(57)【要約】【課題】高い出力を発揮し、かつ長期安定性能に優れた小型の燃料電池を提供する。【解決手段】燃料極3と、酸化剤極2と、燃料極と酸化剤極との間に挟持された電解質膜4とが一体化してなる面状の複数の膜電極接合体5と、複数の膜電極接合体を取り囲むように複数の膜電極接合体を保持した非平面配置された複数の面を有する多面体形状の外装フレーム6と、接続部材を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と、酸化剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極との間に挟持された電解質膜とが一体化してなる面状の複数の膜電極接合体と、
前記複数の膜電極接合体を取り囲むように前記複数の膜電極接合体を保持した非平面配置された複数の面を有する多面体形状の外装フレームと、
を具備することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記外装フレームの前記膜電極接合体と対向する面には、前記酸化剤極の各々に酸化剤を供給するための通気孔が開口することを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記通気孔は、前記外装フレームの底面を除く他の面において開口することを特徴とする請求項２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記複数の膜電極接合体の燃料極に対して燃料をそれぞれ供給する燃料供給流路と、前記膜電極接合体の隣合う膜電極接合体の空気極集電体と燃料極集電体を電気的に導通する複数の接続部材と、前記接続部材と集電体とで形成される集電回路の両端に接続され、前記複数の膜電極接合体で発電された電力を取り出す出力取出し線と、をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の燃料電池。
【請求項５】
前記膜電極接合体の各々の面積が実質的に同じであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の燃料電池。
【請求項６】
前記外装フレームの形状が正多面体であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の燃料電池。
【請求項７】
前記外装フレームの形状が立方体または多角柱体であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の燃料電池。
【請求項８】
前記複数の集電体が前記接続部材により全て直列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の燃料電池。
【請求項９】
前記複数の集電体の一部が前記接続部材により直列に接続された第１の集電回路と、前記複数の集電体の他の一部が前記接続部材により直列に接続され、かつ前記第１の集電回路と並列に接続された第２の集電回路と、を有することを特徴とする請求項３記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電子機器の動作に有効な直接メタノール型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話等の各種電子機器は、半導体技術の発達と共に小型化され、燃料電池をこれらの小型機器用の電源に用いることが試みられている。燃料電池は、燃料と酸化剤を供給するだけで発電することができ、燃料のみを補充・交換すれば連続して発電できるという利点を有している。このため、小型化ができれば携帯電子機器の作動に極めて有利なシステムといえる。特に直接メタノール型燃料電池（DMFC；Direct Methanol Fuel Cell）は、エネルギー密度の高いメタノールを燃料に用い、メタノールから電極触媒上で直接電流を取り出せるため、小型化が可能であり、また燃料の取り扱いも水素ガス燃料に比べて容易なことから小型機器用電源として有望視され、携帯電話、携帯オーディオ、携帯ゲーム機、ノートパソコンなどのコードレス携帯電子機器に最適な電源としてその実用化が期待されている。
【０００３】
ところで、直接メタノール型燃料電池では、発電時に一対のアノード／カソード間に生成される単位電池の電位が低く、機器を動作させるために必要な出力電圧が不足することから、それを補うために複数対のアノード／カソードを直列に接続するいわゆる多電極の構成とする必要がある。しかし、複数対のカソード／アノードを直列に接続するために１つの平面上に並べて配置すると、占有面積が増大してしまい、電池が大型化する。
【０００４】
特許文献１および特許文献２は、携帯機器用電源として燃料電池を小型化するために、複数対のアノード／カソードを含む膜電極接合体（MEA；Membrane-Electrode Assembly）を環状に配置した多電極燃料電池をそれぞれ提案している。
【特許文献１】特開平９−１２９２５８号公報
【特許文献２】特開２００５−３５３５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の燃料電池は、全体の形状を環状にしているために転がりやすく、安定感に乏しい。また、環状の燃料電池は、両端が燃料供給路として開口しているため、この部分を発電に利用することができず、単位体積当たりの出力を増大させにくい。出力の増大を図るために環状電池を長手軸方向に延ばすことも考えられるが、電池が長くなると小型化の目的に反するばかりでなく、ますます転がりやすくなり安定感がなくなる。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、高い出力を発揮し、かつ長期安定性能に優れた小型の燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る燃料電池は、燃料極と、酸化剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極との間に挟持された電解質膜とが一体化してなる面状の複数の膜電極接合体と、前記複数の膜電極接合体を取り囲むように前記複数の膜電極接合体を保持した非平面配置された複数の面を有する多面体形状の外装フレームと、前記複数の膜電極接合体の燃料極に対して燃料をそれぞれ供給する燃料供給流路と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明において、外装フレームの膜電極接合体と対向する面には、酸化剤極の各々に酸化剤を供給するための通気孔が開口している。
【０００９】
そして、その通気孔は、外装フレームの底面を除く他の面において開口していることが望ましい。外装フレームの底面は床面等と接して実質的に酸化剤（空気）の供給ができないか又は制限されることが多く、酸化剤極側でのカソード反応が進行しないか又は抑制されるからである。このように１つの面（底面）のみを通気孔がない盲板とすることにより、電池の上下を識別しやすくなるという利点がある。但し、置き方（ユーザー側の取り扱い）の違いだけであるので、正多角形のようにどこが底面であるかが判然としない形状では全面に通気孔を形成して用いるようにしてもよい。
【００１０】
そして、本発明の燃料電池には、複数の膜電極接合体の燃料極に対して燃料をそれぞれ供給する燃料供給流路と、膜電極接合体の隣合う膜電極接合体の空気極集電体と燃料極集電体を電気的に導通する複数の接続部材と、前記複数の接続部材と、と接続部材と集電体とで形成される集電回路の両端に接続され、複数の膜電極接合体で発電された電力を取り出す出力取出し線と、を具備していることが望ましい。
【００１１】
本発明において、膜電極接合体の各々の面積が実質的に同じであることが望ましい。各面で発電される出力が同じ程度に揃い、インバータへの出力が安定するとともに、過負荷がなくなり、局部的な昇温による温度のばらつきがなくなるからである。このように各面の面積が等しい多面体には正多面体がある。正多面体として例えば図５の（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）にそれぞれ示す正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体、正二十面体、星型正十二面体等を用いることができる。さらに、本発明において、外装フレームの形状を立方体または多角柱体とすることができる。多角柱体として例えば図１、図５の（ｄ）（ｈ）（ｊ）にそれぞれ示す正六角柱体、正三角柱体、正五角柱体、星型５／２角柱体等を用いることができる。
【００１２】
本発明において、図４、図６、図７、図８（ａ）、図９にそれぞれ示すように、複数の角膜電極接合体を接続部材によりすべて直列に接続するようにしてもよい。このようにすべてを直列接続すると大きな電圧を得ることができる。また、図８（ｂ）に示すように、複数の膜電極接合体の一部が接続部材により直列に接続された第１の集電回路と、複数の膜電極接合体の他の一部が接続部材により直列に接続され、かつ第１の集電回路と並列に接続された第２の集電回路と、を有するようにしてもよい。このように発電部分を複数に分けて並列に接続すると大きな電流を得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ばらつきの少ない安定した発電出力が得られるようになり、携帯電話、携帯オーディオ、携帯ゲーム機、ノートパソコンなどのコードレス携帯電子機器などに優れた小型の電源を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための種々の形態を説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）  
第１の実施形態の燃料電池を図１〜図４を参照して説明する。本実施形態の燃料電池１は、図１と図２に示すように、外側が六角柱形状の外装フレーム６で覆われ、その中に直接メタノール燃料電池（DMFC）として発電出力するセル構造体が収納されている。セル構造体は、六角柱形状に組み立てられた複数の膜電極接合体５からなり、隣り合う膜電極接合体５の相互間は後述する接続部材１１ｃ〜１７ｃにより接続されている。セル構造体の中には燃料タンク８が収納されている。燃料タンク８は、燃料注入口８ａから液体燃料の供給を受け、分岐した複数の燃料供給流路９を介して各膜電極接合体５に液体燃料（メタノール溶液）を分配供給するものである。なお、燃料タンク８は、取り付け取り外しが容易な交換方式のカートリッジとしてもよい。
【００１６】
燃料供給方式は、図２に示すように燃料タンク８から燃料供給流路９の毛管力のみを利用して燃料を輸送するパッシブ方式としてもよいし、また、図３に示すように燃料タンク８１に超小型のポンプ８２を取り付けて、主流路９ａと分岐流路９ｂを介して燃料を輸送するセミパッシブ方式としてもよい。セミパッシブ方式の燃料電池は、燃料タンク８１から各膜電極接合体５に供給された燃料は発電反応に使用され、その後に循環して燃料タンク８１に戻されることはない。セミパッシブ方式の燃料電池は、燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。ポンプ８２および燃料タンク８１は、燃料電池本体に内蔵させることが好ましいが、外付けとしてもよい。ポンプ８２の種類は特に限定されるものではないが、少量の液体燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、電気浸透流ポンプ（ＥＯポンプ）、ロータリーポンプ（ロータリーベーンポンプ）、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。電気浸透流ポンプは電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ロータリーポンプはモータで羽を回転させて送液するものである。ダイアフラムポンプは電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。
【００１７】
また送液量を安定して実現する上でも、ポンプ８２には電気浸透流ポンプやダイアフラムポンプを適用することが好ましい。なお、ポンプ８２の動作は図示しない制御回路により制御されるようになっている。
【００１８】
外装フレーム６は、燃料電池本体の外面を覆うカバープレートとして機能するばかりでなく、内部のセル構造体や燃料タンク８（８１）を支持固定する構造材としても機能する部材である。このような機能部材としての外装フレーム６の材料には、例えばステンレス鋼のような金属材料を用いることが好ましく、またポリオキシメチレンのようなポリアセタール系のエンジニアリングプラスチックを用いることも好ましい。さらに、耐衝撃性に優れるセラミック材料を外装フレーム６に用いることもできる。
【００１９】
外装フレーム６と膜電極接合体５とはネジ止め締結及び／又は端部かしめ加工され、これによりセル構造体と外装フレーム６とが一体化されている。また、セル構造体の内部の適所には図示しないシール部材（Ｏリングなど）が設けられ、外装フレーム６と膜電極接合体５との間が液密にシールされ、内部の液体燃料が外部に漏れ出さないようにされている。
【００２０】
図２と図４に示すように、燃料電池１は、周面に６つの膜電極接合体１２〜１７を、上面に１つの膜電極接合体１１を、底面１８に盲板を有している。膜電極接合体１１〜１７は、カソード（酸化剤極）２が外側に、アノード（燃料極）３が内側になるようにそれぞれ配置されている。外装フレーム６の各面には、外部から酸化剤（空気）を導入するために、底面１８を除いて、複数の通気孔７がそれぞれ開口している。空気は、これらの通気孔７を通って内部に入り、任意に配置される図示しない保湿板を透過して、膜電極接合体５（１１〜１７）のカソード２に供給される。
【００２１】
膜電極接合体５（１１〜１７）は、カソード触媒層およびカソードガス拡散層からなるカソード２と、アノード触媒層およびアノードガス拡散層からなるアノード３と、カソード２とアノード３との間に挟持されるプロトン伝導性の電解質膜４とを備えている。カソード触媒層及びアノード触媒層に含有される触媒としては、例えば、白金族元素の単体金属（Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等）、白金族元素を含有する合金などを挙げることができる。アノード触媒には、メタノールや一酸化炭素に対する耐性の強いＰｔ−Ｒｕ、カソード触媒には、白金を用いることが望ましいが、これに限定されるものでは無い。また、炭素材料のような導電性担持体を使用する担持触媒を使用しても、あるいは無担持触媒を使用してもよい。
【００２２】
電解質膜４は、アノード３のアノード触媒層において発生したプロトンをカソード触媒層に輸送するためのものであり、電子伝導性を持たず、プロトンを輸送することが可能な材料により構成されている。例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂（例えば、パーフルオロスルホン酸重合体）、スルホン酸基を有するハイドロカーボン系樹脂、タングステン酸やリンタングステン酸などがあげられるが、具体的には、デュポン社製のナフィオン膜（登録商標）、旭硝子社製のフレミオン膜（登録商標）、あるいは旭化成工業社製のアシプレックス膜（登録商標）などにより構成されている。なお、ポリパーフルオロスルホン酸系の樹脂膜以外にも、トリフルオロスチレン誘導体の共重合膜、リン酸を含浸させたポリベンズイミダゾール膜、芳香族ポリエーテルケトンスルホン酸膜、あるいは脂肪族炭化水素系樹脂獏などプロトンを輸送可能な電解質膜４を構成するようにしてもよい。
【００２３】
カソード触媒層はカソードガス拡散層上に積層され、アノード触媒層はアノードガス拡散層上に積層されている。カソードガス拡散層はカソード触媒層に酸化剤を均一に供給する役割を担うものであるが、カソード触媒層の集電体も兼ねている。一方、アノードガス拡散層はアノード触媒層に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層の集電体も兼ねている。
【００２４】
任意に配置される気液分離膜（図示せず）は、燃料タンク８（８１）から膜電極接合体に供給される液体燃料（例えばメタノール溶液）の気化成分のみを透過させて燃料極に燃料を供給させるものであり、液体燃料そのものは透過させない性質を有するものである。気液分離膜には例えばシリコンシートやＰＴＦＥ膜などの多孔膜を用いる。ここで、液体燃料の気化成分とは、液体燃料として液体のメタノールを使用した場合は気化したメタノールを意味し、液体燃料としてメタノール水溶液を使用した場合にはメタノールの気化成分と水の気化成分からなる混合ガスを意味する。
【００２５】
ちなみに、本発明の燃料電池に使用される液体燃料は、燃料濃度が８０モル％を超える高濃度メタノール水溶液または純メタノール液であることが望ましい。燃料濃度が８０モル％以下では出力が低下しやすく、液体燃料の供給頻度が増加するからである。
【００２６】
なお、液体燃料としては、必ずしもメタノール燃料に限られるものではなく、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、もしくはその他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料電池に応じた液体燃料が使用される。特に燃料濃度が８０モル％を超えるメタノール水溶液または純メタノール液であることが好適である。
【００２７】
なお、膜電極接合体５（１１〜１７）へ供給される液体燃料の蒸気においても、全て液体燃料の蒸気を供給してもよいが、一部が液体状態で供給される場合であっても本発明を適用することができる。
【００２８】
燃料タンク８（８１）より輸送された燃料は、膜電極接合体５（１１〜１７）のアノード３に供給される。膜電極接合体５（１１〜１７）内において、燃料はアノードガス拡散層にて拡散してアノード触媒層に供給される。液体燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層で下式（１）に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層で生成した水や電解質膜中の水をメタノールと反応させて下式（１）の内部改質反応を生起させる。あるいは、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。
【００２９】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-  …(1)
この反応で生成した電子（ｅ-）は集電体を経由して外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、カソード２に導かれる。また、式（１）の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ+）は電解質膜を経てカソードに導かれる。カソードには酸化剤として空気が供給される。カソードに到達した電子（ｅ-）とプロトン（Ｈ+）は、カソード触媒層で空気中の酸素と下式（２）にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。
【００３０】
６ｅ-＋６Ｈ+＋（３／２）Ｏ2  →  ３Ｈ2Ｏ  …(2)
上述した燃料電池の発電反応において、発電する電力を増大させるためには触媒反応を円滑に行わせると共に、膜電極接合体５（１１〜１７）の電極全体をより有効に発電に寄与させることが重要となる。
【００３１】
次に図４を参照して燃料電池１内の集電回路について説明する。
【００３２】
正負一対の接続部材１１ａ，１１ｂが膜電極接合材１１の対辺のカソード３側に１１aをアノード側に１１ｂがそれぞれ取り付けられている。一対の接続部材１１ａ，１１ｂの相互間は膜電極接合体１１のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路１１cとなるように接続されている。カソード側の接続部材１１ａはカソード側の出力取出し線１９ａが接続され、さらに出力取出し線１９ａは図示しないインバータに接続されている。一方、アノード側の接続部材１１ｂは膜電極接合体１２のカソード接続部材１２ａに接続されている。
【００３３】
膜電極接合体１２の辺部と隅角部には正負一対のカソード側接続部材１２ａとアノード側接続部材１２ｂがそれぞれ取り付けられている。これら一対の接続部材１２ａ，１２ｂの間は膜電極接合体１２のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路１２ｃとなるように接続されている。さらにアノード側接続部材１２ｂは膜電極接合体１３のカソード側接続部材１３ａに接続されている。
【００３４】
膜電極接合体１３の対向する隅角部には正負一対のカソード側接続部材１３ａとアノード側接続部材１３ｂがそれぞれ取り付けられている。これら一対の接続部材１３ａ，１３ｂの間は膜電極接合体１３のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路１３ｃとなるように接続されている。さらにアノード側接続部材１３ｂは膜電極接合体１４のカソード側接続部材１４ａに接続されている。
【００３５】
同様に、膜電極接合体１４の対向する隅角部には正負一対のカソード側接続部材１４ａとアノード側接続部材１４ｂがそれぞれ取り付けられている。これら一対の接続部材１４ａ，１４ｂの間は膜電極接合体１４のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路１４ｃとなるように接続されている。さらにアノード側接続部材１４ｂは膜電極接合体１５のカソード側接続部材１５ａに接続されている。
【００３６】
同様に、膜電極接合体１５の対向する隅角部には正負一対のカソード側接続部材１５ａとアノード側接続部材１５ｂがそれぞれ取り付けられている。これら一対の接続部材１５ａ，１５ｂの間は膜電極接合体１５のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路１５ｃとなるように接続されている。さらにアノード側接続部材１５ｂは膜電極接合体１６のカソード側接続部材１６ａに接続されている。
【００３７】
同様に、膜電極接合体１６の対向する隅角部には正負一対のカソード側接続部材１６ａとアノード側接続部材１６ｂがそれぞれ取り付けられている。これら一対の接続部材１６ａ，１６ｂの間は膜電極接合体１６のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路１６ｃとなりように接続されている。さらにアノード側接続部材１６ｂは膜電極接合体１７のカソード側接続部材１７ａに接続されている。
【００３８】
同様に、膜電極接合体１７の対向する隅角部には正負一対のカソード側接続部材１７ａとアノード側接続部材１７ｂがそれぞれ取り付けられている。これら一対の接続部材１７ａ，１７ｂの間は膜電極接合体１７のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路１７ｃとなるように接続されている。さらにアノード側接続部材１７ｂはアノード側の出力取出し線１９ｂに接続され、さらに出力取出し線１９ｂは図示しないインバータに接続されている。
【００３９】
これらの接続部材１１ａ，１１ｂ，…１７ａ，１７ｂには、例えば金、ニッケルなどの電気特性と化学安定性に優れた金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）または箔体、あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材などをそれぞれ使用することができる。なお、この接続部材１１ｂと１２ａ、１２ｂと１３ａ，１３ｂと１４ａ，１４ｂと１５ａ，１５ｂと１６ａ、および１６ｂと１７ａは一体で形成されたものでも良い。
【００４０】
また、膜電極接合体のカソード及びアノードのカソードのカソードガス拡散層及びアノードガス拡散層の各触媒層と反対の面にはそれぞれカソード集電体及びアノード集電体を配置しても良い。これら集電体は、接続部材と同様の材料を使用することができる。
【００４１】
なお、本発明の燃料電池を、上記の六角柱体以外の他の多角柱体として例えば図５の（ｄ）（ｈ）（ｊ）にそれぞれ示す正三角柱体、正五角柱体、星型５／２角柱体とすることも可能である。また、本発明の燃料電池を、正多面体として例えば図５の（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）にそれぞれ示す正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体、正二十面体、星型正十二面体とすることも可能である。
【００４２】
（第２の実施の形態）  
次に、図６と図５（ａ）を参照して第２の実施形態の燃料電池１Ａを参照して説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００４３】
本実施形態の燃料電池１Ａは形状を正四面体としている。燃料電池１Ａ内の集電回路において、三角形状の膜電極接合体２１の２つの隅角部に正負一対のカソード側接続部材２１ａとアノード側接続部材２１ｂがそれぞれ取り付けられている。一対の接続部材２１ａ，２１ｂの相互間は膜電極接合体２１のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路２１ｃとなるように接続されている。カソード側接続部材２１ａは正極側の出力取出し線２９ａが接続され、さらに出力取出し線２９ａは図示しないインバータに接続されている。一方、アノード側の接続部材２１ｂは膜電極接合体２２のカソード側接続部材２２ａに接続されている。
【００４４】
膜電極接合体２２の２つの隅角部には正負一対のカソード側接続部材２２ａとアノード側接続部材２２ｂがそれぞれ取り付けられている。これら一対の接続部材２２ａ，２２ｂの間は膜電極接合体２２のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路２２ｃとなるように接続されている。さらにアノード側接続部材２２ｂは膜電極接合体２３のカソード側接続部材２３ａに接続されている。さらにアノード側接続部材２３ｂはアノード側の出力取出し線２９ｂに接続され、さらに出力取出し線２９ｂは図示しないインバータに接続されている。
【００４５】
（第３の実施の形態）  
次に、図７と図５（ｂ）を参照して第３の実施形態の燃料電池１Ｂを参照して説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００４６】
本実施形態の燃料電池１Ｂは形状を正六面体（立方体）としている。燃料電池１Ｂ内の集電回路において、正方形状の膜電極接合体３１の対向する２つの隅角部に正負一対のカソード側接続部材３１ａとアノード側接続部材３１ｂがそれぞれ取り付けられている。一対の接続部材３１ａ，３１ｂの相互間は膜電極接合体３１のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路３１ｃとなるように接続されている。カソード側接続部材３１ａはカソード側の出力取出し線３９ａが接続され、さらに出力取出し線３９ａは図示しないインバータに接続されている。一方、アノード側接続部材３１ｂは膜電極接合体３２のカソード側接続部材３２ａに接続されている。
【００４７】
膜電極接合体３２の隣り合う２つの隅角部には正負一対のカソード側接続部材３２ａとアノード側接続部材３２ｂがそれぞれ取り付けられている。これら一対の接続部材３２ａ，３２ｂの間は膜電極接合体３２のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路３２ｃとなるように接続されている。さらにアノード側接続部材３２ｂは膜電極接合体３３のカソード接続部材３３ａに接続されている。
【００４８】
膜電極接合体３３の対向する２つの隅角部には正負一対のカソード側接続部材３３ａとアノード側接続部材３３ｂがそれぞれ取り付けられている。これら一対の接続部材３３ａ，３３ｂの間は膜電極接合体３３のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路３３ｃとなるように接続されている。さらにアノード側の接続部材３３ｂは膜電極接合体３４のカソード側接続部材３４ａに接続されている。
【００４９】
同様に、膜電極接合体３４の対向する２つの隅角部には正負一対のカソード側接続部材３４ａとアノード側接続部材３４ｂがそれぞれ取り付けられている。これら一対の接続部材３４ａ，３４ｂの間は膜電極接合体３４のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路３４ｃとなるように接続されている。さらにアノード側の接続部材３４ｂは膜電極接合体３５のカソード側接続部材３５ａに接続されている。
【００５０】
膜電極接合体３５の隣り合う２つの隅角部には正負一対のカソード側接続部材３５ａとアノード側接続部材３５ｂがそれぞれ取り付けられている。これら一対の接続部材３５ａ，３５ｂの間は膜電極接合体３５のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路３５ｃとなるように接続されている。さらにアノード側接続部材３５ｂはアノード側の出力取出し線３９ｂに接続され、さらに出力取出し線３９ｂは図示しないインバータに接続されている。
【００５１】
（第４の実施の形態）  
次に、図８（ａ）と図５（ｃ）を参照して第４の実施形態の燃料電池１Ｃ1を参照して説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００５２】
本実施形態の燃料電池１Ｃ1は形状を正八面体としている。燃料電池１Ｃ1内の集電回路において、三角形状の膜電極接合体の隅角部と辺中央部に正負一対のカソード側接続部材４１ａとアノード側接続部材４１ｂがそれぞれ取り付けられている。一対の接続部材４１ａ，４１ｂの相互間は膜電極接合体４１のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路４１ｃとなるように接続されている。カソード側接続部材４１ａはカソード側の出力取出し線４９ａが接続され、さらに出力取出し線４９ａは図示しないインバータに接続されている。一方、アノード側接続部材４１ｂは膜電極接合体４２のカソード側接続部材４２ａに接続されている。
【００５３】
膜電極接合体４２の隣り合う２つの隅角部には正負一対のカソード側接続部材４２ａとアノード側接続部材４２ｂがそれぞれ取り付けられている。これら一対の接続部材４２ａ，４２ｂの間は膜電極接合体４２のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路４２ｃとなるように接続されている。さらにアノード側接続部材４２ｂは膜電極接合体４３のカソード側接続部材４３ａに接続されている。
【００５４】
膜電極接合体４３の隅角部と辺中央部とには正負一対のカソード側接続部材４３ａとアノード側接続部材４３ｂがそれぞれ取り付けられている。これら一対の接続部材４３ａ，４３ｂの間は膜電極接合体４３のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路４３ｃとなるように接続されている。さらにアノード側接続部材４３ｂは膜電極接合体４４のカソード側接続部材４４ａに接続されている。
【００５５】
同様に、膜電極接合体４４の隅角部と辺中央部とには正負一対のカソード側接続部材４４ａとアノード側接続部材４４ｂがそれぞれ取り付けられている。これら一対の接続部材４４ａ，４４ｂの間は膜電極接合体４４のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路４４ｃとなるように接続されている。さらにアノード側接続部材４４ｂは膜電極接合体４５のカソード側接続部材４５ａに接続されている。
【００５６】
同様に、膜電極接合体４５の隅角部と辺中央部とには正負一対のカソード側接続部材４５ａとアノード側接続部材４５ｂがそれぞれ取り付けられている。これら一対の接続部材４５ａ，４５ｂの間は膜電極接合体４５のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路４５ｃとなるように接続されている。さらにアノード側接続部材４５ｂは膜電極接合体４６のカソード側接続部材４６ａに接続されている。
【００５７】
同様に、膜電極接合体４６の隅角部と辺中央部とには正負一対のカソード側接続部材４６ａとアノード側接続部材４６ｂがそれぞれ取り付けられている。これら一対の接続部材４６ａ，４６ｂの間は膜電極接合体４６のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路４６ｃとなるように接続されている。さらにアノード側接続部材４６ｂは膜電極接合材４７のカソード側接続部材４７ａに接続されている。
【００５８】
同様に、膜電極接合体４７の隅角部と辺中央部とには正負一対のカソード側接続部材４７ａとアノード側接続部材４７ｂがそれぞれ取り付けられている。これら一対の接続部材４７ａ，４７ｂの間は膜電極接合体４７のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路４７ｃとなるように接続されている。さらにアノード側接続部材４７ｂはアノード側の出力取出し線４９ｂに接続され、さらに出力取出し線４９ｂは図示しないインバータに接続されている。
【００５９】
（第５の実施の形態）  
次に、図８（ｂ）と図５（ｃ）を参照して第５の実施形態の燃料電池１Ｃ2を参照して説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００６０】
本実施形態の燃料電池１Ｃ2は、形状を正八面体とし、さらに集電回路を２つの３直列の並列回路で構成している。燃料電池１Ｃ2の集電回路において、三角形状膜電極接合体の隅角部に正極のカソード側接続部材５１ａが取り付けられ、負極の接続部材５２ｂが膜電極接合体５２の隅角部に取り付けられている。一対のカソード接続部材５１ａとアノード接続部材５２ｂの相互間は膜電極接合体５１と５２のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路５１２によって接続されている。カソード側の接続部材５１ａはカソード側の出力取出し線５９ａが接続され、さらに出力取出し線５９ａは図示しないインバータに接続されている。
【００６１】
膜電極接合体５３の隅角部にはカソードの接続部材５３ａが取り付けられ、膜電極接合体５４の隅角部にはアノードの接続部材５４ｂが取り付けられている。一対のカソード接続部材５３ａとアノード接続部材５４ｂの相互間は膜電極接合体５３と５４のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路５２１によって接続されている。さらに正極の接続部材５３ａには上述したカソードの接続部材５１ａが内部接続状態を模式的に示した流路５１１により接続されている。
【００６２】
膜電極接合体５５の隅角部にはカソードの接続部材５５ａが取り付けられ、膜電極接合体５６の隅角部にはアノードの接続部材５６ｂが取り付けられている。一対のカソード側接続部材５５ａとアノード側接続部材５６ｂの相互間は膜電極接合体５５と５６のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路５３２によって接続されている。さらにカソードの接続５６には上述したアノードの接続部材５６ｂが膜電極接合体５２と５５のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路５２２により接続されている。また、さらにアノードの接続部材５６ｂにはアノード側の出力取出し線５９ｂが接続され、さらに出力取出し線５９ｂは図示しないインバータに接続されている。
【００６３】
第１〜第６の側面５１〜５６には通気孔７がそれぞれ等ピッチ間隔に開口しているが、底面５７，５８には通気孔は開口していない。
【００６４】
本実施形態の燃料電池１Ｃ2では、第１、第２、第５の膜電極接合体５１，５２，５５を直列に結ぶ第１の集電回路と、第３、第４、第６の膜電極接合体側面５３，５４，５６を直列に結ぶ第２の集電回路とを並列に出力取出し線５９ａ，５９ｂに接続し、各々で発電された出力を取り出すようにしている。なお、側面５７および底面５８にも膜電極接合体５を取り付け、集電電極と接続端子を追加して取り付け、第１および第２の集電回路に底面５７，５８をそれぞれ増設することもできる。この場合、側面５７および底面５８を通気孔７を有するカバープレート６で覆い、別体のスタンド等で通気坑を塞がない構造とする。このようにすると、２並列４直列の形態となり、取り出せる電圧を上げることができ、さらに発電効率を向上させることができる。
【００６５】
（第６の実施の形態）  
次に、図９と図５（ｄ）を参照して第６の実施形態の燃料電池１Ｄを参照して説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００６６】
本実施形態の燃料電池１Ｄは形状を三角柱体としている。燃料電池１Ｄ内の集電回路において、上面となる三角形状の膜電極接合体６１の隅角部と辺中央部とに正負一対のカソード側接続部材６１ａとアノード側接続部材６１ｂがそれぞれ取り付けられている。一対の接続部材６１ａ，６１ｂの相互間は膜電極接合体６１のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路６１ｃとなるように接続されている。カソード側接続部材６１ａはカソード側の出力取出し線６９ａが接続され、さらに出力取出し線６９ａは図示しないインバータに接続されている。一方、アノード側接続部材６１ｂは側面となる膜電極接合体６２のカソード側接続部材６２ａに接続されている。
【００６７】
膜電極接合体６２の対向する辺中央部には正負一対のカソード側接続部材６２ａとアノード側接続部材６２ｂがそれぞれ取り付けられている。これら一対の接続部材６２ａ，６２ｂの間は膜電極接合体６２のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路６２ｃとなるように接続されている。さらにアノード側接続部材６２ｂは膜電極接合体６３のカソード側接続部材６３ａに接続されている。
【００６８】
膜電極接合体６３の対向する２つの隅角部には正負一対のカソード側接続部材６３ａとアノード側接続部材６３ｂがそれぞれ取り付けられている。これら一対の接続部材６３ａ，６３ｂの間は膜電極接合体６３のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路６３ｃとなるよう接続されている。さらにアノード側接続部材６３ｂは膜電極接合体６４のカソード側接続部材６４ａに接続されている。
【００６９】
膜電極接合体６４の隅角部と辺中央部には正負一対のカソード側接続部材６４ａとアノード側接続部材６４ｂがそれぞれ取り付けられている。これら一対の接続部材６４ａ，６４ｂの間は膜電極接合体６４のカソード及びアノード間で内部接続状態を模式的に示した流路６４ｃとなるように接続されている。さらにアノード側接続部材６４ｂはアノード側の出力取出し線６９ｂに接続され、さらに出力取出し線６９ｂは図示しないインバータに接続されている。
【００７０】
以上、種々の実施の形態を挙げて説明したが、本発明は上記各実施の形態のみに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池を示す概略斜視図。
【図２】本発明の燃料電池に用いる燃料供給機構を模式的に示す内部透視断面図。
【図３】他の燃料供給機構を模式的に示す構成ブロック図。
【図４】本発明の実施形態に係る燃料電池を示す展開図。
【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）（ｊ）は、種々の非平面形状の多電極燃料電池をそれぞれ模式的に示す外観図。
【図６】本発明の他の実施形態に係る燃料電池を示す展開図。
【図７】本発明の他の実施形態に係る燃料電池を示す展開図。
【図８】（ａ）は本発明の他の実施形態に係る燃料電池（７直列）を示す展開図、（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る燃料電池（２並列３直列）を示す展開図。
【図９】本発明の他の実施形態に係る燃料電池を示す展開図。
【符号の説明】
【００７２】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ1，１Ｃ2，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｊ…燃料電池、
２…酸化剤極（カソード）、３…燃料極（アノード）、４…電解質膜（プロトン伝導膜）、
５、１１〜１７，２１〜２３，３１〜３５、４１〜４７，５１〜５７，６１〜６４…膜電極接合体（MEA）、
６…外装フレーム（カバープレート）、７…通気孔、
８，８１…燃料タンク（又は燃料カートリッジ）、８２…ポンプ、
９，９ａ，９ｂ…燃料供給流路、
１８，２４，３６，４８，５８，６５…底面、
１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，１２ｄ，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂ，４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂ，５１ａ，５２ｂ，５３ａ，５４ｂ，５５ａ，５６ｂ，６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６２ｄ，６３ａ，６４ａ，６４ｂ…接続部材、
１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ，１４ｃ，１５ｃ，１６ｃ，１７ｃ，２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ，３４ｃ，３５ｃ，４１ｃ，４２ｃ，４３ｃ，４４ｃ，４５ｃ，４６ｃ，４７ｃ，５１１，５１２，５２１，５２２，５３１，５３２，６１ｃ，６２ｃ，６３ｃ，６４ｃ…内部接続状態を模式的に示した流路、
１９ａ，１９ｂ，２９ａ，２９ｂ，３９ａ，３９ｂ，４９ａ，４９ｂ，５９ａ，５９ｂ，６９ａ，６９ｂ…出力取出し線。
【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】
2009129577.tif 000009
【図８】
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【図９】
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