置場所を確保するためである。すなわち、図５に示す単位セルＵ１の排出口５ｄと単位セルＵ２の注入口５ｃとをパイプ１１により接続し、単位セルＵ間のガス流路を結合する。支持基板３０に形成した矩形孔３０ｂにパイプ１１を収容することで、スペースを有効活用することができ、支持基板３０の裏面側にガス流路を突出させなくて済む。   A rectangular hole 30b is formed in the support substrate 30 in order to secure an arrangement place of the resinous pipe 11 described in FIG. That is, the discharge port 5d of the unit cell U1 shown in FIG. 5 and the injection port 5c of the unit cell U2 are connected by the pipe 11, and the gas flow path between the unit cells U is coupled. By accommodating the pipe 11 in the rectangular hole 30 b formed in the support substrate 30, it is possible to effectively use the space, and it is not necessary to project the gas flow path to the back side of the support substrate 30.

また、図５において単位セルＵ２と単位セルＵ４のガス流路を結合するためには、図５に示すように支持基板３０に切欠３０ｃを形成することで、パイプ１１を収容する空間を確保する。   Further, in order to connect the gas flow paths of the unit cell U2 and the unit cell U4 in FIG. 5, a space for accommodating the pipe 11 is secured by forming a notch 30c in the support substrate 30 as shown in FIG. .

ガス流路の構成例について図７により説明する。図７（ａ）では、ガス流路が直列接続された４つの単位セルＵからなる２つのグループに分けられ、水素ガス発生ユニット４０から発生した水素ガスは、途中で分岐して、夫々のグループに水素ガスが供給される。図７（ｂ）に示す構成例では、８つの単位セルＵのガス流路が直列接続されている。このように、ガス流路は直列接続、並列接続、あるいは、直列接続と並列接続の適宜の組み合わせにより構成することができる。   A configuration example of the gas flow path will be described with reference to FIG. In FIG. 7A, the gas flow paths are divided into two groups consisting of four unit cells U connected in series, and the hydrogen gas generated from the hydrogen gas generation unit 40 branches in the middle, and each group Is supplied with hydrogen gas. In the configuration example shown in FIG. 7B, the gas flow paths of eight unit cells U are connected in series. As described above, the gas flow path can be configured by series connection, parallel connection, or an appropriate combination of series connection and parallel connection.

図６に戻り、アノード電極パターン（−）は、アノード側金属板５の突出部５ｆが直接接触し、接触圧力はコネクター３３により単位セルＵを支持基板３０に接続することで確保することができる。また、コネクター３３は、カソード側金属板４の突出部４ｆを押圧するようにしており、接触圧力を十分に確保することができる。   Returning to FIG. 6, the anode electrode pattern (−) can be secured by directly contacting the protruding portion 5 f of the anode side metal plate 5 and connecting the unit cell U to the support substrate 30 by the connector 33. . In addition, the connector 33 presses the protruding portion 4f of the cathode side metal plate 4, so that a sufficient contact pressure can be secured.

本体部ケース２２に形成される開口窓２２ｄの大きさは、単位セルＵに形成される多数の開口孔４ｃを露出させるのに十分な大きさであればよい。また、組立性を考慮して、コネクター３３の枠状押圧部３３ｂの外形寸法とほぼ同じサイズか、これよりも少し小さめのサイズとすることができる。   The size of the opening window 22d formed in the main body case 22 only needs to be large enough to expose the many opening holes 4c formed in the unit cell U. In consideration of assemblability, the outer size of the frame-shaped pressing portion 33b of the connector 33 can be set to substantially the same size or slightly smaller than this.

＜水素ガス発生ユニットの構成例＞
次に、水素ガス発生ユニット４０（燃料ガス発生部）の構成例について説明する。この水素ガス発生ユニット４０は、４つの支持基板３０の裏面側（内側）に形成される空間に着脱自在に配置される。従って、水素ガス発生ユニット４０の外観形状も、立方体状もしくは直方体状に形成される。図８は、水素ガス発生ユニット４０の構成を概念的に示す図である。 <Configuration example of hydrogen gas generation unit>
Next, a configuration example of the hydrogen gas generation unit 40 (fuel gas generation unit) will be described. The hydrogen gas generation unit 40 is detachably disposed in a space formed on the back side (inside) of the four support substrates 30. Therefore, the external shape of the hydrogen gas generation unit 40 is also formed in a cubic shape or a rectangular parallelepiped shape. FIG. 8 is a diagram conceptually showing the configuration of the hydrogen gas generation unit 40.

図８（ａ）において、水素ガス発生ユニット４０は、水収容部４１と金属収容部４２とを備えており、水収容部４１と金属収容部４２の間に給水紙４３が橋渡しされている。金属収容部４３内には、例えば、アルミニウムの金属粉末を収容する。アルミニウムを水と反応させることにより、水素ガスを発生することができる。   In FIG. 8A, the hydrogen gas generation unit 40 includes a water storage unit 41 and a metal storage unit 42, and a water supply paper 43 is bridged between the water storage unit 41 and the metal storage unit 42. In the metal accommodating part 43, the metal powder of aluminum is accommodated, for example. Hydrogen gas can be generated by reacting aluminum with water.

給水紙４３は毛細管現象を利用して、水収容部４１内の水を金属収容部４２内へと供給する。給水紙４３として、好適には濾紙を使用することができる。   The water supply paper 43 supplies the water in the water storage part 41 into the metal storage part 42 using a capillary phenomenon. A filter paper can be preferably used as the water supply paper 43.

ユニット本体４４の一端側には、パイプ接続端子４４ａが設けられており、樹脂製パイプ１１が挿入される。水素発生ユニット４０を外すときには、この部分が切り離される。   On one end side of the unit main body 44, a pipe connection terminal 44a is provided, and the resin pipe 11 is inserted. When removing the hydrogen generation unit 40, this part is cut off.

図８（ｂ）は、水素ガス発生ユニット４０の別実施形態を示すものであり、下部に水収容部４１、上部に金属収容部４２が配置され、その間に水を蒸発させるための空間４６が設けられる。水収容部４１には、給水紙４３が挿入されており、給水紙４３を伝わって上昇した水は、空間４６において加熱されて水蒸気となる。この水蒸気は、メッシュ４５を通過して、金属収容部４２内に収容された金属と反応して水素ガスを発生する。金属としては、純鉄を使用することができ、粉末もしくはタブレットの形態で収容させることができる。水を加熱するための加熱手段は、フィルムヒーターを用いるなど適宜の方法を採用することができる。   FIG. 8 (b) shows another embodiment of the hydrogen gas generation unit 40, in which a water accommodating part 41 is arranged in the lower part and a metal accommodating part 42 is arranged in the upper part, and there is a space 46 for evaporating water between them. Provided. A water supply paper 43 is inserted into the water accommodating portion 41, and the water that has risen through the water supply paper 43 is heated in the space 46 to become water vapor. The water vapor passes through the mesh 45 and reacts with the metal accommodated in the metal accommodating portion 42 to generate hydrogen gas. As the metal, pure iron can be used, and it can be accommodated in the form of powder or tablet. As a heating means for heating water, an appropriate method such as using a film heater can be adopted.

なお、水素ガスを発生させるための方法は種々知られており、本発明として、どの方法を採用するかについては、適宜選択することができる。   Various methods for generating hydrogen gas are known, and the method to be employed in the present invention can be appropriately selected.

図９は、水素ガス発生ユニット４０を着脱するときの様子を示す図である。図９に示すように、本体部ケース２２の第２端面部２２ｃは、ヒンジ２２ｅにより開閉できるようにする。すなわち、第２端面部２２ｃは開閉扉として機能する。また、係止爪２２ｆが形成されており、本体部ケース２２の内部に形成された係合凹部（不図示）と係合する。係合爪２２ｆを適宜の方法で弾性変形することで、係合解除を行うことができる。なお、水素ガス発生ユニット４０を着脱するための開閉機構については、種々の変形例が考えられ、図示のものに限定されるものではない。   FIG. 9 is a diagram showing a state when the hydrogen gas generation unit 40 is attached and detached. As shown in FIG. 9, the second end surface portion 22c of the main body case 22 can be opened and closed by a hinge 22e. That is, the second end surface portion 22c functions as an open / close door. Further, a locking claw 22f is formed and engages with an engaging recess (not shown) formed inside the main body case 22. The engagement can be released by elastically deforming the engagement claw 22f by an appropriate method. Various open / close mechanisms for attaching and detaching the hydrogen gas generation unit 40 are conceivable and are not limited to the illustrated ones.

また、第２端面部２２ｃをなくし、水素ガス発生ユニット４０の端面部４０ａを外観に露出させるように構成してもよい。この場合は、水素ガス発生ユニット４０自身に、係合機構を設けることになる。また、水素ガス発生ユニット４０をスムーズに着脱するためのガイド機構を内部に設けることが好ましい。   Moreover, you may comprise so that the 2nd end surface part 22c may be eliminated and the end surface part 40a of the hydrogen gas generation unit 40 may be exposed to an external appearance. In this case, an engagement mechanism is provided in the hydrogen gas generation unit 40 itself. Moreover, it is preferable that a guide mechanism for smoothly attaching and detaching the hydrogen gas generation unit 40 is provided inside.

図８や図９では、燃料ガス発生部の全体を着脱する構成を説明したが、金属収容部４２のみを着脱する構成を採用してもよい。図８（ａ）の例では、アルミニウムを収容する金属収容部４２のみを着脱可能に構成し、アルミニウムを消費した場合に、金属収容部４２を取り外して、新たなアルミニウムを収容するようにする。水を消費した場合は、水を供給するための供給口を設けて、この供給口から新たな水を供給するようにする。以上の点は、図８（ｂ）の場合も同じようにすることができる。   8 and 9, the configuration in which the entire fuel gas generation unit is attached and detached has been described, but a configuration in which only the metal accommodating portion 42 is attached and detached may be employed. In the example of FIG. 8A, only the metal accommodating portion 42 that accommodates aluminum is configured to be detachable, and when the aluminum is consumed, the metal accommodating portion 42 is removed to accommodate new aluminum. When water is consumed, a supply port for supplying water is provided, and new water is supplied from this supply port. The above points can be made the same in the case of FIG.

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る燃料電池Ｆの構成を図１０により説明する。なお本体ケースは外した状態で図示している。第１実施形態と異なるのは、１つの支持基板３０に搭載される単位セルＵが１つである点であり、トータルの単位セルＵの数は４個である。その他の機構については、おおむね第１実施形態と同じであり、同じ機能をする部分については、同じ図番を付している。水素ガス発生ユニット４０の構成についても、図８で説明したのと同じようにすることができる。この点は、次に説明する第３実施形態の場合も同様である。 Second Embodiment
Next, the structure of the fuel cell F according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The main body case is shown in a removed state. The difference from the first embodiment is that one unit cell U is mounted on one support substrate 30, and the total number of unit cells U is four. The other mechanisms are generally the same as those in the first embodiment, and the parts having the same functions are denoted by the same reference numerals. The configuration of the hydrogen gas generation unit 40 can be the same as described with reference to FIG. This also applies to the case of the third embodiment described below.

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る燃料電池Ｆの構成を図１１により説明する。第１実施形態と異なるのは、支持基板３０が２枚である点である。一方の支持基板３０には、単位セルＵが２つ搭載されるが（図１１（ａ））、もう一方の支持基板３０には、単位セルＵが１つだけ搭載され、残りのスペースには、昇圧回路３５が搭載される。また、２枚の支持基板３０どうしは、リード線３６により電気的に接続されている。あるいは、支持基板３０の間に支柱（スペーサ）を挿入して、これにより電気的接続を行うと共に、水素ガス発生ユニット４０を配置するための空間を確保してもよい。 <Third Embodiment>
Next, the structure of the fuel cell F according to the third embodiment will be described with reference to FIG. The difference from the first embodiment is that there are two support substrates 30. Two unit cells U are mounted on one support substrate 30 (FIG. 11 (a)), but only one unit cell U is mounted on the other support substrate 30, and the remaining space has A booster circuit 35 is mounted. Further, the two support substrates 30 are electrically connected by lead wires 36. Alternatively, struts (spacers) may be inserted between the support substrates 30, thereby making electrical connection and securing a space for arranging the hydrogen gas generation unit 40.

この実施形態の場合、本体部ケース２２に形成される開口窓の数も３つとなる。   In the case of this embodiment, the number of opening windows formed in the main body case 22 is also three.

＜ハイブリッドタイプの構成例＞
次に、ハイブリッドタイプの燃料電池の構成例について図１２及び図１３により説明する。燃料電池を構成する単位セルＵにより構成されるセル発電部により、電源供給端子２１を介して電力供給がされるが、セル発電部による発電が十分ではないときには、必要な電力を機器に対して供給できないことが有る。例えば、セル発電部の立ち上げ時や、大きな負荷が作用したとき、水素ガスを発生するための材料が減少してきたときなどである。そこで、セル発電部の他に補助電池として、小型のリチウム電池（充電可能な補助電池（二次電池）に相当）を搭載し、セル発電部とリチウム電池のいずれかを選択的に切替可能に構成する。これにより、セル発電部による電力供給が十分に行なわれない場合には、リチウム電池を機器に接続するように構成し、常時適切な電力供給を機器に行なうことができるように構成した。 <Configuration example of hybrid type>
Next, a configuration example of a hybrid type fuel cell will be described with reference to FIGS. Electric power is supplied via the power supply terminal 21 by the cell power generation unit configured by the unit cells U constituting the fuel cell, but when the power generation by the cell power generation unit is not sufficient, necessary power is supplied to the device. There are cases where it cannot be supplied. For example, when the cell power generation unit is started up, when a large load is applied, or when the material for generating hydrogen gas has decreased. Therefore, in addition to the cell power generation unit, a small lithium battery (equivalent to a rechargeable auxiliary battery (secondary battery)) is installed as an auxiliary battery so that either the cell power generation unit or the lithium battery can be selectively switched. Constitute. Thereby, when the power supply by the cell power generation unit is not sufficiently performed, the lithium battery is configured to be connected to the device, so that the device can be always supplied with appropriate power.

かかる構成を実現するための回路構成を図１２に示す。このような回路は、第１実施形態の例だと、正方形の回路基板３１に搭載することが可能である。もちろん、他の実施形態についても適宜の場所に搭載することが可能である。   A circuit configuration for realizing such a configuration is shown in FIG. Such a circuit can be mounted on the square circuit board 31 in the example of the first embodiment. Of course, other embodiments can also be mounted at appropriate locations.

図１２において、セル発電部４０は、少なくとも１つの単位セルＵにより構成され、複数の単位セルＵで構成する場合は、それらが直列接続される。リチウム電池４１は、充電可能な補助電池に相当するが、リチウム電池４１以外の二次電池を使用してもよい。   In FIG. 12, the cell power generation unit 40 is configured by at least one unit cell U, and when configured by a plurality of unit cells U, they are connected in series. The lithium battery 41 corresponds to a rechargeable auxiliary battery, but a secondary battery other than the lithium battery 41 may be used.

電圧検出部４２（検出部に相当）は、セル発電部４０とリチウム電池４１の電圧値を常時監視しており、いずれを電源供給端子２１に接続すべきかをこの電圧値に基づいて判断する機能を有する。本発明に係る検出部としては、電圧値をモニターするのではなく、電流値をモニターするようにしてもよい。リチウム電池４１の電圧レベルは、例えば３．７Ｖ〜５Ｖ程度であり、セル発電部４０の電圧レベルは、例えば、４つの単位セルＵを使用して２．７Ｖレベルである。これら２つの電圧レベルを検出して、相対的な比較を行なうことで、いずれを電源供給端子２１に接続すべきかが判断される。例えば、セル発電部４０の電圧値がリチウム電池４１の電圧値に比べて、あまりに低い状態のときは、リチウム電池４１により電力供給を行なうようにする。   The voltage detection unit 42 (corresponding to the detection unit) constantly monitors the voltage values of the cell power generation unit 40 and the lithium battery 41 and determines which one should be connected to the power supply terminal 21 based on this voltage value. Have The detection unit according to the present invention may monitor the current value instead of monitoring the voltage value. The voltage level of the lithium battery 41 is, for example, about 3.7 V to 5 V, and the voltage level of the cell power generation unit 40 is, for example, 2.7 V level using four unit cells U. By detecting these two voltage levels and performing a relative comparison, it is determined which should be connected to the power supply terminal 21. For example, when the voltage value of the cell power generation unit 40 is too low compared to the voltage value of the lithium battery 41, the lithium battery 41 supplies power.

セル発電部４０の出力電圧は、第１昇圧回路４３により機器に適した電圧となるように昇圧される。リチウム電池４１の出力電圧も、同様に第２昇圧回路４４により昇圧される。これら昇圧回路４３，４４は、同じ構成のものを採用することができ、公知のＤＣ−ＤＣコンバータにより構成することができる。   The output voltage of the cell power generation unit 40 is boosted by the first booster circuit 43 so as to be a voltage suitable for the device. Similarly, the output voltage of the lithium battery 41 is boosted by the second booster circuit 44. These booster circuits 43 and 44 can adopt the same configuration, and can be configured by a known DC-DC converter.

第１スイッチ部４５は、セル発電部４０による電力供給を電源供給端子２１を介して行うための切替機能を備えており、図１２に示す状態にスイッチを切り替えることで、セル発電部４０が電源供給端子２１と電気的に接続される。第２スイッチ部４６は、リチウム電池４１による電力供給を電源供給端子２１を介して行なうための切替機能を備えており、図１３に示す状態に切り替えることで、リチウム電池４１が電源供給端子２１と電気的に接続される。これらスイッチ部４４，４５については、例えば、パワーＭＯＳ−ＦＥＴやその他の適宜のスイッチング用トランジスタを用いて構成することができる。   The first switch unit 45 has a switching function for performing power supply by the cell power generation unit 40 via the power supply terminal 21. By switching the switch to the state shown in FIG. It is electrically connected to the supply terminal 21. The second switch unit 46 has a switching function for performing power supply by the lithium battery 41 via the power supply terminal 21, and the lithium battery 41 is connected to the power supply terminal 21 by switching to the state shown in FIG. 13. Electrically connected. The switch units 44 and 45 can be configured using, for example, a power MOS-FET or other appropriate switching transistor.

図１２において、第１昇圧回路４３の出力部と第２スイッチ部４６の間にダイオード４７が接続され、この経路は、リチウム電池４１を充電するための充電経路として機能する。すなわち、セル発電部４０による電力供給が行なわれるときには、図１２に示すようなスイッチ状態となり、リチウム電池４１への充電も同時に行なわれることになる。ダイオード４７を設けることで、リチウム電池４１からセル発電部４０への逆充電を防止すると共に、セル発電部４０による電力供給が行なわれているときに、リチウム電池４１による電力供給が行なわれないようにしている。   In FIG. 12, a diode 47 is connected between the output unit of the first booster circuit 43 and the second switch unit 46, and this path functions as a charging path for charging the lithium battery 41. That is, when power is supplied by the cell power generation unit 40, the switch state as shown in FIG. 12 is established, and the lithium battery 41 is also charged at the same time. By providing the diode 47, reverse charging from the lithium battery 41 to the cell power generation unit 40 is prevented, and power supply by the lithium battery 41 is not performed when power supply by the cell power generation unit 40 is performed. I have to.

切替制御部４８は、電圧検出部４２による検出結果に基づいて、第１スイッチ部４５と第２スイッチ部４６の動作を制御するものであり、セル発電部４０では機器（負荷）を駆動するのに必要な電力供給ができない状態のときは、図１３に示すような状態にスイッチ部４５，４６を切り替えることで、リチウム電池４１による電力供給が電源供給端子２１を介して行なわれる。このときは、第２スイッチ部４６の切替により、リチウム電池４１への充電経路も切断される。セル発電部４０により電力供給が可能な場合は、図１２に示すようなスイッチ状態に切り替えられる。   The switching control unit 48 controls the operation of the first switch unit 45 and the second switch unit 46 based on the detection result by the voltage detection unit 42, and the cell power generation unit 40 drives the device (load). When the power necessary for the power supply cannot be supplied, the power supply by the lithium battery 41 is performed via the power supply terminal 21 by switching the switch units 45 and 46 to the state shown in FIG. At this time, the charging path to the lithium battery 41 is also disconnected by switching the second switch unit 46. When power can be supplied by the cell power generation unit 40, the switch state is switched to that shown in FIG.

キャパシタ４９は、スイッチ部４５，４６の切替動作時に生じるノイズ成分を吸収するために設けられるものであり、例えば、スーパーキャパシタを用いることができる。   The capacitor 49 is provided to absorb a noise component generated during the switching operation of the switch units 45 and 46. For example, a super capacitor can be used.

上記実施形態では、第２スイッチ部４６は、充電経路か電力供給経路のいずれか一方にのみ切り替えられるように構成しているが、いずれの位置でもないニュートラルな状態を取れるように構成してもよい。セル発電部４０により電力供給を行う場合に、機器側の負荷の駆動とリチウム電池４１への充電の双方を行なうことが過負荷状態になることがある。その場合、ニュートラル位置に設定して、リチウム電池４１が回路から切り離された状態にすることができる。   In the above embodiment, the second switch unit 46 is configured to be switched to only one of the charging path and the power supply path. However, the second switch unit 46 may be configured to take a neutral state that is not in any position. Good. When power is supplied by the cell power generation unit 40, it may be overloaded to drive both the load on the device side and charge the lithium battery 41. In that case, it can set to the neutral position and can be made into the state from which the lithium battery 41 was cut away from the circuit.

＜別実施形態＞
燃料電池の実施形態を種々説明したが、本発明は、これら実施形態に限定されるものではない。支持基板３０の枚数について４枚の構成例と２枚の構成例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、３枚の支持基板３０により構成してもよい。要は、壁面部２２ａに沿って支持基板３０を配置すればよい。 <Another embodiment>
Although various embodiments of the fuel cell have been described, the present invention is not limited to these embodiments. Although four configuration examples and two configuration examples have been described for the number of support substrates 30, the present invention is not limited to this, and for example, the support substrate 30 may be configured by three support substrates 30. In short, the support substrate 30 may be disposed along the wall surface portion 22a.

また、１枚の支持基板３０に搭載する単位セルＵの個数について、１つの例と２つの例を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、３枚以上を搭載してもよい。すなわち、セル発電部を構成する単位セルＵの数は、少なくとも１つであればよく、特定の個数に限定されるものではない。燃料電池Ｆが使用される機器に応じて、単位セルＵの個数を決めることができる。また、単位セルＵの大きさについては、適宜決めることができる。   In addition, although one example and two examples are shown for the number of unit cells U to be mounted on one support substrate 30, it is not limited to this, and for example, three or more units may be mounted. . That is, the number of unit cells U constituting the cell power generation unit may be at least one and is not limited to a specific number. The number of unit cells U can be determined according to the device in which the fuel cell F is used. Further, the size of the unit cell U can be determined as appropriate.

本発明に係る燃料電池Ｆが使用される機器については、携帯機器に特に好適ではあるが、これに限定されるものではなく、種々の機器に対して使用することができる。また、燃料電池Ｆの使用目的も、機器の主電源として使用しても良いし、機器に使用される二次電池を充電する目的で使用してもよい。また、燃料電池Ｆを機器に着脱する場合、直接機器（機器の外部に露出した端子）に装着するのではなく、接続コードを介して機器に接続する場合も、本発明に含まれるものである。   The device in which the fuel cell F according to the present invention is used is particularly suitable for portable devices, but is not limited to this, and can be used for various devices. Moreover, the usage purpose of the fuel cell F may be used as a main power source of the device, or may be used for the purpose of charging a secondary battery used in the device. Further, when the fuel cell F is attached to or detached from the device, the case where the fuel cell F is connected to the device via a connection cord instead of being directly attached to the device (terminal exposed to the outside of the device) is also included in the present invention. .

本体部２０の断面形状については、正方形、長方形などの方形に形成することができる。本体部ケース２２の角部には、Ｒ形状を設けてもよい。また、本体部ケース２２にクリップを取り付けて、上着のポケット等に差し込めるようにしてもよい。   About the cross-sectional shape of the main-body part 20, it can form in squares, such as a square and a rectangle. An R shape may be provided at the corner of the main body case 22. Further, a clip may be attached to the main body case 22 so that it can be inserted into a pocket of an outer jacket or the like.

本体部２０の断面形状については、正方形や長方形以外にも、六角形や八角形などの多角形にすることができる。また、本体部２０の形状を円筒形や楕円筒形やその他の任意の形状とすることができる。本体部２０が円筒形の場合、壁面部は１つということになるが、壁面部は異方向に臨んでいる。   About the cross-sectional shape of the main-body part 20, it can be made into polygons, such as a hexagon and an octagon other than a square and a rectangle. Moreover, the shape of the main-body part 20 can be made into a cylindrical shape, an elliptical cylinder shape, and other arbitrary shapes. When the main body portion 20 is cylindrical, the wall surface portion is one, but the wall surface portion faces in a different direction.

本実施形態では、本体部ケース２２に開口窓２２ｄを形成しているが、本発明としては、開口窓２２ｄは必ずしも必要はない。開口窓２２ｄを形成することで、空気を取り込みやすくすると共に、意匠的にも優れた外観形状を提供することができる。   In the present embodiment, the opening window 22d is formed in the main body case 22, but the opening window 22d is not necessarily required for the present invention. By forming the opening window 22d, it is possible to easily take in air and to provide an appearance shape that is excellent in design.

本実施形態の場合、開口窓２２ｄの大きさは、単位セルＵに形成される多数の開口孔４ｃを全て露出させるような大きさに形成されているが、その一部のみを露出させる程度の大きさであってもよい。さらに、開口窓を形成する場合は、本体部ケース２２の任意の位置に形成することができ、開口孔４ｃの配置に関係なく形成してもよい。例えば、開口孔４ｃを外部に露出させないような位置に形成してもよい。また、開口窓の形状も種々変形例が考えられ、矩形に限定されるものではなく、円形やスリット状に形成してもよい。   In the case of this embodiment, the size of the opening window 22d is formed so as to expose all the many opening holes 4c formed in the unit cell U, but only a part of the opening window 22d is exposed. It may be a size. Furthermore, when forming an opening window, it can be formed at an arbitrary position of the main body case 22, and may be formed regardless of the arrangement of the opening holes 4c. For example, you may form in the position which does not expose the opening hole 4c outside. Various modifications of the shape of the opening window are conceivable, and the shape of the opening window is not limited to a rectangle, but may be a circle or a slit.

なお、本発明として壁面部を異方向に臨ませた場合、すべての方向に対して支持基板３０を配置する構成に限定されるものではない。例えば、図９，１０の構成では、異方向に臨む４つの壁面部２２ａの全てに支持基板３０を配置しているが、図１１では、４つの壁面部２２ａのうち２つの壁面部２２ａに沿って支持基板３０が配置される。少なくとも異なる方向に臨む壁面部２２ａに単位セルＵを搭載した支持基板３０を配置することで、空気を取り込む場合の効率を高めることができる。   In addition, when a wall surface part is made to face in a different direction as this invention, it is not limited to the structure which arrange | positions the support substrate 30 with respect to all directions. For example, in the configuration of FIGS. 9 and 10, the support substrate 30 is disposed on all four wall surface portions 22a facing in different directions, but in FIG. 11, along the two wall surface portions 22a among the four wall surface portions 22a. The support substrate 30 is disposed. By arranging the support substrate 30 on which the unit cell U is mounted on the wall surface portion 22a facing at least a different direction, the efficiency in taking in air can be increased.

第１実施形態にかかる燃料電池の外観形状を示す斜視図The perspective view which shows the external appearance shape of the fuel cell concerning 1st Embodiment. 本体部ケースを外した状態を示す斜視図The perspective view which shows the state which removed the main-body-part case 本発明の燃料電池セルの一例を示す組み立て斜視図Assembly perspective view showing an example of the fuel battery cell of the present invention 本発明の燃料電池セルの一例を示す縦断面図The longitudinal cross-sectional view which shows an example of the fuel battery cell of this invention 要部の構成を示す分解斜視図Exploded perspective view showing the configuration of the main part 支持基板に形成される電極パターンの構成例を示す図The figure which shows the structural example of the electrode pattern formed in a support substrate ガス流路の構成例を示す図Diagram showing configuration example of gas flow path 水素ガス発生ユニットの構成例を示す概念図Conceptual diagram showing a configuration example of a hydrogen gas generation unit 水素ガス発生ユニットを着脱するときの態様を示す図The figure which shows the aspect when attaching or detaching a hydrogen gas generation unit 第２実施形態にかかる燃料電池の外観形状を示す斜視図The perspective view which shows the external appearance shape of the fuel cell concerning 2nd Embodiment. 第３実施形態にかかる燃料電池の外観形状を示す斜視図The perspective view which shows the external appearance shape of the fuel cell concerning 3rd Embodiment. ハイブリッドタイプの給電切替回路の構成を示す図Diagram showing the configuration of a hybrid type power supply switching circuit ハイブリッドタイプの給電切替回路の構成を示す図（リチウム切替状態）Diagram showing the configuration of a hybrid type power supply switching circuit (lithium switching state)

符号の説明Explanation of symbols

１ 固体高分子電解質
２ カソード側電極板
３ アノード側電極板
４ カソード側金属板
４ｃ 開口孔
５ アノード側金属板
５ｃ 注入口
５ｄ 排出口
１０ 金属パイプ
１１ 樹脂性パイプ
２０ 本体部
２１ 電源供給端子
２２ 本体部ケース
２２ａ 壁面部
２２ｂ 第１端面部
２２ｃ 第２端面部
２２ｄ 開口窓
３０ 支持基板
３１ 回路基板
３２ Ｌ字板
３３ 枠状押圧部
３３ａ 開口窓
３３ｂ 枠状押圧部
３４ 結合ピン
３５ 昇圧回路
４０ セル発電部
４１ リチウム電池
４２ 電圧検出部
４３ 第１昇圧回路
４４ 第２昇圧回路
４５ 第１スイッチ部
４６ 第２スイッチ部
４７ ダイオード
４８ 切替制御部
Ｆ 着脱式燃料電池
Ｕ 単位セル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid polymer electrolyte 2 Cathode side electrode plate 3 Anode side electrode plate 4 Cathode side metal plate 4c Opening hole 5 Anode side metal plate 5c Inlet 5d Outlet 10 Metal pipe 11 Resinous pipe 20 Main body 21 Power supply terminal 22 Main body Part case 22a wall surface part 22b first end face part 22c second end face part 22d opening window 30 support substrate 31 circuit board 32 L-shaped plate 33 frame-shaped pressing part 33a opening window 33b frame-shaped pressing part 34 coupling pin 35 boosting circuit 40 cell power generation Unit 41 lithium battery 42 voltage detection unit 43 first booster circuit 44 second booster circuit 45 first switch unit 46 second switch unit 47 diode 48 switching control unit F detachable fuel cell U unit cell

Claims (5)

機器側の電源端子に着脱自在に装着される電源供給端子と、
この電源供給端子を支持する本体部とを備えた着脱式燃料電池であって、
本体部の外観を形成し、少なくとも異方向に臨ませてなる壁面部から構成される本体部ケースと、
前記壁面部に沿って配置される支持基板と、
この支持基板に搭載される発電用の単位セルと、
この単位セルに供給する燃料ガスを発生する燃料ガス発生部とを備えていることを特徴とする着脱式燃料電池。 A power supply terminal that is detachably attached to the power terminal on the device side;
A detachable fuel cell comprising a main body that supports the power supply terminal,
A main body case that forms the appearance of the main body and is composed of at least a wall surface facing in a different direction;
A support substrate arranged along the wall surface;
A unit cell for power generation mounted on the support substrate;
A detachable fuel cell comprising a fuel gas generator for generating fuel gas to be supplied to the unit cell. 少なくとも１つの前記単位セルにより構成されるセル発電部と、
補助電池と、
セル発電部と補助電池の電圧又は電流を検出する検出部と、
セル発電部を前記電源供給端子に電気的接続するための第１スイッチ部と、
補助電池を電源供給端子に電気的接続するための第２スイッチ部と、
前記検出部による検出結果に応じて、第１スイッチ部と第２スイッチ部の切替を制御することで、セル発電部と補助電池のいずれか一方を選択的に電源供給端子に接続させる切替制御部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の着脱式燃料電池。 A cell power generation unit composed of at least one unit cell;
An auxiliary battery,
A detection unit for detecting the voltage or current of the cell power generation unit and the auxiliary battery;
A first switch unit for electrically connecting a cell power generation unit to the power supply terminal;
A second switch for electrically connecting the auxiliary battery to the power supply terminal;
A switching control unit for selectively connecting one of the cell power generation unit and the auxiliary battery to the power supply terminal by controlling switching of the first switch unit and the second switch unit according to the detection result by the detection unit. The detachable fuel cell according to claim 1, comprising: 補助電池は、二次電池であり、セル発電部が電源供給端子に接続されている状態のときに、セル発電部により補助電池を充電するための充電経路が構成されていることを特徴とする請求項２に記載の着脱式燃料電池。   The auxiliary battery is a secondary battery, and a charging path for charging the auxiliary battery is configured by the cell power generation unit when the cell power generation unit is connected to the power supply terminal. The detachable fuel cell according to claim 2. セル発電部の出力電圧を昇圧する昇圧回路を備え、
この昇圧回路の出力部と補助電池とを接続することで前記充電経路を形成し、この経路途中に充電方向にのみ電流を許容するダイオードと、
このダイオードと補助電池の間に前記第２スイッチ部を配置したことを特徴とする請求項３に記載の着脱式燃料電池。 It has a booster circuit that boosts the output voltage of the cell power generation unit,
The charging path is formed by connecting the output unit of the booster circuit and the auxiliary battery, and a diode that allows current only in the charging direction along the path,
The detachable fuel cell according to claim 3, wherein the second switch portion is disposed between the diode and the auxiliary battery. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の着脱式燃料電池と、この着脱式燃料電池により電源供給を受ける機器とから構成される電源供給システム。   The power supply system comprised from the detachable fuel cell of any one of Claims 1-4, and the apparatus which receives power supply by this detachable fuel cell.

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