(57)【要約】【課題】燃料電池装置を小型化し、且つ発電セルに対する空気供給量のばらつきを低減する。【解決手段】揺動ファン１３を酸化用流体供給手段として流路１２の開口部１４にそれぞれ配設し、各揺動ファン１３に独立して駆動して各流路１２に空気を供給する。セパレータ１０はセパレータ本体１１に直接揺動ファン１３を有しており、セパレータ１０を構成要素としてなる燃料電池本体と別に揺動ファン１３を設ける場合に比べて、燃料電池本体及び当該燃料電池本体による発電を安定して行うための各種機器のレイアウトの制限を受けることを低減することができ、燃料電池装置を小型化することができる。【選択図】  図１
2004214128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電体と接して、前記発電体と電気的に導通することにより発電セルを形成するセパレータ本体と、
前記発電体に酸化用流体を供給するために前記セパレータ本体に形成される酸化用流体供給路と、
前記セパレータ本体に配設されて前記酸化用流体供給路に前記酸化用流体を供給する酸化用流体供給手段とを有すること
を特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
前記酸化用流体供給路の両端は前記セパレータ本体から開口する開口部とされ、前記開口部の少なくとも一方に配設された前記酸化用流体供給手段が前記酸化用流体供給路において前記酸化用流体を流動させること
を特徴とする請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
前記酸化用流体供給路は前記セパレータ本体に複数形成され、前記酸化用流体供給手段が前記開口部にそれぞれ配設されて各酸化用流体供給路における前記酸化用流体の流動を独立して行うこと
を特徴とする請求項２記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
前記酸化用流体供給路は前記セパレータ本体に複数形成され、前記酸化用流体供給手段は前記セパレータ本体の端部に隣接して開口する一群の酸化用流体供給路の開口部に配設されて前記一群の酸化用流体供給路毎に独立して前記酸化用流体の流動を行うこと
を特徴とする請求項２記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
前記酸化用流体供給手段は、前記酸化用流体を流動させるために揺動されるフィンと前記フィンを駆動する駆動部とからなる揺動式ファンであること
を特徴とする請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
前記駆動部は、圧電バイモルフであること
を特徴とする請求項５記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項７】
前記駆動部は、形状記憶合金を張り合わせたバイモルフ構造を有すること
を特徴とする請求項５記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項８】
前記駆動部は、熱膨張係数の異なる材料から形成されるバイモルフ構造を有すること
を特徴とする請求項５記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項９】
前記酸化用流体供給手段は、ダイアフラムポンプであること
を特徴とする請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１０】
前記酸化用流体供給路は前記セパレータ本体が前記発電体と接する面に沿うように当該セパレータ本体の内部に形成され、前記酸化用流体供給手段は前記開口部の長手方向に沿った回転軸を備える回転式ファンであること
を特徴とする請求項２記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項１１】
発電体と接して前記発電体と電気的に導通するセパレータ本体と前記発電体に酸化用流体を供給するために前記セパレータ本体に形成される酸化用流体供給路と前記セパレータ本体に配設されて前記酸化用流体供給路に前記酸化用流体を供給する酸化用流体供給手段とを有する燃料電池用セパレータにより前記発電体を挟み込んで形成される発電セルを積層してなる燃料電池本体を有する燃料電池装置であって、
前記酸化用流体供給路の両端は前記セパレータ本体から開口する開口部とされ、前記開口部の少なくとも一方に配設された前記酸化用流体供給手段が各酸化用流体供給路にそれぞれ独立して前記酸化用流体を供給することにより各発電セルが発電を行うこと
を特徴とする燃料電池装置。
【請求項１２】
発電体と接して前記発電体と電気的に導通するセパレータ本体と前記発電体に酸化用流体を供給するために前記セパレータ本体に形成される酸化用流体供給路と前記セパレータ本体に配設されて前記酸化用流体供給路に前記酸化用流体を供給する酸化用流体供給手段とを有する燃料電池用セパレータと前記発電体とを有してなる複数の燃料電池本体がそれぞれ装置基板の所要の位置に配置されてなる電子応用装置であって、
前記酸化用流体供給手段が互いに独立して前記酸化用流体供給路に前記酸化用流体を供給し、
前記複数の燃料電池本体は各燃料電池本体で発電される電力を前記装置基板に配設された各素子に供給すること
を特徴とする電子応用装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池用セパレータ、燃料電池装置及び電子応用装置に関する。さらに詳しくは、燃料電池装置における燃料電池本体の配置が制限を殆ど受けることなく燃料電池装置を小型化することができ、且つ各発電セルへの空気供給を円滑に行うことができる燃料電池用セパレータ、燃料電池装置及び電子応用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、例えば水素ガスやメタノールの如き燃料流体と空気に含まれる酸素の如き酸化用流体を電気化学的に反応させることにより発電を行う発電セルを備える発電装置であり、固体高分子型の場合、一般的にはプロトン伝導体膜を酸素側電極と燃料側電極とで挟んだ構造を有している。酸素側電極には、酸素を供給するために空気が供給され、他方の燃料側電極には、燃料流体が供給される。燃料電池が発電する場合には、固体高分子型燃料電池ではイオン交換膜である電解質膜中をイオン（プロトン）が移動し、酸素側電極の酸素と反応して電流が発生すると共に酸素側電極では水が生成される。燃料電池の発電体部分は電解質膜・電極複合体又はＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と呼ばれており、この電解質膜・電極複合体を単体で或いはセパレータで挟み込んで形成される発電セルを平面的に並べることで平面構造の燃料電池が構成され、或いは積層することで積層構造（スタック構造）の燃料電池が構成される。
【０００３】
また、燃料電池は、発電により生成される生成物が水であることから環境を汚染することがない発電素子として近年注目されており、最近では輸送用車両などの分野で電気自動車やハイブリッド式車両を駆動するための駆動電源として使用する試みも行われている。
【０００４】
燃料電池は上述の輸送用車両の駆動電源として応用が大きく期待されている他、住宅用電源システムなどについても実用化が期待されており、さらには燃料電池の軽量化や小型化を活かしたノート型パソコン、携帯電話及びＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの携帯型電子機器や小型電源などについても応用が検討されている。このような燃料電池においては所要の電力を安定して出力することができ、且つ携帯可能なサイズとされることが重要となり、各種技術開発が盛んに行われている。
【０００５】
ところで、発電セルを構成するセパレータのうち発電体の酸素側電極に接するセパレータには、酸素側電極に酸素の如き酸化用流体を供給するための酸化用流体供給路が形成される。このような酸化用流体供給路は酸化用流体供給路がセパレータの側面に開口する開口部から空気を取り込んで酸素側電極に供給する。酸化用流体供給路は、例えばセパレータの両端とされる各側面を繋ぐように形成された溝部とされ、開口部から供給された空気が酸化用流体供給路内で流動されて他方の開口部から発電セルの外部に排出される。また、複数の酸化用流体供給路がセパレータの側面に沿った幅方向に複数形成され、酸素側電極の略全面に効率良く酸素を供給することもできる。酸化用流体供給路に空気を供給する際には、発電セルの側面に沿って配設される空気供給ファンにより一括にて各酸化用流体供給路に空気が供給される。例えば、燃料電池本体が所要の電力を発生させるために複数の発電セルを積層したスタック構造を有する場合、燃料電池本体と別個に配設された空気供給ファンを用いて略全ての酸化用流体供給路に一括にて空気が供給される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料電池本体と別個に空気供給ファンを配設した場合、空気供給ファンの配置により燃料電池本体の配置が制限される上、燃料電池装置内に空気供給ファンを配設することから燃料電池装置自身の小型化が困難となる。
【０００７】
また、各種電子機器の所要な位置に配置された各素子を駆動するために燃料電池本体を当該電子機器に分散させて配置する際にも、燃料電池本体と別に配設される空気供給ファンは当該電子機器内に無駄なスペースを生じさせる原因となり、燃料電池本体で発生する電力によって駆動される電子機器の小型化の妨げとなる。
【０００８】
さらに、空気供給ファンの中心部と外周部との間では送り出す空気量にばらつきが生じることから、空気供給ファンの中心部と外周部とにそれぞれ臨む酸化用流体供給路に供給される空気量にばらつきが生じ、燃料電池本体による発電が安定して行われない場合もある。特に、スタック構造を構成する各発電セル間で空気供給量にばらつきが生じた際には、特定の発電セルだけ急速に発電効率が低下する不具合が発生する場合もある。
【０００９】
よって、本発明はかかる問題点を鑑み、燃料電池装置及び燃料電池本体が配設される電子機器の小型化が可能となると共に酸化用流体供給路に供給される酸化用流体の供給量のばらつきを低減することができる燃料電池用セパレータ、燃料電池装置及び電子応用装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる燃料電池用セパレータは、発電体と接して、発電体と電気的に導通することにより発電セルを形成するセパレータ本体と、発電体に酸化用流体を供給するためにセパレータ本体に形成される酸化用流体供給路と、セパレータ本体に配設されて酸化用流体供給路に酸化用流体を供給する酸化用流体供給手段とを有することを特徴とする。このような燃料電池用セパレータによれば、燃料電池装置の小型化が可能となると共に、燃料電池装置に配設される各種機器のレイアウトの自由度を高めることができる。
【００１１】
このような燃料電池用セパレータは、酸化用流体供給路の両端はセパレータ本体から開口する開口部とされ、開口部の少なくとも一方に配設された酸化用流体供給手段が酸化用流体供給路において酸化用流体を流動させることを特徴とする。このような燃料電池用セパレータによれば、燃料電池本体の外部から円滑に酸化用流体を取り込むことができるうえ、酸化用流体供給路内で酸化用流体を十分流動させることができる。
【００１２】
さらに、このような燃料電池用セパレータにおいては、酸化用流体供給路はセパレータ本体に複数形成され、酸化用流体供給手段が開口部にそれぞれ配設されて各酸化用流体供給路における酸化用流体の流動を独立して行うことを特徴とする。このような燃料電池用セパレータによれば、各酸化用流体供給路に対する酸化用流体の供給量のばらつきを低減することが可能となり、発電セルは安定した発電を行うことができる。
【００１３】
また、このような燃料電池用セパレータは、酸化用流体供給路がセパレータ本体に複数形成され、酸化用流体供給手段はセパレータ本体の端部に隣接して開口する一群の酸化用流体供給路の開口部に配設されて一群の酸化用流体供給路毎に独立して酸化用流体の流動を行うことを特徴とする。このような燃料電池用セパレータによれば、酸化用流体供給路毎に酸化用流体供給手段を配設することなく各酸化用流体供給路に対する酸化用流体の供給量のばらつきを低減することが可能となる。
【００１４】
本発明にかかる燃料電池用セパレータにおいては、酸化用流体供給手段は、酸化用流体を流動させるために揺動されるフィンとフィンを駆動する駆動部とからなる揺動式ファンであることを特徴とする。このような酸化用流体供給手段によれば、酸化用流体供給路に十分酸化用流体を供給することができると共に、酸化用流体供給手段を小型化することも可能となる。
【００１５】
このような燃料電池用セパレータにおいては、駆動部は、圧電バイモルフであることを特徴とする。このような駆動部によれば、酸化用流体供給手段を小型化することができると共に微小な駆動電力で十分酸化用流体を供給することができる。
【００１６】
また、このような燃料電池用セパレータにおいては、駆動部は、形状記憶合金を張り合わせたバイモルフ構造を有することを特徴とする。このような駆動部によれば、酸化用流体供給手段を小型化することができると共に電気的な駆動力に限定されずに酸化用流体供給手段を駆動することができる。
【００１７】
さらにまた、このような燃料電池用セパレータにおいては、駆動部は、熱膨張係数の異なる材料から形成されるバイモルフ構造を有することを特徴とする。このような駆動部によれば、酸化用流体供給手段を小型化することができると共に電気的な駆動力に限定されずに酸化用流体供給手段を駆動することができる。
【００１８】
本発明にかかる燃料電池用セパレータにおいては、酸化用流体供給手段は、ダイアフラムポンプであることを特徴とする。酸化用流体供給手段によれば、酸化用流体の供給量を容易に高めることができる。
【００１９】
また、本発明にかかる燃料電池用セパレータにおいては、酸化用流体供給路はセパレータ本体が発電体と接する面に沿うようにセパレータ本体の内部に形成され、酸化用流体供給手段は開口部の長手方向に沿った回転軸を備える回転式ファンであることを特徴とする。このような燃料電池用セパレータによれば、セパレータ本体が発電体と接する面に沿って広がった形状とされる酸化用流体供給路の略全体に一様に酸化用流体を供給することができる。
【００２０】
本発明にかかる燃料電池装置は、発電体と接して発電体と電気的に導通するセパレータ本体と発電体に酸化用流体を供給するためにセパレータ本体に形成される酸化用流体供給路とセパレータ本体に配設されて酸化用流体供給路に酸化用流体を供給する酸化用流体供給手段とを有する燃料電池用セパレータにより発電体を挟み込んで形成される発電セルを積層してなる燃料電池本体を有する燃料電池装置であって、酸化用流体供給路の両端はセパレータ本体から開口する開口部とされ、開口部の少なくとも一方に配設された酸化用流体供給手段が各酸化用流体供給路にそれぞれ独立して酸化用流体を供給することにより各発電セルが発電を行うことを特徴とする。このような燃料電池装置によれば、スタック構造を有する燃料電池本体の各発電セルの発電状態に合わせて個別に酸化用流体の供給量を調節することができる。
【００２１】
本発明にかかる電子応用装置は、発電体と接して発電体と電気的に導通するセパレータ本体と発電体に酸化用流体を供給するためにセパレータ本体に形成される酸化用流体供給路とセパレータ本体に配設されて酸化用流体供給路に酸化用流体を供給する酸化用流体供給手段とを有する燃料電池用セパレータと発電体とを有してなる複数の燃料電池本体がそれぞれ装置基板の所要の位置に配置され、酸化用流体供給手段が互いに独立して酸化用流体供給路に酸化用流体を供給することにより各燃料電池本体で発電される電力を装置基板に配設された各素子に供給することを特徴とする。このような電子応用装置によれば、電子応用装置の所定の位置に配設された各素子に電力を供給することができると共に電子応用装置を小型化することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下本発明にかかる燃料電池用セパレータ、燃料電池装置及び電子応用装置について図面を参照しながら説明する。本発明にかかる燃料電池用セパレータは、ＭＥＡの如き平板状の発電体にセパレータ本体を接するように配設されて発電セルを構成する。発電体の酸素極側に配設される燃料電池用セパレータには発電体に酸化用流体としての酸素を供給するための流路が形成され、発電セルの外部から酸素を含む空気が流路に供給される。さらに、発電体の燃料極側には水素ガス又はメタノールの如き燃料が供給され、発電体は酸化用流体としての酸素と燃料とにより発電を行う。本発明にかかる燃料電池用セパレータは酸化用流体を上述の流路に供給するための酸化用流体供給手段を有し、発電セル若しくは発電セルを積層して構成されるスタック構造を有する燃料電池本体と別に酸化用流体供給手段を配設することなく当該燃料電池本体に発電を行わせることができる。
【００２３】
先ず、図１乃至図４を参照しながら本発明にかかる燃料電池用セパレータの具体例について詳細に説明する。尚、図１乃至図４は燃料電池用セパレータの構造を模式的に示した図である。
【００２４】
図１に示すセパレータ１０は酸化用流体としての酸素を含む空気を流動させるための流路１２がセパレータ本体１１に複数形成されていると共に各流路１２にそれぞれ揺動ファン１３が配設され、各揺動ファン１３は独立して各流路１２に空気を供給する。
【００２５】
図１（ａ）は、セパレータ本体１１に形成された流路１２を臨む側からみた平面図である。セパレータ本体１１は、発電体と接して発電セルを構成し、発電体の酸素極側と接する側には空気に含まれる酸素を発電体に供給するための流路１２が形成されている。
【００２６】
流路１２は、セパレータ本体１１の端部から他方の端部を繋ぐように略直線状に伸びる溝部であり、セパレータ本体１１の幅方向に沿って複数形成されている。流路１２は、セパレータ本体１１の一方の端部と他方の端部にそれぞれ開口する開口部１４，１５を有し、開口部１４を介して供給される空気が流路１２で流動されて開口部１５から外部に排出される。尚、本例のセパレータ１０は発電体と接して燃料電池本体を構成するセパレータ本体１１を有しているが、セパレータ本体１１から延設されて燃料電池本体による発電を行う際に発生する熱を放熱するための放熱フィンを備えることもできる。
【００２７】
揺動ファン１３は酸化用流体供給手段として流路１２の開口部１４にそれぞれ配設されて各流路１２に独立して空気を供給する。揺動ファン１３は、流路１２の流路幅及び深さ寸法より小さいサイズとされると共に十分に流路１２に空気を供給することができるものであれば如何なる空気供給機構を有するものでも良い。本例のセパレータ１０はセパレータ本体１１に直接揺動ファン１３を有しており、セパレータ１０を構成要素としてなる燃料電池本体と別に揺動ファン１３を設ける場合に比べて、燃料電池本体及び当該燃料電池本体による発電を安定して行うための各種機器のレイアウトの制限を受けることを低減することができ、燃料電池装置を小型化することができる。また、揺動ファン１３が開口部１４に配設されていることにより、燃料電池本体の外部から空気を流路に取り込むことができるとともに流路１２内における空気の流動を妨げることもない。
【００２８】
揺動ファン１３は流路１２に空気を供給する酸化用流体供給手段であり、例えば、圧電体の振動を駆動力とする圧電ファン、形状記憶合金により形成された部材を張り合わせたバイモルフ構造を有してこれら部材が変形する際の力を駆動力とするファン、熱膨張係数の異なる材料を組み合わせてこれら材料により形成されるバイモルフ構造を有する部材の寸法が変化する際の力を駆動力とするファンを用いることができる。また、ダイアフラムポンプの如きポンプを用いて流路１２に空気を供給することもできる。これら例示した酸化用流体供給手段を開口部１４に収納可能なサイズとすることにより燃料電池本体に酸化用流体供給手段を内蔵することができ、燃料電池本体とは別に空気供給ファンの如き酸化用流体供給手段を配設する場合に比べて燃料電池装置を小型化することが可能となる。さらに、上述した酸化用流体供給手段に限定されず、流路１２に配設可能なサイズとされて所要の空気量を流路１２に供給できるものであれば如何なるものでも良い。また、マイクロマシン、或いはＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれる小型のデバイスの如き電子機器としての機能がそろった単一の超微小チップを開口部に配置することにより燃料電池装置のさらなる小型化・高機能化を実現することもできる。
【００２９】
流路１２に対して個別に配設された揺動ファン１３は、セパレータ１０と別に燃料電池装置に配設された空気供給ファンにより一括して全ての流路１２に空気を供給する場合に比べて各流路１２に対して供給される空気量を個別に制御することができる。よって、セパレータ本体１１に形成された開口部１４の位置の違いに起因する空気供給量のばらつきを低減することが可能となり、安定した発電を行うことができる。
【００３０】
図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。セパレータ１０は、セパレータ本体１１の幅方向に沿って流路１２を互いに隔てる突条部１６及び側縁部１７で発電体と接して燃料電池本体とされる発電セルを構成する。流路１２は略等間隔で突条部１６により隔てられ、流路１２の断面形状は略矩形状とされる。流路１２の図中上側がセパレータ本体１１から開放され、発電体の略全面に流路１２を流動する空気を供給する。また、本例のセパレータ１０には流路１２が４つ形成されているが、形成される流路数は本例に限定されるものではなく、所要の流路を形成してそれぞれの流路の開口部に揺動ファンを配設することができる。
【００３１】
揺動ファン１３の高さ寸法は流路１２の深さ寸法より小さめとされ、さらに幅寸法は開口部１４の幅寸法より小さめのサイズとされて揺動ファン１３は開口部１４内に配設される。よって、セパレータ１０と発電体により発電セルを構成した場合でも発電セルから揺動ファン１３が突出することがない。従って、発電セルを積層してスタック構造を構成する際にも揺動ファン１３が発電セルを積層する際の障害となることがなく、従来同様のスタック構造をとりながらスタックに併設していた空気供給ファンを無くすことができるので燃料電池本体の小型化に繋がる。セパレータの流路１２が形成された側の裏面側には、例えば水素ガス又はメタノールの如き燃料流体を流動させる流路を形成することができ、発電セルを積層した場合には一のセパレータ本体１１はセパレータ本体１１の表裏面で接する発電体にそれぞれ酸化用流体とされる酸素を含む空気と、燃料流体とされる水素ガス又はメタノールとを供給することができる。
【００３２】
図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。揺動ファン１３は、開口部１４の底部に支持部１８を介して固定され、外部から空気を取り込んで流路１２に供給する。流路１２内には空気の流動を妨げるものが配設されていないことから揺動ファン１３で流路１２に供給された空気が流路１２内で円滑に流動されて発電体に供給され後、開口部１５から排出される。
【００３３】
続いて、図２を参照しながら本発明にかかる燃料電池用セパレータの別の例について説明する。図２に示すセパレータ２０は、空気を流動させるための流路２２ａ，２２ｂを複数有すると共に隣接する互いに隣接する２つの流路２２ａ及び２２ｂのそれぞれの流路の開口部２４ａ，２４ｂに揺動ファン２３が配設され、各揺動ファン２３が独立して一群の流路毎に空気を供給する。
【００３４】
図２（ａ）は、セパレータ２０をセパレータ本体２１に形成された流路２２ａ，２２ｂを臨む側からみた平面図である。セパレータ本体２１には、図１を参照しながら説明したように酸素を発電体に供給するための流路２２ａ，２２ｂがそれぞれ複数形成されている。本例のセパレータ本体２１には合わせて４つの流路２２ａ，２２ｂが形成されており、隣接する２本の流路２２ａ、２２ｂの開口部２４ａ，２４ｂは突条部２６により隔てられ、それぞれの開口部２４ａ，２４ｂには酸化用流体供給手段としての揺動ファン２３が流路２２ａ，２２ｂにそれぞれ臨むように配設されている。
【００３５】
流路２２ａ，２２ｂは、セパレータ本体２１の一方の端部から他方の端部にかけて略直線状に伸びるように形成され、各端部にそれぞれ開口する開口部２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂを有する。隣接する流路２２ａの一方の開口部２４ａは、流路２２ａで共通の開口部２４ａとされて揺動ファン２３によって供給される空気が流路２２ａにそれぞれ流動される。また、流路２２ａの他方の端部には２つの流路２２ａが別々にセパレータから開口した開口部２５ａを形成し、開口部２５ａからそれぞれ空気が排出される。従って、発電セルや発電セルを積層して形成されるスタック構造を有する燃料電池本体と別に空気供給用のファンを配設して空気を一括して流路に供給する場合に比べて、開口部２４ａ，２４ｂに配設された揺動ファン２３は隣接する一群の流路毎に空気供給量を制御し、各流路２２ａ，２２ｂに対する空気供給量のばらつきを低減することが可能となる。
【００３６】
セパレータ本体２１の流路２２ａ，２２ｂが形成されない側には、例えば水素ガス又はメタノールの如き燃料流体を流動させる流路を形成することができ、発電セルを積層した場合にはセパレータ２０はセパレータ本体２１の表裏面で接する発電体にそれぞれ酸化用流体とされる酸素と燃料流体とを供給することができる。
【００３７】
図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ―Ａ線断面図である。セパレータ２０は、セパレータ本体２１の幅方向に沿って流路２２ａと流路２２ｂとを互いに隔てる突条部２６、隣接して共通とされる開口部２４ａ、２４ｂを有する流路２２ａ、２２ｂを隔てる突条部２８ａ，２８ｂ、及びセパレータ本体２１の外部と流路２２ａ，２２ｂを隔てる側縁部２７を有する。また、揺動ファン２３は開口部２４ａ，２４ｂの底面に支持部２９を介して固定されている。
【００３８】
突条部２６，２８ａ，２８ｂ及び側縁部２７の上面は互いに面一とされ、セパレータ２０と発電体とにより発電セルを構成する際に突条部２６，２８ａ，２８ｂ及び側縁部２７の上面は発電体と接することにより電気的導通がなされる。本例のセパレータ２０においては流路２２ａ，２２ｂの断面形状は略矩形状とされ、図中上側が開放されて酸素を含む空気を発電体に供給する。揺動ファン２３は、隣接する流路２２ａ，２２ｂについて共通とされる開口部２４ａ，２４ｂの開口幅及び深さ寸法より小さいサイズとされると共に十分に流路２２ａ，２２ｂに空気を供給することができるものであれば如何なる空気供給機構でも良い。また、本例にセパレータ本体２１には流路が合わせて４つ形成されて流路２２ａ，２２ｂをそれぞれ一組として揺動ファン２３が配設されているが、セパレータ本体２１に形成される流路数及び一組とされる流路数は本例に限定されるものではない。
【００３９】
図２（ｃ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。突条部２８ａ，２８ｂは、揺動ファン２３を配設するための開口部２４ａ，２４ｂのスペースを確保できるように少なくともセパレータ本体２１の一方の端面から他方の端面の揺動ファン２３を配設するためのスペース分だけ奥まったところまで延在される。揺動ファン２３は開口部２４ａ，２４ｂの底面に固定されて流路２２ａ，２２ｂに臨み、外部から空気を流路に供給する。
【００４０】
本例のセパレータ２０は、図１に例示したセパレータ１０に比べて配設される揺動ファン２３の数を流路数に対して減らすことができ、揺動ファン２３を配設する際の工程の煩雑さを緩和することが出来ると共に揺動ファン２３を駆動する際の駆動電力や制御回路を低減することもできる。また、本例のセパレータ２０においては、隣接して形成された２つの流路２２ａ，２２ｂを一組としてそれぞれ揺動ファン２３が配設されているが、一の揺動ファン２３により空気が供給される流路の組み合わせは隣接する２つの流路２２ａ又は流路２２ｂに限定されず隣接する所要の数の流路を一組として流路の組毎に揺動ファン２３を配設し、各流路の組に対して独立して空気を供給することもできる。
【００４１】
また、本例のセパレータ２０においては、セパレータ２０を構成要素としてなる燃料電池本体と別に燃料電池装置に空気供給ファンを設ける場合に比べて、燃料電池本体及び燃料電池本体による発電を安定して行うための各種機器のレイアウトの制限を殆ど受けることなく、空気供給ファンを配設するための余分なスペースを低減することができる。従って、燃料電池装置を小型化することが可能となる。さらに、配設される揺動ファンの数を流路の数より減らすことができるためセパレータを簡単な構造とすることができると共に、セパレータを形成する際の工程を簡略化することが可能となる。また、揺動ファンが開口部に配設されていることにより、燃料電池本体の外部から空気を流路に取り込むことができるとともに流路内における空気の流動を妨げることもない。さらに、揺動ファン２３は図１において揺動ファンとして例示したものも用いることができ、開口部に収納可能なサイズを有して所要の空気量を流路に供給することができれば如何なる空気供給機構でも良い。
【００４２】
次に、図３を参照しながら本発明にかかる燃料電池用セパレータのさらに別の例について詳細に説明する。図３に示すセパレータ３０はセパレータ本体３１に形成された流路３２の開口部の全てが共通とされた開口部３４が形成されていると共に、開口部３４に配設された揺動ファン３３が流路３２の全てに一括して酸素を含む空気を供給する。従って、セパレータ本体３１に形成された流路３２に供給される空気量を揺動ファン３３により個別に制御することはできないが、図１及び図２に示したセパレータに配設される揺動ファンの個数に比べて配設される揺動ファンの配設数を大幅に低減することができ、且つセパレータ３０を構成要素としてなる発電セル毎に独立して空気を供給することができる。
【００４３】
図３（ａ）は、セパレータ３０をセパレータ本体３１に形成された流路３２を臨む側からみた平面図である。本例のセパレータ本体３１には流路３２が４つ形成されており、全ての流路３２の開口部は共通されて開口部３４を形成し、開口部３４はセパレータ本体３１の端部から開口する。開口部３４には全ての流路３２に臨むように揺動ファン３３が配設され、揺動ファン３３は空気を全ての流路３２に一括にて供給して流路３２内に空気を流動させる。
【００４４】
流路３２は、セパレータ本体３１の長手方向に沿って伸びセパレータ本体３１の幅方向に沿って複数形成された溝部とされる。流路３２はセパレータ本体３１の一方の端部と他方の端部とにそれぞれ開口し、一方の端部における開口部３５を有し、さらに流路３２で共通とされる開口部３４に配設された揺動ファン３３から空気が供給される。セパレータ３０はセパレータ本体３１の幅方向の端部とされる側縁部３６と、各流路３２を互いに離間させるように略等間隔で形成される突条部３７を有する。側縁部３６部は流路３２の長手方向に沿って一方の端部から他方の端部に亘って延在し、突条部３７は一方の端面から揺動ファン３３を配設するための開口部３４のスペースを確保するように他方の端部まで延在されている。
【００４５】
図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ―Ａ線断面図である。側縁部３６及び突条部３７の流路３２の底面からの高さ寸法はそれぞれ略同一とされ、セパレータ本体３１が平板形状を有する発電体と接して発電セルを構成する際には側縁部３６及び突条部３７の上面が発電体と接して電気的導通を確保する。揺動ファン３３は各流路３２に臨むように開口部３４に配設されてセパレータ本体３１に形成された全ての流路３２に空気を供給する。また、揺動ファン３３は支持部３９により支持されている。
【００４６】
図３（ｃ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。突条部３７は、セパレータ本体３１の一方の端面から、隣接する流路３２間で共通とされる開口部３４が形成される端部から揺動ファン３３を配設するための開口部３４のスペースを確保できるように少なくとも端面から揺動ファン３３を配設するためのスペース分だけ奥まったところまで延在される。揺動ファン３３は支持部３９により開口部３４の底面に固定されて一括にて空気を流路に供給する。
【００４７】
本例のセパレータ３０においては、セパレータ本体３１に形成された流路３２毎、若しくは隣接した一群の流路ごとに空気供給量を制御することはできないが、セパレータ本体３１と発電体とにより構成される発電セル毎に独立して空気を供給することができる。従って、発電セルや発電セルを積層して構成されるスタック構造を有する燃料電池本体を装置基板に分散して配置する場合でも、分散して配置された燃料電池本体毎に空気供給用ファンの如き酸化用流体供給手段を配設することなく各燃料電池本体に所要の量の空気を独立して供給し、各燃料電池本体に安定した発電を行わせることが可能となる。
【００４８】
続いて、図４を参照しながら本発明の燃料電池用セパレータのさらに別の例について説明する。図４（ａ）は、セパレータ本体４１に形成された開口部４４を臨む側からみたセパレータ４０の平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図４（ａ）及び同図（ｂ）に示すように、セパレータ４０はセパレータ本体４１の内部の略全体に広がる流路４２を有する。さらに、セパレータ本体４１にはセパレータ本体４１の一部が流路４２及びセパレータ本体４１の下面に開口する開口部４８が形成されており、セパレータ本体４１が発電体と共に発電セルを形成する際には流路４２に供給された空気を開口部４８を介して発電体に供給することができる。
【００４９】
開口部４４は、セパレータ本体４１の内部に形成されている流路４２の一部がセパレータ本体４１の上面に開口するように形成されている。開口部４４はセパレータ本体４１の上面の端付近に形成された略矩形状の開口部であり、セパレータ本体４１の幅方向に沿った長手方向を有してセパレータ本体４１の上面に開口する。開口部４４には流路４２に空気を供給するための回転式ファン４３の如き酸化用流体供給手段が配設され、開口部４４から空気を取り込んで流路４２に空気を供給する。セパレータ本体４１の開口部４４が形成された端部の反対側の端部には供給された空気を排出するための開口部４９が形成されている。回転式ファン４３は開口部４４の長手方向に沿った軸部４５を回転軸として回転し、フィン４６により空気を流路４２に供給する。フィン４６は回転式ファン４３の長手方向に沿って延設され、流路４２全体に略均一に空気を供給する。回転式ファンの長さは開口部４４の長手方向の寸法と略等しい長さとされ、回転式ファン４３は開口部４４の全体から流路４２全体に略均一に空気を供給することができる。
【００５０】
流路４２はセパレータ本体の上部、下部及び側部により囲まれたセパレータ内部の空間であり、断面上略矩形状を有して図中奥行き方向に広がる。セパレータ本体４１の下部には流路４２と外部とにそれぞれ開放された略矩形状の開口部４８が複数形成され、セパレータ本体４１の下部が発電体と接してセパレータ４０と発電体とにより発電セルを形成する際には、開口部４８を介して流路４２から発電体に空気を供給することができる。また、流路４２に対して図中矢印方向に空気が流動されて開口部４９から排出される。また、本例のセパレータ４０において、開口部４８は略矩形状を有してセパレータ本体の下部に４つ形成されているが、開口部４８の形状及び形成数は本例に限定されず、所要の形状及び形成数とすることができる。
【００５１】
回転式ファン４３の回転軸とされる軸部４５の周縁部には略等間隔でフィン４６が突設されている。フィン４６から軸部４５を挟んでフィン４６と対向する位置に突設されるフィンの先端までの寸法は開口部４４の開口寸法より小さめとされ、開口部４４に配設された回転式ファン４３は軸部４５を中心として回転することができる。本例のセパレータ４０においては回転式ファン４３全体が開口部４４に収納されることによりセパレータ本体４１から回転式ファン４３が突出することがなく、セパレータ４０を略平板形状を有する部材として取り扱うことができる。従って、セパレータ本体４１と発電体により発電セルを形成する際には、発電セルが複数積層される場合でも従来同様の構造をとることができる。さらに、機器内に分散配置する場合でも発電セルを配置する配線基板の所要の位置に無駄なスペースを殆ど生じさせることなく発電セルを配置することができる。また、セパレータ本体４１に酸化用流体供給手段としての回転式ファン４３が配設されていることにより、発電セルとは別に空気供給用ファンを配設することなく、十分な量の空気を流路４２全体に供給することができる。さらに、発電体に酸素を含む空気を供給すると共にセパレータ本体４１と発電体とにより構成される発電セルに水素ガスやメタノールの如き燃料流体を供給することにより発電セルに安定して発電を行わせることができる。
【００５２】
次に、図５を参照しながら酸化用流体供給手段とされる揺動ファンについて説明する。揺動ファンとしては、例えば図５に示す圧電バイモルフ型のアクチュエータによりフィンを駆動させる圧電ファン５０を用いることができる。圧電ファン５０は、空気を供給するためのフィンとされる振動板５１、振動板を挟む圧電バイモルフ５２、圧電バイモルフ５２と電源５４との間で電気的な接続を行うコンタクト部５３とからなり、本例の圧電ファン５０においては振動板５１の一方の端部を圧電バイモルフ５２で挟持して振動させる片持梁型の構成とされる。
【００５３】
振動板５１は平板形状を有し、圧電バイモルフ５２に密着するように挟み込まれる。振動板５１は金属又は樹脂の如き材料で形成され、圧電バイモルフ５２の屈曲振動に対して共振するように振動板５１の板厚及び長手方向寸法が選択される。圧電バイモルフ５２の屈曲振動に対して振動板５１が共振するように振動板５１の板厚及び長手方向寸法することにより、圧電バイモルフ５２が振動する際の変位が数百μｍであっても振動板５１の先端が図中矢印方向に変位する際の変位量を数ｍｍから数十ｍｍとすることができ、所要の空気供給量を確保すると共に圧電ファンを小型化することができる。
【００５４】
圧電バイモルフ５２は２枚の平板状部材で構成され、コンタクト部５３を介して電源５４から交流電圧を印加されることにより振動し、振動板５１が振動するための駆動力を供給する。圧電バイモルフ５２を形成する材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の如き圧電セラミクスを用いることができる。
【００５５】
圧電ファン５０はモータにより駆動されるファンに比べて構造が簡単であり、圧電バイモルフ５２のサイズを小型化することができ、且つ長期間に亘ってファンの駆動を安定して行うことができる。さらに、振動板５１を挟持する圧電バイモルフ５２の如き圧電体の屈曲振動により振動板５１を駆動することから駆動の際の消費電力をモータによる駆動に比べて低減することができる。よって、燃料電池用セパレータに形成された流路の開口部に配設される場合でも、開口部に収納されるサイズで且つ流路に十分な空気量を供給することができる。
【００５６】
次に、本発明の燃料電池装置について説明する。本発明にかかる燃料電池装置は、例えば図１を参照しながら説明したセパレータとほぼ同様の構造を有するセパレータと発電体とにより構成される発電セルが積層された発電部を有する。図６は、本発明にかかる燃料電池装置に搭載される発電部の一例の構造を示す斜視図であり、発電部６０はセパレータ６１と発電体６２とを交互に積層したスタック構造を有し、発電部６０は燃料電池装置の底部をなす基台６７に配置される。
【００５７】
燃料電池本体とされる発電部６０の側面６９にはセパレータに形成された開口部６４が臨む。セパレータ６１の発電体と接するセパレータ本体には空気を発電体に供給するための流路（図示せず）が形成され、セパレータ６１の両側面でそれぞれ開放された開口部を有する。側面６９に臨む開口部６４にはそれぞれ酸化用流体供給手段として揺動ファン６５が配設され、各開口部３４に独立して空気を供給する。従って、発電部６０と別に空気供給ファンの如き酸化用流体供給手段を配設することなく、開口部６４からセパレータ本体の内部に延びる流路を介して発電体に酸素を含む空気を供給することができる。また、各開口部６４に揺動ファン６５が配設されていることにより燃料電池装置に発電部６０と別に配設される空気供給ファンから一括して空気を開口部６４に供給する場合に比べて空気供給ファンを配置するスペースを確保する必要がなくなり、燃料電池装置を小型化することができ、且つ燃料電池装置に配設される各種機器のレイアウトの自由度を高めることができる。
【００５８】
さらに、発電部６０と別に配設される空気供給ファンから一括して空気を開口部に供給する場合に比べて開口部６４毎に対する空気供給量のばらつきを低減することができ、発電部６０全体で安定した発電を行うことが可能となる。特に、本例の如き開口部６４毎に揺動フィン６５が配設されている場合には、発電部６０の長手方向及び発電セルの積層方向における空気供給量のばらつきを同時に低減することができる。また、図１に示したセパレータ１０に限定されず、図２に示したセパレータ２０を用いて発電部６０を構成することにより、各流路に対する空気供給量のばらつきを低減することができるだけでなく、揺動フィン６５の数を低減することもできる。さらに、図３に示したセパレータを用いて発電部６０を構成することにより、図１及び図２に示したセパレータを用いる場合に比べてさらに配設される揺動ファン６５の数を大幅に低減することができると共に発電部６０を構成する発電セルの積層方向における空気供給量のばらつきを低減することもできる。
【００５９】
発電部６０の周囲には発電体６２に水素ガスの如き燃料ガスを供給するための燃料ガス供給部、燃料ガスのガス圧を制御するための圧力制御部など発電部６０に安定して発電を行わせるための各種機器が配設されるが、発電部６０に空気を供給するための空気供給ファンの如き酸化用流体供給手段を配設するためのスペースを確保する必要がなくなるため、これら機器のレイアウトの自由度が広がると共に燃料電池装置のサイズを小型化することができる。
【００６０】
次に、図７を参照しながら本発明にかかる電子応用装置について説明する。図７は、複数の発電部７３が配設された電子応用装置７０を模式的に示したレイアウト図であり、各発電部７３が電子応用装置７０の配線基板７２の所要の位置に分散されて配設され、発電部７３及び配線基板７２に搭載された各種機器が筐体７１に覆われて電子応用装置７０が構成される。
【００６１】
発電部７３は、図１乃至図４に示したセパレータと発電体により構成される発電セル或いは当該発電セルを積層したスタック構造を有する。すなわち、発電部７３は発電部７３に外部から空気を供給するための揺動ファンの如き酸化用流体供給手段をそれぞれ備えている。すなわち、発電部７３を構成するセパレータにはセパレータに形成された流路を介して発電体に空気を供給する揺動ファン又は回転式ファンが配設されており、各発電部７３が独立して空気を取り込むことができる。また、発電部７３には、燃料流体供給路７４を介して一括にて水素ガス又はメタノールの如き燃料流体が供給される。よって、発電部７３毎に別途空気供給ファンの如き酸化用流体供給手段を配設することなく発電部７３は発電を行うことができる。本例の電子応用装置７０によれば、発電部７３を電子応用装置７０の所要の位置に分散して配設することができることから、配線による電力損失や設計上の制約を低減することができる。また、消費電力の大きい素子に発電部を併設することにより電気回路の電気的あるいは熱的な設計の最適化を図ることが可能となる。さらに各種機器及び各素子のレイアウトの自由度を高めることができると共に電子応用装置を小型化することが可能となる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる燃料電池用セパレータによれば、燃料電池装置に配設される発電部のレイアウトの制約を緩和することができ、燃料電池装置を小型化することができる。さらに発電部を搭載して各種機器を駆動させるための電力の供給を受ける本発明にかかる電子応用装置においても、電子応用装置内の各種機器のレイアウトの自由度を高めることができると共に装置本体を小型化することが可能となる。また、空気供給ファンの如き酸化用流体供給手段から空気を集中供給されるように発電部を配設することなく、電子応用装置に発電部を分散させて配置することもできる。したがって、電子応用装置に搭載される各種機器は隣接して配置される発電部から直接電力の供給を受けることもできる。
【００６３】
また、本発明にかかる燃料電池装置においては、各発電セルに独立して空気供給を行うことにより積層された各発電セル間の空気供給量のばらつき及び各発電セル内における空気供給量のばらつきを低減することができ、安定して発電を行うことが可能となる。さらに、マイクロマシン、或いはＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれる小型のデバイスの如き電子機器としての機能がそろった単一の超微小チップを開口部に配置することにより燃料電池装置のさらなる小型化・高機能化を実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる燃料電池用セパレータの一例の構造を示す構造図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）中のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は同図（ａ）中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】本発明にかかる燃料電池用セパレータの一例の構造を示す構造図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）中のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は同図（ａ）中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】本発明にかかる燃料電池用セパレータの一例の構造を示す構造図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）中のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は同図（ａ）中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】本発明にかかる燃料電池用セパレータの一例の構造を示す構造図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）中のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】本発明にかかる燃料電池用セパレータに配設される酸化用流体供給手段として好適な圧電ファンの駆動状態を説明する図である。
【図６】本発明にかかる燃料電池装置に配設される発電部の一例の構成を示す斜視図である。
【図７】本発明にかかる電子応用装置の構成を模式的に示した透視斜視図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０  セパレータ、１１，２１，３１，４１セパレータ本体、１２，２２ａ，２２ｂ，３２，４２  流路、１３，２３，３３，６５  揺動ファン、１４，１５，２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ，３４，４４，４８，４９，６４  開口部、１６，２６，２８ａ，２８ｂ，３７  突条部、１７，３６，２７  側縁部、１８，２９，３９  支持部、４３  回転式ファン、４５  軸部、４６  フィン、５０  圧電ファン、５１  振動板、５２  圧電バイモルフ、５３コンタクト部、５４  電源、６０，７３  発電部、６１  セパレータ、６２  発電体、７０  電子応用装置、７２  配線基板
【図１】
2004214128.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004214128.tif 000007
【図６】
2004214128.tif 000008
【図７】
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