(57)【要約】【課題】燃料電池を構成する各ユニットを効率よく配置することで燃料電池全体の小型化を図る。【解決手段】発電用に設けられた少なくとも１つの単位セルＵを備えた発電ユニットＷと、この単位セルＵに供給する水素ガスを発生する水素カートリッジ１１と、水素カートリッジ１１を着脱自在に接続するためのユニット接続部１３と、水素カートリッジ１１により発生した水素ガスをユニット接続部１３から発電ユニットＷへと供給するための接続配管部１５とを備え、発電ユニットＷが配置される方形状の第１配置空間Ｓ１の第１辺Ｌ１１に隣接して、水素カートリッジ１１が配置される方形状の第２配置空間Ｓ２の第１辺Ｌ２１を隣接させ、第１配置空間Ｓ１の第１辺Ｌ１１に直交する第２辺Ｌ１２の側、及び、第２配置空間Ｓ２の第１辺Ｌ２１に直交する第２辺Ｌ２２の側に形成される配置空間Ｓ４，Ｓ３に、それぞれ、接続配管部１５とユニット接続部１３を配置したことを特徴とする燃料電池。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電用に設けられた少なくとも１つの単位セルを備えた発電ユニットと、
この単位セルに供給する燃料ガスを発生する燃料ガス発生ユニットと、
燃料ガス発生ユニットを着脱自在に接続するためのユニット接続部と、
燃料ガス発生ユニットにより発生した燃料ガスをユニット接続部から発電ユニットへと供給するためのガス配管部とを備え、
発電ユニットが配置される方形状の第１配置空間の第１辺に隣接して、燃料ガス発生ユニットが配置される方形状の第２配置空間の第１辺を隣接させ、第１配置空間の第１辺に直交する第２辺の側、及び、第２配置空間の第１辺に直交する第２辺の側に形成される配置空間に、それぞれ、前記ガス配管部と前記ユニット接続部を配置したことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
燃料ガス発生ユニットは、
円筒形の本体部と、
本体部の一端側に設けられ、ユニット接続部に連結される連結部と、
本体部の内部に設けられ、水と反応することで燃料ガスを発生するガス反応部と、
本体部の他端側に設けられ、ガス反応部に供給する水が収容される水収容部と、
水収容部内の水を供給方向に付勢する付勢手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
水収容部を構成するケース部材には、本体部の他端側に螺合されるネジが形成され、ネジによる螺合の程度により水の供給量が調整可能に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
単位セルは、板状の固体高分子電解質と、その両側に配置されるカソード側電極板及びアノード側電極板と、これら電極板の更に外側に配置されるカソード側金属板及びアノード側金属板と、カソード側金属板に多数形成される空気を取り込むための開口孔とを有し、
単位セルの開口孔が外観表面側を向くように支持基板に搭載すると共に、支持基板の裏面側に回路基板を配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池と、この燃料電池により電源供給を受ける機器とから構成される電源供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電用に設けられた少なくとも１つの単位セルを備えた発電ユニットと、この単位セルに供給する燃料ガスを発生する燃料ガス発生ユニットとを備えた燃料電池及びこれを備えた電源供給システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のＩＴの発展に伴い、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ等のモバイル機器（携帯機器）のほとんどの電源は、リチウムイオン二次電池が用いられている。しかし、これらモバイル機器の高性能化に伴い消費電力がますます増加する傾向にあり、その電源用あるいは充電用として、クリーンで高効率な燃料電池に注目が集まっている。特に、ノートパソコンや携帯電話のような携帯機器に燃料電池を使用する場合に、携帯性あるいは小型化を維持できるような構造が望まれる。また、燃料電池を機器に装着する場合にも装着の容易性が要求される。
【０００３】
燃料電池を構成する単位セル（燃料電池セル）として、携帯機器等に好適な小型化を実現したものは、本出願人による下記特許文献１により公知である。この単位セルは、板状の固体高分子電解質と、その両側に配置されるカソード側電極板及びアノード側電極板と、これら電極板の更に外側に配置されるカソード側金属板及びアノード側金属板とを備えており、薄型の単位セルを形成している。そして、カソード側金属板には、空気を取り込むための開口孔が多数形成されている。また、アノード側には、水素ガス等の燃料ガスが供給されるように構成されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２６８１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料電池の小型化を実現するためには、燃料電池を構成する単位セルの小型化を図ることは当然重要であるが、その他の燃料ガス発生ユニットや、燃料ガス発生ユニットが発生した燃料ガスを単位セルに供給するためのガス配管などを空間に効率よく（無駄なスペースを生じさせることなく）配置する必要がある。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、燃料電池を構成する各ユニットを効率よく配置することで燃料電池全体の小型化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため本発明に係る燃料電池は、
発電用に設けられた少なくとも１つの単位セルを備えた発電ユニットと、
この単位セルに供給する燃料ガスを発生する燃料ガス発生ユニットと、
燃料ガス発生ユニットを着脱自在に接続するためのユニット接続部と、
燃料ガス発生ユニットにより発生した燃料ガスをユニット接続部から発電ユニットへと供給するためのガス配管部とを備え、
発電ユニットが配置される方形状の第１配置空間の第１辺に隣接して、燃料ガス発生ユニットが配置される方形状の第２配置空間の第１辺を隣接させ、第１配置空間の第１辺に直交する第２辺の側、及び、第２配置空間の第１辺に直交する第２辺の側に形成される配置空間に、それぞれ、前記ガス配管部と前記ユニット接続部を配置したことを特徴とするものである。
【０００８】
かかる構成による燃料電池の作用・効果を説明する。この燃料電池は、発電ユニット、燃料ガス発生ユニット、ユニット接続部、ガス配管部を少なくとも備えている。これらのユニットを与えられた配置空間に効率よく配置する。発電ユニットは、方形状（正方形状あるいは長方形状）の第１配置空間に配置される。発電ユニットを構成する単位セルは、通常は平面視で方形であることから、かかる第１配置空間に発電ユニットを効率よく配置する。この第１配置空間に隣接して同じく方形状の第２配置空間が配置され、ここに燃料ガス発生ユニットが配置される。燃料ガス発生ユニットの外観形状を方形状の第２配置空間に合わせることで、無駄なスペースを生じさせることなく、燃料ガス発生ユニットを効率よく配置することができる。
【０００９】
また、第１配置空間と第２配置空間の第２辺側に、それぞれ、ガス配管部とユニット接続部が配置される。かかる構成によれば、ユニット接続部は、燃料ガス発生ユニットをスムーズに接続する位置に配置され、ユニット接続部から発電ユニットに至るまでのガス配管も最短距離で効率よくは位置することができる。その結果、燃料電池を構成する各ユニットを効率よく配置することで燃料電池全体の小型化を図ることができる。
【００１０】
本発明に係る燃料ガス発生ユニットは、
円筒形の本体部と、
本体部の一端側に設けられ、ユニット接続部に連結される連結部と、
本体部の内部に設けられ、水と反応することで燃料ガスを発生するガス反応部と、
本体部の他端側に設けられ、ガス反応部に供給する水が収容される水収容部と、
水収容部内の水を供給方向に付勢する付勢手段とを備えていることが好ましい。
【００１１】
燃料ガス発生ユニットは円筒形の本体部を備えており、方形状の第２配置空間に無駄なくユニットを収容する形状とすることができる。本体部の内部には、水と反応することで燃料ガスを発生するガス反応部を備えており、発生した燃料ガスは、ユニット接続部及びガス配管部を介して発電ユニットへと供給される。ガス反応部には、例えば、アルミニウムの粉末を収容させておき、これを水と反応させることで、燃料ガスとして水素ガスを発生する。水は、本体部の他端側に設けられた水収容部に収容される。また、水収容部内の水をガス反応部内に供給できるようにするため、水を供給方向に付勢する付勢手段（例えば、コイルスプリング）を備えている。これにより、水を確実にガス反応部内に供給することができる。また、燃料ガス発生ユニットは、円筒形の本体部の両端に連通部と水収容部が配置された構造であるため、まとまった外観形状とすることができ、第２配置空間内に無駄なスペースを生じさせることなく配置することができる。
【００１２】
本発明において、水収容部を構成するケース部材には、本体部の他端側に螺合されるネジが形成され、ネジによる螺合の程度により水の供給量が調整可能に構成されていることが好ましい。
【００１３】
水収容部を構成するケース部材には、ネジが形成されており、このネジを利用して本体部の他端側に結合することができる。また、ねじ込む際の螺合の程度（ネジの回転量等）により水の供給量を調整することができる。これにより、適切な量の水をガス反応部に供給できるようにすることができる。
【００１４】
本発明に係る、単位セルは、板状の固体高分子電解質と、その両側に配置されるカソード側電極板及びアノード側電極板と、これら電極板の更に外側に配置されるカソード側金属板及びアノード側金属板と、カソード側金属板に多数形成される空気を取り込むための開口孔とを有し、
単位セルの開口孔が外観表面側を向くように支持基板に搭載すると共に、支持基板の裏面側に回路基板を配置したことが好ましい。
【００１５】
かかる構成による単位セルは、板状に形成されるため、薄型化及び小型化を図るのに好適な形状を有している。この単位セルのカソード側には、空気を取り込むための多数の開口孔が形成されている。この単位セルを支持基板に搭載して第１配置空間に配置するに際して、多数の開口孔が外観表面側を向くように配置する。これにより、外部から空気を取り込むための経路を容易に確保することができる。また、支持基板の裏面側に回路基板を配置するようにすることで、基板配置を無駄なスペースを生じさせることなく行なうことができる。回路基板には、例えば、昇圧回路や安定化回路などが搭載され、電源供給端子へと接続される。
【００１６】
上記課題を解決するため本発明に係る電源供給システムは、本発明の燃料電池と、この燃料電池により電源供給を受ける機器とから構成される。
【００１７】
機器としては、ノートパソコン、ＰＤＡ、携帯電話等が例としてあげられるが、特定の機器に限定されるものではない。また、燃料電池は、機器の電源端子に直接着脱するものでもよいし、接続コードを介して接続するものでもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る燃料電池の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、携帯電話と燃料電池からなる電源供給システムを示す。燃料電池Ｆは、携帯電話１００内に収容されている二次電池を充電するための充電ユニットとして使用される。燃料電池Ｆには、電源供給端子１０が設けられ、携帯電話１００には充電端子１０１が設けられる。具体的には、これらの端子をＵＳＢ端子で構成することができ、ＵＳＢコードで接続することで、燃料電池Ｆにより携帯電話１００内の二次電池を充電させることができる。
【００１９】
燃料電池Ｆには、水素カートリッジ１１（燃料ガス発生ユニットに相当）が着脱自在に設けられており、その外観形状は円筒形あるいは略円筒形である。また、外観ケースには、多数の小さな開口窓１２が形成されており、これは内部の単位セルのカソード側が空気を取り込むために設けられている。
【００２０】
＜内部構成＞
次に、図１に示す燃料電池Ｆの内部構成を図２の斜視図及び図３の概念図により説明する。水素カートリッジ１１は、円筒形の本体部１１０を有し、その一端側には、連結用のネジ１１１（連結部に相当）が形成され、ユニット接続部１３にネジ結合される。本体部１１０の内部はガス反応部１１２として機能するものであり、水と反応して水素ガスを発生するアルミニウムの粉末が収容されている。本体部１１０の他端側には、水収容部１１３が設けられ、アルミニウムと反応する水が収容される。ガス反応部１１２と水収容部１１３の境界には隔壁１１４が設けられ、その中央には水を通過させるための連通孔１１４ａが設けられる。連通孔１１４ａは、適切な量の水が供給できるような大きさに設定される。
【００２１】
ガス反応部１１２側の隔壁１１４には給水紙１４が挿入されており、この給水紙１４を介して水がアルミニウムへと供給される。給水紙１４を介することで、大量の水が供給されることを抑制し、適量の水を供給するように制御する。給水紙１４は、毛細管現象により水を吸い上げることができ、濾紙などが使用される。水収容部１１３には、ケース部材１１５が設けられ、本体部１１０の他端側に形成されたネジ１１０ａと螺合するネジ１１５ａが内側に形成される。ケース部材１１５は、本体部１００よりも若干大きな円筒形を有しており、つまみ１１５ｂが外観に設けられている。このつまみ１１５ｂを操作することで、ケース部材１１５を本体部１１０に対して着脱することができる。
【００２２】
ケース部材１１５内には加圧プレート１１６とコイルスプリング１１７（付勢手段に相当）が設けられ、水収容部１１３内の水をガス反応部１１２側へ付勢する。これにより、水に対して常時供給側に力が作用することになり、水を確実にガス反応部１１内に供給することができる。水収容部１１３内の水が全て消費された場合、ケース部材１１５を外して水を収容させることができる。また、ケース部材１１５をねじ込む量を変えることで、押圧力を調整することができ、適切な量の水が供給できるように設定することができる。つまみ１１５ｂを操作することで、ねじ込み量の調整を行うことができる。
【００２３】
ガス反応部１１２内のアルミニウム粉末も消耗品であり、消費した場合には、新たなアルミニウム粉末を収容することができる。ただし、水素カートリッジ１１ごと新しいものと交換するようにしてもよい。この場合、使用済みの水素カートリッジ１１は回収して再利用することが好ましい。
【００２４】
接続配管部１５（ガス配管部）は、水素カートリッジ１１により生成された水素ガスを発電ユニットＷへ供給するためのガス配管１６を備えている。ガス配管１６の途中には圧力センサー１７が設けられており、ガス配管１６におけるガス圧を検出する。
【００２５】
安全弁１８は、配管内に所定以上の圧力が作用しないようにするものであり、例えば、５０ｋＰａ以上の内圧が作用するとリークするように設定される。耐圧膜１９は、単位セルの内圧が所定範囲となるように機能するものであり、例えば、１０〜２０ｋＰａとなるように設定し、単位セルを保護すると共に、充電量を制御することもできる。耐圧膜１９は、ＰＴＦＥ等の高い圧力損失が生じる膜を用いることができる。
【００２６】
発電ユニットＷとして、４つの単位セルＵ（燃料電池セル）が配置される。図２に示すように手前側に２つの単位セルＵが配置され、奥側に２つの単位セルＵが配置される。これらの単位セルＵは、電気的に直列接続される。単位セルＵの接続個数は使用目的等に応じて決めることができるものであり、本実施形態に限定されるものではない。各単位セルＵのガス流路は配管２０により直列接続されており、水素カートリッジ１１が発生した水素ガスは、上流側から下流側の単位セルＵへと順番に供給されることになる。最も下流側にある単位セルＵに接続される配管２１には、圧力調整弁２２が設けられ、耐圧膜１９と同様に、単位セルＵの内圧が所定範囲となるように設定する。圧力調整弁２２の下流側は、待機に開放された状態になる。なお、ガス流路については、直列接続でなくてもよく、並列接続や、直列接続と並列接続の組み合わせで構成してもよい。
【００２７】
回路基板２３には、制御回路２３ａ、昇圧回路２３ｂ、安定化回路２３ｃなどが搭載される。制御回路２３ａは、圧力センサー１７により検出された圧力値に基づいて、電気出力の大きさを制御する。昇圧回路２３ｂは、単位セルＵによる出力電圧を所定の電圧値にまで昇圧させて、携帯電話の電池を充電するのに適切な電圧となるようにする。安定化回路２３ｃは、電気出力が安定した状態で供給できるように作用する。
【００２８】
＜配置構成＞
次に、燃料電池Ｆ内の各部材の配置構成について説明する。図２及び図３に示す内部構成を配置空間に分けて考えると、図４に示すように大きく５つの配置空間Ｓ１〜Ｓ５に分割することができる。第１配置空間Ｓ１は、平面視で方形状（図例では長方形）であり、ここに、発電ユニットＷが配置される。発電ユニットＷを構成している単位セルＵは平面視で矩形であるから、第１配置空間Ｓ１内に無駄なく収めることができる。
【００２９】
第１配置空間Ｓ１に隣接して第２配置空間Ｓ２が設定されており、ここに水素カートリッジ１１が配置される。第２配置空間Ｓ２も方形状であり、第１配置空間Ｓ１の第１辺Ｌ１１と、第２配置空間の第１辺Ｌ２１とがちょうど隣接する（あるいは一致する）関係にある。水素カートリッジ１１は、全体的に細長い円筒形に形成されているから、第２配置空間Ｓ２内に無駄なスペースを生じさせることなく収容することができる。本実施形態では、水素カートリッジ１１は円筒形であるが、これに限定されるものではなく、断面正方形の直方体等に形成してもよい。あるいは、断面が異形の棒状カートリッジとしてもよい。
【００３０】
第３配置空間Ｓ３には、ユニット接続部１３が配置され、第２配置空間Ｓ２の第２辺Ｌ２２側に位置している。これにより、水素カートリッジ１１の本体部１１０の一端側にネジ１１１を設けることで、ユニット接続部１３へ容易に接続できる構造とすることができ、無駄なスペースを生じさせることなく、水素カートリッジ１１の接続構造を設けることができる。
【００３１】
第４配置空間Ｓ４には、接続配管部１５が配置され、第１配置空間Ｓ１の第２辺Ｌ１２側に位置している。第１配置空間Ｓ１の第２辺Ｌ１２と、第２配置空間Ｓ２の第２辺Ｌ２２は、ちょうど一直線あるいはほぼ直線上にあり、第３配置空間Ｓ３と第４配置空間Ｓ４も隣接して配置することができる。従って、ユニット接続部１３から発電ユニットＷへのガス配管を最短距離で配置することが可能であり、また、配管周辺に設けられる圧力センサー１７や安全弁１８などもまとめて配置することができる。
【００３２】
第１配置空間Ｓ１の第２辺Ｌ１２側には、更に第５配置空間Ｓ５が設けられ、ここに電源供給端子１０が設けられる。第５配置空間Ｓ５は、第４配置空間Ｓ４に隣接している。以上のように、各部材の配置空間Ｓ１〜Ｓ５を設定することで、各部材を無駄なスペースを生じさせることなく効率よく配置することができる。
【００３３】
＜単位セルの構成＞
次に、本発明に係る燃料電池Ｆに搭載される単位セルＵの好適な実施形態を図面を用いて説明する。図５は、単位セルの一例を示す組み立て斜視図であり、図６は、図５に示す単位セルの縦断面図である。
【００３４】
本発明の燃料電池セルは、図５〜図６に示すように、板状の固体高分子電解質１と、その固体高分子電解質１の一方側に配置されたカソード側電極板２と、他方側に配置されたアノード側電極板３とを備えるものである。また、これら電極板２，３のさらに外側には、カソード側金属板４とアノード側金属板５とが設けられる。本実施形態では、アノード側金属板５に、エッチングにより燃料の流路溝９が形成され、アノード側金属板５とカソード側金属板４の周縁部がエッチングにより他の部分より厚みを薄くしてある例を示す。
【００３５】
固体高分子電解質１としては、従来の固体高分子膜型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。固体高分子電解質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。
【００３６】
電極板２，３（ガス拡散板）は、ガス拡散層としての機能を発揮して、燃料ガスや、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使用できる。電極板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１と接する内面２ｂ，３ｂに少なくとも担持させるのが好ましい。
【００３７】
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。一般に、電極板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。
【００３８】
一般に、電極板２，３や固体高分子電解質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。また、還元ガスの代わりに、メタノールやジメチルエーテル等を用いることもできる。
【００３９】
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電極２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。
【００４０】
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。
【００４１】
電極板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、５０〜５００μｍが好ましい。電極板２，３と固体高分子電解質１とは、予め接着、融着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、薄膜電極組立体（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。
【００４２】
カソード側電極板２の表面にはカソード側金属板４が配置され、アノード側電極板３の表面にはアノード側金属板５が配置される。アノード側金属板５には燃料の注入口５ｃ及び排出口５ｄが設けられ、更に本実施形態では、アノード側金属板５に流路溝９が設けられている。
【００４３】
カソード側金属板４には、空気中の酸素を供給するための多数の開口孔４ｃが設けられている。開口孔４ｃは、カソード側電極板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。但し、空気中の酸素の供給効率と、カソード側電極板２からの集電効果などを考慮すると、開口孔４ｃの面積はカソード側電極板２の面積の１０〜５０％であるのが好ましく、特に２０〜４０％であるのが好ましい。カソード側金属板４の開口孔４ｃ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口孔を設けてもよい。
【００４４】
金属板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、伸び、重量、弾性率、強度、耐腐食性、プレス加工性、エッチング加工性などの観点から、ステンレス板、ニッケルなどが好ましい。
【００４５】
アノード側金属板５に設けられる流路溝９は、電極板３との接触により水素ガス等の流路が形成できるものであれば何れの平面形状や断面形状でもよい。但し、流路密度、積層時の積層密度、屈曲性などを考慮すると、金属板５の一辺に平行な縦溝９ａと垂直な横溝９ｂを主に形成するのが好ましい。本実施形態では、複数本（図示した例では３本）の縦溝９ａが横溝９ｂに直列接続されるようにして、流路密度と流路長のバランスを取っている。
【００４６】
なお、このような金属板５の流路溝９の一部（例えば横溝９ｂ）を電極板３の外面に形成してもよい。電極板３の外面に流路溝を形成する方法としては、加熱プレスや切削などの機械的な方法でもよいが、微細加工を好適に行う上で、レーザ照射によって溝加工を行うことが好ましい。レーザ照射を行う観点からも、電極板２，３の基材としては、繊維質カーボンの集合体が好ましい。
【００４７】
金属板５の流路溝９に連通する注入口５ｃ及び排出口５ｄは、それぞれ１個又は複数を形成することができる。なお、金属板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、強度、伸び、重量、弾性率、ハンドリング性などを考慮すると、０．１〜１ｍｍが好ましい。金属板５に流路溝９を形成する方法としては、加工の精度や容易性から、エッチングが好ましい。エッチングによる流路溝９では、幅０．１〜１０ｍｍ、深さ０．０５〜１ｍｍが好ましい。また、流路溝９の断面形状は、略四角形、略台形、略半円形、Ｖ字形などが好ましい。
【００４８】
金属板４への開口孔４ｃの形成、金属板４，５の周辺部の薄肉化、金属板５への注入口５ｃ等の形成についても、エッチングを利用するのが好ましい。エッチングは、例えばドライフィルムレジストなどを用いて、金属表面に所定形状のエッチングレジストを形成した後、金属板４，５の種類に応じたエッチング液を用いて行うことが可能である。また、２種以上の金属の積層板を用いて、金属ごとに選択的にエッチングを行うことで、流路溝９の断面形状をより高精度に制御することができる。
【００４９】
図６に示す実施形態は、金属板４，５のカシメ部（周辺部）をエッチングにより厚みを薄くした例である。このように、カシメ部をエッチングして適切な厚さにすることで、カシメによる封止をより容易に行うことができる。この観点から、カシメ部の厚みとしては、０．０５〜０．３ｍｍが好ましい。
【００５０】
本発明では、金属板４，５の周縁は、電気的に絶縁した状態でカシメ（プレス曲げ加工に相当）により封止されている。電気的な絶縁は、絶縁材料６や固体高分子電解質１の周縁部、又はその両者を介在させることで行うことができる。本発明では、カシメを行う際、図６に示すように、金属板４，５の周縁によって固体高分子電解質１を挟持する構造が好ましく、絶縁材料６を介在させつつ固体高分子電解質１を挟持する構造がより好ましい。このような構造によると、電極板２，３の一方から他方へのガス等の流入を効果的に防止することができる。絶縁材料６の厚みとしては、薄型化の観点から、０．１ｍｍ以下が好ましい。なお、絶縁材料をコーティングすることにより、更なる薄型化が可能である（例えば絶縁材料６の厚み１μｍも可能）。
【００５１】
絶縁材料６としては、シート状の樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマー、セラミックスなどが使用できるが、シール性を高める上で、樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマーなどが好ましく、特にポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、フッ素樹脂、ポリイミドが好ましい。絶縁材料６は、金属板４，５の周縁に直接あるいは粘着剤を介して貼着したり、塗布したりして、予め金属板４，５に一体化しておくことも可能である。
【００５２】
カシメ構造としては、シール性や製造の容易性、厚み等の観点から図５に示すものが好ましい。つまり、一方の金属板５の周縁領域５ａを他方の周縁領域４ａより大きくしておき、絶縁材料６を介在させつつ、一方の金属板５の周縁領域５ａを他方の金属板４の周縁領域４ａを挟圧するように折り返したカシメ構造が好ましい。このカシメ構造では、プレス加工等によって、金属板４の周縁領域４ａに段差を設けておくのが好ましい。このようなカシメ構造自体は金属加工として公知であり、公知のカシメ装置によって、それを形成することができる。
【００５３】
図６には、注入口５ｃにジョイント用の金属製ピン５ｅが金属板５に対して取り付けられている。この取り付けは、カシメや圧入により行うことができる。このピン５ｅに対して、金属パイプ１０を圧入して取り付けることができる。この金属パイプ１０に対して更に樹脂性パイプ１１挿入することで、ガス供給流路を形成することができる（図５（ｂ）の分解斜視図も参照）。排出口５ｄについても、同じ構成を採用することができる。
【００５４】
また、図６に示すように、金属板４，５には、突出部４ｆ，５ｆが形成されており、これら突出部４ｆ，５ｆの内側に形成される空間には、電極板２，３が収容される。突出部４ｆ，５ｆは、金属板４，５を絞り加工（打ち出し加工）することで形成することができる。
【００５５】
＜発電ユニットの構成＞
次に、発電ユニットＷの構成について説明する。単位セルＵを支持するための支持基板３０が２枚設けられており、各支持基板３０にはそれぞれ２枚ずつの単位セルＵが搭載される。いずれの単位セルＵもカソード側に形成された多数の開口孔４ｃが外観表面側を向くように支持基板３０に支持される。図１に示すように、燃料電池Ｆの外観ケースには、開口窓１２が形成されており、この開口窓１２が形成される領域と開口孔４ｃが配置される領域とは対応している。
【００５６】
単位セルＵを支持基板３０に結合するためのコネクタ３５について説明する。コネクタ３５は、枠状押圧部３５ｂを備えており、その中央部には矩形の開口窓３５ａが形成されている。この開口窓３５ａにより、カソード側金属板４に形成された多数の開口孔４ｃが露出する。枠状押圧部３５ｂは、金属板４を支持基板３０の基板面の方向へ押圧する機能を有し、金属板４の外周領域を押圧する。枠状押圧部３５ｂは、金属板４の突出部４ｆ（図６参照）の周囲を押圧するようにしている。これにより、金属板４，５、電極板２，３、固体高分子電解質１の間にも適切な押圧力が作用し、これら部材間の接触を良好に保つようにしている。これにより、摩擦抵抗を減らすことができ、効率よく電気出力を取り出すことができる。
【００５７】
枠状押圧部３５ｂの両側には、一対の脚部３５ｃが一体的に形成されており、支持基板３０に形成されるカソード電極パターンと接続される。また、枠状押圧部３５ｂの四隅において、ネジ３６により支持基板３０にコネクタ３５が結合されるように構成される。すなわち、コネクタ３５には枠周囲に沿って雌ネジ３５ｄが形成されており、ネジ３６はこの雌ネジ３５ｄに螺合するように構成され、これにより、コネクタ３５を支持基板３０に引き付けるようにして結合する。従って、単位セルＵはコネクタ３５により支持基板３０に対して挟持される形で結合され、機械的及び電気的に接続される。
【００５８】
コネクタ３５の脚部３５ｃの高さは、接続すべき単位セルＵの高さ寸法を考慮して決めることができる。すなわち、適度の押圧力で単位セルＵを支持基板３０に押圧するように設定される。また、脚部３５ｃを設けることで、コネクタ３５としての強度を確保することができる。
【００５９】
コネクタ３５は、真鍮等の金属プレートを曲げ加工することで製造することができ、必要に応じて接触抵抗を減らすためのメッキ処理が施される。コネクタ３５の厚みは０．５ｍｍ程度であり、単位セルＵを含めた全体の厚みが大きくならないようにしている。なお、厚み寸法は、単位セルＵの大きさに応じて設定できるものである。
【００６０】
図示はしないが、支持基板３０には、カソード電極パターン（＋）とアノード電極パターン（−）が形成されている。カソード電極パターン（＋）には、コネクタ３５の脚部３５ｃが接触する。これにより、カソード側金属板４とカソード電極パターンとが電気的に接続される。ネジ３６によりコネクタ３５を結合しているため、パターンとの電気的接触を確実に確保することができる。なお、コネクタ３５と支持基板３０の結合は、上記に限定されるものではなく、ボルト・ナットやハンダ付けにより行なってもよい。
【００６１】
また、２枚の支持基板３０の間には、前述の回路基板２３が配置される。これらの基板をユニット化するために、支柱３７、ボルト３８、ナット３９が設けられる。これにより、基板をユニット化することができ、第１配置空間Ｓ１内に発電ユニットＷを効率よく配置することができる。２つの支持基板３０に配置される単位セルＵ間の電気的接続は、リード線により行なってもよいし、支柱３７を利用して電気的接続を行なうようにしてもよい。
【００６２】
＜別実施形態＞
燃料電池Ｆの実施形態を説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく種々の変形例や応用例が可能である。支持基板３０の枚数について２枚の構成例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、１枚あるいは３枚以上の支持基板３０により構成してもよい。また、１枚の支持基板３０に搭載される単位セルＵの数についても、特に限定されるものではなく、任意の個数を載せることができる。燃料電池Ｆが使用される機器に応じて、単位セルＵの個数を決めることができる。また、単位セルＵの大きさについても、適宜決めることができる。
【００６３】
本発明に係る燃料電池Ｆが使用される機器については、携帯電話に特に好適ではあるが、これに限定されるものではなく、種々の機器に対して着脱自在に使用することができる。また、燃料電池Ｆの使用目的も、機器の主電源として使用しても良いし、機器に使用される二次電池を充電する目的で使用してもよい。また、燃料電池Ｆを機器に着脱する場合、直接機器（機器の外部に露出した端子）に装着するのではなく、接続コードを介して機器に接続する場合も、本発明に含まれるものである。また、電源供給端子２１としてＵＳＢ端子を例示したように、機器に対して着脱自在な形で提供することが好ましい。例えば、ＵＳＢ端子に着脱自在に装着可能なメモリと同じような使い勝手とすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】携帯電話と燃料電池からなる電源供給システムの構成を示す図
【図２】燃料電池の内部構成を示す斜視図
【図３】燃料電池の内部構成を示す概念図
【図４】配置空間を説明する図
【図５】本発明の燃料電池セルの一例を示す縦断面図
【図６】要部の構成を示す分解斜視図
【図７】発電ユニットの構成例を示す図
【符号の説明】
【００６５】
１        固体高分子電解質
２        カソード側電極板
３        アノード側電極板
４        カソード側金属板
４ｃ      開口孔
５        アノード側金属板
１０      電源供給端子
１１      水素カートリッジ
１３      ユニット接続部
１５      接続配管部
２３      回路基板
３０      支持基板
３５      コネクタ
Ｗ        発電ユニット
Ｆ        燃料電池
Ｕ        単位セル
Ｓ１〜Ｓ５        配置空間
Ｌ１１，Ｌ２１    第１辺
Ｌ２１、Ｌ２２    第２辺
【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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