(57)【要約】      （修正有）【課題】製造が容易で、コストが安く、重量が軽く、使用が便利であり、空間制限性が低い燃料電池システムの製造方法及び燃料電池システムを提供する。【解決手段】本発明の積層整合式燃料電池システムの製造方法及び燃料電池システムは、同一層で、それぞれの第一電力／信号伝送層と層中で整合できる質量移動電解層、陽極集電層、及び、陰極集電層を提供する工程と、電力／信号伝送層を前記層中に整合する工程と、少なくとも一つ以上の電気制御層を提供する工程と、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、及び、前記電気制御層を、積層堆積により接合する工程とからなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層整合式燃料電池システムの製造方法であって、
同一層で、それぞれの第一電力／信号伝送層と層中で整合できる質量移動電解層、陽極集電層、及び、陰極集電層を提供する工程と、
電力／信号伝送層を前記層中に整合する工程と、
少なくとも一つ以上の電気制御層を提供する工程と、
前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、及び、前記電気制御層を、積層堆積により接合する工程と、
からなることを特徴とする積層整合式燃料電池システムの製造方法。
【請求項２】
更に、少なくとも一つ以上の第二電力／信号伝送層を提供する工程と、
前記第二電力／信号伝送層を、それぞれ、前記陽極集電層の上層に積層堆積し、前記陰極集電層の下層に積層堆積する工程と、
からなることを特徴とする請求項１に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。
【請求項３】
前記第一電力／信号伝送層は第一基板、及び、前記第一基板に設置される第一回路を有することを特徴とする請求項１に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。
【請求項４】
前記第二電力／信号伝送層は第二基板、及び、前記第二基板に設置される第二回路を有することを特徴とする請求項２に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。
【請求項５】
少なくとも一つの前記第二電力／信号伝送層の前記第二基板の部分領域は、陽極燃料を混合する空間を提供することを特徴とする請求項４に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。
【請求項６】
更に、前記陽極燃料が液体燃料である時、通気防滲液体層を提供する工程を含み、前記通気防滲液体層は、前記第二電力／信号伝送層の第二基板の部分領域の上層に積層堆積されることを特徴とする請求項５に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。  
【請求項７】
少なくとも一つの前記第二電力／信号伝送層の前記第二基板の部分領域は、陰極反応物を混合する空間を提供することを特徴とする請求項４に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。
【請求項８】
更に、吸水層を提供する工程を含み、前記吸水層は、前記第二電力／信号伝送層の第二基板の部分領域の下層に積層堆積されることを特徴とする請求項７に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法
【請求項９】
更に、燃料タンクを提供する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。
【請求項１０】
積層堆積により接合する前記工程は、圧合により、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記電気制御層各層を接合することを特徴とする請求項１に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。
【請求項１１】
積層堆積により接合する前記工程は、積層により、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記電気制御層各層を接合することを特徴とする請求項１に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。
【請求項１２】
積層堆積により接合する前記工程は、粘合により、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記電気制御層各層を接合することを特徴とする請求項１に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。
【請求項１３】
積層堆積により接合する前記工程は、ねじ結合により、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記電気制御層各層を接合することを特徴とする請求項１に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。
【請求項１４】
積層堆積により接合する前記工程は、挟合により、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記電気制御層各層を接合することを特徴とする請求項１に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。
【請求項１５】
積層堆積により接合する前記工程は、圧合により、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記第二電力／信号伝送層、前記電気制御層各層を接合することを特徴とする請求項２に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。
【請求項１６】
積層堆積により接合する前記工程は、積層により、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記第二電力／信号伝送層、前記電気制御層各層を接合することを特徴とする請求項２に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。  
【請求項１７】
積層堆積により接合する前記工程は、粘合により、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記第二電力／信号伝送層、前記電気制御層各層を接合することを特徴とする請求項２に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。
【請求項１８】
積層堆積により接合する前記工程は、ねじ結合により、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記第二電力／信号伝送層、前記電気制御層各層を接合することを特徴とする請求項２に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。  
【請求項１９】
積層堆積により接合する前記工程は、挟合により、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記第二電力／信号伝送層、前記電気制御層各層を接合することを特徴とする請求項２に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。
【請求項２０】
前記第一電力／信号伝送層ともう一つの第一電力／信号伝送層は電気的に接続することを特徴とする請求項１に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。
【請求項２１】
前記第二電力／信号伝送層ともう一つの第二電力／信号伝送層は電気的に接続することを特徴とする請求項２に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。
【請求項２２】
前記第二電力／信号伝送層と前記第一電力／信号伝送層は電気的に接続することを特徴とする請求項２に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。
【請求項２３】
前記電気制御層と前記第一電力／信号伝送層は電気的に接続することを特徴とする請求項１に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。
【請求項２４】
前記電気制御層ともう一つの前記第一電力／信号伝送層は電気的に接続することを特徴とする請求項１に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。
【請求項２５】
前記電気制御層と前記第二電力／信号伝送層は電気的に接続することを特徴とする請求項２に記載の積層整合式燃料電池システムの製造方法。
【請求項２６】
積層整合式燃料電池システムであって、質量移動電解層、陽極集電層、及び、陰極集電層、電気制御層からなり、その特徴は、
少なくとも一つ以上の第一電力／信号伝送層は、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層の各層は、それぞれ、同一層で、それぞれの第一電力／信号伝送層と層中で整合でき、
前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、及び、前記電気制御層は、積層堆積により接合されることを特徴とする積層整合式燃料電池システム。
【請求項２７】
更に、少なくとも一つ以上の前記第二電力／信号伝送層は、それぞれ、前記第二電力／信号伝送層を、前記陽極集電層の上層に積層堆積し、前記陰極集電層の下層に積層堆積することを特徴とする請求項２６に記載の積層整合式燃料電池システム。
【請求項２８】
前記第一電力／信号伝送層は第一基板、及び、前記第一基板に設置される第一回路を有することを特徴とする請求項２６に記載の積層整合式燃料電池システム。
【請求項２９】
前記第二電力／信号伝送層は第二基板、及び、前記第二基板に設置される第二回路を有することを特徴とする請求項２７に記載の積層整合式燃料電池システム。
【請求項３０】
少なくとも一つの前記第二電力／信号伝送層の前記第二基板の部分領域は、陽極燃料を混合する空間を提供することを特徴とする請求項２９に記載の積層整合式燃料電池システム。
【請求項３１】
更に、通気防滲液体層を含み、前記陽極燃料が液体燃料である時、前記通気防滲液体層は、前記第二電力／信号伝送層の第二基板の部分領域の上層に積層堆積されることを特徴とする請求項３０に記載の積層整合式燃料電池システム。
【請求項３２】
少なくとも一つの前記第二電力／信号伝送層の前記第二基板の部分領域は、陰極反応物を混合する空間を提供することを特徴とする請求項２９に記載の積層整合式燃料電池システム。
【請求項３３】
更に、吸水層を含み、前記吸水層は、前記第二電力／信号伝送層の第二基板の部分領域の下層に積層堆積されることを特徴とする請求項３２に記載の積層整合式燃料電池システム。
【請求項３４】
更に、燃料タンクを含むことを特徴とする請求項２６に記載の積層整合式燃料電池システム。
【請求項３５】
前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記電気制御層は、圧合により接合することを特徴とする請求項２６に記載の積層整合式燃料電池システム。
【請求項３６】
前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記電気制御層は、積層により接合することを特徴とする請求項２６に記載の積層整合式燃料電池システム。
【請求項３７】
前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記電気制御層は、粘合により接合することを特徴とする請求項２６に記載の積層整合式燃料電池システム。
【請求項３８】
前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記電気制御層は、ねじ結合により接合することを特徴とする請求項２６に記載の積層整合式燃料電池システム。
【請求項３９】
前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記電気制御層は、挟合により接合することを特徴とする請求項２６に記載の積層整合式燃料電池システム。
【請求項４０】
前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記第二電力／信号伝送層、前記電気制御層は、圧合により接合することを特徴とする請求項２７に記載の積層整合式燃料電池システム。
【請求項４１】
前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記第二電力／信号伝送層、前記電気制御層は、積層により接合することを特徴とする請求項２７に記載の積層整合式燃料電池システム。  
【請求項４２】
前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記第二電力／信号伝送層、前記電気制御層は、粘合により接合することを特徴とする請求項２７に記載の積層整合式燃料電池システム。
【請求項４３】
前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記第二電力／信号伝送層、前記電気制御層は、ねじ結合により接合することを特徴とする請求項２７に記載の積層整合式燃料電池システム。  
【請求項４４】
前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記第二電力／信号伝送層、前記電気制御層は、挟合により接合することを特徴とする請求項２７に記載の積層整合式燃料電池システム。
【請求項４５】
前記第一電力／信号伝送層ともう一つの第一電力／信号伝送層は電気的に接続することを特徴とする請求項２６に記載の積層整合式燃料電池システム。
【請求項４６】
前記第二電力／信号伝送層ともう一つの第二電力／信号伝送層は電気的に接続することを特徴とする請求項２７に記載の積層整合式燃料電池システム。
【請求項４７】
前記第二電力／信号伝送層と前記第一電力／信号伝送層は電気的に接続することを特徴とする請求項２７に記載の積層整合式燃料電池システム。
【請求項４８】
前記電気制御層と前記第一電力／信号伝送層は電気的に接続することを特徴とする請求項２６に記載の積層整合式燃料電池システム。
【請求項４９】
前記電気制御層ともう一つの前記第一電力／信号伝送層は電気的に接続することを特徴とする請求項２６に記載の積層整合式燃料電池システム。
【請求項５０】
前記電気制御層と前記第二電力／信号伝送層は電気的に接続することを特徴とする請求項２７に記載の積層整合式燃料電池システム。
【請求項５１】
前記積層整合式燃料電池システムともう一つの積層整合式燃料電池システムは一体に堆積されることを特徴とする請求項２６に記載の積層整合式燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムの製造方法であって、特に、積層堆積の接合手段により製造する積層整合型燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池設計は、一般に、堆積型設計で、この種の設計は、米国特許第５２００２７８号（Integrated  fuel  cell  power  generation  system）、第５２５２４１０号（Lightweight  fuel  cell  membrane  electrode  assembly  with  integral  reactant  flow  passages）、第５３６０６７９号（Hydrocarbon  fueled  solid  polymer  fuel  cell  electric  power  generation  system）、第６０３０７１８号（Proton  exchange  membrane  fuel  cell  power  system  ）等で開示されており、公知技術により製造する燃料電池は高い発電効率を有するが、組成が複雑で、製造が容易でなく、コストも高く、周辺システムに対する要求も高い。
【０００３】
もう一種の公知の燃料電池設計は平面展開設計で、既に、米国特許第５６３１０９９号（Surface  replica  fuel  cell）、第５７５９７１２号（Surface  replica  fuel  cell  for  micro  fuel  cell  electrical  power  pack）、第６１２７０５８号（Planar  fuel  cell）、第６３８７５５９号（Direct  methanol  fuel  cell  system  and  method  of  fabrication）、第６４９７９７５号（Direct  methanol  fuel  cell  including  integrated  flow  field  and  method  of  fabrication）、及び、第６４６５１１９号（Fuel  cell  array  apparatus  and  method  of  fabrication）等で開示されるように、この種の設計の燃料電池は、薄小の空間に適用でき、携帯電話やPDA、ノート型パソコン等、小型電気製品の使用にとって便利で、且つ、周辺システムの組み合わせ要求が低く、公知の堆積型設計と比較すると、製造しやすいが、このような設計の燃料電池は発電効率が比較的低い。
【０００４】
前記米国特許第５６３１０９９号の「表面再製燃料電池」（Surface  replica  fuel  cell）は、堆積型、及び、平面式設計方式の燃料電池を含んでいる。つまり、第５６３１０９９号では、堆積型、及び、平面式設計の長所を結合し、燃料電池の発電効率を向上させると共に、重量が軽い、使用が便利である、空間制限性が低い、等の長所を有する。しかし、これは、構造が複雑で、製造が容易でなく、反応生成物（例えば水分）の排除が容易でない、空気、或いは、酸素の供給が容易でない等の欠点がある。
【特許文献１】米国特許第５２００２７８号明細書
【特許文献２】米国特許第５２５２４１０号明細書
【特許文献３】米国特許第５３６０６７９号明細書
【特許文献４】米国特許第６０３０７１８号明細書
【特許文献５】米国特許第５６３１０９９号明細書
【特許文献６】米国特許第５７５９７１２号明細書
【特許文献７】米国特許第６１２７０５８号明細書
【特許文献８】米国特許第６４９７９７５号明細書
【特許文献９】米国特許第６４６５１１９号明細書
【特許文献１０】特開２００１−３１９６６４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述の公知技術の欠点に鑑みてなされたもので、燃料電池に、堆積型、及び、平面展開式設計を採用させることができ、つまり、堆積型と平面展開式の長所を結合し、燃料電池の発電効率を向上させると共に、回路整合の制御、管理が同時に行え、製造が容易である、コストが安い、重量が軽い、使用が便利である、空間制限性が低い等の長所を有する燃料電池システムの製造方法、及び、本発明により製造される燃料電池システムを提供することを目的とする。
また、本発明は、積層堆積の接合手段により、積層整合式燃料電池システムを製造し、燃料電池システムのシステムオンセル（SYSTEM  ON  CELL）が容易に実施できるようにする燃料電池システムの製造方法を提供することを目的とする。
更に、本発明は、システムオンセルの積層整合式燃料電池システムを提供することをもう一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、請求項１の発明は、積層整合式燃料電池システムの製造方法であって、同一層で、それぞれの第一電力／信号伝送層と層中で整合できる質量移動電解層、陽極集電層、及び、陰極集電層を提供する工程と、電力／信号伝送層を前記層中に整合する工程と、少なくとも一つ以上の電気制御層を提供する工程と、
前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、及び、前記電気制御層を、積層堆積により接合する工程と、からなる製造方法である。
請求項２の発明は、更に、少なくとも一つ以上の第二電力／信号伝送層を提供する工程と、前記第二電力／信号伝送層を、それぞれ、前記陽極集電層の上層に積層堆積し、前記陰極集電層の下層に積層堆積する工程と、からなる請求項１に記載の方法である。
【０００７】
請求項３の発明は、前記第一電力／信号伝送層は第一基板、及び、前記第一基板に設置される第一回路を有する請求項１に記載の方法であり、請求項４の発明は、前記第二電力／信号伝送層は第二基板、及び、前記第二基板に設置される第二回路を有する請求項２に記載の方法であり、請求項５の発明は、少なくとも一つの前記第二電力／信号伝送層の前記第二基板の部分領域は、陽極燃料を混合する空間を提供する請求項４に記載の方法であり、請求項６の発明は、更に、前記陽極燃料が液体燃料である時、通気防滲液体層を提供する工程を含み、前記通気防滲液体層は、前記第二電力／信号伝送層の第二基板の部分領域の上層に積層堆積される請求項５に記載の方法であり、請求項７の発明は、少なくとも一つの前記第二電力／信号伝送層の前記第二基板の部分領域は、陰極反応物を混合する空間を提供する請求項４に記載の方法であり、請求項８の発明は、更に、吸水層を提供する工程を含み、前記吸水層は、前記第二電力／信号伝送層の第二基板の部分領域の下層に積層堆積される請求項７に記載の方法であり、請求項９の発明は、更に、燃料タンクを提供する工程を含む請求項１に記載の方法であり、請求項１０の発明は、積層堆積により接合する前記工程は、圧合により、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記電気制御層各層を接合する請求項１に記載の方法であり、請求項１１の発明は、積層堆積により接合する前記工程は、積層により、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記電気制御層各層を接合する請求項１に記載の方法であり、請求項１２の発明は、積層堆積により接合する前記工程は、粘合により、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記電気制御層各層を接合する請求項１に記載の方法であり、請求項１３の発明は、積層堆積により接合する前記工程は、ねじ結合により、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記電気制御層各層を接合する請求項１に記載の方法であり、請求項１４の発明は、積層堆積により接合する前記工程は、挟合により、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記電気制御層各層を接合する請求項１に記載の方法である。
【０００８】
また、請求項１５の発明は、積層堆積により接合する前記工程は、圧合により、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記第二電力／信号伝送層、前記電気制御層各層を接合する請求項２に記載の方法であり、請求項１６の発明は、積層堆積により接合する前記工程は、積層により、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記第二電力／信号伝送層、前記電気制御層各層を接合する請求項２に記載の方法であり、請求項１７の発明は、積層堆積により接合する前記工程は、粘合により、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記第二電力／信号伝送層、前記電気制御層各層を接合する請求項２に記載の方法であり、請求項１８の発明は、積層堆積により接合する前記工程は、ねじ結合により、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記第二電力／信号伝送層、前記電気制御層各層を接合する請求項２に記載の方法であり、請求項１９の発明は、積層堆積により接合する前記工程は、挟合により、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記第二電力／信号伝送層、前記電気制御層各層を接合する請求項２に記載の方法であり、請求項２０の発明は、前記第一電力／信号伝送層ともう一つの第一電力／信号伝送層は電気的に接続する請求項１に記載の方法であり、請求項２１の発明は、前記第二電力／信号伝送層ともう一つの第二電力／信号伝送層は電気的に接続する請求項２に記載の方法であり、請求項２２の発明は、前記第二電力／信号伝送層と前記第一電力／信号伝送層は電気的に接続する請求項２に記載の方法であり、請求項２３の発明は、前記電気制御層と前記第一電力／信号伝送層は電気的に接続する請求項１に記載の方法であり、請求項２４の発明は、前記電気制御層ともう一つの前記第一電力／信号伝送層は電気的に接続する請求項１に記載の方法であり、請求項２５の発明は、前記電気制御層と前記第二電力／信号伝送層は電気的に接続する請求項２に記載の方法である。
【０００９】
請求項２６の発明は、積層整合式燃料電池システムであって、質量移動電解層、陽極集電層、及び、陰極集電層、電気制御層からなり、その特徴は、少なくとも一つ以上の第一電力／信号伝送層は、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層の各層は、それぞれ、同一層で、それぞれの第一電力／信号伝送層と層中で整合でき、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、及び、前記電気制御層は、積層堆積により接合される積層整合式燃料電池システムである。
【００１０】
請求項２７の発明は、更に、少なくとも一つ以上の前記第二電力／信号伝送層は、それぞれ、前記第二電力／信号伝送層を、前記陽極集電層の上層に積層堆積し、前記陰極集電層の下層に積層堆積する請求項２６に記載のシステムであり、請求項２８の発明は、前記第一電力／信号伝送層は第一基板、及び、前記第一基板に設置される第一回路を有する請求項２６に記載のシステムであり、請求項２９の発明は、前記第二電力／信号伝送層は第二基板、及び、前記第二基板に設置される第二回路を有する請求項２７に記載のシステムであり、請求項３０の発明は、少なくとも一つの前記第二電力／信号伝送層の前記第二基板の部分領域は、陽極燃料を混合する空間を提供する請求項２９に記載のシステムであり、請求項３１の発明は、更に、通気防滲液体層を含み、前記陽極燃料が液体燃料である時、前記通気防滲液体層は、前記第二電力／信号伝送層の第二基板の部分領域の上層に積層堆積されることを特徴とする請求項３０に記載のシステムであり、請求項３２の発明は、少なくとも一つの前記第二電力／信号伝送層の前記第二基板の部分領域は、陰極反応物を混合する空間を提供する請求項２９に記載のシステムであり、請求項３３の発明は、更に、吸水層を含み、前記吸水層は、前記第二電力／信号伝送層の第二基板の部分領域の下層に積層堆積される請求項３２に記載のシステムであり、請求項３４の発明は、更に、燃料タンクを含む請求項２６に記載のシステムであり、請求項３５の発明は、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記電気制御層は、圧合により接合する請求項２６に記載のシステムであり、請求項３６の発明は、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記電気制御層は、積層により接合する請求項２６に記載のシステムであり、請求項３７の発明は、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記電気制御層は、粘合により接合する請求項２６に記載のシステムであり、
請求項３８の発明は、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記電気制御層は、ねじ結合により接合する請求項２６に記載のシステムであり、請求項３９の発明は、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記電気制御層は、挟合により接合する請求項２６に記載の積層整合式燃料電池システムである。
【００１１】
また、請求項４０の発明は、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記第二電力／信号伝送層、前記電気制御層は、圧合により接合する請求項２７に記載のシステムであり、請求項４１の発明は、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記第二電力／信号伝送層、前記電気制御層は、積層により接合する請求項２７に記載のシステムであり、請求項４２の発明は、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記第二電力／信号伝送層、前記電気制御層は、粘合により接合する請求項２７に記載のシステムであり、請求項４３の発明は、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記第二電力／信号伝送層、前記電気制御層は、ねじ結合により接合する請求項２７に記載のシステムであり、請求項４４の発明は、前記質量移動電解層、前記陽極集電層、前記陰極集電層、前記第一電力／信号伝送層、前記第二電力／信号伝送層、前記電気制御層は、挟合により接合する請求項２７に記載のシステムであり、請求項４５の発明は、前記第一電力／信号伝送層ともう一つの第一電力／信号伝送層は電気的に接続する請求項２６に記載のシステムであり、請求項４６の発明は、前記第二電力／信号伝送層ともう一つの第二電力／信号伝送層は電気的に接続する請求項２７に記載のシステムであり、請求項４７の発明は、前記第二電力／信号伝送層と前記第一電力／信号伝送層は電気的に接続する請求項２７に記載のシステムであり、請求項４８の発明は、前記電気制御層と前記第一電力／信号伝送層は電気的に接続する請求項２６に記載のシステムであり、請求項４９の発明は、前記電気制御層ともう一つの前記第一電力／信号伝送層は電気的に接続する請求項２６に記載のシステムであり、請求項５０の発明は、前記電気制御層と前記第二電力／信号伝送層は電気的に接続する請求項２７に記載のシステムであり、請求項５１の発明は、前記積層整合式燃料電池システムともう一つの積層整合式燃料電池システムは一体に堆積される請求項２６に記載のシステムである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、燃料電池システムの製造方法及び燃料電池システムにおいて、製造が容易である、コストが安い、重量が軽い、使用が便利である、空間制限性が低い等の長所を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の好適な実施例を図面に沿って説明する。
図１は、本発明の実施例により製造される積層整合式燃料電池システムの構造を示す図で、  図２は、本発明の実施例の積層整合式燃料電池システムの製造方法のフローチャートである。本発明の実施例の積層整合式燃料電池システム１０の製造方法４０は、主に、以下のような行程からなる。
製造方法４０において工程４１は、質量移動電解層１１、陽極集電層１３、及び、陰極集電層１５を提供し、工程４１で提供される質量移動電解層１１、陽極集電層１３、及び、陰極集電層１５の各層で、各層がそれぞれ、同一層で、それぞれの第一電力／(及び)信号伝送層１７と層中で整合できる。
図３は本発明の実施例の質量移動電解層１１を示す図で、図４は本発明の実施例の陽極集電層１３を示す図で、図５は本発明の実施例の陰極集電層１５を示す図である。
図３中の質量移動電解層１１は、同一層上で、第一電力／信号伝送層１７と質量移動電解層１１中で整合できる。
同様に、図４中の陽極集電層１３は、同一層上で、第一電力／信号伝送層１７と陽極集電層１３中で整合でき、図５中の陰極集電層１５は、同一層上で、第一電力／信号伝送層１７と陰極集電層１５中で整合できる。
【００１４】
工程４３は、電気制御層２１を提供し、電気制御層２１は、マイクロコントローラー、保護回路、ＤＣ−ＤＣコンバーター、及び、その他の受能動素子、及び、周辺回路等の電気回路２１０を設置することができる。図６は本発明の実施例の電気制御層を示す図である。
【００１５】
工程４５は、工程４１中の質量移動電解層１１、陽極集電層１３、陰極集電層１５と第一電力／信号伝送層１７、及び、工程４３中の電気制御層２１は、積層堆積により接合される。本発明の実施例の方法は、積層堆積で接合する手段により、少なくとも、上述の質量移動電解層１１、陽極集電層１３、陰極集電層１５、第一電力／信号伝送層１７、電気制御層２１等を、各層、サンドイッチのように、一層ずつ堆積して、接合手段は、圧合、積層、粘合、ねじ結合、挟合、或いは、その他の接合方式により、その他の層と接合する。
【００１６】
本発明の実施例の製造方法４０は、更に、工程４７を含み、少なくとも一つ以上の第二電力／（及び）信号伝送層１９を提供し、第二電力／信号伝送層１９は、それぞれ、陽極集電層１３の上層に積層堆積し、陰極集電層１５の下層に積層堆積し、陽極と陰極が必要とする反応物を収容する空間を形成する。
【００１７】
例えば、メタノール水溶液の液体燃料等の液体燃料を陽極燃料とする時、本発明の方法は、更に、工程４９を含み、通気防滲液体層２３を、関連する第二電力／信号伝送層１９の第二基板１９１の部分領域１９１Aの上層に提供すると共に、積層堆積手段により、上下を接合し、通気防滲液体層２３は、主に、反応後のメタノール水溶液、及び、二酸化炭素の分離に用いられる。
【００１８】
本発明の実施例の製造方法４０は、更に、工程５１を含み、反応後の水分を吸水する吸水層２５を提供し、吸水層２５は、積層堆積手段により、関連する第二電力／信号伝送層１９の第二基板１９１の部分領域１９１Ａの下層に接合される。
【００１９】
上述の製造方法４０で説明されるように、本発明の実施例の製造方法４０で製造される燃料電池核心ユニット３０（11,13,15）は、その他の第一電力／信号伝送層１７、第二電力／信号伝送層１９、電気制御層２１と、非常に容易に結合することが出来、更に、燃料電池核心ユニット３０の発電後に生成される生成物に応じて、更なる処理が進められる。
例えば、通気防滲液体層２３、及び、吸水層２５等を増設して接合し、同時に、第一電力／信号伝送層１７、第二電力／信号伝送層１９、電気制御層２１等に設置された回路素子により制御し、例えば、電気鍍金貫通孔手段により、各層１７、１９、２１は、皆、電気的に接続され、本発明の方法４０により、燃料電池システム１０が、容易な製造手段により、システムオンセル（SYSTEM  ON  CELL）を実現できる。
【００２０】
図７は、本発明の方法により製造される積層整合式燃料電池システムの分解図である。燃料タンク２７は、積層整合式燃料電池システム１０(全体)の上端面に設置され、本発明で実施される燃料電池システム１０は、メタノール燃料電池システムを採用し、燃料タンク２７は、メタノールと水をそれぞれ貯蔵するか、或いは、ある一定の濃度のメタノール水溶液を貯存し、燃料電池核心ユニット３０は、反応発電の過程において、消耗される水素を補充する。また、本発明で実施される燃料電池システム１０は、水酸素燃料電池システムを採用し、燃料タンク２７は水酸素を貯存し、燃料電池核心ユニット３０は、反応発電の過程において、消耗された水酸素を補充する。
【００２１】
説明をわかりやすくするため、第７図中では、電気制御層２１は最下端に記されているが、電気制御層２１は、図７の設置位置に限定されるものではなく、電気制御層２１をその他の層に位置させてもよく、例えば、燃料電池システム１０の中間挟層の一層に設計してもよい。電気制御層２１に含まれる電気回路２１０は、マイクロコントローラー、保護回路、ＤＣ−ＤＣコンバーター、及び、その他の受能動素子、及び、周辺回路を含み、重要なのは、電気制御層２１中に配置される、例えば、マイクロコントローラー、レジスタンス、コンデンサ、インダクタンス、及び、トランジスタ等の受能動素子は、例えば、保護回路、ＤＣ−ＤＣコンバーター等を形成して、主要な電気制御とすることができ、また、電気制御層２１中、本発明の実施例による積層整合式燃料電池システムの正負極電力の導出により、外界に負荷を提供し、これにより、電気制御層２１は、本発明のシステムオンセルという重要な特色のキーポイントの一つを達成する。
【００２２】
一つ、或いは、一つ以上の第二電力／信号伝送層１９は、主に、第二基板１９１、及び、第二基板１９１に設置された第二回路１９１Ｂからなり、図８〜図１２は、本発明の実施例の第二電力／信号伝送層の機構の各実施例を示す図である。本発明の実施例の燃料電池システム１０は、実際の設計の要求に従って、必要な数量の第二電力／信号伝送層１９を、それぞれ、積層堆積して接合し、更に、第二回路１９１Ｂは、実際の状況に応じた設計により、燃料電池核心ユニット３０の発電作用を制御し、例えば、積層整合式のメタノール燃料電池システム中、図７で示されるように、電気ゲート素子１９１１により、メタノールと水の入力量を制御し、可能な素子型式は、ポンプ、ノズル、電子スイッチ、及び、ゲート等のマイク素子である。
これらの素子は、第二回路１９１Ｂの具体例である。図９及び図１０を参照すると、第二回路１９１Ｂは、マイクロ素子１９１３（例えば、送水モーター）を制御し、陽極作用内のメタノール水溶液を移動して、陽極燃料を循環させると同時に、入力されるメタノールと水溶液を充分に混合し、均一に混合させ、メタノール水溶液を陽極作用時に安定させ、この状況下の第二回路１９１Ｂにより制御される可能素子型式は、ポンプ、送水モーター等のマイクロ素子１９１３で、これらのマイクロ素子１９１３は、第二電力／信号伝送層１９と陽極集電層１３の間に配置される。注意すべきことは、提供されるメタノールと水溶液を混合する時に必要な混合空間は、第二電力／信号伝送層１９の第二基板１９１の部分領域１９１Ａを利用する。更に、第二電力／信号伝送層１９の第二回路１９１Ｂの具体的実施手段は、少なくとも一つ以上のセンサー１９１５で、例えば、センサー１９１５は、メタノール濃度センサーを採用し、メタノール水溶液の濃度を感知する。また、センサー１９１５は、温度センサーを採用し、反応温度を感知する。勿論、二つ以上のメタノールセンサーを採用し、メタノール水溶液の反応前と反応後の濃度を感知することもでき、メタノールと水の進入時期と進入量を正確に把握する。
【００２３】
同様に、陰極作用に属する相関する第二電力／信号伝送層１９の設置において、積層整合式のメタノール燃料電池システム中、第二電力／信号伝送層１９の第二基板１９１の部分領域１９１Ａは、例えば、空気、或いは、酸素などの陽極反応物を、陰極作用に必要な流動空間に提供し、必要な空気、或いは、酸素の流動空間、或いは、挟合しているマイクロ素子の大きさに従って、この層級の層数量を増減する。更に、第二回路１９１Ｂは、陰極作用内の空気、或いは、酸素の循環を帯動し、陰極を充分に反応させ、同時間に、蒸発作用により水分を排出し、水分が陰極反応を阻害しないようにする。この状況下の第二回路１９１Ｂに具体的実施手段が採用する可能素子型式は、ポンプ、モーター、ファン、送風機等のマイクロ素子１９１７である。
【００２４】
陰極作用に属する相関する第二電力／信号伝送層１９の設置において、図１０と図１１を参照すると、側壁に複数の気孔１９１Cが設置され、空気を循環させると共に、蒸発した水蒸気を、気孔１９１Cから外部に排出する。
【００２５】
更に、陰極作用に属する相関する第二電力／信号伝送層１９の設置において、積層整合式のメタノール燃料電池システム中、図１２を参照すると、第二電力／信号伝送層１９の第二基板１９１の部分領域１９１Ａは、領域１９１Ｄに設置され、領域１９１Ｄは、主に、陽極燃料の循環流動の経路を提供し、これにより、陽極燃料の反応機会を増加する。
【００２６】
本発明の実施例の図８〜図１２で示される第二電力／信号伝送層１９において、主に、第二電力／信号伝送層１９を例としているが、本発明は、図８〜図１２の第二電力／信号伝送層１９の形態に限定するものではない。
【００２７】
質量移動電解層１１、陽極集電層１３、及び、陰極集電層１５により構成される燃料電池核心ユニット３０において、質量移動電解層１１の構造は、主に、五個のサブレイヤーからなり、図１３は、本発明の質量移動電解層１１の分解図である。積層整合式のメタノール燃料電池システムを例とすると、中間層は質量移動効果を有する電解質膜で、電解質膜の上下に、それぞれ、触媒層があり、触媒層は陽極及び陰極の電気化学反応が生じ、触媒層の両側上端は拡散層で、陽極の反応物は、拡散層を通じて触媒層に進入して反応する。化学反応で生成される二酸化炭素は、陽極端の拡散層により排出され、水素原子は電解質層を経て質量移動を実行する。この時、電子は陽極集電層１３を経由して電流を収集した後、負荷を経て陰極に戻り、質量移動後の水素原子を結合し、陰極端の拡散層を経て進入する酸素と、触媒層で反応し、生成物の水は、陰極端の拡散層から排出され、これにより、発電の反応を完成する。
【００２８】
本発明の実施例は、質量移動電解層１１の同一層の第一電力／信号伝送層１７、陽極集電層１３同一層の第一電力／信号伝送層１７、及び、陰極集電層１５の同一層の第一電力／信号伝送層１７において、この構造を特徴とするので、第一基板１７１上に設置された第一回路１７１Ａにより、各組の発電の質量移動電解層に対し、直列、或いは、並列の連接を実施し、電圧、或いは、電流が高くなる。図１４は、本発明の実施例の第一電力／信号伝送層の構造を示す図である。更に、第一回路１７１Ａは、実際の用途の需要に応じて、その他の回路に変更することもできる。陽極集電層１３と陰極集電層１５は、集電材料により製造され、例えば、金属網、グラファイト板、或いは、その他の導電材料を採用し、燃料の反応後の電力を収集するのに用いられる。
【００２９】
本発明の実施例で、メタノール水溶液の液体燃料等の液体燃料を陽極燃料とする時、本発明の実施例は、更に、通気防滲液体層２３を、第二電力／信号伝送層１９の第二基板１９１の部分領域１９１Ａの上層に設置する。図７を参照すると、通気防滲液体層２３は、主に、反応後のメタノール水溶液、及び、二酸化炭素の分離に用いられる。通気防滲液体層２３は、通気性があり、液体に対し不滲の材料(不透水性)を採用して、この層を形成する。二酸化炭素は通気防滲液体層２３を通過して排出され、メタノール水溶液は、作業区域中に停留し、この材料と反応しない。
【００３０】
本発明の実施例は、更に、吸水層２５を備え、反応後の水分を吸水し、吸水層２５は、吸水材料によりこの層を形成する。吸水層２５は、積層堆積手段を利用し、第二電力／信号伝送層１９の第二基板１９１の部分領域１９１Ａの下層で接合され、図７で示されている。
【００３１】
図１５は、本発明の実施例の各燃料電池システムが一体に堆積された状態を示す図である。本発明の第二電力／信号伝送層１９の第二回路１９１Bの具体的実施手段は、電気的接続に用いられる、例えば、コネクター等の界面回路素子で、界面回路素子の連接により、各燃料電池システム１０が一体に堆積され、水平方向に延伸して堆積しても、垂直方向に延伸して堆積しても、その他の方向でもよい。
【００３２】
本発明の上述した実施例の第一基板１７１と第二基板１９１の材質は、高分子材料で、セラミック、複合材、金属、表面が不導電の金属、或いは、金属酸化物、アクリル、木材、或いは、石材等である。
【００３３】
本発明の実施例の積層整合式燃料電池システム１０は、積層堆積により前述の各層を接合し、同一層中に、複数の独立した燃料電池核心ユニット３０を配置でき、その後、電気制御層２１の出力する正負極、或いは、第一電力／信号伝送層１７の第一回路１７１Ａ、或いは、第二電力／信号伝送層１９の第二回路１９１Ｂの直、並列回路を、燃料電池核心ユニット３０に電気的に接続して、必要な電圧、及び、電流提供規格の要求を達成する。同時に、電気制御層２１、或いは、第二電力／信号伝送層１９の第二回路１９１Ｂを利用して、燃料電池核心ユニット３０の発電品質を更に制御管理し、更に、同一時間の電気制御層２１は、燃料電池核心ユニット３０の内部の全ての相関回路を整合し、外部回路（例えば、負荷）に対する界面回路、或いは、制御回路とし、これにより、本発明の製造方法４０、及び、提供される積層整合式燃料電池システム１０は、燃料電池が解決しにくいシステムオンセルの問題を容易に実現することができる。 つまり、本発明及び実施例は、堆積型と平面展開型の利点を組み合わせた積層整合式燃料電池の製造方法、及びそれによる積層整合式燃料電池システムである。
【００３４】
本発明は、積層堆積を利用し、接合する製造手段であり、整合式燃料電池システム１０は、各種異なる体積と外観形状の要求を満たすことができる。
【００３５】
本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例により製造される積層整合式燃料電池システムの構造を示す図である。
【図２】本発明の実施例の積層整合式燃料電池システムの製造方法のフローチャートである。
【図３】本発明の実施例の質量移動電解層を示す図である。
【図４】本発明の実施例の陽極集電層を示す図である。
【図５】本発明の実施例の陰極集電層を示す図である。
【図６】本発明の実施例の電気制御層を示す図である。
【図７】本発明の実施例の方法により製造される積層整合式燃料電池システムの分解図である。
【図８】本発明の実施例の第二電力／信号伝送層の機構の各実施例を示す図である。
【図９】本発明の実施例の第二電力／信号伝送層の機構の各実施例を示す図である。
【図１０】本発明の実施例の第二電力／信号伝送層の機構の各実施例を示す図である。
【図１１】本発明の実施例の第二電力／信号伝送層の機構の各実施例を示す図である。
【図１２】本発明の実施例の第二電力／信号伝送層の機構の各実施例を示す図である。
【図１３】本発明の実施例の質量移動電解層の分解図である。
【図１４】本発明の実施例の第一電力／信号伝送層の構造を示す図である。
【図１５】本発明の実施例の各燃料電池システムが一体に堆積された状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０…積層整合式燃料電池システム
１１…質量移動電解層
１３…陽極集電層
１５…陰極集電層
１７…第一電力／信号伝送層
１９…第二電力／信号伝送層
２１…電気制御層
２３…通気防滲液体層
２５…吸水層
２７…燃料タンク
３０…燃料電池核心ユニット
４０…製造方法
４１、４３、４５、４７、４９、５１…工程
１７１…第一基板
１７１Ａ…第一回路
１９１…第二基板
１９１Ａ…部分領域
１９１Ｂ…第二回路
１９１Ｃ…気孔
１９１Ｄ…領域
２１０…電気回路
１９１１…電気ゲート素子
１９１３…マイクロ素子
１９１５…センサー
１９１７…マイクロ素子
【図１】
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【図２】
2005108823.tif 000004
【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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【図１４】
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【図１５】
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