(57)【要約】【課題】燃料電池及び燃料電池の再生装置を提供する。【解決手段】板状の電解質膜１１、２１を、水素吸蔵合金を含んでなる燃料極１３、２３と、空気極１２、２２とで挟持してなるセル１０、２０を有する燃料電池本体５０と、半透膜（膜）９１が設けらた空気取入孔（貫通孔）６１を有し燃料電池本体５０を収容する保護ケース（収容部材）６０と、保水部材（水分供給手段）８１、８２、８３、８４と、薄膜ヒータ（加熱手段）７１、７２とを備え、セル１０、２０のうちの一のセル１０と他のセル２０の空気極１２、２２同士を対向し、かつ両空気極１２、２２間に隙間（空間Ｓ）を設けるようにして、セル１０、２０を配置したこと特徴とする燃料電池１である。【選択図】　図２
2004111307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の電解質膜を燃料極と空気極とで挟持してなるセルを複数、燃料電池本体に備え、
前記複数のセルのうちの一のセルと他のセルの空気極同士を対向し、且つ、両空気極間に隙間を設けるようにして、前記複数のセルを配置したことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記複数のセルは、板状の第１電解質膜を、第１燃料極と、第１空気極とで挟持してなる第１セルと、
板状の第２電解質膜を、第２燃料極と、第２空気極とで挟持してなる第２セルとを有し、
前記燃料電池本体の前記第１セルと前記第２セルは、前記第１空気極と前記第２空気極との間に隙間を設けて対向して配置され、且つ、前記第１燃料極と前記第２燃料極とが外側に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
板状の電解質膜を燃料極と空気極とで挟持してなるセルを複数、燃料電池本体に備え、
前記複数のセルが、同一の向きで面方向に一列状で配置されたことを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
前記複数のセルは、板状の第１電解質膜を、第１燃料極と、第１空気極とで挟持してなる第１セルと、
板状の第２電解質膜を、第２燃料極と、第２空気極とで挟持してなる第２セルとを有し、
前記燃料電池本体の前記第１セルと前記第２セルは、同一の向きで面方向に一列状で配置されたことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記第１電解質膜に水分を供給する第１水分供給手段と、
前記第２電解質膜に水分を供給する第２水分供給手段とを設けたことを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記燃料電池本体を収容する収容部材を設けたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記収容部材に、外部と内部とを連通する貫通孔を設け、この貫通孔に気体を透過して水を透過しない膜を設け、この膜を介して外部と内部を連通させ、
水が前記収容部材の内部から外部に漏れにくくしたことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記第１燃料極及び前記第２燃料極の少なくとも一方は、水素吸蔵合金を含んでなることを特徴とする請求項２、請求項４から請求項７のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記第１燃料極を加熱する第１加熱手段と、
前記第２燃料極を加熱する第２加熱手段とを設けたことを特徴とする請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載の燃料電池の再生装置であって、
前記水素吸蔵合金に吸蔵させる水素を含む水素燃料を貯留する容器と、
この容器中に前記第１燃料極及び前記第２燃料極の少なくとも一方を保持する保持手段とを備え、
前記第１燃料極及び前記第２燃料極の前記水素吸蔵合金に、水素を吸蔵可能としたことを特徴とする燃料電池の再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池及び燃料電池の再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、負極に燃料を、正極に燃料を酸化する物質を、それぞれ連続的に供給して、化学反応を行わせ、その際のエネルギーの変化量を直接電気エネルギーに変換して発電する装置である。
【０００３】
例えば、自動車に搭載される燃料電池は、プロトン透過性を有する電解質膜を燃料極（負極）と空気極（正極）とで挟持してなる単セルが、多数積層して構成された燃料電池スタックと呼ばれる大型のものである。また、自動車には、この燃料電池スタックの他に、水素タンク、加熱装置、加湿装置等の各種装置が搭載され、一種の燃料電池システムが構築されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この他に燃料電池の構成に関する先行技術としては、図１４に示すように、水素吸蔵合金からなる燃料極（負極）５０１の両面を、イオン透過性を有する電解質膜５０２、５０２で挟み、その両外側を白金が担持された炭素電極５０３、５０３で挟持した構成の燃料電池５００が提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２７２７３０号公報（第２−５頁、第１、３図）
【特許文献２】
米国特許第５５９９６４０号公報（第１頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した自動車に搭載される燃料電池スタックは大型であるので、携帯電話、ノートパソコン等のモバイル電子機器に搭載するには困難であるという問題点があった。
なお、本明細書中において、モバイル電子機器とは、携帯電話、ノートパソコン、音楽・データの記録再生装置、電子手帳、電子辞書、時計等の携帯して持ち運び可能である電子機器を意味するものとする。
【０００７】
また、前記した特許文献１に記載された発明では、水素吸蔵合金からなる燃料極の両面が、電解質膜で挟持され、さらにその外側が空気極で挟持された構成となっているため、燃料電池の発電後に、水素吸蔵合金に水素を再び吸蔵させにくいという問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明は、かかる問題点を解決した燃料電池及び燃料電池の再生装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、板状の第１電解質膜を、第１燃料極と、第１空気極とで挟持してなる第１セルと、板状の第２電解質膜を、第２燃料極と、第２空気極とで挟持してなる第２セルとを有する燃料電池本体を備え、前記燃料電池本体の前記第１セルと前記第２セルは、前記第１空気極と前記第２空気極との間に隙間を設けて対向して配置され、且つ、前記第１燃料極と前記第２燃料極とが外側に配置されたことを特徴とする燃料電池である。また、前記燃料電池本体の前記第１セルと前記第２セルは、同一の向きで面方向に一列状で配置されたことを特徴とする燃料電池である。
【００１０】
このように燃料電池によれば、第１空気極と第２空気極との間の隙間に、又は、一列状に配置された第１空気極及び第２空気極の外側に沿って酸素又は酸素を含む空気（以下、空気と略称する）を供給することにより、第１空気極及び第２空気極に空気を供給することができる。したがって、第１空気極と第２空気極に別々に空気供給通路を設ける必要がないので、燃料電池を小さくすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。第１実施の形態及び第２実施の形態は、本発明に係る燃料電池の一実施の形態及び他の実施の形態に関するものである。第３実施の形態は、本発明に係る燃料電池の再生装置の一実施の形態に関するものである。
なお、実施の形態の説明において、同一の構成要素に関しては同一の符号を付し、重複した説明は省略するものとする。また、燃料電池の再生とは、燃料電池を構成する水素吸蔵金属を含んで形成された燃料極に水素を吸蔵させることを意味する。
【００１２】
［第１実施の形態］
まず、本発明に係る第１実施の形態の燃料電池について、図１から図７を参照して説明する。参照する図面において、図１は第１実施の形態に係る燃料電池の取り付け状況を示す図面である。また、図２は第１実施の形態に係る燃料電池の構成の一部を分解して示す斜視図である。また、図３は第１実施の形態に係る燃料電池の燃料電池本体の構成を分解して示す斜視図である。また、図４（ａ）は図１に示す第１実施の形態に係る燃料電池のＸ−Ｘ’断面図であり、図４（ｂ）はＹ−Ｙ’断面図である。図５は図１に示す第１実施の形態に係る燃料電池のＺ−Ｚ’断面の一部を拡大して示した図面である。図６（ａ）、（ｂ）は、図２に示す第１実施の形態に係る燃料電池の保護ケースの空気取入孔に取り付けられる空気取入部材を示す図面である。図７は、第１実施の形態に係る燃料電池の発電状況を示す図面である。なお、説明の都合上、図２、図３に直交３軸を示す。
【００１３】
（燃料電池）
第１実施の形態に係る燃料電池１は、図１に示すように、例えば携帯電話、ノートパソコン、電子手帳、電子辞書、時計等のモバイル電子機器Ｐに着脱自在に取り付けられる電源である。しかし、第１実施の形態に係る燃料電池１はモバイル電子機器Ｐに取り付けられることに限らず、例えば自動車等の大型車両の電源として取り付けられても良い。
【００１４】
燃料電池１は、図２に示すように、燃料電池本体５０と、これを収容する収容部１００とを含んで構成されている。以下の説明において、まず、燃料電池本体５０について詳細に説明し、続いて、収容部１００について詳細に説明する。
また、特に記載しない限り、以下に説明する燃料電池１の各構成要素は、例えばポリカーボネート（ＰＣ）、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等の絶縁材料から適宜選択して形成されている。
【００１５】
（燃料電池本体）
燃料電池本体５０は、図２、図３に示すように、単セル１０（第１セル）と、単セル２０（第２セル）と、これらを保持する保持部材３１、３２と、配線部材４３と、端子４１、４２とを含んで構成されている。
【００１６】
（単セル）
単セル１０（第１セル）は、板状の電解質膜１１（第１電解質膜）を、板状の空気極１２（第１空気極）と板状の燃料極１３（第１燃料極）で挟持して構成されている。すなわち、単セル１０は、空気極１２と電解質膜１１と燃料極１３とが重なって積層状に構成されたものである。
単セル２０（第２セル）は、板状の電解質膜２１（第２電解質膜）を、板状の空気極２２（第２空気極）と板状の燃料極２３（第２燃料極）で挟持して構成されている。
このように、単セル１０と単セル２０とは、同様の構成であり、また、同様の機能を備えるので、以下単セル１０について詳細に説明し、単セル２０についての説明は省略する。
【００１７】
（電解質膜）
電解質膜１１は、プロトン（Ｈ＋）通過性を有するものであれば良く、例えばパーフルオロ型のスルホン酸膜等を使用することができる。
【００１８】
（空気極）
空気極１２は、供給される空気の透過性を有し、その表面で酸素の還元反応が容易に進行するように触媒が担持され、且つ通電するように導電性材料を含んで形成された板状の電極である。このような材料として例えば、炭素、白金を表面に担持した炭素や鉄、ニッケル、クロム、銅、白金、パラジウムのような金属やそれらの合金が挙げられる。このなかでも、発電効率や耐久性がよく、低コストという点では、ニッケル又はニッケル・クロム合金の多孔体、例えば粒状焼結体や発泡体を基材とし、その表面に白金、パラジウムのような貴金属をめっきしたものが好ましい。
また、図３に示すｙ方向における空気極１２の両端面（ｙ方向における手前の面と奥の面）には、絶縁剤が薄層で塗布されており、空気極１２から後記する保水部材８１、８３に通電して漏電しないようになっている（図５参照）。
【００１９】
（燃料極）
燃料極１３は、水素吸蔵合金又はその水素化物を含んで形成された板状の電極である。そして、図３に示すｙ方向における燃料極１３の両端面（ｙ方向における手前の面と奥の面）には、絶縁剤が薄層で塗布されており、燃料極１３から後記する保水部材８１、８３に通電して漏電しないようになっている（図５参照）。
また、水素吸蔵合金又はその水素化物としては、水素を可逆的に吸蔵・放出可能なものであれば特に種類に制限はなく、例えば、Ｍｇ２Ｎｉ合金、Ｍｇ２ＮｉとＭｇとの共晶合金のような、Ｍｇ２Ｎｉ系合金、ＺｒＮｉ２系合金、ＴｉＮｉ２系合金などのラベス相系ＡＢ２型合金、ＴｉＦｅ系合金のようなＡＢ型合金、ＬａＮｉ５系合金のようなＡＢ５型合金、ＴｉＶ２系合金のようなＢＣＣ型合金から任意に選択して使用することができる。
【００２０】
このなかでも特に好ましいものとしては、ＬａＮｉ４．７Ａｌ０．３合金、ＭｍＮｉ０．３５Ｍｎ０．４Ａｌ０．３Ｃｏ０．７５合金（ただしＭｍはミッシュメタル）、ＭｍＮｉ３．７５Ｃｏ０．７５Ｍｎ０．２０Ａｌ０．３０合金（ただしＭｍはミッシュメタル）、Ｔｉ０．５Ｚｒ０．５Ｍｎ０．８Ｃｒ０．８Ｎｉ０．４、Ｔｉ０．５Ｚｒ０．５Ｍｎ０．５Ｃｒ０．５Ｎｉ、Ｔｉ０．５Ｚｒ０．５Ｖ０．７５Ｎｉ１．２５、Ｔｉ０．５Ｚｒ０．５Ｖ０．５Ｎｉ１．５、Ｔｉ０．１Ｚｒ０．９Ｖ０．２Ｍｎ０．６Ｃｏ０．１Ｎｉ１．１、ＭｍＮｉ３．８７Ｃｏ０．７８Ｍｎ０．１０Ａｌ０．３８（ただしＭｍはミッシュメタル）等が挙げられる。
【００２１】
また、燃料極１３の基板材料としては、導電性材料であればよく、特に制限はないが、耐熱性を有するものが好ましい。このような材料として例えば、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、金、白金などの金属、これら同士又はこれらと他の元素との合金やＩｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２、ＬａＣｒＯ３、ＬｉＮｉＯ３、ＬａＣｏＯ３、ＴｉＯ２、ケイ素半導体などのセラミックスやグラファイトのような炭素材料を挙げることができる。
【００２２】
このように、燃料極１３を水素吸蔵合金又はその水素化物を含んで形成し、これに水素を吸蔵させることにより、従来の燃料電池に水素を供給する水素ボンベ等を設けて燃料電池に水素を供給する必要がないので、第１実施の形態に係る燃料電池１は、小型に且つ軽量とすることができる。
【００２３】
（保持部材）
保持部材３１、３２は、空気極１２と空気極２２との間に隙間を設けて対向した状態で、単セル１０と単セル２０とを保持するためのものである。すなわち、単セル１０と単セル２０とは、空気極１２と空気極２２と間に所定間隔を設けた状態で対峙し、単セル１０の燃料極１３と単セル２０の燃料極２３とが外側となるように配置されている。したがって、空気極１２と空気極２２との間には、図４（ａ）に示すように、空間Ｓが形成されている。
また、図３に示すｚ方向において、保持部材３１、３２で、単セル１０及び単セル２０を上下から挟持することで、空気極１２と空気極２２との間に所定の隙間を設けた状態で、燃料電池本体５０を組み立てることが可能となっており、単セル１０又は単セル２０が破損、破壊、汚染等したときには、容易に交換できるようになっている。この所定の間隔を狭くすると単セル１０を薄くすることができる。一方、所定の間隔を厚くすると空気が好適に拡散する。したがって、空気極１２と空気極２２の間隔は、燃料電池本体５０のコンパクトさと空気の拡散程度から決定される。
さらに、保持部材３１の頭部には、フランジ３１ｇが一体的に形成されており、後記する燃料電池の再生装置２２０の蓋部材２２２と係合するようになっている（図１１、図１２等参照）。
【００２４】
空間Ｓは、後記するように、ケース６０の空気取入孔６１と、半透膜９１と、キャップ９２とを介して、燃料電池１の外部と連通している。そして、空間Ｓは、空気極１２及び空気極２２に空気を供給するための流路であり、１つの空間Ｓで２つの空気極１２、２２に、空気を効率的に供給することが可能となっている。また、空間Ｓに供給される酸素を含む空気は気体であるので、空気極１２と空気極２２との隙間が狭くても、空気自体の拡散力により、空気極１２、２２の空間Ｓ側の表面全体に渡って、空気を供給することができる。
【００２５】
したがって、単セルを同一方向で積層して構成された従来の燃料電池スタックでは、各空気極に酸素を供給するための流路を設ける必要があったが、第１実施の形態に係る燃料電池１の燃料電池本体５０の構造は、２つの単セル１０、２０について、１つの空間Ｓを設けるのみで構成されているので、燃料電池本体５０、つまり、燃料電池１の厚さを薄くして小型化することができる。
【００２６】
また、燃料電池本体５０を、水素吸蔵合金を含んでなる燃料極１３、２３を外側に配置した基本構造とすることにより、水素を水素吸蔵合金に再注入（吸蔵）するときに、その両側から燃料極１３、２３に、例えば同時に効率よく再注入することができる（図１２参照）。
さらに、後記する燃料電池の再生装置２２０に、複数の燃料電池本体５０を並べて設置して、水素供給燃料を循環して供給することにより、複数の燃料電池本体５０に、例えば同時に効率よく、高速に再注入することができる。（図１１、図１２参照）
【００２７】
（配線部材）
配線部材４３は、単セル１０と単セル２０とを直列に接続するためのものであり、例えば銅等の導電性材料から適宜選択して形成することができる。第１実施の形態においては、図４（ａ）に示すように、燃料極１３と空気極２２とを配線部材４３で接続して、単セル１０と単セル２０とが直列となるようにしたが、空気極１２と燃料極２３とを配線部材４３で接続して、単セル１０と単セル２０とが直列になるように構成しても良い。
【００２８】
このように、単セル１０と単セル２０とを直列に接続することにより、燃料電池本体５０、すなわち、燃料電池１の出力電圧を好適に上昇させることができる。
【００２９】
（端子）
端子４１、端子４２は、燃料電池本体５０と、燃料電池１が取り付けられるモバイル電子機器Ｐの電源受端子（図示しない）とを接続するためのものであり、例えば銅等の導電性材料から適宜選択して形成することが可能である。
端子４１は、その一端が空気極１２と例えば蝋付け等で接続されており、他端は、前記した保持部材３１に形成された貫通孔３１ａに挿通されて、燃料電池１の外表面に露出しており、図示しないモバイル電子機器Ｐの電源受端子（図示しない）と接続できるようになっている（図１、図３、図４（ａ）参照）。
端子４２は、その一端が燃料極２３と接続されており、端子４１と同様に他端は燃料電池１の外表面に露出している。
したがって、第１実施の形態に係る燃料電池１は、端子４１が正極であり、端子４２が負極となっている（図７参照）。
また、第１実施の形態においては、端子４１と空気極１２とを接続し、端子４２と燃料極２３とを接続したが、前記した配線部材４３の接続方法に対応して適宜変更しても良い。
【００３０】
続いて、燃料電池１の収容部１００について、詳細に説明する。
収容部１００は、図２に示すように、燃料電池本体５０を収容する保護ケース６０（収容部材）と、薄膜ヒータ７１、７２（加熱手段）と、保水部材８１、８２、８３、８４（水分供給手段）と、空気取入部材９０とを含んで構成されている。
【００３１】
（保護ケース）
保護ケース６０は、絶縁性材料から形成され上方が開いた箱体であり、その開口部から、燃料電池本体５０を挿入して収容できるようになっている。このように、燃料電池本体５０を保護ケース６０で収容することにより、燃料電池本体５０を破壊、破損、汚染等から保護することができる。また、保護ケース６０の外表面を例えばゴムシート等の弾性体で被覆することにより、振動等から好適に保護することが可能である。
さらに、燃料電池本体５０を保護ケース６０で収容することにより、燃料電池本体５０と外部とが遮断されて、密閉性が高まるので、発電中に生成する水分、及び、保水部材８１、８２、・・・に吸水された水分（図５、図７参照）を外部に漏れにくくすることが可能となり、また、前記した空間Ｓを加湿状態で好適に保持することができる。
また、保護ケース６０の側面には、収容された燃料電池本体５０の空間Ｓの両側に対応して、燃料電池１の外部から空間Ｓに空気を好適に供給できるように、複数の空気取入孔６１（貫通孔）が、それぞれ列状となって形成されている（図２、図４（ｂ）、図５参照）。つまり、保護ケース６０の外部と内部とは、空気取入孔６１を介して連通している。
【００３２】
（薄膜ヒータ）
薄膜ヒータ７１、７２は、燃料電池１の作動時、つまり、発電開始時に、水素吸蔵合金等を含んでなる燃料極１３、２３を加熱して、吸蔵された水素を分解して水素イオン及び電子を促進して発生させるためのものである（図７参照）。
薄膜ヒータ７１、７２は、保護ケース６０に収容された燃料電池本体５０の外側の燃料極１３、２３に対応するように、保護ケース６０の外側に一体的に取り付けられている。薄膜ヒータ７１と薄膜ヒータ７２とは、同様の構成であり、同様の機能を備えるので、以下、薄膜ヒータ７１について詳細に説明し、薄膜ヒータ７２についての説明は省略する。
【００３３】
薄膜ヒータ７１には、端子７１ａ、７１ｂが設けられており、保護ケース６０に燃料電池本体５０が収容されたときに、端子７１ａ、７１ｂが前記した燃料電池本体５０の保持部材３１に形成された貫通孔３１ｃ、３１ｄにそれぞれ挿通して、端子７１ａ、７１ｂの端部が、燃料電池１の外表面に露出するようになっている（図１参照）。
この露出した端子７１ａ、７１ｂの端部は、燃料電池１がモバイル電子機器Ｐに取り付けられたときに、モバイル電子機器Ｐのバックアップ電源（図示しない）と、ＣＰＵ等を含んで構成された燃料電池作動制御装置（図示しない）とに接続されるようになっている（図７参照）。そして、燃料電池１の作動時には、この燃料電池作動制御装置（図示しない）により、バックアップ電源（図示しない）から電流が所定時間、薄膜ヒータ７１に通電して、薄膜ヒータ７１が発熱し、水素吸蔵合金等を含んでなる燃料極２３が加熱されるようになっている。さらに、前記した所定時間後は、電池反応自体が発熱反応であるので、燃料電池本体５０自体が発熱し、この熱により燃料極１３、２３が加熱されるようになっている。つまり、所定時間経過後は、バックアップ電源からの電流は不要である。また、所定時間とは、例えば燃料電池１が自立的に、電力を供給できるようになるまでの時間を意味する。
【００３４】
このように薄膜ヒータ７１、７２を備えることにより、燃料電池１の作動開始時において、好適に水素吸蔵合金等を含んでなる燃料極１３、２３を加熱して、水素イオン及び電子を発生させて、燃料電池１を好適に作動（発電）することができる。
【００３５】
（保水部材）
保水部材８１、８２、８３、８４は、水分を吸収・保水して電解質膜１１、２１に供給、または，空間Ｓ内で拡散する酸素を加湿するためのものであり、例えば、公知であるポリアクリル酸塩系のゲル等の高分子吸水材料から適宜選択して形成することができる。
保水部材８１と保水部材８２、保水部材８３と保水部材８４とは、それぞれ一対となって、前記した列状の複数の空気取入孔６１の両側に、複数の保護ケース６０の内側から、互いに離間して取り付けられている（図２、図５参照）。このように、保水部材８１と保水部材８２、保水部材８３と保水部材８４、とを離間することにより、図５に示すように、電解質膜１１と電解質膜２１とが電気的に遮断されており、漏電しないようになっている。
【００３６】
また、保水部材８３、８４は、図５示すように、発電中に空気極１２、２２側から生成する水（Ｈ２Ｏ）を吸水して、電解質膜１１、２１に供給できるようになっている。したがって、電解質膜１１、２１は、常に湿潤状態を保持することができるので、その内部を好適にプロトン（Ｈ＋）は移動でき、継続して発電することができる。保水部材８１と保水部材８２についても同様である。
さらに、保護ケース６０に燃料電池本体５０を挿入して収容するときに、事前に保水部材８１、８２、・・・に適宜な量の水分を保水させておくことも可能である。
【００３７】
（空気取入部材）
空気取入部材９０は、図６（ａ）に示すように、気体を透過して水を透過しない膜として使用した円形の半透膜９１（膜）と、有底円筒体状のキャップ９２とを含んで構成されている。半透膜９１は、空気（少なくとも酸素）が通過するが水分は通過しない材質で形成されており、キャップ９２は空気が好適に通過するメッシュ状に形成されている。そして、半透膜９１が保護ケース６０の内側となるように、且つ、キャップ９２の底が外側となるようにして、保護ケース６０の空気取入孔６１に嵌合されて、適宜な方法で一体的に固定されている。
【００３８】
このようにキャップ９２を設けることにより、半透膜９１が外部から破損されにくくなっている。また、保護ケース６０に形成された複数の空気取入孔６１に、半透膜９１を設けることにより、空気が燃料電池１の外部から半透膜９１を通過して空間Ｓに供給されるが、空間Ｓから外部には水分が漏れないようになっている。したがって、燃料電池１をモバイル電子機器Ｐに搭載中に、水分が漏れてモバイル電子機器Ｐが破壊、破損されてしまうことを防止できるようになっている。
また、キャップ９２の代わりに、図６（ｂ）に示すように、取り付け方向を中心軸として位相がずれるように形成された貫通孔を有するカバー９３、９４を使用してもよい。
【００３９】
以上説明したように、保護ケース６０に燃料電池本体５０を収納した燃料電池１の構成とすることにより、従来の自動車搭載用の燃料電池ように、水素ボンベ等の周辺補機が不要であるので小型且つ軽量にすることができる。したがって、第１実施の形態に係る燃料電池１は、モバイル電子機器Ｐ等に好適に取り付けて使用することができる。また、言うまでもなくもちろん、第１実施の形態に係る燃料電池１は自動車等にも好適に搭載することができる。
【００４０】
また、保護ケース６０に薄膜ヒータ７１、７２、保水部材８１、８２・・・との付属装置を装備したことにより、薄膜ヒータ７１、７２、保水部材８１、８２、・・・等を取り外したりすることなく、燃料電池本体５０を保護ケース６０から取り出すのみで、容易に、後記する燃料電池の再生装置２２０で、燃料極１３、２３の水素吸蔵合金に水素を吸蔵させることが可能である。
【００４１】
さらに、以上説明した燃料電池１を搭載するモバイル電子機器Ｐは、従来のリチウムイオン式の二次電池等を搭載した場合と比較して、長時間、好適に使用することが可能となる。
【００４２】
続いて、第１実施の形態に係る燃料電池１の作用について図７を参照して説明する。
モバイル電子機器Ｐに燃料電池１を取り付ける。
モバイル電子機器Ｐのメイン電源をＯＮ（図示しない）にすると、燃料電池作動制御装置（図示しない）により、モバイル電子機器Ｐの補助電源（図示しない）に接続した薄膜ヒータ７１、７２が発熱して、燃料極１３、２３が加熱される。そして、燃料極１３と電解質膜１１の界面では、水素イオン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）が生成する。燃料極２３と電解質膜２１の界面においても同様である。
【００４３】
水素イオンは、湿潤状態の電解質膜１１内を通って空気極１２側に移動する。一方、電子は配線部材４３を経由して空気極２２側に移動する。そして、空気極２２では、この電子と、燃料極２３側から電解質膜２１内を通って移動してきた水素イオンと、空間Ｓから供給された酸素とが、触媒により反応し、水が生成する。
燃料極２３で生成した電子は、端子４２からモバイル電子機器Ｐ内の回路（負荷）を経由した後、端子４１を通って空気極１２に移動する。そして、空気極１２においても同様に水が生成する。
このように生成した水は、空気極１２、２２から空間Ｓに排出されて、保水部材８１、８２、・・・に吸水された後、電解質膜１１又は電解質膜１２に供給される（図５参照）。よって、電解質膜１１、２１は湿潤状態を保持することができる。
また、酸素を含んだ空気が、半透膜９１を通過して、燃料電池１の外部から連続的に空間Ｓに供給されており、酸素自体の拡散力により、空気極１２、２２の表面全域にわたって供給されている（図４（ｂ）、図５参照）。
【００４４】
そして、所定時間経過後、モバイル電子機器Ｐの燃料電池作動制御装置（図示しない）により、薄膜ヒータ７１、７２による加熱は停止される。しかし、電池反応の進行に伴う、燃料電池５０自体の発熱により、燃料極１３、２３が継続して加熱されるので、燃料電池１の発電は好適に継続される。
【００４５】
モバイル電子機器Ｐの使用終了時には、そのメイン電源（図示しない）をＯＦＦすることにより、回路が遮断されると燃料電池１の発電が終了する。また、燃料極１３、２３に吸蔵された水素が消滅しても（消費されても）、燃料電池１の発電は終了する。
【００４６】
［第２実施の形態］
次に、本発明の第２実施の形態に係る燃料電池について、図８から図１０を参照して説明する。参照する図面において、図８は第２実施の形態に係る燃料電池の取り付け状況を示す図面である。図９は第２実施の形態に係る燃料電池の構成の一部を分解して示す斜視図である。図１０は図８に示す第２実施の形態に係る燃料電池のＴ−Ｔ’断面図である。
【００４７】
第２実施の形態に係る燃料電池２は、図８に示すように第１実施の形態に係る燃料電池１と同様に、モバイル電子機器Ｐに着脱自在に取り付けられる電源である。
そして、図９に示すように、燃料電池２は、燃料電池本体５１と、これが収容される収容部１０１とを含んで構成されている。
【００４８】
第２実施の燃料電池本体５１は、第１実施の形態と同様に、図９に示すように、単セル１０（第１セル）と、単セル２０（第２セル）と、これらを保持する保持部材３３、３４と、配線部材４６と、端子４４、４５とを含んで構成されている。
【００４９】
第２実施の形態に係る単セル１０と単セル２０とは、電解質膜１１（第１電解質膜）と電解質膜２１（第２電解質膜）、空気極１２（第１空気極）と空気極２２（第２空気極）、燃料極１３（第１燃料極）と燃料極２３（第２燃料極）とがそれぞれ同一平面状で、つまり、単セル１０と単セル２０とが同一の向きで、面方向において一列状となるように、保持部材３３、３４で配置されている。但し、単セル１０と単セル２０とが接触して漏電しないように、隙間を設けて配置されている。
また、保持部材３３には、フランジ３３ｇが形成されており、後記する燃料電池の再生装置２００の蓋部材２２２と係合するようになっている。
【００５０】
燃料極１３と空気極２２とは、配線部材４６により接続されており、燃料極２３に端子４４が、空気極１２に端子４５が接続されている。すなわち、単セル１０と単セル２０とは直列に接続されている。このように単セル１０と単セル２０とを直列に接続することにより、好適に燃料電池２の出力電圧を上昇させることができる。
【００５１】
収容部１０１は、図９に示すように、燃料電池本体５１を収容する保護ケース６２（収容部材）と、薄膜ヒータ７３（第１及び第２加熱手段）と、保水部材８１（第２水分供給手段）、保水部材８３（第１水分供給手段）と、空気取入部材９０とを含んで構成されている。
【００５２】
そして、図９、図１０に示すように、燃料電池本体５１を保護ケース６２に収容したときに、単セル１０の空気極１２及び単セル２０の空気極２２の外側に沿って空間Ｓが形成されるようになっている。この１つの空間Ｓで２つの空気極１２と空気極２２とに空気を効率的に供給できるようになっている。また、この空間Ｓに対応して、保護ケース６２の側面には、複数の空気取入孔６３（貫通孔）が形成されており、この空気取入孔６３に半透膜９１を含んでなる空気取入部材９０が設けられている。
【００５３】
このように第２実施の形態に係る燃料電池２は、単セル１０と単セル２０とを、同一の向きで面方向に一列状に配置したことにより、燃料電池本体５１は、第１実施の形態に係る燃料電池本体５０と比較して、面方向に大きくなるが、厚さをさらに薄く形成することができる。したがって、燃料電池２を薄く構成することができるので、例えばノートパソコン等の薄型のモバイル電子機器Ｐには好適に取り付けて使用することができる。
【００５４】
［第３実施の形態］
次に、本発明の第３実施の形態に係る燃料電池の再生装置について図１１から図１３を参照して説明する。参照する図面において、図１１は第３実施の形態に係る燃料電池の再生装置の斜視図である。図１２は、図１１に示す第３実施の形態に係る燃料電池の再生装置のＷ−Ｗ’断面図である。図１３は、第３実施の形態に係る燃料電池の再生装置を備えた再生システムの配置説明図である。
なお、第３実施の形態に係る燃料電池の再生装置は、第１実施の形態で説明した燃料電池１及び第２実施の形態で説明した燃料電池２を構成する水素吸蔵合金等を含んでなる燃料極１３、２３に水素を吸蔵させる装置である。
【００５５】
まず、第３実施の形態に係る燃料電池の再生装置（以下、再生装置と略称する）２２０の構成について説明する。また、以下に説明する各構成要素は耐薬品性を有する材料で形成されるか、又は適宜な耐薬品性材料で被覆されたものであることが好ましい。
【００５６】
再生装置２２０は、図１１に示すように、水素燃料が貯留される容器２２１と、蓋部材２２２（保持手段）とから構成されている。
【００５７】
容器２２１は、上方が開口した箱体であり、その開口部に蓋をするようにして蓋部材２２２が設けられている。そして、容器２２１には、図示しない撹拌装置が設けられており、貯留した水素燃料を好適に撹拌できるようになっている。
【００５８】
蓋部材２２２には、取付孔２２２ａと取付孔２２２ｂとが形成されている。
取付孔２２２ａには、第１実施の形態で説明した燃料電池本体５０が挿通されて、前記したフランジ３１ｇが蓋部材２２２と係合することにより、水素吸蔵合金を含んでなる燃料極１３、２３が水素燃料中に保持されるようになっている。取付孔２２２ｂには、第２実施の形態で説明した燃料電池本体５１が挿通されて、フランジ３３ｇが蓋部材２２２と係合することにより、燃料極１３、２３が水素燃料中に保持されるようになっている。また、取付孔２２２ｂは、１対となって形成されており、例えば、２つの第２実施の形態に係る燃料電池本体５１、５１に水素を吸蔵させるときに、互いの燃料極１３、２３が外側となるように設置できるようになっている。
【００５９】
このように、蓋部材２２２に複数の燃料電池本体５０、５１を設置できるので、複数の燃料極１３、２３の水素吸蔵合金に水素を、例えば、同時に効率よく、高速に再注入することが可能となっている。
また、燃料極１３、２３が外側となるように設置できるので、図１２に示すように、各燃料極の外側から好適に水素吸蔵合金に水素を吸蔵することができる。
【００６０】
水素燃料としては、水素ガスを直接、容器２２１内部に供給する方法を利用することもできるが、金属水素錯化合物をアルカリ性水溶液に溶解して生成した水素燃料を供給する安全性の高い方法について説明する。
【００６１】
金属水素錯化合物としては、例えば、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）、水素化アルミニウムリチウム（ＬｉＡｌＨ４）、水素化ホウ素亜鉛［Ｚｎ（ＢＨ４）２］、水素化ホウ素カルシウム［Ｃａ（ＢＨ４）２］等から適宜選択して使用することができる。
アルカリ性水溶液を形成するために、水に添加されるアルカリ性物質としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムのようなアルカリ金属水酸化物や、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシドのような第四アルキルアンモニウム化合物等から適宜選択して使用することができる。
【００６２】
また、第３実施の形態に係る再生装置２２０は、例えば、図１３に示すように、水素燃料供給部２１０と水素燃料回収部２３０と組み合わせて、燃料電池の再生システム２００を構築することにより、好適に燃料電池を再生することができる。
【００６３】
燃料電池の再生システム２００は、第３実施の形態に係る再生装置２２０と、その上流側に配置される水素燃料供給部２１０と、再生装置２２０の下流側に配置される水素燃料回収部２３０とを含んで構成されている。
【００６４】
水素燃料供給部２１０は、上流側から、水素燃料が貯蔵されている水素燃料タンク２１１と、電動ポンプ２１２と、電磁バルブ２１３と、流量計２１４とが、配管を介して連通して構成されており、この水素燃料供給部の下流に、燃料電池の再生装置２２０が接続している。
【００６５】
水素燃料タンク２１１は、水素燃料を貯蔵するためのものである。
電動ポンプ２１２は水素燃料を再生装置２２０に供給するためのものである。
流量計２１４は、供給される水素燃料の量を測定するためのものであり、燃料電池本体５０、５１の数等に応じて、水素燃料の量を視認しながら、電磁バルブ２１３の開閉度または電動ポンプ２１２の駆動を調節して、供給量を調節することができる。
【００６６】
水素燃料回収部２３０は、燃料電池の再生装置２２０の下流側から、電動ポンプ２３２と、固液分離装置２３３とが配管を介して連通して構成されている。
電動ポンプ２３２は、固液分離装置２３３に加圧して供給して効果的に分離するためのものである。
固液分離装置２３３は、例えばろ過膜を備えており、水素の吸蔵後に生成する沈殿物等を除去して精製するためのものである。
そして、固液分離装置２３３の下流側は、電動ポンプ２３４と配管とを介して、前記した水素燃料タンク２１１に連通しており、精製後の水素燃料が回収されるようになっている。
【００６７】
以上のように構成した燃料電池の再生システム２００により、燃料電池本体５０、５１の水素吸蔵合金に、効率的に且つ効果的に、水素を吸蔵させることができる。
【００６８】
（変形例）
以上、本発明の好適な実施形態について一例を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば以下のような、適宜変更が可能である
【００６９】
前記した第１実施の形態及び第２実施の形態では、単セル１０と単セル２０とを直列に接続して、燃料電池１の出力電圧を上昇させたが、その他に例えば、単セル１０と単セル２０とを適宜な配線部材で並列に接続してもよい。このように並列に接続すると、燃料電池の発電時間を長くすることができる。
【００７０】
前記した第１実施の形態及び第２実施の形態では、薄膜ヒータ７１、７２を備えて水素吸蔵合金等を含んでなる燃料極１３、２３を加熱する構成としたが、その他に例えば、ペルチェ効果を奏する半導体を設けて加熱してもよいし、また、モバイル電子機器Ｐのファンから送られる熱風が燃料極１３、２３の周囲に供給されるような流路を設けて燃料極１３、２３が加熱されるように構成してもよい。
【００７１】
前記した第１実施の形態及び第２実施の形態では、単セル１０と単セル２０とを各一個づつ備えて燃料電池本体５０を構成したが、その他に例えば、単セル１０と単セル２０を、複数備えて燃料電池本体５０を構成してもよい。この場合、単セル１０、単セル２０は、適宜自由に、直列に接続してもよいし、並列に接続してよい。
すなわち、第１実施の形態及び第２実施の形態では、単セル１０と単セル２０の２つを並べる構成であったが、さらに、横方向に第１実施の形態又は第２実施の形態に係る単セル、燃料電池本体、又は、燃料電池を並べて配置して、３つ、４つ、あるいはそれ以上並べる構成としてもよい。このように構成しても、本発明の技術的範囲に属するものである。また、第１実施の形態と第２実施の形態に係る燃料電池を、つなぎ組み合わせてもよい。
【００７２】
前記した第１実施形態及び第２実施形態では、空気取入孔６１、６３に複数の半透膜９１を設けて、保護ケース６０、６２内の水分が外部に漏れないように構成したが、その他に例えば、空気取入孔６１、６３をスパイラル状に形成して、空間Ｓ内の水分が燃料電池１の外部に漏れにくくなるようにしても良い。
【００７３】
前記した第１実施形態及び第２実施形態では、薄膜ヒータ７２が第１加熱手段に、薄膜ヒータ７１が第２加熱手段に相当するように別々に設けて燃料電池１を構成したが、適宜な形状の１つの薄膜ヒータで、燃料極１３、２３が加熱できるように燃料電池を構成しても良い。すなわち、第１加熱手段と第２加熱手段とが実質的に同一の構成要素に相当してもよい。また、第１水分供給手段と第２水分供給手段についても同様である。
【００７４】
前記した第１実施の形態及び第２実施の形態では、薄膜ヒータ７１、７２は、燃料電池１が取り付けられるモバイル電子機器Ｐのバックアップ電源（図示しない）により、通電され加熱されるとしたが、この他に例えば、燃料電池１自体に小型のボタン型電池等の補助電源を追加して設けて、この補助電源により薄膜ヒータ７１、７２に通電されて加熱されるようにしても良い。
【００７５】
前記した第１実施形態及び第２実施形態では、保持部材３１、３２・・・により、組み立て自在で、単セル１０と単セル２０とが所定の配置に保持されるとしたが、その他に例えば、単セル１０と単セル２０とを所定の配置に保持し、その端面側を合成樹脂の流し込みに成型して燃料電池本体５０、５１を構成しても良い。
【００７６】
前記した第１実施形態及び第２実施形態では、保護ケース６０、６２に形成した空気取入孔６１、６３を通過して、酸素を含む空気が自体の拡散力により空間Ｓに導入されるとしたが、その他に例えば、加圧機を用いて空気を空間Ｓに送り込むようにしてもよい。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、小型の燃料電池及び燃料電池の再生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施の形態に係る燃料電池の取り付け状況を示す図面である。
【図２】第１実施の形態に係る燃料電池の構成の一部を分解して示す斜視図である。
【図３】第１実施の形態に係る燃料電池の燃料電池本体の構成を分解して示す斜視図である。
【図４】（ａ）は図１に示す第１実施の形態に係る燃料電池のＸ−Ｘ’断面図であり、（ｂ）は図１に示す第１実施の形態に係る燃料電池の燃料電池本体のＹ−Ｙ’断面図である。
【図５】図１に示す第１実施の形態に係る燃料電池のＺ−Ｚ’断面の一部を示した図面である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、図２に示す第１実施の形態に係る燃料電池の保護ケースの空気取入孔に取り付けられる空気取入部材を示す図面である。
【図７】第１実施の形態に係る燃料電池の発電状況を示す図面である。
【図８】第２実施の形態に係る燃料電池の取り付け状況を示す図面である。
【図９】第２実施の形態に係る燃料電池の構成の一部を分解して示す斜視図である
【図１０】図８に示す第２実施の形態に係る燃料電池のＴ−Ｔ’断面図である。
【図１１】第３実施の形態に係る燃料電池の再生装置の斜視図である。
【図１２】図１１に示す第３実施の形態に係る燃料電池の再生装置のＷ−Ｗ’断面図である。
【図１３】第３実施の形態に係る燃料電池の再生装置を備えた燃料電池の再生システムの配置説明図である。
【図１４】従来の燃料電池の構成を示す図面である。
【符号の説明】
１、２　　　燃料電池
１０　　　　単セル（第１セル）
１１　　　　電解質膜（第１電解質膜）
１２　　　　空気極（第１空気極）
１３　　　　燃料極（第１燃料極）
２０　　　　単セル（第２セル）
２１　　　　電解質膜（第２電解質膜）
２２　　　　空気極（第２空気極）
２３　　　　燃料極（第２燃料極）
５０、５１　燃料電池本体
６０、６２　保護ケース（収容部材）
６１、６３　空気取入孔（貫通孔）
７１、７２、７３　薄膜ヒータ（第１加熱手段、第２加熱手段）
８１、８２、８３、８４　保水部材（第１水分供給手段、第２水分供給手段）
９１　　　　半透膜（膜）
２２０　　　燃料電池の再生装置
２２１　　　容器
２２２　　　蓋部材（保持手段）
Ｓ　　　　　空間
Ｐ　　　　　モバイル電子機器
【図１】
2004111307.tif 000003
【図２】
2004111307.tif 000004
【図３】
2004111307.tif 000005
【図４】
2004111307.tif 000006
【図５】
2004111307.tif 000007
【図６】
2004111307.tif 000008
【図７】
2004111307.tif 000009
【図８】
2004111307.tif 000010
【図９】
2004111307.tif 000011
【図１０】
2004111307.tif 000012
【図１１】
2004111307.tif 000013
【図１２】
2004111307.tif 000014
【図１３】
2004111307.tif 000015
【図１４】
2004111307.tif 000016