(57)【要約】【課題】電池セルの設置用スペースを有効に利用できながら十分な出力電力が得られる燃料電池を用いた発電装置を得る。【解決手段】各電池セル１を所定間隔Ｓをあけて面方向に並べた設置パネル３と、電池セル１の直列回路２の出力電圧を昇圧する昇圧回路６とを含む。各電池セル１は、酸素を還元する正極７と、燃料を酸化する負極９とで挟まれた固体電解質１０を有する。各電池セル１の正極７および負極９はそれぞれ同一面上に揃っている。設置パネル３において電池セル１の許容領域Ｐから所定間隔Ｓを除いたセル設置領域全体が電池セル１の電極で占められる。昇圧回路６の変換効率（η）はη≧Ｗｂ（ｎ）／Ｗａ（ｍ）である。但し、ｎは、外部負荷５の必要電圧を電池セル１の電池電圧で除した数であり、Ｗｂは、ｎ個の電池セル１の出力電力である。ｍは、ｎよりも小さく、かつ昇圧回路６の作動に最小限必要な電池セル数以上の数であり、Ｗａは、ｍ個の電池セルの出力電力である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の電池セルを直列接続した直列回路と、前記各電池セルを所定間隔をあけて面方向に並べて配置した設置パネルと、前記直列回路の出力電圧を昇圧して外部負荷に出力する昇圧回路とを含んでおり、
前記各電池セルは、酸素を還元する正極と、燃料を酸化する負極と、前記正極と前記負極とで挟まれた固体電解質とを有しており、
前記各電池セルは、前記各正極および前記各負極がそれぞれ同一面上に揃う状態で前記設置パネルに配されており、
前記設置パネルにおいて前記電池セルの設置可能な許容領域から前記所定間隔を除いたセル設置領域、それ全体が前記各電池セルの電極で占められるよう前記各電池セルの電極面積が設定されており、
前記昇圧回路が、以下の式を満足する変換効率（η）を有することを特徴とする燃料電池を用いた発電装置。
η≧Ｗｂ（ｎ）／Ｗａ（ｍ）
但し、ｎは、前記外部負荷の駆動に必要な電圧を前記電池セルの電池電圧で除した数であり、Ｗｂは、前記セル設置領域を前記ｎ個の電池セルの電極で占めた場合の前記ｎ個の電池セルの出力電力である。ｍは、前記ｎよりも小さく、かつ前記昇圧回路の作動に最小限必要な電池セル数以上の数（ｎ＞ｍ＞１）であり、Ｗａは、前記セル設置領域を前記ｍ個の電池セルの電極で占めた場合の前記ｍ個の電池セルの出力電力である。
【請求項２】
前記各電池セルの電池電圧が、0.１〜0.５Ｖである請求項１記載の燃料電池を用いた発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素を還元する正極と、燃料を酸化する負極と、正極と負極との間に配する固体電解質とを有する電池セルからなる燃料電池を用いた発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数個の電池セルを直列に積層し、この電池セルに昇圧回路を接続することで外部負荷の必要電圧まで昇圧する発電装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１８８１２０号公報（段落番号０００８−００１０、図３）
【特許文献２】特開２０００−２６８８３６号公報（段落番号００１４−００１７、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、各電池セルを上下に積層してあるために各電池セル間に、正極に酸素を供給するための供給路と、負極に燃料を供給するための供給路とをそれぞれ挟み込む構造になる。これらの供給路の設置のためには、電池セル間の上下間隔を大きく採らざるを得ず、その分だけ燃料電池の上下高さが大きくなって発電装置が嵩張ってしまう。
【０００５】
これに対し、各電池セルを横方向に並べることが考えられる。この場合、燃料電池の上下高さが抑えられるが、横方向に隣合う電池セル間に隙間を設けて電池セルどうしを絶縁する必要がある。電池セルの設置用スペースを有効に利用して、発電装置の出力電力を大きくするには前記隙間を減らすのがよいが、前記隙間を減らすためには電池セルの個数を減らす必要があり、昇圧回路の変換効率が悪いと十分な出力電力が得られない。
【０００６】
そこで本発明の目的は、電池セルの設置用スペースを有効に利用できながら十分な出力電力が得られる燃料電池を用いた発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発電装置は、図１および図３に示すごとく、複数個の電池セル１を直列接続した直列回路２と、各電池セル１を所定間隔Ｓをあけて面方向に並べて配置した設置パネル３と、直列回路２の出力電圧を昇圧して外部負荷５に出力する昇圧回路６とを含んでいる。各電池セル１は、酸素を還元する正極７と、燃料を酸化する負極９と、正極７と負極９とで挟まれた固体電解質１０とを有しており、各正極７および各負極９がそれぞれ同一面上に揃う状態で設置パネル３に配されている。設置パネル３において、電池セル１の設置可能な許容領域Ｐから所定間隔Ｓを除いたセル設置領域、それ全体が各電池セル１の電極で占められるよう各電池セル１の電極面積が設定されており、昇圧回路６が、以下の式を満足する変換効率（η）を有することを特徴とする。
【０００８】
η≧Ｗｂ（ｎ）／Ｗａ（ｍ）
但し、ｎは、外部負荷５の駆動に必要な電圧を電池セル１の電池電圧で除した数であり、Ｗｂは、セル設置領域をｎ個の電池セル１の電極で占めた場合のｎ個の電池セル１の出力電力である。ｍは、ｎよりも小さく、かつ昇圧回路６の作動に最小限必要な電池セル数以上の数（ｎ＞ｍ＞１）であり、Ｗａは、セル設置領域をｍ個の電池セル１の電極で占めた場合のｍ個の電池セル１の出力電力である。
【０００９】
具体的には、各電池セル１の電池電圧は、0.１〜0.５Ｖである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、各電池セル１が面方向に並べて配置されるうえ、各電池セル１の正極７および負極９がそれぞれ同一面上に揃う状態で設置パネル３に配されるので、燃料電池の上下高さが大きくならず、発電装置が嵩張らない。しかも、各電池セル１の正極７への酸素供給および負極９への燃料供給のための経路は、設置パネル３に沿って横方向に延ばすだけで形成できるので、酸素や燃料の供給のための構造の簡略化を図ることができ、発電装置の小型化が図れる。
【００１１】
昇圧回路６の変換効率（η）をη≧Ｗｂ（ｎ）／Ｗａ（ｍ）としておくことで、電池セル１のみで外部負荷５の必要電圧を出力する場合よりも大きな出力電力を取り出すことができる。つまり、電池セル１の個数を減らすことで電池セル間の隙間を減らして、電池セル１の設置用スペースを有効に利用して各電池セル１の面積を大きくでき、小型、かつ高出力電力の発電装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１および図３は、本発明が対象とする燃料電池を用いた発電装置の実施例を示しており、図１および図２に示すごとく、１０個の電池セル１を直列接続した直列回路２と、各電池セル１を所定間隔Ｓをあけて面（横）方向に並べて固定した設置パネル３と、前記直列回路２の出力電圧を昇圧して外部負荷５に出力する昇圧回路６とを含んでいる。
【００１３】
各電池セル１は、図３に示すごとく、酸素を還元する薄板状の正極７と、メタノールなどの燃料を酸化する薄板状の負極９と、正極７と負極９とで挟まれた薄板状の固体電解質１０とを有する。正極７と負極９との各電極はそれぞれ、白金系合金などの触媒を外面側に付した状態で固体電解質１０の外側に配したカーボン層１２と、カーボン層１２の外側に配した多孔質カーボン層１３とからなる。固体電解質１０は、水素イオンが透過可能なフッ素系の高分子材料からなり、水を含有している。正極７と負極９と固体電解質１０とは一体化している。カーボン層１２は、水素イオンを透過する高分子材料などを含んでもよく、また白金系合金とカーボンとが混合されたものでもよい。
【００１４】
各電池セル１は、正極７の電極面積がそれぞれ等しい長方形状になっており、各電池セル１の電池電圧は0.３Ｖ（但し、電池温度が５０℃以下で電池セル１を放電したときの電池電圧である）、外部負荷５の駆動に必要な電圧（必要電圧）は１２Ｖである。昇圧回路６は１２Ｖを出力する。設置パネル３は、絶縁性を有する合成樹脂からなり、縦寸法が２０cm、横寸法が３０cmである。各所定間隔Ｓの幅寸法は0.５cmである。なお、各電池セル１の負極９の電極面積もそれぞれ等しくなっている。
【００１５】
各電池セル１は、正極７および負極９がそれぞれ同一面上に揃う状態で設置パネル３に配されている。各電池セル１の正極７の外面側には空気が供給されており、各電池セル１の負極９の外面側には燃料が供給されている。負極９の外面への燃料供給は、貯蔵タンク内の燃料が負極９の外面に直接接することで行なわれるが、貯蔵タンクから供給路を介して負極９の外面に燃料供給するものであってもよい。
【００１６】
各電池セル１は、設置パネル３の周縁から0.５cmの範囲内を除く許容領域Ｐに配されている。各電池セル１の電極面積は、前記許容領域Ｐから各所定間隔Ｓを除いたセル設置領域、それ全体が各電池セル１の電極で占められるよう設定されている。許容領域Ｐは、縦寸法が１９cm、横寸法が２９cm、面積が５５１cm2 である。各所定間隔Ｓの面積は9.５cm2 である。
【００１７】
昇圧回路６に必要な変換効率（η）は、η≧Ｗｂ（ｎ）／Ｗａ（ｍ）の式から求められる。ｎは、外部負荷１の必要電圧を電池セル１の電池電圧で除した数であり、電池セル１のみで外部負荷５の必要電圧を出力するのに必要な電池セル１の個数に相当する。Ｗｂは、ｎ個の電池セル１の出力電力である。ｍは、本発明の電池セル１の個数に相当し、前記ｎよりも小さく、かつ昇圧回路６の作動に最小限必要な電池セル数以上の数（ｎ＞ｍ＞１）である。Ｗａは、ｍ個の電池セル１の出力電力である。
【００１８】
因みに、電池セル１がｎ個の場合でも、前記許容領域Ｐから電池セル１間の各所定間隔Ｓを除いたセル設置領域が各電池セル１の電極で占められるものとする。ｎ個の電池セル１も各電極面積は等しい。電池セル１の出力電力は、電池セル１の総電極面積（例えば正極の総面積）にほぼ比例する。
【００１９】
前記実施例で具体的に説明すると、外部負荷１の必要電圧は１２Ｖ、電池セル１の電池電圧は0.３Ｖであるために数（ｎ）は４０になる。電池セル１の個数は１０個であるために数（ｍ）は１０である。
【００２０】
４０個（ｎ個）の電池セル１の場合は、前記所定間隔Ｓが３９箇所もあるためにセル設置領域、すなわち電池セル１の総電極面積Ｂが１８0.５cm2 となる。本発明の１０個（ｍ個）の電池セル１の場合は、前記所定間隔Ｓが９箇所のみのために電池セル１の総電極面積Ａが４６5.５cm2 となり、η≧Ｗｂ（ｎ）／Ｗａ（ｍ）＝Ｂ／Ａ＝１８0.５cm2 ／４６5.５cm2 ＝0.３９となる。つまり、昇圧回路６の変換効率（η）としては、３９％以上に設定される。
【００２１】
昇圧回路６の変換効率（η）は、高いほどよいが、昇圧回路６のコストおよび昇圧回路６での損失を考慮して設定される。したがって、昇圧回路６の変換効率（η）は８０％以上でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る発電装置のブロック構成図
【図２】設置パネルの平面図
【図３】電池セルの縦断面図
【符号の説明】
【００２３】
１  電池セル
２  直列回路
３  設置パネル
５  外部負荷
６  昇圧回路
７  正極
９  負極
１０  固体電解質
Ｓ  所定間隔
Ｐ  設置パネルの許容領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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