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Patent Searching and Data


Title:
FUEL CELL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/066589
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a fuel cell comprising a plurality of plate-like membrane-electrode assemblies (5), in each of which a fuel electrode (3), an oxidant electrode (2) and an electrolyte membrane (4) sandwiched between the fuel electrode and the oxidant electrode are integrated, a polyhedral package frame (6) having a plurality of faces which are not planarly arranged and surround the membrane-electrode assemblies (5) in such a manner that the membrane-electrode assemblies (5) are enclosed and held in the package frame (6), and a connection member.

Inventors:
TAKIZAWA YUMIKO (JP)
MOMMA JUN (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/070515
Publication Date:
May 28, 2009
Filing Date:
November 11, 2008
Export Citation:
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Assignee:
TOSHIBA KK (JP)
TAKIZAWA YUMIKO (JP)
MOMMA JUN (JP)
International Classes:
H01M8/24; H01M8/02; H01M8/10
Foreign References:
JP2004281417A2004-10-07
JP2003282131A2003-10-03
JP3114148U2005-09-29
JP2008192503A2008-08-21
Attorney, Agent or Firm:
SUZUYE, Takehiko et al. (1-12-9 Toranomon, Minato-ku, Tokyo 01, JP)
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Claims:
 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。
 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に記載の燃料電池。
 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に記載の燃料電池。
 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に記載の燃料電池。
 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に記載の燃料電池。
 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に記載の燃料電池。
 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に記載の燃料電池。
 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に記載の燃料電池。
 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に記載の燃料電池。
Description:
燃料電池

 本発明は、携帯電子機器の動作に有効な 接メタノール型燃料電池に関する。

 近年、パーソナルコンピュータ、携帯電 等の各種電子機器は、半導体技術の発達と に小型化され、燃料電池をこれらの小型機 用の電源に用いることが試みられている。 料電池は、燃料と酸化剤を供給するだけで 電することができ、燃料のみを補充・交換 れば連続して発電できるという利点を有し いる。このため、小型化ができれば携帯電 機器の作動に極めて有利なシステムといえ 。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 タノールを燃料に用い、メタノールから電 触媒上で直接電流を取り出せるため、小型 が可能であり、また燃料の取り扱いも水素 ス燃料に比べて容易なことから小型機器用 源として有望視され、携帯電話、携帯オー ィオ、携帯ゲーム機、ノートパソコンなど コードレス携帯電子機器に最適な電源とし その実用化が期待されている。

 ところで、直接メタノール型燃料電池で 、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/ ソードを直列に接続するいわゆる多電極の 成とする必要がある。しかし、複数対のカ 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。

 特開平9-129258号公報および特開2005-353571号 公報は、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 を含む膜電極接合体(MEA;Membrane-Electrode Assembl y)を環状に配置した多電極燃料電池をそれぞ 提案している。

 しかし、従来の燃料電池は、全体の形状 環状にしているために転がりやすく、安定 に乏しい。また、環状の燃料電池は、両端 燃料供給路として開口しているため、この 分を発電に利用することができず、単位体 当たりの出力を増大させにくい。出力の増 を図るために環状電池を長手軸方向に延ば ことも考えられるが、電池が長くなると小 化の目的に反するばかりでなく、ますます がりやすくなり安定感がなくなる。

 本発明は上記の課題を解決するためにな れたものであり、高い出力を発揮し、かつ 期安定性能に優れた小型の燃料電池を提供 ることを目的とする。

 本発明に係る燃料電池は、燃料極と、酸 剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極との間 挟持された電解質膜とが一体化してなる面 の複数の膜電極接合体と、前記複数の膜電 接合体を取り囲むように前記複数の膜電極 合体を保持した非平面配置された複数の面 有する多面体形状の外装フレームと、前記 数の膜電極接合体の燃料極に対して燃料を れぞれ供給する燃料供給流路と、を具備す ことを特徴とする。

 本発明において、外装フレームの膜電極 合体と対向する面には、酸化剤極の各々に 化剤を供給するための通気孔が開口してい 。

 そして、その通気孔は、外装フレームの 面を除く他の面において開口していること 望ましい。外装フレームの底面は床面等と して実質的に酸化剤(空気)の供給ができな か又は制限されることが多く、酸化剤極側 のカソード反応が進行しないか又は抑制さ るからである。このように1つの面(底面)の を通気孔がない盲板とすることにより、電 の上下を識別しやすくなるという利点があ 。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。

 そして、本発明の燃料電池には、複数の 電極接合体の燃料極に対して燃料をそれぞ 供給する燃料供給流路と、膜電極接合体の 合う膜電極接合体の空気極集電体と燃料極 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 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 出す出力取出し線と、を具備していること 望ましい。

 本発明において、膜電極接合体の各々の 積が実質的に同じであることが望ましい。 面で発電される出力が同じ程度に揃い、イ バータへの出力が安定するとともに、過負 がなくなり、局部的な昇温による温度のば つきがなくなるからである。このように各 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5A、図5B、図5C、図5 E、図5F、図5Gにそれぞれ示す正四面体、正六 体、正八面体、正十二面体、正二十面体、 型正十二面体等を用いることができる。さ に、本発明において、外装フレームの形状 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5D、図5H、図5J 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。

 本発明において、図4、図6、図7、図8A、 9にそれぞれ示すように、複数の角膜電極接 体を接続部材によりすべて直列に接続する うにしてもよい。このようにすべてを直列 続すると大きな電圧を得ることができる。 た、図8Bに示すように、複数の膜電極接合 の一部が接続部材により直列に接続された 1の集電回路と、複数の膜電極接合体の他の 部が接続部材により直列に接続され、かつ 1の集電回路と並列に接続された第2の集電 路と、を有するようにしてもよい。このよ に発電部分を複数に分けて並列に接続する 大きな電流を得ることができる。

図1は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は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は他の燃料供給機構を模式的に示す 構成ブロック図。 図4は本発明の実施形態に係る燃料電池 を示す展開図。 図5Aは非平面形状の多電極燃料電池を 式的に示す外観図。 図5Bは非平面形状の多電極燃料電池を 式的に示す外観図。 図5Cは非平面形状の多電極燃料電池を 式的に示す外観図。 図5Dは非平面形状の多電極燃料電池を 式的に示す外観図。 図5Eは非平面形状の多電極燃料電池を 式的に示す外観図。 図5Fは非平面形状の多電極燃料電池を 式的に示す外観図。 図5Gは非平面形状の多電極燃料電池を 式的に示す外観図。 図5Hは非平面形状の多電極燃料電池を 式的に示す外観図。 図5Jは非平面形状の多電極燃料電池を 式的に示す外観図。 図6は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は本発明の他の実施形態に係る燃料 電池を示す展開図。 図8Aは本発明の他の実施形態に係る燃 電池(7直列)を示す展開図。 図8Bは本発明の他の実施形態に係る燃 電池(2並列3直列)を示す展開図。 図9は本発明の他の実施形態に係る燃料 電池を示す展開図。

 以下、添付の図面を参照して本発明を実 するための種々の形態を説明する。

 (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 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 燃料電池(DMFC)として発電出力するセル構造 が収納されている。セル構造体は、六角柱 状に組み立てられた複数の膜電極接合体5か 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 いる。燃料タンク8は、燃料注入口8aから液 燃料の供給を受け、分岐した複数の燃料供 流路9を介して各膜電極接合体5に液体燃料( 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 易な交換方式のカートリッジとしてもよい

 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 て燃料を輸送するパッシブ方式としてもよ し、また、図3に示すように燃料タンク81に 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 方式としてもよい。セミパッシブ方式の燃 電池は、燃料タンク81から各膜電極接合体5 供給された燃料は発電反応に使用され、そ 後に循環して燃料タンク81に戻されること ない。セミパッシブ方式の燃料電池は、燃 を循環しないことから、従来のアクティブ 式とは異なるものであり、装置の小型化等 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 ましいが、外付けとしてもよい。ポンプ82 種類は特に限定されるものではないが、少 の液体燃料を制御性よく送液することがで 、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 プ(ロータリーベーンポンプ)、ダイアフラ ポンプ、しごきポンプ等を使用することが ましい。電気浸透流ポンプは電気浸透流現 を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたも である。ロータリーポンプはモータで羽を 転させて送液するものである。ダイアフラ ポンプは電磁石や圧電セラミックスにより 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 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 ら、電気浸透流ポンプや圧電セラミックス 有するダイアフラムポンプを使用すること より好ましい。

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 ンプを適用することが好ましい。なお、ポ プ82の動作は図示しない制御回路により制 されるようになっている。

 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 持固定する構造材としても機能する部材で る。このような機能部材としての外装フレ 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 できる。

 外装フレーム6と膜電極接合体5とはネジ め締結及び/又は端部かしめ加工され、これ 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 が液密にシールされ、内部の液体燃料が外 に漏れ出さないようにされている。

 図2と図4に示すように、燃料電池1は、周 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 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 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。

 膜電極接合体5(11~17)は、カソード触媒層 よびカソードガス拡散層からなるカソード2 、アノード触媒層およびアノードガス拡散 からなるアノード3と、カソード2とアノー 3との間に挟持されるプロトン伝導性の電解 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 げることができる。アノード触媒には、メ ノールや一酸化炭素に対する耐性の強いPt-R u、カソード触媒には、白金を用いることが 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 する担持触媒を使用しても、あるいは無担 触媒を使用してもよい。

 電解質膜4は、アノード3のアノード触媒 において発生したプロトンをカソード触媒 に輸送するためのものであり、電子伝導性 持たず、プロトンを輸送することが可能な 料により構成されている。例えば、スルホ 酸基を有するフッ素系樹脂(例えば、パーフ 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 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 成するようにしてもよい。

 カソード触媒層はカソードガス拡散層上 積層され、アノード触媒層はアノードガス 散層上に積層されている。カソードガス拡 層はカソード触媒層に酸化剤を均一に供給 る役割を担うものであるが、カソード触媒 の集電体も兼ねている。一方、アノードガ 拡散層はアノード触媒層に燃料を均一に供 する役割を果たすと同時に、アノード触媒 の集電体も兼ねている。

 任意に配置される気液分離膜(図示せず) 、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 分のみを透過させて燃料極に燃料を供給さ るものであり、液体燃料そのものは透過さ ない性質を有するものである。気液分離膜 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。

 ちなみに、本発明の燃料電池に使用され 液体燃料は、燃料濃度が80モル%を超える高 度メタノール水溶液または純メタノール液 あることが望ましい。燃料濃度が80モル%以 では出力が低下しやすく、液体燃料の供給 度が増加するからである。

 なお、液体燃料としては、必ずしもメタ ール燃料に限られるものではなく、例えば タノール水溶液や純エタノール等のエタノ ル燃料、プロパノール水溶液や純プロパノ ル等のプロパノール燃料、グリコール水溶 や純グリコール等のグリコール燃料、ジメ ルエーテル、ギ酸、もしくはその他の液体 料であってもよい。いずれにしても、燃料 池に応じた液体燃料が使用される。特に燃 濃度が80モル%を超えるメタノール水溶液ま は純メタノール液であることが好適である

 なお、膜電極接合体5(11~17)へ供給される 体燃料の蒸気においても、全て液体燃料の 気を供給してもよいが、一部が液体状態で 給される場合であっても本発明を適用する とができる。

 燃料タンク8(81)より輸送された燃料は、 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。

  CH 3 OH+H 2 O → CO 2 +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 電気として携帯用電子機器等を動作させた 、カソード2に導かれる。また、式(1)の内部 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 ードには酸化剤として空気が供給される。 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 生成する。

  6e - +6H + +(3/2)O 2  → 3H 2 O …(2)
 上述した燃料電池の発電反応において、発 する電力を増大させるためには触媒反応を 滑に行わせると共に、膜電極接合体5(11~17) 電極全体をより有効に発電に寄与させるこ が重要となる。

 次に図4を参照して燃料電池1内の集電回 について説明する。

 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 。

 膜電極接合体12の辺部と隅角部には正負 対のカソード側接続部材12aとアノード側接 部材12bがそれぞれ取り付けられている。こ ら一対の接続部材12a,12bの間は膜電極接合体1 2のカソード及びアノード間で内部接続状態 模式的に示した流路12cとなるように接続さ ている。さらにアノード側接続部材12bは膜 極接合体13のカソード側接続部材13aに接続さ れている。

 膜電極接合体13の対向する隅角部には正 一対のカソード側接続部材13aとアノード側 続部材13bがそれぞれ取り付けられている。 れら一対の接続部材13a,13bの間は膜電極接合 13のカソード及びアノード間で内部接続状 を模式的に示した流路13cとなるように接続 れている。さらにアノード側接続部材13bは 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。

 同様に、膜電極接合体14の対向する隅角 には正負一対のカソード側接続部材14aとア ード側接続部材14bがそれぞれ取り付けられ いる。これら一対の接続部材14a,14bの間は膜 極接合体14のカソード及びアノード間で内 接続状態を模式的に示した流路14cとなるよ に接続されている。さらにアノード側接続 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。

 同様に、膜電極接合体15の対向する隅角 には正負一対のカソード側接続部材15aとア ード側接続部材15bがそれぞれ取り付けられ いる。これら一対の接続部材15a,15bの間は膜 極接合体15のカソード及びアノード間で内 接続状態を模式的に示した流路15cとなるよ に接続されている。さらにアノード側接続 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。

 同様に、膜電極接合体16の対向する隅角 には正負一対のカソード側接続部材16aとア ード側接続部材16bがそれぞれ取り付けられ いる。これら一対の接続部材16a,16bの間は膜 極接合体16のカソード及びアノード間で内 接続状態を模式的に示した流路16cとなりよ に接続されている。さらにアノード側接続 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。

 同様に、膜電極接合体17の対向する隅角 には正負一対のカソード側接続部材17aとア ード側接続部材17bがそれぞれ取り付けられ いる。これら一対の接続部材17a,17bの間は膜 極接合体17のカソード及びアノード間で内 接続状態を模式的に示した流路17cとなるよ に接続されている。さらにアノード側接続 材17bはアノード側の出力取出し線19bに接続 れ、さらに出力取出し線19bは図示しないイ バータに接続されている。

 これらの接続部材11a,11b,…17a,17bには、例 ば金、ニッケルなどの電気特性と化学安定 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 (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。

 また、膜電極接合体のカソード及びアノ ドのカソードのカソードガス拡散層及びア ードガス拡散層の各触媒層と反対の面には れぞれカソード集電体及びアノード集電体 配置しても良い。これら集電体は、接続部 と同様の材料を使用することができる。

 なお、本発明の燃料電池を、上記の六角 体以外の他の多角柱体として例えば図5D、 5H、図5Jにそれぞれ示す正三角柱体、正五角 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 例えば図5A、図5B、図5C、図5E、図5F、図5Gに 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 することも可能である。

 (第2の実施の形態) 
 次に、図6と図5A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 形態が上記の実施形態と重複する部分の説 は省略する。

 本実施形態の燃料電池1Aは形状を正四面 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 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 されている。

 膜電極接合体22の2つの隅角部には正負一 のカソード側接続部材22aとアノード側接続 材22bがそれぞれ取り付けられている。これ 一対の接続部材22a,22bの間は膜電極接合体22 カソード及びアノード間で内部接続状態を 式的に示した流路22cとなるように接続され いる。さらにアノード側接続部材22bは膜電 接合体23のカソード側接続部材23aに接続さ ている。さらにアノード側接続部材23bはア ード側の出力取出し線29bに接続され、さら 出力取出し線29bは図示しないインバータに 続されている。

 (第3の実施の形態) 
 次に、図7と図5B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 形態が上記の実施形態と重複する部分の説 は省略する。

 本実施形態の燃料電池1Bは形状を正六面 (立方体)としている。燃料電池1B内の集電回 において、正方形状の膜電極接合体31の対 する2つの隅角部に正負一対のカソード側接 部材31aとアノード側接続部材31bがそれぞれ 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 ド間で内部接続状態を模式的に示した流路3 1cとなるように接続されている。カソード側 続部材31aはカソード側の出力取出し線39aが 続され、さらに出力取出し線39aは図示しな インバータに接続されている。一方、アノ ド側接続部材31bは膜電極接合体32のカソー 側接続部材32aに接続されている。

 膜電極接合体32の隣り合う2つの隅角部に 正負一対のカソード側接続部材32aとアノー 側接続部材32bがそれぞれ取り付けられてい 。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 状態を模式的に示した流路32cとなるように 続されている。さらにアノード側接続部材3 2bは膜電極接合体33のカソード接続部材33aに 続されている。

 膜電極接合体33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33aとアノー 側接続部材33bがそれぞれ取り付けられてい 。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 状態を模式的に示した流路33cとなるように 続されている。さらにアノード側の接続部 33bは膜電極接合体34のカソード側接続部材34 aに接続されている。

 同様に、膜電極接合体34の対向する2つの 角部には正負一対のカソード側接続部材34a アノード側接続部材34bがそれぞれ取り付け 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 内部接続状態を模式的に示した流路34cとな ように接続されている。さらにアノード側 接続部材34bは膜電極接合体35のカソード側 続部材35aに接続されている。

 膜電極接合体35の隣り合う2つの隅角部に 正負一対のカソード側接続部材35aとアノー 側接続部材35bがそれぞれ取り付けられてい 。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 状態を模式的に示した流路35cとなるように 続されている。さらにアノード側接続部材3 5b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 タに接続されている。

 (第4の実施の形態) 
 次に、図8Aと図5Cを参照して第4の実施形態 燃料電池1C 1 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。

 本実施形態の燃料電池1C 1 は形状を正八面体としている。燃料電池1C 1 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 ソード側接続部材42aに接続されている。

 膜電極接合体42の隣り合う2つの隅角部に 正負一対のカソード側接続部材42aとアノー 側接続部材42bがそれぞれ取り付けられてい 。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 状態を模式的に示した流路42cとなるように 続されている。さらにアノード側接続部材4 2bは膜電極接合体43のカソード側接続部材43a 接続されている。

 膜電極接合体43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43aとアノー 側接続部材43bがそれぞれ取り付けられてい 。これら一対の接続部材43a,43bの間は膜電極 合体43のカソード及びアノード間で内部接 状態を模式的に示した流路43cとなるように 続されている。さらにアノード側接続部材43 b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。

 同様に、膜電極接合体44の隅角部と辺中 部とには正負一対のカソード側接続部材44a アノード側接続部材44bがそれぞれ取り付け れている。これら一対の接続部材44a,44bの間 膜電極接合体44のカソード及びアノード間 内部接続状態を模式的に示した流路44cとな ように接続されている。さらにアノード側 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。

 同様に、膜電極接合体45の隅角部と辺中 部とには正負一対のカソード側接続部材45a アノード側接続部材45bがそれぞれ取り付け れている。これら一対の接続部材45a,45bの間 膜電極接合体45のカソード及びアノード間 内部接続状態を模式的に示した流路45cとな ように接続されている。さらにアノード側 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。

 同様に、膜電極接合体46の隅角部と辺中 部とには正負一対のカソード側接続部材46a アノード側接続部材46bがそれぞれ取り付け れている。これら一対の接続部材46a,46bの間 膜電極接合体46のカソード及びアノード間 内部接続状態を模式的に示した流路46cとな ように接続されている。さらにアノード側 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。

 同様に、膜電極接合体47の隅角部と辺中 部とには正負一対のカソード側接続部材47a アノード側接続部材47bがそれぞれ取り付け れている。これら一対の接続部材47a,47bの間 膜電極接合体47のカソード及びアノード間 内部接続状態を模式的に示した流路47cとな ように接続されている。さらにアノード側 続部材47bはアノード側の出力取出し線49bに 続され、さらに出力取出し線49bは図示しな インバータに接続されている。

 (第5の実施の形態) 
 次に、図8Bと図5Cを参照して第5の実施形態 燃料電池1C 2 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。

 本実施形態の燃料電池1C 2 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 池1C 2 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 ソード接続部材51aとアノード接続部材52bの 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。

 膜電極接合体53の隅角部にはカソードの 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 54のカソード及びアノード間で内部接続状 を模式的に示した流路521によって接続され いる。さらに正極の接続部材53aには上述し カソードの接続部材51aが内部接続状態を模 的に示した流路511により接続されている。

 膜電極接合体55の隅角部にはカソードの 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 状態を模式的に示した流路532によって接続 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 55のカソード及びアノード間で内部接続状 を模式的に示した流路522により接続されて る。また、さらにアノードの接続部材56bに アノード側の出力取出し線59bが接続され、 らに出力取出し線59bは図示しないインバー に接続されている。

 第1~第6の側面51~56には通気孔7がそれぞれ ピッチ間隔に開口しているが、底面57,58に 通気孔は開口していない。

 本実施形態の燃料電池1C 2 では、第1、第2、第5の膜電極接合体51,52,55を 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 、各々で発電された出力を取り出すように ている。なお、側面57および底面58にも膜電 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 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 等で通気坑を塞がない構造とする。このよ 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。

 (第6の実施の形態) 
 次に、図9と図5D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 形態が上記の実施形態と重複する部分の説 は省略する。

 本実施形態の燃料電池1Dは形状を三角柱 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 角部と辺中央部とに正負一対のカソード側 続部材61aとアノード側接続部材61bがそれぞ 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 ード間で内部接続状態を模式的に示した流 61cとなるように接続されている。カソード 接続部材61aはカソード側の出力取出し線69a 接続され、さらに出力取出し線69aは図示し いインバータに接続されている。一方、ア ード側接続部材61bは側面となる膜電極接合 62のカソード側接続部材62aに接続されてい 。

 膜電極接合体62の対向する辺中央部には 負一対のカソード側接続部材62aとアノード 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 体62のカソード及びアノード間で内部接続 態を模式的に示した流路62cとなるように接 されている。さらにアノード側接続部材62b 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。

 膜電極接合体63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63aとアノー 側接続部材63bがそれぞれ取り付けられてい 。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 状態を模式的に示した流路63cとなるよう接 されている。さらにアノード側接続部材63b 膜電極接合体64のカソード側接続部材64aに 続されている。

 膜電極接合体64の隅角部と辺中央部には 負一対のカソード側接続部材64aとアノード 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 体64のカソード及びアノード間で内部接続 態を模式的に示した流路64cとなるように接 されている。さらにアノード側接続部材64b アノード側の出力取出し線69bに接続され、 らに出力取出し線69bは図示しないインバー に接続されている。

 本発明によれば、ばらつきの少ない安定 た発電出力が得られるようになり、携帯電 、携帯オーディオ、携帯ゲーム機、ノート ソコンなどのコードレス携帯電子機器など 優れた小型の電源を提供することができる

 以上、種々の実施の形態を挙げて説明し が、本発明は上記各実施の形態のみに限定 れるものではなく、実施段階ではその要旨 逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体 できる。また、上記実施形態に開示されて る複数の構成要素の適宜な組み合わせによ 、種々の発明を形成できる。例えば、実施 態に示される全構成要素から幾つかの構成 素を削除してもよい。さらに、異なる実施 態にわたる構成要素を適宜組み合わせても い。