液体燃料電池とそれを用いたディスプレイ装置
【課題】 従来のものより部品の数を少なくし、部品形状を簡単にし、組立および分解を容易にすることで、使い勝手のよい低廉な液体燃料電池を提供する。
【解決手段】 本発明の液体燃料電池１００は、絶縁体からなる空気極側プレート１０と、燃料極側プレート５０およびガスケット４１との間に単セル２０，３０，３１，４０，４１を挟んで組立ねじ６０により、液体燃料電池を解体自在に組み立てている。その場合に、単セルは、シール状あるいは平板形状の単純な形状の液体燃料電池形成用部材２０，３０，３１，４０，４１を重ね合わせて作成されているので、解体および再組立が簡単であり、低コストで作成できる。
【解決手段】 本発明の液体燃料電池１００は、絶縁体からなる空気極側プレート１０と、燃料極側プレート５０およびガスケット４１との間に単セル２０，３０，３１，４０，４１を挟んで組立ねじ６０により、液体燃料電池を解体自在に組み立てている。その場合に、単セルは、シール状あるいは平板形状の単純な形状の液体燃料電池形成用部材２０，３０，３１，４０，４１を重ね合わせて作成されているので、解体および再組立が簡単であり、低コストで作成できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料電池とそれを用いたディスプレイ装置に関し、特に、平板形状の液体燃料電池単セル形成用部材を重ね合わせて、液体燃料電池の単セルを形成し、形成した単セルを絶縁体からなる空気極側プレートと、燃料極側プレートおよび液体燃料漏洩防止用ガスケットとの間に挟んでねじ締め組立部材によって解体自在に組み立て、空気極側プレートから空気を、燃料極側プレートから液体燃料を前記単セルに供給可能にさせた液体燃料電池およびそれを用いたディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液体燃料電池は、部品点数が多く、分解および再組み立てに多大な時間を必要とし、評価試験など使用する場合に不便である。なお、この発明に関連する技術が下記の特許文献１，２に開示されている。
【特許文献１】特願２００１−２１１７９２号公報
【特許文献２】特願２００４−０７００３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の液体燃料電池は、上述したように、部品点数が多く、コスト高であり、分解および再組み立てが容易でなく、評価試験などに多大な時間を要し、迅速な評価を行なうことが困難である。特に、学習用教材に用いようとする場合、採用することが経済的にも困難である。
【０００４】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、従来のものに比較して必要な部品の数をできるだけ少なくし、組立および分解を容易にすることで、使い勝手のよい低廉な価格の液体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】
【０００５】
上述した課題を解決するため、本発明に係る液体燃料電池は、平板形状の液体燃料電池単セル形成用部材を重ね合わせて、液体燃料電池の単セルを形成し、形成した単セルを絶縁体からなる空気極側プレートと、燃料極側プレートおよび液体燃料漏洩防止用ガスケットとの間に挟んでねじ締め組立部材によって解体自在に組み立て、空気極側プレートから空気を、燃料極側プレートから液体燃料を前記単セルに供給可能にさせている。
【０００６】
このような構成によれば、絶縁体からなる空気極側プレートと燃料極側プレートとの間に単セルを挟んで液体燃料電池を解体自在に組み立てている。その場合に、単セルは、平板形状の液体燃料電池形成用部材を重ね合わせて作成されているので、解体および再組立が簡単であり、低コストで作成できる。
【０００７】
また、この発明において、前記液体燃料電池単セルの形成用部材は、シート状の固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜の中央部分に画定された反応領域の一方の表面に重ねられた第１のシート状電極と、固体高分子電解質膜の前記反応領域の他方の表面に重ねられた第２のシート状電極と、第２のシート状電極の周囲を取り囲むように、固体高分子電解質膜の表面にそれぞれ重ねられたシート状の第１，第２のガスケットと、固体高分子電解質膜の上に重ねられた第１のシート状電極および第１のガスケットの上に重ねられ、第１のシート状電極に対する空気供給用貫通孔を備えた平板形状の空気極セパレータと、固体高分子電解質膜の上に重ねられた第２のシート状電極および第２のガスケットの上に重ねられ、第２のシート状電極に対する液体燃料供給用貫通孔を備え平板形状の燃料極セパレータとから構成されている。
【０００８】
したがって、この発明において、液体燃料電池の部品点数は少なく、液体燃料電池単セルの形成用部材はシート状あるいは平板形状であるから分解や再組み立てが簡単であり、効率的に使用部材の評価試験などを行うことができる。
【０００９】
また、この発明において、前記燃料極側プレートには、液体燃料電池単セルに液体燃料を供給するとともに、その供給のために液体燃料を貯留する空間を有している。したがって、液体燃料の補給を行なうことも無く、適宜な時間発電を継続することができる。
【００１０】
また、この発明において、前記空気極側プレートと燃料極側プレートとのうち、少なくとも燃料極側プレートは透明なプラスチックから作られているのが好ましい。外部より液体燃料の化学反応が観察できるからである。
【００１１】
また、この発明において、前記空気極側プレートと燃料極側プレートとのうち、少なくとも燃料極側プレートは透明な塩化ビニルまたはガラスから作られているのが好ましい。そうでなければ、液体燃料の濃度が濃い場合に燃料極側プレート自身が液体燃料で化学反応を起こす可能性があるからである。
【００１２】
また、この発明において、前記空気極プレートは、前記単セルを構成する各部材の組立位置を合致させるために、各部材の外形の一部をガイドできる位置決め支柱を有する。組み立てが正確で簡単になるからである。
【００１３】
また、この発明において、前記固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜の中央部分に画定された反応領域の一方の表面に重ねられた第１のシート状電極と、固体高分子電解質膜の前記反応領域の他方の表面に重ねられた第２のシート状電極とは、ホットプレスにより一体的に組み立てられているのが好ましい。組み立て時の部品点数がさらに少なくなり、組み立てが容易だからである。
【００１４】
また、この発明において、前記固体高分子電解質膜と第１のシート状電極との接合面には白金電極触媒が配置され、前記固体高分子電解質膜と第２のシート状電極との接合面には白金ルテニウム電極触媒が配置されているのが好ましい。発電効率が良いからである。
【００１５】
また、この発明において、前記液体燃料供給用貫通孔は、複数本並列に穿設されたスリット状の貫通孔であるのが好ましい。発電に伴ない発生する気体が排出され易くなるからである。
【００１６】
この発明に係わる液体燃料電池は、平板形状の液体燃料電池形成用部材を重ね合わせて、液体燃料電池単セルを形成し、形成した２つの液体燃料電池単セルを絶縁体からなる燃料極側プレートの両面に配置し、それぞれ空気極側プレートとの間に挟んで解体自在に組み立て、空気極側プレートから空気を、燃料極側プレートから液体燃料を前記両方の単セルに供給可能にさせている。したがって、燃料極側プレートの両面に液体燃料電池単セルがそれぞれ構成されるので、直列または並列接続により、倍電圧または倍電流を供給することができる。
【００１７】
この発明に係わるディスプレイ装置は、接続線を含んで延びるアームと、アームの一端に取り付けられ、モータでプロペラを回転し空中を移動できるミニチュア飛行体と、アームの他端に取り付けられ、接続線を通じてミニチュア飛行体のモータに電力を供給する前記請求項１ないし１０に記載の液体燃料電池と、アームがほぼ水平になるように、アームの中間点を回転自在に支持する支持装置とを有する。
【００１８】
このように構成することにより、多くの人の目を引き、長時間の運転が可能であり、液体燃料の追加によりさらに運転時間を容易に延ばすことができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、この発明は、絶縁体からなる空気極側プレートと燃料極側プレートとの間に単セルを挟んで液体燃料電池を解体自在に組み立てている。その場合に、単セルは、平板形状の液体燃料電池形成用部材を重ね合わせて作成されているので、解体および再組立が簡単であり、低コストで作成できる。また、従来のものに比較して必要な部品の数が少なく、組立および分解を短時間で容易に実行することができるようにし、使い勝手のよい低廉な価格の液体燃料電池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】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、この発明の液体燃料電池の実施の形態１を示す正面外観図、図２は、図１の液体燃料電池の裏面外観図、図３は、図１および図２で示された液体燃料電池の組み立て構成を示す展開図、図４ないし図１１は、図３で示される各部材の詳細を説明するための図である。図１ないし図３で示される液体燃料電池１００は、空気極側プレート１０と、空気極セパレータ２０と、膜／電極接合体３０と、燃料極セパレータ４０と、ガスケット３５，３６，４５と、燃料極側プレート５０と、タンク栓５５、組立ねじ６０とから構成されている。この場合、空気極側プレート１０と、燃料極側プレート５０およびガスケット４５との間に挟まれる液体燃料電池の単セルは、平板形状あるいはシール状の部材から構成されている。
【００２１】
図４（Ａ）は、空気極側プレート１０を示す正面図、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）を上から見た図、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）を下から見た図である。空気極側プレート１０は燃料電池の組立状態や内部がよく見えるように透明な樹脂などで形成されるのが好ましく、絶縁体であることが必要である。また、液体燃料としてアルコールなどを扱うので濃度の濃い場合を考慮すると、塩化ビニルやガラスであることが好ましい。空気極側プレート１０の図４（Ａ）の上面の４隅には位置決め支柱１０ａが設けられ、中央部分には空気取り入れ口１０ｄが設けられている。上述の位置決め支柱１０ａは、以降で説明する各部の組立の外縁の一部をガイドして位置決めを行うために用いられる。位置決め支柱１０ａの中央部には組立ねじ６０（あるいは、６角ボルト）のねじ山の外径よりも若干大きい貫通孔であるねじガイド孔１０ｃが設けられ、組立ねじ６０をガイドするように作用する。他方、位置決め支柱１０ａよりも下方には組立ねじ６０のためのタップ付きねじ穴１０ｂが設けられている。
【００２２】
図５（Ａ）は、空気極セパレータ２０を示す平面図、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の正面図、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）の下面図である。空気極セパレータ２０は、不透過性のカーボン、金属、膨張黒鉛、導電性セラミック、あるいは、導電性ポリマーの何れかから形成される。空気極セパレータ２０の中央部分には、厚み方向に貫通する複数の空気流路２０ａ（酸素を用いる場合には酸素流路；この例では、９個所）が開けられ、空気流路２０ａが設けられた中央部分の４隅には位置決め支柱１０ａの外周で切り取られたようなＲカット２０ｂが位置決めのために設けられている。また、空気極セパレータ２０の中央部分からは、電気的接続のために、空気極セパレータ端子部２０ｃが延び出している。空気極セパレータ２０は、液体燃料電池の組立時に、４個所のＲカット２０ｂがそれぞれ位置決め支柱１０ａの外周に沿って移動するように、空気極側プレート１０の上に置かれる。
【００２３】
図６（Ａ）ないし図６（Ｃ）は、空気極セパレータ２０と燃料極セパレータ４０との間にそれぞれ配置されるシート状の部材を示す平面図であって、その形状およびその配置順序を示している。すなわち、空気極側プレート１０の上に置かれた空気極セパレータ２０の上に、図６（Ａ）で示される第１のガスケット３５、図６（Ｂ）で示される膜／電極接合体３０、図６（Ｃ）で示される第２のガスケット３６の順序で配置する。各部材３０，３５，３６のＲカット３３ｂ，３５ｂ，３６ｂは、位置決め支柱１０ａの外周に沿って移動配置する。この場合、膜／電極接合体３０の第１，第２のシート状電極３２ａ，３２ｂが第１，第２のガスケット３５，３６の電極用開口３５ａ，３６ａに適切に合致するように配置する。
【００２４】
上述の場合の膜／電極接合体３０は、図７に示されるように、固体高分子電解質膜３３と、第１のシート状電極（第１の拡散層付き電極）３２ａと、第２のシート状電極（第２の拡散層付き電極）３２ｂとから構成されており、第１のシート状電極３２ａは、固体高分子電解質膜３３の中央部分に画定された反応領域の一方の表面にホットプレス（例えば、常温〜２００℃程度で、０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａ程度の圧力で行なう）され、第２のシート状電極３２ｂは、反応領域の他方の表面にホットプレスされ、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly）を形成している。この場合、固体高分子電解質膜３３と、第１，第２のシート状電極３２ａ，３２ｂとのホットプレス面には触媒層１３２ａ，１３２ｂが配置されている。なお、固体高分子電解質膜３３としては、フッ素系電解質膜（例えば、デュポン社製のNafion膜など）、炭化水素系電解質膜、無機／有機複合電解質膜などが使用可能である。
【００２５】
なお、この例においては、固体高分子電解質膜３３と、第１，第２のシート状電極３２ａ，３２ｂとを組み立てやすくするために、図７に示されるように、予めサブアセンブリとして構成するようにしているが、各部品を個別部品として組み立ててもかまわないことは言うまでもない。その場合には、空気極セパレータ２０と燃料極セパレータ４０との間にそれぞれ配置されるシート状の部材の形状およびその配置順序は、図８に示すようになる。
【００２６】
すなわち、図８のように組立を行なう場合には、最初に、図８（Ａ）で示されるように、シート状の第１のガスケット３５を空気極セパレータ２０の上に置き、次に、第１のガスケット３５の電極用開口３５ａの中に第１のシート状電極（第１の拡散層付き電極）３２ａを置く。第１のガスケット３５と、第１のシート状電極３２ａとはほぼ同じ厚みを持っているので両者の表面はほぼ平らになる。第１のガスケット３５と第１のシート状電極３２ａとが形成する平面の上にシート状の固体高分子電解質膜３３を置く。固体高分子電解質膜３３の上に更に第２のガスケット３６と第２のシート状電極３２ｂを平らになるように置く。この例では、第１，第２のガスケット３５，６と第１，第２のシール状電極３２ａ，３２ｂとによって、それぞれの電極構造を構成しているが、コストなどを無視すれば、拡散層付き電極の材料で電極構造の全体を形成してもよい。図８で示されたシート状の部材が平らな層をなすように置かれた上に図９で示されるような燃料極セパレータ４０を置く。
【００２７】
図９（Ａ）は、燃料極セパレータ４０の平面図、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の正面図である。図９で示される燃料極セパレータ４０は、空気極セパレータ２０と同じような材料から形成されており、中央部分には厚み方向に貫通する液体燃料供給用スリット４０ａが複数（この例では５本）穿設されている。中央部分の４隅には位置決め支柱１０ａの外周で切り取られたような組み立てガイド用のＲカット４０ｂが設けられている。また、燃料極セパレータ４０の中央部分からは、燃料極セパレータ端子部４０ｃが延び出している。燃料極セパレータ４０は、液体燃料電池の組立時に、４個所のＲカット４０ｂがそれぞれ位置決め支柱１０ａの外周に沿って移動するように、シート状の部材３０，３１の上に置かれる。
【００２８】
次に、燃料極セパレータ４０の上に第３のガスケット４５がおかれる。第３のガスケット４５は、図１０に示されるように、燃料極セパレータ４０の液体燃料供給用スリット４０ａに対応する位置に液体燃料供給開口４５ａが開けられている。また、４隅には位置決め用のＲカット４１ｂが設けられている。さらに、第３のガスケット４５の上には燃料極側プレート５０が置かれる。図１１（Ａ）は、燃料極側プレートを示す正面図、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の裏面図、図１１（Ｃ）は、図１１（Ｂ）の上面図である。燃料極側プレート５０は燃料電池の組立状態や内部の反応などがよく見えるように透明な樹脂やガラスなどの絶縁体で形成される。
【００２９】
上述の燃料極側プレート５０の場合、液体燃料として濃度の高いアルコールなどを扱うので塩化ビニルやガラスが好適である。濃度の低い場合（例えば、１０ｗｔ％程度）にはアクリルでも使用は可である。燃料極側プレート５０の中央には、液体燃料を貯留するために板厚の途中まで円筒状に掘り込まれた燃料貯留タンク部５０ａが設けられている。この燃料貯留タンク部５０ａは、組み立て時において、第３のガスケット４５を介して燃料極セパレータ４０の液体燃料供給用スリット４０ａと対向することとなる。燃料極側プレート５０の４隅には、組立ねじ６０（あるいは、６角ボルト）のねじ山の外径よりも若干大きい貫通孔であるねじガイド孔５０ｃが設けられ、組立ねじ６０をガイドする。ねじ穴５０ｂは、組み立て完了時に組立ねじ６０の頭部を収納するように作られている。燃料極側プレート５０の上部壁からは、燃料貯留タンク部５０ａに通じる液体燃料供給路５０ｄ，５０ｅが設けられている。
【００３０】
上述のように各部材１０，２０，３０，４０，４５，５０が重ねられた後に、燃料極側プレート５０のねじ穴５０ｂから空気極プレート１０に向けて組立ねじ６０を挿入し、組立ねじ６０のねじ山が空気極側プレート１０のタップ付きねじ穴１０ｂのタップと螺合するように組立てる。この場合、空気極側プレート１０の位置決め支柱１０ａの高さＨ０は、組立が完了したとき、空気極セパレータ２０と燃料極セパレータ４０とに挟まれたシート状の部材が適切な圧力で保持されるように設定されている。
【００３１】
この液体燃料電池は、極めて少ない部品数（例えば、空気極セパレータ２０および燃料極セパレータ４０は、セパレータおよび集電板の役目も担っている）で構成されているとともに、空気極側プレート１０と、燃料極側プレート５０および第３のガスケット４５との間に配置された液体燃料電池の単セルは、平板形状に加工された部材の重ねあわせで構成されているので、組み立ても容易であり、５〜１０分で行うことができる。したがって、各種の空気極セパレータ、燃料極セパレータ、電解質膜等の交換が容易であり、各種の部材の評価実験によく適合している。
【００３２】
このように組み立てられた液体燃料電池１００において、一方の液体燃料供給路、例えば、液体燃料供給路５０ｅから液体燃料を供給すると、液体燃料は液体燃料供給路５０ｅから燃料貯留タンク部５０ａに注がれ、燃料貯留タンク部５０ａに貯留されるとともに、液体燃料供給用スリット４０ａを経由して膜／電極接合体３０に供給され、発電に供される。他方の液体燃料供給路５０ｄ（燃料貯留タンク部５０ａの中で高い方の位置にある）は、液体燃料供給時の燃料貯留タンク部５０ａからの排気口として働く。この場合、液体燃料としては、メタノール、ジメチールエーテル、エタノール、アスコルビン酸、アンモニア、蟻酸、グルタミン酸、糖類、血液、水素化ホウ酸ナトリウムが使用できる。
【００３３】
上述の発電稼動時においては、液体燃料の不要な蒸発などを防ぐために、一方の液体燃料供給路、例えば、液体燃料供給路５０ｅは、弾性材からなるタンク栓５５で封止しておくのが好ましい。また、液体燃料電池１００が扱いミスによって転倒したような場合に、燃料貯留タンク部５０ａや液体燃料供給路５０ｄ，５０ｅから貯留済みの液体燃料が簡単にはこぼれでないように、液体燃料供給路５０ｄ，５０ｅの直径を適切な小径にしておくのが好ましい（この例では、約２φ（直径２ｍｍ））。
【００３４】
上述の発電の結果、空気極セパレータ２０の空気極セパレータ端子部２０ｃと、燃料極セパレータ４０の燃料極セパレータ端子部４０ｃとの間から電力を供給することが可能になる。この場合に、膜／電極接合体３０から気体（例えば、ＣＯ2）の発生があって、液体燃料供給用スリット４０ａを経由して燃料貯留タンク部５０ａに発生した気体が移動し排出される。そこで、気体の移動を容易にするために、液体燃料供給用スリット４０ａの上部４０ｄは、燃料極側プレート５０に向いてラッパ状に開くように傾斜がつけられているのが好ましい。なお、気体の発生の説明のために、液体燃料がメタノールである場合の発電に関する反応の例を下記に示しておく。
【００３５】
燃料極セパレータ側（アノード側）における反応（１）は、
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ- ・・・（１）
空気極セパレータ側（カソード側）における反応（２）は、
（３／２）・Ｏ2＋６Ｈ+＋６ｅ- → ３Ｈ2Ｏ ・・・（２）
液体燃料電池全体の反応（３）は、
ＣＨ3ＯＨ＋（３／２）・Ｏ2 → ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ ・・・（３）
【００３６】
また、上述の液体燃料電池１００を用いて下記のような実験を行なった。先ず、図７で示される膜／電極接合体３０に関して、触媒１３２ａとして白金電極触媒を用い、触媒１３２ｂとして白金電極触媒を用いた場合と、白金ルテニウム電極触媒（一酸化炭素に関する被毒作用の防止）を用いた場合との比較実験を行なった。その結果を示すのが図１２のグラフである。このグラフから第２のシート状電極の触媒１３２ｂとして白金電極触媒を用いるよりも、白金ルテニウム電極触媒を用いる方がセル電圧を倍以上に高められることが分かる。
【００３７】
上述のことに基づき、空気セパレータ側の触媒１３２ａを白金電極触媒とし、燃料極セパレータ側の触媒１３２ｂを白金ルテニウム電極触媒とし、ホットプレスで固体高分子電解質膜に接合して膜／電極接合体とした場合（図６，図７を参照）と、ホットプレスによる接合を行なわない場合（図８を参照）との比較実験を行なった。その結果を示すのが図１３のグラフである。このグラフからホットプレスを行なう方がセル電圧を高められることが分かる。なお、これらの液体燃料電池３〜５ｗｔ％のメタノール水溶液を規定量入れ、室温にて０．３Ｖ駆動２０ｍＡのモータを駆動したところ、１２時間以上連続運転が可能であった。
【００３８】
次に、この発明の液体燃料電池の実施の形態２について図１４ないし図１６を参照して説明する。図１４（Ａ）は、この発明の液体燃料電池の実施の形態２を示す正面図、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）の右側面図、図１４（Ｃ）は、図１４（Ｂ）の上面図である。なお、図１ないし図３で示される実施の形態１において用いられる同じ部材は、この例においても同じ符号で示されている。この例の場合、燃料極側プレート１５０を挟んで、空気極側プレート１０の側に第１のセルが構成され、空気極側プレート１１０の側に第２のセルが構成され、２セル構成となっている。
【００３９】
上述の例において使用される部材のうち、空気極側プレート１１０と、燃料極側プレート１５０と、組立ねじ１６０とが実施の形態１において用いられる部材とは形状あるいは長さが若干異なっている。なお、図１４において、空気極セパレータ２０と燃料極セパレータ４０との間に配置されている膜／電極接合体３０とガスケット３５，３６、および、燃料極側プレート１５０と燃料極セパレータ４０との間に配置されたガスケット４５は、図３の場合と同じなので表示を省略している。
【００４０】
図１５（Ａ）は、燃料極側プレート１５０の正面図、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）の右側面図、図１５（Ｃ）は、図１５（Ａ）の上面図、図１５（Ｄ）は、図１５（Ａ）の裏面図である。この例においては、燃料極側プレート１５０の両側にセルが形成されるので、燃料貯留タンク部１５０ａは、燃料極側プレート１５０の厚み方向に貫通して形成されている。この燃料貯留タンク部１５０ａには側面（図１５（Ａ）では上面）から通じる液体燃料供給路１５０ｄ，１５０ｅが穿設されている。また、第２のセルを形成する各部材の組立ガイドとなるように、位置決め支柱１０ａに対応する位置に位置決め支柱１５０ｆが配置され、位置決め支柱１０ａと同様な働きをしている。
【００４１】
図１６（Ａ）は、空気極側プレート１０の反対側に配置されたもう一つの空気極プレート１１０を示す正面図、図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）の右側面図、図１６（Ｃ）は、図１６（Ａ）の裏面図である。空気極側プレート１１０の４隅には、組立ねじ１６０（あるいは、６角ボルト）のねじ山の外径よりも若干大きい貫通孔であるねじガイド孔１１０ｃが設けられ、組立ねじ１６０をガイドする。ねじ穴１１０ｂは、組み立て完了時に組立ねじ１６０の頭部を収納するように作られている。図１４のように組立が完了した後に、液体燃料供給路１５０ｄ，１５０ｅのいずれかから貯留タンク部１５０ａに液体燃料が注入されると、２つのセルのそれぞれに発電が開始されるので、２つのセルを直列あるいは並列に接続することにより単セルの場合に比較して２倍の電圧あるいは２倍の電流を供給することができる。
【００４２】
次に上述の液体燃料電池を用いた発明であるディスプレイ装置の実施の形態について説明する。図１７のディスプレイ装置において、液体燃料電池１００と電動式ミニチュア飛行機２００とが接続アーム２０１の端末にそれぞれ取り付けられている。接続アーム２０１は、基台２０４に取り付けられた支柱２０３の先端に連結部２０２により水平方向に回転自在に連結されている。連結部２０２は、液体燃料電池１００と電動式ミニチュア飛行機２００の重量がほぼバランスするような接続アーム２０１のバランス接続アームを支柱２０３に連結するのが好ましい。
【００４３】
また、接続アーム２０１には、液体燃料電池１００から電動式ミニチュア飛行機２００のモータに電力を送るための接続線が含まれており、液体燃料電池１００から電動式ミニチュア飛行機２００に電力が送られると、電動式ミニチュア飛行機２００のプロペラは回転を始め、接続アーム２０１は、液体燃料電池１００および電動式ミニチュア飛行機２００ともども連結部２０２を中心に水平面内で回転を開始する。従って、回転するディスプレイ装置として人の目を引くこととなる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の液体燃料電池の実施の形態１を示す正面外観図である。
【図２】図１の液体燃料電池の裏面外観図である。
【図３】図１および図２で示された液体燃料電池の組み立て構成を示す展開図である。
【図４】（Ａ）は、図３で示される空気極側プレートの正面図である。 （Ｂ）は、（Ａ）を上から見た図である。 （Ｃ）は、（Ａ）を下から見た図である。
【図５】（Ａ）は、図３で示される空気極セパレータの平面図である。 （Ｂ）は、（Ａ）の正面図である。 （Ｃ）は、（Ａ）の下面図である。
【図６】液体燃料電池の組み立てに用いられるシート状の部材の形状およびその配置順序を示す図であって、 （Ａ）は、図３で示される第１のガスケットを示す図である。 （Ｂ）は、図３で示される膜／電極接合体を示す図である。 （Ｃ）は、図３で示される第２のガスケットを示す図である。
【図７】図３および図６で示される膜／電極接合体の構造を示す断面図である。
【図８】シート状の部材を図７のように膜／電極接合体とせずに、単品として組み立てる場合に、組み立てに用いられるシート状の部材の形状およびその配置順序を示す図であって、 （Ａ）は、第１のガスケットを示す図である。 （Ｂ）は、第１のシート電極を示す図である。 （Ｃ）は、固体高分子電界質膜を示す図である。 （Ｄ）は、第２のガスケットを示す図である。 （Ｅ）は、第２のシート状電極を示す図である。
【図９】（Ａ）は、燃料極セパレータの平面図である。 （Ｂ）は、（Ａ）の正面図である。
【図１０】第３のガスケットの平面図である。
【図１１】（Ａ）は、図３で示される燃料極側プレートを示す正面図である。 （Ｂ）は、（Ａ）の裏面図である。 （Ｃ）は、（Ｂ）の上面図である。
【図１２】図７で示される触媒層の違いによって、セル電圧およびその変化が異なることを示すグラフである。
【図１３】固体高分子電解質膜と第１，第２のシート状電極とを図７に示されるように膜／電極接合体として構成した場合と、図８のように単品で構成した場合において、セル電圧およびその変化が異なることを示すグラフである。
【図１４】（Ａ）は、この発明の液体燃料電池の実施の形態２を示す正面図である。 （Ｂ）は、（Ａ）の右側面図である。 （Ｃ）は、（Ｂ）の上面図である。
【図１５】（Ａ）は、図１４で示される液体燃料電池の燃料極側プレートを示す正面図である。 （Ｂ）は、（Ａ）の右側面図である。 （Ｃ）は、（Ａ）の上面図である。 （Ｄ）は、（Ａ）の裏面図である。
【図１６】（Ａ）は、図１４で示される液体燃料電池の空気極側プレートを示す正面図である。 （Ｂ）は、（Ａ）の右側面図である。 （Ｃ）は、（Ａ）の裏面図である。
【図１７】この発明の液体燃料電池を使用して作成したディスプレイ装置の一例を示す外観図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０，１１０ 空気極側プレート、１０ａ，１５０ｆ 位置決め支柱、１０ｂ タップ付きねじ穴、１０ｃ，５０ｃ ねじガイド孔、１０ｄ，１１０ｄ 空気取り入れ口、２０ 空気極セパレータ、２０ａ 空気流路、２０ｂ，３３ｂ，３５ｂ，３６ｂ，４０ｂ，４５ｂ Ｒカット、２０ｃ 空気極セパレータ端子部、３０ 膜／電極接合体、３２ａ 第１のシート状電極、３２ｂ 第２のシート状電極、３３ 固体高分子電界質膜、３５ 第１のガスケット、３６ 第２のガスケット、４５ 第３のガスケット、４０ 燃料極セパレータ、４０ａ 液体燃料供給用スリット、４０ｃ 燃料極セパレータ端子部、４０ｄ 液体燃料供給用スリットの上部、４５ 第３のガスケット、４５ａ 液体燃料供給用スリット、５０，１５０ 燃料極側プレート、５０ａ，１５０ａ 燃料貯留タンク部、５０ｄ，５０ｅ，１５０ｄ，１５０ｅ 液体燃料供給路、５５ タンク栓、６０，１６０ 組立ねじ、１００，１０１ 液体燃料電池、１３２ａ，１３２ｂ 触媒層、２００ ミニチュア飛行機。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料電池とそれを用いたディスプレイ装置に関し、特に、平板形状の液体燃料電池単セル形成用部材を重ね合わせて、液体燃料電池の単セルを形成し、形成した単セルを絶縁体からなる空気極側プレートと、燃料極側プレートおよび液体燃料漏洩防止用ガスケットとの間に挟んでねじ締め組立部材によって解体自在に組み立て、空気極側プレートから空気を、燃料極側プレートから液体燃料を前記単セルに供給可能にさせた液体燃料電池およびそれを用いたディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液体燃料電池は、部品点数が多く、分解および再組み立てに多大な時間を必要とし、評価試験など使用する場合に不便である。なお、この発明に関連する技術が下記の特許文献１，２に開示されている。
【特許文献１】特願２００１−２１１７９２号公報
【特許文献２】特願２００４−０７００３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の液体燃料電池は、上述したように、部品点数が多く、コスト高であり、分解および再組み立てが容易でなく、評価試験などに多大な時間を要し、迅速な評価を行なうことが困難である。特に、学習用教材に用いようとする場合、採用することが経済的にも困難である。
【０００４】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、従来のものに比較して必要な部品の数をできるだけ少なくし、組立および分解を容易にすることで、使い勝手のよい低廉な価格の液体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】
【０００５】
上述した課題を解決するため、本発明に係る液体燃料電池は、平板形状の液体燃料電池単セル形成用部材を重ね合わせて、液体燃料電池の単セルを形成し、形成した単セルを絶縁体からなる空気極側プレートと、燃料極側プレートおよび液体燃料漏洩防止用ガスケットとの間に挟んでねじ締め組立部材によって解体自在に組み立て、空気極側プレートから空気を、燃料極側プレートから液体燃料を前記単セルに供給可能にさせている。
【０００６】
このような構成によれば、絶縁体からなる空気極側プレートと燃料極側プレートとの間に単セルを挟んで液体燃料電池を解体自在に組み立てている。その場合に、単セルは、平板形状の液体燃料電池形成用部材を重ね合わせて作成されているので、解体および再組立が簡単であり、低コストで作成できる。
【０００７】
また、この発明において、前記液体燃料電池単セルの形成用部材は、シート状の固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜の中央部分に画定された反応領域の一方の表面に重ねられた第１のシート状電極と、固体高分子電解質膜の前記反応領域の他方の表面に重ねられた第２のシート状電極と、第２のシート状電極の周囲を取り囲むように、固体高分子電解質膜の表面にそれぞれ重ねられたシート状の第１，第２のガスケットと、固体高分子電解質膜の上に重ねられた第１のシート状電極および第１のガスケットの上に重ねられ、第１のシート状電極に対する空気供給用貫通孔を備えた平板形状の空気極セパレータと、固体高分子電解質膜の上に重ねられた第２のシート状電極および第２のガスケットの上に重ねられ、第２のシート状電極に対する液体燃料供給用貫通孔を備え平板形状の燃料極セパレータとから構成されている。
【０００８】
したがって、この発明において、液体燃料電池の部品点数は少なく、液体燃料電池単セルの形成用部材はシート状あるいは平板形状であるから分解や再組み立てが簡単であり、効率的に使用部材の評価試験などを行うことができる。
【０００９】
また、この発明において、前記燃料極側プレートには、液体燃料電池単セルに液体燃料を供給するとともに、その供給のために液体燃料を貯留する空間を有している。したがって、液体燃料の補給を行なうことも無く、適宜な時間発電を継続することができる。
【００１０】
また、この発明において、前記空気極側プレートと燃料極側プレートとのうち、少なくとも燃料極側プレートは透明なプラスチックから作られているのが好ましい。外部より液体燃料の化学反応が観察できるからである。
【００１１】
また、この発明において、前記空気極側プレートと燃料極側プレートとのうち、少なくとも燃料極側プレートは透明な塩化ビニルまたはガラスから作られているのが好ましい。そうでなければ、液体燃料の濃度が濃い場合に燃料極側プレート自身が液体燃料で化学反応を起こす可能性があるからである。
【００１２】
また、この発明において、前記空気極プレートは、前記単セルを構成する各部材の組立位置を合致させるために、各部材の外形の一部をガイドできる位置決め支柱を有する。組み立てが正確で簡単になるからである。
【００１３】
また、この発明において、前記固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜の中央部分に画定された反応領域の一方の表面に重ねられた第１のシート状電極と、固体高分子電解質膜の前記反応領域の他方の表面に重ねられた第２のシート状電極とは、ホットプレスにより一体的に組み立てられているのが好ましい。組み立て時の部品点数がさらに少なくなり、組み立てが容易だからである。
【００１４】
また、この発明において、前記固体高分子電解質膜と第１のシート状電極との接合面には白金電極触媒が配置され、前記固体高分子電解質膜と第２のシート状電極との接合面には白金ルテニウム電極触媒が配置されているのが好ましい。発電効率が良いからである。
【００１５】
また、この発明において、前記液体燃料供給用貫通孔は、複数本並列に穿設されたスリット状の貫通孔であるのが好ましい。発電に伴ない発生する気体が排出され易くなるからである。
【００１６】
この発明に係わる液体燃料電池は、平板形状の液体燃料電池形成用部材を重ね合わせて、液体燃料電池単セルを形成し、形成した２つの液体燃料電池単セルを絶縁体からなる燃料極側プレートの両面に配置し、それぞれ空気極側プレートとの間に挟んで解体自在に組み立て、空気極側プレートから空気を、燃料極側プレートから液体燃料を前記両方の単セルに供給可能にさせている。したがって、燃料極側プレートの両面に液体燃料電池単セルがそれぞれ構成されるので、直列または並列接続により、倍電圧または倍電流を供給することができる。
【００１７】
この発明に係わるディスプレイ装置は、接続線を含んで延びるアームと、アームの一端に取り付けられ、モータでプロペラを回転し空中を移動できるミニチュア飛行体と、アームの他端に取り付けられ、接続線を通じてミニチュア飛行体のモータに電力を供給する前記請求項１ないし１０に記載の液体燃料電池と、アームがほぼ水平になるように、アームの中間点を回転自在に支持する支持装置とを有する。
【００１８】
このように構成することにより、多くの人の目を引き、長時間の運転が可能であり、液体燃料の追加によりさらに運転時間を容易に延ばすことができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、この発明は、絶縁体からなる空気極側プレートと燃料極側プレートとの間に単セルを挟んで液体燃料電池を解体自在に組み立てている。その場合に、単セルは、平板形状の液体燃料電池形成用部材を重ね合わせて作成されているので、解体および再組立が簡単であり、低コストで作成できる。また、従来のものに比較して必要な部品の数が少なく、組立および分解を短時間で容易に実行することができるようにし、使い勝手のよい低廉な価格の液体燃料電池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】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、この発明の液体燃料電池の実施の形態１を示す正面外観図、図２は、図１の液体燃料電池の裏面外観図、図３は、図１および図２で示された液体燃料電池の組み立て構成を示す展開図、図４ないし図１１は、図３で示される各部材の詳細を説明するための図である。図１ないし図３で示される液体燃料電池１００は、空気極側プレート１０と、空気極セパレータ２０と、膜／電極接合体３０と、燃料極セパレータ４０と、ガスケット３５，３６，４５と、燃料極側プレート５０と、タンク栓５５、組立ねじ６０とから構成されている。この場合、空気極側プレート１０と、燃料極側プレート５０およびガスケット４５との間に挟まれる液体燃料電池の単セルは、平板形状あるいはシール状の部材から構成されている。
【００２１】
図４（Ａ）は、空気極側プレート１０を示す正面図、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）を上から見た図、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）を下から見た図である。空気極側プレート１０は燃料電池の組立状態や内部がよく見えるように透明な樹脂などで形成されるのが好ましく、絶縁体であることが必要である。また、液体燃料としてアルコールなどを扱うので濃度の濃い場合を考慮すると、塩化ビニルやガラスであることが好ましい。空気極側プレート１０の図４（Ａ）の上面の４隅には位置決め支柱１０ａが設けられ、中央部分には空気取り入れ口１０ｄが設けられている。上述の位置決め支柱１０ａは、以降で説明する各部の組立の外縁の一部をガイドして位置決めを行うために用いられる。位置決め支柱１０ａの中央部には組立ねじ６０（あるいは、６角ボルト）のねじ山の外径よりも若干大きい貫通孔であるねじガイド孔１０ｃが設けられ、組立ねじ６０をガイドするように作用する。他方、位置決め支柱１０ａよりも下方には組立ねじ６０のためのタップ付きねじ穴１０ｂが設けられている。
【００２２】
図５（Ａ）は、空気極セパレータ２０を示す平面図、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の正面図、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）の下面図である。空気極セパレータ２０は、不透過性のカーボン、金属、膨張黒鉛、導電性セラミック、あるいは、導電性ポリマーの何れかから形成される。空気極セパレータ２０の中央部分には、厚み方向に貫通する複数の空気流路２０ａ（酸素を用いる場合には酸素流路；この例では、９個所）が開けられ、空気流路２０ａが設けられた中央部分の４隅には位置決め支柱１０ａの外周で切り取られたようなＲカット２０ｂが位置決めのために設けられている。また、空気極セパレータ２０の中央部分からは、電気的接続のために、空気極セパレータ端子部２０ｃが延び出している。空気極セパレータ２０は、液体燃料電池の組立時に、４個所のＲカット２０ｂがそれぞれ位置決め支柱１０ａの外周に沿って移動するように、空気極側プレート１０の上に置かれる。
【００２３】
図６（Ａ）ないし図６（Ｃ）は、空気極セパレータ２０と燃料極セパレータ４０との間にそれぞれ配置されるシート状の部材を示す平面図であって、その形状およびその配置順序を示している。すなわち、空気極側プレート１０の上に置かれた空気極セパレータ２０の上に、図６（Ａ）で示される第１のガスケット３５、図６（Ｂ）で示される膜／電極接合体３０、図６（Ｃ）で示される第２のガスケット３６の順序で配置する。各部材３０，３５，３６のＲカット３３ｂ，３５ｂ，３６ｂは、位置決め支柱１０ａの外周に沿って移動配置する。この場合、膜／電極接合体３０の第１，第２のシート状電極３２ａ，３２ｂが第１，第２のガスケット３５，３６の電極用開口３５ａ，３６ａに適切に合致するように配置する。
【００２４】
上述の場合の膜／電極接合体３０は、図７に示されるように、固体高分子電解質膜３３と、第１のシート状電極（第１の拡散層付き電極）３２ａと、第２のシート状電極（第２の拡散層付き電極）３２ｂとから構成されており、第１のシート状電極３２ａは、固体高分子電解質膜３３の中央部分に画定された反応領域の一方の表面にホットプレス（例えば、常温〜２００℃程度で、０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａ程度の圧力で行なう）され、第２のシート状電極３２ｂは、反応領域の他方の表面にホットプレスされ、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly）を形成している。この場合、固体高分子電解質膜３３と、第１，第２のシート状電極３２ａ，３２ｂとのホットプレス面には触媒層１３２ａ，１３２ｂが配置されている。なお、固体高分子電解質膜３３としては、フッ素系電解質膜（例えば、デュポン社製のNafion膜など）、炭化水素系電解質膜、無機／有機複合電解質膜などが使用可能である。
【００２５】
なお、この例においては、固体高分子電解質膜３３と、第１，第２のシート状電極３２ａ，３２ｂとを組み立てやすくするために、図７に示されるように、予めサブアセンブリとして構成するようにしているが、各部品を個別部品として組み立ててもかまわないことは言うまでもない。その場合には、空気極セパレータ２０と燃料極セパレータ４０との間にそれぞれ配置されるシート状の部材の形状およびその配置順序は、図８に示すようになる。
【００２６】
すなわち、図８のように組立を行なう場合には、最初に、図８（Ａ）で示されるように、シート状の第１のガスケット３５を空気極セパレータ２０の上に置き、次に、第１のガスケット３５の電極用開口３５ａの中に第１のシート状電極（第１の拡散層付き電極）３２ａを置く。第１のガスケット３５と、第１のシート状電極３２ａとはほぼ同じ厚みを持っているので両者の表面はほぼ平らになる。第１のガスケット３５と第１のシート状電極３２ａとが形成する平面の上にシート状の固体高分子電解質膜３３を置く。固体高分子電解質膜３３の上に更に第２のガスケット３６と第２のシート状電極３２ｂを平らになるように置く。この例では、第１，第２のガスケット３５，６と第１，第２のシール状電極３２ａ，３２ｂとによって、それぞれの電極構造を構成しているが、コストなどを無視すれば、拡散層付き電極の材料で電極構造の全体を形成してもよい。図８で示されたシート状の部材が平らな層をなすように置かれた上に図９で示されるような燃料極セパレータ４０を置く。
【００２７】
図９（Ａ）は、燃料極セパレータ４０の平面図、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の正面図である。図９で示される燃料極セパレータ４０は、空気極セパレータ２０と同じような材料から形成されており、中央部分には厚み方向に貫通する液体燃料供給用スリット４０ａが複数（この例では５本）穿設されている。中央部分の４隅には位置決め支柱１０ａの外周で切り取られたような組み立てガイド用のＲカット４０ｂが設けられている。また、燃料極セパレータ４０の中央部分からは、燃料極セパレータ端子部４０ｃが延び出している。燃料極セパレータ４０は、液体燃料電池の組立時に、４個所のＲカット４０ｂがそれぞれ位置決め支柱１０ａの外周に沿って移動するように、シート状の部材３０，３１の上に置かれる。
【００２８】
次に、燃料極セパレータ４０の上に第３のガスケット４５がおかれる。第３のガスケット４５は、図１０に示されるように、燃料極セパレータ４０の液体燃料供給用スリット４０ａに対応する位置に液体燃料供給開口４５ａが開けられている。また、４隅には位置決め用のＲカット４１ｂが設けられている。さらに、第３のガスケット４５の上には燃料極側プレート５０が置かれる。図１１（Ａ）は、燃料極側プレートを示す正面図、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の裏面図、図１１（Ｃ）は、図１１（Ｂ）の上面図である。燃料極側プレート５０は燃料電池の組立状態や内部の反応などがよく見えるように透明な樹脂やガラスなどの絶縁体で形成される。
【００２９】
上述の燃料極側プレート５０の場合、液体燃料として濃度の高いアルコールなどを扱うので塩化ビニルやガラスが好適である。濃度の低い場合（例えば、１０ｗｔ％程度）にはアクリルでも使用は可である。燃料極側プレート５０の中央には、液体燃料を貯留するために板厚の途中まで円筒状に掘り込まれた燃料貯留タンク部５０ａが設けられている。この燃料貯留タンク部５０ａは、組み立て時において、第３のガスケット４５を介して燃料極セパレータ４０の液体燃料供給用スリット４０ａと対向することとなる。燃料極側プレート５０の４隅には、組立ねじ６０（あるいは、６角ボルト）のねじ山の外径よりも若干大きい貫通孔であるねじガイド孔５０ｃが設けられ、組立ねじ６０をガイドする。ねじ穴５０ｂは、組み立て完了時に組立ねじ６０の頭部を収納するように作られている。燃料極側プレート５０の上部壁からは、燃料貯留タンク部５０ａに通じる液体燃料供給路５０ｄ，５０ｅが設けられている。
【００３０】
上述のように各部材１０，２０，３０，４０，４５，５０が重ねられた後に、燃料極側プレート５０のねじ穴５０ｂから空気極プレート１０に向けて組立ねじ６０を挿入し、組立ねじ６０のねじ山が空気極側プレート１０のタップ付きねじ穴１０ｂのタップと螺合するように組立てる。この場合、空気極側プレート１０の位置決め支柱１０ａの高さＨ０は、組立が完了したとき、空気極セパレータ２０と燃料極セパレータ４０とに挟まれたシート状の部材が適切な圧力で保持されるように設定されている。
【００３１】
この液体燃料電池は、極めて少ない部品数（例えば、空気極セパレータ２０および燃料極セパレータ４０は、セパレータおよび集電板の役目も担っている）で構成されているとともに、空気極側プレート１０と、燃料極側プレート５０および第３のガスケット４５との間に配置された液体燃料電池の単セルは、平板形状に加工された部材の重ねあわせで構成されているので、組み立ても容易であり、５〜１０分で行うことができる。したがって、各種の空気極セパレータ、燃料極セパレータ、電解質膜等の交換が容易であり、各種の部材の評価実験によく適合している。
【００３２】
このように組み立てられた液体燃料電池１００において、一方の液体燃料供給路、例えば、液体燃料供給路５０ｅから液体燃料を供給すると、液体燃料は液体燃料供給路５０ｅから燃料貯留タンク部５０ａに注がれ、燃料貯留タンク部５０ａに貯留されるとともに、液体燃料供給用スリット４０ａを経由して膜／電極接合体３０に供給され、発電に供される。他方の液体燃料供給路５０ｄ（燃料貯留タンク部５０ａの中で高い方の位置にある）は、液体燃料供給時の燃料貯留タンク部５０ａからの排気口として働く。この場合、液体燃料としては、メタノール、ジメチールエーテル、エタノール、アスコルビン酸、アンモニア、蟻酸、グルタミン酸、糖類、血液、水素化ホウ酸ナトリウムが使用できる。
【００３３】
上述の発電稼動時においては、液体燃料の不要な蒸発などを防ぐために、一方の液体燃料供給路、例えば、液体燃料供給路５０ｅは、弾性材からなるタンク栓５５で封止しておくのが好ましい。また、液体燃料電池１００が扱いミスによって転倒したような場合に、燃料貯留タンク部５０ａや液体燃料供給路５０ｄ，５０ｅから貯留済みの液体燃料が簡単にはこぼれでないように、液体燃料供給路５０ｄ，５０ｅの直径を適切な小径にしておくのが好ましい（この例では、約２φ（直径２ｍｍ））。
【００３４】
上述の発電の結果、空気極セパレータ２０の空気極セパレータ端子部２０ｃと、燃料極セパレータ４０の燃料極セパレータ端子部４０ｃとの間から電力を供給することが可能になる。この場合に、膜／電極接合体３０から気体（例えば、ＣＯ2）の発生があって、液体燃料供給用スリット４０ａを経由して燃料貯留タンク部５０ａに発生した気体が移動し排出される。そこで、気体の移動を容易にするために、液体燃料供給用スリット４０ａの上部４０ｄは、燃料極側プレート５０に向いてラッパ状に開くように傾斜がつけられているのが好ましい。なお、気体の発生の説明のために、液体燃料がメタノールである場合の発電に関する反応の例を下記に示しておく。
【００３５】
燃料極セパレータ側（アノード側）における反応（１）は、
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ- ・・・（１）
空気極セパレータ側（カソード側）における反応（２）は、
（３／２）・Ｏ2＋６Ｈ+＋６ｅ- → ３Ｈ2Ｏ ・・・（２）
液体燃料電池全体の反応（３）は、
ＣＨ3ＯＨ＋（３／２）・Ｏ2 → ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ ・・・（３）
【００３６】
また、上述の液体燃料電池１００を用いて下記のような実験を行なった。先ず、図７で示される膜／電極接合体３０に関して、触媒１３２ａとして白金電極触媒を用い、触媒１３２ｂとして白金電極触媒を用いた場合と、白金ルテニウム電極触媒（一酸化炭素に関する被毒作用の防止）を用いた場合との比較実験を行なった。その結果を示すのが図１２のグラフである。このグラフから第２のシート状電極の触媒１３２ｂとして白金電極触媒を用いるよりも、白金ルテニウム電極触媒を用いる方がセル電圧を倍以上に高められることが分かる。
【００３７】
上述のことに基づき、空気セパレータ側の触媒１３２ａを白金電極触媒とし、燃料極セパレータ側の触媒１３２ｂを白金ルテニウム電極触媒とし、ホットプレスで固体高分子電解質膜に接合して膜／電極接合体とした場合（図６，図７を参照）と、ホットプレスによる接合を行なわない場合（図８を参照）との比較実験を行なった。その結果を示すのが図１３のグラフである。このグラフからホットプレスを行なう方がセル電圧を高められることが分かる。なお、これらの液体燃料電池３〜５ｗｔ％のメタノール水溶液を規定量入れ、室温にて０．３Ｖ駆動２０ｍＡのモータを駆動したところ、１２時間以上連続運転が可能であった。
【００３８】
次に、この発明の液体燃料電池の実施の形態２について図１４ないし図１６を参照して説明する。図１４（Ａ）は、この発明の液体燃料電池の実施の形態２を示す正面図、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）の右側面図、図１４（Ｃ）は、図１４（Ｂ）の上面図である。なお、図１ないし図３で示される実施の形態１において用いられる同じ部材は、この例においても同じ符号で示されている。この例の場合、燃料極側プレート１５０を挟んで、空気極側プレート１０の側に第１のセルが構成され、空気極側プレート１１０の側に第２のセルが構成され、２セル構成となっている。
【００３９】
上述の例において使用される部材のうち、空気極側プレート１１０と、燃料極側プレート１５０と、組立ねじ１６０とが実施の形態１において用いられる部材とは形状あるいは長さが若干異なっている。なお、図１４において、空気極セパレータ２０と燃料極セパレータ４０との間に配置されている膜／電極接合体３０とガスケット３５，３６、および、燃料極側プレート１５０と燃料極セパレータ４０との間に配置されたガスケット４５は、図３の場合と同じなので表示を省略している。
【００４０】
図１５（Ａ）は、燃料極側プレート１５０の正面図、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）の右側面図、図１５（Ｃ）は、図１５（Ａ）の上面図、図１５（Ｄ）は、図１５（Ａ）の裏面図である。この例においては、燃料極側プレート１５０の両側にセルが形成されるので、燃料貯留タンク部１５０ａは、燃料極側プレート１５０の厚み方向に貫通して形成されている。この燃料貯留タンク部１５０ａには側面（図１５（Ａ）では上面）から通じる液体燃料供給路１５０ｄ，１５０ｅが穿設されている。また、第２のセルを形成する各部材の組立ガイドとなるように、位置決め支柱１０ａに対応する位置に位置決め支柱１５０ｆが配置され、位置決め支柱１０ａと同様な働きをしている。
【００４１】
図１６（Ａ）は、空気極側プレート１０の反対側に配置されたもう一つの空気極プレート１１０を示す正面図、図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）の右側面図、図１６（Ｃ）は、図１６（Ａ）の裏面図である。空気極側プレート１１０の４隅には、組立ねじ１６０（あるいは、６角ボルト）のねじ山の外径よりも若干大きい貫通孔であるねじガイド孔１１０ｃが設けられ、組立ねじ１６０をガイドする。ねじ穴１１０ｂは、組み立て完了時に組立ねじ１６０の頭部を収納するように作られている。図１４のように組立が完了した後に、液体燃料供給路１５０ｄ，１５０ｅのいずれかから貯留タンク部１５０ａに液体燃料が注入されると、２つのセルのそれぞれに発電が開始されるので、２つのセルを直列あるいは並列に接続することにより単セルの場合に比較して２倍の電圧あるいは２倍の電流を供給することができる。
【００４２】
次に上述の液体燃料電池を用いた発明であるディスプレイ装置の実施の形態について説明する。図１７のディスプレイ装置において、液体燃料電池１００と電動式ミニチュア飛行機２００とが接続アーム２０１の端末にそれぞれ取り付けられている。接続アーム２０１は、基台２０４に取り付けられた支柱２０３の先端に連結部２０２により水平方向に回転自在に連結されている。連結部２０２は、液体燃料電池１００と電動式ミニチュア飛行機２００の重量がほぼバランスするような接続アーム２０１のバランス接続アームを支柱２０３に連結するのが好ましい。
【００４３】
また、接続アーム２０１には、液体燃料電池１００から電動式ミニチュア飛行機２００のモータに電力を送るための接続線が含まれており、液体燃料電池１００から電動式ミニチュア飛行機２００に電力が送られると、電動式ミニチュア飛行機２００のプロペラは回転を始め、接続アーム２０１は、液体燃料電池１００および電動式ミニチュア飛行機２００ともども連結部２０２を中心に水平面内で回転を開始する。従って、回転するディスプレイ装置として人の目を引くこととなる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の液体燃料電池の実施の形態１を示す正面外観図である。
【図２】図１の液体燃料電池の裏面外観図である。
【図３】図１および図２で示された液体燃料電池の組み立て構成を示す展開図である。
【図４】（Ａ）は、図３で示される空気極側プレートの正面図である。 （Ｂ）は、（Ａ）を上から見た図である。 （Ｃ）は、（Ａ）を下から見た図である。
【図５】（Ａ）は、図３で示される空気極セパレータの平面図である。 （Ｂ）は、（Ａ）の正面図である。 （Ｃ）は、（Ａ）の下面図である。
【図６】液体燃料電池の組み立てに用いられるシート状の部材の形状およびその配置順序を示す図であって、 （Ａ）は、図３で示される第１のガスケットを示す図である。 （Ｂ）は、図３で示される膜／電極接合体を示す図である。 （Ｃ）は、図３で示される第２のガスケットを示す図である。
【図７】図３および図６で示される膜／電極接合体の構造を示す断面図である。
【図８】シート状の部材を図７のように膜／電極接合体とせずに、単品として組み立てる場合に、組み立てに用いられるシート状の部材の形状およびその配置順序を示す図であって、 （Ａ）は、第１のガスケットを示す図である。 （Ｂ）は、第１のシート電極を示す図である。 （Ｃ）は、固体高分子電界質膜を示す図である。 （Ｄ）は、第２のガスケットを示す図である。 （Ｅ）は、第２のシート状電極を示す図である。
【図９】（Ａ）は、燃料極セパレータの平面図である。 （Ｂ）は、（Ａ）の正面図である。
【図１０】第３のガスケットの平面図である。
【図１１】（Ａ）は、図３で示される燃料極側プレートを示す正面図である。 （Ｂ）は、（Ａ）の裏面図である。 （Ｃ）は、（Ｂ）の上面図である。
【図１２】図７で示される触媒層の違いによって、セル電圧およびその変化が異なることを示すグラフである。
【図１３】固体高分子電解質膜と第１，第２のシート状電極とを図７に示されるように膜／電極接合体として構成した場合と、図８のように単品で構成した場合において、セル電圧およびその変化が異なることを示すグラフである。
【図１４】（Ａ）は、この発明の液体燃料電池の実施の形態２を示す正面図である。 （Ｂ）は、（Ａ）の右側面図である。 （Ｃ）は、（Ｂ）の上面図である。
【図１５】（Ａ）は、図１４で示される液体燃料電池の燃料極側プレートを示す正面図である。 （Ｂ）は、（Ａ）の右側面図である。 （Ｃ）は、（Ａ）の上面図である。 （Ｄ）は、（Ａ）の裏面図である。
【図１６】（Ａ）は、図１４で示される液体燃料電池の空気極側プレートを示す正面図である。 （Ｂ）は、（Ａ）の右側面図である。 （Ｃ）は、（Ａ）の裏面図である。
【図１７】この発明の液体燃料電池を使用して作成したディスプレイ装置の一例を示す外観図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０，１１０ 空気極側プレート、１０ａ，１５０ｆ 位置決め支柱、１０ｂ タップ付きねじ穴、１０ｃ，５０ｃ ねじガイド孔、１０ｄ，１１０ｄ 空気取り入れ口、２０ 空気極セパレータ、２０ａ 空気流路、２０ｂ，３３ｂ，３５ｂ，３６ｂ，４０ｂ，４５ｂ Ｒカット、２０ｃ 空気極セパレータ端子部、３０ 膜／電極接合体、３２ａ 第１のシート状電極、３２ｂ 第２のシート状電極、３３ 固体高分子電界質膜、３５ 第１のガスケット、３６ 第２のガスケット、４５ 第３のガスケット、４０ 燃料極セパレータ、４０ａ 液体燃料供給用スリット、４０ｃ 燃料極セパレータ端子部、４０ｄ 液体燃料供給用スリットの上部、４５ 第３のガスケット、４５ａ 液体燃料供給用スリット、５０，１５０ 燃料極側プレート、５０ａ，１５０ａ 燃料貯留タンク部、５０ｄ，５０ｅ，１５０ｄ，１５０ｅ 液体燃料供給路、５５ タンク栓、６０，１６０ 組立ねじ、１００，１０１ 液体燃料電池、１３２ａ，１３２ｂ 触媒層、２００ ミニチュア飛行機。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板形状の液体燃料電池単セル形成用部材を重ね合わせて、液体燃料電池の単セルを形成し、形成した単セルを絶縁体からなる空気極側プレートと、燃料極側プレートおよび液体燃料漏洩防止用ガスケットとの間に挟んでねじ締め組立部材によって解体自在に組み立て、空気極側プレートから空気を、燃料極側プレートから液体燃料を前記単セルに供給可能にさせた液体燃料電池。
【請求項２】
前記液体燃料電池単セル形成用部材は、
シート状の固体高分子電解質膜と、
固体高分子電解質膜の中央部分に画定された反応領域の一方の表面に重ねられた第１のシート状電極と、
固体高分子電解質膜の前記反応領域の他方の表面に重ねられた第２のシート状電極と、
第２のシート状電極の周囲を取り囲むように、固体高分子電解質膜の表面にそれぞれ重ねられたシート状の第１，第２のガスケットと、
固体高分子電解質膜の上に重ねられた第１のシート状電極および第１のガスケットの上に重ねられ、第１のシート状電極に対する空気供給用貫通孔を備えた平板形状の空気極セパレータと、
固体高分子電解質膜の上に重ねられた第２のシート状電極および第２のガスケットの上に重ねられ、第２のシート状電極に対する液体燃料供給用貫通孔を備えた平板形状の燃料極セパレータとから構成される請求項１記載の液体燃料電池。
【請求項３】
前記燃料極側プレートには、液体燃料電池単セルに液体燃料を供給するとともに、その供給のために液体燃料を貯留する空間を有している請求項２記載の液体燃料電池。
【請求項４】
前記空気極側プレートと燃料極側プレートとのうち、少なくとも燃料極側プレートは透明なプラスチックから作られている請求項３記載の液体燃料電池。
【請求項５】
前記空気極側プレートと燃料極側プレートとのうち、少なくとも燃料極側プレートは透明な塩化ビニルまたはガラスから作られている請求項３記載の液体燃料電池。
【請求項６】
前記空気極プレートは、前記単セルを構成する各部材の組立位置を合致させるために、各部材の外形の一部をガイドできる位置決め支柱を有する請求項５記載の液体燃料電池。
【請求項７】
前記固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜の中央部分に画定された反応領域の一方の表面に重ねられた第１のシート状電極と、固体高分子電解質膜の前記反応領域の他方の表面に重ねられた第２のシート状電極とは、ホットプレスにより接合され一体的に組み立てられている請求項６記載の液体燃料電池。
【請求項８】
前記固体高分子電解質膜と第１のシート状電極との接合面には白金電極触媒が配置され、前記固体高分子電解質膜と第２のシート状電極との接合面には白金ルテニウム電極触媒が配置された請求項７記載の液体燃料電池。
【請求項９】
前記液体燃料供給用貫通孔は、複数本並列に穿設されたスリット状の貫通孔である請求項８記載の液体燃料電池。
【請求項１０】
平板形状の液体燃料電池形成用部材を重ね合わせて、液体燃料電池単セルを形成し、形成した２つの液体燃料電池単セルを絶縁体からなる燃料極側プレートの両面に配置し、それぞれ空気極側プレートとの間に挟んで解体自在に組み立て、空気極側プレートから空気を、燃料極側プレートから液体燃料を前記両方の単セルに供給可能にさせた液体燃料電池。
【請求項１１】
接続線を含んで延びるアームと、
アームの一端に取り付けられ、モータでプロペラを回転し空中を移動できるミニチュア飛行体と、
アームの他端に取り付けられ、接続線を通じてミニチュア飛行体のモータに電力を供給する前記請求項１ないし１０に記載の液体燃料電池と、
アームがほぼ水平になるように、アームの中間点を回転自在に支持する支持装置とを有するディスプレイ装置。
【請求項１】
平板形状の液体燃料電池単セル形成用部材を重ね合わせて、液体燃料電池の単セルを形成し、形成した単セルを絶縁体からなる空気極側プレートと、燃料極側プレートおよび液体燃料漏洩防止用ガスケットとの間に挟んでねじ締め組立部材によって解体自在に組み立て、空気極側プレートから空気を、燃料極側プレートから液体燃料を前記単セルに供給可能にさせた液体燃料電池。
【請求項２】
前記液体燃料電池単セル形成用部材は、
シート状の固体高分子電解質膜と、
固体高分子電解質膜の中央部分に画定された反応領域の一方の表面に重ねられた第１のシート状電極と、
固体高分子電解質膜の前記反応領域の他方の表面に重ねられた第２のシート状電極と、
第２のシート状電極の周囲を取り囲むように、固体高分子電解質膜の表面にそれぞれ重ねられたシート状の第１，第２のガスケットと、
固体高分子電解質膜の上に重ねられた第１のシート状電極および第１のガスケットの上に重ねられ、第１のシート状電極に対する空気供給用貫通孔を備えた平板形状の空気極セパレータと、
固体高分子電解質膜の上に重ねられた第２のシート状電極および第２のガスケットの上に重ねられ、第２のシート状電極に対する液体燃料供給用貫通孔を備えた平板形状の燃料極セパレータとから構成される請求項１記載の液体燃料電池。
【請求項３】
前記燃料極側プレートには、液体燃料電池単セルに液体燃料を供給するとともに、その供給のために液体燃料を貯留する空間を有している請求項２記載の液体燃料電池。
【請求項４】
前記空気極側プレートと燃料極側プレートとのうち、少なくとも燃料極側プレートは透明なプラスチックから作られている請求項３記載の液体燃料電池。
【請求項５】
前記空気極側プレートと燃料極側プレートとのうち、少なくとも燃料極側プレートは透明な塩化ビニルまたはガラスから作られている請求項３記載の液体燃料電池。
【請求項６】
前記空気極プレートは、前記単セルを構成する各部材の組立位置を合致させるために、各部材の外形の一部をガイドできる位置決め支柱を有する請求項５記載の液体燃料電池。
【請求項７】
前記固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜の中央部分に画定された反応領域の一方の表面に重ねられた第１のシート状電極と、固体高分子電解質膜の前記反応領域の他方の表面に重ねられた第２のシート状電極とは、ホットプレスにより接合され一体的に組み立てられている請求項６記載の液体燃料電池。
【請求項８】
前記固体高分子電解質膜と第１のシート状電極との接合面には白金電極触媒が配置され、前記固体高分子電解質膜と第２のシート状電極との接合面には白金ルテニウム電極触媒が配置された請求項７記載の液体燃料電池。
【請求項９】
前記液体燃料供給用貫通孔は、複数本並列に穿設されたスリット状の貫通孔である請求項８記載の液体燃料電池。
【請求項１０】
平板形状の液体燃料電池形成用部材を重ね合わせて、液体燃料電池単セルを形成し、形成した２つの液体燃料電池単セルを絶縁体からなる燃料極側プレートの両面に配置し、それぞれ空気極側プレートとの間に挟んで解体自在に組み立て、空気極側プレートから空気を、燃料極側プレートから液体燃料を前記両方の単セルに供給可能にさせた液体燃料電池。
【請求項１１】
接続線を含んで延びるアームと、
アームの一端に取り付けられ、モータでプロペラを回転し空中を移動できるミニチュア飛行体と、
アームの他端に取り付けられ、接続線を通じてミニチュア飛行体のモータに電力を供給する前記請求項１ないし１０に記載の液体燃料電池と、
アームがほぼ水平になるように、アームの中間点を回転自在に支持する支持装置とを有するディスプレイ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００７−１２３０４（Ｐ２００７−１２３０４Ａ）
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８８２８１（Ｐ２００５−１８８２８１）
【出願日】平成１７年６月２８日（２００５．６．２８）
【出願人】（５９７１０３０２３）株式会社 ケミックス (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２８日（２００５．６．２８）
【出願人】（５９７１０３０２３）株式会社 ケミックス (7)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]