締結部材、セルスタック、燃料電池装置及び電子機器
【課題】セルスタックの部品数を減らす。
【解決手段】発電セルを間に挟持する一対の締結部材である。締結部材の少なくとも一方には、発電セルに供給する気体の水蒸気分圧を調節する水蒸気圧調節器が設けられているので、セルスタックの部品数を減らすことができる。
【解決手段】発電セルを間に挟持する一対の締結部材である。締結部材の少なくとも一方には、発電セルに供給する気体の水蒸気分圧を調節する水蒸気圧調節器が設けられているので、セルスタックの部品数を減らすことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルスタックの締結部材、セルスタック及びこれを用いた燃料電池装置、燃料電池装置を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、高いエネルギー利用効率を実現できる燃料電池についての研究・開発が盛んにおこなわれている。燃料電池は、アノードガス中の水素ガスと空気中の酸素ガスとを電気化学的に反応させて化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出すものであり、将来性に富む有望な電池であると位置付けられている。
【０００３】
従来の燃料電池は、２つのセパレータとその間に挟持された膜電極接合体とにより構成される燃料電池セルを備えている。膜電極接合体は電解質膜の一方の面に燃料極、他方の面に酸素極が設けられたものである。セパレータには、それぞれアノードガス流路及びカソードガス流路が形成され、アノードガス流路はアノードガスを膜電極接合体の燃料極に供給し、カソードガス流路はカソードガスを酸素極に供給する。
【０００４】
燃料極に供給された水素ガスは水素イオンと電子となり、電子は燃料極に移動し、水素イオンは電解質膜を透過して酸素極に移動する。酸素極では、電解質膜を透過した水素イオンと、外部回路を経て水素極から酸素極へ移動した電子と、酸素極に供給された酸素ガスとが反応して水を生成する。この電子の移動するエネルギーを電気エネルギーとして利用することができる。
【０００５】
このようなセルスタックには、複数の発電セルをスタックして両端部に集電板を配置し、集電板の外側に加湿器を配置し、発電セル、集電板、加湿器を一対の締結板により挟持し、締結板同士をボルトで締結したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−３５７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のセルスタックでは、集電板と締結板とが、別個の部品とされていたため、セルスタックの部品数が多くなるという問題があった。
【０００７】
本発明の課題は、集電板と締結板とを一体とし、セルスタックの部品数を減らすことである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、発電セルを間に挟持する一対の締結部材であって、前記一対の締結部材はそれぞれ導電性を有し、前記一対の締結部材により集電できることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の締結部材であって、前記締結部材の少なくとも一方には、前記発電セルに供給する気体の水蒸気分圧を調節する水蒸気圧調節器が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の締結部材であって、前記発電セルに供給される第１の流体を内側に流通させるとともに、内側と外側との間で水分子を移動させる中空糸膜と、前記中空糸膜の外側に前記第１の流体と水蒸気分圧の異なる気体または水を含む液体のうち何れか一方である第２の流体を流通させる流路を有する筐体と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、発電セルと、前記発電セルを間に挟持する一対の締結部材とを備え、前記一対の締結部材はそれぞれ導電性を有し、前記一対の締結部材に接続された電極より電力が出力されることを特徴とするセルスタックである。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のセルスタックであって、前記締結部材の少なくとも一方には、前記発電セルに供給する気体の水蒸気分圧を調節する水蒸気圧調節器が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載のセルスタックであって、前記締結部材は、前記発電セルに供給される第１の流体を内側に流通させるとともに、内側と外側との間で水分子を移動させる中空糸膜と、前記中空糸膜の外側に前記第１の流体と水蒸気分圧の異なる気体または水を含む液体のうち何れか一方である第２の流体を流通させる流路を有する筐体と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項４〜６のいずれか一項に記載のセルスタックを備えることを特徴とする燃料電池装置である。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の燃料電池装置を備えることを特徴とする電子機器である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、セルスタックの部品数を減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態に係るセルスタック１の正面図であり、図２はセルスタック１の分解図である。セルスタック１は、発電セルユニット１００と、発電セルユニット１００の上下両端部に設けられた上部締結部材２００及び下部締結部材３００と、これらを締結するボルト４０４〜４０９とからなる。
【００１８】
〔発電セルユニット〕
図３は発電セルユニット１００の断面図である。図３に示すように、発電セルユニット１００は、膜電極接合体を含む単位起電部２０を、片面セパレータ５０と両面セパレータ９０との間、両面セパレータ９０，９０，９０の間、両面セパレータ９０と片面セパレータ７０との間に挟持してなる。この片面セパレータ５０と両面セパレータ９０との間に単位起電部２０が挟持された構造、両面セパレータ９０，９０，９０の間に膜単位発電部２０が挟持された構造、両面セパレータ９０と片面セパレータ７０との間に単位起電部２０が挟持された構造が、それぞれ単位発電セルである。
【００１９】
図４は単位起電部２０の上面図であり、図５は図４のV−V矢視断面図である。図４，図５に示すように、この単位起電部２０は、固体高分子電解質膜の一方の面に燃料極、他方の面に酸素極が設けられた膜電極接合体２１と、ガス拡散層２２，２３と、ガスケット２６，２７とを備えて構成されている。
【００２０】
固体高分子電解質膜は、矩形状又は正方形状に形成された膜であって、水素イオン（Ｈ+）を選択的に透過させるものである。固体高分子電解質膜の両面であってそれぞれの中央部には、図示しない電極を兼ねる触媒が矩形状又は正方形状に成膜され、触媒上にガス透過性と電気伝導性を有するガス拡散層２２，２３が成膜されている。ガス拡散層２２は上述の一方の面の電極を兼ねる触媒に接続されるとともにアノード（水素極）として機能し、ガス拡散層２３は上述の他方の面の電極を兼ねる触媒に接続されるとともにカソード（酸素極）として機能する。
【００２１】
膜電極接合体２１の外周部であって、一方の面には、ガス拡散層２２を囲繞するよう矩形枠型又は正方形枠型のガスケット２６が設けられており、他方の面には、ガス拡散層２３を囲繞するよう矩形枠型又は正方形枠型のガスケット２７が設けられている。ガスケット２６，２７は絶縁体であり、かつ弾性体である。ガスケット２６，２７は単位起電部２０を挟む片面セパレータ５０と両面セパレータ９０との間、両面セパレータ９０同士の間、両面セパレータ９０と片面セパレータ７０との間に、ガス拡散層２２，２３及び触媒を配置するためのスペーサーとして機能するとともに、片面セパレータ５０，両面セパレータ９０より供給されるアノードガス及び両面セパレータ９０，片面セパレータ７０より供給されるカソードガスがセルスタック１から漏れ出すことを防ぐガスシールとしても機能する。このようなガスケット２６，２７は、例えばイソブチレンゴムを用いて形成することができる。
【００２２】
さらに、単位起電部２０には、ガス拡散層２２，２３の外周部であって長手方向（左右方向）の両端部にアノードガス導入孔３１、アノードガス排出孔３２、カソードガス導入孔３３、カソードガス排出孔３４、加湿前カソードガス供給孔３５が、長手方向の中央寄りの位置であって短手方向の両端部にそれぞれカソードガス加湿用流体供給孔３６、カソードガス加湿用流体排出孔３７が、短手方向の両端部にボルト孔４４〜４９が、それぞれ膜電極接合体２１が備える固体高分子電解質膜及びガスケット２６，２７を貫通して形成されている。
なお、カソードガス導入孔３３と加湿前カソードガス供給孔３５とは、それぞれ単位起電部２０の長手方向の反対方向の端部に設けられている。
【００２３】
図６は片面セパレータ５０の下面（ガス拡散層２２と当接する面）図である。片面セパレータ５０には、上述のアノードガス導入孔３１、アノードガス排出孔３２、カソードガス導入孔３３、カソードガス排出孔３４、加湿前カソードガス供給孔３５、カソードガス加湿用流体供給孔３６、カソードガス加湿用流体排出孔３７、及びボルト孔４４〜４９と対応する位置に、アノードガス導入孔５１、アノードガス排出孔５２、カソードガス導入孔５３、カソードガス排出孔５４、加湿前カソードガス供給孔５５、カソードガス加湿用流体供給孔５６、カソードガス加湿用流体排出孔５７、及びボルト孔６４〜６９が、それぞれ貫通して形成されている。
【００２４】
片面セパレータ５０の下面であってその中央部には、葛折り状の蛇行溝５０ａが形成されている。蛇行溝５０ａの一端部はアノードガス導入孔５１に導かれ、他端部はアノードガス排出孔５２に導かれている。蛇行溝５０ａがガス拡散層２２により蓋されることで、アノードガス導入孔５１からアノードガス排出孔５２まで繋がったアノードガス流路が形成される。
【００２５】
図７は片面セパレータ７０の上面（ガス拡散層２３と当接する面）図である。片面セパレータ７０には、上述のアノードガス導入孔３１、アノードガス排出孔３２、カソードガス導入孔３３、カソードガス排出孔３４、加湿前カソードガス供給孔３５、カソードガス加湿用流体供給孔３６、カソードガス加湿用流体排出孔３７、及びボルト孔４４〜４９と対応する位置に、アノードガス導入孔７１、アノードガス排出孔７２、カソードガス導入孔７３、カソードガス排出孔７４、加湿前カソードガス供給孔７５、カソードガス加湿用流体供給孔７６、カソードガス加湿用流体排出孔７７、及びボルト孔８４〜８９が、それぞれ貫通して形成されている。
【００２６】
片面セパレータ７０の上面であってその中央部には、葛折り状の蛇行溝７０ｂが形成されている。蛇行溝７０ｂの一端部はカソードガス導入孔７３に導かれ、他端部はカソードガス排出孔７４に導かれている。蛇行溝７０ｂがガス拡散層２３により蓋されることで、カソードガス導入孔７３からカソードガス排出孔７４まで繋がったカソードガス流路が形成される。
【００２７】
図８（ａ）は両面セパレータ９０の下面（ガス拡散層２２と当接する面）図であり、図８（ｂ）は両面セパレータ９０の上面（ガス拡散層２３と当接する面）図である。両面セパレータ９０には、上述のアノードガス導入孔３１、アノードガス排出孔３２、カソードガス導入孔３３、カソードガス排出孔３４、加湿前カソードガス供給孔３５、カソードガス加湿用流体供給孔３６、カソードガス加湿用流体排出孔３７、及びボルト孔４４〜４９と対応する位置に、アノードガス導入孔９１、アノードガス排出孔９２、カソードガス導入孔９３、カソードガス排出孔９４、加湿前カソードガス供給孔９５、カソードガス加湿用流体供給孔９６、カソードガス加湿用流体排出孔９７、及びボルト孔１０４〜１０９が、それぞれ貫通して形成されている。
【００２８】
両面セパレータ９０の下面であってその中央部には、葛折り状の蛇行溝９０ａが形成されている。蛇行溝９０ａの一端部はアノードガス導入孔９１に導かれ、他端部はアノードガス排出孔９２に導かれている。蛇行溝９０ａがガス拡散層２２により蓋されることで、アノードガス導入孔９１からアノードガス排出孔９２まで繋がったアノードガス流路が形成される。
【００２９】
両面セパレータ９０の上面であってその中央部には、葛折り状の蛇行溝９０ｂが形成されている。蛇行溝９０ｂの一端部はカソードガス導入孔９３に導かれ、他端部はカソードガス排出孔９４に導かれている。蛇行溝９０ｂがガス拡散層２３により蓋されることで、カソードガス導入孔９３からカソードガス排出孔９４まで繋がったカソードガス流路が形成される。
【００３０】
単位起電部２０を、片面セパレータ５０と両面セパレータ９０との間、両面セパレータ９０，９０，９０の間、両面セパレータ９０と片面セパレータ７０との間に挟持すると、図３に示すように、アノードガス導入孔３１，５１，７１，９１が連続したアノードガス導入流路、カソードガス導入孔３３，５３，７３，９３が連続したカソードガス導入流路となる。
同様に、図３には図示しないが、アノードガス排出孔３２，５１，７１，９１が連続したアノードガス排出流路、カソードガス排出孔３４，５４，７４，９４が連続したカソードガス排出流路、加湿前カソードガス供給孔３５，５５，７５，９５が連続した加湿前カソードガス供給流路、カソードガス加湿用流体供給孔３６，５６，７６，９６が連続したカソードガス加湿用流体供給流路、カソードガス加湿用流体排出孔３７，５７，７７，９７が連続したカソードガス加湿用流体排出流路となる。
また、ボルト孔４４〜４９，６４〜６９，７４〜７９，１０４〜１０９が連続したネジ挿通孔となる。
【００３１】
〔上部締結部材〕
上部締結部材２００は、蓋板２１０と、容体２４０と、容体２４０の内部に収容される中空糸膜モジュール２８０とからなり、蓋板２１０及び容体２４０によりカソードガスを加湿する加湿器の筐体が形成される。
なお、上部締結部材２００には、図示しない出力用の外部電極と接続されており、上部締結部材２００は集電板としても機能する。
【００３２】
蓋板２１０及び容体２４０は、例えば金属等の剛性が高くかつ導電性を有する材料からなり、発電セルユニット１００で電気エネルギーを取り出す集電板として機能することができる。さらに、熱伝導性が高いことが好ましい。
蓋板２１０及び容体２４０の表面には例えばＮｉ下地メッキにＡｕメッキが施されることにより電気的な接触抵抗が低減されるとともに、腐食及び金属イオンの溶出が抑えられている。
【００３３】
図９（ａ）は蓋板２１０の側面図であり、図９（ｂ）は蓋板２１０の下面図である。図９に示すように、蓋板２１０には、上述のカソードガス導入孔５３、加湿前カソードガス供給孔５５、カソードガス加湿用流体供給孔５６、カソードガス加湿用流体排出孔５７、及びボルト孔６４〜６９と対応する位置に、カソードガス導入孔２１３、加湿前カソードガス供給孔２１５、カソードガス加湿用流体供給孔２１６、カソードガス加湿用流体排出孔２１７、及びボルト孔２２４〜２２９が、それぞれ設けられている。
【００３４】
また、上述のアノードガス導入孔５１、アノードガス排出孔５２、カソードガス導入孔５３、カソードガス排出孔５４、加湿前カソードガス供給孔５５、カソードガス加湿用流体供給孔５６、カソードガス加湿用流体排出孔５７と対応する部分の外周部には、それぞれＯリング２３１，２３２，２３３，２３４，２３５，２３６，２３７が設けられている。Ｏリング２３１〜２３７は、片面セパレータ５０の上面と蓋板２１０の下面との隙間を封止する。
【００３５】
図１０は容体２４０を示す三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。容体２４０の下面であってその中央部には、中空糸膜モジュール２８０が収容される凹部２４０ａが形成されている。また、容体２４０の下面には、上述のカソードガス導入孔２１３、加湿前カソードガス供給孔２１５、カソードガス加湿用流体供給孔２１６、カソードガス加湿用流体排出孔２１７と対応する位置からそれぞれ凹部に繋がるカソードガス導入溝２４３、加湿前カソードガス供給溝２４５、カソードガス加湿用流体供給溝２４６、カソードガス加湿用流体排出溝２４７が形成されている。また、容体２４０には、上述のボルト孔２２４〜２２９と対応する位置に、上下方向に貫通するボルト孔２５４〜２５９がそれぞれ設けられている。
この凹部２４０ａに中空糸膜モジュール２８０が収納された構造が、後述するようにカソードガスを加湿する加湿器として機能する。
【００３６】
中空糸膜モジュール２８０は、複数の中空糸膜２８１と、中空糸膜の両端部に設けられた封止固定部２８２，２８３とからなる。中空糸膜２８１は、中心部に空洞２８１ａを有しており、水分子の透過性を有する膜である。このような中空糸膜２８１としては、ポリイミドやフッ素系の高分子膜、例えば、ＮＯＫ（株）製の微多孔質であるポリフェニールスルホン、ポリエーテルイミドや、旭硝子（株）製の非多孔質であるテトラフルオロエチレン+パーフルオロビニルエーテル等からなるものを用いることができる。また、ポリエチレン、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース等からなる中空糸膜を用いてもよい。
【００３７】
図１１は中空糸膜モジュール２８０の側面図である。封止固定部２８２，２８３は、例えば加熱硬化樹脂、自然硬化する樹脂、光硬化樹脂等を硬化させてなり、中空糸膜の束の両端部を固定する。図１１に示すように、中空糸膜２８１は封止固定部２８２，２８３を貫通している。
【００３８】
図１０（ｃ）に示すように、中空糸膜モジュール２８０は中空糸膜２８１が左右方向に配置されるように凹部２４０ａに収容され、凹部２４０ａ内の空間を封止固定部２８２，２８３により３区画に分割する。中空糸膜モジュール２８０よりも左右側方の区画は、それぞれカソードガス導入溝２４３と繋がるカソードガス導入部２７１、加湿前カソードガス供給溝２４５と繋がる加湿前カソードガス供給部２７２となる。カソードガス導入部２７１と加湿前カソードガス供給部２７２とは、中空糸膜２８１の空洞２８１ａにより通じている。
一方、封止固定部２８２，２８３間の空間はカソードガス加湿用流体供給溝２４６及びカソードガス加湿用流体排出溝２４７と繋がるカソードガス加湿用流体流路２７３となる。
【００３９】
中空糸膜２８１の空洞２８１ａにカソードガスを流通させ、カソードガス加湿用流体流路２７３にカソードガス加湿用流体を流通させることで、カソードガス加湿用流体中の水分子が中空糸膜２８１を通過して空洞２８１ａに移動し、カソードガス内で気化することにより、カソードガスを加湿することができる。
【００４０】
〔下部締結部材〕
下部締結部材３００は、蓋板３１０と、容体３４０と、容体３４０の内部に収容される中空糸膜モジュール３８０とからなり、蓋板３１０及び容体３４０によりアノードガスを加湿する加湿器の筐体が形成される。
なお、下部締結部材３００には、図示しない出力用の外部電極と接続されており、下部締結部材３００は集電板としても機能する。
【００４１】
蓋板３１０及び容体３４０は、例えば金属等の剛性が高く、かつ導電性を有する材料からなり、発電セルユニット１００で電気エネルギーを取り出す集電板として機能することができる。さらに、熱伝導性が高いことが好ましい。
蓋板３１０及び容体３４０の表面には例えばＮｉ下地メッキにＡｕメッキが施されることにより電気的な接触抵抗が低減されるとともに、腐食及び金属イオンの溶出が抑えられている。
【００４２】
図１２（ａ）は蓋板３１０の上面図であり、図１２（ｂ）は蓋板３１０の側面図である。図１２に示すように、蓋板２１０には、上述のアノードガス導入孔７１、アノードガス排出孔７２、カソードガス排出孔７４、加湿前カソードガス供給孔７５、カソードガス加湿用流体供給孔７６、カソードガス加湿用流体排出孔７７、及びボルト孔８４〜８９と対応する位置に、アノードガス導入孔３１１、アノードガス排出孔３１２、カソードガス排出孔３１４、加湿前カソードガス供給孔３１５、カソードガス加湿用流体供給孔３１６、カソードガス加湿用流体排出孔３１７、及びボルト孔３２４〜３２９が、それぞれ設けられている。
【００４３】
また、上述のアノードガス導入孔７１、アノードガス排出孔７２、カソードガス導入孔７３、カソードガス排出孔７４、加湿前カソードガス供給孔７５、カソードガス加湿用流体供給孔７６、カソードガス加湿用流体排出孔７７と対応する部分の外周部には、それぞれＯリング３３１，３３２，３３３，３３４，３３５，３３６，３３７が設けられている。Ｏリング３３１〜３３７は、片面セパレータ７０の下面と蓋板３１０の上面との隙間を封止する。
【００４４】
図１３は容体３４０を示す三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。容体３４０には、上述のアノードガス排出孔３１２、カソードガス排出孔３１４、加湿前カソードガス供給孔３１５、カソードガス加湿用流体供給孔３１６、カソードガス加湿用流体排出孔３１７と対応する位置に、アノードガス排出孔３４２、カソードガス排出孔３４４、加湿前カソードガス供給孔３４５、カソードガス加湿用流体供給孔３４６、カソードガス加湿用流体排出孔３４７が、それぞれ上下方向に貫通して設けられている。
また、上述のボルト孔３２４〜３２９と対応する位置に、ボルト孔３５４〜３５９がそれぞれ設けられている。ボルト孔３５４〜３５９には、ボルト４０４〜４０９が螺合する雌ネジが切られている。
【００４５】
また、容体３４０の上面であってその中央部には、中空糸膜モジュール３８０が収容される凹部３４０ａが形成され、アノードガス導入孔３１１と対応する位置から凹部３４０ａに繋がるアノードガス導入溝３６１が設けられている。この凹部３４０ａに中空糸膜モジュール３８０が収納された構造が、後述するようにアノードガスを加湿する加湿器として機能する。
また、アノードガス導入溝３６１が設けられるのと反対方向の長手方向の端部には、加湿前アノードガス供給孔３４８が上下方向に貫通して設けられ、容体３４０の上面には、加湿前アノードガス供給孔３４８と凹部３４０ａとを繋げる加湿前アノードガス供給溝３６８が設けられている。
【００４６】
さらに、容体３４０の長手方向の中央寄りの位置であって短手方向の両端部には、それぞれアノードガス加湿用流体供給孔３４９、アノードガス加湿用流体排出孔３５０が上下方向に貫通して設けられ、容体３４０の上面には、アノードガス加湿用流体供給孔３４９、アノードガス加湿用流体排出孔３５０と凹部３４０ａとを繋げるアノードガス加湿用流体供給溝３６９、アノードガス加湿用流体排出溝３７０がそれぞれ設けられている。
【００４７】
容体３４０の下面において、アノードガス排出孔３４２、カソードガス排出孔３４４、加湿前カソードガス供給孔３４５、カソードガス加湿用流体供給孔３４６、カソードガス加湿用流体排出孔３４７、加湿前アノードガス供給孔３４８、アノードガス加湿用流体供給孔３４９、アノードガス加湿用流体排出孔３５０には、図示しないアノードガス排出管、カソードガス排出管、加湿前カソードガス供給管、カソードガス加湿用流体供給管、カソードガス加湿用流体排出管、加湿前アノードガス供給管、アノードガス加湿用流体供給管、アノードガス加湿用流体排出管がそれぞれ接続される。
【００４８】
中空糸膜モジュール３８０は、中心部に空洞３８１ａを有する複数の中空糸膜３８１と、中空糸膜の両端部に設けられた封止固定部３８２，３８３とからなる。中空糸膜モジュール３８０の構成は中空糸膜モジュール２８０と同様であるので説明を割愛する。
【００４９】
図１３に示すように、中空糸膜モジュール３８０は中空糸膜３８１が左右方向に配置されるように凹部３４０ａに収容され、凹部３４０ａ内の空間を封止固定部３８２，３８３により３区画に分割する。中空糸膜モジュール３８０よりも左右側方の区画は、それぞれアノードガス導入溝３６１と繋がるアノードガス導入部３７１、加湿前アノードガス供給溝３６８と繋がる加湿前カソードガス供給部３７２となる。カソードガス導入部３７１と加湿前カソードガス供給部３７２とは、中空糸膜２８１の空洞２８１ａにより通じている。
一方、封止固定部３８２，３８３間の空間はアノードガス加湿用流体供給溝３６９及びアノードガス加湿用流体排出溝３７０と繋がるアノードガス加湿用流体流路３７３となる。
【００５０】
中空糸膜３８１の空洞３８１ａにアノードガスを流通させ、アノードガス加湿用流体流路３７３にアノードガス加湿用流体を流通させることで、アノードガス加湿用流体中の水分子が中空糸膜３８１を通過して空洞３８１ａに移動し、アノードガス内で気化することにより、アノードガスを加湿することができる。
【００５１】
〔ボルト〕
ボルト４０４〜４０９は、ボルト孔３５４〜３５９と螺合する先端部に雄ネジが切られるとともに、雄ネジが切られた部分以外は例えば樹脂コーティングにより表面に絶縁処理が施されている。なお、この先端部とは逆の他端部の各ボルト頭部と上部締結部材２００との間に、絶縁性樹脂からなるワッシャーを介在させることにより、ボルト４０４〜４０９と上部締結部材２００との絶縁を確実にすることができる。
【００５２】
上部締結部材２００、発電セルユニット１００、下部締結部材３００をこの順に積層した状態で、上部締結部材２００側からボルト４０４〜４０９をボルト孔４４〜４９，６４〜６９，８４〜８９，１０４〜１０９，２２４〜２２９，２５４〜２５９，３２４〜３２９に挿通させ、ボルト孔３５４〜３５９に螺合させることで、セルスタック１が図１に示す状態に組み立てられる。
【００５３】
このように組み立てられるセルスタック１では、上部締結部材２００及び下部締結部材３００が、集電板と締結板との役割を兼ねるため、部品数を減らすことができる。
【００５４】
〔セルスタックの動作〕
次に、セルスタック１の動作について説明する。まず、所定の動作温度のセルスタック１に、アノードガス加湿用流体、カソードガス加湿用流体、アノードガス及びカソードガスを供給する。
【００５５】
１．アノードガス加湿用流体の供給
アノードガス加湿用流体供給孔３４９からアノードガス加湿用流体供給溝３６９、アノードガス加湿用流体流路３７３、アノードガス加湿用流体排出溝３７０を経て、アノードガス加湿用流体排出孔３５０から排出されるように、アノードガス加湿用流体を供給する。
【００５６】
２．カソードガス加湿用流体の供給
カソードガス加湿用流体供給孔３４６，３１６からカソードガス加湿用流体供給流路、カソードガス加湿用流体供給孔２１６、カソードガス加湿用流体供給溝２４６、カソードガス加湿用流体流路２７３、カソードガス加湿用流体排出溝２４７、カソードガス加湿用流体排出孔２１７、カソードガス加湿用流体排出流路、カソードガス加湿用流体排出孔３１７を経て，カソードガス加湿用流体排出孔３４７から排出されるように、カソードガス加湿用流体を供給する。
【００５７】
ここで、アノードガス加湿用流体、カソードガス加湿用流体として、アノードガスやカソードガスよりも水蒸気分圧が高い気体または水を含む液体のうち何れか一方の流体を用いることができる。このような流体として、例えば水を用いることができる。なお、アノードガス加湿用流体、カソードガス加湿用流体に、気泡が混入してもよいが、極端に多量の気体が混入するような場合には、アノードガス加湿用流体供給部３７やカソードガス加湿用流体流路２７３の出口に気液分離膜を設け、アノードガス加湿用流体、カソードガス加湿用流体が通過しにくくすることにより加湿性能を向上させることができる。
【００５８】
３．アノードガスの供給
加湿前アノードガス供給孔３４８から加湿前アノードガス供給溝３６８、加湿前カソードガス供給部３７２、中空糸膜３８１の空洞３８１ａ、アノードガス導入部３７１、アノードガス導入溝３６１、アノードガス導入孔３１１、アノードガス導入流路、蛇行溝５０ａ，９０ａ、アノードガス排出流路、アノードガス排出孔３１２を経て，アノードガス排出孔３４２から排出されるように、アノードガスを通水する。
【００５９】
４．カソードガスの供給
加湿前カソードガス供給孔３４５から加湿前アノードガス供給溝３１５、加湿前カソードガス供給孔２１５、加湿前カソードガス供給溝２４５、加湿前カソードガス供給部２７２、中空糸膜２８１の空洞２８１ａ、カソードガス導入部２７１、カソードガス導入溝２４３、カソードガス導入孔２１３、カソードガス導入流路、蛇行溝７０ｂ，９０ｂ、カソードガス排出流路、カソードガス排出孔３１４を経て，カソードガス排出孔３４４から排出されるように、アノードガスを通水する。
【００６０】
以上のように、アノードガス加湿用流体、カソードガス加湿用流体、アノードガス及びカソードガスをセルスタック１に供給すると、アノードガス加湿用流体流路３７３内の水分子が中空糸膜３８１を透過して空洞３８１ａ内で気化するため、空洞３８１ａ内を通過するアノードガスを加湿することができる。同様に、カソードガス加湿用流体流路２７３内の水分子が中空糸膜２８１を透過して空洞２８１ａ内で気化するため、空洞２８１ａ内を通過するカソードガスを加湿することができる。
【００６１】
ここで、上部締結部材２００及び下部締結部材３００は発電セルユニット１００と隣接するとともに、熱伝導性が高い材料からなる。
このため、第一に、上部締結部材２００に備えられた中空糸膜モジュール２８０において、カソードガス加湿用流体中の水分子が中空糸膜２８１を通過して空洞２８１ａに移動し、カソードガス内で気化するときの気化熱として、発電セルユニット１００で発生する熱を利用することができるので、上部締結部材２００と発電セルユニット１００との間で効率よく熱交換することができる。同様の理由により、下部締結部材３００と発電セルユニット１００との間で効率よく熱交換することができる。
また、第二に、発電セルユニット１００の熱が上部締結部材２００及び下部締結部材３００に伝達し、上部締結部材２００及び下部締結部材３００の温度は、発電セルユニット１００の温度に合わせて変動する。したがって、アノードガス加湿用流体流路３７３内の水、及びカソードガス加湿用流体流路２７３内の水は発電セルユニット１００の温度に合わせて変動するため、加湿されたアノードガス及びカソードガスが発電セルユニット１００内で冷却されることがなく、結露が発生しにくい。
【００６２】
図１４は発電セルユニット１００の温度と、上部締結部材２００または下部締結部材３００を通過したアノードガスまたはカソードガス（出口ガス）の露点温度との関係を示すグラフである。図１４に示すように、出口ガスの露天温度は、セルスタックの温度よりも数℃低くなる。
このように、発電セルユニット１００の温度変化に合わせて上部締結部材２００及び下部締結部材３００の温度が変化し、上部締結部材２００及び下部締結部材３００を通過したアノードガスまたはカソードガスの露点温度が発電セルユニット１００の温度よりも低く維持されるため、上部締結部材２００及び下部締結部材３００に対して特別な制御をすることなく、アノードガス及びカソードガスに対して適正な加湿をすることができる。
【００６３】
また、（アノードガス加湿用流体及びカソードガス加湿用流体を循環させることにより上部締結部材２００及び下部締結部材３００を冷却するとともに、）アノードガス加湿用流体流路３７３内の水が空洞３８１ａ内に移動して空洞３８１ａ内で気化するときの気化熱と、カソードガス加湿用流体流路２７３内の水が空洞２８１ａ内に移動して空洞２８１ａ内で気化するときの気化熱と、により上部締結部材２００及び下部締結部材３００が冷却され、発電セルユニット１００を冷却することができる。
【００６４】
加湿されたアノードガスは蛇行溝５０ａ，９０ａからガス拡散層２２に供給される。アノードガス中の水素ガスは、電気化学反応式（１）に示すように、図示しない触媒の作用により、水素イオンと、電子とに分離される。水素イオンは、膜電極接合体２１が備える固体高分子電解質膜を透過してガス拡散層２３に到達する。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- ・・・ （１）
【００６５】
一方、加湿されたカソードガスは蛇行溝７０ｂ，９０ｂからガス拡散層２３に供給される。カソードガス中の酸素ガスは、電気化学反応式（２）に示すように、図示しない触媒の作用により、膜電極接合体２１が備える固体高分子電解質膜を透過した水素イオン及び電子とともに、水を生成する。
２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ ・・・ （２）
【００６６】
このように、ガス拡散層２３で電子が消費され、ガス拡散層２２で電子が生成されることにより、膜電極接合体２１が備える固体高分子電解質膜の両面間に電位差が生じるため、電力を取り出すことができる。
【００６７】
なお、上記実施形態においては、上部締結部材２００でカソードガスを加湿し、下部締結部材３００でアノードガスを加湿する構成としたが、２つの締結部材の両方でアノードガスのみ、またはカソードガスのみを加湿する流路構造としてもよい。アノードガスまたはカソードガスの一方のみを２つの締結部材の両方で加湿する場合には、最大２倍の流量に対応することができる。あるいは、各締結部材の容積を半分にすることができる。
【００６８】
また、上記実施形態においては、アノードガスやカソードガスよりも水蒸気分圧が高いアノードガス加湿用流体、カソードガス加湿用流体をアノードガス加湿用流体流路３７３内、及びカソードガス加湿用流体流路２７３に通水したが、代わりに、乾燥した気体などの、アノードガスやカソードガスよりも水蒸気分圧が低い流体を供給することで、上部締結部材２００や下部締結部材３００をアノードガスまたはカソードガスの乾燥装置として用いることもできる。例えば、上記実施形態と比べて低出力で駆動するなど、燃料電池装置の駆動条件によって発電セルユニット１００の動作温度が比較的低くなることがある。この場合、発電セルユニット１００内部のアノードガス流路またはカソードガス流路において、これらのガスが結露する可能性が高くなるので、これらのガスが結露するのを抑制するため、上記実施形態の上部締結部材２００または下部締結部材３００の少なくとも一方を乾燥装置として利用することが好ましい。
【００６９】
なお、上記実施形態においては、上部締結部材２００にボルト４０４〜４０９を挿通させるとともに、下部締結部材３００にボルト４０４〜４０９を螺合させることで発電セルユニット１００を挟持する構造としたが、ボルト４０４〜４０９を用いる代わりに、例えば図示しない帯状または紐状の部材で上部締結部材２００と下部締結部材３００とを連結することで発電セルユニット１００を挟持してもよい。あるいは、ボルト４０４〜４０９を用いる代わりに、例えば図示しない箱体にセルスタック１を収容し、箱体の壁面に螺合するネジ等の締付部材によりセルスタック１を締め付けてもよい。
【００７０】
＜変形例１＞
図１５は変形例に係るセルスタック１Ｂの正面図である。アノードガスのみを加湿し、カソードガスを加湿しない場合には、図１５に示すように、上部締結部材２００の代わりに締結板２００Ｂを用い、締結板２００Ｂ、発電セルユニット１００、下部締結部材３００をボルト４０４〜４０９で締結してもよい。カソードガスのみを加湿し、アノードガスを加湿しない場合も同様である。ここで、締結板２００Ｂとしては、例えば金属等の剛性が高くかつ導電性を有する材料を用いることにより、発電セルユニット１００で電気エネルギーを取り出す集電板として機能することができる。さらに、上述と同様の理由により、熱伝導性が高いことが好ましい。
【００７１】
＜変形例２＞
図１６は変形例に係るセルスタック１Ｃの正面図である。図１６に示すように、上部締結部材２００の代わりに、上部に空冷用のフィン２９０を供える締結板２００Ｃを用い、締結板２００Ｃ、発電セルユニット１００、下部締結部材３００をボルト４０４〜４０９で締結してもよい。ここで、締結板２００Ｃとしては、例えば金属等の剛性が高くかつ導電性を有する材料を用いることにより、発電セルユニット１００で電気エネルギーを取り出す集電板として機能することができる。さらに、上述と同様の理由により、熱伝導性が高いことが好ましい。
【００７２】
＜変形例３＞
図１７は本変形例に係る上部締結部材２００Ｄの分解図である。上部締結部材２００Ｄは、下側容体２１０Ｄと、上側容体２４０Ｄと、中空糸膜モジュール２８０Ｄとからなる。
ここで、下側容体２１０Ｄの上面であってその中央部には、凹部２１０ｄが形成されている。また、上側容体２４０Ｄの下面であってその中央部には、凹部２４０ｄが形成されている。中空糸膜モジュール２８０Ｄは下側容体２１０Ｄと、上側容体２４０Ｄとを重ね合わせたときに、この凹部２１０ｄ，２４０ｄ内に収容される。なお、中空糸膜モジュール２８０Ｄは、中空糸膜モジュール２８０と同様であるので説明を割愛する。
その他の構造については、上部締結部材２００と同様であるので説明を割愛する。
【００７３】
このように、蓋板２１０の代わりに厚みを増した下側容体２１０Ｄを用いることで、上部締結部材２００Ｄ全体を薄くした場合でも、部品強度を維持することができる。また、Ｏリングを取り付けるのに充分な部材厚みを確保することができる。
【００７４】
＜変形例４＞
図１８（ａ）は本変形例に係る上部締結部材２００Ｅを形成する蓋板２１０Ｅの側面図であり、図１８（ｂ）は蓋板２１０Ｅの下面図である。また、図１９（ａ）は本変形例に係る上部締結部材２００Ｅを形成する容体２４０Ｅの側面図であり、図１９（ｂ）は容体２４０Ｅの下面図である。
【００７５】
蓋板２１０Ｅの蓋体２１０と異なる点は、加湿前カソードガス供給孔２１５、カソードガス加湿用流体供給孔２１６、カソードガス加湿用流体排出孔２１７が設けられていない点である。
【００７６】
容体２４０Ｅの容体２４０と異なる点は、加湿前カソードガス供給溝２４５、カソードガス加湿用流体供給溝２４６、カソードガス加湿用流体排出溝２４７の代わりに、加湿前カソードガス供給継手２４５Ｅ、カソードガス加湿用流体供給継手２４６Ｅ、カソードガス加湿用流体排出継手２４７Ｅが設けられている点である。加湿前カソードガス供給継手２４５Ｅ、カソードガス加湿用流体供給継手２４６Ｅ、カソードガス加湿用流体排出継手２４７Ｅは、図示しない加湿前カソードガス供給管、カソードガス加湿用流体供給管、カソードガス加湿用流体排出管と接続される。
【００７７】
加湿前カソードガス供給継手２４５Ｅ、カソードガス加湿用流体供給継手２４６Ｅ、カソードガス加湿用流体排出継手２４７Ｅを設け、加湿前カソードガス供給継手２４５Ｅ、カソードガス加湿用流体供給継手２４６Ｅ、カソードガス加湿用流体排出継手２４７Ｅに図示しない加湿前カソードガス供給管、カソードガス加湿用流体供給管、カソードガス加湿用流体排出管と接続することで、上部締結部材２００Ｅに供給される加湿前カソードガスの供給流路や、カソードガス加湿用流体の供給流路及び排出流路をセルスタックから省略することができる。
【００７８】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図２０は本実施の形態に係るセルスタック１Ｆの正面図である。セルスタック１Ｆは、第１の実施の形態と同様の発電セルユニット１００、上部締結部材２００及び下部締結部材３００と、第１の実施の形態のボルト４０４〜４０９よりも長いボルト４０４Ｆ〜４０９Ｆと、ナット４１４Ｆ〜４１９Ｆと、を備え、流路基板５００に取り付けられる。
【００７９】
図２０に示すように、セルスタック１Ｆは、流路基板５００上に下部締結部材３００、発電セルユニット１００、上部締結部材２００がこの順に積層されている。ボルト４０４Ｆ〜４０９Ｆは上部締結部材２００、発電セルユニット１００に挿通され、下部締結部材３００に螺合されるとともに、先端部を流路基板５００に設けられたネジ孔５０４〜５０９（図２１参照）に挿通されている。ナット４１４Ｆ〜４１９Ｆはボルト４０４Ｆ〜４０９Ｆの先端に螺合され、流路基板５００を下部締結部材３００の下面に締結している。
【００８０】
〔流路基板〕
図２１は流路基板５００の下部締結部材３００との当接部を示す平面図である。なお、二点鎖線で囲まれた部分が下部締結部材３００と当接する部分である。図２１に示すように、流路基板５００には、下部締結部材３００のネジ孔３５４〜３５９と対応する位置に、ネジ孔５０４〜５０９が設けられている。
【００８１】
また、上述のアノードガス排出孔３４２、カソードガス排出孔３４４、加湿前カソードガス供給孔３４５、カソードガス加湿用流体供給孔３４６、カソードガス加湿用流体排出孔３４７、加湿前アノードガス供給孔３４８、アノードガス加湿用流体供給孔３４９、アノードガス加湿用流体排出孔３５０と対応する位置に、アノードガス排出孔５１２、カソードガス排出孔５１４、加湿前カソードガス供給孔５１５、カソードガス加湿用流体供給孔５１６、カソードガス加湿用流体排出孔５１７、加湿前アノードガス供給孔５１８、アノードガス加湿用流体供給孔５１９、アノードガス加湿用流体排出孔５２０が、それぞれ設けられている。
【００８２】
アノードガス排出孔５１２、カソードガス排出孔５１４、加湿前カソードガス供給孔５１５、カソードガス加湿用流体供給孔５１６、カソードガス加湿用流体排出孔５１７、加湿前アノードガス供給孔５１８、アノードガス加湿用流体供給孔５１９、アノードガス加湿用流体排出孔５２０は、それぞれ流路基板５００内に設けられたアノードガス排出流路５２２、カソードガス排出流路５２４、加湿前カソードガス供給流路５２５、カソードガス加湿用流体供給流路５２６、カソードガス加湿用流体排出流路５２７、加湿前アノードガス供給流路５２８、アノードガス加湿用流体供給流路５２９、アノードガス加湿用流体排出流路５３０と連通している。これらの流路は、流路基板５００に設けられた後述する反応装置３や、図示しない空気ポンプ等に接続されている。
【００８３】
また、アノードガス排出孔５１２、カソードガス排出孔５１４、加湿前カソードガス供給孔５１５、カソードガス加湿用流体供給孔５１６、カソードガス加湿用流体排出孔５１７、加湿前アノードガス供給孔５１８、アノードガス加湿用流体供給孔５１９、アノードガス加湿用流体排出孔５２０の外周部には、それぞれＯリング５３２，５３４，５３５，５３６，５３７，５３８，５３９，５４０が設けられている。Ｏリング５３２，５３４，５３５，５３６，５３７，５３８，５３９，５４０は、下部締結部材３００と流路基板５００との隙間を封止する。
【００８４】
〔燃料電池装置〕
図２２は、本実施形態のセルスタック１Ｆが好適に適用される燃料電池装置１０のブロック図である。この燃料電池装置１０は、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、電子計算機その他の電子機器に備え付けられたものであり、電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。
【００８５】
燃料電池装置１０は、セルスタック１Ｆと、燃料容器２と、反応装置３と、を備える。なお、図示しないが、反応装置３は流路基板５００上に設けられ、燃料容器２は流路基板５００に対して着脱自在に設けられる。
【００８６】
燃料容器２は、燃料および水を貯留し、図示しないマイクロポンプにより燃料及び水の混合液を反応装置３に供給する。この燃料容器２内に貯留される燃料としては、炭化水素系の液体燃料が適用可能である。具体的には、メタノール、エタノールなどのアルコール類や、ジメチルエーテルなどのエーテル類、ガソリンなどがある。燃料容器２内には、燃料と水とは別々で貯蔵されていてもよいし、混合された状態で貯蔵されていてもよい。
なお、以下の説明では燃料としてメタノールを使用する場合について説明するが、他の化合物を用いてもよい。
【００８７】
反応装置３は、気化器４、改質器５、一酸化炭素除去器６、媒燃焼器７及び図示しないヒータを有する。気化器４は、燃料容器２から供給される燃料と水を気化させる。改質器５は、気化器４から供給される気化された燃料および水蒸気を触媒による改質反応によって改質し、水素を含む混合気体を生成するものである。燃料としてメタノールを用いる場合、下記の化学反応式（３），（４）に示す改質反応によって、主生成物である水素ガス、二酸化炭素ガス及び副生成物である微量の一酸化炭素の混合気体が生成される。
【００８８】
一酸化炭素除去器６は、一酸化炭素を化学反応式（５）のように酸化させることで混合気体から除去する。一酸化炭素除去器６には、改質器５から供給される混合気体の他に空気が供給される。一酸化炭素除去器６は、これらの混合気体中の一酸化炭素を、触媒により、下記の化学反応式（５）に示す一酸化炭素除去反応によって選択的に酸化して除去する。この一酸化炭素を除去した混合気体がアノードガスとして用いられ、カソードガス加湿用流体供給流路５２６に供給される。
【００８９】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 …（３）
２ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→５Ｈ2＋ＣＯ＋ＣＯ2 …（４）
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2 …（５）
【００９０】
触媒燃焼器７及び図示しないヒータは、燃料容器２から供給された燃料と水、または、アノードガス排出流路５２２から排出されるオフガスに、酸素を混在させて燃焼し、改質器５を２５０℃以上、例えば約２５０〜４００℃に加熱し、気化器４及び一酸化炭素除去器６を約１１０〜１９０℃に加熱する。
【００９１】
〔電子機器〕
図２３は、燃料電池装置１０を電源として用いる電子機器８５１の一例を示す斜視図である。図２２に示すように、この電子機器８５１は、携帯型の電子機器であって、例えばノート型パーソナルコンピュータである。電子機器８５１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、その他の電子部品から構成された演算処理回路を内蔵するとともにキーボード８５２を備え付けた下筐体８５４と、液晶ディスプレイ８５６を備え付けた上筐体８５８と、を備える。下筐体８５４と上筐体８５８はヒンジで結合されており、上筐体８５８を下筐体８５４に重ねてキーボード８５２に液晶ディスプレイ８５６を相対させた状態で折り畳むことができるように構成されている。下筐体８５４の右側面から底面にかけて、燃料電池装置１０を装着するための装着部８６０が形成され、装着部８６０に燃料電池装置１０を装着すると、燃料電池装置１０の電気によって電子機器８５１が動作する。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るセルスタック１の正面図である。
【図２】セルスタック１の分解図である。
【図３】発電セルユニット１００の断面図である。
【図４】単位起電部２０の上面図である。
【図５】図４のV−V矢視断面図である。
【図６】片面セパレータ５０の下面図である。
【図７】片面セパレータ７０の上面図である。
【図８】（ａ）は両面セパレータ９０の下面図であり、（ｂ）は両面セパレータ９０の上面図である。
【図９】（ａ）は蓋板２１０の側面図であり、（ｂ）は蓋板２１０の下面図である。
【図１０】容体２４０を示す三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。
【図１１】中空糸膜モジュール２８０の側面図である。
【図１２】（ａ）は蓋板３１０の上面図であり、（ｂ）は蓋板３１０の側面図である。
【図１３】容体３４０を示す三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。
【図１４】発電セルユニット１００の温度と、出口ガスの露点温度との関係を示すグラフである。
【図１５】変形例に係るセルスタック１Ｂの正面図である。
【図１６】変形例に係るセルスタック１Ｃの正面図である。
【図１７】変形例に係る上部締結部材２００Ｄの分解図である。
【図１８】（ａ）は本変形例に係る上部締結部材２００Ｅを形成する蓋板２１０Ｅの側面図であり、（ｂ）は蓋板２１０Ｅの下面図である。
【図１９】（ａ）は本変形例に係る上部締結部材２００Ｅを形成する容体２４０Ｅの側面図であり、（ｂ）は容体２４０Ｅの下面図である。
【図２０】セルスタック１Ｆの正面図である。
【図２１】流路基板５００の下部締結部材３００との当接部を示す平面図である。
【図２２】燃料電池装置１０のブロック図である。
【図２３】燃料電池装置１０を電源として用いる電子機器８５１の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０ 燃料電池装置
２０ 単位起電部
５０，７０ 片面セパレータ
９０ 両面セパレータ
１００ 発電セルユニット
２００，２００Ｄ 上部締結部材
２００Ｂ，２００Ｃ 締結板
２７３ カソードガス加湿用流体流路
２８１，３８１ 中空糸膜
３００ 下部締結部材
３７３ アノードガス加湿用流体流路
８５１ 電子機器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルスタックの締結部材、セルスタック及びこれを用いた燃料電池装置、燃料電池装置を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、高いエネルギー利用効率を実現できる燃料電池についての研究・開発が盛んにおこなわれている。燃料電池は、アノードガス中の水素ガスと空気中の酸素ガスとを電気化学的に反応させて化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出すものであり、将来性に富む有望な電池であると位置付けられている。
【０００３】
従来の燃料電池は、２つのセパレータとその間に挟持された膜電極接合体とにより構成される燃料電池セルを備えている。膜電極接合体は電解質膜の一方の面に燃料極、他方の面に酸素極が設けられたものである。セパレータには、それぞれアノードガス流路及びカソードガス流路が形成され、アノードガス流路はアノードガスを膜電極接合体の燃料極に供給し、カソードガス流路はカソードガスを酸素極に供給する。
【０００４】
燃料極に供給された水素ガスは水素イオンと電子となり、電子は燃料極に移動し、水素イオンは電解質膜を透過して酸素極に移動する。酸素極では、電解質膜を透過した水素イオンと、外部回路を経て水素極から酸素極へ移動した電子と、酸素極に供給された酸素ガスとが反応して水を生成する。この電子の移動するエネルギーを電気エネルギーとして利用することができる。
【０００５】
このようなセルスタックには、複数の発電セルをスタックして両端部に集電板を配置し、集電板の外側に加湿器を配置し、発電セル、集電板、加湿器を一対の締結板により挟持し、締結板同士をボルトで締結したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−３５７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のセルスタックでは、集電板と締結板とが、別個の部品とされていたため、セルスタックの部品数が多くなるという問題があった。
【０００７】
本発明の課題は、集電板と締結板とを一体とし、セルスタックの部品数を減らすことである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、発電セルを間に挟持する一対の締結部材であって、前記一対の締結部材はそれぞれ導電性を有し、前記一対の締結部材により集電できることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の締結部材であって、前記締結部材の少なくとも一方には、前記発電セルに供給する気体の水蒸気分圧を調節する水蒸気圧調節器が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の締結部材であって、前記発電セルに供給される第１の流体を内側に流通させるとともに、内側と外側との間で水分子を移動させる中空糸膜と、前記中空糸膜の外側に前記第１の流体と水蒸気分圧の異なる気体または水を含む液体のうち何れか一方である第２の流体を流通させる流路を有する筐体と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、発電セルと、前記発電セルを間に挟持する一対の締結部材とを備え、前記一対の締結部材はそれぞれ導電性を有し、前記一対の締結部材に接続された電極より電力が出力されることを特徴とするセルスタックである。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のセルスタックであって、前記締結部材の少なくとも一方には、前記発電セルに供給する気体の水蒸気分圧を調節する水蒸気圧調節器が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載のセルスタックであって、前記締結部材は、前記発電セルに供給される第１の流体を内側に流通させるとともに、内側と外側との間で水分子を移動させる中空糸膜と、前記中空糸膜の外側に前記第１の流体と水蒸気分圧の異なる気体または水を含む液体のうち何れか一方である第２の流体を流通させる流路を有する筐体と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項４〜６のいずれか一項に記載のセルスタックを備えることを特徴とする燃料電池装置である。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の燃料電池装置を備えることを特徴とする電子機器である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、セルスタックの部品数を減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態に係るセルスタック１の正面図であり、図２はセルスタック１の分解図である。セルスタック１は、発電セルユニット１００と、発電セルユニット１００の上下両端部に設けられた上部締結部材２００及び下部締結部材３００と、これらを締結するボルト４０４〜４０９とからなる。
【００１８】
〔発電セルユニット〕
図３は発電セルユニット１００の断面図である。図３に示すように、発電セルユニット１００は、膜電極接合体を含む単位起電部２０を、片面セパレータ５０と両面セパレータ９０との間、両面セパレータ９０，９０，９０の間、両面セパレータ９０と片面セパレータ７０との間に挟持してなる。この片面セパレータ５０と両面セパレータ９０との間に単位起電部２０が挟持された構造、両面セパレータ９０，９０，９０の間に膜単位発電部２０が挟持された構造、両面セパレータ９０と片面セパレータ７０との間に単位起電部２０が挟持された構造が、それぞれ単位発電セルである。
【００１９】
図４は単位起電部２０の上面図であり、図５は図４のV−V矢視断面図である。図４，図５に示すように、この単位起電部２０は、固体高分子電解質膜の一方の面に燃料極、他方の面に酸素極が設けられた膜電極接合体２１と、ガス拡散層２２，２３と、ガスケット２６，２７とを備えて構成されている。
【００２０】
固体高分子電解質膜は、矩形状又は正方形状に形成された膜であって、水素イオン（Ｈ+）を選択的に透過させるものである。固体高分子電解質膜の両面であってそれぞれの中央部には、図示しない電極を兼ねる触媒が矩形状又は正方形状に成膜され、触媒上にガス透過性と電気伝導性を有するガス拡散層２２，２３が成膜されている。ガス拡散層２２は上述の一方の面の電極を兼ねる触媒に接続されるとともにアノード（水素極）として機能し、ガス拡散層２３は上述の他方の面の電極を兼ねる触媒に接続されるとともにカソード（酸素極）として機能する。
【００２１】
膜電極接合体２１の外周部であって、一方の面には、ガス拡散層２２を囲繞するよう矩形枠型又は正方形枠型のガスケット２６が設けられており、他方の面には、ガス拡散層２３を囲繞するよう矩形枠型又は正方形枠型のガスケット２７が設けられている。ガスケット２６，２７は絶縁体であり、かつ弾性体である。ガスケット２６，２７は単位起電部２０を挟む片面セパレータ５０と両面セパレータ９０との間、両面セパレータ９０同士の間、両面セパレータ９０と片面セパレータ７０との間に、ガス拡散層２２，２３及び触媒を配置するためのスペーサーとして機能するとともに、片面セパレータ５０，両面セパレータ９０より供給されるアノードガス及び両面セパレータ９０，片面セパレータ７０より供給されるカソードガスがセルスタック１から漏れ出すことを防ぐガスシールとしても機能する。このようなガスケット２６，２７は、例えばイソブチレンゴムを用いて形成することができる。
【００２２】
さらに、単位起電部２０には、ガス拡散層２２，２３の外周部であって長手方向（左右方向）の両端部にアノードガス導入孔３１、アノードガス排出孔３２、カソードガス導入孔３３、カソードガス排出孔３４、加湿前カソードガス供給孔３５が、長手方向の中央寄りの位置であって短手方向の両端部にそれぞれカソードガス加湿用流体供給孔３６、カソードガス加湿用流体排出孔３７が、短手方向の両端部にボルト孔４４〜４９が、それぞれ膜電極接合体２１が備える固体高分子電解質膜及びガスケット２６，２７を貫通して形成されている。
なお、カソードガス導入孔３３と加湿前カソードガス供給孔３５とは、それぞれ単位起電部２０の長手方向の反対方向の端部に設けられている。
【００２３】
図６は片面セパレータ５０の下面（ガス拡散層２２と当接する面）図である。片面セパレータ５０には、上述のアノードガス導入孔３１、アノードガス排出孔３２、カソードガス導入孔３３、カソードガス排出孔３４、加湿前カソードガス供給孔３５、カソードガス加湿用流体供給孔３６、カソードガス加湿用流体排出孔３７、及びボルト孔４４〜４９と対応する位置に、アノードガス導入孔５１、アノードガス排出孔５２、カソードガス導入孔５３、カソードガス排出孔５４、加湿前カソードガス供給孔５５、カソードガス加湿用流体供給孔５６、カソードガス加湿用流体排出孔５７、及びボルト孔６４〜６９が、それぞれ貫通して形成されている。
【００２４】
片面セパレータ５０の下面であってその中央部には、葛折り状の蛇行溝５０ａが形成されている。蛇行溝５０ａの一端部はアノードガス導入孔５１に導かれ、他端部はアノードガス排出孔５２に導かれている。蛇行溝５０ａがガス拡散層２２により蓋されることで、アノードガス導入孔５１からアノードガス排出孔５２まで繋がったアノードガス流路が形成される。
【００２５】
図７は片面セパレータ７０の上面（ガス拡散層２３と当接する面）図である。片面セパレータ７０には、上述のアノードガス導入孔３１、アノードガス排出孔３２、カソードガス導入孔３３、カソードガス排出孔３４、加湿前カソードガス供給孔３５、カソードガス加湿用流体供給孔３６、カソードガス加湿用流体排出孔３７、及びボルト孔４４〜４９と対応する位置に、アノードガス導入孔７１、アノードガス排出孔７２、カソードガス導入孔７３、カソードガス排出孔７４、加湿前カソードガス供給孔７５、カソードガス加湿用流体供給孔７６、カソードガス加湿用流体排出孔７７、及びボルト孔８４〜８９が、それぞれ貫通して形成されている。
【００２６】
片面セパレータ７０の上面であってその中央部には、葛折り状の蛇行溝７０ｂが形成されている。蛇行溝７０ｂの一端部はカソードガス導入孔７３に導かれ、他端部はカソードガス排出孔７４に導かれている。蛇行溝７０ｂがガス拡散層２３により蓋されることで、カソードガス導入孔７３からカソードガス排出孔７４まで繋がったカソードガス流路が形成される。
【００２７】
図８（ａ）は両面セパレータ９０の下面（ガス拡散層２２と当接する面）図であり、図８（ｂ）は両面セパレータ９０の上面（ガス拡散層２３と当接する面）図である。両面セパレータ９０には、上述のアノードガス導入孔３１、アノードガス排出孔３２、カソードガス導入孔３３、カソードガス排出孔３４、加湿前カソードガス供給孔３５、カソードガス加湿用流体供給孔３６、カソードガス加湿用流体排出孔３７、及びボルト孔４４〜４９と対応する位置に、アノードガス導入孔９１、アノードガス排出孔９２、カソードガス導入孔９３、カソードガス排出孔９４、加湿前カソードガス供給孔９５、カソードガス加湿用流体供給孔９６、カソードガス加湿用流体排出孔９７、及びボルト孔１０４〜１０９が、それぞれ貫通して形成されている。
【００２８】
両面セパレータ９０の下面であってその中央部には、葛折り状の蛇行溝９０ａが形成されている。蛇行溝９０ａの一端部はアノードガス導入孔９１に導かれ、他端部はアノードガス排出孔９２に導かれている。蛇行溝９０ａがガス拡散層２２により蓋されることで、アノードガス導入孔９１からアノードガス排出孔９２まで繋がったアノードガス流路が形成される。
【００２９】
両面セパレータ９０の上面であってその中央部には、葛折り状の蛇行溝９０ｂが形成されている。蛇行溝９０ｂの一端部はカソードガス導入孔９３に導かれ、他端部はカソードガス排出孔９４に導かれている。蛇行溝９０ｂがガス拡散層２３により蓋されることで、カソードガス導入孔９３からカソードガス排出孔９４まで繋がったカソードガス流路が形成される。
【００３０】
単位起電部２０を、片面セパレータ５０と両面セパレータ９０との間、両面セパレータ９０，９０，９０の間、両面セパレータ９０と片面セパレータ７０との間に挟持すると、図３に示すように、アノードガス導入孔３１，５１，７１，９１が連続したアノードガス導入流路、カソードガス導入孔３３，５３，７３，９３が連続したカソードガス導入流路となる。
同様に、図３には図示しないが、アノードガス排出孔３２，５１，７１，９１が連続したアノードガス排出流路、カソードガス排出孔３４，５４，７４，９４が連続したカソードガス排出流路、加湿前カソードガス供給孔３５，５５，７５，９５が連続した加湿前カソードガス供給流路、カソードガス加湿用流体供給孔３６，５６，７６，９６が連続したカソードガス加湿用流体供給流路、カソードガス加湿用流体排出孔３７，５７，７７，９７が連続したカソードガス加湿用流体排出流路となる。
また、ボルト孔４４〜４９，６４〜６９，７４〜７９，１０４〜１０９が連続したネジ挿通孔となる。
【００３１】
〔上部締結部材〕
上部締結部材２００は、蓋板２１０と、容体２４０と、容体２４０の内部に収容される中空糸膜モジュール２８０とからなり、蓋板２１０及び容体２４０によりカソードガスを加湿する加湿器の筐体が形成される。
なお、上部締結部材２００には、図示しない出力用の外部電極と接続されており、上部締結部材２００は集電板としても機能する。
【００３２】
蓋板２１０及び容体２４０は、例えば金属等の剛性が高くかつ導電性を有する材料からなり、発電セルユニット１００で電気エネルギーを取り出す集電板として機能することができる。さらに、熱伝導性が高いことが好ましい。
蓋板２１０及び容体２４０の表面には例えばＮｉ下地メッキにＡｕメッキが施されることにより電気的な接触抵抗が低減されるとともに、腐食及び金属イオンの溶出が抑えられている。
【００３３】
図９（ａ）は蓋板２１０の側面図であり、図９（ｂ）は蓋板２１０の下面図である。図９に示すように、蓋板２１０には、上述のカソードガス導入孔５３、加湿前カソードガス供給孔５５、カソードガス加湿用流体供給孔５６、カソードガス加湿用流体排出孔５７、及びボルト孔６４〜６９と対応する位置に、カソードガス導入孔２１３、加湿前カソードガス供給孔２１５、カソードガス加湿用流体供給孔２１６、カソードガス加湿用流体排出孔２１７、及びボルト孔２２４〜２２９が、それぞれ設けられている。
【００３４】
また、上述のアノードガス導入孔５１、アノードガス排出孔５２、カソードガス導入孔５３、カソードガス排出孔５４、加湿前カソードガス供給孔５５、カソードガス加湿用流体供給孔５６、カソードガス加湿用流体排出孔５７と対応する部分の外周部には、それぞれＯリング２３１，２３２，２３３，２３４，２３５，２３６，２３７が設けられている。Ｏリング２３１〜２３７は、片面セパレータ５０の上面と蓋板２１０の下面との隙間を封止する。
【００３５】
図１０は容体２４０を示す三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。容体２４０の下面であってその中央部には、中空糸膜モジュール２８０が収容される凹部２４０ａが形成されている。また、容体２４０の下面には、上述のカソードガス導入孔２１３、加湿前カソードガス供給孔２１５、カソードガス加湿用流体供給孔２１６、カソードガス加湿用流体排出孔２１７と対応する位置からそれぞれ凹部に繋がるカソードガス導入溝２４３、加湿前カソードガス供給溝２４５、カソードガス加湿用流体供給溝２４６、カソードガス加湿用流体排出溝２４７が形成されている。また、容体２４０には、上述のボルト孔２２４〜２２９と対応する位置に、上下方向に貫通するボルト孔２５４〜２５９がそれぞれ設けられている。
この凹部２４０ａに中空糸膜モジュール２８０が収納された構造が、後述するようにカソードガスを加湿する加湿器として機能する。
【００３６】
中空糸膜モジュール２８０は、複数の中空糸膜２８１と、中空糸膜の両端部に設けられた封止固定部２８２，２８３とからなる。中空糸膜２８１は、中心部に空洞２８１ａを有しており、水分子の透過性を有する膜である。このような中空糸膜２８１としては、ポリイミドやフッ素系の高分子膜、例えば、ＮＯＫ（株）製の微多孔質であるポリフェニールスルホン、ポリエーテルイミドや、旭硝子（株）製の非多孔質であるテトラフルオロエチレン+パーフルオロビニルエーテル等からなるものを用いることができる。また、ポリエチレン、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース等からなる中空糸膜を用いてもよい。
【００３７】
図１１は中空糸膜モジュール２８０の側面図である。封止固定部２８２，２８３は、例えば加熱硬化樹脂、自然硬化する樹脂、光硬化樹脂等を硬化させてなり、中空糸膜の束の両端部を固定する。図１１に示すように、中空糸膜２８１は封止固定部２８２，２８３を貫通している。
【００３８】
図１０（ｃ）に示すように、中空糸膜モジュール２８０は中空糸膜２８１が左右方向に配置されるように凹部２４０ａに収容され、凹部２４０ａ内の空間を封止固定部２８２，２８３により３区画に分割する。中空糸膜モジュール２８０よりも左右側方の区画は、それぞれカソードガス導入溝２４３と繋がるカソードガス導入部２７１、加湿前カソードガス供給溝２４５と繋がる加湿前カソードガス供給部２７２となる。カソードガス導入部２７１と加湿前カソードガス供給部２７２とは、中空糸膜２８１の空洞２８１ａにより通じている。
一方、封止固定部２８２，２８３間の空間はカソードガス加湿用流体供給溝２４６及びカソードガス加湿用流体排出溝２４７と繋がるカソードガス加湿用流体流路２７３となる。
【００３９】
中空糸膜２８１の空洞２８１ａにカソードガスを流通させ、カソードガス加湿用流体流路２７３にカソードガス加湿用流体を流通させることで、カソードガス加湿用流体中の水分子が中空糸膜２８１を通過して空洞２８１ａに移動し、カソードガス内で気化することにより、カソードガスを加湿することができる。
【００４０】
〔下部締結部材〕
下部締結部材３００は、蓋板３１０と、容体３４０と、容体３４０の内部に収容される中空糸膜モジュール３８０とからなり、蓋板３１０及び容体３４０によりアノードガスを加湿する加湿器の筐体が形成される。
なお、下部締結部材３００には、図示しない出力用の外部電極と接続されており、下部締結部材３００は集電板としても機能する。
【００４１】
蓋板３１０及び容体３４０は、例えば金属等の剛性が高く、かつ導電性を有する材料からなり、発電セルユニット１００で電気エネルギーを取り出す集電板として機能することができる。さらに、熱伝導性が高いことが好ましい。
蓋板３１０及び容体３４０の表面には例えばＮｉ下地メッキにＡｕメッキが施されることにより電気的な接触抵抗が低減されるとともに、腐食及び金属イオンの溶出が抑えられている。
【００４２】
図１２（ａ）は蓋板３１０の上面図であり、図１２（ｂ）は蓋板３１０の側面図である。図１２に示すように、蓋板２１０には、上述のアノードガス導入孔７１、アノードガス排出孔７２、カソードガス排出孔７４、加湿前カソードガス供給孔７５、カソードガス加湿用流体供給孔７６、カソードガス加湿用流体排出孔７７、及びボルト孔８４〜８９と対応する位置に、アノードガス導入孔３１１、アノードガス排出孔３１２、カソードガス排出孔３１４、加湿前カソードガス供給孔３１５、カソードガス加湿用流体供給孔３１６、カソードガス加湿用流体排出孔３１７、及びボルト孔３２４〜３２９が、それぞれ設けられている。
【００４３】
また、上述のアノードガス導入孔７１、アノードガス排出孔７２、カソードガス導入孔７３、カソードガス排出孔７４、加湿前カソードガス供給孔７５、カソードガス加湿用流体供給孔７６、カソードガス加湿用流体排出孔７７と対応する部分の外周部には、それぞれＯリング３３１，３３２，３３３，３３４，３３５，３３６，３３７が設けられている。Ｏリング３３１〜３３７は、片面セパレータ７０の下面と蓋板３１０の上面との隙間を封止する。
【００４４】
図１３は容体３４０を示す三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。容体３４０には、上述のアノードガス排出孔３１２、カソードガス排出孔３１４、加湿前カソードガス供給孔３１５、カソードガス加湿用流体供給孔３１６、カソードガス加湿用流体排出孔３１７と対応する位置に、アノードガス排出孔３４２、カソードガス排出孔３４４、加湿前カソードガス供給孔３４５、カソードガス加湿用流体供給孔３４６、カソードガス加湿用流体排出孔３４７が、それぞれ上下方向に貫通して設けられている。
また、上述のボルト孔３２４〜３２９と対応する位置に、ボルト孔３５４〜３５９がそれぞれ設けられている。ボルト孔３５４〜３５９には、ボルト４０４〜４０９が螺合する雌ネジが切られている。
【００４５】
また、容体３４０の上面であってその中央部には、中空糸膜モジュール３８０が収容される凹部３４０ａが形成され、アノードガス導入孔３１１と対応する位置から凹部３４０ａに繋がるアノードガス導入溝３６１が設けられている。この凹部３４０ａに中空糸膜モジュール３８０が収納された構造が、後述するようにアノードガスを加湿する加湿器として機能する。
また、アノードガス導入溝３６１が設けられるのと反対方向の長手方向の端部には、加湿前アノードガス供給孔３４８が上下方向に貫通して設けられ、容体３４０の上面には、加湿前アノードガス供給孔３４８と凹部３４０ａとを繋げる加湿前アノードガス供給溝３６８が設けられている。
【００４６】
さらに、容体３４０の長手方向の中央寄りの位置であって短手方向の両端部には、それぞれアノードガス加湿用流体供給孔３４９、アノードガス加湿用流体排出孔３５０が上下方向に貫通して設けられ、容体３４０の上面には、アノードガス加湿用流体供給孔３４９、アノードガス加湿用流体排出孔３５０と凹部３４０ａとを繋げるアノードガス加湿用流体供給溝３６９、アノードガス加湿用流体排出溝３７０がそれぞれ設けられている。
【００４７】
容体３４０の下面において、アノードガス排出孔３４２、カソードガス排出孔３４４、加湿前カソードガス供給孔３４５、カソードガス加湿用流体供給孔３４６、カソードガス加湿用流体排出孔３４７、加湿前アノードガス供給孔３４８、アノードガス加湿用流体供給孔３４９、アノードガス加湿用流体排出孔３５０には、図示しないアノードガス排出管、カソードガス排出管、加湿前カソードガス供給管、カソードガス加湿用流体供給管、カソードガス加湿用流体排出管、加湿前アノードガス供給管、アノードガス加湿用流体供給管、アノードガス加湿用流体排出管がそれぞれ接続される。
【００４８】
中空糸膜モジュール３８０は、中心部に空洞３８１ａを有する複数の中空糸膜３８１と、中空糸膜の両端部に設けられた封止固定部３８２，３８３とからなる。中空糸膜モジュール３８０の構成は中空糸膜モジュール２８０と同様であるので説明を割愛する。
【００４９】
図１３に示すように、中空糸膜モジュール３８０は中空糸膜３８１が左右方向に配置されるように凹部３４０ａに収容され、凹部３４０ａ内の空間を封止固定部３８２，３８３により３区画に分割する。中空糸膜モジュール３８０よりも左右側方の区画は、それぞれアノードガス導入溝３６１と繋がるアノードガス導入部３７１、加湿前アノードガス供給溝３６８と繋がる加湿前カソードガス供給部３７２となる。カソードガス導入部３７１と加湿前カソードガス供給部３７２とは、中空糸膜２８１の空洞２８１ａにより通じている。
一方、封止固定部３８２，３８３間の空間はアノードガス加湿用流体供給溝３６９及びアノードガス加湿用流体排出溝３７０と繋がるアノードガス加湿用流体流路３７３となる。
【００５０】
中空糸膜３８１の空洞３８１ａにアノードガスを流通させ、アノードガス加湿用流体流路３７３にアノードガス加湿用流体を流通させることで、アノードガス加湿用流体中の水分子が中空糸膜３８１を通過して空洞３８１ａに移動し、アノードガス内で気化することにより、アノードガスを加湿することができる。
【００５１】
〔ボルト〕
ボルト４０４〜４０９は、ボルト孔３５４〜３５９と螺合する先端部に雄ネジが切られるとともに、雄ネジが切られた部分以外は例えば樹脂コーティングにより表面に絶縁処理が施されている。なお、この先端部とは逆の他端部の各ボルト頭部と上部締結部材２００との間に、絶縁性樹脂からなるワッシャーを介在させることにより、ボルト４０４〜４０９と上部締結部材２００との絶縁を確実にすることができる。
【００５２】
上部締結部材２００、発電セルユニット１００、下部締結部材３００をこの順に積層した状態で、上部締結部材２００側からボルト４０４〜４０９をボルト孔４４〜４９，６４〜６９，８４〜８９，１０４〜１０９，２２４〜２２９，２５４〜２５９，３２４〜３２９に挿通させ、ボルト孔３５４〜３５９に螺合させることで、セルスタック１が図１に示す状態に組み立てられる。
【００５３】
このように組み立てられるセルスタック１では、上部締結部材２００及び下部締結部材３００が、集電板と締結板との役割を兼ねるため、部品数を減らすことができる。
【００５４】
〔セルスタックの動作〕
次に、セルスタック１の動作について説明する。まず、所定の動作温度のセルスタック１に、アノードガス加湿用流体、カソードガス加湿用流体、アノードガス及びカソードガスを供給する。
【００５５】
１．アノードガス加湿用流体の供給
アノードガス加湿用流体供給孔３４９からアノードガス加湿用流体供給溝３６９、アノードガス加湿用流体流路３７３、アノードガス加湿用流体排出溝３７０を経て、アノードガス加湿用流体排出孔３５０から排出されるように、アノードガス加湿用流体を供給する。
【００５６】
２．カソードガス加湿用流体の供給
カソードガス加湿用流体供給孔３４６，３１６からカソードガス加湿用流体供給流路、カソードガス加湿用流体供給孔２１６、カソードガス加湿用流体供給溝２４６、カソードガス加湿用流体流路２７３、カソードガス加湿用流体排出溝２４７、カソードガス加湿用流体排出孔２１７、カソードガス加湿用流体排出流路、カソードガス加湿用流体排出孔３１７を経て，カソードガス加湿用流体排出孔３４７から排出されるように、カソードガス加湿用流体を供給する。
【００５７】
ここで、アノードガス加湿用流体、カソードガス加湿用流体として、アノードガスやカソードガスよりも水蒸気分圧が高い気体または水を含む液体のうち何れか一方の流体を用いることができる。このような流体として、例えば水を用いることができる。なお、アノードガス加湿用流体、カソードガス加湿用流体に、気泡が混入してもよいが、極端に多量の気体が混入するような場合には、アノードガス加湿用流体供給部３７やカソードガス加湿用流体流路２７３の出口に気液分離膜を設け、アノードガス加湿用流体、カソードガス加湿用流体が通過しにくくすることにより加湿性能を向上させることができる。
【００５８】
３．アノードガスの供給
加湿前アノードガス供給孔３４８から加湿前アノードガス供給溝３６８、加湿前カソードガス供給部３７２、中空糸膜３８１の空洞３８１ａ、アノードガス導入部３７１、アノードガス導入溝３６１、アノードガス導入孔３１１、アノードガス導入流路、蛇行溝５０ａ，９０ａ、アノードガス排出流路、アノードガス排出孔３１２を経て，アノードガス排出孔３４２から排出されるように、アノードガスを通水する。
【００５９】
４．カソードガスの供給
加湿前カソードガス供給孔３４５から加湿前アノードガス供給溝３１５、加湿前カソードガス供給孔２１５、加湿前カソードガス供給溝２４５、加湿前カソードガス供給部２７２、中空糸膜２８１の空洞２８１ａ、カソードガス導入部２７１、カソードガス導入溝２４３、カソードガス導入孔２１３、カソードガス導入流路、蛇行溝７０ｂ，９０ｂ、カソードガス排出流路、カソードガス排出孔３１４を経て，カソードガス排出孔３４４から排出されるように、アノードガスを通水する。
【００６０】
以上のように、アノードガス加湿用流体、カソードガス加湿用流体、アノードガス及びカソードガスをセルスタック１に供給すると、アノードガス加湿用流体流路３７３内の水分子が中空糸膜３８１を透過して空洞３８１ａ内で気化するため、空洞３８１ａ内を通過するアノードガスを加湿することができる。同様に、カソードガス加湿用流体流路２７３内の水分子が中空糸膜２８１を透過して空洞２８１ａ内で気化するため、空洞２８１ａ内を通過するカソードガスを加湿することができる。
【００６１】
ここで、上部締結部材２００及び下部締結部材３００は発電セルユニット１００と隣接するとともに、熱伝導性が高い材料からなる。
このため、第一に、上部締結部材２００に備えられた中空糸膜モジュール２８０において、カソードガス加湿用流体中の水分子が中空糸膜２８１を通過して空洞２８１ａに移動し、カソードガス内で気化するときの気化熱として、発電セルユニット１００で発生する熱を利用することができるので、上部締結部材２００と発電セルユニット１００との間で効率よく熱交換することができる。同様の理由により、下部締結部材３００と発電セルユニット１００との間で効率よく熱交換することができる。
また、第二に、発電セルユニット１００の熱が上部締結部材２００及び下部締結部材３００に伝達し、上部締結部材２００及び下部締結部材３００の温度は、発電セルユニット１００の温度に合わせて変動する。したがって、アノードガス加湿用流体流路３７３内の水、及びカソードガス加湿用流体流路２７３内の水は発電セルユニット１００の温度に合わせて変動するため、加湿されたアノードガス及びカソードガスが発電セルユニット１００内で冷却されることがなく、結露が発生しにくい。
【００６２】
図１４は発電セルユニット１００の温度と、上部締結部材２００または下部締結部材３００を通過したアノードガスまたはカソードガス（出口ガス）の露点温度との関係を示すグラフである。図１４に示すように、出口ガスの露天温度は、セルスタックの温度よりも数℃低くなる。
このように、発電セルユニット１００の温度変化に合わせて上部締結部材２００及び下部締結部材３００の温度が変化し、上部締結部材２００及び下部締結部材３００を通過したアノードガスまたはカソードガスの露点温度が発電セルユニット１００の温度よりも低く維持されるため、上部締結部材２００及び下部締結部材３００に対して特別な制御をすることなく、アノードガス及びカソードガスに対して適正な加湿をすることができる。
【００６３】
また、（アノードガス加湿用流体及びカソードガス加湿用流体を循環させることにより上部締結部材２００及び下部締結部材３００を冷却するとともに、）アノードガス加湿用流体流路３７３内の水が空洞３８１ａ内に移動して空洞３８１ａ内で気化するときの気化熱と、カソードガス加湿用流体流路２７３内の水が空洞２８１ａ内に移動して空洞２８１ａ内で気化するときの気化熱と、により上部締結部材２００及び下部締結部材３００が冷却され、発電セルユニット１００を冷却することができる。
【００６４】
加湿されたアノードガスは蛇行溝５０ａ，９０ａからガス拡散層２２に供給される。アノードガス中の水素ガスは、電気化学反応式（１）に示すように、図示しない触媒の作用により、水素イオンと、電子とに分離される。水素イオンは、膜電極接合体２１が備える固体高分子電解質膜を透過してガス拡散層２３に到達する。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- ・・・ （１）
【００６５】
一方、加湿されたカソードガスは蛇行溝７０ｂ，９０ｂからガス拡散層２３に供給される。カソードガス中の酸素ガスは、電気化学反応式（２）に示すように、図示しない触媒の作用により、膜電極接合体２１が備える固体高分子電解質膜を透過した水素イオン及び電子とともに、水を生成する。
２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ ・・・ （２）
【００６６】
このように、ガス拡散層２３で電子が消費され、ガス拡散層２２で電子が生成されることにより、膜電極接合体２１が備える固体高分子電解質膜の両面間に電位差が生じるため、電力を取り出すことができる。
【００６７】
なお、上記実施形態においては、上部締結部材２００でカソードガスを加湿し、下部締結部材３００でアノードガスを加湿する構成としたが、２つの締結部材の両方でアノードガスのみ、またはカソードガスのみを加湿する流路構造としてもよい。アノードガスまたはカソードガスの一方のみを２つの締結部材の両方で加湿する場合には、最大２倍の流量に対応することができる。あるいは、各締結部材の容積を半分にすることができる。
【００６８】
また、上記実施形態においては、アノードガスやカソードガスよりも水蒸気分圧が高いアノードガス加湿用流体、カソードガス加湿用流体をアノードガス加湿用流体流路３７３内、及びカソードガス加湿用流体流路２７３に通水したが、代わりに、乾燥した気体などの、アノードガスやカソードガスよりも水蒸気分圧が低い流体を供給することで、上部締結部材２００や下部締結部材３００をアノードガスまたはカソードガスの乾燥装置として用いることもできる。例えば、上記実施形態と比べて低出力で駆動するなど、燃料電池装置の駆動条件によって発電セルユニット１００の動作温度が比較的低くなることがある。この場合、発電セルユニット１００内部のアノードガス流路またはカソードガス流路において、これらのガスが結露する可能性が高くなるので、これらのガスが結露するのを抑制するため、上記実施形態の上部締結部材２００または下部締結部材３００の少なくとも一方を乾燥装置として利用することが好ましい。
【００６９】
なお、上記実施形態においては、上部締結部材２００にボルト４０４〜４０９を挿通させるとともに、下部締結部材３００にボルト４０４〜４０９を螺合させることで発電セルユニット１００を挟持する構造としたが、ボルト４０４〜４０９を用いる代わりに、例えば図示しない帯状または紐状の部材で上部締結部材２００と下部締結部材３００とを連結することで発電セルユニット１００を挟持してもよい。あるいは、ボルト４０４〜４０９を用いる代わりに、例えば図示しない箱体にセルスタック１を収容し、箱体の壁面に螺合するネジ等の締付部材によりセルスタック１を締め付けてもよい。
【００７０】
＜変形例１＞
図１５は変形例に係るセルスタック１Ｂの正面図である。アノードガスのみを加湿し、カソードガスを加湿しない場合には、図１５に示すように、上部締結部材２００の代わりに締結板２００Ｂを用い、締結板２００Ｂ、発電セルユニット１００、下部締結部材３００をボルト４０４〜４０９で締結してもよい。カソードガスのみを加湿し、アノードガスを加湿しない場合も同様である。ここで、締結板２００Ｂとしては、例えば金属等の剛性が高くかつ導電性を有する材料を用いることにより、発電セルユニット１００で電気エネルギーを取り出す集電板として機能することができる。さらに、上述と同様の理由により、熱伝導性が高いことが好ましい。
【００７１】
＜変形例２＞
図１６は変形例に係るセルスタック１Ｃの正面図である。図１６に示すように、上部締結部材２００の代わりに、上部に空冷用のフィン２９０を供える締結板２００Ｃを用い、締結板２００Ｃ、発電セルユニット１００、下部締結部材３００をボルト４０４〜４０９で締結してもよい。ここで、締結板２００Ｃとしては、例えば金属等の剛性が高くかつ導電性を有する材料を用いることにより、発電セルユニット１００で電気エネルギーを取り出す集電板として機能することができる。さらに、上述と同様の理由により、熱伝導性が高いことが好ましい。
【００７２】
＜変形例３＞
図１７は本変形例に係る上部締結部材２００Ｄの分解図である。上部締結部材２００Ｄは、下側容体２１０Ｄと、上側容体２４０Ｄと、中空糸膜モジュール２８０Ｄとからなる。
ここで、下側容体２１０Ｄの上面であってその中央部には、凹部２１０ｄが形成されている。また、上側容体２４０Ｄの下面であってその中央部には、凹部２４０ｄが形成されている。中空糸膜モジュール２８０Ｄは下側容体２１０Ｄと、上側容体２４０Ｄとを重ね合わせたときに、この凹部２１０ｄ，２４０ｄ内に収容される。なお、中空糸膜モジュール２８０Ｄは、中空糸膜モジュール２８０と同様であるので説明を割愛する。
その他の構造については、上部締結部材２００と同様であるので説明を割愛する。
【００７３】
このように、蓋板２１０の代わりに厚みを増した下側容体２１０Ｄを用いることで、上部締結部材２００Ｄ全体を薄くした場合でも、部品強度を維持することができる。また、Ｏリングを取り付けるのに充分な部材厚みを確保することができる。
【００７４】
＜変形例４＞
図１８（ａ）は本変形例に係る上部締結部材２００Ｅを形成する蓋板２１０Ｅの側面図であり、図１８（ｂ）は蓋板２１０Ｅの下面図である。また、図１９（ａ）は本変形例に係る上部締結部材２００Ｅを形成する容体２４０Ｅの側面図であり、図１９（ｂ）は容体２４０Ｅの下面図である。
【００７５】
蓋板２１０Ｅの蓋体２１０と異なる点は、加湿前カソードガス供給孔２１５、カソードガス加湿用流体供給孔２１６、カソードガス加湿用流体排出孔２１７が設けられていない点である。
【００７６】
容体２４０Ｅの容体２４０と異なる点は、加湿前カソードガス供給溝２４５、カソードガス加湿用流体供給溝２４６、カソードガス加湿用流体排出溝２４７の代わりに、加湿前カソードガス供給継手２４５Ｅ、カソードガス加湿用流体供給継手２４６Ｅ、カソードガス加湿用流体排出継手２４７Ｅが設けられている点である。加湿前カソードガス供給継手２４５Ｅ、カソードガス加湿用流体供給継手２４６Ｅ、カソードガス加湿用流体排出継手２４７Ｅは、図示しない加湿前カソードガス供給管、カソードガス加湿用流体供給管、カソードガス加湿用流体排出管と接続される。
【００７７】
加湿前カソードガス供給継手２４５Ｅ、カソードガス加湿用流体供給継手２４６Ｅ、カソードガス加湿用流体排出継手２４７Ｅを設け、加湿前カソードガス供給継手２４５Ｅ、カソードガス加湿用流体供給継手２４６Ｅ、カソードガス加湿用流体排出継手２４７Ｅに図示しない加湿前カソードガス供給管、カソードガス加湿用流体供給管、カソードガス加湿用流体排出管と接続することで、上部締結部材２００Ｅに供給される加湿前カソードガスの供給流路や、カソードガス加湿用流体の供給流路及び排出流路をセルスタックから省略することができる。
【００７８】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図２０は本実施の形態に係るセルスタック１Ｆの正面図である。セルスタック１Ｆは、第１の実施の形態と同様の発電セルユニット１００、上部締結部材２００及び下部締結部材３００と、第１の実施の形態のボルト４０４〜４０９よりも長いボルト４０４Ｆ〜４０９Ｆと、ナット４１４Ｆ〜４１９Ｆと、を備え、流路基板５００に取り付けられる。
【００７９】
図２０に示すように、セルスタック１Ｆは、流路基板５００上に下部締結部材３００、発電セルユニット１００、上部締結部材２００がこの順に積層されている。ボルト４０４Ｆ〜４０９Ｆは上部締結部材２００、発電セルユニット１００に挿通され、下部締結部材３００に螺合されるとともに、先端部を流路基板５００に設けられたネジ孔５０４〜５０９（図２１参照）に挿通されている。ナット４１４Ｆ〜４１９Ｆはボルト４０４Ｆ〜４０９Ｆの先端に螺合され、流路基板５００を下部締結部材３００の下面に締結している。
【００８０】
〔流路基板〕
図２１は流路基板５００の下部締結部材３００との当接部を示す平面図である。なお、二点鎖線で囲まれた部分が下部締結部材３００と当接する部分である。図２１に示すように、流路基板５００には、下部締結部材３００のネジ孔３５４〜３５９と対応する位置に、ネジ孔５０４〜５０９が設けられている。
【００８１】
また、上述のアノードガス排出孔３４２、カソードガス排出孔３４４、加湿前カソードガス供給孔３４５、カソードガス加湿用流体供給孔３４６、カソードガス加湿用流体排出孔３４７、加湿前アノードガス供給孔３４８、アノードガス加湿用流体供給孔３４９、アノードガス加湿用流体排出孔３５０と対応する位置に、アノードガス排出孔５１２、カソードガス排出孔５１４、加湿前カソードガス供給孔５１５、カソードガス加湿用流体供給孔５１６、カソードガス加湿用流体排出孔５１７、加湿前アノードガス供給孔５１８、アノードガス加湿用流体供給孔５１９、アノードガス加湿用流体排出孔５２０が、それぞれ設けられている。
【００８２】
アノードガス排出孔５１２、カソードガス排出孔５１４、加湿前カソードガス供給孔５１５、カソードガス加湿用流体供給孔５１６、カソードガス加湿用流体排出孔５１７、加湿前アノードガス供給孔５１８、アノードガス加湿用流体供給孔５１９、アノードガス加湿用流体排出孔５２０は、それぞれ流路基板５００内に設けられたアノードガス排出流路５２２、カソードガス排出流路５２４、加湿前カソードガス供給流路５２５、カソードガス加湿用流体供給流路５２６、カソードガス加湿用流体排出流路５２７、加湿前アノードガス供給流路５２８、アノードガス加湿用流体供給流路５２９、アノードガス加湿用流体排出流路５３０と連通している。これらの流路は、流路基板５００に設けられた後述する反応装置３や、図示しない空気ポンプ等に接続されている。
【００８３】
また、アノードガス排出孔５１２、カソードガス排出孔５１４、加湿前カソードガス供給孔５１５、カソードガス加湿用流体供給孔５１６、カソードガス加湿用流体排出孔５１７、加湿前アノードガス供給孔５１８、アノードガス加湿用流体供給孔５１９、アノードガス加湿用流体排出孔５２０の外周部には、それぞれＯリング５３２，５３４，５３５，５３６，５３７，５３８，５３９，５４０が設けられている。Ｏリング５３２，５３４，５３５，５３６，５３７，５３８，５３９，５４０は、下部締結部材３００と流路基板５００との隙間を封止する。
【００８４】
〔燃料電池装置〕
図２２は、本実施形態のセルスタック１Ｆが好適に適用される燃料電池装置１０のブロック図である。この燃料電池装置１０は、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、電子計算機その他の電子機器に備え付けられたものであり、電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。
【００８５】
燃料電池装置１０は、セルスタック１Ｆと、燃料容器２と、反応装置３と、を備える。なお、図示しないが、反応装置３は流路基板５００上に設けられ、燃料容器２は流路基板５００に対して着脱自在に設けられる。
【００８６】
燃料容器２は、燃料および水を貯留し、図示しないマイクロポンプにより燃料及び水の混合液を反応装置３に供給する。この燃料容器２内に貯留される燃料としては、炭化水素系の液体燃料が適用可能である。具体的には、メタノール、エタノールなどのアルコール類や、ジメチルエーテルなどのエーテル類、ガソリンなどがある。燃料容器２内には、燃料と水とは別々で貯蔵されていてもよいし、混合された状態で貯蔵されていてもよい。
なお、以下の説明では燃料としてメタノールを使用する場合について説明するが、他の化合物を用いてもよい。
【００８７】
反応装置３は、気化器４、改質器５、一酸化炭素除去器６、媒燃焼器７及び図示しないヒータを有する。気化器４は、燃料容器２から供給される燃料と水を気化させる。改質器５は、気化器４から供給される気化された燃料および水蒸気を触媒による改質反応によって改質し、水素を含む混合気体を生成するものである。燃料としてメタノールを用いる場合、下記の化学反応式（３），（４）に示す改質反応によって、主生成物である水素ガス、二酸化炭素ガス及び副生成物である微量の一酸化炭素の混合気体が生成される。
【００８８】
一酸化炭素除去器６は、一酸化炭素を化学反応式（５）のように酸化させることで混合気体から除去する。一酸化炭素除去器６には、改質器５から供給される混合気体の他に空気が供給される。一酸化炭素除去器６は、これらの混合気体中の一酸化炭素を、触媒により、下記の化学反応式（５）に示す一酸化炭素除去反応によって選択的に酸化して除去する。この一酸化炭素を除去した混合気体がアノードガスとして用いられ、カソードガス加湿用流体供給流路５２６に供給される。
【００８９】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 …（３）
２ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→５Ｈ2＋ＣＯ＋ＣＯ2 …（４）
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2 …（５）
【００９０】
触媒燃焼器７及び図示しないヒータは、燃料容器２から供給された燃料と水、または、アノードガス排出流路５２２から排出されるオフガスに、酸素を混在させて燃焼し、改質器５を２５０℃以上、例えば約２５０〜４００℃に加熱し、気化器４及び一酸化炭素除去器６を約１１０〜１９０℃に加熱する。
【００９１】
〔電子機器〕
図２３は、燃料電池装置１０を電源として用いる電子機器８５１の一例を示す斜視図である。図２２に示すように、この電子機器８５１は、携帯型の電子機器であって、例えばノート型パーソナルコンピュータである。電子機器８５１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、その他の電子部品から構成された演算処理回路を内蔵するとともにキーボード８５２を備え付けた下筐体８５４と、液晶ディスプレイ８５６を備え付けた上筐体８５８と、を備える。下筐体８５４と上筐体８５８はヒンジで結合されており、上筐体８５８を下筐体８５４に重ねてキーボード８５２に液晶ディスプレイ８５６を相対させた状態で折り畳むことができるように構成されている。下筐体８５４の右側面から底面にかけて、燃料電池装置１０を装着するための装着部８６０が形成され、装着部８６０に燃料電池装置１０を装着すると、燃料電池装置１０の電気によって電子機器８５１が動作する。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るセルスタック１の正面図である。
【図２】セルスタック１の分解図である。
【図３】発電セルユニット１００の断面図である。
【図４】単位起電部２０の上面図である。
【図５】図４のV−V矢視断面図である。
【図６】片面セパレータ５０の下面図である。
【図７】片面セパレータ７０の上面図である。
【図８】（ａ）は両面セパレータ９０の下面図であり、（ｂ）は両面セパレータ９０の上面図である。
【図９】（ａ）は蓋板２１０の側面図であり、（ｂ）は蓋板２１０の下面図である。
【図１０】容体２４０を示す三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。
【図１１】中空糸膜モジュール２８０の側面図である。
【図１２】（ａ）は蓋板３１０の上面図であり、（ｂ）は蓋板３１０の側面図である。
【図１３】容体３４０を示す三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。
【図１４】発電セルユニット１００の温度と、出口ガスの露点温度との関係を示すグラフである。
【図１５】変形例に係るセルスタック１Ｂの正面図である。
【図１６】変形例に係るセルスタック１Ｃの正面図である。
【図１７】変形例に係る上部締結部材２００Ｄの分解図である。
【図１８】（ａ）は本変形例に係る上部締結部材２００Ｅを形成する蓋板２１０Ｅの側面図であり、（ｂ）は蓋板２１０Ｅの下面図である。
【図１９】（ａ）は本変形例に係る上部締結部材２００Ｅを形成する容体２４０Ｅの側面図であり、（ｂ）は容体２４０Ｅの下面図である。
【図２０】セルスタック１Ｆの正面図である。
【図２１】流路基板５００の下部締結部材３００との当接部を示す平面図である。
【図２２】燃料電池装置１０のブロック図である。
【図２３】燃料電池装置１０を電源として用いる電子機器８５１の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０ 燃料電池装置
２０ 単位起電部
５０，７０ 片面セパレータ
９０ 両面セパレータ
１００ 発電セルユニット
２００，２００Ｄ 上部締結部材
２００Ｂ，２００Ｃ 締結板
２７３ カソードガス加湿用流体流路
２８１，３８１ 中空糸膜
３００ 下部締結部材
３７３ アノードガス加湿用流体流路
８５１ 電子機器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電セルを間に挟持する一対の締結部材であって、
前記一対の締結部材はそれぞれ導電性を有し、前記一対の締結部材により集電できることを特徴とする締結部材。
【請求項２】
請求項１に記載の締結部材であって、
前記締結部材の少なくとも一方には、前記発電セルに供給する気体の水蒸気分圧を調節する水蒸気圧調節器が設けられていることを特徴とする締結部材。
【請求項３】
請求項１に記載の締結部材であって、
前記発電セルに供給される第１の流体を内側に流通させるとともに、内側と外側との間で水分子を移動させる中空糸膜と、
前記中空糸膜の外側に前記第１の流体と水蒸気分圧の異なる気体または水を含む液体のうち何れか一方である第２の流体を流通させる流路を有する筐体と、を備えることを特徴とする締結部材。
【請求項４】
発電セルと、
前記発電セルを間に挟持する一対の締結部材とを備え、
前記一対の締結部材はそれぞれ導電性を有し、前記一対の締結部材に接続された電極より電力が出力されることを特徴とするセルスタック。
【請求項５】
請求項４に記載のセルスタックであって、
前記締結部材の少なくとも一方には、前記発電セルに供給する気体の水蒸気分圧を調節する水蒸気圧調節器が設けられていることを特徴とするセルスタック。
【請求項６】
請求項４に記載のセルスタックであって、
前記締結部材は、前記発電セルに供給される第１の流体を内側に流通させるとともに、内側と外側との間で水分子を移動させる中空糸膜と、
前記中空糸膜の外側に前記第１の流体と水蒸気分圧の異なる気体または水を含む液体のうち何れか一方である第２の流体を流通させる流路を有する筐体と、を備えることを特徴とするセルスタック。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか一項に記載のセルスタックを備えることを特徴とする燃料電池装置。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池装置を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１】
発電セルを間に挟持する一対の締結部材であって、
前記一対の締結部材はそれぞれ導電性を有し、前記一対の締結部材により集電できることを特徴とする締結部材。
【請求項２】
請求項１に記載の締結部材であって、
前記締結部材の少なくとも一方には、前記発電セルに供給する気体の水蒸気分圧を調節する水蒸気圧調節器が設けられていることを特徴とする締結部材。
【請求項３】
請求項１に記載の締結部材であって、
前記発電セルに供給される第１の流体を内側に流通させるとともに、内側と外側との間で水分子を移動させる中空糸膜と、
前記中空糸膜の外側に前記第１の流体と水蒸気分圧の異なる気体または水を含む液体のうち何れか一方である第２の流体を流通させる流路を有する筐体と、を備えることを特徴とする締結部材。
【請求項４】
発電セルと、
前記発電セルを間に挟持する一対の締結部材とを備え、
前記一対の締結部材はそれぞれ導電性を有し、前記一対の締結部材に接続された電極より電力が出力されることを特徴とするセルスタック。
【請求項５】
請求項４に記載のセルスタックであって、
前記締結部材の少なくとも一方には、前記発電セルに供給する気体の水蒸気分圧を調節する水蒸気圧調節器が設けられていることを特徴とするセルスタック。
【請求項６】
請求項４に記載のセルスタックであって、
前記締結部材は、前記発電セルに供給される第１の流体を内側に流通させるとともに、内側と外側との間で水分子を移動させる中空糸膜と、
前記中空糸膜の外側に前記第１の流体と水蒸気分圧の異なる気体または水を含む液体のうち何れか一方である第２の流体を流通させる流路を有する筐体と、を備えることを特徴とするセルスタック。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか一項に記載のセルスタックを備えることを特徴とする燃料電池装置。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料電池装置を備えることを特徴とする電子機器。
【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１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【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１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２００８−１２３７７４（Ｐ２００８−１２３７７４Ａ）
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０４８９３（Ｐ２００６−３０４８９３）
【出願日】平成１８年１１月１０日（２００６．１１．１０）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１０日（２００６．１１．１０）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
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