(57)【要約】【課題】水素発生剤に水蒸気を供給して水素を発生させる場合に、水蒸気の発生を促進することで発生量を制御することができる水素発生装置、水素発生方法、及び水素発生装置を備える給電装置を提供する。【解決手段】燃料電池に供給するための水素を発生する水素発生装置３０であって、水を収容する水収容部３１と、この水が気化した水蒸気と反応して水素を発生する水素発生剤３２と、水蒸気を流動させるファン３３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に供給するための水素を発生する水素発生装置であって、
水を収容する水収容部と、
この水が気化した水蒸気と反応して水素を発生する水素発生剤と、
前記水蒸気を流動させる送風手段と、を備える水素発生装置。
【請求項２】
前記送風手段は、送風量によって前記水蒸気の発生量を制御する蒸発量制御機能を有する請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項３】
前記水収容部には、収容された水に一部が接する吸水性のシート状部材が設けられ、
前記送風手段は、前記シート状部材に送風する請求項１又は２に記載の水素発生装置。
【請求項４】
前記シート状部材は、筒状部を有し、
前記送風手段は、前記筒状部内に送風する請求項３に記載の水素発生装置。
【請求項５】
前記水素発生剤に前記水蒸気を供給する水蒸気供給路に逆止弁を設けている請求項１〜４のいずれかに記載の水素発生装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の水素発生装置と、
この水素発生装置により発生した水素が供給されて発電を行なう燃料電池と、
この燃料電池による発電初期に前記送風手段に電力を供給する補助電池と、を備える給電装置。
【請求項７】
燃料電池に供給するための水素を発生させる水素発生方法であって、
送風により水からの水蒸気の発生を促進しながら、水素発生剤と前記水蒸気とを反応させて水素を発生させる水素発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に供給するための水素を発生する水素発生装置、水素発生方法、及び水素発生装置を備える給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水を供給して水素を発生させる水素発生剤としては、鉄、アルミニウム等の金属を主成分とするものや、水素化マグネシウムや水素化カルシウム等の水素化金属を主成分とするものが知られている（例えば、特許文献１参照）。なかでも、水素化カルシウムを主成分とする水素発生剤を用いる場合、水分との反応速度が急峻であるため、水分を液体（水）で供給すると水素が初期に爆発的に発生するという問題があった。
【０００３】
例えば１ｇの水素化カルシウムと水とを完全に反応させると、１．１６Ｌ（理論量）の水素が発生し、０．８９ｇ（理論量）の水が必要になり、１Ｌ／ｈの水発生速度の場合、１ｍＬ／ｈ（０．２８μＬ／秒）程度で水を供給する必要がある。しかし、シリンジポンプ等を用いて、このような微量の流量で水を供給しようとしても、供給量の制御が精密に行なえないため流量が不均一になり、また、液滴の大きさの影響を受けるなど、特に水が最初に供給される際に供給量が多くなる。これが水素化カルシウムと急激に反応し、水素が初期に爆発的に発生していた。
【０００４】
そこで、特許文献１〜２には、水素化カルシウムと水分との反応速度を適度にコントロールする目的で、発生した水蒸気を疎水性の多孔体を介して水素化カルシウムに供給する水素発生方法が開示されている。
【０００５】
特許文献１〜２に開示された方法では、水蒸気の水素発生剤への供給量は、疎水性多孔体の平均孔径、気孔率、表面積などにより制御されている。さらに、特許文献１に開示された方法では、疎水性多孔体と水との接触面積や疎水性の多孔体に作用する水圧等を調整することにより、疎水性多孔体を透過してくる水蒸気の量を制御している。
【０００６】
しかしながら、特許文献１〜２の方法では、水蒸気の発生自体は、自然な蒸発により行なっているため、水蒸気の発生量は、温度に依存する飽和水蒸気量によって主に決定され、水蒸気の発生量を能動的に制御することが困難であった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３１３００１号公報
【特許文献２】特開２００４−２６９３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の目的は、水素発生剤に水蒸気を供給して水素を発生させる場合に、水蒸気の発生を促進することで発生量を制御することができる水素発生装置、水素発生方法、及び水素発生装置を備える給電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため本発明に係る水素発生装置は、燃料電池に供給するための水素を発生する水素発生装置であって、水を収容する水収容部と、この水が気化した水蒸気と反応して水素を発生する水素発生剤と、前記水蒸気を流動させる送風手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の水素発生装置によれば、水収容部に収容された水が気化した水蒸気を、送風手段によって流動させることができる。水蒸気を流動させることで、水収容部の水の蒸発を促進させ、水蒸気の発生量を制御することができる。すなわち、通常、水蒸気の発生量は飽和水蒸気量によって決まるが、気化した水蒸気を流動させることで、水収容部の近傍（特に、水の表面近傍）の水蒸気量が減少し、さらなる水の蒸発を促すことができる。
【００１１】
本発明の水素発生装置において、前記送風手段は、送風量によって前記水蒸気の発生量を制御する蒸発量制御機能を有することが好ましい。
【００１２】
自然な蒸発により水蒸気を発生させる場合に比べ、本発明の水素発生装置によれば、送風手段に設けた蒸発量制御機能が、送風量を変化させることで水蒸気の発生量を制御することができる。送風量を大きくすることで、水蒸気の発生量を多くすることも、送風量を小さくすることで、水蒸気の発生量を少なくすることもできる。水蒸気の発生量を制御することにより、水素発生剤への水蒸気の供給量も制御することができ、結果として水素発生剤からの水素の発生量も制御することができる。
【００１３】
本発明の水素発生装置において、前記水収容部には、収容された水に一部が接する吸水性のシート状部材が設けられ、前記送風手段は、前記シート状部材に送風することが好ましい。
【００１４】
吸水性のシート状部材を、水収容部に収容された水に一部が接するように設け、送風手段によってシート状部材に送風する。この構成によれば、シート状部材は、吸水性を有するので、その一部が水収容部の水に接することで毛細管現象により吸水し、全面に水が浸透する。このシート状部材に送風手段で送風することで、シート状部材からの水の蒸発が促進される。また、送風手段の電源をオンオフしたり、オンオフの時間を調節したりすることにより、水の蒸発量、すなわち水蒸気の発生量を容易かつ確実に制御することができる。
【００１５】
本発明の水素発生装置において、前記シート状部材は、筒状部を有し、前記送風手段は、前記筒状部内に送風することが好ましい。
【００１６】
筒状部を有することでシート状部材の表面積が増えるので、この筒状部内に送風手段で送風することで、シート状部材からの水の蒸発がより一層促進される。
【００１７】
本発明の水素発生装置において、前記水素発生剤に前記水蒸気を供給する水蒸気供給路に逆止弁を設けていることが好ましい。
【００１８】
上記のように、水素発生剤に供給される水蒸気の量を制御することで、水素発生剤からの水素の発生量を制御することができる。この際、水蒸気は水蒸気供給路を介して水素発生剤に供給されるが、水蒸気が水蒸気供給路を逆流して水収容部に戻ると水素の発生量を正確に制御できなくなってしまう。水蒸気供給路に逆止弁を設けることで、水蒸気の逆流を防止することができ、水素発生剤に供給される水蒸気の量を制御し、水素の発生量を正確に制御することができる。
【００１９】
上記課題を解決するため本発明に係る給電装置は、本発明に係る水素発生装置と、この水素発生装置により発生した水素が供給されて発電を行なう燃料電池と、この燃料電池による発電初期に前記送風手段に電力を供給する補助電池と、を備えるものである。
【００２０】
本発明に係る給電装置によれば、補助電池が、燃料電池による発電初期に送風手段に電力を供給するので、燃料電池による発電の開始時などの発電初期においても送風手段を作動させることができ、水素発生剤への水蒸気の供給を安定して行なうことができる。
【００２１】
上記課題を解決するため本発明に係る水素発生方法は、燃料電池に供給するための水素を発生させる水素発生方法であって、送風により水からの水蒸気の発生を促進しながら、水素発生剤と前記水蒸気とを反応させて水素を発生させることを特徴とする。
【００２２】
かかる構成による水素発生方法の作用・効果については、すでに述べた通りであり、本発明の水素発生方法によれば、送風により水蒸気の発生を促進することで、水蒸気の発生量を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明に係る給電装置の好適な実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の水素発生装置の一例を示す図であり、（ａ）平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。
【００２４】
＜水素発生装置＞
本発明の水素発生装置３０は、図１に示すように、水を収容する水収容部３１と、水蒸気と反応して水素を発生する水素発生剤３２と、水蒸気を流動させるファン（送風手段に相当）３３と、を備える。
【００２５】
水収容部３１には、水が収容される。水は、単に容器状の水収容ケース３１ａに収容されるように構成してもよいが、本発明では、使用する姿勢が変化しても一定の場所に水が留まるように、水収容ケース３１ａ内に配置された保水材３１ｂにより水を保持する構成であることが好ましい。
【００２６】
保水材としては、水が含浸可能なものであれば何れでもよいが、スポンジ、吸水性樹脂、脱脂綿、吸水性不織布、吸水紙などが好ましい。
【００２７】
水収容部３１には、収容された水に端部３４ａが接し、筒状部３４ｂを有する吸水シート（シート状部材に相当）３４が設けられる。端部３４ａは、水収容部３１に設けられたスリット３１ｃを通って保水材３１ｂの水に接する。吸水シート３４は、吸水性を有しており、端部３４ａが保水材３１ｂの水に接することで毛細管現象により吸水し、筒状部３４ｂの全面に水が浸透する。吸水シート３４の筒状部３４ｂに浸透することで、水は蒸発しやすくなる。
【００２８】
吸水シート３４としては、水を含浸可能なものであれば何れでもよいが、吸水性樹脂、脱脂綿、吸水性不織布、吸水紙などが好ましい。
【００２９】
吸水シート３４の周囲は、コの字状の断面をした整風カバー３７で覆われている。整風カバー３７は、水収容ケース３１ａに接合されている。また、整風カバー３７は、ファン３３と隣接する部分はファン３３と接合され、ファン３３と反対側の面は開放されており、ファン３３から送られた風が整風カバー３７の内部を通り抜ける構造となっている。
【００３０】
ファン３３は、整風カバー３７とほぼ同じ幅となっており、図に破線で示す矢印のように、ファン３３の羽根部から取り込んだ風を整風カバー３７内に送り込むことができる。すなわち、ファン３３は、整風カバー３７内の吸水シート３４（筒状部３４ｂ）に対して風を送ることができる。これにより、吸水シート３４の表面から蒸発した水蒸気を流動させることができ、水の蒸発を促すことができる。
【００３１】
また、ファン３３は、送風量を調節可能であることが好ましい。送風量を調節することで、整風カバー３７内に送る風の量を調節することができる。すなわち、ファン３３は、整風カバー３７内の吸水シート３４への送風量を調節可能であることが好ましい。吸水シート３４への送風量を大きくすることで、水蒸気の発生量を多くすることができ、反対に送風量を小さくすることで、水蒸気の発生量を少なくすることもできる。
【００３２】
吸水シート３４から発生した水蒸気は、整風カバー３７の端部３７ａから放出され、水蒸気供給路３８を介して水素発生剤３２へ供給される。水素発生剤３２は、内部空間形成部３６によって形成された内部空間Ｓ内に配置される。
【００３３】
＜水素発生剤＞
本発明における水素発生剤３２は、水蒸気と反応して水素（以下、水素ガスと称することもある）を発生するものであれば何れでもよく、金属、水素化金属化合物、両者の混合物などが挙げられる。これらの水素発生剤３２は、その単独粒子で使用してもよく、必要に応じて、触媒成分、アルカリ性無機化合物、凝集抑制粒子を更に含有したものを使用することができる。本発明では、水素化金属化合物を樹脂で包埋したシート状物や粉砕物が好ましい。樹脂で包埋する場合、水蒸気との反応性の観点から、多孔質体であることが好ましい。
【００３４】
なお、金属としては、アルミニウム粒子、鉄粒子、マグネシウム粒子などが挙げられる。また、金属触媒としては、ニッケル、バナジウム、マンガン、チタン、銅、銀、亜鉛、ジルコニウム、コバルト、クロム、カルシウム、これらの合金等が挙げられる。
【００３５】
水素化金属化合物としては、水素化カルシウム、水素化リチウム、水素化カリウム、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、水素化リチウムアルミニウム、水素化アルミニウムナトリウム、又は水素化マグネシウムなどが挙げられる。これらの化合物等は、いずれも水と急激に又は爆発的に反応して水素ガスを発生することが知られており、いずれも水素化マグネシウム以上の水との反応性を示す。
【００３６】
また、上記化合物以外の水素発生剤として、アルミニウム、鉄、マグネシウム、カルシウム等の金属、上記以外の金属水素錯化合物などを含有してもよい。水素化金属化合物、金属、金属水素錯化合物は、何れかを複数組み合わせて使用することもでき、また、それぞれを組み合わせて使用することも可能である。化合物を併用する場合、気泡による多孔質化を促進し易い化合物を含むことが好ましい。このような化合物としては、水素化カルシウムが特に好ましい。
【００３７】
粒状の水素発生剤の平均粒径は、多孔体中への分散性や反応性を制御する観点から、１〜１００μｍが好ましく、６〜３０μｍがより好ましく、８〜１０μｍが更に好ましい。
【００３８】
樹脂で包埋する場合の水素発生剤の含有量は、適度な反応性とある程度の水素発生量を確保する観点から、多孔体中、１０〜６０重量％が好ましく、３０〜５０重量％が好ましい。
【００３９】
用いられる樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、耐熱性樹脂などが挙げられるが、熱硬化性樹脂が好ましい。なお、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリアミドなどが挙げられる。また、耐熱性樹脂としては、芳香族系のポリイミド、ポリアミド、ポリエステルなどが挙げられる。
【００４０】
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、または熱硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられる。なかでも、水素発生反応中に多孔質構造を適度に維持できる観点から、エポキシ樹脂が好ましい。
【００４１】
樹脂が非多孔質又は開孔率の小さい多孔質である場合、水溶性樹脂や吸水性樹脂を主に使用するのが好ましい。水溶性樹脂としては、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド等が挙げられる。吸水性樹脂としては、アクリル酸塩重合体の架橋物、ビニルアルコール−アクリル酸塩共重合体の架橋物、無水マレイン酸グラフトポリビニルアルコールの架橋物、アクリル酸塩−メタアクリル酸塩共重合体の架橋物、アクリル酸メチル−酢酸ビニル重合体のケン化物の架橋物、デンプン−アクリル酸塩グラフト共重合体の架橋物、デンプン−アクリロニトリル共重合体の加水分解物の架橋物、デンプン−アクリル酸エチルグラフト共重合体のケン化物の架橋物、カルボキシメチルセルロース架橋物等を挙げることができる。
【００４２】
樹脂の含有量は、適度な保形性とある程度の水素発生量を確保する観点から、多孔体中、３０〜９０重量％が好ましく、５０〜７０重量％が好ましい。
【００４３】
樹脂中には、上記の成分以外の任意成分として、触媒、充填材、発泡剤などのその他の成分を含有してもよい。触媒としては、水素発生剤用の金属触媒の他、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ化合物も有効である。
【００４４】
発泡剤としては、未硬化の熱硬化性樹脂に相分離・分散して、熱硬化性樹脂の反応温度で気化する液体が挙げられる。また、水素発生剤と反応して水素ガスを発生させる反応液を、未硬化の熱硬化性樹脂に微量添加しておくことも可能である。このような反応液としては、水、酸水溶液、アルカリ水溶液などが挙げられる。
【００４５】
本発明では気泡により多孔質化された構造を有する場合が好ましい。多孔質化のための気泡は、発泡剤により生成するものでもよいが、水素発生剤から発生した水素ガスであることが好ましい。
【００４６】
つまり、多孔質体は、粒状の水素発生剤と未硬化の熱硬化性樹脂とを混合した後、これを吸水性シートに塗布し、前記水素発生剤から水素ガスを発生させつつ熱硬化性樹脂を硬化させる工程を含む製法により製造されることが好ましい。
【００４７】
多孔質体は、密度が０．１〜１．２ｇ／ｃｍ３であることが好ましく、０．２〜０．９ｇ／ｃｍ３であることがより好ましく、０．３〜０．５ｇ／ｃｍ３であることが更に好ましい。この範囲の密度を有することで、反応液の浸透性が適度になり、取扱い性もより良好になる。このような密度は、例えば、水素ガスの発生量でコントロールすることが可能である。
【００４８】
また、水素発生用多孔体の気泡径は、反応液の浸透性を適度に制御する観点から、直径０．１〜２ｍｍが好ましく、直径０．５〜１ｍｍがより好ましい。このような気泡径は、例えば、水素ガスの発生量でコントロールすることが可能である。また、気泡径や密度をコントロールするために、加圧条件下で熱硬化性樹脂の硬化を行ってもよい。
【００４９】
水素発生剤から水素ガスを発生させるには、予め未硬化の熱硬化性樹脂に反応液を微量添加しておく方法や、未硬化の熱硬化性樹脂に含まれる反応液を利用する方法も可能であるが、硬化反応のための加熱により、水素発生剤（水素化金属化合物の場合）から水素ガスを脱離させる方法が好ましい。
【００５０】
水素発生剤から水素ガスを脱離させる際の温度は、水素化金属化合物の種類によっても異なるが、５０〜２５０℃が好ましく、８０〜２００℃がより好ましい。つまり、未硬化の熱硬化性樹脂の硬化温度として、この範囲の温度を選択することが好ましい。なお、水素ガスの発生温度と硬化温度とを変えることも可能である。
【００５１】
硬化して得られるシート状多孔質体の厚みは、水等を十分かつ均一に浸透させて均一な反応を行う観点から、０．１〜１０ｍｍが好ましく、０．５〜２ｍｍがより好ましい。
【００５２】
本発明における水素発生剤３２は、少なくとも一部が疎水性多孔質膜３５ａで形成されている包装材３５で包囲されている。この疎水性多孔質膜３５ａを介して水蒸気が流入することで、水素ガスが発生する。
【００５３】
包装材３５（又は水素発生剤３２）は、内部空間形成部３６に固定しなくてもよいが、接着等によって内部空間形成部３６に固定するのが好ましい。
【００５４】
疎水性多孔質膜３５ａは、水を透過させずに、水蒸気及び水素ガスを透過させることができる。従って、疎水性多孔質膜３５ａの孔径としては、０．１〜１０μｍが好ましい。０．５〜５μｍがより好ましい。疎水性多孔質膜３５ａの厚みは、十分な通気性とある程度の強度を付与する観点から、１０〜５００μｍが好ましく、５０〜２００μｍがより好ましい。
【００５５】
疎水性多孔質膜３５ａの材質としては、フッ素系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエーテルサルホン、ポリスルホンなどが挙げられる。なかでも、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂や、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂が好ましい。
【００５６】
包装材３５のうち、疎水性多孔質膜３５ａ以外の部分については、上記と同様の材料からなるフィルム、シート、ケース等が使用できる。但し、本発明では、包装材３５の全体が疎水性多孔質膜３５ａで形成されているのが好ましい。
【００５７】
包装材３５（又は疎水性多孔質膜３５ａ）は袋状に形成するのが好ましく、内部に水素発生剤３２を導入した後、開口が封止される。封止の方法としては、熱融着、接着剤による接着などが挙げられる。図示した例では、２枚の疎水性多孔質膜３５ａの４辺が熱融着により封止されている。
【００５８】
＜発電セルの構成＞
本発明の水素発生装置により発生した水素が供給されて発電を行なう燃料電池について、図面を用いて説明する。図２は、燃料電池の一例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は金属板の構成を示す斜視図、図３（ａ）は図２（ｂ）のＩ−Ｉ断面図、図３（ｂ）は同じくＩＩ−ＩＩ断面図である。
【００５９】
燃料電池は、図２に示すように、複数の単位セルＣ１〜Ｃ４（以下、各単位セルを区別する必要がない場合は、単位セルＣと表記する。）を備え、いずれかの単位セルＣと他の単位セルＣの導電層同士を、接続部により電気的に接続している。本実施形態では、例えば、単位セルＣ１の第１導電層（第１金属層４）と、それに隣接する単位セルＣ２の第２導電層（第２金属層５）とを電気的に接続（直列接続）する例を示すが、何れかの単位セルＣと他の単位セルＣとを並列接続することも可能である。その場合、何れかの単位セルＣと他の単位セルＣの第１導電層同士及び第２導電層同士が電気的に接続される。もちろん、並列接続と直列接続とを組み合わせることも可能である。
【００６０】
なお、接続する単位セルＣの数としては、要求される電圧又は電流に応じて、設定することが可能である。本実施形態では４つの単位セルＣ１〜Ｃ４を接続する例を示すが、単位セルＣは１つでもよく、５つ以上であってもよい。例えば、８つの単位セルを用いて、２個ずつペアで並列接続して４つのペアを作り、各ペアを直列接続することができる。この場合、４つの単位セルを直列接続する構成に対して、電圧は同じであるが電流量を２倍にすることができる。
【００６１】
本実施形態における各々の単位セルＣは、固体高分子電解質層１と、この固体高分子電解質層１の両側に設けられた第１電極層２及び第２電極層３と、これら電極層２，３の更に外側に各々配置された第１導電層及び第２導電層とを有する。本実施形態では、第１導電層及び第２導電層が、第１電極層２及び第２電極層３を部分的に露出させる露出部を有する第１金属層４及び第２金属層５とからなる例を示す。
【００６２】
なお、導電層の材質としては、金属、導電性高分子、導電性ゴム、導電性繊維、導電性ペースト、導電性塗料などが挙げられる。
【００６３】
固体高分子電解質層１としては、従来の固体高分子膜型の燃料電池に用いられるものであれば何れでもよいが、化学的安定性及び導電性の点から、超強酸であるスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなる陽イオン交換膜が好適に用いられる。このような陽イオン交換膜としては、ナフィオン（登録商標）が好適に用いられる。その他、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂からなる多孔質膜に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を含浸させたものや、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂からなる多孔質膜や不織布に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を担持させたものでもよい。
【００６４】
固体高分子電解質層１の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、イオン伝導機能、強度、ハンドリング性などを考慮すると、１０〜３００μｍが使用可能であるが、２５〜５０μｍが好ましい。
【００６５】
電極層２，３は、固体高分子電解質層１の表面付近でアノード側およびカソード側の電極反応を生じさせるものであれば何れでもよい。なかでも、ガス拡散層としての機能を発揮して、燃料ガス、燃料液、酸化ガス及び水蒸気の供給・排出を行なうと同時に、集電の機能を発揮するものが好適に使用できる。電極層２，３としては、同一又は異なるものが使用でき、その基材には電極触媒作用を有する触媒を担持させることが好ましい。触媒は、固体高分子電解質層１と接する内面側に少なくとも担持させるのが好ましい。
【００６６】
電極層２，３の電極基材としては、例えば、カーボンペーパー、カーボン繊維不織布などの繊維質カーボン、導電性高分子繊維の集合体などの電導性多孔質材が使用できる。また、固体高分子電解質層１に触媒を直接付着させたり、カーボンブラックなどの導電性粒子に担持させて固体高分子電解質層１に付着させた電極層２，３を用いることも可能である。
【００６７】
一般に、電極層２，３は、このような電導性多孔質材にフッ素樹脂等の撥水性物質を添加して作製されるものであって、触媒を担持させる場合、白金微粒子などの触媒とフッ素樹脂等の撥水性物質とを混合し、これに溶媒を混合して、ペースト状或いはインク状とした後、これを固体高分子電解質膜と対向すべき電極基材の片面に塗布して形成される。
【００６８】
一般に、電極層２，３や固体高分子電解質層１は、燃料電池に供給される還元ガスと酸化ガスに応じた設計がなされる。本発明では、酸化ガスとして空気が用いられると共に、還元ガスとして水素ガスを用いるのが好ましい。なお、還元ガスの代わりにメタノール等の燃料液を使用することも可能である。
【００６９】
例えば、水素ガスと空気を使用する場合、空気が自然供給される側のカソード側の第２電極層３（本明細書では、アノード側を第１電極層、カソード側を第２電極層と仮定する）では、酸素と水素イオンの反応が生じて水が生成するため、かかる電極反応に応じた設計をするのが好ましい。特に、低作動温度、高電流密度及び高ガス利用率の運転条件では、特に水が生成する空気極において水蒸気の凝縮による電極多孔体の閉塞（フラッディング）現象が起こりやすい。したがって、長期にわたって燃料電池の安定な特性を得るためには、フラッディング現象が起こらないように電極の撥水性を確保することが有効である。
【００７０】
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。
【００７１】
電極層２，３の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、電極反応、強度、ハンドリング性などを考慮すると、１〜５００μｍが好ましく、１００〜３００μｍがより好ましい。電極層２，３と固体高分子電解質層１とは、予め接着、融着、又は塗布形成等を行って積層一体化しておいてもよいが、単に積層配置されているだけでもよい。このような積層体は、膜／電極接合体（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。
【００７２】
本発明では、第１電極層２及び第２電極層３の外形が固体高分子電解質層１の外形より小さいものでもよいが、第１電極層２及び第２電極層３の外形と固体高分子電解質層１の外形とが同じであることが好ましい。電極層の外形と固体高分子電解質層の外形とが同じであると、電極板と固体高分子電解質の積層体を打ち抜いて、固体高分子電解質・電極・接合体を製造することができ、量産効果により当該接合体のコストを低減することができる。また、電極層の外周より金属層の外周が内側に形成されていることで、電極層の外周及び固体高分子電解質層の外周をより確実に封止することができる。
【００７３】
アノード側電極層２の表面にはアノード側の第１金属層４が配置され、カソード側電極層３の表面にはカソード側の第２金属層５が配置される（本明細書では、アノード側を第１金属層、カソード側を第２金属層と仮定する）。第１金属層４は、第１電極層２を部分的に露出させる露出部を有するが、本実施形態では、アノード側金属層４には燃料ガス等を供給するための開孔４ａが設けられている例を示す。
【００７４】
第１金属層４の露出部は、アノード側電極層２が露出可能であれば、その個数、形状、大きさ、形成位置などは何れでもよい。アノード側金属層４の開孔４ａは、例えば、規則的又はランダムに複数の円孔やスリット等を設けたり、または金属メッシュによって開孔４ａを設けたり、第１金属層４を櫛形電極のような形状にしてアノード側電極層２を露出させてもよい。開孔４ａ部分の面積が締める割合（開孔率）は、電極との接触面積とガスの供給面積のバランスなどの観点から、１０〜５０％が好ましく、１５〜３０％がより好ましい。
【００７５】
また、カソード側の第２金属層５は、第２電極層３を部分的に露出させる露出部を有するが、本実施形態では、カソード側金属層５には、空気中の酸素を供給（自然吸気）するための多数の開孔５ａが設けられている例を示す。開孔５ａは、カソード側電極層３が露出可能であれば、その個数、形状、大きさ、形成位置などは何れでもよい。カソード側金属層５の開孔５ａは、例えば、規則的又はランダムに複数の円孔やスリット等を設けたり、または金属メッシュによって開孔５ａを設けたり、第２金属層５を櫛形電極のような形状にしてカソード側電極層３を露出させてもよい。開孔５ａ部分の面積が締める割合（開孔率）は、電極との接触面積とガスの供給面積のバランスなどの観点から、１０〜５０％が好ましく、１５〜３０％がより好ましい。
【００７６】
金属層４，５としては、電極反応に悪影響がないものであれば何れの金属も使用でき、例えばステンレス板、ニッケル、銅、銅合金などが挙げられる。但し、導電性、コスト、形状付与性、加圧のための強度などの観点から、銅、銅合金、ステンレス板などが好ましい。また、上記の金属に金メッキなどの金属メッキを施したものでもよい。
【００７７】
なお、金属層４，５の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、導電性、コスト、重量、形状付与性、加圧のための強度などを考慮すると、１０〜１０００μｍが好ましく、５０〜２００μｍがより好ましい。
【００７８】
本発明では、電極層２，３と金属層４，５とを良好に樹脂で一体化する観点から、第１電極層２の外周より、第１金属層４の外周が内側に形成されていることが好ましく、第２電極層３の外周より、第２金属層５の外周が内側に形成されていることが好ましい。なお、第１電極層２の外周より、第１金属層４の外周が外側に形成されていてもよく、第２電極層３の外周より、第２金属層５の外周が外側に形成されていてもよい。
【００７９】
金属層４及び金属層５は、少なくとも一部が樹脂から露出することにより、その部分を電極として電気を外部に取り出すことができる。このため、樹脂成形体６に対して、金属層４及び金属層５を一部露出させた端子部を設けてもよいが、本発明では、直列接続の場合には、その両端の単位セルＣの金属層４又は金属層５が、単位セルＣの電極となる突出部４ｂ，５ｂを備え、これが樹脂成形体６から外部に出ていることが好ましい。この突出部４ｂ，５ｂは、インサート成形を行う際に、金属層４，５等（積層物Ｌ）を成形型内に保持するためにも利用できる。
【００８０】
金属層４及び金属層５の形成や開孔５ａ、４ａの形成は、プレス加工（プレス打ち抜き加工）を利用して行うことができる。また、金属層４及び金属層５の突出部４ｂ，５ｂには、樹脂の流動や密着性を良好にする目的で、インサート成形される部分に貫通孔を設けてもよい。更に、接続や固定を良好に行うために、突出部４ｂ，５ｂの露出した部分に貫通孔を設けてもよい。
【００８１】
本発明の燃料電池は、図２に示すように、何れかの単位セルＣと他の単位セルＣの導電層同士を電気的に接続する接続部Ｊを備えているが、直列接続の場合、何れかの単位セルＣの第１導電層と他の単位セルＣの第２導電層とが電気的に接続される。本実施形態では、隣り合う前記単位セルＣの一方の第１導電層（金属層４）と、他方の第２導電層（金属層５）と、接続部Ｊとが、連続する金属板（一体化した単一の金属部品）からなる金属層で形成されている例を示す。
【００８２】
この実施形態では、各単位セルＣ１〜Ｃ４が直列に接続されているため、金属層の突出部４ｂ，５ｂは、それぞれ単位セルＣ１と単位セルＣ４とにだけ設けられている。
【００８３】
第１金属層４及び第２金属層５を接続部Ｊを介して一体化した金属板は、隣り合う単位セルＣ同士を直列に接続するための部材である。第１金属層４及び第２金属層５を独立して配置する代わりに、この一体化した金属板を用いることにより、これを成形型１０内に配置するだけで、単位セルＣ１〜Ｃ４が直列に接続された燃料電池を製造することができる（図５参照）。
【００８４】
金属板は、図２（ｃ）に示すように、相互に平行な面内に隣接して配置された第１金属層４及び第２金属層５が、同じ面内で外側に各々延設された延出部４ｊ，５ｊを有しており、延出部４ｊ，５ｊを段差部４ｓによって連結一体化してある。このような段差部は、金属板を板金加工することで作製することができる。なお、並列接続を行う場合、例えば、同じ面内に隣接して配置された第１金属層４同士（又は第２金属層５同士）が、延設された延出部により連結一体化した金属板を使用することができる。また、接続部Ｊは、部分的に樹脂成形体６の外部に突出した形状となっている。
【００８５】
突出部４ｂ，５ｂは、不図示の回路部に接続されて出力電圧として取り出すことができる。また、接続部Ｊについては、上記回路部に接続することで、中間的な電位のモニターを行うことができる。
【００８６】
この実施形態では、接続部Ｊが部分的に樹脂成形体６の外部に突出する形状となっているが、接続部Ｊが中央に段差部を有する長方形となっていてもよい。後述のように、インサート形成する際には、積層物を成形型内に位置固定する必要があり、位置固定の際には接続部Ｊが部分的に樹脂成形体６の外部に突出する形状であることが好ましい。
【００８７】
接続部Ｊは、隣り合う単位セルＣ同士を直列に接続するものであり、第１金属層４及び第２金属層５と一体化した金属板になっている。第１金属層４及び第２金属層５を独立して配置する代わりに、この金属板を用いることにより、これを成形型内に配置するだけで、単位セルＣが直列に接続された燃料電池を製造することができる。
【００８８】
＜樹脂成形体＞
本発明の燃料電池は、図２に示すように、以上のような単位セルＣ及び接続部Ｊをインサート成形により一体化した樹脂成形体６を備えている。樹脂成形体６は、第１電極層２及び第２電極層３に気体又は液体を供給するための供給部を有することが好ましく、この供給部は、第１金属層４又は第２金属層５の露出部に対応する位置に設けられた開孔６ａであることが好ましい。
【００８９】
本実施形態では、前記第１電極層２及び第２電極層３が開孔６ａから露出するように、前記第１金属層４及び第２金属層５を両側から加圧した状態で、樹脂成形体６によりインサート成形して一体化してある例を示す。
【００９０】
本発明では、金属層４，５の露出部に相当する開孔４ａ，５ａの大きさが、樹脂成形体６の開孔６ａの大きさより、大きくてもよく、同じ大きさでもよく、小さくてもよい。但し、第１金属層４及び／又は第２金属層５の露出部の大きさと、開孔６ａの大きさとがほぼ等しくなるように、樹脂成形体６を成形してあることが好ましい。具体的には、各々の開孔６ａの面積は、各々の露出部の面積の６０〜１５０％が好ましく、８０〜１３０％がより好ましい。
【００９１】
本実施形態では、金属層４，５の露出部に相当する開孔４ａ，５ａの大きさが、樹脂成形体６の開孔６ａの大きさより小さい場合の例を示す。これにより金属層４，５の開孔４ａ，５ａの周囲に対して、樹脂成形体６の開孔６ａに相当する部分を利用して、成型時に加圧することができる（図５（ｃ）参照）。
【００９２】
樹脂成形体６の材質としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、耐熱性樹脂などが挙げられるが、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂が好ましい。なお、熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂、液晶ポリマー、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリアミドなどが挙げられる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、または熱硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられる。なかでも、成形型内での樹脂の流動性、強度、溶融温度などの観点から、ポリエステル、ポリプロピレン、アクリル樹脂が好ましく、これらはアプリケーションによって選択することが可能である。
【００９３】
樹脂成形体６としては、熱可塑性エラストマーやゴム等の樹脂エラストマーを用いることも可能である。その場合、他の材料にも可とう性の有るものを使用することで、燃料電池全体を可とう性にすることが可能である。
【００９４】
樹脂成形体６の全体の厚みとしては、樹脂による一体化の強度や、金属層を加圧する圧力、薄型化などの観点から、０．３〜４ｍｍが好ましく０．５〜２ｍｍがより好ましい。特に、金属層を覆う部分の樹脂成形体６の厚みとしては、金属層を加圧する圧力の観点から、０．２〜１．５ｍｍが好ましく、０．３〜１．０ｍｍがより好ましい。
【００９５】
樹脂成形体６の外形の面積としては、樹脂による一体化の強度や、金属層を加圧する圧力の観点から、固体高分子電解質層１の外形の面積の１０１〜２００％が好ましく、１５０〜１８０％がより好ましい。
【００９６】
樹脂成形体６の形状の一例を図４に示す。樹脂成形体６は、図４に示すように、開孔６ａが形成される正面壁６ｂ、この正面壁６ｂの左右両側に一体形成される側壁６ｃ、底壁６ｄにより構成される。側壁６ｃと底壁６ｄが形成される後側に樹脂平板６０を連結することで、扁平な函体とすることができる。樹脂平板６０の材質は樹脂成形体６と同じとすることができ、両者の連結は接着やねじ等による機械的連結により行うことができる。
【００９７】
なお、扁平な函体を形成するための樹脂成形体６や樹脂平板６０の形状については、単位セルの個数や大きさ等に応じて、適宜変更することができる。例えば、単位セルＣがインサート成形される樹脂成形体６を平板形状とし、樹脂平板６０の側を側壁および底壁付きの形状としてもよい。
【００９８】
本発明の燃料電池は、次のようにして燃料等を供給して発電させることができる。例えばカソード側は、そのまま大気開放にしておき、アノード側に設けた空間内で水素ガス等の燃料を発生させることで発電を行うことができる。また、アノード側及び／又はカソード側に対して、流路を形成するための流路形成部材を取り付けて、その流路に酸素含有ガスや燃料を供給することも可能である。流路形成部材としては、例えば流路溝と供給口と排出口を設けた板状体や、スタック型燃料電池のセパレータと類似の構造のものが使用できる。後者を使用するとスタック型燃料電池を構成することができる。
【００９９】
＜燃料電池の製造方法（インサート成形）＞
以上のような燃料電池は、例えば以下に示す製造方法により製造することができる。即ち、本実施形態の燃料電池の製造方法は、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、固体高分子電解質層１、その両側に配される第１電極層２及び第２電極層３、並びにそれらの外側に配される第１導電層及び第２導電層を含む積層物Ｌの複数を、何れかの積層物Ｌと他の積層物Ｌの導電層同士を接続部Ｊにより電気的に接続した状態で成形型１０内に配置する工程を含む。直列接続の場合、隣り合う積層物Ｌの一方の第１導電層と他方の第２導電層とが接続され、並列接続の場合、隣り合う積層物Ｌの一方の第１導電層と他方の第１導電層とが接続されると共に、一方の第２導電層と他方の第２導電層とが接続される。
【０１００】
本実施形態では、第１導電層及び第２導電層が第１電極層２及び第２電極層３を部分的に露出させる露出部（例えば開孔４ａ，５ａ）を有する第１金属層４及び第２金属層５であり、その露出部が成形型１０の凸部１１ａ，１２ａにより閉塞した状態で成形型１０内に配置する例を示す。
【０１０１】
単位セルＣを構成する積層物Ｌは、その複数を同じ面内に並設してもよく、またＬ字型の２辺、正方形又は長方形の２辺〜４辺、三角形の２辺〜３辺などの各辺に配置してもよい。本実施形態では、２つの積層物Ｌを同じ面内に並設する例を示す。
【０１０２】
また、本実施形態の燃料電池の製造方法は、上記の成形型１０内に樹脂を注入することで、積層物Ｌ及び前記接続部Ｊを一体化する樹脂成形体６を成形する工程を含む。本実施形態では、第１金属層４及び第２金属層５を両側から加圧した状態で、その成形型１０内に樹脂を注入することで、第１電極層２及び第２電極層３に気体又は液体を供給するための供給部を有し、積層物Ｌを一体化する樹脂成形体６を成形する工程を含む例を示す。つまり、前記供給部に相当する開孔６ａを除いて、積層物Ｌのほぼ全体を樹脂成形体６で覆う例を示す。
【０１０３】
まず、例えば、図５（ａ）に示すように、各々の単位セルＣの形成領域の底面に、凸部１１ａを有する下金型１１を準備する。本実施形態では、成形型１０を分割構造にして分割した型部材の内面に凸部１１ａ，１２ａを設け、その凸部１１ａ，１２ａを第１金属層４及び第２金属層５圧接させる場合の例を示す。凸部１１ａは、積層物Ｌの下側の第１金属層４の開孔４ａを閉塞させる大きさの上面を有し、各々の開孔４ａに対向する位置に設けている。下金型１１は、底面の周囲に側壁を有しており、側壁の内面に沿って上金型１２が挿入できる。
【０１０４】
下金型１１（又は上金型１２）には、樹脂の注入口１１ｂが設けられているが、注入口１１ｂは複数設けてもよい。また、成型時の樹脂の流れを良好にするために、樹脂の小排出口を１箇所以上に設けてもよい。
【０１０５】
更に、第１金属層４及び第２金属層５の突出部４ｂ，５ｂを、成形後に樹脂成形体６から露出させるために、下金型１１の側壁は分割構造になっている（図示省略）。積層物Ｌを成形型１０内に配置する際に、下金型１１の側壁に設けた矩形の切欠き部に、第１金属層４及び第２金属層５の突出部４ｂ，５ｂが位置決めされ、その突出部４ｂ，５ｂを型部材が押さえる構造になっている。これにより、突出部４ｂ，５ｂを樹脂成形体６から露出させることができる。
【０１０６】
次に、例えば、図５（ｂ）に示すように、積層物Ｌの複数を下金型１１の底面に配置する。その際、各々の単位セルＣの形成領域の底面に形成された凸部１１ａの上面が、各々の積層物Ｌの第１金属層４の開孔４ａを閉塞可能な位置に配置する。
【０１０７】
本実施形態では、隣り合う積層物Ｌの一方の第１導電層と他方の第２導電層とを接続部Ｊにより電気的に接続した状態で成形型１０内に配置する。本実施形態では、隣り合う積層物Ｌの一方の第１導電層（金属層４）と、他方の第２導電層（金属層５）と、接続部Ｊとが、連続する金属板からなる金属層で形成されている例を示す。
【０１０８】
積層物Ｌを配置する際には、各層の一部又は全部が一体化されていてもよく、一体化されていなくてもよい。また、一部が一体化されていない場合、各層を別々に配置しても、同時に配置してもよい。配置する積層物Ｌの構成は、前述の通りであるが、配置を行う際に、最終的な樹脂成形体６の形状の一部を予め成形した予備成形体を用いて、この予備成形体を積層物Ｌと共に成形型１０内に配置することも可能である。
【０１０９】
次に、例えば、図５（ｃ）に示すように、下金型１１の側壁の内面に沿って上金型１２を挿入するが、上金型１２の各々の単位セルＣを形成する領域の下面には、凸部１２ａが設けてある。この凸部１２ａは、積層物Ｌの上側の第２金属層５の開孔５ａを閉塞させる大きさの上面を有し、各々の開孔５ａに対向する位置に設けている。そして、下金型１１の凸部１１ａと上金型１２凸部１２ａとで、金属層４，５を加圧した状態で、積層物Ｌを成形型１０内に配置する。その際、第１金属層４及び第２金属層５の突出部４ｂ，５ｂが成形型１０の内部空間から外側に配置されるようにしてもよい。
【０１１０】
その状態で、成形型１０内に樹脂（「樹脂」には樹脂の原料液や未硬化物を含む）を注入するが、露出部（例えば開孔４ａ，５ａ）が凸部１１ａと凸部１２ａによって閉塞されているため、図５（ｄ）に示すように、得られた成形体では第１電極層２及び第２電極層３が開孔６ａから露出する。また、樹脂の注入により、固体高分子電解質層１、電極層２，３、第１金属層４及び第２金属層５を含む積層物Ｌの複数を、インサート成形により一体化することができる。
【０１１１】
＜燃料電池の全体構成例＞
図６は、燃料電池の全体構成を示す斜視図である。単位セルＣ１〜Ｃ４の数は４つであり、その構成は図２で説明したものと同じである。樹脂成形体６と樹脂平板６０により扁平な函体であるセル保持体Ａが構成される。単位セルＣ１〜Ｃ４は、インサート成形により、樹脂成形体６に保持されている。このセル保持体Ａの下部には水素発生装置３０の水収容ケース３１ａが着脱自在に取り付けられる。
【０１１２】
図７は、燃料電池の主要な構成要素を示す分解斜視図である。セル保持体Ａを構成する樹脂成形体６及び樹脂平板６０には、溝６ｅが形成される。すなわち、セル保持体Ａと水収容ケース３１ａの装着部分に、溝６ｅが形成される。溝６ｅは、装着部分の全周にわたって形成される。この溝６ｅには、防水シールが設けられる。この防水シールとしては、例えば、液体状のゴムを塗布して乾燥させるなどの構成が例として挙げられる。
【０１１３】
なお、図７に示す実施形態では、水収容ケース３１ａの方をセル保持体Ａの外周面にはめ込むような構成を採用しているが、これに限定されるものではない。すなわち、水収容ケース３１ａをセル保持体Ａの内周面側にはめ込むような構成を採用してもよい。この場合も、同様に防水シールを用いたシール構造を採用することが好ましい。
【０１１４】
セル保持体Ａに水素発生装置３０を装着した状態において、セル保持体Ａの内部空間には、水素発生装置３０のうち水収容ケース３１ａ以外の部分、すなわち、包装材３５（又は水素発生剤３２）、ファン３３、整風カバー３７等が配置される。
【０１１５】
＜燃料電池の作用＞
水素発生装置３０により水素を発生させて単位セルＣに供給する場合、水素発生装置３０をセル保持体Ａの下側から装着する。装着完了したときの断面図は図８に示される。
【０１１６】
図８に示すように、水素発生装置３０をセル保持体Ａに装着した状態では、セル保持体Ａに保持された単位セルＣと、水素発生装置３０の水素発生剤３２とが対向する。水素発生剤３２は、内部空間形成部３６及びセル保持体Ａ（樹脂成形体６）によって形成された内部空間Ｓ内に配置されている。内部空間Ｓは密閉されていてもよいが、過剰に発生した水素をリークさせるための開孔や隙間等を有していてもよい。
【０１１７】
保水材３１ｂに保持された水は、吸水シート３４に吸水され、吸水シート３４の全面に浸透する。吸水シート３４から水が蒸発して発生した水蒸気は、水蒸気供給路３８を介して内部空間Ｓの全体に拡散して行き、疎水性多孔質膜３５ａを介して水素発生剤３２に水蒸気が供給される。
【０１１８】
本発明の水素発生装置３０は、ファン３３を備えており、吸水シート３４から発生した水蒸気を流動させることができる。水蒸気を流動させることで、吸水シート３４からの水の蒸発を促進させることができる。また、このファン３３は、送風量を調節することで、水蒸気の発生量を多くしたり少なくしたりすることができる。水蒸気の発生量を制御することにより、水素発生剤３２への水蒸気の供給量も制御することができる。なお、水蒸気の発生量は、吸水シート３４の材質、サイズ、厚みなどによっても変化するので、これらも適宜設定する必要がある。
【０１１９】
水素発生剤３２は、供給された水蒸気との反応により水素を発生し、その水素が疎水性多孔質膜３５ａを介して内部空間Ｓに放出される。この水素が、単位セルＣの一方の表面から供給され、他方の表面から空気中の酸素が供給されるため、各々の電極で電極反応が生じて発電を行うことができる。発電は、水蒸気の発生が終了するか、水素発生剤が消費されるまで継続して終了する。
【０１２０】
なお、ファン３３は、燃料電池で発電された電力によって作動するが、燃料電池による発電の開始時には、電力が供給されず作動することができない。ファン３３が作動されないと、吸水シート３４から発生した水蒸気は、内部空間Ｓの全体に徐々に拡散して行き、水素発生剤３２に供給される。この構成であれば、燃料電池による発電はゆっくりと開始され、立ち上がりが良くない。
【０１２１】
そこで、本発明に係る給電装置は、燃料電池による発電初期にファン３３に電力を供給する補助電池（不図示）を備えることが好ましい。補助電池の電力によってファン３３を作動させることで、燃料電池による発電の開始時に強制的に水蒸気を水素発生剤３２に供給し、速やかに発電を開始することができる。ただし、補助電池は、必ずしも必要ではない。
【０１２２】
また、本発明の水素発生装置３０において、水蒸気供給路３８に逆止弁（不図示）を設けていることが好ましい。水蒸気供給路３８に逆止弁を設けることで、水蒸気が水蒸気供給路３８を逆流して水収容部３１に戻ることを防止することができる。水蒸気の逆流を防止することで、水素発生剤３２に供給される水蒸気の量を制御し、水素の発生量を正確に制御することができる。
【０１２３】
＜水素発生装置の別実施形態＞
前述の実施形態では、ファン３３が吸水シート３４に対して直接送風し、水蒸気を流動させる例を示したが、ファン３３は、吸水シート３４に対して直接送風しなくてもよい。具体的には、図９のようにファン３３を配置してもよい。この例では、ファン３３は、吸水シート３４から自然に発生した水蒸気を空間内で流動させるのみで、吸水シート３４に直接風を当てることはない。このような構成であっても、水蒸気を流動させることで、吸水シート３４からの水の蒸発を促進させ、水蒸気の発生量を制御することができる。
【０１２４】
また、前述の実施形態では、吸水シート３４が筒状部３４ｂを有する例を示したが、給水シート３４はこの形状に限定されるものではない。すなわち、給水シート３４の形状およびファン３３の配置を図１０に示すようにしてもよい。図１０は水素発生装置の別実施形態を示しており、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。なお、図１０では、水素発生剤３２は省略しており、図示していない。この例では、ファン３３は水収容部３１内の中央に配置され、その周囲を取り囲むように保水材３１ｂが配置される。図１０に示すように、メッシュ状をした吸水シート３４は、ファン３３の上部を覆い、その４辺の端部３４ａが保水材３１ｂに接するように構成される。吸水シート３４は、吸水性を有しており、端部３４ａが保水材３１ｂの水に接することで吸水し、メッシュ状の吸水シート３４の全面に水が浸透する。この構成によれば、ファン３３は、メッシュ状の吸水シート３４の下方から送風するので、吸水シート３４からの水の蒸発を促進することができる。
【０１２５】
また、前述の実施形態では、吸水シート３４から発生した水蒸気をファン３３で流動させることで水蒸気の発生量を制御する構成する例を示したが、本発明では、例えば、超音波発振子などを利用して水収容部３１から発生した霧をファンで流動させ、霧が気化した水蒸気の量を制御する構成でもよい。
【０１２６】
＜発電セルの別実施形態＞
（１）前述の実施形態では、直列接続した複数の単位セルにより発電セルを構成する例を示したが、本発明では、単数の単位セルにより発電セルを構成してもよい。また、複数の単位セルを並列に接続してもよい。
【０１２７】
（２）前述の実施形態では、固体高分子電解質層１、電極層２，３、第１金属層４及び第２金属層５をインサート形成により一体化して単位セルＣを形成する例を示したが、第１金属層４と第２金属層５とをより面積の広いものにして、絶縁材を介在させつつ両者の周囲部分をカシメにより封止した構造の単位セルＣを用いてもよい。このようなカシメ構造の単位セルＣについては、例えば、国際公開公報ＷＯ２００５／０５０７６６号公報に開示されており、カシメ封止を行うための製造方法及び製造設備については、例えば、特開２００６−８６０４１号公報に開示される技術を用いることができる。
【０１２８】
このようなカシメ構造の単位セルＣは、必要によりその複数を電気的に接続した後に、インサート形成等により、セル保持体と一体化されて、板状の発電セルを形成することができる。板状の発電セルは、図２に示すものと同様にして本発明に使用することができる。
【０１２９】
＜アンモニア除去剤について＞
本発明では、水素発生剤３２より発生した水素から、不純物であるアンモニアを除去するために、内部空間Ｓにアンモニア除去剤を設けてもよい。具体的には、シート状のアンモニア除去剤を包装された水素発生剤３２と重ねて配置することができる。このようなアンモニア除去剤は、シート状に形成されたものが市販されているが、粒状の吸着剤等を通気性の袋に収容したものを使用することも可能である。
【０１３０】
アンモニア除去剤としては、例えば、水素中のアンモニアを吸着除去する吸着剤（吸着・分解や反応吸着などの化学吸着を含む）、アンモニアを溶解除去する吸収剤、アンモニアを反応により除去する反応剤、アンモニアを分解（加熱分解・触媒反応分解等）により除去する分解手段、などが挙げられるが、アンモニアを物理吸着又は化学吸着により除去する吸着剤を備えることが好ましい。
【０１３１】
＜回路構成など＞
本発明の燃料電池は、更に昇圧や電流制御のための電子回路を設けてもよい。例えば、各単位セルＣによる出力電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ（昇圧回路に相当）により所定の電圧にまで昇圧するのが好ましい。回路部には、安定化回路などが備えられており、適切な出力電圧や出力電流を供給できるように制御がなされる。更に、コンバータの下流側に付加される回路部を介して、電源供給端子から外部機器、携帯電話などに電源供給がされる。
【実施例】
【０１３２】
以下、本発明の水素発生装置の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。
【０１３３】
（実施例１）
上記の実施形態で説明した、吸水シート３４の筒状部３４ｂに送風することのできるファン３３を備える水素発生装置３０を用いて、水蒸気の発生量（蒸発量）を調べた。また、発生した水蒸気を水素発生剤３２に供給し、水素の発生量を調べた。
【０１３４】
水素発生剤３２としては、水素化カルシウムを樹脂で包埋した粉砕物１．２ｇを用いた。なお、以下の比較例においても、同様の水素発生剤３２を用いた。
【０１３５】
（比較例１）
比較例１では、上記の実施例１と同様の水素発生装置３０を用いて、水蒸気の発生量を調べた。ただし、比較例１では、ファン３３を作動させず、吸水シート３４から自然に水蒸気を発生させた。
【０１３６】
（実施例２）
実施例２の水素発生装置は、実施例１と同様のファン３３を備えるが、ファン３３の配置を変化させた。具体的には、図９で示した水素発生装置を用い、ファン３３は、吸水シート３４に対して直接送風することなく、吸水シート３４から自然に発生した水蒸気を空間内で流動させる役割のみを果たすようにした。このときの水素の発生量を調べた。
【０１３７】
実施例１と比較例１における時間経過に伴う水蒸気発生量の結果を図１１に示す。図１１（ａ）は、縦軸が蒸発量（ｃｃ）、横軸が時間（分）であり、図１１（ｂ）では、縦軸が総蒸発量（ｃｃ）、横軸が時間（分）である。実施例１では、ファンを連続的に作動させ、比較例１では、ファンを停止させたままとした。この結果から、ファンを作動させることで水蒸気の発生量は大きく増加し、ファンは水の蒸発を促進させる効果があることが分かる。
【０１３８】
実施例１における水素発生量の結果を図１２に示す。実施例２における水素発生量の結果を図１３に示す。なお、図１２，図１３では、水素発生量を流速（ｃｃ／ｍｉｎ）として表しており、縦軸が流速、横軸が時間（分）である。実施例１および実施例２では、図１２および図１３に示すように、ファンのオンオフを繰り返し行なった。これらの結果から、実施例１、実施例２ともに、ファンをオンにすることで水素発生量が増加することが分かる。すなわち、ファンで水蒸気を流動させることで、水の蒸発を促進させ、水蒸気の発生量を制御し、その結果、水素発生量を制御することができることが分かる。また、実施例１の水素発生装置は、実施例２の水素発生装置に比べ、水素発生量が多いことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明の水素発生装置の一例を示す図であり、（ａ）平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。
【図２】燃料電池の一例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は金属板の構成を示す斜視図である。
【図３】燃料電池の一例を示す図であり、（ａ）は図２（ｂ）のＩ−Ｉ断面図、図３（ｂ）は同じくＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図４】樹脂成形体と樹脂平板の構成を示す図である。
【図５】本発明の燃料電池の製造方法の一例を示す正面視断面図である。
【図６】燃料電池の全体構成を示す斜視図である。
【図７】図６に示す燃料電池の構成要素を示す分解斜視図である。
【図８】本発明の燃料電池の内部構造を示す縦断面図である。
【図９】別実施形態の水素発生装置の一例を示す図であり、ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。
【図１０】別実施形態の水素発生装置の一例を示す図であり、ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。
【図１１】実施例１と比較例１における水蒸気発生量の結果を示す図である。
【図１２】実施例１における水素発生量の結果を示す図である。
【図１３】実施例２における水素発生量の結果を示す図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１    固体高分子電解質層
２    アノード側電極層
３    カソード側電極層
４    アノード側金属層
５    カソード側金属層
６    樹脂成形体
３０    水素発生装置
３１    水収容部
３１ａ  水収容ケース
３１ｂ  保水材
３２    水素発生剤
３３    ファン
３４    吸水シート
３４ａ  端部
３４ｂ  筒状部
３７    整風カバー
３８    水蒸気供給路
６０    樹脂平板
Ｃ    単位セル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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